CN116741655A - 硅片上料检测方法、装置、设备、介质及硅片上料系统 - Google Patents

硅片上料检测方法、装置、设备、介质及硅片上料系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及硅片上料技术领域，公开了一种硅片上料检测方法、装置、设备、介质及硅片上料系统，方法包括：将待上料的硅片插入硅片承载架，并控制升降模组带动其下降至传送带进行上料；获取第一硅片的正面图像并进行外观正面检测，获取正面图像信息；获取预设数量的硅片的侧面图像并进行边缘外观检测及位置检测，获取侧面图像信息；根据动态融合算法对第一硅片的正面图像信息及侧面图像信息进行融合检测，并根据检测结果调整下一硅片检测的权重比例，直至达到预设分配条件；根据检测结果控制上料过程。本发明能够防止由于出现叠片、斜片或无片状态而导致的碰撞，保证硅片上料的可靠性及安全性，降低硅片或设备受损的可能性，避免损失。

Description

硅片上料检测方法、装置、设备、介质及硅片上料系统
技术领域
本发明涉及硅片上料技术领域，具体涉及一种硅片上料检测方法、装置、设备、介质及硅片上料系统。
背景技术
硅片的安全存取和输运是集成电路大生产线一个非常重要的技术指标，每个生产工艺所需的硅片传输、硅片放置和取片次数更多，因而对硅片传输、硅片放置和取片的安全性和可靠性要求更高。当硅片在传输过程或热处理过程中导致的受热变形等情况会导致硅片在承载器上处于突出状态或者处于叠片、斜片或无片状态时，往往会产生碰撞导致硅片或设备受损，造成不可弥补的损失。
现有的硅锭被切割成硅片，然后经过一系列清洗工序后，被插入花篮架待用。花篮架中的硅片需要一片一片取出，经过一系列检测工序后，按产品等级进行分类。硅片检测分选设备就是专门针对检测分选需求进行开发的。该设备的上料段由升降模组、夹紧旋转机构、传送带组成。作业时，升降模组带着花篮组件一起下降。下降过程中硅片接触传送带时，会被传送带传出，直至整个花篮中的硅片全部取出。该结构能实现花篮中硅片的自动上料，但是经常会出现夹碎硅片导致报废停机的情况。
目前有些有人工检测，效率低，也容易出现错误，检测质量也不稳定。此外，也有以图像传感器作为检测方式的，现有技术往往只能够检测需传送硅片中最顶端位置的硅片，对传送带上硅片无法检测，且智能检测到硅片垂直方向的状态，但对于水平方向的状态，以及硅片其它的缺陷是无法进行检测的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种硅片上料检测方法、装置、设备、介质及硅片上料系统，以解决硅片上料检测不充分的问题。
第一方面，本发明提供了一种硅片上料检测方法，方法包括：
控制升降模组带动装有待上料硅片的硅片承载架下降至传送带，来依次取出硅片承载架中的硅片；
获取第一图像采集单元所采集的硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的第一硅片的正面图像，基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片的正面区域进行外观正面检测，获取正面图像信息；
获取第二图像采集单元所采集的硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像，基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对当前硅片进行位置检测，获取侧面图像信息；
将正面图像信息、侧面图像信息进行融合，并根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，基于检测结果对第一硅片进行预设规则分类，并根据分类结果调整下一硅片检测的权重比例，直至达到预设分配条件；
根据动态加权融合算法的计算结果控制硅片承载架的硅片上料操作，若计算结果超预设阈值，则按照预设操作进行处理，依次检测直至硅片承载架中所有硅片被取出。
本发明实施例提供的硅片上料检测方法，通过在硅片上料过程中，采集硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的第一硅片的正面图像及硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像，并基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片进行外观正面检测，基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对预设数量的硅片进行位置检测，根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，并根据检测结果动态调整下一硅片的权重比例，直至达到预设分配条件，根据动态加权融合算法的计算结果控制硅片的上料操作，若存在异常则按照预设操作进行处理，直至所有硅片被取出。本发明在硅片上料过程中，通过获取不同角度的图像来对硅片进行外观及位置的全方面检测，并根据检测结果控制上料操作，能够防止由于出现叠片、斜片或无片状态而导致的碰撞，保证硅片上料的可靠性及安全性，降低硅片或设备受损的可能性，避免损失。
可选地，外观检测指标，包括：线痕参数、隐裂参数、可见裂纹参数、孔洞参数、脏污参数、崩边参数、缺角参数及边长参数；位置检测指标，包括：空间位置及位置间隔。
