基于比色測(cè)溫和雙目視覺(jué)的多晶硅多參量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究.pdf

1、在電子與光伏產(chǎn)業(yè)中，多晶硅是一種主要生產(chǎn)原材料，主要用于制造集成電路、傳感器、太陽(yáng)能電池等。前些年，我國(guó)新的高純度硅生產(chǎn)工程不斷上馬，老工藝舊設(shè)備也在不斷進(jìn)行技改更新。至2011年，中國(guó)所占比例已占世界總產(chǎn)量的60％以上。但是，由于技術(shù)難度大，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝還是被掌握在外國(guó)大企業(yè)手中，國(guó)內(nèi)企業(yè)需花去大量經(jīng)費(fèi)購(gòu)買(mǎi)國(guó)外專(zhuān)利。鑒于此，開(kāi)發(fā)了一種對(duì)多晶硅棒表面溫度、直徑及生長(zhǎng)率等參量在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)多晶硅還原爐多參量的在線監(jiān)測(cè)方面的技

2、術(shù)空白，為建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制模型提供了科學(xué)依據(jù)。
　　 實(shí)踐證明，要想提高多晶硅的生產(chǎn)質(zhì)量，除了優(yōu)化生產(chǎn)工藝以外，還要做好硅棒表面溫度及直徑的測(cè)量工作。比如，升高溫度，可以增加氣體在硅芯上的沉積速率，但同時(shí)也會(huì)造成硅沉積的不均勻性，并帶來(lái)過(guò)多的能源消耗;反之，降低溫度，硅的沉積速率雖然會(huì)變慢，但當(dāng)溫度低到一定程度的時(shí)，又會(huì)引起硅棒斷裂，影響硅棒的繼續(xù)生長(zhǎng);另外，硅棒的直徑隨時(shí)間的變化情況，也是進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)以及研究進(jìn)料氣體

3、組成份比例的重要依據(jù)，不合理的配比會(huì)使硅棒生長(zhǎng)速率下降，大量消耗能源。但目前在多晶硅的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)硅棒表面溫度的測(cè)量采用的是紅外測(cè)溫儀，只能以點(diǎn)帶面;而對(duì)直徑的測(cè)量，則完全依靠工人的工作經(jīng)驗(yàn)通過(guò)目測(cè)進(jìn)行大概估計(jì)。顯而易見(jiàn)，這些方法會(huì)帶有一定的片面性、主觀性與偶然性。因此，就迫切需要一種能在還原爐內(nèi)部對(duì)多晶硅進(jìn)行溫度、直徑及生長(zhǎng)率等參量的在線監(jiān)測(cè)，為還原爐的優(yōu)化控制奠定基礎(chǔ)。
　　 本課題通過(guò)對(duì)多晶硅生產(chǎn)工藝和環(huán)境的調(diào)研，開(kāi)

4、發(fā)了一種基于比色測(cè)溫和雙目視覺(jué)技術(shù)的還原爐多參量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用近紅外CCD成像技術(shù)，以比色測(cè)溫原理和雙視覺(jué)測(cè)量原理為基礎(chǔ)，以數(shù)字圖像處理為手段，來(lái)完成對(duì)硅棒表面溫度、直徑及生長(zhǎng)率等參量的在線測(cè)量，為進(jìn)一步結(jié)合先進(jìn)的閉環(huán)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多晶硅還原爐的優(yōu)化控制奠定基礎(chǔ)。對(duì)多晶硅生長(zhǎng)圖像進(jìn)行了圖像預(yù)處理，以減少噪聲干擾，比如分析直方圖、中值濾波;用經(jīng)典邊緣提取算子和Hough變換對(duì)圖像中硅棒邊緣進(jìn)行檢測(cè)和定位。通過(guò)輻射原理分析了比色測(cè)

5、溫的理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)了圖像亮度和表面溫度之間的關(guān)系式，給出比色測(cè)溫的流程圖。介紹了雙視覺(jué)測(cè)量原理，建立了攝像機(jī)成像模型，闡述了攝像機(jī)標(biāo)定作的原理，并在Matlab開(kāi)發(fā)環(huán)境下，按照算法流程對(duì)其進(jìn)行了模擬，實(shí)現(xiàn)了還原爐內(nèi)硅棒表面溫度、直徑及生長(zhǎng)率等參量的在線測(cè)量。本項(xiàng)目致力于研制一種能在還原爐內(nèi)監(jiān)測(cè)多種重要參量的系統(tǒng)，并能根據(jù)所測(cè)結(jié)果結(jié)合當(dāng)時(shí)反應(yīng)條件以及工況建立最優(yōu)控制模型。該系統(tǒng)能提供實(shí)時(shí)可靠的參數(shù)數(shù)據(jù)，為硅棒生長(zhǎng)過(guò)程中的工藝調(diào)整提供可靠的