CN111893562A - 一种单晶炉提拉头校准装置及校准方法 - Google Patents

一种单晶炉提拉头校准装置及校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种单晶炉提拉头校准装置，包括：与重锤连接的固定部；校准部；以及用于连接所述固定部和所述校准部的连接部；所述固定部、所述连接部和所述校准部同轴心设置；所述校准部为锥形体结构且其小径端靠近所述连接部一侧设置；所述校准部大径端为平整平面。本发明还提出一种采用该校准装置的单晶炉提拉头校准方法。本发明设计的校准装置及校准方法，可精准地对提拉头重心水平位置进行校准，保证其对中不发生偏移，校准效果好且校准效率高，无需过多其它装置配合即可完成提拉头的校准工作，结构简单且易于加工。

Description

一种单晶炉提拉头校准装置及校准方法
技术领域
本发明属于单晶炉校准设备技术领域，尤其是涉及一种单晶炉提拉头校准装置及校准方法。
背景技术
单晶炉提拉系统是单晶炉关键部件之一，其中提拉头是提拉系统中的主要部件，在直拉单晶生产过程中，提拉头带动籽晶旋转地向下移动，以使籽晶进入到石英坩埚内晶体溶液液面内，而后再以一定的提拉速度缓慢地向上提升，生产出需要的单晶棒。提拉头的重心水平位置及对中情况都直接影响着单晶棒的质量，而由于提拉头长时间的运行，其重心水平位置及对中的效果会有所变化，导致其重心水平位置发生偏移，无法对中，提拉稳定性差，从而影响拉晶的速度和结晶的质量，进而影响产品的成品率。故，如何设计一种校准提拉头的装置及校准方法，解决其重心水平位置偏移、对中性差的技术问题，是提高单晶拉制品质、降低生产成本的关键问题。
发明内容
本发明提供一种单晶炉提拉头校准装置及校准方法，解决了现有技术中提拉头重心水平位置偏移、对中性差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种单晶炉提拉头校准装置，包括：
与重锤连接的固定部；
校准部；
以及用于连接所述固定部和所述校准部的连接部；
所述固定部、所述连接部和所述校准部同轴心设置；
所述校准部为锥形体结构且其小径端靠近所述连接部一侧设置；
所述校准部大径端为平整平面。
进一步的，所述校准部高度小于所述连接部高度，且其小径端直径与所述连接部直径相同。
进一步的，所述校准部大径端一侧设有凹槽，所述凹槽开口朝远离所述连接部一侧设置。
进一步的，所述凹槽与所述校准部同轴心设置；所述凹槽为圆台形结构，且其母线夹角与所述校准部母线夹角相同。
进一步的，所述凹槽高度大于所述校准部高度的1/2，且小于所述校准部高度的4/5；所述校准部高度不大于180mm。
进一步的，所述连接部为柱状结构，且分别与所述固定部和所述校准部一体连接设置。
进一步的，所述固定部远离所述连接部一侧为柱体结构，靠近所述连接部一侧为倒锥形结构，且所述固定部最小直径大于所述连接部直径。
一种单晶炉提拉头校准方法，采用如上任一项所述的校准装置，步骤包括：
控制置于单晶炉主炉内的水平仪升至引晶埚位处；
操作所述重锤和所述校准装置向下移动至所述水平仪上端面；
以设定转速使所述校准装置旋转；
观察所述连接部投影中心与所述水平仪投影中心是否重合。
进一步的，所述校准装置的转速为10-12r/min，旋转1-2min。
进一步的，观察所述连接部投影中心与所述水平仪投影中心的位置是通过调整所述单晶炉上的CCD摄像机而获得的显示图像。
与现有技术相比，采用本发明设计的校准装置，可精准地对提拉头重心水平位置进行校准，保证其对中不发生偏移，校准效果好且校准效率高，无需过多其它装置配合即可完成提拉头的校准工作，结构简单且易于加工。
采用本发明提出的校准方法，可快速、精准地按照实际工况条件下对提拉头的重心水平位置进行校准，对中效果好，保证提拉头的提拉稳定性，以保证单晶拉制的成品率，校准方法操作简单且易于观察，校准效果好、效率高。
附图说明
图1是本发明一实施例的校准装置的立体图；
图2是本发明一实施例的校准装置的剖面图；
图3是本发明一实施例的采用校准装置对单晶炉提拉头进行校准的结构示意图；