本发明根据外观检测指标对硅片进行外观检测，能够根据硅片的表面图像判断是否出现线痕、隐裂、孔洞、脏污等问题，能够防止出现夹碎硅片导致报废停机的情况，且提高硅片产品等级分类的精确度。根据位置检测指标对硅片的传送位置进行检测，能够判断上料过程是否安全，防止在传送带上硅片处于叠片、斜片或无片状态，从而降低因碰撞而导致的硅片或设备受损的可能性，避免造成不可弥补的损失。
可选地，基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片的正面区域进行外观正面检测的过程，包括：对硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的硅片的正面图像进行外观特征提取，并根据外观特征提取信息对正面图像进行预设区域分割；根据预设规则对分割后的正面图像进行分类和识别，获取正面图像中硅片的外观检测参数；采用预设模板匹配算法将外观检测参数与预设模板进行匹配，判断硅片的外观是否符合要求；基于预设缺陷类型对硅片进行缺陷检测及缺陷判定。
本发明对硅片的外观进行检测，若存在缺陷则能够判定出缺陷类型，从而对硅片产品进行等级分类，如果缺陷无法接受则进行报警通知，由工作人员对缺陷严重的硅片进行处理，提高等级分类精确度，提高上料可靠性，避免严重缺陷情况下夹碎硅片导致报废停机的情况。
可选地，基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对当前硅片进行位置检测的过程，包括：基于边缘位置检测算法获取侧面图像中像素点的梯度，来检测侧面图像中硅片边缘的方向和强度；根据第一预设阈值及第二预设阈值对硅片边缘的强度进行划分，并将高于第一预设阈值的边缘信息数量限定于预设数量之内，获取侧面图像中预设数量的硅片边缘；基于硅片边缘对侧面图像进行位置特征提取，并通过预设模板匹配算法将位置特征提取信息与预设模板进行特征匹配；根据特征匹配结果，并基于侧面图像中硅片及正面图像中硅片的视差，计算不同硅片与对应图像采集单元之间的距离；基于距离信息对侧面图像及正面图像进行视角变换，并根据变换结果计算侧面图像中硅片的位置检测参数；根据位置检测参数判断硅片承载架上的硅片是否处于预设期望位置。
本发明通过对硅片承载架上硅片的位置进行检测，能够判断硅片承载架上不同硅片是否处于预设位置，是否出现无片或叠片的情况，从而实现对传送的导航控制、目标跟踪及自动操作，在上料过程中如果位置不对，则进行自动或人工调整，从而避免出现斜片的状况，进一步保证上料的安全性。
可选地，将正面图像信息、侧面图像信息进行融合，并根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，基于检测结果对第一硅片进行预设规则分类，并根据分类结果调整下一硅片检测的权重比例，直至达到预设分配条件的过程，包括：通过将同一硅片的将侧面图像信息转换为正面视角，或将正面图像信息转换为侧面视角，来进行视角变换；在首次的检测中，以等权的加权平均融合算法将转换后的正面图像信息及侧面图像信息进行加权平均；根据计算结果判断硅片是否出现异常，将异常图像信息添加至异常图像信息库，并根据预设规则对异常图像信息进行分类；根据异常图像信息的分类结果，预测出现异常的图像采集单元，并在下一硅片的检测周期中，增加出现异常的图像采集单元的检测权重；通过调整权重比例对硅片承载架上不同硅片进行融合检测，直至达到预设检测比例或达到预设动态平衡值。
本发明采用同一硅片的侧面图像及正面图像进行图像融合，通过更全面的视角对硅片进行融合检测，能够根据正面图像检测出垂直方向状态，根据侧面图像检测出水平位置状态，提高检测的精准度，进一步提高上料可靠性与安全性。
可选地，根据动态加权融合算法的计算结果控制硅片承载架的硅片上料操作，若计算结果超预设阈值，则按照预设操作进行处理的过程，包括：上料过程中根据外观检测结果进行硅片产品等级分类，若计算结果超预设阈值则判断缺陷类型，并根据缺陷类型进行报警通知；上料过程中根据位置检测结果进行传送导航控制、硅片目标跟踪及自动化传动，若计算结果超预设阈值则判断硅片是否处于预设期望位置，若未处于预设位置则对位置进行自动矫正或调整，若无法进行自动处理则进行报警停机；将外观检测结果及位置检测结果按照预设格式进行输出和记录。
本发明根据检测结果进行灵活处理，保证上料正常进行基础上提高产品等级分类精度，若存在影响上料安全的情况，则及时进行报警处理，能够提高上料的自动化控制，避免造成不可弥补的损失。此外将检测结果进行输出与记录，能够在后期通过数据分析找到现有上料过程所存在的问题，从而有针对性的上料装置或上料过程进行调整。
第二方面，本发明提供了一种硅片上料检测装置，装置包括：
上料准备模块，用于控制升降模组带动装有待上料硅片的硅片承载架下降至传送带，来依次取出硅片承载架中的硅片；
外观检测模块，用于获取第一图像采集单元所采集的硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的第一硅片的正面图像，基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片的正面区域进行外观正面检测，获取正面图像信息；
位置检测模块，用于获取第二图像采集单元所采集的硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像，基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对当前硅片进行位置检测，获取侧面图像信息；
动态融合检测模块，用于将正面图像信息、侧面图像信息进行融合，并根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，基于检测结果对第一硅片进行预设规则分类，并根据分类结果调整下一硅片检测的权重比例，直至达到预设分配条件；
