太陽能電池片綜合參數(shù)圖像檢測裝置研究

徐微 曹小鴿

【摘要】隨著人類對能源需求的不斷增長，太陽能電池片作為光伏發(fā)電的載體，也成為人們關注的焦點，本文對生產(chǎn)線上太陽能電池片綜合參數(shù)圖像檢測裝置做了相關研究，綜合參數(shù)包括色差，正反，定位，缺角，斷柵。實驗證明本文算法簡單，并且檢測內容全面，效率高。

【關鍵詞】太陽能電池片;斷柵;缺角檢測

1.引言

隨著社會發(fā)展對能源需求的不斷增長以及不可再生能源的枯竭，能源越來越緊張。太陽能，作為一種清潔環(huán)保的綠色資源，有著巨大的開發(fā)應用潛力。目前太陽能發(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能電池組件。

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

圖1 自動檢測軟件流程

2.太陽能電池片圖像檢測裝置檢測流程設計

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

3.太陽能電池片綜合參數(shù)檢測方法

3.1 色差檢測

由于RGB顏色空間兩點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顏色空間來識別電池片的顏色。將彩色電池片由RGB顏色空間轉換至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。當有色差時，其圖像的色度直方圖在白色和深藍色的色度區(qū)域外，有大量的突起。檢測結果如圖2所示。

3.2 正反檢測

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，為主柵線正向。主柵線與水平軸垂直時，為主柵線反向。正反檢測一般采用的方法是擬合電池片的主柵線，計算主柵線相對水平軸的角度，常用方法是hough變換和最小二乘直線擬合算法。但是hough變換計算量較大，而最小二乘抗噪能力較差，并且不能檢測多條直線。為了提高在線檢測速度，本文采用了一種新型的檢測算法，即計算主柵線上所有點的x軸坐標的離散度，也即方差，來判斷電池片的正反，從而避免了角度計算，減少了算法的運算量。

3.3 定位檢測

如果電池片是正向的則進行定位檢測，定位檢測主要是檢測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，則機械手將其旋轉歸位，反之，則將其剔除。定位檢測可利用hough變換檢測主柵線偏移角度，檢測電池片主柵線所對應的直線，從而能夠實現(xiàn)電池片角度檢測問題。

3.4 缺角檢測

對于缺角缺陷，一般是采用模板匹配方法，這種方法簡單，檢測效率高。通過模板匹配法，可以得到缺陷位置，缺陷大小，個數(shù)等信息。檢測結果如圖3所示，紅色方框內即為缺角所在處。

（a）缺角片 ? ? ? ? ? ? ? ? ? （b）缺角標記

圖3 缺角檢測

（a）給定圖片 ? ? ? ?（b）斷柵檢測結果

圖4 斷柵檢測

3.5 斷柵檢測

若電池片無缺角，則進行斷刪檢測，對于輔柵線斷柵的檢測，首先對圖像進行預處理，得到輔柵線信息，再采用小波紋理濾波器對提取的柵線進行濾波，提取缺陷特征。最后通過判斷連通閾的個數(shù)，確定斷柵的個數(shù)信息。檢測結果如圖4所示，紅色標記處為斷柵。

4.結果分析

由于本文在正反檢測做了改進，正反檢測采用計算組成主柵線上點x軸坐標的離散度方法，在缺角檢測方面采用模板匹配法。本文對30幅圖像進行綜合參數(shù)檢測，將實際缺陷個數(shù)和本文方法對比，可知本文方法能夠很好的檢測電池片的綜合參數(shù)。相對傳統(tǒng)算法，本文算法簡單，并且檢測內容全面，效率高。

表1 綜合檢測結果

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

已知缺陷個數(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，斷柵缺陷目測有50處，實際檢測有49處，正確率為98%，對于顏色及其他綜合參數(shù)的正確率是100%，可以看出本文設計的算法可以有效檢測電池片的綜合參數(shù)。

5.總結

本文設計的太陽能電池片綜合參數(shù)圖像檢測裝置可以實現(xiàn)待組裝的電池片的定位，正反檢測，以及缺陷檢測。與其他檢測方法相比，該方法具有速度快、操作簡單、以及無需接觸等優(yōu)點，在生產(chǎn)流水線監(jiān)視及成品質量檢驗等方面擁有廣闊的應用前景。算法簡單，能夠實現(xiàn)電池片綜合參數(shù)檢測的目的。

參考文獻

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