CN115931908A - 一种硅棒缺陷自动检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅棒缺陷自动检测系统及检测方法。本发明的系统包括硅棒旋转模块、外形尺寸检测模块、内部缺陷检测模块、检测机构运动模块、机架模块和控制模块，硅棒旋转模块用于旋转待检测的硅棒，辅助外形检测、内部缺陷检测装置确定硅棒四根晶线的位置；外形尺寸检测模块用于识别硅棒晶线位置、测量硅棒直径和长度；内部缺陷检测模块包括线阵相机和红外光源，能识别硅棒隐裂、位错、孪晶等内部缺陷；检测机构运动模块能够实现硅棒左右两侧的外形尺寸检测模块和内部缺陷检测模块在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的连续同步运动。本发明提出的硅棒检测系统及检测方法能够对硅棒的外形尺寸、内部缺陷进行精准检测，提高硅棒及硅片的产能和效率。

Description

一种硅棒缺陷自动检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及光学、视觉图像分析技术领域，尤其涉及一种硅棒缺陷自动检测系统及检测方法。

背景技术

目前，硅棒从长晶炉拉制完成后，送至冷却区冷却，通过人工检测硅棒外观缺陷、晶线有无断裂等问题并进行标记，作为后续截断机的运行依据，而硅棒内部缺陷要等到加工成硅片后才进行检测。因此现有工序存在以下问题：硅棒最初检测采用人工测量和标定，其截断长度根据经验而定，存在所截断的尺寸过长而导致资源浪费的情况，且人工测量采用肉眼和卷尺进行测量，划线精度较低；硅棒、硅片的详细检测均是在物料经历了多道生产工序后才进行，特别是隐裂、位错等内部缺陷要到硅片生产完成即将打包时才能被检测，期间的不合格品造成了大量生产资源的浪费。上述两点问题严重影响了硅棒、硅片的产能和效率。随着上游原材料价格持续高涨，硅片生产的降本增效迫在眉睫，因此提出一种硅棒检测系统及检测方法以实现对硅棒的外形尺寸、晶线完整性、内部缺陷的精准检测能够节省生产加工资源，并提高产能和效率，具有重要价值。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种硅棒缺陷自动检测系统及检测方法。

一方面，本发明提出了一种硅棒缺陷自动检测系统，包括：

硅棒旋转模块，所述硅棒旋转模块包括旋转电机、主动滚筒、从动滚筒和旋转基座，所述旋转电机为所述主动滚筒提供转动动力，所述主动滚筒和所述从动滚筒可转动设置在所述旋转基座上，且沿轴向分布在硅棒两侧以旋转和支撑所述硅棒；

检测机构运动模块，所述检测机构运动模块包括X轴直线运动单元、Y轴直线运动单元、Z轴直线运动单元和检测装置保持架，所述检测装置保持架用于安装多种检测装置，所述X轴直线运动单元、所述Y轴直线运动单元和所述Z轴直线运动单元配合以实现检测装置在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的连续同步运动；

外形尺寸检测模块，所述外形尺寸检测模块包括第一激光轮廓传感器和第二激光轮廓传感器，所述第一激光轮廓传感器和所述第二激光轮廓传感器通过所述检测装置保持架对称设置在硅棒两侧；

