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1、【基于圖像傳感器的太陽(yáng)能電池片定位系統(tǒng)】 太陽(yáng)能電板 EPE 電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備 Equipment for Electronic Products Manufacturing 先進(jìn)封裝技術(shù)與設(shè)備 基于圖像傳感器的太陽(yáng)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(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原，030024) 摘 要：在太陽(yáng)能電池片串焊機(jī)中，電池片的糾偏定位是控制的關(guān)鍵，針對(duì)其提出了一種基于圖 像傳感器的主柵線(xiàn)定位方式，以很低的成本和簡(jiǎn)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(jī)械定位方式無(wú)法解決的露白虛焊現(xiàn)象。其結(jié)

2、果符合生產(chǎn)工藝，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池；視覺(jué)定位系統(tǒng)；圖像傳感器；串焊機(jī)中圖分類(lèi)號(hào)：TM914.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(yáng)能電池片串焊機(jī)是太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中用于在檢測(cè)完好的太陽(yáng)能電池片的正電極主柵線(xiàn)與另一片電池片負(fù)電極柵線(xiàn)之間通過(guò)互聯(lián)焊帶焊接成串，

5、實(shí)現(xiàn)電池組的串聯(lián)。 收稿日期：x-04-28 在太陽(yáng)能電池片串焊機(jī)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(yáng)能電池片被傳送過(guò)來(lái)時(shí)主柵線(xiàn)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(jìn)封裝技術(shù)與設(shè)備 電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備 Equipment for Electronic Products Manufacturing EPE 白現(xiàn)象，電極導(dǎo)電性達(dá)到最佳狀態(tài)。但在實(shí)際生產(chǎn)中由于電池片在絲印過(guò)程中各種不可控因素導(dǎo)致了電極主柵線(xiàn)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(xiàn)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(chǎng)家會(huì)按正常產(chǎn)品對(duì)待而流入下道生產(chǎn)工序。這就給作為后工序的串焊機(jī)增加了難度，傳統(tǒng)的以電池片邊緣作為定位基準(zhǔn)的機(jī)械定位方式經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電極主柵線(xiàn)不能完全重合現(xiàn)象，即漏白現(xiàn)象[2]。 針對(duì)以電池片邊緣作為定位基準(zhǔn)的機(jī)械定位方式無(wú)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(yáng)能電池片定位系統(tǒng)，即采用主柵線(xiàn)定位方式。本定位系統(tǒng)中x 軸和y 軸運(yùn)動(dòng)方向均由伺服系統(tǒng)控制，電池片搬運(yùn)由x 軸伺服控制機(jī)械手完成，在搬運(yùn)過(guò)程中完成電池片的預(yù)定位。根據(jù)圖像傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)電池片主柵線(xiàn)與圖像傳感器光軸的平行度，根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的數(shù)值，θ角旋轉(zhuǎn)平臺(tái)自動(dòng)調(diào)整電池片的方向，最

