CN218566433U - 一种单晶成品硅棒自动检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及硅棒检测技术领域，提供一种单晶成品硅棒自动检测系统，包括：工控机、输送机构、四轴机械手、V形支撑台、滑动安装立架、传感器系统、第一视觉系统、第二视觉系统；滑动安装立架通过第一移动机构安装在V形支撑台上；滑动安装立架具有菱形通孔，菱形通孔的内角为90°；传感器系统和第一视觉系统安装在滑动安装立架上；第一视觉系统，包括：第一线阵相机和第二线阵相机；第一线阵相机和第二线阵相机分别对应布置在菱形通孔的上边上方；传感器系统安装在滑动安装立架上，传感器系统包括多个接触式传感器，且多个接触式传感器布置在菱形通孔的四周。本实用新型能够实现方形硅棒的外观图像和尺寸参数的自动采集检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及硅棒检测技术领域，尤其涉及一种单晶成品硅棒自动检测系统。
背景技术
在光伏硅片加工端有一道工序为抛光后的矩形(方形)硅棒外观尺寸检测，此工序是对成品硅棒进行外观尺寸的精确测量以及表面缺陷检测，合格品将进入包装环节完成打包并出厂。如图1a-d所示，尺寸检测上主要包括对边距离(LD1、LD2)、对角距离(LC1、LC2)、弧长(CA1-CA4)及弧长投影(LR1-LR4、LR5-LR8)以及各边之间的夹角(各边垂直度)，通常检测精度要在±0.02mm以内，检测尺寸包括158mm方棒，166mm方棒，182mm方棒，210mm方棒。为了准确得到上述硅棒尺寸，需要采集检测硅棒的参数；检测的缺陷内容包括崩边、裂纹等。检测精度高，检测内容多，同时需要兼容得尺寸规格多，造成检测难度大。
目前光伏行业硅棒的参数检测主要通过人工手动检测来实现。参数检测过程中，人工采用专业卡尺及测量弧角设备，多次翻转硅棒以完成所有参数检测。这种测量方式容易受人为因素影响，导致参数检测精度低。同时，硅棒的崩边等表面缺陷需要直接肉眼识别，肉眼识别硅棒表面缺陷很可能会发生遗漏、识别错误的情况，缺陷识别效率低，缺陷识别用时长，并且人工翻转硅棒容易发生人身安全事故。此外，测量数据需要人为输入到系统中，容易出现错误，对生产造成损失。
实用新型内容
本实用新型主要解决目前硅棒检测主要通过人工手动检测来实现，容易受人为因素影响，导致检测精度低以及直接肉眼识别硅棒表面缺陷可能会发生遗漏、识别错误等技术问题，提出一种单晶成品硅棒自动检测系统，以实现方形硅棒的外观图像和尺寸参数的自动采集检测，提高硅棒检测效率。
本实用新型提供了一种单晶成品硅棒自动检测系统，包括：工控机；
所述单晶成品硅棒自动检测系统，还包括：输送机构、四轴机械手、V形支撑台、滑动安装立架、传感器系统、第一视觉系统、第二视觉系统；
所述四轴机械手设置在输送机构上；所述四轴机械手具有的第一夹爪和第二夹爪；所述第一夹爪上设置第一激光传感器，所述第二夹爪上设置第二激光传感器；第一激光传感器和第二激光传感器位置对应；
所述V形支撑台设置在输送机构的一侧；所述V形支撑台与四轴机械手位置对应；
所述滑动安装立架通过第一移动机构安装在V形支撑台上；所述滑动安装立架具有菱形通孔，所述菱形通孔的内角为90°；所述传感器系统和第一视觉系统安装在滑动安装立架上；
所述第一视觉系统，包括：第一线阵相机和第二线阵相机；所述第一线阵相机和第二线阵相机分别对应布置在菱形通孔的上边上方；
所述传感器系统安装在滑动安装立架上，所述传感器系统包括多个接触式传感器，且多个接触式传感器布置在菱形通孔的四周；
所述第二视觉系统通过第二移动机构安装在输送机构上，且第二移动机构位于四轴机械手的后方；
所述第二视觉系统，包括：第三线阵相机和第四线阵相机；所述第三线阵相机安装在输送机构的正侧方，所述第四线阵相机安装在输送机构的正上方；
