Dieses Konzept verwendet auch die SensoPart Industriesensorik GmbH bei ihren Bildverarbeitungslösungen, die für die Photovoltaik entwickelt wurden. Einerseits verlangt der Kostendruck, unter dem die Branche steht, nach einfach zu integrierenden Lösungen, um die typischen Anwendungsfälle abzudecken. Andererseits führen Sonderwünsche beispielsweise nach besonders kurzen Zykluszeiten oder Anpassungen an bestimmte Maschinenkonzepte zu flexiblen Systemen mit vielen Freiheitsgraden für den Maschinenbauer. Wie an einigen Beispielen erläutert wird, profitieren die Maschinenbauer von der Skalierbarkeit des Baukastens, der auf zuverlässigen Grundfunktionen basiert und bedarfsgerecht durch Bibliotheken umfangreicher Sonderfunktionen ergänzt werden kann. Kontrolle während des Prozesses Bei der Produktion von Siliziumsolarzellen sind zahlreiche Prozess- und Handlingschritte erforderlich, um aus hellgrauen Wafern Module aus blauen metallisierten und verlöteten Zellen zu gewinnen. Da das Material sowohl spröde als auch mit typischerweise nur 0,14mm Materialstärke sehr dünn ist, muss nach jedem Prozessschritt überprüft werden, ob es zu Ausbrüchen des Materials kam. Denn diese wachsen später zwangsläufig zu einem kompletten Bruch der Zelle aus. Sinnvollerweise wird diese Ausbruchskontrolle in den Handlingschritt integriert, der das schadhafte Material gleich aussondert. Die grundlegende Messaufgabe besteht also aus einer Positionserfassung und einer Ausbruchskontrolle der Zelle. Hierfür wurde mit dem Visor V10 Solar ein Vision-Sensor entwickelt, der diese Grundfunktion selbstständig erledigt. Voraussetzungen für Zuverlässigkeit Neben Kamerachip und Mikroprozessor wurde eine so leistungsstarke Beleuchtung integriert, dass sogar im Tageslicht die Messungen ohne optische Abschirmung erfolgen. Der Arbeitsabstand von nur 350mm ermöglicht eine kompakte Auslegung der Maschine. Im Betrieb nutzt der Sensor seine automatische Anpassung an die Form der Zellen ohne Einlernen. Das ist unabhängig davon, ob monokristallines Material mit gerundeten Ecken oder quadratisches polykristallines Material prozessiert wird. Die Kamera bewertet entsprechend der jeweiligen Einstellung nach Anzahl, Tiefe und Form der Ausbrüche das Material als gut oder schlecht. Auflösung setzt Grenzen Gelegentlich gelangt auch diese Lösung an ihre Grenzen. Die meisten Anwender verwenden als Toleranzschwelle für einen Ausbruch eine Größe um 1mm, wobei der Sensor sogar 0,7mm unterstützt. Soll jedoch die exakte Vermessung aller Ausbrüche als Prozesskennzahl verfolgt werden, so ist zwangsläufig eine deutlich höhere Auflösung und eine schnellere Prozessierung des erhöhten Datenvolumens erforderlich. Dies leistet die PC Software Solar Cell Inspection, die mit marktüblichen GigE-Kameras und externen Beleuchtungen arbeitet. Mit dem Übergang auf Solar Cell Inspection sind neben den zuvor beschriebenen Grundfunktionen viele Sonderfunktionen verfügbar. 3D-Messungen liefern einen Aufschluss über Brüche im Material. Die zuvor erwähnten Fasen und deren Krümmungsradien werden ermittelt, die Druckkontrolle, Finger- und Busbarvermessung seien als weitere wesentliche Zusatzfunktionen genannt. Für den Maschinenbauer ist es wichtig, projektorientiert zwischen verschiedenen Leistungs- und Preisklassen wählen zu können und sich dabei stets auf die Zuverlässigkeit der erprobten Algorithmen verlassen zu können. Data-Matrix-Code in der Produktion Im Rahmen der SEMI \’PV Wafer Traceability Task Force\‘ wird derzeit die Einführung von Data-Matrix-Code-Lesern in der Solarzellen- und Modulproduktion vorangetrieben. Der Code wird in der Waferinspektion, dem