Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Automatisierte Inspektion

01.12.2009
Robotereinsatz erhöhnt den Durchsatz in der Solarzellenproduktion

Obwohl die Nachfrage nach Solarprodukten rasant steigt, ist die Herstellung von Strom mit Solarzellen noch immer teurer als die Stromproduktion mit fossilen Brennstoffen. Allerdings rückt die sehnsüchtig erwartetet Grid Parity nicht zuletzt dank immer wirtschaftlicherer Produktionsmethoden allmählich näher. Die Photovoltaik-Hersteller stehen unter enormem Kosten- und Innovationsdruck. Nur wer die neuesten Technologien umsetzt, kann am Markt bestehen.

Wie in vielen anderen Bereichen auch, ist der Trend zur Automatisierung in der Photovoltaikindustrie nicht mehr aufzuhalten. "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 Joachim Melis, Geschäftsführer von Adept Technology.

Das Unternehmen arbeitet mit verschiedenen Solarzellen-Herstellern zusammen. Das Zusammenspiel eines Adept-Quattro 650H-Roboters mit der Bildverarbeitung Adeptsight ermöglicht es den Herstellern, verschiedene Schritte im Herstellungsprozess zu automatisieren. Im Folgenden werden anhand verschiedener Produktionsschritte die Möglichkeiten der Automatisierung aufgezeigt.

Das automatisierte Inspektionssystem setzt im vorletzten Schritt des Herstellungsprozesses von Solarzellen ein. Die Siliziumscheiben haben bereits 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 zahlt es sich aus, das Raster zu untersuchen und die Wafer, die Druckfehler aufweisen, zu recyceln und das Raster neu aufzubringen. Gleichzeitig können Risse, Verunreinigungen und andere Mängel im Wafer ermittelt werden. Dazu wird das Robtotersystem zwischen der Siebdruckstation und dem Brennofen für den Elektrodendruck installiert.

Die Wafer können sich während der Inspektion ungehindert auf dem Transportband bewegen. Die verwendete hochauflösende Kamera ist an den Bildverarbeitungscontroller Smart-Vision EX von Adept angeschlossen, einem PC-basierten Bildverarbeitungscontroller, auf dem die Adept-Bildverarbeitungssoftware Adeptsight ausgeführt wird. Diese enthält alle notwendigen Algorithmen für die 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 Gig-E-Verbindung in den Bildverarbeitungscontroller hochgeladen. Das Schwellenwertverfahren und die Konturenerkennung heben die Kontur des Wafers sowie die Siebdruckelektroden hervor. Die Inspektionsaufgaben des Robotersystems 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. Und die Algorithmen zur Rastererkennung suchen nach allem, was ungewöhnlich ist - beispielsweise Risse oder unterbrochene Tintenlinien. Lineare Messalgorithmen überprüfen die einwandfreie Positionierung des Tintenrasters, das vorhanden sein sollte.

Der Roboter muss bei der Inspektion mit der Kamera genau erkennen, wie die Wafer auf dem Band liegen. Das integrierte Bildverarbeitungsprogramm Adeptsight ermittelt die exakte Ausrichtung des Wafers. Der Adept-Smartcontroller setzt diese Informationen via Fire-Wire-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 Wafer, die verschiedene, nicht korrigierbare Mängel aufweisen, wie abgeplatzte Kanten und Ränder sowie Risse. 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 Adept Quattro s650H ist ein Roboter mit neuartiger Kinematik, die speziell für High-Speed-Verpackung und Materialhandling entwickelt wurde. Er ist weltweit der einzige Roboter mit Vier-Arm-Design und erreicht so eine extrem hohe Geschwindigkeit und Beschleunigung über den gesamten Arbeitsbereich.

Der rotierende Freiheitsgrad wird durch Schultergelenke in der Basiseinheit ermöglicht, durch die die vier Arme des Roboters relativ zueinander bewegt werden können.

Als weitere Abweichung von der herkömmlichen Praxis bei der Materialhandhabung durch Roboter verwendet die Konstruktion von Adept anstelle der üblichen Sauggreif-Technologie eine sanftere Methode zum Aufnehmen und Bewegen von Wafern - basierend auf dem Bernoulli-Prinzip. Bei Sauggreifern wird ein Vakuum erzeugt, um den Wafer an einen Elastomer-Saugnapf anzusaugen. Die Reibung zwischen den Saugnapflippen und dem Wafer erzeugt dann die Kraft, die zum Bewegen des Wafers erforderlich ist.

Das Bernoulli-Prinzip zeigt hingegen, wie man den positiven Luftdruck nutzen kann, um einen Wafer eng an eine flache Platte anzusaugen, ohne dass dieser dabei aber 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. Sauggreifer verursachen eine punktuelle Belastung um die Ansaugöffnung herum, wohingegen die Bernoulli-Greifer die Belastung auf die ganze Greifplatte verteilen. Dieses Phänomen verringert wesentlich den maximalen Belastungsgrad im Wafer und folglich das Auftreten nachfolgender Brüche.

Die Vorteile einer automatisierten Inspektion sind vielfältig. "In der Vergangenheit verließen sich Hersteller bei der Qualitätssicherung auf die manuelle Inspektion ihrer Mitarbeiter. In verschiedenen Arbeitsschritten waren es mehrere Personen, die die Wafer überprüft haben", so Uwe Siekmann, Applikationsingenieur bei Adept Technology. Während eine manuelle Inspektion nicht immer einheitliche Ergebnisse liefert, ermöglicht eine automatisierte Inspektion mit Roboter und Bildverarbeitung eine bessere Qualität bei einer höheren Geschwindigkeit und gleichzeitiger Reduzierung der Material- und Fixkosten.

Rüdiger Winter | handling
Weitere Informationen:
http://www.handling.de/xist4c/web/Automatisierte-Inspektion_id_882__dId_472900_.htm

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht 3D-Druck von Metallen: Neue Legierung ermöglicht Druck von sicheren Stahl-Produkten
23.01.2018 | Universität Kassel

nachricht Luftturbulenzen durch Flugzeuge bald beherrschbar
08.12.2017 | Universität Rostock

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Lebensrettende Mikrobläschen

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

3D-Druck von Metallen: Neue Legierung ermöglicht Druck von sicheren Stahl-Produkten

23.01.2018 | Maschinenbau

CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics