CN115502884A - 一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统及方法，包括：第一采集模块采集碳化硅晶锭两个端面的实时图像；处理模块对实时图像上的缺陷识别得到识别结果以划分优质区和缺陷区；夹持机构水平夹持碳化硅晶锭；驱动机构驱动转轴旋转以带动碳化硅晶锭旋转；平行光源朝向碳化硅晶锭发射单色光；光圈调节机构根据碳化硅晶锭的转动速度调节单色光对碳化硅晶锭的照射范围；研磨机构对碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；光信号检测设备在碳化硅晶锭外径研磨即将完毕时，检测通过剩余的优质区侧面边缘的光信号；控制终端在光信号的光照强度大于强度阈值并持续一预设时间段时停止驱动研磨机构。本发明同时提升了碳化硅晶锭外径研磨的质量、效率和安全性。

Description

一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统及方法

技术领域

本发明涉及晶锭检测研磨技术领域，尤其涉及一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统及方法。

背景技术

碳化硅是继第一代半导体Si、第二代半导体GaAs、InP等之后发展起来的重要的第三代半导体材料，它具有宽禁带、高热导率、高击穿场强、高载流子饱和迁移速率等的特点，在高温、高频、大功率、微电子器件等方面和航天、军工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势，具有巨大的应用潜力。生产出一片完整的碳化硅衬底，需要经过很多道工序进行加工，碳化硅晶锭的外径研磨是众多工序中的一道，此工序决定了晶锭成品的轴向偏移度，直接决定了晶锭产品规范中的一项重要参数。

工业化生长碳化硅晶体主要采用物理气相输运法（PVT法），用该方法生长的碳化硅单晶，在晶锭的边缘处经常会出现多晶、多型和穿孔等多种缺陷。由于各种缺陷大部分随机分布在距离外径5～10mm范围内，因此，当碳化硅晶片的标准直径为4、6、8英寸的圆薄片时，晶锭的直径一般比晶片大3～10mm。在晶锭进行外径研磨时，把边缘有缺陷的部位磨掉，剩下中间质量优良的部位将进入下一步加工程序。

由于优质晶锭的圆心与晶锭的几何圆心不一定重合，通常碳化硅晶锭在进行外径研磨时，需多次停机观察晶锭的缺陷部位是否去除；因为晶锭外径误差需要控制在±0.02mm，所以即使考虑了砂轮损耗和补偿后，还必须多次取下工件测量剩下的晶锭直径是否达到标准晶片尺寸的要求，然后再对晶锭位置进行反复调整，大大增加了员工的工作量和制程时间，且在调整过程中很容易磕碰到晶锭边缘造成崩边、掉落等风险，造成晶锭破裂报废。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统及方法，用于同时提升碳化硅晶锭外径研磨的质量、效率和安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统，包括：

第一采集模块，用于在碳化硅晶锭夹持研磨前，采集所述碳化硅晶锭两个端面的实时图像；

处理模块，连接所述第一采集模块，用于对所述实时图像上的缺陷进行识别得到识别结果，并根据所述识别结果在所述碳化硅晶锭上划分优质区和缺陷区；

夹持机构，用于水平夹持碳化硅晶锭，所述碳化硅晶锭的两侧均设有转轴，所述优质区的中心与各所述转轴的轴心重合；

驱动机构，与所述夹持机构同轴设置，用于驱动所述转轴旋转，以带动所述碳化硅晶锭旋转；

平行光源，光轴与各所述转轴同轴，用于朝向所述碳化硅晶锭发射单色光；

光圈调节机构，设置在平行光源与所述碳化硅晶锭之间，用于根据所述碳化硅晶锭的转动速度调节所述单色光对所述碳化硅晶锭的照射范围；

研磨机构，位于所述碳化硅晶锭的侧面，所述研磨机构(7)的中心轴与转轴(10)平行且位于同一水平面上，用于对所述碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；

