一种直拉单晶硅直径测量方法技术

本发明专利技术提供一种直拉单晶硅直径测量方法，以相对简单的结构、便捷的管理方式、精确的测量手段，通过非完整圆直径测量来相对准确地适时测量出单晶硅生产过程中的直径尺寸。结构简单、紧凑；使用操作方便、有效、快捷；占用空间小；反应迅速；取样点科学；测量值准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电检测
，尤其涉及一种直拉单晶直径测量方法。。
技术介绍
近年来，国内半导体工业积极发展导致硅单晶需要量急剧上升。生活中，硅单晶无 处不在，电视、个人计算机、汽车以至于宇宙飞船、人造卫星等都要晶体硅作为必不可少的 原材料，而且单晶硅片随着太阳能晶体硅的普及从而在国内外市场上需求剧增。随着科技 的发展、新电子产品的不断出现，对大直径单晶硅的需要量增长迅速，相应的单晶硅直径检 测技术也在向适应大直径检测化发展。目前国内使用的红外间接测量直径技术不能测得晶 体的准确直径从而在生产过程中对晶体生长的控制不好，导致晶体等径质量差等情况，达 不到目前市场对大直径单晶硅生长过程的全程自动监控要求，所以要求对单晶硅生长过程 中的直径进行适时检测的技术。 硅的熔点约为1450摄氏度，拉晶过程始终保持在高温负压的环境中进行。晶体直 径必须通过在单晶炉体外部非接触方式获得。直径测量以非接触式方式实现在单晶炉体外 部同时一定要与观察窗相隔离。当拉晶时，液态熔液与固态晶体的相接触位置会出现一个 光环，其亮度很高，称为结晶释热光环，它实际上是固液交界面处的弯月面对坩埚壁亮光的 反射。光环直径会随着晶体变粗而变大，反之就会变小。因此光环直径的变化可以反映出 单晶直径的变化。 公告号CN102061517B的中国专利技术专利公开了一种直拉单晶娃直径测量方法， 该专利采取了对二值化图像的内外边缘求平均值的方法来消除在检测过程中产生的误差， 但对图像二值化的处理过程中各种不可消除的噪音会在处理图像上产生各种瑕疵，进而在 图像上表现为白点或黑点，极易造成取样点错误，进一步影响测量结果。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供，以相对简单的结构、 便捷的管理方式、精确的测量手段，通过非完整圆直径测量来相对准确地适时测量出单晶 硅生产过程中的直径尺寸，并解决以上各种问题，本专利技术的技术方案如下： ，包括具体步骤依次如下： 1) 使用工业用CCD摄像头采集单晶生长过程中的光环图像； 2) 对采集到的图像所要测量的区域进行光环图像提取； 3) 对所提取的圆弧图像进行图像灰度化、亮度调节、中值滤波、阈值分割操作，得到二 值化光环图像； 所述图像灰度化操作包括以下步骤： a) 选取色彩空间转换模式； b) 采用浮点算法将将步骤2)中提取的彩色图像灰度化，将灰度等级设定为0-255 ; c) 观察已灰度化的图像，确定其有效性； 所述亮度调节操作包括以下步骤： a) 根据已灰度化的提取图像整体亮度，确定亮度调整因子； b) 对组成图像的每个象素按亮度调整因子进行调整； c) 修正调整后的象素亮度值：亮度值大于255时，修正为255,亮度值小于0时，修正为 〇 ； 所述中值滤波操作包括以下步骤： a) 确定取样点窗口大小； b) 选取中值滤波方式； c) 观察中值滤波后图像，确定其有效性； 所述阈值分割操作包括以下步骤： a) 求取灰度图像灰度梯度直方图； b) 求取灰度图像灰度的均值； c) 求取灰度梯度直方图的零阶和一阶矩U; d) 利用最大类间方差法求取图像阈值； e) 得用图像阈值对灰度图像进行二值化； 4) 利用摄像头轴线与单晶硅轴线之间的夹角对步骤3)获取的二值化图像进行垂直投 影计算，将椭圆圆弧图像转换成正圆圆弧图像； 5) 将步骤4)得到的正圆圆弧的二值化图像通过边缘检测，以获取其外边缘三个特征点 和内边缘三个特征点坐标值，具体操作如下： a) 根据二值灰度图像范围，设定纵向Y轴扫描最大像素值，设定容差像素值，设定确定 像素值，设定X轴扫描最大像素值； b) 确定外边缘第一特征点P1原始坐标值：自横向X轴上零开始沿Y轴自设定的最大 像素值开始向下扫描，到Y轴为零至，如未扫描到灰度值为255的像素点，则在X轴上增加 一个像素为步进值，继续自设定的Y轴最大像素值扫描，直到找到第一个灰度值为255的像 素点为止，此扫描到的X值和Y值即为第一特征点的原始坐标值； c) 