CN110363398B - 一种自动过热工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动过热工艺，在稳温过程中，自动降籽晶后在过热熔接时间内进行过热熔接，包括以下步骤：S1：进行籽晶直径测量并计时，并在计时过程中记录籽晶直径的最大值；S2：根据硅溶液的液面温度进行自动调温，将硅溶液液面温度调节至熔接温度；S3：进行过热熔接并计时，并在计时过程中记录籽晶直径的最小值；S4：进行籽晶的过热直径缩小差值计算，并根据过热直径缩小差值判断过热是否完成。本发明的有益效果是按照人工判定籽晶过热的操作步骤进行自动过热，自动检测出籽晶过热时直径收缩的现象，避免了由于人工经验不足导致的工时浪费以及异常事故的发生，缩短稳温工时，提高产量，提高企业的竞争力。
Description
技术领域
本发明属于直拉单晶技术领域，尤其是涉及一种自动过热工艺。
背景技术
目前行业内竞争日益激烈，降本增效成为了一个企业屹立不倒的法宝，目前太阳能光伏材料制造业生产工艺中，除去等径工艺状态(已经实现自动)，操作难度最大、时间花费最长的工艺状态就是稳温了，目前行业中普遍使用的是手动稳温方式。手动稳温的方式对操作经验是非常依赖的，而且需要操作人员持续关注，占用了人工很大的精力和实践。
手动稳温时间目前行业平均水平在4.0小时左右，最快也在2.5小时以外，如果操作经验不足的人员，稳温7小时以上也是很常见的。稳温之所以难度这么大，主要是因为石英坩埚内的硅溶液温度要想达到可以引晶的稳定状态，需要加热器给定功率必须要准确，而且只要调整一次功率值，石英坩埚内的硅溶液因为与加热器之间的距离关系以及受热对流影响，反应时间比较长，大约需要50分钟左右，根据石英坩埚尺寸不用，时间也不同，反应的时间范围大约在30min～60min左右。
稳温过程中，人工操作过热，时间长，易造成工时浪费，且易发生事故。
发明内容
鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种自动过热工艺，应用于稳温过程中，可以自动检测籽晶过热时直径收缩的现象，自动化程度高，避免了由于人工经验不足导致的工时浪费以及异常事故的发生。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种自动过热工艺，在稳温过程中，自动降籽晶后在过热熔接时间内进行过热熔接，包括以下步骤：
S1：进行籽晶直径测量并计时，并在计时过程中记录籽晶直径的最大值；
S2：根据硅溶液的液面温度进行自动调温，将硅溶液液面温度调节至熔接温度；
S3：进行过热熔接并计时，并在计时过程中记录籽晶直径的最小值；
S4：进行籽晶的过热直径缩小差值计算，并根据过热直径缩小差值判断过热是否完成。
进一步的，步骤S4包括以下步骤：
S41：用步骤S1中的籽晶直径的最大值与步骤S3中的籽晶直径的最小值进行差值计算，差值为籽晶的过热直径缩小差值；
S42：若籽晶的过热直径缩小差值大于过热直径缩小范围，则判断过热完成，实现自动过热，进行自动降温；否则，进行下一步；
S43：若籽晶的过热直径缩小差值小于过热直径缩小范围，则根据最大过热熔接时间进行自动过热熔接。
进一步的，步骤S43中的根据最大过热熔接时间进行自动过热具体为：
在硅溶液的温度达到熔接温度时，开始计时，当计时时间大于最大过热熔接之间后，过热熔接完成，实现自动过热，进行自动降温。
进一步的，最大过热熔接时间为30-60min。
进一步的，过热直径缩小范围为0.1-1mm。
进一步的，步骤S1中籽晶直径测量的时间为30-90s。
进一步的，步骤S3中过热熔接的计时时间为30-90s。
进一步的，熔接温度为1454-1460℃。
进一步的，自动过热工艺还包括过热熔接时间超限报警，对过热熔接进行计时，若过热熔接时间超过过热熔接最大时间，则系统进行报警，停止自动过热。
进一步的，过热熔接最大时间为120-180min。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，通过模拟人工经验转化为自动逻辑，可以按照人工判定籽晶过热的操作步骤进行自动过热，可以自动检测出籽晶过热时直径收缩的现象，进行自动化，与人工操作相比，更加的精准、科学、统一，避免了由于人工经验不足导致的工时浪费以及异常事故的发生；采用该自动过热工艺并与自动稳温相结合，可以缩短稳温工时，提高产量，提高企业的竞争力。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明涉及一种自动过热工艺，应用于直拉单晶的自动稳温过程中，在自动稳温过程中，采用自动过热工艺，通过自动化模拟人工过热操作，不仅可以按照人工判定籽晶过热的操作步骤进行自动过热操作，而且可以自动检测出籽晶过热时直径收缩的现象，通过自动过热的参数，进行自动化，与人工相比较，更加的精准、科学、统一，避免了由于人工经验不足导致的工时浪费以及异常事故的发生。
