CN116518722B - 一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，涉及温度控制技术领域，解决了现有技术中对陶瓷烧结炉内温度检测不够准确且缺乏实时温度控制的手段容易造成陶瓷烧结失败的问题；所述方法包括：红外摄像头对陶瓷烧结炉内实时陶瓷视频和温度值进行获取；数据处理模块对获取的陶瓷视频和温度值进行分析；温度控制模块对数据处理模块发送的图像异常信号和温度值进行分析决策，判断温度值是否在预设温度范围内；当温度不在预设温度范围内，将发送温度过高或温度过低信号至执行模块；执行模块将触发降温模块或电加热模块进行降温或加热；实现对陶瓷烧结炉内温度的实时监测和合理调控，产出高品质的陶瓷。

Description

一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统

技术领域

本发明属于半导体陶瓷烧结炉领域，涉及温度控制技术，具体是一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统。

背景技术

半导体陶瓷烧结炉主要应用于蓝宝石退火、氧化铝，氧化锆陶瓷等精密陶瓷器件的高温烧结生产之用。

优质的陶瓷品对烧制所需要的温度极其严苛，温度过高或温度过低会使陶瓷产生裂痕或陶瓷的亮度不符合标准。现阶段对陶瓷烧结炉的温度检测常使用热电偶，辐射高温计等方式，其中，热电偶作为接触式测温设备，只能实现点的测量；辐射高温计只能反映火焰的投影温度，可知现有技术对陶瓷炉内温度的检测不够准确且没有对温度进行实时控制。

因此本发明对现有技术存在的缺陷进行进一步的研究及解决。

发明内容

本申请的目的是提供一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，解决了现有技术中对陶瓷烧结炉内温度检测不够准确且缺乏实时温度控制的手段容易造成陶瓷烧结失败的问题。

为实现上述目的，本申请提供了一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，包括红外摄像头、图像处理模块、数据处理模块、温度控制模块、电源控制模块、执行模块、电加热模块和降温模块；

所述红外摄像头安置于每层陶瓷烧结炉内侧的四周，用于实时获取陶瓷视频，并传送给图像处理模块；

所述红外摄像头还用于实时获取温度值，并将获取的温度值传送给数据处理模块；

所述图像处理模块用于对实时获取的陶瓷视频进行分帧处理，获取每一帧图像像素点Sij的灰度值，标记为PSij，并传送给数据处理模块；

所述数据处理模块用于对相邻像素点Sij之间的PSij进行差值处理，得到阙值R，并设置阙值限定值为K，分析比较阙值R与K，将阙值R大于K的像素点Sij进行存储，对存储的像素点Sij进行拟合，当拟合图形为一条或多条曲线相交，且连续多帧相同图像出现曲线时，则判定陶瓷存在裂痕，数据处理模块发送图像异常信号给温度控制模块；对PSij进行均值和均方差处理，综合分析得到图像亮度值L，且设置图像亮度标准值为H，比较分析图像亮度值L与H，当图像亮度值L≠H时，图像亮度不符合标准，数据处理模块发送图像异常信号给温度控制模块；

所述数据处理模块还用于对实时获取的温度值进行处理，得到每层陶瓷烧结炉的温度值TS，并将温度值TS传送给温度控制模块；

所述温度控制模块用于对数据处理模块发送的图像异常信号进行决策以及温度值TS进行分析处理，设置每层陶瓷烧结炉的预设温度范围QS，将温度值TS与预设温度范围QS进行比较分析；

所述执行模块用于对温度控制模块发送的温度过高或温度过低信号进行分析决策：

当执行模块接收到温度控制模块发送的温度过高信号时，执行模块将触发降温模块进行降温，同时执行模块开始计时，当在限定时间X内，温度达到预设温度范围QS，且在周期时间Z内，仍在预设温度范围QS，则关闭降温模块。

