DE102023113154A1 - Device and method for detecting foreign bodies in a material flow of poly- and/or monocrystalline silicon - Google Patents

Device and method for detecting foreign bodies in a material flow of poly- and/or monocrystalline silicon Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) ermöglicht eine Erkennung von Fremdkörpern (2) in einem Materialstrom (3) aus poly- und/oder monokristallinem Silizium (4). Die Vorrichtung (1) umfasst ein optoelektronisches Aufnahmesystem (5), das dazu ausgebildet ist, um Bilder des Materialstroms (3) aufzunehmen. Eine Detektionseinrichtung (6) ist dazu ausgebildet ist, um anhand der aufgenommenen Bilder Fremdkörper (2) im Materialstrom (3) zu erkennen. Das optoelektronische Aufnahmesystem (5) umfasst zumindest eine der nachfolgenden Einrichtungen:a) eine IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7), die zumindest eine Hyperspektralkamera (8) umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom (3) im IR-Bereich zu machen;b) eine VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10), die zumindest eine Digitalkamera (11) umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom (3) im VIS-Bereich zu machen.A device (1) enables detection of foreign bodies (2) in a material flow (3) made of polycrystalline and/or monocrystalline silicon (4). The device (1) comprises an optoelectronic recording system (5) which is designed to record images of the material flow (3). A detection device (6) is designed to detect foreign bodies (2) in the material flow (3) based on the recorded images. The optoelectronic recording system (5) comprises at least one of the following devices: a) an IR image recording device (7) which comprises at least one hyperspectral camera (8) which is designed to take images of the material flow (3) in the IR range; b) a VIS image recording device (10) which comprises at least one digital camera (11) which is designed to take images of the material flow (3) in the VIS range.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung von Fremdkörpern in einem Materialstrom aus poly- und/oder monokristallinem Silizium.The invention relates to a device and a method for detecting foreign bodies in a material flow made of poly- and/or monocrystalline silicon.

In der Halbleiterindustrie ist Silizium ein wichtiger Ausgangsrohstoff um integrierte Schaltungen herstellen zu können. Diese integrierten Schaltungen werden auf einem Wafer aufgebaut, der häufig aus monokristallinem Silizium besteht. Das monokristalline Silizium kann beispielsweise in einem Tiegelziehverfahren (z.B. Czochralski-Verfahren) hergestellt werden. In einem Tiegel befindet sich gereinigtes und geschmolzenes Silizium (poly- und/oder monokristallines Silizium), wobei ein Impfkristall, der an einem Metallstab angeordnet ist, in die Schmelze eintaucht. Um den Impfkristall herum lagert sich monokristallines Silizium ab, wobei der Metallstab langsam aus der Schmelze nach oben herausgezogen wird, sodass sich eine als Ingot bezeichnete Kristallsäule bildet. Die Kristallsäule besteht aus monokristallinem Silizium. Die Kristallsäule wird im Folgenden in einzelne Wafer zersägt. Der Tiegel selbst kann mit polykristallinem Silizium gefüllt werden, welches beispielsweise im Siemens-Verfahren hergestellt wird. Dem Tiegel kann auch monokristallines Silizium hinzugefügt werden, welches beispielsweise beim Zurechtschneiden der Wafer übrigbleibt. So hat der Ingot eine runde Querschnittsform, wobei Wafer, die in Solarzellen eingesetzt werden, meistens eine rechteckige Querschnittsform haben, die aus dem Zurechtschneiden eines runden Wafers entstehen. Der Tiegel muss eine hohe Schüttdichte aufweisen und wird daher mit poly- und/oder monokristallinem Silizium unterschiedlicher Fraktionen, also Größen, befüllt, wobei sich zu kleine bzw. zu große Stücke negativ auf das Schmelzverhalten im Tiegel auswirken. Daher wird das poly- und/oder monokristalline Silizium vor dem Einfüllen in den Tiegel mit einem Brecher in kleinere Fraktionen gebrochen, wobei diese Fraktionen anschließend klassiert, also ihrer Größe nach sortiert werden.In the semiconductor industry, silicon is an important raw material for producing integrated circuits. These integrated circuits are built on a wafer, which is often made of monocrystalline silicon. The monocrystalline silicon can be produced, for example, using a crucible pulling process (e.g. Czochralski process). A crucible contains purified and melted silicon (polycrystalline and/or monocrystalline silicon), with a seed crystal arranged on a metal rod dipping into the melt. Monocrystalline silicon is deposited around the seed crystal, with the metal rod slowly being pulled upwards out of the melt, so that a crystal column known as an ingot is formed. The crystal column consists of monocrystalline silicon. The crystal column is then sawn into individual wafers. The crucible itself can be filled with polycrystalline silicon, which is produced, for example, using the Siemens process. Monocrystalline silicon, which is left over when the wafers are cut to size, for example, can also be added to the crucible. The ingot has a round cross-section, whereas wafers used in solar cells usually have a rectangular cross-section, which is created by cutting a round wafer to size. The crucible must have a high bulk density and is therefore filled with polycrystalline and/or monocrystalline silicon of different fractions, i.e. sizes, with pieces that are too small or too large having a negative effect on the melting behavior in the crucible. Therefore, the polycrystalline and/or monocrystalline silicon is broken into smaller fractions using a crusher before being filled into the crucible, and these fractions are then classified, i.e. sorted according to their size.

Fremdkörper, die in den Schmelztiegel gelangen, können zu einem hohen Schaden führen, weil der Ingot dadurch verunreinigt wird und der aus dem Ingot herzustellende Wafer nicht weiterverwendet werden kann.Foreign bodies that enter the crucible can cause significant damage because they contaminate the ingot and the wafer produced from the ingot cannot be reused.

Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen eine sichere Erkennung von Fremdkörpern in einem Materialstrom möglich ist, um sicherzustellen, dass der Schmelztiegel lediglich mit poly- und/oder monokristallinem Silizium befüllt wird.It is therefore the object of the present invention to provide a device and a method with which a reliable detection of foreign bodies in a material flow is possible in order to ensure that the melting crucible is only filled with poly- and/or monocrystalline silicon.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung zur Erkennung von Fremdkörpern in einem Materialstrom aus poly- und/oder monokristallinem Silizium gemäß dem Anspruch 1 und durch das Verfahren zur Erkennung dieser Fremdkörper gemäß dem Anspruch 16 gelöst. In den Ansprüchen 2 bis 15 finden sich vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung wieder.The object is achieved by the device for detecting foreign bodies in a material flow made of polycrystalline and/or monocrystalline silicon according to claim 1 and by the method for detecting these foreign bodies according to claim 16. Advantageous further developments of the device can be found in claims 2 to 15.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Erkennung von Fremdkörpern in einem Materialstrom aus poly- und/oder monokristallinem Silizium. Unter einem „Fremdkörper“ wird insbesondere alles verstanden, was nicht poly- und/oder monokristallines Silizium ist. Insbesondere werden hierunter andere Metalle als poly- und/oder monokristallines Silizium und/oder um Kunststoffe verstanden. Die Vorrichtung umfasst ein optoelektronisches Aufnahmesystem, welches dazu ausgebildet ist, um Bilder des Materialstroms aufzunehmen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Detektionseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, um anhand der aufgenommenen Bilder Fremdkörper im Materialstrom zu erkennen. Dies gelingt insbesondere durch eine digitale Bildverarbeitung. Vorzugsweise ist die Detektionseinrichtung dazu ausgebildet, um jedes Bild einzeln auf einen Fremdkörper hin zu untersuchen. Das optoelektronische Aufnahmesystem umfasst hierzu zumindest eine der nachfolgenden Einrichtungen. So kann das optoelektronische Aufnahmesystem eine IR-Bildaufnahmeeinrichtung aufweisen. Die IR-Bildaufnahmeeinrichtung umfasst zumindest eine Hyperspektralkamera. Die Hyperspektralkamera ist dazu ausgebildet, um Bilder von den Materialstrom im IR-Bereich zu machen. Ergänzend oder alternativ weist das optoelektronische Aufnahmesystem eine VIS-Bildaufnahmeeinrichtung auf. Die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung umfasst vorzugsweise zumindest eine Digitalkamera. Die Digitalkamera ist dazu ausgebildet, um Bilder von den Materialstrom im VIS-Bereich zu machen.The device according to the invention is used to detect foreign bodies in a material flow made of polycrystalline and/or monocrystalline silicon. A “foreign body” is understood in particular to mean anything that is not polycrystalline and/or monocrystalline silicon. In particular, this includes metals other than polycrystalline and/or monocrystalline silicon and/or plastics. The device comprises an optoelectronic recording system which is designed to record images of the material flow. The device also comprises a detection device which is designed to detect foreign bodies in the material flow based on the recorded images. This is achieved in particular by digital image processing. The detection device is preferably designed to examine each image individually for a foreign body. The optoelectronic recording system comprises at least one of the following devices for this purpose. The optoelectronic recording system can have an IR image recording device. The IR image recording device comprises at least one hyperspectral camera. The hyperspectral camera is designed to take images of the material flow in the IR range. Additionally or alternatively, the optoelectronic recording system has a VIS image recording device. The VIS image recording device preferably comprises at least one digital camera. The digital camera is designed to take pictures of the material flow in the VIS area.