光信号检测设备，设置在所述碳化硅晶锭远离所述平行光源的一侧，用于在所述碳化硅晶锭外径研磨即将完毕时，检测通过剩余的所述优质区侧面边缘的光信号；

控制终端，分别连接所述研磨机构和所述光信号检测设备，用于在所述光信号的光照强度大于预设的强度阈值并持续一预设时间段时，停止驱动所述研磨机构。

进一步地，所述缺陷包括多晶、多型和微管，所述处理模块包括：

标记单元，用于根据预设的图像识别算法对两张所述实时图像上的所述多晶、所述多型和所述微管进行识别得到若干多晶点位、若干多型点位和若干微管点位，并对各所述多晶点位、各所述多型点位和各所述微管点位进行标记，得到两张标记图像；

中心识别单元，连接所述标记单元，用于根据预设的中心识别算法对两张所述标记图像的几何中心进行识别，得到相应的中心点位；

距离计算单元，连接所述中心识别单元，用于分别计算两张所述标记图像上的各所述多晶点位、各所述多型点位和各所述微管点位与相应的中心点位之间的距离最小值；

划分单元，连接所述距离计算单元，用于根据所述距离最小值将所述碳化硅晶锭划分为所述优质区和所述缺陷区。

进一步地，所述处理模块还包括晶锭评估单元，连接所述划分单元，用于将所述优质区的外径与预设的标准直径进行比对，并在所述优质区的外径小于所述标准直径时，将相应的碳化硅晶锭标记为无法进行研磨的残次品。

进一步地，还包括第二采集模块和分析模块，所述第二采集模块连接所述分析模块，用于在所述碳化硅晶锭夹持研磨过程中，采集所述碳化硅晶锭两个端面的边缘图像；

所述分析模块连接所述研磨机构，用于将所述碳化硅晶锭同一侧的若干帧连续的所述边缘图像输入预先训练完成的一缺陷识别模型中，得到预设时间段内的边缘缺陷识别结果；

所述研磨机构根据所述边缘缺陷识别结果调整对所述碳化硅晶锭的研磨速度和研磨位置，以针对所述碳化硅晶锭边缘处的缺陷部位进行研磨。

进一步地，所述分析模块包括：

锐化单元，用于根据预设的图像优化算法对各所述边缘图像的边缘缺陷进行锐化，得到边缘缺陷锐化的所述边缘图像；

缺陷识别单元，连接所述锐化单元，用于将若干帧连续的边缘缺陷锐化的所述边缘图像输入所述缺陷识别模型中，得到相应的所述边缘缺陷识别结果。

进一步地，所述夹持机构包括夹设于所述碳化硅晶锭两侧的一对夹持组件和液压柱，所述夹持组件包括互相贴合设置的固定盘和缓冲软垫，所述缓冲软垫设置在所述固定盘与所述碳化硅晶锭之间，所述固定盘的外侧与所述转轴端部固定连接，其中一个所述转轴远离所述固定盘一端可转动地连接所述液压柱的活塞杆，其余一个所述转轴远离另一个所述固定盘一端可转动地设置在一支架上，所述驱动机构固定设置在所述支架上。

进一步地，所述缓冲软垫内嵌设有压力传感器，连接所述液压柱，用于实时检测所述缓冲软垫内的压力数据，并根据所述压力数据生成液压调整信号，所述液压柱根据所述液压调整信号调整对所述转轴的推力，以使所述压力数据处于预设的压力范围内。

进一步地，还包括温度检测模块，连接所述控制终端，用于在所述研磨机构对所述碳化硅晶锭研磨时实时检测所述碳化硅晶锭外径边缘上的实时温度，所述控制终端根据所述实时温度生成一转速调整指令，所述研磨机构根据所述转速调整指令实时调整研磨时与所述碳化硅晶锭外径边缘贴合的研磨部位的旋转速度。

一种碳化硅晶锭外径研磨控制方法，应用于上述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，包括：

步骤S1，第一采集模块在碳化硅晶锭夹持研磨前，采集所述碳化硅晶锭两个端面的实时图像；

步骤S2，处理模块对所述实时图像上的缺陷进行识别得到识别结果，并根据所述识别结果在所述碳化硅晶锭上划分优质区和缺陷区；

步骤S3，驱动机构驱动转轴旋转，以带动所述碳化硅晶锭旋转；

步骤S4，平行光源朝向所述碳化硅晶锭发射单色光，光圈调节机构根据所述碳化硅晶锭的转动速度调节所述单色光对所述碳化硅晶锭的照射范围；

步骤S5，研磨机构对所述碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；

步骤S6，光信号检测设备在所述碳化硅晶锭外径研磨即将完成时，检测通过剩余的所述优质区侧面边缘的光信号；

步骤S7，控制终端在所述光信号的光照强度大于预设的强度阈值并持续一预设时间段时，停止驱动所述研磨机构。

本发明的有益效果：

本发明通过光信号检测设备检测到的光信号的光照强度控制研磨机构对碳化硅晶锭的外径进行研磨：当碳化硅晶锭的外径研磨即将完毕时，控制终端根据接收到的光信号的光照强度，自动判断是否完成外径研磨并使研磨机构停止运行，整个过程中无需反复停下后手工测量碳化硅晶锭的外径，既可以减少人工提升研磨效率，又能降低碳化硅晶锭外边缘由于磕碰造成崩边的风险，提升晶锭研磨的安全性，同时还可以确保碳化硅晶锭外径尺寸的加工精度，提升碳化硅晶锭的加工质量。

附图说明

图1是本发明中碳化硅晶锭外径研磨控制系统的控制原理图；

图2是本发明中碳化硅晶锭外径研磨控制系统的结构示意图；

图3是本发明中碳化硅晶锭外径研磨控制方法的步骤流程图。

附图标记：1、第一采集模块；2、处理模块；21、标记单元；22、中心识别单元；23、距离计算单元；24、划分单元；25、晶锭评估单元；3、夹持机构；31、液压柱；32、固定盘；33、缓冲软垫；4、驱动机构；5、平行光源；6、光圈调节机构；7、研磨机构；8、光信号检测设备；9、控制终端；10、转轴；11、第二采集模块；12、分析模块；121、锐化单元；122、缺陷识别单元；13、温度检测模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1和图2所示，本实施例的一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统，包括：

第一采集模块1，用于在碳化硅晶锭夹持研磨前采集碳化硅晶锭两个端面的实时图像；

处理模块2，连接第一采集模块1，用于对实时图像上的缺陷进行识别得到识别结果，并根据识别结果在碳化硅晶锭上划分优质区和缺陷区；

夹持机构3，用于水平夹持碳化硅晶锭，碳化硅晶锭的两侧均设有转轴10，优质区的中心与各转轴10的轴心重合；

驱动机构4，与夹持机构3同轴设置，用于驱动转轴10旋转，以带动碳化硅晶锭旋转；

平行光源5，光轴与各转轴10同轴，用于朝向碳化硅晶锭发射单色光；

光圈调节机构6，设置在平行光源5与碳化硅晶锭之间，用于根据碳化硅晶锭的转动速度调节单色光对碳化硅晶锭的照射范围；

研磨机构7，位于碳化硅晶锭的侧面，研磨机构7的中心轴与转轴10平行且位于同一水平面上，用于对碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；

光信号检测设备8，设置在碳化硅晶锭远离平行光源5的一侧，用于在碳化硅晶锭外径研磨即将完成时，检测通过剩余的优质区侧面边缘的光信号；

控制终端9，分别连接研磨机构7和光信号检测设备8，用于在光信号的光照强度大于预设的强度阈值并持续一预设时间段时，停止驱动研磨机构7。

具体地，本实施例中，平行光源5的中心光轴和两转轴10的轴心在同一条水平直线上。该平行光源5为单色光源，单色光源颜色包括人眼敏感的蓝色、绿色、黄色和红色。在本实施例中，光圈调节机构6可以为一个带有刻度、可以调节内径尺寸的窗口挡板，窗口挡板与平行光源5的发光面平行，窗口挡板的作用是根据碳化硅晶锭的转动速度调节平行光源5发射的单色光的光照面积。研磨机构7带有砂轮，通过砂轮对碳化硅晶锭的外径进行研磨。光信号检测设备8可以为光电探测器，控制终端9可以为工控机，工控机上预先安装有控制软件。光电探测器安装在砂轮的对侧，光电探测器的轴心与平行光源5的发光面垂直。当碳化硅晶锭研磨即将完成时，光电探测器接收到平行光源5发出通过剩余优质区侧面边缘的光信号，转换成电信号并传输给工控机。工控机判断电信号的强弱和连续性，判断碳化硅晶锭的外径研磨是否完成。

优选的，夹持机构3包括夹设于碳化硅晶锭两侧的一对夹持组件和液压柱31，夹持组件包括互相贴合设置的固定盘32和缓冲软垫33，缓冲软垫33设置在固定盘32与碳化硅晶锭之间，固定盘32的外侧与转轴10端部固定连接，其中一个转轴10远离固定盘32一端可转动地连接液压柱31的活塞杆，其余一个转轴10远离另一个固定盘32一端可转动地设置在一支架上，驱动机构4固定设置在支架上。

具体地，本实施例中，通过在固定盘32和碳化硅晶锭之间设置缓冲软垫33，避免固定盘32直接挤压碳化硅晶锭，导致碳化硅晶锭开裂，提升了碳化硅晶锭研磨的安全性。在碳化硅晶锭的左右两侧，转轴10与固定盘32、缓冲软垫33固定成一体，固定盘32和缓冲软垫33的直径大小相同，比标准晶片的外径小10～60mm。碳化硅晶锭与缓冲软垫33之间不粘接，依靠相互之间的挤压与摩擦力固定。

工作原理:

在碳化硅晶锭外径研磨之前，首先需要采集碳化硅晶锭两个端面的实时图像，然后处理模块2根据实时图像在碳化硅晶锭上进行优质区和缺陷区的划分，为后续研磨做准备。在区域划分完毕后，需要对设备进行调试与校正：把平行光源5的光轴和两转轴10的轴心调节在同一条水平直线上。把一块已经完成外径研磨的标准碳化硅晶锭，放置在缓冲软垫33之间，使液压柱31缓慢向支架方向移动以压紧碳化硅晶锭，确保碳化硅晶锭不掉落即可；在工控机软件中记录此时的压力值为“调整位置压力1”。开启平行光源5，调节窗口挡板的直径和标准碳化硅晶锭的位置，使窗口挡板的光圈刚好把标准碳化硅晶锭完全覆盖，把此时的刻度值记录为刻度值A，此时的刻度值即为碳化硅晶锭上优质区与缺陷区交界处的位置。打开光电探测器，标准碳化硅晶锭旋转一周、窗口挡板直径加大0.1mm。当标准碳化硅晶锭旋转一圈刚好能首次连续的探测到同样强度的光信号时，用标准碳化硅晶锭旋转一周、窗口挡板直径以±0.01mm的变化速度来找到更精确的窗口挡板直径的数据，把此时窗口挡板的刻度值记录为刻度值B，对应的光信号的光照强度记录为光强F，此时工控机的软件系统判定为完成了外径研磨，矫正完毕。在矫正过程中，标准碳化硅晶锭的旋转速度在20-80RPM之间。标准碳化硅晶锭的直径小于等于优质区的外径。

