專利名稱：多晶爐長晶速度自動測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量裝置及其測量方法，特別是涉及一種在多晶爐長晶過程中，對多晶爐長晶速度進(jìn)行自動測量的多晶爐長晶速度自動測量裝置及基于所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置的多晶爐長晶速度自動測量方法。
背景技術(shù)：
晶體生長速度是決定晶體均勻程度的重要因素之一，為了對其進(jìn)行控制，通常需要對多晶爐內(nèi)的晶錠高度進(jìn)行測量，然后計算出長晶速度。如圖I所示，目前，測量多晶爐長晶速度普遍是在測量人員2插拔石英棒3的同時，在石英棒3旁邊豎立一個刻度尺1，由測量人員2對石英棒3的位置在刻度尺I上進(jìn)行讀數(shù)，通過對所讀數(shù)值進(jìn)行分析、計算，從而得出單位時間內(nèi)石英棒3與坩堝7內(nèi)的晶錠6接觸的位置的變化值實現(xiàn)的。采用這種方法，需要測量人員頻繁地到多晶爐的頂上對石英棒的位置在刻度尺上進(jìn)行讀數(shù)，并時刻關(guān) 注石英棒的動向從而及時讀取刻度尺上的數(shù)值，不僅測量人員的勞動強度大，而且測量準(zhǔn)確度難以得到保證。因此，需要一種能夠使測量人員得以解放，并能夠根據(jù)預(yù)定條件及時測定出石英棒位置變化數(shù)值的自動測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠使測量人員得以解放，并能夠根據(jù)預(yù)定參數(shù)及時測定出石英棒位置變化數(shù)值的多晶爐長晶速度自動測量裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量裝置的技術(shù)方案如下一種多晶爐長晶速度自動測量裝置，包括用于與多晶爐中的晶錠接觸的石英棒；用于驅(qū)動所述石英棒上下直線運動的驅(qū)動裝置；安裝于所述驅(qū)動裝置上，用于測量所述驅(qū)動裝置的運行行程的位置傳感器；安裝于所述驅(qū)動裝置與所述石英棒之間，用于判斷所述石英棒是否與所述晶錠接觸的第一壓力傳感器；用于對測量過程進(jìn)行參數(shù)設(shè)定并顯示測量結(jié)果的人機(jī)界面；分別與所述驅(qū)動裝置、所述位置傳感器、所述第一壓力傳感器和所述人機(jī)界面電連接，用于接收所述人機(jī)界面輸入的參數(shù)以及所述位置傳感器和所述壓力傳感器所采集的信號，并根據(jù)接收到的所述第一壓力傳感器的信號和人機(jī)界面輸入的參數(shù)值控制所述驅(qū)動裝置驅(qū)動所述石英棒上升或下降的PLC。作為優(yōu)選，所述驅(qū)動裝置為電缸。作為優(yōu)選，所述人機(jī)界面是觸摸屏。作為優(yōu)選，所述人機(jī)界面輸入的參數(shù)包括測量周期和所述第一壓力傳感器的感應(yīng)壓力值。作為優(yōu)選，所述PLC內(nèi)具有用于對接收到的來自所述位置傳感器和所述第一壓力傳感器的信號進(jìn)行計算分析，從而得到長晶速度的數(shù)值并將該數(shù)值顯示于所述人機(jī)界面上的運算單元。作為優(yōu)選，所述驅(qū)動裝置與所述石英棒之間還設(shè)有用于判斷所述石英棒是否與所述晶錠接觸的第二壓力傳感器。作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述第二壓力傳感器的壓力感應(yīng)端與所述第一壓力傳感器的上表面連接。另外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種基于所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置的多晶爐長晶速度自動測量方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置 的多晶爐長晶速度自動測量方法，包括以下步驟I)首先通過所述人機(jī)界面向所述PLC輸入所述多晶爐長晶速度自動測量裝置的測量周期及第一壓力傳感器的感應(yīng)壓力值；2)啟動所述驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置帶動所述石英棒從初始位置緩慢下降接近所述晶錠表面；3)當(dāng)所述石英棒接觸到所述晶錠表面時，所述第一壓力傳感器向所述PLC發(fā)出信號，所述PLC控制所述驅(qū)動裝置停止運行，同時所述位置傳感器檢測所述驅(qū)動裝置此時的運行行程，并將檢測到的信號傳遞給所述PLC，所述PLC對接收到的上述信號進(jìn)行記錄并通過所述人機(jī)界面進(jìn)行顯示；4)所述驅(qū)動裝置帶動所述石英棒上升使所述石英棒向遠(yuǎn)離所述晶錠表面的方向運動至初始位置以便進(jìn)行下一次測量；5)經(jīng)過一個所述測量周期后，重復(fù)步驟2)至4);6)根據(jù)所述PLC獲取的相鄰兩個所述測量周期對應(yīng)的所述位置傳感器測量到的信號，計算出多晶爐的長晶速度值。