内部缺陷检测模块，所述内部缺陷检测模块包括线阵相机和红外光源，所述线阵相机和所述红外光源通过所述检测装置保持架对称设置在硅棒两侧；

控制模块，所述控制模块包括检测机构运动控制器、光源控制器、外形尺寸检测视觉控制器、内部缺陷检测视觉控制器和硅棒旋转控制器；

机架模块，所述机架模块为框架式机构，用于支撑所述检测机构运动模块、所述外形尺寸检测模块、所述内部缺陷检测模块和所述硅棒旋转模块。

在一些实施例中，所述旋转基座上还设置有减速器，所述旋转电机通过联轴器连接所述减速器，所述减速器通过同步带连接所述主动滚筒。

在一些实施例中，所述旋转基座上还固定设置有滚筒支座，所述主动滚筒和所述从动滚筒通过所述滚筒支座可转动设置在所述旋转基座上。

在一些实施例中，所述X轴直线运动单元包括第一X轴直线运动单元和第二X轴直线运动单元，所述Y轴直线运动单元包括第一Y轴直线运动单元和第二Y轴直线运动单元，所述Z轴直线运动单元包括第一Z轴直线运动单元和第二Z轴直线运动单元，所述第一Y轴直线运动单元的基座固定安装在所述第一X轴直线运动单元的滑块上，所述第一Z轴直线运动单元的基座固定安装在所述第一Y轴直线运动单元的滑块上，所述第二Y轴直线运动单元的基座固定安装在所述第二X轴直线运动单元的滑块上，所述第二Z轴直线运动单元的基座固定安装在所述第二Y轴直线运动单元的滑块上。

在一些实施例中，所述检测装置保持架包括第一检测装置保持架和第二检测装置保持架，所述第一检测装置保持架和第二检测装置保持架分别固定设置在所述第一Z轴直线运动单元和所述第二Z轴直线运动单元的滑块上，所述第一检测装置保持架和所述第二检测装置保持架上设置一组对射型光电传感器。

在一些实施例中，所述第一激光轮廓传感器设置在所述第一检测装置保持架上，所述第二激光轮廓传感器设置在所述第二检测装置保持架上，且所述第一激光轮廓传感器和所述第二激光轮廓传感器对称设置。

在一些实施例中，所述红外光源设置在所述第一检测装置保持架上，所述线阵相机设置在所述第二检测装置保持架上，且所述红外光源和所述线阵相机对称设置。

在一些实施例中，所述X轴直线运动单元、所述Y轴直线运动单元、所述Z轴直线运动单元和所述对射型光电传感器均与所述检测机构运动控制器电连接，所述红外光源与所述光源控制器电连接，所述线阵相机与所述内部缺陷检测视觉控制器电连接，所述第一激光轮廓传感器和所述第二激光轮廓传感器均与所述外形尺寸检测视觉控制器电连接，所述旋转电机与所述硅棒旋转控制器电连接。

在一些实施例中，所述控制模块还包括图像采集卡，所述线阵相机通过所述图像采集卡将图像上传至所述控制模块。

另一方面，本发明提出了一种硅棒缺陷自动检测方法，包括以下步骤：

(1)检测机构运动控制器驱动两侧的检测装置保持架沿X轴移动至初始检测位置，检测装置保持架沿Z轴自上而下移动，第一激光轮廓传感器、第二激光轮廓传感器根据检测硅棒沿Z轴方向的边界突变情况，第一次测量硅棒的直径数据，得到硅棒直径为D；

(2)Z轴直线运动单元的电机搭载的编码器感应到保持架沿Z轴运动至硅棒直径的1/2处停止，硅棒旋转控制器驱动硅棒旋转模块的旋转电机缓慢旋转，同时外形尺寸检测模块双侧的激光轮廓传感器识别硅棒四条晶线位置；

(3)当有两条晶线分别与两台激光轮廓传感器发射接收光路垂直时，第一激光轮廓传感器和第二激光轮廓传感器识别到硅棒的两条晶线，硅棒旋转模块停止运动；

(4)检测机构运动控制器控制检测机构运动模块从起始位置沿X轴运动，带动激光轮廓传感器扫描硅棒两条晶线轮廓，并生成点云数据，内部缺陷检测模块通过检测装置保持架与外形尺寸检测模块同步运动，线阵相机接收光源透射硅棒后的图像，并通过图像采集卡上传至控制模块，对射型光电传感器实时感知检测机构运动模块相对硅棒的X轴向位置，当感应到检测机构运动模块移动至硅棒末端边界时，检测机构运动控制器控制X轴直线运动单元停止运动，并完成硅棒长度的测量，获得硅棒长度L；

(5)通过点云数据构建硅棒两条晶线的三维模型，内部缺陷检测模块采集的图像出图，第一次硅棒检测工序完成；

(6)利用硅棒旋转模块将硅棒旋转90°后停止，重复步骤(4)和(5)，完成第二次硅棒检测工序，并汇总检测数据。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提出的硅棒检测系统及检测方法能够对硅棒的外形尺寸、内部缺陷进行精准检测，提高硅棒及硅片的产能和效率。

