CN109263252A - 一种晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法及装置，该装置包括四个进板定位相机、进板定位相机固定架、四个承印台、一个旋转定位平台、机架台、丝网、三自由度丝网运动平台、以及控制***，所述控制***包括上位机和下位机；本发明方法首先标定进板定位相机和三自由度丝网运动平台，在更换印刷网板时通过印刷数片硅片，测量出新网板相对于原网板的相对位置，再计算出三自由度丝网运动平台在本次换网后的生产过程中三个自由度应有的调整量，以实现装置在换网后能够自适应印刷生产。本发明方法及装置具有生产效率高、定位精度高、稳定性好等特点。

Description

一种晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机视觉精密定位技术，具体用于诸如晶硅太阳能光伏电池丝网印刷设备，特别涉及一种晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法及装置。
背景技术
晶硅太阳能光伏电池丝网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***。由于生产过程中难免出现因丝网破裂等原因需要更换丝网的情况，又因机械安装误差不同，在每次更换丝网后，前后两张丝网的位置并不能很好的重合在一起，所以，每次更换丝网后，都需要花费一定的时间调整设备的参数，以使新更换的丝网适应生产。
为了实现印刷的准确性，更换丝网后，可以再重新测定新丝网的位置和方向参数，使新丝网适应生产。但该方法需要耗费较多的时间。也可以在安装丝网前，对三自由度丝网运动平台的运动参数进行准确的标定，每次安装丝网后，测量出丝网固定位置相对于新运动平台的基准位置的偏差，再把该偏差作为丝网位置补偿的方法，使新丝网适应生产。但该方法在测下三自由度丝网运动平台的运动参数时需要另外加装其它测量设备，成本较高，且操作难度较大。
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，提供一种晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法及装置，基于机器视觉测量出换网后丝网与原丝网的相对位置关系，通过自适应算法实时计算出新丝网运动至目标印刷位置时，三自由度丝网运动平台所需要的运动量。该方法能够保证测量精度，并有效提高丝网更换效率，从而提高印刷生产效率。
为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：
一种晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷装置，包括四个进板定位相机、进板定位相机固定架、四个承印台、一个旋转定位平台、机架台、丝网、丝网运动平台、以及控制***；所述进板定位相机固定架、旋转定位平台和丝网运动平台设置在所述机架台上，所述四个进板定位相机安装固定在所述进板定位相机固定架上，所述四个承印台设置在所述旋转定位平台上，所述丝网安装并固定在丝网运动平台的末端；其中，一个承印台为一个工位，位于四个进板定位相机下方的承印台为进板工位，位于丝网下方的承印台为印刷工位；
所述控制***包括上位机和下位机，所述上位机与四个进板定位相机及下位机连接，所述下位机与所述旋转定位平台和丝网运动平台连接。
作为优选的技术方案，所述上位机用于获取下位机和相机传输的机台运动参数和图片，并进行数据运算；所述下位机用于接收上位机的数据并控制旋转定位平台和丝网运动平台的运动。
作为优选的技术方案，所述丝网运动平台为三自由度运动平台，在该平台末端的三个自由度分别为X、Y、T方向。
作为优选的技术方案，晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷装置的印刷方法，包括下述步骤：
(1)安装整机，并完成进板定位相机与丝网运动平台运动参数的标定，使其统一至统一坐标系中；
(2)装上一张丝网，确定并记录其基准位与丝网运动平台的相对位置关系；
(3)取下丝网，更换新丝网，注入印刷浆料；
(4)控制丝网运动平台运动，使其执行端回归基准位；
(5)依次进硅片四张于承印台上，丝网运动平台在X、Y、T方向上保持不动，转动旋转定位平台，依次在四张硅片上印刷栅线；
(6)通过机器视觉依次测量四张硅片上表面印刷出来的标志点位置，间接计算出更换后的丝网基准位；
(7)计算并记录第一张丝网基准位与新更换的丝网之间的位置偏差；
(8)在生产过程中，通过自适应算法计算更丝换网后每次印刷前所需要的丝网运动平台X、Y、T方向上的运动量；
(9)根据步骤(8)计算得出的X、Y、T方向上的运动量，驱动丝网运动平台将丝网下降至印刷位，执行印刷。
