一种晶体生长过程高宽比控制方法技术

本发明专利技术公开了一种晶体生长过程高宽比控制方法，属于生产过程控制领域。晶体生长系统包括生长装置、控制装置和基于视觉的尺寸检测装置。直流伺服电机带动载晶架顺时针旋转、停止、逆时针旋转、停止，循环运行。旋转停止时通过视觉系统在线检测晶体的尺寸，调节载晶架顺时针和逆时针旋转圈数、速度、停止时间，对生长晶体的高宽比进行控制，使成品晶体的高宽比接近1:1。本发明专利技术方法提高了大尺寸磷酸二氢钾晶体的质量。

A method to control the aspect ratio of crystal growth

【技术实现步骤摘要】
一种晶体生长过程高宽比控制方法
本专利技术涉及新型晶体生长控制系统，具体涉及一种晶体生长过程高宽比控制方法，属于生产过程控制领域。
技术介绍
KDP(磷酸二氢钾，KH2PO4)晶体是一类优良的电光非线性光学材料，因其具有较大的电光和非线性光学系数、高的光损伤阈值、低的光学吸收、高的光学均匀性和良好的透过波段等特点而被广泛应用于激光、电光调制和光快速开关等高
KDP晶体是在磷酸二氢钾的水溶液中生长，晶体生长的驱动力来源于溶液的过饱和度。由于KDP型晶体在水中的溶解度及其温度系数均较大，且溶液准稳定区也较宽，因此这种类型晶体的生长通常采用水溶液缓慢降温法。为了批量生产大尺寸优质的KDP晶体，生长过程中必须对生长晶体的高宽比进行控制，使成品晶体的高宽比接近1:1。晶体生长系统包括生长装置、控制装置和基于视觉的尺寸检测装置：生长装置由带夹套的育晶罐、安装在育晶罐上部的测量育晶罐中生长溶液温度的热电阻、安装在育晶罐内的载晶架、安装在育晶罐顶部的带动载晶架正反转动的直流伺服电机、安装在育晶罐夹套内的电加热器、安装在育晶罐夹套外侧用于循环夹套水的循环泵、安装在育晶罐夹套上部侧面的出水口、夹套下部侧面的冷却水进口和安装在冷却水进水管道上的控制进夹套冷却水的电磁阀组成；控制装置由PLC、触摸屏、直流伺服驱动器、输入接口、输出接口和固态继电器组成；基于视觉的尺寸检测装置由光源、相机和计算机组成。育晶罐内装满生长溶液，需培养生长的一个晶核放在载晶架上，由PLC控制直流伺服电机带动载晶架以一定的时间间隔顺时针、逆时针交错缓慢转动，使生长溶液与晶核充分接触。PLC检测生长溶液的温度，测量精度为±0.001℃，通过控制育晶罐夹套内的电加热器先加热夹套中的水，再通过罐壁热交换使育晶罐内生长溶液的温度控制精度达到±0.01℃，保持育晶罐内生长溶液的温度恒定并在一个生长周期(60天左右)内非常缓慢下降(从65℃缓慢降低到25℃)。在缓慢降温过程中，控制好降温速率，使晶体能够均匀、快速地生长；同时控制载晶架转动速度，对生长晶体的高宽比进行控制，使成品晶体的高宽比接近1:1。
技术实现思路
为了批量生产大尺寸优质的KDP晶体，本专利技术提供了一种晶体生长过程高宽比控制方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种晶体生长过程高宽比控制方法，采用晶体生长系统，所述晶体生长系统包括生长装置、控制装置和基于视觉的尺寸检测装置：生长装置包括带夹套的育晶罐、测量育晶罐中生长溶液温度的热电阻、安装在育晶罐内的载晶架、带动载晶架正反转动的直流伺服电机、安装在育晶罐夹套内的电加热器；控制装置包括PLC、触摸屏、直流伺服驱动器、输入输出接口、计时器；基于视觉的尺寸检测装置包括光源、相机和计算机。晶体生长过程高宽比控制方法，具体包括以下步骤：(1)育晶罐中装入生长溶液，晶核放到载晶架上后，晶体生长系统进入运行准备状态，在触摸屏上进行初始设定值的设定：生长溶液温度TEM(0)，单位为℃，二位小数；生长溶液降温速率ΔTEM，单位为℃/小时，二位小数；载晶架顺时针旋转圈数N1(0)，整数；顺时针旋转速度n1(0)，单位为转/分钟，整数；顺时针停止时间T1(0)，单位为秒，一位小数；载晶架逆时针旋转圈数N2(0)，整数；逆时针旋转速度n2(0)，单位为转/分钟，整数；逆时针停止时间T2(0)，单位为秒，一位小数；旋转圈数上限Nmax，旋转圈数下限Nmin，旋转速度上限nmax，旋转速度下限nmin，停止时间上限Tmax，停止时间下限Tmin，生长溶液温度上