嵌入式Linux的晶體生長(cháng)控徑的研究

1 引言

隨著(zhù)單晶硅片制造向大直徑化發(fā)展，直拉法單晶硅生長(cháng)技術(shù)在單晶硅制造中逐漸顯出其主導地位。為使結晶過(guò)程更加穩定和實(shí)用有效，則需提高對工藝參數的控制精度，基于CCD攝像掃描識別技術(shù)的單晶硅等徑生長(cháng)速度控制技術(shù)得到業(yè)界的重視。

基于arm的單晶硅測徑系統具有巨大的市場(chǎng)潛力。因此，這里研究了單晶硅測徑系統的圖像采集、處理及顯示。

2 整體方案設計

系統上電后，CCD攝像頭拍攝單晶爐爐膛內晶體硅棒生長(cháng)區域圖像，并傳送至嵌入式系統，通過(guò)觀(guān)察在VGA接口顯示器上顯示的圖像清晰度來(lái)對攝像頭調焦。圖像經(jīng)數字圖像處理程序處理，計算出單晶硅棒的瞬時(shí)直徑。系統把直徑的數字量送至D/A轉換器，再把轉換的模擬量送至主控系統中判決，執行機構根據判決結果修正提拉速度。

3 Linux平臺開(kāi)發(fā)

通常采用host/target(即“主機/目標機”)方式進(jìn)行嵌入式開(kāi)發(fā)。先在主機(一般為PC)強大便捷的開(kāi)發(fā)環(huán)境下開(kāi)發(fā)出應用程序，然后利用串口和網(wǎng)絡(luò )將程序下載到目標機(即嵌入式平臺)上，用目標機配備的仿真器或主機上的交叉調試器對目標機上的程序進(jìn)行調試排錯，最后將調試成功的目標程序編譯至Linux內核，下載燒寫(xiě)新的內核，即完成整個(gè)Linux平臺開(kāi)發(fā)。

用戶(hù)程序采用以下方式開(kāi)發(fā)調試：在主機上通過(guò)交叉編譯器編譯用戶(hù)程序，生成可在目標板上執行的二進(jìn)制文件，通過(guò)串口或網(wǎng)絡(luò )僅將用戶(hù)程序下載到目標板上，用主機上的仿真終端仿真目標機，進(jìn)行調試。

4 等徑過(guò)程的直徑測量算法實(shí)現

圖l為軟件測量系統的流程。這里研究的是等徑過(guò)程中的圖像處理，采用全局閾值的極小值法對灰度圖像進(jìn)行二值化處理，得到的二值化圖像僅包含光圈信息，達到預期效果。如圖2所示。其中2a為原始圖像，2b為處理后的圖像。

圖3為圖像測量過(guò)程，圖像經(jīng)邊界捕捉，獲得半橢圓弧圖形，再通過(guò)己知的拍攝角度，將此橢圓的半圓弧還原為圓形的半圓弧，然后將此半圓弧擬合成圓弧，在圓弧上捕捉出最大直徑位置，通過(guò)亞像素原理獲得此直徑的像素值。

捕捉最大直徑時(shí)，通過(guò)預先設定的捕捉位置(見(jiàn)圖3)獲得當前AB距離值，將捕捉位置通過(guò)2分法上移，得到一個(gè)最大AB距離值作為直徑值。依次掃描出5條線(xiàn)，分別為AlBl、A282、A383、A484、A585，相鄰的兩條線(xiàn)相隔2個(gè)像素點(diǎn)的距離。設A1Bl～A585到圓心的距離分別為別為h1、h2、h3、h4、h5，圓的半徑為R，則可列出6個(gè)方程：

求解該方程組，可得10組半徑值。去除兩組最大值和兩組最小值，對剩余6組半徑值求解平均值，所求平均值即為半徑值R，則所求直徑值D=2R。

5 控件(D/A轉換)設計

根據上位機具體要求，需為其提供具有特定電平的模擬信號。采用高速高精度TLV5616型D/A轉換器。該器件為12位3μs串行D/A轉換器，采用8引腳的SOIC封裝。TLV5616所要求提供的供電電壓為3～5 V，其最小的參考電壓為2.7 V，由于不具備控制功能，即需要轉換時(shí)，把數字信號轉換成模擬信號，故該器件需與5l系列微控制器相配合工作。選用常用的89C5l單片機為其提供DIN，SCLK和FS信號。圖4為控件電路連接圖。由于參考電平較小，為保證其在傳輸過(guò)程中不受干擾，故在輸出端加入放大電路。圖5是控件實(shí)測波形圖片。

6 結束語(yǔ)

利用嵌入式技術(shù)測量并控制直拉法晶體硅棒生長(cháng)速度，實(shí)現測量數據可讀化。通過(guò)機器視覺(jué)測徑技術(shù)取代傳統的Ircon測徑技術(shù)，使單晶硅生長(cháng)測徑更加精確、可靠。