直拉单晶直径测量方法技术

本发明专利技术公开一种直拉单晶直径测量方法，包括步骤：提供设置于熔硅液面上方的导流筒；通过视觉系统采集单晶生长图像，所述单晶生长图像包括单晶生长光圈以及导流筒下口在熔硅液面上的投影；以及获取导流筒下口内侧直径实际值，利用导流筒下口内侧直径校准单晶直径。本发明专利技术实现了单晶直径的全自动校准，并提高了校准精度，适用于所有单晶炉台。

Diameter measurement of Czochralski single crystals

The invention discloses a method for measuring the diameter of Czochralski single crystal, which comprises the following steps: providing a guide cylinder arranged above the molten silicon liquid level; collecting a single crystal growth image through a vision system, the single crystal growth image includes a single crystal growth aperture and the projection of the lower mouth of the guide cylinder on the molten silicon liquid level; obtaining the actual value of the inner diameter of the lower mouth of the guide cylinder, and calibrating it by using the inner diameter of the lower mouth of the guide cylinder Quasi single crystal diameter. The invention realizes the automatic calibration of single crystal diameter and improves the calibration accuracy, which is suitable for all single crystal furnaces.

【技术实现步骤摘要】
直拉单晶直径测量方法
本专利技术属于单晶制造
，具体涉及一种直拉单晶直径测量方法。
技术介绍
光伏发电作为绿色能源以及人类可持续发展的主要能源的一种，日益受到世界各国的重视并得到大力发展。单晶硅片作为光伏发电的基础材料的一种，有着广泛的市场需求。一种常见的单晶硅生长方法是直拉法，即，在单晶炉中，使籽晶浸入容置于坩埚的熔体，在转动籽晶及坩埚的同时提拉籽晶，以在籽晶下端依次进行引晶、放肩、转肩、等径及收尾，获得单晶硅棒。为确保单晶质量，在拉单晶过程中要对单晶的直径进行测量及校准。现有的直径测量方法是采用测径仪进行晶体直径实际值的测量。测径仪通过设置在刻度尺上的滑块，以两次读数之差作为晶体直径值。这种直径测量方法的技术缺陷主要表现为：(1)属于人为测量，存在人为误差；(2)测径仪的测量精度为mm级别；(3)测径仪在各炉台上的安装存在不同的误差。因此，采用测径仪进行晶体直径测量的精度不够高，难以实现对晶体直径的精准测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直拉单晶直径测量方法，以解决现有的直径测量方法存在的精度低的问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种直拉单晶直径测量方法，包括步骤：提供设置于熔硅液面上方的导流筒；通过视觉系统采集单晶生长图像，所述单晶生长图像包括单晶生长光圈以及导流筒下口在熔硅液面上的投影；以及获取导流筒下口内侧直径实际值，利用导流筒下口内侧直径校准单晶直径。进一步地，利用导流筒下口内侧直径校准单晶直径，包括步骤：在所述单晶生长图像上间隔设定相互平行的晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线，所述晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线均与单晶生长光圈相交，根据所述晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线，获得单晶生长图像中的单晶直径像素值；将所述晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线向所述导流筒下口投影的边缘方向延伸，分别与所述导流筒投影的边缘相交，形成相互平行的导流筒投影第一测量线和导流筒投影第二测量线，根据所述导流筒投影第一测量线和导流筒投影第二测量线，获得导流筒下口内侧直径像素值；以及根据导流筒下口内侧直径实际值与导流筒下口内侧直径像素值之比，对所述单晶直径像素值进行校准，获得单晶直径校准值。更进一步地，获得单晶生长图像中的单晶直径像素值包括步骤：将所述晶体直径第一测量线的长度测量值记为AB、晶体直径第二测量线的长度测量值记为CD、将晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线的间隔长度值记为EF；以及根据三角变换，获得单晶生长图像中的单晶直径像素值2R，更进一步地，获得导流筒下口内侧直径像素值包括步骤：将导流筒投影第一测量线的长度测量值记为MN、导流筒投影第二测量线的长度测量值记为PQ、将导流筒投影第一测量线和导流筒投影第二测量线的间隔长度值记为EF；以及根据三角变换，获得导流筒下口内侧直径像素值2R’，再进一步地，所述流筒下口内侧直径实际值为2r，对所述单晶直径像素值进行校准，获得单晶直径校准值Φ，优选地，校准单晶直径后，还包括通过液口距变化对所述单晶直径校准值进行补偿、获得单晶直径实际值的步骤。具体地，通过液口距对所述单晶直径校准值进行补偿、获得单晶直径实际值，包括步骤：利用目标液口距Y1及实时液口距Y2，计算出补偿直径值Δ’，利用所述视觉系统的取相角度α，α为所述视觉系统的光轴线与所述提拉方向的夹角，获得补偿直径实际值Δ，Δ＝cosα*Δ’；以及利用补偿直径实际值Δ对单晶直径校准值Φ进行补偿，获得单晶直径实际测量值D，D＝Φ+cosα*Δ’。进一步地，所述取相角度α的取值范围为0-90°。进一步地，所述导流筒投影第一测量线和导流筒投影第二测量线的间隔长度值设定为10-100像素。更进一步地，所述导流筒投影第一测量线和导流筒投影第二测量线的间隔长度值设定为40-60像素。本专利技术的直拉单晶直径测量方法，借助于安装在炉体上的视觉系统，在实时采集单晶生长图像单晶生长光圈的同时，以相同角度获取导流筒下口在熔硅液面上的投影。导流筒下口内侧直径的实际值是已知且固定的，可根据导流筒的尺寸获知。由于导流筒下口在熔硅液面上的投影与采集单晶生长光圈的相机角度相同，补偿由于坩埚上升导致相机物距差异引起的直径偏差。导流筒投影直径测量线与晶体直径测量线在同一直线上，呈现的视觉效果是导流筒投影直径测量线处于晶体直径测量线的延长线上。本专利技术利用导流筒下口内侧直径的测量值与其实际值的比例关系校准单晶直径，实现了单晶直径的实时校准，同时通过液口距的变化进一步对测量结果进行补偿，从而达到替代人工测径仪校准单晶直径的目的，实现全自动校准，并提高了校准精度。对于不同尺寸的直径校准，只需调整相机物距及焦距使直径及坩埚全部清晰在图像视野内即可使用此方法。本专利技术所述的直拉单晶直径测量方法，克服了测径仪的诸多缺陷，适用于所有单晶炉台。附图说明图1为本专利技术实施例所述直拉单晶直径测量方法流程图；图2为本专利技术实施例利用视觉系统采集的单晶生长图像的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。实施例1本实施例所述单晶炉台附带视觉系统和工控机。视觉系统至少包括CCD摄像头，CCD摄像头以分辨率高的测量精度为佳，优选地，分辨率不低于200万像素。CCD摄像头固定于单晶炉台侧面观察窗，调整CCD摄像头角度及物距使单晶(棒)直径及坩埚全部在单晶生长图像视野内，并调整CCD摄像头(相机)焦距使图像中单晶直径和坩埚及导流筒下口内侧投影(倒影)清晰可见。视觉系统实时采集的单晶生长图像通过电路输入至工控机中，由工控机的图像处理程序对单晶生长图像进行处理。单晶生长图像的处理至少包括使用平滑滤波步骤，以除去图像测量区域内的干扰点。基于此，本实施例阐述的直拉单晶直径测量方法，通过视觉系统实时采集单晶生长图像，这种单晶生长图像视野内同时含有单晶生长光圈以及导流筒下口内侧直径在熔硅液面上的投影。获取导流筒下口内侧直径实际值，利用导流筒下口内侧直径的测量值与其实际值的比例关系校准单晶直径。具体地，如图1所示，图1给出了一种直拉单晶直径测量方法的优选流程。利用导流筒下口内侧直径校准单晶直径的方法，包括下述步骤：第一步，在单晶生长图像上间隔设定相互平行的晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线。晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线均与单晶生长光圈相交。根据晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线，获得单晶生长图像中的单晶直径像素值。晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线均与单晶的提拉轴方向相正交。晶体直径第一测量线的设置，使晶体直径第一测量线刚好通过单晶生长光圈，且不可超过导流筒的投影位置。也就是说，晶体直径第一测量线与单晶生长光圈相交叉且其端点分别落在单晶生长光圈上。在图像界面调整灰度阈值参数。晶体直径第一测量线分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.直拉单晶直径测量方法，其特征在于，包括步骤：/n提供设置于熔硅液面上方的导流筒；/n通过视觉系统采集单晶生长图像，所述单晶生长图像包括单晶生长光圈以及导流筒下口在熔硅液面上的投影；以及/n获取导流筒下口内侧直径实际值，利用导流筒下口内侧直径校准单晶直径。/n

