CN111009013A - 一种用于划片机的振镜标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种用于划片机的振镜标定方法，包括下述步骤：1）工业相机的自身像素尺度及畸变透射的标定；2）确定激光打标工作范围；3）激光振镜标定。本发明彻底解决了传统人工标定方法时认为主观因素对标定精度的影响和标定质量差、耗费时间长、标定难度大等问题，整个标定过程完全自动化和智能化，提高了划片机激光振镜系统的标定效率和精度，极大地节约了标定时间，降低了对于作业人员的要求，适用于采用多套激光器的设备标定。
Description
技术领域
本发明属于光伏设备技术领域，具体涉及一种用于划片机的振镜标定方法。
背景技术
光伏电池片目前在人们的日常以及生活中应用非常广泛，电池片可有效将太阳能转换成电能以及热能等，供人们使用，给人们的工作和生活带来较大的便利。随着技术的发展及光伏发电平价上网的需求，越来越多新的光伏电池片加工及封装技术被应用，划片机作为重要的光伏电池片加工设备，其性能好坏对于光伏行业的发展有着很大的影响。
电池片划片机激光振镜系统采用光纤激光器作为激光光源，其发出的激光光束经过扩束镜、场镜、振镜等相关光学器件聚焦在加工平面上，通过振镜软件可以控制激光在加工平面上的扫描轨迹。因此，在激光扫描过程中，精确的扫描路径对于保证激光加工轨迹精度尤为重要。由于激光器、振镜等光学器件存在安装误差，光斑在平面中存在离焦误差等，这些都会造成激光器发出的激光光束不能按照理想的轨迹扫描。所以，通常划片机激光振镜系统在正式投入生产前，都需要采用一定的方法对激光振镜系统进行校准和标定，使激光器发出的激光光束能够尽可能安装理想的轨迹进行扫描。现有划片机设备通常采用人工标定的方法对划片机激光振镜系统进行校准和标定。
这种标定方法通常使用比加工平面尺寸大的标定板或标定纸，将其放置在特定的位置上，然后让激光在其表面打上规定的点或线，然后人工观察激光轨迹与标准点或线的误差，并通过修改软件相应的参数进行补偿和校准。这样的标定方法可以在一定程度上校正激光光束位置，但是仍然存在如下不足：
一、人工观察激光轨迹与标准点之间的误差：精度依赖于进行作业人员的经验与技巧，具有较大的主观人为因素，会导致标定精度不合要求。
二、不适用于采用两套或多套激光器设备的标定：目前，为了提高划片机的生产节拍，市场上已经出现了采用多个激光器的划片机设备，该划片机可以让多个激光器在同一扫描平面上，对同一目标进行分区协同扫描。因此，此类设备就要求不同激光器需要具有很好的配合精度，且其加工面尺寸也往往较大。如果采用现有的标定方法，需要使用更大尺寸的标定板，其加工成本比较昂贵。
三、耗费大量的时间：人工方式进行划片机激光振镜系统标定时，操作人员没有明确的方法和指标能够快速的判断标定质量，因此会出现反复标定的情况，耗费大量的时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种彻底解决了传统人工标定方法时认为主观因素对标定精度的影响和标定质量差、耗费时间长、标定难度大等问题，整个标定过程完全自动化和智能化，提高了划片机激光振镜系统的标定效率和精度，极大地节约了标定时间，降低了对于作业人员的要求，适用于采用多套激光器的设备标定的用于划片机的振镜标定方法。
本发明的技术方案是，一种用于划片机的振镜标定方法，包括下述步骤：
1）工业相机的自身像素尺度及畸变透射的标定，其方法为：
S1）在需要标定的激光振镜系统的工控机上打开并运行视觉检测软件及其它所需文件，读入标定附加信息并将高精度标准标定板放置在激光扫描平面，判断是否进入相机像素尺度标定模式；
S2）判断是则进入像素尺度标定模式，由工业相机对高精度标准标定板进行拍照，判断是第一张照片、中间照片或最后一张照片；
是第一张照片则清除相应文件夹内容；
是中间照片则匹配标准文件保存流程并显示匹配的效果图；
是最后一张照片则读入相应匹配结果的TXT文件，然后计算像素尺度与夹角、对应的方向并拟合结果到图像上，保存图像及计算匹配结果CSV文件，确定是否接受该结果，接受则将像素尺度与夹角、对应的方向写入配方文件并结束上述步骤，不接受则直接结束并检查后重新开始；
