RU2176689C2 - Method of measuring crystal diameter in crystal growth unit - Google Patents
Method of measuring crystal diameter in crystal growth unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2176689C2 RU2176689C2 RU98111901A RU98111901A RU2176689C2 RU 2176689 C2 RU2176689 C2 RU 2176689C2 RU 98111901 A RU98111901 A RU 98111901A RU 98111901 A RU98111901 A RU 98111901A RU 2176689 C2 RU2176689 C2 RU 2176689C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crystal
- melt
- diameter
- measuring
- boundary
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области выращивания кристаллов и может быть использовано в ростовых установках для измерения диаметра кристалла и уровня расплава. The invention relates to the field of growing crystals and can be used in growth plants for measuring the diameter of the crystal and the level of the melt.
Измерение и отслеживание величины диаметра выращиваемого кристалла, а также определение уровня расплава имеют решающее значение для обеспечения работы автоматизированной системы управления ростовой установкой. Отказы в работе устройства для измерения диаметра кристалла и недостаточная точность его работы, а также ненадежная работа датчика уровня расплава приводят к нарушению технологического процесса выращивания и появлению некачественных (бракованных) кристаллов. Measurement and tracking of the diameter of the grown crystal, as well as determining the level of the melt, are crucial to ensure the operation of the automated control system of the growth plant. Failures in the operation of the device for measuring the diameter of the crystal and the insufficient accuracy of its operation, as well as the unreliable operation of the melt level sensor lead to disruption of the technological process of growing and the appearance of low-quality (defective) crystals.
Известны различные способы измерения диаметра кристалла, среди которых аналогами данного изобретения являются способы, описания которых опубликованы в заявках на патенты и патентах, рассмотренных ниже. Various methods are known for measuring the diameter of a crystal, among which analogues of the present invention are methods whose descriptions are published in patent applications and patents discussed below.
Способ регулирования диаметра монокристалла (заявка на патент, Япония, N 57-143323, МКИ C 30 B 15/28, 1991 г., "Изобретения стран мира", МКИ C 30, N 6, 1993), в соответствии с которым в процессе выращивания кристалла измерение и регулировку его диаметра осуществляют путем измерения массы вытягиваемого монокристалла. The method of controlling the diameter of the single crystal (patent application, Japan, N 57-143323, MKI C 30 B 15/28, 1991, "Inventions of the world", MKI C 30, N 6, 1993), according to which in the process Crystal growing measurement and adjustment of its diameter is carried out by measuring the mass of the drawn single crystal.
Способ и устройство для измерения диаметра кристалла, используемые в автоматически регулируемом процессе выращивания кристаллов (заявка на патент, ЕПВ, N 0450502, МКИ C 30 B 15/26, 1991 г., "Изобретения стран мира", МКИ C 30, N 2, 1993). Для измерения диаметра кристалла с помощью видеокамеры получают изображение растущего участка кристалла и определяют наружный диаметр светлого кольца на изображении и используют полученное значение для регулирования диаметра кристалла. Method and device for measuring the diameter of a crystal used in an automatically controlled crystal growing process (patent application EPO N 0450502 MKI C 30 B 15/26, 1991, "Inventions of the World", MKI C 30, N 2, 1993). To measure the diameter of the crystal using a video camera, an image of the growing section of the crystal is obtained and the outer diameter of the light ring in the image is determined and the obtained value is used to control the diameter of the crystal.
