高效晶硅太阳能光伏电池精密印刷系统的关键理论与技术研究--《华南理工大学》2013年博士论文
高效晶硅太阳能光伏电池精密印刷系统的关键理论与技术研究
【摘要】：光伏发电技术是解决全球能源危机的有效途径之一，而在众多太阳能光伏电池技术中，晶体硅太阳能光伏电池技术发展最为成熟，产业化好，是主流的发展方向。2008年金融危机之后，欧洲主权债务危机相继爆发，全球光伏产业受到了极大的影响。在这种背景下，整个光伏产业都在积极寻求一种有效降低生产成本而提高电池转换效率的方法，因此，晶硅光伏电池生产不断向薄片化、低破损率、高产量等方向发展，选择性发射极(Selective Emitter)和双次印刷(DoublePrinting)等晶硅光伏电池电极金属化新技术也相继出现，这对太阳能晶硅光伏电池电极金属化生产线上设备提出了更高的技术要求。
在晶硅光伏电池电极金属化生产线上，全自动视觉丝网印刷系统是线上主要生产设备之一，也是执行选择性发射极和双次印刷工艺的主体，其生产效率和破损控制影响着整条生产线的产量，因此，本文将对高效晶硅太阳能光伏电池精密印刷系统的关键理论与技术进行深入地研究，特别是在基于视觉的精密定位方面做了系统的研究，主要内容如下：
(1)针对丝网印刷的高速、高精度和少破损要求，开发出了新型精密视觉丝网印刷系统，并对整个系统进行模块化、柔性化设计；提出了一种多相机视觉精密印刷系统定位基准标定方法，快速建立了系统内各局部坐标系间的映射关系；在硅片视觉定位、检测方面，提出了基于正方形拟合的硅片视觉定位算法、基于平行线拟合的栅线检测算法以及多种逻辑组合的破损检测算法。
(2)平面三自由度调整对位机构是精密视觉丝网印刷系统的关键机构，其定位精度直接影响丝网印刷质量，本文提出了一种适用于丝网印刷的新型平面三自由度并联对位平台(XY-Theta并联对位平台)，并使用几何法和矢量解析法建立了该并联平台的两种运动学正解和逆解模型，然后，提出了一种有效的运动学精度分析方法，得到了分别由输入误差和结构参数误差引起的末端位置和姿态误差在并联平台工作空间内的分布情况，由此得到了相关的结论。
(3)利用XY-Theta并联对位平台的结构特点，结合矢量法和解析法，提出了一种XY-Theta并联对位平台的误差建模方法，构造出末端位置和姿态误差与几何误差源之间的映射关系，得到了误差雅克比矩阵；并通过一种几何误差灵敏度分析方法，评估了各个几何误差源对末端位置误差和姿态误差的影响。
(4)在XY-Theta并联对位平台运动学标定方面，提出了基于可移动单相机视觉测量的三角形面姿态插值标定方法和基于双相机全位姿视觉测量的分步运动学标定方法。三角形面姿态插值标定方法是一种有别于传统并联机构运动学标定的方法，避免了较为复杂的几何全参数辨识，降低了调试人员的技术要求，而且容易实现工业设备的自动标定，而分步运动学标定方法是一种分步递进的误差测量、参数辨识、误差补偿运动学标定方案，以实现更高精度的标定。
最后，在总结全文的基础上，本文还对晶硅光伏电池的精密视觉印刷系统的研究重点和研究方向进行了展望。
【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2013【分类号】：TM914.4【目录】：
摘要5-7Abstract7-9目录9-12第一章 绪论12-40 1.1 研究背景、目的和意义12-15
1.1.1 研究背景12-14
1.1.2 研究目的和意义14-15 1.2 晶硅光伏电池印刷系统研究现状15-34
1.2.1 晶硅光伏电池制备工艺简介15-18
1.2.2 全自动印刷设备及其相关技术研究现状18-33
1.2.3 现有工艺及印刷系统结构存在的问题33-34 1.3 视觉丝网印刷系统简介34-39
1.3.1 视觉丝网印刷系统模块化设计35-37
