WO2020073940A1 - 基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法及装置 - Google Patents

基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法及装置 Download PDF

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calibration
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张宪民
黄大榕
金根炎
苏金财
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South China University of Technology SCUT
Dongguan Folungwin Automatic Equipment Co Ltd
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Definitions

  • the invention relates to computer vision precise positioning technology, in particular to a machine vision-based crystalline silicon photovoltaic solar cell printing positioning platform calibration method and device.
  • the crystalline silicon solar photovoltaic cell printing equipment is a printing system that realizes the precise alignment of the screen and the substrate based on machine vision. In order to achieve high-precision production requirements, it is necessary to calibrate the vision system of the equipment and the motion system of screen printing.
  • the purpose of the present invention is to overcome the shortcomings and deficiencies in the prior art, provide a machine vision-based crystalline silicon photovoltaic solar cell printing positioning platform calibration method and device, and calibrate the motion parameters of the in-plate positioning camera group and the three-degree-of-freedom screen motion platform , Unify it into a unified coordinate system.
  • the present invention adopts the following technical solutions:
  • the calibration method of crystalline silicon photovoltaic solar cell printing positioning platform based on machine vision includes the following steps:
  • Calibration motion platform calibration camera group the lower computer controls the rotation positioning platform to rotate, so that the calibration board is placed in the printing station and is below the motion platform calibration camera group, and triggers the motion platform calibration camera group to take photos of the calibration board, according to Photographing results, unify the two cameras of the camera platform calibration camera group into a unified coordinate system;
  • (6) Calibrate the X-axis motion parameters of the three-degree-of-freedom screen motion platform: control the X-axis of the three-degrees-of-freedom screen motion platform to move from one side to the other in an equal pulse amount, and trigger motion every time a certain amount of pulses
  • the platform calibration camera group takes a picture, calculates and records the displacement and direction of the center of the marker on the calibration board in the unified coordinate system after each pulse movement with the X axis, etc., and then obtains the X axis movement of the three-degree-of-freedom screen motion platform The relationship between displacement and pulse number;
  • Calibrate the Y-axis motion parameters of the three-degree-of-freedom screen movement platform control the Y-axis of the three-degrees-of-freedom screen movement platform to move from one end to the other in an equal pulse amount, and trigger movement every time a certain amount of pulses are moved
  • the platform calibration camera group takes a picture, calculates and records the displacement and direction of the center of the marker on the calibration board in the unified coordinate system after each pulse movement with the Y axis, etc., and then obtains the Y axis movement of the three-degree-of-freedom screen motion platform The relationship between displacement and pulse number.
  • step (1) after the four cameras of the positioning plate positioning camera group are installed, the marking patterns at the four corners of the calibration plate need to be able to be photographed.
  • the two cameras of the motion platform calibration camera group can also capture the mark pattern in the middle of the calibration board; then set the camera lenses of the plate orientation camera group and motion platform calibration camera group respectively Parameters, including exposure value, aperture value, and focal length.
  • step (2) according to the result of photographing the calibration board, the cameras of the positioning camera group in the board are unified into a unified coordinate system, and the specific process is:
  • the positioning reference calibration algorithm of the host computer software is used to calibrate the four inboard positioning cameras and lenses, and the four inboard positioning cameras are unified into a unified coordinate system.
  • step (3) the specific process is as follows:
  • the lower computer controls the rotating positioning platform to rotate 90 degrees, so that the position of the calibration plate relative to the printing station remains unchanged, and is transported from the plate input station to the printing station, and is below the motion platform calibration camera group; keep the motion platform calibration camera group The position remains unchanged, and record the position of the three-degree-of-freedom screen motion platform at this time as the reference position; trigger the motion platform to calibrate the camera group to take a picture of the calibration plate below it.
  • the upper computer software algorithm The two cameras and their lenses of the camera platform calibration camera group are calibrated, and the two cameras are unified into a unified coordinate system.
  • step (4) when the T-axis rotation center of the three-degree-of-freedom screen motion platform is calibrated, the total angle of T-axis motion is greater than 12 degrees and less than the travel of the T-axis.
  • the mark pattern on the calibration board always exists in the camera field of view of the group.
  • step (4) the T-axis rotation center of the three-degree-of-freedom screen motion platform is calculated according to the calibration plate patterns obtained from several photographs.
  • the specific process is as follows:
  • T-axis rotation center After several operations, multiple coordinate values of T-axis rotation center are obtained, and the average value is taken as the final T-axis rotation center.
