光伏晶硅电池片印后AOI检测与分拣单元

自动化控制工程师

项目概述与设备选型

项目背景

本项目为某光伏企业设计并实施了一套基于西门子S7-1500 PLC + 康耐视机器视觉 + ABB六轴机器人的晶硅电池片印后AOI检测与自动分拣单元。系统针对丝网印刷工序后的PERC/TopCon电池片,能够精准识别断栅、漏印、拖浆、脏污、划伤、崩边等7类缺陷,实现≥3600片/小时产能、≤0.5%误检率、≤0.3%漏检率的行业领先水平。

西门子S7-1500 PLC控制系统

PLC控制系统

CPU: S7-1500 1512C-1 PN
内存: 500KB程序/3MB数据
通讯: Profinet/OPC UA
防护: IP65工业级

ABB IRB 1200六轴工业机器人

六轴机器人

型号: ABB IRB 1200-7/0.7
负载: 7kg/工作半径700mm
精度: ±0.02mm重复定位
编程: RAPID + RobotStudio

康耐视In-Sight D900视觉系统

机器视觉系统

相机: In-Sight D900 500万像素
算法: ViDi深度学习 + PatMax
光源: LED环形+同轴光
镜头: 25-35mm远心镜头

双边夹持缓存输送线与伺服定心机构

技术指标

产能: ≥3600片/小时(≤1秒/片)
误检率: ≤0.5%(≤18片/3600片)
漏检率: ≤0.3%(≤11片/3600片)
拍照+判断: ≤300ms(含传输)
电池片尺寸: 158.75×158.75mm(M6)
检测精度: 0.05mm缺陷可检出

检测缺陷类型

断栅(broken grid): 主栅/细栅断裂
漏印(missing print): 栅线缺失
拖浆(dragging): 浆料拖尾
脏污(contamination): 异物/污渍
划伤(scratch): 表面划痕
崩边(chipping): 边角破损
色差(color variation): 颜色不均

3600片/时

设计产能

99.7%

检出率

0.5%

误检率

300ms

检测时间

PLC工程师

PLC控制逻辑与I/O配置

控制架构设计

采用西门子TIA Portal V17开发,基于IEC 61131-3标准的SCL+梯形图混合编程。系统划分为6个核心功能模块:启动安全链、物料检测、AOI检测触发、机器人抓取交互、MES数据上传、异常处理。使用DB块结构化数据存储,通过Profinet实时通讯(500ms循环周期)实现PLC-机器人-视觉系统的无缝协同。

14路输入

输入信号配置

I0.0~I0.2: 急停/安全门/光栅(安全链)
I0.3~I0.5: 来料/到位/离开传感器
I0.6~I0.7: 相机触发完成/异常信号
I1.0~I1.2: 机器人就绪/抓取完成/报警
I1.3~I1.4: 温度/湿度监测
I1.5: 手动/自动模式切换

输出信号配置

Q0.0: 输送电机启动(变频器使能)
Q0.1~Q0.2: 定位气缸/夹持气缸
Q0.3~Q0.4: 相机触发/光源控制
Q0.5~Q0.7: 机器人启动/结果1/结果2
Q1.0~Q1.2: 指示灯(运行/故障/待机)
Q1.3: 蜂鸣器报警输出
Q1.4: MES数据上传握手信号

graph TB
    Start([系统启动]) --> SafetyCheck{安全链检测
FB100}
    SafetyCheck -->|安全链OK| MaterialDetect[物料检测
FB200
I0.3-I0.5传感器]
    SafetyCheck -->|安全链异常| ErrorHandle[异常处理
FB600]
    
    MaterialDetect -->|检测到物料| ConveyorControl[输送带控制
Q0.0启动]
    ConveyorControl --> PositionClamp[定位夹持
Q0.1-Q0.2]
    PositionClamp --> AOITrigger[AOI检测触发
FB300
Q0.3相机触发]
    
    AOITrigger --> VisionProcess{视觉系统
In-Sight D900}
    VisionProcess -->|检测完成
I0.6| ResultReceive[接收检测结果
OK/RW/NG]
    VisionProcess -->|检测异常
I0.7| ErrorHandle
    
    ResultReceive --> RobotInteract[机器人交互
FB400
Q0.5-Q0.7]
    RobotInteract -->|等待机器人
I1.0就绪| RobotGrab[机器人抓取
I1.1完成]
    RobotGrab --> MESUpload[MES数据上传
FB500
Q1.4握手]
    
    MESUpload --> NextCycle{继续循环?}
    NextCycle -->|是| MaterialDetect
    NextCycle -->|否| End([流程结束])
    