Наиболее близким прототипом к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для измерения диаметра кристалла (патент США N 4794263, МКИ C 30 B 15/26, 1988 г., "Изобретения стран мира" МКИ C 30, N 9, 1989). Это устройство содержит оптический датчик, фиксирующий линию, которая пересекает в одной точке световое кольцо, образовавшееся на границе между кристаллом и расплавом. При этом устройство снабжено дискриминатором, выделяющим положение элементарной площадки с максимальной яркостью путем анализа изображения, переданного оптическим датчиком, и содержит датчик определения уровня расплава. На основе положения границы между кристаллом и расплавом, выделенной дискриминатором, и показаний датчика уровня рассчитывается диаметр кристалла. The closest prototype to the invention according to the set of essential features is a device for measuring the diameter of the crystal (US patent N 4794263, MKI C 30 B 15/26, 1988, "Inventions of the world" MKI C 30, N 9, 1989). This device contains an optical sensor that detects a line that intersects at one point the light ring formed at the boundary between the crystal and the melt. Moreover, the device is equipped with a discriminator that distinguishes the position of the elementary area with maximum brightness by analyzing the image transmitted by the optical sensor, and contains a sensor for determining the melt level. Based on the position of the boundary between the crystal and the melt identified by the discriminator, and the readings of the level sensor, the crystal diameter is calculated.
Сущность известного способа измерения диаметра заключается в том, что с помощью измерителя, установленного под некоторым углом к поверхности расплава, определяют положение границы между кристаллом и расплавом и одновременно посредством датчика уровня определяют уровень расплава и в соответствии с полученными значениями рассчитывают диаметр кристалла. The essence of the known method for measuring the diameter is that using a meter installed at a certain angle to the surface of the melt, determine the position of the boundary between the crystal and the melt and at the same time determine the melt level by means of a level sensor and calculate the crystal diameter in accordance with the obtained values.
Недостатком известного способа измерения диаметра кристалла является то, что в результате расчета диаметра возникают существенные погрешности или сбои. Это объясняется тем, что датчик уровня в независимости от принципа его действия работает ненадежно и не обеспечивает стабильных результатов, так как определение уровня расплава осуществляется в зоне, удаленной от границы между кристаллом и расплавом, и где при вращении тигля поверхность расплава принимает форму параболоида и на ней возникают волны. The disadvantage of this method of measuring the diameter of the crystal is that as a result of calculating the diameter, significant errors or malfunctions occur. This is explained by the fact that, regardless of the principle of its action, the level sensor does not work reliably and does not provide stable results, since the melt level is determined in the zone remote from the boundary between the crystal and the melt, and where the melt surface takes the form of a paraboloid and waves arise in it.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности и точности измерения диаметра кристалла, а также возможность одновременно определять уровень расплава. The aim of the present invention is to increase the reliability and accuracy of measuring the diameter of the crystal, as well as the ability to simultaneously determine the level of the melt.
Сущность изобретения заключается в том, что с помощью измерителя, установленного под некоторым углом к расплаву, определяют положение границы между кристаллом и расплавом и одновременно определяют положение этой границы посредством другого идентичного измерителя, установленного в плоскости, проходящей через ось вращения кристалла и ось измерителя, и в соответствии с полученными данными рассчитывают диаметр кристалла и уровень расплава. The essence of the invention lies in the fact that using a meter installed at a certain angle to the melt, determine the position of the boundary between the crystal and the melt and at the same time determine the position of this border by another identical meter installed in a plane passing through the axis of rotation of the crystal and the axis of the meter, and in accordance with the data obtained, the crystal diameter and melt level are calculated.
На чертеже изображена схема предлагаемого способа измерения диаметра кристалла в ростовой установке. The drawing shows a diagram of the proposed method for measuring the diameter of the crystal in a growth installation.
В соответствии с предлагаемым способом посредством двух измерителей 1 и 2, выполненных, например, в виде оптических приборов с фотоприемными линейками и расположенных в вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения кристалла 3, под разными углами к поверхности расплава 4, определяют положение границы E между кристаллом и расплавом в виде углов A и B (рад) и с учетом расстояний a и b (м) соответственно от измерителей 1 и 2 до оси вращения кристалла и расстояния c (м) между измерителями, измеренного в вертикальном направлении, определяют диаметр кристалла d (м) по формуле
Преимущество предложенного способа измерения диаметра кристалла в ростовой установке по сравнению с известным заключается в том, что измерение осуществляют только в зоне стабильного состояния расплава и поэтому повышаются как надежность, так и точность измерения диаметра кристалла.In accordance with the proposed method, by means of two meters 1 and 2, made, for example, in the form of optical devices with photodetector arrays and located in a vertical plane passing through the axis of rotation of the crystal 3, at different angles to the surface of the melt 4, determine the position of the boundary E between the crystal and the melt in the form of angles A and B (rad) and taking into account the distances a and b (m), respectively, from meters 1 and 2 to the axis of rotation of the crystal and the distance c (m) between the meters, measured in the vertical direction, determine the diameter crystal d (m) according to the formula
The advantage of the proposed method for measuring the diameter of a crystal in a growth installation compared to the known one is that the measurement is carried out only in the zone of a stable state of the melt and therefore both the reliability and accuracy of measuring the diameter of the crystal are increased.