  • step (5) the solution of the relationship between the T-axis rotation angle of the three-degree-of-freedom screen motion platform and the pulse is as follows:
  • the average value of the center coordinate swing angle of the calibration plate marker in the field of view of the calibration camera of the two motion platforms is taken as the angle of the T axis swing in a single swing, and finally a simple two-degree interpolation method is used to obtain the three-degree-of-freedom screen motion platform
  • the relationship between the rotation angle and the pulse; the direction opposite to the swing direction of the marker on the calibration board is the direction of the T-axis swing.
  • step (6) when calibrating the X-axis motion parameters of the three-degree-of-freedom screen motion platform, first calibrate the motion platform to return the camera group to the reference position, ie the initial position; then control the three-degree-of-freedom through the lower computer
  • the X axis of the wire mesh movement platform moves from one side to the other side of the X axis in an equal pulse amount.
  • Each movement of a certain amount of pulses triggers the movement platform calibration camera group to take a picture of the calibration board; ensure that each movement The marker on the calibration board is within the camera field of view of the calibration camera group of the motion platform; after each movement with X-axis and other pulses, the displacement and direction of the marker center on the calibration board in the unified coordinate system are calculated and recorded; after multiple pulse movements
  • the average value of the displacement is divided by the number of pulses each time to be the relationship between the X-axis motion displacement and the number of pulses.
  • the average value of the obtained motion direction is 180 degrees after the rotation is the direction of the X-axis motion.
  • step (7) when calibrating the Y-axis motion parameters of a three-degree-of-freedom motion platform, first calibrate the motion platform to return the camera group to the reference position, that is, the initial position; then control the three-degree-of-freedom screen motion through the lower computer
  • the Y axis of the platform moves from one side of the Y axis to the other in an equal amount of pulses.
  • Each movement of a certain amount of pulses triggers the movement platform calibration camera group to take a picture of the calibration board; ensure that the calibration board is marked every time it moves The object is in the camera field of view of the calibration camera group of the motion platform; after calculating and recording the Y-axis and other pulse movements, the displacement and direction of the marker center in the unified coordinates on the calibration board; after multiple pulse movements, the resulting displacement
  • the average value divided by the number of pulses each time is the relationship between the Y-axis motion displacement and the number of pulses, and the average value of the obtained motion direction is the direction of the Y-axis motion after rotating 180 degrees.
  • a plate-in positioning camera group includes a plate-in positioning camera group, a plate-in positioning camera group fixing frame, a printing platform, a rotating positioning platform, a motion platform calibration camera group, a motion platform calibration camera group fixing frame, a three-degree-of-freedom screen motion platform, Calibration board and control system;
  • the board-in positioning camera group includes four cameras arranged in an array, installed on the board-in positioning camera group fixing frame;
  • the motion platform calibration camera group includes two cameras, installed in The motion platform is calibrated on the fixed frame of the camera group and fixed on the end of the three-degree-of-freedom screen motion platform, that is, on the T axis;
  • the three degrees of freedom of the three-degree-of-freedom screen motion platform are two degrees of freedom X on the plane , Y, and a rotation degree of freedom T, wherein the rotation degree of freedom T is controlled by a T-axis moving part;
  • the present invention has the following advantages and effects:
  • the calibration method of the three-degree-of-freedom motion platform of the present invention uses machine vision as a measurement tool, and the calibration accuracy is high;
  • the three-degree-of-freedom motion platform calibration method of the present invention uses platform motion to drive the camera movement, which is simple to operate and highly reliable.
  • the calibration process is easy to achieve full automation, with less human interference and better consistency in calculation results.
  • FIG. 1 is a flow chart of a method for calibrating a crystalline silicon photovoltaic solar cell printing positioning platform based on machine vision of the present invention
  • FIG. 2 is an isometric side view of the crystalline silicon photovoltaic solar cell printing positioning platform device of the present invention
  • FIG. 3 is a plan view of the crystalline silicon photovoltaic solar cell printing positioning platform device of the present invention.
  • FIG. 4 is a front view of the crystalline silicon photovoltaic solar cell printing positioning platform device of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of calibration of T-axis motion parameters of a three-degree-of-freedom screen motion platform of the present invention.
  • the application device of the calibration method for the vision and printing positioning platform of the crystalline silicon photovoltaic solar cell includes a plate-in positioning camera group 1, a plate-in positioning camera group fixing frame 2, a printing platform 3, a rotary positioning platform 4.
