編者語： 機器視覺在工業(yè)領(lǐng)域里已經(jīng)應(yīng)用好些年，隨著機器視覺技術(shù)的不斷升級，在各個領(lǐng)域都慢慢露出自己的身影，發(fā)揮著不可替代的作用。這些領(lǐng)域各種各樣的需求又推動著機器視覺技術(shù)的推陳出新，太陽能工業(yè)對我來說比較陌生，這個里面的技術(shù)緊隨著電子技術(shù)的發(fā)展也在提高自己的要求。對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高也逐步需要新的技術(shù)來保證產(chǎn)品的質(zhì)量，機器視覺技術(shù)也就在這個領(lǐng)域有用武之地了。下面這篇文章談?wù)摿藱C器視覺在太陽能工業(yè)里的應(yīng)用，充分利用太陽能源，并在節(jié)約成本的同時提高質(zhì)量，在晶片生產(chǎn)流程中利用視覺進行檢測與辨別。
當幾年前半導體工業(yè)過渡到300毫米晶片的時候，更大更易脆的晶片為機器視覺供應(yīng)商和集成商打開了新的商業(yè)機會。今天的太陽能工業(yè)，相同的推動再次擴大了機器視覺在現(xiàn)代制造業(yè)中的影響。
隨著半導體晶片從200mm增長到300mm，這些多層晶體的薄片變得更加容易收到撞擊、運輸?shù)挠绊懞推渌梢粋€產(chǎn)品機器移動到下一個的過程中引起的影響。與此同時，更大的晶片意味著每一個晶片成本增加，但潛在的收益也隨之增加了。因此對應(yīng)制造商來說，每個300mm損壞或破碎的晶片所帶來的損失比200mm晶片帶來的損失要大。
結(jié)果，制造商在生產(chǎn)和將晶片從一個電池轉(zhuǎn)化為下一個過程中充分利用自動化，并帶有新的數(shù)據(jù)陣列和其他的識別技術(shù)來允許自動處理設(shè)備跟蹤晶片的整個生產(chǎn)過程。利用這個自動信息采集裝置，半導體生產(chǎn)商可以利用收集的生產(chǎn)設(shè)備性能信息去更好地保護有價值的產(chǎn)品。這些信息有助于提高產(chǎn)量并增加半導體生產(chǎn)過程，進而提高生產(chǎn)力和效益。
太陽能電池面臨著與集成電路工業(yè)同樣的挑戰(zhàn)。跟最終變成集成電路的晶片一樣，太陽能電池是通過采用易碎水晶或玻璃表面上材料的超薄層制造的。而且跟集成電路生產(chǎn)商一樣，太陽能電池制造者取決于自動化的生產(chǎn)和數(shù)據(jù)采集，正如他們尋求相對于傳統(tǒng)能源的parity per megawatt，比如天然氣和煤電廠。
Three Opportunities Under the Sun太陽底下的三個機會
太陽能電池和模塊生產(chǎn)者使用機器視覺有三個目的：檢測產(chǎn)品、識別和跟蹤產(chǎn)品，還有裝配產(chǎn)品，就如同機器人的導航系統(tǒng)。
施克的市場部經(jīng)理Brian McMorris認為對機器視覺系統(tǒng)需求的改變?nèi)Q于太陽能電池是否是基于晶體硅，還是薄片玻璃。對于水晶晶片的機器視覺處理類似于針對檢測和視覺的半導體晶片應(yīng)用。對晶片的檢測主要是物理缺陷，比如邊緣破屑，彎曲，裂縫，刮痕，鋸齒和凹陷等。檢測的區(qū)域通常比薄片玻璃[太陽能]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，因為水晶晶片是活動的，并且形成太陽能半導體的電路，而薄片板是被動的，它能提供一個在那些被存放的活動材料上的絕緣層。因此，玻璃板的檢測比針對水晶的毫米晶片而非微米級[空間]分辨率的檢測要粗糙。
McMorris繼續(xù)說到：“對水晶晶片和薄膠片板的識別任務(wù)是相似的，在這兩種情況下，它們的目標是一個針對識別采用光學技術(shù)的反射性很強的材料，比如條碼或二維碼，很具有挑戰(zhàn)性。在這兩種情況下，在材料上放置或印上一個高對比度的碼是不和需要的，也是很困難的。受歡迎的編碼含義是激光蝕刻。這意味著在一些應(yīng)用中三維技術(shù)比二維技術(shù)更符合需求。”
