CN109891333A - 机械控制装置、机械控制程序及机械控制方法 - Google Patents

机械控制装置、机械控制程序及机械控制方法 Download PDF

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Abstract

提供一种机械控制装置(6)，该机械控制装置(6)构成为具有：计测部(10)，其进行与机械装置(1)所处理的控制对象物的状态相关的计测；判定部(21)，其将所述计测部的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值；控制部(22，23)，其根据由所述判定部(21)求出的约束判定值，按照对所述控制判定值和所述动作控制所设定的关系进行针对所述机械装置(1)的动作控制；以及学习部(24)，其在所述约束判定值通过所述控制部(22，23)所进行的动作控制而产生变动的情况下，对所述控制判定值与所述动作控制之间的关系进行重新设定。

Description

机械控制装置、机械控制程序及机械控制方法
技术领域
本发明涉及一种机械控制装置、机械控制程序及机械控制方法。
背景技术
以往，在各种技术领域中，利用了机械装置的自动控制技术。具体来说，例如，在各种制造装置、生产装置等这样的机械装置中，广泛地进行的是，根据控制对象物的状态的检测结果来控制机械装置中的动作以使由该机械装置处理的控制对象物的状态与作为目标的状态一致。此外，近年来，提出了如下的方案：即，即使在不存在过去的运行记录的情况下，通过估计机械装置的特性等，并对控制对象物进行建模，从而能够在该机械装置中进行使控制对象物成为目标状态这样的动作控制(例如，参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2001-209405号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，关于机械装置，有时对控制对象物唯一地进行建模而进行动作控制以使其成为目标状态是非常困难的。
例如，在控制对象物的特性(温度、粘性、张力等)随时间而变动的情况下，对该控制对象物进行唯一地建模必然是不容易的。进而，在控制对象物的状态的变动与机械装置的动作状况不是唯一地对应的情况下(由于机械装置的各种动作而产生控制对象物的特性变动的情况下等)，可能难以进行控制对象物的建模。此外，在机械装置的动作经历长时间的情况下，在预先进行动作试行并掌握相当量的各种现象之后再生成控制模型是不现实的。此外，由于机械装置的自动控制一般要求实时性，因此不适合于一边搜索最佳行动一边学习的类型的强化学习的应用。
由此，本发明的目的在于提供一种机械控制装置、机械控制程序及机械控制方法，即使在难以对控制对象物进行唯一地建模来进行动作控制以使其成为目标状态的情况下，也能够控制机械装置的动作以使该控制对象物维持期望状态。
用于解决问题的手段
本发明是为了达成上述目的而完成的，其实施方式如下。
根据本发明的一个方式，提供一种机械控制装置，其搭载于对控制对象物进行处理的机械装置中而被使用，或者与所述机械装置连接而被使用，所述机械控制装置具有：
计测部，其进行与所述控制对象物的状态相关的计测；
判定部，其将所述计测部的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值；
控制部，其根据由所述判定部求出的约束判定值，按照对所述控制判定值和所述动作控制所设定的关系进行针对所述机械装置的动作控制；以及
学习部，其在所述约束判定值通过所述控制部所进行的动作控制而产生变动的情况下，对所述控制判定值与所述动作控制之间的关系进行重新设定。
根据本发明的其它方式，提供一种机械控制程序，其使搭载于对控制对象物进行处理的机械装置中的计算机、或者与所述机械装置连接而被使用的计算机执行如下的步骤：
计测步骤，进行与所述控制对象物的状态相关的计测；
判定步骤，将所述计测步骤中的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值；
控制步骤，根据在所述判定步骤中求出的约束判定值，按照对所述控制判定值和所述动作控制所设定的关系进行针对所述机械装置的动作控制；以及
学习步骤，在所述约束判定值通过在所述控制步骤中进行的动作控制而产生变动的情况下，对所述控制判定值与所述动作控制之间的关系进行重新设定。
根据本发明的另一个其它的方式，提供一种机械控制方法，控制对控制对象物进行处理的机械装置的动作，所述机械控制方法包括如下步骤：
计测步骤，进行与所述控制对象物的状态相关的计测；
判定步骤，将所述计测步骤中的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值；
控制步骤，根据在所述判定步骤中求出的约束判定值，按照对所述控制判定值和所述动作控制所设定的关系进行针对所述机械装置的动作控制；以及
学习步骤，在所述约束判定值通过在所述控制步骤中进行的动作控制而产生变动的情况下，对所述控制判定值与所述动作控制之间的关系进行重新设定。
发明效果
根据本发明，能够控制对该控制对象物进行处理的机械装置的动作以使控制对象物维持期望状态。
附图说明
图1为示出本发明的一实施方式的机械装置即单晶制造装置的概要结构例的示意图。
图2为示出本发明的一实施方式的机械控制装置的功能结构例的框图。
图3为示出本发明的一实施方式的机械控制装置作为控制对象物的熔化区域的形状的一个具体例的说明图。
图4为示出本发明的一实施方式的机械控制方法的过程的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
＜1.单晶制造的概要＞
首先，在说明本实施方式的机械控制装置、机械控制程序及机械控制方法之前，对由该机械控制装置、机械控制程序及机械控制方法控制的机械装置的一例即单晶制造装置、以及使用该单晶制造装置进行的单晶制造的概要进行简单说明。
在此，以使用高级基座(AP)方法进行单晶制造的情况为例，进行举例说明，该高级基座(AP)方法为当在原料与晶种之间形成熔化区域，从该熔化区域使晶体连续地生长而进行单晶制造时，将原料特别配置在天地方向的地的位置(以下，也称为“下方”)，将晶种配置在天地方向的天的位置(以下，也称为“上方”)的方法，首先对单晶制造装置的基本结构进行说明，接着对单晶制造的基本的过程进行说明。
