基于工业相机与六轴机器人的自动排版装置

摘要：光伏行业日趋火热，相应的自动化设备日新月异，本文介绍一种全自动排版装置，由两台工业相机对电池串进行边角定位，后经计算机运算，得出电池串的精确位置后，由六轴机器人对电池串进行准确排布于玻璃板上，实现快速，准确的定位功能的实现。

Abstract: With the rapiddevelopment of the photovoltaic industry and the rapid development ofautomation equipment, this paper introduces a fully automatic layout device,which uses two industrial cameras to locate the cell stringer. After computingthe exact position of the stringer, Six-axis robot battery string on theaccurate arrangement of the glass plate, to achieve fast and accuratepositioning function.

关键词：相机 机器人 排版机 光伏

Keywords: Camera Robot Lay-out Machine Photovoltaic

太阳能光伏板组件是一种暴露在阳光下便会集热，将光能转换为直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料制成的薄身固体光伏电池片组成。在生产太阳能光伏组件时，需要将电池串整齐排布在玻璃板上，然后互联焊接，进而层压成组件，但由于人工排布效率低下，费时费力，排布效果极不统一，人工的过多干涉电池串导致质量难以保证，同时手上的汗液等容易污染电池片，造成组件外观不良。因此这方面自动化设备的研发如雨后春笋般各式各样，层出不穷，本文讲述了一种全新的组合，将工业相机和六轴机器人进行配合来实现此功能，把相机的视觉定位和机器人的快、准的特点结合起来，达到完善的效果。

图1.机构组成

图1说明：

① 工业相机

② 镜头

③ 条型光源

④ 铝型材

⑤ 固定地脚

如图1说明所示，所设计的机构组成包括：光学定位系统：工业相机（型号：acA2500-14gm，数量 ：2套）,镜头（型号：LM16JCM，数量：2组），条型光源（DC24V，数量：4组）；

机器人系统：工业机器人（型号：IRB6400，数量：1台）

工作原理如下：

（1）机器人从前段设备出料位抓取电池串，机械手取料点位固定；（2）机器人将电池串判断是否旋转，在安全位置转动完成后，定点到达照相位，电池串的两端位于两套工业相机的视野范围内；（3）给相机拍照信号，相机获取图像并自动取得电池串的边角点，随即计算出所指定点的空间坐标；（4）根据电池串的两边角坐标，计算出所抓取实际电池串的串中心坐标；（5）串中心坐标与照相位（即电池串旋转位）坐标的矢量差值，就是所要传送给机器人的数据（ΔX、ΔY和Δα），机器人根据这三组差值，即可排布出整齐的电池串组。

图2.算法原理说明

下面结合图2及实施例子对本算法做进一步的描述：

如图2示，实际电池串的左下角（X1，Y1）和右下角的坐标（X2，Y2），可以用相机从所拍摄的图片中计算出实际的空间坐标点位，即X1，Y1，X2，Y2四个变量为已知变量，根据矢量计算公式：

Xz=（X1+X2）/2+（Y2-Y1）*H/L/2

Yz=（Y1+Y2）/2-（X2-X1）*H/L/2

其中H为电池片的宽度156为常规电池片，L为两个点位之间的距离：

L=sqart[(X2-X1)²+(Y2-Y1)²]

得出的（Xz，Yz）为实际电池串的串中心坐标。

与已知的照相位坐标点（Xb,Yb）进行矢量运算，

角度值为

Δα=arctan[(Y2-Y1)/(X2-X1)]

ΔX=(Yz-Yb)*sinα+(Xz-Xb)*cosα+Xb

ΔY=(Yz-Yb)*cosα-(Xz-Xb)*sinα+Yb

将计算出的三个变化量值给出到机器人，指导机器人排布各个电池串。

经过近一周的安装调试，现场已经正常使用了此自动排版装置，现场照片及实际排版效果如图3和图4所示：

图3.现场机器人和打光装置

图4.排版效果图

本文第一作者：王世贤，男，汉族，本科就读于燕山大学电气工程及其自动化专业，目前从事光伏设备设计研发类工作。

第二作者：穆中雪，女，汉族，本科就读于长江大学，食品工程专业，目前利用所学知识解决实际工作中的光学成像问题，在光伏行业应用很广。