CN212779161U - 一种晶锭测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种晶锭测量装置，包括：载物台，被构造成用于承载晶锭；厚度测量组件，包括厚度测量仪和位于载物台外侧的第一滑道，厚度测量仪的底部具有与第一滑道配合的滑轮；红外测距组件，包括两个红外测距仪，两个红外测距仪的红外线发射器分别位于晶锭同一直径的两端；辨色组件，包括第一光源和色差仪，第一光源的照射方向朝向晶锭的侧部，色差仪的位置靠近于晶锭侧部的边缘。本申请提供的晶锭测量装置结构设计紧凑，可操作性强，能够在不移动晶锭的条件下，同时对晶锭的厚度、直径以及颜色进行测量，并且还能整体更好的观察晶锭的表面缺陷，相较于现有的人工分别测量的方式，有效提高了晶锭的测量的效率和精度。

Description

一种晶锭测量装置

技术领域

本申请涉及测量设备技术领域，具体涉及一种晶锭测量装置。

背景技术

目前，现有技术中的测量装置往往仅能够测量物体的一个物理参数。例如，在碳化硅晶锭的物理参数测量中，通常采用游标卡尺测量晶锭的厚度和直径，并采用肉眼观察晶锭的颜色和表面缺陷的方式，判定晶锭的质量好坏。

然而，由于碳化硅晶锭生长的不均匀性，导致晶锭的厚度不一，在人工使用游标卡尺时需要一点点进行测量各边的厚度并人工读数，操作繁琐，并且还存在较大误差，在测量直径时人工读数的方式精准度也难以保证。而且，在观察记录晶锭的表面缺陷时，需要借助独立的光源一部分一部分的看晶锭质量后记录，费时费力且观察效果不好。此外，由于不同的人对颜色的观察判断具有主观性，也导致了颜色判断的不准确性。

因此，目前人工测量晶锭各物理参数的方式效率较低并且精确度较低，而现有技术中还未能够提供一种针对晶锭特别是碳化硅晶锭，能够同时高精度测量其厚度、直径、颜色以及表面缺陷等多个参数的装置。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请旨在提供一种能够同时测量晶锭的厚度、直径、颜色以及表面缺陷多个参数，有效提高测量精度和效率的晶锭测量装置，该装置包括：

载物台，被构造成用于承载晶锭；厚度测量组件，包括厚度测量仪和位于所述载物台外侧的第一滑道，所述厚度测量仪的底部具有与所述第一滑道配合的滑轮；红外测距组件，包括两个红外测距仪，所述两个红外测距仪的红外线发射器分别位于晶锭同一直径的两端；辨色组件，包括第一光源和色差仪，所述第一光源的照射方向朝向晶锭的侧部，所述色差仪的位置靠近于晶锭侧部的边缘。

可以理解的是，“位于晶锭同一直径的两端”也可以理解为位于晶锭相对的两侧，红外测距仪的红外线发射器应当与晶锭具有一定的距离，而不是将红外线发射器与晶锭接触；晶锭通常为具有一定厚度的圆柱状，因此晶锭的侧部可以理解为圆柱状晶锭的侧表面。

上述晶锭测量装置中，厚度测量组件用于测量晶锭的厚度，并且厚度测量仪还可以通过滑轮和第一滑道滑动测量晶锭不同取样点处的厚度，相较于人工取点测量读数的方式，无需移动晶锭，能够有效提高测量精度。

红外测距组件用于测量晶锭的直径，其中，红外测距仪测得的是其红外线发射器的红外发射点到红外线障碍物之间的距离，优选的，红外线障碍物可以是待测晶锭；将红外测距仪设置在晶锭同一直径的两端，在测量时由于两个红外测距仪之间的距离是已知的，因此晶锭的直径即可通过以下算式算得：晶锭直径等于两个红外线发射器之间的距离减去其中一个红外线发射器测定的距离，再减去另一个红外线发射器测定的距离。

辨色组件用于测量晶锭的颜色，避免了人工观察对颜色判断的主观性，其中，第一光源照射到晶锭侧部后，色差仪可以对晶锭折射透出的光进行分析比对，得出例如三刺激值等表征颜色的物理量，进而操作者可以通过颜色初步判定晶锭质量。在一种实施方式中，第一光源还可以用于观察晶锭表面缺陷。

进一步地，还包括竖直延伸且相对设置的第一挡板和第二挡板，所述两个红外测距仪分别安装在所述第一挡板和所述第二挡板上；和/或，所述第一光源和色差仪安装在所述第一挡板和所述第二挡板上。

