CN114232081A - 一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置 - Google Patents
一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114232081A CN114232081A CN202111586344.1A CN202111586344A CN114232081A CN 114232081 A CN114232081 A CN 114232081A CN 202111586344 A CN202111586344 A CN 202111586344A CN 114232081 A CN114232081 A CN 114232081A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid level
- single crystal
- key
- value
- liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 120
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 11
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 claims description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
- C30B15/26—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using television detectors; using photo or X-ray detectors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置，先手动进行液位标定和相机参数标定，在线生产时结合已有标定数据和图像测量出的液口距像素值、直径像素值，来换算实际的液位及单晶棒直径，并将它们做为输入发送给温度控制系统和液位控制系统。可以减少人工干预，实现单晶硅生长炉生产过程的自动化、智能化控制，提高单晶棒的等径生成质量，以提升半导体行业的生产效率。
Description
技术领域：
本发明涉及信息处理领域，特别涉及一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置。
背景技术：
在单晶硅生长炉市场上，单晶硅炉作业过程中的检测和反馈控制的自动化、智能化技术目前主要被美国Kayex公司、日本Ferrotec公司和德国CGS公司掌握。他们所生产的硅单晶炉自动化程度很高，生产出的单晶硅产品质量很好，直径超过300mm，而直径的偏差仅有±1mm，但其价格也相当昂贵。
太阳能级单晶硅主要用于制造太阳能电池。我国的太阳能级单晶硅炉装备制造技术已经能满足大批量生产需要，但还未实现生产过程的自动化、智能化检测与反馈控制，主要依靠人工操作。
单晶硅炉生产过程中，随着单晶向上提拉，坩埚的硅溶液质量不断减少，硅溶液的液位会随之下降，因此，如果要保证单晶棒的等径生长，需要坩埚按照一定的速率上升，以使硅溶液液位维持在固定高度。坩埚上升过快，会使晶体直径增大，反之，会使晶体直径减少。液位决定了晶体生长界面处的温度梯度，而要保证晶体的质量，就需要固定合适的温度梯度生长环境。所以要实现单晶硅生长炉自动化、智能化检测及反馈控制，其中很重要的一环就是测量单晶硅炉的液位及单晶棒的直径，而由于单晶炉内部高温环境，要想持续地实时检测，就必须实现无接触测量。
发明内容：
针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的在于提供一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置，先手动进行液位标定和相机参数标定，在线生产时结合已有标定数据和图像测量出的液口距像素值、直径像素值，来换算实际的液位及单晶棒直径，并将它们做为输入发送给温度控制系统和液位控制系统。可以减少人工干预，实现单晶硅生长炉生产过程的自动化、智能化控制，提高单晶棒的等径生成质量，以提升半导体行业的生产效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，包括离线液位标定和在线视觉检测；
其中，离线液位标定的过程包括：设置测量液位的步长、最小值和最大值；将液位调整至最小值；采集图像，并测量当前图像中的液口距像素值；将当前液口矩像素值和液位作为键值对追加到标定文件尾部；判断液位是否到最大值，是则标定结束，否则液位增高一个步长，重新采集图像，继续标定；
在线视觉检测的过程包括：初始化加载离线标定的液位标定文件、相机内参、外参；采集图像，测量当前图像中的液口距像素值、单晶棒直径像素值；
根据标定文件、液口距像素值插值计算实际液位；根据相机参数、单晶棒直径像素值计算实际单晶棒直径；将计算到的实际值发送给下位机用于反馈控制。
作为本发明进一步的方案，根据标定文件和液口距像素值计算实际液位的过程包括：将已标定好的液口距、液位键值对存入查询字典gapMap<gap，liquidLevel>
获取查询字典的键列表keyList，将之按升序排序；
若液口距像素值为gapPixel，查找gapMap的键列表keyList中是否存在gap，是则其对应的值就是实际液位，realLiqLevel＝gapMap[gapPixel]；若不存在该键，则使用二分查找法来查找离该键最近的两个键值key1、key2；
按如下公式线性插值计算实际液位：
