CN107481952A - 一种太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统及方法，所述的系统包括：送料装置、检测装置、标记装置，其中：送料装置用于输运定位待检测太阳能电池激光划刻线样品；检测装置用于抓取捕获并处理待检测太阳能电池激光划刻线样品；一用于采集待检测太阳能电池激光划刻线样品图像的图像采集单元；一用于图像采集时补充亮度、提高图像清晰度及识别精度的照明单元；图像处理单元将获取的扫描图像进行拼接并进行预处理，去除杂散光或其他杂点的影响；一数据处理单元通过数字图像处理技术比较已经完成图像处理的P1/P2/P3线的图像，计算出每条线的位置信息，与数据库对比，判断3条线的趋势；一数据输出单元用于根据数据处理单元给出的数据输出检测结果。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种太阳能电池激光划线的缺陷检测系统及方法，主要应用于基于CIGS、CZTS、CdTe等的薄膜太阳能电池组件，属于太阳能电池激光划刻线的缺陷检测技术领域。
背景技术
通常，太阳能电池组件，诸如薄膜太阳能电池组件是通过使用机械/激光划刻单片互连的电池形成。如图1、2所示，为现有技术中用于CIGS太阳能电池的常规划刻工艺，总共存在三条划线，即P1、P2和P3线；由于浪费了太阳能辐射，所以P1到P3线的区域被称为死区；如果对P2和P3线机械地划线，则整个死区通常约为0.2-0.3mm；如果通过使用全激光划刻技术对它们进行划线，则整个死区可以减小到0.2mm（0.14-0.2mm）以内。
然而激光划刻中除了需要死区面积小之外，更重要的一点是保证三条划刻线之间的相互平行或者不交叉。太阳能电池在生产过程中，由于划刻线产生形变会造成线条交叉，另一方面，由于工艺或者其他硬件缺陷，部分划刻线可能存在漏线断线等缺陷，一旦划刻线交叉或者存在漏线断线等缺陷就会造成电池组件效率降低、甚至整片组件报废；故在组件封装之前需要检查划刻线的缺陷。
传统流水线上人工肉眼检测效率慢，且误检率高，稍不注意就导致将不良品流入到下一工序或直接到达客户手中，给下一工序的加工人员带来相当大的工作量，有可能会导致比较大的返工费用，工作效率也无法提升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供的一种系统组成合理、简单，效率高，能够快速准确的识别和判断划刻线的情况，基于此可以进行下一步组件封装的太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统及方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统，所述的缺陷检测系统包括：送料装置、检测装置、标记装置，其中：
所述的送料装置用于输运定位待检测太阳能电池激光划刻线样品；包含输送单元和定位单元，所述的输送单元用于输运和卸载待检测太阳能电池激光划刻线样品；所述的定位单元用于跟踪定位待检测太阳能电池激光划刻线样品的位置；
所述的检测装置用于抓取捕获并处理待检测太阳能电池激光划刻线样品；包括：一用于固定待检测太阳能电池激光划刻线样品、减少抖动造成的识别误差的固定单元；一用于采集待检测太阳能电池激光划刻线样品图像的图像采集单元；一用于图像采集时补充亮度、提高图像清晰度及识别精度的照明单元；所述的图像处理单元将获取的扫描图像进行拼接并进行预处理，去除杂散光或其他杂点的影响；一数据处理单元通过数字图像处理技术比较已经完成图像处理的P1/P2/P3线的图像，计算出每条线的位置信息，与数据库对比，判断3条线的趋势；一数据输出单元用于根据数据处理单元给出的数据输出检测结果。
所述的标记装置用于根据所述处理结果在所述位置进行标记；它包含有打标单元，且打标单元与检测装置固定在一起。
