太陽(yáng)能電池片綜合參數(shù)圖像檢測(cè)裝置研究

徐微 曹小鴿

【摘要】隨著人類對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)，太陽(yáng)能電池片作為光伏發(fā)電的載體，也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，本文對(duì)生產(chǎn)線上太陽(yáng)能電池片綜合參數(shù)圖像檢測(cè)裝置做了相關(guān)研究，綜合參數(shù)包括色差，正反，定位，缺角，斷柵。實(shí)驗(yàn)證明本文算法簡(jiǎn)單，并且檢測(cè)內(nèi)容全面，效率高。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能電池片;斷柵;缺角檢測(cè)

1.引言

隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)以及不可再生能源的枯竭，能源越來(lái)越緊張。太陽(yáng)能，作為一種清潔環(huán)保的綠色資源，有著巨大的開發(fā)應(yīng)用潛力。目前太陽(yáng)能發(fā)電分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電，其中光伏發(fā)電最重要的組成部分就是太陽(yáng)能電池組件。

太陽(yáng)能電池組件是由太陽(yáng)能電池片通過串連，再經(jīng)過封裝后制作而成的。為了避免浪費(fèi)生產(chǎn)材料及不合格太陽(yáng)能電池進(jìn)入市場(chǎng)，太陽(yáng)能電池片的質(zhì)量檢測(cè)也成為了電池片生產(chǎn)工藝中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文主要是對(duì)生產(chǎn)線上待組裝的電池片的綜合參數(shù)檢測(cè)進(jìn)行研究，綜合參數(shù)檢測(cè)主要包括電池片的正反檢測(cè)，定位檢測(cè)，以及色差，缺角，斷刪檢測(cè)。

圖1 自動(dòng)檢測(cè)軟件流程

2.太陽(yáng)能電池片圖像檢測(cè)裝置檢測(cè)流程設(shè)計(jì)

為了避免各個(gè)參數(shù)檢測(cè)算法之間的相互干擾并提高算法的快速性，本文設(shè)計(jì)了以下生產(chǎn)線上電池片綜合參數(shù)檢測(cè)流程，如圖1所示，讀入圖像，對(duì)待處理的圖像進(jìn)行相應(yīng)的圖像預(yù)處理算法，比如圖像去噪，然后采用色度直方圖對(duì)電池片圖像進(jìn)行色差檢測(cè)，若有色差，則將其剔除，若不存在色差，則對(duì)電池片進(jìn)行正反檢測(cè)，若電池片反向，則將其剔除，反之就進(jìn)行下一步的定位檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)電池片偏移角度大于20度，將其剔除，若小于20度，則由機(jī)械手將其旋轉(zhuǎn)歸位，進(jìn)行下一步缺角檢測(cè)，若存在缺角，則將其剔除，否則進(jìn)行斷柵預(yù)處理，進(jìn)行斷柵檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)有斷柵，也將其剔除，若無(wú)斷柵，則為完好片，進(jìn)行電池片組裝。

3.太陽(yáng)能電池片綜合參數(shù)檢測(cè)方法

3.1 色差檢測(cè)

由于RGB顏色空間兩點(diǎn)的歐氏距離與人的感知程度不成正比，容易形成誤判，因此本文采用選擇更符合人眼感覺的顏色空間HSI顏色空間來(lái)識(shí)別電池片的顏色。將彩色電池片由RGB顏色空間轉(zhuǎn)換至HSl顏色空間，不同顏色電極片之間HSI顏色空間的色度分量的直方圖存在明顯差異。當(dāng)有色差時(shí)，其圖像的色度直方圖在白色和深藍(lán)色的色度區(qū)域外，有大量的突起。檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。

3.2 正反檢測(cè)

由于組裝流水線上，電池片必須按照一定的方向組裝，本文規(guī)定主柵線與水平軸平行時(shí)，為主柵線正向。主柵線與水平軸垂直時(shí)，為主柵線反向。正反檢測(cè)一般采用的方法是擬合電池片的主柵線，計(jì)算主柵線相對(duì)水平軸的角度，常用方法是hough變換和最小二乘直線擬合算法。但是hough變換計(jì)算量較大，而最小二乘抗噪能力較差，并且不能檢測(cè)多條直線。為了提高在線檢測(cè)速度，本文采用了一種新型的檢測(cè)算法，即計(jì)算主柵線上所有點(diǎn)的x軸坐標(biāo)的離散度，也即方差，來(lái)判斷電池片的正反，從而避免了角度計(jì)算，減少了算法的運(yùn)算量。

3.3 定位檢測(cè)

