[发明专利]一种基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池传送及定位装置和方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池传送及定位方法，应用于基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池传送及定位装置，其特征在于：

所述基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池传送及定位装置包括视觉系统、控制系统、传送系统和真空系统，视觉系统用于相机标定和图像处理；传送系统用于电池工件传送和位置感应；真空系统用于保证电池工件传送平稳；

视觉系统包括工业相机、相机架、上位机和标定板；工业相机包括安装在相机架上的前工位相机和后工位相机，并与上位机连接；标定板用于工业相机；

控制系统为与上位机相连的下位机，用于控制工业相机拍照和传送系统的传送机制以及真空系统的发生；

传送系统包括机架、两个同步轮、同步带、穿孔皮带、以及与下位机相连的电机、两个初定位传感器；视觉系统的相机架安装在机架的一侧，机架安装于工业相机的垂直下方，穿孔皮带包括左右两个皮带，安装在机架两侧，并随着安装在机架两端的两个同步轮转动而传动，其中一个同步轮由同步带和电机带动；两个初定位传感器分别安装在机架上的前、后工位，其上正对前、后工位相机，当电池工件随穿孔皮带到达初定位传感器位置，初定位传感器感应到工件并发送信号给下位机，控制电机使工件运动至前工位相机视野内；

真空系统包括机架上两侧的空腔、两侧的若干气管、以及与下位机相连的电磁阀和真空发生器；空腔位于机架内部两侧；若干气管的一端接通空腔，另一端连接真空发生器、电磁阀；

传送系统还包括两个张紧轮，安装在机架下面且位于两端，用于调整穿孔皮带的左右皮带的张紧程度并使其一致；

真空系统包括机架上两侧的空腔、两侧的若干气管、电磁阀和真空发生器；

机架上两侧的空腔通过气管与真空发生器相连，当电磁阀门开启时，空腔内将形成一个低压腔体；低压腔体内的气压低于外界气压时，穿孔皮带作为空腔体的表面之一，受到外界空气的压力作用，同时，外界空气可通过穿孔皮带上的小孔流向腔体，使腔体内外的气压差不至于过大而影响穿孔皮带的正常运转；当工件随穿孔皮带运动至有空腔的行程中时，由于穿孔皮带上小孔的存在，覆盖在小孔上的工件表面亦变为低压腔体的一部分，同样受到外界空气的压力作用，受到压力作用的工件紧紧贴住皮带，使皮带在较高速的起停和运输过程中，工件与穿孔皮带之间不发生打滑现象；

上位机用于通过软件算法实现前、后工位相机的标定，并将两个相机视野工作平面统一至同一坐标系中；

所述基于机器视觉的晶硅光伏太阳能电池传送及定位方法包括下述步骤：

S1、安装好整机，并设置相机参数，使机架工作平面在相机成视野内成像清晰，不过曝；

S2、标定视觉系统：将定制的标定板放置于穿孔皮带上，触发相机拍照，并通过上位机内部标定模块实现视觉系统的标定，使前后工位相机视野统一到同一个坐标系内，视觉系统标定完成后，取走标定板；

S3、标定传送系统：将携带标记物的工件放置于穿孔皮带上，并处于前工位相机视野内，同时开启真空系统；触发前工位相机拍照，识别标记物，计算当前标记物在视觉系统内统一坐标系中的位置；下位机发送若干脉冲给电机，驱动穿孔皮带将工件传送到后工位相机视野内；触发后工位相机拍照，识别标记物，计算当前标记物在视觉系统内统一坐标系中的位置，同时记录此次传送所用的电机脉冲数，然后取走工件；重复该步骤若干次，然后计算出电机脉冲数与穿孔皮带传送距离的函数关系；

S4、调整穿孔皮带：若穿孔皮带的左右皮带打滑情况不一致时，视觉系统将其检测出来，然后反复调整紧张轮，使穿孔皮带的左右皮带打滑情况一致，再重复步骤S3和步骤S4的标定工作；

S5、经过步骤S4的调整及标定工作完成后，装置正常工作时，工件首先进入前工位相机视野内拍照，检测出工件位置，并根据传送系统标定时所获得的函数关系，计算工件运动到指定位置时所需的电机脉冲数或脉冲补偿量，然后发送给下位机并驱动电机，使工件准确地运动到指定位置；

步骤S1的具体过程如下：

调整电机的安装位置，使同步带在运动过程中不松弛；调整张紧轮，使穿孔皮带在运转过程中两边皮带张紧程度、转速大致相同；安装前工位相机与后工位相机的高度相同，前工位相机安装在前工位正上方，后工位相机安装在后工位正上方；设置前工位相机和后工位相机的曝光值、镜头焦距、以及光圈值，使机架的工作平面在相机成视野内成像清晰，不过曝；

步骤S2中，针对视觉系统标定，标定板放置于穿孔皮带后，能同时被前后工位相机拍摄到其表面上定制的图案，且该图案有明确的距离及方向信息，根据上位机内部标定模块标定出两个工业相机工作视野内的像素当量及相对位置信息，并将两个工业相机视野工作平面统一至同一坐标系中；

步骤S3中，工件所携带的标志物的设计是具有方向信息的两个、三个或四个颜色与背景相差大的圆点；

通过前后工位相机在同一次传送过程中所拍摄的两张图片，得出工件表面上标志物的在视觉系统统一坐标系下的位移，将标志物的位移距离除以所发送的脉冲数量，得到单位脉冲对应的穿孔皮带运输距离；

步骤S4中，视觉系统检测穿孔皮带的左右皮带打滑情况是否一致的方法，具体为：

比较前后两次拍照所得到的图片中标志物整体的偏转角度，若计算得该偏转角度大于设定的阈值，则判定此次的传送过程中，左右皮带打滑情况不一致；同时，根据偏转角度的大小和正负，计算出左右皮带打滑情况的不一致程度；若偏转角度小于设定的阈值，则判定在此次传送过程中，左右皮带打滑情况一致；

步骤S5，具体包括下述步骤：

(1)视觉系统和传送系统的标定工作完成后，正常生产时，工件到达初定位传感器时，初定位传感器感应到工件并发送信号给下位机，下位机通过设定的固定的延时，适时暂停电机运转，使工件运动至前工位相机视野内；

(2)开启真空系统，使工件相对于皮带不打滑；

(3)触发前工位相机拍照，所获得的图片传送至上位机，通过上位机内部定位模块检测出工件的位置信息；

(4)根据当前工件的位置信息以及工件所要达到的指定的目标位置信息，计算出皮带所需要的传送距离；

(5)根据传送系统标定时所获得的函数关系，反算出工件从当前位置运动至指定的目标位置所需要的脉冲数量或脉冲补偿量，并将该脉冲数量或脉冲补偿量值发送给下位机；

(6)下位机收到信号后，调整脉冲量，驱动电机带动皮带运动，准确地把工件运送至指定的目标位置。