作为优选：所述的缺陷检测系统还包含有由X轴单元及Y轴运动单元构成的运动装置，所述的检测装置及标记装置被固定于X轴单元的X轴上，且可沿X轴方向运动；所述的检测装置及标记装置在X-Y方向的平移运动是通过X-Y轴的平移来保证；
待检测太阳能电池激光划刻线样品进入检测系统先由固定单元进行固定，然后由图像采集单元进行拍照录取图像；所述的图像采集单元由面阵相机及相机镜头组成；图像采集单元录取的图像会输入至电脑端进行图像处理、数据处理及数据输出。
作为优选：所述图像采集单元的面阵相机、相机镜头与LED光源及激光打标装置均固定在同一块挂板上，且挂板固定在一线性导轨X轴上；线性导轨X轴在y轴方向的移动是通过线性导轨Y轴完成，从而保证面阵相机及激光打标装置在X-Y方向的平移；所述的检测装置和标记装置配置有将检测装置及标记装置罩住、用于遮挡外来光影响的防尘罩；所述的固定单元是一种吸附面板或平压机构。
作为优选：所述的图像采集单元为一CCD系统，包含高速面阵相机或线扫相机及镜头；所述照明单元为高亮度LED光源；打标单元是一种激光打标装置或喷码打标装置。
一种利用所述缺陷检测系统用于太阳能电池激光划刻线的缺陷检测方法，所述缺陷检测方法包含如下步骤：
a：输运单元输送待检测样品；
b：待检测样品到位之后，固定单元固定住待检测样品；
c：照明单元开启照明；
d：图像采集单元对待检测样品进行扫描取图；
e：图像处理单元将获取的扫描图像进行预处理，去除杂散光或其他杂点的影响；
f：数据处理单元根据比较P1/P2/P3线的位置信息，与数据库对比，判断3条线的趋势；
g：数据输出单元将不合格的线的位置坐标输出给打标装置；
h：打标单元在不合格的线的位置进行打标标记；
i：完成检测，输运单元将待检测样品运离。
作为优选：在进行图像采集之前需要首先对系统进行校正；数据输出单元所输出的位置坐标仅需为 Y轴坐标。
本发明具有系统组成合理、简单，效率高，能够快速准确的识别和判断划刻线的情况，基于此可以进行下一步组件封装等特点。
附图说明
图1为现有技术中的CIGS太阳能电池常规激光划刻工艺图。
图2为现有技术中CIGS太阳能电池常规激光划刻工艺划刻线俯视图示意图。
图3为本发明所述太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统的组成框图。
图4为本发明所述太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统结构示意图。
图5为本发明所述太阳能电池激光划刻线的缺陷检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本申请进行进一步详细说明。应该注意，为了便于描述，在附图中仅示出了与本申请相关的部分。
图1为现有技术中的CIGS太阳能电池常规激光划刻工艺，首先在衬底P1（聚酰亚胺）上溅射一层Mo膜作为背电极，然后利用激光划线在Mo膜上划刻P1线；然后在Mo膜上依次制备CIGS、CdS及i-ZnO层，紧接着再在P1线旁边划刻P2线用于除去i-ZnO、CdS及CIGS层；然后在i-ZnO上制备前电极AZO，再利用激光在P2线旁边划刻P3线，用于除去AZO、i-ZnO、CdS及CIGS层。
图2为现有技术中CIGS太阳能电池常规激光划刻工艺划刻线俯视图示意图。每组激光划刻线均包含有P1/P2/P3线。第1组及第2组为正常合格线；第3组、第4组、第5组为断线，第6组为交叉线，第7组为交叉线及缺线，这些情况下组件性能降低甚至失效。因此必须保证划 P1/P2/P3线的完整，且保持固定的间距。
图3、4所示，本发明所述的一种太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统300，包括：送料装置301、检测装置303、标记装置305，其中
所述的送料装置301用于输运定位待检测太阳能电池激光划刻线样品；包含输送单元和定位单元，所述的输送单元用于输运和卸载待检测太阳能电池激光划刻线样品；所述的定位单元用于跟踪定位待检测太阳能电池激光划刻线样品的位置；
