Пристрій для контролю положення рівня розплаву

Пристрій для контролю положення рівня розплаву, що містить щуп з датчиком його переміщень та електродвигун із системою керування, що включає блок обробки даних, контролер та схему визначення контакту щуп-розплав, перший та другий вихід якої підключені, відповідно, до входу контролера та до другого входу блока обробки даних, перший вхід якого з'єднаний з датчиком переміщень щупа, а вихід зв'язаний із системою керування ростом монокристала, при цьому щуп електрично зв'язаний зі схемою визначення контакту щуп-розплав, який відрізняється тим, що у пристрій уведений нульовий покажчик, механічно зв'язаний з валом датчика переміщень, а визначник положення нульового покажчика розташований на нерухомій частині пристрою, при цьому перший вихід нульового покажчика підключений до другого входу контролера, а його другий вихід, що забезпечує початок відліку, з'єднаний із третім входом блока обробки даних. Винахід відноситься до області вимірювальної техніки та може бути використаний для контролю положення рівня розплаву при вирощуванні монокристалів. Великий діапазон змін рівня розплаву в промисловому виробництві монокристалів (наприклад, на основі галогенидів лужних металів діаметром до 600 мм та висотою до 750 мм) робить задачу його виміру та регулювання особливо актуальною. Неодмінною приналежністю будь-якого точного методу виміру, зв'язаного з координатним переміщенням або позиціюванням робочого органа, що рухається, є наявність нульового покажчика (індикатору), наприклад, у верстата х із ЧПУ, на прецизійних столах та т.д. Нульовий покажчик - це деяке пристосування, за допомогою якого визначається момент досягнення точки початку відліку у вимірювальному ланцюзі. Нульовий покажчик не призначений для кількісного визначення вимірюваної величини, тому він не має шкали, що проградуйована у яких-небудь одиницях. Його відлікове пристосування повинне тільки давати можливість фіксувати присутність або відсутність якогось ефекту, зв'язаного з наявністю точки початку відліку вимірюваної величини на ньому, та може приймати різноманітні форми (наприклад, "0" верстата з ЧПУ фіксується за допомогою спеціальних кулачків на подовжних та поперечних направляючих супортної гр упи верстатів; нульовими покажчиками ланцюгів постійного та змінного токів є магнітоелектричні пристрої; нульовими покажчиками різних вимірювальних систем, зв'язаних з переміщенням, є оптопари, кінцеві вимикачі та т.п.). Чим вище чутливість покажчика, тим точніше та досконаліше можна установити момент початку відліку вимірюваної величини, що особливо важливо для визначення рівня розплаву при вирощуванні великогабаритних монокристалів. В останні роки для контролю рівня розплаву широке поширення одержало використання ла (19) UA (11) 77882 (13) (21) a200506063 (22) 21.06.2005 (24) 15.01.2007 (46) 15.01.2007, Бюл. № 1, 2007 р. (72) Артеменко Максим Петрович, Герасимчук Лариса Іванівна, Горилецький Валентин Іванович, Гриньов Борис Вікторович, Єпіфанов Юрій Михайлович, Стрельников Микола Іванович, Суздаль Віктор Семенович, Тавровський Ігор Ігорович (73) ІНСТИТУТ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НАН УКРАЇНИ (56) SU 1093906 A, 23.05.1984 SU 586338, 30.12.1977 US 4512954 A, 23.04.1985 WO 00/38858, 06.07.2000 CA 1219725, 31.03.1987 JP 9178533, 11.07.1997 RU 2128250 C1, 27.03.1999 US 6565650 B2, 20.05.2003 EP 0588355B1, 23.03.1994 C2 1 3 77882 4 зерної техніки. ший та другий вихід якої підключені, відповідно, до Так, відомий пристрій для контролю положенвходу контролера та до другого входу блоку обня рівня розплаву [акц. заявка Японії № робки даних, перший вхід якого з'єднаний з датчи2844032В2, кл. С30В 15/20], що містить лазерний ком переміщень щупа, а ви хід зв'язаний із систедатчик положення рівня розплаву з обтюратором, мою управління ростом монокристала. Щуп установлені поза піччю з можливістю вертикальноелектричне зв'язаний зі схемою визначення конго переміщення серводвигуном разом зі штоком такту щуп-розплав. кристаллоотримача за допомогою ходового гвинта Недоліками відомих пристроїв є низька доста систему управління. товірність результатів виміру положення рівня Система управління містить блок, що управрозплаву, обумовлена залежністю результатів ляє, перетворювач серводвигуна, задатчик рівня виміру від коливань рівня розплаву при введенні розплаву, схему синхронізації частоти коливань підживлення, стрибкоподібної зміни швидкості виповерхні розплаву (обтюратор). [Див. також акц. тягування монокристала, а також від зміни висоти заявку Японії №281662782, кл. С30В 