CN115613128A - 一种晶体生长用智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体生长用智能控制系统，涉及晶体生长技术领域，解决了现有技术无法对晶体生长过程进行精确控制，影响晶体生长质量和效率的技术问题；本发明中的中枢控制模块与数据采集模块和生长控制模块相连接；数据采集模块与若干类型数据传感器相连接，生长控制模块与晶体生长设备相连接；本发明获取晶体生长整个过程的视频数据，基于视频数据构建或者及时更新晶体生长模型；将晶体生长模型与构建的标准晶体模型进行比较，根据二者差异确定控制参数，通过生长控制模块对晶体生长设备进行控制；本发明通过晶体生长模型来实现监控，降低了成本和劳动强度；通过与标准晶体模型进行比较来确定晶体生长设备的调整幅度，实现高精度的自动化调节。
Description
技术领域
本发明属于晶体生长领域，涉及晶体生长的智能控制技术，具体是一种晶体生长用智能控制系统。
背景技术
随着晶体生长技术的不断发展，技术人员对晶体生长的可操作性需求不断提高。目前的晶体生长方法有很多，但很少能够实现晶体生长的自动化控制，多数还需要技术人员对各环节进行监控和操作，耗时耗力，而且操作误差还会影响晶体生长质量。
现有技术(公开号CN106400107A的发明专利申请)公开了一种晶体生长远程控制系统，通过控制与晶体生长各控制模块相连接的晶体生长控制器实现对晶体生长各环节的管理、协调和控制，提高安全性和可靠性，降低了成本和劳动强度。现有技术在进行晶体生长控制时，仅能够根据既定流程以及技术人员经验来调节各功能模块，无法对晶体生长过程进行精确控制，影响晶体生长质量和效率；因此，亟须一种晶体生长用智能控制系统。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种晶体生长用智能控制系统，用于解决现有技术无法对晶体生长过程进行精确控制，影响晶体生长质量和效率的技术问题。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种晶体生长用智能控制系统，包括中枢控制模块，以及与之相连接的数据采集模块和生长控制模块；数据采集模块与若干类型数据传感器相连接，生长控制模块与晶体生长设备相连接；
在晶体生长监控时，通过若干类型数据传感器获取晶体生长的视频数据和环境数据，并通过数据采集模块转发至中枢控制模块；
中枢控制模块基于视频数据构建或者更新晶体生长模型；将晶体生长模型与标准晶体模型进行比较，将比较结果发送至生长控制模块；
生长控制模块识别接收的比较结果，结合既定流程设置或者调整控制参数，并基于控制参数调节晶体生长设备；其中，控制参数包括pH、温度和二氧化碳。
优选的，所述中枢控制模块分别与数据采集模块和生长控制模块通信和/或电气连接；且所述生长控制模块与晶体生长设备通信和/或电气连接；
所述数据采集模块分别与摄像头和若干类型数据传感器通信和/或电气连接；其中，数据传感器包括pH传感器、温度传感器和二氧化碳传感器。
优选的，开始晶体生长监控时，中枢控制模块根据既定流程确定数据采集周期，基于数据采集周期生成数据采集信号，并发送数据采集信号至数据采集模块；
所述数据采集模块根据数据采集信号采集视频数据和环境数据；以及对视频数据和环境数据进行处理后转发至中枢控制模块。
优选的，所述中枢控制模块根据既定流程确定数据采集周期，包括：
获取晶体生长的既定流程，结合介质属性测算既定流程中各环节的持续时间CS；其中，既定流程包括过饱和环节、过冷却环节、成核环节和生长环节；
根据公式SCZ＝α×CS/DS计算数据采集周期SCZ；其中，α为大于0的比例系数，DS为单位时长，且DS为固定值。
优选的，所述中枢控制模块基于接收的视频数据生成晶体生长模型，包括：
对视频数据进行图像预处理，获取若干图像数据；其中，图像预处理包括视频分帧、图像校正和灰度变换；
通过若干图像数据识别晶体状态，结合三维建模平台建立晶体的三维模型，标记为晶体生长模型；其中，晶体生长模型包括三维坐标系。
优选的，所述中枢控制模块将晶体生长模型与标准晶体模型进行比较，包括：