所述第一激光传感器、第二激光传感器、第一线阵相机、第二线阵相机、第三线阵相机、第四线阵相机和多个接触式传感器分别与工控机信号连接。
优选的，所述传感器系统，还包括：四只激光传感器；
四只激光传感器对应布置在菱形通孔的四角外侧；
四只激光传感器分别与工控机信号连接。
优选的，所述接触式传感器具有12个，其中，4个接触式传感器布置在菱形通孔的四角外侧，8个接触式传感器两两对应布置在菱形通孔的各边外侧。
优选的，所述接触式传感器、激光传感器分别通过移动模组安装。
优选的，所述输送机构，包括依次设置的第一辊道线、第二辊道线、第三辊道线和第四辊道线；
所述V形支撑台设置在第二辊道线的一侧；
所述四轴机械手设置在第二辊道线上；
所述第二移动机构设置在第三辊道线上。
优选的，所述第二辊道线上设置第一顶升装置和第一对中归正装置；
所述第三辊道线上设置第二顶升装置和第二对中归正装置。
优选的，所述第一顶升装置和第二顶升装置，分别包括：顶升装置气缸、顶升装置滑板、升降板、楔形块和导轮；
所述顶升装置气缸水平安装在输送机构上，所述顶升装置气缸的伸缩杆与顶升装置滑板连接；
所述顶升装置滑板上设置楔形块，楔形块上配合设置导轮；
所述导轮安装在升降板上，所述升降板上设置多个顶升块。
优选的，所述第一对中归正装置和第二对中归正装置，分别包括：夹紧气缸和设置在输送机构两侧的多个夹紧爪；
所述夹紧气缸的伸缩杆与旋转杆连接，所述旋转杆铰接在输送机构上，且输送机构上留有圆弧导向槽，旋转杆的导向块伸入圆弧导向槽中；
所述旋转杆的两端分别与归正装置滑板铰接，所述归正装置滑板上安装多个夹紧爪。
优选的，所述第一移动机构和第二移动机构，分别包括：移动机构电机、移动机构丝杠和移动机构螺母；
所述移动机构电机的输出端与移动机构丝杠传动连接；
所述移动机构丝杠上配合设置移动机构螺母；
所述移动机构螺母上安装第一视觉系统或第二视觉系统。
本实用新型提供的一种单晶成品硅棒自动检测系统，能够实现方形硅棒的外观图像和尺寸数据的自动采集检测，本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、传感器系统设置多个激光传感器和接触式传感器，检测精度高、效率高，可实现多种规格方形硅棒的尺寸检测，同时重复测量精度稳定在±0.01mm以内，60S可完成一根方棒的检测，实现硅棒尺寸参数的自动采集，为工控机和工作人员计算硅棒尺寸提供支撑；视觉系统设置多个线阵相机，能够自动采集硅棒各面的图像，为工控机和工作人员分析硅棒表面缺陷提供支撑。本实用新型能够实现方形硅棒的外观图像和尺寸参数的自动采集检测，提高硅棒检测效率，提升检测精度，减小检测误差，提供有效的数据，替代人工参数检测。
2、设置输送机构和四轴机械手，具备自动上下料功能，取代人工实现全自动数据采集，打通硅棒生成过程中最后的自动化环节。
3、自动化数据采集和检测以及自动上下料的实现，极大的减少之前方棒检测带来的人身安全事故，提升检测过程的安全性。
附图说明
图1a-d是本实用新型检测的硅棒的各尺寸示意图；
图2是本实用新型提供的单晶成品硅棒自动检测系统的结构示意图；
图3是本实用新型提供的单晶成品硅棒自动检测系统的主视图；
图4是本实用新型提供的单晶成品硅棒自动检测系统的俯视图；
图5是本实用新型提供的单晶成品硅棒自动检测系统的侧视图；
图6是本实用新型提供的顶升装置和对中归正装置的结构示意图；
图7是本实用新型提供的顶升装置和对中归正装置的主视图；
图8是本实用新型提供的四轴机械手的结构示意图；
图9是本实用新型提供的传感器系统和第一视觉系统的布置示意图；
图10是本实用新型提供的第二视觉系统的布置示意图；
图11是本实用新型提供的视觉系统的光源布置示意图；
图12是本实用新型提供的硅棒长度计算的示意图；
图13是本实用新型提供的对角距离计算的示意图；
图14是本实用新型提供的对边距离计算和各边夹角计算的示意图；
图15是本实用新型提供的弧长及弧长投影计算的示意图。
