CN110646436A - 一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备及其检测方法,所述检测标识设备包括机架，机架上设置有多个滚筒，多个滚筒一端设置有晶柱检测站，晶柱检测站下方设置有一载台顶升机构，晶柱检测站的上方设置有近红外光源和近红外工业相机，晶柱的上方设置有激光测距仪，晶柱一侧设置有激光打标头,本发明用于太阳能晶柱的检测和标识，太阳能晶柱放置在载台上，由近红外工业相机和近红外光源对晶柱进行扫描，检测出晶柱内部的瑕疵，然后将图像发到控制机构，然后激光打标头上下左右运动，对晶柱表面进行打标，标识出瑕疵区域，便于后续将晶柱瑕疵部分切割掉，只保留良品部分，大大节省了晶柱的材料，提高了利用率。

Description

一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备及其检测方法

技术领域

本发明涉及半导体检测设备技术领域，尤其涉及一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备及其检测方法。

背景技术

太阳能晶柱(或称晶棒，硅棒)是制备太阳能晶硅电池片的基础原料，呈长方体状，一般通过直拉法长晶，在长晶的过程中，由于受各种因素的影响，会在晶柱内部形成瑕疵，比如汽泡，杂质或裂纹，这种带有瑕疵的晶柱需要检测出瑕疵部位并进行标识，出于节省材料的考虑，会通过切割工艺将瑕疵区域切除掉，保留良品部分，然后再通过线切割工艺将良品部分切成薄片。目前还没有一种专门的设备及方法能够将太阳能晶柱内部的瑕疵检查并标识出来。

发明内容

本发明提供一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备及检测方法，能够将太阳能晶柱内部的瑕疵检查并标识出来，便于后续的切割作业。

本发明提供的具体技术方案如下：一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备，包括机架，机架上设置有多个滚筒，多个滚筒用于输送承载有待检测晶柱的载台，所述多个滚筒一端设置有晶柱检测站，所述晶柱检测站下方设置有一载台顶升机构，所述晶柱检测站处的滚筒之间留有载台顶升机构上下运动的避让空间，所述载台顶升机构能够驱动载台作上下升降和旋转运动，所述晶柱检测站上方在待检测晶柱的前后两侧分别设置有近红外光源和近红外工业相机，近红外光源正对设置近红外工业相机，近红外光源设置于光源升降机构，近红外工业相机设置于相机升降机构，近红外光源和近红外工业相机始终处于同一高度且两者作同步升降运动，所述晶柱检测站处的晶柱上方设置有安装至机架的激光测距仪，晶柱的另一侧设置有可移动的激光打标头，所述激光打标头连接一打标头驱动机构，还包括一控制机构，所述控制机构与载台顶升机构、光源升降机构、相机升降机构和打标头驱动机构连接。

更具体的，载台顶升机构包括固定至机架的底板，安装在底板上的升降气缸，所述升降气缸的活塞杆向上连接至电机安装板，所述电机安装板下端固定安装有导柱，所述底板上固定安装有与导柱相配的套筒，导柱在套筒内滑动，所述电机安装板上安装有载台旋转电机，所述载台旋转电机的输出轴连接一转盘，所述转盘上端驱动连接一水平设置的顶板，所述载台旋转电机能够驱动顶板在水平面内做360度自转，所述顶板上设置有至少两个限位柱，所述载台设置有与限位柱对应的限位孔。

更具体的，近红外工业相机的数量为一个，所述近红外工业相机可沿X轴方向来回滑动地设置于一X轴直线模组上，所述X轴直线模组的一端设置有X轴电机，由X轴电机驱动近红外工业相机沿X轴方向运动，所述X轴直线模组可沿Z轴方向来回滑动地设置于相机升降机构，所述相机升降机构包括第一直线模组和第一滑轨，第一直线模组上设置有第一电机，由第一电机驱动近红外工业相机做上下升降运动，所述第一直线模组和第一滑轨均固定安装至机架。

更具体的，近红外工业相机的数量为多个，多个近红外工业相机安装至相机支架上，所述相机支架可沿Z轴方向来滑动地设置于相机升降机构，所述相机升降机构包括第一直线模组和第一滑轨，第一直线模组上设置有第一电机，由第一电机驱动近红外工业相机做上下升降运动，所述第一直线模组和第一滑轨均固定安装至机架。

更具体的，光源升降机构包括用于安装近红外光源的光源支架，所述光源支架可沿Z轴方向上下滑动地设置于第二直线模组和第二滑轨上，第二直线模组上设置有第二电机，由第二电机驱动近红外光源做上下升降运动。

