基于機(jī)器視覺的原料硅片表面劃痕檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器視覺缺陷檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于機(jī)器視覺的原料硅片表面劃痕檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅片是太陽能電池片生產(chǎn)的主要原料，由于存在于整個電池片生產(chǎn)線的起始環(huán)節(jié)，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定后續(xù)制絨，鍍膜，印刷等所有工序中的半成品甚至電池片成品的工藝質(zhì)量，從而影響太陽能電池片的使用性能；而在硅片原料的生產(chǎn)過程中，對原料切片時由于切割工具的抖動等原因，有時會在原料表面形成劃痕，因此須對原料硅片進(jìn)行表面劃痕檢測，將存在過多劃痕的缺陷硅片予以剔除。但由于原料硅片表面的紋理性，灰度的差異、光線對于劃痕的不敏感、外界環(huán)境噪聲等因素的影響，對其表面劃痕的檢測帶來了一定的不確定性。
[0003]目前，很多太陽能電池片生產(chǎn)廠家主要還是以人工檢測的方法來應(yīng)對這一問題，這樣不僅成本高，而且也帶來了人為因素不可忽略、沒有固定標(biāo)準(zhǔn)、容易造成碎片，等一系列問題，從而降低生產(chǎn)效率，最終也很難達(dá)到高度自動化的現(xiàn)代化工廠的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于提供基于機(jī)器視覺的原料硅片表面劃痕檢測方法，其具有準(zhǔn)確率高、非接觸式檢測、速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確、快速、高效、地檢測出原料硅片的表面劃痕的存在性及其方向，能自動對硅片進(jìn)行分選，同時發(fā)送特定信號給PLC，利用PLC電控設(shè)備控制機(jī)械吸盤吸取將缺陷產(chǎn)品送入指定硅片盒內(nèi)。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]基于機(jī)器視覺的原料硅片表面劃痕檢測方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:接收信號，采集圖像，其包括:
[0008]步驟1-1，原料硅片到達(dá)傳感器位置，傳感器發(fā)送模擬信號給數(shù)據(jù)采集設(shè)備，經(jīng)由采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給系統(tǒng)；
[0009]步驟1-2，系統(tǒng)接收到采集信號后，觸發(fā)相機(jī)，采集圖像，并將采集到的原料硅片灰度圖像傳送至圖像處理模塊；
[0010]步驟2:對原料硅片的灰度圖像進(jìn)行位置矯正和圖像分割，其包括:
[0011]步驟2-1，對原料硅片的灰度圖像進(jìn)行位置矯正，采用直邊查找算法確定原料硅片的一個直邊，獲取其角度信息；其方法是先確定一個包含有完整底邊的目標(biāo)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，設(shè)置合理的查找密度，按照從下往上的方向查找所有灰度從低到高躍迀的像素點(diǎn)，將這些像素點(diǎn)按照線性擬合的方式自動擬合為一條直線，并從中獲取角度信息；直線角度為:
[0012]angle0= a (1)
[0013]然后利用公式(2)，將圖像按順時針旋轉(zhuǎn)至水平，實(shí)現(xiàn)位置矯正，為圖像分割做準(zhǔn)備;
[0014]angle! = -α (2)
[0015]步驟2-2，采用直邊查找算法分別對原料硅片的四條邊進(jìn)行直邊查找；獲得各直邊線的部分坐標(biāo)信息如下:
[0016]line left: (xn, yn)(3)
[0017]liner right: (x22, y22)(4)
[0018]line top: (x31, y31)(5)
[0019]line bottom: (x42, y42)(6)
[0020]其中l(wèi)ine left, line right, line top, line bottom 分別為所得到的左、右、上、下四條直邊線段的兩個端點(diǎn)坐標(biāo)中的一個，坐標(biāo)點(diǎn)下標(biāo)第二個數(shù)字“1”代表是起點(diǎn)坐標(biāo)，“2”代表是終點(diǎn)坐標(biāo)；
[0021]步驟2-3，分別以式(3)、(4)、(5)、(6)所得的兩個頂點(diǎn)坐標(biāo)為基礎(chǔ)，進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)重組，得到如下兩個點(diǎn)坐標(biāo):
[0022]point left top: (xn, y31)(7)
[0023]point right bottom: (x22, y42)(8)
[0024]對公式(7)，(8)兩個點(diǎn)坐標(biāo)作如下變換:
[0025]X’ n= X n+10 ；(9)
[0026]y' 3i= y 31+10 ；(10)
[0027]X，22= X 22-10 ;(11)
[0028]y，42=y42-10;(12)
[0029]得到兩個新點(diǎn)坐標(biāo):
[0030]pointl: (x，n, y，31)(13)
[0031]point2: (X，22, y’42)(14)
[0032]以點(diǎn)pointl，point2確定的線段作為對角線所確定的矩形區(qū)域作為目標(biāo)區(qū)域，對圖像進(jìn)行分割，獲得與原背景分離出來并且失去四個直邊緣以內(nèi)10個像素點(diǎn)寬度的本體圖像，得到無邊緣本體圖像；
