CN105486748A - 一种单晶硅棒缺陷超声检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，所述收发同体超声探头和超声接收探头的数量均为两个，分别安装在可转动圆桶的左右两侧、前后两侧，所述可转动圆桶的内底面上开设有相互垂直的水平滑轨和竖直滑轨，水平滑轨和竖直滑轨上均滑动安装有带伺服装置的夹持块，所述收发同体超声探头和超声接收探头均通过电动伸缩杆与固定支架的上端相连，还包括数据接收处理模块，人机操作模块，三维模型建立模块，虚拟作动器，虚拟传感器和转移节点模块。本发明采用双树复小波对所接收到的超声回波数据进行了多尺度分解并重构，提高了检测的精确度，且在可在检测过程中生成动态的三维单晶硅棒体，进一步提高了检测的精确度。

Description

一种单晶硅棒缺陷超声检测系统

技术领域

本发明属于测量仪器技术领域，用于对单晶硅缺陷的无损检测，涉及一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，本发明还涉及一种单晶硅棒缺陷超声检测方法。

背景技术

单晶硅缺陷，是对于晶体的周期性对称的破坏，使得实际的晶体偏离了理想晶体的晶体结构。种类有点、直径、线、面和体缺陷，表现为包裹体、气泡、空洞等，这是由于制备过程中，温度、振动等一些偶然因素的影响造成的。缺陷对切片工序产生着重要的影响，常见为破坏生产设备，降低生产效率，产品质量参差不齐。其检测方法任然停留在传统检测工艺上。

近几年来，超声波在混凝土、陶瓷等一些非金属材料无损检测方面有了较大的发展。虽然对非金属的研究历史已有几十年，但是针对单晶硅材料进行无损检测的研究，国内外尚无相关报道。因此根据超声检测技术的优点及适应范围，立足国内现有设备状况及材料检测规范要求，进一步完善单晶硅缺陷检测的方法与评价手段，提高检测结果的可靠性，提高单晶硅切片工序的生产效率，保证产品质量，开发超声仪的应用市场，解决工程应用是非常有必要性的。

超声波无损检测常用方法有反射法和透射法两种。反射法发射接收探头一体，脉冲能量在接收时变化量较大，但波形变化较小，能检测到小的缺陷。但当缺陷距离表面位置在声波近厂内，检测出现盲区。透射法检测时缺陷会遮挡部分声能，缺陷波幅度低，不存在盲区，但透射法两侧探头的水平直线度问题会产生不必要的误差，影响检测结果。由于缺陷的检测室通过观察接受波形的衰减幅度来评定的，故无法确定缺陷在晶体中的位置(缺陷的埋藏深度)。

另一方面，由于单晶硅棒的形状是圆柱形，能够紧密接触的部位面积很少，导致耦合进硅棒中的超声波少。而超声波束的外围部分会因为单晶硅棒的边界圆弧向外反射，而且可能在探头和单晶硅棒的外围空隙部分反复反射，对波形的识别造成困难，增加缺陷检测难度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，利用超声波透射法和反射法相结合的方法，实现了单晶硅棒缺陷的检测，且在可在检测过程中生成动态的三维单晶硅棒体，进一步提高了检测的精确度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，包括可转动圆桶和固定支架，可转动圆桶外壁下端均匀设有角度刻度线，可转动圆桶内卡接有待检测的圆柱形单晶硅棒，在待检测的圆柱形单晶硅棒直径对称的圆壁之外分别设置有收发同体超声探头和超声接收探头，收发同体超声探头和超声接收探头位于同一水平面上，其特征在于，所述收发同体超声探头和超声接收探头的数量均为两个，分别安装在可转动圆桶的左右两侧、前后两侧，所述可转动圆桶的内底面上开设有相互垂直的水平滑轨和竖直滑轨，水平滑轨和竖直滑轨上均滑动安装有带伺服装置的夹持块，所述收发同体超声探头和超声接收探头均通过电动伸缩杆与固定支架的上端相连，还包括

数据接收处理模块，用于根据所接收到的超声回波数据特性，设定最佳分解层数，并按照最佳分解层数对所接收到的超声回波数据进行双树复小波变换，得到各层分解系数，然后对所得的各层分解系数分别进行重构，得到各层重构的超声回波数据，并将所得的重构的超声回波数据发送到三维模型建立模块；