上料控制模块，用于根据动态加权融合算法的计算结果控制硅片承载架的硅片上料操作，若计算结果超预设阈值，则按照预设操作进行处理，依次检测直至硅片承载架中所有硅片被取出。
本发明实施例提供的硅片上料检测装置，通过在硅片上料过程中，采集硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的第一硅片的正面图像及硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像，并基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片进行外观正面检测，基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对预设数量的硅片进行位置检测，根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，并根据检测结果动态调整下一硅片的权重比例，直至达到预设分配条件，根据动态加权融合算法的计算结果控制硅片的上料操作，若存在异常则按照预设操作进行处理，直至所有硅片被取出。本发明在硅片上料过程中，通过获取不同角度的图像来对硅片进行外观及位置的全方面检测，并根据检测结果控制上料操作，能够防止由于出现叠片、斜片或无片状态而导致的碰撞，保证硅片上料的可靠性及安全性，降低硅片或设备受损的可能性，避免损失。
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的硅片上料检测方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的硅片上料检测方法。
第五方面，本发明提供了一种硅片上料系统，系统包括：硅片承载架、夹紧旋转机构、升降模组、传送带、多角度图像采集模块及检测模块；
硅片承载架，安装在传送带上方，并通过夹紧旋转机构固定于升降模组上，由升降模组带动硅片承载架上升或下降，并在下降过程中当硅片接触传送带时，被传送带逐个传出上料；
多角度图像采集模块，包含第一图像采集单元及第二图像采集单元，其中，第一图像采集单元安装于硅片承载架靠近传送带一端的正对硅片中心的位置，用于采集硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的硅片的正面图像；
第二图像采集单元安装于硅片承载架的侧面，用于采集硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像；
第一图像采集单元与第二图像采集单元之间的距离大于预设最小间隔距离，且至少一个图像采集单元以非垂直角度朝向待检测硅片方向；
检测模块，用于执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的硅片上料检测方法。
本发明实施例提供的硅片上料系统，通过夹紧旋转机构将硅片承载架固定在升降模组上，由升降模组带动硅片承载架上升或下降，在下降过程中当硅片接触传送带时，由传送带传出上料，并将多角度图像采集模块的多个图像采集单元安装在硅片承载架的预设位置，在上料过程中采集硅片的正面图像及侧面图像，并通过检测模块根据图像采集结果进行硅片的外观检测、位置检测及融合检测，从而根据检测结果控制硅片的上料操作。本发明在原有硅片上料装置基础上安装预设数量不同位置的图像采集单元，通过获取不同角度的图像来对硅片进行外观及位置的全方面检测，并根据检测结果控制上料操作，能够防止由于出现叠片、斜片或无片状态而导致的碰撞，从而保证硅片上料的可靠性及安全性，降低硅片或设备受损的可能性，避免损失。
本发明的有益效果：
（1）通过多角度图像采集模块能够获取硅片的不同角度的图像，通过不同角度图像的融合对硅片的外观及位置进行检测，能够获取更精准的硅片外观及上料位置情况，精准控制硅片上料过程；
（2）通过对硅片外观进行正面及侧面检测，不仅能够检测出硅片水平表面的线痕、隐裂、可见裂纹或孔洞等情况，提高等级分类精确度，保证硅片质量还能够判断硅片是否处于预设位置，检测出硅片垂直方向存在的不平整或叠片等情况，从而防止出现叠片、斜片或无片的情况，更进一步避免因这些情况出现碰撞，降低硅片或设备受损的可能性，避免损失；
（3）通过对硅片进行动态融合检测，在检测过程中不断调整不同图像采集单元的权重比例，从而对出现的异常情况进行重点检测，提高检测的可靠性，保证硅片上料安全；
（4）通过对硅片进行检测来控制硅片的上料过程，能够使上料过程更加智能化，避免严重缺陷情况下夹碎硅片导致报废停机的情况，提高硅片上料过程的安全性、可靠性，还能够有针对性的上料装置或上料过程进行调整，从而提高硅片上料效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是根据本发明实施例的硅片上料检测方法的流程示意图；
图2是根据本发明实施例的硅片上料检测装置的结构示意图；
图3是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图；
图4是根据本发明实施例的硅片上料系统的侧面结构示意图；
图5是根据本发明实施例的硅片上料系统的正面结构示意图。
