【VisionMaster 行业应用案例】第一讲光伏丝网印刷应用

一、应用概况
二、机械结构方案
- 2.1 流水线式印刷
- - 2.1.1 流水线式机械结构方案
  - 2.1.2 流水线式视觉方案
  - 2.1.3 视觉方案硬件配置
  - 2.1.4 视觉需求
  - 2.1.5 圆Mark使用的定位工具
  - 2.1.6 缺陷检测工具-直线边缘缺陷检测
  - 2.1.7 VM方案与脚本
- 2.2 转盘式印刷
- - 2.2.1 转盘式机械结构方案
  - 2.2.2 转盘式视觉方案
  - 2.2.3 视觉方案硬件配置
  - 2.2.4 视觉需求
  - 2.2.5 十字Mark使用的定位工具
  - 2.2.6 缺陷检测工具-直线边缘缺陷检测与Blob查找
  - 2.2.7 VM方案与脚本
三、丝网印刷标定方法
- 3.1 流水线式标定方法
- - 3.1.1 相机与机构标定
  - 3.1.2 旋转中心标定
- 3.2 转盘式标定方法
- - 3.2.1 坐标系统一到棋盘格坐标系
  - 3.2.2 辅助下相机与机构12点标定
  - 3.2.3 机构R轴旋转半径
四、丝网印刷视觉定位流程
五、总结

一、应用概况

丝网印刷是太阳能电池片制造生产过程中的核心工艺。丝网印刷工序汇集了整条电池片生产线近一半的工艺人员，足见其深厚的核心地位。一般来说，丝网印刷是整个电池片生产的领头羊，不论是工艺提升，还是工艺验证，都是先经由丝网传达并安排实施，因此丝网印刷应用的经验可以推广到整个电池片制造过程中。

二、机械结构方案

目前主流的印刷方式有两种，一种是流水线式印刷，另一种是转盘式印刷，无论哪种印刷方式对机构精度要求都比较高需要达到1um。

2.1 流水线式印刷

2.1.1 流水线式机械结构方案

视觉系统在平台1处拍照硅片，然后平台1移动到丝印机构下方根据视觉给出的结果印刷，同时平台2移动到平台1位置，印刷后平台1下降到平台2处，印刷后硅片由传送带带到下一工站。

机构设计特点：
1.如图平台1处拍照，平台2上方机构根据视觉发送数据对位。
2.X轴与R轴在平台上，Y轴在丝印机构上，机构精度较高，R轴精度0.001度，X与Y轴精度0.001mm。

2.1.2 流水线式视觉方案

丝网印刷目前通用的方案都是利用4个相机定位电池片的4个Mark点来定位电池片，不同厂家使用的Mark点不尽相同，目前主流是使用圆Mark与十字Mark。

2.1.3 视觉方案硬件配置

2.1.4 视觉需求

1、同一块电池片以不同姿态进行定位印刷，测量印刷点与距离固定Mark点的距离，精度要求达到±0.006mm。
2、目前厂家丝网印刷设备一块电池片从进入到印刷完成流出设备基本在1s以内，因此留给视觉的视觉也比较紧张，要求存NG图的前提下达到150ms,触发间隔大概在600ms。

2.1.5 圆Mark使用的定位工具

圆查找难点：
1.圆在整个图像中的比例很小，像素点数量少；
2.MARK图案圆有时候印刷的不完整，有时会显示3/4个圆，或者圆边缘有毛刺；
3.圆心位置并非在矩形正中心，以白色矩形粗定位仍旧无法让卡尺中心与圆中心接近，导致圆心测量值会有偏差。

2.1.6 缺陷检测工具-直线边缘缺陷检测

客户需求：
1.可以根据缺陷的大小（偏离中心线距离，缺陷面积）过滤缺陷；
2.支持屏蔽特定ROI，可以对局部边缘不进行检测；
3.调试简单快捷，效果稳定。

2.1.7 VM方案与脚本

2.2 转盘式印刷

2.2.1 转盘式机械结构方案

电池片由传送带(平台上有卷纸带动)带到如图平台2后拍照，拍照后转盘旋转90度到印刷机构下方根据视觉数据调整X、Y与R轴进行印刷。

机构设计特点：
1.如图平台2位置拍照，转盘旋转90度后印刷机构调整XYR进行印刷；
2.与流水线式不同，其类似抓取放置，且R轴无法给出角度，只能给出弧长，需要先计算R轴的旋转半径将最后计算结果的角度转换为弧长。

2.2.2 转盘式视觉方案

丝网印刷目前通用的方案都是利用4个相机定位电池片的4个角点，转盘式将以十字Mark为主来介绍。

2.2.3 视觉方案硬件配置

2.2.4 视觉需求

1、通过测量Mark点两边的栅线宽度，第一次印刷时记录一次宽度，然后进行一次叠印，再一次测量栅线的宽度，宽度增加量≤0.010mm；
2、转盘式设备整个印刷过程也是耗时1s左右，不存图耗时要求≤100ms 。

2.2.5 十字Mark使用的定位工具

十字Mark难点：
1.Mark在整个图像中的比例很小，像素点数量少；
2.Mark十字图案印刷略有差异；
3.需要较高对比度才可以定位准确，低对比度下圆Mark仍然可能定位准确，十字Mark低对比度有波动。

2.2.6 缺陷检测工具-直线边缘缺陷检测与Blob查找

客户需求：
1.可以根据缺陷的大小（偏离中心线距离，缺陷面积）过滤缺陷；
2.支持屏蔽特定ROI，可以对局部边缘不进行检测；
3.调试简单快捷，效果稳定；
4.检测产品周围卷纸上是否有赃污。

2.2.7 VM方案与脚本

三、丝网印刷标定方法

无论机构如何变化，基本思想都是4个定位相机映射到棋盘格坐标系，棋盘格坐标系再与机构坐标系做N点标定(由于机构原因部分机构无法做12点标定，需要单独标定旋转中心)。

3.1 流水线式标定方法

3.1.1 相机与机构标定

3.1.2 旋转中心标定

3.2 转盘式标定方法

3.2.1 坐标系统一到棋盘格坐标系

3.2.2 辅助下相机与机构12点标定

3.2.3 机构R轴旋转半径

由于机构R轴不能给出角度，只能给出弧长，后续计算的角度偏差需要转换成弧长发送给机构，所以需要求解机构的旋转半径。

四、丝网印刷视觉定位流程

丝网印刷设备可能多种多样，但可根据设备实际情况依照以下流程来搭建定位引导流程。

五、总结

丝网印刷机作为高精度设备的代表之一，其标定与方案搭建都具有一定难度，需要丰富视觉经验的工程师才能实现标定与生产方案的设计，尤其使用如Halcon、VisionPro这种对使用者有较高编程要求的软件，无疑会对使用者提出更高的要求。而使用图形交互式的VisionMaster软件，利用其标定工具和内置市面上主流的通讯协议模块，无需二次开发就能实现丝网印刷的基本要求(如果终端对界面没有很高的要求)，显著降低了系统开发设计难度，可以实现视觉应用的快速落地，对调试人员的要求也大大降低，后期现场产品换型，效率也能显著提高。
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海康机器人V学院