更具体的，所述打标头驱动机构包括Y轴直线模组，所述激光打标头可沿Y轴方向滑动地设置于Y轴直线模组上，Y轴直线模组一端设置有Y轴电机，由Y轴电机驱动激光打标头沿Y轴方向运动，Y轴直线模组可沿Z轴方向上下滑动地设置于第三直线模组和第三滑轨上，第三直线模组一端设置有第三电机，由第三电机驱动激光打标头沿Z方向做升降运动。

更具体的，控制机构包括计算机和运动控制卡，所述激光测距仪连接计算机。

一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备的检测方法，包括如下步骤：

步骤1:采用灰度值线性拉伸的方法处理原始影像来获取对比度均衡的影像；

步骤2:将经过步骤1中处理后的影像,依据局部直方图统计增强的算式,来增强低对比度的区域,将明亮区保持不变，而将较暗的影像进行二次强化；

步骤3:对经过步骤2处理后的影像进行边缘处理,使用Marr-Hildreth边缘处理算法:

步骤4:对经过步骤3处理后的影像进行腐蚀处理,去除孤立像素,避免干扰；

步骤5:对经过步骤4处理后的影像进行膨胀处理,还原团块影像面积；

步骤6:对经过步骤5处理后的影像建立团块影像标签化；

检查判断:计算标签化团块影像面积、周长、外切长、外切宽是否超过标准阈值。

本发明的有益效果如下：本发明用于太阳能晶柱的检测和标识，太阳能晶柱放置在载台上，由多个滚筒输送到晶柱检测站，位于晶柱正上方的激光测距仪测量出晶柱的高度，位于晶柱前后两侧正对设置的近红外工业相机和近红外光源对晶柱上下运动进行扫描，检测出晶柱内部的瑕疵如杂质，汽泡或裂纹等不良区域，然后将原始图像发到计算机，计算机根据预设的算法对图像进行处理后得到瑕疵区域的范围和打标头运动路径，然后计算机再控制激光打标头上下左右运动，在晶柱表面进行打标，标识出瑕疵区域，便于后续将晶柱瑕疵部分切割掉，只保留良品部分，大大节省了晶柱的材料，提高了材料的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例的整体结构示意图。

图2为实施例的载台顶升机构的侧面结构示意图。

图3为近红外光源、近红外工业相机和激光打标头的安装结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合图1至图3对本发明实施例的一种结构改进的工业智能相机进行详细的说明。

参考图1-3所示，一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备的实施例，包括机架1，机架1上设置有呈水平方向设置的多个滚筒11，所述多个滚筒1上放置有用于承载待检测晶柱100的载台12，所述多个滚筒1一端设置有晶柱检测站，所述晶柱检测站下方设置有一载台顶升机构16，所述晶柱检测站处的滚筒之间留有载台顶升机构16上下运动的避让空间，当承载有晶柱100的载台12移动到检测站时，由所述载台顶升机构16驱动载台12上升，具体的，载台顶升机构16包括固定至机架1的底板161，安装在底板上的升降气缸164，所述升降气缸164的活塞杆向上连接至电机安装板165，所述电机安装板下端固定安装有导柱163，所述底板161上固定安装有与导柱163相配的套筒162，导柱163可以套筒162内滑动，所述电机安装板161上安装有载台旋转电机166，所述载台旋转电机166的输出轴连接一转盘167，所述转盘167上端驱动连接一水平设置的顶板168，所述载台旋转电机166能够驱动顶板168在水平面内自转，所述顶板168上表面设置有两个凸起的限位柱，载台12底部设置有与限位柱相配的限位孔，需要对载台12进行翻转(旋转)时，由升降气缸164驱动顶板168抵接载台12下表面，使顶板168上的限位柱插入到载台12的限位孔内，随后由载台旋转电机166驱动顶板168和载台12在水平面内旋转，进而带动太阳能晶柱发生旋转，便于检测完一个侧面后对另一个侧面进行检测，这样可以对太阳能晶柱进行全方位的检测。

所述晶柱检测站处的晶柱100上方设置有安装至机架的激光测距仪15，激光测距仪15位于晶柱100的正上方，当晶柱移动至晶柱检测站时对晶柱的高度进行测量，然后将高度值传送到计算机，由计算机控制近红外工业相机和近红外光源上下运动的高度，不同的高度的晶柱100，对应相应数值的相机扫描高度。

所述载台12的上方的机架上设置有近红外光源14和近红外工业相机13，近红外光源14正对设置近红外工业相机13，所述近红外光源14安装在光源升降机构上，近红外工业相机13安装在相机升降机构上，近红外光源和近红外工业相机始终处于同一高度且两者作同步升降运动，具体的，近红外工业相机13滑动设置于沿X轴方向的X轴直线模组21上，所述X轴直线模组21滑动设置于固定在机架的沿Z轴方向的第一直线模组23和第一滑轨22上，第一直线模组23上设置有第一电机231，由第一电机231驱动近红外工业相机13沿Z轴方向做上下升降运动，所述X轴直线模组21的一端设置有X轴电机，由X轴电机驱动近红外工业相机13沿X轴方向运动。本实施例中，出于成本的考虑，只安装了一个可沿X轴方向来回滑动的近红外工业相机，用于对晶柱侧面进行拍照，X轴方向拍照完毕后，X轴直线模组21再下降一个高度，相机在此高度上沿X轴方向滑动再次拍照，如此重复；在其它实施例中，为了更加高效的检测，也可以沿X轴方向安装多个近红外工业相机，并排固定设置于一个相机支架上，这样相机支架只需做上下升降运动，即可完成全面的拍照和检测。