Es ist besonders vorteilhaft, dass ein optoelektronisches Aufnahmesystem auf den Materialstrom gerichtet ist, welches dazu ausgebildet ist, um Bilder im IR-Bereich und/oder VIS-Bereich zu machen. In Abhängigkeit des Aufbaus der gesamten Anlage, die beispielsweise noch einen Brecher aufweist, um poly- und/oder monokristallines Silizium in kleinere Stücke zu brechen, die dann den Materialstrom bilden können, kann die IR-Bildaufnahmeeinrichtung und/oder die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung verwendet werden. Umfasst die gesamte Anlage keinerlei Kunststoffe, aus denen z.B. Trennkanten gebildet sein können, die mit dem Materialstrom in Berührung gelangen können, so kann lediglich der Einsatz einer IR-Bildaufnahmeeinrichtung ausreichend sein. Ist dagegen ausgeschlossen, dass andere Metalle in den Materialstrom gelangen können, so kann der Einsatz einer VIS-Bildaufnahmeeinrichtung ausreichend sein. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz des optoelektronischen Aufnahmesystems können daher Fremdkörper zuverlässig erkannt werden, wodurch sichergestellt ist, dass in den Schmelztiegel nur poly- und/oder monokristallines Silizium gelangt.It is particularly advantageous that an optoelectronic recording system is directed at the material flow, which is designed to take images in the IR range and/or VIS range. Depending on the structure of the entire system, which for example also has a crusher to break polycrystalline and/or monocrystalline silicon into smaller pieces that can then form the material flow, the IR image recording device and/or the VIS image recording device can be used. If the entire system does not contain any plastics from which, for example, separating edges can be formed that can come into contact with the material flow, then only the use of an IR image recording device may be sufficient. If, on the other hand, it is impossible for other metals to get into the material flow, then the use of a VIS image recording device may be sufficient. be sufficient. By using the optoelectronic recording system according to the invention, foreign bodies can therefore be reliably detected, thereby ensuring that only polycrystalline and/or monocrystalline silicon reaches the melting crucible.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das optoelektronische Aufnahmesystem sowohl die IR-Bildaufnahmeeinrichtung als auch die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass Fremdkörper, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, sicher erkannt werden können, nochmals erhöht.In an advantageous further development, the optoelectronic recording system includes both the IR image recording device and the VIS image recording device. This further increases the probability that foreign bodies made of different materials can be reliably detected.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die zumindest eine Hyperspektralkamera der IR-Bildaufnahmeeinrichtung dazu ausgebildet, um Bilder im IR-Bereich zu machen. Der Wellenlängenbereich ist dabei größer als 800nm, 900nm oder 950nm und der kleiner ist als 1800nm oder 1700nm. Die Hyperspektralkamera kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, um Bilder in einem breiteren Spektrum aufzunehmen, welches beispielsweise mehrere 100nm umfasst. Dagegen kann die Hyperspektralkamera auch dazu ausgebildet sein, um Bilder in einem schmaleren Spektrum aufzunehmen, welches beispielsweise kleiner ist als 100nm. Ergänzend oder alternativ ist die zumindest eine Digitalkamera der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung dazu ausgebildet, um Bilder im für Menschen sichtbaren Bereich zu machen, insbesondere in einem Wellenlängenbereich, der größer ist als 400nm und der kleiner ist als 750nm. Die Digitalkamera kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, um Bilder in einem breiteren Spektrum aufzunehmen, welches beispielsweise mehrere 100nm umfasst. Dagegen kann die Digitalkamera auch dazu ausgebildet sein, um Bilder in einem schmaleren Spektrum aufzunehmen, welches beispielsweise kleiner ist als 100nm. Dadurch, dass die Bilder in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen gemacht werden, können unterschiedliche Arten von Festkörpern, wie beispielsweise Kunststoffe und Metalle, sicher erkannt werden.In an advantageous development, the at least one hyperspectral camera of the IR image recording device is designed to take images in the IR range. The wavelength range is greater than 800 nm, 900 nm or 950 nm and less than 1800 nm or 1700 nm. The hyperspectral camera can, for example, be designed to take images in a broader spectrum, which for example covers several 100 nm. In contrast, the hyperspectral camera can also be designed to take images in a narrower spectrum, which for example is less than 100 nm. Additionally or alternatively, the at least one digital camera of the VIS image recording device is designed to take images in the range visible to humans, in particular in a wavelength range that is greater than 400 nm and less than 750 nm. The digital camera can, for example, be designed to take images in a broader spectrum, which for example covers several 100 nm. On the other hand, the digital camera can also be designed to take pictures in a narrower spectrum, which is, for example, smaller than 100 nm. By taking the pictures in different wavelength ranges, different types of solids, such as plastics and metals, can be reliably detected.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Bilder, die die IR-Bildaufnahmeeinrichtung macht und die Bilder, die die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung macht, frei von Überlappungen zueinander. Dies bedeutet, dass das Bild der IR-Bildaufnahmeeinrichtung, welches zur selben Zeit aufgenommen wird wie das Bild der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung einen unterschiedlichen Teil des Materialstroms zeigen. Die Bilder können auch teilweise überlappend oder überwiegend überlappend oder vollständig überlappend zueinander aufgenommen werden.In an advantageous development, the images taken by the IR image recording device and the images taken by the VIS image recording device are free of overlaps. This means that the image of the IR image recording device, which is recorded at the same time as the image of the VIS image recording device, shows a different part of the material flow. The images can also be recorded partially overlapping, predominantly overlapping or completely overlapping.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Anzahl der Bilder, die die IR-Bildaufnahmeeinrichtung in einer bestimmten Zeit macht, konstant oder abhängig von der Geschwindigkeit des Materialstroms. Ergänzend oder alternativ ist die Anzahl der Bilder, die die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung in einer bestimmten Zeit macht, konstant oder abhängig von der Geschwindigkeit des Materialstroms. Bewegt sich der Materialstrom schneller, so können mehr Bilder gemacht werden als wenn sich der Materialstrom langsamer bewegt.In an advantageous further development, the number of images that the IR image recording device takes in a certain time is constant or dependent on the speed of the material flow. In addition or alternatively, the number of images that the VIS image recording device takes in a certain time is constant or dependent on the speed of the material flow. If the material flow moves faster, more images can be taken than if the material flow moves more slowly.

