取像、圖像處理和運動控制是機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵
隨著全球市場對綠色能源需求量的不斷增加，太陽能電池/電池板的產(chǎn)量正在大幅提升。因此，高速、準確的太陽能電池/電池板生產(chǎn)線測試將是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提升產(chǎn)能的關(guān)鍵，而且在很大程度上決定著生產(chǎn)廠商的利潤空間和市場競爭力。
康耐視(COGNEX)中國產(chǎn)品經(jīng)理鄧輝
對此，康耐視(COGNEX)中國產(chǎn)品經(jīng)理鄧輝認為，如何快速高效的生產(chǎn)出大尺寸合格晶片，將成為太陽能電池生產(chǎn)企業(yè)面臨的重要課題。他強調(diào)說，機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在軟件，而目前硬件日益集成化、小型化的趨勢也很明顯。未來，3D相機的使用在市場需求前景上被普遍看好。譬如，如何進行3D物體抓取、如何在傾斜不平的表面上進行抓取，都是非常值得研究的課題。
康耐視方面提供的信息稱，目前該公司4大產(chǎn)品線在太陽能電池生產(chǎn)領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，特別是In-Sight智能相機和VisionPro視覺軟件。例如，在拉晶工藝中使用In-Sight智能相機監(jiān)控晶棒尺寸，與控制系統(tǒng)配合使晶棒直徑更加準確，一致性更好；在晶片印刷工藝中使用專門的視覺工具檢測母線和柵線的質(zhì)量，判斷是否有斷裂，晶片本身是否有破損、缺角、裂痕等；在組裝工序，利用PatMax算法精確定位晶片的位置和角度，從而使機器人可以準確快速的進行自動組裝。
NI中國技術(shù)市場工程師湯敏
該公司近期推出的DataMan 500是一個亮點。鄧輝介紹說，DataMan 500使用了康耐視IDMax高級代碼讀取軟件，可讀取激光讀碼器無法讀取的一維條形碼，包括損壞、變形、模糊、帶劃痕、低高度和低對比度的編碼，實現(xiàn)了更高的讀取率。DataMan 500處理圖像的速度可達到每秒1,000 幀，還可以從任意方向讀取編碼、數(shù)據(jù)矩陣和QR等二維代碼以及同一圖像中的多個編碼。
此外，DataMan 500還提供了多種其他優(yōu)勢，包括自動觸發(fā)、自動聚焦以及“無讀取”反饋。主機支持標準C型安裝鏡頭和各種焦距選擇。自動聚焦功能使用了液態(tài)鏡頭技術(shù)，該技術(shù)可為最高速的應(yīng)用提供操作范圍的最大靈活性。這項經(jīng)驗證的新技術(shù)已和康耐視工業(yè)讀碼器相集成，快速可靠且可以較低的耗電量提供較高的光學(xué)質(zhì)量。
當然。該市場另一重要玩家NI的聲音也不容忽視。
來自NI的聲音
NI中國技術(shù)市場工程師湯敏在接受本刊采訪時就表示，太陽能電池板生產(chǎn)流程中涉及各種檢查和測試，包括兼容性測試、太陽能面板的機器視覺檢查、以及各種機械和電子方面的驗證和認證測試，例如熱循環(huán)、電連接器、機械影響、疲勞測試和超聲無損檢測等。對于生產(chǎn)商而言，最大的挑戰(zhàn)就是在短時間內(nèi)開發(fā)出集成各種測試項目的自動化系統(tǒng)。
比如，在完成光伏電池面板裝配之后，必須進行I-V特性測試，對每個模塊的功率輸出進行驗證，確保每個電池能夠輸出預(yù)定的功率。而進行這些測試是比較復(fù)雜的，因為測試人員必須管理照射到每個面板上的已知光量，從而能夠同時確定面板的電壓和電流。過去，測試人員通過箱式儀器手動使用多個順序測試完成這一流程，不但測試步驟復(fù)雜，而且測得的I-V特性曲線點數(shù)很少，導(dǎo)致測量精度低。因此，業(yè)界需要一種自動化測試的方式，以更高的精度完成I-V特性測試，并提高其測試吞吐量。
NI中國技術(shù)市場工程師方慧敏
NI中國技術(shù)市場工程師方慧敏補充說，NI的視覺方案中包含了適合不同場合的豐富的硬件平臺以及高性能的圖形化視覺處理軟件。例如，NI提供了可用于復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境的嵌入式視覺系統(tǒng)，支持基于紅外視覺的光伏溫度檢測方法等。此外，光伏生產(chǎn)線還涉及兼容性測試、I-V曲線測試、超聲無損檢測等多種檢測方法，NI完善的測試測量和自動化平臺在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境下，提供了完整的解決方案。此前，西班牙最大的光伏太陽能電池板制造商之一的Silikon Renewable Energy就將NI產(chǎn)品應(yīng)用到了整個生產(chǎn)流程中，除了在硅提純過程中采集硅粒子的圖像并進行遠程分析外，還涉及面板制造、驗證與安裝等流程。