具体的，近红外光源14设置于沿X轴方向的光源支架24上，所述光源支架24滑动设置于沿Z轴方向的第二直线模组25和第二滑轨26上，第二直线模组25上设置有第二电机251，由第二电机251驱动近红外光源14沿Z轴方向与近红外工业相机13做同步升降运动。

所述载台12的上方的另一侧设置有可移动的激光打标头17，具体的，激光打标头17设置于沿Y轴方向的Y轴直线模组2上，Y轴直线模组2一端设置有Y轴电机271，由Y轴电机271驱动激光打标头17沿Y轴方向运动，Y轴直线模组2滑动设置于沿Z轴方向的第三直线模组28和第三滑轨29上，第三直线模组28一端设置有第三电机281，由第三电机281驱动激光打标头17沿Z方向做升降运动。

所述计算机通过运动控制卡连接载台旋转电机166、X轴电机、Y轴电机271、第一电机231、第二电机251和第三电机281。

工作原理：本实施例用于太阳能晶柱100的检测和标识，太阳能晶柱100放置在载台12上，多个滚筒11转动，将承载晶柱的载台12运送到晶柱检测站(图1和图3中晶柱所处的位置)，随后顶板168上升穿过滚筒之间的避让空间(间隙)，抵接载台12的下表面(载台足够大，仍支撑在滚筒上)，随后驱动晶柱100上升到一预设高度，随后激光测距仪测量晶柱的高度，将数值传送到计算机，此数值即为后续近红外工业相机上下扫描的高度值，随后计算机控制近红外工业相机和光源从晶柱的高度向下进行扫描，扫描完前后两侧面后，由载台旋转电机166驱动晶柱100发生90度旋转，随后相机和光源再回到晶柱的高度开始从上到上扫描晶柱的左右两侧面，扫描完毕后，激光打标头17对瑕疵区域映射在晶柱表面的位置进行打标，具体的，需要标识出瑕疵的起始线和终止线，本实施例中，激光打标头在晶柱表面打出Z字符，其中Z字符的上横线代表瑕疵起始线(最高点)，Z字符的下横线代表瑕疵终止线(最低点)，Z字符的中间斜线表示瑕疵的存在区域，在其它实施例中，也可以用其它的标号来标识瑕疵区域，随后升降气缸164驱动载台12下落到滚筒上，再由滚筒将检测完毕的晶柱输送出检测站。

后续通过线切割将瑕疵部分切割掉，只保留良品部分，可以大大节省了晶柱的材料，提高了利用率。

其中，相机扫描得到的图像传送到计算机后，计算机通过预设的算法对图像进行处理,关于太阳能晶柱的检查算法，说明如下：

低对比度图像由于照明不足,相机动态范围受限,或根据实测现场环境光源干涉而调小光圈,都会导致所获取的影像(图像)明暗度不均，因此，在进行检查前需要对影像作一些前处理。

步骤1:采用灰度值线性拉伸的方法来获取对比度均衡的影像,

具体算法如下：

步骤2:依据局部直方图统计增强的算式来增强低对比度的区域,将明亮区保持不变，而将较暗的影像进行二次强化；

g₁(x,y)表示在图像任意坐标(x,y)处的像素值,g₂(x,y)表示这些坐标处相应增强的像素值,则对于x＝0,1,2,…,M-1,y＝0,1,2,….,N-1,有以下算式

E，k₀，k₁，k₂是规定的参数，m_g是输入图像的灰阶全局均值；σ_g是输入图像的灰阶标准差；m_Sxy和σ_sxy分别是灰阶局部均值及局部灰阶标准差；M，N是图像的行与列；

经测试统计结论,参数值分别为E＝4.0，k₀＝0.4，k₁＝0.02，k₂＝0.4；

局部区域S_xy的大小设为最小3x3 pixels；

步骤3:影像边缘处理,使用Marr-Hildreth边缘处理算法:

高斯拉普拉斯滤波器(LoG):