本发明提出的硅棒检测系统的检测机构运动模块能够实现现硅棒左右两侧的外形尺寸检测模块和内部缺陷检测模块在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的连续同步运动。

本发明提出的硅棒检测系统及检测方法能够在硅棒进行其他生产工序之前检测硅棒的隐裂、位错、孪晶等内部缺陷，避免了生产资源的浪费。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为硅棒缺陷自动检测系统的结构示意图；

图2为硅棒旋转模块的结构示意图；

图3为检测机构运动模块的结构示意图；

图4为硅棒缺陷自动检测系统的俯视图；

图5为外形尺寸检测方法示意图；

图6为内部缺陷检测方法示意图；

图7为应用于线体上的硅棒缺陷自动检测系统的结构示意图；

图8为硅棒红外透射成像基本特征示例图示；

图9为硅棒红外透射成像基本特征提取示例图示；

图10为硅棒内部隐裂缺陷示例图示；

图11为硅棒内部位错缺陷示例图示；

附图标记说明：

硅棒旋转模块1、外形尺寸检测模块2、内部缺陷检测模块3、检测机构运动模块4、控制模块5、机架模块6、旋转电机7、减速器8、主动滚筒9、从动滚筒10、旋转基座11、硅棒12、第一激光轮廓传感器13、第二激光轮廓传感器14、线阵相机15、红外光源16、第一X轴直线运动单元17、第二X轴直线运动单元18、第一Y轴直线运动单元19、第二Y轴直线运动单元20、第一Z轴直线运动单元21、第二Z轴直线运动单元22、第一检测装置保持架23、第二检测装置保持架24。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的硅棒缺陷自动检测系统及检测方法。

如图1-4所示，本发明的硅棒缺陷自动检测系统，包括硅棒旋转模块1、检测机构运动模块4、外形尺寸检测模块2、内部缺陷检测模块3、控制模块5和机架模块6。

硅棒旋转模块1包括旋转电机7、主动滚筒9、从动滚筒10、减速器8和旋转基座11，旋转电机7为主动滚筒9提供转动动力，主动滚筒9和从动滚筒10可转动设置在旋转基座11上，且沿轴向分布在硅棒12两侧以旋转和支撑硅棒12。旋转电机7通过联轴器连接减速器8，减速器8通过同步带连接主动滚筒9。旋转基座11上固定设置有滚筒支座，主动滚筒9和从动滚筒10通过滚筒支座可转动设置在旋转基座11上。

具体为，硅棒旋转模块1用于旋转待检测的硅棒12，辅助外形尺寸检测模块2和内部缺陷检测模块3确定硅棒四根晶线的位置，硅棒旋转模块1包括旋转电机7、主动滚筒9、从动滚筒10、减速器8和旋转基座11。其中，旋转基座11上设置有滚筒支座，主动滚筒9和从动滚筒10通过轴承和滚筒支座可转动设置在旋转基座11上，主动滚筒9和从动滚筒10沿轴向分布于硅棒12两侧，且主动滚筒9和从动滚筒10位于硅棒12的下方位置，对硅棒12起到旋转和支撑作用。旋转电机7为主动滚筒9提供旋转动力，旋转电机7与减速器8之间通过联轴器连接，减速器8与主动滚筒9之间通过同步带连接，旋转电机7将转动动力通过联轴器传递至减速器8，减速器8经同步带将转动动力传递至主动滚筒9，从而带动主动滚筒9转动，主动滚筒9转动时，驱动硅棒12转动，进一步带动从动滚筒10转动。

旋转电机7与硅棒旋转控制器电连接，具体为，旋转电机7与控制模块5的硅棒旋转控制器电连接，从而通过硅棒旋转控制器自动控制旋转电机7的转速，进一步控制硅棒12的转动速度和转动角度。

检测机构运动模块4包括X轴直线运动单元、Y轴直线运动单元、Z轴直线运动单元和检测装置保持架，检测装置保持架用于安装多种检测装置，X轴直线运动单元、Y轴直线运动单元和Z轴直线运动单元配合以实现检测装置在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的连续同步运动。

