蓝宝石炉自动引晶控制系统和单晶炉引晶控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106435731A(43)申请公布日2017.02.22(21)申请号201610785237.4(22)申请日2016.08.31(71)申请人南京晶升能源设备有限公司地址210000江苏省南京市南京经济技术开发区恒发路30-1号(72)发明人李辉毛洪英江世成宁斯琴樊传宁(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人李昊(51)Int.Cl.C30B29/20(2006.01)C30B15/26(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称蓝宝石炉自动引晶控制系统和单晶炉引晶控制方法(57)摘要本发明公开一种蓝宝石炉自动引晶控制系统和单晶炉引晶控制方法，其中控制系统包括称重传感器，信号放大器，摄像头，变焦镜头，图像采集卡，计算机，PLC，步进驱动器和步进电机，变焦镜头安装在摄像头上，摄像头设置于蓝宝石炉的观察窗口上并指向引晶位置，摄像头与图像采集卡连接，图像采集卡与计算机相互连接，计算机连接至PLC，称重传感器与信号放大器连接，信号放大器与PLC之间连接，PLC与步进驱动器之间连接，步进驱动器与步进电机之间连接。CN106435731ACN106435731A权利要求书1/2页1.一种蓝宝石炉自动引晶控制系统，其特征在于，包括称重传感器(1)，信号放大器(2)，摄像头(3)，变焦镜头(4)，图像采集卡(5)，计算机(6)，PLC(7)，步进驱动器(8)和步进电机(9)，所述变焦镜头(4)安装在摄像头(3)上，摄像头(3)设置于所述蓝宝石炉的观察窗口上并指向引晶位置，所述摄像头(2)与所述图像采集卡(5)连接，所述图像采集卡(5)与所述计算机(6)相互连接，所述计算机(6)连接至所述PLC(7)，所述称重传感器(1)与所述信号放大器(2)连接，所述信号放大器(2)与所述PLC(7)之间连接，所述PLC(7)与所述步进驱动器(8)之间连接，所述步进驱动器(8)所述与步进电机(9)之间连接。2.根据权利要求1所述的蓝宝石炉自动引晶控制系统，其特征在于，所述步进电机(9)包括提拉步进电机、旋转步进电机和变焦电机。3.根据权利要求1所述的蓝宝石炉自动引晶控制系统，其特征在于，所述变焦镜头(4)安装在摄像头(3)上，摄像头(3)通过视屏线与图像采集卡(5)连接，图像采集卡(5)插到计算机(6)的PCI插槽上，计算机(6)与PLC(7)之间用以太网连接，所述称重传感器(1)与信号放大器(2)之间通过屏蔽双绞线连接，信号放大器(2)与PLC(7)之间通过屏蔽双绞线连接，PLC(7)与步进驱动器(8)之间通过屏蔽双绞线连接，步进驱动器(8)与步进电机(9)之间通过屏蔽双绞线连接。4.根据权利要求1、2或3所述的单晶炉引晶控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过CCD摄像头采集到引晶画面后，传输给图像采集卡，经过AD转换后储存在图像存储单元里，通过计算机给图像采集模块指令后，图像采集卡将一帧静止图像进行DA转换显示给计算机，计算机对图像进行中值滤波处理：图像中选取一个像素为(3*3)的领域，X1X2X3X4X5X6X7X8X9然后将领域中的各个的灰度值按大小进行排序，设其排序为：X1≤X2≤X3≤X4≤X5≤X6≤X7≤X8≤X9；Y＝Mid{X1,X2,X3…X9}＝X5；取排序好的序列的中间值Y＝X5为中心点像素灰度新值，得到中值滤波后的图像；2)对滤波后的图像，使用Sobel算子。卷积因子如下：取一个像素为(3*3)的领域，Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9具体计算公式如下：Gx＝(Z7+2Z8+Z9)-(Z1+2Z2+Z3)Gy＝(Z3+2Z6+Z9)-(Z1+2Z4+Z7)2CN106435731A权利要求书2/2页然后计算梯度值：先求Tenengrad函数：2Sten(k)＝∑x∑y[G(x,y)]求得图像中Tenengrad函数值；3)开始引晶时，变焦电机先进行自动对焦，根据该算法求得相邻两帧图像Tenengrad函数值的结果进行比较，根据比较后的结果来控制调整变焦电机的转动方向，当输出图像的Tenengrad函数值为最大时停止转动，实现图像的自动对焦；摄像头对焦后，采样到的图像进行边缘检测：当梯度大于阀值则认为该点G(x,y)为边缘点，赋值为255，显示白色；当梯度小于阀值该点G(x,y)，赋值为0，显示黑色；通过改变调节阀值的大小得到晶体精确的边缘；通过实际籽晶尺寸与图像中籽晶包含的像素的比，得出实际物体与图像物体的比例系数；图像经过边缘检测获得椭圆的半圆弧状边缘，通过已知的摄像头角度，将此椭圆的半圆弧还原成圆形的圆弧，然后将此圆弧拟合成半圆，从中算出图像中晶体直径，再通过算出的比例系数，得出实际炉