一种双层复合石英坩埚检测装置的制作方法

1.本实用新型属于坩埚检测技术领域，具体涉及一种双层复合石英坩埚检测装置。


背景技术：

2.拉制单晶硅必须使用双层复合石英坩埚，为保证单晶硅的生产质量，在双层复合石英坩埚出厂前，要对双层复合石英坩埚的尺寸、外观等参数进行严格地检测。双层复合石英坩埚的双层结构为透明层与气泡层，因此，测量统计出双层石英坩埚内壁气泡的空间体积分布、透明层不同深度的含气率、以及双层复合石英坩埚的壁厚等信息，对单晶硅和双层石英坩埚质量和性能评价具有重要意义。
3.目前，在对双层复合石英坩埚进行检测前，工作人员需要先将坩埚放置于待检测位置，再通过对应的固定装置固定坩埚，最后再进行人工检测。上述作业过程存在以下问题：一、坩埚的放置位置会受工作人员主观因素的影响，导致放置好的坩埚轴线和待检测位置的中轴线不重合，从而影响检测结果的精准性；二、一种固定装置对应一种型号的坩埚，在检测不同型号坩埚时需要更换对应的固定装置，费时费力。
4.随着半导体工业对单晶硅的需求量与日俱增，双层复合石英坩埚作为一种消耗性器皿，其需求量也有显著增加。因此，现急需一种既能够保证坩埚放置位置精准性，又不需要频繁更换固定装置、可以高效地检测坩埚的装置。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种双层复合石英坩埚检测装置，其结构简单，设计合理，实用性强，通过同轴布设的定心机构和底座，以及均匀布设的丝杆滑台和调整立柱，使得多个调整立柱同时作用于坩埚外侧，保证坩埚的轴线和旋转平台的中心轴重合，以保证坩埚放置位置的精准性，确保坩埚检测结果的精准性；而且调整立柱会随着丝母座在丝杆滑台上前后滑动，可以通过伺服电机控制调整立柱到旋转平台中心轴的距离，以适应不同型号的坩埚直径，无需频繁更换固定装置，省时省力。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种双层复合石英坩埚检测装置，其特征在于：包括移动柜、设置在所述移动柜顶部的检测机构、通过回转支承转动安装在移动柜顶部的旋转平台、设置在旋转平台上供坩埚放置的底座以及用于对坩埚进行定心的定心机构；
7.所述旋转平台为圆形平台，所述定心机构与所述底座呈同轴布设，所述定心机构包括至少三个沿旋转平台的周向均匀布设的定心组件，所述定心组件包括丝杆滑台和设置在所述丝杆滑台上且能够沿所述沿旋转平台的径向进行移动的调整立柱；
8.所述丝杆滑台包括设置在旋转平台上的安装座、转动安装在所述安装座上的丝杆和螺纹套设于所述丝杆上的丝母座，所述调整立柱安装在所述丝母座上；
9.所述移动柜内安装有伺服电机，所述伺服电机通过齿轮传动机构带动所述丝杆转
动。
10.上述的一种双层复合石英坩埚检测装置，其特征在于：所述齿轮传动机构包括与伺服电机的输出轴传动连接的减速器、与所述减速器传动连接的竖直输入轴、设置在所述竖直输入轴顶端的主动伞齿轮和至少三组分别传动连接所述主动伞齿轮的传动过渡部件；
11.每组所述传动过渡部件包括与主动伞齿轮相啮合的从动伞齿轮和安装在所述从动伞齿轮中的水平输出轴，所述水平输出轴和所述丝杆的数量相等且一一对应，所述水平输出轴和与其对应的所述丝杆之间通过联轴器传动连接。
12.上述的一种双层复合石英坩埚检测装置，其特征在于：所述旋转平台的底面通过可拆卸连接的第一支架安装有轴承座，所述轴承座内套设有供所述竖直输入轴穿设的轴承；
13.所述减速器通过第二支架与所述移动柜可拆卸连接。
14.上述的一种双层复合石英坩埚检测装置，其特征在于：所述旋转平台、所述回转支承和所述底座呈同轴布设；
15.所述底座的下部具有外凸沿，所述底座通过说胡外凸沿可拆卸连接在所述旋转平台上；所述底座的顶部中间位置具有圆形凹槽，所述底座的顶面沿周向均匀设置有万向球，所述底座的底部中间位置具有圆形的安装凹槽。
16.上述的一种双层复合石英坩埚检测装置，其特征在于：所述移动柜的顶部设置有透明安装平台，所述回转支承包括外圈和具有内齿的内圈，所述外圈与所述透明安装平台可拆卸连接，所述内圈与所述旋转平台可拆卸连接；
17.所述透明安装平台上转动安装有与所述内齿相啮合的主动齿轮，所述移动柜内设置有一个用于驱动主动齿轮转动的驱动电机。
18.上述的一种双层复合石英坩埚检测装置，其特征在于：所述透明安装平台的底面设置有补光灯。
19.上述的一种双层复合石英坩埚检测装置，其特征在于：所述检测机构包括安装在移动柜顶部的机械臂和设置在机械臂上且用于采集坩埚视频图像的工业相机；
20.所述机械臂位于所述旋转平台的一侧，所述工业相机安装在机械臂上远离所述移动柜的一端。
21.上述的一种双层复合石英坩埚检测装置，其特征在于：所述移动柜包括柜体和四个设置在柜体底部的万向轮。
22.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
