[发明专利]直拉单晶直径测量方法

说明书

技术领域

本发明属于单晶制造技术领域，涉及一种直拉单晶直径测量方法。

背景技术

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控制。现有的一种直径测量方法是利用非高清的摄像头，采集单晶生长固液界面处的“亮环”图像并对图像进行一系列处理后，计算得到单晶直径。为兼顾引晶与等径过程中图像精度的需求，往往需要使用两个摄像头并在拉晶不同阶段进行切换，如此，操作复杂；此外，计算单晶直径之前，还需要对低清晰度的图像使用亚像素技术进行模拟以提高虚拟像素值。如此，引入模拟信号的干扰，且后续处理信息来源相对于原始图像已出现偏差。另外，现有的直径测量方法对图像进行处理过程中，直接将摄像头获取的非标准的椭圆信息校正成圆，并根据前述圆的信息计算单晶直径，导致计算精度也不够高。

发明内容

本发明的目的是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操作复杂、噪音干扰及计算精度低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种直拉单晶直径测量方法，包括利用一个CCD摄像头获取单晶生长图像以及对单晶生长图像进行处理，CCD摄像头的分辨率高于200万像素，对单晶生长图像进行处理包括步骤：提取单晶生长固液界面处的晶体轮廓；将晶体轮廓进行拟合，获得椭圆边界；将椭圆边界校正成圆形边界；以及获得单晶直径。

本发明的特点还在于：

晶体轮廓包括内缘和外缘，将晶体轮廓进行拟合，获得椭圆边界的步骤中，对晶体轮廓的外缘进行拟合。

将晶体轮廓进行拟合，获得椭圆边界的步骤中，还对晶体轮廓的内缘进行拟合，并根据内缘与外缘的变化获得单晶直径生长趋势。

对单晶生长图像进行处理过程中，提取单晶生长固液界面处的晶体轮廓之前，利用特征识别模块自动识别测量区域范围。

自动识别测量区域范围后，提取单晶生长固液界面处的晶体轮廓之前，还包括滤除图像的测量区域范围内的干扰的步骤。

提取单晶生长固液界面处的晶体轮廓包括步骤：将图像依次进行灰度化和二值化，以及利用轮廓跟踪技术获取单晶生长固液界面处的晶体轮廓。

使用链码逼近法提取单晶生长固液界面处的晶体轮廓。

使用最小二乘法将晶体轮廓进行拟合，获得椭圆边界。

将椭圆边界校正成圆形边界的步骤中，根据CCD摄像头的光轴与熔体液面的夹角α，对椭圆边界的像素点的横坐标x进行校正，校正后所得圆形边界的像素点的横坐标x′=x/cosα。

本发明具有如下有益效果：

本发明直拉单晶直径测量方法采用分辨率高于200万像素的取像CCD摄像头，并在对图形进行处理过程中将提取的晶体轮廓拟合成标准的椭圆边界，无需对应单晶生长过程进行多个摄像头之间的切换，操作简便；整个取像及图像处理过程均采用数字化处理，无噪音干扰；从椭圆形晶体轮廓拟合成标准的椭圆边界，有利于提高后续直径计算精度。本发明直拉单晶直径测量方法可用于测量引晶、放肩、转肩及等径过程的单晶直径的测量。

附图说明

图1为本发明实施例直拉单晶直径测量方法流程图；

图2为本发明实施例等径生长过程中单晶生长图像示意图；

图中，10.单晶，20.亮环，21.内边缘，22.外边缘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明直拉单晶直径测量方法，包括利用一个CCD摄像头获取单晶生长图像以及对单晶生长图像进行处理，CCD摄像头的分辨率高于200万像素，对单晶生长图像进行处理包括步骤：提取单晶生长固液界面处的晶体轮廓；将晶体轮廓进行拟合，获得椭圆边界；将椭圆边界校正成圆形边界；以及获得单晶直径。

晶体轮廓包括内缘和外缘，将晶体轮廓进行拟合，获得椭圆边界的步骤中，对晶体轮廓的外缘进行拟合。

将晶体轮廓进行拟合，获得椭圆边界的步骤中，还对晶体轮廓的内缘进行拟合，并根据内缘与外缘的变化获得单晶直径生长趋势。

对单晶生长图像进行处理过程中，提取单晶生长固液界面处的晶体轮廓之前，利用特征识别模块自动识别测量区域范围。