光伏玻璃在線檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用

2021-06-07

光伏玻璃又稱“太陽(yáng)能光伏玻璃”或“超白光伏玻璃”，主要應(yīng)用于單多晶硅太陽(yáng)能電池組件、光伏系統(tǒng)、薄膜太陽(yáng)能組件、太陽(yáng)能熱水器等領(lǐng)域，是太陽(yáng)能模組中的關(guān)鍵部件。光伏玻璃的生產(chǎn)過(guò)程包含壓延、裁切、磨邊、鍍膜、鋼化等工藝段，常見缺陷可分為原料缺陷（氣泡、結(jié)石、析晶等）和加工缺陷（崩邊、崩角、劃傷、潔度），為了保證透光率、強(qiáng)度、安全性等要求，光伏玻璃在出廠前需要進(jìn)行缺陷檢測(cè)，防止不良品流入組件生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成資源損失。

光伏玻璃出廠檢驗(yàn)方式可分為人工檢驗(yàn)和設(shè)備檢驗(yàn)兩類。目前大部分生產(chǎn)廠家的采用人工檢驗(yàn)方式，隨著人工成本的逐年增加，同時(shí)人工操作不能保證判定規(guī)則的一致性和長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性，越來(lái)越多的生產(chǎn)商開始嘗試設(shè)備檢測(cè)方案；

在實(shí)際使用中，評(píng)價(jià)檢測(cè)設(shè)備的主要性能指標(biāo)包含漏檢率、誤檢率和工作穩(wěn)定性三方面，其中漏檢率指標(biāo)主要控制不良品流入后道工序的比例，常見的設(shè)備漏檢率指標(biāo)應(yīng)達(dá)到1%；誤檢率指標(biāo)主要控制合格品判定成不良品回收的比例，常見的設(shè)備誤檢率指標(biāo)應(yīng)達(dá)到1%。工作穩(wěn)定性主要指標(biāo)包含穩(wěn)定工作時(shí)間和故障恢復(fù)時(shí)間，為了滿足生產(chǎn)需求，設(shè)備穩(wěn)定工作時(shí)間應(yīng)達(dá)到2000h以上，平均故障恢復(fù)時(shí)間應(yīng)小于2h。

光伏玻璃在檢測(cè)設(shè)備主要采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)分析玻璃運(yùn)行中拍攝到的圖像，判斷和識(shí)別缺陷的類型、尺寸等信息。本文主要介紹兩種常用的光伏玻璃在線檢測(cè)技術(shù)，結(jié)合應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)提出一些有待改進(jìn)的問(wèn)題和未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向。

1. 邊角檢測(cè)設(shè)備工作原理

光伏玻璃在線邊角檢測(cè)設(shè)備能夠檢測(cè)玻璃磨邊區(qū)域的崩邊、崩角、漏底、焦邊、直角等缺陷，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，主要包含以下幾部分：

(1) 支撐結(jié)構(gòu)：包括底部支架、橫向運(yùn)動(dòng)模組、護(hù)罩和指示燈，主要功能是支撐、保護(hù)檢測(cè)模組，橫向運(yùn)動(dòng)模組允許玻璃寬度變化時(shí)將檢測(cè)模組進(jìn)行橫向位置調(diào)整，指示燈用于提示設(shè)備工作狀態(tài)和產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果；

(2) 檢測(cè)模組：包括相機(jī)、鏡頭、光源，相機(jī)常用配置為工業(yè)用黑白面陣130萬(wàn)像素分辨率，能夠支持成像像素精度高于0.05mm/Pixel，光源常用配置為白色條形光。檢測(cè)模組主要功能是對(duì)玻璃邊角位置成像，相機(jī)掃描玻璃邊部位置并將圖像上傳至工控機(jī)；

(3) 電控柜：包括工控機(jī)、電源控制模塊、UPS和顯示器，主要功能是控制檢測(cè)模組工作狀態(tài)，分析處理圖像并顯示結(jié)果。

圖1.1 光伏玻璃在線邊角檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)

檢測(cè)模組是在線邊角檢測(cè)設(shè)備的關(guān)鍵部件，為了滿足成像質(zhì)量要求，內(nèi)部光源和相機(jī)需要按照固定方式安裝，如圖1.2所示，由于正常的磨邊區(qū)域是粗糙面，部分光線經(jīng)過(guò)漫反射能夠被相機(jī)接收，當(dāng)磨邊區(qū)域出現(xiàn)崩邊、崩角、漏底等缺陷時(shí)，會(huì)改變?cè)搮^(qū)域的反射系數(shù)，相機(jī)接收到的光線變化導(dǎo)致圖像對(duì)應(yīng)區(qū)域灰度值變化，效果如圖1.3所示，通過(guò)分析灰度即可判斷該區(qū)域是否存在缺陷。

圖1.2 邊角檢測(cè)模組結(jié)構(gòu)