作為優(yōu)選，在步驟I)中，還通過所述人機(jī)界面向所述PLC輸入所述第二壓力傳感器的感應(yīng)壓力值；在步驟3)中，當(dāng)所述石英棒接觸到所述晶錠表面時，所述第二壓力傳感器向所述PLC發(fā)出信號。作為優(yōu)選，所述多晶爐長晶速度自動測量方法還包括利用所述PLC的運算單元對接收到的來自所述位置傳感器和所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的信號進(jìn)行計算分析，從而得到長晶速度的數(shù)值并將該數(shù)值顯示于所述人機(jī)界面上的步驟。本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量裝置及基于所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置的多晶爐長晶速度自動測量方法的有益效果在于第一，應(yīng)用本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量裝置無需測量人員頻繁地到多晶爐的頂上對石英棒的位置在刻度尺上進(jìn)行讀數(shù)，使測量人員得以解放。第二，由于所選用的人機(jī)界面是觸摸屏，使得本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量裝置的結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷。第三，由于PLC內(nèi)具有用于對接收到的來自位置傳感器和壓力傳感器的信號進(jìn)行計算分析，從而得到長晶速度的數(shù)值并將該數(shù)值顯示于人機(jī)界面上的運算單元，使得本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量裝置能夠直接由人機(jī)界面輸出多晶爐的長晶速度的數(shù)值，從而省去了人工計算分析的步驟，提高了測量效率。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中對多晶爐長晶速度進(jìn)行測量方式的示意圖。圖2為應(yīng)用本實用新型的多晶爐長晶速度自動測量裝置對多晶爐長晶速度進(jìn)行測量方式的示意圖。 圖3為本實用新型的多晶爐長晶速度自動測量裝置的PLC控制原理框圖。圖4為本實用新型的多晶爐長晶速度自動測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明I-刻度尺2-測量人員3-石英棒4_液面5_多晶爐6_晶淀7-坩堝8-多晶爐長晶速度自動測量裝置9-固定裝置10-導(dǎo)軌11-滑塊12-第一壓力傳感器13-第二壓力傳感器14-PLC15-觸控屏16-信號線17-固定連接件
具體實施例方式下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式。如圖2至圖4所示，本實用新型提供的多晶爐長晶速度自動測量裝置包括石英棒
3、驅(qū)動裝置、位置傳感器和第一壓力傳感器12，其中，石英棒3豎直設(shè)置，其一端可與多晶爐5的坩堝7內(nèi)的晶錠6接觸；驅(qū)動裝置用于帶動石英棒3在上下方向上直線運動，在本實施例中，驅(qū)動裝置采用電機(jī)驅(qū)動的電缸，如滾珠絲桿式電缸，電缸包括帶電的導(dǎo)軌10和在導(dǎo)軌10上滑動的滑塊11，電缸被固定裝置9固定在多晶爐的頂部，其導(dǎo)軌10與所述石英棒3平行；位置傳感器安裝于驅(qū)動裝置上，用于檢測電缸的滑塊11的行程，位置傳感器采用安裝在驅(qū)動電機(jī)上的編碼器，以精確計算滑塊的行走距離，采用編碼器檢測行程為本領(lǐng)域技術(shù)人員的常用技術(shù)手段，在此不多做贅述。