直拉單晶直徑測量方法技術

一種直拉單晶直徑測量方法，包括利用一個CCD攝像頭獲取單晶生長圖像以及對單晶生長圖像進行處理，CCD攝像頭的分辨率高于200萬像素，對單晶生長圖像進行處理包括步驟：提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓；將晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界；將橢圓邊界校正成圓形邊界；以及獲得單晶直徑。本發明專利技術直拉單晶直徑測量方法測定結果精度高，且操作簡單，無噪音干擾。本發明專利技術可用于測量引晶、放肩、轉肩及等徑過程的單晶直徑的測量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于單晶制造
，涉及一種。
技術介紹
光伏發電作為綠色能源以及人類可持續發展的主要能源的一種，日益受到世界各國的重視并得到大力發展。單晶硅片作為光伏發電的基礎材料的一種，有著廣泛的市場需求。一種常見的單晶硅生長方法是直拉法，即，在單晶爐中，使籽晶浸入容置于坩堝的熔體，在轉動籽晶及坩堝的同時提拉籽晶，以在籽晶下端依次進行引晶、放肩、轉肩、等徑及收尾，獲得單晶娃棒。為確保單晶質量，在拉單晶過程中要對單晶的直徑進行測量及控制。現有的一種直徑測量方法是利用非高清的攝像頭，采集單晶生長固液界面處的“亮環”圖像并對圖像進行一系列處理后，計算得到單晶直徑。為兼顧引晶與等徑過程中圖像精度的需求，往往需要使用兩個攝像頭并在拉晶不同階段進行切換，如此，操作復雜；此外，計算單晶直徑之前，還需要對低清晰度的圖像使用亞像素技術進行模擬以提高虛擬像素值。如此，引入模擬信號的干擾，且后續處理信息來源相對于原始圖像已出現偏差。另外，現有的直徑測量方法對圖像進行處理過程中，直接將攝像頭獲取的非標準的橢圓信息校正成圓，并根據前述圓的信息計算單晶直徑，導致計算精度也不夠高。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種，以解決現有的直徑測量方法存在的操作復雜、噪音干擾及計算精度低的問題。本專利技術所采用的技術方案是，一種，包括利用一個CCD攝像頭獲取單晶生長圖像以及對 單晶生長圖像進行處理，CCD攝像頭的分辨率高于200萬像素，對單晶生長圖像進行處理包括步驟提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓；將晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界；將橢圓邊界校正成圓形邊界；以及獲得單晶直徑。本專利技術的特點還在于晶體輪廓包括內緣和外緣，將晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界的步驟中，對晶體輪廓的外緣進行擬合。將晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界的步驟中，還對晶體輪廓的內緣進行擬合，并根據內緣與外緣的變化獲得單晶直徑生長趨勢。對單晶生長圖像進行處理過程中，提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓之前，利用特征識別模塊自動識別測量區域范圍。自動識別測量區域范圍后，提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓之前，還包括濾除圖像的測量區域范圍內的干擾的步驟。提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓包括步驟將圖像依次進行灰度化和二值化，以及利用輪廓跟蹤技術獲取單晶生長固液界面處的晶體輪廓。使用鏈碼逼近法提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓。使用最小二乘法將晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界。將橢圓邊界校正成圓形邊界的步驟中，根據CCD攝像頭的光軸與熔體液面的夾角a，對橢圓邊界的像素點的橫坐標X進行校正，校正后所得圓形邊界的像素點的橫坐標X1 =x/cos a 。本專利技術具有如下有益效果本專利技術采用分辨率高于200萬像素的取像CCD攝像頭，并在對圖形進行處理過程中將提取的晶體輪廓擬合成標準的橢圓邊界，無需對應單晶生長過程進行多個攝像頭之間的切換，操作簡便；整個取像及圖像處理過程均采用數字化處理，無噪音干擾；從橢圓形晶體輪廓擬合·成標準的橢圓邊界，有利于提高后續直徑計算精度。本專利技術可用于測量引晶、放肩、轉肩及等徑過程的單晶直徑的測量。附圖說明圖1為本專利技術實施例流程圖；圖2為本專利技術實施例等徑生長過程中單晶生長圖像示意圖；圖中，10.單晶，20.亮環，21.內邊緣，22.外邊緣。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細說明。本專利技術，包括利用一個CCD攝像頭獲取單晶生長圖像以及對單晶生長圖像進行處理，CCD攝像頭的分辨率高于200萬像素，對單晶生長圖像進行處理包括步驟提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓；將晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界；將橢圓邊界校正成圓形邊界；以及獲得單晶直徑。晶體輪廓包括內緣和外緣，將晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界的步驟中，對晶體輪廓的外緣進行擬合。將晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界的步驟中，還對晶體輪廓的內緣進行擬合，并根據內緣與外緣的變化獲得單晶直徑生長趨勢。對單晶生長圖像進行處理過程中，提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓之前，利用特征識別模塊自動識別測量區域范圍。自動識別測量區域范圍后，提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓之前，還包括濾除圖像的測量區域范圍內的干擾的步驟。提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓包括步驟將圖像依次進行灰度化和二值化，以及利用輪廓跟蹤技術獲取單晶生長固液界面處的晶體輪廓。使用鏈碼逼近法提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓。使用最小二乘法將晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界。將橢圓邊界校正成圓形邊界的步驟中，根據CCD攝像頭的光軸與熔體液面的夾角a，對橢圓邊界的像素點的橫坐標X進行校正，校正后所得圓形邊界的像素點的橫坐標X1 =x/cos a 。實施例，參照圖1，，包括以下步驟第一步，利用高分辨率為200萬像素的CXD攝像頭獲取單晶生長圖像。具體地，CXD攝像頭的光軸與坩堝中熔體液面之間成一定夾角，該夾角不等于90°。參照圖2，在等徑生長過程獲取的單晶生長圖像中，在單晶10下方的固液界面處具有亮環20。該亮環20包括靠近單晶10的內邊緣21以及靠近熔體側的外邊緣22。圖2中，由于拍攝角度及單晶爐結構的影響，亮環20有部分被遮擋。后續各步中，單晶生長的圖像通過電路輸入至工控機中，由工控機的圖像處理程序對單晶生長圖像進行處理。第二步，識別測量區域范圍。可利用圖像處理程序包含的特征識別模塊自動識別測量區域范圍，即，單晶生長固液界面處的亮環20所在范圍。自動識別測量區域范圍后，可根據需要在該范圍內進行銳化、腐蝕及擴張等操作，以濾除圖像的測量區域范圍內的細小干擾。第三步，提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓。可先將亮環20圖像依次進行灰度化和二值化，再利用輪廓跟蹤技術獲取單晶生長固液界面處的晶體輪廓。本實施例中，使用鏈碼逼近法提取晶體輪廓。與亮環20形狀相對應的，晶體輪廓也包括內緣和外緣。優選地，對于獲得的晶體輪廓，可采用平滑算法去除其中包含的凸點和凹點。第四步，將晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界。具體地，對晶體輪廓的外緣進行擬合。本實施例中，采用最小二乘法進行擬合。算法原理如下橢圓可由5個參數描述中心點(Xtl, Ytl),半軸長a、b，姿態角0 (-Ji/2 < 0<n/2)。記橢圓參 數為a=(a b X0 Y0 0)。設給定點P (X1, Y1)在橢圓上的正交近鄰點為P' (X/，Y/ )，則m個給定點的幾何距離擬合可以表述為最小化E= (X-X' ) tWtW (X-X' ) (I)式(I)中,X與X'分別表示m個給定樣本點擊相應橢圓上最近鄰點的坐標列向量；W是指定的對稱正定加權矩陣，用于調整對不同樣本點的權重。可見，橢圓擬合先要計算已知點Xi在初始擬合橢圓上的最近鄰點Xi, (a)，再對橢圓上的點Xi, (a)進行擬合以獲取優化的橢圓參數。第五步，將橢圓邊界校正成圓形邊界。具體地，根據CCD攝像頭的光軸與熔體液面的夾角a，對橢圓邊界的每個像素點的橫坐標X進行校正，校正后所得圓形邊界上的像素點的橫坐標X'滿足關系式(2)。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種直拉單晶直徑測量方法，包括利用一個CCD攝像頭獲取單晶生長圖像以及對所述單晶生長圖像進行處理，其特征在于，所述CCD攝像頭的分辨率高于200萬像素，對所述單晶生長圖像進行處理包括步驟：提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓；將所述晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界；將所述橢圓邊界校正成圓形邊界；以及獲得單晶直徑。

