CN107554050A - 一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置及其定位方法；该设备的视觉定位装置包括进板定位相机、相机固定架、丝网定位相机、旋转定位平台、三自由度丝网运动平台、丝网、机架和承印台。本定位方法通过定制光学玻璃标定板、旋转定位平台和三自由度丝网运动平台实现相机标定；通过控制系统内部的视觉软件算法建立进板定位相机、丝网定位相机和旋转定位平台的坐标关联关系；通过控制系统视觉定位算法计算三自由度丝网运动平台偏移量，实现三自由度丝网运动平台的准确快速定位；具有定位精度高，稳定性好等特点。

Description

一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置及其定位方法

技术领域

本发明涉及计算机视觉精密定位，尤其涉及一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置及其定位方法。

背景技术

晶硅太阳能光伏电池印刷设备是一种基于机器视觉全自动实现丝网和承印物精密对准的印刷系统。为进行高效率和高精度的晶硅太阳能电池流水线生产，应用计算机视觉的丝网印刷设备定位系统能很好满足晶硅太阳能电池定位精度以及生产效率的要求。

对于多承印台式晶硅太阳能光伏电池印刷设备，由于进板定位相机与丝网视觉定位相机分布在不同的空间位置中，多相机视觉定位系统无法把承印物位置信息和丝网位置信息关联到同一采集系统中，因而很难精密地测量进板定位相机、丝网定位相机和三自由度丝网运动平台间的相对位置关系。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置及其定位方法；基于图像处理准确地寻找晶硅太阳能电池的位姿，计算运动偏移量反馈给印刷平台，以满足晶硅太阳能电池的高精度高效生产要求。

本发明通过下述技术方案实现：

一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置，包括控制系统16、机架15、安装在机架15一侧的三自由度丝网运动平台10、安装在机架15上方的旋转定位平台14；所述三自由度丝网运动平台10上安装有丝网13，在丝网13的下方的两侧，垂直且对称安装有丝网定位相机11、12；所述机架15的一侧还安装有一用于固定四个进板定位相机1、2、3、4的相机固定架5；所述旋转定位平台14的外缘均等分布有四个承印台6、7、8、9；

所述相机固定架5的安放位置可调；通过调整相机固定架5的位置，使得四个进板定位相机1、2、3、4可垂直且分别对应安放在承印台6、7、8、9的上方。

所述控制系统16包括中央处理器，以及分别与中央处理器连接的摄像控制器、图像采集卡、定位控制器、图像处理器、人机接口、存储器；

所述摄像控制器和图像采集卡分别连接图像采集装置，即丝网定位相机11、12以及四个进板定位相机1、2、3、4；

所述定位控制器控制三自由度丝网运动平台10以及旋转定位平台14旋转，并使四个承印台6、7、8、9运动至指定位置。

所述四个承印台6、7、8、9均内嵌有背光光源。

一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置的定位方法，包括如下步骤：

步骤一，安装进板定位相机和丝网定位相机并设置相应的相机参数；

步骤二，将选定的光学标定板固定在承印台上，触发进板定位相机进行拍照，获取承印台相机标定图像；

步骤三，通过定位控制器控制旋转定位平台14旋转90°，触发丝网定位相机11、12拍照，获取丝网相机标定图像；

步骤四，建立四个进板定位相机1、2、3、4以及丝网定位相机11、12和旋转定位平台14的关联关系；

步骤五，安装丝网，通过丝网定位相机获取当前丝网位置与角度；

步骤六，承印物安放在承印台上，触发背光光源和触发相应的进板定位相机拍照；

步骤七，寻找承印物边缘，确定承印物当前位置，并计算承印台偏移量；

步骤八，控制旋转定位平台旋转以及控制承印台6运动至指定位置，并执行印刷动作。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

(1)本发明结构、方法简单，使用方便，使用标定板和旋转定位平台标定相机，得到进板定位相机和丝网定位相机的基准关联关系，避免操作复杂的标定方法，具有简便、实用、快速、准确的优点。