一旦晶體硅寶石被切割和組合的時候，會將光能量轉(zhuǎn)化為電能，或為了相同的能量轉(zhuǎn)化目的而用各種各樣的半導體和絕緣材料覆蓋玻璃板，這個時候就要測試產(chǎn)品，為了與其它板組合來滿足最終用戶需求而需要將它的輸出分類，并為了運輸和安裝來組裝最后的模塊或平板。在機器視覺的幫助下，機器人用超出人類的速度和靈敏度來處理易碎的活動材料。
Go Robot Go走機器人走的路
為了達到傳統(tǒng)能源的守恒(parity)，太陽能板必須變得廉價和穩(wěn)定。如果要更快地生產(chǎn)太陽能板，并且更少的缺陷，幾乎沒有什么方法能幫助工業(yè)達到它的價格點。這意味著在這種情況下需求自動化和機器人技術(shù)。
Vision Components GmbH 的Endre Toth解釋說：“為高精度太陽能板定位開發(fā)一個機器視覺系統(tǒng)有諸多的挑戰(zhàn)，包括大區(qū)域的圖像處理，除此之外，可利用的光源不是同質(zhì)的并通過移動來改變。照明隨機的變化，你必須精確地并迅速地找到相機視場里的矩形tile。但是這個tile可能有圓邊緣或其它的挑戰(zhàn)。你必須非常精確地找到中心、旋轉(zhuǎn)角度和方向，才能在模塊或電池中定位平板，并保證產(chǎn)量。”
Toth補充說：“由于在計算能力上的提高，智能機器視覺相機目前能使用復雜的圖像處理算法來定位100個像素以內(nèi)的物理坐標，這也減少了硬件成本，因為你用數(shù)學做了大部分工作。這些日子，在定位上的局限主要來自機器人和機械系統(tǒng)，而不在視覺系統(tǒng)精確定位點的能力。成本考慮也是吸引太陽能制造者的一個亮點，這也是智能相機為什么如此備受矚目的原因，因為它有集成到一個小的緊湊單元的相機、采集卡、內(nèi)存控制器和接口。我們的VC4466實際上包括相機上的一個直接監(jiān)視器輸出。所有這些集成意味著系統(tǒng)集成商不需要將很多的線覽或不同的盒子放入系統(tǒng)中，另外這些也給最終的系統(tǒng)添加了可獲取性、可操作性和可維護性的成本。用一個智能相機，你就能用單元來固定它。雖然這些考慮可能看起來是平凡的，但是它們是重要的賣點，操作需要stay up，并且運行不需要暫停。通常來講，我們的價格與基于PC的低成本相機不相上下，但是當你將整個解決方案集成到一起的時候，就會知道真正的成本是與大多數(shù)PC供應(yīng)商提供的相差很大的。”
Solar’s Bright Appeal太陽能的亮點
隨著最近石油價格的走低，許多人都在質(zhì)疑可選擇能源的走向，然而許多學者相信這僅僅是時間問題，也許是一年，在石油價格返回到每桶100美元以上之前。隨著石油和天然氣價格的回升，太陽能將繼續(xù)獲得價格優(yōu)勢。
SICK的McMorris解釋說：“太陽能工業(yè)受來自化石燃料、核燃料和水資源產(chǎn)生的電能的成本目標的推動。在當前的電力生產(chǎn)成本下，要達到守恒的程度，政府的補助是不需要的，而且更高的石油成本對工業(yè)成功來說是不重要的。為了達到這個目標需求更好的技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)該更有效率，并且將生產(chǎn)力與減少浪費材料保持一致。在生產(chǎn)過程中跟蹤[太陽能]單元有助于在一個給定的處理技術(shù)中達到提高質(zhì)量的目的。對于任何質(zhì)量控制方法來說檢測和辨別是基本的。這也將是太陽能光電生產(chǎn)技術(shù)的繼續(xù)升級，不斷地提高效率和減少成本。薄膠片在整個平板生產(chǎn)過程中比水晶晶片有很多的生產(chǎn)優(yōu)勢，但是薄膠片僅僅提供了一半的太陽能電力轉(zhuǎn)化效率。對于廣大的太陽能部門[水晶和薄膠片]來講，檢測和辨別將在幫助工程師完成更好的性能上占據(jù)優(yōu)勢。”
