一种连接组件、图像采集装置及高温炉的制作方法

1.本实用新型涉及拉晶设备技术领域，特别是涉及一种连接组件、图像采集装置及高温炉。


背景技术：

2.目前，在硅棒拉晶生长过程中，通常在单晶炉的观察口安装工业相机，使用相机拍摄炉内图像，通过测量图像中的光线信息以及晶棒的尺寸，可以获知单晶炉内的温度以及晶棒的生长质量，从而便于自动控制拉晶过程。
3.这种测量方式中，工业相机通过安装支架固定在单晶炉外部，工业相机的位置和角度存在局限性，所采集到的炉内视野范围较窄。当工业相机内置时，炉内的高温环境又使得工业相机无法正常工作。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种连接组件、图像采集装置及高温炉，旨在解决工业相机在高温炉内安装时，工业相机无法正常工作的问题。
5.本实用新型实施例提供了一种连接组件，用于连接图像采集模组和高温炉炉盖，所述连接组件包括法兰筒；
6.所述法兰筒的第一端和第二端之间形成用于至少容纳部分所述图像采集模组的容纳腔，所述法兰筒的一端设置有用于与所述炉盖连接的法兰结构；其中，所述第一端和所述第二端为沿所述法兰筒的轴线相对的两端；
7.所述法兰筒的内壁和外壁之间形成第一冷却腔，所述第一冷却腔用于充设冷却介质。
8.本实用新型实施例还提供了一种图像采集装置，所述图像采集装置包括图像采集模组和前述的连接组件；
9.至少部分所述图像采集模组嵌于所述容纳腔内。
10.本实用新型实施例还提供了一种高温炉，所述高温炉包括前述的图像采集装置。
11.在本实用新型实施例的连接组件中，法兰筒的一端设置有用于与高温炉炉盖连接的法兰结构，法兰筒的第一端和第二端之间形成用于至少容纳部分图像采集模组的容纳腔。当法兰筒与炉盖连接时，可以使得法兰筒处于高温炉内部，并通过容纳腔将图像采集模组安装于高温炉内部。并且，在法兰筒的内壁和外壁之间形成第一冷却腔，该第一冷却腔可用于充设冷却介质。因此，第一冷却腔可以对容纳腔中的图像采集模组降温冷却，防止高温导致图像采集模组失效损坏，可保障图像采集模组正常工作。
附图说明
12.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新
型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1示出了本实用新型实施例中连接组件的示意图；
14.图2示出了本实用新型实施例图1中a-a方向的剖面示意图；
15.图3示出了本实用新型实施例图1中m方向的示意图；
16.图4示出了本实用新型实施例中高温炉的示意图；
17.图5示出了本实用新型实施例图4中i位置的局部放大示意图；
18.图6示出了本实用新型实施例中连接组件一种安装结构的简化示意图；
19.图7示出了本实用新型实施例中连接组件又一种安装结构的简化示意图；
20.图8示出了本实用新型实施例中连接组件另一种安装结构的简化示意图。
21.附图编号说明：
22.10-法兰筒，11-隔热滤光片，12-第一接头，13-第二接头，14-石英玻璃，15-第一密封圈，16-固定环，17-第二密封圈，18-第三接头，19-第四接头，20-炉盖，21-换热器，30-连接件，101-第一冷却腔，102-安装凸台，103-第二冷却腔，161-第三冷却腔。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在硅棒拉晶生长过程中，可以通过图像采集模组利用视觉图像的方式获取晶棒生长的图像，从而对其生长环境和生长质量进行测量。本实用新型实施例的连接组件的可以用于连接图像采集模组和高温炉炉盖，当图像采集模组与高温炉炉盖连接后，可以拍摄到高温炉内的图像。需要说明的是，该高温炉的炉内温度通常不低于1000℃，常见的工作温度大约为1400℃或1700℃左右。
25.参照图1和图2，示出了本实用新型提供的一种连接组件的结构示意图，所述连接组件包括法兰筒10；
