CN111146108A - 太阳能电池板的断栅缺陷检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池板的断栅缺陷检测装置和方法，包括：上料区、量测区、电控组件、检测区、出料区，其中，所述上料区用于将太阳能电池板传送至所述量测区，所述量测区用于检测所述太阳能电池板的产品参数，所述产品参数包括：尺寸参数、单晶硅和多晶硅区域的面积比例；所述电控组件用于向位于所述检测区内的太阳能电池板提供正向偏置电压，以使得所述检测区对处于工作状态下所述太阳能电池板进行断栅缺陷检测；所述出料区根据所述检测区的检测结果，对所述太阳能电池板进行筛分处理。整个检测过程无需人工干预，实现自动化地检测，极大地提高了检测精度和效率。

Description

太阳能电池板的断栅缺陷检测装置和方法

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体地，涉及太阳能电池板的断栅缺陷检测装置和方法。

背景技术

太阳能作为一种清洁能源，是将太阳的光能转换成为其他形式的能量，整个能源转换过程中不产生其他有害的气体或固体废料，是一种环保、安全、无污染的新型能源。目前，以煤，石油，天然气为代表的传统能源已日渐枯竭，所以大力发展新型能源产业是当今世界发展的必然趋势。随着全球光伏电池产业的迅猛发展，国内的太阳能电池产业规模也在不断扩大，有效的检测太阳能电池板的缺陷对光电转换效率起到了至关重要的作用，对于如何能够及时有效的在工业生产中检测出太阳能电池表面的缺陷，提升组件的使用效率和产品质量，以成为太阳能电池产业发展的一个关键所在。太阳能电池板表面断栅的缺陷会对产品质量造成一定影响，如果未能及时检出，会导致太阳能电池板的使用安全问题。

目前，太阳能电池板表面断栅的缺陷检测主要通过给电池片通正向偏置电压，使其发光，然后触发相机捕获图像，通过人工目视方式进行缺陷检测。由于检测人员主观判断标准不一，容易发生错检、漏检和误检等问题，同时人工检测效率较低，不能满足生产线的快速检测要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种太阳能电池板的断栅缺陷检测装置和方法。

第一方面，本发明提供一种太阳能电池板的断栅缺陷检测装置，包括：上料区、量测区、电控组件、检测区、出料区，其中，所述上料区用于将太阳能电池板传送至所述量测区，所述量测区用于检测所述太阳能电池板的产品参数，所述产品参数包括：尺寸参数、单晶硅和多晶硅区域的面积比例；所述电控组件用于向位于所述检测区内的太阳能电池板提供正向偏置电压，以使得所述检测区对处于工作状态下所述太阳能电池板进行断栅缺陷检测；所述出料区根据所述检测区的检测结果，对所述太阳能电池板进行筛分处理。

可选地，所述上料区包括：传感器和机械传动机构，所述机械传动机构设置有防滑履带和海绵泡沫；当传感器检测到有太阳能电池板时，机械传动机构将所述太阳能电池板传输至量测区。

可选地，所述检测区设置有面阵相机、工控机、工业显示器；其中，所述面阵相机用于采集太阳能电池表面的图像，所述工控机用于对采集到的图像进行识别处理，所述工业显示器用于实时显示太阳能电池板的检测结果。

可选地，所述检测区还包括：报警器，当出现异常情况时，停止检测流程，所述报警器发出警报，并在所述工业显示器显示警示信息。

可选地，所述工控机通过对面阵相机采集到的图像进行分析，标注出太阳能电池板断栅缺陷的位置、类型和尺寸信息。

可选地，所述出料区包括伺服电机、运动控制卡以及吸盘，所述伺服电机驱动根据运动控制卡的指令，驱动吸盘根据检测区检测出产品的类别来对检测过后的太阳能电池板进行分类处理。

第二方面，本发明提供一种太阳能电池板的断栅缺陷检测方法，应用于第一方面中任一项所述的太阳能电池板的断栅缺陷检测装置中，所述方法包括：

步骤1：将检测区采集到的太阳能电池板的彩色图像转换成灰度图像；

步骤2：对所述灰度图像进行ROI区域划分，得到前景图像和背景图像；

步骤3：对所述前景图像进行高斯滤波处理，得到滤波后的图像；

步骤4：对所述滤波后的图像进行对比度调整，得到增强图像；

步骤5：提取所述增强图像中的特征数据；

步骤6：根据所述特征数据，确定图像中存在缺陷的位置以及缺陷类型。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的太阳能电池板的断栅缺陷检测装置和方法，通过机器视觉技术，根据采集到的太阳能电池板表面断栅的缺陷图像，提取断栅的电池板特征缺陷，并通过图像处理算法来对提取的特征进行分类处理，得到断栅缺陷检测结果。整个检测过程无需人工干预，实现自动化地检测，极大地提高了检测精度和效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为太阳能电池板的断栅缺陷检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的太阳能电池板的断栅缺陷检测装置，包括：上料区、量测区、电控组件、检测区、出料区，其中，上料区用于将太阳能电池板传送至量测区，量测区用于检测太阳能电池板的产品参数，产品参数包括：尺寸参数、单晶硅和多晶硅区域的面积比例；电控组件用于向位于检测区内的太阳能电池板提供正向偏置电压，以使得检测区对处于工作状态下太阳能电池板进行断栅缺陷检测；出料区根据检测区的检测结果，对太阳能电池板进行筛分处理。

