本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料加工，主要應(yīng)用于光伏和半導(dǎo)體單晶拉制，尤其涉及一種拉晶晶棒直徑測量方法及應(yīng)用其的測量裝置。

背景技術(shù)：

1、拉晶是指通過在高溫下熔化高純度硅原料，并將單晶硅籽晶浸入熔液中，隨著溫度的控制和籽晶的提拉，使熔體圍繞籽晶逐漸凝固并生長成一根完整的單晶硅棒的過程。這種拉晶方法能夠制備出高純度、高質(zhì)量的單晶硅材料，單晶硅材料廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體和太陽能等領(lǐng)域。

2、在半導(dǎo)體材料的拉晶過程中，首先讓籽晶和熔體接觸，使固液界面處的硅熔體沿著籽晶冷卻結(jié)晶，籽晶冷卻結(jié)晶的過程為引晶，引晶直徑是一個重要的工藝參數(shù)，直接影響晶體的質(zhì)量和生長效率。然而，現(xiàn)有的引晶直徑測量方法大多基于人工觀察或簡單的機械測量，存在測量精度低、操作復(fù)雜、易受人為因素影響等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題而提供一種拉晶晶棒直徑測量方法及應(yīng)用其的測量裝置，通過設(shè)置于拉晶爐內(nèi)的攝像頭捕獲引晶過程的實時圖像，并利用圖像處理等技術(shù)提取引晶界面的輪廓線，通過圖像分析等實現(xiàn)對引晶直徑的精確測量；實現(xiàn)了自動化測量，降低了對操作人員的依賴程度，提高了生產(chǎn)效率，減少操作人員與高溫、高壓等危險環(huán)境的直接接觸，降低了安全風(fēng)險。

2、本發(fā)明的上述技術(shù)目的主要是通過以下技術(shù)方案解決的：

3、本發(fā)明涉及的第一技術(shù)主題的技術(shù)方案：一種拉晶晶棒直徑測量方法，其特征在于：

4、采集目標(biāo)圖像；

5、處理目標(biāo)圖像，生成目標(biāo)圖像灰度圖；

6、分析目標(biāo)圖像灰度圖，找到目標(biāo)圖像的輪廓邊緣；

7、將輪廓邊緣生成目標(biāo)圖像的輪廓點集；

8、基于所述輪廓點集擬合出目標(biāo)圓；

9、根據(jù)所述目標(biāo)圓得到引晶直徑。

10、作為對上述技術(shù)方案的進一步完善和補充，本發(fā)明采用如下技術(shù)措施：

11、作為優(yōu)選，基于若干個標(biāo)注有邊緣信息的圖像樣本訓(xùn)練得到圖像識別模塊，基于所述圖像識別模塊識別出所述目標(biāo)圖像。

12、作為優(yōu)選，基于邊緣檢測模型opencv中的canny()函數(shù)優(yōu)化所述目標(biāo)圖像，找出所述目標(biāo)圖像的邊緣。

13、作為優(yōu)選，基于邊緣檢測模型opencv中的findcontours()函數(shù)生成所述目標(biāo)圖像的輪廓點集。

14、作為優(yōu)選，基于邊緣檢測模型opencv中的minenclosingtriangle()函數(shù)通過凸包算法算出所述目標(biāo)圖像的輪廓點集中的各三角形的面積，生成面積集，找到所述目標(biāo)圖像中的最小面積的三角形，即最小凸包三角形，并返回面積集，比較最小凸包三角形大小，保留最大的所述最小凸包三角形所對應(yīng)所述目標(biāo)圖像的輪廓點集。

15、作為優(yōu)選，基于得到的所述目標(biāo)圖像的輪廓點集通過使用凸包算法找到其外接多邊形，并返回至所述目標(biāo)圖像的輪廓點集；基于所述所述目標(biāo)圖像的輪廓點集通過使用擬合圓模型擬合出所述目標(biāo)圓。

16、作為優(yōu)選，所述目標(biāo)圖像包括：晶棒下邊沿對應(yīng)的第一側(cè)邊緣圖像、晶棒下邊沿投影至目標(biāo)熔硅液面上的第二側(cè)邊緣圖像，所述目標(biāo)圓為分別就所述第一側(cè)邊緣圖像和第二側(cè)邊緣圖像的輪廓點集擬合出的對應(yīng)的目標(biāo)圓，并對各所述目標(biāo)圓的直徑取平均值，得到引晶直徑。