作为本发明进一步的方案，所述离线液位标定的过程具体包括：设置测量液位的步长levelStep、最小值levelMin和最大值levelMax；
调节执行元件将液位liquidLevel调整至最小值levelMin；
嵌入式智能相机系统采集图像，并测量当前图像中的液口距像素值gapPixel；
将当前液口矩像素值gapPixel和液位liquidLevel作为键值对追加到标定文件尾部；
判断液位liquidLevel是否到最大值levelMax，是则进入保存标定文件到嵌入式系统，否则继续调节执行元件，使液位增高一个步长liquidLevel＝liquidLevel+levelStep，重新执行采集图像。
作为本发明进一步的方案，所述在线视觉检测的过程具体包括：嵌入式智能相机系统中图像处理软件将已标定好的液口距、液位键值对存入查询字典gap Map<gap，liquidLevel>
获取查询字典键列表keyList，将之按升序排序；若液口距像素值为gapPixel，查找gapMap的键列表keyList中是否存在gap，是则其对应的值就是实际液位，realLiqLevel＝gapMap[gapPixel]；若不存在该键，则使用二分查找法来查找离该键最近的两个键值key1、key2；按如下公式线性插值计算实际液位：
作为本发明进一步的方案，包括显示屏、嵌入式智能相机系统、液位调节执行元件；所述显示屏与嵌入式智能相机系统通过以太网进行连接，并通过显示屏进行参数设置；液位调节执行元件的电机连接单晶炉的坩埚，通过电机的旋转运动来带动轴旋转，以实现坩埚的升降运动，调节单晶炉液位。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明：
图1是本发明中离线液位视觉标定流程图。
图2是本发明中视觉检测液位及单晶棒直径流程图；
图3是本发明中单晶炉液位、单晶棒直径测量装置结构示意图。
具体实施方式：
下面将结合附图和有关知识对本发明作出进一步的说明，进行清楚、完整地描述，显然，所描述的应用仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见图1-图3所示，一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，包括离线液位标定和在线视觉检测，其中离线单晶炉液位视觉标定主要步骤如下：
设置测量液位的步长levelStep、最小值levelMin和最大值levelMax；
调节执行元件5将液位liquidLevel调整至最小值levelMin；
嵌入式智能相机系统2采集图像，并测量当前图像中的液口距像素值gapPixel；
将当前液口矩像素值gapPixel和液位liquidLevel作为键值对追加到标定文件尾部；
判断液位liquidLevel是否到最大值levelMax，是则进入保存标定文件到嵌入式系统2本地文件系统，否则继续调节执行元件5，使液位增高一个步长liquidLevel＝liquidLevel+levelStep，
重新执行嵌入式智能相机系统2采集图像，并测量当前图像中的液口距像素值gapPixel，并按照步骤重新判断液位liquidLevel是否到最大值levelMax，直至符合液位liquidLevel是否到最大值levelMax，则进入保存标定文件到嵌入式系统2本地文件系统。
进一步优选，在线视觉检测包括以下步骤：
嵌入式智能相机系统2中视觉软件初始化加载离线标定的液位标定文件、相机内参、外参；
嵌入式智能相机系统2采集图像，测量当前图像中的液口距像素值、单晶棒直径像素值；
根据标定文件、液口距像素值插值计算实际液位；
根据相机参数、单晶棒直径像素值计算实际单晶棒3直径；
将计算到的实际值发送给下位机用于反馈控制；
判断检测是否终止，若收到终止信号结束，否则继续采集图像，直至判断检测是否终止，若收到终止信号结束。
在本发明中，根据标定文件和液口距像素值计算实际液位的方法包括以下步骤：
嵌入式智能相机系统2中图像处理软件将已标定好的液口距、液位键值对存入查询字典
gapMap<gap，liquidLevel>
获取查询字典键列表keyList，将之按升序排序；
若液口距像素值为gapPixel，查找gapMap的键列表keyList中是否存在gap，是则其对应的值就是实际液位，realLiqLevel＝gapMap[gapPixel]；若不存在该键，则使用二分查找法来查找离该键最近的两个键值key1、key2；
按如下公式线性插值计算实际液位：
本发明还提供了一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量装置，参照图3所示，包括显示屏1、嵌入式智能相机系统2、液位调节执行元件5；显示屏1与嵌入式智能相机系统2通过以太网进行连接，并通过显示屏1进行参数设置；液位调节执行元件的电机连接单晶炉的坩埚4，通过电机的旋转运动来带动轴旋转，以实现坩埚的升降运动，调节单晶炉液位。
本发明提出的单晶炉液位、单晶棒直径检测方法及装置，先手动进行液位标定和相机参数标定，在线生产时结合已有标定数据和图像测量出的液口距像素值、直径像素值，来换算实际的液位及单晶棒直径，并将它们做为输入发送给温度控制系统和液位控制系统。可以减少人工干预，实现单晶硅生长炉生产过程的自动化、智能化控制，提高单晶棒的等径生成质量，以提升半导体行业的生产效率。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，仅是本发明的优选实施方式。本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，其特征在于，包括离线液位标定和在线视觉检测；
