CN113308731B - 一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法，包括步骤1：在重锤下端安装带尖籽晶，然后将所述重锤放入主炉室内部，获取带尖籽晶末端到导流筒下沿平面的距离；步骤2：使用CCD相机获取所述带尖籽晶尖端的实际像素位置图像与所述带尖籽晶尖端倒影的像素位置图像，然后根据所述实际像素位置与所述带尖籽晶尖端倒影的像素位置计算所述带尖籽晶尖端到熔硅液面的距离；步骤3：基于所述带尖籽晶末端到导流筒下沿平面的距离及所述带尖籽晶尖端到熔硅液面的距离，计算单晶炉液口距。本发明中，通过CCD相机获取的图像能够准确计算液口距，消除了人为误差，提高了液口距的准确性，从而实现了液口距的精准定位，便于单晶炉液口距的精准控制。

Description

一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法及装置

技术领域

本发明涉及单晶硅生产技术领域，特别涉及一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法及装置。

背景技术

单晶炉液口距是指导流筒下沿到熔硅液面的距离，在直拉法拉单晶的过程中，都需要对液口距进行控制。目前，业界普遍采用给导流筒下沿安装籽晶标记物，配合人工观察，以操作经验确定液口距，此法实际使用时人为观察误差较大，无法得到液口距的精准定位。

发明内容

本发明提供一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法及装置，用以解决目前业界普遍采用给导流筒下沿安装籽晶标记物，配合人工观察，以操作经验确定液口距，此法实际使用时人为观察误差较大，无法得到液口距的精准定位的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法，包括以下步骤：

步骤1：在重锤下端安装带尖籽晶，然后将所述重锤放入主炉室内部，获取带尖籽晶末端到导流筒下沿平面的距离；

步骤2：使用CCD相机获取所述带尖籽晶尖端的实际像素位置图像与所述带尖籽晶尖端倒影的像素位置图像，然后根据所述实际像素位置与所述带尖籽晶尖端倒影的像素位置计算所述带尖籽晶尖端到熔硅液面的距离；

步骤3：基于所述带尖籽晶末端到导流筒下沿平面的距离及所述带尖籽晶尖端到熔硅液面的距离，计算单晶炉液口距。

优选的，在所述步骤1中，所述带尖籽晶末端到导流筒下沿平面的距离的计算公式为：

a＝A+B-C

其中，a为所述带尖籽晶末端到导流筒下沿平面的距离，A为所述导流筒上端平面到所述主炉室上平面的距离，B为所述导流筒的高度，c为所述主炉室上平面到所述重锤上表面的距离、所述重锤长度及所述带尖籽晶长度三者之和。

优选的，其特征在于，在所述步骤2中，所述CCD相机与水平面的夹角设置为预设夹角。

优选的，在所述步骤2中，所述带尖籽晶尖端倒影为所述CCD相机采集的所述带尖籽晶在所述熔硅液面上的倒影。

优选的，在所述步骤2中，所述带尖籽晶尖端到熔硅液面的距离的计算包括以下步骤：

步骤21：基于所述带尖籽晶尖端的实际像素位置与所述带尖籽晶尖端倒影的像素位置，通过以下公式计算所述带尖籽晶尖端与所述带尖籽晶尖端倒影的实际距离：

Q＝k*q

其中，Q为所述带尖籽晶尖端与所述带尖籽晶尖端倒影的实际距离，K为比例因子，k的值为所述带尖籽晶实际尺寸与所述CCD相机获取的所述带尖籽晶的图像尺寸的比值，q为所述CCD相机获取的所述带尖籽晶尖端的实际像素位置与所述带尖籽晶尖端倒影的像素位置之间的像素距离；

步骤22：然后通过以下公式计算所述带尖籽晶尖端到熔硅液面的距离：

H＝Q*sinβ

其中，H为所述带尖籽晶尖端到熔硅液面的距离，Q为所述带尖籽晶尖端与所述带尖籽晶尖端倒影的实际距离，β为所述CCD相机与水平面的预设夹角，sinβ为所述预设夹角的正弦值。

优选的，在所述步骤3中，所述单晶炉液口距的计算公式为：

D＝H-a

其中，D为所述单晶炉液口距，H为所述带尖籽晶尖端到熔硅液面的距离，a为所述带尖籽晶末端到导流筒下沿平面的距离。

一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量装置，采用上述一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法进行单晶炉液口距测量，所述测量装置包括：

主炉室，所述主炉室内设置熔硅液体；

导流筒，所述导流筒设置在所述主炉室内，所述导流筒位于所述熔硅液体的熔硅液面上方；

重锤，所述重锤通过籽晶绳悬挂在所述导流筒内部，所述重锤下端设置带尖籽晶，所述带尖籽晶尖端位于所述熔硅液面上方；

CCD相机，所述CCD相机设置在所述主炉室外壁，所述CCD相机位于所述主炉室上平面上方，所述CCD相机与水平面的夹角为预设夹角。

优选的，还包括定位装置，所述定位装置包括：

箱体，所述箱体设置在所述主炉室下方，所述箱体上表面对称设置有两个第一通孔，所述箱体左右两侧壁分别对称设置有第二通孔；

若干套筒，若干所述套筒设置在所述箱体上表面，所述套筒下端与所述箱体上表面固定连接，所述套筒位于两个所述第一通孔之间，所述套筒内设置有弹簧，所述弹簧下端与所述箱体上表面固定连接，所述弹簧上端设置滑柱，所述滑柱与所述套筒内壁滑动连接，所述滑柱远离所述弹簧一端延伸至所述套筒外部并设置支撑板，所述支撑板下表面中心位置与所述滑柱远离所述弹簧一端铰接连接，所述支撑板能以所述滑柱为支点进行左右转动，所述支撑板上表面与所述主炉室下表面接触；