S3）准备畸变透射文件进行变换；
标准文件保存流程为：开始并保存原图至对应文件夹；匹配或拟合得到像素尺度Dx、Dy、Dθ；将匹配结果绘制在原图像保存至相应文件夹；将匹配结果保存到对应的TXT文件并结束返回；
S4）进行上述标定前，需要确定工业相机能正常拍照，准备高精度标准标定板，确定用于匹配的特征；
2）确定激光打标工作范围，其方法为：
S1）将黑色相纸放置在激光扫描平面上，接通激光打标卡和激光控制器的电源，在激光打标软件中设定激光扫描轨迹数据，设置激光扫描轨迹为180*180mm的正方形；
S2）触发激光打标软件控制激光发生器产生激光光束，使得激光光束通过振镜在黑色相纸上进行激光轨迹扫描；
S3）触发工业相机对黑色相纸进行拍照，视觉检测软件对照片进行拟合分析，计算出在像素尺度坐标系下的激光扫描轨迹的像素坐标和范围，并将像素坐标系坐标和范围与激光扫描范围相关联；
3）激光振镜标定，其方法为：
S1）将一张新的黑色相纸放置在激光扫描平面上，操作工控机上的激光打标软件设置激光扫描轨迹，设置的激光扫描轨迹是中心距为65mm阵列排布的9个正方形，每个正方形的尺寸是5x5mm；
S2）设置好上述激光扫描轨迹后，点击开始标定按钮，激光打标软件自动通过激光打标卡和激光控制器控制激光在黑色相纸上进行设定的激光轨迹扫描；
S3）视觉检测软件收到激光打标软件反馈的激光轨迹已经扫描完成信号时，此时视觉检测软件触发工业相机对黑色相纸进行拍照并检测黑色相纸200上的激光扫描轨迹；
S4）视觉检测软件对工业相机拍的照片进行识别和图像拟合，分析计算照片中9个正方形在像素尺度坐标系下的中心距及尺寸，并分析9个正方形是否为阵列排布，并将分析后的数据与设置的激光扫描轨迹数据进行计算偏差值，并根据补偿偏差值后的数据计算出下一次激光扫描的轨迹像素尺度坐标转换为激光扫描坐标发送给打标卡软件；
S5）激光打标软件根据收到的新一组激光扫描坐标控制激光进行轨迹扫描，重复上述步骤；
S6）在进行上述操作前可以在视觉检测软件中设置每个检测参数的阈值，在标定过程中视觉检测软件会对产生的每个数据进行判断，如果在设定阈值内则继续，如果超出阈值则进行报警提示由操作人员判断数据是否合理及标定流程是否继续。
在本发明一个较佳实施例中，所述工业相机为2000W像素高精度工业相机。
在本发明一个较佳实施例中，所述激光发生器为光纤激光发生器。
在本发明一个较佳实施例中，所述激光打标软件和视觉检测软件互相通信并自动完成步骤1）至步骤3）的处理。
在本发明一个较佳实施例中，所述视觉检测软件自动判断对工业相机所拍照片的分析数据是否合理，如果不合理则本组数据不会使用。
在本发明一个较佳实施例中，所述激光打标软件对于视觉检测软件发送的数据进行迭代比对处理。
本发明所述为一种用于划片机的振镜标定方法，本发明彻底解决了传统人工标定方法时认为主观因素对标定精度的影响和标定质量差、耗费时间长、标定难度大等问题，整个标定过程完全自动化和智能化，提高了划片机激光振镜系统的标定效率和精度，极大地节约了标定时间，降低了对于作业人员的要求，适用于采用多套激光器的设备标定。
附图说明
图1为本发明一种用于划片机的振镜标定方法一较佳实施例中的控制系统框图；
图2为本发明一种用于划片机的振镜标定方法一较佳实施例中进行标定时其中一种激光轨迹照片图；
图3为本发明一种用于划片机的振镜标定方法一较佳实施例中进行标定时其中一种激光轨迹照片图；
图4为本发明一种用于划片机的振镜标定方法一较佳实施例中进行标定时其中一种激光轨迹照片图；
图5为本发明一种用于划片机的振镜标定方法一较佳实施例中进行标定时其中一种激光轨迹照片图；
图6为本发明一种用于划片机的振镜标定方法一较佳实施例中进行标定时其中一种激光轨迹照片图；
图7为本发明一种用于划片机的振镜标定方法一较佳实施例中进行标定时其中一种激光轨迹照片图。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明为一种用于划片机的振镜标定方法，如图1所示，包括下述步骤：
1）工业相机100的自身像素尺度及畸变透射的标定，工业相机100为2000W像素高精度工业相机100，其方法为：