作为优选的技术方案，步骤(2)中，具体过程如下：
首先使丝网运动平台处于基准位处，然后进板四张硅片于承印台，通过丝网依次在每张硅片上印刷一次，最后由旋转定位平台依次将硅片从印刷工位旋转至进板工位，触发相机拍照，通过机器视觉测量照片中硅片上印刷标记物所在的位置，间接得出并记录该丝网所在统一坐标系中的基准位置。
作为优选的技术方案，步骤(7)中，所述计算并记录第一张丝网基准位与新更换的丝网之间的位置偏差，具体是在统一坐标系中，原网板的基准位置为(XA,YA)，新网板基准位置为(XB,YB)，并计算得出新丝网板基准位与原丝网板的基准位之间的夹角为θ。
作为优选的技术方案，步骤(8)中，所述通过自适应算法计算更丝换网后每次印刷前所需要的丝网运动平台X、Y、T方向上的运动量，具体过程如下：
实时进板硅片时，通过四个进板定位相机可以测得硅片的实时位置为(XC,YC)，硅片与新丝网板的夹角为α；新网板经过绕其中心旋转α，再沿X方向平移(XC-XB)，沿Y方向平移(YC-YB)，则可使新网板刚好盖在硅片上方，即新网板到达目标位置；此时原网板基准位的虚拟位置亦可视为原网板绕新网板中心旋转α，再沿X方向平移(XC-XB)，沿Y方向平移(YC-YB)得到，运动后原网板基准位的虚拟位置为(XA',YA')，此时原网板基准位的虚拟位置可结合平面内点绕任意点旋转公式和平移公式计算，化简后如下：
XA'＝(XA-XB)×cosα-(YA-YB)×sinα+XC
YA'＝(XA-XB)×sinα-(YA-YB)×cosα+YC
原网板基准位的虚拟位置与原来其基准位的夹角为α。
作为优选的技术方案，步骤(9)中，具体过程如下：
经过步骤(8)得到实时原网板基准位的虚拟位置后，根据步骤(1)标定的丝网运动平台参数和步骤(2)获得的原网板基准位与丝网运动平台的相对位置关系，计算丝网运动平台所需要的运动量，然后通过控制丝网运动平台将原丝网板运动至当前基准位虚拟位置时，新丝网板即可抵达目标位置，并下降至印刷位，执行印刷。
作为优选的技术方案，所述计算丝网运动平台所需要的运动量，具体是计算丝网运动平台的三个自由度轴运动至目标位置所需的脉冲数，即各轴运动距离/各轴运动的脉冲当量。
本发明装置的工作原理：首先标定进板定位相机和丝网运动平台，然后在丝网运动平台末端案装一张丝网并对硅片进行印刷，接着利用进板定位相机对通过旋转定位平台旋转过来的印刷硅片进行拍照，并将拍照图像传输给上位机，上位机通过机器视觉对图像进行处理，从而确定并记录该丝网与丝网运动平台的相对位置关系；然后更换丝网，按照前述方式确定并记录新丝网位置；接着上位机利用自适应算法对原丝网、新丝网以及实时进板硅片的位置关系进行处理，计算丝网运动平台在本次换网后的生产过程中三个自由度应有的调整量，从而驱动新丝网抵达目标位置，并下降至印刷位，对硅片执行印刷。
本发明相对于现有技术具有如下的优点和效果：
(1)本发明方法采用机器视觉测量，配合高精度旋转定位平台，通过测量丝网印刷后的栅线标志点间接测量出丝网在统一坐标系中坐标，该方法简便、实用、快速、准确，同时为后续计算提供精度保证。
(2)本发明方法只需获得一张丝网的相对位置参数，后续换网后不再需要调试的自适应方法运行流程简单，易于实现自动化，节约换网后调试设备所需的时间，提高生量效率。
附图说明
图1是本发明晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法流程图；
图2是本发明晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷装置结构等轴侧图；
图3是本发明晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷装置结构俯视图；
图4是本发明晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷装置右视图；
图5是本发明的三自由度丝网运动平台的三个自由度方向示意图；
图6a～图6c是本发明自适应算法的示意图；其中图6a是确定原网板与新网板相对位置的示意图；图6b是确定硅片位置的示意图；图6c是原网板到达虚拟位置时新网板平移或旋转至硅片位置的示意图；
图2～图4中示出：1—进板定位相机；2—相机固定架；3—承印台；4—旋转定位平台；5—机架台；6—丝网；7—三自由度丝网运动平台。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例作进一步地描述,但被发明的实施方式不限于此。
实施例
