CN106272426B - 太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，包括：支撑架；固定在支撑架顶端的Y轴滑轨；安装在Y轴滑轨上且可沿Y轴滑轨方向移动的X轴滑轨；安装在X轴滑轨上且可沿X轴滑轨方向移动的机械手；安装在Y轴滑轨下方的支架台板；安装在支架台板上的成像机构；安装在成像机构右侧的电池片矫正机构，以及安装在电池片矫正机构右侧的上料盘。本太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，可以自动实现电池片运动过程中的位置和角度矫正，提高了生产效率和生产线柔性。本发明还提供了一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测方法，通过视觉矫正的方法使得电池片工件的矫正过程快速、精确的进行，提高了电池片串焊的效率和精度。

Description

太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备及检测方法

技术领域

本发明属于太阳能电池生产技术领域，具体涉及一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备及检测方法。

背景技术

2013年后光伏产业回暖，又适逢国家产业结构调整和升级，加之最近“中国制造2025”战略实施，自主研制光伏组件生产系统高端装备充满商机。太阳能电池片是光伏产业中的基础部件，常用电池片的尺寸有125×125，156×156，150×150以及103×103，厚度一般为0.23mm。

太阳能电池片的生产工艺中有一个流程叫做串焊，在串焊之前需要对电池片进行位置和角度的矫正，当前大部分太阳能电池生产厂商采用机械定位的结构进行位置和角度的矫正。采用机械校正的方法需要设计一个机械校正工位，为实际生产过程造成了很多影响和不利因素，如下：

1.校正工位的工作耗时在2秒左右，拖慢了生产速度；

2.增加了一次工件吸取和放置，增大了工件的损坏几率；

3.对于偏差较大的工件，机械校正工位可能会将工件挤碎

4.无法适应实际生产线中工件尺寸常常会变化的情况。

为了克服以上不足和缺陷，加大生产效率和生产线柔性，减少废品率，很多厂商都在寻求一种自适应视觉定位及旋转角度校正系统来代替机械校正工位。而目前存在的视觉解决方案多采用一个专门的视觉定位工位，需要将电池片放置在专门的定位工位进行停机离线定位，同样无法解决矫正耗时和工件损坏的问题。

为了解决上述问题，国内外一些太阳能电池生产厂家也进行过大量的研究，例如：申请号为CN201210115797.0的中国专利公开了“一种太阳能电池片全自动串焊生产线”，通过在串焊前设置破损和栅线位置检测校正装置对串焊的电池片进行校正，但该破损和栅线位置检测校正装置只能通过微型计算机对合格与不合格电池片进行分析和记忆，而且该专利没有公开破损和栅线位置检测校正装置的具体结构及工作方法；又如申请号为CN201210144462.1的中国专利公开了“一种太阳能电池片栅线位置校正装置及太阳能电池片串焊设备”，该太阳能电池片栅线位置校正装置通过检测太阳能电池片主栅线上边沿的反光来判断电池片的位置，亦即，利用设置在固定部上的光源照射单元产生照射放置在机台上的电池片主栅线边沿的光束，利用设置在固定部上的光电信号转换单元接收从主栅线边沿反射的光信号，并产生对应的电信号，且光电信号转换单元所指方向与光源照射单元产生的照射电池片主栅线边沿的光束照射方向所成的角的范围为35°～45°，数据处理设备根据采集的光电信号转换单元产生的电信号控制电池片调整部件调整电池片的位置，如此实现对不同规格的电池片定位及调整。但是该检测方法中的反射光线极易受到环境中其它光线的干扰，准确性不高，且设备复杂，不易掌控。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，可以自动实现电池片工件运动过程中的位置和角度矫正，加大了生产效率和生产线柔性，减少废品率，同时本发明还提供了一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测方法，通过视觉矫正的方法使得电池片工件的矫正过程快速、精确的进行，大大增加了电池片串焊的效率和精度。

