【基于圖像傳感器的太陽能電池片定位系統(tǒng)】 太陽能電板

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1、【基于圖像傳感器的太陽能電池片定位系統(tǒng)】 太陽能電板 EPE 電子工業(yè)專用設(shè)備 Equipment for Electronic Products Manufacturing 先進封裝技術(shù)與設(shè)備 基于圖像傳感器的太陽能電池片 定位系統(tǒng) 吳振鋒１，２ (1.太原理工大學(xué)，山西太原，030024； 2. 中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原，030024) 摘 要：在太陽能電池片串焊機中，電池片的糾偏定位是控制的關(guān)鍵，針對其提出了一種基于圖 像傳感器的主柵線定位方式，以很低的成本和簡單的控制算法解決了傳統(tǒng)以電池片邊緣作為定位基準(zhǔn)的機械定位方式無法解決的露白虛焊現(xiàn)象。其結(jié)

2、果符合生產(chǎn)工藝，達到了設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：太陽能電池；視覺定位系統(tǒng)；圖像傳感器；串焊機中圖分類號：TM914.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-4507(x)07-0009-04 Positioning System for Solar Cells Based On Image Sensor WU Zhenfeng 1,2 (1.Taiyuan University of Technology ，Taiyuan 030024，China ；2. The Second Research Institute of CETC ，Taiyuan 030024，China) Abstr

3、act:The corrective positioning technology in the solar cell strings welder is one of the key control technologies. This paper presents a corrective positioning method on the main gate line based on image sensor ，It has resolved the unstable weld phenomenon which universal existing in mechanical posi

4、tioning dependent on edges with a low cost and simple control algorithms. It has met the needs of the production process and the initial design aims come true. Keywords:Solar cells ；Visual alignment system ；Image Sensor ；String welder 太陽能電池片串焊機是太陽能電池生產(chǎn)中用于在檢測完好的太陽能電池片的正電極主柵線與另一片電池片負電極柵線之間通過互聯(lián)焊帶焊接成串，

5、實現(xiàn)電池組的串聯(lián)。 收稿日期：x-04-28 在太陽能電池片串焊機中，電池片的糾偏定位是關(guān)鍵技術(shù)之一。理想狀態(tài)下，太陽能電池片被傳送過來時主柵線與焊帶寬度方向重合，這樣能保證焊接后電池片焊接最牢固，避免出現(xiàn)虛焊露 總第233期）9 先進封裝技術(shù)與設(shè)備 電子工業(yè)專用設(shè)備 Equipment for Electronic Products Manufacturing EPE 白現(xiàn)象，電極導(dǎo)電性達到最佳狀態(tài)。但在實際生產(chǎn)中由于電池片在絲印過程中各種不可控因素導(dǎo)致了電極主柵線與電池片邊緣的距離很難保證在理想值范圍內(nèi)，甚至?xí)须姌O主柵線與電池片邊緣不平行現(xiàn)象[1]。由于這樣的電池片并不影

6、響光電轉(zhuǎn)換率等重要的光電性能參數(shù)，幾乎所有生產(chǎn)廠家會按正常產(chǎn)品對待而流入下道生產(chǎn)工序。這就給作為后工序的串焊機增加了難度，傳統(tǒng)的以電池片邊緣作為定位基準(zhǔn)的機械定位方式經(jīng)常會出現(xiàn)電極主柵線不能完全重合現(xiàn)象，即漏白現(xiàn)象[2]。 針對以電池片邊緣作為定位基準(zhǔn)的機械定位方式無法解決的這一難題，本文提出了一種基于圖像傳感器的太陽能電池片定位系統(tǒng)，即采用主柵線定位方式。本定位系統(tǒng)中x 軸和y 軸運動方向均由伺服系統(tǒng)控制，電池片搬運由x 軸伺服控制機械手完成，在搬運過程中完成電池片的預(yù)定位。根據(jù)圖像傳感器實時檢測電池片主柵線與圖像傳感器光軸的平行度，根據(jù)實時反饋的數(shù)值，θ角旋轉(zhuǎn)平臺自動調(diào)整電池片的方向，最

7、終實現(xiàn)電極主柵線與焊帶的完全重合，確保主柵線和焊帶重合精度，提高整個電池串的優(yōu)質(zhì)率。 像傳感器光軸的夾角θ（主柵線相對y 軸順時針偏移時θ為正值，逆時針偏移時θ為負值，下同）。圖像傳感器實時將θ角度值傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)進行處理，若θ＞0說明主柵線向順時針方向有偏移，定位臺需要逆時針方向旋轉(zhuǎn)一定角度予以糾正；反之，若θ＜0說明主柵線向逆時針方向有偏移，定位臺需要順時針方向旋轉(zhuǎn)一定角度予以糾正；當(dāng)θ角度值小于允許值（用戶設(shè)定的最大允許偏差值）時可以認為主柵線與坐標(biāo)y 軸平行，亦即與目標(biāo)位置焊帶方向平行，θ角旋轉(zhuǎn)步進電機停止運轉(zhuǎn)[3]，如圖2所示。 y 詛 目標(biāo)位置 L x 圖像傳