附图标记：1-第一辊道线；2-硅棒；3-第二辊道线；4-第一顶升装置；5-第一对中归正装置；6-四轴机械手；7-V形支撑台；8-第一移动机构；9-传感器系统；10-第一视觉系统；11-第三辊道线；12-第二顶升装置；13-第二对中归正装置；14-第二移动机构；15-第二视觉系统；16-第四辊道线；17-PLC控制系统；18-工控机；19-第一夹爪；20-第一激光传感器；21-第二激光传感器；22-第二夹爪；23-移动模组；24-第三线阵相机；25-第四线阵相机；26-滑动安装立架；27-夹紧气缸；28-夹紧爪；29-旋转杆；30-顶升块；31-顶升装置气缸；32-顶升装置滑板；33-升降板；34-楔形块。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。
如图2-5所示，本实用新型实施例提供的单晶成品硅棒自动检测系统，包括：工控机18、输送机构、四轴机械手6、V形支撑台7、滑动安装立架26、传感器系统9、第一视觉系统10、第二视觉系统15。
所述输送机构，包括依次设置的第一辊道线1、第二辊道线3、第三辊道线11和第四辊道线16。第一辊道线1用来输入待检测的硅棒2，第四辊道线16用来输出检测后的硅棒2。在本实施例中，在辊道线上需要硅棒2停止的指定位置可设置接近开关，接近开关检测到硅棒2辊道线停止，方便对硅棒2的检测。
所述第二辊道线3上设置第一顶升装置4和第一对中归正装置5；所述第三辊道线11上设置第二顶升装置12和第二对中归正装置13。
第一顶升装置4和第二顶升装置12结构相同，顶升装置实现升降的方式有多种，第一顶升装置4和第二顶升装置12可通过气缸来实现升降，本实用新型不限制具体的结构，并给出一种可实现的方式。具体的，如图6-7所示，第一顶升装置4和第二顶升装置12分别包括：顶升装置气缸31、顶升装置滑板32、升降板33、楔形块34和导轮；所述顶升装置气缸31水平安装在输送机构上，顶升装置气缸31的伸缩杆与顶升装置滑板32连接，所述顶升装置滑板32上设置楔形块34，楔形块34上配合设置导轮，所述导轮安装在升降板33上，所述升降板33上设置多个顶升块30。顶升装置气缸31的伸缩杆伸出，通过顶升装置滑板32带动楔形块34左右移动，楔形块34具有斜坡面，导轮在斜坡面上移动，实现升降板33的升降。
第一对中归正装置5和第二对中归正装置13结构相同，对中归正装置实现对中的方式有多种，第一对中归正装置5和第二对中归正装置13可通过电机配合丝杠的形式或气缸的形式来实现对中夹紧，本实用新型不限制具体的结构，并给出一种可实现的方式。具体的，如图6-7所示，所述第一对中归正装置5和第二对中归正装置13，分别包括：夹紧气缸27和设置在输送机构两侧的多个夹紧爪28。所述夹紧气缸27的伸缩杆与旋转杆29连接，所述旋转杆29铰接在输送机构上，且输送机构上留有圆弧导向槽，旋转杆29的导向块伸入圆弧导向槽中；所述旋转杆29的两端分别与归正装置滑板铰接，所述归正装置滑板上安装多个夹紧爪28。另外，输送机构上设置导轨，归正装置滑板底面设置滑块，导轨进行滑动导向。夹紧气缸27的伸缩杆伸出，带动旋转杆29沿着圆弧导向槽旋转，同时带动归正装置滑板和夹紧爪28对向靠近或远离，进而实现对中夹紧。
所述四轴机械手6设置在输送机构上，具体的，所述四轴机械手6设置在第二辊道线3上；如图8所示，所述四轴机械手6具有的第一夹爪19和第二夹爪22；所述第一夹爪19上设置第一激光传感器20(L1)，所述第二夹爪22上设置第二激光传感器21(L2)；第一激光传感器21和第二激光传感器22位置对应；第一激光传感器21和第二激光传感器22用来检测硅棒2的长度。
所述V形支撑台7设置在输送机构的一侧，具体的，所述V形支撑台7设置在第二辊道线3的一侧；所述V形支撑台7与四轴机械手6位置对应；