26.所述法兰筒10的第一端和第二端之间形成用于至少容纳部分所述图像采集模组的容纳腔，所述法兰筒10的一端设置有用于与所述炉盖连接的法兰结构；其中，所述第一端和所述第二端为沿所述法兰筒10的轴线相对的两端；
27.所述法兰筒10的内壁和外壁之间形成第一冷却腔101，所述第一冷却腔101用于充设冷却介质。
28.具体而言，如图1和图2所示，本实用新型实施例的连接组件包括法兰筒10，法兰筒10为两端贯通的中空筒状结构，可以是圆柱形空心筒，也可以是横截面为多边形的空心筒。法兰筒10两端中空的部分形成容纳腔，可以用来安装部分图像采集模组或全部图像采集模组。需要说明的是，图像采集模组即用于拍摄高温炉内实况图像的模组，例如常见的工业相机。图像采集模组中图像采集组件作为核心组件，实现光电转换以输出图像信息。图像采集模组中还可以包括用于将光线进行折射的棱镜，该棱镜可装设于图像采集组件的镜头前方，扩展图像采集组件的拍摄视野。
29.无论是将部分图像采集模组置于法兰筒10内，还是将全部图像采集模组置于法兰筒10内。为了防止图像采集模组受到高温的损坏。可通过在法兰筒10中设计冷却结构对法兰筒10的容纳腔降温，使容纳腔内处于合适的温度区间。具体地，如图2的示意，法兰筒10的内壁和外壁之间形成第一冷却腔101，第一冷却腔101用于充设冷却介质。
30.在实际制造中，可以分别加工制造法兰筒10内外两个套筒，内外两个套筒套设在一起后焊接或粘接为一体，法兰筒10的内壁和外壁之间形成第一冷却腔101，一种实施方式中，可以在密封连接内外两个套筒之前在第一冷却腔101内预先充设固态的冷却介质，利用其自身的导热特性进行热交换，以实现法兰筒10外部与内部的容纳腔的隔热冷却。另一种实施方式中，可以在第一冷却腔101中注入流体冷却介质，例如，液态的冷却液或者低温气体等。可以理解的是，用于制备法兰筒10的材质可以是耐高温的合金或陶瓷，只需保证法兰筒10在高温炉内受热不变形即可。
31.在本实用新型实施例的连接组件中，法兰筒置于高温炉内使用时，利用其第一冷却腔可以实现对内部容纳腔中的图像采集模组的隔热冷却，有助于防止高温导致图像采集模组失效损坏，可保障图像采集模组正常工作。
32.可选地，参照图2，所述连接组件还包括隔热滤光片11，所述隔热滤光片11固定于所述法兰筒10远离所述法兰结构的一端。
33.具体而言，如图2所示，一种实施方式中，上述的连接组件还包括隔热滤光片11。隔热滤光片11可以是耐高温的滤光片，由于法兰筒10通过法兰结构与炉盖连接，因此，法兰筒10上远离法兰结构的一端距离炉盖更远，隔热滤光片11固定在这端一方面将高温炉内耀眼的眩光过滤掉，滤光性能具体由隔热滤光片11的涂层或者掺杂的物质决定。容易理解的是，若隔热滤光片11固定在靠近法兰结构的一端，容纳腔则容易暴露于高温环境中。另一方面隔热滤光片11处于更远离法兰结构的位置，对法兰筒10的容纳腔内外可以起到有效的隔热作用。需要说明的是，本实用新型实施例中的隔热滤光片11可以是带有较薄镀金层的镀金玻璃，也可以是掺杂有氧化铁、氧化钴、氧化铜或氧化锰等一种或几种氧化物的耐高温玻璃。这些隔热滤光片11既能满足隔热需求，也能满足滤光需求，使容纳腔中的图像采集模组可以采集到具有清晰边界的图像。
34.可选地，参照图2，所述连接组件还包括第一接头12和第二接头13；
35.所述第一接头12和所述第二接头13中至少一个连接于所述内壁或所述外壁上，且所述第一接头12和所述第二接头13均与所述第一冷却腔101连通；
36.所述第一接头12用于导入所述冷却介质，所述第二接头13用于导出所述冷却介质。
37.具体而言，如图2所示，一种实施方式中，当上述的冷却介质为流体时，为了提高冷却效率，连接组件还可以包括第一接头12和第二接头13。第一接头12和第二接头13中至少一个接头连接于法兰筒10的内壁或外壁上，并且，第一接头12和第二接头13均与第一冷却腔101连通。两个接头与高温炉外存放冷却介质的容器通过管路连通，在管路中设置有泵送装置，在泵送装置的压力作用下，低温的冷却介质从一个接头导入到第一冷却腔101内，吸热之后，升温的冷却介质从另一个接头导出至容器中。从而循环使用冷却介质，可以提高冷却效率并降低冷却成本。
