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专利名称：量测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种量测设备，特别是涉及一种适用于量测长晶炉内部的晶种厚度的量测装置。
背景技术：
在太阳能产业中，高转换效率和低成本一直是各太阳能产业业者开发的目标，然而就目前为止结晶硅仍是太阳能电池的主流，其电池具有较高的转换效率。目前国内外业者均在开发利用一种定向凝固法(DSS)长单晶硅，其方法是在石英坩埚底部铺一层单晶晶种后填充硅料，在熔化过程需保持单晶晶种被熔化一部分但是不能完全熔化，然后再利用单晶晶种以引晶方式生长出类单晶晶碇。此方法所生产的类单晶晶碇具有成本低、产率高、光衰低等优点，且其转换效率又直逼单晶硅，因此被视为日后取代多晶旋的广品。在生产类单晶硅碇过程中，为了确保单晶晶种不被硅融汤完全熔化，因此会借由人工量测单晶晶种熔化后的剩余厚度及调整制程参数，来确保晶种不会完全熔化而达到引晶的效果，而生产出类单晶硅晶碇。现行其中一种人工量测方法，需要量测人员长时间滞留在长晶炉的炉顶上方，并针对量测棒的位置在具有刻度的尺上进行数值判读，并需随时注意量测棒的动向进而即时读取具有刻度的尺上对应的数值，此种方法不但会消耗量测人员的大量体力与精神，且量测晶种剩余厚度的精准度难以保证。现有一种以接触式用来量测长晶炉的坩埚内部的晶种高度的高度分析设备(中国台湾证书号M430484号专利案)，是利用一个驱动模组带动一个夹头模组、一支量测棒及一个切换开关朝 向一个晶体移动，且该夹头模组的一个第一夹头夹设于量测棒上，该切换开关固定于量测棒上，并电性耦合于该驱动模组，利用该切换开关与该第一夹头的接触而输出一个下移讯号，且当该驱动模组带动该量测棒使其底端接触到晶体时，该量测棒被晶体施加一个向上的力量，会使第一夹头脱离量测棒，第一夹头受该驱动模组带动继续下移，同时，使得该第一夹头与该切换开关脱离接触，该切换开关会输出一个上移讯号，并控制该驱动模组带动该夹头模组、该量测棒及该切换开关向上移动。虽然这种高度分析设备能利用该量测棒下移的深度及一个高度指示单元(光学尺)的一个读取头与一个高度标记配合并进行可程式计算，达到量测及分析位移量的目的，但是该切换开关、该高度指示单元及该夹头模组的结构复杂，制造成本也较高。另外，中国专利公布号CN102392301，是利用一支石英杆插入至硅溶液中，直到接触到固体(晶种)为止，通过量测该石英杆插入深度确定固液相界面的位置，且可量测出该晶种熔化后剩余厚度，该专利案并未揭露通过何种机构来进行量测及计算。而中国专利公布号CN102586857，是一种非接触式的量测方法，其揭露利用激光量距仪量测硅溶体液面距离激光器的距离，且能得知液面变化，再由液面变化速率推估出晶种剩余厚度，此方法并非真正量测晶种，准确性堪虑。发明内容本实用新型的目的在于提供一种不需借由人工量测，就能够根据所设定参数即时且精准量测出晶种剩余厚度且结构简单的量测装置。本实用新型的量测装置，包含一个架体、一个驱动单元、一个升降单元、一个归零感测器、一个位置检知单元、一个电流侦测器及一个可程式控制单元，该驱动单元安装于该架体，并具有一个马达，该升降单元安装于该架体，并具有一个设于该架体且受该马达驱动的连动件及一支固定于该连动件的量测棒，该归零感测器安装于该架体，能与该连动件配合产生归零讯号，该位置检知单元能检知该驱动单元的转动量，且输出检知讯号，该电流侦测器电连接于该驱动单元，并用于侦测该驱动单元的电流值，且输出侦测讯号，该可程式控制单元电连接于该驱动单元、该归零感测器、该位置检知单元及该电流侦测器，该可程式控制单元能控制该马达的启动、停止，根据该电流侦测器的侦测讯号控制该驱动单元的马达转向，并根据该位置检知单元的检知讯号、该归零讯号、该侦测讯号，比较该侦测讯号与预设的液固变态临界值，计算出该归零讯号产生时所对应的检知讯号与判断出该侦测讯号大于液固变态临界值时所对应的检知讯号之间的差异。本实用新型的量测装置，该驱动单元还具有一个能输出该马达动力的减速机。