为实现上述技术方案，本发明提供了一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，包括：支撑架；固定在支撑架顶端的Y轴滑轨；安装Y轴滑轨末端的Y轴驱动电机；安装Y轴滑轨上且可沿Y轴滑轨方向移动的X轴滑轨；安装在X轴滑轨末端的X轴驱动电机；安装在X轴滑轨上且可沿X轴滑轨方向移动的机械手；安装在支撑架前侧且位于Y轴滑轨下方的支架台板，所述支架台板的表面设置有通孔；安装在支架台板通孔内的成像机构，所述成像机构包括相机、光源和水平调准支架，相机与光源连接在一起并透过支架台板上的通孔向上拍摄，通孔上方设置有固定相机和光源的透明防护罩，水平调准支架的一端与相机固定连接，另一端与支架台板固定连接；安装在成像机构右侧的电池片矫正机构，所述电池片矫正机构包括X向位置矫正轴、Y向位置矫正轴、U向角度矫正轴和电池片放置板，U向角度矫正轴安装在支架台板下表面且贯穿支架台板，Y向位置矫正轴固定在U向角度矫正轴顶部，X向位置矫正轴安装在Y向位置矫正轴上，电池片放置板安装在X向位置矫正轴上；以及安装在电池片矫正机构右侧的上料盘。

在上述技术方案中，本检测设备工作时，Y轴驱动电机驱动X轴滑轨在Y轴滑轨上移动至上料盘的上方，X轴驱动电机驱动机械手在X轴滑轨上移动至上料盘的正上方，机械手动作，抓取上料盘内需要串焊的电池片，Y轴驱动电机和X轴驱动电机继续配合驱动抓取好电池片的机械手运动至电池片矫正机构正上方，机械手动作将电池片放置于电池片矫正机构的电池片放置板上，X向位置矫正轴、Y向位置矫正轴和U向角度矫正轴相互配合动作，对放置在电池片放置板上的电池片进行位置和角度的初始化标定，并将标定数值作为后续成像机构的调整标准。初始化标定只需进行一次，初始化标定完成以后，机械手只需从上料盘内吸附电池片，并沿Y轴滑轨运动至成像机构的正上方，启动成像机构，对电池片工件进行拍照，并启动标准位置图像处理程序计算电池片工件的位置和角度，系统根据计算结果与初始化得到的标定值进行对比，然后通过机械手自动旋转，完成对太阳能电池片位置和角度的矫正，最后通过机械手将矫正后的电池片送入下道工序进行串焊。

优选的，所述X向位置矫正轴包括第一底板、第一驱动电机、第一传动丝杆和第一滑台，所述第一传动丝杆与第一驱动电机的输出轴连接，第一滑台安装在第一传动丝杆上，所述第一驱动电机和第一传动丝杆均安装在第一底板上。通过第一底板可以实现X向位置矫正轴与Y向角度矫正轴的连接，第一驱动电机驱动第一传动丝杆旋转进而控制第一滑台在第一传动丝杆上的运动。

优选的，所述Y向位置矫正轴包括第二底板、第二驱动电机、第二传动丝杆和第二滑台，所述第二传动丝杆与第二驱动电机的输出轴连接，第二滑台安装在第二传动丝杆上，所述第二驱动电机和第二传动丝杆均安装在第二底板上。通过第二底板可以实现本Y向位置矫正轴与U向角度矫正轴的连接，第二驱动电机驱动第二传动丝杆旋转进而控制第二滑台在第二传动丝杆上的运动。

优选的，所述U向角度矫正轴包括第三驱动电机和十字滑台，所述十字滑台由正交安装的X向位置矫正轴和Y向位置矫正轴组成，所述第三驱动电机的输出轴与十字滑台的底部中心连接。通过第三驱动电机可以驱动十字滑台旋转，进而可以调节放置在十字滑台上电池片的串焊角度。

优选的，所述Y向位置矫正轴的第二底板安装在U向角度矫正轴第三驱动电机的输出轴上，第二电机与第二丝杆固定于Y向位置矫正轴的第二底板上，X向位置矫正轴上的第一底板固定在第二滑台上；第一电机与第一丝杆固定于X向位置矫正轴的第一底板上，电池片放置板固定于第一滑台上。通过U向角度矫正轴上的第三驱动电机可以驱动Y向位置矫正轴的第二底板旋转，进而驱动在正交安装在第二底板上的Y向位置矫正轴和X向位置矫正轴进行旋转，从而可以调节安装在X向位置矫正轴第一滑台上方电池片放置板的角度，进而调节放置在电池片放置板内电池片的串焊角度。同时通过第一电机驱动第一丝杆调节第一滑台在第一丝杆上的位置，可以调节电池片放置板在X方向上的位置，通过第二电机驱动第二丝杆调节第二滑台在第二丝杆上的位置，可以调节电池片放置板在Y方向上的位置。通过X向位置矫正轴、Y向位置矫正轴和U向角度矫正轴的配合达到初步调整电池片串焊位置和角度的目的。

本发明还提供了一种基于本发明提供的太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备所进行的检测方法，具体包括设备初始化和设备连续运行两大部分，所述设备初始化具体包括如下操作步骤：

S11、相机机械位置校准：手动调节水平调准支架，观察水平调准支架上的液泡位置，当液

泡位于中间位置时转动紧定螺钉锁死水平调准支架使得相机垂直向上拍摄，调整镜头焦距

使得工件在一定深度范围内清晰成像；

S12、校正相机参数：设(x,y)为图像坐标系内的二维坐标，(x_c,y_c,z_c)为以相机投影中心为原

点的相机三维坐标系的坐标，两者之间的关系如下式所示：

采用相机标定柔性算法，使用精确测量的棋盘格标定模板，标定模板每个小方块的边长为25mm，通过随机变换相机或标定模板的位置，令相机至少在两个以上相对标定模板的不同方位成像，然后通过角点检测获得角点的图像坐标，进而计算相机参数(f_x，f_y，u₀，v₀)，设从相机获得的原始图像为f(x，y)，校正后的图像为q(u，v)，按如下公式进行转换：

从而获得图像坐标与世界坐标之间的关系并对图像传感器畸变进行矫正；

S13、标准位置校正：校正相机参数以后，相机拍摄获得一张工件在标准位置的清晰成像，通过标准位置图像处理程序计算工件位置(x₀,y₀)和角度α₀，作为之后处理的标准值；

设备初始化成功以后，设备开始连续运行，具体包括如下步骤：

S21、触发相机，进行图像采集，设采集到的原始图像为f(x,y)，根据设备初始化步骤S12中得到的图像参数对原始图像进行畸变矫正，得到校正后的图像为q(x,y)；

S22、图像预处理：按以下公式对校正后的图像像素值进行变换，提升图像对比度；

g(x，y)＝b^{c[q(x，y)-1]}-1 公式3

其中g(x,y)为变换后的图像，q(x,y)为原图像的矫正图像，a＝30,b＝1.2,c＝1；

S23、对经过步骤S22处理后的图像进行阈值分割，设分割后图像的阈值为T，分割后的图像为b(x,y)，按如下公式进行图像分割：

其中T₁和T₂为针对太阳能电池片成像效果所设置的改进阈值，采用双阈值方法提取电池片区域；

S24、定位太阳能电池片，对步骤S23中得到的分割后的图像b(x,y)进行直线拟合，拟合出电池片的两条边缘直线，设其方程分别为：

y＝k₁x+b₁ 公式5

y＝k₂x+b₂ 公式6

其中k₁-k₂≠0，所定位的太阳能电池片的图像位置(x₁,y₁)即为两条直线的交点，根据公式5和公式6计算得到：

标准角度α₁为k₁和k₂中的较小值，即

S25、计算差值，根据步骤S24中得到的结果与初始化得到的标准值做差得到(x_d，y_d)和α_d，按如下公式：

根据初始化得到的相机参数得到电池片位置的实际偏差(x_r，y_r)，

S26、将步骤S25得到的结果(x_r，y_r)和α_d传输到控制机械手运动的控制器上，机械手控制器通过控制Y轴驱动电机和X轴驱动电机分别调节机械手在Y轴滑轨和X轴滑轨上的位置，以及通过控制机械手上驱动电机的旋转角度，完成对太阳能电池片位置和角度的精确矫正。

优选的，所述步骤S13中，工件位置(x₀,y₀)和角度α₀的计算通过如下步骤，

S131、控制机械手将工件从上料盘取出，放置到电池片矫正机构上，通过控制X向位置矫正轴、Y向位置矫正轴和U向角度矫正轴的位置关系矫正工件在电池片矫正机构上的位置和角度；