如图2、图3和图4所示，一种晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法的装置，包括四个进板定位相机1、进板定位相机固定架2、四个承印台3、一个旋转定位平台4、机架台5、丝网6、三自由度丝网运动平台7和控制***；所述进板定位相机固定架2、旋转定位平台4和三自由度丝网运动平台7设置在所述机架台5上，所述四个进板定位相机1安装固定在所述进板定位相机固定架2上，所述四个承印台3设置在所述旋转定位平台4上，所述丝网6安装并固定在三自由度丝网运动平台7的末端；其中，一个承印台为一个工位，位于四个进板定位相机1下方的承印台为进板工位，位于丝网6下方的承印台为印刷工位；
所述控制***包括上位机和下位机，所述上位机与四个进板定位相机及下位机连接，所述下位机与所述旋转定位平台和三自由度丝网运动平台连接；所述上位机用于获取下位机和相机传输的机台运动参数和图片，并进行数据运算；所述下位机用于接收上位机处理的数据并控制旋转定位平台和丝网运动平台的运动。
在本实施例中，所述三自由度丝网运动平台末端的三个自由度分别为X、Y、T，如示意图5所示；
本实施例中，如图1所示，一种晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法，包括下述步骤：
步骤1、安装整机，并完成进板定位相机与三自由度丝网运动平台运动参数的标定；
在本实施例中，安装好整机后，合理设置四个进板定位相机的拍摄参数；按常规的方法完成四个进板相机以及三自由度丝网运动平台运动参数的标定，使四个相机以及三自由度丝网运动平台的运动可以统一至统一坐标系中。
步骤2、装上一张丝网，确定并记录该丝网与丝网运动平台的相对位置关系；
在本实施例中，首先使三自由度丝网运动平台处于基准位处，然后进板四张硅片于承印台，通过丝网依次在每张硅片上印刷一次，最后由旋转定位平台依次将硅片从印刷工位旋转至进板工位，触发相机拍照，通过机器视觉测量照片中硅片上印刷标记物所在的位置，间接得出并记录该丝网所在统一坐标系中的基准位置。
步骤3、更换丝网，确定并记录新丝网位置；
在本实施例中，取下在步骤2中装上的丝网，并换上新的丝网，注入印刷浆料；控制三自由度丝网运动平台运动，使其执行端回归基准位；依次进硅片四张于承印台上，三自由度丝网运动平台在X、Y、T方向上保持不动，每次转动旋转定位平台90度，依次在四张硅片上印刷栅线；通过机器视觉依次测量四张硅片上表面印刷出来的标志点位置，间接计算出更换后的丝网在统一坐标系中的基准位，进而计算得出新丝网与原丝网之间的相对位置关系。
步骤4，通过自适应算法，实时计算每次印刷前三自由度丝网运动平台所需要的X、Y、T的运动量；在本实施例中，自适应算法示意如图6a～图6c所示。通过前面步骤已知，如图6a所示，在统一坐标系中，设原网板的基准位置为(XA,YA),新网板基准位置为(XB,YB)，新网板基准位与原网板的基准位之间的夹角为θ；实时进板硅片时，如图6b所示，通过四个进板定位相机可以测得硅片的实时位置为(XC,YC)，硅片与新网板的夹角为α；所以，如图6c所示，新网板经过绕其中心旋转α，再沿X方向平移(XC-XB)，沿Y方向平移(YC-YB)，则可使新网板刚好盖在硅片上方，即新网板到达目标位置；此时原网板基准位的虚拟位置亦可视为原网板绕新网板中心旋转α，再沿X方向平移(XC-XB)，沿Y方向平移(YC-YB)得到，运动后原网板基准位的虚拟位置为(XA',YA')，此时原网板基准位的虚拟位置可以结合平面内点绕任意点旋转公式和平移公式计算，化简后如下：
XA'＝(XA-XB)×cosα-(YA-YB)×sinα+XC
YA'＝(XA-XB)×sinα-(YA-YB)×cosα+YC
原网板基准位的虚拟位置与原来其基准位的夹角为α。
得到实时原网板基准位的虚拟位置后，根据步骤1获得的三自由度丝网运动平台运动参数与步骤2获得的原网板基准位与三自由度丝网运动平台的相对位置关系，计算丝网运动平台的三个自由度轴运动至目标位置所需的脉冲数，即各轴运动距离/各轴运动的脉冲当量，然后通过控制三自由度丝网运动平台将原网板运动至当前基准位虚拟位置时，新网板即可抵达目标位置，并下降至印刷位，执行印刷。
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 (9)

1.一种晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷装置，其特征在于，包括四个进板定位相机、进板定位相机固定架、四个承印台、一个旋转定位平台、机架台、丝网、丝网运动平台、以及控制***；所述进板定位相机固定架、旋转定位平台和丝网运动平台设置在所述机架台上，所述四个进板定位相机安装固定在所述进板定位相机固定架上，所述四个承印台设置在所述旋转定位平台上，所述丝网安装并固定在丝网运动平台的末端；其中，一个承印台为一个工位，位于四个进板定位相机下方的承印台为进板工位，位于丝网下方的承印台为印刷工位；