[0033]步驟3，對上述步驟2獲得的無邊緣本體圖像進(jìn)行濾波處理和邊緣檢測，采用線性濾波器對所得圖像進(jìn)行濾波去噪處理，以最大限度的削弱噪聲和環(huán)境的影響，同時凸顯檢測目標(biāo)的信息；
[0034]采用canny邊緣檢測法對濾波后圖像進(jìn)行處理，從而檢測出所有可能是劃痕的“邊緣” (canny邊緣檢測法的原理是保留參與灰度躍迀的像素點(diǎn)，并非只是用于檢測真正意義上的圖像邊緣)；
[0035]步驟4，對所獲得濾波處理，邊緣檢測后的圖像進(jìn)行二值化；采用自動閾值二值化法對圖像進(jìn)行二值化處理為形態(tài)學(xué)分析和粒子過濾做好準(zhǔn)備；
[0036]步驟5，對二值化圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析與粒子過濾；采用結(jié)構(gòu)元素尺寸為3的水平腐蝕法和豎直腐蝕法去除原料硅片本身紋理粒子；
[0037]再使用基于面積的粒子過濾器對圖像進(jìn)行過濾，進(jìn)一步去除原料硅片本身的紋理粒子，并得到過濾后粒子數(shù)目；
[0038]步驟6，將上述步驟得到的粒子數(shù)目與由樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的粒子數(shù)目閾值進(jìn)行比較和判斷，獲得原料硅片表面劃痕存在性的判定結(jié)果；
[0039]步驟7，根據(jù)步驟6的判定結(jié)果，對存在劃痕的原料硅片進(jìn)行水平和豎直粒子過濾；采用基于橫縱坐標(biāo)延續(xù)長度的粒子過濾器對所的圖像分別進(jìn)行水平和豎直粒子過濾，并獲得兩種過濾法后存留粒子的兩個數(shù)目值；
[0040]步驟8，將步驟7所獲得的兩個數(shù)值進(jìn)行比較，通過粒子數(shù)目的多少判定劃痕的方向，得到原料硅片的檢測結(jié)果。
[0041]步驟6和步驟8中，將所述的原料硅片的檢測結(jié)果分為無劃痕片、水平劃痕片和豎直劃痕片；當(dāng)檢測為水平或豎直中某一種劃痕片時，發(fā)送相應(yīng)的特定信號給PLC，由PLC電控設(shè)備控制機(jī)械吸盤吸取對應(yīng)硅片放入指定硅片盒；而當(dāng)檢測為無劃痕片時，將不發(fā)送任何信號給PLC，讓其直接向前傳送。
[0042]發(fā)明原理:本發(fā)明的檢測的對象是原料階段的硅片，其檢測方案采用了圖像位置矯正技術(shù)、灰度圖像分割技術(shù)、線性濾波技術(shù)、邊緣檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析技術(shù)、圖像處理技術(shù)以及形態(tài)學(xué)分析等對實(shí)時采集的原料硅片圖像進(jìn)行處理和分析，將原料硅片分為無劃痕片、水平劃痕片和豎直劃痕片三類。其中，步驟6中，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的結(jié)果是在分析和研究大量實(shí)際樣本的基礎(chǔ)上，對按照上述方法所采集到的灰度圖像進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析、總結(jié)并驗(yàn)證的。
[0043]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的原料硅片劃痕檢測方法，通過實(shí)時快速采集原料硅片的灰度圖像，獲得原料硅片表面灰度信息并進(jìn)行一系列的處理，可實(shí)時快速高效穩(wěn)定準(zhǔn)確地進(jìn)行硅片表面劃痕檢測，且實(shí)時顯示檢測結(jié)果，自動將檢測對象分為無劃痕片、水平劃痕片和豎直劃痕片三類，還可通過數(shù)據(jù)采集模塊向PLC控制器發(fā)送信號，使其對應(yīng)不同的類別快速控制傳送帶采取不同的動作。
【附圖說明】
[0044]圖1是原料硅片表面劃痕檢測與分類流程圖；
[0045]圖2是硅片與傳感器位置示意圖；
[0046]圖3是原料硅片經(jīng)過步驟2-1中查找直邊緣之后的結(jié)果示意圖；
[0047]圖4是原料硅片經(jīng)過步驟2-1中位置矯正前后的對比示意圖；
[0048]圖5是步驟2-3中原料硅片四條直邊緣查找結(jié)果示意圖；
[0049]圖6是步驟2-3中原料硅片與背景分離并去除邊緣前后對比示意圖；
[0050]圖7是步驟5中有劃痕片和無劃痕片圖像粒子過濾結(jié)果對比示意圖；
[0051]圖8是步驟7中豎直劃痕片圖像粒子水平、豎直過濾結(jié)果對比示意圖；
[0052]圖9是步驟7中水平劃痕片圖像粒子水平、豎直過濾結(jié)果對比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0054]如圖1所示，基于機(jī)器視覺的原料硅片的表面劃痕檢測方法，包括如下步驟:
[0055]步驟1:接收信號，采集圖像，其包括:
[0056]步驟1-1，如圖2所示白傳送帶1，光電傳感器2，原料硅片3 ;原料硅片傳送到圖2所示位置遮住光電傳感器，傳感器發(fā)送模擬信號給數(shù)據(jù)采集設(shè)備，經(jīng)由采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給系統(tǒng)；
[0057]步驟1-2，系統(tǒng)接收到采集信號后，觸發(fā)相機(jī)，采集圖像，并將采集的原料硅片彩色圖像傳送至圖像處理模塊；
[0058]步驟2:對原料硅片的灰度圖像進(jìn)行位置矯正和圖像分割，其包括:
[0059]步驟2-1，對原料硅片的灰度圖像進(jìn)行位置矯正，采用直邊查找算法確定原料硅片的一個直邊，獲取其角度信息；其方法是先確定一個包含有完整底邊的目標(biāo)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，設(shè)置合理的查找密度，按照從下往上的方向查找所有灰度從低到高躍迀的像素點(diǎn)，將這些像素點(diǎn)按照線性擬合的方式自動擬