S132、工件在电池片矫正机构上经过矫正以后，再次控制机械手从电池片矫正机构抓取工件，运动至成像机构正上方；

S133、启动成像机构，对工件进行拍照，并启动标准位置图像处理程序计算工件标准位置(x₀,y₀)和角度α₀，作为之后处理的标准值。

优选的，所述步骤S133中标准位置图像处理程序计算工件标准位置(x₀,y₀)和角度α₀的方法与连续运行系统中计算(x₁，y₁)和角度a₁的方法相同，具体包括以下步骤：

S1331：图像预处理，按以下公式对图像像素值进行变换，提升图像对比度。

g(x，y)＝b^{c[q(x，y)-1]}-1 公式3

其中g(x，y)为变换后的图像，q(x，y)为原图像的矫正图像。

S1332：采用改进otsu自适应阈值方法对图像进行阈值分割。设采用otsu方法计算得到的阈值为T。设分割后的图像为b(x，y)，按如下公式进行图像分割。

其中T₁和T₂为针对太阳能电池片成像效果所设置的改进阈值，采用双阈值方法提取电池片区域。

S1333：定位太阳能电池片。对步骤2中得到的分割后的图像b(x，y)进行Hough直线拟合，拟合出电池片的两条边缘直线，设其方程分别为

y＝k₁x+b₁ 公式5

y＝k₂x+b₂ 公式6

其中k₁-k₂≠0，所定位的太阳能电池片的图像标准位置(x₀，y₀)即为两条直线的交点。

标准角度α₀为k₁和k₂中的较小值，即

经过上述计算方法得到的工件标准位置(x₀,y₀)和角度α₀，作为之后处理的标准值。

本发明提供的一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备及检测方法的有益效果在于：

(1)本太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备自动化程度高，可以自动实现电池片工件运动过程中的位置和角度矫正，提高了太阳能电池片生产效率和生产线柔性，减少废品率；

(2)本太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备通过视觉矫正的方法使得矫正过程在1秒钟内完成，定位精度达到0.1mm，角度精度达到0.2°，精度比现有机械矫正方式提高一倍以上。大大增加生产效率的同时提高了串焊精度；

(3)本太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备只需通过矫正机构对电池片串焊位置和角度进行一次性初始化标定，即可作为成像机构定位及角度调整的标准，机械手只需依照此标定即可进行连续的调整操作，相对于传统的机械位矫正，减少了一次工件吸取和放置，减少了工件的损坏几率，同时提高了矫正的速率；

(4)本太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测方法，通过视觉矫正的方法使得电池片工件的矫正过程快速、精确的进行，大大增加了电池片串焊的效率和精度；

(5)本太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测方法通过高精度的计算公式，可以快速、精确的实现串焊电池片的串焊位置和角度的矫正和排布，使得电池片的串焊工序连续进行，从而提高电池片串焊的效率。

附图说明

图1是太阳能电池片串焊前的视觉定位及角度矫正系统整体结构图。

图2是成像工位局部图。

图3是机械矫正工位局部图。

图4是太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测方法流程图。

图中：11、机械手；12、支架台板；13、上料盘；14、Y轴驱动电机；15、Y轴滑轨；16、X轴驱动电机；17、X轴滑轨；18、支撑架；2、成像机构；21、相机；22、光源；23、水平调准支架；24、透明防护罩；3、电池片矫正机构；31、X向位置矫正轴；32、Y向位置矫正轴；33、U向角度矫正轴；34、电池片放置板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例1：一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备。

参照图1至图3所示，一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，包括：支撑架18；固定在支撑架18顶端的Y轴滑轨15；安装Y轴滑轨15末端的Y轴驱动电机14；安装Y轴滑轨15上且可沿Y轴滑轨15方向移动的X轴滑轨17；安装在X轴滑轨17末端的X轴驱动电机16；安装在X轴滑轨17上且可沿X轴滑轨17方向移动的机械手11；安装在支撑架18前侧且位于Y轴滑轨15下方的支架台板12，所述支架台板12的表面设置有通孔；安装在支架台板12通孔内的成像机构2，所述成像机构2包括相机21、光源22和水平调准支架23，相机21与光源22连接在一起并透过支架台板12上的通孔向上拍摄，通孔上方设置有固定相机21和光源22的透明防护罩24，水平调准支架23的一端与相机21固定连接，另一端与支架台板12固定连接；安装在成像机构2右侧的电池片矫正机构3，所述电池片矫正机构3包括X向位置矫正轴31、Y向位置矫正轴32、U向角度矫正轴33和电池片放置板34，U向角度矫正轴33安装在支架台板12下表面且贯穿支架台板12，Y向位置矫正轴32固定在U向角度矫正轴33顶部，X向位置矫正轴31安装在Y向位置矫正轴32上，电池片放置板34安装在X向位置矫正轴31上；以及安装在电池片矫正机构3右侧的上料盘13。