进一步地，所述第一光源和色差仪分别位于晶锭沿径向的两侧。如此设置以使得在俯视角度下，第一光源的照射方向与色差仪的接收方向的夹角大致为180度，这个角度下能更好的得知晶体的颜色，并且颜色不会因光源略微的偏移而特别明显。可以理解的是，本申请中并未限制第一光源和色差仪的相对高度位置，本领域技术人员可以根据实际测量进行适当调整，以使得从晶锭中透出的光尽量多的被色差仪接收即可。

优选的，为便于对第一光源和色差仪的位置进行任意调整，第一光源和色差仪可以通过可伸缩和/或转动的支撑部件安装在挡板上，例如转动臂、金属弯曲杆等。

优选的，第一挡板和第二挡板设置在第一滑道的外侧。

优选的，红外测距仪的红外线发射器分别在两个挡板的内侧表面，并且相对设置；更优选地，红外线发射器的发射点设在挡板内侧表面，与挡板表面平齐，此时两挡板之间的距离即两个红外线发射器之间的距离。

进一步地，所述第一挡板和/或所述第二挡板上设有沿高度方向延伸的第二滑道，所述红外线发射器配合安装在所述第二滑道上。

可以理解的是，红外线发射器在第二滑道上的滑动并不是完全自由的，例如可以采用固定螺母或固定卡槽等固定件使得红外线发射器在第二滑道上滑动至特定位置后固定。

第一挡板和第二挡板的设置，一方面可以作为红外测距组件和辨色组件的安装和支撑部件，另一方面，红外线发射器还可以在第二滑道上滑动，如此既可以测其自身红外线发射器到晶锭之间的距离，也可以测红外线发射器到对面挡板之间的距离，即对两个挡板之间的距离也进行精准测量。

进一步地，所述红外线发射器在所述第二滑道上滑动的最低位置与晶锭高度位置大致对应。

优选的，所述红外线发射器在第二滑道上的最低位置高于载物台1-2毫米。由于现有工艺制备的晶锭的厚度通常在2-50毫米左右，如此设置以实现红外线发射器发射的红外线能够被晶锭反射。在一种实施方式中，其中一个红外线发射器在挡板上的位置固定在高于载物台1-2毫米左右的位置，另一个红外线发射器可以在挡板的导轨上滑动，并且能够滑动的最高位置约高于载物台50毫米，以实现在晶锭的厚度范围内，红外线发射器仍能够测得到对面挡板的距离。可以理解的是，两个红外发射器的设置高度应当与放置的晶锭厚度相适应，本领域技术人员可以在合理的高度范围内进行调整。

进一步地，所述厚度测量仪采用数显高度尺；和/或，所述色差仪采用分光色差仪。

本领域技术人员所公知的是，数显高度尺具有数字显示屏，能够将测得的高度显示在数字显示屏上，并且在使用前需调零和校准；分光色差仪是利用三刺激法原理给出表示与待测光达到颜色匹配所需的三种原色刺激的量(即三刺激值)的仪器。

进一步地，所述第一滑道的高度位置低于所述载物台的高度位置，以便于数显高度尺进行调零和校准，其中对数显高度尺进行调零和校准可以采用常规操作。

进一步地，所述第一滑道采用圆形滑道，以便于数显高度尺在使用时，无需触碰晶锭和数显高度尺的测量爪部，将数显高度尺沿着圆形滑道滑动，即可测量圆形晶锭边缘位置的厚度。

进一步地，所述载物台的中部位置设有透光区域，所述透光区域内安装有第二光源。

进一步地，所述晶锭放置在所述透光区域处，所述第二光源的照射范围至少是晶锭底面面积的五分之四。

其中，在晶锭底部设置照射面积较大的第二光源，可以在观察时使得晶锭表面缺陷整体地显现出来，有利于提高观察效果和观察效率。在优选的实施方式中，第二光源的照射范围占晶锭底面面积的五分之四，如此以在达到理想观察效果的同时，避免全面照射导致的漏光进而刺激观察者的眼部，对眼部造成不适。

优选的，透光区域可以是设于载物台中心处的圆形通孔，第二光源从该圆形通孔的底部朝向上方照射；或者，第二光源采用具有平面灯罩的灯具，例如LED灯，将该灯具嵌入在载物台的透光区域处以形成透光的光源垫面。