In einer vorteilhaften Weiterbildung macht die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung mehr Bilder pro Zeiteinheit als die IR-Bildaufnahmeeinrichtung. Ergänzend oder alternativ kann die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung auch gleich viele Bilder pro Zeiteinheit machen wie die IR-Bildaufnahmeeinrichtung. Ergänzend oder alternativ kann die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung auch weniger viele Bilder pro Zeiteinheit machen als die IR-BildaufnahmeeinrichtungIn an advantageous further development, the VIS image recording device takes more images per unit of time than the IR image recording device. In addition or alternatively, the VIS image recording device can also take the same number of images per unit of time as the IR image recording device. In addition or alternatively, the VIS image recording device can also take fewer images per unit of time than the IR image recording device.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das optoelektronische Aufnahmesystem und damit die IR-Bildaufnahmeeinrichtung und die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung dazu ausgebildet, fortlaufend Bilder des Materialstroms zu machen. Vorzugsweise werden mehr als 20, 30, 40, 50, 70, 90, 120, 150, 180 oder mehr als 200 Bilder pro Sekunde gemacht.In an advantageous further development, the optoelectronic recording system and thus the IR image recording device and the VIS image recording device are designed to continuously take pictures of the material flow. Preferably, more than 20, 30, 40, 50, 70, 90, 120, 150, 180 or more than 200 images are taken per second.

Die IR-Bildaufnahmeeinrichtung und/oder die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung sind auf den Materialstrom gerichtet. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist es denkbar, dass beispielsweise über eine Eingabeeinheit (z.B. Tastatur, Maus und/oder Touchscreen), zumindest ein Fenster bzw. eine Maske definiert werden kann, in welcher die Detektionseinrichtung nach Fremdkörpern sucht. Ein derartiges Fenster bzw. Maske sorgt dafür, dass nicht das gesamte durch das optoelektronische Aufnahmesystem aufgenommene Bild nach Fremdkörpern durchsucht wird, sondern nur derjenige Bereich innerhalb des Fensters bzw. der Maske. Dadurch muss das optoelektronische Aufnahmesystems nicht millimetergenau beabstandet zum Materialstrom installiert werden, weil die Aufnahme von stationären Elementen in den Bildern durch die Definition der Fenster bzw. Masken für die weitere Erkennung ausgeblendet werden kann. Weiterhin kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden, weil nicht mehr das gesamte Bild nach einem Fremdkörper durchsucht werden muss.The IR image recording device and/or the VIS image recording device are directed at the material flow. In an advantageous development, it is conceivable that, for example, via an input unit (e.g. keyboard, mouse and/or touchscreen), at least one window or mask can be defined in which the detection device searches for foreign bodies. Such a window or mask ensures that not the entire image recorded by the optoelectronic recording system is searched for foreign bodies, but only the area within the window or mask. This means that the optoelectronic recording system does not have to be installed at a millimeter-precise distance from the material flow, because the recording of stationary elements in the images can be hidden for further detection by defining the windows or masks. Furthermore, the processing speed can be increased because the entire image no longer has to be searched for a foreign body.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Transportanordnung vorgesehen. Die Transportanordnung ist dazu ausgebildet, um den Materialstrom aus poly- und/oder monokristallinem Silizium zu transportieren. Die Transportanordnung ist ein Förderband, ein Schwingförderer oder eine Rutsche.In an advantageous development, a transport arrangement is provided. The transport arrangement is designed to transport the material flow of polycrystalline and/or monocrystalline silicon. The transport arrangement is a conveyor belt, a vibrating conveyor or a chute.

Der Materialstrom bewegt sich an dem optoelektronisches Aufnahmesystem vorbei. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann dies durch die Transportanordnung geschehen. Der Materialstrom kann sich auch im freien Fall befinden, wenn er sich an dem optoelektronischen Aufnahmesystem vorbei bewegt. Bevorzugt ist der Materialstrom allerdings in Bewegung, wenn das optoelektronische Aufnahmesystem, also die IR-Bildaufnahmeeinrichtung und die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung, die Bilder macht.The material flow moves past the optoelectronic recording system. In an advantageous further development, this can be done by the transport arrangement. The material The material stream can also be in free fall when it moves past the optoelectronic recording system. Preferably, however, the material stream is in motion when the optoelectronic recording system, i.e. the IR image recording device and the VIS image recording device, takes the images.