本实用新型的量测装置，该升降单元还具有一支轴设于该架体且受该驱动单元的减速机驱动的导螺杆及一个平行于该导螺杆的导引件，该连动件螺合于该导螺杆，该量测棒平行于该导螺杆。本实用新型的量测装置还包含安装于该架体的一个下感测器及一个上感测器，该下感测器与该上感测器分别设于该归零感测器的下方及上方位置，能分别与该连动件配合，并分别产生一个下停止讯号及一个上停止讯号，该可程式控制单元能在接收该下感测器的下停止讯号及该上感测器的上停止讯号时控制该马达停止。本实用新型的量测装置，该驱动单元的马达为伺服马达，且该位置检知单元内建于该马达。本实用新型的量测装置，该驱动单元的马达为伺服马达，且该电流侦测器电连接于该马达。本实用新型的量测装置，该驱动单元的马达为伺服马达，且该电流侦测器内建于该马达。本实用新型的量测装置，该可程式控制单元还能比较侦测讯号与预设的气液变态临界值。本实用新型的量测装置还包含一个电连接于该可程式控制单元的人机界面。本实用新型的有益效果在于利用该电流侦测器侦测该马达电流值变大，且该可程式控制单元比对该侦测讯号大于该液固变态临界值，并配合该归零感测器与该位置检知单元产生的讯号及该可程式控制单元进行运算，就能精确量测晶种剩余厚度。

图1是本实用新型量测装置一个较佳实施例的一个安装示意图；图2是该较佳实施例的一个平面组合图；[0023]图3是该较佳实施例的一个控制流程图；图4是该较佳实施例的一个量测动作示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。如图1、图2及图3所示，本实用新型量测装置的一个较佳实施例适宜安装于一个长晶炉100，该长晶炉100具有一个炉体110、一个设置于该炉体110内部的坩埚120及一个铺设于该坩埚120内部的晶种130，且该坩埚120中能填充硅料，该硅料熔化后产生一硅熔汤140，该量测装置包含一个架体10、一个驱动单元20、一个升降单元30、一个归零感测器40、一个下感测器41、一个上感测器42、一个位置检知单元50、一个电流侦测器60、一个人机界面70及一个可程式控制单元80。该架体10固设于该长晶炉100的炉体110顶部，并具有一个邻近于该炉体110的底板11、一个设置于该底板11上方的顶板12及一个垂直连接于该底板11与该顶板12之间的竖板13。该驱动单元20安装于该架体10的顶板12上，并具有一个可为伺服马达的马达21、一个能输出该马达21动力的减速机22及一个能将该马达21动力传递至该减速机22的联轴器23。该升降单元30安装于该架体10，并具有一支轴设于该架体10且受该驱动单元20驱动的导螺杆31、一支平行于该导螺杆31的导引件32、一个螺合于该导螺杆31的连动件33及一支固定于该连动件33且平行于该导螺杆31的量测棒34。该导螺杆31垂直轴设于该底板11与该顶板12之间，且受该减速机22所连动，该导引件32呈杆状，且垂直连接于该底板11与该顶板12之间，该连动件33具有一个螺合于该导螺杆31的螺孔331、一个能滑动且供该导引件32穿设的导孔332及一个设置于该导孔332外侧的锁固部333，该量测棒34锁固定位于该锁固部333，且沿一条轴线L延伸。在本实施例中，该量测棒34为石英材质。该归零感测器40为光学感测器，且安装于该架体10的竖板13上，该归零感测器40与该连动件33配合，能产生一个归零讯号，且确定该量测棒34的归零点h0，在本实施例中，该量测棒34的归零点h0设计成该晶种130尚未被硅融汤熔化以前，对应晶种130原始厚度时的量测棒34位置。该下感测器41为光学感测器，且安装于该架体，设于该归零感测器40的下方，当该下感测器41与该连动件33配合时，能产生一个下停止讯号。该上感测器42为光学感测器，且安装于该架体，设于该归零感测器40的上方，当该上感测器42与该连动件33配合时，能产生一个上停止讯号。如图3中假想线所示，该连动件33对应于该上感测器42时位于一个停止位置。本实施例的位置检知单元50可为译码器(或称编码器，Encoder)，且可安装于该马达21或该减速机22 —侧，当该马达21或该减速机22的一支出力轴(图未示)转动时，该位置检知单元50同步转动，能检知该马达21或减速机22的转动量，并产生检知讯号。目前市售的伺服马达是将该位置检知单元50内建于马达壳体内，也适用于本实用新型。