进一步地，温度值TS为陶瓷烧结炉在同一时刻温度值的平均值。

进一步地，所述温度控制模块对数据处理模块发送的温度值TS与预设温度范围QS进行比较分析，包括：

当TS<a时，温度控制模块发送温度过低信号给执行模块；

当TS>b时，温度控制模块发送温度过高信号给执行模块。

进一步地，所述温度控制模块的比较分析过程还包括：

当Ty∈QS时，温度控制模块发送温度正常信号给执行模块；其中，Ty表示实时温度值，y表示摄像头的编号。

进一步地，所述执行模块接收到温度控制模块发送的温度过低信号时，执行模块将触发电加热模块进行加热，同时执行模块开始计时，当在限定时间X内，温度达到预设温度范围QS，且在周期时间Z内，仍在预设温度范围QS，则关闭电加热模块。

进一步地，在周期时间Z内，陶瓷烧结炉温度高于预设温度范围QS，则执行模块触发降温模块进行降温处理。

进一步地，在周期时间Z内，陶瓷烧结炉温度低于预设温度范围QS，则执行模块触发电加热模块进行加热处理。

进一步地，在限定时间X内，陶瓷烧结炉温度未达到预设温度范围QS，执行模块将发送超时信号至电源控制模块，电源控制模块关闭电源。

进一步地，温度控制模块接收到图像异常信号时，温度控制模块将发送温度异常信号至电源控制模块，电源控制模块关闭异常陶瓷烧结炉的电源。

一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统的控制方法，包括：

红外摄像头用于获取实时陶瓷视频和实时温度值，将实时陶瓷视频传送给图像处理模块，实时温度值传送给数据处理模块；

图像处理模块对实时陶瓷视频进行分帧处理，获取像素点Sij的PSij；

数据处理模块对相邻像素点Sij之间PSij的阙值R与K分析比较，判定陶瓷是否存在裂痕；对PSij进行均值和均方差处理，获取图像亮度值L与H分析比较，判断图像亮度是否符合标准；当陶瓷存在裂痕或图像亮度未达到标准，则数据处理模块发送图像异常信号至温度控制模块；

温度控制模块接收到图像异常信号后，发送温度异常信号至电源控制模块，电源控制模块关闭电源；

数据处理模块还对获取的实时温度值进行均值化，得到陶瓷烧结炉的温度值TS，并将温度值TS传送至温度控制模块进行分析；

温度控制模块将数据处理模块发送的温度值TS与预设温度范围QS进行比较，检测温度值TS是否在预设温度范围QS内，并将检测结果发送至执行模块；

执行模块对温度控制模块发送的温度过高或温度过低信号进行处理；当接收到温度过高信号时，执行模块触发降温模块进行降温；当接收到温度过低信号时，执行模块触发电加热模块进行加热。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的红外摄像头在每层陶瓷烧结炉四周均安置一个，可以对每层陶瓷烧结炉内温度进行全方位实时监控，得到更精准的炉内温度值，同时实时获取炉内的陶瓷视频；并将实时温度值发送给数据处理模块，实时陶瓷视频发送给图像处理模块，数据处理模块与图像处理模块协同工作，可实时监控陶瓷烧结炉内温度以及预判陶瓷烧制过程中是否出现异常，有助于及时发现问题并解决，提高陶瓷的品质和陶瓷烧结炉的工作效率。

2.本发明的执行模块对温度控制模块发来的温度过高或温度过低信号进行处理，当接收到温度过高或温度过低信号时，执行模块将触发降温模块或电加热模块工作。当在限定时间X内，降温或加热到预设温度范围QS，且在周期时间Z内仍在预设温度范围QS，则关闭降温模块或电加热模块；若在周期时间Z内温度低于或超出预设温度范围QS，则触发电加热模块或降温模块进行温度调节；实现温度实时监控，并对温度信息进行实时处理，保证陶瓷在规定的温度范围内烧制成功。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为本发明一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统的结构框图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

具体请参照图1，一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，包括红外摄像头、图像处理模块、电源控制模块、数据处理模块、温度控制模块、执行模块、电加热模块和降温模块；

在一个实施例中，所述红外摄像头安置在陶瓷烧结炉壁内侧，其中陶瓷烧结炉可具有多个隔层，每层放置一个待烧制的陶瓷，且每层安置4个红外摄像头，分别位于每层炉壁的四周；陶瓷烧结炉每层的烧制模具为方形，并在烧制模具四周的中间位置分别开设一个圆孔，圆孔上安置隔热玻璃罩，红外摄像头均对准烧制模具的四个孔；其中，红外摄像头带有冷却装置；所述红外摄像头用于实时获取陶瓷视频，同时实时获取陶瓷的温度值；