In einer vorteilhaften Weiterbildung handelt es sich bei der IR-Bildaufnahmeeinrichtung um eine Zeilenkamera oder um eine Flächenkamera. Ergänzend oder alternativ handelt es sich bei der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung um eine Zeilenkamera oder eine Flächenkamera.In an advantageous further development, the IR image recording device is a line camera or an area camera. In addition or alternatively, the VIS image recording device is a line camera or an area camera.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Detektionseinrichtung dazu ausgebildet, um für den Fall, dass die Detektionseinrichtung einen Fremdkörper in einem aufgenommenen Bild des optoelektronischen Aufnahmesystems erkennt, das nächste aufgenommene Bild des optoelektronischen Aufnahmesystems insgesamt oder gezielt an demjenigen Bildausschnitt, an dem der im vorherigen Bild erkannte Fremdkörper erkannt wurde, zu untersuchen. Wird der Fremdkörper auch in einem zweiten, vorzugsweise direkt danach aufgenommenem Bild oder in mehr als zwei Bildern, erkannt, so kann insgesamt auf das Erkennen eines Fremdkörpers entschieden und ein Detektionsfehler ausgeschlossen werden. Dadurch wird vermieden, dass poly- und/oder monokristallines Silizium versehentlich als Fremdkörper erkannt und aussortiert wird. Die Detektionseinrichtung kann optional auch dazu ausgebildet sein, um einen anderen Algorithmus, der beispielsweise rechenintensiver ist, für das nächste Bild oder den Bildausschnitt zu verwenden.In an advantageous development, the detection device is designed to examine the next image recorded by the optoelectronic recording system in its entirety or specifically at the image section where the foreign body detected in the previous image was detected if the detection device detects a foreign body in a recorded image of the optoelectronic recording system. If the foreign body is also detected in a second image, preferably one recorded directly afterwards or in more than two images, it can be decided overall that a foreign body has been detected and a detection error can be ruled out. This prevents polycrystalline and/or monocrystalline silicon from being accidentally detected as a foreign body and sorted out. The detection device can optionally also be designed to use a different algorithm, which is, for example, more computationally intensive, for the next image or image section.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das optoelektronische Aufnahmesystems noch eine Kalibriereinrichtung. Diese Kalibriereinrichtung kann beispielsweise ein Muster umfassen, welches auf jedem Bild, dass die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung macht, vorhanden ist. So kann es sich bei dem Muster zum Beispiel um einen QR-Code handeln. Wird das Muster durch die Detektionseinrichtung auf jedem Bild ordnungsgemäß erkannt, so kann auf die ordnungsgemäße Funktion der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung geschlossen werden. Ergänzend oder alternativ kann die Kalibriereinrichtung eine Wärmequelle umfassen. Bei der Wärmequelle kann es sich beispielsweise um einen Widerstand oder ein Peltierelement handeln, das auf jedem Bild, dass die IR-Bildaufnahmeeinrichtung macht, sichtbar ist. Wird die Wärmequelle durch die Detektionseinrichtung auf jedem Bild ordnungsgemäß erkannt, so kann auf die ordnungsgemäße Funktion der IR-Bildaufnahmeeinrichtung geschlossen werden.In an advantageous development, the optoelectronic recording system also includes a calibration device. This calibration device can, for example, include a pattern that is present on every image that the VIS image recording device takes. For example, the pattern can be a QR code. If the pattern is correctly recognized by the detection device on every image, it can be concluded that the VIS image recording device is functioning properly. In addition or alternatively, the calibration device can include a heat source. The heat source can, for example, be a resistor or a Peltier element that is visible on every image that the IR image recording device takes. If the heat source is correctly recognized by the detection device on every image, it can be concluded that the IR image recording device is functioning properly.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die IR-Bildaufnahmeeinrichtung und die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom auf der Transportanordnung zu machen. Alternativ ist die IR-Bildaufnahmeeinrichtung derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von den Materialstrom auf der Transportanordnung zu machen. Die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung ist derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von den Materialstrom im freien Fall nach der Transportanordnung zu machen. Alternativ ist die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom auf der Transportanordnung zu machen und die IR-Bildaufnahmeeinrichtung ist derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom im freien Fall nach der Transportanordnung zu machen. Alternativ sind die IR-Bildaufnahmeeinrichtung und die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom im freien Fall nach der Transportanordnung zu machen, wobei die IR-Bildaufnahmeeinrichtung näher an der Transportanordnung angeordnet ist als die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung.In an advantageous development, the IR image recording device and the VIS image recording device are arranged and designed to take images of the material flow on the transport arrangement. Alternatively, the IR image recording device is arranged and designed to take images of the material flow on the transport arrangement. The VIS image recording device is arranged and designed to take images of the material flow in free fall after the transport arrangement. Alternatively, the VIS image recording device is arranged and designed to take images of the material flow on the transport arrangement and the IR image recording device is arranged and designed to take images of the material flow in free fall after the transport arrangement. Alternatively, the IR image recording device and the VIS image recording device are arranged and designed to take images of the material flow in free fall after the transport arrangement, wherein the IR image recording device is arranged closer to the transport arrangement than the VIS image recording device.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Detektionseinrichtung dazu ausgebildet, um die Transportanordnung anzuhalten falls ein Fremdkörper im Materialstrom erkannt wird. Dieser Fremdkörper kann dann von dem Betriebspersonal entfernt werden. Optional ist der Einsatz eines Markierungssystems möglich, welches den Fremdkörper markiert. Bei dem Markierungssystem kann es sich beispielsweise um eine Lichtquelle handelt, die ein (z.B. gebündeltes) Licht auf den Fremdkörper wirft, sodass das Betriebspersonal diesen sofort erkennt und schnellstmöglich entfernen kann. Nach Entfernung des Fremdkörpers, die optional durch die Detektionseinrichtung erkennbar ist, kann die Transportanordnung wieder gestartet werden.In an advantageous further development, the detection device is designed to stop the transport arrangement if a foreign body is detected in the material flow. This foreign body can then be removed by the operating personnel. Optionally, the use of a marking system that marks the foreign body is possible. The marking system can, for example, be a light source that throws a (e.g. bundled) light onto the foreign body so that the operating personnel can immediately detect it and remove it as quickly as possible. After the foreign body has been removed, which can optionally be detected by the detection device, the transport arrangement can be started again.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Transportanordnung eine Aussonderungseinheit, insbesondere in Form einer Klappe oder eines Schiebers. Die Detektionseinrichtung ist dazu ausgebildet, um die Aussonderungseinheit derart anzusteuern, dass diese einen im Materialstrom erkannten Fremdkörper aus den Materialstrom entfernt. Eine Klappe lässt insbesondere den entsprechenden Teil im Materialstrom, welcher den Fremdkörper beinhaltet, bevorzugt lediglich den Fremdkörper, aus dem Materialstrom, insbesondere der Schwerkraft folgend, nach unten, herausfallen. Ein derartiges „Ausleiten“ würde vorzugsweise vertikal erfolgen. Ein Schieber kann dagegen dazu ausgebildet sein, um vorzugsweise lediglich den Fremdkörper aus dem Materialstrom herauszudrücken, bzw. einen Teil des Materialstroms, welcher den Fremdkörper beinhaltet, aus dem Materialstrom heraus zu leiten. Ein derartiges „Ausleiten“ würde vorzugsweise horizontal erfolgen.In an advantageous development, the transport arrangement comprises a separation unit, in particular in the form of a flap or a slide. The detection device is designed to control the separation unit in such a way that it removes a foreign body detected in the material flow from the material flow. A flap allows in particular the corresponding part of the material flow which contains the foreign body, preferably only the foreign body, to fall out of the material flow, in particular following gravity, downwards. Such a "discharge" would preferably take place vertically. A slide, on the other hand, can be designed to preferably only press the foreign body out of the material flow, or to direct a part of the material flow which contains the foreign body out of the material flow. Such a "discharge" would preferably take place horizontally.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest eine Ausblaseinrichtung vorgesehen. Die Detektionseinrichtung ist dazu ausgebildet, um die zumindest eine Ausblaseinrichtung derart anzusteuern, dass diese einen im Materialstrom erkannten Fremdkörper aus dem Materialstrom ausbläst. Die zumindest eine Ausblaseinrichtung ist vorzugsweise derart angeordnet, dass der Fremdkörper im freien Fall des Materialstroms aus dem Materialstrom ausgeblasen werden kann.In an advantageous development, at least one blow-out device is provided. The detection device is designed to control the at least one blow-out device in such a way that it blows a foreign body detected in the material flow out of the material flow. The at least one blow-out device is preferably arranged in such a way that the foreign body can be blown out of the material flow in the free fall of the material flow.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung eine Lichteinrichtung, wobei die Lichteinrichtung und die Digitalkamera auf verschiedenen Seiten des Materialstroms angeordnet sind, wodurch die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung im Durchlichtverfahren betreibbar ist. Die Lichteinrichtung ist dazu ausgebildet, um Licht zu erzeugen, welches im Wellenlängenbereich für die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung liegt. Das erzeugte Licht kann dabei breitbandig oder schmalbandig, z.B. monochromatisch, sein.In an advantageous development, the VIS image recording device comprises a light device, wherein the light device and the digital camera are arranged on different sides of the material flow, whereby the VIS image recording device can be operated in the transmitted light method. The light device is designed to generate light which is in the wavelength range for the VIS image recording device. The light generated can be broadband or narrowband, e.g. monochromatic.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Lichteinrichtung unter einer transparenten Oberfläche der Transportanordnung angeordnet über die der Materialstrom bewegbar ist. Die transparente Oberfläche kann beispielsweise aus Quarzglas bestehen oder solches umfassen. Dadurch kann ein kompakter Aufbau der Vorrichtung realisiert werden.In an advantageous development, the light device is arranged under a transparent surface of the transport arrangement over which the material flow can be moved. The transparent surface can consist of quartz glass or include such, for example. This allows a compact structure of the device to be realized.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Detektionseinrichtung dazu ausgebildet, um anhand der Bilder der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung transparente oder semi-transparente Fremdkörper, wie beispielsweise Kunststoffe, zu erkennen. Die Erkennungsrate kann durch Einsatz einer entsprechenden Lichteinrichtung, wie vorstehend beschrieben, noch erhöht werden.In an advantageous further development, the detection device is designed to detect transparent or semi-transparent foreign bodies, such as plastics, based on the images from the VIS image recording device. The detection rate can be further increased by using a corresponding light device, as described above.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die IR-Bildaufnahmeeinrichtung eine Lichteinheit, wobei die Lichteinheit und die Hyperspektralkamera auf derselben Seite des Materialstroms angeordnet sind, wodurch die IR-Bildaufnahmeeinrichtung im Auflichtverfahren betreibbar ist. Die Lichteinheit ist dazu ausgebildet, um Licht zu erzeugen, welches im Wellenlängenbereich für die IR-Bildaufnahmeeinrichtung liegt. Das erzeugte Licht kann dabei breitbandig oder schmalbandig, z.B. monochromatisch, sein.In an advantageous development, the IR image recording device comprises a light unit, wherein the light unit and the hyperspectral camera are arranged on the same side of the material flow, whereby the IR image recording device can be operated using the incident light method. The light unit is designed to generate light which is in the wavelength range for the IR image recording device. The light generated can be broadband or narrowband, e.g. monochromatic.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Detektionseinrichtung dazu ausgebildet, um anhand der Bilder der IR-Bildaufnahmeeinrichtung Fremdkörper aus einem anderen Metall als poly- und/oder monokristallines Silizium im Materialstrom zu erkennen.In an advantageous further development, the detection device is designed to detect foreign bodies made of a metal other than polycrystalline and/or monocrystalline silicon in the material flow based on the images of the IR image recording device.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die IR-Bildaufnahmeeinrichtung eine Hintergrundanordnung, wobei die Hintergrundanordnung und die Hyperspektralkamera auf verschiedenen Seiten des Materialstroms angeordnet sind, sodass die Hyperspektralkamera dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom vor der Hintergrundanordnung aufzunehmen. Die Hintergrundanordnung umfasst ein Material, welches entweder eine absorbierende Eigenschaft für Licht im IR-Bereich der Hyperspektralkamera aufweist oder aus poly- und/oder monokristallinem Silizium besteht oder solches umfasst. Dadurch können besonders gute Detektionsergebnis erreicht werden. So kann die Hintergrundanordnung aus PTFE (Polytetrafluorethylen) bestehen oder solches umfassen. Auch ein Gummi kann verwendet werden.In an advantageous development, the IR image recording device comprises a background arrangement, wherein the background arrangement and the hyperspectral camera are arranged on different sides of the material flow, so that the hyperspectral camera is designed to record images of the material flow in front of the background arrangement. The background arrangement comprises a material which either has an absorbing property for light in the IR range of the hyperspectral camera or consists of or comprises polycrystalline and/or monocrystalline silicon. This makes it possible to achieve particularly good detection results. The background arrangement can consist of or comprise PTFE (polytetrafluoroethylene). A rubber can also be used.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Hintergrundanordnung eine Oberfläche der Transportanordnung, auf welcher der Materialstrom aus poly- und/oder monokristallinem Silizium bewegt wird. Grundsätzlich kann die Hintergrundanordnung das Transportband sein und sich damit bewegen. Alternativ kann die Hintergrundanordnung auch eine Wand sein, vor welcher der Materialstrom aus poly- und/oder monokristallinem Silizium vorbei, also herunterfällt.In an advantageous further development, the background arrangement is a surface of the transport arrangement on which the material flow of polycrystalline and/or monocrystalline silicon is moved. In principle, the background arrangement can be the conveyor belt and move with it. Alternatively, the background arrangement can also be a wall in front of which the material flow of polycrystalline and/or monocrystalline silicon passes, i.e. falls down.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Erkennung von Fremdkörpern in einem Materialstrom aus poly- und/oder monokristallinem Silizium. In einem ersten Verfahrensschritt werden Bilder von dem Materialstrom mittels eines optoelektronischen Aufnahmesystems aufgenommen. Das optoelektronische Aufnahmesystem weist eine IR-Bildaufnahmeeinrichtung auf, die zumindest eine Hyperspektralkamera umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom im IR-Bereich zu machen. Ergänzend oder alternativ weist das optoelektronische Aufnahmesystem eine VIS-Bildaufnahmeeinrichtung auf, die zumindest eine Digitalkamera umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom im VIS-Bereich zu machen. In einem zweiten Verfahrensschritt findet eine Erkennung von Fremdkörpern im Materialstrom anhand der aufgenommenen Bilder mittels einer Detektionseinrichtung statt.The method according to the invention is used to detect foreign bodies in a material flow made of polycrystalline and/or monocrystalline silicon. In a first method step, images of the material flow are recorded using an optoelectronic recording system. The optoelectronic recording system has an IR image recording device that includes at least one hyperspectral camera designed to take images of the material flow in the IR range. Additionally or alternatively, the optoelectronic recording system has a VIS image recording device that includes at least one digital camera designed to take images of the material flow in the VIS range. In a second method step, foreign bodies in the material flow are detected using the recorded images using a detection device.

