(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210488465.0 (22)申请日 2022.05.06 (71)申请人 太原科技大 学 地址 030024 山西省太原市万柏林区窊流 路66号 (72)发明人 王安红　代泽蒲　景灏　杨亚坤　 卜冬寒　 (74)专利代理 机构 太原中正和专利代理事务所 (普通合伙) 14116 专利代理师 焦进宇 (51)Int.Cl. G06T 5/00(2006.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/136(2017.01) G06T 7/00(2017.01)G06T 7/66(2017.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 一种基于在线式石墨舟硅片检测的视觉算 法 (57)摘要 本发明是一种基于在线式石墨舟硅片检测 的视觉算法， 属于石墨舟硅片检测领域， 将石墨 舟放置在上下片机自动化装置上， 通过其PLC来 控制石墨舟进出通道， 它的视觉检测装置设置于 石墨舟运行通道的斜上方， 其中包括： 相机模组、 光源以及相应工控机， 石墨舟硅片紧贴在舟页两 侧， 在石墨舟运行过程以及机械手抓取过程中容 易出现硅片翘曲和掉落的情况， 影响生产效率， 故本发明设计一种石墨舟硅片检测算法来实现 硅片翘曲和掉落的检测。 本发明能实现太阳能电 池产线中石墨舟硅片的在线式检测， 这在很大程 度上提高了太阳能电池产线中硅片翘曲和掉落 的检出率， 从而， 提升 了生产效率和经济效益。 权利要求书5页 说明书11页 附图2页 CN 114764755 A 2022.07.19 CN 114764755 A 1.一种基于在线式石墨舟硅片检测的视 觉算法， 其特 征在于： 检测视觉系统结构和拍摄原理： 一台标准石 墨舟从左到右共有27片舟页， 每两片舟页间距14mm， 且可插入52张硅片。 自 动化上下片机 设备共分两个通道， 分别都进 行石墨舟进 舟、 出舟操作， 在 石墨舟正对左斜上 方架设四个相机， 编号分别为下图1所示的相机1、 2、 3、 4， 采用伺服电机驱动相机模组往返 运动来拍摄1、 2通道， 右斜上方1、 2通道工位各安装一个光源， 且光源、 相机近似等腰三角 形， 而在镜 头选择上， 选用普通的工业镜 头； 结构架图如图1所示。 利用四个相机拍摄来检测整个石墨舟硅片的情况， 相机1拍摄的是舟页1的左侧到舟页 9的左侧， 相机2拍摄的是舟页0的右侧到舟页8的右侧， 舟页10的左侧到舟页17的左侧。 同理 相机2、 3镜像对称， 相机1、 4镜像对称； 拍摄结构分布图如图2所示。 视觉算法的具体步骤如下： 步骤1)图像预处 理 S1、 拍摄图像并仿射变换 首先调整相机光圈， 校准相机焦距， 调整相机的曝光时间、 增益和对比度参数， 使安装 的四个相 机都可以清晰呈现石墨舟中硅片的图像并进行拍摄， 当石墨舟进出设备时， 相 机 模组运动至当前工作通道， 开始对运动中的石墨舟进行实时拍照； 接着工控机对相机模组内的图像进行读取， 因为相机是倾斜拍照， 会使石墨舟的矩形 区域在拍摄图像中呈现为梯形， 为解决该问题， 现采用4点仿射变换方式， 按照左 上、 左下、 右上、 右下的顺序读取梯形区域图像中的4个坐标点进 行仿射变换， 使石墨舟图像的梯形区 域还原为矩形； S2、 切割固定区域图像 将仿射变换还原的矩形图像进一 步切割； S3、 光照均衡 采用光照均衡的算法使该图像亮度均衡， 需要调整每一个石墨舟分片的光照； S4、 光照增强 将达到了亮度均衡要求的图片， 利用同态滤波方法对低频能量进行压制， 对高频能量 进行提高， 增 加图像的对比度， 达 到所提取 特征可较好识别的效果； S5、 图像二 值化并检查图像效果 将上述步骤S4中获取的图像At， 再次进行cv2.GaussianBlur 处理， 包括平滑和去噪， 得 到图像Ac， 通过cv2.thre shold函数， 对图像Ac像素值的阈值进行判断， 以此获取二值化后的 理想图像； 检查图像效果： 各石墨舟分片图像的亮度 是否均衡； 暗区和亮区的细节描述是否清楚； 是否可准确判断出石墨舟舟页和硅片的位置； 如果是则处理完成， 否则重新调整参数进行 处理。 S6、 图像转评估曲线 利用np.mean函数算法对二值化后图像像素值进行平均 化， 按列求取平均 值， 转化为需 要的评估曲线； 步骤2)搜索区域分割识别 S1、 通过前期的图像处 理， 得到评估曲线图像；权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114764755 A 2S2、 相机模组中4个相机对于曲线区域的搜索方式不同， 相机1、 4成镜像对称， 2、 3成镜 像对称； S3、 确定舟页的分割起 点(基准线) 相机模组中4个相机所拍摄石 墨舟的位置不同， 1、 2相机拍摄石 墨舟左侧图像， 3、 4相机 拍摄石墨舟右侧图像， 以相机1、 2 为例： 相机1、 2选取舟页起点的方式相同， 取切割后舟页区 域最右边的舟页为起点， 将起点舟页的中心线作为基准线， 左右各50像素的范围作为搜索 区域； 取相机1为例： 1)手动设置起 点估计值 为 且 其中a、 b是常数； 2)For i in range(a， b):其中 a， b为搜索区域 起点和终点。 3)采用重心法计算： 其中， (a， b)为小视场的范围， e[j]为评估 曲线， j和i为小视场的二重循环,m为指数惩 罚系数， costi为重心评价指数； 4)求取基准线公式计算： X1,0＝a+idx(max(cost) )； 其中， X1,0为基准线， a为搜索区域起点， idx(max(cost))为重心所在位置的像素坐标 值； S4、 求取石墨舟 舟页的间距均值； 设k1为相机1舟页间距均值， k2为相机2舟页间距均值， 根据评估曲线图像， 利用均值公 式计算舟页间距均值： k1＝(X1,0‑X1,9)÷9 k2＝(X2,0‑X2,17)÷17 其中 为手工选取估计值； 在相机位置不变、 石墨舟正常校准的情况下， 每个相机的石墨舟条的成像间距大致相 等； S5、 确定每 个舟页的理论 位置 根据舟页间距均值和舟页基准线位置的确定， 采用外推的方式， 依次从基准线起点位 置往外推间距均值大小的像素， 确定所有舟页的位置； 设相机1舟页位置为X1,i,相机2舟页位置为X2,j， 采用外推法公式计算： X1,i＝X1,0‑k1×i i∈(0,9) X2,j＝X2,0‑k2×j j∈(0,17) S6、 确定搜索区域 为了避免对侧硅片成像干扰， 对每一格采用一个缩小的区域进行搜索， 由于距离相机 中心越远， 硅片距离舟页就越远， 故人为认定， 靠近相机中心线的硅片不会越过两舟页1/2 间距处， 其 余硅片不会 越过2/3间距处； 相机1： 记X1,9为相机中心线， gi为格， 确定 搜索区域： i∈[1,5]时， 搜索区域 为： (X1,i‑1‑2k1/3， X1,i‑1)权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114764755 A 3