CN203144553U - 一种单晶炉ccd监控系统 - Google Patents
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Abstract
一种单晶炉CCD监控系统，包括平台垫板（1）、四维平台（2）、固定连接装置、工业智能相机（3）、光热隔离装置，其中，工业智能相机（3）的CCD传感器与固定连接装置连接，固定连接装置置于四维平台（2）上，四维平台（2）置于平台垫板（1）上，光热隔离装置通过连接件与固定连接装置连接；本实用新型特别提供的单晶炉CCD监控系统，在不增加外围制冷设备的前提下，实现了光学过滤和热量的隔离，保护了相机的寿命和长时间连续运行的稳定性，人工通过四维平台（2）调整工业智能相机（3）的位置，与现有的同类技术相比，成本降低30%以上，相机的成像质量提升在27%以上，CCD监控系统时时反馈数据的准确度提高15%以上。
Description
技术领域
本实用新型涉及高温环境下CCD相机系统成像的安装机构，特别提供了一种单晶炉CCD监控系统。
背景技术
单晶炉是用于在惰性气体（氩气）环境中，用石墨电阻加热器将硅半导体材料溶化，用直拉法生长单晶的设备，是太阳能光伏行业的关键设备。在单晶炉生长单晶的过程中，单晶棒料的直径数据是一个很关键的技术指标，需要时时监控单晶棒料的直径数据，并根据单晶炉内的单晶棒料的直径的变化来调整单晶炉的温度控制系统和压力控制系统，达到控制单晶棒料直径稳定的目的。
为了检测单晶棒料的直径，以前都是通过人工，用单晶炉体上的观察口用人工观察的方式，和安装在单晶炉体上的标杆尺进行对比来进行测量，定时采集数据，反馈给单晶炉控制系统。
这种方法的缺点是（1）、数据的误差比较大，不能有效的提供准确的数据给单晶炉控制器；（2）、需要人工参与，需要很多的人力成本来完成单晶炉的晶体生长过程；（3）、不能做到自动控制，设备的整体效率和产能受到限制。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服传统的单晶炉监控方法存在的数据误差大，人力成本高，不能自动控制及工作效率低等缺点。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，结构设计人性化，生产成本低，适用不同型号的单晶炉，在不增加外围制冷设备的前提下，实现了光学过滤和热量的隔离，保护了相机的寿命和长时间连续运行的稳定性，同时可以根据生长不同的尺寸的晶体硅棒，可以人工通过四维平台2调整工业智能相机3的位置，找到最佳的拍摄位置。与现有的同类技术相比，实施难度降低很多，成本降低30%以上，相机的成像质量提升在27%以上，CCD监控系统时时反馈的数据的准确度提高15%以上，以上数据在300台现场设备得到验证。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，解决了以下问题：（1）、在单晶炉炉体观测孔位置上安装相机时如何最大限度的减少高温对图像系统的辐射；（2）、在CCD系统成像的过程中，如何去除生长的晶体和液态晶体交界面的干扰问题；（3）、不同炉体结构时监控系统的位置调整问题。
本实用新型解决其技术问题所采用技术方案是一种单晶炉CCD监控系统，所述监控系统包括平台垫板1、四维平台2、固定连接装置、工业智能相机3、光热隔离装置，其中，工业智能相机3的CCD传感器与固定连接装置连接，固定连接装置置于四维平台2上，四维平台2置于平台垫板1上，光热隔离装置通过连接件与固定连接装置连接；
所述平台垫板1是连接整个监控系统和单晶炉炉体的中间装置，采用聚四氟乙烯材质，厚度在10毫米以上，不但能够起到固定的作用，而且可以阻挡单晶炉炉体观测口的安装面上的近100摄氏度温度的热量传到工业智能相机3上；
所述置于平台垫板1上的四维平台2，通过手动调整设置在固定连接装置的锁线上板12上的滚花螺母17，能够实现X/Y方向的15毫米直线运动，环绕X/Y方向的正负10度的旋转，并通过设置的自锁装置实现自锁，这样就实现了智能相机的位置的调整，从而可以根据不同的炉体结构实现相机的正确成像；
所述工业智能相机3的成像镜头的中心位置在单晶炉的观测孔中心15毫米以内移动，同时工业智能相机3通过四维平台2能在X/Y方向移动，并绕X/Y方向旋转；
所述位于工业智能相机3的成像镜头下方的光热隔离装置，能够最大限度的隔离从单晶炉观测孔a和观测孔b散发出来的热量，同时平台垫板1也能够隔离从机械连接部件传导来的热量，这样结构设计能达到隔离80%以上的热量，使相机的工作温度保持在30摄氏度以下（单晶炉体观测口的温度在80-100摄氏度），从而能够正常工作；
