CN105514013A - 适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统，包括节拍式传输带机构、相机调整机构以及定位机构，相机调整机构包括相机和可带动相机沿X轴方向和Y轴方向移动的相机安装架，定位机构包括吸盘、升降驱动件、旋转驱动件和调整架，吸盘用于吸住电池片或硅片，升降驱动件用于驱动吸盘升降，调整架用于带动吸盘沿X轴方向和Y轴方向移动，以节拍式传输带机构的传送方向为X轴，相机调整机构的下游设有喷墨打印单元或检测单元，具有结构简单、成本低、定位精度高的优点；本发明的定位方法包括调节相机位置并定义定位基准、拍照并计算偏移量、开始拍照、调节硅片位置、打印或检测等步骤，具有操作方便、定位精确的优点。

Description

适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统及其方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池片制备技术领域，尤其涉及一种适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统及其方法。

背景技术

随着太阳能电池领域的不断发展，光伏产业链中对硅片/电池片设备碎片率的要求越来越高，定位精度也越来越高，维护越来越简单，而此高精度视觉定位系统正是降低硅片/电池片碎片率和提高定位精度的主要途径之一。

传统的硅片/电池片设备常采用机械定位、多目视觉定位系统等，其机械定位结构复杂，重复精度较低，碎片率高，而多目视觉定位系统常采用多个相机定位，增加了设备成本，降低了设备的才能，以及采用丝杆传动存在间隙，重复定位精度也较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、成本低、定位精确的适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统及其方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统，包括节拍式传输带机构、位于节拍式传输带机构上方的相机调整机构以及位于节拍式传输带机构下方的定位机构，所述相机调整机构包括相机和可带动相机沿X轴方向和Y轴方向移动的相机安装架，所述节拍式传输带机构用于间歇式传送所述电池片或硅片，所述定位机构包括吸盘、升降驱动件、旋转驱动件和调整架，所述吸盘用于吸住所述电池片或硅片，所述升降驱动件用于驱动吸盘和吸盘上的电池片或硅片升降，所述调整架用于带动吸盘和吸盘上的电池片或硅片沿X轴方向和Y轴方向移动，其中以节拍式传输带机构的传送方向为X轴，所述相机调整机构的下游设有喷墨打印单元或检测单元。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述吸盘固定在升降驱动件上，所述升降驱动件固定在旋转驱动件上，所述调整架包括X轴直线电机和Y轴直线电机，所述旋转驱动件安装在X轴直线电机的滑台上，所述X轴直线电机安装在Y轴直线电机的滑台上。

所述旋转驱动件为伺服电机，所述伺服电机通过支架安装在所述X轴直线电机的滑台上，所述升降驱动件为气缸，所述伺服电机的转轴上套设有一气缸连接板，所述气缸固定在所述气缸连接板上，所述吸盘通过吸盘连接板固定在所述气缸的伸出端。

所述支架包括电机连接板和两个L形支撑板，两个L形支撑板对称地固定在X轴直线电机的滑台上，所述电机连接板固定在两个L形支撑板的顶部，所述伺服电机位于由电机连接板和两个L形支撑板构成的U型槽内。

所述定位机构还包括定位机构水平调节板和微调机构，所述Y轴直线电机固定在定位机构水平调节板上，所述微调机构包括中空的微调螺钉、第二内六角螺钉和套设于微调螺钉上的第二锁紧螺母，所述定位机构水平调节板上设有微调螺纹孔，所述微调螺钉置于所述微调螺纹孔内，所述第二内六角螺钉穿过微调螺钉和定位机构水平调节板固定在一安装平台上。

所述相机安装架包括相机水平调节板、铝型材、型材螺母和第一内六角螺钉，所述相机固定在相机水平调节板上，所述第一内六角螺钉穿过相机水平调节板与型材螺母连接，所述型材螺母置于铝型材的凹槽内并可在所述凹槽内沿Y轴方向移动，所述第一内六角螺钉上套设有两个第一锁紧螺母，所述两个第一锁紧螺母分别位于相机水平调节板的两侧，所述相机水平调节板上可供第一内六角螺钉穿过的通孔为沿X轴方向的腰型孔，所述所述铝型材设置为两组，分别位于所述相机的两侧。