其中，离线液位标定的过程包括：设置测量液位的步长、最小值和最大值；将液位调整至最小值；采集图像，并测量当前图像中的液口距像素值；将当前液口矩像素值和液位作为键值对追加到标定文件尾部；判断液位是否到最大值，是则标定结束，否则液位增高一个步长，重新采集图像，继续标定；
在线视觉检测的过程包括：初始化加载离线标定的液位标定文件、相机内参、外参；采集图像，测量当前图像中的液口距像素值、单晶棒直径像素值；根据标定文件、液口距像素值插值计算实际液位；根据相机参数、单晶棒直径像素值计算实际单晶棒直径；将计算到的实际值发送给下位机用于反馈控制。
2.如权利要求1的一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，其特征在于，根据标定文件和液口距像素值计算实际液位的过程包括：将已标定好的液口距、液位键值对存入查询字典gapMap<gap，liquidLevel>
获取查询字典的键列表keyList，将之按升序排序；
若液口距像素值为gapPixel，查找gapMap的键列表keyList中是否存在gap，是则其对应的值就是实际液位，realLiqLevel＝gapMap[gapPixel]；若不存在该键，则使用二分查找法来查找离该键最近的两个键值key1、key2；
按如下公式线性插值计算实际液位：
3.如权利要求1的一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，其特征在于，所述离线液位标定的过程具体包括：设置测量液位的步长levelStep、最小值levelMin和最大值levelMax；
调节执行元件将液位liquidLevel调整至最小值levelMin；
嵌入式智能相机系统采集图像，并测量当前图像中的液口距像素值gapPixel；
将当前液口矩像素值gapPixel和液位liquidLevel作为键值对追加到标定文件尾部；
判断液位liquidLevel是否到最大值levelMax，是则进入保存标定文件到嵌入式系统，否则继续调节执行元件，使液位增高一个步长liquidLevel＝liquidLevel+levelStep，重新执行采集图像。
4.如权利要求1的一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，其特征在于，所述在线视觉检测的过程具体包括：嵌入式智能相机系统中图像处理软件将已标定好的液口距、液位键值对存入查询字典gapMap<gap，liquidLevel>获取查询字典键列表keyList，将之按升序排序；若液口距像素值为gapPixel，查找gapMap的键列表keyList中是否存在gap，是则其对应的值就是实际液位，realLiqLevel＝gapMap[gappixel]；若不存在该键，则使用二分查找法来查找离该键最近的两个键值key1、key2；按如下公式线性插值计算实际液位：
5.一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量装置，其特征在于，包括显示屏、嵌入式智能相机系统、液位调节执行元件；所述显示屏与嵌入式智能相机系统通过以太网进行连接，并通过显示屏进行参数设置；液位调节执行元件的电机连接单晶炉的坩埚，通过电机的旋转运动来带动轴旋转，以实现坩埚的升降运动，调节单晶炉液位。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111586344.1A CN114232081A (zh) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111586344.1A CN114232081A (zh) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114232081A true CN114232081A (zh) | 2022-03-25 |
Family
ID=80761704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111586344.1A Pending CN114232081A (zh) | 2021-12-22 | 2021-12-22 | 一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114232081A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116288663A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 苏州晨晖智能设备有限公司 | 改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法 |
| CN116288662A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 内蒙古中环领先半导体材料有限公司 | 一种控制直拉单晶液面距的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4794263A (en) * | 1986-10-29 | 1988-12-27 | Shinetsu Handotai Kabushiki Kaisha | Apparatus for measuring crystal diameter |
| CN101782414A (zh) * | 2010-01-28 | 2010-07-21 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | 直拉硅单晶炉的硅熔体液面位置及单晶棒直径的测量方法 |
