本發(fā)明涉及單晶生長，更具體地說，本發(fā)明涉及一種晶體爐的控制方法。

背景技術(shù)：

1、晶體爐是用于將多晶材料熔化后并加工生長出單晶材料的設(shè)備，由于晶體爐內(nèi)部的各類運(yùn)行環(huán)境會(huì)實(shí)時(shí)變化，使得晶體爐內(nèi)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)往往難以保持穩(wěn)定和可控，進(jìn)而導(dǎo)致單晶材料的生長出現(xiàn)低質(zhì)量的問題，破壞了晶體爐的運(yùn)行狀態(tài)，為了維持晶體爐的平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，提高單晶材料的生長質(zhì)量，就需要對晶體爐進(jìn)行準(zhǔn)確控制。

2、參考公開號(hào)為cn117626411a的專利申請公開了晶體爐真空控制系統(tǒng)及真空度控制方法，包括聲波傳感器，用于采集晶體爐內(nèi)的聲波信號(hào)；預(yù)處理模塊，用于對采集的聲波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并提取出聲波信號(hào)的特征參數(shù)；異常診斷模塊，用于根據(jù)聲波信號(hào)的特征參數(shù)，判斷晶體爐內(nèi)的真空度是否存在異常，并輸出異常診斷結(jié)果；預(yù)測模塊，用于根據(jù)聲波信號(hào)的特征參數(shù)、設(shè)定的真空度目標(biāo)值以及異常診斷結(jié)果，預(yù)測晶體爐內(nèi)的真空度變化趨勢，并確定晶體爐內(nèi)的真空度調(diào)節(jié)需求；控制模塊，用于根據(jù)真空度調(diào)節(jié)需求，計(jì)算出晶體爐內(nèi)的本效平衡控制參數(shù)，包括真空泵的開關(guān)狀態(tài)、閥門的開度以及氣體的流量；執(zhí)行模塊，用于根據(jù)本效平衡控制參數(shù)，控制晶體爐內(nèi)的相關(guān)設(shè)備，包括真空泵、閥門和氣體注入裝置，以調(diào)節(jié)晶體爐內(nèi)的真空度，其能夠通過采集和分析晶體爐內(nèi)的電離信號(hào)，增加真空度診斷的信息量和可靠性，提高真空度診斷的準(zhǔn)確性和靈敏度；通過對電離信號(hào)和聲波信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理，能夠綜合考慮兩種信號(hào)的影響，得到真空度的綜合特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)真空度異常的綜合診斷；

3、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：

4、現(xiàn)有的晶體爐的控制方法通過實(shí)時(shí)采集晶體爐內(nèi)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入預(yù)測模型內(nèi)預(yù)測出實(shí)時(shí)的晶體爐運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)晶體爐的優(yōu)化控制，由于晶體爐中單晶材料的生長過程是連續(xù)不間斷的，當(dāng)采用實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)預(yù)測運(yùn)行狀態(tài)的方式時(shí)，只能夠?qū)w爐當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，無法對即將到來的下一時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行提前預(yù)測，從而無法準(zhǔn)確且提前制定出相對應(yīng)的控制措施，使得晶體爐的控制措施存在滯后性，降低了晶體爐的控制效果。

5、鑒于此，本發(fā)明提出一種晶體爐的控制方法以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種晶體爐的控制方法，應(yīng)用于控制終端，包括：

2、s1：獲取晶體爐的基礎(chǔ)運(yùn)行參數(shù)，并基于安全運(yùn)維準(zhǔn)則，判定晶體爐是否滿足運(yùn)維控制需求；若滿足運(yùn)維控制需求，執(zhí)行s2；若不滿足運(yùn)維控制需求，重復(fù)執(zhí)行s1；

3、s2：從采集周期中劃分出采集時(shí)段，并采集晶體爐在采集時(shí)段中的綜合運(yùn)行參數(shù)，綜合運(yùn)行參數(shù)包括局域溫度遞增值、爐壓衰減率和單晶直徑恒定度；

4、s3：將采集到的綜合運(yùn)行參數(shù)輸入到提前訓(xùn)練好的預(yù)測出下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值的狀態(tài)預(yù)測模型中，預(yù)測出下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值，并判定是否發(fā)出控制提示；若不發(fā)出控制提示，重復(fù)執(zhí)行s3；若發(fā)出控制提示，執(zhí)行s4-s5；

