CN110757006A - 一种光伏玻璃通孔激光倒角装置及方法 - Google Patents

一种光伏玻璃通孔激光倒角装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏玻璃通孔激光倒角方法，第一步将钻孔后的光伏玻璃装夹到激光倒角工位；第二步定位待倒角的光伏玻璃通孔,并利用图像处理流程获得所述光伏玻璃通孔的中心位置坐标，以所述中心位置坐标为参考点，结合光伏玻璃通孔的孔径、倒角尺寸、倒角角度，得到玻璃表面螺旋线最大直径与孔径的差值及倒角在孔深方向的尺寸，进而生成倒角螺旋加工路径；第三步调节激光，使激光束流光斑聚焦，根据所述倒角螺旋加工路径，配合螺旋线填充方法，加工所述光伏玻璃通孔的倒角。本发明充分利用透明材料激光加工中的束流空间可控聚焦、非接触等优势，有效提高光伏玻璃生产成品率。

Description

一种光伏玻璃通孔激光倒角装置及方法
技术领域
本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种光伏玻璃通孔激光倒角方法及装置。
背景技术
光伏玻璃是一种通过层压入太阳能电池，能够利用太阳辐射发电，并具有相关电流引出装置以及电缆的特种玻璃，其成形制造技术已非常成熟。然而，由于玻璃晶体和非晶体两态共存的情况，导致了现有机械加工过程中崩边甚至破碎问题。特别地，光伏玻璃特定位置钻通孔，以便电缆穿过；通孔顶端和底端要进行倒角加工，以避免通孔锋利边缘对电缆损伤。
同时，为了提高光伏玻璃生产效率，通孔的钻孔工序和倒角工序通常是串行完成。针对光伏玻璃钻孔过程，主要通过机械钻头和激光束流两种方法完成，其钻孔表面质量均能满足行业质量及效率需求。在钻通孔后的倒角加工中，一方面，生产线传输误差、夹具制造误差、刀具主轴振动等众多因素均会导致机械倒角轨迹偏离通孔轴，极易引起切削力波动，致使光伏玻璃通孔附近崩边，拉低了生产成品率；另一方面，通孔顶端和底端倒角工艺是同步完成，则上下倒角刀具的同轴度差及异步振动等行为，进一步降低了光伏玻璃的成品率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中机械倒角易崩边、成品率低的缺陷，提供一种光伏玻璃通孔激光倒角方法及装置，充分利用透明材料激光加工中的束流空间可控聚焦、非接触等优势，有效提高光伏玻璃生产成品率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种光伏玻璃通孔激光倒角方法，包括以下步骤：
S1、将钻孔后的光伏玻璃装夹到激光倒角工位；
S2、定位待倒角的光伏玻璃通孔,并利用图像处理流程获得所述光伏玻璃通孔的中心位置坐标，以所述中心位置坐标为参考点，结合光伏玻璃通孔的孔径、倒角尺寸、倒角角度，得到玻璃表面螺旋线最大直径与孔径的差值及倒角在孔深方向的尺寸，进而生成倒角螺旋加工路径；
S3、调节激光，使激光束流光斑聚焦，根据所述倒角螺旋加工路径，配合螺旋线填充方法，加工所述光伏玻璃通孔的倒角。
接上述技术方案，步骤S3中，所述倒角螺旋加工路径的大螺旋线线距为0.3～0.5mm，所述螺旋线填充方法填充的螺旋线线宽为0.1～0.2mm，所述填充的螺旋线重叠率为65％～75％，倒角加工时所述激光束流光斑扫描速度为280～320mm/s。
接上述技术方案，所述图像处理流程包括图像去噪、滤波和灰度处理，对灰度处理后的图像进行二值化，然后利用NCC模板匹配获取光伏玻璃通孔的中心位置坐标。
接上述技术方案，所述光伏玻璃通孔的倒角是自下至上分别完成通孔底部倒角和通孔顶端倒角。
接上述技术方案，所述螺旋线为阿基米德螺旋线。
提供一种光伏玻璃通孔激光倒角装置，其特征在于，该装置包括彼此连接的激光加工控制机构和检测定位机构；
所述检测定位机构对待倒角通孔进行定位检测并生成倒角加工路径，具体利用图像处理流程获得所述光伏玻璃通孔的中心位置坐标，以所述中心位置坐标为参考点，结合光伏玻璃通孔的孔径、倒角尺寸、倒角角度，得到光伏玻璃表面螺旋线最大直径与孔径的差值及倒角在孔深方向的尺寸，进而生成倒角螺旋加工路径；
所述激光加工控制机构用于调节激光，使激光束流光斑聚焦，根据所述倒角螺旋加工路径，配合螺旋线填充方法，加工所述光伏玻璃通孔的倒角。