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

  • 1, 2: verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Fremdkörper in einem Materialstrom aus poly- und/oder monokristallinem Silizium mittels eines optoelektronischen Aufnahmesystems und einer Detektionseinrichtung detektiert und im Anschluss ausgeblasen werden,
  • 3: ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Fremdkörper im Materialstrom aus poly- und/oder monokristallinem Silizium über eine Klappe in einer Transportanordnung ausgesondert bzw. ausgeblasen werden; und
  • 4: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erkennung von Fremdkörpern in einem Materialstrom aus poly- und/oder monokristallinem Silizium.
The invention is described below purely by way of example with reference to the drawings.
  • 1 , 2 : various embodiments of the device according to the invention, wherein foreign bodies in a material flow of poly- and/or monocrystalline silicon are detected by means of an optoelectronic recording system and a detection device and are subsequently blown out,
  • 3 : a further embodiment of the device according to the invention, wherein foreign bodies in the material flow of poly- and/or monocrystalline silicon are separated or blown out via a flap in a transport arrangement; and
  • 4 : a flow chart of a method for detecting foreign bodies in a material stream of poly- and/or monocrystalline silicon.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die eine Erkennung von Fremdkörpern 2 in einem Materialstrom 3 aus poly- und/oder monokristallinem Silizium 4 ermöglicht. Die Vorrichtung 1 umfasst ein optoelektronisches Aufnahmesystem 5. Das optoelektronische Aufnahmesystem 5 ist dazu ausgebildet, um Bilder des Materialstroms 3 zu machen. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Detektionseinrichtung 6, die dazu ausgebildet ist, um anhand der aufgenommenen Bilder Fremdkörper 2 im Materialstrom 3 zu erkennen. Die Detektionseinrichtung 6 kann einen Prozessor, Mikrocontroller und/oder FPGA umfassen. Insbesondere ist die Detektionseinrichtung 6 dazu ausgebildet, um Algorithmen zur Bildverarbeitung auszuführen, um Fremdkörper 2 in den aufgenommenen Bildern des Materialstroms 3 zu erkennen. Von der Detektionseinrichtung 6 ausgehend sind gepunktet Verbindungen dargestellt über die Daten übertragbar sind. 1 shows a first embodiment of the device 1 according to the invention, which enables detection of foreign bodies 2 in a material flow 3 made of polycrystalline and/or monocrystalline silicon 4. The device 1 comprises an optoelectronic recording system 5. The optoelectronic recording system 5 is designed to take images of the material flow 3. The device 1 further comprises a detection device 6, which is designed to detect foreign bodies 2 in the material flow 3 based on the recorded images. The detection device 6 can comprise a processor, microcontroller and/or FPGA. In particular, the detection device 6 is designed to execute algorithms for image processing in order to detect foreign bodies 2 in the recorded images of the material flow 3. Starting from the detection device 6, dotted connections are shown via which data can be transmitted.

In dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1 weist das optoelektronische Aufnahmesystem 5 eine IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 auf, die zumindest eine Hyperspektralkamera 8 umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom 3 im IR-Bereich zu machen. Die IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 umfasst bevorzugt eine Hintergrundanordnung 9, wobei die Hintergrundanordnung 9 und die Hyperspektralkamera 8 auf verschiedenen Seiten des Materialstroms 3 angeordnet sind, sodass die Hyperspektralkamera 8 dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom 3 vor der Hintergrundanordnung 9 aufzunehmen. Die Hintergrundanordnung 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine senkrecht stehende Wand. Die Hintergrundanordnung 9 umfasst ein Material, welches eine absorbierende Eigenschaft für Licht im IR-Bereich der Hyperspektralkamera 8 aufweist oder aus poly- und/oder monokristallinem Silizium 4 besteht oder solches umfasst.In the first embodiment of 1 the optoelectronic recording system 5 has an IR image recording device 7, which comprises at least one hyperspectral camera 8, which is designed to take images of the material flow 3 in the IR range. The IR image recording device 7 preferably comprises a background arrangement 9, wherein the background arrangement 9 and the hyperspectral camera 8 are arranged on different sides of the material flow 3, so that the hyperspectral camera 8 is designed to take images of the material flow 3 in front of the background arrangement 9. The background arrangement 9 is a vertical wall in this embodiment. The background arrangement 9 comprises a material which has an absorbing property for light in the IR range of the hyperspectral camera 8 or consists of or comprises poly- and/or monocrystalline silicon 4.

