一种基于显微图像的激光栅线成形质量自动检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于显微图像的激光栅线成形质量自动检测方法，包括：获取测量数据：进行激光栅线成形工艺试验，由三维形貌测量工具获取栅线表面高度数据并存储为数字量；提出测量指标：等效遮挡宽度、等效导电面积、无量纲的等效高宽比；编写计算机程序实现测量指标的自动测量。依据本发明专利技术可快速检测栅线成形质量是否合格或者符合预期，对工艺参数探索优化及激光栅线成形技术的工程应用均有较大意义。光栅线成形技术的工程应用均有较大意义。光栅线成形技术的工程应用均有较大意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于显微图像的激光栅线成形质量自动检测方法


[0001]本专利技术属于激光栅线成形领域，具体涉及一种基于显微图像的激光栅线成形质量自动检测方法。

技术介绍

[0002]激光转印技术是一种新型的非接触式的印刷技术，该技术主要指在特定载体上涂覆所需材料，采用高功率密度激光扫描指定轨迹，将材料从载体转移至受体的技术。
[0003]在光伏电池栅线成形方面，主要包括激光图形转印技术(Pattern Transfer Printing,PTP)、激光诱导前向转移(laser
‑
induced forward transfer,LIFT)等。上述均可成型出较为连续均匀的光伏电池电极栅线。
[0004]在现有的在光伏电池栅线成形技术中，丝网印刷技术仍占主导地位。而高度、宽度、高宽比是传统的衡量栅线成形质量的指标。但上述指标存在标准不统一、测量步骤繁琐、依赖人工、测量主观性强、测量数据不能完全反应线性质量的问题。
[0005]中国专利申请CN201110399370.3(太阳能电池片栅线特性检测仪)公开了一种栅线检测的硬件设备，侧重于设备的搭建，未说明具体方法及理论依据；中国专利申请CN201110428486.5(一种评价晶硅太阳能电池片副栅线高宽比的方法)虽然考虑到用栅线宽度表征栅线成形的质量，但未给出自动化测量方法，无法解决人工干预、主观性强的缺点；中国专利申请CN201910597052.4(一种太阳能电池片栅线粗细异常的检测方法、装置及设备)给出了一种测量栅线质量的方法及设备，主要面向太阳能电池片整体的检测，引用了栅线宽度的概念，但没有给出可量化的栅线宽度的自动化测量方法；中国专利申请CN202011232285.3(硅晶体太阳能电池电极栅线印刷性评价方法及其应用)提出了栅线截面积和印刷饱满度的概念，但仅给出了计算公式，没有给出一种可行的测量算法，并且公式依赖于线宽、线高等传统测量指标，仍无法解决人工干预、主观性强的缺点。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于显微图像的激光栅线成形质量自动检测方法，摒弃了线宽、线高等概念模糊、主观性强、测量误差较大的概念，在区域平均等效的思想上，利用显微成像技术与计算机程序，提出了等效遮挡宽度(单位为μm)、等效导电面积(单位μm2)、无量纲的等效高宽比三个可量化的评价指标来衡量栅线成形质量。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于显微图像的激光栅线成形质量自动检测方法，包括如下步骤：
[0009]S100、获取测量数据：进行激光栅线成形工艺试验，由三维形貌测量工具获取栅线表面高度数据并存储为数字量；
[0010]S200、提出测量指标：从测量数据中提出三个可量化的指标：等效遮挡宽度，单位为μm、等效导电面积，单位为μm2、无量纲的等效高宽比；
[0011]S300、进行测量指标的自动测量，全流程处理速度<1s。
[0012]进一步地，所述S100包括：
[0013]S101、针对栅线的成形要求，选用匹配的激光栅线成形工艺参数，在基材上成形出所需的栅线；
[0014]S102、使用可输出数字图像信号的三维形貌测量工具，视场大小设定为1024*1024pixels；移动被测量栅线的位置，使其清晰地处在视场正中并矫正、校平；
[0015]S103、调整测量工具的放大倍率，使观察的激光栅线显示宽度处于256～512pixels范围内，使基平面显示宽度处于512～768pixels范围内；
[0016]S104、获取视场内表面高度数据H0(i，j)，并记录放大倍数k与最大高度h
max
；H0(i，j)为1024*1024的矩阵，内部元素单位为μm，其中i和j为图像两个方向的索引，取值均为1～1024；k的单位为pixel/μm；h
max
为H0(i，j)内元素的最大值，单位为μm；
[0017]S105、归一化的高度数据H(i，j)以公式H(i，j)＝255*(H0(i，j)/h
max
)计算并取整，取值为0～255，以无符号整形即uint8的形式存储为1024*1024的矩阵；在数据存储时采用无损压缩算法进一步压缩数据。