该电流侦测器60 (Ammeter)电连接于该驱动单元20，并用于侦测该驱动单元20的电流值，且输出侦测讯号。该电流侦测器60可电连接于该马达21，也可直接内建于该马达21。该人机界面70具有一个能设定作动参数及启动、关闭该量测装置的操作面板71及一个能显示该量测棒34的行程距离与晶种130剩余厚度的显示幕72。该可程式控制单元80电连接于该驱动单元20、该归零感测器40、该下感测器41、该上感测器42、该位置检知单元50、该电流侦测器60及该人机界面70。该可程式控制单元80根据该操作面板71所受的操作控制该马达21的启动、停止，根据该电流侦测器60的侦测讯号控制该驱动单元20的马达21转向，能在接收到该下感测器41的下停止讯号及该上感测器42的上停止讯号时控制该马达21停止。该可程式控制单元80根据该位置检知单元50的检知讯号、该归零讯号、该侦测讯号，比较该侦测讯号与预设的液固变态临界值II，计算出该归零讯号产生时(就是归零点ho)所对应的检知讯号与判断出该侦测讯号大于液固变态临界值Il时(就是一个停止点hi)所对应的检知讯号之间的差异，根据此差异计算出该晶种130的剩余厚度，且使该显示幕72显示晶种130剩余厚度。再如图1及图4所示，本实用新型的量测装置在晶种130熔化后进行剩余厚度的测量时，首先，操作该人机界面70且启动该马达21，利用该马达21带动该联轴器23与该减速机22运转，该减速机22又能驱动该导螺杆31旋转，则螺合于该导螺杆31上的该连动件33及该量测棒34也跟着向下移动。因为该量测棒34垂直向下接触到该长晶炉100内部的硅熔汤140 (液体)或晶种130所承受的压力不同，所以该量测棒34下端接触到晶种130时压力会发生变化，该电流侦测器60会侦测到该驱动单元20的电流值变大，该可程式控制单元80比较该侦测讯号大于液固变态临界值Il时，会控制该马达21进行反转，使得该连动件33垂直向上移动，带动该量测棒34垂直向上移动，直到该量测棒34离开硅熔汤140的表面，而回到停止位置。在上述的量测过程中，该连动件33先从对应于该上感测器42的该停止位置向下移动经过该归零感测器40时，能由该可程式控制单元80记录该量测棒34的归零点h0，当该量测棒34下端接触到晶种130时，该电流侦测器60侦测到该马达21的电流值变大，再经该可程式控制单元80比对该电流值大于该液固变态临界值Il的时间点，就能记录该停止点hi的所在位置，同时，该可程式控制单元80能将该位置检知单元50检知该马达21的转动量、该减速机22的减速比、该导螺杆31的节距等参数进行运算，也就是说，该量测棒34的归零点h0与该停止点hi之间的行程距离就是晶种130熔化的厚度，最后将该晶种130剩余厚度显示于该显示幕72上。当然晶种130熔化的厚度也能由该停止点hi与该归零点h0之间的行程距离计算取得。当该可程式控制单元80再控制该连动件33向上移动通过该归零感测器40，并在该连动件33又对应于该上感测器42时，会回到该停止位置。值得一提的是，该归零感测器40位于该架体10中间，为了保护该量测装置，利用增设该上感测器42、该下感测器41以分别感测该连动件33垂直向上行程的上极限、垂直向下行程的下极限，该连动件33的停止位置可以设定在该上感测器42，或该归零感测器40与该上感测器42之间，也就是说，该可程式控制单元80在该马达21带动该连动件33向上移动时，在接到归零讯号后延迟一段时间后就控制该马达21停止，且延迟的时间必须小于该连动件33从该归零点hO移至该上极限所需的时间。本实用新型的量测装置，可在该人机界面70上设定间隔一段时间量测一次，以避免量测过于频繁。另外，当该量测棒34从空气中移至碰到硅熔汤140时，该电流侦测器60侦测到的电流值会第一次变大，再碰到固体时电流值会第二次变大，在该可程式控制单元80中除了比较侦测讯号与该液固变态临界值II，进行前述计算，还可以比较侦测讯号与预设的气液变态临界值12，计算出该归零讯号产生时所对应的检知讯号与判断出该侦测讯号大于气液变态临界值12时所对应的检知讯号之间的差异，根据此差异计算出液面高度，不但能量测晶种高度，还能量测液面高度。因此，本实用新型的量测装置利用该可程式控制单元80可将该电流侦测器60所输出的侦测讯号与预设的液固变态临界值Il进行比对，通过该量测棒34接触硅熔汤140和晶种130时的不同的电流值变化，可以追踪该量测棒34所行走的行程距离，再计算晶种130剩余厚度的变化，能减少人力及人为量测时所产生的误差，精确判断晶种130的位置和变化趋势，为判断晶种130情况提供精准的依据，进而能实现类单晶晶碇的工业化生产。此外，本实用新型的量测装置结构简单、易于操作、量测精准、成本低，且能减少人为失误等异常现象的发生。