| CN110344109A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-18 | 浙江晶盛机电股份有限公司 | 一种单晶炉ccd双目液位测控装置和方法 |
-
2021
- 2021-12-22 CN CN202111586344.1A patent/CN114232081A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4794263A (en) * | 1986-10-29 | 1988-12-27 | Shinetsu Handotai Kabushiki Kaisha | Apparatus for measuring crystal diameter |
| CN101782414A (zh) * | 2010-01-28 | 2010-07-21 | 杭州慧翔电液技术开发有限公司 | 直拉硅单晶炉的硅熔体液面位置及单晶棒直径的测量方法 |
| CN110344109A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-18 | 浙江晶盛机电股份有限公司 | 一种单晶炉ccd双目液位测控装置和方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116288663A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 苏州晨晖智能设备有限公司 | 改善单晶硅棒扭曲变形的设备调试方法 |
| CN116288662A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 内蒙古中环领先半导体材料有限公司 | 一种控制直拉单晶液面距的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114232081A (zh) | 一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置 | |
| US5653799A (en) | Method for controlling growth of a silicon crystal | |
| EP1019567B1 (en) | Method and system for controlling growth of a silicon crystal | |
| CN104819754B (zh) | 一种基于图像处理的药瓶液位检测方法 | |
| US5656078A (en) | Non-distorting video camera for use with a system for controlling growth of a silicon crystal | |
| CN101748478B (zh) | 一种测量坩埚中硅熔体水平面相对高度的方法 | |
| CN111962145A (zh) | 检测熔体液面位置的方法、装置、设备及计算机存储介质 | |
| EP2659031B1 (en) | Measuring a crystal growth feature using multiple cameras | |
| CN101748479A (zh) | 熔体硅液面位置的测量方法和装置 | |
| CN104005083A (zh) | 一种测量单晶炉熔硅液面高度的装置与方法 | |
| CN112281208A (zh) | 一种液口距确定方法、装置及单晶炉 | |
| CN105043553B (zh) | 单株盆栽水稻温度参数自动测量装置及其测量方法 | |
| CN112725884A (zh) | 一种用于检测直拉单晶生长过程中熔硅液面距离的装置及方法 | |
| CN110344109A (zh) | 一种单晶炉ccd双目液位测控装置和方法 | |
| CN111366076A (zh) | 一种基于圆弧象限分类圆检测的光纤棒机床对中装置及对中方法 | |
| CN106498489A (zh) | 蓝宝石单晶炉称重检测系统、传感器滤波方法及切换方法 | |
| US20150197874A1 (en) | Device for growing monocrystalline silicon and method for manufacturing the same | |
| CN108138355A (zh) | 单晶制造装置以及熔液面位置的控制方法 | |
| CN114369868B (zh) | 晶棒断线监测方法、存储介质、终端和拉晶设备 | |
| CN102787353A (zh) | 单晶炉非接触式硅棒晶线测量方法 | |
| CN113607241A (zh) | 一种用于提升液位检测精度及灵敏度的方法 | |
| KR101071530B1 (ko) | 단결정 잉곳 직경 측정 장치, 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장 장치 및 단결정 잉곳 직경 측정 방법 | |
| CN208736658U (zh) | 光源逐点快速检测装置 | |
| CN204491037U (zh) | 一种蓝宝石长晶设备的晶转机构 | |
| CN206448842U (zh) | 氮气保护隧道推板窑气氛自动调节系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |