Solarzelleninspektion

Roboter suchen die Fehler

Automatisierte Inspektion bei Solarzellen-Produktion
Roboterstationen zur Wafer-Handhabung verwenden Greifsysteme, die auf dem Bernoulli-Prinzip basieren, um die Wafer nach der Inspektion anzuheben. Sie verteilen die Belastung auf die ganze Greifplatte.
Um Preisparität bei der Stromproduktion zu erreichen müssen Solarzellenhersteller weiter an der Kostenschraube drehen. Die automatisierte Fehlersuche bei der Solarzellenproduktion ist ein weiterer Schritt.

Die Photovoltaik-Hersteller stehen unter Kosten- und Innovationsdruck. „Die Automatisierungstechnik ermöglicht es den Herstellern, die Erträge zu steigern und Kosten zu senken. Außerdem produzieren Solarhersteller in größeren Betriebsstätten, so dass eine Automatisierung heute unumgänglich ist“, sagt Adept-Geschäftsführer Joachim Melis. Das Zusammenspiel eines Adept Quattro s650H Roboters mit der Bildverarbeitung AdeptSight ermöglicht es den Herstellern, verschiedene Schritte im Herstellungsprozess zu automatisieren.

Ein automatisiertes Inspektionssystem befindet sich zwischen der Siebdruckstation und dem Brennofen für den Elektrodendruck. Das ist der vorletzte Schritt im Herstellungsprozess. Die Siliziumscheiben haben mehrere Dünnschicht-Beschichtungsverfahren durchlaufen, damit deren Wirkungsgrad beim Umwandeln von Sonnenlicht in elektrische Energie möglichst hoch ist. Beim Drucken wird ein Raster von Elektroden mit leitfähiger Tinte aufgebracht. In dieser Phase lohnt es sich, das Raster zu untersuchen und die Wafer, die Druckfehler aufweisen, zu recyceln und das Raster neu aufzubringen.

Anzeige

Gleichzeitig können Risse, Verunreinigungen und andere Mängel im Wafer ermittelt werden. Dadurch kann der Lichtschutz das Eindringen des meisten Umgebungslichts verhindern, während sich die Wafer ungehindert auf dem Transportband bewegen können. Die LED-Leuchtenreihen sind so positioniert, dass der Lichtschutz das Eindringen des meisten Umgebungslichts verhindert und die Spiegelreflexionen von den Wafer-Oberflächen nicht in die Kameraöffnung gelangen können, sondern durch die Innenoberfläche des Lichtschutzes absorbiert werden. Die Wafer können sich während der Inspektion ungehindert auf dem Transportband bewegen.

Die verwendete hochauflösende Kamera ist an den Bildverarbeitungscontroller SmartVision EX von Adept angeschlossen, einem PC-basierten Bildverarbeitungscontroller, auf dem die Bildverarbeitungssoftware AdeptSight ausgeführt wird. Sie enthält alle notwendigen Algorithmen für die hier geforderten Inspektionsanwendungen und führt gleichzeitig den Roboter auf der Suche nach einzelnen Wafern.

Die zweifachen Anforderungen – automatisierte Inspektion und Roboterführung – erfordern zwei verschiedene auf das gleiche Bild angewendete Analysealgorithmen. Wenn sich der Wafer mit dem Transportband bewegt, wird ein Bild mit der Kamera aufgenommen und über die GigE-Verbindung in den Bildverarbeitungscontroller zur weiteren Verarbeitung hochgeladen. Das Schwellenwertverfahren und die Konturenerkennung heben die Kontur des Wafers sowie die Siebdruckelektroden hervor.

Die Inspektionsaufgaben

Inspektionsaufgaben können in drei Bereiche unterteilt werden: Druckinspektion, Inspektion auf Abplatzungen und Rastererkennung. Die Druckinspektion gewährleistet, dass die Elektrodenkanten glatt sind, das richtige Raster bilden und einwandfrei mit den Waferkanten ausgerichtet sind. Die Inspektion auf Abplatzungen stellt sicher, dass die Waferkontur nicht von der korrekten Größe und Form abweicht: Alle Kanten müssen gerade und die Abmessungen und Fassungen der Ecken korrekt sein. Risse sehen wie belanglose unregelmäßige Linien aus, die durch Kontrastverstärkung und Schwellenwertverfahren hervorgehoben werden. Die Algorithmen zur Rastererkennung suchen nach allem, was ungewöhnlich ist, wie Risse oder unterbrochene Tintenlinien. Lineare Messalgorithmen überprüfen die einwandfreie Positionierung des Tintenrasters, das vorhanden sein sollte.