所述滑动安装立架26通过第一移动机构8安装在V形支撑台7上；所述滑动安装立架26安装在第一移动机构8上；所述滑动安装立架26具有菱形通孔，所述菱形通孔的内角为90°；所述传感器系统9和第一视觉系统10安装在滑动安装立架26上。具体的，通过第一移动机构8使滑动安装立架26能够沿着V形支撑台7的轴向反复运动。具体的，所述第一移动机构8包括：移动机构电机、移动机构丝杠和移动机构螺母；所述移动机构电机的输出端与移动机构丝杠传动连接；所述移动机构丝杠上配合设置移动机构螺母；所述移动机构螺母上安装第一视觉系统10。第一移动机构8能够通过移动机构电机旋转带动第一视觉系统10沿X轴方向直线运动。
在本实施例中，V形支撑台7用于检测硅棒2尺寸参数时，支撑和放置硅棒2。所述V形支撑台7具有V形槽，V形槽的夹角为标准的90°，能够将硅棒2的一个棱立起来，使硅棒2呈菱形状态放置；本实用新型采用V形支撑台7，稳定性好，同时能够适应不同尺寸、型号硅棒2的测量；采用V型支撑方式，方棒放置其中位置准确、不需要二次校正，支撑精度更好，且方棒位置状态更稳定不容易发生变化。同时，这种方式有利于传感器的布局，可以覆盖到4个面和4个倒角(顶点)处的同步测量。解决传统的平放测量方式，需要二次校正以及难以进行传感器布局的问题。以左上边的检测为例，不同尺寸的方棒，放在V形支撑台7上，左上边只在斜45°向上增加和减少，有助于使用单组高精移动模组，完成更多尺寸的兼容。
所述第一视觉系统10，包括：第一线阵相机和第二线阵相机；所述第一线阵相机C1和第二线阵相机C2分别对应布置在菱形通孔的上边上方，拍摄方向与硅棒标准件(硅棒尺寸标准、放置位置标准)的侧面垂直；具体的，第一线阵相机C1在菱形通孔的左上边上方，用来拍摄硅棒2的第一侧面，检测硅棒2第一侧面的表面缺陷；第二线阵相机C2在菱形通孔的右上边上方，用来拍摄硅棒2的第二侧面，检测硅棒2第二侧面的表面缺陷。
所述传感器系统9安装在滑动安装立架26上，所述传感器系统9包括多个接触式传感器和四只激光传感器。如图9所示，多个接触式传感器布置在菱形通孔的四周；具体的，所述接触式传感器具有12个(S1-S12)，其中，4个接触式传感器(S1-S4)布置在菱形通孔的四角外侧，用来检测不同尺寸硅棒2的对角距离，8个接触式传感器(S5-S12)两两对应布置在菱形通孔的各边外侧，用来检测不同尺寸硅棒2的对边距离。所有相对安装的接触式传感器都处于共线状态，例如S5和S7共线、S6和S8共线。
硅棒2的对角距离LC1由接触式传感器S1、S2采集的数据得到，硅棒2的对角距离LC2由接触式传感器S3、S4采集的数据得到。硅棒2的对边距离LD1由接触式传感器S5、S6和对面的接触式传感器S7、S8采集的数据得到。硅棒2的对边距离LD2由接触式传感器S9、S10和对面的接触式传感器S11、S12采集的数据得到。另外，各边的垂直度也可以由接触式传感器S5-S12采集的数据得到。
如图9所示，四只激光传感器(L3-L6)对应布置在菱形通孔的四角外侧。弧长(CA1-CA4)及弧长投影(LR1-LR4、LR5-LR8)由激光传感器L3-L6采集的数据得到。
在本实用新型中，所述接触式传感器(S1-S12)、四只激光传感器(L3-L6)分别通过移动模组23安装，通过移动模组23安装各传感器，能够调整各传感器的检测位置。单轴、双轴移动模组的选择和安装根据具体工况可调整。各线阵相机不位置移动也可实现采集功能，也可以通过移动模组安装，调整位置，本实用新型不做具体限制。
在检测时，不同尺寸的方形硅棒2放在V形支撑台7上，底部弧角位置统一，针对上部弧角在上下尺寸上存在差别，设置移动模组23，解决尺寸不同的问题，能够适应于不同尺寸、型号的方形硅棒2的尺寸参数检测；而针对左右两侧的弧角，不同尺寸硅棒2的弧角位置在左右和上下都有区别，移动模组23设置成前后移动形式(移动模组23设置方向与硅棒2的径向垂直，上下两角的移动模组水平设置，左右两角的移动模组竖直设置)，解决左右的位置变化的问题，同时扫描范围适当增大。
