CN202494648U - 太阳能硅片线痕高精度检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能硅片线痕高精度检测系统，硅片传送机构带动硅片运动，激光三角位移传感器将探测光斑投射到硅片表面来对其表面高度信息进行测量，硅片位置感应装置能够感应硅片位于激光三角位移传感器检测位置并传信于数据采集卡，数据采集卡采集激光三角位移传感器传输的测量信息并输出数据给处理器，激光三角位移传感器的探测光斑为长轴方向与硅片线痕方向平行且短轴方向与硅片运动方向一致的椭圆光斑，本实用新型极大地降低了硅片表面的粗糙度对测量线痕的干扰，使得测量只对线痕敏感，有效地提高了线痕测量的精度和准确度，实现了硅片线痕测量的高速检测。

Description

太阳能硅片线痕高精度检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能硅片检测系统，特别涉及一种太阳能硅片线痕高精度检测系统。

背景技术

在太阳能光伏产业工艺链中，硅片线痕缺陷是在切片工艺中引进的一种硅片表面不平整的缺陷，包括凹槽(groove)，台阶(step)，波形(wave)以及这三种缺陷的复合缺陷等。目前该领域普遍采用线锯切片工艺，将硅切方切成厚度一定的硅片，该方法具有成本低、产能高等优点。但是，线锯本身的材料会在生产过程中磨损，会产生线锯粗细不均匀或跳线的情况，由此会在切出的硅片表面留下与线锯平行的线痕缺陷。

线痕缺陷会对硅片的后续工艺产生一系列影响：第一：增加工艺过程中的破损率；第二：造成PN缺陷，从而降低成片电池片电性能；第三：等离子增强化学气象沉积(PEVCD)工艺后，线痕缺陷处颜色异常，影响成品电池片外观；第四：较大的线痕影响电池片栅线导电。因此硅片线痕检测是硅片质量空管的一个重要项目。

目前主要有三类线痕检测技术：第一种：通过高清晰成像办法，识别线痕缺陷的位置，该方法可同其他硅片的检测如外观检测、尺寸测量等融合在一起测量，但此方法不能实现定量测量，因此不能对检测出的线痕进行等级划分。第二种：采用高精度激光三角位移传感器，定量测量出硅片表面的高度信息和硅片的厚度信息，再由软件算法判别出线痕的宽度、深度(或高度)以及等级划分，但是，由于普通的激光三角位移传感器的探测光斑为圆形，对太阳能级硅片表面的粗糙度十分敏感，测量出的线痕高度或深度信息往往会淹没在硅片表面的粗糙不平的“噪声信号中”，因此限制了测量精度和等级划分精度。第三种：采用线照明激光和面阵图像传感器组成的表面形貌测量仪。该技术为第二种方法的变形，测量精度同样受到硅片表面粗糙度的影响。

实用新型内容

为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种太阳能硅片线痕高精度检测系统，该太阳能硅片线痕高精度检测系统极大地降低了硅片表面的粗糙度对测量线痕的干扰，使得测量只对线痕敏感，有效地提高了线痕测量的精度和准确度。

本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能硅片线痕高精度检测系统，包括硅片传送机构、硅片位置感应装置、检测模块、数据采集卡和处理器，所述硅片传送机构能够带动硅片直线运动，检测模块上设有至少一个激光三角位移传感器，激光三角位移传感器将探测光斑投射到硅片表面来对其表面高度信息进行测量，硅片位置感应装置能够感应硅片位于激光三角位移传感器检测位置并传信于数据采集卡，数据采集卡采集激光三角位移传感器传输的测量信息并输出数据给处理器，工作时，硅片传送机构输送硅片到激光三角位移传感器的检测位置，传感器感应到硅片到达该位置时发送信号到数据采集卡，数据采集卡接受到该信号后其内的多个通道A/D开始并行采集激光三角位移传感器输出的数据，处理器(一般为数据处理软件)对采集到的硅片表面高度数据进行计算，最终统计出每片硅片的线痕数目、每条线痕的类型、宽度、深度以及根据这些结果判断每个硅片的质量等级，所述激光三角位移传感器的探测光斑为椭圆光斑，该椭圆光斑的长轴方向与硅片线痕方向平行，椭圆光斑的短轴方向与硅片运动方向一致，长条形椭圆探测光斑的长轴方向同线痕方向平行，该长条形测量光斑通过沿线痕方向的积分平均测量，可有效降低样品表面粗糙度对测量精度的干扰，使得测量只对线痕敏感，椭圆探测光斑的短轴方向同样品运动方向一致，可使得测量对线痕具有较高的空间分辨率，使得测量出的结果更稳定。

