一种金刚石温度测量装置

技术领域

本发明属于人造金刚石技术领域，具体涉及一种金刚石温度测量装置。

背景技术

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)是制备高品质金刚石的首选方法。其中温度为金刚石生长过程中的关键参数，适当的温度范围可以有效提高金刚石生长的效率和成膜质量，而温度范围过低或过高，均将影响金刚石的生长效率和质量，因此，金刚石生长过程中测量金刚石温度尤为重要，目的在于实时了解金刚石温度变化，以便于根据金刚石温度变化对金刚石生长腔内各参数进行调整，使得金刚石晶体温度处于适当范围。

目前MPCVD金刚石生长过程中主要通过红外测温仪对金刚石晶体温度进行测量，但红外测温仪存在温度测量准确性低的缺陷，其只能对金刚石生长腔体内的单点进行探测，所测出的温度仅能代表腔体中众多金刚石晶体中的一片金刚石晶体的温度，代表不了其他金刚石晶体的生长温度。而生长腔内生长基台上不同区域内的金刚石晶体温度存在差异，后续根据单片金刚石晶体温度调整生长腔内各参数所得的温度范围并不适用于其他金刚石晶体。

现有热成像技术能很好解决红外测温仪仅能测量单点温度的问题，但MPCVD工艺生长过程中，金刚石晶体表面形成有一超高温等离子团，该高温等离子团会干扰热成像技术对金刚石晶体温度的测试，影响热成像技术测量金刚石晶体温度的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种金刚石温度测量装置，以解决金刚石晶体生长过程中采用红外测温准确性低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔顶部的视窗，以及滑动安装于金刚石生长腔顶部的相机，相机能环绕金刚石生长腔顶部做周向圆周运动，相机在经过视窗时通过视窗拍摄金刚石生长腔内部情形。

进一步地，金刚石生长腔顶部设有环形导轨，环形导轨上滑动连接有滑块，相机安装于滑块上，金刚石生长腔顶部设有与滑块相连接用于驱动滑块沿着环形导轨做周向圆周运动的驱动机构。

进一步地，驱动机构包括设于金刚石生长腔顶部中心的驱动电机，以及连接于驱动电机驱动轴上并与滑块相连接的连接件。

进一步地，连接件包括连接于驱动电机驱动轴上的转动轴，与转动轴相连的驱动杆，以及一对连接于驱动杆上的弧形连动杆，滑块与弧形连动杆相连接。

进一步地，驱动杆和一对弧形连动杆位于同一平面并且一对弧形连动杆以驱动杆为对称轴对称分布。

进一步地，一对弧形连动杆之间围成有与相机拍摄视角方向相适配的拍摄孔。

进一步地，滑块上设有连接板，连接板上设有转动机构，相机通过转动机构转动安装于连接板上。

进一步地，转动机构包括设于连接板上的转轴，安装于转轴上的转动块，设于转动块上的箍圈，以及设于滑块上的直线电机；直线电机驱动轴与转动块铰接，相机安装于箍圈内。

进一步地，连接板上设有一对连接柱，转轴转动安装于一对连接柱之间。

进一步地，转动块包括与转轴相连接的连接块，以及与连接块为一体结构的延伸块，延伸块与连接块之间形成有30°-45°的夹角，直线电机驱动轴与延伸块相铰接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，利用相机对金刚石生长腔内金刚石生长过程进行拍照，对所得照片进行识别、分析，再通过金刚石颜色与温度的映射关系，计算出金刚石温度，由于拍照所得照片内包含了大部分金刚石晶体图像，因此可通过对照片进行分析计算得到生长腔内大部分金刚石晶体的温度，相对于红外测温仪，提高了对金刚石生长腔内金刚石温度测量的准确性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为连接板结构示意图。

图3为环形导轨与支撑杆的截面图。

图4为滑块结构示意图。

图5为金刚石生长腔外观图。

图6为直线电机驱动轴与连接块的铰接关系图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-金刚石生长腔、2-相机、3-单片机、4-环形导轨、5-滑块、6-支撑杆、7-视窗、8-连接板、9-连接柱、10-转轴、11-转动块、12-箍圈、13-连接块、14-延伸块、16-直线电机、19-驱动电机、20-驱动杆、21-拍摄孔、22-弧形连动杆、23-转动轴、24-触控屏、25-金刚石晶体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-6所示，本发明提供的一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔1顶部的视窗7，以及滑动安装于金刚石生长腔1顶部的相机2，相机2能环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动，相机2在经过视窗7时通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内部情形。

本实施例1中，相机2环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动的过程中逐步经过视窗7时，依次通过每一个视窗7拍摄金刚石生长腔1内金刚石生长情况。相机2在金刚石生长腔1顶部对金刚石生长腔1内金刚石生长情况进行多角度拍摄，如此，使得金刚石生长腔1内多数的金刚石晶体25被拍摄。

