單晶硅是集成電路制造領(lǐng)域的關(guān)鍵原材料,是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的支柱。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展,對單晶硅需求增大的同時對其品質(zhì)的要求也更高。直拉單晶爐是生長單晶硅的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備,在單晶硅生長期間熔硅液位的變化會導(dǎo)致晶體內(nèi)部產(chǎn)生缺陷,為保證單晶硅品質(zhì)必須將熔硅液位保持在設(shè)定位置不變,因此對熔硅液位進(jìn)行實時高精度檢測是液位控制的重要前提。由于直拉單晶爐高溫密閉的環(huán)境和特殊的機(jī)械構(gòu)造,本文根據(jù)激光三角測量方法設(shè)計出—套基于FPGA的單晶爐熔硅液位檢測系統(tǒng)。本系統(tǒng)以Cyclone IV系列FPGA作為核心控制器,由時鐘控制模塊、激光器模塊、視頻采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊構(gòu)成,時鐘控制模塊為整個系統(tǒng)提供時鐘以滿足不同模塊對時鐘的需求。首先由單晶爐一側(cè)安裝的線激光器投射激光線到坩堝內(nèi)熔硅液面,另一側(cè)的CMOS攝像頭采集到含有激光光線的液面圖像;然后將圖像采集模塊輸出的圖像數(shù)據(jù)寫入DDR2存儲器中,完成一幀圖像的存儲;為提高算法處理精度,需要對每幀液面圖像進(jìn)行灰度化、二值化等處理得到僅含有激光線的二值圖像,利用質(zhì)心法計算激光線中心并進(jìn)行Kalman濾波,根據(jù)液位和激光線位移的線性關(guān)... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

倒影法檢測示意圖

圖 1-2 激光三角法液位測量示意圖 Illustration of melt detection by laser triangulatio激光檢測法測量原理相同，為了克服激光用的測量工具不同，利用線激光器投射信息，利用激光線在圖像傳感器中的成像比于點(diǎn)激光檢測法，采用線激光發(fā)射器導(dǎo)致部分光斑在檢測圖像中丟失，但仍；而面陣圖像傳感器能夠獲得液面二維信息[21]。系統(tǒng)液位檢測裝置主要采用激光三角法測量原單晶爐另一側(cè)圖像傳感器的三角關(guān)系從熔硅液位估計裝置的數(shù)據(jù)處理部分主要構(gòu)。

利用像移和待測物體實際位移間的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)體表面的實際位移[26]。法光路設(shè)計主要分為兩種：直射式方案和斜射式方案[26]。直激光束垂直打在被測物體的表面，然后由另一側(cè)的光電傳感于表面相對粗糙、散射性能好的被測物體。斜射式是指，物體表面的法線成一定角度，打到被測物體表面，另一側(cè)光光斑的散射光和反射光，由光斑位置變化推導(dǎo)出物體表面的移的光滑表面位移的檢測[26]。采用斜射式光路設(shè)計可以使光反射光和散射光，與直射式方案相比斜射式具有靈敏度更高穩(wěn)定的優(yōu)勢[26]。設(shè)計方案選擇單晶爐機(jī)械結(jié)構(gòu)及其晶體生長工藝深入了解以后，由于坩堝的特點(diǎn)和單晶爐特殊的爐室構(gòu)造，本文選擇斜射式激光三，檢測裝置安裝結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于FPGA單精度浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算系統(tǒng)的設(shè)計與仿真[J]. 謝四雄,李克儉,蔡啟仲,潘紹明.  電子技術(shù)與軟件工程. 2018(19)
[2]基于圖像處理的螞蟻計數(shù)方法研究[J]. 張震,肖冰冰.  軟件工程. 2018(07)
[3]基于IIC總線的無線通信系統(tǒng)設(shè)計[J]. 王瑾,袁戰(zhàn)軍.  信息通信. 2017(08)
[4]遠(yuǎn)近場情況下MUSIC算法淺述[J]. 林智慧,張小木.  電子制作. 2017(09)
[5]直拉硅單晶生長過程建模與控制研究綜述[J]. 劉丁,趙小國,趙躍.  控制理論與應(yīng)用. 2017(01)
[6]激光輔助式晝夜監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J]. 劉云朋,趙鋒.  科技通報. 2014(03)
[7]CCD與CMOS圖像傳感器輻射效應(yīng)測試系統(tǒng)[J]. 李豫東,汪波,郭旗,瑪麗婭,任建偉.  光學(xué)精密工程. 2013(11)
[8]基于激光三角測量原理的軌距檢測系統(tǒng)研究[J]. 史紅梅,張繼科.  儀器儀表學(xué)報. 2013(09)
[9]12英寸硅單晶生長過程中熔液面位置控制方法研究[J]. 朱亮,周旗鋼,戴小林,張果虎,曹建偉,邱敏秀.  人工晶體學(xué)報. 2011(05)
[10]直拉單晶硅中堝跟比的精確計算研究[J]. 王蕾.  電子工業(yè)專用設(shè)備. 2011(08)

博士論文
[1]一類復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中若干關(guān)鍵參量檢測與處理方法研究[D]. 張新雨.西安理工大學(xué) 2016

碩士論文
[1]基于DDR3的數(shù)字視頻緩存與傳輸系統(tǒng)設(shè)計[D]. 王曉娟.中北大學(xué) 2017
[2]基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 張雨沐.華南理工大學(xué) 2017
[3]基于TMS320DM368高清視頻采集系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]. 雷春盛.東南大學(xué) 2015
[4]基于三角測量法的激光位移傳感器的研究[D]. 賈琦.長春理工大學(xué) 2014
[5]基于FPGA二維激光位移傳感器的研究[D]. 田義普.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[6]基于CCD激光傳感器液位高精度檢測系統(tǒng)的研究[D]. 謝國紅.長春理工大學(xué) 2011
[7]基于FPGA視頻圖像處理的研究[D]. 李軼博.電子科技大學(xué) 2010
[8]基于FPGA的數(shù)字圖像處理[D]. 張杰.武漢科技大學(xué) 2009
[9]基于FPGA的浮點(diǎn)運(yùn)算器設(shè)計[D]. 王冬冬.大連海事大學(xué) 2009
[10]基于MUSIC算法的空間譜估計技術(shù)的研究[D]. 唐馬可.重慶大學(xué) 2008



本文編號：3254344