在上述技术方案中，本检测设备工作时，Y轴驱动电机14驱动X轴滑轨17在Y轴滑轨15上移动至上料盘13的上方，X轴驱动电机16驱动机械手11在X轴滑轨17上移动至上料盘13的正上方，机械手11动作，抓取上料盘13内需要串焊的电池片，Y轴驱动电机14和X轴驱动电机16继续配合驱动抓取好电池片的机械手11运动至电池片矫正机构3正上方，机械手11动作将电池片放置于电池片矫正机构3的电池片放置板34上，X向位置矫正轴31、Y向位置矫正轴32和U向角度矫正轴33相互配合动作，对放置在电池片放置板34上的电池片进行位置和角度的初始化标定，并将标定数值作为后续成像机构2的调整标准。初始化标定只需进行一次，初始化标定完成以后，机械手11只需从上料盘13内吸附电池片，并沿Y轴滑轨15运动至成像机构2的正上方，启动成像机构2，对电池片工件进行拍照，并启动标准位置图像处理程序计算电池片工件的位置和角度，系统根据计算结果与初始化得到的标定值进行对比，然后通过机械手11自动旋转，完成对太阳能电池片位置和角度的矫正，最后通过机械手11将矫正后的电池片送入下道工序进行串焊。

参照图3所示，所述X向位置矫正轴31包括第一底板、第一驱动电机、第一传动丝杆和第一滑台，所述第一传动丝杆与第一驱动电机的输出轴连接，第一滑台安装在第一传动丝杆上，所述第一驱动电机和第一传动丝杆均安装在第一底板上。通过第一底板可以实现X向位置矫正轴31与Y向角度矫正轴32的连接，第一驱动电机驱动第一传动丝杆旋转，进而控制第一滑台在第一传动丝杆上的运动。

参照图3所示，所述Y向位置矫正轴32包括第二底板、第二驱动电机、第二传动丝杆和第二滑台，所述第二传动丝杆与第二驱动电机的输出轴连接，第二滑台安装在第二传动丝杆上，所述第二驱动电机和第二传动丝杆均安装在第二底板上。通过第二底板可以实现本Y向位置矫正轴32与U向角度矫正轴33的连接，第二驱动电机驱动第二传动丝杆旋转，进而控制第二滑台在第二传动丝杆上的运动。

参照图3所示，所述U向角度矫正轴33包括第三驱动电机和十字滑台，所述十字滑台由正交安装的X向位置矫正轴31和Y向位置矫正轴32组成，所述第三驱动电机的输出轴与十字滑台的底部中心连接。通过第三驱动电机可以驱动十字滑台旋转，进而可以调节放置在十字滑台上电池片的串焊角度。

参照图3所示，所述Y向位置矫正轴32的第二底板安装在U向角度矫正轴33第三驱动电机的输出轴上，第二电机与第二丝杆固定于Y向位置矫正轴32的第二底板上，X向位置矫正轴31上的第一底板固定在第二滑台上；第一电机与第一丝杆固定于X向位置矫正轴31的第一底板上，电池片放置板34固定于第一滑台上。通过U向角度矫正轴33上的第三驱动电机可以驱动Y向位置矫正轴32的第二底板旋转，进而驱动在正交安装在第二底板上的Y向位置矫正轴32和X向位置矫正轴31进行旋转，从而可以调节安装在X向位置矫正轴31第一滑台上方电池片放置板34的角度，进而调节放置在电池片放置板34内电池片的串焊角度。同时通过第一电机驱动第一丝杆调节第一滑台在第一丝杆上的位置，可以调节电池片放置板34在X方向上的位置，通过第二电机驱动第二丝杆调节第二滑台在第二丝杆上的位置，可以调节电池片放置板34在Y方向上的位置。通过X向位置矫正轴31、Y向位置矫正轴32和U向角度矫正轴33的配合达到初步调整电池片串焊位置和角度的目的。