两个挡板，两个所述挡板对称设置在所述主炉室左右两侧，所述挡板下端与所述支撑板上表面固定连接；

重块，所述重块设置在所述箱体内部中心位置，所述重块上表面设置第一连杆，所述第一连杆上端与所述箱体上侧内壁铰接连接，所述重块能在所述箱体内左右摆动；

两个第一滑套，两个所述第一滑套对称设置在所述重块左右两侧，所述第一滑套侧壁与所述箱体内侧壁固定连接，所述第一滑套内滑动连接有第一滑板，所述第一滑板一端穿过所述第一通孔延伸至所述箱体外部并设置第一滚轮，所述第一滑板与所述第一通孔内壁滑动连接，所述第一滚轮外壁与所述支撑板下表面接触；

第一齿条，所述第一齿条设置在所述第一滑板朝向所述重块一侧壁，所述第一齿条与所述第一滑套内壁滑动连接；

固定板，所述固定板设置在所述第一滑套下方，所述固定板一端与所述箱体内侧壁固定连接，所述固定板另一端设置有转轴，所述转轴与所述固定板前侧壁转动连接，所述转轴上设置有齿轮柱，所述齿轮柱与所述第一齿条啮合；

两个第二滑套，两个所述第二滑套对称设置在所述箱体左右两侧壁，所述第二滑套的套孔与所述第二通孔同心，所述第二滑套内滑动设置有第二滑板，所述第二滑板一端穿过所述第二通孔延伸至所述重块处并设置第二滚轮，所述第二滚轮外壁与所述重块外壁接触，所述第二滑板与所述第二通孔内壁滑动连接，所述第二滑板上表面设置有第二齿条，所述第二齿条上表面带齿并与所述齿轮柱啮合。

优选的，还包括：

第一温度检测装置，所述第一温度检测装置设置在所述主炉室内，用于检测所述主炉室内熔硅液体的实际温度；

第二温度检测装置，所述第二温度检测装置设置在所述主炉室内，用于检测所述主炉室内的空气的实际温度；

第三温度检测装置，所述第三温度检测装置设置在所述主炉室外部，用于检测所述主炉室外部的环境温度；

第一气压检测装置，所述第一气压检测装置设置在所述主炉室内，用于检测所述主炉室内的实际气压；

报警器，所述报警器设置在所述主炉室外部；

控制器，所述控制器设置在所述主炉室外部，所述控制器分别与所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述第三温度检测装置、所述第一气压检测装置及所述报警器电性连接；

所述控制器基于所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述第三温度检测装置及所述第一气压检测装置的检测值控制所述报警器工作，包括以下步骤：

步骤101：基于所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述第三温度检测装置及所述第一气压检测装置的检测值，通过以下公式计算所述主炉室内的总热量损失：

其中，Q₀为所述主炉室内的总热量损失，

为所述主炉室内通过炉壁的热传导损失，ω₁·S₁·(T₁-T₃)为所述主炉室外壁的对流热损失，

为所述主炉室内熔硅液体的蒸发热损失，

为所述主炉室材料的导热系数，h₁为所述主炉室的壁厚，T₁为所述第一温度检测装置检测的所述主炉室内熔硅液体的实际温度，T₃为所述第三温度检测装置检测的所述主炉室外部的环境温度，s₁为所述主炉室外壁的表面积，ω₁为所述主炉室外壁的对流换热系数，

为所述熔硅液体的蒸发潜热，C₁为所述主炉室内空气的比热容，p₁为所述主炉室外部的大气压，p₁为标准大气压，p₂为当所述主炉室内的熔硅液体达到预设最高温度时的饱和蒸汽压，p₃为所述第一气压检测装置检测的所述主炉室内的实际气压；

步骤102：所述控制器将所述主炉室内的总热量损失与所述主炉室内的预设热量损失进行比较，当所述主炉室内的总热量损失大于所述主炉室内的预设热量损失时，所述控制器控制所述报警器发出报警提示。