作为实用新型的进一步改进，所述硅片传送机构采用非抗振动型传送机构，激光三角位移传感器纵向上呈对称状态分布于硅片上下两侧并与硅片位置正对，激光三角位移传感器用于测量硅片上、下表面的高度数据，设激光三角仪所在的测量坐标系为(x，y)，上、下激光三角仪测得的硅片上、下表面高度信息为y_up(x)和y_down(x)；设传送带上表面所在的局部坐标系为(x’，y’)，硅片上、下表面相对于此坐标系的高度信息为y’_up(x)和y’_down(x)；设传送带局部坐标相对于激光三角仪测量坐标的振动为y_up(x)。各个数值存在如下关系：

th(x)＝y’_up(x)-y’_down(x)

y_up(x)＝y_vib(x)+y’_up(x)

y_down(x)＝y_vib(x)+y’_down(x)

其中th(x)为硅片厚度信息，由第二式减第三式，并参照第一式，可得到：

th(x)＝y_up(x)-y_down(x)

上式说明通过上、下激光三角仪测得的硅片上、下表面高度信息为y_up(x)、y_down(x)，经运算后可消除振动对测量的影响。

作为实用新型的进一步改进，所述硅片传送机构采用抗振动型传送机构，激光三角位移传感器正对于硅片背向硅片传送机构的一侧。

作为实用新型的进一步改进，所述硅片传送机构采用非抗振动型传送机构和抗振动型传送机构结合的方式，抗振动型传送机构能够从非抗振动型传送机构上抓取硅片，然后通过激光三角位移传感器的测量，再放回非抗振动型传送机构上进行继续传输，非抗振型运送机构将硅片运送到激光三角位移传感器附近，抗振动型传送机构带吸盘的机械手用吸盘抓取硅片，然后平稳地将硅片运送到激光三角位移传感器的检测区；硅片通过激光三角位移传感器的检测区检测完成后，机械手将硅片放置在下一道非抗振型运送机构上运送到下道工序。

作为实用新型的进一步改进，若干激光三角位移传感器沿垂直于硅片运动方向呈等间隔排列状态分布，该种结构组成多通道测量方式，一般线痕的深度在硅片上并不相同，某些线痕在硅片两侧比较深，某些线痕可能只会出现在硅片的一侧，某些线痕可能一侧深而另一侧浅。采用多通道并行测量方式可有效降低漏检、误检、错检等情况，极大提高检测准确度。

作为实用新型的进一步改进，检测模块上还设有横向调整机构和高度调整装置，其中横向调整机构包括旋钮、螺杆和固定底座，螺杆轴向与硅片运动方向垂直，旋钮带动螺杆旋转，螺杆与固定底固连，螺杆推动固定座横向移动，高度调整装置包括横梁和横梁支撑架，横梁定位于横梁支撑架上，横梁支撑架相对于硅片传送机构的纵向高度能够调节，激光三角位移传感器固定位于横梁上，通过调整横向调整机构，可变化激光三角位移传感器的横向间距，以兼容不同尺寸硅片的测量；通过调整高度调整装置的高度，可使得各个激光三角位移传感器工作在量程中点附近。

作为实用新型的进一步改进，还设有滑块和限位角，所述横梁上设有沿硅片运动方向的导轨，该滑块配合套设于导轨上，激光三角位移传感器的定位架固设于滑块上，限位角与横向调整机构的固定座固连，分别用于激光三角位移传感器横向位置调整时起导向作用和限位作用。