    ErrorHandle -->|报警
Q1.3蜂鸣器| AlarmLight[故障指示
Q1.1红灯]
    AlarmLight --> ManualReset{手动复位?}
    ManualReset -->|复位
I1.5| SafetyCheck
    ManualReset -->|急停
I0.0-I0.2| EmergencyStop[紧急停止
切断所有输出]
    
    style Start fill:#4a9d5f,stroke:#2d7a3f,color:#fff
    style End fill:#4a9d5f,stroke:#2d7a3f,color:#fff
    style SafetyCheck fill:#f59e0b,stroke:#d97706,color:#fff
    style VisionProcess fill:#f59e0b,stroke:#d97706,color:#fff
    style NextCycle fill:#f59e0b,stroke:#d97706,color:#fff
    style ManualReset fill:#f59e0b,stroke:#d97706,color:#fff
    style ErrorHandle fill:#ef4444,stroke:#dc2626,color:#fff
    style EmergencyStop fill:#ef4444,stroke:#dc2626,color:#fff
    style AlarmLight fill:#ef4444,stroke:#dc2626,color:#fff

交互式流程图

核心功能块

FB100: 安全链监控(SIL2)
FB200: 输送带伺服控制
FB300: 视觉系统接口
FB400: 机器人交互逻辑
FB500: MES数据上传
FB600: 异常诊断与报警

数据块结构

DB1: 系统配置参数
DB2: 生产统计数据
DB3: 检测结果缓存(FIFO)
DB4: 批次追溯信息
DB5: 报警历史记录
DB6: 配方参数库

通讯配置

Profinet IO: 机器人控制器
TCP/IP: In-Sight D900相机
OPC UA: MES系统对接
Modbus TCP: 变频器/伺服
HTTP: HMI触摸屏(WinCC)
500ms循环周期 + 事件触发

控制模式	触发条件	执行动作	预期结果
自动模式	来料传感器ON + 安全链OK	输送带启动→定位夹持→触发相机	获得检测结果,触发机器人
手动模式	操作员按下启动按钮	单步执行各动作(调试用)	逐步验证各环节功能
复位模式	报警发生后按复位键	清除报警→回零位→等待启动	系统恢复至初始状态
急停模式	急停按钮按下/安全门打开	立即切断所有输出→保持状态	设备安全停止,等待复位

输入信号数

0路

输出信号数

0路

功能块数

6个

通讯协议

5种

机器人调试工程师

机器人编程与分拣逻辑

RAPID编程实现

基于ABB RobotStudio离线编程,使用RAPID语言开发拾取-判断-分拣主程序。系统通过真空吸盘拾取电池片(负压-60kPa),根据PLC传输的检测结果(OK/RW/NG)执行对应分拣路径。采用多点轨迹规划优化节拍(单次循环≤0.8秒),使用WorldZone碰撞检测保障安全,通过TCP精度补偿实现±0.02mm重复定位精度。

01

等待就绪

DI1信号检测

02

移动拾取

300mm/s速度

03

读取结果

DI2-DI3编码

04

路径判断

OK/RW/NG分支

05

精确放置

±0.02mm精度

06

返回循环

DO1反馈信号

安全策略设计

工作区域: 4个WorldZone限制区域
急停响应: ≤50ms安全断电
碰撞检测: 力矩阈值80%触发保护

示教模式: 速度限制250mm/s
负载监控: 超7kg触发报警
安全评级: PL=d / SIL=2

轨迹优化参数

拾取速度: 300mm/s(V100)
空载速度: 800mm/s(V300)
负载速度: 500mm/s(V200)
转角区: Zone10(精确定位)
加速度: 80%最大值
单次节拍: ≤0.8秒

末端工具配置

吸盘类型: 硅胶平面吸盘×4
真空度: -60kPa(可调-50~-80)
检测方式: 真空开关+模拟量反馈
TCP偏移: X+50 Y+0 Z+120mm
工具重量: 1.2kg(含快换盘)
负载数据: LoadData配置校准

I/O信号映射

DI1: PLC允许抓取信号
DI2-DI3: 检测结果编码(2bit)
DI4: 急停联锁信号
DO1: 抓取完成反馈
DO2: 真空吸盘控制
DO3: 报警输出

检测结果	DI2-DI3编码	分拣目标	坐标位置
OK(良品)	00	OK托盘(8×10排列)	X-300 Y+200 Z+50
RW(返工)	01	RW托盘(待复检)	X-300 Y-200 Z+50
NG(废品)	10	废料箱(统一收集)	X-500 Y+0 Z+100
异常	11	暂存区(等待人工处理)	X+0 Y+0 Z+150