附图说明：401-硅片承载架；402-夹紧旋转机构；403-升降模组；404-传送带；4051-第一图像采集单元；4052-第二图像采集单元；406-翻转电机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例适用于通过硅片上料对硅片进行产品等级分类的场景。本发明实施例中提供了一种硅片上料检测方法，通过对硅片上料过程进行硅片外观及位置检测以达到安全上料的效果。根据本发明实施例，提供了一种硅片上料检测方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中提供了一种硅片上料检测方法，可用于上述的移动终端，如电脑等，图1是根据本发明实施例的硅片上料检测方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S101，控制升降模组带动装有待上料硅片的硅片承载架下降至传送带，来依次取出硅片承载架中的硅片。
具体地，在本发明实施例中，在进行上料前，硅锭被切割成硅片，然后经过一系列清洗工序后，被插入硅片承载架待用，例如花篮架，但不以此为限。此时，通过控制升降模组来带动花篮架下降至传送带，当花篮架靠近传送带一端的最底端位置的硅片接触到传送带时，硅片被传送带传出，依次一片一片地将硅片取出。因为传送带的传送速度是固定的，因此传送带上不同硅片的间隔距离也是固定的。
步骤S102，获取第一图像采集单元所采集的硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的第一硅片的正面图像，基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片的正面区域进行外观正面检测，获取正面图像信息。
具体地，在本发明实施例中，在原有硅片上料装置结构基础上，在不同位置安装多角度图像采集模块，在硅片上料过程中，用来采集硅片不同角度的图像。在本发明实施例中，安装在花篮架靠近传送带一端的正对硅片位置的第一图像采集单元对花篮架靠近传送带一端的最底端位置的第一硅片的正面图像进行采集，并对所采集到的图像进行预处理，包括去噪、图像增强及颜色矫正等，以提高后续算法的准确性和稳定性。然后基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片的正面区域进行外观正面检测，其中，外观检测指标，包括：线痕参数、隐裂参数、可见裂纹参数、孔洞参数、脏污参数、崩边参数、缺角参数及边长参数，检测过程如下所示：
1.对硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的硅片的正面图像进行外观特征提取，并根据外观特征提取信息对正面图像进行预设区域分割，其中外观特征包括：边缘、纹理、颜色、形状等，但不以此为限。
2.根据预设规则对分割后的正面图像进行分类和识别，获取正面图像中硅片的外观检测参数，其中，分割过程可以通过阈值分割、边缘检测及区域生长等方法来实现，仅作为举例，不以此为限。本发明实施例基于机器学习、深度学习及模式匹配等技术，根据预设规则对分割后的图像区域进行分类和识别，获取正面图像中硅片的外观参数。
3.采用预设模板匹配算法将外观检测参数与预设模板进行匹配，判断硅片的外观是否符合要求。本发明实施例采用ZNCC算法进行匹配，以正面图像像素点的平移距离，与预设模板上对应位置的像素值，以及原图像和模板的标准差来进行比较，具体过程如下：
（1）数据准备：准备一张由第一图像采集单元相同条件下采集的标准硅片图像，形成模板；（2）滑动窗口：在工作时在获取的硅片图像上，使用一个固定大小的滑动窗口，在图像的每个位置的信息都进行预处理操作；（3）进行ZNCC相似度计算：在滑动窗口的位置，提取与模板相同大小的局部区域，并计算该局部区域与模板之间的ZNCC相似度；（4）阈值判定：根据预先设定的阈值，判断当前位置是否存在缺陷，如果ZNCC相似度高于阈值，则认为该位置可能存在缺陷；（5）结果输出：将检测到的缺陷位置标注在图像中，或者输出缺陷位置的坐标。ZNCC相似度计算公式如下：
其中，是待处理图像中坐标/>处的像素值；/>是模板中坐标/>处的像素值；/>是待处理图像坐标/>周围局部区域的均值；/>是模板的均值；是待处理图像坐标/>周围局部区域的标准差；/>是模板的标准差。
4.基于预设缺陷类型对硅片进行缺陷检测及缺陷判定。在本发明实施例中，对于硅片的外观检测，特别关注的是是否存在缺陷，因此根据预设缺陷类型对外观参数进行检测及判定，识别出正面图像中硅片的缺陷类型。
步骤S103，获取第二图像采集单元所采集的硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像，基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对预设数量的硅片进行位置检测，获取侧面图像信息。
具体地，在本发明实施例中，安装于硅片承载架侧面的第二图像采集单元对硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像进行采集，并对所采集到的图像进行预处理。然后基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对当前硅片进行位置检测，其中，位置检测指标，包括：空间位置及位置间隔，检测过程如下所示：
1.基于边缘位置检测算法获取侧面图像中像素点的梯度，来检测侧面图像中硅片边缘的方向和强度。本发明实施例采用个Canny算法进行边缘检测，计算侧面图像中每个像素点的梯度来检测侧面图像中边缘的方向和强度，并在计算之前对图像进行滤波，以去除噪声干扰。