作为实用新型的进一步改进，检测模块上还设有微调装置，微调装置固设于滑块上，三角位移传感器固定于微调装置上，微调装置可以通过调整螺栓来实现，微调装置使得上下激光三角位移传感器的光斑对准。

作为实用新型的进一步改进，硅片传送机构上还设有宽度能够调整的导流槽，硅片恰能够沿导流槽长度方向通过，所述导流槽沿硅片运动方向的进口端呈喇叭口状，硅片经导流槽后位置得到校正，其宽度能够调整可适应不同尺寸的硅片，所述的硅片对齐装置作用为对硅片位置进行校正，但不限于该形式。

作为实用新型的进一步改进，所述三角位移传感器为带动控制器类和不带控制器类中的一种，激光三角位移传感器选择不带处理器的结构，每个激光三角位移传感器均带单独的数据传输功能，可简化系统和降低系统成本；三角位移传感器带高速数字通信方式，可有效消除D/A和A/D过程中产生的噪声影响；三角位移传感器带可同步功能，使得各个探测头可同步探测硅片表面高度信息；所述数据采集卡带同步采集功能。

本实用新型的有益技术效果是：本实用新型采用具有椭圆探测光斑的激光三角位移传感器，长条形椭圆探测光斑的长轴方向同线痕方向平行可有效降低样品表面粗糙度对测量精度的干扰，椭圆探测光斑的短轴方向同样品运动方向一致可使得测量对线痕具有较高的空间分辨率；该检测系统极大地降低了硅片表面的粗糙度对测量线痕的干扰，使得测量只对线痕敏感，有效地提高了线痕测量的精度和准确度，实现了硅片线痕测量的高速检测。

附图说明

图1为本实用新型的检测模块结构原理主视图；

图2为本实用新型的检测模块结构原理立体图；

图3为实用新型的立体示意图；

图4为本实用新型的数据采集系统原理图；

图5为现有技术采用圆形探测光斑测量出的线痕凹槽缺陷数据；

图6为本采用单侧椭圆形探测光斑测量出的线痕凹槽缺陷数据；

图7为本采用非抗振动型传送机构和选择激光三角位移传感器对称分布于待测量硅片两侧结构时测量出的硅片厚度数据；

图8为本实用新型采用抗振传送机构时激光三角位移传感器单侧测量主视图；

图9为本实用新型采用抗振传送机构时激光三角位移传感器单侧测量俯视图

图10为本实用新型采用抗振传送机构时激光三角位移传感器单侧测量数据采集系统；

图11为本实用新型采用非抗振动型传送机构和抗振动型传送机构结合的方式的示意图。

具体实施方式

实施例：一种太阳能硅片线痕高精度检测系统，包括硅片传送机构1、硅片位置感应装置2、检测模块、数据采集卡17和处理器18，所述硅片传送机构1能够带动硅片直线运动，检测模块上设有至少一个激光三角位移传感器3，激光三角位移传感器3将探测光斑投射到硅片表面来对其表面高度信息进行测量，硅片位置感应装置2能够感应硅片位于激光三角位移传感器3检测位置并传信于数据采集卡17，数据采集卡17采集激光三角位移传感器3传输的测量信息并输出数据给处理器18，工作时，硅片传送机构1输送硅片到激光三角位移传感器3的检测位置，传感器感应到硅片4到达该位置时发送信号到数据采集卡17，数据采集卡17接受到该信号后其内的多个通道A/D开始并行采集激光三角位移传感器3输出的数据，处理器18(一般为数据处理软件)对采集到的硅片表面高度数据进行计算，最终统计出每片硅片的线痕数目、每条线痕的类型、宽度、深度以及根据这些结果判断每个硅片的质量等级，所述激光三角位移传感器3的探测光斑为椭圆光斑31，该椭圆光斑31的长轴方向与硅片线痕方向平行，椭圆光斑31的短轴方向与硅片运动方向一致，长条形椭圆探测光斑的长轴方向同线痕方向平行，该长条形测量光斑通过沿线痕方向的积分平均测量，可有效降低样品表面粗糙度对测量精度的干扰，使得测量只对线痕敏感，椭圆探测光斑的短轴方向同样品运动方向一致，可使得测量对线痕具有较高的空间分辨率，使得测量出的结果更稳定。