权利要求1.一种量测装置，包含一个架体、一个驱动单元、一个升降单元、一个归零感测器、一个位置检知单元、一个电流侦测器及一个可程式控制单元；该量测装置的特征在于该驱动单元，安装于该架体，并具有一个马达；该升降单元，安装于该架体，并具有一个设于该架体且受该马达驱动的连动件及一支固定于该连动件的量测棒；该归零感测器，安装于该架体，能与该连动件配合产生归零讯号；该位置检知单元，能检知该驱动单元的转动量，且输出检知讯号；该电流侦测器，电连接于该驱动单元，并用于侦测该驱动单元的电流值，且输出侦测讯号;该可程式控制单元，电连接于该驱动单元、该归零感测器、该位置检知单元及该电流侦测器，该可程式控制单元能控制该马达的启动、停止，根据该电流侦测器的侦测讯号控制该驱动单元的马达转向，并根据该位置检知单元的检知讯号、该归零讯号、该侦测讯号，比较该侦测讯号与预设的液固变态临界值，计算出该归零讯号产生时所对应的检知讯号与判断出该侦测讯号大于液固变态临界值时所对应的检知讯号之间的差异。
2.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于该驱动单元还具有一个能输出该马达动力的减速机。
3.根据权利要求2所述的量测装置，其特征在于该升降单元还具有一支轴设于该架体且受该驱动单元的减速机驱动的导螺杆及一个平行于该导螺杆的导引件，该连动件螺合于该导螺杆，该量测棒平行于该导螺杆。
4.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于该量测装置还包含安装于该架体的一个下感测器及一个上感测器，该下感测器与该上感测器分别设于该归零感测器的下方及上方位置，能分别与该连动件配合，并分别产生一个下停止讯号及一个上停止讯号，该可程式控制单元能在接收该下感测器的下停止讯号及该上感测器的上停止讯号时控制该马达停止。
5.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于该驱动单元的马达为伺服马达，且该位置检知单元内建于该马达。
6.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于该驱动单元的马达为伺服马达，且该电流侦测器电连接于该马达。
7.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于该驱动单元的马达为伺服马达，且该电流侦测器内建于该马达。
8.根据权利要求1所述的量测装置，其特征在于该可程式控制单元还能比较侦测讯号与预设的气液变态临界值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的量测装置，其特征在于该量测装置还包含一个电连接于该可程式控制单元的人机界面。
专利摘要一种量测装置，包含一个架体、一个驱动单元、一个升降单元、一个归零感测器、一个位置检知单元、一个电流侦测器及一个可程式控制单元，该可程式控制单元控制该驱动单元，且驱动该升降单元的一个连动件及一支量测棒移动，当该量测棒接触到一个晶种，该可程式控制单元比较该马达电流值大于预设的液固变态临界值时，能控制该马达反转，同时，该可程式控制单元根据该位置检知单元的检知讯号、该归零感测器的归零讯号、该电流侦测器的侦测讯号进行计算，就能精确量测该晶种剩余厚度。
文档编号G01B21/08GK202885799SQ201220579140
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者邵任民, 黄志伟, 刘安钧, 洪羿达 申请人:昱成光能股份有限公司