具体为，X轴直线运动单元包括第一X轴直线运动单元17和第二X轴直线运动单元18，Y轴直线运动单元包括第一Y轴直线运动单元19和第二Y轴直线运动单元20，Z轴直线运动单元包括第一Z轴直线运动单元21和第二Z轴直线运动单元22，第一Y轴直线运动单元19的基座固定安装在第一X轴直线运动单元17的滑块上，第一Z轴直线运动单元21的基座固定安装在第一Y轴直线运动单元19的滑块上，第二Y轴直线运动单元20的基座固定安装在第二X轴直线运动单元18的滑块上，第二Z轴直线运动单元22的基座固定安装在第二Y轴直线运动单元20的滑块上。检测装置保持架上可以安装多种检测装置，检测装置保持架包括第一检测装置保持架23和第二检测装置保持架24，第一检测装置保持架23和第二检测装置保持架24分别固定设置在第一Z轴直线运动单元21和第二Z轴直线运动单元22的滑块上。在一些实施例中，第一检测装置保持架23和第二检测装置保持架24上设置一组对射型光电传感器，对射型光电传感器用于动态监测检测机构运动模块4与硅棒12沿X轴方向的相对位置。

可以理解的是，第一检测装置保持架23和第二检测装置保持架24还可以设置在其他直线运动单元的滑块上，从而使得检测装置设置在不同的方向。

X轴直线运动单元、Y轴直线运动单元、Z轴直线运动单元和对射型光电传感器均与检测机构运动控制器电连接。具体为，X轴直线运动单元、Y轴直线运动单元、Z轴直线运动单元均包含电机、滚珠丝杠、直线导轨、滑块和基座，X轴直线运动单元、Y轴直线运动单元、Z轴直线运动单元的电机均外接控制模块5的检测机构运动控制器，利用检测机构运动控制器的控制指令能够实现X轴、Y轴和Z轴同步运动。

外形尺寸检测模块2包括第一激光轮廓传感器13和第二激光轮廓传感器14，第一激光轮廓传感器13和第二激光轮廓传感器14通过检测装置保持架对称设置在硅棒12两侧。第一激光轮廓传感器13和第二激光轮廓传感器14均与外形尺寸检测视觉控制器电连接。

具体为，外形尺寸检测模块2用于识别硅棒晶线位置、检测晶线完整性、测量硅棒直径和长度，第一激光轮廓传感器13设置在第一检测装置保持架23上，第二激光轮廓传感器14设置在第二检测装置保持架24上，第一激光轮廓传感器13和第二激光轮廓传感器14对称设置，激光轮廓传感器能够发射条状激光，并在硅棒12表面产生漫反射，反射光再由激光轮廓传感器接收，由控制模块5生成三维点云数据，从而实现对硅棒外形尺寸、晶线的识别。第一激光轮廓传感器13和第二激光轮廓传感器14均外接控制模块5的外形尺寸检测视觉控制器。

内部缺陷检测模块3包括线阵相机15和红外光源16，线阵相机15和红外光源16通过检测装置保持架对称设置在硅棒12两侧。红外光源16与光源控制器电连接，线阵相机15与内部缺陷检测视觉控制器电连接。控制模块5还包括图像采集卡，线阵相机15通过图像采集卡将图像上传至控制模块5。

具体为，内部缺陷检测模块3包括线阵相机15和红外光源16，能够识别硅棒隐裂、位错、孪晶等内部缺陷。红外光源16设置在第一检测装置保持架23上，线阵相机15设置在第二检测装置保持架24上，红外光源16和线阵相机15对称设置，红外光源16与控制模块5中的光源控制器连接，线阵相机15与控制模块5中的内部缺陷检测视觉控制器连接，线阵相机15通过图像采集卡将图像上传至控制模块5。

根据上述描述可知，第一激光轮廓传感器13及内部缺陷检测所用的红外光源16安装在第一检测装置保持架23两侧，第一检测装置保持架23与第一Z轴直线运动单元21的滑块连接，从而实现第一激光轮廓传感器13及红外光源16沿Z轴的运动，第二激光轮廓传感器14与内部缺陷检测所用线阵相机15安装与第二检测装置保持架24两侧，第二检测装置保持架24与第二Z轴直线运动单元22的滑块连接，实现了第二激光轮廓传感器14与线阵相机15沿Z轴的运动。