所述的检测装置303用于抓取捕获并处理待检测太阳能电池激光划刻线样品；包括：一用于固定待检测太阳能电池激光划刻线样品、减少抖动造成的识别误差的固定单元3031；一用于采集待检测太阳能电池激光划刻线样品图像的图像采集单元3032；一用于图像采集时补充亮度、提高图像清晰度及识别精度的照明单元3033；所述的图像处理单元3034将获取的扫描图像进行拼接并进行预处理，去除杂散光或其他杂点的影响；一数据处理单元3035通过数字图像处理技术比较已经完成图像处理的P1/P2/P3线的图像，计算出每条线的位置信息，与数据库对比，判断3条线的趋势；一数据输出单元3036用于根据数据处理单元给出的数据输出检测结果。
所述的标记装置205用于根据所述处理结果在所述位置进行标记；它包含有打标单元，且打标单元与检测装置固定在一起。
图中所示，所述的缺陷检测系统还包含有由X轴单元3071及Y轴运动单元3072构成的运动装置307，所述的检测装置303及标记装置305被固定于X轴单元3071的X轴上，且可沿X轴方向运动；所述的检测装置303及标记装置305在X-Y方向的平移运动是通过X-Y轴的平移来保证；
待检测太阳能电池激光划刻线样品进入检测系统先由固定单元进行固定，然后由图像采集单元进行拍照录取图像；所述的图像采集单元由面阵相机2及相机镜头3组成；图像采集单元录取的图像会输入至电脑端进行图像处理、数据处理及数据输出。
图4所示，本发明所述图像采集单元的面阵相机2、相机镜头3与LED光源4及激光打标装置5均固定在同一块挂板6上，且挂板6固定在一线性导轨X轴7上；线性导轨X轴7在y轴方向的移动是通过线性导轨Y轴8完成，从而保证面阵相机2及激光打标装置5在X-Y方向的平移；所述的检测装置和标记装置配置有将检测装置及标记装置罩住、用于遮挡外来光影响的防尘罩10；所述的固定单元是一种吸附面板或平压机构。
所述的图像采集单元为一CCD系统，包含高速面阵相机或线扫相机及镜头；所述照明单元为高亮度LED光源；打标单元是一种激光打标装置或喷码打标装置。
图5所示，一种利用所述缺陷检测系统进行太阳能电池激光划刻线的缺陷检测方法，所述缺陷检测方法包含如下步骤：
a：输运单元输送待检测样品；
b：待检测样品到位之后，固定单元固定住待检测样品
c：照明单元开启照明；
d：图像采集单元对待检测样品进行扫描取图；
e：图像处理单元将获取的扫描图像进行预处理，去除杂散光或其他杂点的影响；
f：数据处理单元根据比较P1/P2/P3线的位置信息，与数据库对比，判断3条线的趋势；
g：数据输出单元将不合格的线的位置坐标输出给打标装置；
h：打标单元在不合格的线的位置进行打标标记；
i：完成检测，输运单元将待检测样品运离。
本发明在进行图像采集之前需要首先对系统进行校正；数据输出单元所输出的位置坐标仅需为 Y轴坐标。
实施例：图3所示为本发明所述柔性薄膜太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统300示意图。
所述的缺陷检测系统300包括送料装置301、检测装置303和标记装置305。送料装置301可连续地输运并固定待检测太阳能电池激光划刻线样品。检测装置303，用于采集待检测太阳能电池激光划刻线样品的图像并处理相关采集的图像，计算输出检测结果； 标记装置305用于根据检测装置输出的结果在所述位置进行标记。
送料装置301含有输送单元，用于输运和卸载待检测太阳能电池激光划刻线样品，其运动状态可以由计算机控制，保证每一次可以检测整个电池表面；送料装置301还包含定位单元，用于跟踪定位待检测太阳能电池激光划刻线样品的位置。
