硅片視覺檢測與自動分選系統(tǒng)

發(fā)布時間：2019-04-20 03:16:34

隨著光伏市場的不斷發(fā)展，客戶對光伏組件的要求也越來越高。傳統(tǒng)的人工判斷硅片質量的方法已經落伍甚至已被淘汰，分選機的應用推動了光伏行業(yè)的進步。它的應用不僅提高了工作效率，還反映了每一張硅片的質量，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。為了使設備技術人員更好地對設備進行維護，本文對分選機的測量系統(tǒng)進行解析，并對常見故障進行分析提出解決方法和預防措施。

　　1、分選機的基本組成

　　分選機主要是由上料臺、檢測系統(tǒng)和分選系統(tǒng)3個部分組成。其中測量系統(tǒng)為整臺設備的核心部分，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。當硅片從上料臺入片經過測量系統(tǒng)時，會被這6個模組分別檢測、對比，是否達到設定的要求，然后根據所測量的數值分選到對應的倉盒里面，較終將硅片分選出不同的等級。

　　2、測量系統(tǒng)各個模組的結構及工作原理

　　下面我們簡單分析一下各個模組的結構及工作原理。

　　厚度檢測模組又稱為E H厚度檢測模塊，其工作原理是采用電容耦合的方法測量硅片的厚度。該模塊上有3對傳感器，各有上下兩個電容傳感器，會根據與硅片距離（Ttop、Tbottom）產生不同的電壓值，距離與電壓一般成正比。電壓信號為模擬信號，通過A/D轉換器轉化為數字信號。上下兩個傳感器之間的距離為固定值Ttotal，所以硅片的厚度T＝Ttotal－（Ttop Tbottom）。當硅片通過傳感器時，正常情況下會檢測900個點左右的厚度。然后計算出平均厚度和TTV即厚度偏差。所以檢測出來的厚度數值是非常準確的。

　　線痕檢測模組是用來檢測硅片表面的平整度的，主要由4個鏡頭和4個激光***組成。它是用激光以14°入射到硅片表面，矩陣相機在硅片傳送過程中一共拍攝11張圖片，對圖片進行分析。硅片表面高低不平，在角度固定的紅色激光線下，會呈現(xiàn)高低不平的圖像。對圖像進行放大、處理，計算出線痕。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。

　　隱形裂紋檢測模組簡稱NVCD檢測模塊，它是使用線性相機和紅外光源，檢測硅片的隱形裂紋（也稱微裂紋）的模塊。該模塊也可以檢測雜質。在正常區(qū)域，紅外線會透射過硅片，但是因為晶向不同（晶粒），會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，在裂紋區(qū)域紅外光不會發(fā)生透射，而會大部向各個方向反射，從而使得裂紋區(qū)域呈現(xiàn)黑色。

　　臟污檢測模組是使用白光LED陣列，線性相機。硅片被分為若干區(qū)塊，每個區(qū)塊有20個基本像素（可調，每個像素大小約為100um），每個區(qū)塊分別計算自身內部的平均灰度（RGB value），并與相鄰的其他8個區(qū)塊做比較，如果灰度差值大于15（可調），即認定該區(qū)塊為污漬區(qū)塊。LED陣列發(fā)出的強度極高的白光，在被遮光罩反射后，成全角度射向硅片表面的各個區(qū)域，這樣每個晶粒都受到全方向的光照射，不會因為自身晶向的不同，而產生灰度的差異。

　　邊緣檢測模組上下各有一個Line Camera和紅光光源。線性相機為2000拍/秒，每次拍攝硅片的圖形是一長條，拼接起來構成硅片的Edge檢測圖像。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、翹曲檢測模組主要由1個鏡頭、2個LED紅色光源和2個激光***組成。當檢測BOW/SORI（翹曲的兩種形式）時，使用2道激光線（用光柵衍射為160mm以上長度），以9°入射到硅片上（激光與硅片行進方向平行），通過在硅片上投射出的影像，計算出BOW/SORI值。

　　3、分選機的常見故障及解決方法

　　當設備出現(xiàn)故障時，我們可以在“Errors”窗口中查看當前的錯誤信息，可以在“Protocol”窗口中查看所有被確認以及未被確認的錯誤信息，以上這些信息都按時間先后順序進行排列。

　　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：外側傳感器位置錯誤。TTV值顯示為0：供電電源被關閉。

　　2）　線痕部分

　　無法在軟件窗口中觀察到白色激光圖像：如果正在檢修設備，請確認是否已經關閉電源，例如按下了紅色的急停按鈕；檢查軟件設置；控制相機間寬度的馬達運動到了錯誤的位置；檢查激光器是否正常工作；檢查激光器供電狀態(tài)；檢查相機功能是否正常；檢查連接相機與電腦的數據線是否損壞；檢查電腦內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)的速度設置；線痕測量值偏高；相機鏡頭未對焦準確；激光在硅片上的測量位置太靠近邊緣。

　　3）　臟污部分

　　無法在軟件中觀察到圖像：檢查光源。

　　始終較差的質量：光源亮度偏暗；錯誤的相機設置（如對焦）；錯誤的硅片位置；硅片碎落在下方相機鏡頭上。

　　4）　翹曲/幾何尺寸部分

　　無法在軟件中觀察到圖像：檢查LED光源是否工作正常。

　　始終較差的質量：光源亮度太暗；錯誤的相機設置（如對焦）；錯誤的硅片位置。

　　4、結語

　　自動測試分選機擁有***的電子技術，利用相機的成像原理、圖像檢測技術、激光、紅外線以及電容耦合的應用將硅片的厚度、表面平整度、臟污情況、尺寸大小、垂直度等準確地測量出來，提高了檢測硅片質量的效率。檢測分選系統(tǒng)是分選機的核心部分，只有熟悉了它的工作原理才能對設備的故障做出準確的判斷，才能對其進行更好的維護和***，保證設備的穩(wěn)定運行。

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