5、s4：從綜合運(yùn)行參數(shù)中識(shí)別出控制目標(biāo)數(shù)據(jù)，并制定出對應(yīng)的優(yōu)化控制指令，優(yōu)化控制指令包括降低局域溫度遞增值指令、降低爐壓衰減率指令和升高單晶直徑恒定度指令；

6、s5：統(tǒng)計(jì)控制目標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)量，并結(jié)合執(zhí)行優(yōu)先級，控制晶體爐執(zhí)行優(yōu)化控制指令，直至不發(fā)出控制提示。

7、進(jìn)一步的，基礎(chǔ)運(yùn)行參數(shù)包括爐內(nèi)溫度值和爐內(nèi)壓力值；

8、安全運(yùn)維準(zhǔn)則為：基礎(chǔ)運(yùn)行參數(shù)中不存在不合格參數(shù)；

9、是否滿足運(yùn)維控制需求的判定方法包括：

10、將爐內(nèi)溫度值與溫度下限值比較，當(dāng)爐內(nèi)溫度值小于溫度下限值時(shí)，將爐內(nèi)溫度值標(biāo)記為不合格參數(shù)；

11、將爐內(nèi)壓力值與壓力下限值比較，當(dāng)爐內(nèi)壓力值小于壓力下限值時(shí)，將爐內(nèi)壓力值標(biāo)記為不合格參數(shù)；

12、統(tǒng)計(jì)不合格參數(shù)的數(shù)量，當(dāng)不合格參數(shù)的數(shù)量為0時(shí)，，判定滿足運(yùn)維控制需求；

13、當(dāng)不合格參數(shù)的數(shù)量不為0時(shí)，判定不滿足運(yùn)維控制需求。

14、進(jìn)一步的，采集時(shí)段的劃分方法包括：

15、通過時(shí)間戳查詢晶體爐第一次滿足運(yùn)維控制需求的時(shí)刻，記為周期起始時(shí)刻；

16、將周期起始時(shí)刻至當(dāng)前時(shí)刻之間的時(shí)段記為采集周期；

17、以預(yù)設(shè)單位時(shí)長為標(biāo)準(zhǔn)，將采集周期劃分為i個(gè)連續(xù)的采集時(shí)段，并標(biāo)記出i個(gè)采集時(shí)段的開始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻。

18、進(jìn)一步的，局域溫度遞增值的獲取方法包括：

19、在i個(gè)采集時(shí)段中隨機(jī)標(biāo)記出p個(gè)不連續(xù)的時(shí)刻，獲得p個(gè)檢測時(shí)刻；

20、在p個(gè)檢測時(shí)刻下，通過熱紅外相機(jī)拍攝晶體爐內(nèi)坩堝內(nèi)部的實(shí)時(shí)圖像，獲得p個(gè)熱紅外圖像；

21、通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)識(shí)別出熱紅外圖像中多晶材料流體的液面所在位置和坩堝上邊緣的所在位置，分別獲得第一邊界和第二邊界；

22、通過比例尺測量第一邊界至第二邊界之間的距離，獲得內(nèi)壁剩余高度值；

23、以三分之一內(nèi)壁剩余高度值為一個(gè)單位長度，以第一分界線為基點(diǎn)，豎直向上移動(dòng)一個(gè)單位長度對應(yīng)的距離，獲得第三邊界；

24、將熱紅外圖像中位于第三邊界和第二邊界之間的區(qū)域記為內(nèi)壁區(qū)域，將熱紅外圖像中位于第一邊界下方的區(qū)域記為流體區(qū)域；

25、依次記錄內(nèi)壁區(qū)域在p個(gè)檢測時(shí)刻的溫度最小值和流體區(qū)域在p個(gè)檢測時(shí)刻的溫度最大值，獲得p個(gè)內(nèi)壁溫度值和p個(gè)流體溫度值；

26、將p個(gè)內(nèi)壁溫度值和對應(yīng)的p個(gè)流體溫度值作差后，獲得p個(gè)子遞增值；

27、子遞增值的表達(dá)式為：

28、dzzip＝wdlip-wdnip；

29、式中，dzzip為第i個(gè)采集時(shí)段的第p個(gè)子遞增值，wdlip為第i個(gè)采集時(shí)段的第p個(gè)流體溫度值，wdnip為第i個(gè)采集時(shí)段的第p個(gè)內(nèi)壁溫度值；