所述置于四维平台2上的固定连接装置实现了工业智能相机3的安装固定和相机电缆的锁死，保证相机能够稳定的连接并固定。连接杆9位于工业智能相机3的两侧，上端与安装板15连接，下端与隔热上板5连接，隔热上板5距离镜头端面的距离是5毫米，隔热上板5的材质是铁质的，比较厚，中间有一个圆形的观测孔a，供工业智能相机3拍摄图像使用；
所述光热隔离装置包括隔热上板5、隔热下板6、隔热玻璃7、压垫8、连接杆9，其中，压垫8上端与隔热上板5连接、下端与隔热下板6连接，连接杆9下端与隔热上板5连接；所述隔热上板5的中心设置有观测孔a，所述隔热下板6的中心设置有观测孔b，观测孔a与观测孔b的中心一致，观测孔b的直径大于观测孔a的直径；观测孔a和观测孔b供工业智能相机3拍摄图像使用，所述隔热玻璃7置于隔热上板5中心的观测孔a上，位于隔热上板5与隔热下板6之间；压垫8的作用是隔离隔热下板6的热量传递到连接杆9上，进而避免传递到工业智能相机3上，引起工业智能相机3过热；隔热下板6是由镜面不锈钢板制成，隔热玻璃7能够隔离红外线波段的能量，能够吸收掉大部分的热量，使单晶炉炉体观测孔所副射出来的热量无法到达工业智能相机3和成像镜头的表面，同时不锈钢镜面能够很好的反射单晶炉观测孔所辐射来的热量，辐射的热量被反射到空气中，慢慢吸收；隔热玻璃7还能够吸收一定的红外光谱部分的能量，使成像质量有进一步的提升，但是还不能完全达到准确测量的目的，为了去除残留的红外干扰光线，在工业智能相机3的成像镜头下方，设计安装了一个指定通过400-700nm范围的光谱滤镜，经过这些处理措施，CCD监控系统采集到的图像是清晰、稳定，能够测量稳定的晶体硅棒直径数据。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述工业智能相机3的成像镜头与隔热上板5的中心间隔5mm设置。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述隔热上板5的观测孔a上设置有调整片10，所述调整片10置于隔热上板5与隔热下板6之间，隔热上板5的作用是吸收传导过来的剩余热量，调整片10能够手动开启和关闭圆形观测孔a，主要是用于单晶炉生产中溶料的时候，辐射热量特别强，中间观测孔透过的热量也可能伤害相机和镜头，此时应该关闭观测孔，避免辐射热量直接到达工业智能相机3的成像镜头和工业智能相机3的表面，保护工业智能相机3和成像镜头使用寿命，而在晶体生长的过程中，为了成像，需要打开调整片10。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述固定连接装置包括连接底板11、锁线上板12、锁线下板13、立支板14，其中，锁线上板12置于锁线下板13上，锁线下板13置于连接底板11一端，立支板14置于连接底板11另一端；所述连接底板11置于四维平台2上。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述固定连接装置的锁线上板12上设置有用于调整四维平台转动的滚花螺母17。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述连接件主要由安装板15组成，安装板15置于工业智能相机3的CCD传感器上、并与工业智能相机3固定连接，安装板15一端与固定连接装置连接，另一端的两侧设置U形凸起，安装板15通过U性凸起与光热隔离装置连接。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述连接件主要由横连杆16组成，横连杆16一端与连接杆9上端连接，另一端与固定连接装置的侧面连接。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，其中，工业智能相机3的成像镜头下方，设置有通过400-700nm波长光的光谱滤镜。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，测量器件是工业智能相机3，工业智能相机3的CCD传感器是一款在常温下工作的半导体器件，但是在单晶炉的观察窗位置，表面的接触温度在100摄氏度左右，这样的温度CCD相机是无法工作的，而且，需要相机连续工作时间在72小时以上，使用本实用新型的单晶炉CCD监控系统，能够克服在辐射高温环境下相机不能连续工作的难题。单晶炉CCD监控系统可以做到自动采集单晶炉中单晶硅棒的直径数据，并时时反馈给总控制系统，从而对数据进行时时的分析和处理。并且能够在不同的单晶生长过程中（引晶、放肩、等晶、收尾）提供不同的测量方法，时时采集测量数据，进而够使单晶炉全自动晶体生长成为可能，降低单晶炉晶体生长的人力资源投入，降低单晶硅棒的生产成本，提高企业效益。