1.3.2 视觉印刷系统工作流程37-39 1.4 本论文的研究内容与结构39-40第二章 新型精密视觉丝网印刷系统研究40-57 2.1 引言40 2.2 新型精密视觉丝网印刷系统设计40-44
2.2.1 相机阵列式图像采集系统40-42
2.2.2 柔性卷纸机构42-44 2.3 多相机视觉精密丝网印刷系统基准标定44-49
2.3.1 多相机二维图像标定44-46
2.3.2 视觉精密丝网印刷系统局部坐标系基准标定46-49 2.4 视觉算法研究49-56
2.4.1 进板视觉定位算法49-50
2.4.2 出板视觉检测算法50-52
2.4.3 破损检测算法52-56 2.5 本章小结56-57第三章 XY-Theta 并联对位平台运动学分析57-73 3.1 引言57 3.2 结构设计简介57-60
3.2.1 机构描述57-59
3.2.2 机构自由度分析59-60 3.3 运动学建模60-65
3.3.1 位置模型61-65
3.3.2 速度模型65 3.4 工作空间分析65-67 3.5 运动学精度分析67-71 3.6 本章小结71-73第四章 基于视觉测量的 XY-Theta 并联对位平台运动学标定方法73-95 4.1 引言73 4.2 误差建模73-80
4.2.1 多参数位置模型73-76
4.2.2 误差构成分析76-78
4.2.3 误差雅克比矩阵78-80 4.3 误差灵敏度分析80-82 4.4 运动学标定研究82-92
4.4.1 基于可移动单相机视觉测量的三角形面姿态插值标定法82-87
4.4.2 基于双相机全位姿视觉测量的分步运动学标定方法87-92 4.5 仿真验证92-93 4.6 本章小结93-95第五章 实验研究95-108 5.1 引言95 5.2 平面测量相机标定实验95-98
5.2.1 重复精度实验95-97
5.2.2 像素当量标定实验97-98 5.3 XY-Theta 并联对位平台重复定位精度实验98-100 5.4 XY-Theta 并联对位平台运动学标定实验100-106
5.4.1 标定实验 1100-103
5.4.2 标定实验 2103-106 5.5 精密视觉丝网印刷设备综合精度实验106-107 5.6 本章小结107-108总结和展望108-110 1 主要工作和结论108-109 2 创新点109 3 研究展望109-110参考文献110-121攻读博士学位期间取得的研究成果121-123致谢123-124答辩委员会对论文的评定意见124
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& 中国晶硅光伏电池在竞争中具有价格优势
中国晶硅光伏电池在竞争中具有价格优势
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　　面对双反，尚德、英利、天合、阿特斯等17家中国光伏企业5月24日联合发表声明称，中国晶硅光伏电池在竞争中具有价格优势，根本原因在于近年来光伏产业链在中国的集聚发展、中国光伏企业较高的管理水平、生产规模优势及具有前瞻性的商业策略，与倾销无关。
　　光伏组件靠国外采购，产品销售靠牺牲利润。所以，美国人时不时要进行双反调查，欧洲人时不时要削减补贴，而中国光伏业者在每每喊冤后又勒紧一点裤腰带继续卖自己的苦力。不管你承不承认，整个中国光伏产业近年来的生存现状就在那里，而且是锲而不舍的周而复始。
　　5月18日美商务部裁定，中国晶体硅及组件商在美存在倾销行为，幅度为31.14%至249.96%.3月20日，美商务部初裁认定中国输美晶体硅光伏及组件存在补贴行为，幅度为2.9至4.73%.去年10月，SolarWorld提起申诉，要求美国对中国此类出口产品征收49.88至249.96%反倾销及反补贴税，即所谓&双反&.