本实施例中，上料区包括：传感器和机械传动机构，机械传动机构设置有防滑履带和海绵泡沫。当传感器检测到有太阳能电池板时，机械传动机构将太阳能电池板传输至量测区。其中，海绵泡沫用于保护太阳能电池板，避免在传输过程中划伤电池表面。

本实施例中，量测区是为了检测太阳能电池板的产品规格尺寸，例如计算太阳能电池板的长，宽，面积，以及单晶硅和多晶硅区域划分的面积比例。从而可以剔除不符合要求的产品。

本实施例中，电控组件用于当太阳能电池板到达指定的区域，触发光电传感器接收到位信号，通过plc给太阳能电池板的电池组件通正向偏置电压。为了保护有漏电或是击穿电压的影响，整个操作是在暗箱里进行的。可选地，还可以在电控组件上安装硬件和软件的保护装置，例如实用安全plc和漏电保护装置等等。

本实施例中，检测区设置有面阵相机、工控机、键盘、鼠标、工业显示器、控制面板和报警器等等。面阵相机用于采集太阳能电池表面的图像，工控机用于对采集到的图像进行识别处理，例如通过计算机视觉技术对图像中的缺陷进行分类。工业显示器用于实现太阳能电池板的实时在线检测结果显示。鼠标、键盘与工业显示器、工控机电连接，用于实现人机交互操作。当有异常情况产生时，可以自动停止，或者手动停止在线的检测功能，并且在显示器和警示灯上都要显示出警告消息。

具体地，通过对面阵相机采集到的图像进行分析，可以显示出太阳能电池板断栅缺陷的位置、类型和尺寸等信息。对于检测到的缺陷，工控机自动标注缺陷图像的区域，并且根据缺陷的位置或是根据缺陷的面积大小来对缺陷进行排列。

在一种可能的情况中，断栅的缺陷可能会在一块区域呈现断开不连续的现象，需要根据提取表面图像的像素值进行处理判断，根据当前缺陷特征计算出不连续区域特征的边界坐标值，然后根据坐标值做差来和一个标准值做判断，确定两块或是多块缺陷区域是否是同一块缺陷，然后在对特征进行标注。

在一种可能的情况中，断栅的缺陷可能会在一块区域呈现出错落有致排列的情况，此时可以根据特征提取出缺陷区域起点的坐标值，然后通过迭代的方式计算图像X方向的像素值，在以当前坐标值和起始点坐标值来计算步长，然后在根据区域的面积值和长宽比例范围来判断栅缺陷的缺陷是否符合要求。

在一种可能的情况中，断栅的缺陷可能会在一块区域呈现堆积，表面呈现的特征类似于污渍的特性，为了和其他缺陷特征进行区分，可以通过计算区域的重心，然后根据重心在指定半径处做多边形把特征包含进去。

本实施例中，出料区包括伺服电机、运动控制卡以及吸盘。出料区根据检测区检测出产品的类别来对检测过后的太阳能电池板进行分类处理。例如合格的产品应该下流到打包装箱处。不合格的电池板可以根据断栅缺陷的严重程度进行区分，例如将缺陷不严重的太阳能电池板传输至返修处，将缺陷严重的太阳能电池板传输至销毁区域进行销毁处理。

本实施例中，太阳能表面污渍的特征呈现的不规则的特性，而断栅的特征恰好很规整，根据这个方法可以很好的规避断栅的缺陷。一般断栅堆叠的情况左右两侧会很平整对齐，而且上下会呈现高低变化，面积一般不会很大，这样就可以很好把太阳能电池板表面断栅的缺陷提取出来。据断栅的缺陷类别进行分类：提取出断栅缺陷特征面积的大小，长宽的比例，区域骨架特征，综合判定断栅的特性来进行标注，根据区域特征的大小来进行分类。提取断栅缺陷分析报告：可以根据太阳能电池板表面断栅的缺陷进行分类，一种是表面没有缺陷的产品，一种是表面有断栅的缺陷，但是根据标注的大小是可以通过人工返修可以修复的。另外一种就是表面的缺陷无法修复。每天可以根据生产的产量进行统计，来分析良品率和不良品率。

本实施例，通过机器视觉技术，根据采集到的太阳能电池板表面断栅的缺陷图像，提取断栅的电池板特征缺陷，并通过图像处理算法来对提取的特征进行分类处理，得到断栅缺陷检测结果。整个检测过程无需人工干预，实现自动化地检测，极大地提高了检测精度和效率。