图4是本发明一实施例的图像截面的投影示意图。
图中：
10、校准装置 11、固定部 12、连接部
13、校准部 14、凹槽 20、重锤
30、水平仪 40、旋转轴 50、单晶炉
51、引晶埚位 60、CCD摄像机 70、图像界面
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本实施例提出一种单晶炉提拉头校准装置10，如图1和图2所示，包括与重锤20连接的固定部11、校准部13、以及用于连接固定部11和校准部13的连接部12，连接部12为柱状结构，且分别与固定部11和校准部13一体连接设置。其中，固定部11、连接部12和校准部13是同轴心设置，便于与重锤20对中对齐；校准部13为锥形体结构且其小径端靠近连接部12的一侧设置；校准部13的大径端为平整平面，校准装置10带动重锤20一起整体水平平稳放置，便于确定重锤20的重心水平位置校准，从而可使重锤20与校准装置10对中校准，达到重锤20对中的目的。
具体地，固定部11远离连接部12的一侧为柱体结构，靠近连接部12的一侧为倒锥形结构，且固定部11的最小直径大于连接部12的直径。固定部11远离连接部12的一端设有与重锤20连接的内螺纹孔。重锤20内嵌固定在固定部11的上端面后，通过吊绳将重锤20和固定部11连接在一起，从而使校准装置10与重锤20固定在一起，通过提拉吊绳进而可控制校准装置10，从而对重锤20进行重心水平校准，达到对中的目的。
在本实施例中，连接部12为细颈柱，相当于实际直拉单晶过程中的籽晶，为了使提拉头达到其实际工况条件下的工作状态，优选地，连接部12的高度为200-300mm，连接部12分别与固定部11和校准部13一体加工而成。
进一步的，校准部13的高度小于连接部12的高度，且其小径端直径与连接部12的直径相同，优选地，校准部13的高度不大于180mm。校准部13的结构与直拉单晶时放肩的结构形状一致，即均为锥形结构。为了保证校准部13的重量与放肩时的单晶体的重量保持一致，特在校准部13的大径端一侧设有凹槽14，凹槽14的开口朝远离连接部12的一侧设置；为了保证校准部13的重心在其中心轴线上，选择凹槽14与校准部13是同轴心设置。
优选地，凹槽14为圆台形结构，且其母线夹角与校准部13的母线夹角相同，也即是凹槽14与校准部13的壁厚相同，保证校准部13在校准装置10中的重量均匀，其重心位于校准装置10的中心轴线上，从而可保证校准装置10带动重锤20位于同一轴线上，易于对中校准。
为了保证校准部13的重量与单晶放肩的重量一致，要求凹槽14的高度大于校准部13高度的1/2，且小于校准部13高度的4/5。这是由于，当凹槽12的高度小于校准部13高度的1/2时，校准部13的重量较重，大于单晶放肩时的重量，从而使得校准装置10与实际提拉头配合的不同，导致校准偏差较大。若凹槽14的高度大于校准部13高度的4/5，则校准部13的重量较轻，使得校准装置10整体的重量无法达到标准要求，不能使重锤20悬吊稳定，无法对中，从而也影响校准效果。故，优选地，当凹槽14的高度大于校准部13高度的1/2，且小于校准部13高度的4/5，校准部13更接近实际单晶放肩时的重量，从而最大限度地降低重锤20对中误差，提高重锤20竖直摆放的稳定性，提高其校准精度。
在本实施例中，校准装置10均为不锈钢材料制成，不仅可达到与实际工况条件接近，而且易于选材和加工，使得校准装置10校准时再现性好、准确率高，最大限度地与实际直拉单晶的运行过程相符，提高校准效率。
一种单晶炉提拉头校准方法，如图3所示，采用如上所述的校准装置10，将校准装置10与重锤20连接，并使重锤20悬空设置在单晶炉50中的副炉内。同时，在单晶炉50主炉中，设置水平仪30放置在旋转轴40上，且旋转轴40置于石英坩埚所在的位置处，并使水平仪30和旋转轴40同轴心设置。
先控制旋转轴40带动水平仪30逐步缓慢向上移动，旋转轴40旋转的速度不做具体要求，只要能保证最终旋转轴40带动水平仪30上升到引晶埚位51处即可。
再控制吊绳，以使重锤20和校准装置10向下移动至水平仪30上端面，也即是下降到引晶埚位51处，停止旋转。