(1-1)单晶制造装置的基本结构
图1为示出本实施方式的单晶制造装置的概要结构例的示意图。
(整体结构)
单晶制造装置1具有原料把持部2、晶种把持部3及加热部4、5作为主要的组成要素部，构成为通过使这些各部件2～5动作，从而使单晶生长。以下，依次对这些各部件2～5进行说明。
另外，使单晶生长的晶体生长炉被石英炉芯管11密封，与下部轴凸缘12、上部轴凸缘13一起使炉内的生长气氛与外界隔离。从气氛导入口14向炉内导入适当的组成的气氛，并从气氛排出口15排出，能够适当地保持炉内的气氛成分以及圧力。
(原料把持部)
原料把持部2保持单晶的生长所需的原料M，与AP方法对应地配置在与晶种把持部3对置的天地方向的地的位置(图中的下方侧)。
作为原料M，例如使用颗粒状的物质。因此，原料把持部2具有构成为与颗粒状的原料M卡合自如的形状的原料保持器21。
此外，原料把持部2构成为在天地方向上移动自如，并且以在天地方向延伸的轴为中心旋转自如。为此，原料把持部2具有从原料保持器21向下方侧延伸的下部轴22，该下部轴22与未图示的驱动源连结。另外，驱动源构成为按照来自后述的控制部的指示来进行原料把持部2的驱动动作。
(晶种把持部)
晶种把持部3用于保持单晶的生长所需的晶种S，与AP方法对应地配置在与原料把持部2对置的天地方向的天的位置(图中的上方侧)。
作为晶种S，例如使用棒状的晶种。因此，晶种把持部3具有构成为与棒状的晶种S卡合自如的形状的晶种保持器31。
此外，晶种把持部3构成为在天地方向上移动自如，并且以在天地方向上延伸的轴为中心旋转自如。为此，晶种把持部3具有从晶种保持器31向上方侧延伸的上部轴32，该上部轴32与未图示的驱动源连结。另外，驱动源构成为按照来自后述的控制部的指示来进行晶种把持部3的驱动动作。
(加热部)
加热部4、5用于进行针对被原料把持部2把持的原料M的局部加热，使该原料M熔化。在此，以加热部4、5分别构成为有助于局部加热的情况为例，进行举例说明。
具体来说，作为有助于局部加热的加热部4，具有产生红外线的红外线灯41、以及附设于该红外线灯41的旋转椭圆镜42。并且，分别配置为红外线灯41位于旋转椭圆镜42的一个焦点F1，被原料把持部2把持的原料M位于另一个焦点F0。通过这种结构，加热部4能够利用位于原料M的斜上方的红外线灯41所产生的红外线，进行针对原料M的局部加热。另外，红外线灯41构成为按照来自后述的控制部的指示来调整灯强度(即，红外线强度)。
此外，在被原料把持部2把持的原料M的周围具有以包围该原料M的方式形成的筒状的遮蔽筒51，作为有助于局部加热的其它的加热部5。遮蔽筒51构成为在天地方向上移动自如。通过这种结构，加热部5能够仅对原料M中的规定部分照射由红外线灯41所产生的红外线，即，能够可靠地进行针对原料M的局部加热。为此，遮蔽筒51被固定在支持底板52上，经由该支持底板52与未图示的驱动源连结。另外，驱动源构成为按照来自后述的控制部的指示来进行遮蔽筒51的移动动作。
另外，在此，以加热部4、5分别有助于局部加热的情况为例，但不一定需要同时具有这双方，例如，即使在仅具有加热部4的情况下，也能够对原料M进行加热。
此外，在此，以加热部4使用红外线灯41和旋转椭圆镜42来进行局部加热的情况为例，但加热部4也可以构成为代替红外线灯41，或者与红外线灯41同时，照射激光来进行局部加热。
(1-2)单晶制造的基本的过程
接着，对使用上述的结构的单晶制造装置1所进行的单晶制造的基本的过程进行说明。单晶制造装置1中的单晶制造大致经由准备工序、加热工序以及单晶生长工序。以下，依次对这些各工序进行说明。
(准备工序)
在单晶制造时，首先，使位于下方的原料把持部2保持原料M，使位于上方的晶种把持部3把持晶种S。由此，原料M和晶种S对置地配置。并且，通过使原料把持部2及晶种把持部3分别沿天地方向移动，从而使被原料把持部2把持的原料M与被晶种把持部3把持的晶种S彼此接近。
(加热工序)
接着，在原料M与晶种S接近的状态下，分别使原料把持部2及晶种把持部3以反相的方式沿周向旋转，同时从该接近部分的斜上方侧将由红外线灯41产生的红外线直接照射到原料M、并在由旋转椭圆镜42反射后会聚到原料M来进行照射。进而，此时将遮蔽筒51配置在适当的位置。由此，与被原料把持部2把持的原料M中的晶种S对置的部分被局部加热，从而该原料M的上端侧熔化。并且，使稍有熔化的晶种S与该熔化部分接触，从而在原料M与晶种S之间形成熔化区域MI。
(单晶生长工序)
在形成了熔化区域MI之后，使单晶从该熔化区域MI生长。具体来说，通过使晶种把持部3上升，从而将熔化区域MI向上方拉起，该熔化区域MI的上方侧部分(生长部分Mc)偏离红外线照射区域。由此，该生长部分Mc的温度下降而被冷却，生长为单晶Mc。
另一方面，为了使单晶Mc从熔化区域MI连续地生长，需要形成新的熔化区域MI。因此，为了使原料M依次向红外线照射区域内移动，原料把持部2也上升。由此，提拉原料把持部2及晶种把持部3，同时适当地调整各自的上升速度，从而能够使单晶M c从熔化区域MI连续地生长。
通过经由如上所述的过程，从而在单晶制造装置1中，能够制造大口径的单晶。并且，当生长了规定量的单晶之后，适当进行所需的作业，结束单晶的制造。
另外，在以上说明的单晶制造装置1的基本结构及单晶制造的基本过程中，对于没有特别记载的内容，可以适当地采用与基于熔化区域法的单晶制造相关的公知技术的结构、过程等(例如，日本特开2015-081217号公报、日本特开2015-081218号公报、日本特許第5926432号中所记载的内容)。
＜2.发明人得到的见解＞
可是，在基于上述的过程的单晶制造时，由于使单晶Mc从熔化区域MI连续地生长，因此维持形成着熔化区域MI的状态，以使构成该熔化区域MI的熔液不会崩落而能够使晶体生长继续是不可或缺的。
但是，将熔化区域MI维持在某个特定的状态有时受到单晶制造装置1的机械误差、原料M的不同、被原料把持部2把持的原料M与被晶种把持部3把持的晶种S之间的偏心状态、熔化区域MI的内部的物性(熔化物的粘度等)等这样的各种因素的影响，或者晶体生长经历的时间长(例如，数十小时)，因此，单晶制造装置1的操作者未必能够容易进行。
