硅片在線視覺檢測的實現(xiàn)

梁麗娟，馮志祥

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

1 光伏行業(yè)的硅片檢測

近年來，隨著廠家對產(chǎn)品質(zhì)量的重視。對產(chǎn)品的分檔有了越來越高的要求，尤其是在光伏工藝的前段，如果不合格的硅片如尺寸不合格、崩邊等流入后道工序?qū)⒃斐删薮蟮睦速M。人工檢測的話因為費時費力，所以只能抽檢。仍有大量的不合格片流入后道工序，對成品的品質(zhì)造成了影響。因此光伏行業(yè)對硅片的自動檢測有了巨大的需求。

2 硅片在線視覺檢測

通過視覺系統(tǒng)實現(xiàn)檢測是自動化領(lǐng)域常用的方式，根據(jù)被檢測物在檢測時是否運動可以分為定位檢測和在線檢測兩種。在線檢測因為被測物在運動過程中(速度150 mm/r)，所以難度更大，以在本文中的應(yīng)用為例:硅片在傳送到相機視野中央時相機要被觸發(fā)拍照，因此要涉及到通信、電磁兼容、準(zhǔn)確率。

2.1 硅片在線檢測工藝流程

工藝流程如圖1所示，在開啟視覺系統(tǒng)，硅片運行后，通過觸發(fā)傳感器發(fā)出觸發(fā)信號。到達(dá)相機視野中央時相機拍照，經(jīng)過圖像處理后判斷硅片是否合格，不合格的硅片剔除，合格的硅片繼續(xù)傳送至下一工位。

圖1 硅片在線檢測工藝流程圖

2.2 硅片在線檢測系統(tǒng)配置

硅片在線檢測系統(tǒng)的基本原理是:(PLC→工控機)觸發(fā)相機拍照→(CCD相機→圖像采集卡)采集圖像→工控機，由工控機內(nèi)的專用軟件進(jìn)行識別判斷處理并反饋給PLC進(jìn)行相應(yīng)的處理。為提高檢測效果，降低軟件的處理難度，要有背光源作為輔助。另外，還需要電平轉(zhuǎn)換塊實現(xiàn)多通道信號處理。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，各組成部分的具體功能及主要部件選型見表1。

表1 機器視覺系統(tǒng)組成部分功能及主要部件選型表

圖2 硅片在線檢測系統(tǒng)配置圖

2.3 模板設(shè)置

模板設(shè)置是非常重要的過程，相當(dāng)于教會視覺系統(tǒng)怎樣識別硅片。設(shè)置好壞直接與檢測的準(zhǔn)確率、系統(tǒng)響應(yīng)時間密切相關(guān)。模板設(shè)置是一個較為復(fù)雜的過程，經(jīng)過連續(xù)實驗，總結(jié)數(shù)據(jù)，并編寫了《視覺系統(tǒng)模板制作過程及使用》的指導(dǎo)文件。由于設(shè)置過程非常復(fù)雜，以下僅做簡要介紹。模板設(shè)置是通過將硅片擺放在標(biāo)準(zhǔn)位置，將取得的圖像邊界進(jìn)行標(biāo)定，如下圖所示:

1)粉色控件框(左側(cè)長條):是設(shè)置定位使用的;

2)四邊角的四個控件框:擬合四個角的直線時使用;

3)藍(lán)色控件框(左右兩個):用來測量硅片的水平尺寸;

4)黃色控件框(上下兩個):用來測量硅片的垂直尺寸。

另外由于硅片四角有倒角，四角缺陷檢測框要特別注意:有左上、右上、右下、左下四個控件框。根據(jù)邊界上的離散點和擬合直線的距離來判斷是否有缺陷點存在。一般來說第一次做模板的時候需要選擇一個四角比較標(biāo)準(zhǔn)的硅片，設(shè)置控件框的起始點不要離拐角處過近，如圖3所示。

圖3 模板設(shè)置圖及四角缺陷檢測框測試

2.3 檢測效果

通過不斷優(yōu)化模板設(shè)置，進(jìn)行大批量的測試，檢測系統(tǒng)可檢出非常微小的破損，如崩邊、崩角、隱裂、穿孔等等。這些硅片的提前剔除為提升后道工序的品質(zhì)、減少后續(xù)工藝?yán)速M有重要意義。且檢出率＞99.9%，誤檢率＜0.01%，響應(yīng)時間0.1 s，得到了客戶的認(rèn)可。

圖4 檢出的崩邊崩角片

3 結(jié)束語

通過硬件軟件上的改進(jìn)與調(diào)試，視覺系統(tǒng)在硅片在線檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。在批量生產(chǎn)的20臺裝片機上得到了檢驗，通過硅片視覺系統(tǒng)檢測，成品的品質(zhì)得到了很大的提升。隨著光伏行業(yè)自動化水平的不斷提高，硅片在線視覺檢驗及其擴展應(yīng)用將會有更廣闊的前景。

［1］(德)斯蒂格，尤里奇，威德曼，等.機器視覺算法與應(yīng)用［M］.楊少榮，等譯.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

［2］張廣軍.機器視覺［M］.北京:科學(xué)出版社，2005.