本实用新型所述单晶炉CCD监控系统，通过整合光学、散热（包括隔热）、相机图像处理系统、机械安装和调整等、实现了高温环境下非接触的光学测量直径的功能，在不用其他外围辅助冷却的环境下，工业智能相机3的CCD传感器能够稳定运行，为单晶炉内晶体生长过程的直径数据测量系统提供了稳定工作环境，通过观测单晶炉的晶体生长过程中，实现对已生长晶体直径实时监控，并将时时采集数据传输到主控系统。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
图1为单晶炉CCD监控系统a结构示意图；
图2为单晶炉CCD监控系统b结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，如图1所示，包括平台垫板1、四维平台2、固定连接装置、工业智能相机3、光热隔离装置，其中，工业智能相机3的CCD传感器与固定连接装置连接，固定连接装置置于四维平台2上，四维平台2置于平台垫板1上，光热隔离装置通过连接件与固定连接装置连接；
其中，平台垫板1是连接整个监控系统和单晶炉炉体的中间装置，采用聚四氟乙烯材质，厚度在10毫米以上，不但能够起到固定的作用，而且可以阻挡单晶炉炉体观测口的安装面上的近100摄氏度温度的热量传到工业智能相机3上；
所述置于平台垫板1上的四维平台2，通过手动调整设置在固定连接装置上的滚花螺母17，能够实现X/Y方向的15毫米直线运动，环绕X/Y方向的正负10度的旋转，并通过设置的自锁装置实现自锁，这样就实现了智能相机的位置的调整，从而可以根据不同的炉体结构实现相机的正确成像；
所述工业智能相机3的成像镜头的中心位置在单晶炉的观测孔中心15毫米以内移动，同时工业智能相机3通过四维平台2能在X/Y方向移动，并绕X/Y方向旋转；
所述位于工业智能相机3的成像镜头下方的光热隔离装置，能够最大限度的隔离从单晶炉观测孔a和观测孔b散发出来的热量，同时平台垫板1也能够隔离从机械连接部件传导来的热量，这样结构设计能达到隔离80%以上的热量，使相机的工作温度保持在30摄氏度以下（单晶炉体观测口的温度在80-100摄氏度），从而能够正常工作；
所述置于四维平台2上的固定连接装置实现了工业智能相机3的安装固定和相机电缆的锁死，保证工业智能相机3能够稳定的连接并固定。
所述光热隔离装置包括隔热上板5、隔热下板6、隔热玻璃7、压垫8、连接杆9，其中，压垫8上端与隔热上板5连接、下端与隔热下板6连接，连接杆9下端与隔热上板5连接，所述隔热上板5的中心设置有观测孔a，所述隔热下板6的中心设置有观测孔b，观测孔a与观测孔b的中心一致，观测孔b的直径大于观测孔a的直径；观测孔a和观测孔b供工业智能相机3拍摄图像使用，所述隔热玻璃7置于隔热上板5中心的观测孔a上，位于隔热上板5与隔热下板6之间；压垫8的作用是隔离隔热下板6的热量传递到连接杆9上，进而避免传递到工业智能相机3上，引起工业智能相机3过热；隔热下板6是由镜面不锈钢板制成，隔热玻璃7能够隔离红外线波段的能量，能够吸收掉大部分的热量，使单晶炉炉体观测孔所副射出来的热量无法到达工业智能相机3和成像镜头的表面，同时不锈钢镜面能够很好的反射单晶炉观测孔所辐射来的热量，辐射的热量被反射到空气中，慢慢吸收；隔热玻璃7还能够吸收一定的红外光谱部分的能量，使成像质量有进一步的提升，但是还不能完全达到准确测量的目的，为了去除残留的红外干扰光线，在工业智能相机3的成像镜头下方，设计安装了一个指定通过400-700nm范围的光谱滤镜，经过这些处理措施，CCD监控系统采集到的图像是清晰、稳定，能够测量稳定的晶体硅棒直径数据。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述工业智能相机3的成像镜头与隔热上板5的中心间隔5mm设置，隔热上板5的材质是铁质的。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述隔热上板5的观测孔a上设置有调整片10，所述调整片10置于隔热上板5与隔热下板6之间，隔热上板5的作用是吸收传导过来的剩余热量，调整片10能够手动开启和关闭圆形观测孔a，主要是用于单晶炉生产中溶料的时候，辐射热量特别强，中间观测孔透过的热量也可能伤害相机和镜头，此时应该关闭观测孔，避免辐射热量直接到达工业智能相机3的成像镜头和工业智能相机3的表面，保护工业智能相机3和成像镜头使用寿命，而在晶体生长的过程中，为了成像，需要打开调整片10。