关于该点，例如，可以考虑针对单晶制造装置1应用公知的自动控制技术。具体来说，可以考虑进行如下所述的操作：即，在单晶制造装置1中，根据熔化区域MI的状态的检测结果来控制单晶制造装置1中的各部件2～5的动作，以使由该单晶制造装置1处理的熔化区域MI的状态与作为预先设定的目标的状态一致。
然而，关于由单晶制造装置1处理的熔化区域MI，由于以下所述的理由，要正确地掌握其行为、或者可靠地控制其形状的状态是非常困难的。
由于单晶制造装置1的机械误差、原料M的不同、被原料把持部2把持的原料M与被晶种把持部3把持的晶种S之间的偏心状态等的影响，可能会导致熔化区域MI的形状根据单晶制造装置1中的每个动作而不同。因此，关于单晶制造装置1中的熔化区域MI的行为，要预先正确地掌握该行为是非常困难的。
此外，关于熔化区域MI，由于其特性(熔液的温度、粘性、张力等)可随时间变动，因此未必容易将其本身捕捉为一个物理模型，即，未必容易对其本身进行唯一地建模。进而，在单晶制造装置1中，可能由于单晶制造装置1的各种动作而引起熔化区域MI的特性产生变动。具体来说，例如，熔化区域MI的形状的膨胀在如下情况中的任意情况下都可能发生：由熔液加热量的过剩而产生的情况、由熔液加热量的不足而产生的情况、由原料把持部2或者晶种把持部3的动作而引起产生的情况。因此，根据熔化区域MI的膨胀这样的信息，不容易立即求出用于各部件2～5的动作的控制的控制值。由此，在熔化区域MI的状态的变动与单晶制造装置1的动作状况不是唯一地对应的情况下，也难以进行熔化区域MI的建模。
此外，由于也存在基于熔化区域MI的晶体生长经历长时间(例如，数十小时)的情况，因此在单晶制造装置1中预先进行动作试行并掌握相当量的各种现象之后生成控制模型是不现实的。并且，由于针对单晶制造装置1的自动控制要求实时性，因此不适合于一边搜索最佳行动一边学习的类型的强化学习的应用。
即，关于单晶制造装置1中的熔化区域MI，不容易将该熔化区域MI明确地描述为一个物理模型，难以控制成使该熔化区域MI的形状追随目标形状。
鉴于上述内容，本申请的发明人经过专心研究，结果得到如下新的见解：即，不像以往的自动控制那样，使熔化区域MI的形状追随目标形状，而是将能够持续进行基于熔化区域MI的晶体生长的状态规定为规定的状态(以下，也称为“规定形状状态”。)，如果控制成使熔化区域MI的形状不偏离规定形状状态，则能够容易并且可靠地维持形成该熔化区域MI的状态。即，即使在难以规定理想的目标值的情况下，对于能够导致产生缺陷的临界值，则是能够容易地进行规定的，因此着眼于该点，得到如下所述的新的见解：即，如果进行不偏离临界值的控制，则能够进行容易且可靠的动作控制。
进而，本申请的发明人经过专心研究，结果得到如下的新的见解：即，如果进行控制以使熔化区域MI的形状不偏离规定形状状态，同时根据该控制结果进行控制模型的重新设定，则能够对该控制内容发挥学习效果，且高精度地维持形成该熔化区域MI的状态。即，得到如下的新的见解：即，即使在难以对熔化区域MI进行唯一地建模而进行动作控制以成为目标形状的情况下，如果将控制结果反映到新的控制内容中以便发挥学习效果，则能够以与进行建模的情况同等的精度进行动作控制。
本发明是基于本申请的发明人发现的上述新的见解而完成的。
＜3.控制结构及控制过程的详细＞
接着，对根据上述的见解，为了进行针对机械装置的一例即单晶制造装置1的自动控制而提出的本发明的一实施方式的机械控制装置及机械控制方法进行详细说明。
(3-1)控制结构的详细
图2为示出本实施方式的机械控制装置的功能结构例的框图。
(整体结构)
为了进行基于上述的见解的控制处理，在单晶制造装置1中附设有机械控制装置(以下，简称为“控制装置”。)6。控制装置6可以是搭载在单晶制造装置1内的部件(即，与单晶制造装置1一体形成)，也可以是经由有线或者无线的通信线路等与单晶制造装置1连接的部件(即，与单晶制造装置1分开形成)。
控制装置6用于控制单晶制造装置1中的各部件2～5的动作，构成为具有由CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等的组合构成的运算部、闪存或者HDD(HardDisk Drive：硬盘驱动器)等的存储部、外部接口等的数据输入输出部、CCD(ChargeCoupled Device：电荷耦合器件)传感器或者CMOS(complementary metal oxidesemiconductor：互补金属氧化物半导体)传感器等图像摄像部这样的硬件资源。即，控制装置6构成为具有作为计算机装置的硬件资源，通过由运算部执行存储部中存储的程序，从而该程序(软件)与硬件资源协作，来控制单晶制造装置1的动作。
此外，控制装置6构成为大致具有形状识别部10以及动作控制部20。以下，依次对这些各部件10、20进行说明。
(形状识别部)
形状识别部10作为本发明的“计测部”的一个具体例发挥功能，进行与单晶制造装置1中的熔化区域MI的状态相关的计测。进而，详细来说，形状识别部10取得熔化区域MI的拍摄图像(包括该熔化区域MI与原料M的接合部位以及该熔化区域MI与单晶Mc的接合部位的图像在内)，根据该拍摄图像识别熔化区域MI的形状，在此基础上，计测该熔化区域MI的形状的特征值。为此，形状识别部10构成为具有图像拍摄部11、以及图像解析部12。
(图像拍摄部)
形状识别部10中的图像拍摄部11是由CCD传感器、CMOS传感器等实现的，取得关于熔化区域MI的形状的拍摄图像。所取得的拍摄图像可以是静态图像，也可以是动态图像。在以下的说明中，以图像拍摄部11取得动态图像作为拍摄图像的情况为例。
另外，单晶制造装置1进行基于AP方法的单晶制造，构成为红外线灯41从斜上方侧照射红外线来进行局部加热，因此图像拍摄部11配置在熔化区域MI的侧方侧来进行拍摄，从而能够取得关于该熔化区域MI的拍摄图像。由此，即使在取得熔化区域MI的拍摄图像的情况下，也能够尽量抑制由此导致装置结构复杂化的情况。进而，通过以来自侧方的拍摄图像为基础，从而能够容易且高精度地进行熔化区域MI的形状识别。
(图像解析部)
形状识别部10中的图像解析部12是由运算部执行规定程序而实现的，对由图像拍摄部11取得的拍摄图像进行解析而提取关于熔化区域MI的形状的特征值。特征值为用于确定熔化区域MI中的特征性形状部分的值，具体来说，作为其一例，可以考虑使用特征性形状部分的尺寸值。关于提取哪种特征值，可以预先设定。此外，关于提取数量，只要预先设定即可，可以是一种，也可以是多种。
图3为示出本实施方式的机械控制装置控制作为控制对象物的熔化区域的形状的一个具体例的说明图。
如图所示，作为关于熔化区域MI的形状的特征值，例如，可以考虑晶体直径DU[mm]、原料侧部分异常直径DM[mm]、原料直径DL[mm]、熔化区域上部曲率CU[/mm]、熔化区域下部曲率CL[/mm]、熔化区域高度LM[mm]、原料侧部分异常高度WM[mm]中的至少一个，优选从中提取所有的7种值。
另外，在此例示的特征值仅为一个具体例，应提取的特征值不限于此。
只要使用公知的图像处理技进行这种的特征值的提取即可。具体来说，在对从由图像拍摄部11取得的拍摄图像切出的1帧的图像进行边缘检测之后，只要计测特征性形状部分的尺寸值，就能够进行特征值的提取。
可是，当进行基于AP方法的单晶制造时，为了熔液的搅拌及被加热环境的均质化，使原料M及晶种S分别以反相的方式旋转。并且，把持原料M及晶种S的原料把持部2及晶种把持部3的旋转轴也有可能偏心。
考虑到这些，图像解析部12也可以如下进行特征值的提取。具体来说，分别根据与原料把持部2及晶种把持部3的旋转同步的多个帧图像(例如，48分频的图像)求出特征值，对于这些特征值进行平滑化的处理而去除噪声成分等，在此基础上，确定应提取的特征值。即，可以是图像解析部12根据对于熔化区域MI取得的多个拍摄图像，经过针对这多个拍摄图像的平滑化处理，识别该熔化区域MI的形状。
由此，例如，即使针对熔化区域MI取得的拍摄图像会受到旋转、偏心等的影响，也能够在去除由于该影响产生的噪声成分等之后，提取熔化区域MI的形状的特征值，因此实现特征值的提取的精度提高。
(动作控制部)
此外，在图2中，动作控制部20通过对单晶制造装置1中的各部件2～5赋予动作指示，从而控制各部件的动作控制。另外，在此，以各部件2～5均由动作控制部20控制的情况为例，但动作控制部20也可以控制这些各部件2～5中的至少一方的动作。
当进行针对这些各部件2～5的动作控制时，动作控制部20根据形状识别部10中的针对熔化区域MI的形状识别结果，进行该动作控制以使该熔化区域MI的形状不偏离规定形状状态。关于在此所谓的规定形状状态，对详细内容进行后述。
为了进行这种动作控制，动作控制部20是由运算部执行规定程序而实现的，动作控制部20执行该规定程序，从而作为约束判定部21、控制值决定部22、时序控制部23及模型学习部24发挥功能。以下，依次对这些各部件21～24进行说明。
(约束判定部)
约束判定部21作为本发明的“判定部”的一个具体例发挥功能，将形状识别部10中的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值。进一步详细来说，约束判定部21将由形状识别部10中的图像解析部12得到的特征值与对该特征值设定的临界值进行对比，求出特征值相对于临界值的接近度，作为约束判定值ΔR。即，约束判定部21使用对形状识别部10中的计测结果即熔化区域MI的特征值所设定的临界值作为规定的约束条件，求出相对于该临界值的接近度，作为约束判定值ΔR。
在此所谓的临界值为针对各特征值单独设定的值，例如，作为一个具体例，例举对作为特征值而规定的尺寸值所允许的上限值或者下限值。因此，可以针对一种特征值而设定多种临界值(例如，上限值与下限值这两种)。处于由临界值所确定的形状的状态相当于上述的规定形状状态。即，临界值是相当于熔化区域MI为了维持规定形状状态所需的临界条件的值。因此，经过特征值与临界值之间的对比，从而控制成使熔化区域MI的特征性形状部分的尺寸值(即，特征值)不会偏离临界值，维持熔液不会崩落或者断裂的形状状态。
此外，特征值相对于临界值的接近度为用于定量地确定特征值接近临界值的程度(即，接近的严重度)的值，为根据预先设定的运算公式而计算的值。运算公式可以是线性地规定接近度的变化的公式，也可以是越接近临界值接近度的变化越大这样的非线性的公式。
(控制值决定部)
控制值决定部22作为相当于本发明中的“控制部”的一部分的部分的一个具体例发挥功能，根据由约束判定部21求出的约束判定值ΔR，使用规定约束判定值ΔR与控制值ΔC之间的关系的控制模型公式，按照该控制模型公式决定用于控制单晶制造装置1中的各部件2～5的动作的控制值ΔC。
在此所谓的控制值ΔC为相当于用于指示各部件2～5中的动作内容的控制变量(控制参数)的值。具体来说，作为由控制值决定部22决定的控制值ΔC，例如，例举了针对红外线灯41的灯输出QL[％]、遮蔽筒51的上下方向位置PS[mm]、原料把持部2朝向上下方向的移动速度VL[mm/h]、晶种把持部3朝向上下方向的移动速度VU[mm/h]中的至少一个、优选针对这4种全体规定其变化量的情况(参照图3)。另外，在此所例示的控制值ΔC仅为一个具体例，应决定的控制值ΔC不限于此。
预先设定用于决定这种控制值ΔC的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，…..，ΔRi)(其中，i为约束判定值ΔR的种类数量，j为控制值ΔC的种类数量，F为ΔR与ΔC的函数)，以便能够应对后述的重新设定。另外，关于控制模型公式的详细内容进行后述。
(时序控制部)
时序控制部23作为相当于本发明中的“控制部”的其它一部分的部分的一个具体例发挥功能，根据控制值决定部22所决定的控制值ΔC，进行针对单晶制造装置1中的各部件2～5的动作控制。即，时序控制部23对各部件2～5分别赋予动作指示，以使单晶制造装置1中的各部件2～5按照控制值决定部22所决定的控制值ΔC进行动作。
(模型学习部)
模型学习部24作为本发明的“学习部”的一个具体例发挥功能，在由于时序控制部23所进行的动作控制而使约束判定值ΔR产生变动的情况下，对该约束判定值ΔR与时序控制部23所进行的动作控制之间的关系进行重新设定。进而，详细来说，模型学习部24根据由于时序控制部23所进行的动作控制使得由约束判定部21求出的约束判定值ΔR怎样发生变动，进行针对控制值决定部22所使用的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)的重新设定。
在此所谓的重新设定是更新针对控制模型公式的设定以便实现动作控制的结果的适当化，例如，作为一个具体例，例举了根据需要更新构成控制模型公式的被更新项目(例如，后述的权重变量)的情况。另外，关于重新设定的详细内容，进行后述。
即，模型学习部24根据作为周期性地重复的循环处理而进行的动作控制的结果来进行控制模型公式的重新设定，从而进行学习以将该动作控制的结果反映到下一次要进行的动作控制的内容中，由此，在重复进行动作控制中实现结果的适当化。
(程序)
在如上构成的控制装置6中，作为形状识别部10中的图像解析部12的功能，以及作为动作控制部20中的约束判定部21、控制值决定部22、时序控制部23及模型学习部24的功能是通过运算部执行规定程序而实现的。即，实现形状识别部10及动作控制部20中的各功能的规定程序相当于本发明的“机械控制程序”的一个实施方式。
在该情况下，实现各功能的规定程序只要能够安装于作为计算机装置的控制装置6中即可，可以通过存储在该计算机装置可读的记录介质(例如，磁盘、光盘、光磁盘、半导体存储器等)中来提供，也可以是通过互联网、专用线路等网络从外部提供。
(3-2)控制过程的详细内容
接着，对由上述的结构控制装置6进行的控制处理的过程，即本实施方式的机械控制方法的过程进行详细说明。
(控制处理的过程)
图4为示出本实施方式的机械控制方法的过程的一例的流程图。
在使用单晶制造装置1进行单晶制造的情况下，如已经说明的那样，依次经过准备工序、加热工序以及单晶生长工序。并且，在加热工序或者单晶生长工序中的任意工序中，在原料M与晶种S之间形成熔化区域MI，在该熔化区域MI成为稳定状态之后，开始控制装置6的控制处理。另外，对控制处理的开始触发没有特别限定，但作为开始触发的一个具体例，例如例举了单晶制造装置1或者控制装置6的操作者所进行的规定操作。
在控制装置6进行的控制处理时，首先，对控制处理的条件设定进行初始化(步骤101，以下将步骤简称为“S”。)。具体来说，将控制处理的处理次数k设为k＝1，并且将控制值决定部22所使用的控制模型公式的设定设为初始状态。进一步详细来说，将控制模型公式中的被更新项目(例如，后述的权重变量)设定为初始值。另外，对于初始值，不限于特定的值，只要根据控制模型公式的内容进行适当设定即可，可以是任意的值，例如，可以是基于预先的见解的值，或者例如可以是全部为“1”这样的值。
当对条件设定进行了初始化之后，图像拍摄部11取得关于作为控制对象物的熔化区域MI的形状的拍摄图像(S102)。并且，当由图像拍摄部11取得了原料把持部2及晶种把持部3进行了一个旋转的拍摄图像之后，图像解析部12对该拍摄图像进行解析(S103)，提取关于该熔化区域MI的形状的特征值(S104)。具体来说，图像解析部12从一个旋转的拍摄图像中切出多个帧图像(例如，48分频的图像)，对各帧图像进行边缘检测等而求出特征值，并且对根据各多个帧图像求出的特征值进行平滑化处理而去除噪声成分等，在此基础上，确定应提取的特征值。由此，图像解析部12提取关于熔化区域MI的形状的特征值。
当提取了特征值之后，约束判定部21将由图像解析部12得到的特征值与对该特征值设定的临界值进行对比，求出特征值相对于临界值的接近度作为约束判定值ΔR(S105)。在提取了多种特征值的情况下，约束判定部21对各特征值求出约束判定值ΔR。此外，在针对一种特征值设定了多种临界值的情况下，约束判定部21对各临界值求出约束判定值ΔR。
当求出约束判定值ΔR之后，在此，模型学习部24将约束判定部21所求出的约束判定值ΔR与在之前的处理次数为k-1时由约束判定部21求出的同种类的约束判定值ΔR进行比较，判定在处理次数为k时和处理次数为k-1时约束判定值ΔR如何变动(S106)。进一步详细来说，模型学习部24判定约束判定值ΔR是以随着特征值接近临界值而接近度增大的方式变动、还是随着特征值远离临界值而接近度减小的方式变动、还是接近度保持相同。另外，在处理次数为k＝1时，由于仍然不存在比较对象，因此可以省略相关的判定处理。
其结果，如果接近度增大，则模型学习部24在控制值决定部22所使用的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)中的、在之前的处理次数为k-1时决定的控制值ΔCj(即，控制参数的变化量)为正值的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)中，将构成该控制模型公式的被更新项目、且与接近度增大的种类的约束判定值ΔR相关的被更新项目(具体来说，例如，与该约束判定值ΔR相关的权重变量)在负方向(缓和接近度的增大的方向)上更新(S107)。
此外，如果接近度减小，则模型学习部24在控制值决定部22所使用的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)中的、在之前的处理次数为k-1时决定的控制值ΔCj(即，控制参数的变化量)为正值的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)中，将构成该控制模型公式的被更新项目、且与接近度减小的种类的约束判定值ΔR相关的被更新项目(具体来说，例如，与该约束判定值ΔR相关的权重变量)在正方向(促进接近度的减小的方向)上更新(S108)。
此外，如果接近度相同，则模型学习部24不进行针对控制值决定部22所使用的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)的重新设定。
另外，关于控制模型公式中的被更新项目(权重变量等)及其更新的具体方式，详细内容进行后述。
在经过如上所述的判定及更新之后，控制值决定部22使用更新后的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)，同时根据由约束判定部21求出的约束判定值ΔR，决定用于控制单晶制造装置1中的各部件2～5的动作的控制值ΔC(S109)。另外，关于控制模型公式的具体方式，详细内容进行后述。
并且，当决定了控制值ΔC之后，时序控制部23对各部件2～5分别赋予动作指示，以使单晶制造装置1中的各部件2～5按照该控制值ΔC进行动作(S110)。由此，在单晶制造装置1中，控制各部件2～5的动作以使原料M与晶种S之间形成的熔化区域MI的形状不偏离规定形状状态。
