硅片视觉尺寸测量方法及装置与流程

本发明涉及机器视觉检测测量，特别涉及一种硅片视觉尺寸测量方法及装置。

背景技术：

1、在飞速发展的工业4.0背景下，光伏太阳能产量需求激增，硅片的几何尺寸严重影响后续光伏电池片的性能及工作稳定性，必须将几何尺寸不良的硅片在初始工艺中就筛选出来。而由于硅片的尺寸较小，测量难度较高，故如何对硅片的尺寸进行测量成了本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种硅片视觉尺寸测量方法及装置，主要所要解决的技术问题是：如何对硅片的尺寸进行测量。

2、为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

3、一方面，本发明的实施例提供一种硅片视觉尺寸测量方法，其包括以下步骤：

4、获取硅片的图像；

5、根据硅片的图像，提取图像中硅片的各边界轮廓；

6、根据硅片的各边界轮廓，在每条边界轮廓上均提取两点并相连生成边界直线；

7、根据各边界直线，生成硅片的尺寸；其中，硅片的尺寸包括硅片的长度、宽度、对角线长、倒角长度、相邻两边的垂直度、对边的平行度中的任一个或两个以上。

8、可选的，所述获取硅片的图像，具体为：

9、将硅片传送至设定拍摄区域；

10、对所述设定拍摄区域进行拍照，以得到第一图像；

11、提取第一图像中硅片所在区域roi，以得到硅片的图像。

12、可选的，硅片通过传送带传送至所述设定拍摄区域，其中，所述提取第一图像中硅片所在区域roi，具体为：

13、使用阈值分割提取传送带与硅片区域roi1；

14、闭合破损区域后使用矩形掩膜开运算得到传送带区域roi2；

15、取区域roi1与roi2差值再使用矩形掩膜开运算去除噪点得到硅片所在区域roi。

16、可选的，所述根据硅片的图像，提取图像中硅片的各边界轮廓，具体为：

17、根据硅片的图像，将硅片图像区域进行膨胀，得到硅片图像膨胀区域；

18、使用边缘检测算法对硅片图像膨胀区域进行检测，以得到图像中硅片的各边界轮廓。

19、可选的，所述边缘检测算法为canny边缘检测算法，包括以下步骤：

20、(1)平滑图像，使用5×5的高斯滤波器平滑图像；

21、(2)对平滑后的图像使用sobel算子计算水平方向梯度gx和竖直方向梯度gy，然后计算图像中每个像素的梯度大小g和梯度方向θ；其中，θ＝arctan(gx/gy)，梯度方向θ垂直于硅片图像膨胀区域的边缘方向；

22、(3)非极大值抑制，在计算得到每个像素的梯度大小g和梯度方向θ后，计算遍历所有像素，判断该像素的梯度大小g在该像素梯度方向θ上是否是其邻域中的局部最大值；若像素点的梯度大小g为局部最大值，则该像素点进入下一步，否则判断该像素点不是边缘，像素点被抑制。

23、(4)滞后阈值筛选，通过设置两个阈值tmin和tmax；遍历计算所有图像像素，梯度大小g大于tmax的像素点被归为“确定边缘”像素，被保留；梯度大小g小于tmin的像素点被认为不属于边缘,被丢弃；其中，对于梯度大小g介于tmin和tmax之间的像素点，如果它们连接到“确定边缘”像素，则它们被视为边缘的一部分,否则它们也被丢弃；其中，若像素点在tmax之上，则被认为是“确定边缘”像素。

24、可选的，若硅片的尺寸为硅片的长度、宽度、对角线长或倒角长度时，根据各边界直线，生成硅片的尺寸，具体为：根据各边界直线，生成各相邻两边界直线的交点位置，得到四个交点位置；根据四个交点的位置，计算得到硅片的图像尺寸，硅片的图像尺寸包括硅片的图像长度、图像宽度、图像对角线长或图像倒角长度；将图像尺寸与单位像素对应的实际距离相乘得到硅片实际尺寸；

25、若硅片的尺寸为相邻两边的垂直度时，根据各边界直线，生成硅片的尺寸，具体为：根据各边界直线，将相邻的两条边界直线取为一组，分别计算得到四组垂直度数据，取一组数据的两条边界直线分别记为边缘a与边缘b，取边缘b为基准，使用梯度下降法拟合出边缘b中的xld点集直线lb：ax+by+c＝0；将边缘a中的所有xld点集pai，i＝0，1，2…投影到直线lb上，将得到的投影点集按均匀间隔采样方法减少点集个数得到新点集p′ai，i＝0，1，2…，在直线lb方向上选择n个最高点作为极大值采样点，计算n个点的平均值，得到高位虚拟极大值参考点p1；选择n个最低点作为极小值采样点，计算n个点的平均值，得到低位虚拟极小值参考点p2，计算p1、p2的距离再与单位像素实际距离相乘，得到的积即为边缘a与边缘b的垂直度verticality，其中n>300,重复以上操作计算另外三组数据的垂直度。

