CN110344109A - 一种单晶炉ccd双目液位测控装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单晶炉技术领域，涉及视觉测量技术，特别是涉及一种单晶炉CCD双目液位测控装置和方法。包括炉体，炉体的顶部设有炉盖，炉体内设有坩埚和热屏；还包括CCD相机、控制器系统和升降机构；CCD相机设于炉盖顶部，用于观测炉内液面；热屏设于坩埚上方，升降机构设有坩埚下方，用于升降坩埚和热屏；控制器系统用于人机交互及控制升降机构。本发明还提供了一种利用上述装置进行的单晶炉CCD双目液位测控方法。本发明，不需要进行任何像素比例的转换，减小测量误差。控制器系统由上位机控制系统和PLC电气控制系统组成，协调控制，增强人机交互效率与电气控制效率。

Description

一种单晶炉CCD双目液位测控装置和方法

技术领域

本发明涉及单晶炉技术领域，涉及视觉测量技术，特别是涉及一种单晶炉CCD双目液位测控装置和方法。

背景技术

单晶炉上安装有晶棒、水冷套、可升降式热屏和控制热屏升降及坩埚升降的升降机构，介于单晶炉长晶工艺的要求，液面与热屏之间的高度差会影响拉晶效果，必须精准控制液面与热屏高度误差。现市面上可能已存在其他的液位测量方式，可能存在一个比例系数校准的误差，而本发明方法可通过视觉传感器算法处理直接测出实际液位高度，从而减小测量误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种单晶炉CCD双目液位测控装置和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的解决方案是：

提供一种单晶炉CCD双目液位测控装置，包括炉体，炉体的顶部设有炉盖，炉体内设有坩埚和热屏；还包括CCD相机、控制器系统和升降机构；

CCD相机设于炉盖顶部，用于观测炉内液面；

热屏设于坩埚上方，升降机构设有坩埚下方，用于升降坩埚和热屏；控制器系统用于人机交互及控制升降机构。

作为一种改进，CCD相机有两个，分别为第一相机和第二相机。

作为一种改进，控制器系统包括上位机控制系统和PLC电气控制系统，上位机控制系统与PLC电气控制系统相连，PLC电气控制系统与升降机构相连。

一种利用上述装置进行的单晶炉CCD双目液位测控方法，按如下步骤：

S1、第一相机和第二相机通过标定后，确定两相机之间的空间立体关系，确定两相机与液面之间的空间立体关系；

S2、第一相机和第二相机通过捕捉晶棒与液体之间交界处的同一亮圈测量点来计算出测量点空间坐标，得出当前液位高度H；

S3、控制器系统读取标定时热屏与标定时标定板放置的水平面间的距离D，通过D-H算出热屏与液面之间的高度差ΔH，根据高度差ΔH与设定高度差偏差来控制升降机构的升降及速度，从而实现将高度差控制在目标值±0.5mm之内。

与现有技术相比，本发明的技术效果是：

本发明用高精度双目定位机器视觉算法，过标定后确定两相机之间的空间立体关系，确定相机与液面之间的空间立体关系，双相机再通过捕捉晶棒与液体之间交界处的同一亮圈测量点来计算出测量点空间坐标，得出当前液位高度H，这个高度H是实际的空间数值，不需要进行任何像素比例的转换，减小测量误差。控制器系统由上位机控制系统和PLC电气控制系统组成，协调控制，增强人机交互效率与电气控制效率。控制器系统读取标定时导流筒与标定面距离D，通过D-H算出热屏与液面之间的高度差ΔH，根据测量得到高度差ΔH与设定高度差偏差来控制升降机构的升降及速度，从而实现将高度差控制在目标值±0.5mm之内。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的单晶炉CCD双目测液装置的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的第一相机的视野及捕捉区域示意图。

图3为本发明较佳实施例的第二相机的视野及捕捉区域示意图。

图4为本发明较佳实施例的双目立体算法原理示意图。

附图标记：1-第一相机；2-炉盖；3-热屏；4-固液交界面；5-晶棒；6-升降机构；7-第二相机；8-液面。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种单晶炉CCD双目液位测控装置，包括炉体，炉体的顶部设有炉盖，炉体内设有坩埚和热屏；还包括CCD相机、控制器系统和升降机构；

CCD相机设于炉盖顶部，用于观测炉内液面；

热屏设于坩埚上方，升降机构设有坩埚下方，用于升降坩埚和热屏；控制器系统用于人机交互及控制升降机构。

CCD相机有两个，分别为第一相机与第二相机；呈一定角度安装在炉盖一侧，可采集到炉内同一物体处于不同角度的图像。

第一相机与第二相机用于空间定位，图像捕捉，均为高精度CCD相机，且一套装置安装两个相机，安装位置呈一定角度，固定不动。

控制器系统由上位机控制系统和PLC电气控制系统组成，用于读取标定时导流筒与标定面距离D，通过D-H算出热屏与液面之间的高度差ΔH，根据测量得到高度差ΔH与设定高度差偏差来控制升降机构的升降及速度，从而实现将高度差控制在目标值±0.5mm之内。

本实施例还提供一种半导体单晶炉液面位置测控方法，其利用上述的控制装置实现，详细举例赋值后的控制方法包括以下步骤：

S1、第一相机和第二相机通过标定后确定两相机之间的空间立体关系，确定两相机与液面之间的空间立体关系；

S2、第一相机和第二相机通过捕捉晶棒与液体之间交界处的同一亮圈测量点来计算出如图4所示测量点空间坐标P(X,Y,Z)，计算得出当前液位高度H；

S3、控制器系统读取标定时热屏与标定时标定板放置的水平面距离D，通过D-H算出热屏与液面之间的高度差ΔH，根据高度差ΔH与设定高度差偏差来控制升降机构的升降及速度，从而实现将高度差控制在目标值±0.5mm之内。

如图3所示，其中S1步骤所述双相机标定是使用双目立体视觉算法标定的，最终可得到P点空间坐标，本实施例使用点阵型和棋盘格标定板标定，其他类似空间标定算法都属于本发明实施例。

本发明将图像数字信号转换成高度位置信号，解决了热屏与液面高度不稳定问题，提高了硅溶液的纯度，减少了杂质，稳定工艺气体的流速，减少液面波动。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种单晶炉CCD双目液位测控装置，包括炉体，炉体的顶部设有炉盖，炉体内设有坩埚和热屏；其特征在于，还包括CCD相机、控制器系统和升降机构；

所述CCD相机设于炉盖顶部，用于观测炉内液面；

所述热屏设于坩埚上方，升降机构设有坩埚下方，用于升降坩埚和热屏；所述控制器系统用于人机交互及控制升降机构。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述CCD相机有两个，分别为第一相机和第二相机。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器系统包括上位机控制系统和PLC电气控制系统，上位机控制系统与PLC电气控制系统相连，PLC电气控制系统与升降机构相连。

4.一种利用权利要求1-3所述的装置进行的单晶炉CCD双目液位测控方法，其特征在于，按如下步骤：

S1、第一相机和第二相机通过标定后，确定两相机之间的空间立体关系，确定两相机与液面之间的空间立体关系；

S2、第一相机和第二相机通过捕捉晶棒与液体之间交界处的同一亮圈测量点来计算出测量点空间坐标，得出当前液位高度H；

S3、控制器系统读取标定时热屏与标定时标定板放置的水平面之间的距离D，通过D-H算出热屏与液面之间的高度差ΔH，根据高度差ΔH与设定高度差偏差来控制升降机构的升降及速度，从而实现将高度差控制在目标值±0.5mm之内。