基于FPGA的熔硅液位检测系统研究
发布时间：2021-06-28 12:45
单晶硅是集成电路制造领域的关键原材料,是现代信息产业的支柱。随着大规模集成电路技术的快速发展,对单晶硅需求增大的同时对其品质的要求也更高。直拉单晶炉是生长单晶硅的关键技术设备,在单晶硅生长期间熔硅液位的变化会导致晶体内部产生缺陷,为保证单晶硅品质必须将熔硅液位保持在设定位置不变,因此对熔硅液位进行实时高精度检测是液位控制的重要前提。由于直拉单晶炉高温密闭的环境和特殊的机械构造,本文根据激光三角测量方法设计出—套基于FPGA的单晶炉熔硅液位检测系统。本系统以Cyclone IV系列FPGA作为核心控制器,由时钟控制模块、激光器模块、视频采集模块、数据存储模块、数据处理模块和显示模块构成,时钟控制模块为整个系统提供时钟以满足不同模块对时钟的需求。首先由单晶炉一侧安装的线激光器投射激光线到坩埚内熔硅液面,另一侧的CMOS摄像头采集到含有激光光线的液面图像;然后将图像采集模块输出的图像数据写入DDR2存储器中,完成一帧图像的存储;为提高算法处理精度,需要对每帧液面图像进行灰度化、二值化等处理得到仅含有激光线的二值图像,利用质心法计算激光线中心并进行Kalman滤波,根据液位和激光线位移的线性关...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
倒影法检测示意图
图 1-2 激光三角法液位测量示意图 Illustration of melt detection by laser triangulatio激光检测法测量原理相同，为了克服激光用的测量工具不同，利用线激光器投射信息，利用激光线在图像传感器中的成像比于点激光检测法，采用线激光发射器导致部分光斑在检测图像中丢失，但仍；而面阵图像传感器能够获得液面二维信息[21]。系统液位检测装置主要采用激光三角法测量原单晶炉另一侧图像传感器的三角关系从熔硅液位估计装置的数据处理部分主要构。
利用像移和待测物体实际位移间的对应关系，根据体表面的实际位移[26]。法光路设计主要分为两种：直射式方案和斜射式方案[26]。直激光束垂直打在被测物体的表面，然后由另一侧的光电传感于表面相对粗糙、散射性能好的被测物体。斜射式是指，物体表面的法线成一定角度，打到被测物体表面，另一侧光光斑的散射光和反射光，由光斑位置变化推导出物体表面的移的光滑表面位移的检测[26]。采用斜射式光路设计可以使光反射光和散射光，与直射式方案相比斜射式具有灵敏度更高稳定的优势[26]。设计方案选择单晶炉机械结构及其晶体生长工艺深入了解以后，由于坩埚的特点和单晶炉特殊的炉室构造，本文选择斜射式激光三，检测装置安装结构如图 2-1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA单精度浮点数算术运算系统的设计与仿真[J]. 谢四雄,李克俭,蔡启仲,潘绍明. 电子技术与软件工程. 2018(19)
[2]基于图像处理的蚂蚁计数方法研究[J]. 张震,肖冰冰. 软件工程. 2018(07)
[3]基于IIC总线的无线通信系统设计[J]. 王瑾,袁战军. 信息通信. 2017(08)
[4]远近场情况下MUSIC算法浅述[J]. 林智慧,张小木. 电子制作. 2017(09)
[5]直拉硅单晶生长过程建模与控制研究综述[J]. 刘丁,赵小国,赵跃. 控制理论与应用. 2017(01)
[6]激光辅助式昼夜监控系统的研制[J]. 刘云朋,赵锋. 科技通报. 2014(03)
[7]CCD与CMOS图像传感器辐射效应测试系统[J]. 李豫东,汪波,郭旗,玛丽娅,任建伟. 光学精密工程. 2013(11)
[8]基于激光三角测量原理的轨距检测系统研究[J]. 史红梅,张继科. 仪器仪表学报. 2013(09)
[9]12英寸硅单晶生长过程中熔液面位置控制方法研究[J]. 朱亮,周旗钢,戴小林,张果虎,曹建伟,邱敏秀. 人工晶体学报. 2011(05)
[10]直拉单晶硅中埚跟比的精确计算研究[J]. 王蕾. 电子工业专用设备. 2011(08)
博士论文
[1]一类复杂工业环境中若干关键参量检测与处理方法研究[D]. 张新雨.西安理工大学 2016
硕士论文
[1]基于DDR3的数字视频缓存与传输系统设计[D]. 王晓娟.中北大学 2017
[2]基于FPGA的视频图像处理系统的设计与实现[D]. 张雨沐.华南理工大学 2017
[3]基于TMS320DM368高清视频采集系统的设计与研究[D]. 雷春盛.东南大学 2015
[4]基于三角测量法的激光位移传感器的研究[D]. 贾琦.长春理工大学 2014
