CN109306524B - 蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置及提升方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置及提升方法，包括提升部件、称重部件、晶体生长部件、弯矩平衡部件和控制单元；所述弯矩平衡部件和称重部件分别设置于所述提升部件的两侧，弯矩平衡部件的压力传感器、称重部件的称重传感器将实时检测到的平衡力和晶体重量数据传递给控制单元，控制单元通过计算并控制流量调节阀调节施加的平衡力的大小，使得提升部件受到的弯矩为控制单元预设的弯矩目标值。该装置能够平衡掉大部分负载弯矩和系统弯矩，使得提升部件所承载的弯矩大大减小，提高了可提升晶体的重量。该提升方法在晶体提升过程中，提升部件承受弯矩值保持不变，使提升过程更加平稳，提高了提升的精度，有利于稳定长晶。

Description

蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置及提升方法
技术领域
本发明涉及到蓝宝石单晶炉领域，具体涉及一种晶体平衡提升装置及提升方法。
背景技术
随着全球新能源市场的迅速发展，LED产业逐渐成为能源工业新的增长点，已经具备了赶超其他节能产业的能力，在世界范围内呈现迅猛发展之势。
蓝宝石单晶炉是LED产业链中重要的晶体生长设备。目前，世界上用于蓝宝石单晶体生长的主流方法有以下几种：导模法、热交换法和泡生法。泡生法在扩肩生长后的晶锭直径较大，有利于生长出大尺寸、低缺陷密度、高品质的蓝宝石单晶体，因此具有更大的优势。
蓝宝石单晶晶体重量越大，经济效益越好。因此，蓝宝石单晶的生产设备和工艺一直在向大重量晶体发展。更大晶体体现在晶体直径更大、晶体高度更高。而更大的晶体对提升机构会有更高要求，具体来说，更大的晶体直径会导致提升机构丝杆离负载更远，使得负载弯矩成比例增大，从而需要更大的导向杆承载跨距或强度更高的导向杆来承载负载弯矩。在厂房高度一定的情况下，导向杆承载跨距增大会缩短丝杆运动行程，导致能提升的晶体高度降低；提高导向杆强度往往会使得导向杆更粗大，对设计、制造均造成一定的困难。
发明内容
发明目的：为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置，该提升装置在提升晶体过程中，能降低提升装置承载的弯矩。
本发明还同时提供一种使用上述蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置的提升方法。
技术方案：本发明所述的一种蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置，包括提升部件、通过提升部件升降的称重部件和连接称重部件的晶体生长部件，其特征在于，还包括弯矩平衡部件和控制单元；所述弯矩平衡部件和称重部件分别设置于所述提升部件的两侧，弯矩平衡部件包括连接件和平衡装置；所述连接件连接在提升部件上，所述平衡装置具有与连接件连接并施加向下平衡力的力加载装置、驱动力加载装置的稳压源、流量调节阀、用于检测平衡力大小的压力传感器，所述压力传感器连接所述控制单元用于传递平衡力信号；所述称重部件具有称重传感器；所述称重传感器连接所述控制单元用于传递晶体重量信号；所述控制单元连接所述流量调节阀，调节所述力加载装置施加的平衡力的大小，使得提升部件受到的弯矩为控制单元预设的弯矩目标值。
有益效果：该晶体平衡提升装置的优点在于：采用力加载装置平衡掉大部分负载弯矩和系统弯矩，使得提升部件所承载的弯矩大大减小，从而能够在一定程度上缩短提升部件承载的跨距，有效提高了提升部件可提升晶体的重量，从而能够提升更大直径、更大高度的晶体。晶体提升过程中，提升部件承受弯矩值保持不变，使提升过程更加平稳，提高了提升的精度，有利于稳定长晶。提升部件承受的弯矩变小，其承载跨距和导向杆直径都能够在一定程度上缩小，降低了涉及和制造难度。
本发明提供的提升方法为：
在控制单元内设定一个弯矩目标值，在晶体生长过程中，称重传感器将测得晶体实时重量传递给控制单元，提升部件提升晶体时，控制单元同步控制流量调节阀调节力加载装置施加的平衡力，使提升装置承受的晶体负载弯矩和系统弯矩之和减去力加载装置对提升装置施加的弯矩等于弯矩目标值。
有益效果：采用该方法在晶体提升过程中，提升部件承载的弯矩不变，使提升过程更加平稳，提高了提升的精度，有利于稳定长晶。
附图说明
图1是本发明晶体提升装置的立体结构示意图；
图2是本发明晶体提升装置的平面结构示意图；
图3是本发明平衡装置的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明做进一步详细说明。
请结合图1和图2所示，一种蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置，包括提升部件1、通过提升部件1升降的称重部件2、连接称重部件2的晶体生长部件3、弯矩平衡部件、控制单元(图中未示出)和平台基座6。提升部件1安装在平台基座6上。
提升部件1为滚珠丝杠，具有丝杠螺母11、丝杆12和导向杆13，丝杠螺母11在丝杆12的旋转作用下，沿着导向杆13上下移动。称重部件2的支撑件22连接在丝杠螺母11的一侧并倾斜向上延伸。支撑件22上安装有称重平台座23，称重传感器21设置于称重平台座23上。自称重平台座23水平延伸出晶体生长部件安装座24，晶体生长部件3竖向安装在晶体生长部件安装座24上，晶体31在晶体生长部件上逐渐生长。
弯矩平衡部件和称重部件2分别设置于提升部件1的两侧，具体的，弯矩平衡部件的连接件4为L型连接框架，其一端水平连接在丝杠螺母11的另一侧，另一端竖直连接平衡装置5。为了强化该连接件4的结构，L型连接框架上还设置有加强筋。
同时参阅图3所示，平衡装置5也安装与平台基座6上。平衡装置5的力加载装置51铰接在连接件4的下端以向连接件4施加平衡拉力。力加载装置51为气缸或者油缸，通过稳压源54提供驱动力，通过压力传感器53检测平衡力的大小。还设置用于调节稳压源54的流量调节阀52，流量调节阀52为比例阀，稳压源54通过比例阀连接气缸或者油缸，其溢流旁路中也设置比例阀55。
压力传感器53、称重传感器21以及流量调节阀52均与控制单元连接。称重传感器用于传递晶体重量信号，压力传感器53用于传递平衡力信号。
该晶体平衡提升装置的提升方法是，先在控制单元内设定一个较小的弯矩目标值M1。在晶体生长过程中，称重传感器21将测得的晶体实时重量G传递给控制单元，控制单元结合固定参数经过计算得出负载对导向杆13的实时弯矩M2。压力传感器53实时测量力加载装置51加载的平衡力，并传递给控制单元计算出其对导向杆13施加的弯矩M3。在提升部件1提升晶体31时，控制单元同步控制流量调节阀52调节力加载装置51施加的平衡力，使M2+系统弯矩-M3＝M1，从而使导向杆承载的弯矩始终保持为弯矩目标值M1。
由于导向杆13承载的弯矩M1较小，可以一定程度上缩短导向杆13承载的跨距S，减小导向杆13的直径，从而降低该晶体平衡提升装置的设计、制造难度。