23.1、本实用新型通过呈同轴布设定心机构和底座，在对坩埚的位置进行调整时，一个竖直输入轴同时带动三个水平输出轴转动且转速相同，丝杆随之同步转动且转速相同，套设于丝杆上的丝母座带动调整立柱向坩埚轴线的方向同步移动，使得多个调整立柱同时作用于坩埚外侧，保证坩埚的轴线和旋转平台的中心轴重合，以保证坩埚放置位置的精准性，确保坩埚检测结果的精准性。
24.2、本实用新型中调整立柱会随着下方的丝母座在丝杆滑台上前后移动，调整立柱在移动过程中，调整立柱到旋转平台的中心轴的距离会持续性变化，在检测不同型号的坩埚时，只需要改变调整立柱到旋转平台中心轴的距离，就可以快速适应不同型号的坩埚直径，无需频繁更换固定装置，省时省力。
25.综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，实用性强，即能够保证坩埚放置位置的精准性，进一步保证坩埚检测结果的精准性；又能够通过改变调整立柱到旋转平台的中心轴的距离以适应不同型号的坩埚直径，无需频繁更换固定装置，省时省力。
26.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
27.图1为本实用新型的结构示意图；
28.图2为图1中a处的放大图；
29.图3为图1中本实用新型的俯视图。
30.附图标记说明:
31.101-透明安装平台；
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102-万向轮；
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103-柜体；
32.201-机械臂；
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202-工业相机；
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301-旋转平台；
33.302-底座；
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303-回转支承；
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3031-外圈；
34.3032-内圈；
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3033-主动齿轮；
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304-圆形凹槽；
35.305-安装凹槽；
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306-外凸沿；
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307-驱动电机；
36.308-万向球；
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401-丝杆滑台；
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4011-丝杆；
37.4012-丝母座；
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402-调整立柱；
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403-水平输出轴；
38.404-竖直输入轴；
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405-伺服电机；
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406-从动伞齿轮；
39.407-主动伞齿轮；
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408-轴承座；
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409-减速器；
40.410-联轴器；
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411-第一支架；
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412-第二支架；
41.5-坩埚；
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6-补光灯。
具体实施方式
42.如图1-图3所示，本实用新型包括移动柜、设置在所述移动柜顶部的检测机构、通过回转支承303转动安装在移动柜顶部的旋转平台301、设置在旋转平台301上供坩埚5放置的底座302以及用于对坩埚5进行定心的定心机构；
43.所述旋转平台301为圆形平台，所述定心机构与所述底座302呈同轴布设，所述定心机构包括至少三个沿旋转平台301的周向均匀布设的定心组件，所述定心组件包括丝杆滑台401和设置在所述杆滑台401上且能够沿所述旋转平台301的径向进行移动的调整立柱402；