在矫正完毕后，进行研磨前的检查：把碳化硅晶锭安装在夹持机构3上，点击工控机软件上的“调整位置”，液压柱31向支架移动压紧碳化硅晶锭，直至给碳化硅晶锭的压力达到“调整位置压力1”时停止，此时碳化硅晶锭被左右缓冲软垫33夹住不会掉落。自动打开平行光源5，窗口挡板的刻度值自动调节到刻度值A的位置。手动带动碳化硅晶锭旋转，同时微调碳化硅晶锭位置，使光圈覆盖区位于碳化硅晶锭的优质区的中间。此时碳化硅晶锭的优质区的中心位置与转轴10的轴心已经重叠，后续不需要人工手动反复进行精确测量，提升了碳化硅晶锭外径研磨的精度和效率。液压柱31向支架顶的压力自动调到“调整位置压力1（8kg/cm2）”，把碳化硅晶锭边缘到中心距离最大的部位朝向研磨机构7的砂轮，研磨机构7的砂轮从碳化硅晶锭的侧面边缘慢慢靠近碳化硅晶锭，使碳化硅晶锭与砂轮的距离小于0.5mm但不接触，手动旋转碳化硅晶锭一圈以上，检查碳化硅晶锭是否与砂轮发生碰撞，在不发生碰撞后启动外径研磨：将窗口挡板的刻度值自动调节到刻度值B，在工控机的控制软件上启动研磨，并依次打开冷却液进口、砂轮旋转、驱动机构4、光电探测器，开始外径研磨，在研磨过程中，砂轮转速在1000-1800RPM之间，同时砂轮平均30s朝向碳化硅晶锭的外径边缘平移一次，每次平移20～100μm。当光电探测器接收的光信号的光照强度在碳化硅晶锭旋转一圈过程中连续达到光强F时，工控机判断为完成了外径研磨，砂轮和碳化硅自动脱离接触并停止旋转，自动关闭冷却液进口、平行光源5和光电探测器，碳化硅晶锭外径研磨的工序结束，整个过程中无需反复停下后手工测量碳化硅晶锭的外径，既可以减少人工提升研磨效率，又能降低碳化硅晶锭外边缘由于磕碰造成崩边的风险，提升晶锭研磨的安全性，同时还可以确保碳化硅晶锭外径尺寸的加工精度，提升碳化硅晶锭的加工质量。

优选的，缺陷包括多晶、多型和微管，处理模块2包括：

标记单元21，用于根据预设的图像识别算法对两张实时图像上的多晶、多型和微管进行识别得到若干多晶点位、若干多型点位和若干微管点位，并对各多晶点位、各多型点位和各微管点位标记，得到两张标记图像；

中心识别单元22，连接标记单元21，用于根据预设的中心识别算法对两张标记图像的几何中心进行识别，得到相应的中心点位；

距离计算单元23，连接中心识别单元22，用于分别计算两张标记图像上的各多晶点位、各多型点位、各微管点位与相应的中心点位之间的距离最小值；

划分单元24，连接距离计算单元23，用于根据距离最小值将碳化硅晶锭划分为优质区和缺陷区。

具体地，本实施例中，标记单元21根据Canny算法对碳化硅晶锭两个端面的实时图像上的多晶、多型和微管进行识别得到包含多晶、多型和微管的识别结果，中心识别单元22根据图像几何距计算方法识别得到两张标记图像几何中心所对应的中心点位，然后距离计算单元23激素那两张标记图像上多晶点位、多型点位和微管点位与标记图像的中心点位之间的距离最小值，最终划分单元24将两张标记图像中上的距离最小值进行比对，取两个距离最小值中的更小值，进而根据更小值在碳化硅晶锭上进行优质区和缺陷区的划分，其中优质区和缺陷区交界处为更小值所对应的两张标记图像中各多晶点位、各多型点位、各微管点位与标记图像的中心点位之间的最短距离。实现了通过对碳化硅晶锭进行识别分析后全自动划分优质区和缺陷区，避免人工划分，提升了划分精度和效率。