本发明的技术方案具有以下优点：本发明提供了一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法，包括步骤1：在重锤下端安装带尖籽晶，然后将所述重锤放入主炉室内部，获取带尖籽晶末端到导流筒下沿平面的距离；步骤2：使用CCD相机获取所述带尖籽晶尖端的实际像素位置图像与所述带尖籽晶尖端倒影的像素位置图像，然后根据所述实际像素位置与所述带尖籽晶尖端倒影的像素位置计算所述带尖籽晶尖端到熔硅液面的距离；步骤3：基于所述带尖籽晶末端到导流筒下沿平面的距离及所述带尖籽晶尖端到熔硅液面的距离，计算单晶炉液口距。本发明中，通过CCD相机获取的图像能够准确计算液口距，消除了人为误差，提高了液口距的准确性，从而实现了液口距的精准定位，且本发明提供的测量方法中，液口距的影响因素均可以人为控制，便于对单晶炉液口距的精准控制，能够提高生产的单晶硅质量。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及说明书附图中所特别指出的装置来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中测量方法步骤示意图；

图2为本发明主炉室整体结构示意图；

图3为本发明中CCD相机捕获图像示意图；

图4为本发明中主炉室内部示意图；

图5为本发明定位装置整体结构示意图；

图6为本发明图5中A处放大图。

图中：1、重锤；2、带尖籽晶；3、主炉室；4、导流筒；5、CCD相机；6、熔硅液面；7、籽晶绳；8、箱体；9、第一通孔；10、套筒；11、弹簧；12、滑柱；13、支撑板；14、挡板；15、重块；16、第一连杆；17、第一滑套；18、第一滑板；19、第一滚轮；20、第一齿条；21、固定板；22、齿轮柱；23、第二滑套；24、第二滑板；25、第二滚轮；26、第二齿条。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1：

本发明实施例提供了一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法，如图1-6所示，包括以下步骤：

步骤1：在重锤1下端安装带尖籽晶2，然后将所述重锤1放入主炉室3内部，获取带尖籽晶2末端到导流筒4下沿平面的距离；

步骤2：使用CCD相机5获取所述带尖籽晶2尖端的实际像素位置图像与所述带尖籽晶2尖端倒影的像素位置图像，然后根据所述实际像素位置X1与所述带尖籽晶2尖端倒影的像素位置X2计算所述带尖籽晶2尖端到熔硅液面6的距离；

步骤3：基于所述带尖籽晶2末端到导流筒4下沿平面的距离及所述带尖籽晶2尖端到熔硅液面6的距离，计算单晶炉液口距。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：首先在重锤1下端安装带尖籽晶2，再将所述重锤1放入主炉室3内部，获取带尖籽晶2末端到导流筒4下沿平面的距离，然后使用CCD相机5获取带尖籽晶2尖端的实际像素位置图像与带尖籽晶2尖端倒影的像素位置图像，并根据实际像素位置X1与带尖籽晶2尖端倒影的像素位置X2计算带尖籽晶2尖端到熔硅液面6的距离，最后基于带尖籽晶2末端到导流筒4下沿平面的距离及带尖籽晶2尖端到熔硅液面6的距离，计算单晶炉液口距，本发明通过CCD相机5获取的图像能够准确计算液口距，消除了人为误差，提高了液口距的准确性，从而实现了液口距的精准定位，且本发明提供的测量方法中，液口距的影响因素均可以人为控制，便于对单晶炉液口距的精准控制，能够提高生产的单晶硅质。

实施例2

在上述实施例1的基础上，如图1-图4所示，在所述步骤1中，所述带尖籽晶2末端到导流筒4下沿平面的距离的计算公式为：

a＝A+B-C

其中，a为所述带尖籽晶2末端到导流筒4下沿平面的距离，A为所述导流筒4上端平面到所述主炉室3上平面的距离，B为所述导流筒4的高度，C为所述主炉室3上平面到所述重锤1上表面的距离、所述重锤1长度及所述带尖籽晶2长度三者之和；

在所述步骤2中，所述CCD相机5与水平面的夹角设置为预设夹角；

在所述步骤2中，所述带尖籽晶2尖端倒影为所述CCD相机5采集的所述带尖籽晶2在所述熔硅液面6上的倒影；

在所述步骤2中，所述带尖籽晶2尖端到熔硅液面6的距离的计算包括以下步骤：

步骤21：基于所述带尖籽晶2尖端的实际像素位置与所述带尖籽晶2尖端倒影的像素位置，通过以下公式计算所述带尖籽晶2尖端与所述带尖籽晶2尖端倒影的实际距离：

Q＝k*q

其中，Q为所述带尖籽晶2尖端与所述带尖籽晶2尖端倒影的实际距离，k为比例因子，K的值为所述带尖籽晶2实际尺寸与所述CCD相机5获取的所述带尖籽晶2的图像尺寸的比值，q为所述CCD相机5获取的所述带尖籽晶2尖端的实际像素位置与所述带尖籽晶2尖端倒影的像素位置之间的像素距离；

步骤22：然后通过以下公式计算所述带尖籽晶2尖端到熔硅液面6的距离：

H＝Q*sinβ

其中，H为所述带尖籽晶2尖端到熔硅液面6的距离，Q为所述带尖籽晶2尖端与所述带尖籽晶2尖端倒影的实际距离，β为所述CCD相机5与水平面的预设夹角，sinβ为所述预设夹角的正弦值；

