一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法与流程

本发明涉及物理性能检测，特别涉及一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法。

背景技术：

1、在太阳能单晶硅棒生产过程中，由于硅棒内部杂质和热应力的影响，在内部会产生气泡或隐裂，这些缺陷需要在单晶硅圆棒裁切前准确找出，否则影响后续应用。此前，缺陷检测常采用的是人工定位并切除的方法，即根据经验，采用盲切的方式，先把头尾部裁切掉，通过人眼查找发现端面有裂纹，再尝试逐步向内多截一段；通过不断的裁切尝试，直到没有出现裂纹。这种生产方式效率低，而且也不能准确保证流到后道工序的单晶硅圆棒内部是否有缺陷。

2、之后，逐渐诞生了检测设备，采用相机与红外光源的组合，通过相机获取光源透射硅棒后的图像，观察硅棒中是否存在缺陷；辅助设备的存在能够提高隐裂检测效率，但仍存在缺陷遗漏的问题，主要表现为：采用线阵相机与光源的组合获取图像，图像背景灰度影响缺陷的判断；其次，缺陷中的隐裂还包括微隐裂现象，传统方法很难被识别出来，因此本发明研制了一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本发明目的是：提供一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，以解决现有技术中单晶硅圆棒中缺陷检测存在漏失而导致检测精度低的问题。

2、本发明的技术方案是：一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，包括：

3、构建检测场景，场景下包括单晶硅圆棒，置于单晶硅圆棒沿径向设置的两侧的成像部件及光源发射部件；

4、调试处理，采集单晶硅圆棒的一次图像并进行灰度值处理，将一次图像背景的实际灰度值与设定灰度值进行比较，并在实际灰度值与设定灰度值的差值大于额定灰度差值时调整成像部件的曝光时间，和/或所述光源发射部件的投射亮度；

5、缺陷检测，获取单晶硅圆棒旋转一周的二次图像，并进行灰度值处理，将二次图像中颜色突变的灰度区域定义为缺陷区域。

6、优选的，所述成像部件选用面阵相机；

7、所述光源发射部件选用条形光源，并具有大于1100nm的波段；

8、在所述光源发射部件开启状态下，采用所述成像部件获取所述单晶硅圆棒的一次图像和二次图像。

9、优选的，在调试过程中，具体方法为：

10、采集一帧一次图像，剔除一次图像中的高频信号，保留一次图像中的低频信号；

11、对保留低频信号的一次图像进行区域分割，并计算不同区域的平均灰度值，进而得到不同区域的实际灰度值；经对比，剔除后得到实际灰度值的最大值与最小值；

12、将实际灰度值的最大值和最小值分别与设定灰度值进行比较，并调整成像部件的曝光时间和/或所述光源发射部件的投射亮度。

13、优选的，基于所述设定灰度值与额定灰度差值，定义灰度值的额定范围，并对应有额定上限值及额定下限值；

14、因此，调整所述成像部件的曝光时间以及所述光源发射部件的投射亮度的具体方法为：

15、所述实际灰度值的最大值和最小值中至少一个大于所述额定上限值时，减小曝光时间和/或投射亮度；

16、所述实际灰度值的最大值和最小值中至少一个小于所述额定下限值时，增加曝光时间和/或投射亮度。

17、优选的，增加或减少所述成像部件的曝光时间时，单次调整步长为0.5s；

18、增加或减少所述光源发射部件的投射亮度时，单次调整步长为50cd/cm2。

19、优选的，在缺陷检测过程中，提取二次图像中的有效区域，对二次图像按照行坐标进行横向求导，确定二次图像中出现突变的区域，根据突变区域的特征和大小确定缺陷，并输出缺陷信息，所述缺陷信息包括隐裂及气泡。

20、优选的，在进行缺陷检测时，基于至少两种相异的背景灰度值获取单晶硅圆棒的二次图像，依次获取缺陷信息，并将多组缺陷信息叠加组合，确定缺陷区域。

21、优选的，缺陷区域确定完成后，对所述单晶硅圆棒进行沿垂直于轴向的切割，切割面与所述缺陷区域的边界位置相对，且所述切割面相对于缺陷区域以外的偏差不大于1mm。

22、与现有技术相比，本发明的优点是：

23、（1）本发明应用于单晶硅圆棒的缺陷检测，基于背景灰度值进行调试处理，让不同材料背景光强保持一致，达到不同杂质密度，在获取的一次图像背景具有相近的灰度值，提高隐裂和气泡的识别准确性。

24、（2）本发明选用特定波段的光照射在单晶硅圆棒上，通过调制光强获取稳定的输出光源强度，在有物理缺陷时，由于光强的直线衰弱，在相机上呈现阴影图像，并通过图像灰度处理及横向求导，准确获取到隐裂和气泡缺陷的位置和长度信息。

25、（3）在隐裂缺陷中还包括微隐裂现象，对于微隐裂等比较细小的缺陷是检测难点，很容易出现漏掉的情况，采用较窄发光面的条形光源，可消除光晕对细裂纹成像的影响；同时，基于至少两种相异的背景灰度值获取单晶硅圆棒的二次图像，避免因背景灰度值的而影响微隐裂等细小缺陷的识别。

26、（4）基于缺陷位置的检测准确性，使得在最终缺陷区域切割时，一般保证切割面与检测到的缺陷区域边缘对齐即可，或向外多切除不超1mm，避免传统检测方法因不确定性而导致切割浪费的情况。

技术特征：

1.一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，其特征在于：所述成像部件选用面阵相机；

3.根据权利要求1所述的一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，其特征在于：在调试过程中，具体方法为：

4.根据权利要求3所述的一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，其特征在于：基于所述设定灰度值与额定灰度差值，定义灰度值的额定范围，并对应有额定上限值及额定下限值；

5.根据权利要求4所述的一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，其特征在于：增加或减少所述成像部件的曝光时间时，单次调整步长为0.5s；

6.根据权利要求2所述的一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，其特征在于：在缺陷检测过程中，提取二次图像中的有效区域，对二次图像按照行坐标进行横向求导，确定二次图像中出现突变的区域，根据突变区域的特征和大小确定缺陷，并输出缺陷信息，所述缺陷信息包括隐裂及气泡。

7.根据权利要求6所述的一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，其特征在于：在进行缺陷检测时，基于至少两种相异的背景灰度值获取单晶硅圆棒的二次图像，依次获取缺陷信息，并将多组缺陷信息叠加组合，确定缺陷区域。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，其特征在于：缺陷区域确定完成后，对所述单晶硅圆棒进行沿垂直于轴向的切割，切割面与所述缺陷区域的边界位置相对，且所述切割面相对于缺陷区域以外的偏差不大于1mm。

技术总结
本发明涉及物理性能检测技术领域，具体涉及一种应用于单晶硅圆棒的缺陷检测方法，首先构建检测场景，场景下包括单晶硅圆棒，成像部件及光源发射部件；其次进行调试处理，采集单晶硅圆棒的一次图像并进行灰度值处理，经比较，当实际灰度值与设定灰度值的差值大于额定灰度差值时调整成像部件的曝光时间，以及光源发射部件的投射亮度；最后进行缺陷检测，获取单晶硅圆棒旋转一周的二次图像，并进行灰度值处理，将二次图像中颜色突变的灰度区域定义为缺陷区域。本发明应用于单晶硅圆棒的缺陷检测，基于背景灰度值进行调试处理，让不同材料背景光强保持一致，达到不同杂质密度，在获取的一次图像背景具有相近的灰度值，提高隐裂和气泡的识别准确性。

技术研发人员：欧世乐,王克
受保护的技术使用者：霍克视觉科技（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15