所述控制***包括上位机和下位机，所述上位机与四个进板定位相机及下位机连接，所述下位机与所述旋转定位平台和丝网运动平台连接。
2.根据权利要求1所述的晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷装置，其特征在于，所述上位机用于获取下位机和相机传输的机台运动参数和图片，并进行数据运算；所述下位机用于接收上位机的数据并控制旋转定位平台和丝网运动平台的运动。
3.根据权利要求1所述的晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷装置，其特征在于，所述丝网运动平台为三自由度运动平台，在该平台末端的三个自由度分别为X、Y、T方向。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷装置的印刷方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)安装整机，并完成进板定位相机与丝网运动平台运动参数的标定，使其统一至统一坐标系中；
(2)装上一张丝网，确定并记录其基准位与丝网运动平台的相对位置关系；
(3)取下丝网，更换新丝网，注入印刷浆料；
(4)控制丝网运动平台运动，使其执行端回归基准位；
(5)依次进硅片四张于承印台上，丝网运动平台在X、Y、T方向上保持不动，转动旋转定位平台，依次在四张硅片上印刷栅线；
(6)通过机器视觉依次测量四张硅片上表面印刷出来的标志点位置，间接计算出更换后的丝网基准位；
(7)计算并记录第一张丝网基准位与新更换的丝网之间的位置偏差；
(8)在生产过程中，通过自适应算法计算更丝换网后每次印刷前所需要的丝网运动平台X、Y、T方向上的运动量；
(9)根据步骤(8)计算得出的X、Y、T方向上的运动量，驱动丝网运动平台将丝网下降至印刷位，执行印刷。
5.根据权利要求4所述的晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法，其特征在于，步骤(2)中，具体过程如下：
首先使丝网运动平台处于基准位处，然后进板四张硅片于承印台，通过丝网依次在每张硅片上印刷一次，最后由旋转定位平台依次将硅片从印刷工位旋转至进板工位，触发相机拍照，通过机器视觉测量照片中硅片上印刷标记物所在的位置，间接得出并记录该丝网所在统一坐标系中的基准位置。
6.根据权利要求4所述的晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法，其特征在于，步骤(7)中，所述计算并记录第一张丝网基准位与新更换的丝网之间的位置偏差，具体是在统一坐标系中，原网板的基准位置为(XA,YA)，新网板基准位置为(XB,YB)，并计算得出新丝网板基准位与原丝网板的基准位之间的夹角为θ。
7.根据权利要求6所述的晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法，其特征在于，步骤(8)中，所述通过自适应算法计算更丝换网后每次印刷前所需要的丝网运动平台X、Y、T方向上的运动量，具体过程如下：
实时进板硅片时，通过四个进板定位相机可以测得硅片的实时位置为(XC,YC)，硅片与新丝网板的夹角为α；新网板经过绕其中心旋转α，再沿X方向平移(XC-XB)，沿Y方向平移(YC-YB)，则可使新网板刚好盖在硅片上方，即新网板到达目标位置；此时原网板基准位的虚拟位置亦可视为原网板绕新网板中心旋转α，再沿X方向平移(XC-XB)，沿Y方向平移(YC-YB)得到，运动后原网板基准位的虚拟位置为(XA',YA')，此时原网板基准位的虚拟位置可结合平面内点绕任意点旋转公式和平移公式计算，化简后如下：
XA'＝(XA-XB)×cosα-(YA-YB)×sinα+XC
YA'＝(XA-XB)×sinα-(YA-YB)×cosα+YC
原网板基准位的虚拟位置与原来其基准位的夹角为α。
8.根据权利要求7所述的晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法，其特征在于，步骤(9)中，具体过程如下：
经过步骤(8)得到实时原网板基准位的虚拟位置后，根据步骤(1)标定的丝网运动平台参数和步骤(2)获得的原网板基准位与丝网运动平台的相对位置关系，计算丝网运动平台所需要的运动量，然后通过控制丝网运动平台将原丝网板运动至当前基准位虚拟位置时，新丝网板即可抵达目标位置，并下降至印刷位，执行印刷。
9.根据权利要求8所述的晶硅光伏太阳能电池的换网自适应印刷方法，其特征在于，所述计算丝网运动平台所需要的运动量，具体是计算丝网运动平台的三个自由度轴运动至目标位置所需的脉冲数，即各轴运动距离/各轴运动的脉冲当量。
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