  • Movement platform calibration camera group 5 movement platform calibration camera group fixing frame 6, three-degree-of-freedom screen motion platform 7, calibration board 8, and control system; in which the positioning board positioning camera group 1 includes four arrayed cameras , Which is installed on the fixed board 2 of the in-position positioning camera group; the motion platform calibration camera group 5 includes two cameras, which are installed on the motion platform calibration camera group fixing frame 6 and fixed on the end of the three-degree-of-freedom screen motion platform, That is, on the T axis; the three degrees of freedom of the three-degree-of-freedom screen motion platform 7 are two degrees of freedom of movement X, Y on the plane, and a degree of freedom of rotation T, where the degree of freedom of rotation T is composed of a T-axis moving part 9 Control the rotation, as shown in Figure 6; the platen positioning station 3 below the camera group 1 is the platen station, and the motion platform marks the station 3 below the camera group 5 is the printing station; the control system includes the host computer and Next Machine, the upper computer is connected to the board positioning camera group, the
  • the calibration method of the visual and printed positioning platform of the crystalline silicon photovoltaic solar cell of this embodiment includes the following steps:
  • Step 1 Install into the board to position the camera group, calibrate the camera group on the motion platform, and set the corresponding camera parameters;
  • FIG. 5 is a diagram of the placement position of the calibration board.
  • the marking patterns at the four corners of the calibration board must be photographed.
  • the two cameras of the camera platform calibration camera group should also be able to shoot the marking pattern in the middle of the calibration board; then set the board-in positioning camera group and the motion platform respectively Calibrate the camera lens parameters of the camera group, including exposure value, aperture value, and focal length.
  • Step 2 Calibrate the board to position the camera group
  • the positioning reference calibration algorithm is patent number: CN201710805492-A photovoltaic Visual calibration device and positioning method of battery printing equipment.