所述硅片传送机构1采用非抗振动型传送机构，激光三角位移传感器3纵向上呈对称状态分布于硅片上下两侧并与硅片位置正对，激光三角位移传感器3用于测量硅片上、下表面的高度数据，设激光三角仪所在的测量坐标系为(x，y)，上、下激光三角仪测得的硅片上、下表面高度信息为y_up(x)和y_down(x)；设传送带上表面所在的局部坐标系为(x’，y’)，硅片上、下表面相对于此坐标系的高度信息为y’_up(x)和y’_down(x)；设传送带局部坐标相对于激光三角仪测量坐标的振动为y_up(x)，各个数值存在如下关系：

th(x)＝y’_up(x)-y’_down(x)

y_up(x)＝y_vib(x)+y’_up(x)

y_down(x)＝y_vib(x)+y’_down(x)

其中th(x)为硅片厚度信息，由第二式减第三式，并参照第一式，可得到：

th(x)＝y_up(x)-y_down(x)

上式说明通过上、下激光三角仪测得的硅片上、下表面高度信息为y_up(x)、y_down(x)，经运算后可消除振动对测量的影响。

所述硅片传送机构1采用抗振动型传送机构，激光三角位移传感器3正对于硅片背向硅片传送机构1的一侧。

所述硅片传送机构1采用非抗振动型传送机构和抗振动型传送机构结合的方式，抗振动型传送机构能够从非抗振动型传送机构上抓取硅片并使其通过激光三角位移传感器的测量后再放回非抗振动型传送机构上进行继续传输，非抗振型运送机构将硅片运送到激光三角位移传感器3附近，抗振动型传送机构带吸盘的机械手用吸盘抓取硅片，然后平稳地将硅片运送到激光三角位移传感器3的检测区；硅片通过激光三角位移传感器3的检测区检测完成后，机械手将硅片放置在下一道非抗振型运送机构上运送到下道工序。

所述若干激光三角位移传感器3沿垂直于硅片运动方向呈等间隔排列状态分布，该种结构组成多通道测量方式，一般线痕的深度在硅片上并不相同，某些线痕在硅片两侧比较深，某些线痕可能只会出现在硅片的一侧，某些线痕可能一侧深而另一侧浅。采用多通道并行测量方式可有效降低漏检、误检、错检等情况，极大提高检测准确度。

所述检测模块上还设有横向调整机构和高度调整装置，其中横向调整机构包括旋钮5、螺杆6和固定底座7，螺杆6轴向与硅片运动方向垂直，旋钮5带动螺杆6旋转，螺杆6固连固定底座7，螺杆推动固定底座横向移动，高度调整装置包括横梁8和横梁支撑架9，横梁8定位于横梁支撑架9上，横梁支撑架9相对于硅片传送机构1的纵向高度能够调节，激光三角位移传感器3固定位于横梁8上，通过调整横向调整机构，可变化激光三角位移传感器3的横向间距，以兼容不同尺寸硅片的测量；通过调整高度调整装置的高度，可使得各个激光三角位移传感器3工作在量程中点附近。

还设有滑块12和限位角13，所述横梁8上设有沿硅片运动方向的导轨，该滑块12配合套设于导轨上，激光三角位移传感器3的定位架固设于滑块12上，限位角13与横向调整机构的固定座固连，分别用于激光三角位移传感器3横向位置调整时起导向作用和限位作用。

所述检测模块上还设有微调装置，微调装置固设于滑块12上，三角位移传感器固定于微调装置上，微调装置可以通过调整螺栓来实现，微调装置使得上下激光三角位移传感器3的光斑对准。

所述硅片传送机构1上还设有宽度能够调整的导流槽15，硅片恰能够沿导流槽15长度方向通过，所述导流槽15沿硅片运动方向的进口端呈喇叭口状，硅片经导流槽15后位置得到校正，其宽度能够调整可适应不同尺寸的硅片，所述的硅片对齐装置作用为对硅片位置进行校正，但不限于该形式。