待重锤20和校准装置10稳定后，使校准装置10以10-12r/min的转速旋转1-2min后，从单晶炉50中的CCD摄像机60处进行监控，CCD摄像机60将对单晶炉50中的重锤20、校准装置10和水平仪30进行投影，投射到外接显示器的图像界面70内，如图4所示，当显示器的图像界面70中，重锤20与校准装置20中的连接部12的投影中心重合时，表示校准装置10未出现晃动，且其与重锤20的重心都在一条直线上，亦表示校准装置10中校准部13的下端面水平放置，与水平仪30平行，即，重锤20的重心水平位置准确，位于水平仪30的中心位置，重锤20对中校准合格。
若连接部12的投影中心与水平仪39的投影中心不重合，则表示校准装置10的位置与重锤20不在同一个轴线上，重锤20的重心水平位置有误差，也即是重锤20对中校准不合格。再重新调整校准装置10的位置，并通过从CCD摄像机60进行微调，以使重锤20和校准装置10在同一轴线上，同时使校准装置10不发生晃动，当重锤20与校准装置20中的连接部12的投影中心重合时，表示重锤20的重心水平位置准确，位于水平仪30的中心位置，重锤20对中校准合格。
1、采用本发明设计的校准装置，可精准地对提拉头重心水平位置进行校准，保证其对中不发生偏移，校准效果好且校准效率高，无需过多其它装置配合即可完成提拉头的校准工作，结构简单且易于加工。
2、采用本发明提出的校准方法，可快速、精准地按照实际工况条件下对提拉头的重心水平位置进行校准，对中效果好，保证提拉头的提拉稳定性，以保证单晶拉制的成品率，校准方法操作简单且易于观察，校准效果好、效率高。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，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 (10)

1.一种单晶炉提拉头校准装置，其特征在于，包括：
与重锤连接的固定部；
校准部；
以及用于连接所述固定部和所述校准部的连接部；
所述固定部、所述连接部和所述校准部同轴心设置；
所述校准部为锥形体结构且其小径端靠近所述连接部一侧设置；
所述校准部大径端为平整平面。
2.根据权利要求1所述的一种单晶炉提拉头校准装置，其特征在于，所述校准部高度小于所述连接部高度，且其小径端直径与所述连接部直径相同。
3.根据权利要求1或2所述的一种单晶炉提拉头校准装置，其特征在于，所述校准部大径端一侧设有凹槽，所述凹槽开口朝远离所述连接部一侧设置。
4.根据权利要求3所述的一种单晶炉提拉头校准装置，其特征在于，所述凹槽与所述校准部同轴心设置；所述凹槽为圆台形结构，且其母线夹角与所述校准部母线夹角相同。
5.根据权利要求4所述的一种单晶炉提拉头校准装置，其特征在于，所述凹槽高度大于所述校准部高度的1/2，且小于所述校准部高度的4/5；所述校准部高度不大于180mm。
6.根据权利要求1-2、4-5任一项所述的一种单晶炉提拉头校准装置，其特征在于，所述连接部为柱状结构，且分别与所述固定部和所述校准部一体连接设置。
7.根据权利要求6所述的一种单晶炉提拉头校准装置，其特征在于，所述固定部远离所述连接部一侧为柱体结构，靠近所述连接部一侧为倒锥形结构，且所述固定部最小直径大于所述连接部直径。
8.一种单晶炉提拉头校准方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的校准装置，步骤包括：
控制置于单晶炉主炉内的水平仪升至引晶埚位处；
操作所述重锤和所述校准装置向下移动至所述水平仪上端面；
以设定转速使所述校准装置旋转；
观察所述连接部投影中心与所述水平仪投影中心是否重合。
9.根据权利要求8所述的一种单晶炉提拉头校准方法，其特征在于，所述校准装置的转速为10-12r/min，旋转1-2min。
10.根据权利要求9所述的一种单晶炉提拉头校准方法，其特征在于，观察所述连接部投影中心与所述水平仪投影中心的位置是通过调整所述单晶炉上的CCD摄像机而获得的显示图像。
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