本实用新型采用多组高精移动模组配合接触式传感器(S1-S12)，可实现对不同尺寸方棒的对边距离检测和对角距离检测，该检测精度可在0.01mm以内，保证对边检测和对角距离检测的准确性；另外单边设置两个接触式传感器，可得到该截面的直线角度，用于计算四边之间的夹角，实现垂直度检测。
所述第二视觉系统15通过第二移动机构14安装在输送机构上，且第二移动机构14位于四轴机械手6的后方；具体的，所述第二移动机构14设置在第三辊道线11上。第二移动机构14与第一移动机构8相同，所述第二移动机构14包括：移动机构电机、移动机构丝杠和移动机构螺母；所述移动机构电机的输出端与移动机构丝杠传动连接；所述移动机构丝杠上配合设置移动机构螺母；所述移动机构螺母上安装第二视觉系统15的移动板。第二移动机构14能够通过移动机构电机旋转带动第二视觉系统15沿输送机构方向直线运动。
如图10所示，所述第二视觉系统15，包括：第三线阵相机24(C3)和第四线阵相机25(C4)；所述第三线阵相机24安装在输送机构的正侧方，所述第四线阵相机25安装在输送机构的正上方。第三线阵相机24的拍摄方向朝向正侧方，用来拍摄硅棒2的第三侧面，检测硅棒2第三侧面的表面缺陷；第四线阵相机25拍摄方向朝向正下方，用来拍摄硅棒2的第四侧面，检测硅棒2第四侧面的表面缺陷。
由于硅棒2抛光后，表面有一定角度方向的抛光痕，该痕迹导致表面并非完美光面，对打光采集有很大影响。同时实际确认，这种痕对一侧光源敏感，对另一侧没有明显效果，但由于痕迹方向不定，无法确定是哪个方向光源。因此，所述第一线阵相机C1、第二线阵相机C2、第三线阵相机24(C3)和第四线阵相机25(C4)均设置光源。如图11所示，且采用左右两组光源，以第四线阵相机25(C4)为例，在线阵相机移动过程中，左光源先亮，线阵相机采集1行，左光源灭右光源亮，相机再采集1行，如此反复，高频切换相机持续扫描，可以获得要处理的图像。当光源位置不正确时，采集的图像会明显存在暗区，影响图像的分析。当光源正确时，采集的图像表面比较均一，可更容易通过亮度来进行缺陷的提取和分析。本实用新型采用双面光源，布置在两侧，实际采集时通过高频控制，快速切换光源并使线阵相机配合采集，采集后抽取正确图像并传输到工控机18，由工控机18进行分析。
在本实施例中，输送机构、接近开关、四轴机械手6、移动机构、顶升装置、对中归正装置等各设备运行的电控组件可由PLC控制系统17进行控制，传感器系统和视觉系统的第一激光传感器20、第二激光传感器21、第一线阵相机、第二线阵相机、第三线阵相机24、第四线阵相机25和多个接触式传感器分别与工控机18信号连接，激光传感器、接触式传感器、线阵相机等各组件采集硅棒2的测量数据并传递到工控机18，本实用新型的系统实现自动检测，由外接工控机18进行数据处理、分析。
本实用新型提供的单晶成品硅棒自动检测系统的工作过程：
1、硅棒2从系统右侧上料，沿X方向进入第一辊道线1，随后进入第二辊道线3到达指定位置后停止。
2、第一顶升装置4将硅棒2升起，对第一中归正装置5对硅棒2进行Y轴方向位置夹紧归正，以保证硅棒2的X轴方向轴线与四轴机械手6的第一夹爪19、第二夹爪22的X轴方向移动轨迹平行。
3、四轴机械手6在移动至硅棒2所在位置，使第一夹爪19、第二夹爪22位于硅棒2的两端，第一夹爪19上的第一激光传感器20(L1)和第二夹爪22上的第二激光传感器21(L2)对硅棒2两侧的端面进行测距，得到的测量数据发送到工控机18。
4、完成长度测量后，四轴机械手6的第一夹爪19、第二夹爪22夹紧硅棒2，将硅棒2沿Z轴提起并沿X轴旋转45°，然后沿Y轴负向移动至V形支撑台7，再沿Z轴负向将硅棒2放置于V形支撑台7的V形槽上，四轴机械手6返回到初始位置。