2.根据第一预设阈值及第二预设阈值对硅片边缘的强度进行划分，并将高于第一预设阈值的边缘信息数量限定于预设数量之内，获取侧面图像中预设数量的硅片边缘。本发明实施例对梯度方向进行四舍五入，以将其归为几个角度的方向，并对非最大值抑制，即在每个梯度方向上，只保留局部最大值的像素点，为边缘提供更加精准的检测，然后采用双阈值检测确定硅片边缘，设置高阈值及低阈值分别代表第一预设阈值及第二预设阈值，将边缘强度超过高阈值的像素点视为确定的边缘，边缘强度处于低阈值和高阈值之间的像素视为潜在的边缘，需要进一步验证。此外，将预设数量设置为小于5，对于高于高阈值的边缘信息数量大于5的值进行删除，因此能够获得5条代表硅片边缘的线，但不以此为限。
3.基于硅片边缘对侧面图像进行位置特征提取，并通过预设模板匹配算法将位置特征提取信息与预设模板进行特征匹配。本发明实施例采用ZNCC算法进行位置特征匹配，与外观检测过程的匹配过程相同，在此不再赘述。其中，本发明实施例的位置特征包括边缘、角点、纹理，但不以此为限。
4.根据特征匹配结果，并基于侧面图像中硅片及正面图像中硅片的视差，计算不同硅片与对应图像采集单元之间的距离。在本发明实施例中，若将第二图像采集单元固定在不同位置，会使得侧面图像产生不同的侧仰视角，这种情况下能够根据图像中目标物体的视差（即在不同视角下目标物体在图像中的位置差异）并结合摄像头参数和几何位置关系，计算出硅片与摄像头之间的距离。
5.基于距离信息对侧面图像及正面图像进行视角变换，并根据变换结果计算侧面图像中硅片的位置检测参数。
6.根据位置检测参数判断硅片承载架上的硅片是否处于预设期望位置。在本发明实施例中，硅片上料过程中传送位置会影响上料安全，因此需要检测判断硅片是否处于预设期望位置，以防止出现叠片、斜片或无片状态，避免上料过程中产生碰撞而导致硅片或设备受损。
步骤S104，将正面图像信息、侧面图像信息进行融合，并根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，基于检测结果对第一硅片进行预设规则分类，并根据分类结果调整下一硅片检测的权重比例，直至达到预设分配条件。
具体地，在本发明实施例中，在获取正面图像信息及侧面图像信息后，进行动态融合检测，其过程如下所示：
1.通过将同一硅片的将侧面图像信息转换为正面视角，或将正面图像信息转换为侧面视角，来进行视角变换。在本发明实施例中，利用正面图像和侧面图像之间的几何关系进行视角变换，可以将两个视角的图像对齐，以便进行更方便的比较和分析。本发明实施例可以选择将侧面图像转换为正面视角，或将正面图像转换为侧面视角，而视角变换方式包括：仿射变换、投影变换及透视变换，具体算法根据具体的应用需求和场景进行选择和设计，还要考虑摄像头的位置、角度、校准、图像质量等因素。本发明实施例选择仿射变换，并通过直接线性变换方法进行计算，仅作为举例，不以此为限。其中，仿射变换是一种保持直线平行性和比例关系的变换，常用于将图像从一个平面视角转换到另一个平面视角。仿射变换可以进行平移、旋转、缩放和剪切等操作，用于图像校正、图像配准等应用。直接线性变换是一种基于线性代数的方法，用于求解仿射变换的参数。该方法通过构建关于仿射变换参数的线性方程组，并通过解方程组得到参数的近似解。直接线性变换是一种特殊的仿射变换，其变换矩阵可以表示为以下形式：
其中，为变换前位置信息，/>为变换后位置信息，/>，/>，/>，/>，/>，/>，/>及/>为切错因子，用于控制/>和/>方向上的切错程度。在本发明实施例中，可以通过调整切错因子来调整视角变换过程，其中切错因子由上一周期的失误率决定，即如果在上一周期检测率为99.8%，对应为/>，在本周期的/>，即自动为本检测周期做收敛调整，以达到一个逐步精化的过程。
其中，、/>、...、/>是待合并的/>个数据，/>是数据个数，/>是合并后的结果。
等权平均法中参数n表示等权平均法中待合并的数据集数量，本发明实施例中只包括正面图像信息及侧面图像信息两类数据。等权平均法将所有的数据等比例进行合并，即每个数据集对结果的贡献相等，这种方法简单但对于复杂情况解决的不好，因此本发明实施例采用动态加权融合算法。
3.根据计算结果判断硅片是否出现异常，将异常图像信息添加至异常图像信息库，并根据预设规则对异常图像信息进行分类，预设规则包括几何特征、灰度特征或为例特征，仅作为举例，不以此为限。
4.根据异常图像信息的分类结果，预测出现异常的图像采集单元，并在下一硅片的检测周期中，增加出现异常的图像采集单元的检测权重。当进行检测权重调整后，属于非等权的加权平均法，当第一图像采集单元与第二图像采集单元的权重数据不同时的数据合并方法，通过为不同的数据集赋予不同的权重，计算出加权平均值，其公式如下：
其中，和/>是待合并的2个数据，/>、/>是对应的第一、二图像采集单元的数据权重，/>是合并后的结果。
在非等权加权平均法中，权重越大的数据在计算结果中占据的比例越大。对于二组图像采集单元数据间的差异性更大的情况，是通过加大其权重来提高其对最终结果的影响力。
5.通过调整权重比例对硅片承载架上不同硅片进行融合检测，直至达到预设检测比例或达到预设动态平衡值。例如，本发明实施例所提供的预设检测比例为85%：15%，即侧面图像信息或正面图像信息的最高占比为85%，最低占比为15%，但不以此为限。
在一些可选的实施方式中，本发明实施例还可选择立体视觉算法或结构光扫描对融合后图像进行三维重建，从而恢复硅片的三维形状和结构，获得硅片的几何信息，并根据三维模型所提供的几何信息进行硅片的二次检测。
步骤S105，根据动态加权融合算法的计算结果控制硅片承载架的硅片上料操作，若计算结果超预设阈值，则按照预设操作进行处理，依次检测直至硅片承载架中所有硅片被取出。