如果電池片是正向的則進(jìn)行定位檢測(cè)，定位檢測(cè)主要是檢測(cè)電池片主柵線偏離水平軸的角度信息，若偏移角度小于20度，則機(jī)械手將其旋轉(zhuǎn)歸位，反之，則將其剔除。定位檢測(cè)可利用hough變換檢測(cè)主柵線偏移角度，檢測(cè)電池片主柵線所對(duì)應(yīng)的直線，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電池片角度檢測(cè)問題。

3.4 缺角檢測(cè)

對(duì)于缺角缺陷，一般是采用模板匹配方法，這種方法簡(jiǎn)單，檢測(cè)效率高。通過模板匹配法，可以得到缺陷位置，缺陷大小，個(gè)數(shù)等信息。檢測(cè)結(jié)果如圖3所示，紅色方框內(nèi)即為缺角所在處。

（a）缺角片 ? ? ? ? ? ? ? ? ? （b）缺角標(biāo)記

圖3 缺角檢測(cè)

（a）給定圖片 ? ? ? ?（b）斷柵檢測(cè)結(jié)果

圖4 斷柵檢測(cè)

3.5 斷柵檢測(cè)

若電池片無(wú)缺角，則進(jìn)行斷刪檢測(cè)，對(duì)于輔柵線斷柵的檢測(cè)，首先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到輔柵線信息，再采用小波紋理濾波器對(duì)提取的柵線進(jìn)行濾波，提取缺陷特征。最后通過判斷連通閾的個(gè)數(shù)，確定斷柵的個(gè)數(shù)信息。檢測(cè)結(jié)果如圖4所示，紅色標(biāo)記處為斷柵。

4.結(jié)果分析

由于本文在正反檢測(cè)做了改進(jìn)，正反檢測(cè)采用計(jì)算組成主柵線上點(diǎn)x軸坐標(biāo)的離散度方法，在缺角檢測(cè)方面采用模板匹配法。本文對(duì)30幅圖像進(jìn)行綜合參數(shù)檢測(cè)，將實(shí)際缺陷個(gè)數(shù)和本文方法對(duì)比，可知本文方法能夠很好的檢測(cè)電池片的綜合參數(shù)。相對(duì)傳統(tǒng)算法，本文算法簡(jiǎn)單，并且檢測(cè)內(nèi)容全面，效率高。

表1 綜合檢測(cè)結(jié)果

缺陷檢測(cè) ? ? ?顏色檢測(cè) ? 正反檢測(cè) ? 定位檢測(cè) ?缺角檢測(cè) ?斷柵檢測(cè)

已知缺陷個(gè)數(shù) ? ? 6 ? ? ? ? ?4 ? ? ? ? ?8 ? ? ? ? 9 ? ? ? ?50

本文方法 ? ? ? ? 6 ? ? ? ? ?4 ? ? ? ? ?8 ? ? ? ? 9 ? ? ? ?49

正確率 ? ? ? ? 100% ? ? ? 100% ? ? ?100% ? ? 100% ? ? ?98%

從表1可以看出，斷柵缺陷目測(cè)有50處，實(shí)際檢測(cè)有49處，正確率為98%，對(duì)于顏色及其他綜合參數(shù)的正確率是100%，可以看出本文設(shè)計(jì)的算法可以有效檢測(cè)電池片的綜合參數(shù)。

5.總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池片綜合參數(shù)圖像檢測(cè)裝置可以實(shí)現(xiàn)待組裝的電池片的定位，正反檢測(cè)，以及缺陷檢測(cè)。與其他檢測(cè)方法相比，該方法具有速度快、操作簡(jiǎn)單、以及無(wú)需接觸等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)流水線監(jiān)視及成品質(zhì)量檢驗(yàn)等方面擁有廣闊的應(yīng)用前景。算法簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)電池片綜合參數(shù)檢測(cè)的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]劉鶴.太陽(yáng)能電池缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2009.

[2]丁葉飛，等.硅太陽(yáng)電池組件工藝缺陷的紅外檢測(cè)技術(shù)[J].太陽(yáng)能，2010.

[3]王業(yè)琴，王克奇.計(jì)算機(jī)視覺木材表面色差檢測(cè)的研究[J].林業(yè)科技，2005，30（2）：36-38.

[4]魯昌華，韓靜，劉春.基于Hough變換的角度檢測(cè)和特征識(shí)別[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2005，19（5）：45-49.

[5]張舞杰，李迪，葉峰.硅太陽(yáng)能電池紋理缺陷檢測(cè)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，30（10）：2702-2708.