梁麗娟，馮志祥

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

1 光伏行業(yè)的硅片檢測(cè)

近年來(lái)，隨著廠家對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的重視。對(duì)產(chǎn)品的分檔有了越來(lái)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(fèi)。人工檢測(cè)的話因?yàn)橘M(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以只能抽檢。仍有大量的不合格片流入后道工序，對(duì)成品的品質(zhì)造成了影響。因此光伏行業(yè)對(duì)硅片的自動(dòng)檢測(cè)有了巨大的需求。

2 硅片在線視覺檢測(cè)

通過視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)是自動(dòng)化領(lǐng)域常用的方式，根據(jù)被檢測(cè)物在檢測(cè)時(shí)是否運(yùn)動(dòng)可以分為定位檢測(cè)和在線檢測(cè)兩種。在線檢測(cè)因?yàn)楸粶y(cè)物在運(yùn)動(dòng)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(jī)視野中央時(shí)相機(jī)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(cè)工藝流程

工藝流程如圖1所示，在開啟視覺系統(tǒng)，硅片運(yùn)行后，通過觸發(fā)傳感器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。到達(dá)相機(jī)視野中央時(shí)相機(jī)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(cè)工藝流程圖

2.2 硅片在線檢測(cè)系統(tǒng)配置

硅片在線檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理是:(PLC→工控機(jī))觸發(fā)相機(jī)拍照→(CCD相機(jī)→圖像采集卡)采集圖像→工控機(jī)，由工控機(jī)內(nèi)的專用軟件進(jìn)行識(shí)別判斷處理并反饋給PLC進(jìn)行相應(yīng)的處理。為提高檢測(cè)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(shí)現(xiàn)多通道信號(hào)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(jī)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(cè)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(huì)視覺系統(tǒng)怎樣識(shí)別硅片。設(shè)置好壞直接與檢測(cè)的準(zhǔn)確率、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間密切相關(guān)。模板設(shè)置是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，經(jīng)過連續(xù)實(shí)驗(yàn)，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(jiǎn)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(zhǎng)條):是設(shè)置定位使用的;

2)四邊角的四個(gè)控件框:擬合四個(gè)角的直線時(shí)使用;

3)藍(lán)色控件框(左右兩個(gè)):用來(lái)測(cè)量硅片的水平尺寸;

4)黃色控件框(上下兩個(gè)):用來(lái)測(cè)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(cè)框要特別注意:有左上、右上、右下、左下四個(gè)控件框。根據(jù)邊界上的離散點(diǎn)和擬合直線的距離來(lái)判斷是否有缺陷點(diǎn)存在。一般來(lái)說第一次做模板的時(shí)候需要選擇一個(gè)四角比較標(biāo)準(zhǔn)的硅片，設(shè)置控件框的起始點(diǎn)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(cè)框測(cè)試

2.3 檢測(cè)效果

通過不斷優(yōu)化模板設(shè)置，進(jìn)行大批量的測(cè)試，檢測(cè)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(fèi)有重要意義。且檢出率＞99.9%，誤檢率＜0.01%，響應(yīng)時(shí)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(yǔ)

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(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在批量生產(chǎn)的20臺(tái)裝片機(jī)上得到了檢驗(yàn)，通過硅片視覺系統(tǒng)檢測(cè)，成品的品質(zhì)得到了很大的提升。隨著光伏行業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，硅片在線視覺檢驗(yàn)及其擴(kuò)展應(yīng)用將會(huì)有更廣闊的前景。

［1］(德)斯蒂格，尤里奇，威德曼，等.機(jī)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(jī)器視覺［M］.北京:科學(xué)出版社，2005.