5、第一移动机构8带动传感器系统9和第一视觉系统10从初始原位沿X轴负向移动，当到达第一个指定位置时停止移动，由移动模组23带动传感器系统9中的传感器进行移动并测量，过程中，接触式传感器需要控制探头伸缩测量数据，激光传感器需要由移动模组23带动扫描测量数据。完成后，移动模组23带动传感器系统9全部恢复到原始状态。第一移动机构8再带动传感器系统9和第一视觉系统10移动到第N个指定位置，停止移动进行后续N次测量。传感器系统9和第一视觉系统10采集的测量数据发送到工控机18。本步骤主要是由传感器系统9进行尺寸数据的检测，当完成全部尺寸测量后，第一检测移动机构8将传感器系统9和第一视觉系统10沿X轴负向移动硅棒2的尾端。
6、第一检测移动机构8将传感器系统9和第一视觉系统10沿X轴正向连续移动至初始原位，此移动过程中工控机18控制第一线阵相机C1连续采集第一侧面的图像和第二线阵相机C2连续采集第二侧面的图像，采集的图像发送到工控机18中，由工控机18对图像进行缺陷分析处理。
7、第一视觉系统10移动到初始原位后，四轴机械手6抓取硅棒2，并经硅棒2顺时针旋转135°后放置到第二辊道线3，由辊道线三11输送到达指定位置后停止，第二顶升装置12和第二对中归正装置13分别动作之后由第二移动机构14带动第二视觉系统15由初始原位朝X轴负向进行扫描，过程中工控机18控制第三线阵相机24(C3)连续采集第三侧面的图像和第四线阵相机25(C4)连续采集第四侧面的图像，采集的图像发送到工控机18中，由工控机18对图像进行缺陷分析处理，至此硅棒2四个侧面的缺陷图像都采集完成。
8、第二检测移动机构14回到初始原位，硅棒2由第三辊道线11朝第四辊道线16流转至指定位置并下料，整个检测工作完成。
本实施例采集的各项参数的后续处理的原理，通过简单的数学计算即可实现，以下内容为了解释说明，不属于本实用新型系统的内容，本实用新型系统不包括方法。工控机18获取测量数据后，工控机18或人工的尺寸计算和缺陷分析：
1、硅棒长度计算，如图12所示：
第一激光传感器20(L1)对硅棒2的端面进行测距，得到距离数据LL1；
第二激光传感器21(L2)对硅棒2的端面进行测距，得到距离数据LL2；
由于已知第一激光传感器20(L1)和第二激光传感器21(L2)之间的距离为LL3，因此硅棒2的长度LL计算公式：
LL＝LL3-LL1-LL2。
硅棒2的长度LL可重复多次检测，检测和计算方式相同。
2、对角距离计算，如图13所示：
硅棒2的对角距离LC1由接触式传感器S1、S2采集的数据得到，硅棒2的对角距离LC2由接触式传感器S3、S4采集的数据得到。
以计算对角距离LC1为例，接触式传感器S1和接触式传感器S2的接触头之间原始距离为LC1A1，此时传感器读数均为0。测量时，接触式传感器的接触头被伸出，接触到硅棒2上下弧角处的表面并停止不动，此时接触式传感器S1的读数为LC1A2，触式传感器S2的读数分别为LCA3，得到硅棒2的对边距离LC1为：
LC1＝LC1A1-LC1A2-LC1A3。
接触式传感器S3、S4采集的数据利用相同的方法可以得出对角距离LC2的数值。
硅棒2的对角距离可重复多次检测，检测和计算方式相同。
3、对边距离计算，如图14所示：
硅棒2的对边距离LD1由接触式传感器S5、S6和对面的接触式传感器S7、S8采集的数据得到。硅棒2的对边距离LD2由接触式传感器S9、S10和对面的接触式传感器S11、S12采集的数据得到。
以计算对边距离LD1的测量为例，接触式传感器S5和接触式传感器S7的接触头之间原始距离为LD1A1，此时接触式传感器读数均为0。测量时，接触式传感器S5和S7的接触头被伸出，接触到硅棒2的表面并停止不动，此时接触式传感器S5的读数为LD1A2，接触式传感器S7的读数为LD1A3，得到硅棒2的对边距离LD1A为：
LD1A＝LD1A1-LD1A2-LD1A3；
同理，通过接触式传感器S6和接触式传感器S8采集的数据，计算的对边距离LD1B为：
LD1B＝LD1B1-LD1B2-LD1B3；
将LD1A和LD1B做均值处理，得出硅棒2的对边距离LD1：
LD1＝(LD1A+LD1B)/2；