S1）在需要标定的激光振镜系统的工控机103上打开并运行视觉检测软件101及其它所需文件，读入标定附加信息并将高精度标准标定板放置在激光扫描平面，判断是否进入相机像素尺度标定模式；
S2）判断是则进入像素尺度标定模式，由工业相机100对高精度标准标定板进行拍照，判断是第一张照片、中间照片或最后一张照片；
是第一张照片则清除相应文件夹内容；
是中间照片则匹配标准文件保存流程并显示匹配的效果图；
是最后一张照片则读入相应匹配结果的TXT文件，然后计算像素尺度与夹角、对应的方向并拟合结果到图像上，保存图像及计算匹配结果CSV文件，确定是否接受该结果，接受则将像素尺度与夹角、对应的方向写入配方文件并结束上述步骤，不接受则直接结束并检查后重新开始；
S3）准备畸变透射文件进行变换；
标准文件保存流程为：开始并保存原图至对应文件夹；匹配或拟合得到像素尺度Dx、Dy、Dθ；将匹配结果绘制在原图像保存至相应文件夹；将匹配结果保存到对应的TXT文件并结束返回；
S4）进行上述标定前，需要确定工业相机100能正常拍照，准备高精度标准标定板，确定用于匹配的特征；
2）确定激光打标工作范围，其方法为：
S1）将黑色相纸200放置在激光扫描平面上，接通激光打标卡104和激光控制器105的电源，在激光打标软件102中设定激光扫描轨迹201数据，设置激光扫描轨迹201为180*180mm的正方形；
S2）触发激光打标软件102控制激光发生器产生激光光束，激光发生器为光纤激光发生器，使得激光光束通过振镜106在黑色相纸200上进行激光轨迹扫描；
S3）触发工业相机100对黑色相纸200进行拍照，视觉检测软件101对照片进行拟合分析，计算出在像素尺度坐标系下的激光扫描轨迹201的像素坐标和范围，并将像素坐标系坐标和范围与激光扫描范围相关联；
3）激光振镜标定，其方法为：
S1）将一张新的黑色相纸200放置在激光扫描平面上，无需放置在特定的位置上，极大地减低了标定的操作难度，操作工控机103上的激光打标软件102设置激光扫描轨迹201，设置的激光扫描轨迹201是中心距为65mm阵列排布的9个正方形，每个正方形的尺寸是5x5mm；
S2）设置好上述激光扫描轨迹201后，点击开始标定按钮，激光打标软件102自动通过激光打标卡104和激光控制器105控制激光在黑色相纸200上进行设定的激光轨迹扫描；
S3）视觉检测软件101收到激光打标软件102反馈的激光轨迹已经扫描完成信号时，此时视觉检测软件101触发工业相机100对黑色相纸200进行拍照并检测黑色相纸200上的激光扫描轨迹201，工业相机100拍照生产的照片如图2所示；
S4）视觉检测软件101对工业相机100拍的照片进行识别和图像拟合，分析计算照片中9个正方形在像素尺度坐标系下的中心距及尺寸，并分析9个正方形是否为阵列排布，并将分析后的数据与设置的激光扫描轨迹201数据进行计算偏差值，并根据补偿偏差值后的数据计算出下一次激光扫描的轨迹像素尺度坐标转换为激光扫描坐标发送给打标卡软件；
S5）激光打标软件102根据收到的新一组激光扫描坐标控制激光进行轨迹扫描，重复上述步骤；
S6）在进行上述操作前可以在视觉检测软件101中设置每个检测参数的阈值，在标定过程中视觉检测软件101会对产生的每个数据进行判断，如果在设定阈值内则继续，如果超出阈值则进行报警提示由操作人员判断数据是否合理及标定流程是否继续。
如图3-图7所示，均为本发明进行标定时的其中一种激光轨迹照片图。
上述步骤都是由激光打标软件102和视觉检测软件101互相通信自动完成，因此对于操作人员要求很低，且视觉检测软件101会自动判断对工业相机100所拍照片的分析数据是否合理，如果不合理则本组数据不会使用，避免检测数据有误对标定精度造成的影响。
激光打标软件102对于视觉检测软件101发送的数据是进行迭代比对处理，因此上述步骤重复次数越多则激光振镜系统标定精度越高。通过实际验证发现，上述标定步骤重叠三次后，标定精度就可以满足划片机对于激光振镜系统的精度要求。对于精度要求更高的场合或者多激光应用场合，只需要增加上述标定的次数或者将黑色相纸200尺寸增大即可满足标定精度要求。
