CN112172338A - 一种丝网印刷Mark点自动定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光伏晶硅电池领域。一种丝网印刷Mark点自动定位系统，包括安装在丝网印刷进口的进料相机、安装在丝网印刷出口的出料相机、执行机构、PLC系统，进料相机、出料相机、执行机构电信号连接PLC系统，检测机构由电池片进料相机与出料相机组成。利用印刷前后两对角线中心位置平均值差值与倾斜角度差值平均值，实时进行位置偏差补偿，实现自动激光与丝印的高精度对位，避免人工调试的低效与高误差。

Description

一种丝网印刷Mark点自动定位系统
技术领域
本发明属于光伏晶硅电池领域。
背景技术
单晶量产技术的增效发展历程，是由一个关键技术集成众多个别技术来具体实现，通过LDSE (Laser-Doping Selective-emitter)激光掺杂选择性射极技术实现转换效率2-3%的提升，是PERC+时代的一个关键技术，激光掺杂工艺的下一步优化，主要集中于激光光斑的大小，较小的激光光斑有利于金属化栅线的细化，从而减少遮光面积，提高量子效应。但较小的激光光斑存在丝网印刷对位精度较差的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何实现自动激光与丝印的高精度对位，且实时根据位置偏差进行调整，解决手动对位装置操作繁琐与调整不及时的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种丝网印刷Mark点自动定位系统，包括安装在丝网印刷进口的进料相机、安装在丝网印刷出口的出料相机、执行机构、PLC系统，进料相机、出料相机、执行机构电信号连接PLC系统，执行机构为一个可以在横向和纵向移动并进行旋转的平台，丝网印刷中的电池片处于平台上，传送带将电池片沿横向从丝网印刷进口传送到平台上，传送带将电池片沿横向从平台传送到丝网印刷出口，PLC系统接收到进料相机、出料相机的信息后，控制执行机构工作以使准备印刷的电池片处于正确的位置，PLC系统工作步骤如下
步骤一、进料相机对进料入口的电池片进行拍照然后发送给PLC系统，出料相机对出料口的电池片进行拍照然后发送给PLC系统，PLC系统根据进料相机发来的照片灰度值差异，获得电池片的完整度状态、电池片四个顶点位置、电池片四个Mark点的位置，PLC系统根据出料相机发来的照片灰度值差异，获得电池片四个顶点位置、电池片四个Mark点的位置，PLC系统建立直角坐标系，并将进料前后电池片四个顶点位置、电池片四个Mark点的位置以坐标的记录下来；
步骤二、当PLC系统检查到电池片的完整度不满足要求时，停止印刷并报警，在电池片完整的情况下，PLC首先检测进料口处电池片四个顶点中的每个顶点和该顶点最近的Mark点的横纵坐标差值是否都大于设置值，如果满足进行下一步骤，否则停止印刷并报警；
步骤三、计算进料口电池片上四个Mark点构成的四边形中第一对角线的中点（Xline1，Yline1）与第二对角线的中点（Xline2，Yline2）的中点坐标即进料口中点坐标（XAVG，YAVG），计算该电池片运行到出料口时，出料口电池片上四个Mark点构成的四边形中第一对角线的中点与第二对角线的中点的中点坐标即出料口中点坐标（XAVG1，YAVG1），将进料口中点坐标与出料口中点坐标的差值（XAVG1- XAVG，YAVG1 -YAVG）作为印刷图案与激光图案位置偏差的补偿值（ΔX，ΔY）；
步骤四、计算进料口电池片上四个Mark点构成的四边形中第一对角线与横坐标的夹角中的锐角值θ1、第二对角线与横坐标的夹角中的锐角值θ2，计算该电池片运行到出料口时，出料口电池片上四个Mark点构成的四边形中第一对角线与横坐标的夹角中的锐角值θ11、第二对角线与横坐标的夹角中的锐角值θ22，角度差Δθ=（（θ11-θ1）+（θ22-θ2））/2作为印刷图案与激光图案角度偏差的补偿值；