  • the lower machine controls the rotation positioning platform to rotate 90 degrees, so that the calibration plate is placed in the printing station and is below the movement platform calibration camera group. It is transported from the board entry station to the printing station and is below the movement platform calibration camera group; keep The position of the camera platform calibration camera group remains unchanged, and record the position of the three-degree-of-freedom screen motion platform as the reference position; trigger the camera platform calibration camera group to take a picture of the calibration board below it, according to the photo and the corresponding camera position distribution , Use the positioning reference calibration algorithm of the host computer software to calibrate the two cameras and their lenses of the camera platform calibration camera group, and unify the two cameras into a unified coordinate system; in this step, the positioning reference The calibration algorithm is the same as step (2).
  • the T-axis of the three-degree-of-freedom wire mesh motion platform is controlled by the lower computer along the T axis track in several equal pulses from one side to the other side, and the motion platform calibration camera group also follows from the side. Swing to the other side; the total angle of T-axis movement is greater than 12 degrees and less than the travel of the T-axis; each movement of the T-axis triggers the movement platform to calibrate the camera group to take a picture; each time a picture is taken, the center of the pattern on the calibration board is calculated and recorded The position in the unified coordinate system; the coordinates of the center point of the two sets of marking patterns obtained by the two cameras, and the two circle center coordinates are obtained by the least square method, and the average value of the two circle center coordinates is taken as the T axis Center of rotation
  • T-axis rotation center After several operations, multiple coordinate values of T-axis rotation center are obtained, and the average value is taken as the final T-axis rotation center.
  • the T-axis of the three-degree-of-freedom screen movement platform is controlled by the lower computer to move from one side to the other in an equal pulse amount;
  • Each movement of a certain amount of pulses triggers the movement platform to calibrate the camera group to take a picture, calculate and record the angle and direction of the swing corresponding to each pulse rotation and the change in the center of the marker on the calibration board, and view the two cameras
  • the average value of the center coordinate swing angle of the marker in the calibration plate is taken as the T-axis swing angle in a single swing, and finally the relationship between the rotation angle of the three-degree-of-freedom screen motion platform and the pulse is obtained by a simple quadratic interpolation method;
  • the calibration plate The direction opposite to the swing direction of the upper marker is the direction of the T axis swing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