　　不过，2011尚德全年亏损10亿美元，英利全年亏损5亿美元，赛维的负债率高达227%,等等，所有人都可从公开数据了解到一个事实，中国光伏组件制造商全线亏损。所以，17家联手发表声明，但只字未提中国光伏业应该如何进行实质性的反制，仅表示将继续抗辩和提供无倾销行为的证明材料也就不难理解了，赔本赚吆喝同倾销沾不上边吗？
　　多元化技术路线，多元化市场应用，多元化扶持政策，是中国光伏业者走出困境实现可持续发展的必由之路。目前整个产业90%以上一边倒的吃晶硅饭，本身就是个非理性的、急功近利式的发展路线图，薄膜逐渐扩大市场比例是符合太阳能光伏应用趋势的；提高类单晶在整个硅锭所占比例、增强市场接受度是中国光伏产业要完成的使命，这是中国光伏业拥有话语权的希望所在；除了在西部兴建大规模地面电站，在东部也要畅导分布式光伏电站自发自用与平价上网并举。
　　把半导体技术和行业的经验推广到太阳能光伏行业，已开始被中国光伏业者所接受，比如强调产品的一致性、对良率的控制能力提升等。也许这是行业冬天里的一种无奈选择，但这是一种产业自我纠正行为，从盲目无序走向理性科学发展之路。半导体用了30年时间把晶体管单位成本降低了2000万倍，太阳能光伏用了5年时间把3.7V锂电池每瓦成本降低了5倍，以半导体的发展路线图来观察太阳能光伏产业，只能有一个结论：光伏产品成本下降空间还具想像力，但这取决于光伏业者技术能力的高低。
　　中国光伏行业必须明白，依赖技术进步和产业链的有效合作才能得以持续发展，并通过垂直产业链的有效互动整合行业资源，从而促进光伏成本持续下降，以达到平价上网的入门要求。尽管我们身处冬天，但光伏市场不相信眼泪，因为太阳能光伏还没牛到舍我其谁的份上，充其量就是个配角起个补充作用，在相当长的时间内想替代传统化石能源，哪怕是实现了平价上网也希望不大，尤其在中国。
　　出了问题我们就统统归结为：无序发展导致产能过剩。那么，这多年来我们对自己的光伏应用市场有过实质性的推动吗？5月23日的国务院常务会议决定：抓紧落实扩大节能产品惠民工程实施范围，支持自给式太阳能等新能源产品进入公共设施和家庭。但就在本次国务院常务会议的前一周，针对《分布式发电管理办法》征求意见稿可能倾向鼓励&自发自用&的说法，国家发改委专家却表示坚决反对&自发自用&,说是如果光伏发电都自发自用会造成极大的资源浪费。
　　说白了，只要并网是唯一选择光伏企业就难以掌握话语权，因为现有电网所有者的掌控权是不容侵犯的。于是，17家中国光伏企业在5月24日除了一个老生常谈的声明外，还成立了&光伏可持续发展联盟&,期望联合起来促进政府制定符合光伏发电的政策，希望政府可以允许太阳能企业发电自发自用，同时也被准许平价上网
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导师姓名：&
学位授予单位：&
授予学位：博士
学位年度：2013
关键词：&&&&&
摘要:（该内容经过伪原创处理，请直接查看目录）光伏发电技巧是处理全球动力危机的有用门路之一，而在浩瀚太阳能光伏电池技巧中，晶体硅太阳能光伏电池技巧成长最为成熟，家当化好，是主流的成长偏向。2008年金融危机以后，欧洲主权债权危机接踵迸发，全球光伏家当遭到了极年夜的影响。在这类配景下，全部光伏家当都在积极追求一种有用下降临盆本钱而进步电池转换效力的办法，是以，晶硅光伏电池临盆赓续向薄片化、低破损率、高产量等偏向成长，选择性发射极（Selective Emitter）和双次印刷（DoublePrinting）等晶硅光伏电池电极金属化新技巧也接踵涌现，这对太阳能晶硅光伏电池电极金属化临盆线上装备提出了更高的技巧请求。在晶硅光伏电池电极金属化临盆线上，全主动视觉丝网印刷体系是线上重要临盆装备之一，也是履行选择性发射极和双次印刷工艺的主体，其临盆效力和破损掌握影响着整条临盆线的产量，是以，本文将对高效晶硅太阳能光伏电池周详印刷体系的症结实际与技巧停止深刻地研讨，特殊是在基于视觉的周详定位方面做了体系的研讨，重要内容以下：（1）针对丝网印刷的高速、高精度和少破损请求，开辟出了新型周详视觉丝网印刷体系，并对全部体系停止模块化、柔性化设计；提出了一种多相机视觉周详印刷体系定位基准标定办法，疾速树立了体系内各部分坐标系间的映照关系；在硅片视觉定位、检测方面，提出了基于正方形拟合的硅片视觉定位算法、基于平行线拟合的栅线检测算法和多种逻辑组合的破损检测算法。（2）立体三自在度调剂对位机构是周详视觉丝网印刷体系的症结机构，其定位精度直接影响丝网印刷质量，本文提出了一种实用于丝网印刷的新型立体三自在度并联对位平台（XY一Theta并联对位平台），并应用几何法和矢量解析法树立了该并联平台的两种活动学正解和逆解模子，然后，提出了一种有用的活动学精度剖析办法，获得了分离由输出误差和构造参数误差惹起的末尾地位和姿势误差在并联平台任务空间内的散布情形，由此获得了相干的结论。（3）应用XY一Theta并联对位平台的构造特色，联合矢量法息争析法，提出了一种XY一Theta并联对位平台的误差建模办法，结构出末尾地位和姿势误差与几何误差源之间的映照关系，获得了误差雅克比矩阵；并经由过程一种几何误差敏锐度剖析办法，评价了各个几何误差源对末尾地位误差和姿势误差的影响。（4）在XY一Theta并联对位平台活动学标定方面，提出了基于可挪动单相机视觉丈量的三角形面姿势插值标定办法和基于双相机全位姿视觉丈量的分步活动学标定办法。三角形面姿势插值标定办法是一种有别于传统并联机构活动学标定的办法，防止了较为庞杂的几何全参数辨识，下降了调试人员的技巧请求，并且轻易完成工业装备的主动标定，而分步活动学标定办法是一种分步递进的误差丈量、参数辨识、误差赔偿活动学标定计划，以完成更高精度的标定。最初，在总结全文的基本上，本文还对晶硅光伏电池的周详视觉印刷体系的研讨重点和研讨偏向停止了瞻望。
Abstract:Photovoltaic power generation technique is to deal with the global energy crisis is one of the useful ways, and in the vast solar photovoltaic cell techniques, crystalline silicon solar photovoltaic cell techniques to grow the most mature, belongings, is biased in favor of the mainstream of development. After the 2008 financial crisis, the European sovereign debt crisis after another burst, the global PV have affected greatly. Under this kind of background, all photovoltaic belongings are actively pursuing a useful come basin cost and progress cell conversion effect way is to crystal silicon photovoltaic battery ceaselessly to chip, low breakage rate, high yield biased growth, selective fired very selective emitter) and double printing DoublePrinting and crystal silicon photovoltaic battery electrode metal new skills also have sprung up, which on solar crystalline silicon photovoltaic cell electrode metal production line equipment proposed higher technical requirements. 