CN102732958B - 多晶炉长晶速度自动测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多晶炉长晶速度自动测量装置及其测量方法，其中，多晶炉长晶速度自动测量装置包括用于与多晶炉中的晶锭接触的石英棒；驱动石英棒运动的驱动气缸；安装于所驱动装置上的位置传感器；安装于驱动装置与石英棒之间的第一压力传感器；对测量过程进行参数设定并显示测量结果的人机界面；分别与驱动装置、位置传感器、第一压力传感器和人机界面电连接，并控制驱动装置驱动石英棒上升或下降的PLC。同时，本发明还提供了基于多晶炉长晶速度自动测量装置的多晶炉长晶速度自动测量方法。装置和方法可以使测量人员得以解放，并且装置结构简单、操作便捷，提高了长晶速度的测量效率。

Description

多晶炉长晶速度自动测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量装置及其测量方法，特别是涉及一种在多晶炉长晶过程中，对多晶炉长晶速度进行自动测量的多晶炉长晶速度自动测量装置及基于所述的多晶炉长晶速度自动测量装置的多晶炉长晶速度自动测量方法。

背景技术

晶体生长速度是决定晶体均匀程度的重要因素之一，为了对其进行控制，通常需要对多晶炉内的晶锭高度进行测量，然后计算出长晶速度。如图1所示，目前，测量多晶炉长晶速度普遍是在测量人员2插拔石英棒3的同时，在石英棒3旁边竖立一个刻度尺1，由测量人员2对石英棒3的位置在刻度尺1上进行读数，通过对所读数值进行分析、计算，从而得出单位时间内石英棒3与坩埚7内的晶锭6接触的位置的变化值实现的。采用这种方法，需要测量人员频繁地到多晶炉的顶上对石英棒的位置在刻度尺上进行读数，并时刻关注石英棒的动向从而及时读取刻度尺上的数值，不仅测量人员的劳动强度大，而且测量准确度难以得到保证。

因此，需要一种能够使测量人员得以解放，并能够根据预定条件及时测定出石英棒位置变化数值的自动测量装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种能够使测量人员得以解放，并能够根据预定参数及时测定出石英棒位置变化数值的多晶炉长晶速度自动测量装置。

为了实现上述目的，本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量装置的技术方案如下：

一种多晶炉长晶速度自动测量装置，包括：

用于与多晶炉中的晶锭接触的石英棒；

用于驱动所述石英棒上下直线运动的驱动装置；

安装于所述驱动装置上，用于测量所述驱动装置的运行行程的位置传感器；

安装于所述驱动装置与所述石英棒之间，用于判断所述石英棒是否与所述晶锭接触的第一压力传感器；

用于对测量过程进行参数设定并显示测量结果的人机界面；

分别与所述驱动装置、所述位置传感器、所述第一压力传感器和所述人机界面电连接，用于接收所述人机界面输入的参数以及所述位置传感器和所述压力传感器所采集的信号，并根据接收到的所述第一压力传感器的信号和人机界面输入的参数值控制所述驱动装置驱动所述石英棒上升或下降的PLC。

作为优选，所述驱动装置为电缸。

作为优选，所述人机界面是触摸屏。

作为优选，所述人机界面输入的参数包括测量周期和所述第一压力传感器的感应压力值。

作为优选，所述PLC内具有用于对接收到的来自所述位置传感器和所述第一压力传感器的信号进行计算分析，从而得到长晶速度的数值并将该数值显示于所述人机界面上的运算单元。

作为优选，所述驱动装置与所述石英棒之间还设有用于判断所述石英棒是否与所述晶锭接触的第二压力传感器。

作为进一步的优选，所述第二压力传感器的压力感应端与所述第一压力传感器的上表面连接。

另外，本发明的另一个目的是提供一种基于所述的多晶炉长晶速度自动测量装置的多晶炉长晶速度自动测量方法。

为了实现上述目的，本发明提供的一种基于所述的多晶炉长晶速度自动测量装置的多晶炉长晶速度自动测量方法，包括以下步骤：

1)首先通过所述人机界面向所述PLC输入所述多晶炉长晶速度自动测量装置的测量周期及第一压力传感器的感应压力值；

2)启动所述驱动装置，所述驱动装置带动所述石英棒从初始位置缓慢下降接近所述晶锭表面；

3)当所述石英棒接触到所述晶锭表面时，所述第一压力传感器向所述PLC发出信号，所述PLC控制所述驱动装置停止运行，同时所述位置传感器检测所述驱动装置此时的运行行程，并将检测到的信号传递给所述PLC，所述PLC对接收到的上述信号进行记录并通过所述人机界面进行显示；