控制模块5包括检测机构运动控制器、光源控制器、外形尺寸检测视觉控制器、内部缺陷检测视觉控制器和硅棒旋转控制器。控制模块5包括但不限于工控机、可编程控制器搭配视觉控制器等形式，控制模块5同时负责硅棒旋转模块1、检测机构运动模块4的运动控制，以及外形尺寸检测模块2、内部缺陷检测模块3的视觉图像采集、处理、分析、识别、判断、标记功能。

机架模块6为框架式机构，用于支撑检测机构运动模块4、外形尺寸检测模块2、内部缺陷检测模块3和硅棒旋转模块1。在一些实施例中，机架模块6为金属框架式结构。

利用本发明提出的硅棒缺陷自动检测系统的硅棒在线检测方法，包括以下步骤：

(1)检测机构运动控制器驱动两侧的检测装置保持架沿X轴移动至初始检测位置，检测装置保持架沿Z轴自上而下移动，第一激光轮廓传感器13、第二激光轮廓传感器14根据检测硅棒12沿Z轴方向的边界突变情况，第一次测量硅棒12的直径数据，得到硅棒12的直径为D；

(2)Z轴直线运动单元的电机搭载的编码器感应到保持架沿Z轴运动至硅棒直径的1/2处停止，即运动行程为D/2，硅棒旋转控制器驱动硅棒旋转模块1的旋转电机7缓慢旋转，同时外形尺寸检测模块2双侧的激光轮廓传感器识别硅棒四条晶线位置，如图5所示；

(3)当有两条晶线分别与两台激光轮廓传感器发射接收光路垂直时，第一激光轮廓传感器13和第二激光轮廓传感器14识别到硅棒12的两条晶线，硅棒旋转模块1停止运动；

(4)检测机构运动控制器控制检测机构运动模块4从起始位置沿X轴运动，带动激光轮廓传感器扫描硅棒两条晶线轮廓，并生成点云数据，内部缺陷检测模块3通过检测装置保持架与外形尺寸检测模块2同步运动，线阵相机15接收光源透射硅棒12后的图像，并通过图像采集卡上传至控制模块5，对射型光电传感器实时感知检测机构运动模块4相对硅棒12的X轴向位置，当感应到检测机构运动模块4移动至硅棒12末端边界时，检测机构运动控制器控制X轴直线运动单元停止运动，并完成硅棒长度的测量，获得硅棒长度L，其中，内部缺陷检测方法示意图如图6所示；

(5)通过点云数据构建硅棒12两条晶线的三维模型，内部缺陷检测模块3采集的图像出图，第一次硅棒检测工序完成；

(6)利用硅棒旋转模块1将硅棒旋转90°后停止，重复步骤(4)和(5)，完成第二次硅棒检测工序，并汇总检测数据。

其中，步骤(6)具体包括以下过程，在第一次硅棒检测工序完成后，检测机构运动装置沿X轴复位，重新回到起始位置，硅棒旋转模块1缓慢旋转，旋转90°后停止，检测机构装置沿X轴运动，双侧激光轮廓传感器分别扫描硅棒剩余两条晶线的轮廓，生成点云数据，内部缺陷检测模块3通过检测装置保持架与外形尺寸检测模块2同步运动，线阵相机15接收光源透射硅棒后的成像，通过采集卡上传至控制模块5；通过点云数据构建硅棒剩余两条晶线的三维模型，内部缺陷检测模块3采集的图像在控制模块5进行叠加出图，第二次硅棒检测工序完成。汇总检测数据具体为，汇总两次硅棒外形尺寸检测、晶线完整性检测及内部缺陷检测成像结果，统计硅棒12的长度数据，通过硅棒四条晶线三维模型拟合硅棒外圆面，并由此计算硅棒平均直径，基于所制定的判断规则对内部缺陷检测图像进行分析，结合硅棒长度数据，沿X轴方向对硅棒内部存在隐裂、位错、孪晶缺陷处进行定位及标记，并将硅棒晶线断线处和内部缺陷处的标记结果进行汇总，采用特定通讯协议将结果传送至下一工序。

硅棒平均直径的计算方法如下，通过激光轮廓传感器确定了硅棒长度L，设定采集点数量为n，沿X轴方向每L/n处采集拟合后的硅棒12的直径数据，例如第i个采集点处测得硅棒直径为D_i，第n个采集点处测得硅棒直径为D_n，则硅棒12的平均直径为：