确定晶体生长模型当前在既定流程中对应的生长环节；
将该生长环节中对应的晶体生长内容与标准晶体模型进行匹配比较，分析比较结果确定差异数据，将差异数据发送至生长识别模块。
优选的，技术人员通过所述中枢控制模块建立标准晶体模型，包括：
技术人员将预设晶体信息输入至中枢控制模块；
中枢控制模块通过三维建模平台选择基点，结合预设晶体信息构建并渲染获取标准晶体模型；其中，标准晶体模型中的三维坐标系的原点为基点。
优选的，所述生长识别模块根据差异数据来确定控制参数，包括：
获取当前生长环节的预设剩余时长；
将剩余时长、环境数据以及差异数据联合起来，确定控制参数；并基于控制参数调节晶体生长设备；其中，控制参数与环境数据内容属性一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明获取晶体生长整个过程的视频数据，基于视频数据构建或者及时更新晶体生长模型；将晶体生长模型与构建的标准晶体模型进行比较，根据二者差异确定控制参数，通过生长控制模块对晶体生长设备进行控制；本发明通过晶体生长模型来实现监控，降低了成本和劳动强度；通过与标准晶体模型进行比较来确定晶体生长设备的调整幅度，实现高精度的自动化调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工作步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明第一方面实施例提供了一种晶体生长用智能控制系统，包括中枢控制模块，以及与之相连接的数据采集模块和生长控制模块；数据采集模块与若干类型数据传感器相连接，生长控制模块与晶体生长设备相连接；在晶体生长监控时，通过若干类型数据传感器获取晶体生长的视频数据和环境数据，并通过数据采集模块转发至中枢控制模块；中枢控制模块基于视频数据构建或者更新晶体生长模型；将晶体生长模型与标准晶体模型进行比较，将比较结果发送至生长控制模块；生长控制模块识别接收的比较结果，结合既定流程设置或者调整控制参数，并基于控制参数调节晶体生长设备。
现有技术在进行晶体生长控制时，一般是将既定流程与技术人员的经验结合起来调节晶体生长设备的各功能模块，根据经验来进行参数调节存在一定的误差和时延，无法对晶体生长过程进行精确控制，影响晶体的生长质量和效率。
本发明获取晶体生长整个过程的视频数据，基于视频数据构建或者及时更新晶体生长模型；将晶体生长模型与构建的标准晶体模型进行比较，根据二者差异确定控制参数，通过生长控制模块对晶体生长设备进行控制。本发明通过晶体生长模型来实现监控，降低了成本和劳动强度；通过与标准晶体模型进行比较来确定晶体生长设备的调整幅度，实现高精度的自动化调节。
本发明中中枢控制模块分别与数据采集模块和生长控制模块通信和/或电气连接；且生长控制模块与晶体生长设备通信和/或电气连接；数据采集模块分别与摄像头和若干类型数据传感器通信和/或电气连接。
中枢控制模块主要负责进行数据处理和决策，通过数据采集模块获取相关数据，分析之后将决策信息发送至生长控制模块。数据采集模块通过摄像头(或者其他视频/图像采集设备)采集晶体生长过程的视频；且数据采集模块还与各种类型数据传感器连接，如数据传感器包括pH传感器、温度传感器和二氧化碳传感器等，用于采集晶体生长设备中的环境数据。生长控制模块主要根据中枢控制模块的控制信号调节晶体生长设备内部的环境，达到引导晶体生长的目的。
需要说明的是，控制参数与环境数据的内容属性是一致的，在本发明中均包括pH、温度和二氧化碳，通过调节晶体生长设备中的环境来控制晶体生长的方向和速度。
在一个优选的实施例中，开始晶体生长监控时，中枢控制模块根据既定流程确定数据采集周期，基于数据采集周期生成数据采集信号，并发送数据采集信号至数据采集模块；数据采集模块根据数据采集信号采集视频数据和环境数据；以及对视频数据和环境数据进行处理后转发至中枢控制模块。
中枢控制模块确定数据采集周期之后，基于数据采集周期来生成数据采集信号，此刻数据采集模块可以进行数据采集和传输。需要说明的是，在生成数据采集信号时，并不一定是数据采集模块刚开始工作，而有可能数据采集模块在持续进行数据采集，只是在接收到数据采集信号时将对应的视频数据和环境数据发送至中枢控制模块。
