CN112718555A - 一种硅太阳能电池分选工序测试*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅太阳能电池分选工序测试***，具体涉及清洁能源监测技术领域，S1：建立监控***以及ECM分析模型；S2：监测电流和输出电压值；S3：收集电流和输出电压值进行分析比较；S4：相差大于±5％时，定位故障点并向人工发出警报提示。本发明通过设置监控***以及ECM分析模型，监控***对光伏发电设备中所应用到的电器元件进行故障监测，如光伏电池板的碎裂以及光伏阵列的老化损坏等，ECM分析模型监测光伏发电设备中电池短路、电池开路、组件短路以及组件开路等，有效地对光伏发电设备的电器元件以及电性传输节点进行故障监测诊断，实用性好。

Description

一种硅太阳能电池分选工序测试***

技术领域

本发明涉及硅太阳能电池分选技术领域，更具体地说，本发明涉及一种硅太阳能电池分选工序测试***。

背景技术

硅太阳能电池是指以硅为基体材料的太阳能电池，按硅材料的结晶形态，可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池；

最早的硅太阳能电池是由于人们对将硅用于点接触整流器产生兴趣而出现的，锋利的金属接触对各种晶体的整流特性早在1874年就被发现，在无线电技术的早期，这种晶体整流器在无线电接收设备中被广泛地用作检波器，但是随着热离子管的发展，这种晶体整流器除在超高频领域仍被使用外，已经被热离子管所代替，这种整流器最典型的例子是钨在硅表面的点接触，这项技术促进了对硅纯度的改良，并且使得人们希望更进一步了解硅的性质。

现有技术存在以下不足：晶硅太阳能电池在生产制备过程中会产生各种各样的缺陷，这些缺陷会极大影响电池的光电转化效率，因此对缺陷片进行检测和筛选是十分有必要的，有些缺陷通过人工目检、AOI检测等方法就能辨别出来，然而还有一些内部缺陷通过这类方法是不能检测出来的，目前利用电致发光原理进行晶硅太阳能电池内部缺陷检测的方法己日渐普及，但是现有的EL测试***只能实现电池片和组件的离线抽检，较难满足生产需求。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种硅太阳能电池分选工序测试***，以解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种硅太阳能电池分选工序测试***，包括以下步骤，

S1：太阳能电池片生产后经由皮带传送到测试设备，在指定位置相机拍照后获得其原始图像；

S2：原始图像经过预处理之后，计算出电池片的准确位置坐标，然后与设定的基准位置比较计算出电池片的实时位姿；

S3：经过纠偏算法处理计算出对位平台相应的调整量，并经过电机驱动控制其进行相应运动，使对位平台移动相应的位移和旋转，并带动探针装置进行相应运动；

S4：电池片经由皮带进入探针测试区域，探针对准电池片主栅并将其夹紧，探针两端连接恒流稳压电源，电池片发出近红外光，正上方的缺陷检测相机捕捉到，获取电池片红外发光图像；

S5：对图像进行预处理和进一步的缺陷检测算法处理，检测出电池有无缺陷和缺陷种类，根据检测结果讲电池片进行分类并由机械手放置在相应的分选机料盒中。

优选的，所述步骤S1中：测试设备硬件***包括两个工业相机及镜头、精密对位平台、探针装置、电致发光供电电源、图像采集卡和暗箱。

优选的，所述工业相机为CCD相机，工业相机安装于测试设备入口位于电池片的正上方，通过采集图像获取电池片的实时位姿，拍摄时晶硅太阳能电池片处于静止状态，采用面阵黑白相机获取图像。

优选的，所述工业相机镜头选用Basler M0814-MP2镜头，设电池片与镜头距离为S，工业相机与镜头像距为S1，焦距为F，电池片尺寸为H1，图像传感器短边尺寸为H2，则放大倍率M＝H1/H2，简化计算，基本方程为：