本申请的一个实施例中，检测装置303还可包括固定单元3031、图像采集单元3032、照明单元3033、图像处理单元3034、数据处理单元3035以及数据输出单元3036。固定单元3031，用于固定待检测太阳能电池激光划刻线样品，减少抖动造成的识别误差照明单元图像采集单元3032为高速CCD相机，可有计算机控制，并沿着柔性薄膜太阳能电池激光划刻线的方向录取图像。3033为高亮度LED光源，用于图像采集时补充亮度提高图像的清晰度及识别精度。图像处理单元3034可以将图像采集单元所录取的图像实时输入到计算机中进行预处理，包括但不限于预滤波、去除椒盐噪声以及图像拼接。数据处理单元3035可以将被图像处理单元3034完成处理的激光划刻线图像的像素坐标转化成激光划刻线的实际坐标。数据输出单元3036可以将数据处理单元所得到的数据输出给标记装置305。
所述的图像处理单元3034、数据处理单元3035以及数据输出单元3036均由计算机程序完成。
标记装置305可以通过标记的方法在检测不合格的位置进行标记。标记装置的开关可以由计算机控制，并且在所需位置触发开关信号。在一个实施方式中，标记装置可以是但不限于激光打标装置或喷码打标装置。
在本申请的另一个实施例中，系统300还可包含运动装置307，该运动装置含有X轴单元3071及Y轴运动单元3072。检测装置303及标记装置305被固定于X轴上，且可沿X轴方向运动；本发明还可以通过X-Y轴的平移来保证检测装置303及标记装置305在X-Y方向的平移运动。
图4所示为太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统（省略送料装置）结构示意图；
待检测太阳能电池激光划刻线样品进入检测装置后，首先由固定单元1进行固定，然后由图像采集单元进行拍照录取图像。在一个实时方式中，图像采集单元由面阵相机2及相机镜头3组成。在图像采集时，为补充亮度提高图像的清晰度及识别精度，还需要有高亮度LED光源4。由图像采集单元录取的图像会输入指电脑端进行图像处理、数据处理及数据输出。通过数字图像处理技术比较已经完成图像处理的P1/P2/P3线的图像，计算出每条线的位置信息，与数据库对比，判断3条线的趋势，输出检测结果。然后根据检测结果，由激光打标装置5进行标记。面阵相机2、相机镜头3、LED光源4及激光打标装置5均固定在同一块挂板6上，且挂板6固定在一线性导轨X轴7上。线性导轨X轴7在y轴方向的移动可以通过线性导轨Y轴8完成，由此可以保证面阵相机2及激光打标装置5在X-Y方向的平移。检测装置的防尘罩10，将检测装置及标记装置罩住，用于遮挡外来光的影响。
图5所示为太阳能电池激光划刻线的缺陷检测方法500流程图。
系统自我检测是初始开启还是异常停用后的开启；如检测是异常停用后的开启则继续原有设定；如系统检测是初始开启，则包括下述步骤：
在步骤501中对系统进行校正，主要校正图像采集单元与标记单元在标准坐标系中的位置偏差；在步骤502中，输送单元开启输送待检测电池；然后在步骤5021中通过定位单元进行位置判断，当待检测电池到位之后，通过固定单元固定住待检测电池完成步骤503；通过步骤504开启照明单元，补充亮度提高图像的清晰度及识别精度，然后完成步骤505的图像采集，当图像采集完成4051之后图像数据输入计算机开始进行步骤506的图像处理以及步骤507的数据处理，并在步骤508中进行数据输出；在步骤509中，标记单元根据数据输出单元输出的数据结果进行检测标记。完成标记之后，步骤510把已完成检测的电池组件输送出去。
在一个实施方式中，所述缺陷可以是，但不限于断线、缺线、交叉线及其相互之间的组合。
在替代实施方式中，包括适用于本申请的太阳能电池可以是，但不限于刚性池或柔性太阳能电池组件。
以上描述仅是对本申请优选实施方式和应用技术的原理的描述。本领域技术人员将理解，在不偏离发明构思的情况下，本申请中所公开的要求保护的方案的范围不限于由上述特征的特定组合构成的那些方案，而应覆盖由前述特征或其等同特征的任何组合形成的其他方案，例如，通过将在上文中讨论的一个或多个特征替换为在本申请中公开（但不限于）的具有类似功能的一个或多个特征而形成的方案。
