一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置，先手动进行液位标定和相机参数标定，在线生产时结合已有标定数据和图像测量出的液口距像素值、直径像素值，来换算实际的液位及单晶棒直径，并将它们做为输入发送给温度控制系统和液位控制系统。可以减少人工干预，实现单晶硅生长炉生产过程的自动化、智能化控制，提高单晶棒的等径生成质量，以提升半导体行业的生产效率。以提升半导体行业的生产效率。以提升半导体行业的生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置

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[0001]本专利技术涉及信息处理领域，特别涉及一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置。

技术介绍
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[0002]在单晶硅生长炉市场上，单晶硅炉作业过程中的检测和反馈控制的自动化、智能化技术目前主要被美国Kayex公司、日本Ferrotec公司和德国CGS公司掌握。他们所生产的硅单晶炉自动化程度很高，生产出的单晶硅产品质量很好，直径超过300mm，而直径的偏差仅有
±
1mm，但其价格也相当昂贵。
[0003]太阳能级单晶硅主要用于制造太阳能电池。我国的太阳能级单晶硅炉装备制造技术已经能满足大批量生产需要，但还未实现生产过程的自动化、智能化检测与反馈控制，主要依靠人工操作。
[0004]单晶硅炉生产过程中，随着单晶向上提拉，坩埚的硅溶液质量不断减少，硅溶液的液位会随之下降，因此，如果要保证单晶棒的等径生长，需要坩埚按照一定的速率上升，以使硅溶液液位维持在固定高度。坩埚上升过快，会使晶体直径增大，反之，会使晶体直径减少。液位决定了晶体生长界面处的温度梯度，而要保证晶体的质量，就需要固定合适的温度梯度生长环境。所以要实现单晶硅生长炉自动化、智能化检测及反馈控制，其中很重要的一环就是测量单晶硅炉的液位及单晶棒的直径，而由于单晶炉内部高温环境，要想持续地实时检测，就必须实现无接触测量。

