CN101581671B - 太阳能电池硅片检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测系统，特别是一种太阳能电池硅片检测系统，其包括硅片输送装置，沿硅片输送装置依次设置上料区，用于将硅片放置在硅片输送装置上；曝光区，设有位于硅片上方的检测成像系统以及用于对硅片限位的限位机构；分拣区，用于将不同质量的硅片放到对应的收料盒中。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用这种结构，只需将硅片放入上料区的上料盒，即可实现对硅片的分拣，简单、实用。

Description

太阳能电池硅片检测系统

技术领域

本发明涉及一种检测系统，特别是一种太阳能电池硅片检测系统。

背景技术

太阳能板的主要构成部件为太阳能硅片，太阳能硅片的光电转换功能效率不断提升，在民用、国防、航空、航天等诸方面都有极为重要的应用，已成为清净能源中不可或缺的成员之一，业界对太阳能硅片需求殷切。由于太阳能硅片很轻薄，在自动化制造与检测过程中，倘稍有不慎，即可造成破损、缺角甚至肉眼无法观察的微细裂缝，这些缺陷应该尽可能避免，以提升太阳能板质量。但现有的太阳能电池硅片检测系统无法在一条输送装置上完成检测、分拣，增加了缺陷产生的几率和检测时间、成本。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种可实现上料、曝光、分拣在一条输送装置上完成的太阳能电池硅片检测系统。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

太阳能电池硅片检测系统，其特征在于：包括硅片输送装置，沿硅片输送装置依次设置上料区，用于将硅片放置在硅片输送装置上；

曝光区，设有位于硅片上方的检测成像系统以及用于对硅片限位的限位机构；

分拣区，用于将不同质量的硅片放到对应的收料盒中。

进一步，所述限位机构包括设于其底部的气缸活塞杆和气缸活塞杆上部的托盘，所述托盘上设有限定硅片位置的棘爪机构，随着气缸活塞杆、托盘的上下移动，实现棘爪机构对硅片的卡紧和松开。

采用光致荧光原理对硅片进行检测时，所述托盘上设有使硅片输送装置的传送带通过的传送带槽，所述棘爪机构包括上端贯穿托盘的若干竖向“L”形棘爪，所述托盘底部对应“L”形棘爪设有抓座，所述抓座内设有横轴和弹簧，“L”形棘爪活动连接于横轴上，所述气缸活塞杆两侧设有立柱，所述立柱顶端设有平板，气缸活塞杆贯穿平板，所述平板上对应棘爪设有顶柱，随着气缸活塞杆、托盘的上下移动，所述顶柱使得“L”形棘爪绕横轴旋转，实现对硅片的卡紧和松开。

当采用电致荧光原理对硅片进行检测时，所述托盘上方设有固定有上探针的上基板，所述上基板固定于位于限位机构四角、托盘外侧的导向轴顶部，托盘下方设有下基板，托盘和下基板之间设有固定有下探针的探针架，托盘、探针架和下基板固定为一体，下基板下方设有棘爪板，所述棘爪板上固定有导柱，所述下基板上对应设有容置导柱的导柱孔，所述托盘上设有探针孔，所述下探针上部位于探针孔内，所述导柱上托盘和下基板间套接有弹簧，所述棘爪板周边设有若干活动连接“L”形棘爪的抓座，抓座内对应“L”形棘爪设有弹簧，“L”形棘爪上端部高于托盘，所述限位机构底部设有固定板，所述固定板上对应“L”形棘爪设有顶柱，固定板通过其四角的导向轴和上基板固定为一体，所述气缸活塞杆穿过固定板、棘爪板和下基板固定，所述下基板在硅片的运动方向的两侧设有门板。

进一步，所述顶柱为螺钉。

进一步，所述上料区设有上料盒和机械手，所述上料盒前面板可绕位于其底部的轴开合。

进一步，所述检测成像系统包括照明系统、成像镜头和相机，所述照明系统自上往下依次为匀光管和照明镜头，所述匀光管的对称轴偏离照明镜头对称轴一定距离，所述成像镜头前设有滤光片。

进一步，所述检测成像系统包括照明系统和成像系统，所述照明系统自右向左依次为匀光管和照明镜头，从照明镜头发出的光线射到二向色镜上，所述二向色镜上方自上向下依次为相机的CCD和滤光片，所述二向色镜下方为镜头。