一种如上述的适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统的定位方法，包括以下步骤：

(1)调节相机位置并定义定位基准：调节相机位置使相机的中心点与节拍式传输带机构的中心线重合，以该重合的点为中心定义中心矩形，所述中心矩形的大小与所述电池片或硅片相匹配，以中心矩形的中心为X轴和Y轴的原点O；

(2)拍照并计算偏移量：启动节拍式传输带机构，当电池片或硅片到达定位机构的上方时，停止节拍式传输带机构，相机开始拍照，根据相机拍摄到图片计算电池片或硅片的中心O1相对原点O在X轴方向的偏移量ΔX、Y轴方向的偏移量ΔY以及转角θ；

(3)调节电池片或硅片位置：启动定位机构，吸盘吸住电池片或硅片后由升降驱动件驱动上升，由调整架带动吸盘和电池片或硅片沿X轴方向移动ΔX，沿Y轴方向移动ΔY，由旋转驱动件驱动吸盘和电池片或硅片转动角度θ，最后吸盘下降使电池片或硅片的中心O1与原点O重合，完成电池片或硅片的定位；

(4)打印或检测：启动节拍式传输带机构，将电池片或硅片输送至下游的喷墨打印单元或检测单元，然后停止节拍式传输带机构；

(5)重复步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的定位系统，与现有技术中采用多目视觉定位机构相比，只采用一目视觉定位机构，具有结构简单、调节方便、定位精度高、成本较低、碎片率低、响应快等优点，适用于大规模光伏产业链中一些设备对不同尺寸的电池片或硅片传输定位精度高的要求。

(2)本发明的定位方法，包括调节相机位置并定义定位基准、拍照并计算偏移量、开始拍照、调节硅片位置、打印或检测等步骤，具有操作简单、定位精确的优点。

附图说明

图1是本发明定位系统的结构示意图。

图2是本发明定位系统中相机调整机构结构示意图。

图3是本发明定位系统中定位机构的结构示意图。

图4是本发明定位方法中第一个电池片或硅片开始定位的示意图。

图5是本发明定位方法中第一个电池片或硅片脱离传送皮带的示意图。

图6是本发明定位方法中第一个电池片或硅片完成定位后的示意图。

图7是本发明定位方法中第二个电池片或硅片开始定位示意图

图8是本发明定位方法中中心矩形的位置示意图。

图9是本发明定位方法中电池片或硅片偏离中心矩形的示意图。

图中各标号表示：

1、相机调整机构；2、节拍式传输带机构；3、定位机构；4、相机；5、铝型材；51、凹槽；6、型材螺母；7、第一内六角螺钉；8、相机水平调节板；9、第一锁紧螺母；10、第二锁紧螺母；11、微调螺钉；12、第二内六角螺钉；13、X轴直线电机；14、伺服电机；15、气缸连接板；16、气缸；17、吸盘；18、吸盘连接板；19、电机连接板；20、L形支撑板；21、Y轴直线电机；22、定位机构水平调节板；23、传送皮带；24、皮带支撑条；25、电池片或硅片；28、喷墨打印单元或检测单元；29、中心矩形；31、相机安装架；32、升降驱动件；33、旋转驱动件；34、调整架；35、支架。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1至图3示出了本发明适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统的一种实施例，该适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统包括节拍式传输带机构2、位于节拍式传输带机构2上方的相机调整机构1以及位于节拍式传输带机构2下方的定位机构3，相机调整机构1包括相机4和可带动相机4沿X轴方向和Y轴方向移动的相机安装架31，节拍式传输带机构2用于间歇式传送电池片或硅片25，定位机构3包括吸盘17、升降驱动件32、旋转驱动件33和调整架34，吸盘17用于吸住电池片或硅片25，升降驱动件32用于驱动吸盘17和吸盘17上的电池片或硅片25升降，调整架34用于带动吸盘17和吸盘17上的电池片或硅片25沿X轴方向和Y轴方向移动，其中以节拍式传输带机构2的传送方向为X轴，相机调整机构1的下游设有喷墨打印单元或检测单元28。本实施例的定位系统，采用一目视觉定位结构，具有结构简单、调节方便、成本较低、碎片率低、响应快等优点，适用于大规模光伏产业链中一些设备对不同尺寸的电池片或硅片25传输定位精度高的要求。

本实施例中，节拍式传输带机构2包括传送皮带23和皮带支撑条24，电池片或硅片25通过传送皮带23传送经过相机4后到达喷墨打印单元或检测单元28下方，打印或检测完后通过传送皮带23输送至下一个工序。

