CN117385459A - 一种晶体生长过程中结晶检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种晶体生长过程中结晶检测方法及装置，该方法包括：当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像；提取坩埚内图像中目标图像区域，目标图像区域包含实时监测的熔液部分；对目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；若满足比较条件的图像块的数量不小于数量阈值，生成结晶预警信息。本申请能够实时检测熔料液面，基于图像信息进行处理，在液面结晶时检测出结晶异常，生成结晶预警信息，提升了结晶检测准确性以及及时性。
Description
技术领域
本申请涉及光伏和半导体单晶拉制技术领域，特别是涉及一种晶体生长过程中结晶检测方法及装置。
背景技术
在单晶生长领域中的单晶炉拉晶工序中，对硅液表面由于热场变化或者熔液表面温度降低幅度较大而造成结晶现象，其表现为在晶棒周围的液态熔料逐渐变为冰晶状固体形态，结晶逐渐长大，严重影响单晶生长。
发明内容
针对于上述问题，本申请提供一种晶体生长过程中结晶检测方法、装置及电子设备，提升了结晶检测准确性以及及时性。
为了实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：
一种晶体生长过程中结晶检测方法，包括：
当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像，所述坩埚内图像包括处于等径状态下的晶棒、熔料液面和导流筒边缘的图像特征；
提取所述坩埚内图像中目标图像区域，所述目标图像区域包含实时监测的熔液部分；
对所述目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；
基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；
基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。
可选地，所述基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量，包括：
计算每一图像块的平均像素值；
统计每一所述图像块的平均像素值大于像素阈值的图像块的数量；
将所述数量确定为满足比较条件的图像块的数量。
可选地，所述基于满足在比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息，包括：
将上一检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第一数量；
将本次检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第二数量；
计算获得第一数量和第二数量的数量差值，若所述数量差值不小于数量阈值，生成结晶预警信息。
可选地，还包括：
设置报警延时间隔；
响应于首次输出所述结晶预警信息后，每隔所述报警延时间隔输出所述结晶预警信息。
可选地，还包括：
响应于等径工序结束，控制停止执行所述结晶检测流程。
可选地，还包括：
当所述目标图像区域为整个熔料液面区域，检测得到特定像素阈值内像素点不连通区域的个数；
若所述不连通区域的个数大于个数阈值，生成结晶预警信息。
一种晶体生长过程中结晶检测装置，包括：
图像检测单元，用于当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像，所述坩埚内图像包括处于等径状态下的晶棒、熔料液面和导流筒边缘的图像特征；
提取单元，用于提取所述坩埚内图像中目标图像区域，所述目标图像区域包含实时监测的熔液部分；
划分单元，用于对所述目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；
确定单元，用于基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；
生成单元，用于基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。
可选地，所述确定单元包括：
计算子单元，用于计算每一图像块的平均像素值；
统计子单元，用于统计每一所述图像块的平均像素值大于像素阈值的图像块的数量；
第一确定子单元，用于将所述数量确定为满足比较条件的图像块的数量。
可选地，所述生成单元具体用于：
将上一检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第一数量；
将本次检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第二数量；
计算获得第一数量和第二数量的数量差值，若所述数量差值不小于数量阈值，生成结晶预警信息。
可选地，还包括：
输出单元，用于设置报警延时间隔；响应于首次输出所述结晶预警信息后，每隔所述报警延时间隔输出所述结晶预警信息；
控制单元，用于响应于等径工序结束，控制停止执行所述结晶检测流程；
个数检测单元，用于当所述目标图像区域为整个熔料液面区域，检测得到特定像素阈值内像素点不连通区域的个数；
预警单元，用于若所述不连通区域的个数大于个数阈值，生成结晶预警信息。
一种电子设备，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于执行所述程序，所述程序具体用于实现如上述任意一项所述的晶体生长过程中结晶检测方法。
相较于现有技术，本申请提供了一种晶体生长过程中结晶检测方法、装置及电子设备，该方法包括：当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像；提取坩埚内图像中目标图像区域，目标图像区域包含实时监测的熔液部分；对目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。本申请能够实时检测熔料液面，基于图像信息进行处理，在液面结晶时检测出结晶异常，生成结晶预警信息，提升了结晶检测准确性以及及时性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种晶体生长过程中结晶检测方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种坩埚内图像的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种目标图像区域的选取示意图；