本发明还提供了几种硅棒基本特征识别的实施例。

基于硅棒光电特性，本发明内部缺陷检测采用短波红外光透射方式结合线扫相机成像。图8中纵向条纹为硅棒表面纹路特征，横向条纹A处为硅棒12的晶线，上述特征会在检测模型中预定义，以避免对缺陷检测过程的干扰。

硅棒上方边界一般呈现波浪状曲线，如图9中B至F段所示，也是其表面纹路的一种呈现方式，且由于硅材料本身特性及光源布置，越靠近上方，成像会逐渐变暗。由于硅棒旋转模块1的布置，硅棒下方边界与机构成像一般不会区分开。

当镜头对焦到硅棒中心时，横向细线D处是相机一侧的晶线成像，比较模糊的粗线C处是光源一侧的成像。一般情况下，可能会出现多条粗细不一的晶线。左上B处和右上F处两个角点为硅棒横截面成像特征，趋近于直角；左下E处和右下G处为硅棒与传送带夹角成像，近似直角，但一般会呈现圆弧状。

本发明还提供了几种硅棒内部缺陷特征识别的实施例。

与硅棒晶线及表面纹路特征不同，硅棒内部隐裂一般呈现为偏细黑色条纹或片状阴影，如图10中H处所示，形状不规则，且没有特定位置，由内向外延伸，可能会延伸到硅棒外表面。

位错是一种硅棒的内部缺陷，是最主要的晶体缺陷之一，存在位错缺陷的硅棒内部成像灰度值差异较大，如图11中I处所示，且缺陷区域一般较大。

本发明提出的硅棒缺陷自动检测系统既可独立于硅棒生产加工线之外，如图1所示，也可嵌入进硅棒生产线体之中，如图7所示。此种情况下，仅需改进原有系统中的硅棒旋转模块1的机构设计，将硅棒旋转模块1的滚筒结构改为传输滚轮的结构，并增加硅棒抬升模块，使硅棒旋转模块和硅棒抬升模块能够与线体兼容，硅棒抬升模块主要包括伺服电动缸、抬升导杆、机架、旋转支座。硅棒旋转机构安装在硅棒抬升模块的旋转支座上，抬升导杆用于伺服电动缸执行抬升运动时的辅助导向，伺服电动缸、抬升导杆两端均分别与机架和旋转支座连接，动力源可以为电机、气压传动、液压传动等多种形式。本发明提出的硅棒缺陷自动检测系统所涉及的红外光源、相机、3D激光轮廓传感器的数量不做限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种硅棒缺陷自动检测系统，其特征在于，包括：

硅棒旋转模块，所述硅棒旋转模块包括旋转电机、主动滚筒、从动滚筒和旋转基座，所述旋转电机为所述主动滚筒提供转动动力，所述主动滚筒和所述从动滚筒可转动设置在所述旋转基座上，且沿轴向分布在硅棒两侧以旋转和支撑所述硅棒；

检测机构运动模块，所述检测机构运动模块包括X轴直线运动单元、Y轴直线运动单元、Z轴直线运动单元和检测装置保持架，所述检测装置保持架用于安装多种检测装置，所述X轴直线运动单元、所述Y轴直线运动单元和所述Z轴直线运动单元配合以实现检测装置在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的连续同步运动；

外形尺寸检测模块，所述外形尺寸检测模块包括第一激光轮廓传感器和第二激光轮廓传感器，所述第一激光轮廓传感器和所述第二激光轮廓传感器通过所述检测装置保持架对称设置在硅棒两侧；