优选的，处理模块2还包括晶锭评估单元25，连接划分单元24，用于将优质区的外径与预设的标准直径进行比对，并在优质区的外径小于标准直径时，将相应的碳化硅晶锭标记为无法进行研磨的残次品。

具体地，本实施例中，晶锭评估单元25通过将划分完毕的优质区的外径与标准直径进行比对，实现了对碳化硅晶锭是否为残次品的判断评估：当优质区的外径小于标准直径时，表明优质区范围太小，此时的多晶点位、多型点位和微管点位范围过大无法作为标准晶锭来进行生产，因此将该碳化硅晶锭标记为残次品。

优选的，还包括第二采集模块11和分析模块12，第二采集模块11连接分析模块12，用于在碳化硅晶锭夹持研磨过程中，采集碳化硅晶锭两个端面的边缘图像；

分析模块12连接研磨机构7，用于将碳化硅晶锭同一侧的若干帧连续的边缘图像输入预先训练完成的一缺陷识别模型中，得到预设时间段内的边缘缺陷识别结果；

研磨机构7根据边缘缺陷识别结果调整对碳化硅晶锭的研磨速度和研磨位置，以针对碳化硅晶锭边缘处的缺陷部位进行研磨。

具体地，本实施例中，通过设置第二采集模块11，实现了在碳化硅晶锭旋转研磨过程中对碳化硅晶锭两个端面的边缘图像进行采集，同时通过分析模块12中的缺陷识别模型对连续若干帧边缘图像中的边缘缺陷进行检测得到边缘缺陷识别结果。研磨机构7根据边缘缺陷识别结果调整砂轮对碳化硅晶锭的研磨速度和研磨位置，使得砂轮针对碳化硅晶锭外径边缘处的缺陷部位进行研磨：当边缘缺陷识别结果表明边缘图像中包含有边缘缺陷时，降低砂轮转速，同时调整砂轮的研磨位置，使得砂轮在碳化硅晶锭旋转至边缘缺陷时紧靠边缘缺陷，在碳化硅晶锭旋转至其余位置时拉开距离，实现对边缘缺陷的针对研磨，提升研磨效果。

优选的，分析模块12包括：

锐化单元121，用于根据预设的图像优化算法对各边缘图像的边缘缺陷进行锐化，得到边缘缺陷锐化的边缘图像；

缺陷识别单元122，连接锐化单元121，用于将若干帧连续的边缘缺陷锐化的边缘图像输入缺陷识别模型中，得到相应的边缘缺陷识别结果。

具体地，本实施例中，锐化单元121根据sharpen算法对各边缘图像的边缘缺陷进行锐化，得到锐化后的边缘图像。锐化后的边缘图像中的缺陷更容易识别，能够有效降低后期工作量。

优选的，缓冲软垫33内嵌设有压力传感器，连接液压柱31，用于实时检测缓冲软垫33内的压力数据，并根据压力数据生成液压调整信号，液压柱31根据液压调整信号调整对转轴10的推力，以使压力数据处于预设的压力范围内。

具体地，本实施例中，通过在缓冲软垫33内嵌设压力传感器，实现了实时检测液压柱31对碳化硅晶锭的压力数据，同时根据压力数据调整液压柱31对转轴10的推力，使得碳化硅晶锭不被过大压力压坏的同时还能有效压紧固定。

优选的，还包括温度检测模块13，连接控制终端9，用于在研磨机构7对碳化硅晶锭研磨时实时检测碳化硅晶锭外径边缘上的实时温度，控制终端9根据实时温度生成一转速调整指令，研磨机构7根据转速调整指令实时调整研磨时与碳化硅晶锭外径边缘贴合的研磨部位的旋转速度。

具体地，本实施例中，温度检测模块13可以温度传感器。温度传感器检测研磨过程中碳化硅晶锭外径边缘上的实时温度，使得工控机的控制软件根据实时温度生成不同的转速调整指令，来调整砂轮的转速，当实时温度过高时，降低砂轮的转速，当实时温度过低时，提升砂轮的转速，保证研磨效率的同时确保了研磨过程中的安全性。