4)所述驱动装置带动所述石英棒上升使所述石英棒向远离所述晶锭表面的方向运动至初始位置以便进行下一次测量；

5)经过一个所述测量周期后，重复步骤2)至4)；

6)根据所述PLC获取的相邻两个所述测量周期对应的所述位置传感器测量到的信号，计算出多晶炉的长晶速度值。

作为优选，在步骤1)中，还通过所述人机界面向所述PLC输入所述第二压力传感器的感应压力值；在步骤3)中，当所述石英棒接触到所述晶锭表面时，所述第二压力传感器向所述PLC发出信号。

作为优选，所述多晶炉长晶速度自动测量方法还包括利用所述PLC的运算单元对接收到的来自所述位置传感器和所述第一压力传感器和第二压力传感器的信号进行计算分析，从而得到长晶速度的数值并将该数值显示于所述人机界面上的步骤。

本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量装置及基于所述的多晶炉长晶速度自动测量装置的多晶炉长晶速度自动测量方法的有益效果在于：

第一，应用本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量装置无需测量人员频繁地到多晶炉的顶上对石英棒的位置在刻度尺上进行读数，使测量人员得以解放。

第二，由于所选用的人机界面是触摸屏，使得本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量装置的结构简单、操作便捷。

第三，由于PLC内具有用于对接收到的来自位置传感器和压力传感器的信号进行计算分析，从而得到长晶速度的数值并将该数值显示于人机界面上的运算单元，使得本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量装置能够直接由人机界面输出多晶炉的长晶速度的数值，从而省去了人工计算分析的步骤，提高了测量效率。

附图说明

图1为现有技术中对多晶炉长晶速度进行测量方式的示意图。

图2为应用本实用新型的多晶炉长晶速度自动测量装置对多晶炉长晶速度进行测量方式的示意图。

图3为本实用新型的多晶炉长晶速度自动测量装置的PLC控制原理框图。

图4为本实用新型的多晶炉长晶速度自动测量装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-刻度尺2-测量人员

3-石英棒4-液面

5-多晶炉6-晶锭

7-坩埚8-多晶炉长晶速度自动测量装置

9-固定装置10-导轨

11-滑块12-第一压力传感器

13-第二压力传感器14-PLC

15-触控屏16-信号线

17-固定连接件

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的实施方式。

如图2至图4所示，本实用新型提供的多晶炉长晶速度自动测量装置包括石英棒3、驱动装置、位置传感器和第一压力传感器12，其中，石英棒3竖直设置，其一端可与多晶炉5的坩埚7内的晶锭6接触；驱动装置用于带动石英棒3在上下方向上直线运动，在本实施例中，驱动装置采用电机驱动的电缸，如滚珠丝杆式电缸，电缸包括带电的导轨10和在导轨10上滑动的滑块11，电缸被固定装置9固定在多晶炉的顶部，其导轨10与所述石英棒3平行；位置传感器安装于驱动装置上，用于检测电缸的滑块11的行程，位置传感器采用安装在驱动电机上的编码器，以精确计算滑块的行走距离，采用编码器检测行程为本领域技术人员的常用技术手段，在此不多做赘述。另外，位置传感器也可采用常用的霍尔传感器、光栅传感器或其它常用的位置传感器；第一压力传感器12安装于电缸与石英棒3之间，所述第一压力传感器12通过固定连接件17与石英棒3连接，并且与PLC14通过信号线16连接，与石英棒3同步运动，当石英棒3的端部与晶锭6接触时，石英棒3端部受到的晶锭6的压力传至第一压力传感器12，第一压力传感器12感应该压力后向PLC14发出信号表示石英棒3与晶锭6接触，在本实施例中，第一压力传感器12采用常用的压电式传感器，当其受到压力时产生压电效应，从而发出电信号，第一压力传感器12亦可采用常用的压阻传感器或者应变式传感器；人机界面用于对测量过程进行参数设定并显示测量结果，在本实施例中，需要输入两次测量的时间间隔即测量周期及第一压力传感器12的感应压力值，当第一压力传感器12感应的压力达到设定的压力值时向PLC14发出信号；PLC14分别与驱动装置、位置传感器、压力传感器和人机界面电连接，用于接收由人机界面输入的参数以及来自位置传感器和第一压力传感器12所采集的信号，并根据接收到的第一压力传感器12的信号和由人机界面输入的参数值控制驱动装置带动石英棒3上升或下降，具体为：当PLC14接收到第一压力传感器12传输的信号后，使电缸停止运行，同时位置传感器将电缸的滑块11在此时的行程传输至PLC14，PLC14控制电缸的滑块11反向运行，带动石英棒3向上运动离开晶锭6，直至最上端的初始位置，经过一个设定的检测周期后，PLC14重新启动电缸，使电缸的滑块11带动石英棒3向下运动，重复以上步骤。由于滑块11与石英棒3是同步运动的，PLC14记录的滑块11的行程即石英棒3的行程，石英棒3两次行程之差即为该检测周期内晶锭6生长的高度，以该高度除以检测周期即可得到晶锭6在该周期内的生长速度，同理通过多次测量可得到整个晶锭6生长过程中的生长速度。应用本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量装置8可自动测量晶锭6的生长速度，无需测量人员频繁地到多晶炉的顶上对石英棒3的位置在刻度尺上进行读数，使测量人员得以解放。

