基于線陣CCD的高精度硅芯直徑測(cè)量系統(tǒng)研制.pdf

1、多晶硅是太陽能電池板和半導(dǎo)體電子產(chǎn)品等的主要原料，隨著光伏產(chǎn)業(yè)和電子行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外市場對(duì)高品質(zhì)多晶硅原料的需求量也急劇上升。根據(jù)多晶硅的生長工藝，多晶硅的生長是以硅芯作為原料的，硅芯質(zhì)量的好壞，將直接影響所生長多晶硅的質(zhì)量。而高質(zhì)量硅芯的一個(gè)重要特征就是要保證硅芯生長時(shí)硅芯棒各處的直徑近似相等。但是由于現(xiàn)在國內(nèi)生長硅芯的硅芯爐還處于自動(dòng)化程度較低階段，對(duì)硅芯直徑的控制還完全依靠人眼的觀察，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)硅芯直徑實(shí)時(shí)精確的測(cè)量，所以很難進(jìn)

2、一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。在這樣的背景下就迫切地需要一種方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)硅芯直徑實(shí)時(shí)精確的測(cè)量，為全自動(dòng)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
　　本文在詳細(xì)了解國內(nèi)外硅芯直徑測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際硅芯爐的特點(diǎn)。自主設(shè)計(jì)并搭建了一套以平行激光和線陣CCD構(gòu)成的光學(xué)測(cè)量裝置來實(shí)時(shí)測(cè)量硅芯直徑。其測(cè)量原理為平行激光受硅芯遮擋后在線陣CCD上的成像陰影寬度即為硅芯直徑。該裝置的硬件平臺(tái)為嵌入式處理系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件主要由光學(xué)成像器件CCD和FPGA以及

3、MCU組成。由于激光器的顆粒性和光學(xué)透鏡產(chǎn)生的噪聲影響，測(cè)量系統(tǒng)中的難點(diǎn)是要對(duì)圖像進(jìn)行去噪，提取硅芯直徑信息。本文結(jié)合圖像特征，采用膨脹腐蝕算法處理圖像，有效的濾除了毛刺噪聲的影響，準(zhǔn)確地提取了圖像中的硅芯直徑信息。另外，軟件上實(shí)現(xiàn)了較強(qiáng)的適應(yīng)性，可以對(duì)實(shí)際工況中的光強(qiáng)不穩(wěn)定、多根硅芯同時(shí)生長等情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，可靠地實(shí)現(xiàn)了硅芯直徑精確檢測(cè)。本文還對(duì)通訊數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，將裝置的配置信息與測(cè)量結(jié)果合理分配在數(shù)據(jù)幀中，方便接入現(xiàn)有的電