本发明所述为一种用于划片机的振镜标定方法，本发明彻底解决了传统人工标定方法时认为主观因素对标定精度的影响和标定质量差、耗费时间长、标定难度大等问题，整个标定过程完全自动化和智能化，提高了划片机激光振镜系统的标定效率和精度，极大地节约了标定时间，降低了对于作业人员的要求，适用于采用多套激光器的设备标定。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种用于划片机的振镜标定方法，其特征在于：包括下述步骤：
1）工业相机的自身像素尺度及畸变透射的标定，其方法为：
S1）在需要标定的激光振镜系统的工控机上打开并运行视觉检测软件及其它所需文件，读入标定附加信息并将高精度标准标定板放置在激光扫描平面，判断是否进入相机像素尺度标定模式；
S2）判断是则进入像素尺度标定模式，由工业相机对高精度标准标定板进行拍照，判断是第一张照片、中间照片或最后一张照片；
是第一张照片则清除相应文件夹内容；
是中间照片则匹配标准文件保存流程并显示匹配的效果图；
是最后一张照片则读入相应匹配结果的TXT文件，然后计算像素尺度与夹角、对应的方向并拟合结果到图像上，保存图像及计算匹配结果CSV文件，确定是否接受该结果，接受则将像素尺度与夹角、对应的方向写入配方文件并结束上述步骤，不接受则直接结束并检查后重新开始；
S3）准备畸变透射文件进行变换；
标准文件保存流程为：开始并保存原图至对应文件夹；匹配或拟合得到像素尺度Dx、Dy、Dθ；将匹配结果绘制在原图像保存至相应文件夹；将匹配结果保存到对应的TXT文件并结束返回；
S4）进行上述标定前，需要确定工业相机能正常拍照，准备高精度标准标定板，确定用于匹配的特征；
2）确定激光打标工作范围，其方法为：
S1）将黑色相纸放置在激光扫描平面上，接通激光打标卡和激光控制器的电源，在激光打标软件中设定激光扫描轨迹数据，设置激光扫描轨迹为180*180mm的正方形；
S2）触发激光打标软件控制激光发生器产生激光光束，使得激光光束通过振镜在黑色相纸上进行激光轨迹扫描；
S3）触发工业相机对黑色相纸进行拍照，视觉检测软件对照片进行拟合分析，计算出在像素尺度坐标系下的激光扫描轨迹的像素坐标和范围，并将像素坐标系坐标和范围与激光扫描范围相关联；
3）激光振镜标定，其方法为：
S1）将一张新的黑色相纸放置在激光扫描平面上，操作工控机上的激光打标软件设置激光扫描轨迹，设置的激光扫描轨迹是中心距为65mm阵列排布的9个正方形，每个正方形的尺寸是5x5mm；
S2）设置好上述激光扫描轨迹后，点击开始标定按钮，激光打标软件自动通过激光打标卡和激光控制器控制激光在黑色相纸上进行设定的激光轨迹扫描；
S3）视觉检测软件收到激光打标软件反馈的激光轨迹已经扫描完成信号时，此时视觉检测软件触发工业相机对黑色相纸进行拍照并检测黑色相纸200上的激光扫描轨迹；
S4）视觉检测软件对工业相机拍的照片进行识别和图像拟合，分析计算照片中9个正方形在像素尺度坐标系下的中心距及尺寸，并分析9个正方形是否为阵列排布，并将分析后的数据与设置的激光扫描轨迹数据进行计算偏差值，并根据补偿偏差值后的数据计算出下一次激光扫描的轨迹像素尺度坐标转换为激光扫描坐标发送给打标卡软件；
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S6）在进行上述操作前可以在视觉检测软件中设置每个检测参数的阈值，在标定过程中视觉检测软件会对产生的每个数据进行判断，如果在设定阈值内则继续，如果超出阈值则进行报警提示由操作人员判断数据是否合理及标定流程是否继续。
2.根据权利要求1所述的用于划片机的振镜标定方法，其特征在于：所述工业相机为2000W像素高精度工业相机。
3.根据权利要求1所述的用于划片机的振镜标定方法，其特征在于：所述激光发生器为光纤激光发生器。
4.根据权利要求1所述的用于划片机的振镜标定方法，其特征在于：所述激光打标软件和视觉检测软件互相通信并自动完成步骤1）至步骤3）的处理。
5.根据权利要求1所述的用于划片机的振镜标定方法，其特征在于：所述视觉检测软件自动判断对工业相机所拍照片的分析数据是否合理，如果不合理则本组数据不会使用。
6.根据权利要求1所述的用于划片机的振镜标定方法，其特征在于：所述激光打标软件对于视觉检测软件发送的数据进行迭代比对处理。
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