基于線陣CCD的高精度硅芯直徑測量系統(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)量硅芯的一個重要特征就是要保證硅芯生長時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化程度較低階段，對硅芯直徑的控制還完全依靠人眼的觀察，無法實現(xiàn)對硅芯直徑實時精確的測量，所以很難進

2、一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴大生產(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)對硅芯直徑實時精確的測量，為全自動化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
　　本文在詳細了解國內(nèi)外硅芯直徑測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際硅芯爐的特點。自主設(shè)計并搭建了一套以平行激光和線陣CCD構(gòu)成的光學(xué)測量裝置來實時測量硅芯直徑。其測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，測量系統(tǒng)中的難點是要對圖像進行去噪，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，準確地提取了圖像中的硅芯直徑信息。另外，軟件上實現(xiàn)了較強的適應(yīng)性，可以對實際工況中的光強不穩(wěn)定、多根硅芯同時生長等情況進行自動調(diào)節(jié)，可靠地實現(xiàn)了硅芯直徑精確檢測。本文還對通訊數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，將裝置的配置信息與測量結(jié)果合理分配在數(shù)據(jù)幀中，方便接入現(xiàn)有的電