太阳能硅片丝网印刷视觉自动对准系统设计

【摘要】：随着能源危机不断告急，太阳能作为一种最具潜力的新能源，有着广阔的市场和良好的应用前景，其中太阳能硅片丝网印刷成套装备，决定了太阳能硅片丝网印刷生产效率和印刷质量。本文以太阳能丝网印刷装备对准部件为主要对象，设计了基于视觉的自动对准系统，提出了基于随机Hough变换的硅片定位及基于圆心检测的丝网定位算法，实现了太阳能硅片丝网印刷高精度自动对准。 针对太阳能丝网印刷对准系统的高精度、高效率功能需求，分析了丝网印刷工艺流程，设计了自动对准系统（包括机械硬件与视觉硬件），完成了视觉系统CCD硬件选型与照明系统低角度环形光源选型，并建立了对准系统UVW纠偏机构误差映射模型，推导出丝网印刷过程位置偏差和电机进给的运动学关系。 针对对准视觉系统相机标定适应性差的问题，使用八邻域轮廓跟踪算法和Mil软件模块，系统的研究了圆点阵列标定、靶面圆点轮廓提取与中心定位等单相机标定算法，使用斜率和距离阈值限制方法，实现了标定板在任意状态下行列坐标排序和自动标定，并研究了多相机坐标系的角度与距离标定，为基于圆心检测的丝网定位提供基础。 针对传统Hough变换计算复杂、存储空间大的问题，结合硅片边缘细节特征，提出了三种改进随机Hough变换算法，对硅片边缘进行直线拟合和定位检测，包括：使用金字塔分层和隔行分块抽样，减少特征点计算；提出一种十字形拟梯度方向计算模板，对同一直线特征点归类，减少冗余计算；采用最小二乘法实现基于直线检测的硅片定位，提高精度。并实现基于圆心检测丝网定位，完成硅片丝网视觉整体对准。 对本文设计的视觉定位系统和提出的检测算法进行了性能测试，结果表明：相机标定误差范围±2μm，圆心定位平均精度8μm，硅片定位直线检测精度±15μm，处理时间20ms以内，有效提高了系统的精度和效率，满足太阳能丝网印刷的视觉定位精度和效率要求，现已成功应用到实际的太阳能硅片丝网印刷装备中。 【关键词】：太阳能丝网印刷 视觉对准 直线检测 随机霍夫变换 圆心定位 拟梯度方向模板
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TS801.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstracted5-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题背景及意义8-9
• 1.3 国内外研究现状9-15
• 1.4 本文研究内容及组织结构15-17
• 2 自动对准系统分析及设计17-29
• 2.1 对准系统功能需求分析17-18
• 2.2 自动对准系统硬件框架设计18-21
• 2.3 视觉系统硬件选型21-25
• 2.4 对准系统UVW纠偏25-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 视觉对准系统坐标系标定29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 单相机标定29-38
• 3.3 双相机坐标系关系标定38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 硅片丝网视觉定位自动对准41-55
• 4.1 Hough 变换算法及处理流程41-46
• 4.2 Hough 变换直线检测改进算法46-51
• 4.3 硅片丝网视觉对准算法实现51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 硅片丝网对准定位实验分析55-65
• 5.1 丝网圆心定位算法精度测试55-57
• 5.2 硅片直线检测精度测试57-61
• 5.3 硅片直线检测优化性能测试61-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6 总结展望65-67
• 6.1 总结65
• 6.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 附录:学位期间发表学术论文目录71

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