所述红外摄像头将获取的实时陶瓷视频传输至图像处理模块；

所述图像处理模块用于对获取的实时陶瓷视频进行分析，检测陶瓷是否存在裂痕；所述图像处理模块的处理过程包括以下步骤：

101：图像处理模块将实时陶瓷视频进行分帧，其中每间隔30s进行一次分帧；

102：将每一帧图像划分为若干个像素点，并获取每个像素点的灰度值。

所述数据处理模块用于接收图像处理模块所获取的灰度值并进行处理，其处理的过程包括如下步骤：

201：将每一个像素点Sij的灰度值表示为PSij；其中，S表示炉层；i表示行数；j表示列数；

202：计算相邻像素点Sij之间PSij的阙值R，其中比较方式为横向比较；

可选地，阙值R的计算公式为：

R＝|PSij-PSij+1|

其中，设置阙值限定值为K，K取值可根据实际所允许的阙值R大小进行确定；

203：将计算得到的阙值R与K相比较：

当R>K时，数据处理模块将大于K的每一帧图像的像素点Sij进行存储；

当R≤K时，数据处理模块显示正常；

204：数据处理模块将分别对存储的每一帧图像的像素点Sij进行拟合，分析拟合得到的图形是否近似于一条曲线或多条曲线相交，若连续多帧相同图像上出现曲线，则判定该陶瓷存在裂痕；

若存在裂痕，数据处理模块将发送图像异常信号给温度控制模块，温度控制模块接收到图像异常信号后，将发送温度异常信号至电源控制模块，电源控制模块关闭电源；

若不存在裂痕，数据处理模块发送图像正常信号至温度控制模块。

需要说明的是，每一层陶瓷烧结炉分别由各层的电源控制模块所控制。

所述数据处理模块对图像亮度进行分析，处理过程包括以下步骤：

301：计算PSij的均值ES和均方差DS；其计算公式如下：

302：将ES与DS进行综合判定，得到图像亮度值L，计算公式如下：

其中，为图像亮度修正系数，/>

303：设置图像亮度标准值为H，将得到的图像亮度值L与H进行比较分析：

当L＝H时，陶瓷的图像亮度正常，数据处理模块发送图像正常信号给温度控制模块；

当L≠H时，陶瓷的图像亮度存在差异，数据处理模块将发送图像异常信号给温度控制模块，温度控制模块接收到图像异常信号后，将发送温度异常信号至电源控制模块，电源控制模块关闭电源。

所述数据处理模块还用于对红外摄像头发送的温度值进行处理，具体的处理过程包括如下步骤：

401：数据处理模块将接收到的温度值标记为Ty，其中y表示摄像头的编号；

402：将分别计算每一层陶瓷烧结炉的温度均值TS，即每层的温度值，计算公式如下：

其中，β为预设修正系数，β∈(0,1]；

403：将数据处理模块得到的温度值TS发送给温度控制模块，由温度控制模块进行分析决策。

本发明的红外摄像头在每层陶瓷烧结炉四周均安置一个，可以对每层陶瓷烧结炉内温度进行全方位实时监控，得到更精准的炉内温度值，同时实时获取炉内的陶瓷视频；并将实时温度值发送给数据处理模块，实时陶瓷视频发送给图像处理模块，数据处理模块与图像处理模块协同工作，可实时监控陶瓷烧结炉内温度以及预判陶瓷烧制过程中是否出现异常，有助于及时发现问题并解决，提高陶瓷的品质和陶瓷烧结炉的工作效率。