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述固定连接装置包括连接底板11、锁线上板12、锁线下板13、立支板14，其中，锁线上板12置于锁线下板13上，锁线下板13置于连接底板11一端，立支板14置于连接底板11另一端；所述连接底板11置于四维平台2上。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述固定连接装置的锁线上板12上设置有用于调整四维平台转动的滚花螺母17。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述连接件主要由安装板15组成，安装板15置于工业智能相机3的CCD传感器上、并与工业智能相机3固定连接，安装板15一端与固定连接装置连接，另一端的两侧设置U形凸起，安装板15通过U性凸起与光热隔离装置连接。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，工业智能相机3的成像镜头下方，设置有能够通过400-700nm波长光的光谱滤镜。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，能够自动采集单晶炉中单晶硅棒的直径数据，并时时反馈给总控制系统，从而对数据进行时时的分析和处理。并且能够在不同的单晶生长过程中（引晶、放肩、等晶、收尾）提供不同的测量方法，时时采集测量数据，进而够使单晶炉全自动晶体生长成为可能，降低单晶炉晶体生长的人力资源投入，降低单晶硅棒的生产成本，提高企业效益。
实施例2
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，如图2所示，包括平台垫板1、四维平台2、固定连接装置、工业智能相机3、光热隔离装置，其中，工业智能相机3的CCD传感器与固定连接装置连接，固定连接装置置于四维平台2上，四维平台2置于平台垫板1上，光热隔离装置通过连接件与固定连接装置连接；
其中，平台垫板1是连接整个监控系统和单晶炉炉体的中间装置，采用聚四氟乙烯材质，厚度在10毫米以上，不但能够起到固定的作用，而且可以阻挡单晶炉炉体观测口的安装面上的近100摄氏度温度的热量传到工业智能相机3上；
所述置于平台垫板1上的四维平台2，通过手动调整设置在固定连接装置上的滚花螺母17，能够实现X/Y方向的15毫米直线运动，环绕X/Y方向的正负10度的旋转，并通过设置的自锁装置实现自锁，这样就实现了智能相机的位置的调整，从而可以根据不同的炉体结构实现相机的正确成像；
所述工业智能相机3的成像镜头的中心位置在单晶炉的观测孔中心15毫米以内移动，同时工业智能相机3通过四维平台2能在X/Y方向移动，并绕X/Y方向旋转；
所述位于工业智能相机3的成像镜头下方的光热隔离装置，能够最大限度的隔离从单晶炉观测孔a和观测孔b散发出来的热量，同时平台垫板1也能够隔离从机械连接部件传导来的热量，这样结构设计能达到隔离80%以上的热量，使相机的工作温度保持在30摄氏度以下（单晶炉体观测口的温度在80-100摄氏度），从而能够正常工作；
所述置于四维平台2上的固定连接装置实现了工业智能相机3的安装固定和相机电缆的锁死，保证工业智能相机3能够稳定的连接并固定。
所述光热隔离装置包括隔热上板5、隔热下板6、隔热玻璃7、压垫8、连接杆9，其中，压垫8上端与隔热上板5连接、下端与隔热下板6连接，连接杆9下端与隔热上板5连接，所述隔热上板5的中心设置有观测孔a，所述隔热下板6的中心设置有观测孔b，观测孔a与观测孔b的中心一致，观测孔b的直径大于观测孔a的直径；观测孔a和观测孔b供工业智能相机3拍摄图像使用，所述隔热玻璃7置于隔热上板5中心的观测孔a上，位于隔热上板5与隔热下板6之间；压垫8的作用是隔离隔热下板6的热量传递到连接杆9上，进而避免传递到工业智能相机3上，引起工业智能相机3过热；隔热下板6是由镜面不锈钢板制成，隔热玻璃7能够隔离红外线波段的能量，能够吸收掉大部分的热量，使单晶炉炉体观测孔所副射出来的热量无法到达工业智能相机3和成像镜头的表面，同时不锈钢镜面能够很好的反射单晶炉观测孔所辐射来的热量，辐射的热量被反射到空气中，慢慢吸收；隔热玻璃7还能够吸收一定的红外光谱部分的能量，使成像质量有进一步的提升，但是还不能完全达到准确测量的目的，为了去除残留的红外干扰光线，在工业智能相机3的成像镜头下方，设计安装了一个指定通过400-700nm范围的光谱滤镜，经过这些处理措施，CCD监控系统采集到的图像是清晰、稳定，能够测量稳定的晶体硅棒直径数据。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述工业智能相机3的成像镜头与隔热上板5的中心间隔5mm设置，隔热上板5的材质是铁质的。