另外，位置傳感器也可采用常用的霍爾傳感器、光柵傳感器或其它常用的位置傳感器；第一壓力傳感器12安裝于電缸與石英棒3之間，所述第一壓力傳感器12通過固定連接件17與石英棒3連接，并且與PLC14通過信號線16連接，與石英棒3同步運動，當(dāng)石英棒3的端部與晶錠6接觸時，石英棒3端部受到的晶錠6的壓力傳至第一壓力傳感器12，第一壓力傳感器12感應(yīng)該壓力后向PLC14發(fā)出信號表示石英棒3與晶錠6接觸，在本實施例中，第一壓力傳感器12采用常用的壓電式傳感器，當(dāng)其受到壓力時產(chǎn)生壓電效應(yīng)，從而發(fā)出電信號，第一壓力傳感器12亦可采用常用的壓阻傳感器或者應(yīng)變式傳感器；人機(jī)界面用于對測量過程進(jìn)行參數(shù)設(shè)定并顯示測量結(jié)果，在本實施例中，需要輸入兩次測量的時間間隔即測量周期及第一壓力傳感器12的感應(yīng)壓力值，當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅?2感應(yīng)的壓力達(dá)到設(shè)定的壓力值時向PLC14發(fā)出信號；PLC14分別與驅(qū)動裝置、位置傳感器、壓力傳感器和人機(jī)界面電連接，用于接收由人機(jī)界面輸入的參數(shù)以及來自位置傳感器和第一壓力傳感器12所采集的信號，并根據(jù)接收到的第一壓力傳感器12的信號和由人機(jī)界面輸入的參數(shù)值控制驅(qū)動裝置帶動石英棒3上升或下降，具體為當(dāng)PLC14接收到第一壓力傳感器12傳輸?shù)男盘柡?使電缸停止運行，同時位置傳感器將電缸的滑塊11在此時的行程傳輸至PLC14，PLC14控制電缸的滑塊11反向運行，帶動石英棒3向上運動離開晶錠6，直至最上端的初始位置，經(jīng)過一個設(shè)定的檢測周期后，PLC14重新啟動電缸，使電缸的滑塊11帶動石英棒3向下運動，重復(fù)以上步驟。由于滑塊11與石英棒3是同步運動的，PLC14記錄的滑塊11的行程即石英棒3的行程，石英棒3兩次行程之差即為該檢測周期內(nèi)晶錠6生長的高度，以該高度除以檢測周期即可得到晶錠6在該周期內(nèi)的生長速度，同理通過多次測量可得到整個晶錠6生長過程中的生長速度。應(yīng)用本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量裝置8可自動測量晶錠6的生長速度，無需測量人員頻繁地到多晶爐的頂上對石英棒3的位置在刻度尺上進(jìn)行讀數(shù)，使測量人員得以解放。其中，人機(jī)界面可以是觸摸屏15，使得本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量裝置8的結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷。人機(jī)界面也可以是鍵盤與非觸控的屏幕組合而成，通過鍵盤輸 入?yún)?shù)，通過屏幕讀取數(shù)據(jù)。在上述實施例中，在滑塊11與第一壓力傳感器12之間還設(shè)有第二壓力傳感器13，所述第二壓力傳感器13通過信號線16與PLC14連接，所述第一壓力傳感器12與第二壓力 傳感器13之間為“串聯(lián)”，即第二壓力傳感器13的壓力感應(yīng)端與第一壓力傳感器12的上表面連接，正常運行時，第一壓力傳感器12感應(yīng)到石英棒3的壓力向PLC14發(fā)出信號，同時第二壓力傳感器13感應(yīng)到第一壓力傳感器12的壓力向PLC14發(fā)出信號。設(shè)置兩個壓力傳感器的作用在于，當(dāng)其中一個壓力傳感器發(fā)生故障不能發(fā)出信號時，還有另一個壓力傳感器運行，從而增強了整個多晶爐長晶速度自動測量裝置8的運行的可靠性。所述第一壓力傳感器12與第二壓力傳感器13之間還可以為“并聯(lián)”，即兩個壓力傳感器均與石英棒3和滑塊11分別連接。在上述實施例中，驅(qū)動裝置還可以是氣缸，氣缸的缸體通過固定裝置9固定在多晶爐的爐頂，氣缸的活塞桿上下往復(fù)運動，從而帶動石英棒3上下往復(fù)運動，石英棒3和活塞桿之間設(shè)有第一壓力傳感器12和/或第二壓力傳感器13。氣缸上設(shè)有位置傳感器,用來檢測活塞桿的行程并將檢測的數(shù)據(jù)傳輸至PLC14。驅(qū)動裝置還可以是液壓缸或其它動力裝置。PLC14內(nèi)可以具有運算單元，用于對接收到的來自位置傳感器和壓力傳感器的信號進(jìn)行計算分析，從而得到長晶速度的數(shù)值并將該數(shù)值顯示于人機(jī)界面上。