在所述步骤3中，所述单晶炉液口距的计算公式为：

D＝H-a

其中，D为所述单晶炉液口距，H为所述带尖籽晶2尖端到熔硅液面6的距离，a为所述带尖籽晶2末端到导流筒4下沿平面的距离。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：在单晶炉初始调试中，一般以主炉室3的上平面和重锤1的上平面的相对位置为基准来确定重锤1的实际位置和行程，调试完成后，在工控机上，可以清楚的读出带尖籽晶2的位置，也就是主炉室3上平面到重锤1上表面的距离，将主炉室3上平面到重锤1上表面的距离、重锤1长度和带尖籽晶2长度三者长度相加，即可得出C的距离，在拉晶的准备过程中，热场等零部件安装完毕后，导流筒4的上平面与主炉室3上平面的距离为固定值A，可通过测量而得，导流筒4高度B也为固定值，因此可以计算出带尖籽晶2末端到导流筒4下沿平面的距离a，然后通过CCD相机5可以获取带尖籽晶2尖端的实际像素位置X1和带尖籽晶2尖端倒影的像素位置X2，CCD相机5与水平面的夹角设置为预设夹角β，带尖籽晶2尖端倒影为CCD相机5采集的带尖籽晶2在熔硅液面6上的倒影，根据对两点像素位置的测量分析可以得到像素距离q，由于CCD相机5获取的图像尺寸与实际尺寸的差距，需要乘以比例因子K，K的值为带尖籽晶2实际尺寸与所述CCD相机5获取的带尖籽晶2的图像尺寸的比值，然后可以计算带尖籽晶2尖端与带尖籽晶2尖端倒影的实际距离Q，对于固定好的CCD相机5所对应的角度β是固定的，通过带尖籽晶2尖端与带尖籽晶2尖端倒影的实际距离Q以及CCD相机5的预设夹角β便可以计算带尖籽晶2尖端到熔硅液面6的距离H，最后，基于带尖籽晶2尖端到熔硅液面6的距离H与带尖籽晶2末端到导流筒4下沿平面的距离a便可以准确计算单晶炉液口距D，上述方法中关于单间炉液口距的影响因素均可以控制，因此可以实现对液口距的精准控制，避免人为观察误差，提高了生产质量。

一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量装置，采用上述的一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法进行单晶炉液口距测量，如图2-图4所示，所述测量装置包括：

主炉室3，所述主炉室3内设置熔硅液体；

导流筒4，所述导流筒4设置在所述主炉室3内，所述导流筒4位于所述熔硅液体的熔硅液面6上方；

重锤1，所述重锤1通过籽晶绳7悬挂在所述导流筒4内部，所述重锤1下端设置带尖籽晶2，所述带尖籽晶2尖端位于所述熔硅液面6上方；

CCD相机5，所述CCD相机5设置在所述主炉室3外壁，所述CCD相机5位于所述主炉室3上平面上方，所述CCD相机5与水平面的夹角为预设夹角。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：主炉室3内设置有熔硅液体，在熔硅液体上方设置有导流筒4，导流筒4内通过籽晶绳7悬挂有重锤1，在重锤1下方设置有带尖籽晶2，带尖籽晶2的尖端位于熔硅液面6的上方，在主炉室3外壁设置有CCD相机5，CCD相机5与水平面的夹角为预设夹角，CCD相机5能够获取带尖籽晶2尖端的实际位置和倒影的位置图像，并且根据两点像素位置测量分析得到像素距离，然后再根据上述测量方法准确计算单晶炉液口距，实现液口距的精准定位，便于根据生产需求精准控制液口距。

在一个实施例中，如图5、图6所示，还包括定位装置，所述定位装置包括：

箱体8，所述箱体8设置在所述主炉室3下方，所述箱体8上表面对称设置有两个第一通孔9，所述箱体8左右两侧壁分别对称设置有第二通孔；

若干套筒10，若干所述套筒10设置在所述箱体8上表面，所述套筒10下端与所述箱体8上表面固定连接，所述套筒10位于两个所述第一通孔9之间，所述套筒10内设置有弹簧11，所述弹簧11下端与所述箱体8上表面固定连接，所述弹簧11上端设置滑柱12，所述滑柱12与所述套筒10内壁滑动连接，所述滑柱12远离所述弹簧11一端延伸至所述套筒10外部并设置支撑板13，所述支撑板13下表面中心位置与所述滑柱12远离所述弹簧11一端铰接连接，所述支撑板13能以所述滑柱12为支点进行左右转动，所述支撑板13上表面与所述主炉室3下表面接触；

两个挡板14，两个所述挡板14对称设置在所述主炉室3左右两侧，所述挡板14下端与所述支撑板13上表面固定连接；

重块15，所述重块15设置在所述箱体8内部中心位置，所述重块15上表面设置第一连杆16，所述第一连杆16上端与所述箱体8上侧内壁铰接连接，所述重块15能在所述箱体8内左右摆动；

两个第一滑套17，两个所述第一滑套17对称设置在所述重块15左右两侧，所述第一滑套17侧壁与所述箱体8内侧壁固定连接，所述第一滑套17内滑动连接有第一滑板18，所述第一滑板18一端穿过所述第一通孔9延伸至所述箱体8外部并设置第一滚轮19，所述第一滑板18与所述第一通孔9内壁滑动连接，所述第一滚轮19外壁与所述支撑板13下表面接触；

