蓝宝石单晶炉的晶体称重装置及称重方法与流程

本发明涉及到蓝宝石单晶炉领域，尤其是一种晶体称重装置。

本发明还涉及一种晶体称重方法。

背景技术：

随着全球新能源市场的迅速发展，led产业逐渐成为能源工业新的增长点，已经具备了赶超其他节能产业的能力，在世界范围内呈现迅猛发展之势。

蓝宝石单晶炉是led产业链中重要的晶体生长设备。目前，世界上用于蓝宝石单晶体生长的主流方法有以下几种：导模法、热交换法和泡生法。泡生法在扩肩生长后的晶锭直径较大，有利于生长出大尺寸、低缺陷密度、高品质的蓝宝石单晶体，因此具有更大的优势。

泡生法蓝宝石单晶炉内的称重机构是晶体生长过程中的重量信号收集与反馈系统，也是整个晶体生长过程中最重要的参考数据与评判依据。传统蓝宝石单晶炉所使用的称重机构，多采用大小量程传感器同级并联，传感器设置在真空腔内。传统机构在晶体重量小于150公斤时基本满足使用要求。但仍存在信号易受电磁干扰，结构复杂，调试难度大，称重重复性和可靠性欠缺问题。这些问题在晶体重量增大后将更加明显。

当前国内120公斤蓝宝石单晶的生产工艺已基本成熟。单晶晶体重量越大，经济效益越好。蓝宝石单晶的生产设备和工艺一直在向大重量晶体发展，更大晶体对称重机构会有更高要求。

故需要一种新的技术方案以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种蓝宝石单晶炉的晶体称重装置，解决现有称重装置易受电磁干扰，结构复杂，调试难度大，称重重复性和可靠性欠缺问题。

本发明同时提供一种使用上述蓝宝石单晶炉的晶体称重装置的称重方法。

为达到上述目的，本发明蓝宝石单晶炉的晶体称重装置可采用如下技术方案：

一种蓝宝石单晶炉的晶体称重装置，包括提升部件、通过提升部件升降的称重部件及连接称重部件的籽晶旋转部件；所述称重部件包括连接与提升部件上的支撑件、位于支撑件上的称重平台座、自称重平台座延伸出的籽晶转轴安装座、位于称重平台座上的小量程传感器以及位于称重平台座上的大量程传感器；称重平台座包括承载于支撑件上的下座体、自下座体一端向上延伸的连接体及自连接体上端横向延伸并悬在下座体上的上座体；所述籽晶转轴安装座即自上座体的外端延伸出。大量程传感器安装在下座体上表面上，小量程传感器反向安装在上座体底面上，且小量程传感器位于大量程称重传感器上方，大量程称重传感器与小量程称重传感器背对背串联连接；且量程称重传感器与小量程称重传感器之间为点接触；所述籽晶旋转部件包括安装在籽晶转轴安装座上并向下延伸的波纹管、自与波纹管同轴向上延伸的籽晶转轴及驱动籽晶转轴和波纹管转动的驱动装置。

有益效果：本发明的优点在于：

1、称重传感器设置在真空腔外，线缆不需要真空电极转接，增强了抗电磁干扰能力，提高了测量值精度。

2、大、小称重传感器背对背安装，传感器之间的连接为点接触，这样就不存在称重过程中支撑点高度不一致的情况。避免了传统机构中称重支点与称重负载盘间的球面配合的摩擦，提高了称重的重复性和可靠性。也使结构较传统机构简化。

3、籽晶转轴运动部件远离称重部件，避免了称重数值由于旋转运动件的偏载导致称重数值的周期性波动等问题。同时克服了当前传统结构当中旋转电机装置和称重装置安装在同一轴线上，籽晶转轴运动时不平稳、抖动对于称重数值的扰动。