根据相似三角形关系，以及上述M＝H1/H2，可以得出如下式子：

通过上述计算出BaslerM0814-MP2镜头焦距为8mm。

优选的，所述暗箱其尺寸400mm*400mm*700mm，材料为5mm厚度的铝板，暗箱内部表面涂抹黑色粗糙物质，以降低可见光的影响。

优选的，所述电致发光供电电源为QJE-PS6010E型号电源，提供了0-l0A、0-60V范围的软通断可调节恒流稳压电源，精度为0.1A，所述图像采集卡为Intel I350-T4的千兆网图像采集卡，网口传输速率100MB/S，接口基于GigE类型，所述探针装置与并联平台安装，探针装置主要由探针支架和探针排组成，通过安装在探针架上的两个电机驱动探针排的上下移动，每个探针排由多个探针组成，与每条主栅的粗栅对齐，探针是可以伸缩的软金属材料制成。

优选的，所述步骤S1中：测试设备软件***包括图像采集模块、图像处理模块、运动控制模块、对位算法模块、通信模块以及数据处理模块。

优选的，所述图像采集模块包括相机初始化、图像获取以及图像存储功能，所述图像处理模块包括图像预处理、缺陷特征提取以及缺陷检测算法功能，所述运动控制模块包括相机触发、电机控制以及光源控制功能，所述对位算法模块包括硅片定位算法以及平台纠偏算法功能，所述通信模块包括电机驱动器、PLC通讯、图像采集卡以及光源控制器，所述数据处理模块包括数据处理、数据显示以及数据存储功能。

本发明的技术效果和优点：

本发明研发针对晶硅太阳能电池内部缺陷检测的电致发光测试***，对于太阳能电池片在生产制备过程中出现的诸如断栅、隐裂、黑斑等缺陷进行检测，以完善现有***测试分选指标的不足，根据缺陷的不同可以分析出生产过程环节需要改进的地方，优化生产工艺，同时为了提高检测的准确性以达到在线测试要求，本课题也对视觉对位平台进行了研究，提出一种针对平台对位的纠偏方法以满足在线测试生产的需求，从而优化晶硅太阳能电池生产工艺和流程，提高电池片测试分选效率和准确性。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的软件***总体架构图。

图2为本发明的硬件***总体架构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照说明书附图1-2本发明提供了一种硅太阳能电池分选工序测试***，包括以下步骤，

S1：太阳能电池片生产后经由皮带传送到测试设备，在指定位置相机拍照后获得其原始图像；

S2：原始图像经过预处理之后，计算出电池片的准确位置坐标，然后与设定的基准位置比较计算出电池片的实时位姿；

S3：经过纠偏算法处理计算出对位平台相应的调整量，并经过电机驱动控制其进行相应运动，使对位平台移动相应的位移和旋转，并带动探针装置进行相应运动；

S4：电池片经由皮带进入探针测试区域，探针对准电池片主栅并将其夹紧，探针两端连接恒流稳压电源，电池片发出近红外光，正上方的缺陷检测相机捕捉到，获取电池片红外发光图像；

S5：对图像进行预处理和进一步的缺陷检测算法处理，检测出电池有无缺陷和缺陷种类，根据检测结果讲电池片进行分类并由机械手放置在相应的分选机料盒中。

进一步的，在上述技术方案中，所述步骤S1中：测试设备硬件***包括两个工业相机及镜头、精密对位平台、探针装置、电致发光供电电源、图像采集卡和暗箱。

实施例1：精密对位平台选用并联平台，是基于共平面的设计思想构成的平台，只有一层结构，同一个平面上有三个轴作为驱动单元，三个方向的运动之间不独立，通过同时控制三个轴的运动来达到预期的运动效果，是一种共平面并联调整平台，其共平面的设计保证了结构的简单和快速响应能力，且具有以下优势：

1、精度高：并联平台各个轴运动不是独立的，所以避免了像串联和混联平台那样每一层结构的误差累计，在本***的精密视觉定位***中可以作为执行机构；

2、刚度大：平台由多个运动支链组成，承载能力较强，结构刚度较大，在本***中探针装置有着一定的质量，需要这样大刚度的平台承载，能够保证***的稳定性和可靠性；

3、运动性能好：并联平台的每个运动支链都由各自的电机控制，保证了机构的独立性，电机可以固定在机座上，从而减轻了整个平台质量、减小了负载和***惯性，保证***具有良好的运动性能；

