基于双目视觉的硅棒直径测量方法

作者:吴海滨;刘祥;陈新兵;庞剑;李梓霖;熊丹枫 刊名:大气与环境光学学报 上传者:胡叶霞

【摘要】提出了一种在实验室环境下模拟工业现场在线测量多晶硅还原炉内硅棒直径的检测系统。该系统采用双目立体视觉测量的方法,首先采用双CCD获取硅捧模型的实时图像,并依次进行摄像机的标定、特征点的提取、立体匹配、然后通过特征点的三维坐标计算硅棒模型的直径。实验结果表明,硅棒直径的测量结果达到了还原炉工艺参数自动化控制所需的精度,并且该测量系统有效地避免了人工长时间目测造成的劳动强度大以及由于主观因素造成误差较大的缺点。

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多晶硅是制造太阳能电池的重要原料,多晶硅的生长大都是在还原炉内进行。在生长过程中需要对其直径进行监控以确定是否满足制造电池板的尺寸要求。还原炉处于高温高压的工作状态,不可能进行在线的实时接触式人工测量,一般通过还原炉壁上的观察口目测估算硅棒生长直径,然后在停止生长取出硅棒后,由人工手段完成最终麵。此种方法具有主观性、随机性及不可控性,毫无精度可言,同时长时间目测致使工人的劳动强度太大。人工检测是一种接触式和非在线的传统测量方式,其检测精度和检测速度都很低,还是事后测量,无助于质量控制;同时由于接触式检测需要反复翻动样品,以至于给样品带来伤害[2]。目前,国内尚无相关技术和仪器可进行非接触性炉内硅棒检测,本文结合CCD视觉成像技术和图像处理技术构成的硅棒直径检测系统,不仅解决了传统人工检测的不足,还能实现实时在线检测的要求[3_4】.^!:%在实验室环境下基于视觉测量的硅棒直径检测系统如图1所示。图1硅棒检测系统Fig.lSiliconroddetectionsystem图2系统结构Fig.2Thesystemstructure图3现场检测系统Fig.3Thetestingsystem图4双目视觉原理Fig'4P-cipleofbinoculaxvision硅棒直径检测系统主要包括用户界面、数据采集系统、图像处理模块、数据输入输出模块。用户界面主要负责数据的显示与存储’管理数据采集模块与图像处理模块。数据采集模块是视觉测量的核心之一,完成硅棒轮廓信息采集,包括CCD双目相机与图像采集卡。CCD双目相机采集图像信息通过图像采集卡将图像信息转换为数字信息输入到用户界面实时保存起来。数据采集完成之后,图像处理模块读取图像通过相应算法最终计算出硅棒直径。在实验室模拟的系统结构如图2所示,本监测系统主要由下述各部分组成:监测探头(防爆)、电气控制柜(防爆)、I/O转接箱、计算机图像信息分析系统闭环优化控制系统。现场测量系统如图3所示,系统工作流程:红外热像采集单元(监测探头)采集还原炉内热辐射图像,红外数字视频接入置于现场电气控制柜内的多模光纤适配器,信号以光传输方式将传送到控制室内,经光纤适配器光电转换后送入计算机图像信息分析及控制系统。计算机对输入的数字图像信号进行预处理,经过图像预处理、动态识别等一系列处理后,自动识别出硅棒目标,并依据测温模型及校正算法,完成硅棒温度分布测量及直径测量,所测定的数据一方面在监视器予以实时显示并入数据库,另一方面通过网络传输给控制系统,由控制系统在线优化后发出控制指令。3桂棒直径测量的实现3.1双目系统原理硅棒直径检测基于双目立体视觉测量,双目立体视觉原理如图4所示。利用视差测距原理和摄像机的成像模型,推导空间点P的三维立体坐标。将世界坐标系与左摄像机坐标系重合,记为O-zyq右摄像机坐标系记为or-xryTzr;在左图像坐标系0丨-X.51中,左像点的图像坐标为(而,>1);在右图像坐标系认_中,右像点的图像坐标为(Xr,Yr);fufr分别为左右摄像机的焦距。rir2r3tx旋转矩阵r4r5r6,平移向量r=tyr7rsr9tz空间点P在世界坐标系O-xyz中的坐标可表示为x-zXiffiV=zYi/fiz_fljfrtxXTtz)_Xr(r7Xi+r8Yi+fir9)-fr(nXi+r2Y+fir3)f{frty-YTtz)YT(r7Xi+r8li+firg)-fr(r4Xi+r5Yi+/ir6)(1)从公式(1)中可以看出,确定空间点P的世界坐标,关键是要找到空间点P在左右摄像机上像点Pi、奸的位置。3.2双目视

参考文献

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