[发明专利]蓝宝石炉自动引晶控制系统和单晶炉引晶控制方法

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。

主权项

1.一种单晶炉引晶控制方法，采用的蓝宝石炉自动引晶包括称重传感器(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)与所述步进电机(9)之间连接，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，X1 X2 X3X4 X5 X6X7 X8 X9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，Z1 Z2 Z3Z4 Z5 Z6Z7 Z8 Z9具体计算公式如下：Gx＝(Z7+2Z8+Z9)‑(Z1+2Z2+Z3)Gy＝(Z3+2Z6+Z9)‑(Z1+2Z4+Z7)然后计算梯度值：先求Tenengrad函数：Sten(k)＝ΣxΣy [G(x ,y)]2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：当梯度大于阈值则认为该点G(x ,y)为边缘点，赋值为255，显示白色；当梯度小于阈值该点G(x ,y)，赋值为0，显示黑色；通过改变调节阈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，得出实际炉内晶体直径。