一种基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法及实现该方法所需要的装置。该方法通过定制的标定板（8）和旋转定位平台（4），结合控制系统内部视觉软件算法，建立进板定位相机组（1）与运动平台标定相机组（5）之间的坐标关系；通过控制三自由度丝网运动平台（7）运动，并结合运动平台标定相机组（5）进行拍照，建立三自由度丝网运动平台（7）运动参数与运动平台标定相机组（5）基准位之间的坐标联系，进而确定进板定位相机组（1）与三自由度丝网运动平台（7）运动参数之间的坐标关系。该方法及装置具有定位精度高，稳定性好的特点。

Description

基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法及装置 技术领域
本发明涉及计算机视觉精密定位技术，特别涉及一种基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法及装置。
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。为实现高精度的生产要求，必须对设备的视觉系统和丝网印刷的运动系统进行标定。
现流行的标定手段有多种。其中有通过运动平台外接一块“L”形板，“L”形板一端与运动平台相接，另一端带有标记点，伸至进板定位相机视野内；通过运动平台运动，带动“L”形板上的标记点在视觉相机内运动，得以用视觉来标定运动平台。这种做法成本较低，但精度较差。另外也有用光学标定板先标定进板定位相机组与丝网定位相机组，再通过试验法来标定运动平台运动参数的。这种做法成本相对也较低，但试验法操作时需要的时间较长，同时需要专门的人员来调试，最终得到的精度高低也受调试人员经验的影响，一致性效果不好。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法及装置，标定进板定位相机组以及三自由度丝网运动平台的运动参数，将其统一至统一坐标系中。
为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：
基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法，包括下述步骤：
(1)安装进板定位相机组和运动平台标定相机组，并设置相应的相机参数；
(2)标定进板定位相机组：将定制的标定板放置于进板工位的承印台上，触发进板定位相机组对标定板进行拍照，根据拍照结果，将进板定位相机组的四个相机统一至统一坐标系；
(3)标定运动平台标定相机组：下位机控制旋转定位平台旋转，使标定板 置于印刷工位同时处于运动平台标定相机组之下方，并触发运动平台标定相机组对标定板进行拍照，根据拍照结果，将运动平台标定相机组的两个相机统一至统一坐标系；
(4)标定三自由度丝网运动平台T轴旋转中心：控制三自由度丝网运动平台T轴以等脉冲量的方式从一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组对标定板进行一次拍照，根据若干次拍照所得的标定板图案，计算出三自由度丝网运动平台T轴旋转中心；
(5)标定三自由度丝网运动平台T轴旋转角度与脉冲关系：控制三自由度丝网运动平台T轴以等脉冲量的方式从一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组进行一次拍照，计算并记录下每次等脉冲旋转与标定板上标记物中心变化量对应摆动的角度大小及方向，然后求解三自由度丝网运动平台T轴旋转角度与脉冲关系；
(6)标定三自由度丝网运动平台X轴运动参数：控制三自由度丝网运动平台X轴以等脉冲量的方式从一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组进行一次拍照，计算并记录每次以X轴等脉冲运动后，标定板上标记物中心在统一坐标系中的位移及方向，然后求得三自由度丝网运动平台X轴运动位移与脉冲数的关系；
(7)标定三自由度丝网运动平台Y轴运动参数：控制三自由度丝网运动平台Y轴以等脉冲量的方式从一端运动至另一端，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组进行一次拍照，计算并记录每次以Y轴等脉冲运动后，标定板上标记物中心在统一坐标系中的位移及方向，然后求得三自由度丝网运动平台Y轴运动位移与脉冲数的关系。
作为优选的技术方案，步骤(1)中，进板定位相机组的四个相机安装后，需都能拍摄到标定板四角处的标记图案，同时，当标定板相与承印台相对静止地由从进板工位旋转至印刷工位时，运动平台标定相机组的两个相机亦能拍摄到标定板中间处的标记图案；然后分别设置进板定位相机组和运动平台标定相机组的相机镜头参数，包括曝光值、光圈值、以及焦距。
作为优选的技术方案，其特征在于，步骤(2)中，根据对标定板的拍照结果，将进板定位相机组的相机统一至统一坐标系，具体过程为：
根据拍摄照片及相应的相机位置分布，利用上位机软件的定位基准标定算法对四个进板定位相机及镜头进行标定，将四个进板定位相机统一至统一坐标 系。
作为优选的技术方案，步骤(3)中，具体过程如下：
下位机控制旋转定位平台旋转90度，使标定板相对于承印台的位置保持不变，从进板工位运送至印刷工位，并处于运动平台标定相机组之下方；保持运动平台标定相机组位置不变，并记录此时三自由度丝网运动平台的位置作为基准位置；触发运动平台标定相机组对其下方的标定板进行拍照，根据照片及相应的相机位置分布，上位机软件算法对运动平台标定相机组的两个相机及其镜头进行标定，并将所述的两个相机统一至统一坐标系中。
作为优选的技术方案，步骤(4)中，标定三自由度丝网运动平台T轴旋转中心时，T轴运动的总角度大于12度且小于T轴的行程，在运动过程中运动平台标定相机组的相机视野内始终存在标定板上的标记图案。
作为优选的技术方案，步骤(4)中，根据若干次拍照所得的标定板图案，计算出三自由度丝网运动平台T轴旋转中心，具体过程如下：
利用相机摆动使标定板上的标记图案中心在相机视野内摆动，记录整个过程中的标记图案中心点在统一坐标系中的位置坐标；利用运动平台标定相机组的两个相机得到的两组标记图案中心点位置坐标，然后分别通过最小二乘法求得它们的圆心坐标，得到两个圆心坐标值后取其平均值作为T轴旋转中心；
经若干次以上操作后，得到多个T轴旋转中心坐标值，再取其平均值作为最终T轴旋转中心。