[0018]进一步地，所述S200包括：
[0019]S201、选取遮挡宽度作为测量栅线宽度的基准；
[0020]S202、定义等效遮挡宽度w，单位为μm，包括：
[0021]理想状态下，在基底平面上做一垂直于栅线的直线，与成形的栅线相交，形成一直线段，定义此直线段为遮挡宽度w0，单位为μm；在采样点前后各取长度为m的栅线段进行计算，即取样总长为2m+1，取其遮挡宽度的平均值定义为等效遮挡宽度w；
[0022]S203、定义等效导电面积a，单位为μm2，包括：
[0023]做一垂直于栅线并且垂直于基底的平面，与成形的栅线相交，形成一轮廓曲线段，此曲线段与S202中的所述直线段形成一闭合图形，定义此闭合图形的面积为导电面积a0，单位为μm2；取一长度为2m+1的栅线段，取其导电面积的平均值定义为等效导电面积a；
[0024]S204、定义等效高宽比r，包括：
[0025]将S203中的等效导电面积a除以S202中的等效遮挡宽度w的平方，得到一个无量纲的等效高宽比r，用于反应栅线的形状：
[0026][0027]进一步地，所述S300包括：
[0028]S301、对取样长度m与计算位置x进行选取：
[0029]在归一化的高度数据H(i,j)中，将i方向定义为栅线方向，j方向为与其垂直的方向；x为计算点的i坐标，取值范围为(m+1,1024
‑
m)；
[0030]S302、计算等效遮挡宽度w，单位为μm：
[0031]其中，i∈(x
‑
m,x+m),j∈(x
‑
m,x+m)；
[0032]H1(i,j)为计算等效遮挡宽度w的中间参数，数值意义为被栅线遮挡的区域记为1，未遮挡区域记为0，公式可表达为：
[0033][0034]S303、计算等效导电面积a，单位为μm2：
[0035]其中，i∈(x
‑
m,x+m),i>0,
[0036]S304、计算无量纲的等效高宽比r:
[0037][0038]S305、取m为12，计算S302～S304中w(x)、a(x)、r(x)的方差，定义为w
s
、a
s
、r
s
；在w(x)、a(x)、r(x)分布符合3σ规则时，测量数据有效；当不符合3σ规则时，表明测量误差太大或者栅线不均匀连续，重新测量或者判断样品不合格；
[0039]S306、判断数据有效性后，将采样范围内的等效遮挡宽度w、等效导电面积a、无量纲的等效高宽比r作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于显微图像的激光栅线成形质量自动检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S100、获取测量数据：进行激光栅线成形工艺试验，由三维形貌测量工具获取栅线表面高度数据并存储为数字量；S200、提出测量指标：从测量数据中提出三个可量化的指标：等效遮挡宽度，单位为μm、等效导电面积，单位为μm2、无量纲的等效高宽比；S300、进行测量指标的自动测量，全流程处理速度<1s。2.根据权利要求1所述的一种基于显微图像的激光栅线成形质量自动检测方法，其特征在于，所述S100包括：S101、针对栅线的成形要求，选用匹配的激光栅线成形工艺参数，在基材上成形出所需的栅线；S102、使用可输出数字图像信号的三维形貌测量工具，视场大小设定为1024*1024pixels；移动被测量栅线的位置，使其清晰地处在视场正中并矫正、校平；S103、调整测量工具的放大倍率，使观察的激光栅线显示宽度处于256～512pixels范围内，使基平面显示宽度处于512～768pixels范围内；S104、获取视场内表面高度数据H0i,j，并记录放大倍数k与最大高度h
max
；H0i,j为1024*1024的矩阵，内部元素单位为μm，其中i和j为图像两个方向的索引，取值均为1～1024；k的单位为pixel/μm；h
max
为H0i,j内元素的最大值，单位为μm；S105、归一化的高度数据H(i,j以公式H(i,j)＝255*(H0(i,j)/h
max
)计算并取整,取值为0～255，以无符号整形即uint8的形式存储为1024*1024的矩阵；在数据存储时采用无损压缩算法进一步压缩数据。3.根据权利要求2所述的一种基于显微图像的激光栅线成形质量自动检测方法，其特征在于，所述S200包括：S201、选取遮挡宽度作为测量栅线宽度的基准；S202、定义等效遮挡宽度w，单位为μm，包括：理想状态下，在基底平面上做一垂直于栅线的直线，与成形的栅线相交，形成一直线段，定义此直线段为遮挡宽度w0，单位为μm；在采样点前后各取长度为m的栅线段进行计算，即取样总长为2m+1，取其遮挡宽度的平均值定义为等...

【专利技术属性】
技术研发人员：田崇鑫，于玉翠，李少霞，虞钢，何秀丽，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：