(2)本发明使用多目相机进行视觉定位，定位精度高；使用背面打光方式对承印物进行定位，避免承印物因光线漫反射影响定位效果。

附图说明

图1是本发明视觉定位方法的流程图

图2是本发明视觉定位方法的装置结构示意图；

图3是本发明视觉定位方法的装置俯视图；

图4是本发明视觉定位方法的装置正视图；

图5是本发明控制系统的电气方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

本发明公开了一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置的定位方法，包括如下步骤：

步骤一，安装进板定位相机和丝网定位相机并设置相应的相机参数；具体如下：

四个承印台6、7、8、9固定在旋转定位平台14上，而且旋转对称分布在旋转定位平台14上；四个进板定位相机1、2、3、4固定在相机固定架5后，将相机固定架5安装在机架15一侧，并且通过调节相机固定架5的位置实现四个进板定位相机工作距离的调节；将丝网定位相机11、12固定在机架15上，通过触发丝网定位相机拍照调节其焦距和光圈；

步骤二，将选定的光学标定板固定在承印台上，触发进板定位相机进行拍照，获取承印台相机标定图像；具体如下：

光学标定板是通过真空吸附的方式固定在承印台上，通过控制系统16控制打开背面光源，同时触发四个进板定位相机拍照，获取相机标定图像后经图像采集卡转换成数字信号输入中央处理器，通过图像处理器获取四个进板定位相机的像素当量以及各进板定位相机间的参数；

步骤三，通过定位控制器控制旋转定位平台14旋转90°，触发丝网定位相机11、12拍照，获取丝网相机标定图像；具体如下：

通过定位控制器控制旋转定位平台14旋转90°，使光学标定板移动至三自由度丝网运动平台10和丝网13下方，同时处在丝网定位相机11、12的视野范围内；控制系统16通过摄像控制器控制丝网定位相机11、12拍照，图像通过图像采集卡传输至中央处理器内部；

步骤四，建立四个进板定位相机1、2、3、4以及丝网定位相机11、12和旋转定位平台14的关联关系；具体如下：

通过中央处理器计算出丝网定位相机的像素当量以及各丝网定位相机间的关联参数；由于进板定位相机与丝网定位相机使用同一张定制标定板进行标定，计算出各进板定位相机、丝网定位相机和旋转定位平台的关联参数；

步骤五，安装丝网，通过丝网定位相机获取当前丝网位置与角度；具体如下：

丝网13安装在三自由度丝网运动平台10上面，丝网13底面上有两个标记点；控制系统16通过摄像控制器触发丝网相机拍照，图像通过图像采集卡输至中央处理器，控制系统16通过图像处理器将当前丝网标记点在丝网定位相机坐标系下坐标转换至承印台定位相机坐标系中，获取承印台定位相机坐标系下的丝网基准位置；

步骤六，承印物安放在承印台上，触发背光光源和触发相应的进板定位相机拍照；具体如下：

被承印物安放在承印台上，控制系统16通过摄像控制器触发背光光源和触发各进板定位相机拍照，图像通过图像采集卡传输至中央处理器中；

步骤七，寻找承印物边缘，确定承印物当前位置，并计算承印台偏移量；具体如下：

中央处理器通过内部视觉处理模块计算出当前承印物的位置和角度，与丝网基准进行比较后计算出三自由度丝网运动平台10运动所需的运动位移以及转动角度；

步骤八，控制旋转定位平台旋转以及控制承印台6运动至指定位置，并执行印刷动作；具体如下：

控制系统16通过定位控制器使旋转定位平台14旋转90°，同时根据步骤七计算得到的三自由度丝网运动平台10的运动位移和角度，控制三自由度丝网运动平台10运动至指定位置，并执行印刷动作。

本发明标定方法中，进板定位相机、丝网定位相机基准以及三自由度运动平台的基准，包括X,Y位置基准和角度基准。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置，包括控制系统(16)、机架(15)、安装在机架(15)一侧的三自由度丝网运动平台(10)、安装在机架(15)上方的旋转定位平台(14)；所述三自由度丝网运动平台(10)上安装有丝网(13)，在丝网(13)的下方的两侧，垂直且对称安装有丝网定位相机(11、12)；其特征在于：所述机架(15)的一侧还安装有一用于固定四个进板定位相机(1、2、3、4)的相机固定架(5)；所述旋转定位平台(14)的外缘均等分布有四个承印台(6、7、8、9)；