Das optoelektronische Aufnahmesystem 5 weist weiterhin eine VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 auf, die zumindest eine Digitalkamera 11 umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom 3 im VIS-Bereich zu machen. Die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 umfasst eine Lichteinrichtung 12, wobei die Lichteinrichtung 12 und die Digitalkamera 11 auf verschiedenen Seiten des Materialstroms 3 angeordnet sind, wodurch die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 im Durchlichtverfahren betreibbar ist.The optoelectronic recording system 5 further comprises a VIS image recording device 10, which comprises at least one digital camera 11, which is designed to take images of the material flow 3 in the VIS area. The VIS image recording device 10 comprises a light device 12, wherein the light device 12 and the digital camera 11 are arranged on different sides of the material flow 3, whereby the VIS image recording device 10 can be operated in the transmitted light method.

Die Detektionseinrichtung 6 ist dazu ausgebildet, um anhand der Bilder der IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 Fremdkörper 2 aus einem anderen Metall als poly- und/oder monokristallines Silizium 4 zu erkennen. Ebenfalls ist das Erkennen von undurchsichtigen Körpern möglich, bei denen es sich nicht um als poly- und/oder monokristallines Silizium 4 handelt. Die Detektionseinrichtung 6 ist ebenfalls dazu ausgebildet, um anhand der Bilder der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 transparente oder semi-transparente Fremdkörper 2, wie beispielsweise Kunststoffe, zu erkennen.The detection device 6 is designed to detect foreign bodies 2 made of a metal other than polycrystalline and/or monocrystalline silicon 4 based on the images of the IR image recording device 7. It is also possible to detect opaque bodies that are not polycrystalline and/or monocrystalline silicon 4. The detection device 6 is also designed to detect transparent or semi-transparent foreign bodies 2, such as plastics, based on the images of the VIS image recording device 10.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Ausblaseinrichtung 13. Die Detektionseinrichtung 6 ist dazu ausgebildet, um die Ausblaseinrichtung 13 derart anzusteuern, dass diese einen im Materialstrom 3 erkannten Fremdkörper 2 aus dem Materialstrom 3 ausbläst. Die Ausblaseinrichtung 13 kann hierfür eine oder mehrere Düsen umfassen. Bei Einsatz mehrerer Düsen sind diese vorzugsweise entlang einer Ebene angeordnet. Die Ausblaseinrichtung 13 ist, bezogen auf die Bewegungsrichtung des Materialstroms 3, nach der IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 und nach der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 angeordnet. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Trenneinheit 14 mit einer Trennkannte 15. Die Trenneinheit 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt n-eckförmig, insbesondere dreieckförmig. Die Ausblaseinrichtung 13 ist dazu ausgebildet, um Fremdkörper 2 über die Trennkannte 15 in einen anderen Bereich der Trenneinheit 14 zu blasen, verglichen mit demjenigen Bereich, in den das poly- und/oder monokristallinem Silizium 4 fällt.The device 1 further comprises a blow-out device 13. The detection device 6 is designed to control the blow-out device 13 in such a way that it blows a foreign body 2 detected in the material flow 3 out of the material flow 3. The blow-out device 13 can comprise one or more nozzles for this purpose. When using several nozzles, these are preferably arranged along a plane. The blow-out device 13 is arranged, based on the direction of movement of the material flow 3, after the IR image recording device 7 and after the VIS image recording device 10. The device 1 further comprises a separating unit 14 with a separating edge 15. The separating unit 14 in this embodiment is n-corner-shaped in cross section, in particular triangular. The blow-out device 13 is designed to blow foreign bodies 2 over the separation edge 15 into a different region of the separation unit 14, compared to the region into which the poly- and/or monocrystalline silicon 4 falls.

In 1 ist die IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 bezogen auf die Bewegungsrichtung des Materialstroms 3 vor der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 angeordnet.In 1 the IR image recording device 7 is arranged in front of the VIS image recording device 10 with respect to the direction of movement of the material flow 3.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Transportanordnung 16, die in 1 in Form eines Förderbands ausgebildet ist. Die Transportanordnung 16 ist dazu ausgebildet, um den Materialstrom 3 aus poly- und/oder monokristallinem Silizium 4 zu transportieren.The device 1 further comprises a transport arrangement 16, which in 1 is designed in the form of a conveyor belt. The transport arrangement 16 is designed to transport the material flow 3 made of poly- and/or monocrystalline silicon 4.

Die IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 und die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 sind derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom 3 im freien Fall nach der Transportanordnung 16 zu machen, wobei die IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 näher an der Transportanordnung 16 angeordnet ist als die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10.The IR image recording device 7 and the VIS image recording device 10 are arranged and designed to take images of the material flow 3 in free fall after the transport arrangement 16, wherein the IR image recording device 7 is arranged closer to the transport arrangement 16 than the VIS image recording device 10.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1 umfasst das zweite Ausführungsbeispiel zwei Ausblaseinrichtungen 13 und zwei Trenneinheiten 14. Eine erste Ausblaseinrichtung 13 nebst einer ersten Trenneinheit 14 ist nach der IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 angeordnet. Eine zweite Ausblaseinrichtung 13 nebst einer zweiten Trenneinheit 14 ist nach der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 angeordnet. Die Detektionseinrichtung 6 ist dazu ausgebildet, um die Bilder, welche die IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 macht, auf Fremdkörper 2 hin zu untersuchen und die erste Ausblaseinrichtung 13, die direkt nach der IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 angeordnet ist, derart anzusteuern, dass diese einen auf den Bildern der IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 erkannten Fremdkörper 2 aus dem Materialstrom 3 ausbläst. Die Detektionseinrichtung 6 ist weiter dazu ausgebildet, um die Bilder, welche die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 macht, auf Fremdkörper 2 hin zu untersuchen und die zweite Ausblaseinrichtung 13, die direkt nach der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 angeordnet ist, derart anzusteuern, dass diese einen auf den Bildern der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 erkannten Fremdkörper 2 aus dem Materialstrom 3 ausbläst. 2 shows a second embodiment of the device 1 according to the invention. In contrast to the first embodiment of 1 The second embodiment comprises two blow-out devices 13 and two separation units 14. A first blow-out device 13 together with a first separation unit 14 is arranged after the IR image recording device 7. A second blow-out device 13 together with a second separation unit 14 is arranged after the VIS image recording device 10. The detection device 6 is designed to examine the images taken by the IR image recording device 7 for foreign bodies 2 and to control the first blow-out device 13, which is arranged directly after the IR image recording device 7, in such a way that it blows out a foreign body 2 detected in the images of the IR image recording device 7 from the material flow 3. The detection device 6 is further designed to examine the images taken by the VIS image recording device 10 for foreign bodies 2 and to control the second blow-out device 13, which is arranged directly after the VIS image recording device 10, in such a way that it blows out a foreign body 2 detected in the images of the VIS image recording device 10 from the material flow 3.

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Im Unterschied zu dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 handelt es sich bei der Transportanordnung 16 jetzt um einen Schwingförderer. 3 shows a third embodiment of the device 1 according to the invention. In contrast to the first and second embodiments of the device 1 according to the invention, the transport arrangement 16 is now a vibrating conveyor.

Die Transportanordnung 16 umfasst eine Aussonderungseinheit 17, insbesondere in Form einer Klappe. Die Detektionseinrichtung 6 ist dazu ausgebildet, um die Aussonderungseinheit 17 derart anzusteuern, dass diese einen im Materialstrom 3 erkannten Fremdkörper 2 aus dem Materialstrom 3 entfernt. Der Fremdkörper 2 fällt in diesem Ausführungsbeispiel nach unten heraus und befindet sich somit nicht mehr im Materialstrom 3.The transport arrangement 16 comprises a separation unit 17, in particular in the form of a flap. The detection device 6 is designed to control the separation unit 17 in such a way that it removes a foreign body 2 detected in the material flow 3 from the material flow 3. In this embodiment, the foreign body 2 falls out downwards and is therefore no longer in the material flow 3.

Weiterhin ist die IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom 3 auf der Transportanordnung 16 zu machen. Die Hintergrundanordnung 9 ist Teil einer Oberfläche der Transportanordnung 16.Furthermore, the IR image recording device 7 is arranged and designed to take images of the material flow 3 on the transport arrangement 16. The background arrangement 9 is part of a surface of the transport arrangement 16.