内部缺陷检测模块，所述内部缺陷检测模块包括线阵相机和红外光源，所述线阵相机和所述红外光源通过所述检测装置保持架对称设置在硅棒两侧；

控制模块，所述控制模块包括检测机构运动控制器、光源控制器、外形尺寸检测视觉控制器、内部缺陷检测视觉控制器和硅棒旋转控制器；

机架模块，所述机架模块为框架式机构，用于支撑所述检测机构运动模块、所述外形尺寸检测模块、所述内部缺陷检测模块和所述硅棒旋转模块。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述旋转基座上还设置有减速器，所述旋转电机通过联轴器连接所述减速器，所述减速器通过同步带连接所述主动滚筒。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述旋转基座上还固定设置有滚筒支座，所述主动滚筒和所述从动滚筒通过所述滚筒支座可转动设置在所述旋转基座上。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述X轴直线运动单元包括第一X轴直线运动单元和第二X轴直线运动单元，所述Y轴直线运动单元包括第一Y轴直线运动单元和第二Y轴直线运动单元，所述Z轴直线运动单元包括第一Z轴直线运动单元和第二Z轴直线运动单元，所述第一Y轴直线运动单元的基座固定安装在所述第一X轴直线运动单元的滑块上，所述第一Z轴直线运动单元的基座固定安装在所述第一Y轴直线运动单元的滑块上，所述第二Y轴直线运动单元的基座固定安装在所述第二X轴直线运动单元的滑块上，所述第二Z轴直线运动单元的基座固定安装在所述第二Y轴直线运动单元的滑块上。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述检测装置保持架包括第一检测装置保持架和第二检测装置保持架，所述第一检测装置保持架和第二检测装置保持架分别固定设置在所述第一Z轴直线运动单元和所述第二Z轴直线运动单元的滑块上，所述第一检测装置保持架和所述第二检测装置保持架上设置一组对射型光电传感器。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一激光轮廓传感器设置在所述第一检测装置保持架上，所述第二激光轮廓传感器设置在所述第二检测装置保持架上，且所述第一激光轮廓传感器和所述第二激光轮廓传感器对称设置。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述红外光源设置在所述第一检测装置保持架上，所述线阵相机设置在所述第二检测装置保持架上，且所述红外光源和所述线阵相机对称设置。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述X轴直线运动单元、所述Y轴直线运动单元、所述Z轴直线运动单元和所述对射型光电传感器均与所述检测机构运动控制器电连接，所述红外光源与所述光源控制器电连接，所述线阵相机与所述内部缺陷检测视觉控制器电连接，所述第一激光轮廓传感器和所述第二激光轮廓传感器均与所述外形尺寸检测视觉控制器电连接，所述旋转电机与所述硅棒旋转控制器电连接。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块还包括图像采集卡，所述线阵相机通过所述图像采集卡将图像上传至所述控制模块。

10.一种硅棒在线检测方法，其特征在于，利用如权利要求1-9任一所述的系统，包括以下步骤：

(1)检测机构运动控制器驱动两侧的检测装置保持架沿X轴移动至初始检测位置，检测装置保持架沿Z轴自上而下移动，第一激光轮廓传感器、第二激光轮廓传感器根据检测硅棒沿Z轴方向的边界突变情况，第一次测量硅棒的直径数据，得到硅棒直径为D；

(2)Z轴直线运动单元的电机搭载的编码器感应到保持架沿Z轴运动至硅棒直径的1/2处停止，硅棒旋转控制器驱动硅棒旋转模块的旋转电机缓慢旋转，同时外形尺寸检测模块双侧的激光轮廓传感器识别硅棒四条晶线位置；

(3)当有两条晶线分别与两台激光轮廓传感器发射接收光路垂直时，第一激光轮廓传感器和第二激光轮廓传感器识别到硅棒的两条晶线，硅棒旋转模块停止运动；

(4)检测机构运动控制器控制检测机构运动模块从起始位置沿X轴运动，带动激光轮廓传感器扫描硅棒两条晶线轮廓，并生成点云数据，内部缺陷检测模块通过检测装置保持架与外形尺寸检测模块同步运动，线阵相机接收光源透射硅棒后的图像，并通过图像采集卡上传至控制模块，对射型光电传感器实时感知检测机构运动模块相对硅棒的X轴向位置，当感应到检测机构运动模块移动至硅棒末端边界时，检测机构运动控制器控制X轴直线运动单元停止运动，并完成硅棒长度的测量，获得硅棒长度L；

(5)通过点云数据构建硅棒两条晶线的三维模型，内部缺陷检测模块采集的图像出图，第一次硅棒检测工序完成；

(6)利用硅棒旋转模块将硅棒旋转90°后停止，重复步骤(4)和(5)，完成第二次硅棒检测工序，并汇总检测数据。

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