其中，人机界面可以是触摸屏15，使得本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量装置8的结构简单、操作便捷。人机界面也可以是键盘与非触控的屏幕组合而成，通过键盘输入参数，通过屏幕读取数据。

在上述实施例中，在滑块11与第一压力传感器12之间还设有第二压力传感器13，所述第二压力传感器13通过信号线16与PLC14连接，所述第一压力传感器12与第二压力传感器13之间为“串联”，即第二压力传感器13的压力感应端与第一压力传感器12的上表面连接，正常运行时，第一压力传感器12感应到石英棒3的压力向PLC14发出信号，同时第二压力传感器13感应到第一压力传感器12的压力向PLC14发出信号。设置两个压力传感器的作用在于，当其中一个压力传感器发生故障不能发出信号时，还有另一个压力传感器运行，从而增强了整个多晶炉长晶速度自动测量装置8的运行的可靠性。所述第一压力传感器12与第二压力传感器13之间还可以为“并联”，即两个压力传感器均与石英棒3和滑块11分别连接。

在上述实施例中，驱动装置还可以是气缸，气缸的缸体通过固定装置9固定在多晶炉的炉顶，气缸的活塞杆上下往复运动，从而带动石英棒3上下往复运动，石英棒3和活塞杆之间设有第一压力传感器12和/或第二压力传感器13。气缸上设有位置传感器，用来检测活塞杆的行程并将检测的数据传输至PLC14。驱动装置还可以是液压缸或其它动力装置。

PLC14内可以具有运算单元，用于对接收到的来自位置传感器和压力传感器的信号进行计算分析，从而得到长晶速度的数值并将该数值显示于人机界面上。运算单元的设置使得本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量装置8能够直接由人机界面输出多晶炉的长晶速度的数值，从而省去了人工计算分析的步骤，提高了测量效率。

应用上述多晶炉长晶速度自动测量装置8对多晶炉长晶速度进行自动测量的方法，包括以下步骤：

1)首先通过人机界面向PLC14输入多晶炉长晶速度自动测量装置8的测量周期T及第一压力传感器12的感应压力值F；

2)PLC14启动驱动装置，驱动装置带动石英棒3从初始位置缓慢下降至石英棒3的下端接近晶锭6表面；

3)当石英棒3的下端接触到晶锭6表面，并且晶锭6表面受到的压力达到F时，第一压力传感器12将感应到的信号传递至PLC14，同时位置传感器将驱动装置的行程H₁传递给PLC14，PLC14对接收到的信号进行记录并通过人机界面显示；

4)石英棒3被驱动装置带动向远离晶锭6表面的方向运动至初始位置以便进行下一次测量；

5)经过一个测量周期T的时间后，PLC14控制驱动装置带动石英棒3缓慢下降至石英棒3的下端接触到晶锭6表面，并且晶锭6表面受到压力达到F时，压力传感器将感应到的信号传递至PLC14，同时，位置传感器将此时驱动装置的行程H₂传递给PLC14，PLC14对接收到的信号进行记录并通过人机界面显示；