Die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 ist derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom 3 im freien Fall nach der Transportanordnung 16 zu machen.The VIS image recording device 10 is arranged and designed to take images of the material flow 3 in free fall after the transport arrangement 16.

Die Ausblaseinrichtung 13 ist bezogen auf die Bewegungsrichtung des Materialstroms 3 nach der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 angeordnet und dazu ausgebildet, Fremdkörper 2 aus dem Materialstrom 3 auszublasen, die die Detektionseinrichtung 6 auf den Bildern der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 erkannt hat.The blow-out device 13 is arranged downstream of the VIS image recording device 10 in relation to the direction of movement of the material flow 3 and is designed to blow out foreign bodies 2 from the material flow 3 which the detection device 6 has detected in the images of the VIS image recording device 10.

4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erkennung von Fremdkörpern 2 in einem Materialstrom 3 aus poly- und/oder monokristallinem Silizium 4. In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden Bilder von dem Materialstroms 3 mittels des optoelektronischen Aufnahmesystems 5 aufgenommen. Das optoelektronische Aufnahmesystem 5 weist eine IR-Bildaufnahmeeinrichtung 7 auf, die zumindest eine Hyperspektralkamera 8 umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom 3 im IR-Bereich zu machen. Ergänzend oder alternativ weist das optoelektronische Aufnahmesystem 5 eine VIS-Bildaufnahmeeinrichtung 10 auf, die zumindest eine Digitalkamera 11 umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom 3 im VIS-Bereich zu machen. In einem zweiten Verfahrensschritt S2 findet eine Erkennung von Fremdkörpern 2 im Materialstrom 3 anhand der aufgenommenen Bilder mittels der Detektionseinrichtung 6 statt. 4 shows a flow chart of a method for detecting foreign bodies 2 in a material flow 3 made of polycrystalline and/or monocrystalline silicon 4. In a first method step S 1 , images of the material flow 3 are recorded using the optoelectronic recording system 5. The optoelectronic recording system 5 has an IR image recording device 7 which comprises at least one hyperspectral camera 8 which is designed to take images of the material flow 3 in the IR range. Additionally or alternatively, the optoelectronic recording system 5 has a VIS image recording device 10 which comprises at least one digital camera 11 which is designed to take images of the material flow 3 in the VIS range. In a second method step S 2 , foreign bodies 2 in the material flow 3 are detected using the detection device 6 on the basis of the recorded images.

Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar.The invention is not limited to the embodiments described. Within the scope of the invention, all described and/or drawn features can be combined with one another as desired.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Vorrichtungdevice
22
Fremdkörperforeign body
33
Materialstrommaterial flow
44
Poly- und/oder monokristallinem Siliziumpoly- and/or monocrystalline silicon
55
Optoelektronisches Aufnahmesystemoptoelectronic recording system
66
Detektionseinrichtungdetection device
77
IR-BildaufnahmeeinrichtungIR image recording device
88
Hyperspektralkamerahyperspectral camera
99
Hintergrundanordnungbackground arrangement
1010
VIS-BildaufnahmeeinrichtungVIS image recording device
1111
Digitalkameradigital camera
1212
Lichteinrichtunglighting system
1313
Ausblaseinrichtungblow-out device
1414
Trenneinheitseparation unit
1515
Trennkanteseparating edge
1616
Transportanordnungtransport arrangement
1717
Aussonderungseinheitseparation unit
S1, S2S1, S2
Verfahrensschritteprocedural steps

Claims (16)

Vorrichtung (1), die eine Erkennung von Fremdkörpern (2) in einem Materialstrom (3) aus poly- und/oder monokristallinem Silizium (4) ermöglicht, wobei die Vorrichtung (1) die folgenden Merkmale umfasst: - ein optoelektronisches Aufnahmesystem (5), das dazu ausgebildet ist, um Bilder des Materialstroms (3) aufzunehmen; - eine Detektionseinrichtung (6), die dazu ausgebildet ist, um anhand der aufgenommenen Bilder Fremdkörper (2) im Materialstrom (3) zu erkennen; - das optoelektronische Aufnahmesystem (5) umfasst zumindest eine der nachfolgenden Einrichtungen: a) eine IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7), die zumindest eine Hyperspektralkamera (8) umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom (3) im IR-Bereich zu machen; b) eine VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10), die zumindest eine Digitalkamera (11) umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom (3) im VIS-Bereich zu machen.Device (1) which enables detection of foreign bodies (2) in a material flow (3) made of polycrystalline and/or monocrystalline silicon (4), the device (1) comprising the following features: - an optoelectronic recording system (5) which is designed to record images of the material flow (3); - a detection device (6) which is designed to detect foreign bodies (2) in the material flow (3) based on the recorded images; - the optoelectronic recording system (5) comprises at least one of the following devices: a) an IR image recording device (7) which comprises at least one hyperspectral camera (8) which is designed to take images of the material flow (3) in the IR range; b) a VIS image recording device (10) which comprises at least one digital camera (11) which is designed to take images of the material flow (3) in the VIS range. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das optoelektronische Aufnahmesystem (5) umfasst sowohl die IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7) als auch die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10).Device (1) according to claim 1 , characterized by the following feature: - the optoelectronic recording system (5) comprises both the IR image recording device (7) and the VIS image recording device (10). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die zumindest eine Hyperspektralkamera (8) der IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7) ist dazu ausgebildet, um Bilder im IR-Bereich zu machen, insbesondere in einem Wellenlängenbereich der größer ist als 800nm, 900nm oder 950nm und der kleiner ist als 1800nm oder 1700nm; und/oder - die zumindest eine Digitalkamera (11) der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10) ist dazu ausgebildet, um Bilder im für Menschen sichtbaren Bereich zu machen, insbesondere in einem Wellenlängenbereich, der größer ist als 400nm und der kleiner ist als 750nm.Device (1) according to claim 1 or 2 , characterized by the following features: - the at least one hyperspectral camera (8) of the IR image recording device (7) is designed to take images in the IR range, in particular in a wavelength range that is greater than 800 nm, 900 nm or 950 nm and less than 1800 nm or 1700 nm; and/or - the at least one digital camera (11) of the VIS image recording device (10) is designed to take images in the range visible to humans, in particular in a wavelength range that is greater than 400 nm and less than 750 nm. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist eine Transportanordnung (16) vorgesehen; - die Transportanordnung (16) ist dazu ausgebildet, um den Materialstrom (3) aus poly- und/oder monokristallinem Silizium (4) zu transportieren; - die Transportanordnung (16) ist ein Förderband, ein Schwingförderer oder eine Rutsche.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following features: - a transport arrangement (16) is provided; - the transport arrangement (16) is designed to transport the material flow (3) of polycrystalline and/or monocrystalline silicon (4); - the transport arrangement (16) is a conveyor belt, a vibrating conveyor or a chute. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7) und die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10) sind derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom (3) auf der Transportanordnung (16) zu machen; oder - die IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7) ist derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom (3) auf der Transportanordnung (16) zu machen und die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10) ist derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom (3) im freien Fall nach der Transportanordnung (16) zu machen; oder - die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10) ist derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom (3) auf der Transportanordnung (16) zu machen und die IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7) ist derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom (3) im freien Fall nach der Transportanordnung (16) zu machen; oder - die IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7) und die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10) sind derart angeordnet und dazu ausgebildet, um Bilder von dem Materialstrom (3) im freien Fall nach der Transportanordnung (16) zu machen, wobei die IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7) näher an der Transportanordnung (16) angeordnet ist als die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10).Device (1) according to claim 4 , characterized by the following features: - the IR image recording device (7) and the VIS image recording device (10) are arranged and designed to take images of the material flow (3) on the transport arrangement (16); or - the IR image recording device (7) is arranged and designed to take images of the material flow (3) on the transport arrangement (16) and the VIS image recording device (10) is arranged and designed to take images of the material flow (3) in free fall after the transport arrangement (16); or - the VIS image recording device (10) is arranged and designed to take images of the material flow (3) on the transport arrangement (16) and the IR image recording device (7) is arranged and designed to take images of the material flow (3) in free fall after the transport arrangement (16); or - the IR image recording device (7) and the VIS image recording device (10) are arranged and designed to take images of the material flow (3) in free fall after the transport arrangement (16), wherein the IR image recording device (7) is arranged closer to the transport arrangement (16) than the VIS image recording device (10). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Detektionseinrichtung (6) ist dazu ausgebildet, um die Transportanordnung (16) anzuhalten falls ein Fremdkörper (2) im Materialstrom (3) erkannt wird.Device (1) according to one of the Claims 4 or 5 , characterized by the following feature: - the detection device (6) is designed to stop the transport arrangement (16) if a foreign body (2) is detected in the material flow (3). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die Transportanordnung (16) umfasst eine Aussonderungseinheit (17), insbesondere in Form einer Klappe oder eines Schiebers; - die Detektionseinrichtung (6) ist dazu ausgebildet, um die Aussonderungseinheit (17) derart anzusteuern, dass diese einen im Materialstrom (3) erkannten Fremdkörper (2) aus dem Materialstrom (3) entfernt.Device (1) according to one of the Claims 4 until 6 , characterized by the following features: - the transport arrangement (16) comprises a separation unit (17), in particular in the form of a flap or a slide; - the detection device (6) is designed to control the separation unit (17) in such a way that it removes a foreign body (2) detected in the material flow (3) from the material flow (3). Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist zumindest eine Ausblaseinrichtung (13) vorgesehen; - die Detektionseinrichtung (6) ist dazu ausgebildet, um die zumindest eine Ausblaseinrichtung (13) derart anzusteuern, dass diese einen im Materialstrom (3) erkannten Fremdkörper (2) aus dem Materialstrom (3) ausbläst.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following features: - at least one blow-out device (13) is provided; - the detection device (6) is designed to control the at least one blow-out device (13) in such a way that it blows out a foreign body (2) detected in the material flow (3) from the material flow (3). Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10) umfasst eine Lichteinrichtung (12), wobei die Lichteinrichtung (12) und die Digitalkamera (11) auf verschiedenen Seiten des Materialstroms (3) angeordnet sind, wodurch die VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10) im Durchlichtverfahren betreibbar ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the VIS image recording device (10) comprises a light device (12), wherein the light device (12) and the digital camera (11) are arranged on different sides of the material flow (3), whereby the VIS image recording device (10) can be operated in the transmitted light method. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 und einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Lichteinrichtung (12) ist unter einer transparenten Oberfläche der Transportanordnung (16) angeordnet über die der Materialstrom (3) bewegbar ist.Device (1) according to claim 9 and one of the Claims 4 until 7 , characterized by the following feature: - the light device (12) is arranged under a transparent surface of the transport arrangement (16) over which the material flow (3) is movable. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Detektionseinrichtung (6) ist dazu ausgebildet, um anhand der Bilder der VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10) transparente oder semi-transparente Fremdkörper (2), wie beispielsweise Kunststoffe, zu erkennen.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the detection device (6) is designed to detect transparent or semi-transparent foreign bodies (2), such as plastics, on the basis of the images of the VIS image recording device (10). Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7) umfasst eine Lichteinheit, wobei die Lichteinheit und die Hyperspektralkamera (8) auf derselben Seite des Materialstroms (3) angeordnet sind, wodurch die IR-Bildaufnahmeeinrichtung () im Auflichtverfahren betreibbar ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the IR image recording device (7) comprises a light unit, wherein the light unit and the hyperspectral camera (8) are arranged on the same side of the material flow (3), whereby the IR image recording device () can be operated in the incident light method. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - die Detektionseinrichtung (6) ist dazu ausgebildet, um anhand der Bilder der IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7) Fremdkörper (2) aus einem anderen Metall als poly- und/oder monokristallines Silizium zu erkennen.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following feature: - the detection device (6) is designed to detect foreign bodies (2) made of a metal other than polycrystalline and/or monocrystalline silicon on the basis of the images of the IR image recording device (7). Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7) umfasst eine Hintergrundanordnung, (9) wobei die Hintergrundanordnung (9) und die Hyperspektralkamera (8) auf verschiedenen Seiten des Materialstroms (3) angeordnet sind, sodass die Hyperspektralkamera (8) dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom (3) vor der Hintergrundanordnung (9) aufzunehmen; - die Hintergrundanordnung (9) umfasst ein Material, welches: a) eine absorbierende Eigenschaft für Licht im IR-Bereich der Hyperspektralkamera (8) aufweist; oder b) aus poly- und/oder monokristallinem Silizium besteht oder solches umfasst.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized by the following features: - the IR image recording device (7) comprises a background arrangement (9), wherein the background arrangement (9) and the hyperspectral camera (8) are arranged on different sides of the material flow (3), so that the hyperspectral camera (8) is designed to record images of the material flow (3) in front of the background arrangement (9); - the background arrangement (9) comprises a material which: a) has an absorbing property for light in the IR range of the hyperspectral camera (8); or b) consists of or comprises poly- and/or monocrystalline silicon. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - es ist eine Transportanordnung (16) vorgesehen, wobei die Hintergrundanordnung (9) eine Oberfläche der Transportanordnung (16) ist, auf welcher der Materialstrom (3) aus poly- und/oder monokristallinem Silizium (4) transportierbar ist; oder - die Hintergrundanordnung (9) ist als Wand ausgebildet, wobei der Materialstrom (3) aus poly- und/oder monokristallinem Silizium (4) vor der Hintergrundanordnung (9) vorbei fällt.Device (1) according to claim 14 , characterized by the following feature: - a transport arrangement (16) is provided, wherein the background arrangement (9) is a surface of the transport arrangement (16) on which the material flow (3) of poly- and/or monocrystalline silicon (4) can be transported; or - the background arrangement (9) is designed as a wall, wherein the material flow (3) of poly- and/or monocrystalline silicon (4) falls past in front of the background arrangement (9). Verfahren zur Erkennung von Fremdkörpern (2) in einem Materialstrom (3) aus poly- und/oder monokristallinem Silizium (4), wobei die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden: - Aufnehmen (S1) von Bildern des Materialstroms (3) mittels eines optoelektronischen Aufnahmesystems (5), wobei das optoelektronische Aufnahmesystem (5) zumindest eine der nachfolgenden Einrichtungen umfasst: a) eine IR-Bildaufnahmeeinrichtung (7), die zumindest eine Hyperspektralkamera (8) umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom (3) im IR-Bereich zu machen; b) eine VIS-Bildaufnahmeeinrichtung (10), die zumindest eine Digitalkamera (11) umfasst, die dazu ausgebildet ist, um Bilder von dem Materialstrom (3) im VIS-Bereich zu machen. - Erkennen (S2) von Fremdkörpern (2) im Materialstrom (3) anhand der aufgenommenen Bilder mittels einer Detektionseinrichtung (6).Method for detecting foreign bodies (2) in a material flow (3) made of polycrystalline and/or monocrystalline silicon (4), wherein the following method steps are carried out: - recording (S 1 ) images of the material flow (3) by means of an optoelectronic recording system (5), wherein the optoelectronic recording system (5) comprises at least one of the following devices: a) an IR image recording device (7) which comprises at least one hyperspectral camera (8) which is designed to take images of the material flow (3) in the IR range; b) a VIS image recording device (10) which comprises at least one digital camera (11) which is designed to take images of the material flow (3) in the VIS range. - detecting (S 2 ) foreign bodies (2) in the material flow (3) on the basis of the recorded images by means of a detection device (6).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19719698A1 (en) * 1997-05-09 1998-11-12 Wacker Chemie Gmbh Optoelectronic classifying device
JP2014140792A (en) * 2013-01-22 2014-08-07 Jnc Corp Removal method of granular quartz glass in polycrystal silicon

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