由LoG滤波器与输入图像的每一个坐标图像进行换算

步骤4:腐蚀处理,去除孤立像素,避免干扰

B是一个3x3像素的结构元,

A是具z个像素的受处理的影像,

A^c是A的补集,

是空集；

步骤5:膨胀处理,还原团块影像面积

B是一个3x3像素的结构元

A是具z个像素的受处理的影像,

步骤6:Labeling建立团块影像标签化

S_mn的大小设为3x3 pixels

当

时,k_n＝k_n-1+1；n为正整数。

检查判断:计算标签化团块影像面积、周长、外切长、外切宽是否超过标准阈值。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备，其特征在于，包括机架，机架上设置有多个滚筒，多个滚筒用于输送承载有待检测晶柱的载台，所述多个滚筒一端设置有晶柱检测站，所述晶柱检测站下方设置有一载台顶升机构，所述晶柱检测站处的滚筒之间留有载台顶升机构上下运动的避让空间，所述载台顶升机构能够驱动载台作上下升降和旋转运动，所述晶柱检测站上方在待检测晶柱的前后两侧分别设置有近红外光源和近红外工业相机，近红外光源正对设置近红外工业相机，近红外光源设置于光源升降机构，近红外工业相机设置于相机升降机构，近红外光源和近红外工业相机始终处于同一高度且两者作同步升降运动，所述晶柱检测站处的晶柱上方设置有安装至机架的激光测距仪，晶柱的另一侧设置有可移动的激光打标头，所述激光打标头连接一打标头驱动机构，还包括一控制机构，所述控制机构与载台顶升机构、光源升降机构、相机升降机构和打标头驱动机构连接。

2.根据权利要求1所述的检测标识设备，其特征在于，载台顶升机构包括固定至机架的底板，安装在底板上的升降气缸，所述升降气缸的活塞杆向上连接至电机安装板，所述电机安装板下端固定安装有导柱，所述底板上固定安装有与导柱相配的套筒，导柱在套筒内滑动，所述电机安装板上安装有载台旋转电机，所述载台旋转电机的输出轴连接一转盘，所述转盘上端驱动连接一水平设置的顶板，所述载台旋转电机能够驱动顶板在水平面内做360度自转，所述顶板上设置有至少两个限位柱，所述载台设置有与限位柱对应的限位孔。

3.根据权利要求1所述的检测标识设备，其特征在于，近红外工业相机的数量为一个，所述近红外工业相机可沿X轴方向来回滑动地设置于一X轴直线模组上，所述X轴直线模组的一端设置有X轴电机，由X轴电机驱动近红外工业相机沿X轴方向运动，所述X轴直线模组可沿Z轴方向来回滑动地设置于相机升降机构，所述相机升降机构包括第一直线模组和第一滑轨，第一直线模组上设置有第一电机，由第一电机驱动近红外工业相机做上下升降运动，所述第一直线模组和第一滑轨均固定安装至机架。

4.根据权利要求1所述的检测标识设备，其特征在于，近红外工业相机的数量为多个，多个近红外工业相机安装至相机支架上，所述相机支架可沿Z轴方向来滑动地设置于相机升降机构，所述相机升降机构包括第一直线模组和第一滑轨，第一直线模组上设置有第一电机，由第一电机驱动近红外工业相机做上下升降运动，所述第一直线模组和第一滑轨均固定安装至机架。

5.根据权利要求1所述的检测标识设备，其特征在于，光源升降机构包括用于安装近红外光源的光源支架，所述光源支架可沿Z轴方向上下滑动地设置于第二直线模组和第二滑轨上，第二直线模组上设置有第二电机，由第二电机驱动近红外光源做上下升降运动。

6.根据权利要求1所述的检测标识设备，其特征在于，所述打标头驱动机构包括Y轴直线模组，所述激光打标头可沿Y轴方向滑动地设置于Y轴直线模组上，Y轴直线模组一端设置有Y轴电机，由Y轴电机驱动激光打标头沿Y轴方向运动，Y轴直线模组可沿Z轴方向上下滑动地设置于第三直线模组和第三滑轨上，第三直线模组一端设置有第三电机，由第三电机驱动激光打标头沿Z方向做升降运动。

7.根据权利要求1所述的检测标识设备，其特征在于，控制机构包括计算机和运动控制卡，所述激光测距仪连接计算机。

8.一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1:采用灰度值线性拉伸的方法处理原始影像来获取对比度均衡的影像；

步骤2:将经过步骤1中处理后的影像,依据局部直方图统计增强的算式,来增强低对比度的区域,将明亮区保持不变，而将较暗的影像进行二次强化；

步骤3:对经过步骤2处理后的影像进行边缘处理,使用Marr-Hildreth边缘处理算法；

步骤4:对经过步骤3处理后的影像进行腐蚀处理,去除孤立像素,避免干扰；

步骤5:对经过步骤4处理后的影像进行膨胀处理,还原团块影像面积；

步骤6:对经过步骤5处理后的影像建立团块影像标签化；

检查判断:计算标签化团块影像面积、周长、外切长、外切宽是否超过标准阈值。

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