可选的，第二光源处设置有光源开关和亮度调节开关。其中，对于不同尺寸晶锭的照射范围，还可以通过控制第二光源的亮度来调节。

进一步地，所述载物台上设有晶锭固定组件，所述晶锭固定组件包括可伸缩的夹持部，用于夹持不同尺寸大小的晶锭；所述夹持部用于夹持晶锭的一端设有软垫，以避免对晶锭边缘造成损伤。

优选的，所述第一光源和第二光源均采用冷光源，所述冷光源的波长为560-580nm，照射的光线表现为肉眼可见淡黄色的光。

通过本申请能够带来如下有益效果：

本申请提供的晶锭测量装置结构设计紧凑，可操作性强，能够在不移动晶锭的条件下，同时对晶锭的厚度、直径以及颜色进行测量，并且还能整体更好的观察晶锭的表面缺陷，相较于现有的人工分别测量的方式，有效提高了晶锭的测量的效率和精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为晶锭测量装置在俯视角度下的结构示意图；

图2为辨色组件的原理示意图；

图中：1、载物台；2、晶锭；3、夹持部；4、软垫；5、厚度测量组件；51、厚度测量仪；52、数显器；53、第一滑道；54、滑轮；55、测量爪部；6、红外测距组件；61、红外测距仪；62、红外线发射器；63、第二滑道；64、挡格；65、红外测距处理器；7、辨色组件；71、第一光源；72、色差仪；7201、光接收器；7202、XYZ传感器；7203、色敏处理器；73、转动臂；8、第一挡板；9、第二挡板；10、第二光源。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过度结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本申请的实施例提供了一种晶锭测量装置，该装置能够快速、高精度地测量晶锭的厚度、直径、颜色以及表面缺陷多个参数。如图1所示，该晶锭测量装置包括：

载物台1，被构造成用于承载晶锭2，如图1所示，载物台1优选为与晶锭2形状匹配的圆形台，晶锭2被固定放置在载物台1的中心位置。其中，载物台1上还设有晶锭固定组件，该晶锭固定组件包括可伸缩的夹持部3，例如顶端具有夹子的伸缩杆，用于夹持不同尺寸大小的晶锭；优选的，夹持部3用于夹持晶锭2的一端设有软垫4，以避免对晶锭2边缘造成损伤。

其中，在载物台1的中部位置设有透光区域10，晶锭2可放置在透光区域处，透光区域内安装有第二光源10。在优选的实施方式中，第二光源10采用冷光源，并且照射范围约占晶锭2底面面积的五分之四，以在具有较大照射范围的同时避免漏光，在观察时使得晶锭2表面缺陷整体地显现出来，有利于提高观察效果和观察效率，还能避免对观察者的眼睛造成伤害。其中，冷光源的波长为560-580nm，照射的光线表现为肉眼可见淡黄色的光。

在一种实施方式中，透光区域可以是设于载物台1中心处的一个圆形通孔，第二光源10从该圆形通孔的底部朝向上方照射；在另一种实施方式中，第二光源10采用具有平面灯罩的灯具，例如LED灯，将该灯具嵌入在载物台1的透光区域处以形成透光的光源垫面。可选的，第二光源10处还设置有光源开关和亮度调节开关，其中，对于不同尺寸晶锭2的照射范围，还可以通过控制第二光源10的亮度来调节。

上述实施例提供的晶锭测量装置还包括厚度测量组件5。其中，厚度测量组件5包括厚度测量仪51和包围在载物台1外侧的第一滑道53，并且在厚度测量仪51的底部还设有与第一滑道53配合的滑轮54。在如图1所示的实施例中，厚度测量仪51采用数显高度尺，并且该数显高度尺具有测量爪部55，由于晶锭2是平放在载物台1上的，因此，数显高度尺的测量爪部55测得的晶锭2的高度即其厚度。优选的，第一滑道53采用圆形滑道，以便于数显高度尺在使用时，将数显高度尺沿着圆形滑道滑动，即可测量圆形晶锭边缘位置的厚度。

其中本领域技术人员所公知的是，数显高度尺具有数字显示屏，能够将测得的高度显示在数字显示屏上，测量完成后直接在数字显示屏上读数即可，例如图1中的数显器52。并且在使用前需要对数显高度尺进行调零和校准，在优选的实施方式中，第一滑道53的高度位置低于载物台1的高度位置，以便于数显高度尺进行调零和校准，其中对数显高度尺进行调零和校准可以采用常规操作。