Кроме того, предложенный способ измерения диаметра кристалла позволяет одновременно измерять и уровень расплава h (м), который может быть определен по формуле
Благодаря указанным достоинствам предлагаемый способ может быть применен в любой действующей ростовой установке для измерения диаметра кристалла и определения уровня расплава.In addition, the proposed method for measuring the diameter of the crystal allows you to simultaneously measure the melt level h (m), which can be determined by the formula
Due to these advantages, the proposed method can be applied in any existing growth installation for measuring the diameter of the crystal and determining the level of the melt.
В подтверждение корректности заявленных формул рассмотрим пример конкретного расчета по ним диаметра кристалла и уровня расплава. In confirmation of the correctness of the claimed formulas, we consider an example of a specific calculation of the crystal diameter and melt level.
Исходные данные для расчета:
1. Расстояния, характеризующие места расположения измерителей, a - 0,2 м, b - 0,3 м, c - 0,05 м.The initial data for the calculation:
1. Distances characterizing the location of the meters, a - 0.2 m, b - 0.3 m, c - 0.05 m.
2. Углы A и B, величины которых определены посредством измерителей, A - 1,325818 рад, B - 1,144169 рад. 2. Angles A and B, the values of which are determined by means of measuring instruments, A - 1.325818 rad, B - 1.144169 rad.
Определяем диаметр кристалла d и уровень расплава h по формулам
После подстановки значений a, b, c, A и B получаем
After substituting the values a, b, c, A and B, we obtain
Claims (1)
где a, b, с - постоянные величины, характеризующие места расположения измерителей, м;
А и В - значения углов, снятых с измерителей и определяющих положение границы между кристаллом и расплавом, рад.A method for measuring the diameter of a crystal in a growth installation, in which using the meter installed at a certain angle to the melt, determine the position of the boundary between the crystal and the melt, characterized in that at the same time determine the position of the boundary between the crystal and the melt by means of another meter installed in a plane passing through the axis of rotation of the crystal and the axis of the meter, and in accordance with the data obtained, calculate the diameter of the crystal d and the melt level h according to the formulas
where a, b, c are constant values characterizing the location of the meters, m;
A and B are the values of the angles taken from the meters and determining the position of the boundary between the crystal and the melt, rad.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98111901A RU2176689C2 (en) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | Method of measuring crystal diameter in crystal growth unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98111901A RU2176689C2 (en) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | Method of measuring crystal diameter in crystal growth unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98111901A RU98111901A (en) | 2000-04-10 |
| RU2176689C2 true RU2176689C2 (en) | 2001-12-10 |
Family
ID=20207560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98111901A RU2176689C2 (en) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | Method of measuring crystal diameter in crystal growth unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2176689C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2227819C1 (en) * | 2003-03-06 | 2004-04-27 | Сидельников Сергей Алексеевич | Method of control of level of melt in crucible in the course of crystal growth |
| RU2261298C2 (en) * | 2003-10-27 | 2005-09-27 | Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской Академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Method of measuring crystal diameter in growth apparatus |
| RU2263165C1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-10-27 | Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской Академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Method of measurement of level of melt and diameter of crystal in crystal growth plant |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4350557A (en) * | 1974-06-14 | 1982-09-21 | Ferrofluidics Corporation | Method for circumferential dimension measuring and control in crystal rod pulling |