4、结构紧凑：由于并联平台是在一个平面上的，占用的空间较之串联和混联平台有着很明显的减小。

进一步的，在上述技术方案中，所述工业相机为CCD相机，工业相机安装于测试设备入口位于电池片的正上方，通过采集图像获取电池片的实时位姿，拍摄时晶硅太阳能电池片处于静止状态，采用面阵黑白相机获取图像。

进一步的，在上述技术方案中，所述工业相机镜头选用Basler M0814-MP2镜头，设电池片与镜头距离为S，工业相机与镜头像距为S1，焦距为F，电池片尺寸为H1，图像传感器短边尺寸为H2，则放大倍率M＝H1/H2，简化计算，基本方程为：

根据相似三角形关系，以及上述M＝H1/H2，可以得出如下式子：

通过上述计算出BaslerM0814-MP2镜头焦距为8mm。

进一步的，在上述技术方案中，所述暗箱其尺寸400mm*400mm*700mm，材料为5mm厚度的铝板，暗箱内部表面涂抹黑色粗糙物质，以降低可见光的影响。

进一步的，在上述技术方案中，所述电致发光供电电源为QJE-PS6010E型号电源，提供了0-l0A、0-60V范围的软通断可调节恒流稳压电源，精度为0.1A，所述图像采集卡为Intel I350-T4的千兆网图像采集卡，网口传输速率100MB/S，接口基于GigE类型，所述探针装置与并联平台安装，探针装置主要由探针支架和探针排组成，通过安装在探针架上的两个电机驱动探针排的上下移动，每个探针排由多个探针组成，与每条主栅的粗栅对齐，探针是可以伸缩的软金属材料制成。

进一步的，在上述技术方案中，所述步骤S1中：测试设备软件***包括图像采集模块、图像处理模块、运动控制模块、对位算法模块、通信模块以及数据处理模块。

进一步的，在上述技术方案中，所述图像采集模块包括相机初始化、图像获取以及图像存储功能，所述图像处理模块包括图像预处理、缺陷特征提取以及缺陷检测算法功能，所述运动控制模块包括相机触发、电机控制以及光源控制功能，所述对位算法模块包括硅片定位算法以及平台纠偏算法功能，所述通信模块包括电机驱动器、PLC通讯、图像采集卡以及光源控制器，所述数据处理模块包括数据处理、数据显示以及数据存储功能。

实施例2：

1、图像采集模块：两个工业相机的作用分别为硅片定位和缺陷检测，而采集到高质量的图像是两个功能的首要前提，采集图像需要光源、相机等器件一同工作，因此图像采集模块就要负责工业相机的初始化，相机帧率、曝光值、触发模式等参数的调节和设置，此外在图像采集之后，应建立简捷有效的图像存储机制；

2、图像处理模块：图像处理是测试设备视觉***的核心内容，包括图像预处理、相机标定、缺陷特征提取和缺陷检测，其中图像预处理包括进板相机获取图像的预处理和电致发光缺陷检测相机获取图像的预处理，相机标定部分要计算相机内外参数并统一相机和世界坐标系，缺陷特征提取和检测则是利用几种算法实现对电池片内部缺陷的检测；

3、运动控制模块：测试设备的检测过程中涉及到晶硅太阳电池在皮带上的传输、对位平台运动和探针能装置上下移动等制和光源控制，此模块目的即为有效执行这些运动，包括相机触发控制、电机驱动控本模块的重点是电机驱动控制，一方面要控制电机带动皮带进行电池片的运输，更重要的是要控制运动平台的驱动电机完成平台的纠偏，完成精密视觉对位；

4、对位算法模块：实现运动平台的精密视觉对位，因此平台对位算法模块就显得尤为重要了，本模块包含两部分，一是硅片定位算法，是指电池片在进板相机获取图像后最终确定电池片准确位置的方法，二是平台纠偏算法，这是视觉对位***的核心内容，通过对平台进行分析，结合机器视觉和图像处理，最终实现平台的精密对准；

5、通信模块：自动化***需要各个部件建立有效沟通，通信模块的主要作用即为在不同设备之间建立同步协议，达到协调生产的目的，通信模块通过PLC建立相机、驱动电机、图像采集卡、光源控制器和工控机之间的联系，实现对这些器件的控制；