限TEMmax，生长溶液温度下限TEMmin；k＝0，k是自然数，代表离散时刻，k∈[0,7200]；(2)晶体生长系统进入自动运行状态，计时器T开始计时；(3)PLC控制直流伺服电机带动载晶架以旋转速度n1(k)顺时针旋转N1(k)圈，然后停止T1(k)秒，再以旋转速度n2(k)逆时针旋转N2(k)圈，停止T2(k)秒；以此方法顺时针旋转、停止、逆时针旋转、停止，循环运行，使生长溶液与晶核充分接触；顺时针旋转停止和逆时针旋转停止时通过基于视觉的尺寸检测装置在线检测晶体的尺寸：高度H(k)和宽度D(k)，单位为mm，一位小数；PLC检测生长溶液的温度，通过控制育晶罐夹套内的电加热器先加热夹套中的水，再通过罐壁热交换使育晶罐内生长溶液的温度控制为TEM(k)，控制精度为±0.01℃；其中：n1(k)为k时刻的顺时针旋转速度，N1(k)为k时刻的顺时针旋转圈数，T1(k)为k时刻的顺时针停止时间，n2(k)为k时刻的逆时针旋转速度，N2(k)为k时刻的逆时针旋转圈数，T2(k)为k时刻的逆时针停止时间；TEM(k)为k时刻的生长溶液温度设定值，H(k)为k时刻的晶体总高度检测值，D(k)为k时刻的晶体宽度检测值；(4)判断计时器T等于1小时是否成立，不成立则转到步骤(3)；成立则转到步骤(5)；(5)判断计时器k<7200或TEM(k)>TEMmin是否成立，不成立则转到步骤(18)；成立则转到步骤(6)；(6)判断是否成立，成立则转到步骤(17)；不成立则转到步骤(7)；(7)判断是否成立，成立则当n1(k)>nmax则n1(k)＝nmax，转到步骤(8)；不成立则转到步骤(8)；(8)判断是否成立，成立则当n2(k)>nmax则n2(k)＝nmax，转到步骤(9)；不成立则转到步骤(9)；(9)判断是否成立，成立则当N1(k)>Nmax则N1(k)＝Nmax，转到步骤(10)；不成立则转到步骤(10)；(10)判断是否成立，成立则当N2(k)>Nmax则N2(k)＝Nmax，转到步骤(11)；不成立则转到步骤(11)；(11)判断是否成立，成立则当T1(k)<Tmin则T1(k)＝Tmin，当T2(k)<Tmin则T2(k)＝Tmin，转到步骤(12)；不成立则转到步骤(12)；(12)判断是否成立，成立则当n1(k)<nmin则n1(k)＝nmin，转到步骤(13)；不成立则转到步骤(13)；(13)判断是否成立，成立则当n2(k)<nmin则n2(k)＝nmin，转到步骤(14)；不成立则转到步骤(14)；(14)判断是否成立，成立则当N1(k)<Nmin则N1(k)＝Nmin，转到步骤(15)；不成立则转到步骤(15)；(15)判断是否成立，成立则当N2(k)<Nmin则N2(k)＝Nmin，转到步骤(16)；不成立则转到步骤(16)；(16)判断是否成立，成立则当T1(k)>Tmax则T1(k)＝Tmax，当T2(k)>Tmax则T2(k)＝Tmax，转到步骤(17)；不成立则转到步骤(17)；(17)计时器T清零，TEM(k+1)＝TEM(k)-ΔTEM，n1(k+1)＝n1(k)，N1(k+1)＝N1(k)，T1(k+1)＝T1(k)，n2(k+1)＝n2(k)，N2(k+1)＝N2(k)，T2(k+1)＝T2(k)，k＝k+1，计时器T开始计时；转到步骤(3)；(18)晶体生长结束。本专利技术的有益技术效果是：载晶架旋转停止时通过视觉系统在线检测晶体的尺寸，调节载晶架顺时针和逆时针旋转圈数、速度、停止时间，对生长晶体的高宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体生长过程高宽比控制方法，其特征在于，该方法是通过晶体生长系统实现的，所述的晶体生长系统包括生长装置、控制装置和基于视觉的尺寸检测装置；生长装置包括带夹套的育晶罐、测量育晶罐中生长溶液温度的热电阻、安装在育晶罐内的载晶架、带动载晶架正反转动的直流伺服电机、安装在育晶罐夹套内的电加热器；控制装置包括PLC、触摸屏、直流伺服驱动器、输入输出接口、计时器；基于视觉的尺寸检测装置包括光源、相机和计算机；所述的一种晶体生长过程高宽比控制方法，具体包括以下步骤：(1)育晶罐中装入生长溶液，晶核放到