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System zur Vermessung von Solarzellen eignet sich auch für schwierige Oberflächen

Verbiegung und Dicke von Solarzellen optisch messen

10. September 2010, 18:33 Uhr | Andreas Knoll

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Stark lichtabsorbierende Materialien zuverlässig vermessen

»Die Messung der Verbiegung ist relativ unproblematisch, weil die Unterseite der Solarzellen für die Messung ausreichend viel Licht reflektiert«, erläutert Peter Handschack, Geschäftsführer von Graphikon. »Schwierig ist dagegen die Dickenmessung. Hier muss auch noch der Abstand von oben gemessen und die Differenz aus beiden Werten gebildet werden.« Das Problematische dabei sei, dass gute Solarzellen das meiste Licht des Sensors absorbieren: »Hier haben wir verschiedene Messverfahren geprüft«, sagt Handschack. »Entschieden haben wir uns dann für die optische Messung mittels Sensoren der Baureihe ZS-HLDC von Omron.«

Die Sensoren arbeiten auf Basis von 2D-CMOS-Technik und sind für anspruchsvolle Messaufgaben konzipiert. Damit auch bei Standardeinstellungen eines Sensors Fehler in der Dicke sicher erkannt werden können, passt das System die Intensität automatisch an. So lässt sich in der Anlage nun die Dicke der Solarzellen mit einer Genauigkeit von 10 µm messen.

Dazu werden die Sensorköpfe der ZS-H-Serie mit den zugehörigen Controllern kombiniert, die die Vorauswertung der Messsignale übernehmen und diese an den angeschlossenen PC übermitteln. »Die Messergebnisse der Dicke und Verbiegung stehen dann auch für die weitere Qualitätssicherung bereit«, verdeutlicht Handschack. »Wenn wir mit einer Kamera die Außenmaße oder das Druckbild der Solarzellen vermessen wollen, müssen wir den Abstand der Zelle zur Kamera kennen.« Und der verändere sich ja mit der Verbiegung der Zelle. »Stehen die Verbiegungswerte aber zur Verfügung, kann man die Messergebnisse einfach normieren«, führt Handschack aus. »Außerdem lassen sich mit dem System Tendenzen erkennen: Anwender können etwa bei kontinuierlicher Verschlechterung in die Fertigung eingreifen.«

Für solche und andere anspruchsvolle Messaufgaben sind die Sensoren der Baureihe ZS-HLDC ausgelegt. Die ZS-H-Serie besteht aus verschiedenen Sensorköpfen und Controllern für die dynamische Erfassung von Oberflächen aller Art. Sie umfasst Sensorköpfe mit bis zu 2000 mm Tastweite. Mit anderen Varianten lässt sich eine Präzision von 0,25 µm bei einer Linearität von 0,05 Prozent erreichen. Dank modular erweiterbarem Plattformkonzept sind bis zu neun Sensoren kombinierbar. Anwendung, Installation und Wartung sind für alle Benutzerebenen bewusst einfach gehalten. Die Multitasking-Fähigkeit der Controller erlaubt es, gleichzeitig bis zu vier Messmethoden auszuführen, etwa Stufenmessung, Messung der Ebenheit oder Exzentrizität.

In Qualitätssicherungsanlagen für Solarzellen vermessen sechs Sensorköpfe, also jeweils drei Sensorpaare, die Dicke und Verbiegung. Jeder dieser Sensoren ist mit einem scheckkartengroßen, volldigitalen Sensor-Controller kombiniert, der die aktuell gemessenen Daten anzeigt. Mit dem Sensor-Controller vermag der Anwender auch die Abstandssensoren entsprechend der jeweiligen Applikation zu parametrieren. Über USB- oder RS-232-Schnittstelle können die Sensordaten dann an einen externen PC übertragen werden. Bei Bedarf lassen sich die Messdaten aller Sensor-Controller über einen speziellen High-Speed-Bus an einen ZS-MDC-Multi-Controller transferieren, der die einzelnen Messwerte miteinander verrechnet und diese Daten an den in der Anlage eingebauten Industrie-PC zum Speichern übergibt. Der Multi-Controller bietet standardmäßig »Messwerkzeuge« zur Höhenmessung, Stufen- und Zwischenraummessung, Dickenmessung, Messung der Ebenheit (Minimum und Maximum), Mittelwertmessung, Messung der Exzentrizität als Berg-Tal-Wert sowie Messung von Verzug und Planarität. Insgesamt können Anwender bis zu neun Sensorköpfe an den Multi-Controller anschließen.

Weil für die Sensoren auch Messungen bei verschiedenen Farben oder Helligkeiten unproblematisch sind, eignen sie sich auch für andere schwierige Messaufgaben wie die Detektion von Leiterplatten, Kunststoffen, schwarzem Gummi und transparenten oder stark spiegelnden Objekten. Der Anwender muss dazu lediglich am Sensor-Controller den entsprechenden Oberflächentyp auswählen. Das intelligente Sensorkonzept stellt dann alle Parameter entsprechend der Anwendung selbstständig ein.