太阳能硅片缺陷机器视觉在线检测RVT-WaferScan

“太阳能电池硅片外观缺陷自动检测系统” 针对太阳能行业上游产品电池硅片大批量生产过程中存在的外观质量问题而专门研发的基于机器视觉技术的外观缺陷自动检测系统。太阳能硅片是在硅棒上一片一片切割而成的，每片的厚度大约在200um左右；由于切割的厚度非常薄且硅的物理性能又非常脆，所以生产过程中常常产生诸如崩边、硅落、缺角等缺陷；硅棒切割前已经经过预加工，但如果切割时发生偏斜则导致切片尺寸的变化；硅棒本身是由单晶硅或者多晶硅生长而来的，晶体之间也存在一定的应力，故切割后也很容易产生一些内部微裂纹等缺陷，这些微裂纹在初期肉眼无法看见可是在后道工序中很容易导致碎片；切割过程中由于刀具的问题常常产生有规律方向的锯痕，这些锯痕导致表面的不平整度。在大批量生产过程中这些缺陷很难用人工来检查，所以开发能够自动检测这些缺陷的光学系统就成了目前的急需。

系统主要模块

针对以上硅片生产过程中存在的问题，我们设计了五个模块：线痕（锯痕）测量模块、尺寸测量模块、边缘缺陷检测模块、表面缺陷检测模块、内部缺陷检测模块分别检测所有缺陷；该系统将光电技术、控制技术、CCD技术与软件技术结合起来，实现了对硅片外观缺陷非接触高速在线自动检测的目的。

1、线痕测量模块

其中线痕测量模块由线激光发生器、百万像素工业镜头、高速面阵CCD摄像机组成成像系统，在硅片运动传输中拍摄激光线在硅片的投影图像，图像数据经过高速图像卡传送到图像工作站的缓存，基于Windows操作系统的专用图像处理平台对激光线在硅片上的投影图像进行分析计算得到最大线痕的宽度与深度，

如下图线性激光发生器以与硅片平面15度的角度将激光线投射到硅片上，该激光线与硅片运动方向平行而与线痕方向垂直，这样激光线将硅片线痕的高度变化转换成在CCD摄像机中成像后的水平变化，理论上如果硅片无线痕即表面绝对平整则该激光线在摄像机成像后为直线，否则呈波浪状，其中最高波浪处即为最大线痕处。

2、尺寸测量模块

尺寸测量模块由LED背光源、远焦镜头、高分辨率CCD面阵摄像机组成成像系统，在硅片运动传输中拍摄硅片的投影图像，图像数据经过高速图像卡传送到图像工作站的缓存，基于Windows操作系统的专用图像处理平台对硅片的对边、对角、边长、是否正方形等尺寸进行自动测量，如下图高分辨率面阵摄像机（分辨率2048*2048像素）瞬间抓拍硅片在背光源上的投影图像。

3、边缘缺陷检测模块

边缘缺陷检测模块由LED线状聚光光源、线扫描相机专用镜头、高速线扫描摄像机组成成像系统，该模块有上下两个独立的成像系统分别对硅片上下两面进行扫描成像，图像数据经过高速图像卡传送到图像工作站的缓存，基于Windows操作系统的专用图像处理平台对硅片边缘的崩边、硅落、缺角等缺陷进行检测。

 如图高分辨率线扫描摄像机（水平方向8196像素，垂直方向扫描频率12000行）上下两面同时扫描硅片的图像，LED线状聚光光源与垂直方向成35度角度照射。

4、表面缺陷检测模块

表面缺陷检测模块由LED穹窿状光源、线扫描相机专用镜头、高速线扫描摄像机组成成像系统，该模块有上下两个独立的成像系统分别对硅片上下两面进行扫描成像，图像数据经过高速图像卡传送到图像工作站的缓存，基于Windows操作系统的专用图像处理平台对硅片表面的脏污等缺陷进行检测。

 如图高分辨率线扫描摄像机（水平方向8196像素，垂直方向扫描频率12000行）上下两面扫描硅片的图像，LED穹窿状光源将增加图像中脏污的对比度，削减晶花的干扰。图像处理软件对该图像进行处理、分析、识别脏污、指纹等缺陷。

5、内部缺陷检测模块

内部缺陷检测模块由LED线状聚光红外光源、线扫描相机专用镜头、红外高速线扫描摄像机组成成像系统，该模块的红外光源穿透硅片后将硅片内部结构成像到红外线扫描摄像机，图像数据经过高速图像卡传送到图像工作站的缓存，基于Windows操作系统的专用图像处理平台对硅片内部的微裂纹、杂质、孔洞、表面裂纹等缺陷进行检测。

如图红外LED线状聚光光源从硅片的背面与垂直方向夹30度角投射到硅片下表面并穿透硅片，红外成像高分辨率线扫描摄像机（水平方向4096像素，垂直方向扫描频率8600行）接收穿透后的红外光线扫描成像。