38.可选地，参照图2，所述连接组件还包括石英玻璃14；
39.所述石英玻璃14与所述隔热滤光片11层叠设置于所述法兰筒10远离法兰结构的一端。
40.具体而言，如图2所示，一种实施方式中，由于隔热滤光片11既要兼顾隔热性能和滤光性能，其厚度不宜过厚。若满足滤光性能时其隔热性能不足时，可在隔热滤光片11靠近法兰结构的一侧叠放石英玻璃14，该石英玻璃14由于是矿物质透明玻璃，具有耐高温以及防爆性能。因此，与隔热滤光片11共同使用，可以起到双重隔热及防爆作用，弥补隔热滤光片11的隔热不足的缺陷，可以形成对图像采集模组的可靠防护。
41.可以理解的是，当图像采集模组的图像采集组件位于法兰筒10外部，棱镜位于法兰筒10的容纳腔内时，若棱镜具有耐高温的性能，隔热滤光片11也可以安装固定在靠近法兰结构的一端，此时，隔热滤光片11处于图像采集组件的镜头前端和棱镜之间，主要对光线进行过滤。还可根据热防护的要求，在法兰筒的任意一端使用两层或多层石英玻璃14进行隔热。
42.可选地，参照图2，所述法兰筒10远离法兰结构的一端沿径向向轴心延伸设置有安装凸台102，所述石英玻璃14与所述安装凸台102固定连接，所述隔热滤光片11设置于所述石英玻璃14远离所述安装凸台102的一侧。
43.具体而言，如图2所示，一种实施方式中，在法兰筒10远离法兰结构的一端，沿法兰筒10的径向，向轴心延伸设置有安装凸台102，安装凸台102可以环绕法兰筒10的内壁一圈。石英玻璃14的尺寸可以与法兰筒10的内圈的尺寸相同，因此，石英玻璃14安装于法兰筒10内时，安装凸台102可以起到轴向的定位阻挡作用，防止石英玻璃14滑出掉落。同时，可将隔热滤光片11叠放固定在石英玻璃14远离安装凸台102的一侧。这种安装结构中，石英玻璃14可以作为外层隔热件，隔热滤光片11可作为内层隔热件，石英玻璃14可以保护隔热滤光片11。可以理解的是，两者的安装位置也可以互换。
44.可选地，参照图2，所述连接组件还包括第一密封圈15，所述第一密封圈15设置于所述石英玻璃14与所述安装凸台102之间。
45.具体而言，如图2所示，一种实施方式中，为了提升该连接组件的密闭性，连接组件还包括第一密封圈15，第一密封圈15可以是具有一定耐热性能的软胶材质制成的环形密封圈，第一密封圈15设置于石英玻璃14与安装凸台102之间，对石英玻璃14与安装凸台102之间的安装缝隙进行密封。从而，当连接组件与高温炉的炉盖连接时，可以避免因气密性缺陷导致炉内气压不足或炉内气体纯度不纯引起的产品缺陷，气密性的改善有助于提升高温炉使用时产品的制备质量。
46.可选地，参照图2，所述安装凸台102的内壁和外壁之间形成第二冷却腔103，所述第二冷却腔103与所述第一冷却腔101连通。
47.具体而言，如图2所示，一种实施方式中，由于安装凸台102为法兰筒10向内延伸形成的安装结构，因此，安装凸台102的内壁和外壁之间可以形成第二冷却腔103，且第二冷却腔103与第一冷却腔101连通为一体，第一冷却腔101内的冷却介质可以进入到第二冷却腔103中。结合图2的示意，第一密封圈15与安装凸台102接触，因此，冷却介质进入到第二冷却腔103中可以对第一密封圈15进行冷却降温，有助于提升第一密封圈15的使用寿命，有利于提升密封性能。
48.可选地，参照图2，所述连接组件还包括固定环16和第二密封圈17；
49.所述固定环16嵌于所述容纳腔内与所述法兰筒10远离法兰结构的一端固定连接，所述石英玻璃14设置于所述安装凸台102与所述固定环16之间，所述第二密封圈17设置于所述石英玻璃14与所述固定环16之间；
50.所述固定环16的内壁和外壁之间形成第三冷却腔161，所述第三冷却腔161用于充设冷却介质。
51.具体而言，如图2所示，一种实施方式中，连接组件还可以包括固定环16和第二密封圈17，固定环16可以为圆环形零件，且具有较厚的厚度，固定环16的两个端面均内凹形成凹槽，一个端面的凹槽用于与石英玻璃14安装贴合，另一个凹槽用于固定隔热滤光片11。结合图2的示意，固定环16可以通过螺钉紧固在安装凸台102上，石英玻璃14设置于安装凸台102与固定环16之间，固定环16和安装凸台102将石英玻璃14夹紧固定。第二密封圈17设置于石英玻璃14与固定环16之间，对该位置的安装缝隙进行密封。第二密封圈17的材质与第一密封圈16可以相同，此处不再赘述。
52.此外，固定环16的内壁和外壁之间为空心结构形成第三冷却腔161，第三冷却腔161用于充设冷却介质。结合图示，第二密封圈17与固定环16接触，第三冷却腔161内的冷却介质可以对第二密封圈17冷却降温，有助于提升第二密封圈17的使用寿命，有利于提升密封性能。
53.可选地，参照图2，所述固定环16远离所述石英玻璃14的一端设置有嵌槽，所述隔热滤光片11固定于所述嵌槽内。
54.具体而言，如图2所示，一种实施方式中，固定环16远离所述石英玻璃14的一端端面沿轴向内凹形成阶梯状的嵌槽，隔热滤光片11可以通过过盈配合的方式或者粘接的方式固定于嵌槽内，使隔热滤光片11得到可靠地固定。
55.可选地，参照图3，所述连接组件还包括第三接头18和第四接头19；
56.所述第三接头18和所述第四接头19均与所述第三冷却腔161连通，所述第三接头18用于导入所述冷却介质，所述第四接头19用于导出所述冷却介质。
57.具体而言，如图3所示，一种实施方式中，当上述的冷却介质为流体时，为了提高固定环16内的冷却效率，连接组件还可以包括第三接头18和第四接头19。第三接头18和第四接头19中均与第三冷却腔161连通。两个接头与高温炉外存放冷却介质的容器通过管路连通，在管路中设置有泵送装置，在泵送装置的压力作用下，低温的冷却介质从一个接头导入到第三冷却腔161内，吸热之后，升温的冷却介质从另一个接头导出至容器中。从而循环使用冷却介质，可以提高冷却效率并降低冷却成本。需要说明的是，用于向第三冷却腔161与第一冷却腔101可以共享一套供应冷却介质的泵送装置和容器，以降低设备成本。
58.本实用新型实施例还提供了一种图像采集装置，所述图像采集装置包括图像采集模组和前述的任一种连接组件；
59.至少部分所述图像采集模组嵌于所述容纳腔内。
60.具体而言，实际应用中，可将具备图像采集功能的图像采集模组和连接组件组合使用作为一种耐高温的图像采集装置。这种图像采集装置中至少部分图像采集模组嵌于容纳腔内，具有隔热冷却功能的容纳腔可以对至少部分图像采集模组起到防护作用，保障图像采集功能的有效工作。
61.可选地，所述图像采集模组包括图像采集组件，所述图像采集组件设置于所述容
纳腔内或外。
62.具体而言，一种实施方式中，上述图像采集模组中可由图像采集组件实现图像采集功能，图像采集组件可以为ccd(chargecoupleddevice，电荷耦合器件)组件或cmos(complementarymetaloxidesemiconductor)，即“互补金属氧化物半导体)组件，即用于光电转换的组件。该图像采集组件可以装设在法兰筒10的容纳腔内或外，只需保证图像采集组件的镜头光轴与法兰筒10的轴线重合且镜头背离法兰结构即可，当图像采集组件安装于容纳腔内时，更靠近端部的隔热滤光片11和石英玻璃14，因此，具有更为广阔的拍摄视野，能够拍摄到更全面准确的信息。
63.可选地，所述图像采集模组还包括外置棱镜，所述外置棱镜设置于所述图像采集组件的受光面一侧；
64.所述图像采集组件和所述外置棱镜均嵌于所述容纳腔内；或，所述外置棱镜嵌于所述容纳腔内，所述图像采集组件位于所述容纳腔外。