一种碳化硅晶锭外径研磨控制方法，应用于上述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，如图3所示，包括：

步骤S1，第一采集模块1在碳化硅晶锭夹持研磨前，采集碳化硅晶锭两个端面的实时图像；

步骤S2，处理模块2对实时图像上的缺陷进行识别得到识别结果，并根据识别结果在碳化硅晶锭上划分优质区和缺陷区；

步骤S3，驱动机构4驱动转轴10旋转，以带动碳化硅晶锭旋转；

步骤S4，平行光源5朝向碳化硅晶锭发射单色光，光圈调节机构6根据碳化硅晶锭的转动速度调节单色光对碳化硅晶锭的照射范围；

步骤S5，研磨机构7对碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；

步骤S6，光信号检测设备8在碳化硅晶锭外径研磨即将完毕时，检测通过剩余的优质区侧面边缘的光信号；

步骤S7，控制终端9在光信号的光照强度大于预设的强度阈值并持续一预设时间段时，停止驱动研磨机构7。

以上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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于，包括：

第一采集模块(1)，用于在碳化硅晶锭夹持研磨前，采集所述碳化硅晶锭两个端面的实时图像；

处理模块(2)，连接所述第一采集模块(1)，用于对所述实时图像上的缺陷进行识别得到识别结果，并根据所述识别结果在所述碳化硅晶锭上划分优质区和缺陷区；

夹持机构(3)，用于水平夹持所述碳化硅晶锭，所述碳化硅晶锭的两侧均设有转轴(10)；

驱动机构(4)，与所述夹持机构(3)同轴设置，用于驱动所述转轴(10)旋转，以带动所述碳化硅晶锭旋转；

平行光源(5)，光轴与各所述转轴(10)同轴，用于朝向所述碳化硅晶锭发射单色光；

光圈调节机构(6)，设置在平行光源(5)与所述碳化硅晶锭之间，用于根据所述碳化硅晶锭的转动速度调节所述单色光对所述碳化硅晶锭的照射范围；

研磨机构(7)，位于所述碳化硅晶锭的侧面，所述研磨机构(7)的中心轴与转轴(10)平行且位于同一水平面上，用于对所述碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；

光信号检测设备(8)，设置在所述碳化硅晶锭远离所述平行光源(5)的一侧，用于在所述碳化硅晶锭外径研磨即将完毕时，检测通过剩余的所述优质区侧面边缘的光信号；

控制终端(9)，分别连接所述研磨机构(7)和所述光信号检测设备(8)，用于在所述光信号的光照强度大于预设的强度阈值并持续一预设时间段时，停止驱动所述研磨机构(7)。

2.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于：所述缺陷包括多晶、多型和微管，所述处理模块(2)包括：

标记单元(21)，用于根据预设的图像识别算法对两张所述实时图像上的所述多晶、所述多型和所述微管进行识别得到若干多晶点位、若干多型点位和若干微管点位，并对各所述多晶点位、各所述多型点位和各所述微管点位进行标记，得到两张标记图像；

中心识别单元(22)，连接所述标记单元(21)，用于根据预设的中心识别算法对两张所述标记图像的几何中心进行识别，得到相应的中心点位；

距离计算单元(23)，连接所述中心识别单元(22)，用于分别计算两张所述标记图像上的各所述多晶点位、各所述多型点位和各所述微管点位与相应的中心点位之间的距离最小值；

划分单元(24)，连接所述距离计算单元(23)，用于根据所述距离最小值将所述碳化硅晶锭划分为所述优质区和所述缺陷区。

3.根据权利要求2所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于：所述处理模块(2)还包括晶锭评估单元(25)，连接所述划分单元(24)，用于将所述优质区的外径与预设的标准直径进行比对，并在所述优质区的外径小于所述标准直径时，将相应的碳化硅晶锭标记为无法进行研磨的残次品。