所述相机固定架(5)的安放位置可调；通过调整相机固定架(5)的位置，使得四个进板定位相机(1、2、3、4)可垂直且分别对应安放在承印台(6、7、8、9)的上方。

2.根据权利要求1所述光伏电池印刷设备的视觉标定装置，其特征在于：所述控制系统(16)包括中央处理器，以及分别与中央处理器连接的摄像控制器、图像采集卡、定位控制器、图像处理器、人机接口、存储器；

所述摄像控制器和图像采集卡分别连接图像采集装置，即丝网定位相机(11、12)以及四个进板定位相机(1、2、3、4)；

所述定位控制器控制三自由度丝网运动平台(10)以及旋转定位平台(14)旋转，并使四个承印台(6、7、8、9)运动至指定位置。

3.根据权利要求2所述光伏电池印刷设备的视觉标定装置，其特征在于：所述四个承印台(6、7、8、9)均内嵌有背光光源。

4.一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置的定位方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，安装进板定位相机和丝网定位相机并设置相应的相机参数；具体如下：

四个承印台(6、7、8、9)固定在旋转定位平台(14)上，而且旋转对称分布在旋转定位平台(14)上；四个进板定位相机(1、2、3、4)固定在相机固定架(5)后，将相机固定架(5)安装在机架(15)一侧，并且通过调节相机固定架(5)的位置实现四个进板定位相机工作距离的调节；将丝网定位相机(11、12)固定在机架(15)上，通过触发丝网定位相机拍照调节其焦距和光圈；

步骤二，将选定的光学标定板固定在承印台上，触发进板定位相机进行拍照，获取承印台相机标定图像；具体如下：

光学标定板是通过真空吸附的方式固定在承印台上，通过控制系统(16)控制打开背面光源，同时触发四个进板定位相机拍照，获取相机标定图像后经图像采集卡转换成数字信号输入中央处理器，通过图像处理器获取四个进板定位相机的像素当量以及各进板定位相机间的参数；

步骤三，通过定位控制器控制旋转定位平台(14)旋转90°，触发丝网定位相机(11、12)拍照，获取丝网相机标定图像；具体如下：

通过定位控制器控制旋转定位平台(14)旋转90°，使光学标定板移动至三自由度丝网运动平台(10)和丝网(13)下方，同时处在丝网定位相机(11、12)的视野范围内；控制系统(16)通过摄像控制器控制丝网定位相机(11、12)拍照，图像通过图像采集卡传输至中央处理器内部；

步骤四，建立四个进板定位相机(1、2、3、4)以及丝网定位相机(11、12)和旋转定位平台(14)的关联关系；具体如下：

通过中央处理器计算出丝网定位相机的像素当量以及各丝网定位相机间的关联参数；由于进板定位相机与丝网定位相机使用同一张定制标定板进行标定，计算出各进板定位相机、丝网定位相机和旋转定位平台的关联参数；

步骤五，安装丝网，通过丝网定位相机获取当前丝网位置与角度；具体如下：

丝网(13)安装在三自由度丝网运动平台(10)上面，丝网(13)底面上有两个标记点；控制系统(16)通过摄像控制器触发丝网相机拍照，图像通过图像采集卡输至中央处理器，控制系统(16)通过图像处理器将当前丝网标记点在丝网定位相机坐标系下坐标转换至承印台定位相机坐标系中，获取承印台定位相机坐标系下的丝网基准位置；

步骤六，承印物安放在承印台上，触发背光光源和触发相应的进板定位相机拍照；具体如下：

被承印物安放在承印台上，控制系统(16)通过摄像控制器触发背光光源和触发各进板定位相机拍照，图像通过图像采集卡传输至中央处理器中；

步骤七，寻找承印物边缘，确定承印物当前位置，并计算承印台偏移量；具体如下：

中央处理器通过内部视觉处理模块计算出当前承印物的位置和角度，与丝网基准进行比较后计算出三自由度丝网运动平台(10)运动所需的运动位移以及转动角度；

步骤八，控制旋转定位平台旋转以及控制承印台6运动至指定位置，并执行印刷动作；具体如下：

控制系统(16)通过定位控制器使旋转定位平台(14)旋转90°，同时根据步骤七计算得到的三自由度丝网运动平台(10)的运动位移和角度，控制三自由度丝网运动平台(10)运动至指定位置，并执行印刷动作。