第一齿条20，所述第一齿条20设置在所述第一滑板18朝向所述重块15一侧壁，所述第一齿条20与所述第一滑套17内壁滑动连接；

固定板21，所述固定板21设置在所述第一滑套17下方，所述固定板21一端与所述箱体8内侧壁固定连接，所述固定板21另一端设置有转轴，所述转轴与所述固定板21前侧壁转动连接，所述转轴上设置有齿轮柱22，所述齿轮柱22与所述第一齿条20啮合；

两个第二滑套23，两个所述第二滑套23对称设置在所述箱体8左右两侧壁，所述第二滑套23的套孔与所述第二通孔同心，所述第二滑套23内滑动设置有第二滑板24，所述第二滑板24一端穿过所述第二通孔延伸至所述重块15处并设置第二滚轮25，所述第二滚轮25外壁与所述重块15外壁接触，所述第二滑板24与所述第二通孔内壁滑动连接，所述第二滑板24上表面设置有第二齿条26，所述第二齿条26上表面带齿并与所述齿轮柱22啮合。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：单晶炉液口距测量时，将主炉室3安装在支撑板13上，由支撑板13对主炉室3进行支撑，在两个挡板14的作用下，主炉室3不会在支撑板13上左右滑动，当主炉室3需要安装在倾斜地面时，箱体8下表面能够与地面接触，若箱体8左侧高于箱体8右侧时，在重力作用下，重块15始终保持在自然下垂状态，重块15通过左侧的第二滚轮25带动第二滑板24从右向左运动，第二滑板24在第二滑套23内向左滑动，然后第二滑板24上的第二齿条26向左侧运动，第二齿条26带动齿轮柱22顺时针转动，齿轮柱22带动第一齿条20向上运动，第一齿条20带动第一滑板18沿第一滑套17及第一通孔9向上滑动，第一滑板18通过第一滚轮19带动支撑板13左侧向上运动，支撑板13以与滑柱12铰接位置为支点进行转动，支撑板13右侧向下运动，支撑板13下表面向下挤压右侧的第一滚轮19，然后右侧第一滚轮19带动右侧第一滑板18向下滑动，右侧第一滑板18的第一齿条20带动右侧的齿轮柱22顺时针转动，右侧的齿轮柱22带动右侧的第二齿条26向左侧运动，右侧的第二齿条26带动右侧的第二滑板24向左侧运动，并通过右侧的第二滚轮25挤压重块15，从而实现重块15左右两侧力的平衡，在此过程中，主炉室3内的熔硅液面6能够始终保持在水平状态，不会由于地面的倾斜而导致熔硅液面6的倾斜，将熔硅液面6保持在水平状态能够使得CCD相机5获取的获取带尖籽晶2尖端的实际像素位置和带尖籽晶2尖端倒影的像素位置不会因为主炉室3安装位置的不同而发生变化，从而确保了单晶炉液口距计算的环境，提高了液口距计算的准确性，有助于生产的开展，同时也可以防止主炉室3从倾斜地面上滑落，使得主炉室3的安装更加稳固，进一步实现了液口距的精准定位，同时还提高了生产的安全性，使得生产可以在多种不同的场合开展。

在一个实施例中，还包括：

第一温度检测装置，所述第一温度检测装置设置在所述主炉室3内，用于检测所述主炉室3内熔硅液体的实际温度；

第二温度检测装置，所述第二温度检测装置设置在所述主炉室3内，用于检测所述主炉室3内的空气的实际温度；

第三温度检测装置，所述第三温度检测装置设置在所述主炉室3外部，用于检测所述主炉室3外部的环境温度；

第一气压检测装置，所述第一气压检测装置设置在所述主炉室3内，用于检测所述主炉室3内的实际气压；

报警器，所述报警器设置在所述主炉室3外部；

控制器，所述控制器设置在所述主炉室3外部，所述控制器分别与所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述第三温度检测装置、所述第一气压检测装置及所述报警器电性连接；

所述控制器基于所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述第三温度检测装置及所述第一气压检测装置的检测值控制所述报警器工作，包括以下步骤：

步骤101：基于所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述第三温度检测装置及所述第一气压检测装置的检测值，通过以下公式计算所述主炉室3内的总热量损失：

其中，Q₀为所述主炉室3内的总热量损失，

为所述主炉室3内通过炉壁的热传导损失，ω₁·S₁·(T₁-T₃)为所述主炉室3外壁的对流热损失，

为所述主炉室3内熔硅液体的蒸发热损失，

为所述主炉室3材料的导热系数，h₁为所述主炉室3的壁厚，T₁为所述第一温度检测装置检测的所述主炉室3内熔硅液体的实际温度，T₃为所述第三温度检测装置检测的所述主炉室3外部的环境温度，S₁为所述主炉室3外壁的表面积，ω₁为所述主炉室3外壁的对流换热系数，

为所述熔硅液体的蒸发潜热，C₁为所述主炉室3内空气的比热容，p₁为所述主炉室3外部的大气压，p₁为标准大气压，p₂为当所述主炉室3内的熔硅液体达到预设最高温度时的饱和蒸汽压，p₃为所述第一气压检测装置检测的所述主炉室3内的实际气压；