之后，控制装置6判断是否结束上述的一系列控制处理(S111)。对该判断没有特别限定，但例如可以考虑根据是否存在单晶制造装置1或者控制装置6的操作者所进行的规定操作来判断。
并且，在不结束控制处理的情况下，控制装置6将控制处理的处理次数k增大到k+1(S112)，之后，重复从拍摄图像的取得(S102)起的上述的一系列的控制处理(S102～S112)。即，构成控制装置6的形状识别部10中的图像拍摄部11及图像解析部12、以及构成同一控制装置6的动作控制部20中的约束判定部21、控制值决定部22、时序控制部23及模型学习部24进行上述的一系列的控制处理(S102～S112)，作为周期性地重复的循环处理。
对于循环处理，设定其周期以便在规定的时间内完成一个循环处理。在此所谓的规定的时间为根据单晶制造装置1中的各部件2～5的动作规范所确定的时间，具体为能够实现与单晶的制造并行地实时地进行针对各部件2～5的动作控制的时间，例如为设定为500ms～数秒的时间。即，关于控制装置6中的各部件11～24所进行的一系列控制处理(S102～S112)，在规定的时间内完成一个循环。
按照这种周期进行处理，从而控制装置6中的各部件11～24与在该单晶制造装置1中利用熔化区域MI而进行的单晶的制造并行地执行针对单晶制造装置1中的各部件2～5的动作控制。即，在单晶制造装置1中，能够追随单晶的制造所需的熔化区域MI的移动，与单晶的制造并行地实时地进行针对各部件2～5的动作控制。
另外，关于与循环处理相关的规定的时间，可以根据作为控制对象物的熔化区域MI、以及与对该熔化区域MI进行处理的单晶制造装置1相关的时间常数进行设定。
在此所谓的时间常数是从使单晶制造装置1中的各部件2～5的动作状态发生变化起到熔化区域MI的形状稳定为止所需的时间，可以根据经验法则、实验结果等来确定。
在根据时间常数设定周期的情况下，将循环处理的周期设为在等待经过时间常数之后进行动作控制这样的时间序列。由此，由于等待直至熔化区域MI的形状稳定为止，因此能够确保动作控制的实时性，同时实现该动作控制的精度提高。
(控制模型公式的详细内容)
在此，关于在上述的一系列的控制处理中使用的控制模型公式，例举了具体例，同时进一步详细说明。
例如，关于熔化区域MI的形状，可以考虑提取已经说明的全部7种特征值的情况。关于这些特征值，分别与预先设定的临界值对比。并且，求出相对于临界值的接近度作为约束判定值ΔR。此时，对于临界值，有时也可以针对一种特征值设定多种(例如，上限值与下限值这双方)的情况。因此，作为约束判定值ΔR，求出ΔR1，ΔR2，……，ΔRi的i种(i为特征值的种类(例如，7种)数量以上的自然数)。
对于约束判定值ΔR，只要根据预先设定的运算公式计算即可。具体来说，当作为特征值，以熔化区域下部曲率CL[/mm]为例，通过以下的公式(1)计算将其与上限值对比的情况下的约束判定值ΔRCLU即可。另外，在公式(1)中，R为临界接近率的基准值(对临界严重度进行测量)、CLU为熔化区域下部曲率的上限[/mm]，CLL为熔化区域下部曲率的下限[/mm]。
[公式1]
关于其它种类的约束判定值ΔR，也只需要根据与上述的(1)公式同样的运算公式计算即可。可以通过对各特征值及各临界值进行这种计算处理，从而求出i种约束判定值ΔR1，ΔR2，……，ΔRi。
在求出约束判定值ΔR1，ΔR2，……，ΔRi之后，根据这些约束判定值ΔR1，ΔR2，……，ΔRi，使用控制模型公式来决定控制值ΔC。作为控制值ΔC，例如，可以考虑针对已经说明的4种(参照图3)来决定。
即，作为控制值ΔC，可以存在ΔC1，ΔC2，……，ΔCj的j种(j为自然数)。因此，关于决定这些的控制模型公式，如ΔC1＝F1(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)、ΔC2＝F2(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)、…、ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)那样，分别单独地对应于各控制值ΔC1，ΔC2，……，ΔCj来设定。
具体来说，作为用于决定第j个控制值ΔCj的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)，例示了以下的(2)～(4)公式这样的公式。
以下所示的公式(2)为如下的公式：即，在分别单独地独立求出用于使通过控制值ΔCj控制的动作对象向增大的方向(例如，如果为灯输出QL，则为使温度上升的输出增大方向)变动的控制值ΔCj P、以及用于使通过控制值ΔCj控制的动作对象向减小的方向(例如，如果为灯输出QL，则为使温度下降的输出减小方向)的控制值ΔCj N之后，将这些各控制值ΔCj P、ΔCj N合成而作为控制值ΔCj。由此，将控制值ΔCj分解为增大方向和减小方向的各方向而进行运算考虑了在各方向上不存在线性的情况。即，如果将分解为各方向而求出的控制值ΔCj P、ΔCj N进行合成而作为控制值ΔCj，则不管有无各方向的线性(即，即使在不存在线性的情况下)，都能够高精度地决定该控制值ΔCj。
[公式2]
ΔCj＝ΔCj P-ΔCj N…(2)
在上述的公式(2)中，通过以下的公式(3)确定使通过控制值ΔCj控制的动作对象向增大方向变动的控制值ΔCj P。另外，在公式(3)中，α11，α12，……，α1i为与i种的约束判定值ΔR1，ΔR2，……，ΔRi分别各自对应的权重变量。
[公式3]
此外，在上述的公式(2)中，使通过控制值ΔCj控制的动作对象向减小方向变动的控制值ΔCj N通过以下的公式(4)确定。另外，在公式(4)中，α21，α22，……，α2i为与i种的约束判定值ΔR1，ΔR2，……，ΔRi分别各自对应的权重变量。
[公式4]
由上述的公式(2)～(4)可知，用于决定第j个控制值ΔCj的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)包括利用i种(即，多种)约束判定值ΔR1，ΔR2，……，ΔRi的加权平均来计算各控制值ΔCj P、ΔCj N的公式。由此，同时使用利用了加权平均的公式，从而控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)能够适当地反映出各约束判定值ΔR1，ΔR2，……，ΔRi对控制值ΔCj的计算结果造成什么样的影响。
