运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统的制作方法

1.本技术属于视觉检测技术领域，具体涉及一种运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统。


背景技术：

2.光伏组件(简称“组件”)是太阳能发电的核心部件，转换的电能从组件背面接线盒导线输出。光伏组件依靠正面电池片将光能转换为电能，分散在众多电池片内的电能由分布在电池片上的众多焊带收集，然后汇集到汇流条焊带，汇流条焊带会焊接到组件背面的接线盒内。
3.在光伏组件的生产制造过程中，有一到工序是自动化完成汇流条和接线盒的焊接工作，完成这个工序的设备一般为接线盒焊接机。由于是自动化焊接的，焊接过程受到各种外界干扰出现一些焊接缺陷，如汇流条位置偏差、接线盒位置偏差、焊接位置脏污等，所以焊接的质量需要依靠后面工位的工人来进行检查。人工检查的方式，有的是通过观察，有的是通过工具“挑拨”的方式进行。
4.由于，产线速度较快，工人容易疲劳，有比较多的焊接不良漏检，而且人眼观察没有后续追溯的依据；加之，焊接工序已经是组件制造比较近靠后工序，后面接线盒就会进行灌胶密封，不好再次确认焊接质量。
5.目前也有相关设备的自动检测方案，如带视觉检测功能的焊接机，该焊接机的检测流程包括：组件到位后一直静止，焊接头横向移动到焊接位置进行焊接；然后焊接头再侧移，视觉工位移动到刚焊接完的接线盒上方，进行拍照和检测；拍照完成后，组件才开始运动离开焊接机。该检测方案中焊接和检测是共用一个工位的，拍照过程中组件需要静止，耗时比较长，效率低，影响产线速度，大多得不到组件厂满意，使用比较少。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统，本技术对常规接线盒焊接机进行升级改造，能实现在运动中对光伏组件接线盒汇流条焊接质量进行视觉检测成像。
7.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
8.一种运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统，包括：
9.成像机构，包括上下布置的相机和光源，安装在焊接机机架的中部，用于对接线盒进行拍摄取像；
10.触发机构，包括安装在所述焊接机机架上的触发传感器，所述触发传感器位于光伏组件侧边，用于直接或间接检测光伏组件上的接线盒，并触发相机和光源工作。
11.进一步地，所述光伏组件包括组件背板，所述组件背板周围设有边框，所述组件背板背面设有至少一个接线盒。
12.进一步地，所述触发传感器位于所述成像机构的上游。
13.进一步地，所述触发传感器的数量与所述接线盒数量相同，所述触发传感器之间的间距与所述接线盒之间的间距相同。
14.进一步地，所述触发传感器与所述光伏组件位于同一水平面，所述触发传感器正对所述光伏组件的边框。
15.进一步地，所述触发传感器包括色标传感器，所述色标传感器高于所述光伏组件的上表面，倾斜布置，正对所述接线盒位置。
16.进一步地，所述相机包括全局曝光相机，搭配的光源包括穹顶光源。
17.进一步地，所述相机包括线扫相机，搭配的光源包括线扫光源。
18.进一步地，所述焊接机机架的端部设有延伸支架，所述延伸支架朝向焊接机机架的下游，所述触发传感器安装在所述延伸支架上；所述延伸支架的端部安装有安装支架，所述安装支架位于所述焊接机机架的下游；所述安装支架的中部固定安装有连接立杆，所述连接立杆上安装有第一连接横杆和第二连接横杆；所述第一连接横杆和所述第二连接横杆上下布置，分别安装所述相机和所述光源。
19.进一步地，所述焊接机机架的端部设有延伸支架，所述触发传感器安装在所述延伸支架上；所述焊接机机架的中部固定安装有连接立杆，所述连接立杆上安装有第一连接横杆和第二连接横杆；所述第一连接横杆和所述第二连接横杆上下布置，分别安装所述相机和所述光源。
20.本技术的有益效果包括但不限于：本技术提供的一种运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统，针对现有带检测功能焊接机生产速度慢的问题，对没有检测功能的焊接机进行改造，加装成像机构和触发机构，对原本运动的光伏组件进行图像拍摄，能实现在运动中对光伏组件接线盒汇流条焊接质量进行视觉检测成像。没有增加检测工位，同时也不影响原来产线的节奏，为后续图像自动化检测和缺陷追述，质量管控提供了前提条件。
附图说明