所述温度控制模块用于对数据处理模块发送的温度值进行判定，是否在每层陶瓷烧结炉的温度范围内，处理过程包括以下步骤：

501：控制模块分别对每层陶瓷烧结炉预设温度范围QS∈[a,b]，其中，每层的温度范围QS根据烧制的陶瓷所需的温度范围分别进行预设；

502：将数据处理模块发送的温度值TS与控制模块所预设的温度范围QS进行比较：

当TS∈QS时，温度控制模块发送温度正常信号给执行模块；

当TS>b时，温度控制模块发送温度过高信号给执行模块；

当TS<a时，温度控制模块发送温度过低信号给执行模块。

所述执行模块用于对温度控制模块发送的温度过低信号和温度过高信号进行决策执行：

当执行模块接收到温度过低信号时，并将温度过低信号传送给电加热模块，电加热模块开始对温度过低的陶瓷烧结炉层加热，直到温度上升到陶瓷烧结炉层的预设温度范围QS；

当执行模块接收到温度过高信号时，并将温度过高信号传送给降温模块，降温模块开始对温度过高的陶瓷烧结炉层降温，直到温度降低到陶瓷烧结炉层的预设温度范围QS；

所述执行模块设置时间限值X和周期时间Z；监测温度过低或温度过高的陶瓷烧结炉层的温度是否在X时间内上升或降低至预设温度范围QS，且在周期时间Z内温度是否仍在预设温度范围QS；

若限定时间X内，温度过低陶瓷烧结炉层的温度上升到预设温度范围QS，并在周期时间Z内温度仍在预设温度范围QS，则关闭电加热模块；

若限定时间X内，温度过低陶瓷烧结炉层的温度上升到预设温度范围QS，而在周期时间Z内温度超过预设温度范围QS，则关闭电加热模块，执行模块将温度过高信号传送给降温模块进行降温；

若限定时间X内，温度过低陶瓷烧结炉层的温度没有上升到预设温度范围QS，则电加热模块停止加热，执行模块将发送超时信号给电源控制模块，电源控制模块关闭温度过低陶瓷烧结炉层的电源，不继续烧制；

若限定时间X内，温度过高陶瓷烧结炉层的温度下降到预设温度范围QS，并在周期时间Z内温度仍在预设温度范围QS，则关闭降温模块；

若限定时间X内，温度过高陶瓷烧结炉层的温度上升到预设温度范围QS，而在周期时间Z内低于预设温度范围QS，则关闭降温模块，执行模块将温度过低信号传送给电加热模块进行加热；

若限定时间X内，温度过高陶瓷烧结炉层的温度没有下降到预设温度范围QS，则降温模块停止降温，执行模块将发送超时信号给电源控制模块，电源控制模块关闭温度过高陶瓷烧结炉层的电源，不继续烧制。

本发明的执行模块对温度控制模块发来的温度过高或温度过低信号进行处理，当接收到温度过高或温度过低信号时，执行模块将触发降温模块或电加热模块工作。当在限定时间X内，降温或加热到预设温度范围QS，且在周期时间Z内仍在预设温度范围QS，则关闭降温模块或电加热模块；若在周期时间Z内温度低于或超出预设温度范围QS，则触发电加热模块或降温模块进行温度调节；实现温度实时监控，并对温度信息进行实时处理，保证陶瓷在规定的温度范围内烧制成功。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行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大量数据模拟获得。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，其特征在于，包括：红外摄像头、图像处理模块、数据处理模块、温度控制模块、电源控制模块、执行模块、电加热模块和降温模块；

所述红外摄像头安置于每层陶瓷烧结炉内侧的四周，用于实时获取陶瓷视频，并传送给图像处理模块；

所述红外摄像头还用于实时获取温度值，并将获取的温度值传送给数据处理模块；

所述图像处理模块用于对实时获取的陶瓷视频进行分帧处理，获取每一帧图像像素点Sij的灰度值，标记为PSij，并传送给数据处理模块；

所述数据处理模块用于对相邻像素点Sij之间的PSij进行差值处理，得到阙值R，并设置阙值限定值为K，分析比较阙值R与K，将阙值R大于K的像素点Sij进行存储，对存储的像素点Sij进行拟合，当拟合图形为一条或多条曲线相交，且连续多帧相同图像出现曲线时，则判定陶瓷存在裂痕，数据处理模块发送图像异常信号给温度控制模块；对PSij进行均值和均方差处理，综合分析得到图像亮度值L，且设置图像亮度标准值为H，比较分析图像亮度值L与H，当图像亮度值L≠H时，图像亮度不符合标准，数据处理模块发送图像异常信号给温度控制模块；