65.具体而言，一种实施方式中，图像采集模组还包括外置棱镜，外置棱镜为一种对光线进行折射的棱镜。该外置棱镜设置于图像采集组件的受光面一侧，也即位于光线的入射路径上，通过外置棱镜的折射作用，也有助于扩大图像采集模组的采集视野。可以理解的是，外置棱镜的形状及光学结构可根据需要扩大的视野范围进行针对性的设计，本实用新型对此不进行赘述说明。
66.在安装使用时，既可以将图像采集组件和外置棱镜均嵌于容纳腔内，当容纳腔内空间有限或受其它因素制约时，也可以将外置棱镜嵌于容纳腔内，将图像采集组件固定于容纳腔外，以协调各零件的安装。
67.参照图4至图7，本实用新型实施例还提供了一种高温炉，所述高温炉包括前述任一种图像采集装置，所述炉盖20设置有观察口，所述法兰筒10通过所述法兰结构与所述炉盖20连接，且所述法兰筒10通过所述观察口伸入至所述高温炉内部。
68.具体而言，如图4和图5的示意，上述的图像采集装置用于高温炉上时，可利用法兰结构通过螺栓与炉盖20连接，并使用密封圈密封，以便于后续拆卸维护。具体地，炉盖20上开设有连通高温炉内外的观察口。一种安装结构中，可将炉盖20观察口位置的外表面加工成安装平面，将法兰筒10由外向内穿过观察口后利用法兰结构通过螺栓紧固。另一种安装结构中，可将炉盖20观察口位置的内表面加工成安装平面，将法兰筒10的法兰结构直接对准安装平面通过螺栓紧固。当炉盖20观察口位置的安装平面加工不便时，也可以在该位置焊接具有安装平面的连接件30用于固定法兰筒10，连接件30可以为一环形法兰接头，该接头加工有安装平面，如图6的示意，当该连接件30焊接在炉盖20观察口位置的外壁时，法兰筒10从炉盖20外部伸入到炉内时，连接件将法兰筒10支撑在观察口位置，法兰筒10的部分位于炉内。如图7的示意，当该连接件30焊接在炉盖20观察口位置的内壁时，法兰筒10从炉盖20外部伸入到炉内安装时，连接件将法兰筒10悬挂固定在观察口位置，法兰筒10可以全部位于炉内。由于炉内压力小于炉外的压力，无论是图6还是图7示意的安装结构，均有助于通过法兰结构将法兰筒10与炉盖20连接装配的更为紧密，有助于提升高温炉的气密性。此外，如图8的示意，在工艺和成本允许的条件下，也可以省去法兰筒10端部的法兰结构以及连接件30，将法兰筒10的筒身主体直接焊接在炉盖20的观察口，或者在制造炉盖20时，一次性加工出法兰筒10，即法兰筒10与炉盖20为一体制造的零件。这样，可消除法兰筒10与炉盖
20之间的装配间隙，也有助于提升高温炉的气密性。
69.因此，这种高温炉由于采用了上述的图像采集装置，能够满足高温环境下图像采集的任务需求。该高温炉可以为单晶炉、蓝宝石炉、碳化硅长晶炉等提供高温工作环境的加工设备。例如，高温炉为单晶炉时，这种高温炉上由于图像采集装置可以从炉内采集图像，可以更准确地测量硅棒的生长质量。
70.可选地，参照图4，所述高温炉为单晶炉，所述高温炉还包括换热器21，所述换热器21的辐射面与所述炉盖20的轴线形成第一夹角α1，
71.所述法兰筒10的轴线与所述炉盖20的轴线形成第二夹角α2，所述第二夹角α2不超过所述第一夹角α1。
72.具体而言，如图4的示意，当高温炉为单晶炉时，单晶炉内可以安装换热器21以提升炉内热场的热对流效率，换热器21为具有锥形辐射面的结构，位于炉盖20的下方。换热器21的辐射面与炉盖20的轴线形成第一夹角α1，法兰筒10的轴线与炉盖20的轴线形成第二夹角α2。安装固定法兰筒10时，可以控制第二夹角α2不超过第一夹角α1，避免换热器21造成视野的遮挡，可以使得图像采集装置具有更为广阔的视野。也即，法兰筒10更靠近炉盖20的轴线安装时，图像采集装置越是趋近于正视向下拍摄，具有广阔的视野。示例性地，当第一夹角α1为15
°
时，第二夹角α2即小于或等于15
°
，实际安装时，可以选择α2为10
°
、6
°
等更小的夹角，以提供广阔的视野。
73.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
74.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。