作为优选的技术方案，步骤(5)中，所述求解三自由度丝网运动平台T轴旋转角度与脉冲关系，具体过程如下：
将两个运动平台标定相机视野内的标定板标记物中心坐标摆动的角度的平均值作为单次摆动时T轴摆动的角度，最后利用简单的二次插值法求得三自由度丝网运动平台旋转角度与脉冲关系；标定板上标记物摆动方向的反方向即为T轴摆动的方向。
作为优选的技术方案，步骤(6)中，在标定三自由度丝网运动平台X轴运动参数时，首先将运动平台标定相机组回归基准位，即初始位置；然后通过下位机控制三自由度丝网运动平台X轴以等脉冲量的方式从X轴的一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组对标定板进行一次拍照；每次运动时均确保标定板标记物在运动平台标定相机组的相机视野内；计算并记录每次以X轴等脉冲运动后，标定板上标记物中心在统一坐标系中的 位移及方向；多次等脉冲运动后，所得的位移平均值除以每次的脉冲数即为X轴运动位移与脉冲数的关系，所得的运动方向的平均值旋转180度后即为X轴的运动方向。
作为优选的技术方案，步骤(7)中，标定三自由度运动平台Y轴运动参数时，首先将运动平台标定相机组回归基准位，即初始位置；然后通过下位机控制三自由度丝网运动平台Y轴以等脉冲量的方式从Y轴的一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组对标定板进行一次拍照；每次运动时均确保标定板标记物在运动平台标定相机组的相机视野内；计算并记录每次以Y轴等脉冲运动后，标定板上标记物中心在统一坐标中的位移及方向；多次等脉冲运动后，所得的位移平均值除以每次的脉冲数即为Y轴运动位移与脉冲数的关系，所得的运动方向的平均值旋转180度后即为Y轴的运动方向。
作为优选的技术方案，包括进板定位相机组、进板定位相机组固定架、承印台、旋转定位平台、运动平台标定相机组、运动平台标定相机组固定架、三自由度丝网运动平台、标定板、以及控制系统；所述进板定位相机组包括四个阵列排布的相机，安装在所述进板定位相机组固定架上；所述运动平台标定相机组包括两个相机，安装在运动平台标定相机组固定架上，并固定在三自由度丝网运动平台末端，即T轴上；所述三自由度丝网运动平台的三个自由度为平面上的两个移动自由度X、Y，以及一个旋转自由度T，其中旋转自由度T由一个T轴运动部件控制旋转；所述进板定位相机组固定架、承印台、以及三自由度丝网运动平台均设置在旋转定位平台上；其中，安装在进板定位相机组固定架上的进板定位相机组下方的承印台为进板工位，安装在三自由度丝网运动平台末端的运动平台标定相机组下方的承印台为印刷工位；所述控制系统包括上位机和下位机，所述上位机连接进板定位相机组、运动平台标定相机组、以及下位机；所述下位机连接旋转定位平台和三自由度丝网运动平台；所述上位机用于获取下位机传输的机台运动参数和相机组拍摄的标定板图像，并进行计算处理，接着将处理结果信号传输给下位机，所述下位机用于控制旋转定位平台和三自由度丝网运动平台的转动，从而完成进板定位相机组、运动平台标定相机组、以及三自由度丝网运动平台的标定。
本发明相对于现有技术具有如下的优点和效果：
(1)本发明的三自由度运动平台标定方法，使用机器视觉作为测量工具， 标定精度高；
(2)本发明的三自由度运动平台标定方法，使用平台运动带动相机运动，操作简单，可靠性强，标定过程易于实现全自动化，人为干扰较小，计算结果一致性较好。
附图说明
图1是本发明的基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法流程图；
图2是本发明的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台装置等轴侧图；
图3是本发明的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台装置俯视图；
图4是本发明的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台装置主视图；
图5是本发明的标定板放置示意图；
图6是本发明的三自由度丝网运动平台T轴运动参数标定示意图；
图2～图6中示出：1—进板定位相机组；2—进板定位相机组固定架；3—旋转定位平台；4—承印台；5—运动平台标定相机组；6—运动平台标定相机组固定架；7—三自由度丝网运动平台；8—标定板；9—三自由度丝网运动平台T轴的运动部件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以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的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不限于本发明。
实施例
如图2～图6所示，晶硅光伏太阳能电池的视觉及印刷定位平台标定方法的应用装置，包括进板定位相机组1、进板定位相机组固定架2、承印台3、旋转定位平台4、运动平台标定相机组5、运动平台标定相机组固定架6、三自由度丝网运动平台7、标定板8、以及控制系统；其中进板定位相机组1包括四个阵列排布的相机，安装在所述进板定位相机组固定架2上；运动平台标定相机组5包括两个相机，安装在运动平台标定相机组固定架6上，并固定在三自由度丝网运动平台末端，即T轴上；三自由度丝网运动平台7的三个自由度为平面上的两个移动自由度X、Y，以及一个旋转自由度T，其中旋转自由度T由一个T 轴运动部件9控制旋转，如图6所示；进板定位相机组1下方的承印台3为进板工位，运动平台标定相机组5下方的承印台3为印刷工位；所述控制系统包括上位机和下位机，所述上位机连接进板定位相机组、运动平台标定相机组、以及下位机；所述下位机连接旋转定位平台和三自由度丝网运动平台；所述上位机用于获取下位机传输的机台运动参数和相机组拍摄的标定板图像，并进行计算处理，接着将处理结果信号传输给下位机，所述下位机用于控制旋转定位平台和三自由度丝网运动平台的转动，从而完成进板定位相机组、运动平台标定相机组、以及三自由度丝网运动平台的标定。
如图1所示，本实施例的晶硅光伏太阳能电池的视觉及印刷定位平台标定方法，包括下述步骤：
步骤1、安装进板定位相机组、运动平台标定相机组，并设置相应的相机参数；