本发明提供的称重方法为：

设置一个称重阈值，当晶体重量小于等于该阈值时，小量程称重传感器的读数为测重值；当晶体重量大于该阈值时，大称重传感器的重量为测重值。

进一步的，当晶体重量小于等于该阈值时，大称重传感器的读数值作为校核使用；当晶体重量大于该阈值时，小称重传感器处于过载保护状态。

有益效果：

该称重方法中将称重传感器分级，可大幅度的提高称重范围和提高小重量时的称重精度。

附图说明

图1为本发明中晶体称重装置的立体图。

图2为本发明中晶体称重装置的剖视结构示意图。

具体实施方式

请结合图1及图2所示，本发明公开的一种蓝宝石单晶炉的晶体称重装置，包括提升部件、通过提升部件升降的称重部件及连接称重部件的籽晶旋转部件。所述提升部件为滚珠丝杠1，且所述支撑件21安装在滚珠丝杠的丝杆螺母11上并倾斜向上延伸。

所述称重部件包括连接与提升部件上的支撑件21、位于支撑件21上的称重平台座22、自称重平台座22延伸出的籽晶转轴安装座23、位于称重平台座22上的小量程传感器24以及位于称重平台座22上的大量程传感器25。该称重平台座22包括承载于支撑件21上的下座体221、自下座体221一端向上延伸的连接体222及自连接体222上端横向延伸并悬在下座体221上的上座体223。所述籽晶转轴安装座23即自上座体223的外端延伸出。大量程传感器25安装在下座体221上表面上，小量程传感器24反向安装在上座体223底面上，且小量程传感器24位于大量程称重传感器25上方，大量程称重传感器25与小量程称重传感器24背对背串联连接；且大量程称重传感器与小量程称重传感器之间为点接触。该点接触的实现结构为：大量程称重传感器25的上部装有钢球243，相对应的小量程传感器24的底部装有与所述钢球243抵靠的钨钢板242；由于大、小量程传感器为背对背配置，故称重传感器工作时钢球243与钨钢板242为点接触方式。

小量程传感器24的上方设有小量程传感器限位过载保护装置241。

所述籽晶旋转部件包括安装在籽晶转轴安装座23上并向下延伸的波纹管31、自与波纹管31同轴向上延伸的籽晶转轴32、驱动籽晶转轴32和波纹管31转动的驱动装置33、与波纹管31上部连接的磁流体34及位于磁流体34上方的水冷座35，所述水冷座35上方承载籽晶转轴安装座。称重平台座22上配有燕尾槽，并通过转动手轮4使籽晶转轴安装座23相对于支撑件21水平方向往复移动，进而微调籽晶转轴32与炉体(未图示)的对中。而提升部件1驱动称重平台座23上下移动。称重平台座23上下移动过程中，提升波纹管31连接炉体上盖(未图示)，使波纹管31与炉体上盖对真空密封。进一步的，所述驱动装置33为步进电机，该步进电机的驱动轴用弹性联轴器与籽晶转轴相连。波纹管31上部与磁流体34相连，下部与炉体上盖相连，起到密封和适应称重平台座22上下运动。

而在具体的应用中的实施例为：

即使用上述晶体称重装置的称重方法为：设置一个称重阈值，当晶体重量小于等于该阈值时，小量程称重传感器24的读数为测重值；当晶体重量大于该阈值时，大称重传感器25的重量为测重值。当晶体重量小于等于该阈值时，大称重传感器25的读数值作为校核使用；当晶体重量大于该阈值时，小称重传感器24处于过载保护状态。例如，可以取所述阈值为50kg。

另外，称重装置中提拉旋转籽晶转轴的称重力臂长度是小量程和大量程称重传感器力臂长度的两倍，此时称重传感器的读数值为实际称重值的两倍，即称重传感器测量精度可以提高一倍，可以更加精确的测量晶体的重量。例如，设和晶体固定连接的附件总重位400n，此时晶体的重量为100n时，则称重传感器重量值读数为1000n。

以上实施例的称重装置主要解决现有技术中当大于150公斤晶体称重时，易受电磁干扰，结构复杂，调试难度大，称重重复性和可靠性欠缺问题。