具体地，在本发明实施例中，通过融合检测结果控制花篮架的硅片上料操作。其中，上料过程中根据外观检测结果进行硅片产品等级分类，若计算结果超预设阈值则判断缺陷类型，并根据缺陷类型进行报警通知；上料过程中根据位置检测结果进行传送导航控制、硅片目标跟踪及自动化传动，若计算结果超预设阈值则判断硅片是否处于预设期望位置，若未处于预设位置则对位置进行自动矫正或调整，若无法进行自动处理则进行报警停机。通过检测结果控制硅片上料过程，能够提高上料的自动化控制，提高检测效率及上料效率。此外，将外观检测结果及位置检测结果按照预设格式进行输出和记录。本发明实施例将外观检测结果以图像标记、文字描述或报告生成的形式进行输出和记录，将位置检测结果以坐标值、图像标记、文字描述或报告生成的形式进行输出和记录。根据所记录的检测结果，能够在后期通过数据分析找到现有上料过程所存在的问题，从而有针对性的上料装置或上料过程进行调整。
本实施例提供的硅片上料检测方法，通过在硅片上料过程中，采集硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的第一硅片的正面图像及硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像，并基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片进行外观正面检测，基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对预设数量的硅片进行位置检测，根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，并根据检测结果动态调整下一硅片的权重比例，直至达到预设分配条件，根据动态加权融合算法的计算结果控制硅片的上料操作，若存在异常则按照预设操作进行处理，直至所有硅片被取出。本发明在硅片上料过程中，通过获取不同角度的图像来对硅片进行外观及位置的全方面检测，并根据检测结果控制上料操作，能够防止由于出现叠片、斜片或无片状态而导致的碰撞，保证硅片上料的可靠性及安全性，降低硅片或设备受损的可能性，避免损失。
在本实施例中还提供了一种硅片上料检测装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本实施例提供一种硅片上料检测装置，如图2所示，包括：
上料准备模块201，用于控制升降模组带动装有待上料硅片的硅片承载架下降至传送带，来依次取出硅片承载架中的硅片；
外观检测模块202，用于获取第一图像采集单元所采集的硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的第一硅片的正面图像，基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片的正面区域进行外观正面检测，获取正面图像信息；
位置检测模块203，用于获取第二图像采集单元所采集的硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像，基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对当前硅片进行位置检测，获取侧面图像信息；
动态融合检测模块204，用于将正面图像信息、侧面图像信息进行融合，并根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，基于检测结果对第一硅片进行预设规则分类，并根据分类结果调整下一硅片检测的权重比例，直至达到预设分配条件；
上料控制模块205，用于根据动态加权融合算法的计算结果控制硅片承载架的硅片上料操作，若计算结果超预设阈值，则按照预设操作进行处理，依次检测直至硅片承载架中所有硅片被取出。
上述各个模块和单元的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。
本实施例中的硅片上料检测装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。
本发明实施例还提供一种计算机设备，具有上述图2所示的硅片上料检测装置。
请参阅图3，图3是本发明可选实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图3所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图3中以一个处理器10为例。
处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。
其中，存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。
存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。
该计算机设备还包括通信接口30，用于该计算机设备与其他设备或通信网络通信。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。
本发明实施例还提供了一种硅片上料系统，图4是根据本发明实施例的硅片上料检测装置的结构示意图，如图4所示，该系统包括：硅片承载架401、夹紧旋转机构402、升降模组403、传送带404、多角度图像采集模块及检测模块；
硅片承载架401，安装在传送带404上方，并通过夹紧旋转机构402固定于升降模组403上，由升降模组403带动硅片承载架401上升或下降，并在下降过程中当硅片接触传送带404时，被传送带404逐个传出上料；