相同的方式，可以得出硅棒2的对边距离LD2的数值，硅棒2的两个对边距离完全得到。
硅棒2的对边距离可重复多次检测，检测和计算方式相同。
4、各边之间的夹角(垂直度)计算，如图14所示：
四边垂直度的计算，以底部两侧边为例，接触式传感器S7和接触式传感器S8接触到硅棒2的表面并停止不动，接触式传感器S7和接触式传感器S8作为已知点，根据接触式传感器S7和接触式传感器S8的坐标值，可得到两个点所在直线的直线方程，完成对硅棒2右下边的直线方程计算。
接触式传感器S11和接触式传感器S12作为已知点，可完成硅棒2左下边的直线方程计算。
两个边的直线方程都得到后，根据直线方程的斜率可分别计算各自的角度，再联合进行夹角角度的计算，两边的夹角能够反映硅棒2两个面的垂直度。
同理，硅棒2的其它两边之间的夹角采用相同方式进行检测和计算。
硅棒2各边之间的夹角(垂直度)可重复多次检测，检测和计算方式相同。
5、弧长及弧长投影计算，如图15所示：
激光传感器L3、L4、L5、L6为点激光式距离传感器，能测量当前激光传感器与硅棒2上侧面的被测点之间的距离LS。四个激光传感器分别正对硅棒2的四个弧角，测量时，由各自移动模组23带动激光传感器移动，激光传感器对弧角进行扫描，扫描范围覆盖整个弧角并包含两侧的直边。
移动模组23速度均匀，激光传感器的数据采集频率也是固定值，扫描过程中将连续获取n个距离值LS1、LS2、…、LSn。下面将以任意一个弧角为例：
1)建立坐标系
四个激光传感器是共面的，假定此面为P1。以激光传感器的初始位置为原点O，以激光传感器移动方向以及其垂直方向作为x、y轴建立坐标系xoy，xoy面应与P1平行。
2)获取弧长
沿图15中x方向，扫描的轮廓被分成n个点，a1点为起点，a2为扫描终点，每个点的坐标值为(L*i/n，LSi)均为已知，其中i代表第i个点。因此，点a1、a2、a3、a4均为xoy坐标系下的已知点，可以得出直线a1a3，a2a4的方程：
直线a1a3：y＝k1x+b1……(1)
直线a2a4：y＝k2x+b2……(2)
a3、a4为xoy坐标系下的已知点，可以得出a3和a4的距离，即得到弧长。
3)获取弧长投影
结合上述两个直线方程进一步可求出直线a1a3、a2a4的交点a5(虚拟点)的坐标值(xa5，ya5)，因此，此弧角的弧长投影计算如下：
LR1＝((xa3-xa5)2+(ya3-ya5)2)1/2
LR5＝((xa4-xa5)2+(ya4-ya5)2)1/2
其他弧角的弧长投影(LR2,LR6),(LR3,LR7),(LR4,LR8)依上述方式计算得出。
6、硅棒外观缺陷分析
本实用新型的第一线阵相机C1、第二线阵相机C2、第三线阵相机24(C3)和第四线阵相机25(C4)采集的硅棒2各表面图像，传递到工控机18，由工控机18进行缺陷分析。
本实用新型传感器系统9、第一视觉系统10、第二视觉系统15采集的各测量数据，可利用数学原理，得到硅棒2的各项尺寸参数，本实用新型只是给出了一些可实现的参数计算；但是，具体要计算哪些参数以及采用哪种计算公式，可根据实际情况调整，本实用新型能够采集检测方形硅棒2的多种数据。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种单晶成品硅棒自动检测系统，包括：工控机(18)，其特征在于：
所述单晶成品硅棒自动检测系统，还包括：输送机构、四轴机械手(6)、V形支撑台(7)、滑动安装立架(26)、传感器系统(9)、第一视觉系统(10)、第二视觉系统(15)；
所述四轴机械手(6)设置在输送机构上；所述四轴机械手(6)具有的第一夹爪(19)和第二夹爪(22)；所述第一夹爪(19)上设置第一激光传感器(20)，所述第二夹爪(22)上设置第二激光传感器(21)；第一激光传感器(20)和第二激光传感器(21)位置对应；
所述V形支撑台(7)设置在输送机构的一侧；所述V形支撑台(7)与四轴机械手(6)位置对应；