| US4617173A (en) * | 1984-11-30 | 1986-10-14 | General Signal Corporation | System for controlling the diameter of a crystal in a crystal growing furnace |
| US4794263A (en) * | 1986-10-29 | 1988-12-27 | Shinetsu Handotai Kabushiki Kaisha | Apparatus for measuring crystal diameter |
| WO1998009007A1 (en) * | 1996-08-30 | 1998-03-05 | Sumitomo Metal Industries., Ltd. | Method and apparatus for pulling single crystal |
-
1998
- 1998-06-16 RU RU98111901A patent/RU2176689C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4350557A (en) * | 1974-06-14 | 1982-09-21 | Ferrofluidics Corporation | Method for circumferential dimension measuring and control in crystal rod pulling |
| US4617173A (en) * | 1984-11-30 | 1986-10-14 | General Signal Corporation | System for controlling the diameter of a crystal in a crystal growing furnace |
| US4794263A (en) * | 1986-10-29 | 1988-12-27 | Shinetsu Handotai Kabushiki Kaisha | Apparatus for measuring crystal diameter |
| WO1998009007A1 (en) * | 1996-08-30 | 1998-03-05 | Sumitomo Metal Industries., Ltd. | Method and apparatus for pulling single crystal |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КОЗЛОВСКИЙ Г.П. и др. Оптическое устройство контроля диаметра кристалла на установках "Редмет-8". Тр. Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цветметавтоматика". 1975, вып.8, с. 62-64. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2227819C1 (en) * | 2003-03-06 | 2004-04-27 | Сидельников Сергей Алексеевич | Method of control of level of melt in crucible in the course of crystal growth |
| RU2261298C2 (en) * | 2003-10-27 | 2005-09-27 | Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской Академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Method of measuring crystal diameter in growth apparatus |
| RU2263165C1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-10-27 | Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской Академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Method of measurement of level of melt and diameter of crystal in crystal growth plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20070182952A1 (en) | Automatic collimation device for surveying apparatus | |
| CN208254753U (en) | A kind of device measuring bridge dynamic deflection | |
| WO1993009407A1 (en) | Method for liquid flow measuring and apparatus to practise this method | |
| CN101472796A (en) | Position detector | |
| JP3347035B2 (en) | Optical declination measuring device and underground excavator position measuring device | |
| CN107014296A (en) | Comprehensive inspection car OCS inspecting system high speed orientation triggering method and device | |
| RU2176689C2 (en) | Method of measuring crystal diameter in crystal growth unit | |
| US4978221A (en) | Laser distance and altitude measuring apparatus | |
| CN109799078B (en) | A device and method for measuring the focal length of a collimator by using moire fringe magnification | |
| JP2001221636A (en) | Three-dimensional coordinate measuring method and measuring device | |
| RU2542292C2 (en) | Method of measuring level of melt and rotational speed thereof when growing crystals | |
| JPS61172032A (en) | Optical raindrop and snow flake discrimination apparatus | |
| JPH08210854A (en) | Method for determining slant angle of coded level-surveying pole | |
| RU2263165C1 (en) | Method of measurement of level of melt and diameter of crystal in crystal growth plant | |
| JP3009097B2 (en) | Excavation direction control method and excavation direction display device | |
| RU2281349C2 (en) | Method for measuring melt level at growing crystals | |
| JP3421922B2 (en) | Alignment fluctuation measurement device | |
| JP3239682B2 (en) | Segment position measurement method | |
| CN113238242A (en) | Self-adaptive constant gain laser scanning range finder | |
| RU2208166C1 (en) | Device for determination of tunneling shield position | |
| JPH04300283A (en) | Method for measuring liquid surface level in cz method | |
| CN220795465U (en) | Laser radar course angle detection device | |
| RU2261298C2 (en) | Method of measuring crystal diameter in growth apparatus | |
| SU1753273A1 (en) | Device for determining coordinates of object | |
| JPH0446371B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100617 |