44.所述丝杆滑台401包括设置在旋转平台301上的安装座、转动安装在所述安装座上的丝杆4011和螺纹套设于所述丝杆4011上的丝母座4012，所述调整立柱402安装在所述丝母座4012上；
45.所述移动柜内安装有伺服电机405，所述伺服电机405通过齿轮传动机构带动所述丝杆4011转动。
46.需要说明的是，通过设置呈同轴布设的定心机构和底座302，以及均匀布设的定心组件；可以保证定心机构中的调整立柱402对坩埚5完成定心后，坩埚5的轴线和底座302的轴线是重合的。
47.需要说明的是，丝杆滑台401上还设置有用于对丝母座4012进行导向的导向装置，
导向装置可以是穿设丝母座4012且平行于丝杆4011设置的导向杆，导向杆的两端分别连接在安装座的两端，导向装置还可以是设置于安装座底部且平行于丝杆4011的导向轨道，丝母座4012的下部通过滑轮滑动设置在导向轨道上。
48.需要说明的是，定心组件的具体数量可以根据实际情况进行增加。检测装置出厂前，可以在旋转平台301靠近中心轴处和靠近圆周处的对应位置均标记上角度刻度，便于在实际使用时，可以依据丝杆滑台401的具体数量对其安装位置进行调整，保证丝杆滑台401沿周向均匀地安装在旋转平台301上。
49.本实施例中，所述齿轮传动机构包括与伺服电机405的输出轴传动连接的减速器409、与所述减速器409传动连接的竖直输入轴404、设置在所述竖直输入轴404顶端的主动伞齿轮407和至少三组分别传动连接所述主动伞齿轮407的传动过渡部件；
50.每组所述传功过渡部件均包括与主动伞齿轮407相啮合的从动伞齿轮406和安装在所述从动伞齿轮406中的水平输出轴403，所述水平输出轴403与所述丝杆4011的数量相等且一一对应，所述水平输出轴403和与其对应的所述丝杆4011之间通过联轴器410连接。
51.需要说明的是，竖直输入轴404穿设所述移动柜的顶部，主动伞齿轮407穿设旋转平台301。
52.需要说明的是，当伺服电机405正转时，通过减速器409驱动竖直输入轴404转动，竖直输入轴404上端的主动伞齿轮407啮合三个从动伞齿轮406带动三个水平输出轴403同步转动且转速相同，三个丝杆4011随之同步转动且转速相同，套设在丝杆4011上的丝母座4012沿着旋转平台301的径向同步移动，且速度相同，在丝母座4012移动的过程中，连接在丝母座4012上的三个调整立柱402向靠近坩埚5的方向同步移动，且三个调整立柱402到旋转平台301中心轴的距离始终相等，直至调整立柱402的上部同时抵住坩埚5的外侧面，并对坩埚5同时施加作用力，以保证坩埚5均匀受力时，在调整立柱402的作用下，坩埚5的轴线和旋转平台301的中心轴重合。当检测完成后，只需要控制伺服电机405反转，使得调整立柱向远离旋转平台301中心轴的方向移动，更换坩埚5，即可对下一个坩埚5继续进行检测。
53.需要说明的是，当需要检测不同型号的坩埚5时，可以通过伺服电机405控制调整立柱402到旋转平台301中心轴的距离，以适应相应坩埚5的直径，无需频繁更换固定装置。
54.需要说明的是，主动伞齿轮407与三个从动伞齿轮406相啮合，可以保证三个从动伞齿轮406同步转动且转速相同，还可以通过控制一个伺服电机405实现对三个调整立柱位置进行同步调整。
55.本实施例中，所述旋转平台301的底面通过可拆卸连接的第一支架411安装有轴承座408，所述轴承座408内套设有供所述竖直输入轴404穿设的轴承；
56.所述减速器409通过第二支架412与所述移动柜可拆卸连接。
57.需要说明的是，所述第一支架411可以采用筒状结构，筒状结构的上端具有外凸沿，用于可拆卸连接旋转平台301，其下端具有内凸沿，用于可拆卸连接轴承座408；所述第二支架412也可以采用筒状结构其上端具有的外凸沿用于连接移动柜的顶部，其下端具有的内凸沿用于可拆卸连接减速器409。
58.本实施例中，所述旋转平台301、所述回转支承303和所述底座302呈同轴布设；
59.所述底座302的下部具有外凸沿306，所述底座302通过所述外凸沿306可拆卸连接在所述旋转平台301上；所述底座302的顶部中间位置具有圆形凹槽304，所述底座302的顶
面沿周向均匀设置有万向球308，所述底座302的底部中间位置具有圆形的安装凹槽305。
60.需要说明的是，通过设置圆形凹槽304以及万向球308，可以保证当坩埚5被放置于底座302上时，坩埚5底部的中心区域处于圆形凹槽内，坩埚5底部一圈和多个沿底座顶面周向设置的万向球308接触，相比较点对点的接触形式，采用上述设置，可以增大坩埚与底座302的接触面积，使得坩埚5放置地更稳定。在定心机构对坩埚5进行定心时，坩埚5会相对于底座302产生位移，通过设置有的万向球308，可以保证坩埚5移动更加容易而且避免刮花坩埚5的表面。
