[发明专利]一种晶体生长过程高宽比控制方法

说明书

本发明公开了一种晶体生长过程高宽比控制方法，属于生产过程控制领域。晶体生长系统包括生长装置、控制装置和基于视觉的尺寸检测装置。直流伺服电机带动载晶架顺时针旋转、停止、逆时针旋转、停止，循环运行。旋转停止时通过视觉系统在线检测晶体的尺寸，调节载晶架顺时针和逆时针旋转圈数、速度、停止时间，对生长晶体的高宽比进行控制，使成品晶体的高宽比接近1:1。本发明方法提高了大尺寸磷酸二氢钾晶体的质量。

技术领域

本发明涉及新型晶体生长控制系统，具体涉及一种晶体生长过程高宽比控制方法，属于生产过程控制领域。

背景技术

KDP(磷酸二氢钾，KH₂PO₄)晶体是一类优良的电光非线性光学材料，因其具有较大的电光和非线性光学系数、高的光损伤阈值、低的光学吸收、高的光学均匀性和良好的透过波段等特点而被广泛应用于激光、电光调制和光快速开关等高技术领域。

KDP晶体是在磷酸二氢钾的水溶液中生长，晶体生长的驱动力来源于溶液的过饱和度。由于KDP型晶体在水中的溶解度及其温度系数均较大，且溶液准稳定区也较宽，因此这种类型晶体的生长通常采用水溶液缓慢降温法。为了批量生产大尺寸优质的KDP晶体，生长过程中必须对生长晶体的高宽比进行控制，使成品晶体的高宽比接近1:1。

晶体生长系统包括生长装置、控制装置和基于视觉的尺寸检测装置：生长装置由带夹套的育晶罐、安装在育晶罐上部的测量育晶罐中生长溶液温度的热电阻、安装在育晶罐内的载晶架、安装在育晶罐顶部的带动载晶架正反转动的直流伺服电机、安装在育晶罐夹套内的电加热器、安装在育晶罐夹套外侧用于循环夹套水的循环泵、安装在育晶罐夹套上部侧面的出水口、夹套下部侧面的冷却水进口和安装在冷却水进水管道上的控制进夹套冷却水的电磁阀组成；控制装置由PLC、触摸屏、直流伺服驱动器、输入接口、输出接口和固态继电器组成；基于视觉的尺寸检测装置由光源、相机和计算机组成。

育晶罐内装满生长溶液，需培养生长的一个晶核放在载晶架上，由PLC控制直流伺服电机带动载晶架以一定的时间间隔顺时针、逆时针交错缓慢转动，使生长溶液与晶核充分接触。PLC检测生长溶液的温度，测量精度为±0.001℃，通过控制育晶罐夹套内的电加热器先加热夹套中的水，再通过罐壁热交换使育晶罐内生长溶液的温度控制精度达到±0.01℃，保持育晶罐内生长溶液的温度恒定并在一个生长周期(60天左右)内非常缓慢下降(从65℃缓慢降低到25℃)。在缓慢降温过程中，控制好降温速率，使晶体能够均匀、快速地生长；同时控制载晶架转动速度，对生长晶体的高宽比进行控制，使成品晶体的高宽比接近1:1。

发明内容

为了批量生产大尺寸优质的KDP晶体，本发明提供了一种晶体生长过程高宽比控制方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种晶体生长过程高宽比控制方法，采用晶体生长系统，所述晶体生长系统包括生长装置、控制装置和基于视觉的尺寸检测装置：生长装置包括带夹套的育晶罐、测量育晶罐中生长溶液温度的热电阻、安装在育晶罐内的载晶架、带动载晶架正反转动的直流伺服电机、安装在育晶罐夹套内的电加热器；控制装置包括PLC、触摸屏、直流伺服驱动器、输入输出接口、计时器；基于视觉的尺寸检测装置包括光源、相机和计算机。

晶体生长过程高宽比控制方法，具体包括以下步骤：