光伏前道AOI检测项目
光伏行业一直是使用机器视觉的一大行业,其整个工艺已经实现了高度自动化,从原料到成品要经过大概40个工艺流程,而使用我司相机最多的就是由硅片到电池片,以及由电池片到组件这两个大步骤。本次分享的AOI(自动光学检测)检测项目属于由硅片到电池片的工艺中的最后一道工序:检测分选。该工序主要目的是对单片电池片进行最后一次外观检测,包括缺陷检测和颜色分选。缺陷检测包括尺寸测量、破损检测、色差检测、污点检测、色斑检测、过刻检测等,可以确定电池片生产是否符合要求。颜色分选是根据颜色、外观、纹理划分不同等级,进行分选,可以通过颜色确认电池片的光电转换效率。

1、 项目背景介绍

1.1 光伏行业介绍

       光伏行业一直是使用机器视觉的一大行业,其整个工艺已经实现了高度自动化,从原料到成品要经过大概40个工艺流程,而使用我司相机最多的就是由硅片到电池片,以及由电池片到组件这两个大步骤。光伏行业工艺流程参考图如图1-1:

图1- 1光伏行业工艺流程参考图

1.2 检测分选工序介绍

       本次分享的AOI(自动光学检测)检测项目属于由硅片到电池片的工艺中的最后一道工序:检测分选。该工序主要目的是对单片电池片进行最后一次外观检测,包括缺陷检测和颜色分选。缺陷检测包括尺寸测量、破损检测、色差检测、污点检测、色斑检测、过刻检测等,可以确定电池片生产是否符合要求。颜色分选是根据颜色、外观、纹理划分不同等级,进行分选,可以通过颜色确认电池片的光电转换效率。

2、 项目需求及常用选型

2.1 项目需求

       项目需求主要有:效率快、颜色准确度和区分度高、相机运行稳定以及供货稳定和成本低。需求原因可以结合项目实际应用来理解。

1、效率高,为保证产量,需要相机端采集效率足够,其中,大概60个小电池片、拼成一个大电池板,才算是一个成品,为保证成品出货效率,前道工序需要更高的效率。

2、颜色准确度,不同档次的电池片,相机要呈现出较大的颜色差异,该需求主要是为了方便后续颜色分类的准确性,如果相机出的图质量够高,就省去了后续图像处理的耗时。

3、相机稳定性,对于终端来说,相机不稳定就会影响产量,会对厂商进行罚款,所以客户对于我们的稳定性要求也特别高。

4、供货稳定及成本,目前光伏行业已经比较成熟,行业成熟了,需求量就比较大,所以供货稳定比较重要,但同时,行业竞争压力也大,这就会直接导致成本压缩。

2.2 项目选型

       针对行业需求,最合适的,采用最多的是MV-CH250-20TC/M相机,其原因有以下几点:

1、万兆网有更高的帧率,带宽可达10Gbps。

2、sensor本身是正方形的,电池片也是正方形,sensor利用率极高,相当于压缩了成本。

3、分辨率合适能够满足检测需求;其中正方形的sensor是其他相机无可比拟的优势。

4、其余选型有:施耐德、浩蓝25mm镜头;马威尔万兆网卡(CZETHM10G)、MV-ACC-01-1111-3m万兆网线;我司标配的万兆网卡和万兆网先保证相机工作稳定性。




3、项目搭建及对比

3.1 项目结构方案

       检测分选一般分为正面检测和背面检测,检测流程如图3-1 。正面检测和背面检测机构外观及相机搭建方案相同,拍摄方向不同,软件中,检测方案及算法处理不同,检测机构大多相同,参考图如图3-2。

 图3- 1检测流程如图                                         图3- 2检测机构参考图

3.2 相机应用方案

该项目目前接触到的共有两种方案:彩色相机+白光方案以及黑白相机+三色光方案。两种方案各有优劣,其异同点如表1。

表 1 AOI检测方案异同表

方案

不同点

相同点

彩色相机+白光方案

图像是伪彩色,是插值而成

彩色插值在相机端

对相机要求高,光源要求低

出图耗时在相机端,较为稳定

总体出图效率稳定

相机工作流程如图3-3

都需求彩色图像,对彩色图像进行处理

最终获取到彩色图像的效率要求是一致的

黑白相机+三色光方案

图像为真彩色

彩色合成在软件端

对相机要求低,光源要求高

出图耗时在软件端,可能不稳定

总体出图效率可能会更高

相机工作流程如图3-4、触发方案如图3-5

       彩色相机+白光方案,只需要收到触发信号时,相机采集一张图片即可,需求光源亮起的频率与相机拍照的频率相匹配,工作配合流程如图3-3。

图3- 3彩色相机方案工作流程图

       黑白相机+三色光方案,每一个产品相机需拍摄三次,三次拍摄对应的光源分别红、绿、蓝,以采集到的真实的三通道分量,后续再合成彩色图像。部分现场也会采用四色光方案,最后一组光源为白色,用来采集白色光下的图片灰度,可做缺陷检测以及颜色合成的参考。三色光方案相机工作流程图如图 3-4。该方案搭建时,比较容易出问题的环节就是触发出图与光源配合的环节,该环节光源的触发方案大都类似,如图3-5(L1、L2、L3、L4分别为红、绿、蓝、白光源),但光源与相机配合方案多变,目前接触到的有两种,如下:

1、 采用相机端的HDR功能,相机收到触发信号后,连续出三张图,每张图的曝光和增益不同。光源三色光分别亮起,亮起时间需等于相机曝光时间。图像灰度精度需要相机端和光源精度一起保证,对于相机端曝光精度以及光源亮灭时机精度要求较高。

2、 每个产品相机收到三个触发信号,信号同时触发光源,相机和光源同时工作,图像灰度精度靠相机曝光时间精度保证,对相机要求更高。

图3- 4黑白相机方案工作流程图

图3- 5光源触发方案逻辑图

4、发展前景

       AOI检测项目的发展主要可概括为:检测效率更快、图像质量更好、工作状态更稳。目前光伏行业对产能的提升有持续的需求,而光伏产能的提升瓶颈,在于且会一直前道工序的效率。AOI检测项目属于前道工序中一道,对于效率的提升的需求是一直存在的,而效率只能从两方面进行提升:相机帧率和软件处理速度。相机帧率提升这块可能需要换更高带宽的接口相机,如CXP相机。

       图像质量更好的需求,该需求的原因主要有三点:厂商之间的竞争、终端的要求以及弥补算法端的不足。目前已有客户由于算法端的不足,切换了更高分辨率的相机,故而这也有可能是一个趋势,我们可以把握机会推荐我们更高分辨率的相机,如6500万等。

       工作状态的稳定是一直以来的需求,这点所要求的不仅仅是产品优良的性能,还需要产品有更好的性能,这点我们可以推荐配套的设备来满足客户需求,目前的工控机性能的兼容性是一个问题点,我们以此手段来提升产品的稳定性。

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