[發明專利]基于計算機視覺的泡生法籽晶最佳接種時機振動感知方法

有效

• 申請號: 202110674743.7
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113280906B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 喬鐵柱;付杰;閻高偉;張海濤
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 冷錦超;鄧東東

本發明基于計算機視覺的泡生法籽晶最佳接種時機振動感知方法，屬于計算機視覺感知領域；所要解決的技術問題為：提供基于計算機視覺的泡生法籽晶最佳接種時機振動感知方法的改進；解決上述技術問題采用的技術方案為：包括如下步驟：步驟一：通過高速相機捕捉泡生法制備藍寶石單晶接種前、中、后三個階段液面的微振圖像數據；步驟二：建立可變形卷積神經網絡并進行學習，得到能自我捕捉液面微振數據的可變形卷積神經網絡，所述可變形卷積神經網絡包括可變形卷積模塊和可變形感興趣區域池化模塊；步驟三：將獲取的液面圖像數據輸入至已學習完成的可變形卷積神經網絡，判斷并輸出該液面微振圖像當前所處的接種階段；本發明應用于泡生法籽晶接種。

技術領域

本發明基于計算機視覺的泡生法籽晶最佳接種時機振動感知方法，屬于計算機視覺智能感知技術領域。

背景技術

藍寶石單晶具有周期性排列構成的特殊六方晶格結構，單純藍寶石是無色透明固體，具備優良的透波性、突出的機械性和力學性能，除此之外，藍寶石單晶還具有熱傳導性、耐高溫、耐腐蝕等優良特性，藍寶石晶體在電子設備、航空航天、半導體、光學等領域有著廣泛應用。天然藍寶石是由于基性巖漿過飽和析出氧化鋁形成，由于其在儲備量、開采量、晶體尺寸和純凈程度等方面受限，無法滿足市場的需求，因此需要通過人工生產高純度的藍寶石以應各領域生產需要。

人工制備藍寶石晶體的方法有熔融法、提拉法、熱交換法、泡生法等，其中泡生法是現階段制備藍寶石的主流方法。泡生法制備藍寶石單晶時，溫度場的控制是決定藍寶石良品率的重要因素，然而加熱器的熱損耗會導致電壓、電流的精度無法得到保障。其次，接種時熔體自由面的溫度達2050℃以上，而在實際應用中，直接使用硬件紅外輻射儀器測量溫度的過程成本高昂，不易在生產線上展開。

現階段已引入人工智能領域深度學習技術對接種時圖像數據的相關研究，通過建立映射關系，形成間接的溫度感知模型。在研人員已經實現通過CCD工業相機匹配前置鏡頭和中性衰減濾波片，捕捉接種階段液面圖像，并應用直方圖均衡化、圖像閾值分割、濾波變換等圖像處理方法來捕捉接種時熔體自由面輻條圖案的運動特征，并取得了一定程度上的最佳接種點感知理論與實踐成果。

但上述圖像處理技術因液面輻條圖案和液面背景接近，對比度差、動態觀測區域小、伴隨圖像噪聲數據等影響，精度仍達不到工業生產藍寶石單晶的標準。且在實際生產中，需依靠人工經驗來判斷接種時機，從而完成后續藍寶石單晶制備的“程序化”步驟，故仍無法滿足自動化生產的標準。

在實驗過程中，我們發現制備藍寶石單晶過程中存在馬蘭戈尼效應。即泡生法制備藍寶石單晶滿足馬蘭戈尼效應在晶體生長方面的晶格結構組成、生長出純晶體的過程包含凈化過程、這一工藝首先將固體熔化，然后在凈化過程中，必須在液相中產生對流，從而雜質就能在一段時間后被分離出來等特征。

為了進一步充實計算機視覺在泡生法制備藍寶石單晶中的理論與實踐，提高泡生法制備藍寶石單晶在籽晶最佳接種時機感知的精度，實現藍寶石單晶“高純度、遠端化、智能自動化”制備，本發明提出了一種基于計算機視覺的泡生法籽晶最佳接種時機振動感知方法。

發明內容

本發明為了克服現有技術中存在的不足，所要解決的技術問題為：提供基于計算機視覺的泡生法籽晶最佳接種時機振動感知方法的改進。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：基于計算機視覺的泡生法籽晶最佳接種時機振動感知方法，包括如下步驟：

步驟一：通過高速相機捕捉泡生法制備藍寶石單晶接種前、中、后三個階段液面的微振圖像數據；

步驟二：建立可變形卷積神經網絡并進行學習，得到能自我捕捉液面微振數據的可變形卷積神經網絡，所述可變形卷積神經網絡包括可變形卷積模塊和可變形感興趣區域池化模塊；

步驟三：將步驟一獲取的液面圖像數據輸入至已學習完成的可變形卷積神經網絡，判斷并輸出該液面微振圖像當前所處的接種階段。