直拉单晶工艺中，依次进行稳温、引晶、放肩、转肩、等径和收尾工艺，实现直拉单晶正常拉晶，稳温是直拉单晶过程中最重要的一个工艺环节，是保证后续引晶工艺正常进行的基础，保证拉晶的正常进行。稳温工艺简单地说，就是高温熔接、低温稳温引晶。在高温度环境下进行熔接过热，当熔接过热结束后，再在低温环境下进行稳温，稳温结束后稳定满足引晶条件即可进行引晶。此处的高温，温度范围在1454℃～1460℃，温度高于1460℃后，籽晶会被熔断；此处的低温，温度范围在1450℃±2范围内，此温度范围是满足引晶条件的液面温度。
该自动过热工艺应用于稳温过程中，自动降籽晶后，当籽晶接触液面后，测量装置开始捕捉测量籽晶直径，进行籽晶定位，将籽晶定位在原生籽晶处，籽晶定位完成之后，在过热熔接时间内进行过热熔接。这里，测量装置为CCD工业相机。
该自动过热工艺，包括以下步骤：
S1：进行籽晶直径测量并计时，并在计时过程中记录籽晶直径的最大值：具体地，在进行籽晶直径测量时，采用CCD工业相机进行籽晶直径的捕捉测量，进行籽晶直径的测量，且CCD时时将测量的结果传送给控制装置，控制装置对籽晶直径测量过程中进行计时，该籽晶直径测量的时间为30-90s，根据实际需求进行选择，在籽晶直径测量的时间内，控制装置记录测量的籽晶的直径最大值。这里，控制装置可以是PLC控制器，或者是CPU，或者是其他控制装置，根据实际需求进行选择。
该籽晶直径测量的时间为在降籽晶过程中，当籽晶接触到硅溶液时，控制装置控制CCD工业相机进行籽晶直径的捕捉测量，捕捉测量的时间是该参数的设定值，是一个固定值，为30-90s，根据实际需求进行选择。
S2：根据坩埚内硅溶液液面温度进行自动调温，将硅溶液液面温度调至熔接温度：具体包括以下步骤：
S21：检测硅溶液的液面温度，根据液面温度进行主功率设定，进行调温，将液面温度调至熔接温度，以便于进行过热熔接，具体包括以下步骤：
S211：检测坩埚内的硅溶液的液面温度是否在液面温度报警范围内，若在，则进行步骤S212；若不在，则进行超限报警；这里，液面温度报警范围为液面温度处于液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间，液面温度报警上限值为1465-1475℃，液面温度报警下限值为1435-1445℃，当检测到的硅溶液的液面温度处于液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间时，说明硅溶液的液面温度处于正常范围内，可以进行调温，将硅溶液的液面温度调至熔接温度，利于后续的过热熔接，继续进行步骤S212。
若检测到的硅溶液的液面温度没有在液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间，超出了液面温度报警范围内，属于异常情况，不会继续调温，则控制装置控制报警装置报警，现场操作人员进行原因确认，避免造成生产事故。这里，应用温度检测装置进行硅溶液的液面温度检测，温度检测装置将检测到的硅溶液的液面温度传送给控制装置，控制装置内预设有编辑好的程序，并预设有各个参数的预设值范围，对温度检测装置传送的测量值进行分析，判断下一步动作，该温度检测装置为温度传感器，控制装置为PLC或CPU，报警装置为三色灯或蜂鸣器，均为市售产品，根据实际需求进行选择。
S212：检测硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，若在，则设定主功率为引晶功率；若不在，则进行步骤S213；当硅溶液的液面温度在液面温度报警范围内，进行硅溶液的液面温度检测，判断硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，该熔接温度范围为熔接温度处于熔接温度上限值与熔接温度下限值之间，熔接温度上限值为1456-1460℃，熔接温度下限值为1452-1456℃，若硅溶液的液面温度在熔接温度范围内，则控制装置设定主功率为自动记录的引晶功率，进行过热熔接；若硅溶液的液面温度不在熔接温度范围内，则进行步骤S213。