实施例2：一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测方法。

参照图4所示，一种基于本发明提供的太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备所进行的检测方法，具体包括设备初始化和设备连续运行两大部分，所述设备初始化具体包括如下操作步骤：

S11、相机21机械位置校准：手动调节水平调准支架23，观察水平调准支架23上的液泡

位置，当液泡位于中间位置时转动紧定螺钉锁死水平调准支架23使得相机21垂直向上拍

摄，调整镜头焦距使得工件在一定深度范围内清晰成像；

S12、校正相机参数：设(x,y)为图像坐标系内的二维坐标，(x_c,y_c,z_c)为以相机投影中心为原

点的相机三维坐标系的坐标，两者之间的关系如下式所示：

采用相机标定柔性算法，使用精确测量的棋盘格标定模板，标定模板每个小方块的边长为25mm，通过随机变换相机或标定模板的位置，令相机至少在两个以上相对标定模板的不同方位成像，然后通过角点检测获得角点的图像坐标，进而计算相机参数(f_x，f_y，u₀，v₀)，设从相机获得的原始图像为f(x，y)，校正后的图像为q(u，v)，按如下公式进行转换：

从而获得图像坐标与世界坐标之间的关系并对图像传感器畸变进行矫正；

S13、标准位置校正：校正相机参数以后，相机拍摄获得一张工件在标准位置的清晰成像，通过标准位置图像处理程序计算工件位置(x₀,y₀)和角度α₀，作为之后处理的标准值；

设备初始化成功以后，设备开始连续运行，具体包括如下步骤：

S21、触发相机，进行图像采集，设采集到的原始图像为f(x,y)，根据设备初始化步骤S12中得到的图像参数对原始图像进行畸变矫正，得到校正后的图像为q(x,y)；

S22、图像预处理：按以下公式对校正后的图像像素值进行变换，提升图像对比度；

g(x，y)＝b^{c[q(x，y)-1]}-1 公式3

其中g(x,y)为变换后的图像，q(x,y)为原图像的矫正图像，a＝30,b＝1.2,c＝1；

S23、对经过步骤S22处理后的图像进行阈值分割，设分割后图像的阈值为T，分割后的图像为b(x,y)，按如下公式进行图像分割：

其中T₁和T₂为针对太阳能电池片成像效果所设置的改进阈值，采用双阈值方法提取电池片区域；

S24、定位太阳能电池片，对步骤S23中得到的分割后的图像b(x,y)进行直线拟合，拟合出电池片的两条边缘直线，设其方程分别为：

y＝k₁x+b₁ 公式5

y＝k₂x+b₂ 公式6

其中k₁-k₂≠0，所定位的太阳能电池片的图像位置(x₁,y₁)即为两条直线的交点，根据公式5和公式6计算得到：

标准角度α₁为k₁和k₂中的较小值，即

S25、计算差值，根据步骤S24中得到的结果与初始化得到的标准值做差得到(x_d，y_d)和α_d，按如下公式：

根据初始化得到的相机参数得到电池片位置的实际偏差(x_r，y_r)，

S26、将步骤S25得到的结果(x_r，y_r)和α_d传输到控制机械手11运动的控制器上，机械手11控制器通过控制Y轴驱动电机14和X轴驱动电机16分别调节机械手在Y轴滑轨15和X轴滑轨17上的位置，以及通过控制机械手11上驱动电机的旋转角度，完成对太阳能电池片位置和角度的精确矫正。

本实施例中，所述步骤S13中，工件位置(x₀,y₀)和角度α₀的计算通过如下步骤，

S131、控制机械手11将工件从上料盘13取出，放置到电池片矫正机构3上，通过控制X向位置矫正轴31、Y向位置矫正轴32和U向角度矫正轴33的位置关系矫正工件在电池片矫正机构3上的位置和角度；