在晶硅光伏电池电极金属化临盆线上，全主动视觉丝网印刷体系是线上重要临盆装备之一，也是履行选择性发射极和双次印刷工艺的主体，其临盆效力和破损掌握影响着整条临盆线的产量，是以，本文将对高效晶硅太阳能光伏电池周详印刷体系的症结实际与技巧停止深刻地研讨，特殊是在基于视觉的周详定位方面做了体系的研讨，重要内容以下：（1）针对丝网印刷的高速、高精度和少破损请求，开辟出了新型周详视觉丝网印刷体系，并对全部体系停止模块化、柔性化设计；提出了一种多相机视觉周详印刷体系定位基准标定办法，疾速树立了体系内各部分坐标系间的映照关系；在硅片视觉定位、检测方面，提出了基于正方形拟合的硅片视觉定位算法、基于平行线拟合的栅线检测算法和多种逻辑组合的破损检测算法。 Para Para to directly affect the crux of the adjusted (2) stereo three degree of freedom positioning mechanism to be thorough visual screen printing system mechanism, the positioning precision screen printing quality, this paper puts forward a kind of practical screen printing new stereo three degree of freedom parallel platform (XY theta parallel platform), and the application of geometric method and vector analysis method to establish the parallel platform of two kinds of activities is solution and inverse solution model, then presents a useful accuracy analysis method to obtain the separation by the output error and structural parameter errors caused by the end of the position and posture error in parallel platform task space spread, thus obtained the relevant conclusions. (3) structural characteristics of application of XY a theta parallel positioning platform, combined with vector method analytic method proposed a XY a theta parallel alignment platform error modeling methods, structure between the end position and posture error and geometric error sources mapping relations, obtain the error J and through a geometric error acuity analysis method, to evaluate the effects of various geometric error sources to the end position error and attitude error. (4) in the XY theta parallel alignment platform calibration, is proposed based on moving a single camera vision measuring triangular position interpolation calibration method and dual camera full posture visual measurement step by step calibration method based on. Triangle position interpolation calibration method is a is different from traditional parallel mechanism study of calibration way, prevents the more complex geometry parameter identification, decreased the debugging skills of personnel request, and easy industrial equipment for the active calibration, and step by step active learning methods is a step by step progressive error measurement, parameter identification, error compensation activity learning calibration plan, in order to complete higher calibration accuracy. Initially, the summary of the full text of the basic on. This paper also of crystalline silicon photovoltaic cell detailed visual printing system research priorities and research bias the prospects. ...