本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，利用相机对金刚石生长腔1内金刚石生长过程进行拍照，对所得照片进行识别、分析，再通过金刚石颜色与温度的映射关系，计算出金刚石温度，由于拍照所得照片内包含了多数金刚石晶体图像，因此可通过对照片进行分析计算得到生长腔内多数金刚石晶体的温度，相对于红外测温仪，提高了对生长腔内金刚石温度测量的准确性。

实施例2

如图1-6所示，本发明提供的一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔1顶部的视窗7，以及滑动安装于金刚石生长腔1顶部的相机2，相机2能环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动，相机2在经过视窗7时通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内部情形。

金刚石生长腔1顶部设有环形导轨4，环形导轨4上滑动连接有滑块5，相机2安装于滑块5上，金刚石生长腔1顶部设有与滑块5相连接用于驱动滑块5沿着环形导轨4做周向圆周运动的驱动机构。

本实施例2中，环形导轨4与金刚石生长腔1同轴心，滑块5可在环形导轨4上滑动，相机2环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动的实现方式为：驱动机构驱动滑块5在环形导轨4上做环绕金刚石生长腔1顶部的周向圆周运动，运动的滑块5带动相机2做环绕金刚石生长腔1顶部的同步周向圆周运动。通过驱动相机2环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动对金刚石晶体25拍照的方式，使得相机2对金刚石生长腔1内金刚石晶体25的拍摄更加便捷、省时省力。

实施例3

如图1-6所示，本发明提供的一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔1顶部的视窗7，以及滑动安装于金刚石生长腔1顶部的相机2，相机2能环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动，相机2在经过视窗7时通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内部情形。

金刚石生长腔1顶部设有环形导轨4，环形导轨4上滑动连接有滑块5，相机2安装于滑块5上，金刚石生长腔1顶部设有与滑块5相连接用于驱动滑块5沿着环形导轨4做周向圆周运动的驱动机构。

驱动机构包括设于金刚石生长腔1顶部中心的驱动电机19，以及连接于驱动电机19驱动轴上并与滑块5相连接的连接件。

本实施例3在实施例2的基础上给出了驱动机构更加优选的结构，具体为：驱动机构包括设于金刚石生长腔1顶部中心的驱动电机19，以及连接于驱动电机19驱动轴上并与滑块5相连接的连接件。其中，驱动电机19驱动轴位于金刚石生长腔1的轴心线上。连接件的作用在于驱动电机19运行时，将驱动电机19驱动轴上的运动传递至滑块5。驱动电机19启动后驱动电机19驱动轴转动，带动连接件做绕驱动电机19驱动轴轴心的圆周运动，运动的连接件带动滑块5在环形导轨4上做同轴心的圆周运动。

环形导轨4与金刚石生长腔1顶部之间通过支撑杆6相连接。

实施例4

如图1-6所示，本发明提供的一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔1顶部的视窗7，以及滑动安装于金刚石生长腔1顶部的相机2，相机2能环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动，相机2在经过视窗7时通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内部情形。

金刚石生长腔1顶部设有环形导轨4，环形导轨4上滑动连接有滑块5，相机2安装于滑块5上，金刚石生长腔1顶部设有与滑块5相连接用于驱动滑块5沿着环形导轨4做周向圆周运动的驱动机构。

驱动机构包括设于金刚石生长腔1顶部中心的驱动电机19，以及连接于驱动电机19驱动轴上并与滑块5相连接的连接件。

连接件包括连接于驱动电机19驱动轴上的转动轴23，与转动轴23相连的驱动杆20，以及一对连接于驱动杆20上的弧形连动杆22，滑块5与弧形连动杆22相连接。

本实施例4在实施例3基础上给出了连接件更加优选的结构，具体为：连接件包括连接于驱动电机19驱动轴上的转动轴23，与转动轴23相连的驱动杆20，以及一对连接于驱动杆20上的弧形连动杆22，滑块5与弧形连动杆22相连接。连接件将驱动电机19驱动轴上的运动传递至滑块5的实现方式为：驱动电机19驱动轴带动转动轴23旋转，转动轴23带动驱动杆20做绕驱动电机19驱动轴轴心的圆周运动，驱动杆20带动弧形连动杆22做同轴心圆周运动，弧形连动杆22带动滑块5同步圆周运动，运动的滑块5带动相机2做环绕金刚石生长腔1顶部的同步周向圆周运动。

实施例5

如图1-6所示，本发明提供的一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔1顶部的视窗7，以及滑动安装于金刚石生长腔1顶部的相机2，相机2能环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动，相机2在经过视窗7时通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内部情形。

