CN114318512A - 一种通过监控直拉单晶硅转肩直径自动调节拉速的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过监控直拉单晶硅转肩直径自动调节拉速的方法，该方法筛选单晶转肩形状较好的直径数据，作图进行拟合，得到拟合函数并将该函数内嵌至PLC中；根据CCD相机测量直径与函数给出直径差值，通过自动调整拉速，拉速灵敏性通过调整PID参数进行控制，根据实际转肩直径与预定直径符合程度通过调整PID参数来控制拉速，反复几次即可调整出合适PID参数，实现转肩过程自动调节拉速。本发明的方法可以实现转肩过程的拉速自动调控，提高转肩的成功率和过程的可重复性。本发明的方法可以实现自动转肩过程，无需人为操作，避免因人为操作对单晶拉制过程造成的影响，明显降低了人员操作强度，提高了生产效率，增加了产量，降低人工成本。

Description

一种通过监控直拉单晶硅转肩直径自动调节拉速的方法
技术领域
本发明涉及一种通过监控直拉单晶硅转肩直径自动调节拉速的方法，属于直拉单晶硅技术领域。
背景技术
单晶硅拉制过程中，很重要的一个过程就是转肩，目前普遍的转肩操作都是人工操作，转肩过程中由于操作集中或工作人员操作水平不达标导致操作失误，如转肩后直径不合适、转肩拉速过高，导致应力集中，等径前期卡等，导致单晶的成晶难度甚至无法成晶，拉制废品。降低整体的生产效率，浪费时间，增加人工成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过监控直拉单晶硅转肩直径自动调节拉速的方法，以提高单晶硅转肩的成功率与过程的重复性，提高生产效率，降低人工成本。
本发明的构思为：筛选单晶转肩形状较好的直径数据，获得拟合函数；根据CCD相机测量直径与函数给出直径差值，通过调整拉速，拉速灵敏性通过调整PID参数进行控制，根据实际转肩直径与预定直径符合程度通过调整PID参数来控制拉速，反复几次即可调整出合适PID参数，实现转肩过程自动调节拉速。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种通过监控直拉单晶硅转肩直径自动调节拉速的方法，包括以下步骤：
(1)筛选单晶转肩形状较好的直径数据，作图进行拟合，得到拟合函数并将该函数内嵌至PLC中；
(2)放肩直径到达预定转肩直径后，以固定拉速作为进入转肩的起始拉速；通过PID参数控制拉速转肩过程拉速变化，进而控制直径，直到直径达到目标直径，完成第一次转肩，并获得第一次转肩直径及拉速数据；
(3)以转肩晶体长度为X轴，直径为主Y轴，拉速为副Y轴作图，此时，根据实际转肩直径与目标直径的偏离趋势及拉速变化对PID参数进行调整；
(4)重复步骤(2)、步骤(3)，以第一次调整后的PID参数完成第二次转肩，并获得第二次转肩直径、拉速数据及调整后的PID参数；
(5)重复步骤(4)，以第n次调整后的PID参数完成第n+1次转肩，直至转肩形状与预设转肩形状符合度达到99％以上，其中n为大于2的正整数。
其中，所述拟合函数为：Y＝AX6+BX5+CX4+DX3+EX2+FX+G，不同的转肩形状为系数不同。
其中，通过CCD相机监控直径变化，通过PLC实现的PID参数及拉速控制。
在所述步骤(3)中，根据实际转肩直径与目标直径的偏离趋势及拉速变化对PID参数进行调整的具体调整方法为：
直径偏离较大(实际转肩直径偏离目标直径的0.6％以上)，拉速变化不大(拉速在单位长度变化小于5mm/hr)时，提高P值、减小I值和D值；
直径偏离较大，拉速变化大(拉速在单位长度变化大于或等于5mm/hr)时，减小P值、增大I值和D值；
直径偏离较小(实际转肩直径偏离目标直径的0.6％以下)，拉速变化不大时，减小I值和D值；
直径偏离较小，拉速变化大时；减小P值，提高I值和D值；
调整过程为：首先，根据实际转肩直径与目标直径的偏离趋势及拉速变化调整P值即比例控制；然后基于调整后的P值，加入I值即积分控制，I值初始值设为1.0，如果曲线偏离回复慢，则说明I值偏大，需适当减小I值，反之，需要加大I值；在调整好P值与I值后，再加入D值即微分控制，D值为I值的20％～50％，如果曲线振动频率加快，则应降低D值，反之，需要增加D值。
本发明的优点在于：
本发明的方法可以实现转肩过程的拉速自动调控，提高转肩的成功率和过程的可重复性。本发明的方法可以实现自动转肩过程，无需人为操作，避免因人为操作对单晶拉制过程造成的影响，明显降低了人员操作强度，提高了生产效率，增加了产量，降低人工成本。
附图说明
图1为标准转肩数据拟合图。
图2为一次P值调整过程的曲线图。
图3为PID参数调整后的自动转肩流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例
1、选择某一炉台成功率最高的转肩过程的直径数据，该直径数据为14英寸硅单晶转肩过程的直径数据，如图1所示。使用ORIGIN软件进行拟合，得到一个六次方的多项式函数Y＝AX6+BX5+CX4+DX3+EX2+FX+G，拟合系数如表1所示，该拟合曲线与原始直径数据的符合度R2为99.973％。将该六次多项式函数内嵌入PLC中，在SOP(操作标准程序)中输入拟合函数的各项系数。
表1直径拟合系数
A B C D E F G
2.52E-06 -1.76E-04 0.00452 -0.05055 0.16939 2.19316 313.33949
2、进行放肩操作，放肩直径到达预定转肩直径后，以固定拉速作为进入转肩的起始拉速；通过PID参数控制拉速转肩过程拉速变化，进而控制直径，直至直径达到目标直径，完成第一次转肩，并获得第一次转肩直径及拉速数据；
3、以转肩晶体长度为X轴，直径为主Y轴，拉速为副Y轴作图，如图2所示，根据实际转肩直径与目标直径的偏离趋势及拉速变化对PID参数进行调整；
4、以第一次调整后的PID参数完成第二次转肩，重复上述步骤2、3获得第二次转肩直径、拉速数据及调整后的PID参数；
5、重复步骤4，以第n次调整后的PID参数完成第n+1次转肩，直至转肩形状与预设转肩形状符合度达到99％以上，其中n为大于2的正整数。
具体来讲，在本实施例中，PID参数调整过程如下：
首先，调整P值即比例控制，图2显示出了(P，I，D)＝(2，0，0)与(P，I，D)＝(1，0，0)时的直径曲线和晶体拉速变化曲线，P值为1时，直径控制曲线呈衰减振荡，第一振幅与第二振幅高度比例为4∶1，此P值较为合适，且此时拉速波动不大；在P值调试好的基础上，加入I值即积分控制，I值初始值可设为1.0，如果曲线偏离回复慢，则说明I值偏大，需适当减小I值，反之，需要加大I值；在调整好P值与I值后，再加入D值即微分控制，D值一般为I值的20％～50％，如果曲线振动频率加快，则应降低D值，反之，需要增加D值。
后续调整方法类似于以上操作，经过大约12次左右的调整次数，与实际直径曲线相符程度达到99％以上，调整出合适的PID值分别为：P值为1.12；I值为0.50；D值为0.52。
PID参数调整完毕之后，如图3所示，进行放肩操作，通过CCD相机测量直径达到目标直径(转肩启动直径)后，以固定拉速进入转肩，进入转肩后，设定直径按照晶体长度进行变化，实际直径和设定直径采取闭环控制，利用拉速调节来调节实际直径，拉速变化的灵敏度由调试之后的PID参数决定。
在单晶硅转肩过程中，采用本发明的以上方法，设定直径与晶体长度根据设定函数进行变化，优点是可以进行更小量度的变化，可以避免传统的SOP中设置的直径与晶体长度的线性关系。