确定外边缘第一特征点P1最终坐标值：以第一特征点原始坐标值为基点，按X值 增加容差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描， 直到得到灰度值为255的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得 到两个象素点，将以第一特征点的原始坐标为基点继续扫描重新确定第一特征点原始坐标 值，重复5)c)步骤，如得到两个像素点，将这两个像素点和第一特征点原始坐标值的X、Y 坐标值求平均值为第一特征点的最终坐标值； d) 确定内边缘第一特征点P11原始坐标值：自P1点开始，固定P1点Y轴坐标向右水 平扫描，直到找到第一个灰度值为0的像素点为止，此扫描到的X值和固定的Y值即为内边 缘第一特征点P11的原始坐标值； e) 确定内边缘第一特征点P11最终坐标值：以P11原始坐标值为基点，按X值增加容 差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得 到灰度值为〇的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象 素点，将以PI1的原始坐标X轴值为基点，固定Y轴坐标继续向右水平扫描重新确定PI1点 原始坐标值，重复5)e)步骤，如得到两个像素点，将这两个像素点和P11点原始坐标值的 X、Y坐标值求平均值为PI1点的最终坐标值； f) 确定外边缘第二特征点P2原始坐标值：自设定的X轴最大像素值开始沿Y轴自设定 的最大像素值开始向下扫描，到Y轴为零至，如未扫描到灰度值为255的像素点，则在X轴 上减少一个像素为步进值，继续自设定的Y轴最大像素值扫描，直到找到第一个灰度值为 255的像素点为止，此扫描到的X值和Y值即为P2的原始坐标值； g) 确定第二特征点P2最终坐标值：以第二特征点原始坐标值为基点，按X值减小容差 像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到 灰度值为255的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象 素点，将以P2点的原始坐标为基点继续扫描重新确定第二特征点原始坐标值，重复5)f) 步骤，如得到两个像素点，将这两个像素点和P2原始坐标值的X、Y坐标值求平均值为P2 点的最终坐标值； h) 确定内边缘第二特征点P22原始坐标值：自P2点开始，固定P2点Y轴坐标向左水 平扫描，直到找到第一个灰度值为0的像素点为止，此扫描到的X值和固定的Y值即为内边 缘第一特征点P22的原始坐标值； i) 确定内边缘第二特征点P22最终坐标值：以P22原始坐标值为基点，按X值减小容 差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得 到灰度值为〇的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象 素点，将以P22的原始坐标X轴值为基点，固定Y轴坐标继续向左水平扫描重新确定P22点 原始坐标值，重复5)e)步骤，如得到两个像素点，将这两个像素点和P22点原始坐标值的 X、Y坐标值求平均值为P22点的最终坐标值； j) 确定外边缘第三特征点P3原始坐标值：求取第一特征点和第二特征点的最终X坐 标值的中间值，以该中间值开始沿Y轴自下向上扫描，直到找到灰度值为255的像素点为 止，该像素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直拉单晶硅直径测量方法，其特征在于具体步骤依次如下：1) 使用工业用CCD摄像头采集单晶生长过程中的光环图像；2) 对采集到的图像所要测量的区域进行光环图像提取；3) 