机器视觉在太阳能光电产业发挥不可替代的作用

    编者语： 机器视觉在工业领域里已经应用好些年，随着机器视觉技术的不断升级，在各个领域都慢慢露出自己的身影，发挥着不可替代的作用。这些领域各种各样的需求又推动着机器视觉技术的推陈出新，太阳能工业对我来说比较陌生，这个里面的技术紧随着电子技术的发展也在提高自己的要求。对产品质量要求的提高也逐步需要新的技术来保证产品的质量，机器视觉技术也就在这个领域有用武之地了。下面这篇文章谈论了机器视觉在太阳能工业里的应用，充分利用太阳能源，并在节约成本的同时提高质量，在晶片生产流程中利用视觉进行检测与辨别。

　　当几年前半导体工业过渡到300毫米晶片的时候，更大更易脆的晶片为机器视觉供应商和集成商打开了新的商业机会。今天的太阳能工业，相同的推动再次扩大了机器视觉在现代制造业中的影响。

　　随着半导体晶片从200mm增长到300mm，这些多层晶体的薄片变得更加容易收到撞击、运输的影响和其它由一个产品机器移动到下一个的过程中引起的影响。与此同时，更大的晶片意味着每一个晶片成本增加，但潜在的收益也随之增加了。因此对应制造商来说，每个300mm损坏或破碎的晶片所带来的损失比200mm晶片带来的损失要大。

　　结果，制造商在生产和将晶片从一个电池转化为下一个过程中充分利用自动化，并带有新的数据阵列和其他的识别技术来允许自动处理设备跟踪晶片的整个生产过程。利用这个自动信息采集装置，半导体生产商可以利用收集的生产设备性能信息去更好地保护有价值的产品。这些信息有助于提高产量并增加半导体生产过程，进而提高生产力和效益。

　　太阳能电池面临着与集成电路工业同样的挑战。跟最终变成集成电路的晶片一样，太阳能电池是通过采用易碎水晶或玻璃表面上材料的超薄层制造的。而且跟集成电路生产商一样，太阳能电池制造者取决于自动化的生产和数据采集，正如他们寻求相对于传统能源的parity per megawatt，比如天然气和煤电厂。

　　Three Opportunities Under the Sun太阳底下的三个机会

　　太阳能电池和模块生产者使用机器视觉有三个目的：检测产品、识别和跟踪产品，还有装配产品，就如同机器人的导航系统。

　　施克的市场部经理Brian McMorris认为对机器视觉系统需求的改变取决于太阳能电池是否是基于晶体硅，还是薄片玻璃。对于水晶晶片的机器视觉处理类似于针对检测和视觉的半导体晶片应用。对晶片的检测主要是物理缺陷，比如边缘破屑，弯曲，裂缝，刮痕，锯齿和凹陷等。检测的区域通常比薄片玻璃[太阳能]板小20cm x 20cm, 但能更大到2m x 2m。水晶晶片的表面比薄片玻璃板更critical，因为水晶晶片是活动的，并且形成太阳能半导体的电路，而薄片板是被动的，它能提供一个在那些被存放的活动材料上的绝缘层。因此，玻璃板的检测比针对水晶的毫米晶片而非微米级[空间]分辨率的检测要粗糙。

　　McMorris继续说到：“对水晶晶片和薄胶片板的识别任务是相似的，在这两种情况下，它们的目标是一个针对识别采用光学技术的反射性很强的材料，比如条码或二维码，很具有挑战性。在这两种情况下，在材料上放置或印上一个高对比度的码是不和需要的，也是很困难的。受欢迎的编码含义是激光蚀刻。这意味着在一些应用中三维技术比二维技术更符合需求。”

　　一旦晶体硅宝石被切割和组合的时候，会将光能量转化为电能，或为了相同的能量转化目的而用各种各样的半导体和绝缘材料覆盖玻璃板，这个时候就要测试产品，为了与其它板组合来满足最终用户需求而需要将它的输出分类，并为了运输和安装来组装最后的模块或平板。在机器视觉的帮助下，机器人用超出人类的速度和灵敏度来处理易碎的活动材料。

　　Go Robot Go走机器人走的路

　　为了达到传统能源的守恒(parity)，太阳能板必须变得廉价和稳定。如果要更快地生产太阳能板，并且更少的缺陷，几乎没有什么方法能帮助工业达到它的价格点。这意味着在这种情况下需求自动化和机器人技术。

　　Vision Components GmbH 的Endre Toth解释说：“为高精度太阳能板定位开发一个机器视觉系统有诸多的挑战，包括大区域的图像处理，除此之外，可利用的光源不是同质的并通过移动来改变。照明随机的变化，你必须精确地并迅速地找到相机视场里的矩形tile。但是这个tile可能有圆边缘或其它的挑战。你必须非常精确地找到中心、旋转角度和方向，才能在模块或电池中定位平板，并保证产量。”

　　Toth补充说：“由于在计算能力上的提高，智能机器视觉相机目前能使用复杂的图像处理算法来定位100个像素以内的物理坐标，这也减少了硬件成本，因为你用数学做了大部分工作。这些日子，在定位上的局限主要来自机器人和机械系统，而不在视觉系统精确定位点的能力。成本考虑也是吸引太阳能制造者的一个亮点，这也是智能相机为什么如此备受瞩目的原因，因为它有集成到一个小的紧凑单元的相机、采集卡、内存控制器和接口。我们的VC4466实际上包括相机上的一个直接监视器输出。所有这些集成意味着系统集成商不需要将很多的线览或不同的盒子放入系统中，另外这些也给最终的系统添加了可获取性、可操作性和可维护性的成本。用一个智能相机，你就能用单元来固定它。虽然这些考虑可能看起来是平凡的，但是它们是重要的卖点，操作需要stay up，并且运行不需要暂停。通常来讲，我们的价格与基于PC的低成本相机不相上下，但是当你将整个解决方案集成到一起的时候，就会知道真正的成本是与大多数PC供应商提供的相差很大的。”

　　Solar’s Bright Appeal太阳能的亮点

　　随着最近石油价格的走低，许多人都在质疑可选择能源的走向，然而许多学者相信这仅仅是时间问题，也许是一年，在石油价格返回到每桶100美元以上之前。随着石油和天然气价格的回升，太阳能将继续获得价格优势。

　　SICK的McMorris解释说：“太阳能工业受来自化石燃料、核燃料和水资源产生的电能的成本目标的推动。在当前的电力生产成本下，要达到守恒的程度，政府的补助是不需要的，而且更高的石油成本对工业成功来说是不重要的。为了达到这个目标需求更好的技术，该技术应该更有效率，并且将生产力与减少浪费材料保持一致。在生产过程中跟踪[太阳能]单元有助于在一个给定的处理技术中达到提高质量的目的。对于任何质量控制方法来说检测和辨别是基本的。这也将是太阳能光电生产技术的继续升级，不断地提高效率和减少成本。薄胶片在整个平板生产过程中比水晶晶片有很多的生产优势，但是薄胶片仅仅提供了一半的太阳能电力转化效率。对于广大的太阳能部门[水晶和薄胶片]来讲，检测和辨别将在帮助工程师完成更好的性能上占据优势。”

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