在一个可选的实施例中，中枢控制模块根据既定流程确定数据采集周期，包括：获取晶体生长的既定流程，结合介质属性测算既定流程中各环节的持续时间CS；根据公式SCZ＝α×CS/DS计算数据采集周期SCZ；其中，α为大于0的比例系数，DS为单位时长，且DS为固定值。
在晶体生长之前，技术人员根据既定流程以及其他条件测算各环节的持续时间，根据持续时间来确定数据采集周期。数据采集周期的确定原理是若某环节持续时间较长，晶体生长状态变化缓慢时，则适当延长数据采集周期；某环节持续时间较短，晶体生长状态变化迅速时，则适当缩短数据采集周期。需要说明的时，本发明中的既定流程包括过饱和环节、过冷却环节、成核环节和生长环节；当然，在另外一些优选的实施例中可以根据晶体生长状态的变化速度自定义各环节。
在一个优选的实施例中，中枢控制模块基于接收的视频数据生成晶体生长模型，包括：对视频数据进行图像预处理，获取若干图像数据；通过若干图像数据识别晶体状态，结合三维建模平台建立晶体的三维模型，标记为晶体生长模型。
中枢控制模块接收到视频图像之后，在晶体生长开始之前，则需要构建三维模型，根据后续的视频图像来不断更新三维模型，也就是通过三维模型实时更新晶体生长的状态。在晶体生长模型中设置有三维坐标系，在三维坐标系下能够精准计算晶体尺寸以及延伸角度等，有利于分析与标准晶体模型的差异。
在一个优选的实施例中，优选的，中枢控制模块将晶体生长模型与标准晶体模型进行比较，包括：确定晶体生长模型当前在既定流程中对应的生长环节；将该生长环节中对应的晶体生长内容与标准晶体模型进行匹配比较，分析比较结果确定差异数据，将差异数据发送至生长识别模块。
将晶体生长模型与标准晶体模型进行比较，将二者的三维坐标系匹配对齐，然后在三维坐标系下来计算出二者之间的差异，也就是获取差异数据。在具体计算时，有些生长部分不是技术人员想要的，可以忽略不计，着重关注技术人员需要的部分。不想要的生长部分实际是前期晶体生长设备中环境没有精准控制引起的，因此通过本发明技术方案实现精准控制之后，不想要的部分会显著减少。
在一个可选的实施例中，技术人员通过中枢控制模块建立标准晶体模型，包括：技术人员将预设晶体信息输入至中枢控制模块；中枢控制模块通过三维建模平台选择基点，结合预设晶体信息构建并渲染获取标准晶体模型；其中，标准晶体模型中的三维坐标系的原点为基点。
标准晶体模型是根据技术人员的设想数据构建的，也内置有三维坐标系，方便与晶体生长模型进行匹配对齐，最终晶体生长模型会非常接近标准晶体模型。
在一个优选的实施例中，生长识别模块根据差异数据来确定控制参数，包括：获取当前生长环节的预设剩余时长；将剩余时长、环境数据以及差异数据联合起来，确定控制参数；并基于控制参数调节晶体生长设备；其中，控制参数与环境数据内容属性一致。
根据控制参数调节晶体生长设备实质就是调节内部的pH、温度、二氧化碳等，在进行调节时，需要考虑温度、pH以及二氧化碳的扩散效应，才能够实现精准控制。
上述公式中的部分数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。
本发明的工作原理：
在晶体生长监控时，通过若干类型数据传感器获取晶体生长的视频数据和环境数据，并通过数据采集模块转发至中枢控制模块。
中枢控制模块基于视频数据构建或者更新晶体生长模型；将晶体生长模型与标准晶体模型进行比较，将比较结果发送至生长控制模块。
生长控制模块识别接收的比较结果，结合既定流程设置或者调整控制参数，并基于控制参数调节晶体生长设备。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (8)
1.一种晶体生长用智能控制系统，包括中枢控制模块，以及与之相连接的数据采集模块和生长控制模块；数据采集模块与若干类型数据传感器相连接，生长控制模块与晶体生长设备相连接，其特征在于：
在晶体生长监控时，通过若干类型数据传感器获取晶体生长的视频数据和环境数据，并通过数据采集模块转发至中枢控制模块；