在本实施例中，如图5所示为标定板的放置位置图，进板定位相机组的四个相机安装后，需都能拍摄到标定板四角处的标记图案，同时，当标定板与承印台相对静止地从进板工位旋转至印刷工位时，运动平台标定相机组的两个相机亦要能拍摄到标定板中间处的标记图案；然后分别设置进板定位相机组和运动平台标定相机组的相机镜头参数，包括曝光值、光圈值、以及焦距。
步骤2、标定进板定位相机组；
将定制的标定板放置于进板工位的承印台的合适位置上，触发进板定位相机组对标定板进行拍照，根据拍照照片及相应的相机位置分布，利用上位机软件的定位基准标定算法对四个进板定位相机及其镜头进行标定，并将四个进板定位相机统一至统一坐标系中；在本实施例中，所述定位基准标定算法为专利号为：CN201710805492-一种光伏电池印刷设备的视觉标定装置及其定位方法。
(3)标定运动平台标定相机组；
下位机控制旋转定位平台旋转90度，使标定板置于印刷工位同时处于运动平台标定相机组之下方，从进板工位运送至印刷工位，并处于运动平台标定相机组之下方；保持运动平台标定相机组位置不变，并记录此时三自由度丝网运动平台的位置作为基准位置；触发运动平台标定相机组对其下方的标定板进行拍照，根据拍照照片及相应的相机位置分布，利用上位机软件的定位基准标定算法对运动平台标定相机组的两个相机及其镜头进行标定，并将所述的两个相机统一至统一坐标系中；在此步骤中，采用的定位基准标定算法同步骤(2)。
(4)标定三自由度丝网运动平台T轴旋转中心；
如图6所示，通过下位机控制三自由度丝网运动平台的T轴以若干次等脉冲量的方式沿着T轴轨道从一边运动至另一边，运动平台标定相机组也随之从一边摆动至另一边；T轴运动的总角度大于12度且小于T轴的行程；每运动一次T轴均触发运动平台标定相机组进行拍照一次；每拍照一次均计算并记录一次标定板上图案中心在统一坐标系中的位置；利用两个相机得到的两组标记图案中心点位置坐标，分别通过最小二乘法求得两个的圆心坐标，得到两个圆心坐标值后取其平均值作为T轴旋转中心；
经若干次以上操作后，得到多个T轴旋转中心坐标值，再取其平均值作为最终T轴旋转中心。
(5)标定三自由度丝网运动平台T轴旋转角度与脉冲关系；
在确定三自由度丝网运动平台T轴旋转中心后，标定其旋转角度与脉冲关系时，通过下位机控制三自由度丝网运动平台T轴以等脉冲量的方式从一边运动至另一边；每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组进行一次拍照，计算并记录下每次等脉冲旋转与标定板上标记物中心变化量对应摆动的角度大小及方向，将两个相机视野内的标定板标记物中心坐标摆动的角度的平均值作为单次摆动时T轴摆动的角度，最后利用简单的二次插值法求得三自由度丝网运动平台旋转角度与脉冲关系；标定板上标记物摆动方向的反方向即为T轴摆动的方向。
(6)标定三自由度丝网运动平台X轴运动参数；
首先将运动平台标定相机组回归基准位，即初始位置；然后通过下位机控制三自由度丝网运动平台X轴以等脉冲量的方式从一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组进行一次拍照，每次运动时均确保标定板标记物在运动平台标定相机组的相机视野内；计算并记录每次以X轴等脉冲运动后，标定板上标记物中心在统一坐标系中的位移及方向，多次等脉冲运动后，所得的位移平均值除以每次的脉冲数即为X轴运动位移与脉冲数的关系，所得的运动方向的平均值旋转180度后即为X轴的运动方向。
(7)标定三自由度丝网运动平台Y轴运动参数；
首先将运动平台标定相机组回归基准位，即初始位置；然后通过下位机控制三自由度丝网运动平台Y轴以等脉冲量的方式从一端运动至另一端，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组进行一次拍照；每次运动时均确 保标定板标记物在运动平台标定相机组的相机视野内；计算并记录每次以Y轴等脉冲运动后，标定板上标记物中心在统一坐标系中的位移及方向；多次等脉冲运动后，所得的位移平均值除以每次的脉冲数即为Y轴运动位移与脉冲数的关系，所得的运动方向的平均值旋转180度后即为Y轴的运动方向。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims (10)

  1. 基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法，其特征在于，包括下述步骤：
    (1)安装进板定位相机组和运动平台标定相机组，并设置相应的相机参数；
    (2)标定进板定位相机组：将定制的标定板放置于进板工位的承印台上，触发进板定位相机组对标定板进行拍照，根据拍照结果，将进板定位相机组的四个相机统一至统一坐标系；
    (3)标定运动平台标定相机组：下位机控制旋转定位平台旋转，使标定板置于印刷工位同时处于运动平台标定相机组之下方，并触发运动平台标定相机组对标定板进行拍照，根据拍照结果，将运动平台标定相机组的两个相机统一至统一坐标系；
    (4)标定三自由度丝网运动平台T轴旋转中心：控制三自由度丝网运动平台T轴以等脉冲量的方式从一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组对标定板进行一次拍照，根据若干次拍照所得的标定板图案，计算出三自由度丝网运动平台T轴旋转中心；
    (5)标定三自由度丝网运动平台T轴旋转角度与脉冲关系：控制三自由度丝网运动平台T轴以等脉冲量的方式从一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组进行一次拍照，计算并记录下每次等脉冲旋转与标定板上标记物中心变化量对应摆动的角度大小及方向，然后求解三自由度丝网运动平台T轴旋转角度与脉冲关系；
    (6)标定三自由度丝网运动平台X轴运动参数：控制三自由度丝网运动平台X轴以等脉冲量的方式从一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组进行一次拍照，计算并记录每次以X轴等脉冲运动后，标定板上标记物中心在统一坐标系中的位移及方向，然后求得三自由度丝网运动平台X轴运动位移与脉冲数的关系；
    (7)标定三自由度丝网运动平台Y轴运动参数：控制三自由度丝网运动平台Y轴以等脉冲量的方式从一端运动至另一端，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组进行一次拍照，计算并记录每次以Y轴等脉冲运动后，标定板上标记物中心在统一坐标系中的位移及方向，然后求得三自由度丝网运动平台Y轴运动位移与脉冲数的关系。
