视觉检测助力绿色能源生产

绿色能源发展是必要且增长速度非常快的。根据美国联邦能源监管委员会（FERC）的数据，到2023年，可再生能源将增长到该国容量的27%，主要是新的风能和太阳能装置。此外，电网的发展将需要新的供应链和工艺的发展，例如锂离子电池产量的增加。

随着政府、私营企业和消费者都在寻求更环保且负担得起的能源，太阳能电池和风力涡轮机制造商面临着提高产品质量和降低成本的压力。如果世界有机会实现零碳排放，可充电电池将成为解决方案的关键部分。本文将探讨视觉检测技术如何在使绿色能源成功中发挥至关重要的作用。

太阳能电池板

尽管COVID-19大流行导致基础组件的供应链中断，但太阳能是所有可再生能源技术中第二大绝对增长，略高于风能，领先于水电。根据国际能源署的《2020年世界能源展望》，在过去十年中，没有其他发电技术能与太阳能发电的步伐相媲美，从而产生了“最便宜的...历史上的电力“;在大多数主要国家比煤炭和天然气便宜。

自动化和检测对于高质量、一致和高吞吐量的太阳能电池板制造都至关重要。有精致的组件和多层，所有这些都需要精确的放置和对准。在现代工厂中，材料处理，电池切割和组件粘合都非常自动化，但是其中任何一个风险中的错误都会降低每个太阳能电池板的初始性能并缩短使用寿命。

这使得检查变得至关重要。对电流电压和峰值额定功率等电气参数进行下线测试，确保面板达到预期标准。成像使我们能够寻找质量问题，例如表明初始质量的裂缝和不对中，以及面板本身在现场的寿命。

与电子制造的许多领域一样，领先的制造商已经转向100%检查，而其他行业正在努力迎头赶上。在每个主要加工步骤之后，都需要进行光学检测。机器视觉是制造商用来提高产品质量和生产效率的关键工具，同时加快产品生产速度以满足需求。挑战在于检测这些微小的缺陷，这些缺陷还不是问题，但会导致故障、产量降低和材料损坏。

除了制造之外，太阳能还依赖于光伏（PV）模块（太阳能电池板或电池）的预防性维护，这可以通过热成像检查来辅助。虽然这些面板只是坐在太阳上收集能量，但世界上最大的太阳能发电场需要持续的监测，校准和维修。美国最大的太阳能发电厂 被称为太阳之星，位于加利福尼亚州罗莎蒙德的莫哈韦沙漠，距离洛杉矶以北约80英里。这座579兆瓦的发电厂由170万块太阳能电池板组成，分布在13平方公里的土地上。在如此大的空间内对每个面板进行人工检查将需要大量精力。

公司正在转向自动化，而不是人工检查，以确保面板以最高效率接收光线。配备红外或电致发光相机的航空无人机与机器学习算法相结合，可以将检测时间缩短一半。

风力涡轮机

风力涡轮机是大型机器，通常相当于一座32层高的建筑，从底部到旋转顶点的叶片。叶片可长达 120 英尺，每分钟移动 10 到 20 转。这些雄伟的机器是严肃的业务，涡轮机上的每个叶片的成本高达一百万美元。

因此，保持涡轮机处于良好的工作状态对于高效能源生产至关重要，而且对于涡轮机附近人类或动物的安全也至关重要。如果涡轮机的叶片损坏，或者由于制动器或齿轮机构损坏而旋转太快，则叶片可能会从涡轮机上折断并造成严重的，危及生命的损坏。

检查涡轮机的旧方法涉及一组人爬上塔架并悬挂在叶片侧面进行手动目视检查。该过程可能需要三天时间来检查一台涡轮机，这是机器不产生能量的时期。如今，随着热成像设备和航空无人机的结合，该过程并不那么繁琐，使工程师能够在不到一个小时的时间内检查单个涡轮机。

机器的一般规则是，当组件即将断裂时，温度会升高。在具有移动部件的机器中，增加的摩擦会产生热量，这可能是零件即将发生故障的第一个迹象。

叶片中的缺陷会改变其热特征，即使在叶片运动时，也可以通过红外成像检测到。热成像可以检测可能的缺陷，例如分裂或内部问题，这些缺陷不会在手动目视检查中记录下来。

用于风力涡轮机预防性维护的热成像可以使操作员在故障发生之前维修或更换组件，同时还可以精确地检测问题所在。在其使用寿命期间，运行和维护成本可能占涡轮机发电总成本的20%至25%。通过空中无人机进行热成像比手动检查更快，不需要与涡轮机直接接触，并且可以扫描大面积区域。  

投资风力涡轮机可再生能源的预防性维护，随着电网继续远离化石燃料，在未来几十年内更有效地扩大规模。

锂离子可充电电池

锂离子电池（LIB）于80年代和90年代开发，对移动设备产生了第一次重大影响：智能手机，平板电脑，相机和电动工具。它们的高能量密度和电压、稳定性、低重量、长生命周期和化学成分的多样性使它们具有开创性，远远领先于以前的可充电电池技术。

如今，消费电子产品仅占LIB需求的20%。LIB的未来将是推动全球运输和能源系统向电力发电，并为人类实现更加脱碳的未来。根据世界经济论坛的数据，到2030年，乘用车将占全球电池需求的60%。电动汽车（EV）正在改变汽车和运输行业，预计将占锂离子电池需求的大部分。

尽管如此，仍然存在风险。LIB的制造非常复杂，特别是对于安全性，耐用性和模块化与性能，效率和价格竞争压力的电动汽车应用。

最好的质量策略是在生产过程中尽早开始检查电池，以免浪费时间和资源进行报废或回收接近成品。早期缺陷检测允许制造商微调反馈回路，调整工艺机械以优化结果。

通常，这是深灰色背景上的一些深灰色缺陷的问题，可以决定电池单元的性能和寿命。制造商发现从50微米水平一直到10微米的这些缺陷非常重要。接触式成像通常用于“粗略”的初始通过，但对于进一步的详细检查，公司转向线阵扫描相机和高灵敏度TDI（延时和集成）相机，以提供必要的分辨率和灵敏度。

更具创新性的解决方案包括 多场TDI 相机，这些相机提供了同时从三种不同光谱和角度捕获光的额外优势，为缺陷检测和分析提供了更多的图像数据，而不会产生进一步的成本或降低系统速度。

其他类型的成像用于组装的不同阶段。高速3D激光轮廓仪用于测量更多3维物体的形状，例如接触片焊接均匀性，片材畸形度和方向。焊接不良的接触片可能会断裂或导致间歇性失去接触。面阵扫描相机主要用于将单个电池封装到更大的电池中，其中必须精确控制外壳中数百个电池的方向。

今天，以及在可预见的未来，LIB的障碍将继续是制造可靠，高质量的电池，以应对不断优化和全球供应链的波动。

保持绿色

新的绿色技术正在推动下个世纪清洁能源的未来。检查正在帮助我们跟上步伐，并将允许可再生能源在未来几十年内更有效地扩展。