【技术特征摘要】
1.直拉单晶直径测量方法，其特征在于，包括步骤：
提供设置于熔硅液面上方的导流筒；
通过视觉系统采集单晶生长图像，所述单晶生长图像包括单晶生长光圈以及导流筒下口在熔硅液面上的投影；以及
获取导流筒下口内侧直径实际值，利用导流筒下口内侧直径校准单晶直径。


2.根据权利要求1所述的直拉单晶直径测量方法，其特征在于，利用导流筒下口内侧直径校准单晶直径，包括步骤：
在所述单晶生长图像上间隔设定相互平行的晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线，所述晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线均与单晶生长光圈相交，根据所述晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线，获得单晶生长图像中的单晶直径像素值；
将所述晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线向所述导流筒下口投影的边缘方向延伸，分别与所述导流筒投影的边缘相交，形成相互平行的导流筒投影第一测量线和导流筒投影第二测量线，根据所述导流筒投影第一测量线和导流筒投影第二测量线，获得导流筒下口内侧直径像素值；以及
根据导流筒下口内侧直径实际值与导流筒下口内侧直径像素值之比，对所述单晶直径像素值进行校准，获得单晶直径校准值。


3.根据权利要求2所述的直拉单晶直径测量方法，其特征在于，获得单晶生长图像中的单晶直径像素值包括步骤：
将所述晶体直径第一测量线的长度测量值记为AB、晶体直径第二测量线的长度测量值记为CD、将晶体直径第一测量线和晶体直径第二测量线的间隔长度值记为EF；以及
根据三角变换，获得单晶生长图像中的单晶直径像素值2R，





4.根据权利要求3所述的直拉单晶直径测量方法，其特征在于，获得导流筒下口内侧直径像素值包括步骤：
将导流筒投影第一测量线...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭力，周锐，李侨，徐战军，王正远，赵会刚，张伟建，刘永生，武高峰，
申请(专利权)人：隆基绿能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61