太阳能硅片线痕高精度检测系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103323466 A (43)申请公布日 2013.09.25 CN 103323466 A *CN103323466A* (21)申请号 201210073886.3 (22)申请日 2012.03.20 G01N 21/956(2006.01) G01B 11/02(2006.01) (71)申请人 苏州中导光电设备有限公司 地址 215311 江苏省苏州市昆山市巴城镇临 港工业园瑞安路 8 号 (72)发明人 陈利平 惠施 裴世铀 李波 (74)专利代理机构 昆山四方专利事务所 32212 代理人 盛建德 (54) 发明名称 太阳能硅片线痕高精度检测系统 (5。

2、7) 摘要 本发明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， 本发明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。 (51)Int.Cl.。

3、 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103323466 A CN 103323466 A *CN103323466A* 1/1 页 2 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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。 权 利 要 求 书 CN 103323466 A 2 1/5 页 3 太阳能硅片线痕高精度检测系统 技术领域 0001 本发明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 0002 在太阳能光伏产业工艺链中， 硅。

9、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。 0003 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) 。

10、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。 0004 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。

11、， 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。 发明内容 0005 为了弥补以上不足， 本发明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。 0006 本发明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。

12、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。

13、移传感器 说 明 书 CN 103323466 A 3 2/5 页 4 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，。

14、 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。 0007 作为发明的进一步改进， 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 yup(x) 和 ydown(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 ydown(x) ； 设 传送带局部坐标相对于激光三角仪测量坐。

15、标的振动为 yup(x)。各个数值存在如下关系 ： 0008 th(x) y up(x)-ydown(x) 0009 yup(x) yvib(x)+y up(x) 0010 ydown(x) yvib(x)+y down(x) 0011 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 ： 0012 th(x) yup(x)-ydown(x) 0013 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 yup(x)、 ydown(x)， 经运算后可消除振动对测量的影响。 0014 作为发明的进一步改进， 所述硅片传送机构采用抗振动型传送机构， 激光三。

16、角位 移传感器正对于硅片背向硅片传送机构的一侧。 0015 作为发明的进一步改进， 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。 0016 作为发明的进一步改进， 若干。

17、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。 0017 作为发明的进一步改进， 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， 。

18、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 说 明 书 CN 103323466 A 4 3/5 页 5 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。 0018 作为发明的进一步改进， 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。 001。

19、9 作为发明的进一步改进， 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。 0020 作为发明的进一步改进， 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。 0021 作为发明的进一步改进， 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。

20、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。 0022 本发明的有益技术效果是 ： 本发明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。

21、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 0023 图 1 为本发明的检测模块结构原理主视图 ； 0024 图 2 为本发明的检测模块结构原理立体图 ； 0025 图 3 为发明的立体示意图 ； 0026 图 4 为本发明的数据采集系统原理图 ； 0027 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 ； 0028 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 ； 0029 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。

22、片厚度数据 ； 0030 图 8 为本发明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 ； 0031 图 9 为本发明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 0032 图 10 为本发明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 ； 0033 图 11 为本发明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。 说 明 书 CN 103323466 A 5 4/5 页 6 具体实施方式 0034 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。

23、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。

24、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。 00。

25、35 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 yup(x) 和 ydown(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 ydown(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 yup(x)。各个数值存在如下关系 ： 0036 th(x) y u。

26、p(x)-ydown(x) 0037 yup(x) yvib(x)+y up(x) 0038 ydown(x) yvib(x)+y down(x) 0039 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 ： 0040 th(x) yup(x)-ydown(x) 0041 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 yup(x)、 ydown(x)， 经运算后可消除振动对测量的影响。 0042 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。 0043 所述硅片传送机构 1 采用。

27、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。 说 明 书 CN 103323466 A 6 5/5 页 7 0044 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。

28、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。 0045 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。

29、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。 0046 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。 0047 所述检。

30、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。 0048 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。 0049 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。

31、， 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。 说 明 书 CN 103323466 A 7 1/6 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103323466 A 8 2/6 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103323466 A 9 3/6 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103323466 A 10 4/6 页 11 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103323466 A 11 5/6 页 12 图 8 图 9 图 10 说 明 书 附 图 CN 103323466 A 12 6/6 页 13 图 11 说 明 书 附 图 CN 103323466 A 13 。