30、將p個(gè)子遞增值累加后求平均，獲得i個(gè)局域溫度遞增值；

31、局域溫度遞增值的表達(dá)式為：

32、

33、式中，dzjyi為第i個(gè)采集時(shí)段的局域溫度遞增值，dzzia為第i個(gè)采集時(shí)段的第a個(gè)子遞增值。

34、進(jìn)一步的，爐壓衰減率的獲取方法包括：

35、通過氣壓傳感器分別檢測i個(gè)采集時(shí)段的開始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻對應(yīng)的爐內(nèi)氣壓，獲得i個(gè)開始爐壓值和i個(gè)結(jié)束爐壓值；

36、將i個(gè)開始爐壓值和i個(gè)結(jié)束爐壓值一一作差后，獲得i個(gè)衰減值；

37、衰減值的表達(dá)式為：

38、sjzi＝lyksi-lyjsi；

39、式中，sjzi為第i個(gè)采集時(shí)段的衰減值，lyksi為第i個(gè)采集時(shí)段的開始爐壓值，lyjsi為第i個(gè)采集時(shí)段的結(jié)束爐壓值；

40、將i個(gè)衰減值依次與采集時(shí)段對應(yīng)的時(shí)長比較，獲得i個(gè)爐壓衰減率；

41、爐壓衰減率的表達(dá)式為：

42、

43、式中，sjlyi為第i個(gè)采集時(shí)段的爐壓衰減率，scsd為采集時(shí)段對應(yīng)的時(shí)長。

44、進(jìn)一步的，單晶直徑恒定度的獲取方法包括：

45、a1：通過攝像機(jī)分別拍攝i個(gè)采集時(shí)段的開始時(shí)刻的單晶提拉圖像，獲得i個(gè)開始提拉圖像；

46、a2：逐一標(biāo)記出開始提拉圖像內(nèi)的像素點(diǎn)，并記錄每一個(gè)像素點(diǎn)的像素值；

47、a3：將像素值大于預(yù)設(shè)像素閾值的像素點(diǎn)記為目標(biāo)像素點(diǎn)，并將目標(biāo)像素點(diǎn)所在的區(qū)域記為單晶區(qū)域；

48、a4：沿單晶區(qū)域的兩側(cè)豎直邊界畫線，獲得兩條區(qū)域線，并在兩條區(qū)域線上分別等距標(biāo)記出m個(gè)直徑點(diǎn)；

49、a5：逐一測量位于同一水平線上的兩個(gè)直徑點(diǎn)之間的距離，獲得m個(gè)開始區(qū)域直徑，將m個(gè)開始區(qū)域直徑累加后求平均，獲得i個(gè)第一直徑值；

50、第一直徑值的表達(dá)式為：

51、

52、式中，zjd1i為第i個(gè)采集時(shí)段的第一直徑值，zjskib為第i個(gè)采集時(shí)段的第b個(gè)開始區(qū)域直徑；

53、a6：通過攝像機(jī)分別拍攝i個(gè)采集時(shí)段的結(jié)束時(shí)刻的單晶提拉圖像，獲得i個(gè)結(jié)束提拉圖像；

54、a7：逐一標(biāo)記出結(jié)束提拉圖像內(nèi)的像素點(diǎn)，并記錄每一個(gè)像素點(diǎn)的像素值；

55、a8：重復(fù)a3-a5的步驟，獲得i個(gè)第二直徑值；

56、第二直徑值的表達(dá)式為：

57、

58、式中，zjd2i為第i個(gè)采集時(shí)段的第二直徑值，zjjsic為第i個(gè)采集時(shí)段的第c個(gè)結(jié)束區(qū)域直徑；

59、a9：將i個(gè)第二直徑值依次與i個(gè)第一直徑值比較，獲得i個(gè)單晶直徑恒定度；

60、單晶直徑恒定度的表達(dá)式為：

61、

62、式中，zjhdi為第i個(gè)采集時(shí)段的單晶直徑恒定度。

63、進(jìn)一步的，預(yù)測出下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值的狀態(tài)預(yù)測模型的訓(xùn)練方法包括：

