石 磊，張 亮，李樹珍，曹盼盼，姜祥維

(1.河北科技師范學(xué)院河北省光伏組件制造裝備技術(shù)創(chuàng)新中心，秦皇島 066004；2.秦皇島博碩光電設(shè)備股份有限公司，秦皇島 066000；3.秦皇島新禹機(jī)械設(shè)備有限公司，秦皇島 066000)

0 引言

光伏組件的品質(zhì)將直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。在光伏組件的生產(chǎn)過(guò)程中，太陽(yáng)電池表面會(huì)因操作不當(dāng)出現(xiàn)斷柵、裂紋等缺陷，致使組件的功率降低甚至無(wú)輸出功率。因此，為了提高組件的合格率，對(duì)組件中太陽(yáng)電池的品質(zhì)進(jìn)行有效檢測(cè)，及時(shí)剔除有缺陷的組件顯得尤為重要[1]。

太陽(yáng)電池的品質(zhì)檢測(cè)包括對(duì)其表面瑕疵的檢測(cè)，當(dāng)采用人工法檢測(cè)時(shí)，會(huì)由于人為因素導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況差別較大。電致發(fā)光(EL)技術(shù)是檢測(cè)光伏組件缺陷的重要方式。為滿足光伏組件自動(dòng)生產(chǎn)線的需要，本文根據(jù)組件的生產(chǎn)工藝要求，設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)光伏組件缺陷的EL檢測(cè)單元，通過(guò)該單元中的機(jī)器視覺系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成光伏組件EL圖像，以檢測(cè)組件是否有異物、灰塵、隱裂、虛焊、碎片等缺陷，從而提高組件的良品率和生產(chǎn)效率。

1 EL檢測(cè)單元的總體方案設(shè)計(jì)

EL檢測(cè)單元是光伏組件自動(dòng)生產(chǎn)線的重要組成部分，有利于提高組件的良品率和生產(chǎn)效率，其工位布置如圖1所示。圖2為EL檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)框圖，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

圖2 EL檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 The structure diagram of the EL detection unit

EL檢測(cè)單元的工作流程為：組件傳輸?shù)轿缓?，由機(jī)器視覺系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)電池表面進(jìn)行拍照，獲取電池表面圖像數(shù)據(jù)并生成圖片后，供操作人員檢查，以判斷組件中的電池是否存在斷柵、隱裂、碎片等缺陷[2]。

2 EL檢測(cè)單元的硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)由機(jī)器視覺系統(tǒng)、可編程邏輯控制器(PLC)、傳感與通信系統(tǒng)、工業(yè)PC機(jī)組成。圖3為硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，其主要由主框架、探針機(jī)構(gòu)、傳輸機(jī)構(gòu)及相機(jī)機(jī)構(gòu)組成。待測(cè)的組件由同步帶傳輸，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，相機(jī)固定不動(dòng)，對(duì)傳輸?shù)轿坏慕M件進(jìn)行拍照；然后采用秦皇島博碩光電設(shè)備股份有限公司自主研發(fā)的軟件進(jìn)行圖像處理，以便操作人員判斷組件是否合格[3-4]。

圖3 EL檢測(cè)單元硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Hardware system structure of EL detection unit

硬件系統(tǒng)的工作流程為：1)傳輸機(jī)構(gòu)由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，組件傳輸至機(jī)器視覺系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好的檢測(cè)位置時(shí)，阻擋氣缸升起；當(dāng)檢測(cè)到組件后，傳輸帶慢速運(yùn)行，直至組件與阻擋輪完成接觸，組件歸正，傳輸動(dòng)作停止，阻擋氣缸落下，再按預(yù)定步長(zhǎng)傳輸一定距離后到達(dá)拍照位置。氣缸的位置由傳感器磁性開關(guān)檢測(cè)。2)傳輸帶停止后，相應(yīng)位置的氣缸驅(qū)動(dòng)探針伸出，探針下降，進(jìn)入通電拍照狀態(tài)。3)位于底部的相機(jī)由PLC控制，并顯示于工業(yè)PC機(jī)上；一次拍照完成后，傳輸電機(jī)啟動(dòng)，傳輸帶傳輸一定距離后相機(jī)再次拍照，然后向前移動(dòng)再拍照一次，共拍攝3組照片；與工業(yè)PC機(jī)交互信號(hào)3組，由操作人員根據(jù)圖像進(jìn)行“返修”或“下料”處理，PC機(jī)將反饋信號(hào)傳輸給PLC后，PLC控制傳輸機(jī)構(gòu)對(duì)組件實(shí)施“返修”或“下料”動(dòng)作。

3 EL檢測(cè)單元的軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)由圖像處理模塊、人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、通信模塊組成。圖4為軟件系統(tǒng)參數(shù)界面，在該界面用戶可以設(shè)定設(shè)備運(yùn)行時(shí)的必要參數(shù)。其中，傳輸停止延時(shí)是指組件傳輸至光電傳感器后的延時(shí)停止時(shí)間；步位置是指相機(jī)拍攝時(shí)的位置，根據(jù)組件大小設(shè)置傳輸時(shí)間，以確定組件每次運(yùn)動(dòng)距離，通常分3個(gè)位置完成拍攝。氣缸1～ 氣缸6的選擇與組件所對(duì)應(yīng)的步位置有關(guān)，組件處于相應(yīng)步位置時(shí)，氣缸會(huì)帶動(dòng)對(duì)應(yīng)探針下壓。

圖4 軟件系統(tǒng)參數(shù)界面Fig.4 Parameter interface diagram of software system

圖5為EL檢測(cè)單元運(yùn)行界面，用戶可以在運(yùn)行界面實(shí)現(xiàn)初始化、模式切換、功能禁用等操作；在設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行前，需完成整機(jī)初始化[5-6]。

圖5 EL檢測(cè)單元運(yùn)行界面Fig.5 EL detection unit operation interface

圖6 光伏組件的EL檢測(cè)結(jié)果Fig.6 EL test results of PV modules

圖6為EL檢測(cè)單元對(duì)光伏組件檢測(cè)的結(jié)果，圖6a中的組件有裂紋缺陷，圖6b中的組件存在斷柵缺陷。工作人員可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)措施，極大提高了判斷的準(zhǔn)確性及生產(chǎn)效率。

EL檢測(cè)單元是光伏組件自動(dòng)化生產(chǎn)線的重要組成部分，圖7為該EL檢測(cè)單元在某光伏組件自動(dòng)化生產(chǎn)線上的實(shí)際應(yīng)用。工位所需的人員由2人減至1人，誤差率降到0.01%，該結(jié)果得到了客戶的認(rèn)可。

圖7 EL檢測(cè)單元的實(shí)際應(yīng)用Fig.7 Practical application of EL detection unit

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的用于光伏組件缺陷檢測(cè)的EL檢測(cè)單元是通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)器視覺系統(tǒng)來(lái)完成光伏組件圖像的采集，輔助人工完成對(duì)組件缺陷的檢測(cè)，可檢測(cè)組件是否有異物、灰塵、隱裂、虛焊、碎片等缺陷，降低了人為因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。該產(chǎn)品已得到客戶的認(rèn)可。