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机器视觉满足太阳能电池生产高要求

2013-10-16  发布者:admin 

在家庭与工业企业中,太阳能和光伏设备的应用都呈现出进一步发展的趋势。日趋增高的市场需求,使太阳能电池的生产和工艺流程需要更加高效及自动化。高生产效率只有在可靠的传感器技术帮助下才能完成。这就是Schmid技术系统公司,一家生产太阳能电池加工机床的生产厂使用Sick公司研发生产的高性能漫反射式光电传感器的原因。

光电传感器经常要满足例如安装空间狭小、安装调试希望更简单方便,以及电气与机械兼容性的众多要求,但首先最需要满足的是太阳能电池表面的光能采集效率,其中包括在光线和发射条件都不理想时的光能采集。Schmid集团公司设计并制造的光电传感器能满足上述条件。公司设备在半导体晶片生产、太阳能电池生产、太阳能及光伏设备部件生产中都有着广泛应用,例如C-Sort 5000在线模块,检测太阳能电池速度达5000片/h。即太阳能电池晶片在检测站中可进行阳光模拟、印刷标签检验和背面检验等多项检测(图1)。

Ranger摄像机对电池板背面的情况进行视频检验
图1 背面检验:WTB4-3漫反射式光电传感器承担着电池板的定位任务,
Ranger摄像机对电池板背面的情况进行视频检验

理想的检测工具

设备进行检测时,太阳能电池板通过5通道传送带进行输送(图2)。智能化的FlexPicker
机器人承担着电池板质量检测的任务,机器人按照检测的质量等级对电池板进行分类处理,其级别多达40种。这种质量分级设备以畅通无阻的自动化、大量电池板运输和处理工序,对各个电池板检测数据,这对于通过线性检验系统检验后存放在不同质量等级电池板的聚苯乙烯塑料盒提出了可靠性要求。在检测并识别某些厚度只有160μm的太阳能电池板时,大多数传感器都无法完成检测任务。采用磷发射极的太阳能电池板表面上带有防发光镀膜,其表面为金属喷涂材质。看上去,这种太阳能电池板的颜色为深蓝色,接近黑色,光反射率不到3%(图3);几乎能把漫反射式光电传感器发射出去的光全部吸收。同时,多晶体结构的太阳能电池板中不均匀结晶体的发光性能也不同,以及在分级检验设备中经阳极处理过机械零件和防护盖产生的光,这些都是强干扰光源。

太阳能电池板检验
图2 在C-Sort 5000型质量检验设备中,WTB4-3漫反射光电传感器
正对从5条通道中输送来的太阳能电池板进行检验

分级设备进行可靠地检测
图3 虽然太阳能电池板几乎一片漆黑,光反射率低于3%,
但其依然可在质量检验分级设备中进行可靠地检测

也就是说,漫反射光电传感器既要识别几乎看不见的东西,传感器本身也不能受到周围环境干扰因素的影响。如今,由Sick公司研发生产的WTB4-3型漫反射光电传感器能很好地完成检测任务。利用WTB4-3能可靠识别出特别微小、透明及镜面反光的物体,这与物体的颜色及表面质量特征无关。

由于Sick公司研发并安装在传感器中的ASIC芯片具有背景衰减功能,这使得镜像反光、发射光及电磁干扰源、闪光灯及振动,以及背景环境中的物体及脉冲信号皆对WTB4-3型漫反射光电传感器的检测可靠性没有影响。同样,传统传感器的检测盲区问题也被WTB4-3克服。其优点还包括:结构紧凑的设计更易于其在各种机床中被很好地安装与集成。(图4)

WTB4-3漫反射光电传感器
图4 WTB4-3漫反射光电传感器体积小且安装简便,能够在各种结构紧凑的机床中使用

通用性能

Schmid技术系统公司研发设计的漫反射光电传感器不仅适合在太阳能电池板中使用,它还可以在质量检测设备中进行各种定位检测、到位指示和高度监控(图5)。如今,人们都认识到了该传感器的优点,其与Sick公司研发生产的UC4系列超声波传感器有着相同的外形尺寸,机械和电气连接接口等都保持不变。所以,现在光电传感器代替声学传感器更容易了。

下层进行输送区域的到位检验,上层进行高度检测;
这些都是利用WTB4-3漫反射光电传感器来进行的
图5 下层进行输送区域的到位检验,上层进行高度检测;
这些都是利用WTB4-3漫反射光电传感器来进行的

太阳能电池板生产所使用的除漫反射光电传感器和超声波传感器两种外,还包括旋转编码器和高端视频摄像系统,以此完成3D图像的检验监控。这其中便包含DRS61型增量式编码器,其被安装于质量检验分级设备传送系统中进行连续运动检测。基本款中在1~8192范围间的每一条刻线上都有一个独有的赋值。因此,零点脉冲信号宽度为90或180,可随意设置。在工作中编码器利用ASIC扫描技术进行差动探测,抗干扰性能高且信号质量好。Ranger图像处理系统保证了质量检验分级设备的表面检验达到高检验精度。其扫描速率可达到35000帧/s。每一帧图像皆为1500像素的高清晰3D图像,可识别几微米的物体。利用这一申请了专利保护的多功能扫描技术,Ranger扫描仪可同时完成同一物体的多幅图像扫描:2D检测、3D高度检测、生成具有物体表面及接近物体表面的结构特征散射图。

I/O-Link接口技术带来更多可能性

TWB4-3漫反射光电传感器借助了I/O-Link接口技术,使其具有满足未来自动化技术要求的可能性。例如除采集数字信号数据外,其还可在不单独使用总线系统或不使用附加电缆的情况下通过自动化控制系统采集各种伺服数据。操作中许多的工作参数,例如探测距离或传感器的滞后,都可以被赋值、监控和可视化。在系统出现故障时,操作者可以迅速地获得有关故障原因可能性的图像资料,所有的故障诊断信息都能够及时地展现出来,例如:使用数字表示的信号质量情况、直方图、输出端状态、可能的短路情况和受其他传感器影响的信息等。

创新技术领头羊

在首台印刷电路板刷光机于1965年问世后不久,完成了百年厂庆的企业——Schmid集团公司便开始进行企业经营方向的战略调整:从木材加工设备生产制造转向电子技术领域。现如今,Schmid集团公司发展壮大,公司共有员工1500名,生产太阳能设备、光伏产品设备、电路板生产设备和Flat-Panel触摸屏产品,产品销往13个国家及地区。公司生产面积共计100000m2,其中一部分工厂在德国Niedereschach,进行晶片制造、太阳能电池板制造、太阳能设备与光伏设备模块的产品生产,例如能对太阳能电池板进行5000片/h的检验和分类的C-Sort 5000型质量检验装置。