进一步详细来说，控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)中所包含的公式(3)及公式(4)为在指数空间中取得加权平均之后取得对数而返回线性空间的公式。由此，通过利用指数空间中的加权平均，从而可以期待控制值ΔCj的计算精度提高。
另外，在此，对于用于决定第j个控制值ΔCj的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)，例举了具体例，对于其它种类的控制值ΔC1，ΔC2，……，ΔCj-1，也考虑使用与控制值ΔCj的情况同样地设定的控制模型公式。通过使用这种控制模型公式，从而能够分别决定j种的各控制值ΔC1，ΔC2，……，ΔCj。
这样决定的各控制值ΔC1，ΔC2，……，ΔCj用于控制以使熔化区域MI的形状的各特征值不会偏离对其分别设定的临界值。因此，只要进行使用了各控制值ΔC1，ΔC2，……，ΔCj的动作控制，即使在难以针对各特征值规定理想的目标值的情况下，也能够不偏离导致熔化区域MI的形状的缺陷的临界值。即，通过使各特征值不偏离临界值这样的动作控制，能够容易且可靠地维持熔化区域MI的规定形状状态(即，能够使晶体生长持续进行的状态)。
(控制模型公式的重新设定)
可是，如已经说明那样，对于上述的控制模型公式，根据由约束判定部21求出的约束判定值ΔR通过时序控制部23所进行的动作控制而怎样地发生变动，通过模型学习部24进行重新设定(被更新项目的更新)。
在此，关于控制模型公式的重新设定，例举具体例，同时进一步详细说明。在此，以对上述的公式(3)或者公式(4)中的任意公式进行重新设定的情况为例进行说明。
例如，关于约束判定值ΔR1，考虑以在处理次数为k时以及处理次数为k-1时相对于临界值的接近度增大的方式产生变动的情况。在该情况下，由于相对于约束判定值ΔR1接近度增大，因此进行朝向缓和该接近度的增大的方向，即负方向的重新设定。
具体来说，在处理次数为k-1时所决定的值为正值的公式(3)或者公式(4)中，为了减轻使接近度增大的约束判定值ΔR1的影响，以减小与该约束判定值ΔR1相关的权重变量α11或者权重变量α21的权重的方式，进行该权重变量α11或者权重变量α21的更新。
此时，关于使被更新项目即权重变量α11或者权重变量α21产生何种程度的变化，可预先确定其变化量。如果预先设定了变化量，则变化量可以是统一地确定的固定的值，也可以是根据接近度的大小而确定的可变的值。在为可变的值的情况下，如果设定了规定与接近度的大小之间的关系的运算公式，则也可以通过使用该运算公式，从而确定变化量。
此外，与此相反，例如，关于约束判定值ΔR1，在以相对于临界值的接近度减小的方式产生变动的情况下，进行朝向促进该接近度减小的方向，即正方向的重新设定。
具体来说，在处理次数为k-1时所决定的值为正值的公式(3)或者公式(4)中，为了增加使接近度减小的约束判定值ΔR1的影响，以增大与该约束判定值ΔR1相关的权重变量α11或者权重变量α21的权重的方式进行该权重变量α11或者权重变量α21的更新。
此时，也与上述的情况同样地，预先确定被更新项目即权重变量α11或者权重变量α21的变化量。
此外，例如，在约束判定值ΔR1相对于临界值的接近度不存在变动而保持相同的情况下，不进行针对各权重变量α11，α21的更新。
针对公式(3)中的各权重变量α11，α12，……，α1i中的各权重变量、或者公式(4)中的各权重变量α21，α22，……，α2i中的各权重变量中的任意一方或者双方进行这种更新处理。由此，可以根据约束判定值ΔR怎样变动，来对包含公式(3)及公式(4)、并利用公式(2)将它们合成而构成的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)进行适当的重新设定。
即，模型学习部24通过更新与存在变动的约束判定值ΔR相关的加权平均的权重变量，从而进行关于控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)的重新设定。
如果按照规定周期循环地重复进行如上所述的重新设定，则控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)以使约束判定值ΔR的变动收敛的方式发生变化。即，进行控制以使熔化区域MI的形状不会偏离规定形状状态，同时根据该控制结果进行控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)的重新设定，从而对该控制内容发挥学习效果，其结果，能够高精度地维持熔化区域MI所形成的状态(即，不产生崩落、断裂等的状态)。
由此，通过周期性的重新设定使控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)变化，从而例如即使存在单晶制造装置1的机械误差、原料M的不同、原料把持部2、晶种把持部3等的动作的不同等，也能够灵活地应对，同时进行适当的动作控制。即，即使在难以对熔化区域MI进行唯一地建模而进行动作控制以成为目标形状的情况下，通过将控制结果反映到新的控制内容中以便发挥学习效果，从而能够以与建模的情况同等的精度进行动作控制。并且，如果按照根据与熔化区域MI等相关的时间常数所设定的周期进行循环处理，则即使在经过控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)的重新设定的情况下，也能够追随熔化区域MI等的实时的运动，同时进行针对该熔化区域MI的动作控制。
＜4.实施方式的效果＞
根据本实施方式，达到以下所示的一个或者多个效果。
(a)在本实施方式中，在得到关于控制对象物即熔化区域MI的特征值之后，求出该特征值相对于临界值的接近度作为约束判定值ΔR，根据该约束判定值ΔR，使用控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)来决定用于控制单晶制造装置1中的各部件2～5的动作的控制值ΔC。因此，根据本实施方式，即使在难以对熔化区域MI的形状的特征值规定理想的目标值的情况下，通过进行动作控制以使特征值不会偏离临界值，从而能够容易且可靠地维持不会导致熔化区域MI产生崩落、缺陷等的状态(即，可使晶体生长持续进行的状态)。