上述厚度测量组件5用于测量晶锭2的厚度，并且厚度测量仪51还可以通过滑轮54和第一滑道53滑动测量晶锭2不同取样点处的厚度，相较于人工取点测量读数的方式操作简便，并且无需移动晶锭，能够有效提高测量精度。

上述实施例提供的晶锭测量装置还包括红外测距组件6和辨色组件7，分别用于测量晶锭2的直径和颜色。其中，红外测距组件包括两个红外测距仪61，两个红外测距仪61的红外线发射器62分别位于晶锭2同一直径的两端；辨色组件7包括第一光源71和色差仪72，第一光源71的照射方向朝向载物台1，色差仪72的高度位置与置于载物台1上的晶锭2高度位置大致对应，优选的，第一光源71的照射方向朝向晶锭2的侧部，色差仪72的位置靠近于晶锭2侧部的边缘。

其中，红外测距仪61测得的是其红外线发射器62的发射点到红外线障碍物之间的距离，优选的，红外线障碍物可以是待测晶锭2；将红外测距仪61设置在晶锭2同一直径的两端，在测量时由于两个红外线发射器62之间的距离是已知的，因此晶锭2的直径即可通过以下算式算得：晶锭2直径等于两个红外线发射器62之间的距离减去其中一个红外线发射器62测定的距离，再减去另一个红外线发射器62测定的距离。

在如图1所示的实施例中，还包括竖直延伸且相对设置的第一挡板8和第二挡板9，其中第一挡板8和第二挡板9设置在圆形的第一滑道53的外侧，两个红外测距仪61分别安装于第一挡板8和第二挡板9上，红外线发射器62在分别在两个挡板的内侧表面。

同时，辨色组件7中的第一光源71和色差仪72可以分别设置在第一挡板8或者第二挡板9上。第一挡板8和第二挡板9的设置，一方面可以作为红外测距组件6和辨色组件7的安装和支撑部件，另一方面，红外线发射器62还可以在第二滑道63上滑动，如此既可以测其自身红外线发射器62到晶锭2之间的距离，也可以测红外线发射器62到对面挡板之间的距离，即对两个挡板之间的距离也进行精准测量。

其中，第一挡板8和/或第二挡板9上设有沿高度方向延伸的第二滑道63，红外线发射器62配合安装在第二滑道63上。可以理解的是，红外线发射器62在第二滑道63上的滑动并不是完全自由的，例如可以采用固定螺母或固定卡槽等固定件使得红外线发射器62在第二滑道63上滑动至特定位置后固定。

在优选的实施方式中，红外线发射器62在第二滑道63上滑动的最低位置与晶锭2高度位置大致对应。更优选的，红外线发射器62在第二滑道63上的最低位置高于载物台1-2毫米。由于晶锭的厚度通常在2-50毫米左右，如此以实现红外线发射器发射的红外线能够被晶锭反射。在如图1所示的实施例中，通过设置栅格64标记红外线发射器62在第二滑道63上滑动的最低位置和最高位置，在实际操作中，将红外线发射器62滑动至最低的栅格64处即为测量的初始位置，将红外线发射器62滑动至最高的低栅格64处即为测量的到对面挡板距离处的高度，无需再用量尺等工具测量是否到了合适的测试高度。

如图1所示，两个红外测距仪61分别设置在第一挡板8和第二挡板9上，并且两个红外测距仪61的红外线发射器62与晶锭2的圆心在同一水平线上。其中，位于第二挡板9上的红外线发射器62，其位置固定在高于载物台1-2毫米左右的位置；第一挡板8上设有竖直延伸的第二滑道63，另一个位于第一挡板8上的红外线发射器62配合在第二滑道63上滑动，并且能够滑动的最高位置约高于载物台50毫米，以实现在晶锭2的常规厚度范围内，红外线发射器62仍能够测得到对面第二挡板8的距离。此时，晶锭2的直径测量过程如下：将第一挡板8上的红外线发射器62调至最低位置，测其到晶锭2之间的距离，记为a；将第一挡板8上的红外线发射器62调至高于晶锭2厚度的位置，测其到第二挡板9之间的距离，记为b；测第二挡板9上的红外线发射器62到晶锭2之间的距离，记为c，则晶锭2的直径d＝a-(b+c)。其中，上述数据处理过程可以通过红外测距处理器65进行处理，并还可以设置数字显示屏将结果显示出来。

