一种原料硅片的内外部缺陷在线检测设备及检测方法与流程

1.本发明属于机器视觉感知技于领域，更具体来说，涉及一种原料硅片的内外部缺陷在线检测设备及检测方法。


背景技术：

2.太阳能电池片的生产包括表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、刻蚀及酸洗、镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结等过程，其中太阳能原料硅片的质量检测是电池片生产过程中来料筛选和流转质量监管的重要部分，可降低不良损耗，提高生产效率。原料硅片的主要缺陷除全崩边、缺角、缺口、破片等外部缺陷外，还包括了肉眼难以查看的隐裂、半崩边等内部缺陷，其缺陷的存在对后续电池片生产的产能、良品率等具有较大的影响，甚至造成对应电池片的整个后续生产过程的无效和浪费。同时，相对于成品电池片，由于原料硅片少子寿命较小和无栅线电极，使得可适用于其他工艺段半成品和成品电池片/硅片的光致发光和电致发光技术均较难适用于原料硅片的质量感知。目前使用较为广泛的人工目视检测，仅能适用于原料硅片上较大尺寸的外部缺陷检测，同时易受人经验、疲劳程度等影响，且由于原料硅片易碎、易污染等特性，使得人工目视检测易对原料硅片造成二次损伤和污染，难以满足原料硅片的内外部缺陷在线检测需求。