17、作為優(yōu)選，基于圖像獲取模塊獲取第一側(cè)邊緣圖像和第二側(cè)邊緣圖像中的預(yù)定像素點與所述圖像獲取模塊的視場中心的像素點之間在預(yù)定方向上的像素距離，并基于所述像素距離，計算所述晶棒的半徑值r，其中，所述預(yù)定像素點與所述視場中心的像素點處于沿所述預(yù)定方向延伸的同一直線上。

18、作為優(yōu)選，所述目標(biāo)圓的半徑r：r2＝(x-a)2+(y-b)2，

19、令a＝-2a,b＝-2b,c＝a2+b2-r2，

20、得到：

21、式中：a為所述目標(biāo)圓的圓心橫坐標(biāo)值，b為所述目標(biāo)圓的圓心縱坐標(biāo)值。

22、作為優(yōu)選，通過工業(yè)相機采集目標(biāo)圖像，基于相機的空間位置和處理過的目標(biāo)圖像建立空間坐標(biāo)系。

23、本發(fā)明涉及的第二技術(shù)主題的技術(shù)方案：一種應(yīng)用拉晶晶棒直徑測量方法的測量裝置，其特征在于其應(yīng)用前述的拉晶晶棒直徑測量方法，其包括：

24、圖像獲得單元，利用相機采集目標(biāo)圖像，所述目標(biāo)圖像包括：晶棒的籽晶的成像，目標(biāo)晶棒籽晶的下邊沿與目標(biāo)熔硅液面接觸的成像；

25、圖像處理單元，用于與圖像獲得單元連接，利用圖像識別模型，識別目標(biāo)圖像，所述目標(biāo)圖像包括出晶棒下邊沿對應(yīng)的第一側(cè)邊緣圖像和晶棒下邊沿投影至目標(biāo)熔硅液面上的第二側(cè)邊緣圖像；對所述目標(biāo)圖像進行處理，生成目標(biāo)圖像灰度圖；

26、數(shù)據(jù)分析單元，分析目標(biāo)圖像灰度圖，找到目標(biāo)圖像的輪廓邊緣，將輪廓邊緣生成目標(biāo)圖像的輪廓點集；

27、目標(biāo)圖像確定單元，用于在所述目標(biāo)圖像中確定要擬合的圓，并基于所述輪廓點集擬合出目標(biāo)圓；

28、直徑確定子單元，基于所述目標(biāo)圓，確定引晶直徑；

29、控制器單元，用于與圖像處理器連接，用于接收圖像處理器的處理結(jié)果，并控制圖像獲得裝置的拍攝參數(shù)；

30、顯示器單元，用于與控制器裝置連接，用于顯示引晶直徑的測量結(jié)果；

31、存儲器單元；用于與控制器裝置連接，用于存儲測量結(jié)果。

32、本發(fā)明具有的有益效果：

33、1、提高測量精度：通過設(shè)置于拉晶爐內(nèi)的攝像頭捕獲引晶過程的實時圖像，并利用圖像處理技術(shù)提取引晶界面的輪廓線，實現(xiàn)對引晶直徑的精確測量；結(jié)合多次測量和計算，得到引晶直徑的平均值，有效減少了單次測量可能帶來的誤差，提高了整體測量精度；

34、2、增強實時性：能夠?qū)崟r獲取引晶過程的圖像數(shù)據(jù)，并對其進行處理和分析，從而實現(xiàn)對引晶直徑的實時監(jiān)控和調(diào)整；有助于及時發(fā)現(xiàn)并解決拉晶過程中可能出現(xiàn)的問題，保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。

35、3、簡化操作流程：相較于傳統(tǒng)的人工測量方法，本發(fā)明實現(xiàn)了自動化測量，降低了對操作人員的依賴程度。

36、4、裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，減少了操作人員進入生產(chǎn)車間的頻次和靠近拉晶爐進行操作的頻次，降低了操作難度和勞動強度。

37、5、提高生產(chǎn)效率：自動化測量減少了人為干預(yù)，提高了生產(chǎn)效率；實時監(jiān)控和調(diào)整引晶直徑有助于優(yōu)化拉晶過程，減少原料浪費和晶棒報廢率，提高產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)效益。