本实施例中，吸盘17固定在升降驱动件32上，升降驱动件32固定在旋转驱动件33上，调整架34包括X轴直线电机13和Y轴直线电机21，旋转驱动件33安装在X轴直线电机13的滑台上，X轴直线电机13安装在Y轴直线电机21的滑台上。X轴直线电机13和Y轴直线电机21选用日本纳米直线电机NT55V25系列，重复定位精度达到0.1～0.5μm，行程为0～25mm，速度为270～1000mm/s。

本实施例中，旋转驱动件33为伺服电机14，伺服电机14通过支架35安装在X轴直线电机13的滑台上，支架35包括电机连接板19和两个L形支撑板20，两个L形支撑板20对称地固定在X轴直线电机13的滑台上，电机连接板19固定在两个L形支撑板20的顶部，伺服电机14位于由电机连接板19和两个L形支撑板20构成的U型槽(图中未示出)内，伺服电机14固定在电机连接板19下端面。

本实施例中，升降驱动件32为气缸16，气缸16选用SMC的CQ2型带导杆薄型气缸，行程为10mm，伺服电机14的转轴上套设有一气缸连接板15，气缸16固定在气缸连接板15上，吸盘17通过吸盘连接板18固定在气缸16的伸出端，吸盘17为伯努利吸盘，选用FESTO的OGGB型吸盘，其直径大小为60mm。

本实施例中，定位机构3还包括定位机构水平调节板22和微调机构，Y轴直线电机21固定在定位机构水平调节板22上，微调机构包括中空的微调螺钉11、第二内六角螺钉12和套设于微调螺钉11上的第二锁紧螺母10，定位机构水平调节板22上设有微调螺纹孔(图中未示出)，微调螺钉11置于微调螺纹孔内，微调螺钉11套在定位机构水平调节板22螺纹孔中，用于调节定位机构水平调节板22的水平，以及用于调节吸盘17上端面与传送皮带23的高度，使其高度在0～5mm之间；第二内六角螺钉12穿过微调螺钉11和定位机构水平调节板22固定在一安装平台上。调节吸盘17上端面与传送皮带23的高度时，需松开第二锁紧螺母10和第二内六角螺钉12，通过调节微调螺钉11伸出水平调节板22下端面的长度来调节吸盘17上端面与传送皮带23的高度，然后锁紧第二锁紧螺母10和第二内六角螺钉12。

本实施例中，相机安装架31包括相机水平调节板8、铝型材5、型材螺母6和第一内六角螺钉7，相机4固定在相机水平调节板8上，第一内六角螺钉7穿过相机水平调节板8与型材螺母6连接，型材螺母6置于铝型材5的凹槽51内并可在凹槽51内沿Y轴方向移动，第一内六角螺钉7上套设有两个第一锁紧螺母9，两个第一锁紧螺母9分别位于相机水平调节板8的两侧，相机水平调节板8上可供第一内六角螺钉7穿过的通孔为沿X轴方向的腰型孔(图中未示出)，铝型材5设置为两组，分别位于相机4的两侧。两个第一锁紧螺母9并分布在相机水平调节板8上下两端面，下端面的第一锁紧螺母9用于调节相机水平调节板8的水平，上端面的第一锁紧螺母9用于压紧调节相机水平调节板8，防止其窜动；型材螺母6套在铝型材5的槽中，第一内六角螺钉7穿过调节相机水平调节板8的腰型孔套在型材螺母6中，用于沿铝型材5凹槽51方向调节相机4中心点与节拍式传输带机构2的中心线重合。

如图4至图9所示，本发明的适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统的定位方法，包括以下步骤：

(1)调节相机位置并定义定位基准：调节相机4位置使相机4的中心点与节拍式传输带机构2的中心线重合，以该重合的点为中心定义中心矩形29，中心矩形29的大小与电池片或硅片25相匹配，以中心矩形29的中心为X轴和Y轴的原点O；

(2)拍照并计算偏移量：启动节拍式传输带机构2，当电池片或硅片25到达定位机构3的上方时，停止节拍式传输带机构2，相机4开始拍照，根据相机4拍摄到图片计算电池片或硅片25的中心O1相对原点O在X轴方向的偏移量ΔX、Y轴方向的偏移量ΔY以及转角θ；