进一步，所述曝光区和分拣区之间设有候检区，硅片在经过候检区的时间内算法给出对硅片的评判。

进一步，所述分拣区硅片输送装置两侧设有至少一个机械手以及对应的至少一个收料盒，所述硅片输送装置尾端设有收料盒，所述收料盒底板和侧板的角度大于45度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用这种结构，只需将硅片放入上料区的上料盒，即可实现对硅片的分拣，简单、实用。

2、对光致荧光原理和电致荧光原理分别设计了不同的限位机构，并实现了对硅片的精确固定。

3、上料区的上料盒前面板可绕位于其底部的轴开合，使得将硅片装入上料盒简单、易操作。

4、照明系统的匀光管的对称轴偏离照明镜头对称轴一定距离，此种结构将斜光照明和直光照明的优点结合起来。斜光照明能够保证比较少的杂光进入相机，而直光照明保证和硅片等比例照明光斑。

5、分拣区收料盒的底板有大于45°倾斜角度，保证硅片能够顺利落入盒中。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例1的立体结构图；

图2是本发明实施例1上料区的上料盒的立体结构图；

图3是本发明施例1曝光区限位机构立体结构图；

图4是本发明实施例1曝光区限位机构主视图；

图5是本发明实施例1曝光区限位机构右视图；

图6是本发明实施例1去除托盘后的曝光区限位机构的立体结构图；

图7是本发明实施例1限位机构的棘爪及抓座立体结构图；

图8是本发明实施例1限位机构的抓座立体结构图；

图9是本发明实施例1分拣区的收料盒的立体结构示意图；

图10是本发明实施例1的照明系统和成像系统光路示意图；

图11是本发明实施例1的另一种照明系统和成像系统光路示意图；

图12是本发明实施例2的立体结构图；

图13是本发明实施例2的曝光区限位机构立体结构图；

图14是本发明实施例2的曝光区限位机构主视图；

图15是本发明实施例2的曝光区限位机构侧面剖视图；

图16是本发明实施例2的曝光区限位机构硅片通过时棘爪状态简易示图；

图17是本发明实施例2的曝光区限位机构硅片曝光时棘爪状态简易示图；

图18是本发明设置于可移动操作台上的主视图。

具体实施方式

实施例1：

图1为本发明所述的采用光致荧光原理的太阳能电池硅片检测系统示意图，图中自右向左，沿硅片传送带依次为上料区、曝光区、候检区、分拣区，上料区包括上料盒1和机械手2，两个上料盒1的前面板11可以绕上料盒1底部的轴打开，通过手持可以把硅片3放到上料盒1中(如图2)，机械手2通过吸盘21提取硅片3并把它放到传送带4上，硅片3放到传送带4上后为电控和UI所知，通过传送带4将硅片3输送到曝光区。

曝光区上设有照明系统及成像系统5以及对硅片限位的光致荧光限位机构6，采用光致荧光原理对硅片实行曝光、成像。

光致荧光是指在某个或某段波长的作用下太阳能电池硅片会发出荧光，通过对荧光有响应的相机成像，根据图片可以判断硅片的质量，荧光强度和硅片质量成正比例关系。

硅片到达曝光区的限位机构后，通过PLC(可编程控制器)的控制，传送带4停止输送，光致荧光限位机构6对硅片完成限位，使硅片在成像系统对应的位置上，如图3至图6所示，光致荧光限位机构6包括设于其底部的气缸活塞杆61和位于气缸活塞杆61顶部的托盘62，托盘62上设有传送带4通过的传送带槽67，所述托盘62左右两侧及后部共设有五个限定硅片位置的棘爪机构63，光致荧光限位机构6的前部横向设有两个棘爪机构63，托盘62的后部也设有一个棘爪机构63，所述棘爪机构63包括“L”形棘爪631(见图7)，“L”形棘爪631上端贯穿托盘62，恰好可卡住硅片，托盘62下方“L”形棘爪631两侧设有抓座632(见图8)，抓座632间设有横轴(未画出)，横轴穿过“L”形棘爪631，“L”形棘爪631和抓座632之间还设置有弹簧(未画出)，气缸活塞杆61两侧设有立柱64，立柱64顶端设有平板65，所述平板65上对应“L”形棘爪631设有顶柱66。当有硅片被输送到限位机构的托盘62上，气缸活塞杆61在PLC信号作用下推动托盘62上行并托起硅片，与此同时“L”形棘爪631和顶柱66的距离加大，“L”形棘爪631在弹簧的作用下绕轴向限位机构内侧旋转并卡住硅片。曝光成像后，在PLC信号的作用下，气缸活塞杆61带动托盘62下行，顶柱66顶住“L”形棘爪631下端，使“L”形棘爪631向限位机构外侧旋转从而松开硅片，由托盘62中的传送带4继续输送硅片到分拣区。

