基于條紋反射的太陽(yáng)能電池硅晶片表面質(zhì)量檢測(cè)方法研究.pdf

1、基于條紋反射的面結(jié)構(gòu)光三維面形測(cè)量技術(shù)根據(jù)由待測(cè)鏡面物體反射的變形條紋來(lái)檢測(cè)物體表面的梯度分布，根據(jù)此測(cè)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在對(duì)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(cè)方面具有很好的應(yīng)用前景。本文對(duì)基于條紋反射的類平面鏡面太陽(yáng)能電池硅晶片表面質(zhì)量檢測(cè)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(duì)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(duì)條紋反射測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定工作。最后針對(duì)太陽(yáng)能電池硅晶片表面鏡面反射的特點(diǎn)，把條紋反射測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于太陽(yáng)能電池硅晶片的表面質(zhì)量檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該檢測(cè)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(cè)量相位，對(duì)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(duì)高度躍變以及包含孔洞物體的相位進(jìn)行展開，對(duì)陰影區(qū)域具有良好的展開效果。相對(duì)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(duì)

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(duì)用于太陽(yáng)能電池硅晶片質(zhì)量檢測(cè)的條紋反射測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定進(jìn)行了研究。基于條紋反射的三維測(cè)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(duì)顯示屏空間位置的標(biāo)定，采用基于 Hough變換的圓檢測(cè)技術(shù)提取特征圓的像素坐標(biāo)，并根據(jù)特征圓的相對(duì)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(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該標(biāo)定技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)平面鏡和曲率半徑分別為20000mm和5000mm的球面鏡的測(cè)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(duì)太陽(yáng)能電池片表面質(zhì)量的檢測(cè)。⑶研究了條紋反射測(cè)量系統(tǒng)多義性問(wèn)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(cè)量系統(tǒng)多義性問(wèn)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(cè)物體梯度測(cè)量的精度。仿真和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)多義性對(duì)梯度測(cè)量的影響以及條紋反射系統(tǒng)測(cè)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(cè)物體的厚度之比大于200時(shí)，待測(cè)物體的厚度對(duì)梯度測(cè)量的影響可以忽略。⑷應(yīng)用條紋反射測(cè)量系統(tǒng)完成對(duì)