6)根据上述测量值计算出第一个测量周期内多晶炉长晶速度

7)重复上述步骤2)至6)，即可计算出每个测量周期内的多晶炉的长晶速度；

8)将多个测量周期内的长晶速度平均，即可得出总的长晶速度值。

上述方法中，在步骤1)中，还可以通过所述人机界面向所述PLC输入所述第二压力传感器13的感应压力值；在步骤3)中，当所述石英棒接触到所述晶锭表面时，所述第二压力传感器13亦向所述PLC发出信号。

应用本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量方法无需测量人员频繁地到多晶炉的顶上对石英棒的位置在刻度尺上进行读数，使测量人员得以解放。

人机界面可以是触摸屏15，使得本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量装置8的结构简单、操作便捷。

多晶炉长晶速度自动测量方法还可以包括利用PLC14的运算单元对接收到的来自位置传感器和压力传感器的信号进行计算分析，从而得到长晶速度的数值并将该数值显示于人机界面上的步骤。使得本发明提供的多晶炉长晶速度自动测量方法能够直接由人机界面输出多晶炉的长晶速度的数值，从而省去了人工计算分析的步骤，提高了测量效率。

当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多晶炉长晶速度自动测量装置，其特征在于，包括：

用于与多晶炉中的晶锭接触的石英棒；

用于驱动所述石英棒上下直线运动的驱动装置；

安装于所述驱动装置上，用于测量所述驱动装置的运行行程的位置传感器；

安装于所述驱动装置与所述石英棒之间，用于判断所述石英棒是否与所述晶锭接触的第一压力传感器；

用于对测量过程进行参数设定并显示测量结果的人机界面；所述人机界面输入的参数包括测量周期和所述第一压力传感器的感应压力值；

分别与所述驱动装置、所述位置传感器、所述第一压力传感器和所述人机界面电连接，用于接收所述人机界面输入的参数以及所述位置传感器和所述压力传感器所采集的信号，并根据接收到的所述第一压力传感器的信号和人机界面输入的参数值控制所述驱动装置驱动所述石英棒上升或下降的PLC；所述PLC内具有用于对接收到的来自所述位置传感器和所述第一压力传感器的信号进行计算分析，从而得到长晶速度的数值并将该数值显示于所述人机界面上的运算单元。

2.根据权利要求1所述的多晶炉长晶速度自动测量装置，其特征在于：所述驱动装置为电缸。

3.根据权利要求1所述的多晶炉长晶速度自动测量装置，其特征在于：所述人机界面是触摸屏。

4.根据权利要求1所述的多晶炉长晶速度自动测量装置，其特征在于：所述驱动装置与所述石英棒之间还设有用于判断所述石英棒是否与所述晶锭接触的第二压力传感器。

5.根据权利要求4所述的多晶炉长晶速度自动测量装置，其特征在于：所述第二压力传感器的压力感应端与所述第一压力传感器的上表面连接。

6.基于权利要求4或5所述的多晶炉长晶速度自动测量装置的多晶炉长晶速度自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先通过所述人机界面向所述PLC输入所述多晶炉长晶速度自动测量装置的测量周期及第一压力传感器的感应压力值；

2)启动所述驱动装置，所述驱动装置带动所述石英棒从初始位置缓慢下降接近所述晶锭表面；

3)当所述石英棒接触到所述晶锭表面时，所述第一压力传感器向所述PLC发出信号，所述PLC控制所述驱动装置停止运行，同时所述位置传感器检测所述驱动装置此时的运行行程，并将检测到的信号传递给所述PLC，所述PLC对接收到的上述信号进行记录并通过所述人机界面进行显示；

4)所述驱动装置带动所述石英棒上升使所述石英棒向远离所述晶锭表面的方向运动至初始位置以便进行下一次测量；

5)经过一个所述测量周期后，重复步骤2)至4)；

6)根据所述PLC获取的相邻两个所述测量周期对应的所述位置传感器测量到的信号，计算出多晶炉的长晶速度值。

7.根据权利要求6所述的多晶炉长晶速度自动测量方法，其特征在于：在步骤1)中，还通过所述人机界面向所述PLC输入所述第二压力传感器的感应压力值；在步骤3)中，当所述石英棒接触到所述晶锭表面时，所述第二压力传感器向所述PLC发出信号。

8.根据权利要求7所述的多晶炉长晶速度自动测量方法，其特征在于：所述多晶炉长晶速度自动测量方法还包括利用所述PLC的运算单元对接收到的来自所述位置传感器和所述第一压力传感器和第二压力传感器的信号进行计算分析，从而得到长晶速度的数值并将该数值显示于所述人机界面上的步骤。