基于机器视觉色差法在线检测CdS薄膜厚度的系统及方法与流程

文档序号:14686296发布日期:2018-06-15 00:26

本发明涉及一种在线检测CdS薄膜厚度方法及其装置,尤其是基于机器视觉色差法在线检测CdS薄膜厚度的系统及方法。



背景技术:

CdS是II-VI族化合物半导体材料,是一种非常重要的光敏半导体材料,被广泛地应用于光电子学领域。尤其CdS多晶薄膜被用于异质结太阳电池中的窗口层,应用于CdTe/CdS异质结太阳电池和铜铟镓硒(CIGS)太阳电池。

在太阳电池工艺中,为了提高电池的转换效率,要求将窗口层CdS薄膜厚度控制在50-120nm,同时为了保障产品成品率,这使得CdS薄膜厚度的均匀性在工业生产中显得尤为重要。目前CdS薄厚度的测试方法有酸腐蚀台阶法、椭偏仪等测试方法,这些测试方法都只适合于小面积测量而且测量效率低,而不适合于工业化生产中应用。光透强度法其结果很大程度上受到CdS薄膜底层(如作为电极的透明导电膜、缓冲层等)的影响,而且在CIGS,CdTe/CdS为底层配置电池结构(substrateconfiguration)的情形中CdS薄膜底层为不透明时,这种方法将不能使用。

目前CdS薄膜可以通过化学水浴法(CBD)、近空间升华法(CSS)、磁控溅射法等方法来制备。由于采用不同的制备方法和制备工艺,获得的CdS多晶薄膜结构和性能稍有不同,但研究发现CdS薄膜的能隙都将随薄膜厚度和晶粒大小改变而变化,外在表现为颜色的变化。而对于同一工艺来说,CdS多晶薄膜的厚度将显著影响其颜色,这使得色差法检测CdS薄膜厚度是可行的。



技术实现要素:

本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种基于机器视觉色差法在线检测CdS薄膜厚度的系统及方法,该方法检测速度快、精度高,且能嵌入产线,实时检测。

基于机器视觉色差法在线检测CdS薄膜厚度的系统,包括CdS薄膜传动系统、计算机及设于上述传动系统上方的光源和拍摄像机;所述计算机内设置有图像采集卡,并具有将CdS薄膜颜色信息转换为厚度信息的功能;当传动系统将CdS薄膜传送至拍摄相机正下方时,拍摄相机采集CdS薄膜的图像,并传送至计算机,计算机获得相应厚度信息。

应用上述的系统进行基于机器视觉色差法在线检测CdS薄膜厚度的方法,包括以下步骤:

(1)建立CdS薄膜颜色与厚度对应关系数据库:

A.采集一系列不同厚度的CdS标准样品的图像;

B.计算机提取上述样品图像的RGB值、饱和度值、色度值;

C.建立CdS薄膜厚度与RGB值、饱和度值及色度值之间的关系算法;

(2)由外部触发或控制信号启动所述拍摄相机实时拍摄在线生长的CdS薄膜的图像,并将拍摄的图像传输至计算机;

(3)计算机提取步骤(2)采集的图像的RGB值、饱和度值、色度值,通过CdS薄膜颜色与厚度对应关系数据库的算法,将图像颜色信息转换为CdS薄膜厚度信息。计算机自动统计CdS薄膜厚度均匀性,再与工艺要求的标准比对从而对该样品进行自动分级。

上述技术方案中,在实时拍摄范围内除CdS标准样品或待测CdS薄膜样品外,还设有一固定CdS薄膜参比样品;将首次拍摄时的参比样品图像灰度平均值作为标准值,每次拍摄后将参比样品的图像灰度平均值与该标准值进行比较校正,获得光强补偿系数,将被测样品的图像灰度平均值自动乘以光强补偿系数。如:步骤(2)实时拍摄的CdS样品图像后,将一同被拍下的CdS参比样品图像与标准值比较,如果图像灰度平均值发生了变化,则将此次被测样品的图像灰度平均值自动乘以光强补偿系数,进行光强自动补偿;再进行所述步骤(3);若图像灰度平均值未发生变化,则直接进行所述步骤(3)。

上述技术方案中,所说的拍摄相机与光源,可以设置一套,而两者可以同步来回移动,以检测横向多个位置的CdS薄膜厚度;也可以设置多套摄像头与光源,分别固定在不同位置,独立检测横向不同位置CdS薄膜厚度。

本发明中,所说的光源可以采用人工七色光源,也可以采用黄色单色光源,波长550~610nm。

本发明的有益效果在于:

本发明由于采用的是反射光路,这将减小CdS薄膜底层的影响,从而也可运用于CdS薄膜底层为不透明的情况,如在CIGS,CdTe/CdS为底层配置电池结构(substrateconfiguration)的情形中CdS薄膜底层为不透明。本发明基于机器视觉而具有检测速度快、检测精度高的特点;能有效提高太阳电池的生产效率,从而降低生产成本。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的实施方式:

参照图1,基于机器视觉色差法在线检测CdS薄膜厚度系统包括以下部分:CdS样品传动系统2;光源4;拍摄像机3;设置有图像采集卡、CdS薄膜颜色与厚度对应数据库以及关系算法软件的计算机5;CdS样品分级控制与执行系统7。

首先CdS薄膜颜色与厚度对应数据库的建立:

A.采集不同厚度的CdS薄膜的图像;

应用图1示意的系统,拍摄一系列不同厚度的CdS标准样品的图像,具体实施过程为:

在CdS薄膜沉积后的流水线2上,当标准CdS样品1进入遮蔽罩8下方时,在光源4的环境下,拍摄相机3进行实时拍摄,拍摄的图像信息将传输给计算机5。

B.计算机提取上述样品颜色的RGB值、饱和度值、色度值;

C.建立CdS薄膜厚度与颜色的RGB值、饱和度值、色度值之间的算法。

本发明具体在线检测工作流程为:在CdS薄膜沉积后的流水线2上,当样品1进入遮蔽罩8下方时,在光源4的环境下,拍摄相机3进行实时拍摄,拍摄的图像信息将传输给计算机5,计算机将提取采集的图像的RGB值、饱和度值、色度值,通过CdS薄膜颜色与厚度对应数据库的算法,将图像色差信息转换为CdS薄膜厚度信息,然后计算机自动统计CdS薄膜厚度均匀性,再与工艺要求的标准比对从而对该样品进行自动分级,同时给出控制信号到CdS样品分级控制与执行系统7。最后CdS样品分级控制与执行系统进行相应动作进行分级。

其进一步技术方案是:

为了尽量减少环境的影响,遮蔽罩8内壁采用吸光中灰色(neutralgrey)。

实时拍摄的图像按下述步骤进行光强的自动补偿:

在实时拍摄范围内除了被测CdS样品外,还有一固定参比CdS薄膜样品。每次拍摄后将参比样品的图像灰度平均值与对应标准图像模板的图像灰度平均值进行比较,如果图像灰度平均值发生了变化,则将此次被测样品的图像灰度平均值自动乘以光强补偿系数,再进行通过CdS薄膜颜色与厚度对应数据库的算法,将图像色差信息转换为CdS薄膜厚度信息;若图像灰度平均值未发生变化,则直接进行通过CdS薄膜颜色与厚度对应数据库的算法,将图像色差信息转换为CdS薄膜厚度信息。

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