7、終實(shí)現(xiàn)電極主柵線(xiàn)與焊帶的完全重合，確保主柵線(xiàn)和焊帶重合精度，提高整個(gè)電池串的優(yōu)質(zhì)率。 像傳感器光軸的夾角θ（主柵線(xiàn)相對(duì)y 軸順時(shí)針偏移時(shí)θ為正值，逆時(shí)針偏移時(shí)θ為負(fù)值，下同）。圖像傳感器實(shí)時(shí)將θ角度值傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，若θ＞0說(shuō)明主柵線(xiàn)向順時(shí)針?lè)较蛴衅?，定位臺(tái)需要逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)一定角度予以糾正；反之，若θ＜0說(shuō)明主柵線(xiàn)向逆時(shí)針?lè)较蛴衅?，定位臺(tái)需要順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)一定角度予以糾正；當(dāng)θ角度值小于允許值（用戶(hù)設(shè)定的最大允許偏差值）時(shí)可以認(rèn)為主柵線(xiàn)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(jìn)電機(jī)停止運(yùn)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(chǎng) 圖2電池片在定位臺(tái)θ角調(diào)整后位置示意圖 1理論依據(jù) 太陽(yáng)能電池片 主柵線(xiàn) y θ角目標(biāo)位置 這時(shí)坐標(biāo)原點(diǎn)到電池片目標(biāo)位置的距離L 與主柵線(xiàn)偏離圖像傳感器光軸的距離詛（主柵線(xiàn)在光軸右側(cè)時(shí)詛為正值，在光軸左側(cè)時(shí)詛為負(fù)值，下同）的差值L －詛即為電池片從定位臺(tái)到目標(biāo)位置需要移動(dòng)的距離。 L x 2電池片定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電池片上料采用傳輸帶方式上料，伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電池片x 方向搬運(yùn)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(yùn)系統(tǒng)送至θ角旋轉(zhuǎn)定位臺(tái)進(jìn)行預(yù)定位，并由圖像傳感器FQ2對(duì)電極主柵線(xiàn)的平行度進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果θ角旋轉(zhuǎn)定位臺(tái)進(jìn)

9、行相應(yīng)的調(diào)整。直至主柵線(xiàn)與焊帶方向平行，即當(dāng)θ的值小于允許值（θ≈0）時(shí)θ角旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。之后根據(jù)坐標(biāo)原點(diǎn)與主柵線(xiàn)的距離詛計(jì)算出 圖像傳感 器視場(chǎng) θ角旋轉(zhuǎn)平臺(tái) 圖1電池片在定位臺(tái)位置示意圖 調(diào)整并固定圖像傳感器使其縱向光軸與對(duì)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(dòng)方向?yàn)閤 軸，這時(shí)光軸原點(diǎn)到電池片目標(biāo)位置的距離L 為一定值。 假如太陽(yáng)能電池片到達(dá)定位臺(tái)后的位置如圖1所示，通過(guò)圖像傳感器可以讀出主柵線(xiàn)偏離圖（總第233期） EPE 電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備 Equipment for Electronic Products Manufacturi

10、ng 先進(jìn)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(dòng)的距離為L(zhǎng) －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(cè)光纖傳感器輔助實(shí)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(kāi)始帶動(dòng)電池片實(shí)現(xiàn)該方向的位置補(bǔ)償，當(dāng)y 方向定位檢測(cè)光纖傳感器出現(xiàn)上升沿信號(hào)時(shí)認(rèn)為定位完成。最后由熱壓焊接機(jī)構(gòu)實(shí)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(guò)實(shí)際調(diào)試設(shè)置檢測(cè)距離為100mm ，這時(shí)視場(chǎng)范圍約為24mm 22mm ，分辨率為0.021mmIP高速數(shù)據(jù)傳輸，速率可達(dá)100MbIP通信

11、功能。FQ2完成對(duì)主柵線(xiàn)與光軸夾角θ的測(cè)量并通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送到PLC 進(jìn)行處理，由PLC 控制系統(tǒng)依據(jù)特定算法完成太陽(yáng)能電池片的糾偏定位，如圖3所示。 圖像傳感器 定 位信號(hào)OK x 方向伺服系統(tǒng) 以太網(wǎng) 以太網(wǎng)交換機(jī) 以太網(wǎng) PLC 控制器 測(cè)量觸發(fā)信號(hào) 15mm 作為測(cè)量長(zhǎng)度），測(cè)量編輯界面顯示該段占用720像素，系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)計(jì)算出這一比例關(guān)系為0.02083mm/像素，點(diǎn)“保存”按鈕完成設(shè)置，以后長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果將按此比例關(guān)系自動(dòng)換算成毫米單位輸出數(shù)值。 （3）在θ角旋轉(zhuǎn)定位平臺(tái)上放置好電池片，使電池片的主柵線(xiàn)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(jìn)電機(jī) y 方向定位檢測(cè)光纖 圖像傳感器測(cè)量的注冊(cè)模型。在FQ2設(shè)置界面將電池片第一條主柵線(xiàn)中心線(xiàn)設(shè)置為測(cè)量線(xiàn)模型，點(diǎn)“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(cè)量功能，測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)絇LC 控制器，由PLC 進(jìn)行定位控制。 圖3電池片定位臺(tái)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(xiàn)重合精度誤差≤0.1mm ，經(jīng)綜合誤差分解視覺(jué)對(duì)位精度為0.03mm 能夠滿(mǎn)足要求。本系統(tǒng)中視野設(shè)置應(yīng)小于相鄰兩條主柵線(xiàn)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 ?；谝陨? 4電池片定位

13、首先，圖像傳感器讀出被測(cè)主柵線(xiàn)偏離圖像傳感器光軸的參考角度TH0為θ，并實(shí)時(shí)將θ值傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，系統(tǒng)根據(jù)θ值對(duì)電池片旋轉(zhuǎn)定位，若θ＞0，定位臺(tái)需要逆時(shí)針?lè)? 總第233期）11 先進(jìn)封裝技術(shù)與設(shè)備 電子工業(yè)專(zhuān)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(tái)需要順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)一定角度予以糾正；當(dāng)θ角度值小于允許值（θ≈0）時(shí)θ角旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)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(xiàn)的距離詛計(jì)算出電池片從定位位置B 到目標(biāo)位置C 點(diǎn)的距離

14、為L(zhǎng) －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(cè)光纖傳感器輔助實(shí)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(xiàn)與光軸y 的偏差角θ測(cè)量 位置C 點(diǎn)后，電池片y 方向輸送系統(tǒng)開(kāi)始帶動(dòng)電池片實(shí)現(xiàn)y 方向的位置補(bǔ)償，當(dāng)y 方向定位檢測(cè)光纖傳感器出現(xiàn)上升沿信號(hào)時(shí)認(rèn)為定位完成。 電池片定位臺(tái)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(xiàn)定位方式，不僅以簡(jiǎn)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(jī)械定位方式無(wú)法解決的露白現(xiàn)象，而且相對(duì)目前市場(chǎng)普遍使用的基于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的算法來(lái)說(shuō)成本要低得多，并且使用、設(shè)置更為簡(jiǎn)單易懂，更

15、加方便最終用戶(hù)使用。 本文中設(shè)計(jì)的定位方式結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護(hù)、成本低、并且具有一定的移植性。該系統(tǒng)在太陽(yáng)能 θ＞0？ 是 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)糾偏 θ≈0？ 是 θ旋轉(zhuǎn)定位臺(tái)停止測(cè)量光軸y 與 主柵線(xiàn)的距離詛x 方向移動(dòng)L －詛x 方向定位完成 θ＞0？ 是 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)糾偏 電池片串焊機(jī)中運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝需求，得到了很好的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn)： [1][2][3] 楊青，裴仁清. 精密對(duì)位系統(tǒng)中共平面UVW 工作平臺(tái)的研究[J].機(jī)械制造，x，4(7)：39-41. 魏海濱，朱躍紅. 太陽(yáng)能硅片絲印機(jī)視覺(jué)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(dòng)定位 否 光纖檢測(cè)到上升沿信號(hào)？ 是 y 方向定位完成 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 作者

17、簡(jiǎn)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(zhuān)用設(shè)備電氣自動(dòng)化控制方面的研發(fā)工作。 圖4電池片定位臺(tái)控制流程圖 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （上接第8頁(yè)） 向客戶(hù)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(dá)到量產(chǎn)要求。 （2）面對(duì)客戶(hù)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(yàn)證。（總第233期）（4）PECVD 設(shè)備陸續(xù)開(kāi)發(fā)的新技術(shù)將能應(yīng)對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 作者簡(jiǎn)介： （1987年生），女，沈陽(yáng)，中級(jí)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(zhuān)業(yè)。現(xiàn)在沈陽(yáng)拓荊科技有限公司從事PECVD 工藝研發(fā)工作。