金刚石生长腔1顶部设有环形导轨4，环形导轨4上滑动连接有滑块5，相机2安装于滑块5上，金刚石生长腔1顶部设有与滑块5相连接用于驱动滑块5沿着环形导轨4做周向圆周运动的驱动机构。

驱动机构包括设于金刚石生长腔1顶部中心的驱动电机19，以及连接于驱动电机19驱动轴上并与滑块5相连接的连接件。

连接件包括连接于驱动电机19驱动轴上的转动轴23，与转动轴23相连的驱动杆20，以及一对连接于驱动杆20上的弧形连动杆22，滑块5与弧形连动杆22相连接。

驱动杆20和一对弧形连动杆22位于同一平面并且一对弧形连动杆22以驱动杆20为对称轴对称分布。

本实施例5以本实施例4为基础，本实施例5中，驱动杆20和一对弧形连动杆22位于同一平面，如此，使得驱动杆20与一对弧形连动杆22之间能更好的进行圆周运动传递。一对弧形连动杆22的一端以驱动杆20为对称轴对称分布，另一端对称设于圆周运动方向上滑块5的前、后两端面上，如此，使得弧形连动杆22与滑块5的连接更加牢固，且使得弧形连动杆22与滑块5之间能更好进行圆周运动传递。

实施例6

如图1-6所示，本发明提供的一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔1顶部的视窗7，以及滑动安装于金刚石生长腔1顶部的相机2，相机2能环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动，相机2在经过视窗7时通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内部情形。

金刚石生长腔1顶部设有环形导轨4，环形导轨4上滑动连接有滑块5，相机2安装于滑块5上，金刚石生长腔1顶部设有与滑块5相连接用于驱动滑块5沿着环形导轨4做周向圆周运动的驱动机构。

驱动机构包括设于金刚石生长腔1顶部中心的驱动电机19，以及连接于驱动电机19驱动轴上并与滑块5相连接的连接件。

连接件包括连接于驱动电机19驱动轴上的转动轴23，与转动轴23相连的驱动杆20，以及一对连接于驱动杆20上的弧形连动杆22，滑块5与弧形连动杆22相连接。

一对弧形连动杆22之间围成有与相机2拍摄视角方向相适配的拍摄孔21。

本实施例6以本实施例4为基础，本实施例6中，相机2通过拍摄孔21接收从视窗7射出的金刚石晶体25反射出的光线，光线在相机内的感光材料上形成潜像，潜像经进一步处理后形成影像。拍摄孔21能避免弧形连动杆22隔挡金刚石生长腔1内金刚石晶体25通过视窗7射出的反射光线，使得相机27对金刚石晶体25的拍摄不受弧形连动杆22影响。

实施例7

如图1-6所示，本发明提供的一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔1顶部的视窗7，以及滑动安装于金刚石生长腔1顶部的相机2，相机2能环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动，相机2在经过视窗7时通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内部情形。

金刚石生长腔1顶部设有环形导轨4，环形导轨4上滑动连接有滑块5，相机2安装于滑块5上，金刚石生长腔1顶部设有与滑块5相连接用于驱动滑块5沿着环形导轨4做周向圆周运动的驱动机构。

滑块5上设有连接板8，连接板8上设有转动机构，相机2通过转动机构转动安装于连接板8上。

本实施例7以本实施例2为基础，本实施例7中，相机2通过转动机构可在连接板8上发生顺、逆时针旋转。相机2通过连接板8安装于滑块5上而非直接安装于滑块5上，目的在于为相机2的转动提供转动空间。相机2环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动的过程中，通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内金刚石生长情况时，通过控制相机2在连接板8上做顺、逆时针转动，可调整相机2通过视窗7拍摄金刚石晶体的范围。

实施例8

如图1-6所示，本发明提供的一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔1顶部的视窗7，以及滑动安装于金刚石生长腔1顶部的相机2，相机2能环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动，相机2在经过视窗7时通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内部情形。

金刚石生长腔1顶部设有环形导轨4，环形导轨4上滑动连接有滑块5，相机2安装于滑块5上，金刚石生长腔1顶部设有与滑块5相连接用于驱动滑块5沿着环形导轨4做周向圆周运动的驱动机构。

滑块5上设有连接板8，连接板8上设有转动机构，相机2通过转动机构转动安装于连接板8上。

转动机构包括设于连接板8上的转轴10，安装于转轴10上的转动块11，设于转动块11上的箍圈12，以及设于滑块5上的直线电机16；直线电机16驱动轴与转动块11铰接，相机2安装于箍圈12内。

本实施例8以本实施例7为基础，本实施例8中，相机2与箍圈12的连接为可拆卸连接，箍圈12的侧壁上开设有若干个带螺纹的通孔，将相机2装于箍圈12内后，可根据相机2大小选择在通孔内拧入螺栓的方式将相机2与箍圈12紧固相连。