步骤五、PLC系统对印刷图案与激光图案的位置与角度偏移量进行补偿，即控制执行机构进行工作，平台沿X轴移动-ΔX，平台沿Y轴移动-ΔY，平台逆时针旋转Δθ。
步骤二中，进料口处电池片四个顶点中的一个顶点坐标为（X3，Y3），该顶点最近的Mark点的坐标为（X4，Y4），横向设置值是Xs，纵向设置值是Ys，则满足下列表达式|X3-X4|>Xs且|Y3-Y4|>Ys时，进行下一步骤，否则停止印刷并报警。
适合本发明的执行机构现有技术中广泛存在，适合本专利的最简单的一种机构由两个液压缸和一个步进转动电机构成，第一液压缸缸体固定，其第一液压臂在横向进行左右运动，第二液压缸缸体固定到第一液压臂上，其第二液压臂在纵向移动，步进转动电机垂直焊接在第二液压臂上，其输出轴上焊接平板，整体构成可以向横纵向移动和转动的平台。
本发明的有益效果是：本发明利用印刷前后两对角线中心位置平均值差值与倾斜角度差值平均值，实时进行位置偏差补偿，实现自动激光与丝印的高精度对位，避免人工调试的低效与高误差。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中，1、第一对角线，2、第二对角线，3、电池片的一个顶点，4、电池片第一Mark点，5、电池片第二Mark点，6、电池片第三Mark点，7、电池片第四Mark点。
具体实施放回寺
本发明专利提出一种丝网印刷Mark点自动定位系统，此定位系统由检测机构（相机）、数据处理与控制中心（PLC系统）、执行机构等组成，检测机构由电池片进料相机与出料相机组成。
检测机构由电池片进料相机与出料相机组成，进出料相机均由中间检测电池片位置相机与四边检测Mark点相机组成，依据灰度值的差值，中间相机主要完成电池片完整性检测，四边Mark点相机主要完成电池片激光与印刷图案四个Mark点轮廓的确定。
PLC系统对检测机构所测数据进行处理。PLC系统依据检测机构所测数据，首先对电池片的完整性进行检测，在电池片完好的情况下，以中间相机中心为原点建立绝对坐标系（X0,Y0）、以四边检测相机中心为原点建立相对坐标系（X,Y），计算得出电池片位置坐标与Mark点坐标，结合Mark点相机相对中间相机的距离，综合计算得出印刷前后四个Mark点在绝对坐标系中的坐标，将相对坐标系（X,Y）值都转换成绝对坐标系（X0,Y0）下的值，并分别计算印刷前后两对Mark对角点所连线段中心的坐标，得出印刷前后（进料相机和出料相机对应印刷前后）两线段中心的平均值(可在很大程度降低偏移误差)，最后计算印刷前后两平均值的差值（用于纠正印刷图案与激光图案的位置偏移）；计算印刷前后两对Mark点所连对角线与绝对坐标系X轴夹角大小的平均值，并计算印刷前后两角度平均值的差值（用于纠正印刷图案与激光图案的位置偏移）；同时印刷前后四个Mark点与电池片四个交点的位置坐标进行比较，检测图形相对电池片本身是否存在大的偏移。
通过中间相机与四边相机的横轴距离及纵轴距离折算成绝对坐标；其次，如图1所示，PLC系统计算电池片四条边相交所的交点坐标3（换算成绝对坐标）和印刷前后电池片激光或印刷图案四个Mark点中心坐标（换算成绝对坐标），并依如下算法进行处理：
在印刷前，对图1中相对应的四对电池片角点与Mark点进行差值计算，例如交点坐标3与Mark点坐标4进行差值处理，当差值绝对值小于等于设置值（可依Mark点位置而变化）时，可停止印刷并报警，警示激光图案位置偏差过大，正常印刷要求如下：
|X3-X4|>Xs且|Y3-Y4|>Ys
于印刷前后，分别计算图1中两对角Mark点4与7所连线段2和Mark点5和6所连线段1中心坐标及两线段中心坐标的平均值，例如印刷前激光图案计算公式如下：
Xline1=X4+X7; Xline2=X5+X6; Yline1=Y4+Y7; Yline2=Y4+Y7
XAVG= Xline1+ Xline2 ; YAVG= Yline1+ Yline2
其中Xline1、Yline1为线段1中心坐标，Xline2、Yline2为线段2中心坐标，XAVG，YAVG为两线段中心坐标平均值或激光图案中心坐标值，然后同样算法计算印刷后网版图案中心坐标值XAVG1，YAVG1，并由差值ΔX= XAVG1- XAVG及ΔY= YAVG1- YAVG作为印刷图案与激光图案位置偏差的补偿值。