所述数据处理模块还用于对实时获取的温度值进行处理，得到每层陶瓷烧结炉的温度值TS，并将温度值TS传送给温度控制模块；

所述温度控制模块用于对数据处理模块发送的图像异常信号进行决策以及温度值TS进行分析处理，设置每层陶瓷烧结炉的预设温度范围QS，将温度值TS与预设温度范围QS进行比较分析；

所述执行模块用于对温度控制模块发送的温度过高或温度过低信号进行分析决策：

当执行模块接收到温度控制模块发送的温度过高信号时，执行模块将触发降温模块进行降温，同时执行模块开始计时，当在限定时间X内，温度达到预设温度范围QS，且在周期时间Z内，仍在预设温度范围QS，则关闭降温模块。

2.如权利要求1所述的一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，其特征在于，温度值TS为陶瓷烧结炉在同一时刻温度值的平均值。

3.如权利要求1所述的一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，其特征在于，所述温度控制模块对数据处理模块发送的温度值TS与预设温度范围QS进行比较分析，包括：

当TS<a时，温度控制模块发送温度过低信号给执行模块；

当TS>b时，温度控制模块发送温度过高信号给执行模块。

4.如权利要求3所述的一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，其特征在于，所述温度控制模块的比较分析过程还包括：

当Ty∈QS时，温度控制模块发送温度正常信号给执行模块；其中，Ty表示实时温度值，y表示摄像头的编号。

5.如权利要求1所述的一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，其特征在于，所述执行模块接收到温度控制模块发送的温度过低信号时，执行模块将触发电加热模块进行加热，同时执行模块开始计时，当在限定时间X内，温度达到预设温度范围QS，且在周期时间Z内，仍在预设温度范围QS，则关闭电加热模块。

6.如权利要求5所述的一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，其特征在于，在周期时间Z内，陶瓷烧结炉温度高于预设温度范围QS，则执行模块触发降温模块进行降温处理。

7.如权利要求1所述的一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，其特征在于，在周期时间Z内，陶瓷烧结炉温度低于预设温度范围QS，则执行模块触发电加热模块进行加热处理。

8.如权利要求1所述的一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，其特征在于，在限定时间X内，陶瓷烧结炉温度未达到预设温度范围QS，执行模块将发送超时信号至电源控制模块，电源控制模块关闭电源。

9.如权利要求1所述的一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统，其特征在于，温度控制模块接收到图像异常信号时，温度控制模块将发送温度异常信号至电源控制模块，电源控制模块关闭异常陶瓷烧结炉的电源。

10.如权利要求1-9任意一项所述的一种半导体陶瓷烧结炉温度控制系统的控制方法，其特征在于，方法包括：

红外摄像头用于获取实时陶瓷视频和实时温度值，将实时陶瓷视频传送给图像处理模块，实时温度值传送给数据处理模块；

图像处理模块对实时陶瓷视频进行分帧处理，获取像素点Sij的PSij；

数据处理模块对相邻像素点Sij之间PSij的阙值R与K分析比较，判定陶瓷是否存在裂痕；对PSij进行均值和均方差处理，获取图像亮度值L与H分析比较，判断图像亮度是否符合标准；当陶瓷存在裂痕或图像亮度未达到标准，则数据处理模块发送图像异常信号至温度控制模块；

温度控制模块接收到图像异常信号后，发送温度异常信号至电源控制模块，电源控制模块关闭电源；

数据处理模块还对获取的实时温度值进行均值化，得到陶瓷烧结炉的温度值TS，并将温度值TS传送至温度控制模块进行分析；

温度控制模块将数据处理模块发送的温度值TS与预设温度范围QS进行比较，检测温度值TS是否在预设温度范围QS内，并将检测结果发送至执行模块；

执行模块对温度控制模块发送的温度过高或温度过低信号进行处理；当接收到温度过高信号时，执行模块触发降温模块进行降温；当接收到温度过低信号时，执行模块触发电加热模块进行加热。