技术实现要素：

3.1.发明要解决的技术问题
4.本发明的目的在于解决上述的缺陷。
5.2.技术方案
6.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
7.本发明的一种原料硅片的内外部缺陷在线检测分选设备，包括传输装置、分选装置和检测装置，传输装置穿过检测装置，检测装置包括外壳、触发装置和图像采集装置，外壳上设有贯穿的开口，传输装置位于开口内，图像采集装置安装在外壳的内顶部，触发装置位于传输装置的下方，传输装置上传输原料硅片，触发装置包括光电传感器、编码器、传感器支架和编码器支架，编码器通过编码器支架与传输装置连接，图像采集装置与编码器、光电传感器和分选装置电性连接，分选装置位于传输装置的上方。
8.优选的，传输装置包括电机、皮带和传输架，电机和皮带均安装在传输架上，电机驱动皮带，传输架上设有平行的两条皮带，两条皮带之间设有间隙，触发装置位于间隙处。
9.优选的，图像采集装置包括内壁暗箱、视觉支架、微调云台、拍摄相机和激光模组，拍摄相机安装在微调云台上，微调云台安装在视觉支架上，视觉支架安装在内壁暗箱内，内壁暗箱的底部具有开孔，拍摄相机通过开孔向下拍摄，激光模组位于内壁暗箱的下方，光电传感器通过传感器支架安装在激光模组的一侧。
10.优选的，分选装置包括分选支架、吸盘装置和料盒，吸盘装置安装在分选支架上，吸盘装置位于传输装置的上方，料盒位于传输装置的两侧。
11.一种原料硅片的内外部缺陷在线检测方法，检测方法包括如下步骤：
12.s1，传输装置传输原料硅片；
13.s2，光电传感器检测到原料硅片；
14.s3，图像采集装置进行图像采集；
15.s4，分析采集的结果；
16.s5，继续运输原料硅片至分选装置处；
17.s6，分选装置根据分析的结果进行分选。
18.优选的，上述的检测步骤中传输装置的运动状态保持一致，整个过程硅片保持持续运动，不停止不变速。
19.优选的，上述步骤s2和s3的具体内容为传输装置的皮带搭载原料硅片运动，同时皮带转动时带动编码器旋转，编码器将原料硅片的信号给到拍摄相机，当原料硅片前端边缘到达光电传感器时，光电传感器将信号给到拍摄相机，拍摄相机接收到信号后，根据接收到的编码器信号，基于时间延迟积分技术对运动的原料硅片逐行扫描成像，当原料硅片后端边缘离开光电传感器时，传感器将相机停止信号给到拍摄相机，拍摄相机停止扫描和成像。
20.优选的，拍摄相机为双触发模式，当接收到启动信号后，拍摄相机同时给到激光模组触发信号，启动激光发光；当相拍摄机接收到停止信号后，拍摄相机同时给到激光模组触发信号，停止激光发光，拍摄相机基于时间延迟积分技术叠加像元信号成像，当原料硅片无缺陷时，其成像无明显灰度变化；当原料硅片上的缺口、破片、缺角、全崩边缺陷，由于激光穿透成像，相对于硅片正常区域，缺口、破片、缺角、全崩边缺陷所在区域激光穿透性更好，成像相比于正常区域更亮；当原料硅片上的隐裂、半崩边缺陷，由于其缺陷尺寸较小、缺陷边缘较复杂、激光无直通穿透现象，导致激光通过此类缺陷时，在缺陷边缘附近产生大量折射和反射，相对于硅片正常区域，仅有少量光线照射入相机，因此其成像相比于正常区域更暗。
21.优选的，步骤s4的具体分析方法为首先通过图像预处理及阈值分割提取出所有可能的隐裂区域，然后基于图像纹理特征，构建小尺寸掩膜与图像进行卷积运算，分别从横向和纵向两个方向检测电池片的候选隐裂区域，最后，根据候选隐裂区域的面积、宽w、长l、灰度值及灰度方差等特征，设定多阈值进行筛选，剔除小碎片、小黑点及其他脏污等区域，得到最终的隐裂所在区域。
22.3.有益效果
23.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
24.(1)本发明的一种原料硅片的内外部缺陷在线检测分选设备，构建了可适用于原料硅片的高清晰、高质量、高效率的内外部缺陷在线检测系统，装置结构简单，易于保养和维护，具备很好的实用性。
附图说明
25.图1为本发明的一种原料硅片的内外部缺陷在线检测分选设备的结构示意图；
26.图2为本发明的一种原料硅片的内外部缺陷在线检测分选设备的侧视的结构示意图；
27.图3为本发明的一种原料硅片的内外部缺陷在线检测分选设备的检测装置的内部的结构示意图；
28.图4为本发明的一种原料硅片的内外部缺陷在线检测分选设备的传输装置的俯视结构示意图。
29.示意图中的标号说明：
30.100、传输装置；110、电机；120、皮带；130、传输架；
31.200、分选装置；210、分选支架；220、吸盘装置；230、料盒；
32.300、检测装置；310、外壳；320、触发装置；321、光电传感器；322、编码器；330、图像采集装置；331、内壁暗箱；332、视觉支架；333、微调云台；334、拍摄相机；335、激光模组；
33.400、原料硅片。
具体实施方式
34.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
35.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
37.实施例1