21.本技术中附图是用于示出优选实施方式，便于本领域普通技术人员对各种其他的优点和益处清楚明了的认识，并不能认为是对本技术的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。
22.图1是实施例1中成像系统的立体示意图。
23.图2是实施例2中成像系统的立体示意图。
24.图3是实施例3中成像系统的立体示意图。
25.图中：11、光伏组件(简称“组件”)；12、接线盒；21、焊接机机架；31、连接立杆；32、第一连接横杆；33、第二连接横杆；41、全局曝光相机；42、线扫相机；51、穹顶光源；52、线扫光源；61、延伸支架；62、安装支架；71、触发传感器。
具体实施方式
26.下面将结合具体实施例对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属
于本技术保护的范围。
27.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
28.在本技术实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上(包括两个)，除非另有明确具体的限定。
29.在本技术实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
30.在本技术实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。
31.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
32.在光伏组件11的生产制造过程中，有一个工序是自动化完成汇流条和接线盒12的焊接工作，完成这一工序的设备是焊接机，经过焊接工序后的组件11构成主要包括组件背板，组件背板周围设有边框，接线盒12位于组件背板背面边框内。根据光伏组件11不同规格型号，接线盒12至少有一个，在一些实施例中也可以有多个，当接线盒12为多个时，多个接线盒12在组件11运动方向上是共线的。
33.由于是自动化焊接的，焊接过程难免受到各种外界干扰产生以下焊接缺陷：汇流条位置偏差、接线盒位置偏差、焊接位置脏污等。
34.目前一些设备厂家新款的焊接机会自带视觉检测功能，具体地检测流程包括：组件11到位后静止，焊接头横向移动到焊接位置进行焊接；然后焊接头再侧移，视觉检测系统移动到刚焊接完的接线盒12上方，进行拍照取像；拍照完成后，组件才会在流水线的运动下离开焊接机。在该新款焊接机方案中焊接和检测在流水线方向上，是共用一个工位的，拍照过程中组件需要静止，而且前面的焊接工序也需要暂定等待，这个过程耗时比较长，影响产线速度，整体的效率低，而且成本比较高，所以很多厂家都不愿意使用。
35.本技术的发明人注意到目前生产实际中，更多的情况是焊接机不带视觉检测能力，因此需要额外增加，有升级的空间。
36.本技术实施例提供了一种运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统，该成像系统包括成像机构和触发机构，安装在焊接机的机架上，位于焊接工位之后的流水线
上方，在焊接机完成焊接工序后再进行成像系统的取像。
37.具体地，所述成像机构，包括上下布置的相机和光源，光源和相机均垂直于接线盒12，并位于接线盒12运动方向轴线的正上方。在接线盒12流过相机下方的瞬间，光源用于照明，相机用于对接线盒12进行抓拍取像。所述触发机构，用于检测组件11，并触发相机和光源工作，对接线盒进行图像拍摄。借助采集的图像，可以进行人工检测，或是软件自动化检测；同时，也可以保留图像，作为后续故障组件11缺陷追溯的依据。
38.可以理解的是，在焊接工位之后的组件11是流向下一工位的，本来就是运动的，在不影响原有焊接机生产节拍的前提下，组件11运动过程中触发触发机构，触发机构在触发相机和光源工作完成接线盒12的图像采集工作。本技术实施例实际是没有增加检测工位的，而是利用焊接机流水线原有的运动完成检测。
39.实施例1
40.本技术的发明人发现在组件11上接线盒12的水平高度是低于边框的水平高度的，由于边框的遮挡，使用光电型传感器对接线盒12进行到位感应是比较难实现的。
41.本技术的发明人还发现接线盒12是上一个工序刚刚粘接到组件11背面的，胶水还没有完全牢固，所以接触型位置开关也无法对接线盒12进行到位检测。
42.需要说明的是，如光电开关等光电型传感器，和如行程开关等接触型位置开关，都是一种触发机构。本技术中的触发机构包括但不限于上述两种类型。