接上述技术方案，所述激光加工控制机构包括激光器、第一反射镜、第二反射镜、激光振镜、转接环和激光场镜，所述激光器产生的激光束流经所述第一反射镜和第二反射镜两次反射后进入所述激光振镜，所述激光束流经激光振镜进行瞬态调控后经激光场镜聚焦输出加工激光光斑，所述激光振镜和激光场镜之间通过所述转接环连接；
接上述技术方案，所述检测定位机构包括相机光源和智能摄像机，所述相机光源提供照明，所述智能摄像机用于获取待加工光伏玻璃通孔的图像，并进行图像处理，最后根据图像处理结果再结合光伏玻璃通孔的孔径和倒角参数生成倒角加工路径。
接上述技术方案，所述激光器为纳秒绿光激光器、飞秒激光器、皮秒激光器或者CO激光器。
接上述技术方案，所述激光场镜为不同聚焦光斑直径的平场或远心激光场镜。
本发明产生的有益效果是：本发明提供一种光伏玻璃通孔激光倒角方法，利用检测定位机构对设置于倒角工位的已完成通孔钻孔的光伏玻璃进行成像，并利用图像处理方法获取待倒角通孔的相关参数，并结合通孔倒角的设计参数生成倒角螺旋加工路径，调节激光，使激光束流光斑聚焦，根据所述倒角螺旋加工路径，配合螺旋线填充方法，加工所述光伏玻璃通孔的倒角。本发明充分利用透明材料激光加工中的束流空间可控聚焦、非接触等优势，有效提高光伏玻璃生产成品率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的光伏玻璃通孔激光方法流程图；
图2是本发明实施例的光伏玻璃通孔激光倒角装置布局示意图；
图3是本发明实施例的光伏玻璃通孔激光倒角螺旋路径示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种光伏玻璃通孔激光倒角方法，包括以下步骤：
S1、如图2所示,将钻孔后的光伏玻璃3装夹到激光倒角工位；
S2、定位待倒角的光伏玻璃通孔31,并利用图像处理流程获得光伏玻璃通孔31的中心位置坐标，实现了中心位置得非接触方法定位,避免测量对光伏玻璃产生损伤,以中心位置坐标为参考点，结合光伏玻璃通孔31的孔径、倒角尺寸、倒角角度，得到玻璃表面螺旋线最大直径与孔径的差值及倒角在孔深方向的尺寸，进而生成倒角螺旋加工路径34；
S3、调节激光，使激光束流光斑聚焦，根据倒角螺旋加工路径34，配合螺旋线填充方法，加工所述光伏玻璃通孔31的倒角。在整个倒角切缝宽度内，通过螺旋线填充方法，保证切割粉末顺利滑出，避免堵塞的光伏玻璃粉末堆积。
本发明的一个实施例中，选取阿基米德螺旋线轨迹，根据如下螺旋线方程：
x＝(a+b*n*t)*cos(t*360*n)
y＝(a+b*n*t)*sin(t*360*n)
式中a:孔半径；b：填充螺旋线线度；n：螺旋线线圈圈数；t:函数常数(0≤t≤1)。
整体扫描螺旋线的过程中，焦点上升速度：
其中sp：为激光扫描速度，d：倒角孔深方向尺寸，l:阿基米德螺旋线周长。
填充螺旋线的方程如下：
Figure BDA0002244186990000042
其中X:螺旋线重叠率，b：螺旋线线宽，R：螺旋线圆弧半径，D:相邻圆弧中心距。
通过选取阿基米德螺旋线轨迹来加工光伏玻璃，可保证切割的一致性和均匀性，
通过已知倒角参数确定上述公式参数，从而完全确定螺旋线以及填充螺旋线轨迹。
进一步地，步骤S3中，如图3所示,倒角螺旋加工路径34的大螺旋线线距为0.3～0.5mm，螺旋线填充方法填充的螺旋线线宽为0.1～0.2mm，填充的螺旋线重叠率为65％～75％，倒角加工时所述激光束流光斑扫描速度为280～320mm/s。
进一步地，图像处理流程包括图像去噪、滤波和灰度处理，对灰度处理后的图像进行二值化，然后利用NCC模板匹配获取光伏玻璃通孔31的中心位置坐标。
进一步地，光伏玻璃通孔31的倒角是自下至上分别完成通孔底部倒角33和通孔顶端倒角32,通过一次装夹完成通孔底部和顶部倒角,提高了倒角的效率。
如图2所示,提供一种光伏玻璃通孔激光倒角装置，该装置包括彼此连接的激光加工控制机构1和检测定位机构2；
检测定位机构2对待倒角通孔进行定位检测并生成倒角加工路径，具体利用图像处理流程获得光伏玻璃通孔31的中心位置坐标，以中心位置坐标为参考点，结合光伏玻璃通孔31的孔径、倒角尺寸、倒角角度，得到光伏玻璃表面螺旋线最大直径与孔径的差值及倒角在孔深方向的尺寸，进而生成倒角螺旋加工路径34。
激光加工控制机构1用于调节激光，使激光束流光斑聚焦，根据倒角螺旋加工路径34，配合螺旋线填充方法，加工所述光伏玻璃通孔31的倒角。