于印刷前后，分别计算线段1与2倾斜角度（锐角），如印刷前激光图算公式如下：
θ1= arctan(（Y4-Y7）/（X4-X7）) ; θ2= arctan(（Y5-Y6）/（X5-X6）)
同样算法计算印刷后网版图案线段1与2倾斜角度θ11与θ22，并由平均值Δθ=（（θ11-θ1）+（θ22-θ2））/2作为印刷图案与激光图案角度偏差的补偿值。
PLC系统接收数据处理中心印刷图案与激光图案的位置与角度偏移量，依据判定标准，当超出标准控制范围时，按照位置偏移量ΔX、ΔY大于零时向负轴偏移、角度偏移量Δθ大于零时逆时针旋转的方式控制执行机构工作。执行机构按照控制中心的指令，将印刷图案与激光图案的位置与角度偏移量具体转换为印刷网版的偏移量，从而补偿激光图案与网版印刷图案的偏移。

Claims (2)

1.一种丝网印刷Mark点自动定位系统，其特征在于：包括安装在丝网印刷进口的进料相机、安装在丝网印刷出口的出料相机、执行机构、PLC系统，进料相机、出料相机、执行机构电信号连接PLC系统，执行机构为一个可以在横向和纵向移动并进行旋转的平台，丝网印刷中的电池片处于平台上，传送带将电池片沿横向从丝网印刷进口传送到平台上，传送带将电池片沿横向从平台传送到丝网印刷出口，PLC系统接收到进料相机、出料相机的信息后，控制执行机构工作以使准备印刷的电池片处于正确的位置，PLC系统工作步骤如下
步骤一、进料相机对进料入口的电池片进行拍照然后发送给PLC系统，出料相机对出料口的电池片进行拍照然后发送给PLC系统，PLC系统根据进料相机发来的照片灰度值差异，获得电池片的完整度状态、电池片四个顶点位置、电池片四个Mark点的位置，PLC系统根据出料相机发来的照片灰度值差异，获得电池片四个顶点位置、电池片四个Mark点的位置，PLC系统建立直角坐标系，并将进料前后电池片四个顶点位置、电池片四个Mark点的位置以坐标的记录下来；
步骤二、当PLC系统检查到电池片的完整度不满足要求时，停止印刷并报警，在电池片完整的情况下，PLC首先检测进料口处电池片四个顶点中的每个顶点和该顶点最近的Mark点的横纵坐标差值是否都大于设置值，如果满足进行下一步骤，否则停止印刷并报警；
步骤三、计算进料口电池片上四个Mark点构成的四边形中第一对角线的中点（Xline1，Yline1）与第二对角线的中点（Xline2，Yline2）的中点坐标即进料口中点坐标（XAVG，YAVG），计算该电池片运行到出料口时，出料口电池片上四个Mark点构成的四边形中第一对角线的中点与第二对角线的中点的中点坐标即出料口中点坐标（XAVG1，YAVG1），将进料口中点坐标与出料口中点坐标的差值（XAVG1- XAVG，YAVG1 -YAVG）作为印刷图案与激光图案位置偏差的补偿值（ΔX，ΔY）；
步骤四、计算进料口电池片上四个Mark点构成的四边形中第一对角线与横坐标的夹角中的锐角值θ1、第二对角线与横坐标的夹角中的锐角值θ2，计算该电池片运行到出料口时，出料口电池片上四个Mark点构成的四边形中第一对角线与横坐标的夹角中的锐角值θ11、第二对角线与横坐标的夹角中的锐角值θ22，角度差Δθ=（（θ11-θ1）+（θ22-θ2））/2作为印刷图案与激光图案角度偏差的补偿值；
步骤五、PLC系统对印刷图案与激光图案的位置与角度偏移量进行补偿，即控制执行机构进行工作，平台沿X轴移动-ΔX，平台沿Y轴移动-ΔY，平台逆时针旋转Δθ。
2.根据权利要求1所述的一种丝网印刷Mark点自动定位系统，其特征在于：步骤二中，进料口处电池片四个顶点中的一个顶点坐标为（X3，Y3），该顶点最近的Mark点的坐标为（X4，Y4），横向设置值是Xs，纵向设置值是Ys，则满足下列表达式|X3-X4|>Xs且|Y3-Y4|>Ys时，进行下一步骤，否则停止印刷并报警。
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