步骤102：所述控制器将所述主炉室3内的总热量损失与所述主炉室3内的预设热量损失进行比较，当所述主炉室3内的总热量损失大于所述主炉室3内的预设热量损失时，所述控制器控制所述报警器发出报警提示。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：在主炉室3内还分别设置有第一温度检测装置、第二温度检测装置和第一气压检测装置，在主炉室3外部设置有第三温度检测装置、报警器及控制器，基于第一温度检测装置、第二温度检测装置、第三温度检测装置、第一气压检测装置的检测值，通过公式能够准确计算主炉室3内的总热量损失，其中，熔硅液体的预设最高温度为硅的沸点温度，然后控制器能够将主炉室3的总热量损失与主炉室3内的预设热量损失进行比较，主炉室3内的预设热量损失为初次使用主炉室3时的热量损失，当主炉室3内的总热量损失大于主炉室3内的预设热量损失时，控制器能够控制报警器发出报警提示，说明此时主炉室3到达使用寿命，主炉室3的保温效果降低，需要对主炉室3进行更换，工作人员根据报警器的报警提示对主炉室3进行及时检修或更换，保证了生产的顺利开展，更换主炉室3后能够使得主炉室3内的热场梯度温度稳定，避免生产过程中主炉室3内热场梯度温度不稳定而导致单晶硅出现等径断棱的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在重锤(1)下端安装带尖籽晶(2)，然后将所述重锤(1)放入主炉室(3)内部，获取带尖籽晶(2)末端到导流筒(4)下沿平面的距离；

步骤2：使用CCD相机(5)获取所述带尖籽晶(2)尖端的实际像素位置图像与所述带尖籽晶(2)尖端倒影的像素位置图像，然后根据所述实际像素位置与所述带尖籽晶(2)尖端倒影的像素位置计算所述带尖籽晶(2)尖端到熔硅液面(6)的距离；

步骤3：基于所述带尖籽晶(2)末端到导流筒(4)下沿平面的距离及所述带尖籽晶(2)尖端到熔硅液面(6)的距离，计算单晶炉液口距；

还包括测量装置，该测量装置通过一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法进行单晶炉液口距测量，所述测量装置包括：

主炉室(3)，所述主炉室(3)内设置熔硅液体；

导流筒(4)，所述导流筒(4)设置在所述主炉室(3)内，所述导流筒(4)位于所述熔硅液体的熔硅液面(6)上方；

重锤(1)，所述重锤(1)通过籽晶绳(7)悬挂在所述导流筒(4)内部，所述重锤(1)下端设置带尖籽晶(2)，所述带尖籽晶(2)尖端位于所述熔硅液面(6)上方；

CCD相机(5)，所述CCD相机(5)设置在所述主炉室(3)外壁，所述CCD相机(5)位于所述主炉室(3)上平面上方，所述CCD相机(5)与水平面的夹角为预设夹角；

还包括定位装置，所述定位装置包括：

箱体(8)，所述箱体(8)设置在所述主炉室(3)下方，所述箱体(8)上表面对称设置有两个第一通孔(9)，所述箱体(8)左右两侧壁分别对称设置有第二通孔；

若干套筒(10)，若干所述套筒(10)设置在所述箱体(8)上表面，所述套筒(10)下端与所述箱体(8)上表面固定连接，所述套筒(10)位于两个所述第一通孔(9)之间，所述套筒(10)内设置有弹簧(11)，所述弹簧(11)下端与所述箱体(8)上表面固定连接，所述弹簧(11)上端设置滑柱(12)，所述滑柱(12)与所述套筒(10)内壁滑动连接，所述滑柱(12)远离所述弹簧(11)一端延伸至所述套筒(10)外部并设置支撑板(13)，所述支撑板(13)下表面中心位置与所述滑柱(12)远离所述弹簧(11)一端铰接连接，所述支撑板(13)能以所述滑柱(12)为支点进行左右转动，所述支撑板(13)上表面与所述主炉室(3)下表面接触；

两个挡板(14)，两个所述挡板(14)对称设置在所述主炉室(3)左右两侧，所述挡板(14)下端与所述支撑板(13)上表面固定连接；

重块(15)，所述重块(15)设置在所述箱体(8)内部中心位置，所述重块(15)上表面设置第一连杆(16)，所述第一连杆(16)上端与所述箱体(8)上侧内壁铰接连接，所述重块(15)能在所述箱体(8)内左右摆动；

两个第一滑套(17)，两个所述第一滑套(17)对称设置在所述重块(15)左右两侧，所述第一滑套(17)侧壁与所述箱体(8)内侧壁固定连接，所述第一滑套(17)内滑动连接有第一滑板(18)，所述第一滑板(18)一端穿过所述第一通孔(9)延伸至所述箱体(8)外部并设置第一滚轮(19)，所述第一滑板(18)与所述第一通孔(9)内壁滑动连接，所述第一滚轮(19)外壁与所述支撑板(13)下表面接触；