S132、工件在电池片矫正机构3上经过矫正以后，再次控制机械手11从电池片矫正机构3内抓取工件，运动至成像机构2正上方；

S133、启动成像机构2，对工件进行拍照，并启动标准位置图像处理程序计算工件标准位置(x₀,y₀)和角度α₀，作为之后处理的标准值。

本实施例中，所述步骤S133中标准位置图像处理程序计算工件标准位置(x₀,y₀)和角度α₀的方法与连续运行系统中计算(x₁，y₁)和角度a₁的方法相同，具体包括以下步骤：

S1331：图像预处理，按以下公式对图像像素值进行变换，提升图像对比度。

g(x，y)＝b^{c[q(x，y)-1]}-1 公式3

其中g(x，y)为变换后的图像，q(x，y)为原图像的矫正图像。

S1332：采用改进otsu自适应阈值方法对图像进行阈值分割。设采用otsu方法计算得到的阈值为T。设分割后的图像为b(x，y)，按如下公式进行图像分割。

其中T₁和T₂为针对太阳能电池片成像效果所设置的改进阈值，采用双阈值方法提取电池片区域。

S1333：定位太阳能电池片。对步骤2中得到的分割后的图像b(x，y)进行Hough直线拟合，拟合出电池片的两条边缘直线，设其方程分别为

y＝k₁x+b₁ 公式5

y＝k₂x+b₂ 公式6

其中k₁-k₂≠0，所定位的太阳能电池片的图像标准位置(x₀，y₀)即为两条直线的交点。

标准角度α₀为k₁和k₂中的较小值，即

经过上述计算方法得到的工件标准位置(x₀,y₀)和角度α₀，作为之后处理的标准值。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，其特征在于包括：

支撑架；

固定在支撑架顶端的Y轴滑轨；

安装Y轴滑轨末端的Y轴驱动电机；

安装Y轴滑轨上且可沿Y轴滑轨方向移动的X轴滑轨；

安装在X轴滑轨末端的X轴驱动电机；

安装在X轴滑轨上且可沿X轴滑轨方向移动的机械手；

安装在支撑架前侧且位于Y轴滑轨下方的支架台板，所述支架台板的表面设置有通孔；

安装在支架台板通孔内的成像机构，所述成像机构包括相机、光源和水平调准支架，相机与光源连接在一起并透过支架台板上的通孔向上拍摄，通孔上方设置有固定相机和光源的透明防护罩，水平调准支架的一端与相机固定连接，另一端与支架台板固定连接；

安装在成像机构右侧的电池片矫正机构，所述电池片矫正机构包括X向位置矫正轴、Y向位置矫正轴、U向角度矫正轴和电池片放置板，U向角度矫正轴安装在支架台板下表面且贯穿支架台板，Y向位置矫正轴固定在U向角度矫正轴顶部，X向位置矫正轴安装在Y向位置矫正轴上，电池片放置板安装在X向位置矫正轴上；以及

安装在电池片矫正机构右侧的上料盘。

2.如权利要求1所述的太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，其特征在于：所述X向位置矫正轴包括第一底板、第一驱动电机、第一传动丝杆和第一滑台，所述第一传动丝杆与第一驱动电机的输出轴连接，第一滑台安装在第一传动丝杆上，所述第一驱动电机和第一传动丝杆均安装在第一底板上。

3.如权利要求2所述的太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，其特征在于：所述Y向位置矫正轴包括第二底板、第二驱动电机、第二传动丝杆和第二滑台，所述第二传动丝杆与第二驱动电机的输出轴连接，第二滑台安装在第二传动丝杆上，所述第二驱动电机和第二传动丝杆均安装在第二底板上。

4.如权利要求3所述的太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，其特征在于：所述U向角度矫正轴包括第三驱动电机和十字滑台，所述十字滑台由正交安装的X向位置矫正轴和Y向位置矫正轴组成，所述第三驱动电机的输出轴与十字滑台的底部中心连接。

5.如权利要求4所述的太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，其特征在于：所述Y向位置矫正轴的第二底板安装在U向角度矫正轴第三驱动电机的输出轴上，第二电机与第二丝杆固定于Y向位置矫正轴的第二底板上，X向位置矫正轴上的第一底板固定在第二滑台上；第一电机与第一丝杆固定于X向位置矫正轴的第一底板上，电池片放置板固定于第一滑台上。