ersten Prozessschritt, durch Laser aufgebracht und verändert wie auch der übrige Wafer in den folgenden Prozessschritten zur Zelle sein Aussehen erheblich. Im Laufe der Prozessfolge kann der Code kontrastschwach werden. Da die Solarzelle für einen hohen Wirkungsgrad dahin gehend optimiert wird, möglichst viel Licht zu absorbieren, ist die Signalstärke naturgemäß gering. Um auf allen Prozessstufen hohe Leseraten zu erzielen, verlangen die Produktionsleiter üblicherweise einheitliche Algorithmen, auf die die Kameras und gegebenenfalls der Markierprozess optimiert werden können. Auch die Betreuung des Geräteparks vereinfacht sich bei einheitlichen Algorithmen und Einstellparametern. Doch in den unterschiedlichen Prozessstufen kommen meist unterschiedliche Konzepte zum Einsatz: In manchen Anlagen erfolgt die Bildverarbeitung durch Vision-Sensoren oder Smart Cameras, in anderen durch PC-basierte Lösungen. Daher umfasst das Angebot von SensoPart Produktlösungen, die zu beiden Architekturen passen und bietet dem Anwender die freie Wahl. Der Vision-Sensor Visor V10 Code Reader Solar erfasst bis zu vier Data-Matrix-Codes in einem Sichtfeld von 14x14mm. Die bereits zuvor vorgestellte PC Software Solar Cell Inspection kann mit gleichen Algorithmen des Visionsensors erweitert oder als reiner Codeleser genutzt werden. Auch auf Sensoren zur Triggerung wie die 21mm kleine Lichtschranke F10 mit Hintergrundausblendung kann der Anwender zurückgreifen. Durchgängige Konzepte Die Durchgängigkeit der Konzepte war auch das Leitmotiv bei der Entwicklung der auf die Anforderung in Stringern zugeschnittenen Software Solar String Inspection. Die Software nutzt das gleiche Bedien- und Anzeigekonzept wie \’Solar Cell Inspection\‘. Im Fokus steht die Vermessung von Zellen, Busbars, Lötbändchen und deren Lage zueinander. Täglich wird mit dieser Software die Verschaltung von mehreren Hunderttausenden Zellen unterstützt. Das Expertensystem bietet über 100 Funktionen der Bildverarbeitung und -auswertung für den Linieningenieur. Die Einbindung der Funktionen durch den Maschinenbauer wird wesentlich durch die darauf bereits abgestimmten GUI-Bausteine unterstützt. Jede Funktion besitzt einen Eingangs- und Ausgangsbereich. Somit können auch leicht Ergebnisse von Funktionen miteinander verknüpft werden. Da die Software selbst in dieser Form erstellt wurde und dem Anwender als offenes System vorliegt, kann er diese leicht auf die eigenen Bedürfnisse anpassen oder spezielle Projekte umsetzen. Die angepassten oder neu zusammengestellten Bildverarbeitungsschritte werden als ein Task im XML-Format abgelegt. Die Parameter und die dazugehörigen Toleranzen werden als Rezept ebenfalls im XML-Format verwaltet. Ein Wechsel des Rezeptes wie er beispielsweise bei dem Übergang von monokristallinem zu multikristallinem Material erforderlich sein kann, erfolgt durch einfachstes Laden der XML-Datei. Die Abbildungen der Bedienoberfläche für den Prozessingenieur zeigt die klare übersichtliche Struktur für die Definition der Bildverarbeitung und die Mächtigkeit der verfügbaren Werkzeuge. Für den Bediener empfehlen sich einfache Visualisierungen und Anzeige der aktuellen Einträge der Log-Datei. Erfolgreiche Konzepte nutzen Heute profitiert die Solarindustrie stark von der intelligenten, angepassten Übernahme von erfolgreichen Konzepten der Automobil- wie auch der Halbleiterindustrie. Bei der Dynamik, die die Automatisierung der Photovoltaikindustrie entfaltet, dürfen wir gespannt sein, wann diese Industrien ihre Konzepte an die der Solarindustrie anlehnen werden. Vision 2011: Halle 6, Stand D18
SensoPart Industriesensorik GmbH