Claims (6)
1.一种太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统，所述的缺陷检测系统包括：送料装置、检测装置、标记装置，其特征在于：
所述的送料装置用于输运定位待检测太阳能电池激光划刻线样品；包含输送单元和定位单元，所述的输送单元用于输运和卸载待检测太阳能电池激光划刻线样品；所述的定位单元用于跟踪定位待检测太阳能电池激光划刻线样品的位置；
所述的检测装置用于抓取捕获并处理待检测太阳能电池激光划刻线样品；包括：一用于固定待检测太阳能电池激光划刻线样品、减少抖动造成的识别误差的固定单元；一用于采集待检测太阳能电池激光划刻线样品图像的图像采集单元；一用于图像采集时补充亮度、提高图像清晰度及识别精度的照明单元；所述的图像处理单元将获取的扫描图像进行拼接并进行预处理，去除杂散光或其他杂点的影响；一数据处理单元通过数字图像处理技术比较已经完成图像处理的P1/P2/P3线的图像，计算出每条线的位置信息，与数据库对比，判断3条线的趋势；一数据输出单元用于根据数据处理单元给出的数据输出检测结果；
所述的标记装置用于根据所述处理结果在所述位置进行标记；它包含有打标单元，且打标单元与检测装置固定在一起。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统，其特征在于所述的缺陷检测系统还包含有由X轴单元及Y轴运动单元构成的运动装置，所述的检测装置及标记装置被固定于X轴单元的X轴上，且可沿X轴方向运动；所述的检测装置及标记装置在X-Y方向的平移运动是通过X-Y轴的平移来保证；
待检测太阳能电池激光划刻线样品进入检测系统先由固定单元进行固定，然后由图像采集单元进行拍照录取图像；所述的图像采集单元由面阵相机及相机镜头组成；图像采集单元录取的图像会输入至电脑端进行图像处理、数据处理及数据输出。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统，其特征在于所述图像采集单元的面阵相机、相机镜头与LED光源及激光打标装置均固定在同一块挂板上，且挂板固定在一线性导轨X轴上；线性导轨X轴在y轴方向的移动是通过线性导轨Y轴完成，从而保证面阵相机及激光打标装置在X-Y方向的平移；所述的检测装置和标记装置配置有将检测装置及标记装置罩住、用于遮挡外来光影响的防尘罩；所述的固定单元是一种吸附面板或平压机构。
4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统，其特征在于所述的图像采集单元为一CCD系统，包含高速面阵相机或线扫相机及镜头；所述照明单元为高亮度LED光源；打标单元是一种激光打标装置或喷码打标装置。
5.一种利用权利要求1或2或3或4所述缺陷检测系统进行太阳能电池激光划刻线的缺陷检测方法，其特征在于所述缺陷检测方法包含如下步骤：
a：输运单元输送待检测样品；
b：待检测样品到位之后，固定单元固定住待检测样品；
c：照明单元开启照明；
d：图像采集单元对待检测样品进行扫描取图；
e：图像处理单元将获取的扫描图像进行预处理，去除杂散光或其他杂点的影响；
f：数据处理单元根据比较P1/P2/P3线的位置信息，与数据库对比，判断3条线的趋势；
g：数据输出单元将不合格的线的位置坐标输出给打标装置；
h：打标单元在不合格的线的位置进行打标标记；
i：完成检测，输运单元将待检测样品运离。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池激光划刻线的缺陷检测方法，其特征在于：在进行图像采集之前需要首先对系统进行校正；数据输出单元所输出的位置坐标仅需为Y轴坐标。
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