4.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于：还包括第二采集模块(11)和分析模块(12)，所述第二采集模块(11)连接所述分析模块(12)，用于在所述碳化硅晶锭夹持研磨过程中，采集所述碳化硅晶锭两个端面的边缘图像；

所述分析模块(12)连接所述研磨机构(7)，用于将所述碳化硅晶锭同一侧的若干帧连续的所述边缘图像输入预先训练完成的一缺陷识别模型中，得到预设时间段内的边缘缺陷识别结果；

所述研磨机构(7)根据所述边缘缺陷识别结果调整对所述碳化硅晶锭的研磨速度和研磨位置，以针对所述碳化硅晶锭边缘处的缺陷部位进行研磨。

5.根据权利要求4所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于：所述分析模块(12)包括：

锐化单元(121)，用于根据预设的图像优化算法对各所述边缘图像的边缘缺陷进行锐化，得到边缘缺陷锐化的所述边缘图像；

缺陷识别单元(122)，连接所述锐化单元(121)，用于将若干帧连续的边缘缺陷锐化的所述边缘图像输入所述缺陷识别模型中，得到相应的所述边缘缺陷识别结果。

6.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于：所述夹持机构(3)包括夹设于所述碳化硅晶锭两侧的一对夹持组件和液压柱(31)，所述夹持组件包括互相贴合设置的固定盘(32)和缓冲软垫(33)，所述缓冲软垫(33)设置在所述固定盘(32)与所述碳化硅晶锭之间，所述固定盘(32)的外侧与所述转轴(10)端部固定连接，其中一个所述转轴(10)远离所述固定盘(32)一端可转动地连接所述液压柱(31)的活塞杆，其余一个所述转轴(10)远离另一个所述固定盘(32)一端可转动地设置在一支架上，所述驱动机构(4)固定设置在所述支架上。

7.根据权利要求6所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于：所述缓冲软垫(33)内嵌设有压力传感器，连接所述液压柱(31)，用于实时检测所述缓冲软垫(33)内的压力数据，并根据所述压力数据生成液压调整信号，所述液压柱(31)根据所述液压调整信号调整对所述转轴(10)的推力，以使所述压力数据处于预设的压力范围内。

8.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于：还包括温度检测模块(13)，连接所述控制终端(9)，用于在所述研磨机构(7)对所述碳化硅晶锭研磨时实时检测所述碳化硅晶锭外径边缘上的实时温度，所述控制终端(9)根据所述实时温度生成一转速调整指令，所述研磨机构(7)根据所述转速调整指令实时调整研磨时与所述碳化硅晶锭外径边缘贴合的研磨部位的旋转速度。

9.一种碳化硅晶锭外径研磨控制方法，应用于权利要求1-8中任意一项所述的碳化硅晶锭外径研磨控制系统，其特征在于，包括：

步骤S1，第一采集模块(1)在碳化硅晶锭夹持研磨前，采集所述碳化硅晶锭两个端面的实时图像；

步骤S2，处理模块(2)对所述实时图像上的缺陷进行识别得到识别结果，并根据所述识别结果在所述碳化硅晶锭上划分优质区和缺陷区；

步骤S3，驱动机构(4)驱动转轴(10)旋转，以带动所述碳化硅晶锭旋转；

步骤S4，平行光源(5)朝向所述碳化硅晶锭发射单色光，光圈调节机构(6)根据所述碳化硅晶锭的转动速度调节所述单色光对所述碳化硅晶锭的照射范围；

步骤S5，研磨机构(7)对所述碳化硅晶锭的外径边缘进行研磨；

步骤S6，光信号检测设备(8)在所述碳化硅晶锭外径研磨即将完毕时，检测通过剩余的所述优质区侧面边缘的光信号；

步骤S7，控制终端(9)在所述光信号的光照强度大于预设的强度阈值并持续一预设时间段时，停止驱动所述研磨机构(7)。

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