64、晶體狀態(tài)值包括正常晶體狀態(tài)和異常晶體狀態(tài)；

65、預(yù)先采集晶體爐處于正常晶體狀態(tài)和異常晶體狀態(tài)時(shí)對應(yīng)的多組綜合運(yùn)行參數(shù)；

66、將綜合運(yùn)行參數(shù)使用滑動(dòng)窗口方法將其轉(zhuǎn)化為多個(gè)特征向量，根據(jù)滑動(dòng)步長將晶體狀態(tài)值轉(zhuǎn)換為與綜合運(yùn)行參數(shù)對應(yīng)的標(biāo)簽，將正常晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)換為0，將異常晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)換為1，一個(gè)特征向量對應(yīng)一個(gè)標(biāo)簽，并構(gòu)成一組訓(xùn)練數(shù)據(jù)，多組訓(xùn)練數(shù)據(jù)構(gòu)成訓(xùn)練集，將綜合運(yùn)行參數(shù)按照采集時(shí)間的先后順序進(jìn)行排列，預(yù)設(shè)預(yù)測時(shí)間步長z、滑動(dòng)步長q以及滑動(dòng)窗口長度n；

67、將特征向量作為狀態(tài)預(yù)測模型的輸入，預(yù)測時(shí)間步長z后的下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值作為輸出，每個(gè)訓(xùn)練集的后續(xù)晶體狀態(tài)值作為預(yù)測目標(biāo)，以最小化的預(yù)測誤差之和作為訓(xùn)練目標(biāo)，對狀態(tài)預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練，生成根據(jù)上一采集時(shí)段的綜合運(yùn)行參數(shù)預(yù)測下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值的狀態(tài)預(yù)測模型；

68、當(dāng)狀態(tài)預(yù)測模型的輸出為0時(shí)，下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值為正常晶體狀態(tài)；

69、當(dāng)狀態(tài)預(yù)測模型的輸出為1時(shí)，下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值為異常晶體狀態(tài)；

70、是否發(fā)出控制提示的判定方法包括：

71、當(dāng)下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值為正常晶體狀態(tài)，判定不發(fā)出控制提示；

72、當(dāng)下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值為異常晶體狀態(tài)，判定發(fā)出控制提示。

73、進(jìn)一步的，控制目標(biāo)數(shù)據(jù)的識(shí)別方法包括：

74、將局域溫度遞增值與預(yù)設(shè)的溫度遞增閾值比較，當(dāng)局域溫度遞增值大于預(yù)設(shè)的溫度遞增閾值時(shí)，將局域溫度遞增值標(biāo)記為控制目標(biāo)數(shù)據(jù)；

75、將爐壓衰減率與預(yù)設(shè)的爐壓衰減閾值比較，當(dāng)爐壓衰減率大于預(yù)設(shè)的爐壓衰減閾值時(shí)，將爐壓衰減率標(biāo)記為控制目標(biāo)數(shù)據(jù)；

76、將單晶直徑恒定度與預(yù)設(shè)的直徑恒定閾值比較，當(dāng)單晶直徑恒定度小于預(yù)設(shè)的直徑恒定閾值時(shí)，將單晶直徑恒定度標(biāo)記為控制目標(biāo)數(shù)據(jù)。

77、進(jìn)一步的，降低局域溫度遞增值指令、降低爐壓衰減率指令和升高單晶直徑恒定度指令的制定方法包括：

78、當(dāng)控制目標(biāo)數(shù)據(jù)為局域溫度遞增值時(shí)，制定出降低局域溫度遞增值指令；

79、當(dāng)控制目標(biāo)數(shù)據(jù)為爐壓衰減率時(shí)，制定出降低爐壓衰減率指令；

80、當(dāng)控制目標(biāo)數(shù)據(jù)為單晶直徑恒定度時(shí)，制定出升高單晶直徑恒定度指令。

81、進(jìn)一步的，執(zhí)行優(yōu)先級為：降低局域溫度遞增值指令的優(yōu)先級大于降低爐壓衰減率指令的優(yōu)先級，降低爐壓衰減率的優(yōu)先級大于升高單晶直徑恒定度指令的優(yōu)先級；

82、晶體爐執(zhí)行優(yōu)化控制指令的控制方法包括：

83、統(tǒng)計(jì)控制目標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)量，獲得控制量值；