S213：设定调温功率和调温功率最大维持时间，进行调温，将液面温度调至熔接温度范围内：当硅溶液的液面温度不在熔接温度范围内时，设定调温功率，进行调温，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度范围内，以便于进行过热熔接。
这里，调温功率包括升温功率和降温功率，升温功率按照升温功率设定值进行设定，降温功率按照降温功率设定值进行设定，该升温功率设定值为70-100kw，该降温功率设定值40-60kw。
具体地，当硅溶液的液面温度高于熔接温度上限值时，设定调温功率为降温功率，进行降温，该降温功率设定值40-60kw，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。
当硅溶液的液面温度低于熔接温度下限值时，设定调温功率为升温功率，进行升温，该升温功率设定值为70-100kw，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。
或者，调温功率包括升温功率和降温功率，升温功率为引晶功率乘以升温平均引晶功率系数，降温功率为引晶功率乘以降温平均引晶功率系数，该升温平均引晶功率系数为1.2-1.4，该降温平均引晶功率系数为0.6-0.85。
具体地，当硅溶液的液面温度高于熔接温度上限值时，设定调温功率为降温功率，进行降温，该降温功率为引晶功率乘以降温平均引晶功率系数，降温平均引晶功率系数为0.6-0.85，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。
当硅溶液的液面温度低于熔接温度下限值时，设定调温功率为升温功率，进行升温，该升温功率为引晶功率乘以升温平均引晶功率系数，该升温平均引晶功率系数为1.2-1.4，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。
调温功率最大维持时间包括升温功率最大维持时间和降温功率最大维持时间，该升温功率最大维持时间和降温功率最大维持时间均为30-60min，该升温功率最大维持时间和降温功率最大维持时间是出于安全保护而设置的，即自动调温的最长时间为设定的升温或降温功率最大维持时间，如果超出这个最大维持时间，仍然没有将炉内液面温度调至目标温度，系统会将升温或者降温给定的功率，自动恢复到引晶功率，避免炉内出现极端温度导致的异常。
S3：进行过热熔接并计时，并在计时过程中记录籽晶直径的最小值；具体地，当硅溶液的液面温度达到熔接温度后，进行过热熔接，并开始计时，在过热熔接的检测时间内应用CCD进行籽晶直径的测量，控制装置在这一时间段内，检测记录籽晶直径的最小值，这里，熔接温度为1454-1460℃，过热熔接的检测时间为判断过热籽晶直径缩进时的检测时间，该过热熔接的检测时间为30-90s。
S4：进行籽晶的过热直径缩小差值计算，并根据过热直径缩小差值判断过热是否完成。具体地，包括以下步骤，
S41：用步骤S1中的籽晶直径的最大值与步骤S3中的籽晶直径的最小值进行差值计算，也就是用步骤S1中的籽晶直径的最大值减去步骤S3中的籽晶直径的最小值，即，直径测量时检测到的原生籽晶直径的最大值减去过热籽晶缩进后的直径后得到的差值，该差值为籽晶的过热直径缩小差值；
S42：若籽晶的过热直径缩小差值大于过热直径缩小范围，则判断过热完成，实现自动过热，进行自动降温；否则，进行下一步；具体地，该过热直径缩小范围为0.1-1mm，该过热直径缩小范围为设定的缩小幅度，当过热直径缩小差值大于该设定的缩小幅度时，过热完成，实现自动过热，开始自动降温，继续进行自动稳温流程。
S43：若籽晶的过热直径缩小差值小于过热直径缩小范围，则根据最大过热熔接时间进行自动过热熔接，具体地，
在硅溶液的液面温度达到熔接温度时，开始计时，当计时时间大于最大过热熔接之间后，过热熔接完成，实现自动过热，进行自动降温，这里，最大过热熔接时间为30-60min。