第一齿条(20)，所述第一齿条(20)设置在所述第一滑板(18)朝向所述重块(15)一侧壁，所述第一齿条(20)与所述第一滑套(17)内壁滑动连接；

固定板(21)，所述固定板(21)设置在所述第一滑套(17)下方，所述固定板(21)一端与所述箱体(8)内侧壁固定连接，所述固定板(21)另一端设置有转轴，所述转轴与所述固定板(21)前侧壁转动连接，所述转轴上设置有齿轮柱(22)，所述齿轮柱(22)与所述第一齿条(20)啮合；

两个第二滑套(23)，两个所述第二滑套(23)对称设置在所述箱体(8)左右两侧壁，所述第二滑套(23)的套孔与所述第二通孔同心，所述第二滑套(23)内滑动设置有第二滑板(24)，所述第二滑板(24)一端穿过所述第二通孔延伸至所述重块(15)处并设置第二滚轮(25)，所述第二滚轮(25)外壁与所述重块(15)外壁接触，所述第二滑板(24)与所述第二通孔内壁滑动连接，所述第二滑板(24)上表面设置有第二齿条(26)，所述第二齿条(26)上表面带齿并与所述齿轮柱(22)啮合。

2.根据权利要求1所述的一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述带尖籽晶(2)末端到导流筒(4)下沿平面的距离的计算公式为：

a＝A+B-C

其中，a为所述带尖籽晶(2)末端到导流筒(4)下沿平面的距离，A为所述导流筒(4)上端平面到所述主炉室(3)上平面的距离，B为所述导流筒(4)的高度，C为所述主炉室(3)上平面到所述重锤(1)上表面的距离、所述重锤(1)长度及所述带尖籽晶(2)长度三者之和。

3.根据权利要求2所述的一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述CCD相机(5)与水平面的夹角设置为预设夹角。

4.根据权利要求3所述的一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述带尖籽晶(2)尖端倒影为所述CCD相机(5)采集的所述带尖籽晶(2)在所述熔硅液面(6)上的倒影。

5.根据权利要求4所述的一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述带尖籽晶(2)尖端到熔硅液面(6)的距离的计算包括以下步骤：

步骤21：基于所述带尖籽晶(2)尖端的实际像素位置与所述带尖籽晶(2)尖端倒影的像素位置，通过以下公式计算所述带尖籽晶(2)尖端与所述带尖籽晶(2)尖端倒影的实际距离：

Q＝k*q

其中，Q为所述带尖籽晶(2)尖端与所述带尖籽晶(2)尖端倒影的实际距离，k为比例因子，k的值为所述带尖籽晶(2)实际尺寸与所述CCD相机(5)获取的所述带尖籽晶(2)的图像尺寸的比值，q为所述CCD相机(5)获取的所述带尖籽晶(2)尖端的实际像素位置与所述带尖籽晶(2)尖端倒影的像素位置之间的像素距离；

步骤22：然后通过以下公式计算所述带尖籽晶(2)尖端到熔硅液面(6)的距离：

H＝Q*sinβ

其中，H为所述带尖籽晶(2)尖端到熔硅液面(6)的距离，Q为所述带尖籽晶(2)尖端与所述带尖籽晶(2)尖端倒影的实际距离，β为所述CCD相机(5)与水平面的预设夹角，sinβ为所述预设夹角的正弦值。

6.根据权利要求5所述的一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述单晶炉液口距的计算公式为：

D＝H-a

其中，D为所述单晶炉液口距，H为所述带尖籽晶(2)尖端到熔硅液面(6)的距离，a为所述带尖籽晶(2)末端到导流筒(4)下沿平面的距离。

7.一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量装置，采用上述权利要求6所述的一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量方法进行单晶炉液口距测量，其特征在于，所述测量装置包括：

主炉室(3)，所述主炉室(3)内设置熔硅液体；

导流筒(4)，所述导流筒(4)设置在所述主炉室(3)内，所述导流筒(4)位于所述熔硅液体的熔硅液面(6)上方；

重锤(1)，所述重锤(1)通过籽晶绳(7)悬挂在所述导流筒(4)内部，所述重锤(1)下端设置带尖籽晶(2)，所述带尖籽晶(2)尖端位于所述熔硅液面(6)上方；

CCD相机(5)，所述CCD相机(5)设置在所述主炉室(3)外壁，所述CCD相机(5)位于所述主炉室(3)上平面上方，所述CCD相机(5)与水平面的夹角为预设夹角。

8.根据权利要求7所述的一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量装置，其特征在于，还包括定位装置，所述定位装置包括：

箱体(8)，所述箱体(8)设置在所述主炉室(3)下方，所述箱体(8)上表面对称设置有两个第一通孔(9)，所述箱体(8)左右两侧壁分别对称设置有第二通孔；

若干套筒(10)，若干所述套筒(10)设置在所述箱体(8)上表面，所述套筒(10)下端与所述箱体(8)上表面固定连接，所述套筒(10)位于两个所述第一通孔(9)之间，所述套筒(10)内设置有弹簧(11)，所述弹簧(11)下端与所述箱体(8)上表面固定连接，所述弹簧(11)上端设置滑柱(12)，所述滑柱(12)与所述套筒(10)内壁滑动连接，所述滑柱(12)远离所述弹簧(11)一端延伸至所述套筒(10)外部并设置支撑板(13)，所述支撑板(13)下表面中心位置与所述滑柱(12)远离所述弹簧(11)一端铰接连接，所述支撑板(13)能以所述滑柱(12)为支点进行左右转动，所述支撑板(13)上表面与所述主炉室(3)下表面接触；