对所提取的圆弧图像进行图像灰度化、亮度调节、中值滤波、阈值分割操作，得到二值化光环图像；所述图像灰度化操作包括以下步骤：a)选取色彩空间转换模式；b)采用浮点算法将将步骤2）中提取的彩色图像灰度化，将灰度等级设定为0‑255；c)观察已灰度化的图像，确定其有效性；所述亮度调节操作包括以下步骤：a)根据已灰度化的提取图像整体亮度，确定亮度调整因子；b)对组成图像的每个象素按亮度调整因子进行调整；c)修正调整后的象素亮度值：亮度值大于255时，修正为255，亮度值小于0时，修正为0；所述中值滤波操作包括以下步骤：a)确定取样点窗口大小；b)选取中值滤波方式；c)观察中值滤波后图像，确定其有效性；所述阈值分割操作包括以下步骤：a)求取灰度图像灰度梯度直方图；b)求取灰度图像灰度的均值；c)求取灰度梯度直方图的零阶[i]和一阶矩U[i]；d)利用最大类间方差法求取图像阈值；e)得用图像阈值对灰度图像进行二值化；4)利用摄像头轴线与单晶硅轴线之间的夹角对步骤3）获取的二值化图像进行垂直投影计算，将椭圆圆弧图像转换成正圆圆弧图像；5）将步骤4）得到的正圆圆弧的二值化图像通过边缘检测，以获取其外边缘三个特征点和内边缘三个特征点坐标值，具体操作如下：a）根据二值灰度图像范围，设定纵向Y轴扫描最大像素值，设定容差像素值，设定确定像素值，设定X轴扫描最大像素值；b)确定外边缘第一特征点P1原始坐标值：自横向X轴上零开始沿Y轴自设定的最大像素值开始向下扫描，到Y轴为零至，如未扫描到灰度值为255的像素点，则在X轴上增加一个像素为步进值，继续自设定的Y轴最大像素值扫描，直到找到第一个灰度值为255的像素点为止，此扫描到的X值和Y值即为第一特征点的原始坐标值；c)确定外边缘第一特征点P1最终坐标值：以第一特征点原始坐标值为基点，按X值增加容差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为255的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象素点，将以第一特征点的原始坐标为基点继续扫描重新确定第一特征点原始坐标值，重复5）c) 步骤,如得到两个像素点，将这两个像素点和第一特征点原始坐标值的X、Y坐标值求平均值为第一特征点的最终坐标值；d） 确定内边缘第一特征点P11原始坐标值：自P1点开始，固定P1点Y轴坐标向右水平扫描，直到找到第一个灰度值为0的像素点为止，此扫描到的X值和固定的Y值即为内边缘第一特征点P11的原始坐标值；e)确定内边缘第一特征点P11最终坐标值：以P11原始坐标值为基点，按X值增加容差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为0的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象素点，将以P11的原始坐标X轴值为基点，固定Y轴坐标继续向右水平扫描重新确定P11点原始坐标值，重复5）e) 步骤,如得到两个像素点，将这两个像素点和P11点原始坐标值的X、Y坐标值求平均值为P11点的最终坐标值；f)确定外边缘第二特征点P2原始坐标值：自设定的X轴最大像素值开始沿Y轴自设定的最大像素值开始向下扫描，到Y轴为零至，如未扫描到灰度值为255的像素点，则在X轴上减少一个像素为步进值，继续自设定的Y轴最大像素值扫描，直到找到第一个灰度值为255的像素点为止，此扫描到的X值和Y值即为P2的原始坐标值；g)确定第二特征点P2最终坐标值：以第二特征点原始坐标值为基点，按X值减小容差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为255的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象素点，将以P2点的原始坐标为基点继续扫描重新确定第二特征点原始坐标值，重复5）f) 步骤,如得到两个像素点，将这两个像素点和P2原始坐标值的X、Y坐标值求平均值为P2点的最终坐标值；h） 确定内边缘第二特征点P22原始坐标值：自P2点开始，固定P2点Y轴坐标向左水平扫描，直到找到第一个灰度值为0的像素点为止，此扫描到的X值和固定的Y值即为内边缘第一特征点P22的原始坐标值；i)确定内边缘第二特征点P22最终坐标值：以P22原始坐标值为基点，按X值减小容差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为0的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象素点，将以P22的原始坐标X轴值为基点，固定Y轴坐标继续向左水平扫描重新确定P22点原始坐标值，重复5）e) 步骤,如得到两个像素点...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉梅，李洪秀，王红华，苏凤，董云云，
申请(专利权)人：烟台南山学院，
类型：发明
国别省市：山东;37