8、感 器視場 圖2電池片在定位臺θ角調(diào)整后位置示意圖 1理論依據(jù) 太陽能電池片 主柵線 y θ角目標(biāo)位置 這時坐標(biāo)原點到電池片目標(biāo)位置的距離L 與主柵線偏離圖像傳感器光軸的距離詛（主柵線在光軸右側(cè)時詛為正值，在光軸左側(cè)時詛為負值，下同）的差值L －詛即為電池片從定位臺到目標(biāo)位置需要移動的距離。 L x 2電池片定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 電池片上料采用傳輸帶方式上料，伺服系統(tǒng)實現(xiàn)電池片x 方向搬運和y 方向輸送，電池片首先由花籃上料傳送帶傳送至取料位置，然后由x 方向搬運系統(tǒng)送至θ角旋轉(zhuǎn)定位臺進行預(yù)定位，并由圖像傳感器FQ2對電極主柵線的平行度進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果θ角旋轉(zhuǎn)定位臺進

9、行相應(yīng)的調(diào)整。直至主柵線與焊帶方向平行，即當(dāng)θ的值小于允許值（θ≈0）時θ角旋轉(zhuǎn)步進電機停止運轉(zhuǎn)。之后根據(jù)坐標(biāo)原點與主柵線的距離詛計算出 圖像傳感 器視場 θ角旋轉(zhuǎn)平臺 圖1電池片在定位臺位置示意圖 調(diào)整并固定圖像傳感器使其縱向光軸與對應(yīng)焊帶方向平行，將此方向設(shè)為y 軸，電池片定位位置到焊帶焊接位置移動方向為x 軸，這時光軸原點到電池片目標(biāo)位置的距離L 為一定值。 假如太陽能電池片到達定位臺后的位置如圖1所示，通過圖像傳感器可以讀出主柵線偏離圖（總第233期） EPE 電子工業(yè)專用設(shè)備 Equipment for Electronic Products Manufacturi

10、ng 先進封裝技術(shù)與設(shè)備 電池片從定位位置B 到目標(biāo)位置需要移動的距離為L －詛。電池片在目標(biāo)位置下放到y(tǒng) 方向輸送系統(tǒng)，電池片在y 方向定位由y 方向定位檢測光纖傳感器輔助實現(xiàn)，定位好的電池片下放到目標(biāo)位置后，y 方向輸送系統(tǒng)開始帶動電池片實現(xiàn)該方向的位置補償，當(dāng)y 方向定位檢測光纖傳感器出現(xiàn)上升沿信號時認為定位完成。最后由熱壓焊接機構(gòu)實現(xiàn)電池片與焊帶的焊接。 分析，我們選擇中視野黑白型圖像傳感器FQ2-S40，像素選擇為12801024像素。通過實際調(diào)試設(shè)置檢測距離為100mm ，這時視場范圍約為24mm 22mm ，分辨率為0.021mmIP高速數(shù)據(jù)傳輸，速率可達100MbIP通信

11、功能。FQ2完成對主柵線與光軸夾角θ的測量并通過以太網(wǎng)絡(luò)實時傳送到PLC 進行處理，由PLC 控制系統(tǒng)依據(jù)特定算法完成太陽能電池片的糾偏定位，如圖3所示。 圖像傳感器 定 位信號OK x 方向伺服系統(tǒng) 以太網(wǎng) 以太網(wǎng)交換機 以太網(wǎng) PLC 控制器 測量觸發(fā)信號 15mm 作為測量長度），測量編輯界面顯示該段占用720像素，系統(tǒng)后臺自動計算出這一比例關(guān)系為0.02083mm/像素，點“保存”按鈕完成設(shè)置，以后長度測量結(jié)果將按此比例關(guān)系自動換算成毫米單位輸出數(shù)值。 （3）在θ角旋轉(zhuǎn)定位平臺上放置好電池片，使電池片的主柵線與焊帶方向平行，并以此片作為 y 方向伺服系統(tǒng) θ角

12、旋轉(zhuǎn)步進電機 y 方向定位檢測光纖 圖像傳感器測量的注冊模型。在FQ2設(shè)置界面將電池片第一條主柵線中心線設(shè)置為測量線模型，點“保存”按鈕完成設(shè)置。 （4）在輸出上選擇“參考角度TH0”和“參考位置坐標(biāo)RX ”的測量功能，測量數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)絇LC 控制器，由PLC 進行定位控制。 圖3電池片定位臺控制系統(tǒng)示意圖 3.2圖像傳感器的選型 系統(tǒng)要求焊帶與主柵線重合精度誤差≤0.1mm ，經(jīng)綜合誤差分解視覺對位精度為0.03mm 能夠滿足要求。本系統(tǒng)中視野設(shè)置應(yīng)小于相鄰兩條主柵線的距離26mm ，在此范圍內(nèi)越大越好。安裝空間距離允許值為25~150mm 。基于以上 4電池片定位