15/26]. меніска розплаву. У результаті формування поНедоліком відомого пристрою є його милкового сигналу управління для управляючого складність через необхідність точної та безпереблоку на бічній поверхні вирощуваного монокрирвної юстіровки лазера, установленого на рухливій стала з'являються "гофри", що свідчить про частині ростової печі, у ході процесу вирощування. відсутність постійності діаметру монокристала по Швидкі зміни положення рівня розплаву через нейого висоті, а, отже, знижується і якість вирощувастабільність швидкості росту монокристала, а так ного монокристала. само нестабільної зміни швидкості переміщення У якості прототипу нами обраний останній з лазера разом з рухливою частиною ростової печі аналогів. не забезпечують одержання достовірних резульВ основу дійсного винаходу поставлена задататів виміру положення рівня розплаву, а, отже, ча розробки пристрою для контролю положення приводять до зниження якості вирощуваних монорівня розплаву, що забезпечує підвищення якості кристалів. вирощуваних монокристалів за рахунок Відомий пристрій для контролю положення збільшення достовірності результатів виміру. рівня розплаву [а. с. СРСР №586338, кл. G01F Рішення задачі забезпечується тим, що в при23/24], що містить реверсивний двигун із системою строї для контролю положення рівня розплаву, що управління, ходовий гвинт із гайкою, на якому містить щуп з датчиком його переміщень та елекзакріплений щуп та движок вимірювального реотродвигун із системою управління, що включає хорду да тчика переміщень. Поперечка жорстко блок обробки даних, контролер та схему визназ'єднана з движком реохорду та зв'язана з ходочення контакту щуп-розплав, перший та другий вим гвинтом за допомогою гайки, причому зазор вихід якої підключені, відповідно, до входу контроміж поперечкою та гайкою дорівнює величині лера та до другого входу блоку обробки даних, меніска розплаву на кінці щупа. перший вхід якого з'єднаний з датчиком пеВідомий пристрій для контролю рівня розплаву реміщень щупа, а ви хід зв'язаний із системою [а. с. СРСР №1093906, кл. G01 F 23/24], що управління ростом монокристала, при цьому щуп містить реверсивний двигун із системою електричне зв'язаний зі схемою визначення конуправління, блок погодження, ходовий гвинт із такту щуп-розплав, відповідно до винаходу, у кронштейном, з'єднаним із щупом та движком реопристрій уведений нульовий покажчик, механічно хорду датчика переміщення. Система управління зв'язаний з валом датчика переміщень, а визначвиконана у виді фазового модулятора, з'єднаного ник положення нульового покажчика розташоваз одним входом перетворювача фазового зсуву, ний на нерухомій частині пристрою, при цьому інший вхід якого з'єднаний з генератором синуперший вихід нульового покажчика підключений до соїдального сигналу, а вихід перетворювача фадругого входу контролера, а його другий вихід, що зового зсуву з'єднаний з одним входом комутатозабезпечує початок відліку, з'єднаний із третім ра, інший вхід якого з'єднаний із блоком входом блоку обробки даних. синхронізації. Один вихід комутатора зв'язаний з Використання нульового покажчика з реверсивним лічильником, послідовно з'єднаним з прив'язкою визначника положення до нерухомої одним входом першої схеми порівняння, інший частини пристрою, дозволяє виключити можвхід якої з'єднаний з першим задатчиком, а інший ливість одержання даних, взаємозалежних за учавихід комутатора зв'язаний з лічильником стю в процесі виміру рухливих елементів приімпульсів, з'єднаним з одним входом другої схеми строю, а зв'язок нульового покажчика з порівняння, інший вхід якої зв'язаний із другим контролером та блоком обробки даних дозволяє задатчиком. При цьому виходи схем порівняння оптимізувати моменти досягнення нульової точки підключені через послідовно з'єднані тригер та зміни напрямку обертання двигуна, що в реуправління та блок погодження до реверсивного зультаті підвищує достовірність результатів виміру двигуна. положення рівня, зменшує утворення "гофрів", а, Відомий пристрій для контролю положення отже, поліпшує якість вирощуваних монокристалів. рівня розплаву [заявка № 200501052 від 07.02.05 Ме ханічне з'єднання нульового покажчика з р., Україна, кл. G01 F 23/24, С30В 15/24], що валом датчика переміщень здійснено без люфтів, містить щуп з датчиком його переміщень, електропружних деформацій між ними, виявляючи собою, двигун із системою управління. Система як би єдине ціле, що виключає появу недосуправління містить блок обробки даних, контролер товірних результатів виміру положення рівня розта схему визначення контакту щуп-розплав, перплаву. 