Claims (6)

1.一种蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置，包括提升部件（1）、通过提升部件（1）升降的称重部件（2）和连接称重部件（2）的晶体生长部件（3），其特征在于，还包括弯矩平衡部件和控制单元；
所述弯矩平衡部件和称重部件（2）分别设置于所述提升部件（1）的两侧，弯矩平衡部件包括连接件（4）和平衡装置（5）；所述连接件（4）连接在提升部件（1）上，所述平衡装置（5）具有与连接件（4）连接并施加向下平衡力的力加载装置（51）、驱动力加载装置（51）的稳压源（54）、流量调节阀（52）、用于检测平衡力大小的压力传感器（53），所述压力传感器（53）连接所述控制单元用于传递平衡力信号；
所述称重部件（2）具有称重传感器（21）；所述称重传感器（21）连接所述控制单元用于传递晶体重量信号；
所述提升部件（1）为滚珠丝杠，提升部件（1）具有丝杠螺母（11）、丝杆（12）和导向杆（13），丝杠螺母（11）在丝杆（12）的旋转作用下，沿着导向杆（13）上下移动；所述称重部件（2）和所述连接件（4）均连接在所述滚珠丝杠的丝杠螺母（11）上；
所述控制单元连接所述流量调节阀（52），通过控制流量调节阀（52）调节所述力加载装置（51）施加的平衡力的大小，使得提升部件（1）受到的弯矩为控制单元预设的弯矩目标值。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置，其特征在于，所述连接件（4）为L型连接框架，L型连接框架一端水平连接所述提升部件（1），另一端竖直连接所述力加载装置（51）。
3.根据权利要求1所述的蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置，其特征在于，所述称重部件（2）包括安装于所述丝杠螺母（11）上并倾斜向上延伸的支撑件（22）、位于支撑件（22）上的称重平台座（23）、自称重平台座（23）延伸出的晶体生长部件安装座（24），所述称重传感器（21）设置于所述称重平台座（23）上，所述晶体生长部件（3）竖向安装在所述晶体生长 部件安装座（24）上。
4.根据权利要求1所述的蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置，其特征在于，所述力加载装置（51）为油缸或气缸，所述流量调节阀（52）为比例阀。
5.根据权利要求1所述的蓝宝石单晶炉的晶体平衡提升装置，其特征在于，还设置有平台基座（6），所述提升部件（1）和所述平衡装置（5）均安装于所述平台基座（6）上。
6.一种使用如权利要求1~5任一项所述晶体平衡提升装置的提升方法，其特征在于，在控制单元内设定一个弯矩目标值，在晶体生长过程中，称重传感器（21）将测得的晶体实时重量传递给控制单元，提升部件提升晶体时，控制单元同步控制流量调节阀（52）调节力加载装置（51）施加的平衡力，使提升部件（1）承受的晶体负载弯矩和系统弯矩之和减去力加载装置（51）对提升部件（1）施加的弯矩等于弯矩目标值。
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