单次节拍

0秒

重复定位精度

±0.02mm

安全等级

PL=d/SIL=2

工作区域数

0个

机器视觉识别工程师

视觉标定与性能验证

深度学习AOI实现

采用康耐视In-Sight D900智能相机,搭载ViDi Suite深度学习库。使用Red Analyze工具检测表面缺陷(划伤/脏污/色差),Blue Locate工具定位栅线特征,Green Classify工具分类缺陷类型。通过500张OK样本+200张NG样本训练模型,实现99.7%检出率、0.3%误检率。配合25-35mm远心镜头+LED环形光+同轴光,保证0.05mm缺陷可检出。

AOI检测工位实景

光源与镜头配置

主光源: LED环形白光(12000lm可调)
辅助光: 同轴光(消除反光)
镜头: 25-35mm远心镜头F2.8
视野: 200×200mm(覆盖全片)
景深: ±2mm(适应厚度波动)
分辨率: 0.04mm/pixel(500万像素)

标定流程

1. 几何标定: 使用标准棋盘格板
2. 光源调试: 亮度/角度/均匀性优化
3. 对焦校准: 激光测距仪辅助
4. 模型训练: 500 OK + 200 NG样本
5. 阈值调优: ROC曲线分析
6. 验收测试: 1000片实测验证

ViDi深度学习工具

Red Analyze: 表面缺陷检测
Blue Locate: 栅线特征定位
Green Classify: 缺陷类型分类
Blue Read: OCR识别(批次号)
模型融合: 多工具组合决策
持续学习: 定期迭代优化

通讯协议

TCP/IP: 与PLC主控(Port 23)
触发方式: 硬件触发(I/O信号)
结果输出: JSON格式(OK/RW/NG)
图像存储: FTP上传(NG图片)
处理时间: ≤200ms(拍照+判断)
握手机制: Request-Response模式

性能指标

检出率: 99.7%(≤3漏检/1000片)
误检率: 0.3%(≤3误报/1000片)
最小缺陷: 0.05mm可检出
重复精度: σ≤0.02mm(定位)
单次耗时: 150ms拍照+50ms判断
产能适配: ≥3600片/小时

缺陷类型	检测方法	判定标准	检出率
断栅	Blue Locate + 边缘检测	栅线连续性中断>0.5mm	99.9%
漏印	Blue Locate + 灰度统计	栅线缺失面积>2mm²	99.8%
拖浆	Red Analyze异常检测	浆料拖尾长度>1mm	99.5%
脏污	Red Analyze + 对比学习	异物面积>0.3mm²	99.6%
划伤	Red Analyze纹理分析	划痕深度>0.05mm	99.4%
崩边	Blue Locate边缘定位	边角缺损>0.5mm	99.9%
色差	Green Classify颜色分类	色差ΔE>10(Lab空间)	99.3%

总检出率

0%

总误检率

0.3%

最小缺陷尺寸

0.05mm

检测缺陷类型

0类

项目成果总结

⚡ 核心技术

西门子S7-1500 PLC控制系统
ABB IRB 1200六轴工业机器人
康耐视In-Sight D900深度学习AOI
Profinet/OPC UA工业通讯
ViDi Suite深度学习算法
TIA Portal + RAPID混合编程
MES系统数据追溯对接
SIL2/PLd功能安全设计

📊 性能指标

产能: ≥3600片/小时(≤1秒/片)
检出率: 99.7%(≤3漏检/1000片)
误检率: 0.3%(≤3误报/1000片)
定位精度: ±0.02mm(机器人)
最小缺陷: 0.05mm可检出
检测时间: ≤300ms(含传输)
分拣节拍: ≤0.8秒/片
批次追溯: 100%可追溯

🎯 应用成果

产能提升: 人工1800→自动3600片/时
质量提升: 漏检率3%→0.3%
人力节省: 减少4人/班次
回报周期: 设备投资18个月回本
稳定性: 连续运行>6000小时无故障
数据价值: 完整质量追溯链
行业认可: 客户复购3条线
技术积累: 形成标准化解决方案

⚡ 光伏晶硅电池片印后AOI检测与分拣单元圆满交付!

光伏晶硅电池片
印后AOI检测与分拣单元

PLC控制 · 机器视觉 · 智能分拣

项目概述与设备选型

项目背景

PLC控制系统

六轴机器人

机器视觉系统

技术指标

检测缺陷类型

PLC控制逻辑与I/O配置

控制架构设计

输入信号配置

输出信号配置

核心功能块

数据块结构

通讯配置

机器人编程与分拣逻辑

RAPID编程实现

等待就绪

移动拾取

读取结果

路径判断

精确放置

返回循环

安全策略设计

轨迹优化参数

末端工具配置

I/O信号映射

视觉标定与性能验证

深度学习AOI实现

光源与镜头配置

标定流程

ViDi深度学习工具

通讯协议

性能指标

项目成果总结

⚡ 核心技术

📊 性能指标

🎯 应用成果