5 77882 6 На фігурі приведена схема пропонованого змінить свій стан та по першому ви ході, пристрою для контролю положення рівня розплаз'єднаному з першим входом контролера 6 ву. управління, підготує його для реверсування наПристрій містить електродвигун 1, механічно прямку переміщення рухливи х елементів призв'язаний із щупом 2 та датчиком 3 його пестрою. Однак переміщення щупа 2 та інших рухреміщень, з валом якого механічно зв'язаний ливих елементів униз не буде, поки нульовий нульовий покажчик 4, визначник положення якого покажчик 4 не досягне нульової точки виміру. розташований на нерухомій частині пристрою (на Відлікове пристосування нульового покажчика 4 фігурі не показано). Система управління містить розташовують на рухливому валові датчика 3 пеблок 5 обробки даних, контролер 6 та схему 7 виреміщень, а визначник положення або точки позначення контакту щуп-розплав. Входи блоку 5 чатку відліку цього ж покажчика 4 - на нерухомій обробки даних підключені, відповідно, до виходу частині пристрою. датчика 3 переміщень щупа 2 та до др угого ви ходу Корекцію нульової точки нульового покажчика схеми 7, перший вихід якої підключений до першо4 передбачають шляхом регульованого зсуву або го входу контролера 6, вихід якого підключений до повороту його відлікового пристосування на валові електродвигуна 1. Щуп 2 електричне з'єднаний із датчика 3. входом схеми 7, а виходи нульового покажчика 4 При досягненні нульової точки сигнал з першопідключені до другого входу контролера 6 та го ви ходу нульового покажчика 4 надходить на третьому входові блоку 5 обробки даних, ви хід другий вхід контролера 6 управління та змінює якого зв'язаний із системою управління ростом напрямок обертання двигуна 1. монокристалів (на фігурі не приведена). На фігурі Після визначеного інерційного вибігу щупа 2 приведений також тигель 8 з розплавом. (за рахунок інерції рухливих елементів, через У конкретному прикладі нульовий покажчик 4 запізнювання сигналу, поданого схемою визначнивиконаний у виді непрозорого диска з прорізом, що ка положення нульового покажчика 4, чутливості переміщається разом з валом датчика З песхеми, тимчасової затримки в ланцюгах передачі реміщень (енкодер типу ЛІР-5000) усередині висигналу), він починає переміщатися вниз до зони значника положення, що представляє собою певиміру положення рівня розплаву. Переміщається ремикаючу оптопару типу TCST 110. Контролер 6 і встановлений на рухливому валові датчика 3 управління двигуном 1 - типу Lenze 8200 Vector. переміщень нульовий покажчик 4. Пристрій працює в такий спосіб. При цьому нульовий покажчик 4, другим своїм При включенні пристрою в роботу процесор, виходом з'єднаний із третім входом блоку 5 оброброзташований у блоці 5 обробки даних по другому ки даних, забезпечує початок відліку пристрою вході опитує схему 7 визначення контакту щупрозвиміру положення рівня, крім результатів виміру, плав, з'єднаному з другим її виходом для визназв'язаних з величиною попередніх переміщень чення місця розташування щупа 2 у зоні виміру. після реверсування двигуна 1, люфтами, інерцією При торканні щупом 2 поверхні розплаву 8, елементів та т.д. тобто при наявності контакту в ланцюзі щупНарешті відбувається торкання щупом 2 порозплав здійснюють вимір положення рівня за доверхні розплаву, визначення контакту в ланцюзі помогою датчика 3 переміщень, інформація з якощуп-розплав схемою 7, вимір положення рівня в го надходить на перший вхід блоку 5 обробки даблоці 5 за допомогою датчика 3 переміщення та них, з виходу якого це значення надходить у передача знову отриманого значення в систему систему управління вирощуванням монокристала управління вирощуванням монокристала. Одно(на фігурі не приведена). Одночасно схема 7 по часно схема 7 увімкне двигун 1 для переміщення першому виході, з'єднаному з першим входом конрухливих елементів пристрою нагору. При цьому тролера 6 управління забезпечує включення двицикл виміру положення рівня розплаву повтогуна 1 для переміщення рухливи х елементів прирюється. строю нагору. Використання пристрою, що заявляється, у Щуп 2 при своєму русі нагору виходить з розппорівнянні з прототипом забезпечило надійність лаву, витягає на своєму кінці меніск, величина управління та підвищило якість вирощуваних моякого визначається в'язкістю, і, потім, відривається нокристалів за рахунок збільшення достовірності від розплаву. результатів виміру положення рівня розплаву. Схема 7 визначення контакту щуп-розплав 7 Комп’ютерна в ерстка М. Клюкін 77882 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601