本发明涉及晶体生长技术领域，尤其涉及一种基于光学的微下拉炉籽晶对中调节方法。
背景技术：
微下拉(Micro-Pulling-Down，μ-PD)法晶体生长炉是直接制备高质量纤维单晶的专业设备，可以实现直径达0.5-5mm、长度达1000mm、组分均匀的高质量纤维单晶。用该设备生长的纤维单晶是发展高效微型激光光源、高温探测装备、高分辨医学成像系统、新型光电器件等的关键材料。
微下拉晶体生长工艺如下，在坩埚中装入原料，通过中、高频感应加热器将原料熔化，然后上升籽晶与坩埚接近，通过微下拉系统调整籽晶位置，调节功率控制熔体温度，形成稳定弯月面，获得给定形状的纤维单晶，接着在籽晶牵引下开始缓慢下拉，最后当纤维单晶生长到一定长度后拉脱固液界面，并降温，最终完成纤维单晶的制备。
在微下拉法晶体生长过程中，籽晶与坩埚的对中非常重要，引晶工艺由籽晶与坩埚底部的熔体液滴接触开始，籽晶与坩埚的对中程度基本决定了能否生长出晶体。若籽晶与坩埚偏离较大，生长出的晶体容易拉断，甚至可能无法引晶。在晶体生长前，工作人员通常通过观察窗或肉眼直接观察籽晶与坩埚是否直接对中，采用此种方法很容易判断籽晶与坩埚是否左右对中，但籽晶与坩埚前后是否对中就很难判断。
凸透镜成像满足透镜成像公式：1/u+1/v＝1/f(即：物距的倒数与像距的倒数之和等于焦距的倒数。)若像距与焦距一定，当凸透镜成清晰像时，物距也一定为定值。基于此，本发明提供了一种基于光学的微下拉炉籽晶对中调节方法，能实现籽晶与坩埚准确的前后对中。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决籽晶与坩埚对中判断困难，导致晶体生长质量差，稳定性低的问题，提供一种基于光学的微下拉炉籽晶对中调节方法，能够快速判断籽晶与坩埚是否对中，从而及时调节籽晶杆与坩埚之间的位置，从而保证晶体的生长质量和稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于光学的微下拉炉籽晶对中调节方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)在微下拉炉的观察窗上安装摄像头，并与坩埚和籽晶接触的位置正对，该摄像头经图像传感器和通讯模块后与监控终端图像通讯连接；
2)通过摄像头采集坩埚图像，并调整摄像头的像距，使采集的坩埚图像成像清晰；
3)保持摄像头的像距不变，放入籽晶杆，并调节好籽晶杆的位置，然后通过摄像头采集籽晶杆的图像；
4)图像传感器将摄像头采集的坩埚图像和籽晶杆图像分别进行图像清晰度计算；
5)图像传感器经通讯模块将坩埚图像与籽晶杆图像的清晰度发送至监控终端；
6)监控终端接收到图像传感器发送的信号后，对比坩埚图像与籽晶杆图像的清晰度，判断坩埚距摄像头的距离值大小和籽晶杆距摄像头的距离值大小是否一致：若清晰度一致，则坩埚与籽晶杆物距相同，此时籽晶杆与坩埚距摄像头距离一致，籽晶杆与坩埚前后对中；若清晰度不一致，则坩埚与籽晶杆物距不同，即此时籽晶杆与坩埚距摄像头距离有偏差，籽晶杆与坩埚前后偏离；
7)工作人员根据监控终端显示的结果向前调节籽晶杆，重复步骤4)—6)，若图像清晰度增大，则继续调节籽晶杆；若图像清晰度减小，则向后调节籽晶杆；
8)重复步骤4)—7)，直至籽晶杆的清晰度与坩埚的清晰度一致，实现籽晶杆与坩埚对中；
9)引晶生长过程中，重复步骤4)—8)，即可判断籽晶与坩埚的相对位置，并通过调节籽晶杆实现籽晶与坩埚对中。
进一步地，所述图像清晰度判别采用点锐度算法，其着眼于统计每一像素周围的灰度扩散情况，图像清晰度评价函数计算式如下：
其中，图像大小为m×n，f(x,y)为相应像素的灰度值，df是灰度变化幅值，dx是像素间距离增量。
进一步地，所述图像传感器为CCD或CMOS图像传感器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过图像采集、处理及对比分析，能够快速判断籽晶与坩埚的前后位置是否对中；这样，工作人员就能够及时进行调节，从而实现籽晶(杆)与坩埚的(前后)对中，这样能够大大提高晶体生长效率，并保证保证晶体的生长质量和稳定性。
附图说明
图1为本发明所使用到的设备的连接框图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1，一种基于光学的微下拉炉籽晶对中调节方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)在微下拉炉的观察窗上安装摄像头，并与坩埚和籽晶接触的位置(即坩埚的底部位置)正对，该摄像头经图像传感器和通讯模块后与监控终端图像通讯连接；具体实施过程中，该通讯模块采用无线通讯模块，从而布局更加方便、整洁。
2)通过摄像头采集坩埚图像，并调整摄像头的像距，使采集的坩埚图像成像清晰。
3)保持摄像头的像距不变，放入籽晶杆，并调节好籽晶杆的位置，然后通过摄像头采集籽晶杆的图像；具体实施过程中，上升籽晶杆，使籽晶杆(或籽晶杆上端凹槽内的籽晶)与坩埚嘴接近，但不接触，通过观察窗调节使籽晶与坩埚左右对齐。
4)图像传感器将摄像头采集的坩埚图像和籽晶杆图像分别进行图像清晰度计算；所述图像传感器为CCD或CMOS图像传感器。
5)图像传感器经通讯模块将坩埚图像与籽晶杆图像的清晰度发送至监控终端。
6)监控终端接收到图像传感器发送的信号后，对比坩埚图像与籽晶杆图像的清晰度，判断坩埚距摄像头的距离值大小和籽晶杆距摄像头的距离值大小是否一致。若清晰度一致，则坩埚与籽晶杆物距相同，此时籽晶杆与坩埚距摄像头距离一致，籽晶杆与坩埚前后对中；若清晰度不一致，则坩埚与籽晶杆物距不同，即此时籽晶杆与坩埚距摄像头距离有偏差，籽晶杆与坩埚前后偏离；
其中，所述图像清晰度判别采用点锐度算法，其着眼于统计每一像素周围的灰度扩散情况，图像清晰度评价函数计算式如下：
其中，图像大小为m×n，f(x,y)为相应像素的灰度值，df是灰度变化幅值，dx是像素间距离增量。
7)工作人员根据监控终端显示的结果向前调节籽晶杆，重复步骤4)—6)，若图像清晰度增大，则继续调节籽晶杆；若图像清晰度减小，则向后调节籽晶杆；
8)重复步骤4)—7)，直至籽晶杆的清晰度与坩埚的清晰度一致，实现籽晶杆与坩埚对中；
9)引晶生长过程中，重复步骤4)—8)，即可判断籽晶与坩埚的相对位置，并通过调节籽晶杆实现籽晶与坩埚对中。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。