图4为本申请实施例提供的一种晶体生长过程中结晶检测装置的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
为了便于对本申请实施例提供的拉晶过程中籽晶熔接控制方法进行说明，现将相关术语进行解释。
晶体生长：指光伏领域前道工序，在单晶炉内将硅料通过直拉法生产成为硅棒的过程。
结晶：在拉晶过程中，硅液表面过冷度太大或者热场温度的变化造成硅液结晶现象。
热场：指直拉法制备单晶硅中为了熔化硅料，并使单晶生长保持一定温度下的加热系统。
CCD工业相机：一种打在CCD(charge coupleddevice，电荷耦合器件)图像传感器的工业相机。
等径：直拉法单晶硅制备中的一道工序，当晶体界面达到预期直径后，调整拉速和温度，控制晶棒维持预期直径纵向无错位生长。
ROI(region ofinterest，感兴趣区域)：在图像处理、机器视觉中，以方框、圆、椭圆、不规则多边形等勾勒出需要进行处理的区域。
本申请实施例提供了一种单晶生长过程中结晶检测方法，实现硅液表面结晶的实时监测，解决需要传统人工监测是否结晶耗时费力的问题，避免因结晶监测不及时而导致单晶硅生长的情况发生。
参见图1，为本申请实施例提供的在一种晶体生长过程中结晶检测方法的流程示意图，该方法可以包括以下步骤：
S101、当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像。
等径工序是直拉法单晶硅制备中的一道工序，在该工序中当晶体截面达到预期直径后，调整拉速和温度，控制晶棒维持预期直径纵向无错位生长。因此，在进入等径工序后，会通过上位机开启结晶检测功能，以使得上位机生成图像采集指令，并将该图像采集指令传输至CCD相机端，以使得CCD相机端采集坩埚内图像。所述坩埚内图像包括处于等径状态下的晶棒、熔料液面和导流筒边缘的图像特征。
相机端将采集到的坩埚内图像传送至上位机端进行像素数据处理，参见图2，为本申请实施例提供的一种坩埚内图像的示意图，图2中中央圆柱区域为晶棒、边缘明亮部分为熔液页面、下方边缘暗淡部分为导流筒边缘。
S102、提取坩埚内图像中目标图像区域。
在通过CCD相机采集获得了坩埚内图像后，可以对该图像进行ROI区域分割，将得到的区域作为目标图像区域。其中，ROI区域可选择整个图像液面部分的任意区域，该ROI区域可以是任意形状的区域，如矩形、圆形或者其他不规则的形状。在本申请实施例中可任意调整ROI区域位置，但需要保持ROI区域内包含实时监测熔液部分。如图3所示为示例的ROI区域的选取的示意图，在图3中晶棒下方红色与白色相间的曲线带为示例ROI区域的选取，结晶检测的目的是为了判断等径过程中熔液部分是否发生结晶现象，而等径是一个连续过程，熔液在等径过程中处于旋转的状态，因此，无论ROI区域选择熔液的哪一部分，若发生结晶现象，某一时刻结晶页面会转到ROI检测区域内，因此为了便于操作人员查看，通常将ROI检测框选在界面的左下角或右下角。
S103、对目标图像区域进行划分，得到若干个图像块。
S104、基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量。
S105、基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。
为了避免由于炉内生产环境变化或者其他影响因素导致误识别，在本申请实施例对目标图像区域即ROI区域进行等分为若干个图像块，通过图像块的像素信息进行结晶检测。可以通过特定图像块的像素值与像素阈值进行比较，也可以是基于特定的计算模式，计算得到能够反映当前图像块的像素值的像素值参数来与像素阈值进行比较，通常可以采用平均像素值来表征当前图像块的像素信息。在一种实施方式中，所述基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量，包括：计算每一图像块的平均像素值；统计每一所述图像块的平均像素值大于像素阈值的图像块的数量；将所述数量确定为满足比较条件的图像块的数量。进一步地，所述基于满足在比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息，包括：将上一检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第一数量；将本次检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第二数量；计算获得第一数量和第二数量的数量差值，若所述数量差值不小于数量阈值，生成结晶预警信息。
举例说明，在图像处理过程中，计算每一个图像块内平均像素值，以h表示。将每一图像块的平均像素值与设定像素阈值(如以H表示)进行比较。若h>H，将该图像块确定为满足比较条件的图像块，则变量超出阈值块数(SUM)加1，反之SUM不进行运算。当ROI区域内所有小块均完成上述阈值比较和SUM累加操作后，SUM与上一检测周期的SUM进行比较，其中，上一检测周期可以是设定检测延时前的时间段。具体的，SUM与设定检测延时前的SUM进行差运算后与报警设定阈值数量比较，当SUM差值大于等于报警阈值，且在结晶报警延时内均满足该条件，则报警结晶。结晶检测是一个连续过程，上位机可对每次结晶检测报警延时进行设置，例如设置结晶报警延时为60s，那么第一次满足报警条件后，需要后续60s都满足该条件后报警。若采用像素平均值与阈值之间的差异特别明显直接预警的方式可能由于炉内生产环境变化或者其他影响因素导致误识别报警，影响生产，因此选择连续窗口检测的方式会更精准
对应的，在本申请实施例中还包括：若满足比较条件的图像块的数量小于数量阈值，在下一结晶检测周期内执行结晶检测流程，其中，所述结晶检测流程包括：