进一步地，激光加工控制机构1包括激光器11、第一反射镜12、第二反射镜13、激光振镜14、转接环15和激光场镜16，激光器11产生的激光束流经第一反射镜12和第二反射镜13两次反射后进入激光振镜14，激光束流经激光振镜14进行瞬态调控后经激光场镜16聚焦输出加工激光光斑，光斑大小通过调整激光场镜16来实现，激光振镜14和激光场镜16之间通过转接环15连接。
进一步地，检测定位机构2包括相机光源21和智能摄像机22，相机光源21提供照明，使智能摄像机22能够更好的成像，智能摄像机22用于获取待加工光伏玻璃通孔的图像，并进行图像处理，最后根据图像处理结果再结合光伏玻璃通孔31的孔径和倒角参数生成倒角加工路径34。
进一步地，激光器11为纳秒绿光激光器、飞秒激光器、皮秒激光器或者CO激光器。
进一步地，激光场镜16为不同聚焦光斑直径的平场或远心激光场镜。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏玻璃通孔激光倒角方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1、将钻孔后的光伏玻璃装夹到激光倒角工位；
S2、定位待倒角的光伏玻璃通孔,并利用图像处理流程获得所述光伏玻璃通孔的中心位置坐标，以所述中心位置坐标为参考点，结合光伏玻璃通孔的孔径、倒角尺寸、倒角角度，得到玻璃表面螺旋线最大直径与孔径的差值及倒角在孔深方向的尺寸，进而生成倒角螺旋加工路径；
S3、调节激光，使激光束流光斑聚焦，根据所述倒角螺旋加工路径，配合螺旋线填充方法，加工所述光伏玻璃通孔的倒角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述倒角螺旋加工路径的大螺旋线线距为0.3~0.5mm，所述螺旋线填充方法填充的螺旋线线宽为0.1~0.2mm，所述填充的螺旋线重叠率为65%~75%，倒角加工时所述激光束流光斑扫描速度为280~320mm/s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像处理流程包括图像去噪、滤波和灰度处理，对灰度处理后的图像进行二值化，然后利用NCC模板匹配获取光伏玻璃通孔的中心位置坐标。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏玻璃通孔的倒角是自下至上分别完成通孔底部倒角和通孔顶端倒角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述螺旋线为阿基米德螺旋线。
6.一种光伏玻璃通孔激光倒角装置，其特征在于，该装置包括彼此连接的激光加工控制机构和检测定位机构；
所述检测定位机构对待倒角通孔进行定位检测并生成倒角加工路径，具体利用图像处理流程获得所述光伏玻璃通孔的中心位置坐标，以所述中心位置坐标为参考点，结合光伏玻璃通孔的孔径、倒角尺寸、倒角角度，得到光伏玻璃表面螺旋线最大直径与孔径的差值及倒角在孔深方向的尺寸，进而生成倒角螺旋加工路径；
所述激光加工控制机构用于调节激光，使激光束流光斑聚焦，根据所述倒角螺旋加工路径，配合螺旋线填充方法，加工所述光伏玻璃通孔的倒角。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激光加工控制机构包括激光器、第一反射镜、第二反射镜、激光振镜、转接环和激光场镜，所述激光器产生的激光束流经所述第一反射镜和第二反射镜两次反射后进入所述激光振镜，所述激光束流经激光振镜进行瞬态调控后经激光场镜聚焦输出加工激光光斑，所述激光振镜和激光场镜之间通过所述转接环连接。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述检测定位机构包括相机光源和智能摄像机，所述相机光源提供照明，所述智能摄像机用于获取待加工光伏玻璃通孔的图像，并进行图像处理，最后根据图像处理结果再结合光伏玻璃通孔的孔径和倒角参数生成倒角加工路径。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激光器为纳秒绿光激光器、飞秒激光器、皮秒激光器或者CO激光器。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激光场镜为不同聚焦光斑直径的平场或远心激光场镜。
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