所述滑动安装立架(26)通过第一移动机构(8)安装在V形支撑台(7)上；所述滑动安装立架(26)具有菱形通孔，所述菱形通孔的内角为90°；所述传感器系统(9)和第一视觉系统(10)安装在滑动安装立架(26)上；
所述第一视觉系统(10)，包括：第一线阵相机和第二线阵相机；所述第一线阵相机和第二线阵相机分别对应布置在菱形通孔的上边上方；
所述传感器系统(9)安装在滑动安装立架(26)上，所述传感器系统(9)包括多个接触式传感器，且多个接触式传感器布置在菱形通孔的四周；
所述第二视觉系统(15)通过第二移动机构(14)安装在输送机构上，且第二移动机构(14)位于四轴机械手(6)的后方；
所述第二视觉系统(15)，包括：第三线阵相机(24)和第四线阵相机(25)；所述第三线阵相机(24)安装在输送机构的正侧方，所述第四线阵相机(25)安装在输送机构的正上方；
所述第一激光传感器(20)、第二激光传感器(21)、第一线阵相机、第二线阵相机、第三线阵相机(24)、第四线阵相机(25)和多个接触式传感器分别与工控机(18)信号连接。
2.根据权利要求1所述的单晶成品硅棒自动检测系统，其特征在于，所述传感器系统(9)，还包括：四只激光传感器；
四只激光传感器对应布置在菱形通孔的四角外侧；
四只激光传感器分别与工控机(18)信号连接。
3.根据权利要求2所述的单晶成品硅棒自动检测系统，其特征在于，所述接触式传感器具有12个，其中，4个接触式传感器布置在菱形通孔的四角外侧，8个接触式传感器两两对应布置在菱形通孔的各边外侧。
4.根据权利要求3所述的单晶成品硅棒自动检测系统，其特征在于，所述接触式传感器、激光传感器分别通过移动模组安装。
5.根据权利要求1或4所述的单晶成品硅棒自动检测系统，其特征在于，所述输送机构，包括依次设置的第一辊道线(1)、第二辊道线(3)、第三辊道线(11)和第四辊道线(16)；
所述V形支撑台(7)设置在第二辊道线(3)的一侧；
所述四轴机械手(6)设置在第二辊道线(3)上；
所述第二移动机构(14)设置在第三辊道线(11)上。
6.根据权利要求5所述的单晶成品硅棒自动检测系统，其特征在于，所述第二辊道线(3)上设置第一顶升装置(4)和第一对中归正装置(5)；
所述第三辊道线(11)上设置第二顶升装置(12)和第二对中归正装置(13)。
7.根据权利要求6所述的单晶成品硅棒自动检测系统，其特征在于，所述第一顶升装置(4)和第二顶升装置(12)，分别包括：顶升装置气缸(31)、顶升装置滑板(32)、升降板(33)、楔形块(34)和导轮；
所述顶升装置气缸(31)水平安装在输送机构上，所述顶升装置气缸(31)的伸缩杆与顶升装置滑板(32)连接；
所述顶升装置滑板(32)上设置楔形块(34)，楔形块(34)上配合设置导轮；
所述导轮安装在升降板(33)上，所述升降板(33)上设置多个顶升块(30)。
8.根据权利要求6所述的单晶成品硅棒自动检测系统，其特征在于，所述第一对中归正装置(5)和第二对中归正装置(13)，分别包括：夹紧气缸(27)和设置在输送机构两侧的多个夹紧爪(28)；
所述夹紧气缸(27)的伸缩杆与旋转杆(29)连接，所述旋转杆(29)铰接在输送机构上，且输送机构上留有圆弧导向槽，旋转杆(29)的导向块伸入圆弧导向槽中；
所述旋转杆(29)的两端分别与归正装置滑板铰接，所述归正装置滑板上安装多个夹紧爪(28)。
9.根据权利要求5所述的单晶成品硅棒自动检测系统，其特征在于，所述第一移动机构(8)和第二移动机构(14)，分别包括：移动机构电机、移动机构丝杠和移动机构螺母；
所述移动机构电机的输出端与移动机构丝杠传动连接；
所述移动机构丝杠上配合设置移动机构螺母；
所述移动机构螺母上安装第一视觉系统(10)或第二视觉系统(15)。
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