多角度图像采集模块，包含第一图像采集单元4051及第二图像采集单元4052，其中，第一图像采集单元4051安装于硅片承载架401靠近传送带404一端的正对硅片中心的位置，用于采集硅片承载架401靠近传送带404一端的最底端位置的硅片的正面图像；第二图像采集单元4052安装于硅片承载架401的侧面，用于采集硅片承载架401上预设数量的硅片的侧面图像；第一图像采集单元4051与第二图像采集单元4052之间的距离大于预设最小间隔距离，且至少一个图像采集单元以非垂直角度朝向待检测硅片方向；
检测模块，用于执行上述实施例的硅片上料检测方法。
具体地，在本发明实施例中，原有的硅片上料装置包括：硅片承载架401、夹紧旋转机构402、升降模组403及传送带404。本发明实施例选择花篮架作为硅片承载架401，但不以此为限。在进行上料前，硅锭被切割成硅片，然后经过一系列清洗工序后，被插入花篮架待用。花篮架中的硅片需要一片一片取出，经过一系列检测工序后，按产品等级进行分类。如图4结构侧视图及图5结构正视图所示，本发明实施例就是在原有硅片上料装置结构基础上，在不同位置安装多角度图像采集模块，来采集硅片不同角度的图像，并通过检测模块执行硅片上料检测方案，但是检测模块并未体现在图4和图5中，且第一图像采集单元由于处于花篮架的底端中部，三维图中因角度问题无法具体展示，因此在图4和图5中仅指示出其大致安装位置。
在一种可选的实施方式中，本发明实施例中每种图像采集单元的相机个数至少一个，但不以此为限。为保证合适的拍摄角度，两个图像采集单元之间的距离大于预设最小间隔距离，且至少一个图像采集单元以非垂直角度朝向待检测硅片方向。本发明实施例将预设最小间隔距离设置为二分之一的硅片平均边长，使得第二图像采集单元4052处于硅片的投影区之外，能够在保证获取硅片不同角度图像的同时，提高多角度图像采集模块的利用率，使其能够实现各自的功能。
在一种可选的实施方式中，当多角度图像采集模块采集到图像后，将图像数据以数字信号形式传输到检测模块，此过程可通过网络连接或有线连接完成，例如使用网络协议（比如TCP/IP或UDP等）建立连接，传输图像数据来完成图像的传播，仅作为举例，但不以此为限。检测模块接收到图像数据后进行数据处理及图像模拟，从而根据正面图像及侧面图像对硅片进行外观检测及位置检测，并根据检测结果控制硅片上料操作。
在一种可选的实施方式中，如图4及图5所示，本发明实施例所提供的硅片上料检测装置还包括翻转电机406，用于控制硅片在传送带上进行翻转，其功能和作用如下所示：1）实现硅片的正反面处理：在硅片上料装置的生产过程中，当需要对硅片进行正反面处理时，通过翻转电机传送带上的硅片进行翻转。2）提高生产效率：在原材料加工过程中，硅片的正反面的处理是非常重要的一个环节，而通过翻转电机可以较快地完成对硅片的翻转操作，从而提高生产效率和生产品质。3）系统自动化：由于翻转电机采用电脑控制，可以在纳秒级别内完成硅片的翻转，因此可以实现硅片上料装置的自动化，从而减少了人工操作的可能出错率。
本发明实施例提供的硅片上料系统，通过夹紧旋转机构将硅片承载架固定在升降模组上，由升降模组带动硅片承载架上升或下降，在下降过程中当硅片接触传送带时，由传送带传出上料，并将多角度图像采集模块的多个图像采集单元安装在硅片承载架的预设位置，在上料过程中采集硅片的正面图像及侧面图像，并通过检测模块根据图像采集结果进行硅片的外观检测、位置检测及融合检测，从而根据检测结果控制硅片的上料操作。本发明在原有硅片上料装置基础上安装预设数量不同位置的图像采集单元，通过获取不同角度的图像来对硅片进行外观及位置的全方面检测，并根据检测结果控制上料操作，能够防止由于出现叠片、斜片或无片状态而导致的碰撞，从而保证硅片上料的可靠性及安全性，降低硅片或设备受损的可能性，避免损失。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种硅片上料检测方法，其特征在于，所述检测方法，包括：
控制升降模组带动装有待上料硅片的硅片承载架下降至传送带，来依次取出所述硅片承载架中的硅片；
获取第一图像采集单元所采集的所述硅片承载架靠近所述传送带一端的最底端位置的第一硅片的正面图像，基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片的正面区域进行外观正面检测，获取正面图像信息；
获取第二图像采集单元所采集的所述硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像，基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对预设数量的硅片进行位置检测，获取侧面图像信息；
将所述正面图像信息、侧面图像信息进行融合，并根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，基于检测结果对第一硅片进行预设规则分类，并根据分类结果调整下一硅片检测的权重比例，直至达到预设分配条件；
根据所述动态加权融合算法的计算结果控制所述硅片承载架的硅片上料操作，若计算结果超预设阈值，则按照预设操作进行处理，依次检测直至硅片承载架中所有硅片被取出。
2.根据权利要求1所述的硅片上料检测方法，其特征在于，所述外观检测指标，包括：线痕参数、隐裂参数、可见裂纹参数、孔洞参数、脏污参数、崩边参数、缺角参数及边长参数；
所述位置检测指标，包括：空间位置及位置间隔。
3.根据权利要求2所述的硅片上料检测方法，其特征在于，所述基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片的正面区域进行外观正面检测的过程，包括：
对所述硅片承载架靠近传送带一端的最底端位置的硅片的正面图像进行外观特征提取，并根据外观特征提取信息对所述正面图像进行预设区域分割；
