[发明专利]一种基于视觉的单晶炉液位、单晶棒直径测量方法及装置

说明书

本发明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。

技术领域：

本发明涉及信息处理领域，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。

背景技术：

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。

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。

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。

发明内容：

针对现有技术存在的不足，本发明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。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

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。

作为本发明进一步的方案，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gapMapgap，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：