運算單元的設(shè)置使得本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量裝置8能夠直接由人機(jī)界面輸出多晶爐的長晶速度的數(shù)值，從而省去了人工計算分析的步驟，提高了測量效率。應(yīng)用上述多晶爐長晶速度自動測量裝置8對多晶爐長晶速度進(jìn)行自動測量的方法，包括以下步驟I)首先通過人機(jī)界面向PLC14輸入多晶爐長晶速度自動測量裝置8的測量周期T及第一壓力傳感器12的感應(yīng)壓力值F ；2) PLC14啟動驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置帶動石英棒3從初始位置緩慢下降至石英棒3的下端接近晶錠6表面；
3)當(dāng)石英棒3的下端接觸到晶錠6表面，并且晶錠6表面受到的壓力達(dá)到F時，第一壓力傳感器12將感應(yīng)到的信號傳遞至PLC14，同時位置傳感器將驅(qū)動裝置的行程H1傳遞給PLC14，PLC14對接收到的信號進(jìn)行記錄并通過人機(jī)界面顯示；4)石英棒3被驅(qū)動裝置帶動向遠(yuǎn)離晶錠6表面的方向運動至初始位置以便進(jìn)行下一次測量；5)經(jīng)過一個測量周期T的時間后，PLC14控制驅(qū)動裝置帶動石英棒3緩慢下降至石英棒3的下端接觸到晶錠6表面，并且晶錠6表面受到壓力達(dá)到F時，壓力傳感器將感應(yīng)到的信號傳遞至PLC14，同時，位置傳感器將此時驅(qū)動裝置的行程H2傳遞給PLC14，PLC14對接收到的信號進(jìn)行記錄并通過人機(jī)界面顯示；6)根據(jù)上述測量值計算出第一個測量周期內(nèi)多晶爐長晶速度 Hl Hz ；V= T7)重復(fù)上述步驟2)至6)，即可計算出每個測量周期內(nèi)的多晶爐的長晶速度；8)將多個測量周期內(nèi)的長晶速度平均，即可得出總的長晶速度值。上述方法中，在步驟I)中，還可以通過所述人機(jī)界面向所述PLC輸入所述第二壓力傳感器13的感應(yīng)壓力值；在步驟3)中，當(dāng)所述石英棒接觸到所述晶錠表面時，所述第二壓力傳感器13亦向所述PLC發(fā)出信號。應(yīng)用本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量方法無需測量人員頻繁地到多晶爐的頂上對石英棒的位置在刻度尺上進(jìn)行讀數(shù)，使測量人員得以解放。人機(jī)界面可以是觸摸屏15，使得本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量裝置8的結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷。多晶爐長晶速度自動測量方法還可以包括利用PLC14的運算單元對接收到的來自位置傳感器和壓力傳感器的信號進(jìn)行計算分析，從而得到長晶速度的數(shù)值并將該數(shù)值顯示于人機(jī)界面上的步驟。使得本發(fā)明提供的多晶爐長晶速度自動測量方法能夠直接由人機(jī)界面輸出多晶爐的長晶速度的數(shù)值，從而省去了人工計算分析的步驟，提高了測量效率。當(dāng)然，以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多晶爐長晶速度自動測量裝置，其特征在于，包括 用于與多晶爐中的晶錠接觸的石英棒； 用于驅(qū)動所述石英棒上下直線運動的驅(qū)動裝置； 安裝于所述驅(qū)動裝置上，用于測量所述驅(qū)動裝置的運行行程的位置傳感器； 安裝于所述驅(qū)動裝置與所述石英棒之間，用于判斷所述石英棒是否與所述晶錠接觸的第一壓力傳感器； 用于對測量過程進(jìn)行參數(shù)設(shè)定并顯示測量結(jié)果的人機(jī)界面； 分別與所述驅(qū)動裝置、所述位置傳感器、所述第一壓力傳感器和所述人機(jī)界面電連接，用于接收所述人機(jī)界面輸入的參數(shù)以及所述位置傳感器和所述壓力傳感器所采集的信號， 并根據(jù)接收到的所述第一壓力傳感器的信號和人機(jī)界面輸入的參數(shù)值控制所述驅(qū)動裝置驅(qū)動所述石英棒上升或下降的PLC。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置，其特征在于所述驅(qū)動裝置為電缸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置，其特征在于所述人機(jī)界面是觸摸屏。