本发明还提供一种太阳能电池板的断栅缺陷检测方法，应用在上述的太阳能电池板的断栅缺陷检测装置中，该方法可以包括如下步骤：

步骤1：将检测区采集到的太阳能电池板的彩色图像转换成灰度图像；

步骤2：对灰度图像进行ROI区域划分，得到前景图像和背景图像；

步骤3：对前景图像进行高斯滤波处理，得到滤波后的图像；

步骤4：对滤波后的图像进行对比度调整，得到增强图像；

步骤5：提取增强图像中的特征数据；

步骤6：根据特征数据，确定图像中存在缺陷的位置以及缺陷类型。

本实施例中，将相机采集到的彩色图像转换成灰度图像，并对处理过后的灰度图像进行ROI区域划分，使前景区域从背景中分离出来，减少干扰因素对图像处理所产生的影响。对提取的前景区域进行高斯滤波处理，减少图像的噪点对断栅的缺陷特征所产生的影响。为了可以更加明显的凸出太阳能电池板的断栅缺陷特征，需要对滤波之后的图像增强对比度。对于增强对比度过后的图像区域，不仅会使断栅的缺陷边缘区域更加明显，而且还会使临界区域的差值更大，这样对于图像分割可以起到很好的效果。对于图像分割过后的图像，需要进行太阳能电池板表面的特征处理，处理的区域会是一些分散的，大小和形状不均一的连通区域。根据获取的连通区域，根据实际的特征进行计算，来提取太阳能电池板的断栅缺陷。

具体地，计算需要根据实际的太阳能电池板的工艺要求来设置相应的参数，软件会提供给客户实际修改参数的接口。本方法适用的太阳能电池片尺寸为156mm*156mm，156.75mm*156.75mm，160mm*160mm。检测的类型为单晶硅太阳能电池板，多晶硅太阳能电池板板。兼容156mm电池片二至五栅线，连续及镂空栅线，特殊栅线可定制。

本实施例中，工业相机像素可以为140万像素，相机的类型低噪声高速高效近红外相机，影像采集时间为500μs-2s可调。

本发明软件的检测方法不仅可以检测出太阳能电池板的断栅缺陷，还可以标记出缺陷所在的位置，以及计算断栅缺陷的面积和长宽以面积的比例。而且还可以进行自动和手动在线检测。操作简单，而且处理精度高，效率快。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种太阳能电池板的断栅缺陷检测装置，其特征在于，包括：上料区、量测区、电控组件、检测区、出料区，其中，所述上料区用于将太阳能电池板传送至所述量测区，所述量测区用于检测所述太阳能电池板的产品参数，所述产品参数包括：尺寸参数、单晶硅和多晶硅区域的面积比例；所述电控组件用于向位于所述检测区内的太阳能电池板提供正向偏置电压，以使得所述检测区对处于工作状态下所述太阳能电池板进行断栅缺陷检测；所述出料区根据所述检测区的检测结果，对所述太阳能电池板进行筛分处理。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池板的断栅缺陷检测装置，其特征在于，所述上料区包括：传感器和机械传动机构，所述机械传动机构设置有防滑履带和海绵泡沫；当传感器检测到有太阳能电池板时，机械传动机构将所述太阳能电池板传输至量测区。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池板的断栅缺陷检测装置，其特征在于，所述检测区设置有面阵相机、工控机、工业显示器；其中，所述面阵相机用于采集太阳能电池表面的图像，所述工控机用于对采集到的图像进行识别处理，所述工业显示器用于实时显示太阳能电池板的检测结果。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池板的断栅缺陷检测装置，其特征在于，所述检测区还包括：报警器，当出现异常情况时，停止检测流程，所述报警器发出警报，并在所述工业显示器显示警示信息。

5.根据权利要求3所述的太阳能电池板的断栅缺陷检测装置，其特征在于，所述工控机通过对面阵相机采集到的图像进行分析，标注出太阳能电池板断栅缺陷的位置、类型和尺寸信息。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池板的断栅缺陷检测装置，其特征在于，所述出料区包括伺服电机、运动控制卡以及吸盘，所述伺服电机驱动根据运动控制卡的指令，驱动吸盘根据检测区检测出产品的类别来对检测过后的太阳能电池板进行分类处理。

7.一种太阳能电池板的断栅缺陷检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6中任一项所述的太阳能电池板的断栅缺陷检测装置中，所述方法包括：

步骤1：将检测区采集到的太阳能电池板的彩色图像转换成灰度图像；

步骤2：对所述灰度图像进行ROI区域划分，得到前景图像和背景图像；

步骤3：对所述前景图像进行高斯滤波处理，得到滤波后的图像；

步骤4：对所述滤波后的图像进行对比度调整，得到增强图像；

步骤5：提取所述增强图像中的特征数据；

步骤6：根据所述特征数据，确定图像中存在缺陷的位置以及缺陷类型。

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