人机操作模块，与可转动圆桶、带伺服装置的滑块、电动伸缩杆、收发同体超声探头和超声接收探头相连，用于输入控制可转动圆桶、带伺服装置的滑块、电动伸缩杆、收发同体超声探头和超声接收探头的命令，并将输入的命令发送到转移节点模块；

三维模型建立模块，用于根据所接收到的重构的超声回波数据建立待检测的圆柱形单晶硅棒的三维模型；

虚拟作动器，用于驱动参数变化的，与三维生成模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；

虚拟传感器，用来在仿真模型中插入各类型的来达到直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；

转移节点模块，与三维生成模块中的各元素相连，通过改变转移节点的位置、方向设置，使待检测的圆柱形单晶硅棒的三维模型产生相应的运动；

中央处理器，用于协调上述模块进行工作。

优选地，所述可转动圆桶下底面连接有伺服电机的制动端。

优选地，所述虚拟传感器包括通用虚拟传感器和专用虚拟传感器。

优选地，所述虚拟作动器包括虚拟单元作动器、虚拟特性作动器和虚拟载荷作动器。

优选地，还包括一显示屏，用于显示人机操作模块所输入的数据以及三维生成模块所生成的三维模型。

优选地，还包括一数据库，用于储存人机操作模块所输入的数据以及三维生成模块所生成的三维模型数据，以及检测过程中所产生的其它数据。

本发明具有以下有益效果：

采用双树复小波对所接收到的超声回波数据进行了多尺度分解并重构，提高了检测的精确度，且在可在检测过程中生成动态的三维单晶硅棒体，进一步提高了检测的精确度。

附图说明

图1为本发明实施例一种单晶硅棒缺陷超声检测系统的结构示意图。

图2为本发明实施例一种单晶硅棒缺陷超声检测系统的系统框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，包括可转动圆桶2和固定支架5，可转动圆桶2外壁下端均匀设有角度刻度线，可转动圆桶2内卡接有待检测的圆柱形单晶硅棒6，在待检测的圆柱形单晶硅棒6直径对称的圆壁之外分别设置有收发同体超声探头3和超声接收探头4，收发同体超声探头3和超声接收探头4位于同一水平面上，其特征在于，所述收发同体超声探头3和超声接收探头4的数量均为两个，分别安装在可转动圆桶2的左右两侧、前后两侧，所述可转动圆桶2的内底面上开设有相互垂直的水平滑轨9和竖直滑轨10，水平滑轨9和竖直滑轨10上均滑动安装有带伺服装置的夹持块7，所述收发同体超声探头3和超声接收探头4均通过电动伸缩杆8与固定支架5的上端相连，还包括

数据接收处理模块，用于根据所接收到的超声回波数据特性，设定最佳分解层数，并按照最佳分解层数对所接收到的超声回波数据进行双树复小波变换，得到各层分解系数，然后对所得的各层分解系数分别进行重构，得到各层重构的超声回波数据，并将所得的重构的超声回波数据发送到三维模型建立模块；

人机操作模块，与可转动圆桶、带伺服装置的滑块、电动伸缩杆、收发同体超声探头3和超声接收探头4相连，用于输入控制可转动圆桶、带伺服装置的滑块、电动伸缩杆、收发同体超声探头3和超声接收探头4的命令，并将输入的命令发送到转移节点模块；

三维模型建立模块，用于根据所接收到的重构的超声回波数据建立待检测的圆柱形单晶硅棒的三维模型；

虚拟作动器，用于驱动参数变化的，与三维生成模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；

虚拟传感器，用来在仿真模型中插入各类型的来达到直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；

转移节点模块，与三维生成模块中的各元素相连，通过改变转移节点的位置、方向设置，使待检测的圆柱形单晶硅棒的三维模型产生相应的运动；

中央处理器，用于协调上述模块进行工作。

所述可转动圆桶2下底面连接有伺服电机1的制动端。

所述虚拟传感器包括通用虚拟传感器和专用虚拟传感器。

所述虚拟作动器包括虚拟单元作动器、虚拟特性作动器和虚拟载荷作动器。

还包括一显示屏，用于显示人机操作模块所输入的数据以及三维生成模块所生成的三维模型。

还包括一数据库，用于储存人机操作模块所输入的数据以及三维生成模块所生成的三维模型数据，以及检测过程中所产生的其它数据。

本具体实施超声发射部分：包括发射电路及超声发射部分，通过发射电路控制高压激发超声发射部分(超声波换能器)实现超声发射，产生较大幅值的超声波信号。MCU(微控制器)发出控制信号，周期性的控制超声发射部分的开关元件导通，加高压电到发射探头上，激励超声换能器发射出超声波。