在上述实施例中，辨色组件7的第一光源71优选采用冷光源，并且色差仪72优选采用分光色差仪。其中，可以理解的是，分光色差仪是利用三刺激法原理给出表示与待测光达到颜色匹配所需的三种原色刺激的量(即三刺激值)的仪器。在如图1所示的实施方式中，第一光源71和色差仪72分别位于晶锭2沿径向的两侧，如此设置以使得在俯视角度下，第一光源71的照射方向与色差仪72的接收方向的夹角大致为180度，这个角度下的观察能更好的得知晶体2的颜色，并且略微的偏移颜色变化不会特别明显。可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际测量适当调整第一光源71和色差仪72的相对高度位置。

其中，为便于对第一光源71和色差仪72的位置进行任意调整，第一光源71和色差仪72可以通过可伸缩和/或转动的支撑部件安装在挡板上，例如转动臂73、金属弯曲杆等，如图1所示，色差仪72通过转动臂73安装在第一挡板8上，第一光源71通过金属弯曲杆安装在第二挡板9上。其中，辨色组件7用于测量晶锭2的颜色，避免了人工观察对颜色判断的主观性，其中，第一光源71照射到晶锭2表面后，色差仪72可以对晶锭折射后透出的光进行分析比对，进而通过颜色判定晶锭质量。在一种实施方式中，第一光源71也可以用于观察晶锭2的表面缺陷。

如图2所示为利用分光色差仪获得三刺激值X、Y和Z的过程以及原理。其中，由于第一光源71和色差仪72分别位于晶锭2沿径向的两侧，因此从晶锭2侧部照射入的光透过晶锭2并被接收器7201接收，再经过色差仪72的XYZ传感器7202，由色敏处理器7203进行处理，并最终将三刺激值X、Y、Z输出显示，操作人员可以根据三刺激值进行颜色比对并分析判定晶锭的质量。其中三刺激法的原理为本领域技术人员公知技术，在本申请中不再展开叙述。

上述实施例提供的晶锭测量装置结构设计紧凑，可操作性强，还能够同时对晶锭的厚度、直径以及颜色进行测量，并且还能整体更好的观察晶锭的表面缺陷，有效提高了晶锭的测量的效率和精度。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种晶锭测量装置，其特征在于，包括：

载物台，被构造成用于承载晶锭；

厚度测量组件，包括厚度测量仪和位于所述载物台外侧的第一滑道，所述厚度测量仪的底部具有与所述第一滑道配合的滑轮；

红外测距组件，包括两个红外测距仪，所述两个红外测距仪的红外线发射器分别位于晶锭同一直径的两端；

辨色组件，包括第一光源和色差仪，所述第一光源的照射方向朝向晶锭的侧部，所述色差仪的位置靠近于晶锭侧部的边缘。

2.根据权利要求1所述的晶锭测量装置，其特征在于，还包括竖直延伸且相对设置的第一挡板和第二挡板，所述两个红外测距仪分别安装在所述第一挡板和所述第二挡板上；和/或，所述第一光源和色差仪分别安装在所述第一挡板和所述第二挡板上。

3.根据权利要求2所述的晶锭测量装置，其特征在于，所述第一光源和色差仪分别位于晶锭沿同一直径方向的两侧。

4.根据权利要求2所述的晶锭测量装置，其特征在于，所述第一挡板和/或所述第二挡板上设有沿高度方向延伸的第二滑道，所述红外线发射器配合安装在所述第二滑道上。

5.根据权利要求4所述的晶锭测量装置，其特征在于，所述红外线发射器在所述第二滑道上滑动的最低位置与晶锭的放置高度位置大致对应。

6.根据权利要求1所述的晶锭测量装置，其特征在于，所述厚度测量仪采用数显高度尺；和/或，所述色差仪采用分光色差仪。

7.根据权利要求6所述的晶锭测量装置，其特征在于，所述第一滑道采用圆形滑道；和/或，所述第一滑道的高度位置低于所述载物台的高度位置。

8.根据权利要求1-7任一所述的晶锭测量装置，其特征在于，所述载物台的中部位置设有透光区域，所述透光区域内安装有第二光源。

9.根据权利要求8所述的晶锭测量装置，其特征在于，所述晶锭放置在所述透光区域处，所述第二光源的照射范围至少是晶锭底面面积的五分之四。

10.根据权利要求1所述的晶锭测量装置，其特征在于，所述载物台上设有晶锭固定组件，所述晶锭固定组件包括可伸缩的夹持部，所述夹持部用于夹持晶锭的一端设有软垫。

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