61.需要说明的是，通过设置安装凹槽，可以保证主动伞齿轮407和三个从动伞齿轮406位于安装凹槽和旋转平台301围设而成的空间内，便于主动伞齿轮带动从动伞齿轮转动。
62.本实施例中，所述移动柜的顶部设置有透明安装平台101，所述回转支承303包括外圈3031和具有内齿的内圈3032，所述外圈3031与所述透明安装平台101可拆卸连接，所述内圈3032与所述旋转平台301可拆卸连接；
63.所述透明安装平台101上转动安装有与所述内齿相啮合的主动齿轮3033，所述移动柜内设置有一个用于驱动主动齿轮3033的驱动电机307。
64.需要说明的是，所述主动齿轮3033通过套设其中的竖轴安装在所述透明安装平台101上，所述竖轴的下端穿设所述安装平台101，且传动连接所述驱动电机307的输出轴。
65.需要说明的是，回转支承303的内圈307和外圈308之间设置有滚珠，以降低轴承面之间的摩擦。需要说明的是，内圈3032与旋转平台301连接于旋转平台301靠近圆周处的位置，采用该设置，既可以带动旋转平台301绕中心轴旋转，又可以对旋转平台301形成支撑，保证旋转平台301平稳地转动。此外，还能增大旋转平台301的载重，便于对大尺寸的坩埚5进行检测，使得本技术提供的检测装置的适用范围更广。
66.需要说明的是，在检测大尺寸的坩埚5时，无需在坩埚5的外侧一圈设置多个检测机构，只需在坩埚5外侧的任意位置设置一个检测机构，通过回转支承带动旋转平台301转动，坩埚5随之同步旋转，就可以对坩埚5侧壁的一圈完成采样。可以降低成本。
67.本实施例中，所述透明安装平台101的底面设置有补光灯6。
68.需要说明的是，透明安装平台101采用透明材料便于补光灯6对坩埚进行补光。补光灯6设置在透明安装平台101的底面且位于旋转平台301的外侧一圈，在保证补光效果的同时，也可以避免因磕碰造成的损坏。加装补光灯6可以提高工业相机202采集的视频图像质量。
69.本实施例中，所述检测机构包括安装在移动柜顶部的机械臂201和设置在机械臂201上且用于采集坩埚5视频图像的工业相机202；
70.所述机械臂201位于所述旋转平台301的一侧，所述工业相机202安装在机械臂201上远离所述移动柜的一端。
71.需要说明的是，机械臂201可以选用brtirus0707a机器人，brtirus0707a机器人拥有六个自由度，分别为旋转、下臂、上臂、手腕旋转、手腕摆动和手腕回转，各关节处均安装减速机。具有体积小、工作范围大、速度快、精度高等优点，可以在狭小的空间内灵活作业。
72.需要说明的是，对坩埚5进行检测时，需要沿坩埚5的高度方向采集5-10个检测点的信息，选用brtirus0707a机器人不仅可以快速带动工业相机202完成信息采集，还可以使
得检测点均匀分布。
73.需要说明的是，当坩埚5的直径小于1.5m时，旋转平台301无需转动，选用brtirus0707a机器人，其机械臂可以带动工业相机202，对坩埚5的一圈信息进行采集。
74.需要说明的是，相较于目前检测时常采用的在坩埚5的上方设置检测机构的方式，本实用新型中将检测机构设置在坩埚5的一侧，无需加装对机械臂201进行吊装的装置，可以降低成本。
75.本实施例中，所述移动柜包括柜体103和四个设置在柜体103底部的万向轮102。
76.需要说明的是，万向轮102可以选择带刹车的万向轮，便于推动检测装置移动。
77.上述可拆卸连接方式可以选择通过螺钉或者螺栓连接，被连接的两个部件的对应位置处均具有螺纹孔。以便于对检测装置的各个部位进行维修更换。
78.在实际工作中，首先，工作人员将坩埚5放置在底座301的上部，使得坩埚5的底部中心区域位于圆形凹槽301内，且万向球308和坩埚5的底部完全接触；
79.其次，打开伺服电机405使其正传，伺服电机405通过竖直输入轴404上部的主动伞齿轮407啮合从三个动伞齿轮407带动三个水平输出轴403转动，三个丝杆随之转动带动三个螺母403同时向靠近坩埚5的方向移动且速度相同，调整立柱402随之同步移动，在移动过程中，各个调整立柱402到旋转平台301中心轴的距离始终保持相同，直至各个调整立柱402的上端刚好同时作用于坩埚5的侧壁上，此时，调整立柱302对坩埚5均匀施力使得坩埚5的轴线和旋转平台301的中心轴重合；
80.之后进行坩埚5检测，当坩埚5的直径小于1.5m时，只需要通过操作机械臂201带动工业相机202对坩埚的侧壁一圈进行检测即可；当坩埚5的直径大于1.5m时，机械臂201的运动位置受限制，工业相机202无法获取坩埚远离检测机构一侧的视频图像信息，可以通过驱动电机307驱动主动齿轮3033带动内圈3032以及连接在其上的旋转平台301绕旋转平台301的中心轴转动，坩埚5随之转动，即可保证坩埚5侧壁一圈的信息都被检测到；
81.在检测不同型号的坩埚5时，只需要通过伺服电机405驱动竖直输入轴404，以改变调整立柱302到旋转平台301中心轴的距离即可适应不同型号的坩埚5直径，无需更换不同的固定装置。
82.以上，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。