如图10所示，成像系统包括照明系统和成像镜头，所述照明系统自上往下依次为匀光管7和照明镜头8，匀光管7的光能损失小，光斑均匀度高以及成本低廉，匀光管7的对称轴偏离照明镜头8对称轴一定距离，从照明镜头8发出的光线向硅片倾斜一个角度，在硅片表面的成像光斑大小和匀光管端面成比例关系。该设计把斜光照明和直光照明的优点结合起来，斜光照明能够保证比较少的杂光进入相机，而直光照明保证和硅片等比例照明光斑。光线在匀光管7内多次反射，在出射端形成均匀光斑，该光斑由照明镜头8成像到位于曝光区的硅片3表面，硅片3在照明光斑的作用下发出荧光，匀光管7的光能损失小，光斑均匀度高以及成本低廉。成像镜头9前设有滤光片，滤光片吸收杂光而透过荧光。

从照明镜头8出射的激励光线在硅片3表面会有部分反射，对于荧光效率不高的硅片(不同工序阶段硅片的荧光效率不同)，激励光线进入成像镜头会大大降低信噪比。为了提高信噪比，改变照明镜头和成像镜头9之间的距离，使不同角度入射到硅片表面的激励光线按照镜面反射的原则都不能进入相机镜头，这样保证成像信号高的信噪比。

如图11所示，本发明成像系统另一种实施例，从照明镜头8发出的激励光线形成均匀光斑10，光斑10和相机12的CCD相对于二向色镜13对称。从照明镜头8发出的光线经过二向色镜13的反射、通过成像镜头9照射到硅片3的表面，经过激励光线激励后产生的荧光透过成像镜头9和二向色镜13和吸收滤光片14进入相机12中。吸收滤光片14吸收激励光线而透过荧光。

相机取图之后传送带4继续输送，硅片在经过候检区的时间内算法已经给出对硅片的评判，然后算法通过UI通知电控系统，电控系统分别控制分拣区的机械手2把经过分类的硅片放到对应的收料盒15中，最后一种分类的硅片由传送带输送到传送带4尾端的收料盒15中，所述收料盒15底板1501沿硅片放置方向的倾斜角度大于45度，斜面可保证硅片能够顺利落入盒中(收料盒15参阅图9)。

实施例2：

实施例2和实施例1的区别在于采用电致荧光对硅片实行曝光、成像，针对电致荧光的原理设计了电致荧光限位机构，成像系统不再需要照明系统，其余部分和实施例1基本相同。

实施例2的原理是通过给太阳能电池硅片加载电流致使硅片发光，根据发光强度可以判断硅片的质量。光致荧光检测方法可以用于PN结形成后的所有工序检测，而电致荧光检测方法只能用于丝网印刷后。

图12为实施例2的电致荧光太阳能电池硅片检测系统示意图，与光致荧光限位机构6不同的是电致荧光限位机构16除了具有限位功能外还有为硅片加载电流的功能，在电流的作用下丝网印刷后的硅片发出荧光，相机通过成像镜头9抓取图像。

参阅图13～15，电致荧光限位机构16的上基板1601固定于位于限位机构四角、托盘1602外侧的导向轴1616顶部，上基板1601上固定有上探针1615，托盘1602下方设有下基板1603，托盘1602和下基板1603之间设有固定有下探针1604的探针架1605，下探针1604和上探针1615对应设置，托盘1602、下基板1603和探针架1605固定为一体，下基板1603下方设有棘爪板1606，棘爪板1606中心设有可使气缸活塞杆1611穿过的通孔，所述棘爪板1606上固定有导柱1607，下基板1603上对应设有容置导柱1607的导柱孔，上基板1601上对应导柱1607设有顶柱螺钉1614，托盘1602上设有探针孔，下探针1604上部位于探针孔内，下探针1604顶端略高于托盘平面，托盘1602和下基板1603间套接有弹簧，棘爪板1606周边设有若干活动连接“L”形棘爪的抓座1613，抓座1613和“L”形棘爪1608间设有弹簧，“L”形棘爪1608上端部高于托盘1602，电致荧光限位机构底部设有固定板1609，固定板1609通过其四角的导向轴1616和上基板1601固定为一体，所述固定板1609上对应“L”形棘爪1608设有螺钉1610，固定板1609中心对应气缸活塞杆1611设有通孔，气缸活塞杆1611穿过固定板1609、棘爪板1606和下基板1603固定，下基板1603在硅片运动方向的两侧固定有门板1612。