26、若硅片的尺寸为对边的平行度时，根据各边界直线，生成硅片的尺寸，具体为：根据各边界直线，将相对的两条边界直线取为一组，分别计算得到两组数据，取一组数据的两条边界直线分别记为边缘a与边缘b，取边缘b为基准，平移边缘a使边缘a与边缘b两者的标准尺寸边缘重合，使用梯度下降法拟合出边缘b中的xld点集直线lb：ax+by+c＝0，使用间隔采样方法均匀采样边缘a的xld轮廓点集，得到新的点集p′a，i＝0，1，2…，计算该点集到直线lb的距离dis_parallelismi：取n个最大值取其平均值dis_max，取n个最小值取其平均值dis_min，边缘a与边缘b的平行度parallelism＝|dis_max-dis_min|，再与单位像素实际距离相乘得到实际平行度，n>300，重复以上操作步骤计算另外一组对边平行度。

27、另一方面，本发明的实施例还提供一种硅片视觉尺寸检测装置，其包括：

28、硅片图像获取模块，用于获取硅片的图像；

29、边界轮廓提取模块，根据硅片的图像，提取图像中硅片的各边界轮廓；

30、边界直线生成模块，用于根据硅片的各边界轮廓，在每条边界轮廓上均提取两点并相连生成边界直线；

31、硅片尺寸生成模块，用于根据各边界直线，生成硅片的尺寸，所述尺寸包括硅片的长度、宽度、对角线长、倒角长度、相邻两边的垂直度、对边的平行度中的任一个或两个以上。

32、可选的，所述硅片图像获取模块包括传送模块、拍照模块和区域提取模块；

33、所述传送模块用于将硅片传送至设定拍摄区域；

34、所述拍照模块用于对所述设定拍摄区域进行拍照，以得到第一图像；

35、所述区域提取模块用于提取第一图像中硅片所在区域roi，以得到硅片的图像。

36、可选的，所述传送模块通过传送带将硅片传送至所述设定拍摄区域；

37、所述区域提取模块包括传送带与硅片区域提取模块、传送带区域提取模块和硅片所在区域生成模块；

38、其中，传送带与硅片区域提取模块用于使用阈值分割提取传送带与硅片区域roi1；所述传送带区域提取模块用于闭合破损区域后使用矩形掩膜开运算得到传送带区域roi2；所述硅片所在区域生成模块用于取区域roi1与roi2差值再使用矩形掩膜开运算去除噪点得到硅片所在区域roi。

39、可选的，所述的硅片视觉尺寸检测装置还包括电机、系统控制器、光源控制器、编码器、光电传感器和光源；

40、所述电机用于提供传送模块将硅片传送至设定拍摄区域的动力；

41、所述编码器用于与电机相连，以在电机启动时生成第一信号；

42、所述光电传感器用于在检测到硅片进入所述设定拍摄区域时生成第二信号；

43、所述光源用于为所述拍照模块的拍照提供照明；

44、所述光源控制器用于根据所述第二信号控制所述光源打开设定时间；

45、所述系统控制器用于根据所述第一信号和第二信号控制所述拍照模块拍照。

46、可选的，所述边界轮廓提取模块还包括膨胀模块和边缘检测模块；

47、所述膨胀模块用于根据硅片的图像，将硅片图像区域进行膨胀，得到硅片图像膨胀区域；

48、所述边缘检测模块用于使用边缘检测算法对硅片图像膨胀区域进行检测，以得到图像中硅片的各边界轮廓。

49、借由上述技术方案，本发明硅片视觉尺寸测量方法及装置至少具有以下有益效果：

50、1、在本发明提供的技术方案中，通过对硅片拍照，采用视觉的方式对硅片的尺寸进行测量，相对于人工测量的方式，本发明的测量效率较高；

51、2、本发明运用视觉对硅片进行边长、倒角长度、对角线、垂直度、平行度等尺寸进行测量检查，能快速检测出硅片的几何数据，在不影响上下料机器产能的前提下对硅片缺陷检测并剔除不良，适用性与抗干扰能力强，具有巨大的推广应用生产价值。

52、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。