6.一种太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测方法，其特征在于：使用如权利要求1-5中任一所述的太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测设备，具体包括设备初始化和设备连续运行两大部分，所述设备初始化具体包括如下操作步骤：

S11、相机机械位置校准：手动调节水平调准支架，观察水平调准支架上的液泡位置，当液泡位于中间位置时转动紧定螺钉锁死水平调准支架使得相机垂直向上拍摄，调整镜头焦距使得工件在一定深度范围内清晰成像；

S12、校正相机参数：设(x,y)为图像坐标系内的二维坐标，(x_c,y_c,z_c)为以相机投影中心为原点的相机三维坐标系的坐标，两者之间的关系如下式所示：

采用相机标定柔性算法，使用精确测量的棋盘格标定模板，标定模板每个小方块的边长为25mm，通过随机变换相机或标定模板的位置，令相机至少在两个以上相对标定模板的不同方位成像，然后通过角点检测获得角点的图像坐标，进而计算相机参数(f_x，f_y，u₀，v₀)，设从相机获得的原始图像为f(x，y)，校正后的图像为q(u，v)，按如下公式进行转换：

从而获得图像坐标与世界坐标之间的关系并对图像传感器畸变进行矫正；

S13、标准位置校正：校正相机参数以后，相机拍摄获得一张工件在标准位置的清晰成像，通过标准位置图像处理程序计算工件位置(x₀,y₀)和角度α₀，作为之后处理的标准值；

设备初始化成功以后，设备开始连续运行，具体包括如下步骤：

S21、触发相机，进行图像采集，设采集到的原始图像为f(x,y)，根据设备初始化步骤S12中得到的图像参数对原始图像进行畸变矫正，得到校正后的图像为q(x,y)；

S22、图像预处理：按以下公式对校正后的图像像素值进行变换，提升图像对比度；

g(x，y)＝b^{c[q(x，y)-1]}-1 公式3

其中g(x,y)为变换后的图像，q(x,y)为原图像的矫正图像，a＝30,b＝1.2,c＝1；

S23、对经过步骤S22处理后的图像进行阈值分割，设分割后图像的阈值为T，分割后的图像为b(x,y)，按如下公式进行图像分割：

其中T₁和T₂为针对太阳能电池片成像效果所设置的改进阈值，采用双阈值方法提取电池片区域；

S24、定位太阳能电池片，对步骤S23中得到的分割后的图像b(x,y)进行直线拟合，拟合出电池片的两条边缘直线，设其方程分别为：

y＝k₁x+b₁ 公式5

y＝k₂x+b₂ 公式6

其中k₁-k₂≠0，所定位的太阳能电池片的图像位置(x₁,y₁)即为两条直线的交点，根据公式5和公式6计算得到：

标准角度α₁为k₁和k₂中的较小值，即

S25、计算差值，根据步骤S24中得到的结果与初始化得到的标准值做差得到(x_d，y_d)和α_d，按如下公式：

根据初始化得到的相机参数得到电池片位置的实际偏差(x_r，y_r)，

S26、将步骤S25得到的结果(x_r，y_r)和α_d传输到控制机械手运动的控制器上，机械手控制器通过控制Y轴驱动电机和X轴驱动电机分别调节机械手在Y轴滑轨和X轴滑轨上的位置，以及通过控制机械手上驱动电机的旋转角度，完成对太阳能电池片位置和角度的精确矫正。

7.如权利要求6所述的太阳能电池片串焊前视觉定位及角度检测方法，其特征在于：所述步骤S13中，工件位置(x₀,y₀)和角度α₀的计算通过如下步骤，

S131、控制机械手将工件从上料盘取出，放置到电池片矫正机构上，通过控制X向位置矫正轴、Y向位置矫正轴和U向角度矫正轴的位置关系矫正工件在电池片矫正机构上的位置和角度；

S132、工件在电池片矫正机构上经过矫正以后，再次控制机械手从电池片矫正机构抓取工件，运动至成像机构正上方；

S133、启动成像机构，对工件进行拍照，并启动标准位置图像处理程序计算工件标准位置(x₀,y₀)和角度α₀，作为之后处理的标准值。