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述隔热上板5的观测孔a上设置有调整片10，所述调整片10置于隔热上板5与隔热下板6之间，隔热上板5的作用是吸收传导过来的剩余热量，调整片10能够手动开启和关闭圆形观测孔a，主要是用于单晶炉生产中溶料的时候，辐射热量特别强，中间观测孔透过的热量也可能伤害相机和镜头，此时应该关闭观测孔，避免辐射热量直接到达工业智能相机3的成像镜头和工业智能相机3的表面，保护工业智能相机3和成像镜头使用寿命，而在晶体生长的过程中，为了成像，需要打开调整片10。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述固定连接装置包括连接底板11、锁线上板12、锁线下板13、立支板14，其中，锁线上板12置于锁线下板13上，锁线下板13置于连接底板11一端，立支板14置于连接底板11另一端；所述连接底板11置于四维平台2上。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述固定连接装置的锁线上板12上设置有用于调整四维平台转动的滚花螺母17
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，所述连接件主要由横连杆16组成，横连杆16一端与连接杆9上端连接，另一端与固定连接装置的侧面连接。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，其中，工业智能相机3的成像镜头下方，设置有通过400-700nm波长光的光谱滤镜。
本实施例所述单晶炉CCD监控系统，能够自动采集单晶炉中单晶硅棒的直径数据，并时时反馈给总控制系统，从而对数据进行时时的分析和处理。并且能够在不同的单晶生长过程中（引晶、放肩、等晶、收尾）提供不同的测量方法，时时采集测量数据，进而够使单晶炉全自动晶体生长成为可能，降低单晶炉晶体生长的人力资源投入，降低单晶硅棒的生产成本，提高企业效益。
Claims (8)
1.一种单晶炉CCD监控系统，其特征在于：
所述监控系统包括平台垫板（1）、四维平台（2）、固定连接装置、工业智能相机（3）、光热隔离装置，其中，工业智能相机（3）的CCD传感器与固定连接装置连接，固定连接装置置于四维平台（2）上，四维平台（2）置于平台垫板（1）上，光热隔离装置通过连接件与固定连接装置连接；
所述光热隔离装置包括隔热上板（5）、隔热下板（6）、隔热玻璃（7）、压垫（8）、连接杆（9），其中，压垫（8）上端与隔热上板（5）连接、下端与隔热下板（6）连接，连接杆（9）下端与隔热上板（5）连接；
所述隔热上板（5）的中心设置有观测孔a，所述隔热下板（6）的中心设置有观测孔b，观测孔a与观测孔b的中心一致，观测孔b的直径大于观测孔a的直径；
所述隔热玻璃（7）置于隔热上板（5）中心的观测孔a上，位于隔热上板（5）与隔热下板（6）之间。
2.按照权利要求1所述单晶炉CCD监控系统，其特征在于：所述工业智能相机（3）的成像镜头与隔热上板（5）的中心间隔5mm设置。
3.按照权利要求1所述单晶炉CCD监控系统，其特征在于：所述隔热上板（5）的观测孔a上设置有调整片（10），所述调整片（10）置于隔热上板（5）与隔热下板（6）之间。
4.按照权利要求1所述单晶炉CCD监控系统，其特征在于：所述固定连接装置包括连接底板（11）、锁线上板（12）、锁线下板（13）、立支板（14），其中，锁线上板（12）置于锁线下板（13）上，锁线下板（13）置于连接底板（11）一端，立支板（14）置于连接底板（11）另一端；所述连接底板（11）置于四维平台（2）上。
5.按照权利要求1所述单晶炉CCD监控系统，其特征在于：所述固定连接装置（3）的锁线上板（12）上设置有用于调整四维平台转动的滚花螺母（17）。
6.按照权利要求1所述单晶炉CCD监控系统，其特征在于：所述连接件主要由安装板（15）组成，安装板（15）置于工业智能相机（3）的CCD传感器上、并与工业智能相机（3）固定连接，安装板（15）一端与固定连接装置连接，另一端的两侧设置U形凸起，安装板（15）通过U性凸起与光热隔离装置连接。
7.按照权利要求1所述单晶炉CCD监控系统，其特征在于：所述连接件主要由横连杆（16）组成，横连杆（16）一端与连接杆（9）上端连接，另一端与固定连接装置的侧面连接。
8.按照权利要求1所述单晶炉CCD监控系统，其特征在于：工业智能相机（3）的成像镜头下方，设置有通过400-700nm波长光的光谱滤镜。
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