[发明专利]一种基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置和方法通过对蓝宝石接种液面多帧图像特征识别技术，解决接种临界环境参数难以测量，不同长晶设备的热场特性不同，接种临界状态环境参数不同的问题。本发明识别的多帧图像运动特征仅会出现于最适合的接种环境中，分析接种液面关键交汇线簇的角度和长度变化特征即可，不再通过测量最适合接种环境参数的方法寻找接种点。本发明利用多帧图像运动信息结合图像融合技术，对蓝宝石接种液面多帧图像特征进行深度分析，预测工业蓝宝石最佳接种位置，不必检测最佳接种位置的相关理化特征。该系统实时性好，预测误判率低。

技术领域

本发明涉及安全定位领域，特别是涉及一种基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置和方法。

背景技术

工业蓝宝石多以无色的宝石晶体为主。蓝宝石良好的物理化学特性，在科学技术研发中广泛应用。为满足需求，自动化生产已经成为工业蓝宝石行业发展趋势。其中利用泡生法制备蓝宝石单晶，在高温条件下籽晶接触熔融态的三氧化二铝液面，通过轻微提拉、旋转使晶体开始生长的过程称为接种。制备一次大尺寸的工业蓝宝石单晶的原料及能源成本共约十几万元，接种水平高低会影响晶体的生长，浪费所有前期成本投入，所以接种是工业蓝宝石制备过程的关键环节，直接影响宝石行业生产的效益。

目前，人工接种是最常见的方式，依靠长晶工人的经验与尝试接种，成功率低，同时消耗大量的人力、物力。提升良品率，减少人为不可控因素，实现接种过程重要参数量化的自动化接种。但泡生法蓝宝石接种过程中，坩埚内部温度1800摄氏度以上，接种过程对温度要求十分苛刻，通过现有温度控制技术难以实现精确的高温测量，即无法量化最适宜接种温度。另外，泡生法接种过程中，坩埚外置对称加热源，熔融状态的三氧化二铝表面因为温度梯度形成漩涡，加之液面表面出现轻微的翻滚现象，为自动化接种造成技术难题。

现有的接种技术自动化程度不高，接种成功率一般，首先接种临界环境参数难以测量，而且对于泡生法蓝宝石长晶炉而言，不同设备的热场特性不一样，决定不同设备接种的零界状态环境参数不相同，无法制定统一的生长环境参数标准。其次，现有基于机器视觉的蓝宝石自动化接种技术的核心思想在于仅寻找临界接种特征点，而没有主动预测接种点位置。

发明内容

本发明主为解决现有问题的不足之处而提供一种基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置和方法。

本发明采取以下技术方案：一种基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置，包括坩埚、籽晶杆、第一观察窗、第二观察窗、第一滤光模块、第二滤光模块、第一图像采集模块、第二图像采集模块、图像分析系统、信号传输系统和控制系统；

其中，所述坩埚包括埚体和埚盖，埚体用于承载和加热待接种的蓝宝石，埚盖中部开设通孔分别形成第一观察窗、第二观察窗及所述籽晶杆的支撑孔；所述第一滤光模块、第二滤光模块分别设置于所述第一观察窗和第二观察窗中，所述第一图像采集模块、第二图像采集模块通过所述第一观察窗和第二观察窗获取坩埚内的蓝宝石液面图像特征；所述图像分析系统连接所述第一图像采集模块和第二图像采集模块，以对所述第一图像采集模块和第二图像采集模块进行图像处理；所述控制系统连接所述图像分析系统，用于根据图像分析的结果，控制所述籽晶杆向坩埚内部移动，以进行蓝宝石晶体的接种，所述信号传输系统分别连接所述第一图像采集模块、第二图像采集模块和图像分析系统，以对信号的传输进行控制。

其中，所述第一观察窗、第一滤光模块、第一图像采集模块，以及所述第二观察窗、第二滤光模块、第二图像采集模块均通过匹配的螺纹接口顺次连接。

其中，第一滤光模块和第二滤光模块均是波长0.43-1.6um的滤波片，用以提供可见光和部分红外波段通道，以反映融晶液面的特征。

其中，所述第一图像采集模块和第二图像采集模块均由物镜、放大镜、目镜、彩色工业CCD次序连接构成。

其中，所述图像分析系统包括：