38、6、提高生產(chǎn)安全性：減少操作人員與高溫、高壓等危險環(huán)境的直接接觸，降低了安全風(fēng)險；精準(zhǔn)控制拉晶直徑有助于防止拉晶直徑過大造成的原料浪費或拉晶直徑過小導(dǎo)致的晶棒報廢或降級，進一步提升了生產(chǎn)安全性。

技術(shù)特征：

1.一種拉晶晶棒直徑測量方法，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉晶晶棒直徑測量方法，其特征在于基于若干個標(biāo)注有邊緣信息的圖像樣本訓(xùn)練得到圖像識別模塊，基于所述圖像識別模塊識別出所述目標(biāo)圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉晶晶棒直徑測量方法，其特征在于基于邊緣檢測模型opencv中的canny()函數(shù)優(yōu)化所述目標(biāo)圖像，找出所述目標(biāo)圖像的邊緣。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉晶晶棒直徑測量方法，其特征在于基于邊緣檢測模型opencv中的findcontours()函數(shù)生成所述目標(biāo)圖像的輪廓點集。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拉晶晶棒直徑測量方法，其特征在于基于邊緣檢測模型opencv中的minenclosingtriangle()函數(shù)通過凸包算法算出所述目標(biāo)圖像的輪廓點集中的各三角形的面積，生成面積集，找到所述目標(biāo)圖像中的最小面積的三角形，即最小凸包三角形，并返回面積集，比較最小凸包三角形大小，保留最大的所述最小凸包三角形所對應(yīng)所述目標(biāo)圖像的輪廓點集；

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的拉晶晶棒直徑測量方法，其特征在于所述目標(biāo)圖像包括：晶棒下邊沿對應(yīng)的第一側(cè)邊緣圖像、晶棒下邊沿投影至目標(biāo)熔硅液面上的第二側(cè)邊緣圖像，所述目標(biāo)圓為分別就所述第一側(cè)邊緣圖像和第二側(cè)邊緣圖像的輪廓點集擬合出的對應(yīng)的目標(biāo)圓，并對各所述目標(biāo)圓的直徑取平均值，得到引晶直徑。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的拉晶晶棒直徑測量方法，其特征在于基于圖像獲取模塊獲取第一側(cè)邊緣圖像和第二側(cè)邊緣圖像中的預(yù)定像素點與所述圖像獲取模塊的視場中心的像素點之間在預(yù)定方向上的像素距離，并基于所述像素距離，計算所述晶棒的半徑值r，其中，所述預(yù)定像素點與所述視場中心的像素點處于沿所述預(yù)定方向延伸的同一直線上。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的拉晶晶棒直徑測量方法，其特征在于所述目標(biāo)圓的半徑r：r2＝(x-a)2+(y-b)2，

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的拉晶晶棒直徑測量方法，其特征在于通過工業(yè)相機采集目標(biāo)圖像，基于相機的空間位置和處理過的目標(biāo)圖像建立空間坐標(biāo)系。

10.一種應(yīng)用拉晶晶棒直徑測量方法的測量裝置，其特征在于其應(yīng)用權(quán)利要求1-9中任一項所述的拉晶晶棒直徑測量方法，其包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種拉晶晶棒直徑測量方法及應(yīng)用其的測量裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的基于人工觀察或簡單的機械測量致使測量精度低、操作復(fù)雜、易受人為因素影響等問題，采用的技術(shù)方案：采集目標(biāo)圖像；處理目標(biāo)圖像，生成目標(biāo)圖像灰度圖；分析目標(biāo)圖像灰度圖，找到目標(biāo)圖像的輪廓邊緣；將輪廓邊緣生成目標(biāo)圖像的輪廓點集；基于所述輪廓點集擬合出目標(biāo)圓；根據(jù)所述目標(biāo)圓得到引晶直徑。其效果：通過設(shè)置于拉晶爐內(nèi)的攝像頭捕獲引晶過程的實時圖像，并利用圖像處理技術(shù)提取引晶界面的輪廓線，實現(xiàn)對引晶直徑的精確測量；實現(xiàn)了自動化測量，降低了對操作人員的依賴程度，提高了生成效率，減少操作人員與高溫、高壓等危險環(huán)境的直接接觸，降低了安全風(fēng)險。

技術(shù)研發(fā)人員：金興江,來迪文,周哲
受保護的技術(shù)使用者：浙江精工新能源裝備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9