(3)调节电池片或硅片位置：启动定位机构3，吸盘17吸住电池片或硅片25后由升降驱动件32驱动上升，由调整架34带动吸盘17和电池片或硅片25沿X轴方向移动ΔX，沿Y轴方向移动ΔY，由旋转驱动件33驱动吸盘17和电池片或硅片25转动角度θ，最后吸盘17下降使电池片或硅片25的中心O1与原点O重合，完成电池片或硅片25的定位；

(4)打印或检测：启动节拍式传输带机构2，将电池片或硅片25输送至下游的喷墨打印单元或检测单元28，然后停止节拍式传输带机构2；

(5)重复步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)。

本实施例的定位方法，操作方便，定位精确，响应快优点，适用于大规模光伏产业链中一些设备对不同尺寸的电池片或硅片25传输定位精度高的要求。

步骤(1)中，相机4采用高像素相机，例如3600万像素的相机一个像素点对应长度0.0042mm，控制向量算法以一个像素点的1/10为最小度量单位，即可满足X轴直线电机13和Y轴直线电机21重复定位精度0.1～0.5μm要求。

步骤(2)中，中心矩形29大小可设置为L0(L0＝125mm、156mm、210mm等)，以满足相机4在一定高度捕捉实际电池片或硅片25大小L(L一般为125mm、156mm、210mm)与中心矩形29大小L0的换算比例的一致性，能够根据电池片或硅片25在X、Y轴上的投影计算出中心点O1相对绝对原点O的向量。

步骤2中，计算电池片或硅片25的中心O1相对绝对原点O的偏移量ΔX、ΔY以及转角θ的步骤为：建立如图9所示坐标系，以B1、C1在X轴上的投影可计算出O1相对绝对原点O的X方向的偏移量ΔX，以A1、B1在Y轴上的投影可计算出O1相对绝对原点O的Y方向的偏移量ΔY，由此计算出故转角θ，

当第一个电池片或硅片25达到定位机构3上方时，如图4所示，此时节拍式传输带机构2停止工作，相机4开始拍照，按照如图9所示的中心偏移参数算法就计算出第一个电池片或硅片25的中心O1相对绝对原点O的偏移量ΔX、ΔY，以及转角θ；在相机4拍完照同时，定位机构3的气缸16在气路控制系统下开始工作，吸附住第一个电池片或硅片25并向上顶起至最高点，此时池片或硅片25脱离了传送皮带23，如图5所示。然后X轴直线电机13带动吸盘17沿X轴方向移动ΔX，Y轴直线电机21沿Y轴方向移动ΔY，伺服电机14的转轴带动吸盘17转动θ，然后气缸16带动吸盘17向下运动至最低点，使电池片或硅片25位于传送皮带23上，如图6所示，完成所述的第一个电池片或硅片25的定位。完成的第一个电池片或硅片25定位之后，节拍式传输带机构2开始工作，按照预先设置的运动方式将第一个电池片或硅片25精确的达到下游的喷墨打印单元或检测单元28正下方，如图7所示，此时节拍式传输带机构2又停止工作，喷墨打印单元开始打印主副栅线，或电池检测单元开始检测第一个电池片或硅片25的电性能等参数。待第一个电池片或硅片25移动至下一工序时，第二个电池片或硅片25、第三个电池片或硅片25开始重复第一个电池片或硅片25的动作。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统，其特征在于，包括节拍式传输带机构(2)、位于节拍式传输带机构(2)上方的相机调整机构(1)以及位于节拍式传输带机构(2)下方的定位机构(3)，所述相机调整机构(1)包括相机(4)和可带动相机(4)沿X轴方向和Y轴方向移动的相机安装架(31)，所述节拍式传输带机构(2)用于间歇式传送所述电池片或硅片(25)，所述定位机构(3)包括吸盘(17)、升降驱动件(32)、旋转驱动件(33)和调整架(34)，所述吸盘(17)用于吸住所述电池片或硅片(25)，所述升降驱动件(32)用于驱动吸盘(17)和吸盘(17)上的电池片或硅片(25)升降，所述调整架(34)用于带动吸盘(17)和吸盘(17)上的电池片或硅片(25)沿X轴方向和Y轴方向移动，其中以节拍式传输带机构(2)的传送方向为X轴，所述相机调整机构(1)的下游设有喷墨打印单元或检测单元(28)。