直线电机16用于驱动相机2在连接板8上转动，转动块11与转轴10固定连接，直线电机驱动轴推动转动块11远离直线电机16方向运动时，转动块11绕转轴10做逆时针转动，转动块11带动相机2做同步逆时针转动。直线电机驱动轴拉动转动块11向靠近直线电机16方向运动时，转动块11绕转轴10做顺时针转动，转动块11带动相机2做同步顺时针转动。直线电机16驱动相机2于竖直方向顺、逆旋转的目的在于对相机2透过视窗7拍摄金刚石晶体的角度进行微调，增大相机2对金刚石晶体的拍摄范围。

直线电机16驱动转动块11转动过程中，直线电机16驱动轴与转动块11相接触的一端会随转动块11的转动而发生位移，直线电机16驱动轴与竖直平面的夹角也会发生改变。但直线电机16倾斜固定于滑块5上，直线电机16驱动轴与竖直平面的夹角固定，直线电机16驱动轴与竖直平面的夹角固定不变会影响直线电机16驱动轴与转动块11相接触的一端的位移变化，进而影响转动块11转动。为使直线电机16能顺利驱动转动块11转动，直线电机16驱动轴与转动块11需要以铰接的方式相连，如此，即使直线电机16驱动轴与竖直平面的夹角固定不变，直线电机16驱动轴与转动块11相接触的一端也能发生位移，进而顺利推动或拉动转动块11运动。

实施例9

如图1-6所示，本发明提供的一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔1顶部的视窗7，以及滑动安装于金刚石生长腔1顶部的相机2，相机2能环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动，相机2在经过视窗7时通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内部情形。

金刚石生长腔1顶部设有环形导轨4，环形导轨4上滑动连接有滑块5，相机2安装于滑块5上，金刚石生长腔1顶部设有与滑块5相连接用于驱动滑块5沿着环形导轨4做周向圆周运动的驱动机构。

滑块5上设有连接板8，连接板8上设有转动机构，相机2通过转动机构转动安装于连接板8上。

转动机构包括设于连接板8上的转轴10，安装于转轴10上的转动块11，设于转动块11上的箍圈12，以及设于滑块5上的直线电机16；直线电机16驱动轴与转动块11铰接，相机2安装于箍圈12内。

连接板8上设有一对连接柱9，转轴10转动安装于一对连接柱9之间。

本实施例9以实施例8为基础，本实施例9中，一对连接柱9上分别开设有与转轴10相适配的通孔，转轴10的两端穿设于通孔内，转轴10两端与通孔间隙配合，如此，使得转轴10受到外力时可在一对连接柱9之间转动。

实施例10

如图1-6所示，本发明提供的一种金刚石温度测量装置，包括若干个周向均布于金刚石生长腔1顶部的视窗7，以及滑动安装于金刚石生长腔1顶部的相机2，相机2能环绕金刚石生长腔1顶部做周向圆周运动，相机2在经过视窗7时通过视窗7拍摄金刚石生长腔1内部情形。

金刚石生长腔1顶部设有环形导轨4，环形导轨4上滑动连接有滑块5，相机2安装于滑块5上，金刚石生长腔1顶部设有与滑块5相连接用于驱动滑块5沿着环形导轨4做周向圆周运动的驱动机构。

滑块5上设有连接板8，连接板8上设有转动机构，相机2通过转动机构转动安装于连接板8上。

转动机构包括设于连接板8上的转轴10，安装于转轴10上的转动块11，设于转动块11上的箍圈12，以及设于滑块5上的直线电机16；直线电机16驱动轴与转动块11铰接，相机2安装于箍圈12内。

转动块11包括与转轴10相连接的连接块13，以及与连接块13为一体结构的延伸块14，延伸块14与连接块13之间形成有30°-45°的夹角，直线电机16驱动轴与延伸块14相铰接。

本实施例10以实施例8为基础，本实施例10中，金刚石生长腔1顶部外壁为圆台形，视窗7开设于金刚石生长腔1顶部的圆台面上，视窗7与水平面之间存在夹角。将相机2装于箍圈12内后，相机2相对于转动块11的夹角为30-45°，如此，有利于相机2于金刚石生长腔1顶部透过视窗7拍摄到金刚石生长腔1内的金刚石晶体。

本发明所用驱动电机19为伺服电机。

本发明所涉及到的直线电机16和驱动电机19均为现有已知电气设备，关于直线电机16和驱动电机19的结构、电路、以及控制原理为现有已知技术，因此，关于直线电机16和驱动电机19的结构、电路、以及控制原理在此不再赘。

本发明通过型号为STM32的单片机控制直线电机16和驱动电机19的启、停。金刚石生长腔1外壁设有与STM32单片机相连的触控屏24，同过触控屏24向STM32单片机下发启、停直线电机16或驱动电机19的指令。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。