两个挡板(14)，两个所述挡板(14)对称设置在所述主炉室(3)左右两侧，所述挡板(14)下端与所述支撑板(13)上表面固定连接；

重块(15)，所述重块(15)设置在所述箱体(8)内部中心位置，所述重块(15)上表面设置第一连杆(16)，所述第一连杆(16)上端与所述箱体(8)上侧内壁铰接连接，所述重块(15)能在所述箱体(8)内左右摆动；

两个第一滑套(17)，两个所述第一滑套(17)对称设置在所述重块(15)左右两侧，所述第一滑套(17)侧壁与所述箱体(8)内侧壁固定连接，所述第一滑套(17)内滑动连接有第一滑板(18)，所述第一滑板(18)一端穿过所述第一通孔(9)延伸至所述箱体(8)外部并设置第一滚轮(19)，所述第一滑板(18)与所述第一通孔(9)内壁滑动连接，所述第一滚轮(19)外壁与所述支撑板(13)下表面接触；

第一齿条(20)，所述第一齿条(20)设置在所述第一滑板(18)朝向所述重块(15)一侧壁，所述第一齿条(20)与所述第一滑套(17)内壁滑动连接；

固定板(21)，所述固定板(21)设置在所述第一滑套(17)下方，所述固定板(21)一端与所述箱体(8)内侧壁固定连接，所述固定板(21)另一端设置有转轴，所述转轴与所述固定板(21)前侧壁转动连接，所述转轴上设置有齿轮柱(22)，所述齿轮柱(22)与所述第一齿条(20)啮合；

两个第二滑套(23)，两个所述第二滑套(23)对称设置在所述箱体(8)左右两侧壁，所述第二滑套(23)的套孔与所述第二通孔同心，所述第二滑套(23)内滑动设置有第二滑板(24)，所述第二滑板(24)一端穿过所述第二通孔延伸至所述重块(15)处并设置第二滚轮(25)，所述第二滚轮(25)外壁与所述重块(15)外壁接触，所述第二滑板(24)与所述第二通孔内壁滑动连接，所述第二滑板(24)上表面设置有第二齿条(26)，所述第二齿条(26)上表面带齿并与所述齿轮柱(22)啮合。

9.根据权利要求7所述的一种以带尖籽晶为参照的单晶炉液口距测量装置，其特征在于，还包括：

第一温度检测装置，所述第一温度检测装置设置在所述主炉室(3)内，用于检测所述主炉室(3)内熔硅液体的实际温度；

第二温度检测装置，所述第二温度检测装置设置在所述主炉室(3)内，用于检测所述主炉室(3)内的空气的实际温度；

第三温度检测装置，所述第三温度检测装置设置在所述主炉室(3)外部，用于检测所述主炉室(3)外部的环境温度；

第一气压检测装置，所述第一气压检测装置设置在所述主炉室(3)内，用于检测所述主炉室(3)内的实际气压；

报警器，所述报警器设置在所述主炉室(3)外部；

控制器，所述控制器设置在所述主炉室(3)外部，所述控制器分别与所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述第三温度检测装置、所述第一气压检测装置及所述报警器电性连接；

所述控制器基于所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述第三温度检测装置及所述第一气压检测装置的检测值控制所述报警器工作，包括以下步骤：

步骤101：基于所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置、所述第三温度检测装置及所述第一气压检测装置的检测值，通过以下公式计算所述主炉室(3)内的总热量损失：

其中，Q₀为所述主炉室(3)内的总热量损失，

为所述主炉室(3)内通过炉壁的热传导损失，ω₁·S₁·(T₁-T₃)为所述主炉室(3)外壁的对流热损失，

为所述主炉室(3)内熔硅液体的蒸发热损失，

为所述主炉室(3)材料的导热系数，h₁为所述主炉室(3)的壁厚，T₁为所述第一温度检测装置检测的所述主炉室(3)内熔硅液体的实际温度，T₃为所述第三温度检测装置检测的所述主炉室(3)外部的环境温度，S₁为所述主炉室(3)外壁的表面积，ω₁为所述主炉室(3)外壁的对流换热系数，θ₁为所述熔硅液体的蒸发潜热，c₁为所述主炉室(3)内空气的比热容，p₁为所述主炉室(3)外部的大气压，p₁为标准大气压，p₂为当所述主炉室(3)内的熔硅液体达到预设最高温度时的饱和蒸汽压，p₃为所述第一气压检测装置检测的所述主炉室(3)内的实际气压；

步骤102：所述控制器将所述主炉室(3)内的总热量损失与所述主炉室(3)内的预设热量损失进行比较，当所述主炉室(3)内的总热量损失大于所述主炉室(3)内的预设热量损失时，所述控制器控制所述报警器发出报警提示。

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