硅片視覺檢測(cè)與自動(dòng)分選系統(tǒng)

發(fā)布時(shí)間：2019-04-20 03:16:34

隨著光伏市場(chǎng)的不斷發(fā)展，客戶對(duì)光伏組件的要求也越來越高。傳統(tǒng)的人工判斷硅片質(zhì)量的方法已經(jīng)落伍甚至已被淘汰，分選機(jī)的應(yīng)用推動(dòng)了光伏行業(yè)的進(jìn)步。它的應(yīng)用不僅提高了工作效率，還反映了每一張硅片的質(zhì)量，為后續(xù)制造出更高發(fā)電效率的光伏組件提供了有力保障。為了使設(shè)備技術(shù)人員更好地對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，本文對(duì)分選機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行解析，并對(duì)常見故障進(jìn)行分析提出解決方法和預(yù)防措施。

　　1、分選機(jī)的基本組成

　　分選機(jī)主要是由上料臺(tái)、檢測(cè)系統(tǒng)和分選系統(tǒng)3個(gè)部分組成。其中測(cè)量系統(tǒng)為整臺(tái)設(shè)備的核心部分，它又包含了厚度模組、線痕模組、隱形裂紋模組、臟污模組、邊緣模組和尺寸、翹曲模組。當(dāng)硅片從上料臺(tái)入片經(jīng)過測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，會(huì)被這6個(gè)模組分別檢測(cè)、對(duì)比，是否達(dá)到設(shè)定的要求，然后根據(jù)所測(cè)量的數(shù)值分選到對(duì)應(yīng)的倉盒里面，較終將硅片分選出不同的等級(jí)。

　　2、測(cè)量系統(tǒng)各個(gè)模組的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　下面我們簡(jiǎn)單分析一下各個(gè)模組的結(jié)構(gòu)及工作原理。

　　厚度檢測(cè)模組又稱為E H厚度檢測(cè)模塊，其工作原理是采用電容耦合的方法測(cè)量硅片的厚度。該模塊上有3對(duì)傳感器，各有上下兩個(gè)電容傳感器，會(huì)根據(jù)與硅片距離（Ttop、Tbottom）產(chǎn)生不同的電壓值，距離與電壓一般成正比。電壓信號(hào)為模擬信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。上下兩個(gè)傳感器之間的距離為固定值Ttotal，所以硅片的厚度T＝Ttotal－（Ttop Tbottom）。當(dāng)硅片通過傳感器時(shí)，正常情況下會(huì)檢測(cè)900個(gè)點(diǎn)左右的厚度。然后計(jì)算出平均厚度和TTV即厚度偏差。所以檢測(cè)出來的厚度數(shù)值是非常準(zhǔn)確的。

　　線痕檢測(cè)模組是用來檢測(cè)硅片表面的平整度的，主要由4個(gè)鏡頭和4個(gè)激光***組成。它是用激光以14°入射到硅片表面，矩陣相機(jī)在硅片傳送過程中一共拍攝11張圖片，對(duì)圖片進(jìn)行分析。硅片表面高低不平，在角度固定的紅色激光線下，會(huì)呈現(xiàn)高低不平的圖像。對(duì)圖像進(jìn)行放大、處理，計(jì)算出線痕。其表現(xiàn)形式一般有3種：V形凹槽式、階梯式和平緩波浪式。

　　隱形裂紋檢測(cè)模組簡(jiǎn)稱NVCD檢測(cè)模塊，它是使用線性相機(jī)和紅外光源，檢測(cè)硅片的隱形裂紋（也稱微裂紋）的模塊。該模塊也可以檢測(cè)雜質(zhì)。在正常區(qū)域，紅外線會(huì)透射過硅片，但是因?yàn)榫虿煌ňЯ＃瑫?huì)在圖像中顯示出不同的顏色（出現(xiàn)散射光），和肉眼觀察的硅片外觀基本一致。如果硅片有裂紋，在紅外線照射時(shí)，在裂紋區(qū)域紅外光不會(huì)發(fā)生透射，而會(huì)大部向各個(gè)方向反射，從而使得裂紋區(qū)域呈現(xiàn)黑色。