检测获得坩埚内图像，所述坩埚内图像包括处于等径状态下的晶棒、熔料液面和导流筒边缘的图像特征；
提取所述坩埚内图像中目标图像区域，所述目标图像区域包含实时监测的熔液部分；
对所述目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；
基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；
基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。
在本发明实施例中，还包括：设置报警延时间隔；响应于首次输出所述结晶预警信息后，每隔所述报警延时间隔输出所述结晶预警信息。
结晶经检测是一个连续过程，上位机可对每次结晶检测时间间隔进行设置，即确定一个结晶检测周期，例如，设置时间间隔为60秒，本次结晶检测无报警后，下次结晶检测将在60秒后进行。响应于等径工序结束，控制停止执行所述结晶检测流程。
在本申请实施例中还包括：当所述目标图像区域为整个熔料液面区域，检测得到特定像素阈值内像素点不连通区域的个数；若所述不连通区域的个数大于个数阈值，生成结晶预警信息。
即在本申请实施例中，当ROI区域选取为整个熔料液面，且不进行ROI区域内小块分割，改为识别规定阈值内像素点不连通区域个数(结晶区域数量)，当不连通区域个数大于一定报警阈值则判定为结晶。
本申请提供了一种晶体生长过程中结晶检测方法，该方法包括：当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像；提取坩埚内图像中目标图像区域，目标图像区域包含实时监测的熔液部分；对目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。本申请能够实时检测熔料液面，基于图像信息进行处理，在液面结晶时检测出结晶异常，生成结晶预警信息，提升了结晶检测准确性以及及时性。
在本申请实施例中，实时检测熔料液面，在液面结晶的第一时间检测出结晶异常，引发结晶报警，从而有效且及时提示巡检对其进行处理，提高生产效率。
对应的，在本申请的另一实施例中还提供了一种晶体生长过程中结晶检测装置，参见图4，该装置可以包括：
图像检测单元201，用于当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像，所述坩埚内图像包括处于等径状态下的晶棒、熔料液面和导流筒边缘的图像特征；
提取单元202，用于提取所述坩埚内图像中目标图像区域，所述目标图像区域包含实时监测的熔液部分；
划分单元203，用于对所述目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；
确定单元204，用于基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；
生成单元205，用于基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。
本申请实施例提供了一种晶体生长过程中结晶检测装置，包括：图像检测单元用于当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像；提取单元提取坩埚内图像中目标图像区域，目标图像区域包含实时监测的熔液部分；划分单元对目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；确定单元基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；生成单元基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。本申请能够实时检测熔料液面，基于图像信息进行处理，在液面结晶时检测出结晶异常，生成结晶预警信息，提升了结晶检测准确性以及及时性。
可选地，所述确定单元包括：
计算子单元，用于计算每一图像块的平均像素值；
统计子单元，用于统计每一所述图像块的平均像素值大于像素阈值的图像块的数量；
第一确定子单元，用于将所述数量确定为满足比较条件的图像块的数量。
可选地，
所述生成单元具体用于：
将上一检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第一数量；
将本次检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第二数量；
计算获得第一数量和第二数量的数量差值，若所述数量差值不小于数量阈值，生成结晶预警信息。
可选地，还包括：
输出单元，用于设置报警延时间隔；响应于首次输出所述结晶预警信息后，每隔所述报警延时间隔输出所述结晶预警信息；
控制单元，用于响应于等径工序结束，控制停止执行所述结晶检测流程；
个数检测单元，用于当所述目标图像区域为整个熔料液面区域，检测得到特定像素阈值内像素点不连通区域的个数；
预警单元，用于若所述不连通区域的个数大于个数阈值，生成结晶预警信息。
需要说明的是，本实施例中各个单元以及子单元的具体实现可以参考前文中的相应内容，此处不再详述。
基于前述实施例，本申请的实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，该一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上任一项的晶体生长过程中结晶检测方法。
本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于执行所述程序，所述程序具体用于实现：
当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像，所述坩埚内图像包括处于等径状态下的晶棒、熔料液面和导流筒边缘的图像特征；
提取所述坩埚内图像中目标图像区域，所述目标图像区域包含实时监测的熔液部分；
对所述目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；
