硅片在线视觉检测的实现

梁丽娟，冯志祥

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

1 光伏行业的硅片检测

近年来，随着厂家对产品质量的重视。对产品的分档有了越来越高的要求，尤其是在光伏工艺的前段，如果不合格的硅片如尺寸不合格、崩边等流入后道工序将造成巨大的浪费。人工检测的话因为费时费力，所以只能抽检。仍有大量的不合格片流入后道工序，对成品的品质造成了影响。因此光伏行业对硅片的自动检测有了巨大的需求。

2 硅片在线视觉检测

通过视觉系统实现检测是自动化领域常用的方式，根据被检测物在检测时是否运动可以分为定位检测和在线检测两种。在线检测因为被测物在运动过程中(速度150 mm/r)，所以难度更大，以在本文中的应用为例:硅片在传送到相机视野中央时相机要被触发拍照，因此要涉及到通信、电磁兼容、准确率。

2.1 硅片在线检测工艺流程

工艺流程如图1所示，在开启视觉系统，硅片运行后，通过触发传感器发出触发信号。到达相机视野中央时相机拍照，经过图像处理后判断硅片是否合格，不合格的硅片剔除，合格的硅片继续传送至下一工位。

图1 硅片在线检测工艺流程图

2.2 硅片在线检测系统配置

硅片在线检测系统的基本原理是:(PLC→工控机)触发相机拍照→(CCD相机→图像采集卡)采集图像→工控机，由工控机内的专用软件进行识別判断处理并反馈给PLC进行相应的处理。为提高检测效果，降低软件的处理难度，要有背光源作为辅助。另外，还需要电平转换块实现多通道信号处理。系统的结构示意图见图2，各组成部分的具体功能及主要部件选型见表1。

表1 机器视觉系统组成部分功能及主要部件选型表

图2 硅片在线检测系统配置图

2.3 模板设置

模板设置是非常重要的过程，相当于教会视觉系统怎样识別硅片。设置好坏直接与检测的准确率、系统响应时间密切相关。模板设置是一个较为复杂的过程，经过连续实验，总结数据，并编写了《视觉系统模板制作过程及使用》的指导文件。由于设置过程非常复杂，以下仅做简要介绍。模板设置是通过将硅片摆放在标准位置，将取得的图像边界进行标定，如下图所示:

1)粉色控件框(左侧长条):是设置定位使用的;

2)四边角的四个控件框:拟合四个角的直线时使用;

3)蓝色控件框(左右两个):用来测量硅片的水平尺寸;

4)黄色控件框(上下两个):用来测量硅片的垂直尺寸。

另外由于硅片四角有倒角，四角缺陷检测框要特別注意:有左上、右上、右下、左下四个控件框。根据边界上的离散点和拟合直线的距离来判断是否有缺陷点存在。一般来说第一次做模板的时候需要选择一个四角比较标准的硅片，设置控件框的起始点不要离拐角处过近，如图3所示。

图3 模板设置图及四角缺陷检测框测试

2.3 检测效果

通过不断优化模板设置，进行大批量的测试，检测系统可检出非常微小的破损，如崩边、崩角、隐裂、穿孔等等。这些硅片的提前剔除为提升后道工序的品质、减少后续工艺浪费有重要意义。且检出率＞99.9%，误检率＜0.01%，响应时间0.1 s，得到了客户的认可。

图4 检出的崩边崩角片

3 结束语

通过硬件软件上的改进与调试，视觉系统在硅片在线检测中得到了广泛的应用。在批量生产的20台装片机上得到了检验，通过硅片视觉系统检测，成品的品质得到了很大的提升。随着光伏行业自动化水平的不断提高，硅片在线视觉检验及其扩展应用将会有更广阔的前景。

［1］(德)斯蒂格，尤里奇，威德曼，等.机器视觉算法与应用［M］.杨少荣，等译.北京:清华大学出版社，2008.

［2］张广军.机器视觉［M］.北京:科学出版社，2005.