基于條紋反射的太陽能電池硅晶片表面質(zhì)量檢測方法研究.pdf

1、基于條紋反射的面結(jié)構(gòu)光三維面形測量技術(shù)根據(jù)由待測鏡面物體反射的變形條紋來檢測物體表面的梯度分布，根據(jù)此測量梯度重建出物體三維形貌，具有非接觸、高精度、高靈敏度和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在對眼鏡、汽車車體噴漆表面以及拋光模具等鏡面以及類鏡面物體的面形檢測方面具有很好的應(yīng)用前景。本文對基于條紋反射的類平面鏡面太陽能電池硅晶片表面質(zhì)量檢測方法進(jìn)行了研究，分析研究了基于質(zhì)量導(dǎo)向的相位展開方法。然后對條紋反射系統(tǒng)的標(biāo)定進(jìn)行了研究，應(yīng)用基于二維平面標(biāo)定靶標(biāo)

2、定技術(shù)完成對條紋反射測量系統(tǒng)的標(biāo)定工作。最后針對太陽能電池硅晶片表面鏡面反射的特點(diǎn)，把條紋反射測量技術(shù)應(yīng)用于太陽能電池硅晶片的表面質(zhì)量檢測，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該檢測方法的可行性和可靠性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴為了獲得精確的測量相位，對質(zhì)量導(dǎo)向相位展開方法進(jìn)行了研究。質(zhì)量導(dǎo)向相位展開方法適用于對高度躍變以及包含孔洞物體的相位進(jìn)行展開，對陰影區(qū)域具有良好的展開效果。相對于傳統(tǒng)的空間相位展開技術(shù)，質(zhì)量導(dǎo)向相位展開技術(shù)具有更好的穩(wěn)定性。針對

3、較大高度躍變物體的相位展開，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明質(zhì)量導(dǎo)向相位展開技術(shù)比傳統(tǒng)的空間相位展開技術(shù)具有優(yōu)越性。⑵對用于太陽能電池硅晶片質(zhì)量檢測的條紋反射測量系統(tǒng)的標(biāo)定進(jìn)行了研究。基于條紋反射的三維測量系統(tǒng)的標(biāo)定精度影響著系統(tǒng)的三維重建精度。本文詳細(xì)分析了相機(jī)的標(biāo)定方法。針對顯示屏空間位置的標(biāo)定，采用基于 Hough變換的圓檢測技術(shù)提取特征圓的像素坐標(biāo)，并根據(jù)特征圓的相對空間位置確定其世界坐標(biāo)，依據(jù)基于平面標(biāo)定靶的相機(jī)標(biāo)定技術(shù)計(jì)算出顯示屏鏡像的旋轉(zhuǎn)和平

4、移矩陣，完成顯示屏空間位置的標(biāo)定，并根據(jù)線面交點(diǎn)計(jì)算出顯示屏到參考面的距離以及根據(jù)兩點(diǎn)間距離公式計(jì)算出參考面上積分步長。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該標(biāo)定技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對平面鏡和曲率半徑分別為20000mm和5000mm的球面鏡的測量厚度均方根誤差分別為2.061×10-5mm、6.189×10-5mm和1.002×10-3mm，硅晶片的中心pv值為100nm。利用此標(biāo)定系統(tǒng)完成對太陽能電池片表面質(zhì)量的檢測。⑶研究了條紋反射測量系統(tǒng)多義性問題并探索了消除

5、系統(tǒng)多義性的方法。理論分析了條紋反射系統(tǒng)重建面形中包含二次曲面的原因，引出條紋反射測量系統(tǒng)多義性問題。并根據(jù)光線追蹤的方法推導(dǎo)了相位-梯度-高度三者之間的映射關(guān)系。公式表明適當(dāng)增加顯示屏到參考面的距離可以提高待測物體梯度測量的精度。仿真和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)多義性對梯度測量的影響以及條紋反射系統(tǒng)測量的適用范圍，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)顯示屏與參考面之間的距離與待測物體的厚度之比大于200時(shí)，待測物體的厚度對梯度測量的影響可以忽略。⑷應(yīng)用條紋反射測量系統(tǒng)完成對