基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；
基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。
可选地，所述基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量，包括：
计算每一图像块的平均像素值；
统计每一所述图像块的平均像素值大于像素阈值的图像块的数量；
将所述数量确定为满足比较条件的图像块的数量。
可选地，所述基于满足在比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息，包括：
将上一检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第一数量；
将本次检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第二数量；
计算获得第一数量和第二数量的数量差值，若所述数量差值不小于数量阈值，生成结晶预警信息。
可选地，还包括：
设置报警延时间隔；
响应于首次输出所述结晶预警信息后，每隔所述报警延时间隔输出所述结晶预警信息。
可选地，还包括：
响应于等径工序结束，控制停止执行所述结晶检测流程。
可选地，还包括：
当所述目标图像区域为整个熔料液面区域，检测得到特定像素阈值内像素点不连通区域的个数；
若所述不连通区域的个数大于个数阈值，生成结晶预警信息。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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，在其它实施例中实现。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)
1.一种晶体生长过程中结晶检测方法，其特征在于，包括：
当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像，所述坩埚内图像包括处于等径状态下的晶棒、熔料液面和导流筒边缘的图像特征；
提取所述坩埚内图像中目标图像区域，所述目标图像区域包含实时监测的熔液部分；
对所述目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；
基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；
基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。
2.根据权利要求1所述的晶体生长过程中结晶检测方法，其特征在于，所述基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量，包括：
计算每一图像块的平均像素值；
统计每一所述图像块的平均像素值大于像素阈值的图像块的数量；
将所述数量确定为满足比较条件的图像块的数量。
3.根据权利要求2所述的晶体生长过程中结晶检测方法，其特征在于，所述基于满足在比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息，包括：
将上一检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第一数量；
将本次检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第二数量；
计算获得第一数量和第二数量的数量差值，若所述数量差值不小于数量阈值，生成结晶预警信息。
4.根据权利要求1所述的晶体生长过程中结晶检测方法，其特征在于，还包括：
设置报警延时间隔；
响应于首次输出所述结晶预警信息后，每隔所述报警延时间隔输出所述结晶预警信息。
5.根据权利要求3所述的晶体生长过程中结晶检测方法，其特征在于，还包括：
响应于等径工序结束，控制停止执行所述结晶检测流程。
6.根据权利要求1所述的晶体生长过程中结晶检测方法，其特征在于，还包括：
当所述目标图像区域为整个熔料液面区域，检测得到特定像素阈值内像素点不连通区域的个数；
若所述不连通区域的个数大于个数阈值，生成结晶预警信息。
7.一种晶体生长过程中结晶检测装置，其特征在于，包括：
图像检测单元，用于当制备单晶硅工艺进入等径工序时，检测获得坩埚内图像，所述坩埚内图像包括处于等径状态下的晶棒、熔料液面和导流筒边缘的图像特征；
提取单元，用于提取所述坩埚内图像中目标图像区域，所述目标图像区域包含实时监测的熔液部分；
划分单元，用于对所述目标图像区域进行划分，得到若干个图像块；
确定单元，用于基于每一图像块的像素值与像素阈值的比较结果，确定满足比较条件的图像块的数量；
生成单元，用于基于满足比较条件的图像块的数量，生成结晶预警信息。
8.根据权利要求7所述的晶体生长过程中结晶检测装置，其特征在于，所述确定单元包括：
计算子单元，用于计算每一图像块的平均像素值；
统计子单元，用于统计每一所述图像块的平均像素值大于像素阈值的图像块的数量；
第一确定子单元，用于将所述数量确定为满足比较条件的图像块的数量。
9.根据权利要求8所述的晶体生长过程中结晶检测装置，其特征在于，所述生成单元具体用于：
将上一检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第一数量；
将本次检测周期的满足比较条件的图像块的数量确定为第二数量；
计算获得第一数量和第二数量的数量差值，若所述数量差值不小于数量阈值，生成结晶预警信息。
10.根据权利要求7所述的晶体生长过程中结晶检测装置，其特征在于，还包括：
输出单元，用于设置报警延时间隔；响应于首次输出所述结晶预警信息后，每隔所述报警延时间隔输出所述结晶预警信息；
控制单元，用于响应于等径工序结束，控制停止执行所述结晶检测流程；
个数检测单元，用于当所述目标图像区域为整个熔料液面区域，检测得到特定像素阈值内像素点不连通区域的个数；
预警单元，用于若所述不连通区域的个数大于个数阈值，生成结晶预警信息。
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