機(jī)器視覺滿足太陽能電池生產(chǎn)高要求

在家庭與工業(yè)企業(yè)中，太陽能和光伏設(shè)備的應(yīng)用都呈現(xiàn)出進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。日趨增高的市場(chǎng)需求，使太陽能電池的生產(chǎn)和工藝流程需要更加高效及自動(dòng)化。高生產(chǎn)效率只有在可靠的傳感器技術(shù)幫助下才能完成。這就是Schmid技術(shù)系統(tǒng)公司，一家生產(chǎn)太陽能電池加工機(jī)床的生產(chǎn)廠使用Sick公司研發(fā)生產(chǎn)的高性能漫反射式光電傳感器的原因。

光電傳感器經(jīng)常要滿足例如安裝空間狹小、安裝調(diào)試希望更簡(jiǎn)單方便，以及電氣與機(jī)械兼容性的眾多要求，但首先*需要滿足的是太陽能電池表面的光能采集效率，其中包括在光線和發(fā)射條件都不理想時(shí)的光能采集。Schmid集團(tuán)公司設(shè)計(jì)并制造的光電傳感器能滿足上述條件。公司設(shè)備在半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)、太陽能電池生產(chǎn)、太陽能及光伏設(shè)備部件生產(chǎn)中都有著廣泛應(yīng)用，例如C-Sort 5000在線模塊，檢測(cè)太陽能電池速度達(dá)5000片/h。即太陽能電池晶片在檢測(cè)站中可進(jìn)行陽光模擬、印刷標(biāo)簽檢驗(yàn)和背面檢驗(yàn)等多項(xiàng)檢測(cè)（圖1）。

圖1 背面檢驗(yàn)：WTB4-3漫反射式光電傳感器承擔(dān)著電池板的定位任務(wù)，
Ranger攝像機(jī)對(duì)電池板背面的情況進(jìn)行視頻檢驗(yàn)

理想的檢測(cè)工具

設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，太陽能電池板通過5通道傳送帶進(jìn)行輸送（圖2）。智能化的FlexPicker機(jī)器人承擔(dān)著電池板質(zhì)量檢測(cè)的任務(wù)，機(jī)器人按照檢測(cè)的質(zhì)量等級(jí)對(duì)電池板進(jìn)行分類處理，其級(jí)別多達(dá)40種。這種質(zhì)量分級(jí)設(shè)備以暢通無阻的自動(dòng)化、大量電池板運(yùn)輸和處理工序，對(duì)各個(gè)電池板檢測(cè)數(shù)據(jù)，這對(duì)于通過線性檢驗(yàn)系統(tǒng)檢驗(yàn)后存放在不同質(zhì)量等級(jí)電池板的聚苯乙烯塑料盒提出了可靠性要求。在檢測(cè)并識(shí)別某些厚度只有160μm的太陽能電池板時(shí)，大多數(shù)傳感器都無法完成檢測(cè)任務(wù)。采用磷發(fā)射極的太陽能電池板表面上帶有防發(fā)光鍍膜，其表面為金屬噴涂材質(zhì)?？瓷先ィ@種太陽能電池板的顏色為深藍(lán)色，接近黑色，光反射率不到3％（圖3）；幾乎能把漫反射式光電傳感器發(fā)射出去的光全部吸收。同時(shí)，多晶體結(jié)構(gòu)的太陽能電池板中不均勻結(jié)晶體的發(fā)光性能也不同，以及在分級(jí)檢驗(yàn)設(shè)備中經(jīng)陽極處理過機(jī)械零件和防護(hù)蓋產(chǎn)生的光，這些都是強(qiáng)干擾光源。

圖2 在C-Sort 5000型質(zhì)量檢驗(yàn)設(shè)備中，WTB4-3漫反射光電傳感器
正對(duì)從5條通道中輸送來的太陽能電池板進(jìn)行檢驗(yàn)

圖3 雖然太陽能電池板幾乎一片漆黑，光反射率低于3％，
但其依然可在質(zhì)量檢驗(yàn)分級(jí)設(shè)備中進(jìn)行可靠地檢測(cè)

也就是說，漫反射光電傳感器既要識(shí)別幾乎看不見的東西，傳感器本身也不能受到周圍環(huán)境干擾因素的影響。如今，由Sick公司研發(fā)生產(chǎn)的WTB4-3型漫反射光電傳感器能很好地完成檢測(cè)任務(wù)。利用WTB4-3能可靠識(shí)別出特別微小、透明及鏡面反光的物體，這與物體的顏色及表面質(zhì)量特征無關(guān)。

由于Sick公司研發(fā)并安裝在傳感器中的ASIC芯片具有背景衰減功能，這使得鏡像反光、發(fā)射光及電磁干擾源、閃光燈及振動(dòng)，以及背景環(huán)境中的物體及脈沖信號(hào)皆對(duì)WTB4-3型漫反射光電傳感器的檢測(cè)可靠性沒有影響。同樣，傳統(tǒng)傳感器的檢測(cè)盲區(qū)問題也被WTB4-3克服。其優(yōu)點(diǎn)還包括：結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)計(jì)更易于其在各種機(jī)床中被很好地安裝與集成。（圖4）