　　臟污檢測(cè)模組是使用白光LED陣列，線性相機(jī)。硅片被分為若干區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊有20個(gè)基本像素（可調(diào)，每個(gè)像素大小約為100um），每個(gè)區(qū)塊分別計(jì)算自身內(nèi)部的平均灰度（RGB value），并與相鄰的其他8個(gè)區(qū)塊做比較，如果灰度差值大于15（可調(diào)），即認(rèn)定該區(qū)塊為污漬區(qū)塊。LED陣列發(fā)出的強(qiáng)度極高的白光，在被遮光罩反射后，成全角度射向硅片表面的各個(gè)區(qū)域，這樣每個(gè)晶粒都受到全方向的光照射，不會(huì)因?yàn)樽陨砭虻牟煌?，而產(chǎn)生灰度的差異。

　　邊緣檢測(cè)模組上下各有一個(gè)Line Camera和紅光光源。線性相機(jī)為2000拍/秒，每次拍攝硅片的圖形是一長(zhǎng)條，拼接起來構(gòu)成硅片的Edge檢測(cè)圖像。并且通過分析不同pixel（像素）的RGB值（灰度、灰階）和像素間的RGB值，判斷Chip、Breakage、Holes、Cracks。

　　尺寸、翹曲檢測(cè)模組主要由1個(gè)鏡頭、2個(gè)LED紅色光源和2個(gè)激光***組成。當(dāng)檢測(cè)BOW/SORI（翹曲的兩種形式）時(shí)，使用2道激光線（用光柵衍射為160mm以上長(zhǎng)度），以9°入射到硅片上（激光與硅片行進(jìn)方向平行），通過在硅片上投射出的影像，計(jì)算出BOW/SORI值。

　　3、分選機(jī)的常見故障及解決方法

　　當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，我們可以在“Errors”窗口中查看當(dāng)前的錯(cuò)誤信息，可以在“Protocol”窗口中查看所有被確認(rèn)以及未被確認(rèn)的錯(cuò)誤信息，以上這些信息都按時(shí)間先后順序進(jìn)行排列。

　　1）　厚度部分

　　值（TTV）偏高：硅片碎裂殘留在厚度傳感器上；電氣系統(tǒng)缺陷；布線缺陷。值（TTV）偏低：外側(cè)傳感器位置錯(cuò)誤。TTV值顯示為0：供電電源被關(guān)閉。

　　2）　線痕部分

　　無法在軟件窗口中觀察到白色激光圖像：如果正在檢修設(shè)備，請(qǐng)確認(rèn)是否已經(jīng)關(guān)閉電源，例如按下了紅色的急停按鈕；檢查軟件設(shè)置；控制相機(jī)間寬度的馬達(dá)運(yùn)動(dòng)到了錯(cuò)誤的位置；檢查激光器是否正常工作；檢查激光器供電狀態(tài)；檢查相機(jī)功能是否正常；檢查連接相機(jī)與電腦的數(shù)據(jù)線是否損壞；檢查電腦內(nèi)部火線適配器是否正常工作。

　　硅片邊緣不可見：檢查傳送系統(tǒng)的速度設(shè)置；線痕測(cè)量值偏高；相機(jī)鏡頭未對(duì)焦準(zhǔn)確；激光在硅片上的測(cè)量位置太靠近邊緣。

　　3）　臟污部分

　　無法在軟件中觀察到圖像：檢查光源。

　　始終較差的質(zhì)量：光源亮度偏暗；錯(cuò)誤的相機(jī)設(shè)置（如對(duì)焦）；錯(cuò)誤的硅片位置；硅片碎落在下方相機(jī)鏡頭上。

　　4）　翹曲/幾何尺寸部分

　　無法在軟件中觀察到圖像：檢查L(zhǎng)ED光源是否工作正常。

　　始終較差的質(zhì)量：光源亮度太暗；錯(cuò)誤的相機(jī)設(shè)置（如對(duì)焦）；錯(cuò)誤的硅片位置。

　　4、結(jié)語

　　自動(dòng)測(cè)試分選機(jī)擁有***的電子技術(shù)，利用相機(jī)的成像原理、圖像檢測(cè)技術(shù)、激光、紅外線以及電容耦合的應(yīng)用將硅片的厚度、表面平整度、臟污情況、尺寸大小、垂直度等準(zhǔn)確地測(cè)量出來，提高了檢測(cè)硅片質(zhì)量的效率。檢測(cè)分選系統(tǒng)是分選機(jī)的核心部分，只有熟悉了它的工作原理才能對(duì)設(shè)備的故障做出準(zhǔn)確的判斷，才能對(duì)其進(jìn)行更好的維護(hù)和***，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

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