如图16所示，当有硅片准备进入曝光区的电致荧光限位机构16时，通过PLC(可编程控制器)的控制，气缸活塞杆1611下行，下基板1603、探针架1605、托盘1602和门板1612也随之下行，从而使曝光室入口1617打开，固定板1609的螺钉1610顶住“L”形棘爪1608，“L”形棘爪1608向限位机构外侧旋转，传送带4上的硅片3从曝光室入口1617进入、输送到托盘1602上，此时，参阅图17，气缸活塞杆1611上行，固定板1609的螺钉1610离开“L”形棘爪1608，“L”形棘爪1608向限位机构内侧旋转复位，从硅片3四周对硅片3进行卡紧，同时下基板1603、托盘1602和他们之间的固定有下探针1604的探针架1605上行(参阅图13～15)，下探针1604和上探针1615共同夹紧硅片，导柱1607上的弹簧被下基板1603压缩，起到阻尼的作用，下探针1604和上探针1615共同夹紧硅片，通过电流源为硅片供电使其发光，然后通过成像镜头9对硅片抓取图像。抓取图像完成后，气缸活塞杆1611下行，下基板1603、探针架1605、托盘1602和门板1612也随之下行，从而使曝光室出口1618打开，固定板1609的螺钉1610顶住“L”形棘爪1608，“L”形棘爪631向限位机构外侧旋转，传送带4上的硅片3从曝光室出口1618离开电致荧光限位机构16。

其余流程的结构和原理则与实施例1基本相同。

本发明所述的太阳能电池硅片检测系统可设置于可移动操作台上，方便使用。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (6)

1.太阳能电池硅片检测系统，其特征在于：包括硅片输送装置，沿硅片输送装置依次设置上料区，用于将硅片放置在硅片输送装置上；

曝光区，设有位于硅片上方的检测成像系统以及用于对硅片限位的限位机构；

分拣区，用于将不同质量的硅片放到对应的收料盒中；

所述限位机构包括设于其底部的气缸活塞杆和气缸活塞杆上部的托盘，所述托盘上设有限定硅片位置的棘爪机构，随着气缸活塞杆、托盘的上下移动，实现棘爪机构对硅片的卡紧和松开，

所述托盘上设有使硅片输送装置的传送带通过的传送带槽，所述棘爪机构包括上端贯穿托盘的若干竖向“L”形棘爪，所述托盘底部对应“L”形棘爪设有抓座，所述抓座内设有横轴和弹簧，“L”形棘爪活动连接于横轴上，所述气缸活塞杆两侧设有立柱，所述立柱顶端设有平板，气缸活塞杆贯穿平板，所述平板上对应棘爪设有顶柱，随着气缸活塞杆、托盘的上下移动，所述顶柱使得“L”形棘爪绕横轴旋转，实现对硅片的卡紧和松开。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池硅片检测系统，其特征在于：所述上料区设有上料盒和机械手，所述上料盒前面板可绕位于其底部的轴开合。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池硅片检测系统，其特征在于：所述检测成像系统包括照明系统、成像镜头和相机，所述照明系统自上往下依次为匀光管和照明镜头，所述匀光管的对称轴偏离照明镜头对称轴一定距离，所述成像镜头前设有滤光片。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池硅片检测系统，其特征在于：所述检测成像系统包括照明系统和成像系统，所述照明系统自右向左依次为匀光管和照明镜头，从照明镜头发出的光线射到二向色镜上，所述二向色镜上方自上向下依次为相机的CCD和滤光片，所述二向色镜下方为镜头。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池硅片检测系统，其特征在于：所述曝光区和分拣区之间设有候检区，硅片在经过候检区的时间内算法给出对硅片的评判。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池硅片检测系统，其特征在于：所述分拣区硅片输送装置两侧设有至少一个机械手以及对应的至少一个收料盒，所述硅片输送装置尾端设有收料盒，所述收料盒底板和侧板的角度大于45度。

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