43.根据上述发现我们可以知道接线盒12在实际的应用中并不好直接感应到，那么换个思路，发明人想到以间接的方法感应，其中比较好的感应区域是组件11周围的边框，形状规则、位置稳定。因此，本实施例采用了间接感应的设计思路，先感应组件11边框前部到位信号，然后再通过延时来估计接线盒12的到位时间点，最终触发成像机构拍摄图像。
44.图1示出了本实施例中运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统的结构示意图，图中箭头方向为流水线上组件11的运动方向。
45.参见图1，一种运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统，包括：成像机构和触发机构。
46.具体地，成像机构的硬件可以选择采用全局曝光相机41和穹顶光源51进行运动中的图像采集，可以满足流水线上组件11运动速度约为500mm/s情况下，相机拍照的位置精度需要控制在10mm内、拍照的时间误差需要控制在20ms内的要求。成像机构的安装结构包括：在焊接机机架21的中部固定安装一连接立杆31，在连接立杆31上安装第一连接横杆32和第二连接横杆33，第一连接横杆32和第二连接横杆33上下布置，全局曝光相机41和穹顶光源51分别安装在第一连接横杆32和第二连接横杆33上，其中全局曝光相机41和穹顶光源51均垂直于组件11，并和组件11背面的接线盒12共线。
47.需要说明的是，本实施例方案中光源可以使用穹顶光、普通环光、环形无影光、同轴光、条光等，其中穹顶光具有照明均匀、消除阴影的特点，对凸起的接线盒12的图像采集质量是最好的。
48.具体地，触发机构包括安装在焊接机机架21端部的延伸支架61，和安装在延伸支架61上的触发传感器71，触发传感器71位于相机的上游，且与组件11的边框同一水平面布置。
49.以带三个接线盒12的组件11为例，对本技术实施例所述成像系统的运行过程说
明：当组件11流动到触发传感器71侧边时，触发传感器71感应到组件11的边框的到位信号；到位信号传输到一控制器，并且延时t1、t2、t3时间，分别在t1、t2、t3时间同时点亮光源和触发相机拍照，捕捉运动中三个接线盒12的图像。例如：当触发传感器71感应到组件11的边框时，根据流水线的速度计算，经过时间t1、t2、t3后第一个、第二个、第三个接线盒12会依次进入相机成像区域的中间位置，再由相机拍照。
50.可选地，触发传感器71可以但不限于采用光电开关或行程开关。当采用光电开关时，组件11的边框需运动到光电开关面前遮挡光线来触发光电开关，产生到位信号；当采用行程开关时，组件11的边框需运动到行程开关面前通过触碰触发光电开关，产生到位信号。
51.可选地，控制器需要具有延时功能，可以采用工控机、plc(可编程序控制器programmable logic controller)、可编程时间继电器、单片机等硬件。作为一种可选的实施方式，采用型号smt32f030k6t6的单片机作为控制器，相比其他硬件其延时定位的精度更高。
52.实施例2
53.针对流水线上组件11的运动速度约为500mm/s的特性，相机拍照的位置精度需要控制在10mm内、拍照的时间误差需要控制在20ms内的要求。成像机构的硬件可以选择采用线扫相机42搭配线扫光源52进行运动中的图像采集，参见图2，具体结构和触发控制可以参考实施例1中的方案。
54.图2示出的是本实施例中运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统的结构示意图，图中箭头方向为流水线上组件11的运动方向。
55.需要说明的是，线扫相机42需要扫描成像，利用流水线上组件11自身的移动，配合线扫相机42完成成像。因此需要在接线盒12运动至线扫相机42的成像区域起始位置时，触发线扫相机42和线扫光源52工作，整个成像过程持续到接线盒12离开线扫相机42的成像区域。例如：当触发传感器71感应到组件11的边框时，根据流水线的速度计算，经过时间t1、t2、t3后第一个、第二个、第三个接线盒12会依次到达线扫相机42成像区域的起始位置，再由线扫相机42线扫拍照，直至接线盒12离开成像区域。
56.可以理解的是，线扫过程与流水线上组件11的流动完美契合，特别是可以适应比较高的流水线速度。同时，也可以节省成像时间。
57.实施例3
58.图3示出的是本实施例中运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统的结构示意图，图中箭头方向为流水线上组件11的运动方向。