技术实现思路
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[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术实施例的目的在于提供一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置，先手动进行液位标定和相机参数标定，在线生产时结合已有标定数据和图像测量出的液口距像素值、直径像素值，来换算实际的液位及单晶棒直径，并将它们做为输入发送给温度控制系统和液位控制系统。可以减少人工干预，实现单晶硅生长炉生产过程的自动化、智能化控制，提高单晶棒的等径生成质量，以提升半导体行业的生产效率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，包括离线液位标定和在线视觉检测；
[0008]其中，离线液位标定的过程包括：设置测量液位的步长、最小值和最大值；将液位调整至最小值；采集图像，并测量当前图像中的液口距像素值；将当前液口矩像素值和液位作为键值对追加到标定文件尾部；判断液位是否到最大值，是则标定结束，否则液位增高一个步长，重新采集图像，继续标定；
[0009]在线视觉检测的过程包括：初始化加载离线标定的液位标定文件、相机内参、外参；采集图像，测量当前图像中的液口距像素值、单晶棒直径像素值；
[0010]根据标定文件、液口距像素值插值计算实际液位；根据相机参数、单晶棒直径像素值计算实际单晶棒直径；将计算到的实际值发送给下位机用于反馈控制。
[0011]作为本专利技术进一步的方案，根据标定文件和液口距像素值计算实际液位的过程包括：将已标定好的液口距、液位键值对存入查询字典gapMap<gap，liquidLevel>
[0012]获取查询字典的键列表keyList，将之按升序排序；
[0013]若液口距像素值为gapPixel，查找gapMap的键列表keyList中是否存在gap，是则其对应的值就是实际液位，realLiqLevel＝gapMap[gapPixel]；若不存在该键，则使用二分查找法来查找离该键最近的两个键值key1、key2；
[0014]按如下公式线性插值计算实际液位：
[0015][0016]作为本专利技术进一步的方案，所述离线液位标定的过程具体包括：设置测量液位的步长levelStep、最小值levelMin和最大值levelMax；
[0017]调节执行元件将液位liquidLevel调整至最小值levelMin；
[0018]嵌入式智能相机系统采集图像，并测量当前图像中的液口距像素值gapPixel；
[0019]将当前液口矩像素值gapPixel和液位liquidLevel作为键值对追加到标定文件尾部；
[0020]判断液位liquidLevel是否到最大值levelMax，是则进入保存标定文件到嵌入式系统，否则继续调节执行元件，使液位增高一个步长liquidLevel＝liquidLevel+levelStep，重新执行采集图像。
[0021]作为本专利技术进一步的方案，所述在线视觉检测的过程具体包括：嵌入式智能相机系统中图像处理软件将已标定好的液口距、液位键值对存入查询字典gap Map<gap，liquidLevel>
[0022]获取查询字典键列表keyList，将之按升序排序；若液口距像素值为gapPixel，查找gapMap的键列表keyList中是否存在gap，是则其对应的值就是实际液位，realLiqLevel＝gapMap[gapPixel]；若不存在该键，则使用二分查找法来查找离该键最近的两个键值key1、key2；按如下公式线性插值计算实际液位：
[0023][0024]作为本专利技术进一步的方案，包括显示屏、嵌入式智能相机系统、液位调节执行元件；所述显示屏与嵌入式智能相机系统通过以太网进行连接，并通过显示屏进行参数设置；液位调节执行元件的电机连接单晶炉的坩埚，通过电机的旋转运动来带动轴旋转，以实现坩埚的升降运动，调节单晶炉液位。
[0025]为更清楚地阐述本专利技术的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本专利技术进行详细说明。
附图说明：
[0026]图1是本专利技术中离线液位视觉标定流程图。
[0027]图2是本专利技术中视觉检测液位及单晶棒直径流程图；
[0028]图3是本专利技术中单晶炉液位、单晶棒直径测量装置结构示意图。
具体实施方式：
[0029]下面将结合附图和有关知识对本专利技术作出进一步的说明，进行清楚、完整地描述，显然，所描述的应用仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0030]参见图1
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图3所示，一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，包括离线液位标定和在线视觉检测，其中离线单晶炉液位视觉标定主要步骤如下：
[0031]设置测量液位的步长levelStep、最小值levelMin和最大值levelMax；
[0032]调节执行元件5将液位liquidLevel调整至最小值levelMin；
[0033]嵌入式智能相机系统2采集图像，并测量当前图像中的液口距像素值gapPixel；
[0034]将当前液口矩像素值gapPixel和液位liquidLevel作为键值对追加到标定文件尾部；
[0035]判断液位liquidLevel是否到最大值levelMax，是则进入保存标定文件到嵌入式系统2本地文件系统，否则继续调节执行元件5，使液位增高一个步长liquidLevel＝liquidLevel+levelSt本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，其特征在于，包括离线液位标定和在线视觉检测；其中，离线液位标定的过程包括：设置测量液位的步长、最小值和最大值；将液位调整至最小值；采集图像，并测量当前图像中的液口距像素值；将当前液口矩像素值和液位作为键值对追加到标定文件尾部；判断液位是否到最大值，是则标定结束，否则液位增高一个步长，重新采集图像，继续标定；在线视觉检测的过程包括：初始化加载离线标定的液位标定文件、相机内参、外参；采集图像，测量当前图像中的液口距像素值、单晶棒直径像素值；根据标定文件、液口距像素值插值计算实际液位；根据相机参数、单晶棒直径像素值计算实际单晶棒直径；将计算到的实际值发送给下位机用于反馈控制。2.如权利要求1的一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，其特征在于，根据标定文件和液口距像素值计算实际液位的过程包括：将已标定好的液口距、液位键值对存入查询字典gapMap<gap，liquidLevel>获取查询字典的键列表keyList，将之按升序排序；若液口距像素值为gapPixel，查找gapMap的键列表keyList中是否存在gap，是则其对应的值就是实际液位，realLiqLevel＝gapMap[gapPixel]；若不存在该键，则使用二分查找法来查找离该键最近的两个键值key1、key2；按如下公式线性插值计算实际液位：3.如权利要求1的一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法，其特征在于，所述离线液位标定的过程具体包括：设置测量液位的步长levelStep、最小值levelMin和最大值lev...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖淑英，温培刚，陈小虎，
申请(专利权)人：航天智造上海科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：