Claims (4)

1.一种通过监控直拉单晶硅转肩直径自动调节拉速的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)筛选单晶转肩形状较好的直径数据，作图进行拟合，得到拟合函数并将该函数内嵌至PLC中；
(2)放肩直径到达预定转肩直径后，以固定拉速作为进入转肩的起始拉速；通过PID参数控制拉速转肩过程拉速变化，进而控制直径，直到直径达到目标直径，完成第一次转肩，并获得第一次转肩直径及拉速数据；
(3)以转肩晶体长度为X轴，直径为主Y轴，拉速为副Y轴作图，此时，根据实际转肩直径与目标直径的偏离趋势及拉速变化对PID参数进行调整；
(4)重复步骤(2)、步骤(3)，以第一次调整后的PID参数完成第二次转肩，并获得第二次转肩直径、拉速数据及调整后的PID参数；
(5)重复步骤(4)，以第n次调整后的PID参数完成第n+1次转肩，直至转肩形状与预设转肩形状符合度达到99％以上，其中n为大于2的正整数。
2.根据权利要求1所述的通过监控直拉单晶硅转肩直径自动调节拉速的方法，其特征在于，所述拟合函数为：Y＝AX6+BX5+CX4+DX3+EX2+FX+G，不同的转肩形状为系数不同。
3.根据权利要求1所述的通过监控直拉单晶硅转肩直径自动调节拉速的方法，其特征在于，通过CCD相机监控直径变化，通过PLC实现的PID参数及拉速控制。
4.根据权利要求1所述的通过监控直拉单晶硅转肩直径自动调节拉速的方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，根据实际转肩直径与目标直径的偏离趋势及拉速变化对PID参数进行调整的具体调整方法为：
实际转肩直径偏离目标直径的0.6％以上，拉速在单位长度变化小于5mm/hr时，提高P值、减小I值和D值；
实际转肩直径偏离目标直径的0.6％以上，拉速在单位长度变化大于或等于5mm/hr时，减小P值、增大I值和D值；
实际转肩直径偏离目标直径的0.6％以下，拉速在单位长度变化小于5mm/hr时，减小I值和D值；
实际转肩直径偏离目标直径的0.6％以下，拉速在单位长度变化大于或等于5mm/hr时，减小P值，提高I值和D值；
调整过程为：首先，根据实际转肩直径与目标直径的偏离趋势及拉速变化调整P值即比例控制；然后基于调整后的P值，加入I值即积分控制，I值初始值设为1.0，如果曲线偏离回复慢，则说明I值偏大，需适当减小I值，反之，需要加大I值；在调整好P值与I值后，再加入D值即微分控制，D值为I值的20％～50％，如果曲线振动频率加快，则应降低D值，反之，需要增加D值。
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