圖4 WTB4-3漫反射光電傳感器體積小且安裝簡(jiǎn)便，能夠在各種結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)床中使用

通用性能

Schmid技術(shù)系統(tǒng)公司研發(fā)設(shè)計(jì)的漫反射光電傳感器不僅適合在太陽能電池板中使用，它還可以在質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備中進(jìn)行各種定位檢測(cè)、到位指示和高度監(jiān)控（圖5）。如今，人們都認(rèn)識(shí)到了該傳感器的優(yōu)點(diǎn)，其與Sick公司研發(fā)生產(chǎn)的U**系列*聲波傳感器有著相同的外形尺寸，機(jī)械和電氣連接接口等都保持不變。所以，現(xiàn)在光電傳感器代替聲學(xué)傳感器更容易了。

圖5 下層進(jìn)行輸送區(qū)域的到位檢驗(yàn)，上層進(jìn)行高度檢測(cè)；
這些都是利用WTB4-3漫反射光電傳感器來進(jìn)行的

太陽能電池板生產(chǎn)所使用的除漫反射光電傳感器和*聲波傳感器兩種外，還包括旋轉(zhuǎn)編碼器和高端視頻攝像系統(tǒng)，以此完成3D圖像的檢驗(yàn)監(jiān)控。這其中便包含DRS61型增量式編碼器，其被安裝于質(zhì)量檢驗(yàn)分級(jí)設(shè)備傳送系統(tǒng)中進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)?；究钪性?~8192范圍間的每一條刻線上都有一個(gè)**的賦值。因此，零點(diǎn)脈沖信號(hào)寬度為90或180，可隨意設(shè)置。在工作中編碼器利用ASIC掃描技術(shù)進(jìn)行差動(dòng)探測(cè)，抗干擾性能高且信號(hào)質(zhì)量好。Ranger圖像處理系統(tǒng)保證了質(zhì)量檢驗(yàn)分級(jí)設(shè)備的表面檢驗(yàn)達(dá)到高檢驗(yàn)精度。其掃描速率可達(dá)到35000幀/s。每一幀圖像皆為1500像素的高清晰3D圖像，可識(shí)別幾微米的物體。利用這一申請(qǐng)了**保護(hù)的多功能掃描技術(shù)，Ranger掃描儀可同時(shí)完成同一物體的多幅圖像掃描：2D檢測(cè)、3D高度檢測(cè)、生成具有物體表面及接近物體表面的結(jié)構(gòu)特征散射圖。

I/O-Link接口技術(shù)帶來更多可能性

TWB4-3漫反射光電傳感器借助了I/O-Link接口技術(shù)，使其具有滿足未來自動(dòng)化技術(shù)要求的可能性。例如除采集數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)外，其還可在不單獨(dú)使用總線系統(tǒng)或不使用附加電纜的情況下通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)采集各種伺服數(shù)據(jù)。操作中許多的工作參數(shù)，例如探測(cè)距離或傳感器的滯后，都可以被賦值、監(jiān)控和可視化。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，操作者可以迅速地獲得有關(guān)故障原因可能性的圖像資料，所有的故障診斷信息都能夠及時(shí)地展現(xiàn)出來，例如：使用數(shù)字表示的信號(hào)質(zhì)量情況、直方圖、輸出端狀態(tài)、可能的短路情況和受其他傳感器影響的信息等。

創(chuàng)新技術(shù)領(lǐng)頭羊

在首臺(tái)印刷電路板刷光機(jī)于1965年問世后不久，完成了百年廠慶的企業(yè)——Schmid集團(tuán)公司便開始進(jìn)行企業(yè)經(jīng)營(yíng)方向的戰(zhàn)略調(diào)整：從木材加工設(shè)備生產(chǎn)制造轉(zhuǎn)向電子技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)如今，Schmid集團(tuán)公司發(fā)展壯大，公司共有員工1500名，生產(chǎn)太陽能設(shè)備、光伏產(chǎn)品設(shè)備、電路板生產(chǎn)設(shè)備和Flat-Panel觸摸屏產(chǎn)品，產(chǎn)品銷往13個(gè)國(guó)家及地區(qū)。公司生產(chǎn)面積共計(jì)100000m2，其中一部分工廠在德國(guó)Niedereschach，進(jìn)行晶片制造、太陽能電池板制造、太陽能設(shè)備與光伏設(shè)備模塊的產(chǎn)品生產(chǎn)，例如能對(duì)太陽能電池板進(jìn)行5000片/h的檢驗(yàn)和分類的C-Sort 5000型質(zhì)量檢驗(yàn)裝置。