圖1.3 邊角檢測(cè)模組成像效果

2. 表面檢測(cè)設(shè)備工作原理

光伏玻璃在線表面檢測(cè)設(shè)備能夠檢測(cè)玻璃表面區(qū)域的氣泡（開口、閉口）、結(jié)石、雜物、劃傷、潔度等缺陷，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，主要包含以下幾部分：

(1) 支撐結(jié)構(gòu)：包括兩側(cè)立柱、上部橫梁、下部支撐梁和指示燈，主要功能是支撐、保護(hù)光源和相機(jī)，指示燈用于提示設(shè)備工作狀態(tài)和產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果；

(2) 相機(jī)模組：包括相機(jī)、鏡頭和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，相機(jī)常用配置為工業(yè)用黑白線陣4k或8k分辨率，能夠支持成像像素精度高于0.1mm/Pixel；

(3) 光源模組：包括透射光源、反射光源和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，光源常用配置為白色頻閃條形光，能夠支持高于30KHz的切換頻率；

(4) 電控柜：包括工控機(jī)、電源控制模塊、UPS和顯示器，主要功能是控制相機(jī)、光源模組工作狀態(tài)，分析處理圖像并顯示結(jié)果。

圖2.1 光伏玻璃在線表面檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)

在線表面檢測(cè)設(shè)備的關(guān)鍵部件是相機(jī)和光源模組，透射光源主要用于檢測(cè)氣泡、結(jié)石、劃傷等缺陷，主要成像原理如圖2.2所示，透射光源發(fā)出的光線可以通過(guò)玻璃表面正常區(qū)域被相機(jī)接收，當(dāng)表面出現(xiàn)結(jié)石等瑕疵時(shí)，光線被遮擋不能通過(guò)，從而在圖像中出現(xiàn)低灰度區(qū)域，效果如圖2.3所示；反射光源主要用于檢測(cè)上表面缺陷，如開口泡、上表面劃傷等，主要成像原理如圖2.4所示，反射光源發(fā)出的光線在玻璃上表面正常區(qū)域通過(guò)鏡面反射被相機(jī)接收，當(dāng)上表面出現(xiàn)破損時(shí)，光線被散射，從而在圖像中出現(xiàn)灰度變化，效果如圖2.5所示，通過(guò)分析灰度即可判斷該區(qū)域是否存在缺陷。

圖2.2 表面透射光源成像原理

圖2.3 表面透射光源成像效果

圖2.4 表面反射光源成像原理

圖2.5 表面反射光源成像效果

3. 光伏玻璃檢測(cè)設(shè)備常見問(wèn)題及改進(jìn)方向

3.1 設(shè)備對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)性

由于光伏玻璃生產(chǎn)車間大部分工藝段對(duì)環(huán)境灰塵、溫度、濕度、腐蝕性氣體、玻璃定位要求不高，應(yīng)用檢測(cè)設(shè)備后，玻璃邊緣的掛水和表面的吸附物容易造成誤檢，腐蝕性氣體、玻璃偏斜更是會(huì)損壞檢測(cè)器件。該問(wèn)題一方面需要設(shè)備開發(fā)商提高對(duì)于環(huán)境的抗干擾能力，通過(guò)圖像處理方法降低誤檢率；另一方面也需要玻璃生產(chǎn)商對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要保護(hù)，如加裝定位靠筒，將設(shè)備安裝在檢測(cè)房等。

3.2 缺陷檢測(cè)自主學(xué)習(xí)功能

光伏玻璃的缺陷類型多樣、形態(tài)復(fù)雜，很難用簡(jiǎn)單的規(guī)則實(shí)現(xiàn)類型的判定，現(xiàn)有設(shè)備通常使用基于數(shù)據(jù)庫(kù)訓(xùn)練的方式制定分類規(guī)則，該方法需要的樣本量大，數(shù)據(jù)庫(kù)建立時(shí)間也較長(zhǎng)，而且當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在的缺陷形態(tài)時(shí)，判斷正確率很低。如何提高設(shè)備自主學(xué)習(xí)能力，減少訓(xùn)練過(guò)程中的人工干預(yù)，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，也是設(shè)備開發(fā)商需要思考和解決的問(wèn)題。

3.3 基于大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的質(zhì)量管理系統(tǒng)

隨著檢測(cè)設(shè)備的不斷推廣，更多的缺陷信息（時(shí)間、類型、位置、尺寸、形態(tài)）將匯總成大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工藝、生產(chǎn)、質(zhì)量管理的閉環(huán)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)終端實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)質(zhì)量，能夠時(shí)間發(fā)現(xiàn)、處理質(zhì)量問(wèn)題，大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將成為智能化車間的發(fā)展趨勢(shì)。

4. 結(jié)論

在光伏玻璃生產(chǎn)中，使用在線檢測(cè)設(shè)備替代人工是智能化生產(chǎn)的必然發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)解決了在線檢測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題，后續(xù)在提高適應(yīng)能力、自主學(xué)習(xí)能力、大數(shù)據(jù)處理能力、物聯(lián)網(wǎng)接入能力的基礎(chǔ)上，檢測(cè)設(shè)備能夠給生產(chǎn)帶來(lái)更高的價(jià)值。

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