目录:摘要5-7Abstract7-8目录9-12第一章 绪论12-40&&&&1.1 研究背景、目的和意义12-15&&&&&&&&1.1.1 研究背景12-14&&&&&&&&1.1.2 研究目的和意义14-15&&&&1.2 晶硅光伏电池印刷系统研究现状15-34&&&&&&&&1.2.1 晶硅光伏电池制备工艺简介15-18&&&&&&&&1.2.2 全自动印刷设备及其相关技术研究现状18-33&&&&&&&&1.2.3 现有工艺及印刷系统结构存在的问题33-34&&&&1.3 视觉丝网印刷系统简介34-39&&&&&&&&1.3.1 视觉丝网印刷系统模块化设计35-37&&&&&&&&1.3.2 视觉印刷系统工作流程37-39&&&&1.4 本论文的研究内容与结构39-40第二章 新型精密视觉丝网印刷系统研究40-57&&&&2.1 引言40&&&&2.2 新型精密视觉丝网印刷系统设计40-44&&&&&&&&2.2.1 相机阵列式图像采集系统40-42&&&&&&&&2.2.2 柔性卷纸机构42-44&&&&2.3 多相机视觉精密丝网印刷系统基准标定44-49&&&&&&&&2.3.1 多相机二维图像标定44-46&&&&&&&&2.3.2 视觉精密丝网印刷系统局部坐标系基准标定46-49&&&&2.4 视觉算法研究49-56&&&&&&&&2.4.1 进板视觉定位算法49-50&&&&&&&&2.4.2 出板视觉检测算法50-52&&&&&&&&2.4.3 破损检测算法52-56&&&&2.5 本章小结56-57第三章 XY-Theta 并联对位平台运动学分析57-73&&&&3.1 引言57&&&&3.2 结构设计简介57-60&&&&&&&&3.2.1 机构描述57-59&&&&&&&&3.2.2 机构自由度分析59-60&&&&3.3 运动学建模60-65&&&&&&&&3.3.1 位置模型61-65&&&&&&&&3.3.2 速度模型65&&&&3.4 工作空间分析65-67&&&&3.5 运动学精度分析67-71&&&&3.6 本章小结71-73第四章 基于视觉测量的 XY-Theta 并联对位平台运动学标定方法73-95&&&&4.1 引言73&&&&4.2 误差建模73-80&&&&&&&&4.2.1 多参数位置模型73-76&&&&&&&&4.2.2 误差构成分析76-78&&&&&&&&4.2.3 误差雅克比矩阵78-80&&&&4.3 误差灵敏度分析80-82&&&&4.4 运动学标定研究82-92&&&&&&&&4.4.1 基于可移动单相机视觉测量的三角形面姿态插值标定法82-87&&&&&&&&4.4.2 基于双相机全位姿视觉测量的分步运动学标定方法87-92&&&&4.5 仿真验证92-93&&&&4.6 本章小结93-95第五章 实验研究95-108&&&&5.1 引言95&&&&5.2 平面测量相机标定实验95-98&&&&&&&&5.2.1 重复精度实验95-97&&&&&&&&5.2.2 像素当量标定实验97-98&&&&5.3 XY-Theta 并联对位平台重复定位精度实验98-100&&&&5.4 XY-Theta 并联对位平台运动学标定实验100-106&&&&&&&&5.4.1 标定实验 1100-103&&&&&&&&5.4.2 标定实验 2103-106&&&&5.5 精密视觉丝网印刷设备综合精度实验106-107&&&&5.6 本章小结107-108总结和展望108-110&&&&1 主要工作和结论108-109&&&&2 创新点109&&&&3 研究展望109-110参考文献110-121攻读博士学位期间取得的研究成果121-123致谢123-124答辩委员会对论文的评定意见124
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