38.参照附图1-图4所示，本实施例的一种原料硅片的内外部缺陷在线检测分选设备，包括传输装置100、分选装置200和检测装置300，传输装置100穿过检测装置300，检测装置300包括外壳310、触发装置320和图像采集装置330，外壳310上设有贯穿的开口，传输装置100位于开口内，图像采集装置330安装在外壳310的内顶部，触发装置320位于传输装置100的下方，传输装置100上传输原料硅片400，触发装置320包括光电传感器321、编码器322、传感器支架和编码器322支架，编码器322通过编码器322支架与传输装置100连接，图像采集装置330与编码器322、光电传感器321和分选装置200电性连接，分选装置200位于传输装置100的上方。
39.次设计的结构，通过图像采集装置330对原料硅片400进行图像采集，进一步分析采集的信息来识别缺陷。
40.本实施例的传输装置100包括电机110、皮带120和传输架130，电机110和皮带120均安装在传输架130上，电机110驱动皮带120，传输架130上设有平行的两条皮带120，两条皮带120之间设有间隙，触发装置320位于间隙处。
41.本实施例的图像采集装置330包括内壁暗箱331、视觉支架332、微调云台333、拍摄相机334和激光模组335，拍摄相机334安装在微调云台333上，微调云台333安装在视觉支架
332上，视觉支架332安装在内壁暗箱331内，内壁暗箱331的底部具有开孔，拍摄相机334通过开孔向下拍摄，激光模组335位于内壁暗箱331的下方，光电传感器321通过传感器支架安装在激光模组335的一侧。
42.采用高功率密度高均匀度的半导体线激光模组335从下往上穿透式对原料硅片400进行照射，并采用近红外线阵高分辨率的拍摄相机334设计了基于时间延迟积分技术的相邻3像素的像元信号叠加成像模式，基于高通滤光片和高均匀漫反射内壁暗箱331减少非激光模组335光源的其他光影响。
43.本实施例的分选装置200包括分选支架210、吸盘装置220和料盒230，吸盘装置220安装在分选支架210上，吸盘装置220位于传输装置100的上方，料盒230位于传输装置100的两侧。
44.本发明基于图像处理技术，基于采集的高质量原料硅片400图像，将原料硅片400的内外部信息转换为可视可测量的灰度值变化、区域尺寸、区域位置等信息，完成对原料硅片400的全崩边、缺角、缺口、破片等外部缺陷，以及隐裂、半崩边等内部缺陷的检测和计算，并实现了基于图像参数的原料硅片400分级分选，为电池片的自动化、智能化、高效率、高稳定性生产奠定了基础，助力企业实现降本增效
45.一种原料硅片的内外部缺陷在线检测方法，检测方法包括如下步骤：
46.s1，传输装置100传输原料硅片400；
47.s2，光电传感器321检测到原料硅片400；
48.s3，图像采集装置330进行图像采集；
49.s4，分析采集的结果；
50.s5，继续运输原料硅片400至分选装置200处；
51.s6，分选装置200根据分析的结果进行分选。
52.本实施例的上述的检测步骤中传输装置100的运动状态保持一致，整个过程硅片保持持续运动，不停止不变速。
53.本实施例的上述步骤s2和s3的具体内容为传输装置100的皮带120搭载原料硅片400运动，同时皮带120转动时带动编码器322旋转，编码器322将原料硅片400的信号给到拍摄相机334，当原料硅片400前端边缘到达光电传感器321时，光电传感器321将信号给到拍摄相机334，拍摄相机334接收到信号后，根据接收到的编码器322信号，基于时间延迟积分技术对运动的原料硅片400逐行扫描成像，当原料硅片400后端边缘离开光电传感器321时，传感器将相机停止信号给到拍摄相机334，拍摄相机334停止扫描和成像。
54.本实施例的拍摄相机334为双触发模式，当接收到启动信号后，拍摄相机334同时给到激光模组335触发信号，启动激光发光；当相拍摄机接收到停止信号后，拍摄相机334同时给到激光模组335触发信号，停止激光发光，拍摄相机334基于时间延迟积分技术叠加像元信号成像，当原料硅片400无缺陷时，其成像无明显灰度变化；当原料硅片400上的缺口、破片、缺角、全崩边缺陷，由于激光穿透成像，相对于硅片正常区域，缺口、破片、缺角、全崩边缺陷所在区域激光穿透性更好，成像相比于正常区域更亮；当原料硅片400上的隐裂、半崩边缺陷，由于其缺陷尺寸较小、缺陷边缘较复杂、激光无直通穿透现象，导致激光通过此类缺陷时，在缺陷边缘附近产生大量折射和反射，相对于硅片正常区域，仅有少量光线照射入相机，因此其成像相比于正常区域更暗。
55.本实施例的步骤s4的具体分析方法为首先通过图像预处理及阈值分割提取出所有可能的隐裂区域，然后基于图像纹理特征，构建小尺寸掩膜与图像进行卷积运算，分别从横向和纵向两个方向检测电池片的候选隐裂区域，最后，根据候选隐裂区域的面积、宽w、长l、灰度值及灰度方差等特征，设定多阈值进行筛选，剔除小碎片、小黑点及其他脏污等区域，得到最终的隐裂所在区域。
56.以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。