2.根据权利要求1所述的适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统，其特征在于，所述吸盘(17)固定在升降驱动件(32)上，所述升降驱动件(32)固定在旋转驱动件(33)上，所述调整架(34)包括X轴直线电机(13)和Y轴直线电机(21)，所述旋转驱动件(33)安装在X轴直线电机(13)的滑台上，所述X轴直线电机(13)安装在Y轴直线电机(21)的滑台上。

3.根据权利要求2所述的适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统，其特征在于：所述旋转驱动件(33)为伺服电机(14)，所述伺服电机(14)通过支架(35)安装在所述X轴直线电机(13)的滑台上，所述升降驱动件(32)为气缸(16)，所述伺服电机(14)的转轴上套设有一气缸连接板(15)，所述气缸(16)固定在所述气缸连接板(15)上，所述吸盘(17)通过吸盘连接板(18)固定在所述气缸(16)的伸出端。

4.根据权利要求3所述的适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统，其特征在于，所述支架(35)包括电机连接板(19)和两个L形支撑板(20)，两个L形支撑板(20)对称地固定在X轴直线电机(13)的滑台上，所述电机连接板(19)固定在两个L形支撑板(20)的顶部，所述伺服电机(14)位于由电机连接板(19)和两个L形支撑板(20)构成的U型槽内。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统，其特征在于，所述定位机构(3)还包括定位机构水平调节板(22)和微调机构，所述Y轴直线电机(21)固定在定位机构水平调节板(22)上，所述微调机构包括中空的微调螺钉(11)、第二内六角螺钉(12)和套设于微调螺钉(11)上的第二锁紧螺母(10)，所述定位机构水平调节板(22)上设有微调螺纹孔，所述微调螺钉(11)置于所述微调螺纹孔内，所述第二内六角螺钉(12)穿过微调螺钉(11)和定位机构水平调节板(22)固定在一安装平台上。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统，其特征在于，所述相机安装架(31)包括相机水平调节板(8)、铝型材(5)、型材螺母(6)和第一内六角螺钉(7)，所述相机(4)固定在相机水平调节板(8)上，所述第一内六角螺钉(7)穿过相机水平调节板(8)与型材螺母(6)连接，所述型材螺母(6)置于铝型材(5)的凹槽(51)内并可在所述凹槽(51)内沿Y轴方向移动，所述第一内六角螺钉(7)上套设有两个第一锁紧螺母(9)，所述两个第一锁紧螺母(9)分别位于相机水平调节板(8)的两侧，所述相机水平调节板(8)上可供第一内六角螺钉(7)穿过的通孔为沿X轴方向的腰型孔，所述所述铝型材(5)设置为两组，分别位于所述相机(4)的两侧。

7.一种如权利要求1至6任意一项所述的适用于电池片或硅片传输的高精度视觉定位系统的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)调节相机位置并定义定位基准：调节相机(4)位置使相机(4)的中心点与节拍式传输带机构(2)的中心线重合，以该重合的点为中心定义中心矩形(29)，所述中心矩形(29)的大小与所述电池片或硅片(25)相匹配，以中心矩形(29)的中心为X轴和Y轴的原点O；

(2)拍照并计算偏移量：启动节拍式传输带机构(2)，当电池片或硅片(25)到达定位机构(3)的上方时，停止节拍式传输带机构(2)，相机(4)开始拍照，根据相机(4)拍摄到图片计算电池片或硅片(25)的中心O1相对原点O在X轴方向的偏移量ΔX、Y轴方向的偏移量ΔY以及转角θ；

(3)调节电池片或硅片位置：启动定位机构(3)，吸盘(17)吸住电池片或硅片(25)后由升降驱动件(32)驱动上升，由调整架(34)带动吸盘(17)和电池片或硅片(25)沿X轴方向移动ΔX，沿Y轴方向移动ΔY，由旋转驱动件(33)驱动吸盘(17)和电池片或硅片(25)转动角度θ，最后吸盘(17)下降使电池片或硅片(25)的中心O1与原点O重合，完成电池片或硅片(25)的定位；

(4)打印或检测：启动节拍式传输带机构(2)，将电池片或硅片(25)输送至下游的喷墨打印单元或检测单元(28)，然后停止节拍式传输带机构(2)；

(5)重复步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)。