中枢控制模块基于视频数据构建或者更新晶体生长模型；将晶体生长模型与标准晶体模型进行比较，将比较结果发送至生长控制模块；
生长控制模块识别接收的比较结果，结合既定流程设置或者调整控制参数，并基于控制参数调节晶体生长设备；其中，控制参数包括pH、温度和二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的一种晶体生长用智能控制系统，其特征在于，所述中枢控制模块分别与数据采集模块和生长控制模块通信和/或电气连接；且所述生长控制模块与晶体生长设备通信和/或电气连接；
所述数据采集模块分别与摄像头和若干类型数据传感器通信和/或电气连接；其中，数据传感器包括pH传感器、温度传感器和二氧化碳传感器。
3.根据权利要求2所述的一种晶体生长用智能控制系统，其特征在于，开始晶体生长监控时，中枢控制模块根据既定流程确定数据采集周期，基于数据采集周期生成数据采集信号，并发送数据采集信号至数据采集模块；
所述数据采集模块根据数据采集信号采集视频数据和环境数据；以及对视频数据和环境数据进行处理后转发至中枢控制模块。
4.根据权利要求3所述的一种晶体生长用智能控制系统，其特征在于，所述中枢控制模块根据既定流程确定数据采集周期，包括：
获取晶体生长的既定流程，结合介质属性测算既定流程中各环节的持续时间CS；其中，既定流程包括过饱和环节、过冷却环节、成核环节和生长环节；
根据公式SCZ＝α×CS/DS计算数据采集周期SCZ；其中，α为大于0的比例系数，DS为单位时长，且DS为固定值。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种晶体生长用智能控制系统，其特征在于，所述中枢控制模块基于接收的视频数据生成晶体生长模型，包括：
对视频数据进行图像预处理，获取若干图像数据；其中，图像预处理包括视频分帧、图像校正和灰度变换；
通过若干图像数据识别晶体状态，结合三维建模平台建立晶体的三维模型，标记为晶体生长模型；其中，晶体生长模型包括三维坐标系。
6.根据权利要求5所述的一种晶体生长用智能控制系统，其特征在于，所述中枢控制模块将晶体生长模型与标准晶体模型进行比较，包括：
确定晶体生长模型当前在既定流程中对应的生长环节；
将该生长环节中对应的晶体生长内容与标准晶体模型进行匹配比较，分析比较结果确定差异数据，将差异数据发送至生长识别模块。
7.根据权利要求6所述的一种晶体生长用智能控制系统，其特征在于，技术人员通过所述中枢控制模块建立标准晶体模型，包括：
技术人员将预设晶体信息输入至中枢控制模块；
中枢控制模块通过三维建模平台选择基点，结合预设晶体信息构建并渲染获取标准晶体模型；其中，标准晶体模型中的三维坐标系的原点为基点。
8.根据权利要求7所述的一种晶体生长用智能控制系统，其特征在于，所述生长识别模块根据差异数据来确定控制参数，包括：
获取当前生长环节的预设剩余时长；
将剩余时长、环境数据以及差异数据联合起来，确定控制参数；并基于控制参数调节晶体生长设备；其中，控制参数与环境数据内容属性一致。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN116200813A (zh) * | 2023-03-03 | 2023-06-02 | 扬州合晶科技有限公司 | 一种晶体生长设备控制方法及系统 |
| CN117568940A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 天津伍嘉联创科技发展股份有限公司 | 晶体的连续生产方法及系统 |
| CN117626412A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-03-01 | 中能兴盛(香河)机电设备有限公司 | 应用于单晶炉内的晶体生长控制系统及方法 |
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2022
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