载晶架上后，晶体生长系统进入运行准备状态，在触摸屏上进行初始设定值的设定：生长溶液温度TEM(0)，单位为℃，二位小数；生长溶液降温速率ΔTEM，单位为℃/小时，二位小数；载晶架顺时针旋转圈数N1(0)，整数；顺时针旋转速度n1(0)，单位为转/分钟，整数；顺时针停止时间T1(0)，单位为秒，一位小数；载晶架逆时针旋转圈数N2(0)，整数；逆时针旋转速度n2(0)，单位为转/分钟，整数；逆时针停止时间T2(0)，单位为秒，一位小数；旋转圈数上限Nmax，旋转圈数下限Nmin，旋转速度上限nmax，旋转速度下限nmin，停止时间上限Tmax，停止时间下限Tmin，生长溶液温度上限TEMmax，生长溶液温度下限TEMmin；k＝0，k是自然数，代表离散时刻，k∈[0,7200]；(2)晶体生长系统进入自动运行状态，计时器T开始计时；(3)PLC控制直流伺服电机带动载晶架以旋转速度n1(k)顺时针旋转N1(k)圈，然后停止T1(k)秒，再以旋转速度n2(k)逆时针旋转N2(k)圈，停止T2(k)秒；以此方法顺时针旋转、停止、逆时针旋转、停止，循环运行，使生长溶液与晶核充分接触；顺时针旋转、停止和逆时针旋转、停止时通过基于视觉的尺寸检测装置在线检测晶体的尺寸：高度H(k)和宽度D(k)，单位为mm，一位小数；PLC检测生长溶液的温度，通过控制育晶罐夹套内的电加热器先加热夹套中的水，再通过罐壁热交换使育晶罐内生长溶液的温度控制为TEM(k)，控制精度为±0.01℃；(4)判断计时器T等于1小时是否成立，不成立则转到步骤(3)；成立则转到步骤(5)；(5)判断计时器k<7200或TEM(k)<TEMmin是否成立，不成立则转到步骤(18)；成立则转到步骤(6)；(6)判断...

【技术特征摘要】
1.一种晶体生长过程高宽比控制方法，其特征在于，该方法是通过晶体生长系统实现的，所述的晶体生长系统包括生长装置、控制装置和基于视觉的尺寸检测装置；生长装置包括带夹套的育晶罐、测量育晶罐中生长溶液温度的热电阻、安装在育晶罐内的载晶架、带动载晶架正反转动的直流伺服电机、安装在育晶罐夹套内的电加热器；控制装置包括PLC、触摸屏、直流伺服驱动器、输入输出接口、计时器；基于视觉的尺寸检测装置包括光源、相机和计算机；所述的一种晶体生长过程高宽比控制方法，具体包括以下步骤：(1)育晶罐中装入生长溶液，晶核放到载晶架上后，晶体生长系统进入运行准备状态，在触摸屏上进行初始设定值的设定：生长溶液温度TEM(0)，单位为℃，二位小数；生长溶液降温速率ΔTEM，单位为℃/小时，二位小数；载晶架顺时针旋转圈数N1(0)，整数；顺时针旋转速度n1(0)，单位为转/分钟，整数；顺时针停止时间T1(0)，单位为秒，一位小数；载晶架逆时针旋转圈数N2(0)，整数；逆时针旋转速度n2(0)，单位为转/分钟，整数；逆时针停止时间T2(0)，单位为秒，一位小数；旋转圈数上限Nmax，旋转圈数下限Nmin，旋转速度上限nmax，旋转速度下限nmin，停止时间上限Tmax，停止时间下限Tmin，生长溶液温度上限TEMmax，生长溶液温度下限TEMmin；k＝0，k是自然数，代表离散时刻，k∈[0,7200]；(2)晶体生长系统进入自动运行状态，计时器T开始计时；(3)PLC控制直流伺服电机带动载晶架以旋转速度n1(k)顺时针旋转N1(k)圈，然后停止T1(k)秒，再以旋转速度n2(k)逆时针旋转N2(k)圈，停止T2(k)秒；以此方法顺时针旋转、停止、逆时针旋转、停止，循环运行，使生长溶液与晶核充分接触；顺时针旋转、停止和逆时针旋转、停止时通过基于视觉的尺寸检测装置在线检测晶体的尺寸：高度H(k)和宽度D(k)，单位为mm，一位小数；PLC检测生长溶液的温度，通过控制育晶罐夹套内的电加热器先加热夹套中的水，再通过罐壁热交换使育晶罐内生长溶液的温度控制为TEM(k)，控制精度为±0.01℃；(4)判断计时器T等于1小时是否成立，不成立则转到步骤(3)；成立...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘丰，王蕾，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32