进一步优化方案，在控制装置内设定过热熔接最大时间，若过热熔接超过过热熔接最大时间，则系统进行报警，停止自动过热。具体地，控制装置在籽晶定位完成后，进行籽晶直径测量时，控制装置开始计时，直至过热完成，计时结束，控制装置内预设有编辑好的程序，且在控制装置内预先设定有过热熔接最大时间，如果控制装置记录的过热熔接过程所用的时间大于预设的过热熔接最大时间，则系统进行报警，停止自动过热。该过热熔接最大时间为120-180min。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，通过模拟人工经验转化为自动逻辑，可以按照人工判定籽晶过热的操作步骤进行自动过热，可以自动检测出籽晶过热时直径收缩的现象，进行自动化，与人工操作相比，更加的精准、科学、统一，避免了由于人工经验不足导致的工时浪费以及异常事故的发生；采用该自动过热工艺并与自动稳温相结合，可以缩短稳温工时，提高产量，提高企业的竞争力。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种自动过热工艺，其特征在于：在稳温过程中，自动降籽晶后，当籽晶接触液面后，测量装置开始捕捉测量籽晶直径，进行籽晶定位，将籽晶定位在原生籽晶处，籽晶定位完成之后，在过热熔接时间内进行过热熔接，包括以下步骤：
S1：进行籽晶直径测量并计时，并在计时过程中记录所述籽晶直径的最大值；
S2：根据硅溶液的液面温度进行自动调温，将所述硅溶液液面温度调节至熔接温度：检测硅溶液的液面温度，根据液面温度进行主功率设定，进行调温，将液面温度调至熔接温度，包括以下步骤：
检测坩埚内的硅溶液的液面温度是否在液面温度报警范围内，若在，则进行下一步；若不在，则进行超限报警；
检测硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，若在，则设定主功率为引晶功率；若不在，则进行下一步；
设定调温功率和调温功率最大维持时间，进行调温，将液面温度调至熔接温度范围内；
其中，所述调温功率包括升温功率和降温功率，当硅溶液的液面温度高于熔接温度上限值时，设定调温功率为降温功率，进行降温，该降温功率设定值为40-60kw；当硅溶液的液面温度低于熔接温度下限值时，设定调温功率为升温功率，进行升温，该升温功率设定值为70-100kw；或，
当硅溶液的液面温度高于熔接温度上限值时，设定调温功率为降温功率，进行降温，该降温功率为引晶功率乘以降温平均引晶功率系数，所述降温平均引晶功率系数为0.6-0.85；当硅溶液的液面温度低于熔接温度下限值时，设定调温功率为升温功率，进行升温，该升温功率为引晶功率乘以升温平均引晶功率系数，所述升温平均引晶功率系数为1.2-1.4；
S3：进行过热熔接并计时，并在计时过程中记录所述籽晶直径的最小值；
S4：进行所述籽晶的过热直径缩小差值计算，并根据所述过热直径缩小差值判断过热是否完成；所述步骤S4包括以下步骤：
S41：用所述步骤S1中的籽晶直径的最大值与所述步骤S3中的籽晶直径的最小值进行差值计算，所述差值为所述籽晶的过热直径缩小差值；
S42：若所述籽晶的过热直径缩小差值大于过热直径缩小范围，则判断过热完成，实现自动过热，进行自动降温；否则，进行下一步；
S43：若所述籽晶的过热直径缩小差值小于过热直径缩小范围，则根据最大过热熔接时间进行自动过热熔接。
2.根据权利要求1所述的自动过热工艺，其特征在于：所述步骤S43中的根据最大过热熔接时间进行自动过热具体为：
在所述硅溶液的温度达到所述熔接温度时，开始计时，当所述计时时间大于所述最大过热熔接之间后，过热熔接完成，实现自动过热，进行自动降温。
3.根据权利要求1或2所述的自动过热工艺，其特征在于：所述最大过热熔接时间为30-60min。
4.根据权利要求3所述的自动过热工艺，其特征在于：过热直径缩小范围为0.1-1mm。
5.根据权利要求1-2，4任一项所述的自动过热工艺，其特征在于：所述步骤S1中籽晶直径测量的时间为30-90s。
6.根据权利要求5所述的自动过热工艺，其特征在于：所述步骤S3中过热熔接的计时时间为30-90s。
7.根据权利要求6所述的自动过热工艺，其特征在于：所述熔接温度为1454-1460℃。
8.根据权利要求7所述的自动过热工艺，其特征在于：所述自动过热工艺还包括过热熔接时间超限报警，对过热熔接进行计时，若所述过热熔接时间超过过热熔接最大时间，则系统进行报警，停止自动过热。
9.根据权利要求6-8任一项所述的自动过热工艺，其特征在于：所述过热熔接最大时间为120-180min。
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- 2019-06-24 CN CN201910550092.3A patent/CN110363398B/zh active Active
Patent Citations (4)
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