[5]基于FPGA二维激光位移传感器的研究[D]. 田义普.哈尔滨工业大学 2012
[6]基于CCD激光传感器液位高精度检测系统的研究[D]. 谢国红.长春理工大学 2011
[7]基于FPGA视频图像处理的研究[D]. 李轶博.电子科技大学 2010
[8]基于FPGA的数字图像处理[D]. 张杰.武汉科技大学 2009
[9]基于FPGA的浮点运算器设计[D]. 王冬冬.大连海事大学 2009
[10]基于MUSIC算法的空间谱估计技术的研究[D]. 唐马可.重庆大学 2008
本文编号：3254344
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
倒影法检测示意图
图 1-2 激光三角法液位测量示意图 Illustration of melt detection by laser triangulatio激光检测法测量原理相同，为了克服激光用的测量工具不同，利用线激光器投射信息，利用激光线在图像传感器中的成像比于点激光检测法，采用线激光发射器导致部分光斑在检测图像中丢失，但仍；而面阵图像传感器能够获得液面二维信息[21]。系统液位检测装置主要采用激光三角法测量原单晶炉另一侧图像传感器的三角关系从熔硅液位估计装置的数据处理部分主要构。
利用像移和待测物体实际位移间的对应关系，根据体表面的实际位移[26]。法光路设计主要分为两种：直射式方案和斜射式方案[26]。直激光束垂直打在被测物体的表面，然后由另一侧的光电传感于表面相对粗糙、散射性能好的被测物体。斜射式是指，物体表面的法线成一定角度，打到被测物体表面，另一侧光光斑的散射光和反射光，由光斑位置变化推导出物体表面的移的光滑表面位移的检测[26]。采用斜射式光路设计可以使光反射光和散射光，与直射式方案相比斜射式具有灵敏度更高稳定的优势[26]。设计方案选择单晶炉机械结构及其晶体生长工艺深入了解以后，由于坩埚的特点和单晶炉特殊的炉室构造，本文选择斜射式激光三，检测装置安装结构如图 2-1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA单精度浮点数算术运算系统的设计与仿真[J]. 谢四雄,李克俭,蔡启仲,潘绍明. 电子技术与软件工程. 2018(19)
[2]基于图像处理的蚂蚁计数方法研究[J]. 张震,肖冰冰. 软件工程. 2018(07)
[3]基于IIC总线的无线通信系统设计[J]. 王瑾,袁战军. 信息通信. 2017(08)
[4]远近场情况下MUSIC算法浅述[J]. 林智慧,张小木. 电子制作. 2017(09)
[5]直拉硅单晶生长过程建模与控制研究综述[J]. 刘丁,赵小国,赵跃. 控制理论与应用. 2017(01)
[6]激光辅助式昼夜监控系统的研制[J]. 刘云朋,赵锋. 科技通报. 2014(03)
[7]CCD与CMOS图像传感器辐射效应测试系统[J]. 李豫东,汪波,郭旗,玛丽娅,任建伟. 光学精密工程. 2013(11)
[8]基于激光三角测量原理的轨距检测系统研究[J]. 史红梅,张继科. 仪器仪表学报. 2013(09)
[9]12英寸硅单晶生长过程中熔液面位置控制方法研究[J]. 朱亮,周旗钢,戴小林,张果虎,曹建伟,邱敏秀. 人工晶体学报. 2011(05)
[10]直拉单晶硅中埚跟比的精确计算研究[J]. 王蕾. 电子工业专用设备. 2011(08)
博士论文
[1]一类复杂工业环境中若干关键参量检测与处理方法研究[D]. 张新雨.西安理工大学 2016
硕士论文
[1]基于DDR3的数字视频缓存与传输系统设计[D]. 王晓娟.中北大学 2017
[2]基于FPGA的视频图像处理系统的设计与实现[D]. 张雨沐.华南理工大学 2017
[3]基于TMS320DM368高清视频采集系统的设计与研究[D]. 雷春盛.东南大学 2015
[4]基于三角测量法的激光位移传感器的研究[D]. 贾琦.长春理工大学 2014
[5]基于FPGA二维激光位移传感器的研究[D]. 田义普.哈尔滨工业大学 2012
[6]基于CCD激光传感器液位高精度检测系统的研究[D]. 谢国红.长春理工大学 2011
[7]基于FPGA视频图像处理的研究[D]. 李轶博.电子科技大学 2010
[8]基于FPGA的数字图像处理[D]. 张杰.武汉科技大学 2009
[9]基于FPGA的浮点运算器设计[D]. 王冬冬.大连海事大学 2009
[10]基于MUSIC算法的空间谱估计技术的研究[D]. 唐马可.重庆大学 2008
本文编号：3254344
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3254344.html