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置，其特征在于所述人機(jī)界面輸入的參數(shù)包括測量周期和所述第一壓力傳感器的感應(yīng)壓力值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置，其特征在于所述PLC內(nèi)具有用于對接收到的來自所述位置傳感器和所述第一壓力傳感器的信號進(jìn)行計算分析，從而得到長晶速度的數(shù)值并將該數(shù)值顯示于所述人機(jī)界面上的運算單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置，其特征在于所述驅(qū)動裝置與所述石英棒之間還設(shè)有用于判斷所述石英棒是否與所述晶錠接觸的第二壓力傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置，其特征在于所述第二壓力傳感器的壓力感應(yīng)端與所述第一壓力傳感器的上表面連接。
8.基于權(quán)利要求1-5中任一項所述的多晶爐長晶速度自動測量裝置的多晶爐長晶速度自動測量方法，其特征在于，包括以下步驟 1)首先通過所述人機(jī)界面向所述PLC輸入所述多晶爐長晶速度自動測量裝置的測量周期及第一壓力傳感器的感應(yīng)壓力值； 2)啟動所述驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置帶動所述石英棒從初始位置緩慢下降接近所述晶錠表面； 3)當(dāng)所述石英棒接觸到所述晶錠表面時，所述第一壓力傳感器向所述PLC發(fā)出信號，所述PLC控制所述驅(qū)動裝置停止運行，同時所述位置傳感器檢測所述驅(qū)動裝置此時的運行行程，并將檢測到的信號傳遞給所述PLC，所述PLC對接收到的上述信號進(jìn)行記錄并通過所述人機(jī)界面進(jìn)行顯示； 4)所述驅(qū)動裝置帶動所述石英棒上升使所述石英棒向遠(yuǎn)離所述晶錠表面的方向運動至初始位置以便進(jìn)行下一次測量； 5)經(jīng)過一個所述測量周期后，重復(fù)步驟2)至4)； 6)根據(jù)所述PLC獲取的相鄰兩個所述測量周期對應(yīng)的所述位置傳感器測量到的信號，計算出多晶爐的長晶速度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多晶爐長晶速度自動測量方法，其特征在于在步驟I)中，還通過所述人機(jī)界面向所述PLC輸入所述第二壓力傳感器的感應(yīng)壓力值；在步驟3)中，當(dāng)所述石英棒接觸到所述晶錠表面時，所述第二壓力傳感器向所述PLC發(fā)出信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多晶爐長晶速度自動測量方法，其特征在于所述多晶爐長晶速度自動測量方法還包括利用所述PLC的運算單元對接收到的來自所述位置傳感器和所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的信號進(jìn)行計算分析，從而得到長晶速度的數(shù)值并將該數(shù)值顯示于所述人機(jī)界面上的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多晶爐長晶速度自動測量裝置及其測量方法，其中，多晶爐長晶速度自動測量裝置包括用于與多晶爐中的晶錠接觸的石英棒；驅(qū)動石英棒運動的驅(qū)動氣缸；安裝于所驅(qū)動裝置上的位置傳感器；安裝于驅(qū)動裝置與石英棒之間的第一壓力傳感器；對測量過程進(jìn)行參數(shù)設(shè)定并顯示測量結(jié)果的人機(jī)界面；分別與驅(qū)動裝置、位置傳感器、第一壓力傳感器和人機(jī)界面電連接，并控制驅(qū)動裝置驅(qū)動石英棒上升或下降的PLC。同時，本發(fā)明還提供了基于多晶爐長晶速度自動測量裝置的多晶爐長晶速度自動測量方法。裝置和方法可以使測量人員得以解放，并且裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷，提高了長晶速度的測量效率。
文檔編號C30B28/06GK102732958SQ201110086190
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者何安林, 王東 申請人:鎮(zhèn)江榮德新能源科技有限公司