所述三角位移传感器为带动控制器类和不带控制器类中的一种，激光三角位移传感器3选择不带处理器18的结构，每个激光三角位移传感器3均带单独的数据传输功能，可简化系统和降低系统成本；三角位移传感器带高速数字通信方式，可有效消除D/A和A/D过程中产生的噪声影响；三角位移传感器带可同步功能，使得各个探测头可同步探测硅片表面高度信息；所述数据采集卡17带同步采集功能。

Claims (10)

1.一种太阳能硅片线痕高精度检测系统，包括硅片传送机构(1)、硅片位置感应装置(2)、检测模块、数据采集卡(17)和处理器(18)，所述硅片传送机构(1)能够带动硅片直线运动，检测模块上设有至少一个激光三角位移传感器(3)，激光三角位移传感器(3)将探测光斑投射到硅片表面来对其表面高度信息进行测量，硅片位置感应装置(2)能够感应硅片位于激光三角位移传感器(3)检测位置并传信于数据采集卡(17)，数据采集卡(17)采集激光三角位移传感器(3)传输的测量信息并输出数据给处理器(18)，其特征是：所述激光三角位移传感器(3)的探测光斑为椭圆光斑(31)，该椭圆光斑(31)的长轴方向与硅片线痕方向平行，椭圆光斑(31)的短轴方向与硅片运动方向一致。

2.如权利要求1所述的太阳能硅片线痕高精度检测系统，其特征是：所述硅片传送机构(1)采用非抗振动型传送机构，激光三角位移传感器(3)纵向上呈对称状态分布于硅片上下两侧并与硅片位置正对。

3.如权利要求1所述的太阳能硅片线痕高精度检测系统，其特征是：所述硅片传送机构(1)采用抗振动型传送机构，激光三角位移传感器(3)正对于硅片背向硅片传送机构(1)的一侧。

4.如权利要求1所述的太阳能硅片线痕高精度检测系统，其特征是：所述硅片传送机构(1)采用非抗振动型传送机构和抗振动型传送机构结合的方式，抗振动型传送机构能够从非抗振动型传送机构上抓取硅片再放回非抗振动型传送机构上进行继续传输。

5.如权利要求2、3或4所述的太阳能硅片线痕高精度检测系统，其特征是：若干激光三角位移传感器(3)沿垂直于硅片运动方向呈等间隔排列状态分布。

6.如权利要求5所述的太阳能硅片线痕高精度检测系统，其特征是：检测模块上还设有横向调整机构和高度调整装置，其中横向调整机构包括旋钮(5)、螺杆(6)和固定底座(7)，螺杆(6)轴向与硅片运动方向垂直，旋钮(5)带动螺杆(6)旋转，螺杆(6)与固定底座(7)固连，高度调整装置包括横梁(8)和横梁支撑架(9)，横梁(8)定位于横梁支撑架(9)上，横梁支撑架(9)相对于硅片传送机构(1)的纵向高度能够调节，激光三角位移传感器(3)固定位于横梁(8)上。

7.如权利要求6所述的太阳能硅片线痕高精度检测系统，其特征是：还设有滑块(12)和限位角(13)，所述横梁(8)上设有沿硅片运动方向的导轨，该滑块(12)配合套设于导轨上，激光三角位移传感器(3)的定位架固设于滑块(12)上，限位角(13)与横向调整机构的固定座固连。

8.如权利要求7所述的太阳能硅片线痕高精度检测系统，其特征是：检测模块上还设有微调装置，微调装置固设于滑块(12)上，激光三角位移传感器固定于微调装置上。

9.如权利要求1所述的太阳能硅片线痕高精度检测系统，其特征是：硅片传送机构(1)上还设有宽度能够调整的导流槽(15)，硅片恰能够沿导流槽(15)长度方向通过，所述导流槽(15)沿硅片运动方向的进口端呈喇叭口状。

10.如利要求1所述的太阳能硅片线痕高精度检测系统，其特征是：所述三角位移传感器为带动控制器类和不带控制器类中的一种；三角位移传感器带高速数字通信方式；三角位移传感器带可同步功能；所述数据采集卡(17)带同步采集功能。

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