  2. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法，其特征在于，步骤(1)中，进板定位相机组的四个相机安装后， 需都能拍摄到标定板四角处的标记图案，同时，当标定板相与承印台相对静止地由从进板工位旋转至印刷工位时，运动平台标定相机组的两个相机亦能拍摄到标定板中间处的标记图案；然后分别设置进板定位相机组和运动平台标定相机组的相机镜头参数，包括曝光值、光圈值、以及焦距。
  3. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法，其特征在于，步骤(2)中，根据对标定板的拍照结果，将进板定位相机组的相机统一至统一坐标系，具体过程为：
    根据拍摄照片及相应的相机位置分布，利用上位机软件的定位基准标定算法对四个进板定位相机及镜头进行标定，将四个进板定位相机统一至统一坐标系。
  4. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法，其特征在于，步骤(3)中，具体过程如下：
    下位机控制旋转定位平台旋转90度，使标定板相对于承印台的位置保持不变，从进板工位运送至印刷工位，并处于运动平台标定相机组之下方；保持运动平台标定相机组位置不变，并记录此时三自由度丝网运动平台的位置作为基准位置；触发运动平台标定相机组对其下方的标定板进行拍照，根据照片及相应的相机位置分布，上位机软件算法对运动平台标定相机组的两个相机及其镜头进行标定，并将所述的两个相机统一至统一坐标系中。
  5. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法，其特征在于，步骤(4)中，标定三自由度丝网运动平台T轴旋转中心时，T轴运动的总角度大于12度且小于T轴的行程，在运动过程中运动平台标定相机组的相机视野内始终存在标定板上的标记图案。
  6. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法，其特征在于，步骤(4)中，根据若干次拍照所得的标定板图案，计算出三自由度丝网运动平台T轴旋转中心，具体过程如下：
    利用相机摆动使标定板上的标记图案中心在相机视野内摆动，记录整个过程中的标记图案中心点在统一坐标系中的位置坐标；利用运动平台标定相机组的两个相机得到的两组标记图案中心点位置坐标，然后分别通过最小二乘法求得它们的圆心坐标，得到两个圆心坐标值后取其平均值作为T轴旋转中心；
    经若干次以上操作后，得到多个T轴旋转中心坐标值，再取其平均值作为最终T轴旋转中心。
  7. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法，其特征在于，步骤(5)中，所述求解三自由度丝网运动平台T轴旋转角度与脉冲关系，具体过程如下：
    将两个运动平台标定相机视野内的标定板标记物中心坐标摆动的角度的平均值作为单次摆动时T轴摆动的角度，最后利用简单的二次插值法求得三自由度丝网运动平台旋转角度与脉冲关系；标定板上标记物摆动方向的反方向即为T轴摆动的方向。
  8. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法，其特征在于，步骤(6)中，在标定三自由度丝网运动平台X轴运动参数时，首先将运动平台标定相机组回归基准位，即初始位置；然后通过下位机控制三自由度丝网运动平台X轴以等脉冲量的方式从X轴的一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组对标定板进行一次拍照；每次运动时均确保标定板标记物在运动平台标定相机组的相机视野内；计算并记录每次以X轴等脉冲运动后，标定板上标记物中心在统一坐标系中的位移及方向；多次等脉冲运动后，所得的位移平均值除以每次的脉冲数即为X轴运动位移与脉冲数的关系，所得的运动方向的平均值旋转180度后即为X轴的运动方向。
  9. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法，其特征在于，步骤(7)中，标定三自由度运动平台Y轴运动参数时，首先将运动平台标定相机组回归基准位，即初始位置；然后通过下位机控制三自由度丝网运动平台Y轴以等脉冲量的方式从Y轴的一边运动至另一边，每运动一定量的脉冲数时均触发运动平台标定相机组对标定板进行一次拍照；每次运动时均确保标定板标记物在运动平台标定相机组的相机视野内；计算并记录每次以Y轴等脉冲运动后，标定板上标记物中心在统一坐标中的位移及方向；多次等脉冲运动后，所得的位移平均值除以每次的脉冲数即为Y轴运动位移与脉冲数的关系，所得的运动方向的平均值旋转180度后即为Y轴的运动方向。
  10. 根据权利要求1～9任意一项所述的基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池印刷定位平台标定方法的标定装置，其特征在于，包括进板定位相机组、进板定位相机组固定架、承印台、旋转定位平台、运动平台标定相机组、运动平台标定相机组固定架、三自由度丝网运动平台、标定板、以及控制系统；所述 进板定位相机组包括四个阵列排布的相机，安装在所述进板定位相机组固定架上；所述运动平台标定相机组包括两个相机，安装在运动平台标定相机组固定架上，并固定在三自由度丝网运动平台末端，即T轴上；所述三自由度丝网运动平台的三个自由度为平面上的两个移动自由度X、Y，以及一个旋转自由度T，其中旋转自由度T由一个T轴运动部件控制旋转；所述进板定位相机组固定架、承印台、以及三自由度丝网运动平台均设置在旋转定位平台上；其中，安装在进板定位相机组固定架上的进板定位相机组下方的承印台为进板工位，安装在三自由度丝网运动平台末端的运动平台标定相机组下方的承印台为印刷工位；所述控制系统包括上位机和下位机，所述上位机连接进板定位相机组、运动平台标定相机组、以及下位机；所述下位机连接旋转定位平台和三自由度丝网运动平台；所述上位机用于获取下位机传输的机台运动参数和相机组拍摄的标定板图像，并进行计算处理，接着将处理结果信号传输给下位机，所述下位机用于控制旋转定位平台和三自由度丝网运动平台的转动，从而完成进板定位相机组、运动平台标定相机组、以及三自由度丝网运动平台的标定。
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