13、首先，圖像傳感器讀出被測主柵線偏離圖像傳感器光軸的參考角度TH0為θ，并實時將θ值傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)進行處理，系統(tǒng)根據(jù)θ值對電池片旋轉(zhuǎn)定位，若θ＞0，定位臺需要逆時針方 總第233期）11 先進封裝技術(shù)與設(shè)備 電子工業(yè)專用設(shè)備 Equipment for Electronic Products Manufacturing EPE 向旋轉(zhuǎn)一定角度予以糾正；反之，若θ＜0，定位臺需要順時針方向旋轉(zhuǎn)一定角度予以糾正；當(dāng)θ角度值小于允許值（θ≈0）時θ角旋轉(zhuǎn)步進電機停止運轉(zhuǎn)。 其次，θ角定位完成后PLC 控制系統(tǒng)根據(jù)光軸與主柵線的距離詛計算出電池片從定位位置B 到目標(biāo)位置C 點的距離

14、為L －詛，并以此數(shù)值將電池片傳送到焊接位置。 最后，電池片在y 方向定位由y 方向定位檢測光纖傳感器輔助實現(xiàn)，定位好的電池片下放到目標(biāo) 電池片預(yù)定位 主柵線與光軸y 的偏差角θ測量 位置C 點后，電池片y 方向輸送系統(tǒng)開始帶動電池片實現(xiàn)y 方向的位置補償，當(dāng)y 方向定位檢測光纖傳感器出現(xiàn)上升沿信號時認為定位完成。 電池片定位臺控制流程如圖4所示。 5結(jié)論 本文提出的基于圖像傳感器的主柵線定位方式，不僅以簡單的控制算法解決了傳統(tǒng)以電池片邊緣作為定位基準(zhǔn)的機械定位方式無法解決的露白現(xiàn)象，而且相對目前市場普遍使用的基于機器視覺系統(tǒng)的算法來說成本要低得多，并且使用、設(shè)置更為簡單易懂，更

15、加方便最終用戶使用。 本文中設(shè)計的定位方式結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護、成本低、并且具有一定的移植性。該系統(tǒng)在太陽能 θ＞0？ 是 逆時針旋轉(zhuǎn)糾偏 θ≈0？ 是 θ旋轉(zhuǎn)定位臺停止測量光軸y 與 主柵線的距離詛x 方向移動L －詛x 方向定位完成 θ＞0？ 是 順時針旋轉(zhuǎn)糾偏 電池片串焊機中運行穩(wěn)定可靠，達到了設(shè)計要求，滿足了生產(chǎn)工藝需求，得到了很好的應(yīng)用。 參考文獻： [1][2][3] 楊青，裴仁清. 精密對位系統(tǒng)中共平面UVW 工作平臺的研究[J].機械制造，x，4(7)：39-41. 魏海濱，朱躍紅. 太陽能硅片絲印機視覺定位系統(tǒng)[J].電子工藝技術(shù)，x，33(2)

16、： Li Junlan ，zhang Dawei ，wang Yizhong ，et a1. Microvision positioning systems for IC packing [J].Optics and Preci-sion Engineering ，x，18(4)：965-972(inChina). [4] OMRON. Smart Camera FQ2-S4User"s Manual[Z].Cat. No. Z330-E1-01，x-12. y 方向移動定位 否 光纖檢測到上升沿信號？ 是 y 方向定位完成 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 作者

17、簡介： 吳振鋒（1979-），男，工程師，太原理工大學(xué)工程碩士，主要從事電子專用設(shè)備電氣自動化控制方面的研發(fā)工作。 圖4電池片定位臺控制流程圖 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （上接第8頁） 向客戶提供不同的TSV 制程所需的PECVD 介質(zhì)層薄膜沉積技術(shù)，并能使之達到量產(chǎn)要求。 （2）面對客戶特殊的制程需求，拓荊公司能夠提供更低溫度的( （3）拓荊公司的PECVD 設(shè)備及工藝已在TSV 領(lǐng)域得到其穩(wěn)定性能驗證。（總第233期）（4）PECVD 設(shè)備陸續(xù)開發(fā)的新技術(shù)將能應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 作者簡介： （1987年生），女，沈陽，中級工程師，x年畢李晶 業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料加工專業(yè)?，F(xiàn)在沈陽拓荊科技有限公司從事PECVD 工藝研發(fā)工作。