Die Anforderungen an den Roboter sind prinzipiell einfach. Er muss mit der Kamera genau erkennen, wie die Wafer auf dem Band liegen. Das integrierte Bildverarbeitungsprogramm ermittelt die exakte Ausrichtung des Wafers. Der SmartController setzt diese Informationen via FireWire-Schnittstelle in ein gedrehtes Koordinatensystem um, das mit den Kanten des Wafers ausgerichtet ist. Der Controller des Bildverarbeitungsprogramms klassifiziert die Zellen und sortiert die ausgemusterten Wafer in verschiedene Behälter.
Es gibt Wafer, die gereinigt und wiederverwertet werden können und solche, die verschiedene, nicht korrigierbare Mängel aufweisen, etwa abgeplatzte Kanten und Ränder sowie Risse. Da die verschiedenen Mängel unterschiedliche Ursachen haben, ist das Sortieren entsprechend dem Mangeltyp hilfreich bei der kontinuierlichen Prozessverbesserung.

Wafer-Handling abgestimmt

Die Wafer-Handling-Station, die nach der Inspektion folgt, verwendet einen Adept Quattro-Roboter und stimmt sich mit dem Bildverarbeitungssystem ab, um sowohl die Inspektion als auch das Handling der Wafer zu automatisieren. Der Quattro s650H hat eine neuartige Kinematik, die speziell für High-Speed Verpackung und Materialhandling entwickelt wurde. Er ist weltweit der einzige Roboter mit Vier-Arm-Design und erreicht eine hohe Geschwindigkeit und Beschleunigung über den gesamten Arbeitsbereich.

Als weitere Abweichung von der herkömmlichen Praxis bei der Materialhandhabung durch Roboter verwendet die Konstruktion das Bernoulli-Prinzip. Es zeigt, wie man den positiven Luftdruck nutzen kann, um einen Wafer eng an eine flache Platte anzusaugen, ohne dass dieser dabei die Platte berührt. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die durch eine enge Spalte zwischen den Greifplatten und dem Wafer strömen muss, muss sich erhöhen, damit die Luft entweichen kann. Außerhalb des Spalts verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft bis auf null. Demnach muss der Luftdruck in dem Spalt viel niedriger sein als der Umgebungsdruck. Der Umgebungsdruck presst den Wafer eng an die Platte, jedoch ohne dass dieser die Platte berührt.

Da manuelle Inspektion nicht immer einheitlich ist – manche mustern mehr Zellen aus als notwendig, und andere lassen Zellen passieren, die eigentlich ausgemustert werden müssen – ermöglicht eine automatisierte Inspektion mit Roboter und Bildverarbeitung eine bessere Qualität mit einer höheren Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Material- und Fixkosten. Mit dem Einsatz eines Bildverarbeitungsprogramms können Eigenschaften wie Länge und Breite von Wafern millimetergenau erkannt oder Risse am Wafer erfasst werden.

Rüdiger Winter/bw

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Meinung

Der Kampf um die Fachkräfte

Das Angebot an Mitarbeitern bleibt eng im Robotermarkt. Die stählernen Arbeitstiere boomen weltweit. Da reißen sich Roboterhersteller, Integratoren und Anwender um die rar gesäten, qualifizierten Jobsuchenden.

mehr...

Sicherheitszuhaltungen

Sicher verschlossen

Schmersal bietet eine neue Generation von Sicherheitszuhaltungen und -sensoren auf RFID-Basis an, die auch nichtsichere Informationen wie Statusdaten oder Fehlermeldungen weitergeben können. So können RFID-Sicherheitssensoren, die die Stellung von...

mehr...
Anzeige

Greifer

Ohne Ecken – aber mit Kanten

GMP Basisgreifer von Gimatic für medizintechnische Anwendungen. Die Medizintechnik wird in den nächsten Jahren aufgrund der wachsenden Weltbevölkerung und zunehmenden Globalisierung mehr und mehr automatisiert werden.

mehr...

Meinung

Roboter der Zukunft,

liebe Leserinnen und Leser, haben neue Sicherheitseinrichtungen in Hard- und Software, mehr Tragkraft, größere Reichweiten und entwickeln sich zu „Cobots“ – also mit dem Werker kollaborierende Maschinen.

mehr...
Anzeige

Highlight der Woche

Trays oder KLTs direkt vom Bodenroller palettieren

Das Palettiersystem der SAST-Serie von Hirata ist besonders kompakt und benötigt nur eine geringe Standfläche. Es palettiert und depalettiert Trays oder KLTs direkt von handelsüblichen Bodenrollern.

Zum Highlight der Woche...
Anzeige

Highlight der Woche

Läger optimal planen
Die Planung staplerbedienter Palettenläger stellt eine große Herausforderung dar, gilt es doch, den Zielkonflikt aus Lagergröße bzw. Stellplatzanzahl, Umschlagleistung und Investitionsaufwand bestmöglich aufzulösen. Das Kompetenzzentrum Fabrikplanung der Hinterschwepfinger Gruppe unterstützt mittelständische Unternehmen bei der idealen Auslegung von staplerbedienten Lägern und Logistikzentren.

Zum Highlight der Woche...