超声接收和数据采集部分：包括同样的两条通道，即采用透反结合的超声检测方式后实际产生了两个超声接收通道，其一是收发同体的超声反射式探头(收发同体超声探头3)的回波信号接收，其二是透射式的探头(超声接收探头4)的超声信号接收，采集信号时由于信号衰减和干扰噪声，所以增加了信号调理电路(实现放大和滤波功能)。

本具体实施将收发同体超声探头3、超声接收探头4和单晶硅棒6均浸泡在可转动圆桶2的桶体内的水中，启动伺服电机带动可转动圆桶2按照一定角度步进转动，收发同体超声探头3发出超声波，在单晶硅棒界面上发生的反射波被同一端的收发同体超声探头3接收，透射波被另一端超声接收探头4接收，然后通过数据接收处理模块接收超声回波数据，并对接收到的超声回波数据进行处理。其中，每个位置在检测时，均先启动左右两侧的收发同体超声探头3、超声接收探头4，完成检测后，关闭上述收发同体超声探头3和超声接收探头4，然后再启动前后两侧的收发同体超声探头3、超声接收探头4进行检测，进一步减少了误差。

本具体实施采用双树复小波对所接收到的超声回波数据进行了多尺度分解并重构，提高了检测的精确度，且在可在检测过程中生成动态的三维单晶硅棒体，进一步提高了检测的精确度

以上所述仅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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，包括可转动圆桶(2)和固定支架(5)，可转动圆桶(2)外壁下端均匀设有角度刻度线，可转动圆桶(2)内卡接有待检测的圆柱形单晶硅棒(6)，在待检测的圆柱形单晶硅棒(6)直径对称的圆壁之外分别设置有收发同体超声探头(3)和超声接收探头(4)，收发同体超声探头(3)和超声接收探头(4)位于同一水平面上，其特征在于，所述收发同体超声探头(3)和超声接收探头(4)的数量均为两个，分别安装在可转动圆桶(2)的左右两侧、前后两侧，所述可转动圆桶(2)的内底面上开设有相互垂直的水平滑轨(9)和竖直滑轨(10)，水平滑轨(9)和竖直滑轨(10)上均滑动安装有带伺服装置的夹持块(7)，所述收发同体超声探头(3)和超声接收探头(4)均通过电动伸缩杆(8)与固定支架(5)的上端相连，还包括

数据接收处理模块，用于根据所接收到的超声回波数据特性，设定最佳分解层数，并按照最佳分解层数对所接收到的超声回波数据进行双树复小波变换，得到各层分解系数，然后对所得的各层分解系数分别进行重构，得到各层重构的超声回波数据，并将所得的重构的超声回波数据发送到三维模型建立模块；

人机操作模块，与可转动圆桶、带伺服装置的滑块、电动伸缩杆、收发同体超声探头(3)和超声接收探头(4)相连，用于输入控制可转动圆桶、带伺服装置的滑块、电动伸缩杆、收发同体超声探头(3)和超声接收探头(4)的命令，并将输入的命令发送到转移节点模块；

三维模型建立模块，用于根据所接收到的重构的超声回波数据建立待检测的圆柱形单晶硅棒的三维模型；

虚拟作动器，用于驱动参数变化的，与三维生成模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数上行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；

虚拟传感器，用来在仿真模型中插入各类型的来达到直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；

转移节点模块，与三维生成模块中的各元素相连，通过改变转移节点的位置、方向设置，使待检测的圆柱形单晶硅棒的三维模型产生相应的运动；

中央处理器，用于协调上述模块进行工作。

2.根据权利要求1所述的一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，其特征在于，所述可转动圆桶(2)下底面连接有伺服电机(1)的制动端。

3.根据权利要求1所述的一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，其特征在于，所述虚拟传感器包括通用虚拟传感器和专用虚拟传感器。

4.根据权利要求1所述的一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，其特征在于，所述虚拟作动器包括虚拟单元作动器、虚拟特性作动器和虚拟载荷作动器。

5.根据权利要求1所述的一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，其特征在于，还包括一显示屏，用于显示人机操作模块所输入的数据以及三维生成模块所生成的三维模型。

6.根据权利要求1所述的一种单晶硅棒缺陷超声检测系统，其特征在于，还包括一数据库，用于储存人机操作模块所输入的数据以及三维生成模块所生成的三维模型数据，以及检测过程中所产生的其它数据。