根据预设规则对分割后的正面图像进行分类和识别，获取所述正面图像中硅片的外观检测参数；
采用预设模板匹配算法将所述外观检测参数与预设模板进行匹配，判断所述硅片的外观是否符合要求；
基于预设缺陷类型对所述硅片进行缺陷检测及缺陷判定。
4.根据权利要求2所述的硅片上料检测方法，其特征在于，所述基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对当前硅片进行位置检测的过程，包括：
基于边缘位置检测算法获取侧面图像中像素点的梯度，来检测所述侧面图像中硅片边缘的方向和强度；
根据第一预设阈值及第二预设阈值对硅片边缘的强度进行划分，并将高于第一预设阈值的边缘信息数量限定于预设数量之内，获取侧面图像中预设数量的硅片边缘；
基于所述硅片边缘对所述侧面图像进行位置特征提取，并通过预设模板匹配算法将所述位置特征提取信息与预设模板进行特征匹配；
根据特征匹配结果，并基于所述侧面图像中硅片及正面图像中硅片的视差，计算不同硅片与对应图像采集单元之间的距离；
基于距离信息对所述侧面图像及正面图像进行视角变换，并根据变换结果计算所述侧面图像中硅片的位置检测参数；
根据所述位置检测参数判断所述硅片承载架上的硅片是否处于预设期望位置。
5.根据权利要求3或4所述的硅片上料检测方法，其特征在于，所述将所述正面图像信息、侧面图像信息进行融合，并根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，基于检测结果对第一硅片进行预设规则分类，并根据分类结果调整下一硅片检测的权重比例，直至达到预设分配条件的过程，包括：
通过将同一硅片的将侧面图像信息转换为正面视角，或将正面图像信息转换为侧面视角，来进行视角变换；
在首次的检测中，以等权的加权平均融合算法将转换后的正面图像信息及侧面图像信息进行加权平均；
根据计算结果判断所述硅片是否出现异常，将异常图像信息添加至异常图像信息库，并根据预设规则对异常图像信息进行分类；
根据所述异常图像信息的分类结果，预测出现异常的图像采集单元，并在下一硅片的检测周期中，增加出现异常的图像采集单元的检测权重；
通过调整权重比例对所述硅片承载架上不同硅片进行融合检测，直至达到预设检测比例或达到预设动态平衡值。
6.根据权利要求5所述的硅片上料检测方法，其特征在于，所述根据所述动态加权融合算法的计算结果控制所述硅片承载架的硅片上料操作，若计算结果超预设阈值，则按照预设操作进行处理的过程，包括：
上料过程中根据外观检测结果进行硅片产品等级分类，若计算结果超预设阈值则判断缺陷类型，并根据缺陷类型进行报警通知；
上料过程中根据位置检测结果进行传送导航控制、硅片目标跟踪及自动化传动，若计算结果超预设阈值则判断硅片是否处于预设期望位置，若未处于预设位置则对位置进行自动矫正或调整，若无法进行自动处理则进行报警停机；
将外观检测结果及位置检测结果按照预设格式进行输出和记录。
7.一种硅片上料检测装置，其特征在于，所述装置包括：
上料准备模块，用于控制升降模组带动装有待上料硅片的硅片承载架下降至传送带，来依次取出所述硅片承载架中的硅片；
外观检测模块，用于获取第一图像采集单元所采集的所述硅片承载架靠近所述传送带一端的最底端位置的第一硅片的正面图像，基于预设模板匹配算法并根据外观检测指标对第一硅片的正面区域进行外观正面检测，获取正面图像信息；
位置检测模块，用于获取第二图像采集单元所采集的所述硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像，基于边缘位置检测算法对预设数量的硅片进行外观边缘检测，基于预设模板匹配算法并根据位置检测指标对当前硅片进行位置检测，获取侧面图像信息；
动态融合检测模块，用于将所述正面图像信息、侧面图像信息进行融合，并根据动态加权融合算法对第一硅片进行融合检测，基于检测结果对第一硅片进行预设规则分类，并根据分类结果调整下一硅片检测的权重比例，直至达到预设分配条件；
上料控制模块，用于根据所述动态加权融合算法的计算结果控制所述硅片承载架的硅片上料操作，若计算结果超预设阈值，则按照预设操作进行处理，依次检测直至硅片承载架中所有硅片被取出。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至6中任一项所述的硅片上料检测方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至6中任一项所述的硅片上料检测方法。
10.一种硅片上料系统，其特征在于，所述系统包括：硅片承载架、夹紧旋转机构、升降模组、传送带、多角度图像采集模块及检测模块；
所述硅片承载架，安装在所述传送带上方，并通过所述夹紧旋转机构固定于所述升降模组上，由所述升降模组带动所述硅片承载架上升或下降，并在下降过程中当硅片接触所述传送带时，被传送带逐个传出上料；
所述多角度图像采集模块，包含第一图像采集单元及第二图像采集单元，其中，所述第一图像采集单元安装于所述硅片承载架靠近所述传送带一端的正对硅片中心的位置，用于采集所述硅片承载架靠近所述传送带一端的最底端位置的硅片的正面图像；
所述第二图像采集单元安装于所述硅片承载架的侧面，用于采集所述硅片承载架上预设数量的硅片的侧面图像；
所述第一图像采集单元与第二图像采集单元之间的距离大于预设最小间隔距离，且至少一个图像采集单元以非垂直角度朝向待检测硅片方向；
所述检测模块，用于执行权利要求1至6中任一项所述的硅片上料检测方法。
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