59.参见图3，一种运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统包括触发机构和成像机构。
60.具体地，触发机构包括安装在焊接机机架21端部的延伸支架61，延伸支架61朝向焊接机机架21的下游，延伸支架61上沿光伏组件11的流动方向设有与光伏组件11上接线盒12数量相同的触发传感器71，触发传感器71之间的间距与接线盒12之间的间距相同。可选地，触发传感器71采用光电开关，与光伏组件11同一水平面布置，相比行程开关灵敏度要高。
61.具体地，成像机构包括全局曝光相机41和穹顶光源51，延伸支架61的端部还安装有安装支架62，安装支架62位于焊接机机架21的下游，与焊接机机架21平行；安装支架62的
中部固定安装有连接立杆31，在连接立杆31上安装第一连接横杆32和第二连接横杆33，第一连接横杆32和第二连接横杆33上下布置，全局曝光相机41和穹顶光源51分别安装在第一连接横杆32和第二连接横杆33上，其中全局曝光相机41和穹顶光源51均垂直于组件11，并和组件11背面的接线盒12共线。
62.可以理解的是，触发传感器71需要位于全局曝光相机41和穹顶光源51上游，将安装支架62设置在位于焊接机机架21下游的位置，可以避免因延伸支架61和安装支架62占用空间过大，而影响到原有的焊接工序。
63.本技术实施例以带三个接线盒12的组件11举例，描述工作原理：
64.在组件11运动方向上错位布置的三个光电开关，分别感应三个接线盒12恰好经过相机下方的时刻。具体地，三个光电开关与三个接线盒12的位置关系配置包括：三个光电开关的间距与三个接线盒12一致；当第一个光电开关脱离组件11边框时，第一个接线盒12正好位于相机下方取像区域内；当第二个光电开关脱离组件11边框时，第二个接线盒12正好位于相机下方取像区域内；当第二个光电开关脱离组件11边框时，第二个接线盒12正好位于相机下方取像区域内。三个光电开关就可以先后感应到三个接线盒12的到位信号，三个到位信号输出到一控制器，由控制器控制全局曝光相机41和穹顶光源51工作，完成取像。
65.可以理解的是，由于三个接线盒12进入相机取像区域的顺序和三个光电开关脱离组件11边框的顺序是不同的，所有上述第一个、第二个、第三个光电开关的顺序是指沿组件11运动方向排列的，而第一个、第二个、第三个接线盒12的顺序是指沿组件11运动反方向排列的。
66.可选地，控制器采取plc，plc接收到光电开关的位置信号后，分别控制相机拍照和光源点亮，实现运动中抓拍。
67.实施例4
68.通过实施例1我们发现光电开关和行程开关都不便直接感应到接线盒12，由于我们检测的是接线盒12的焊接缺陷，所以能直接感应接线盒12才是最优的方式。
69.以实施例1或2为基础，本实施例采用色标传感器代替光电开关。
70.需要注意的是，色标传感器安装位置要高于光伏组件11的上表面，倾斜安装，绕开边框正对接线盒12侧壁进行感应。色标传感器需要安装在相机齐平的位置，色标传感器输出的到位信号可以直接给到相机和光源。
71.原理说明：色标传感器对颜色比较敏感，而接线盒12一般和组件11的其它部件存在比较明显颜色差异，所以可以采用色标传感器进行检测。并且色标传感器对检测表面要求比较平整，而接线盒12的侧壁也是比较平整。采用色标传感器使得整个成像系统更加简单，拍照的精准度也能保证。
72.过程说明：当接线盒12运行至与色标传感器齐平位置是，由于接线盒12与组件背板的色差，色标传感器被触发，产生到位信号；同时，接线盒12也正好位于相机下放的取像区域内，相机接收到位信号，对接线盒12进行拍照取像，实现运动中抓拍。
73.综上所述，本技术实施例提供的运动中对光伏组件接线盒进行视觉检测的成像系统，包括成像机构和触发机构，均加装在焊接机的机架上。其中成像机构主要由相机和光源构成，用于对流水线上的接线盒进行拍摄取像；触发机构用于检测光伏组件，并触发相机和光源工作取像。在工作过程中，通过流水线上运动过来的光伏组件来触发触发机构，触发机
构将信号传输给控制器，再有控制器控制相机和光源工作，接线盒进行拍摄取像。整个过程都是在流水线不停机的情况下进行，连贯流畅，实现了对运动中的光伏组件接线盒进行视觉检测的目的，不影响产线速度和效率。
74.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在矛盾冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。