【技術特征摘要】
1.一種直拉單晶直徑測量方法，包括利用一個CCD攝像頭獲取單晶生長圖像以及對所述單晶生長圖像進行處理，其特征在于，所述CCD攝像頭的分辨率高于200萬像素，對所述單晶生長圖像進行處理包括步驟提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓；將所述晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界；將所述橢圓邊界校正成圓形邊界；以及獲得單晶直徑。2.根據權利要求1所述的直拉單晶直徑測量方法，其特征在于所述晶體輪廓包括內緣和外緣，將所述晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界的步驟中，對所述晶體輪廓的外緣進行擬合。3.根據權利要求2所述的直拉單晶直徑測量方法，其特征在于，將所述晶體輪廓進行擬合，獲得橢圓邊界的步驟中，還對所述晶體輪廓的內緣進行擬合，并根據內緣與外緣的變化獲得單晶直徑生長趨勢。4.根據權利要求1所述的直拉單晶直徑測量方法，其特征在于，對所述單晶生長圖像進行處理過程中，提取單晶生長固液界面處的晶體輪廓之前，利用特征識別模塊自...

【專利技術屬性】
技術研發人員：石磊，邢建龍，
申請(專利權)人：西安隆基硅材料股份有限公司，無錫隆基硅材料有限公司，寧夏隆基硅材料有限公司，銀川隆基硅材料有限公司，
類型：發明
國別省市：