84、當(dāng)控制量值為1時(shí)，控制終端控制晶體爐執(zhí)行降低局域溫度遞增值指令、降低爐壓衰減率指令或升高單晶直徑恒定度指令，直至不發(fā)出控制提示時(shí)停止；

85、當(dāng)控制量值為2時(shí)，若控制目標(biāo)數(shù)據(jù)為局域溫度遞增值和爐壓衰減率，控制終端首先控制晶體爐執(zhí)行降低局域溫度遞增值指令，當(dāng)局域溫度遞增值降低至預(yù)設(shè)的溫度遞增閾值時(shí)，然后執(zhí)行降低爐壓衰減率指令，直至不發(fā)出控制提示時(shí)停止；

86、若控制目標(biāo)數(shù)據(jù)為局域溫度遞增值和單晶直徑恒定度時(shí)，控制終端首先控制晶體爐執(zhí)行降低局域溫度遞增值指令，當(dāng)局域溫度遞增值降低至預(yù)設(shè)的溫度遞增閾值時(shí)，然后執(zhí)行升高單晶直徑恒定度指令，直至不發(fā)出控制提示時(shí)停止；

87、若控制目標(biāo)數(shù)據(jù)為爐壓衰減率和單晶直徑恒定度時(shí)，控制終端首先控制晶體爐執(zhí)行降低爐壓衰減率指令，當(dāng)爐壓衰減率降低至預(yù)設(shè)的爐壓衰減閾值時(shí)，然后執(zhí)行升高單晶直徑恒定度指令，直至不發(fā)出控制提示時(shí)停止；

88、當(dāng)控制量值為3時(shí)，控制終端控制晶體爐同步執(zhí)行降低局域溫度遞增值指令、降低爐壓衰減率指令和升高單晶直徑恒定度指令，直至不發(fā)出控制提示時(shí)停止。

89、本發(fā)明一種晶體爐的控制方法的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

90、本發(fā)明通過獲取晶體爐的基礎(chǔ)運(yùn)行參數(shù)，并基于安全運(yùn)維準(zhǔn)則，判定晶體爐是否滿足運(yùn)維控制需求，從采集周期中劃分出采集時(shí)段，并采集晶體爐在采集時(shí)段中的綜合運(yùn)行參數(shù)，將采集到的綜合運(yùn)行參數(shù)輸入到提前訓(xùn)練好的預(yù)測出下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值的狀態(tài)預(yù)測模型中，預(yù)測出下一采集時(shí)段晶體狀態(tài)值，并判定是否發(fā)出控制提示，從綜合運(yùn)行參數(shù)中識(shí)別出控制目標(biāo)數(shù)據(jù)，并制定出對應(yīng)的優(yōu)化控制指令，統(tǒng)計(jì)控制目標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)量，并結(jié)合執(zhí)行優(yōu)先級，控制晶體爐執(zhí)行優(yōu)化控制指令，直至不發(fā)出控制提示；相對于現(xiàn)有技術(shù)，通過對基礎(chǔ)運(yùn)行參數(shù)的初步判斷，可以提高晶體爐狀態(tài)分析控制的前提條件，避免了晶體爐初期運(yùn)行時(shí)的大量低數(shù)值參數(shù)參與后續(xù)控制分析計(jì)算時(shí)導(dǎo)致的額外工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)結(jié)合綜合運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)預(yù)測模型，能夠根據(jù)上一采集時(shí)段的晶體爐運(yùn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且提前預(yù)測出下一采集時(shí)段的晶體狀態(tài)值，從而可以提前預(yù)測出單晶材料即將出現(xiàn)的低質(zhì)量現(xiàn)象，并準(zhǔn)確的識(shí)別出對晶體爐運(yùn)行狀態(tài)造成負(fù)面影響的控制目標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合執(zhí)行優(yōu)先級，制定出并執(zhí)行與控制目標(biāo)數(shù)據(jù)相對應(yīng)的控制指令，使得晶體爐能夠在出現(xiàn)晶體低質(zhì)量現(xiàn)象之前實(shí)施優(yōu)化控制措施，避免出現(xiàn)單晶材料質(zhì)量低下的現(xiàn)象，從而有效的避免了實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析預(yù)測方式導(dǎo)致的控制滯后性的問題，極大地提高了晶體爐的控制效果。