6、数据处理模块：测试设备是长期实时性测试设备，***通过EL测试对晶硅太阳能电池按照缺陷进行分类，整个过程中会出现大量的数据，如何对这些数据进行高效管理是体现***智能化的重要方面，本模块包括数据处理、数据存储和数据显示，对机器参数等数据以文本文件形式处理，对实时获取数据和信号以数组变量形式存取，对测试结果生成的数据则存储到数据库中，以便后期进行分类处理。

实施例3：对电池片进行黑斑、断栅以及隐裂检测结果如下表所示：

通过上表可知，本发明缺陷有无判别准确率为99％，检测算法准确率高。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种硅太阳能电池分选工序测试***，其特征在于：包括以下步骤，

S1：太阳能电池片生产后经由皮带传送到测试设备，在指定位置相机拍照后获得其原始图像；

S2：原始图像经过预处理之后，计算出电池片的准确位置坐标，然后与设定的基准位置比较计算出电池片的实时位姿；

S3：经过纠偏算法处理计算出对位平台相应的调整量，并经过电机驱动控制其进行相应运动，使对位平台移动相应的位移和旋转，并带动探针装置进行相应运动；

S4：电池片经由皮带进入探针测试区域，探针对准电池片主栅并将其夹紧，探针两端连接恒流稳压电源，电池片发出近红外光，正上方的缺陷检测相机捕捉到，获取电池片红外发光图像；

S5：对图像进行预处理和进一步的缺陷检测算法处理，检测出电池有无缺陷和缺陷种类，根据检测结果讲电池片进行分类并由机械手放置在相应的分选机料盒中。

2.根据权利要求1所述的一种硅太阳能电池分选工序测试***，其特征在于：所述步骤S1中：测试设备硬件***包括两个工业相机及镜头、精密对位平台、探针装置、电致发光供电电源、图像采集卡和暗箱。

3.根据权利要求2所述的一种硅太阳能电池分选工序测试***，其特征在于：所述工业相机为CCD相机，工业相机安装于测试设备入口位于电池片的正上方，通过采集图像获取电池片的实时位姿，拍摄时晶硅太阳能电池片处于静止状态，采用面阵黑白相机获取图像。

4.根据权利要求3所述的一种硅太阳能电池分选工序测试***，其特征在于：所述工业相机镜头选用Basler M0814-MP2镜头，设电池片与镜头距离为S，工业相机与镜头像距为S1，焦距为F，电池片尺寸为H1，图像传感器短边尺寸为H2，则放大倍率M＝H1/H2，简化计算，基本方程为：

根据相似三角形关系，以及上述M＝H1/H2，可以得出如下式子：

通过上述计算出BaslerM0814-MP2镜头焦距为8mm。

5.根据权利要求2所述的一种硅太阳能电池分选工序测试***，其特征在于：所述暗箱其尺寸400mm*400mm*700mm，材料为5mm厚度的铝板，暗箱内部表面涂抹黑色粗糙物质，以降低可见光的影响。

6.根据权利要求2所述的一种硅太阳能电池分选工序测试***，其特征在于：所述电致发光供电电源为QJE-PS6010E型号电源，提供了0-l0A、0-60V范围的软通断可调节恒流稳压电源，精度为0.1A，所述图像采集卡为Intel I350-T4的千兆网图像采集卡，网口传输速率100MB/S，接口基于GigE类型，所述探针装置与并联平台安装，探针装置主要由探针支架和探针排组成，通过安装在探针架上的两个电机驱动探针排的上下移动，每个探针排由多个探针组成，与每条主栅的粗栅对齐，探针是可以伸缩的软金属材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种硅太阳能电池分选工序测试***，其特征在于：所述步骤S1中：测试设备软件***包括图像采集模块、图像处理模块、运动控制模块、对位算法模块、通信模块以及数据处理模块。

8.根据权利要求7所述的一种硅太阳能电池分选工序测试***，其特征在于：所述图像采集模块包括相机初始化、图像获取以及图像存储功能，所述图像处理模块包括图像预处理、缺陷特征提取以及缺陷检测算法功能，所述运动控制模块包括相机触发、电机控制以及光源控制功能，所述对位算法模块包括硅片定位算法以及平台纠偏算法功能，所述通信模块包括电机驱动器、PLC通讯、图像采集卡以及光源控制器，所述数据处理模块包括数据处理、数据显示以及数据存储功能。

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