機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵所在
凌華科技(中國)應(yīng)用工程中心主任咨詢顧問丁辰龍
“取像、圖像處理和運動控制是機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)所在?！绷枞A科技(中國)有限公司應(yīng)用工程中心主任咨詢顧問丁辰龍對記者說，“取像主要幫助應(yīng)用獲得所需的待測物體清晰特征的高對比度圖像；圖像處理則幫助獲取圖像中待測物體的具體特征值，并進行分類或統(tǒng)計；而運動控制則保證前兩種技術(shù)在實際應(yīng)用中的實用性或者及時性。”
作為業(yè)內(nèi)少數(shù)幾家能夠提供完整的從控制平臺、圖像采集、信號采集、高速數(shù)字IO、到運動控制全套工業(yè)控制組件的公司，凌華科技目前每年在全球有超過10個千萬級別的新應(yīng)用，涵蓋測量、定位、檢測和識別等四大類應(yīng)用。但他也同時提醒業(yè)界說，盡管中國機器視覺市場機遇空前廣大，但在市場成熟度依然不高的前提下，行業(yè)的分工和細化不夠，造成整體利潤鏈的分配不合理或者競爭的無序；其次，行業(yè)人才積累和儲備不夠，魚龍混雜，技術(shù)人員心態(tài)比較急躁，缺乏潛心研究的沉穩(wěn)，往往容易造成“案例很多，但真正成功的案例并不多”的尷尬局面。
補充閱讀：康耐視Visionpro應(yīng)用案例：機器視覺可優(yōu)化薄膜太陽能生產(chǎn)
JENOPTIK-VOTANTM Solas 100/200 用于在各加工步驟(P1、P2和P3)中使用激光和/或針在薄膜太陽能模塊上繪制圖案。標準機器型號中包含六個工業(yè)攝像頭和康耐視VisionPro視覺軟件，可用于校準加工工具、確定磨損狀態(tài)以及檢查太陽能模塊的加工是否正確。每個模塊的設(shè)置、加工和后續(xù)的檢測過程只需60秒，這使制造商在競爭異常激烈的可持續(xù)能源市場中能夠獲得產(chǎn)量上的優(yōu)勢。[!--empirenews.page--]
薄膜技術(shù)是以玻璃襯底上的氣相沉積型或噴鍍的光敏半導(dǎo)體為基礎(chǔ)，通常使用的能量和材料較少，且與硅基太陽能電池相比生產(chǎn)成本更低。較低的生產(chǎn)成本使制造商在定價上更主動，盡管德國已經(jīng)減少了太陽能產(chǎn)品方面的激勵措施。
現(xiàn)代的薄膜太陽能電池由一個金屬層，一個半導(dǎo)體層和一個透明的導(dǎo)電氧化層構(gòu)成。在第一個加工步驟中，VOTAN Solas 100 使用多束激光在底層上繪制圖案，稱為P1。在CIS/CIGS模塊上用機械工具處理底層上面的兩層，稱為P2和P3。集成的針梳裝置可以最高1.5米/秒的速度精確地將結(jié)構(gòu)圖繪制到表面上。在該加工過程中，每一根針都是單獨運作和定位的，因此系統(tǒng)可根據(jù)電池大小進行迅速調(diào)整并準確對需求變化做出回應(yīng)。自動化的針調(diào)整方式可以最大程度地減少設(shè)置時間，提高生產(chǎn)量。
視覺系統(tǒng)會在幾秒內(nèi)記錄工具的實際位置。同時會有另外三個攝像頭測量自動進料的太陽能電池板的P1軌跡。攝像頭可為自動調(diào)整提供三個參考點，而且VisionPro還可根據(jù)P1結(jié)構(gòu)的方位提供用于調(diào)整機器坐標系和糾正工具路徑的數(shù)據(jù)。該加工過程的目標是最大程度地減少P1結(jié)構(gòu)相對于P2和P3層的錯位，從而提高電池效率。然后處理工具以5 µm的定位精度繼續(xù)繪制P2和P3層。
在最后的檢測步驟中，另外兩個攝像頭會再次對太陽能模塊進行仔細檢查，并通過 VisionPro 視覺軟件檢測質(zhì)量，查找細微破損、碎玻璃以及層微粒之間可能發(fā)生分離的地方。
您可方便地將帶VisionPro視覺軟件的機器快速集成到復(fù)雜的生產(chǎn)線中。該軟件會忽略太陽能電池板表面上的一些無關(guān)差異，而把重點放在關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量的重要特征上。這個世界領(lǐng)先的視覺軟件中帶有各種各樣的工具，無需對圖像進行任何復(fù)雜的預(yù)處理，從而提高了應(yīng)用開發(fā)速度并減少了產(chǎn)品生命周期成本。
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