具体来说，即使非常难以预先正确地掌握控制对象物即熔化区域MI的行为，如本实施方式的那样，通过进行维持不会导致熔化区域MI产生崩落、缺陷等的状态这样的动作控制，从而能够使该熔化区域MI的晶体生长持续进行。此外，即使在由于熔化区域MI的特性(熔液的温度、粘性、张力等)可随时间变动，因此未必容易对其本身进行唯一地建模的情况下，通过本实施方式的动作控制，也能够使该熔化区域MI的晶体生长持续进行。此外，即使在熔化区域MI的状态的变动与单晶制造装置1的动作状况不是唯一地对应，因此可能难以进行熔化区域MI的建模的情况下，通过本实施方式的动作控制，也能够使该熔化区域MI的晶体生长持续进行。此外，当要在单晶制造装置1中预先进行动作试行并掌握相当量的各种现象之后再生成控制模型是不现实的情况下，通过本实施方式的动作控制，也能够使该熔化区域MI的晶体生长持续进行。此外，与一边搜索最佳行动一边学习的类型的强化学习的情况不同，根据本实施方式的动作控制，能够实时且适当地应对。
即，根据本实施方式，即使在难以对控制对象物即熔化区域MI进行唯一地建模而进行动作控制以便成为目标状态的情况下，也能够控制对该熔化区域MI进行处理的单晶制造装置1的动作以使该熔化区域MI维持期望状态即规定形状状态。
(b)在本实施方式中，作为周期性的循环处理进行针对单晶制造装置1的动作控制，并且根据约束判定值ΔR按照某个定时的动作控制怎样发生变动，来进行关于之后使用的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)的重新设定。因此，根据本实施方式，在进行控制以使熔化区域MI的形状不会偏离规定形状状态的情况下，根据该控制结果进行控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)的重新设定，从而针对该控制内容发挥学习效果，能够高精度地维持形成该熔化区域MI的状态。即，即使在难以对熔化区域MI进行唯一地建模而进行动作控制以便成为目标形状的情况下，也能够将控制结果反映到新的控制内容中以便发挥学习效果，因此能够按照与建模的情况同等的精度进行动作控制。
(c)在本实施方式中，通过根据约束判定值ΔR如何变动进行控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)的重新设定，从而对于控制内容发挥学习效果。其意味着关于控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)中的被更新项目(例如，权重变量)，即使未严格设定初始值，如果重复进行重新设定，则通过学习效果，该被更新项目也能够收敛于优选的状态。由此，如果不需要严格设定被更新项目的初始值，则除了难以进行控制对象物即熔化区域MI的建模的情况以外，例如，即使在不存在过去的运转实绩的情况下，也非常适合于对该熔化区域MI进行适当的动作控制。
(d)在本实施方式中，在取得关于熔化区域MI的形状的拍摄图像之后，对该拍摄图像进行解析，提取关于熔化区域MI的形状的特征值。因此，根据本实施方式，即使在如温度非常高的熔化区域MI那样，难以直接计测控制对象物的形状的情况下，也能够提取关于该形状的特征值。并且，通过利用拍摄图像的解析，从而能够实现例如在经过针对多个拍摄图像的平滑化处理之后进行形状识别这样的处理。因此，根据本实施方式，即使对控制对象物即熔化区域MI取得的拍摄图像会受到原料把持部2、晶种把持部3等的旋转、偏心等的影响，也能够在去除基于该影响的噪声成分等之后，进行熔化区域MI的形状识别，能够实现该形状识别的精度提高。
(e)在本实施方式中，作为与关于控制对象物即熔化区域MI的特征值对比的临界值，使用了相当于该熔化区域MI为了维持规定形状状态所需的临界条件的值。因此，根据本实施方式，能够进行自动控制以使熔化区域MI不会偏离规定形状状态，即使在难以进行控制以使熔化区域MI的形状追随目标形状的情况下，也能够容易且可靠地将熔化区域MI维持在使晶体生长持续进行的状态，因此非常适合于使用单晶制造装置1以较高的生产性制造高纯度且均质的单晶Mc。
(f)在本实施方式中，作为用于决定控制值ΔCj的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)，使用利用i种(即，多种)的约束判定值ΔR1，ΔR2，……，ΔRi的加权平均来计算控制值ΔCj的公式。因此，根据本实施方式，能够适当地反映各约束判定值ΔR1，ΔR2，……，ΔRi对控制值ΔCj的计算结果造成什么样的影响。
(g)在本实施方式中，作为用于决定控制值ΔCj的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)，使用在指数空间中取得加权平均之后取得对数而返回线性空间的公式。因此，根据本实施方式，通过利用指数空间中的加权平均，从而可以期待控制值ΔCj的计算精度提高。
(h)在本实施方式中，当进行用于决定控制值ΔCj的控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)的重新设定时，将构成该公式的权重变量α11，α12，……作为被更新项目，通过更新与存在变动的约束判定值ΔR相关的加权平均的权重变量α11，α12从而进行重新设定。因此，根据本实施方式，通过按照规定周期循环地重复进行重新设定，从而关于控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)发生变化以使约束判定值ΔR的变动收敛，对使用该控制模型公式ΔCj＝Fj(ΔR1，ΔR2，……，ΔRi)而进行的控制内容发挥学习效果。即，非常适合应用于难以进行控制对象物即熔化区域MI的建模的情况，即使在这种情况下，也能够适当地进行用于将熔化区域MI可靠地维持在规定形状状态的动作控制。
(i)在本实施方式中，控制装置6中的各部件11～24循环地进行一系列的控制处理(图4中的S102～S112)，并且在规定的时间内完成一个循环处理。因此，根据本实施方式，能够与在该单晶制造装置1中利用熔化区域MI所进行的单晶的制造并行地，实时执行针对单晶制造装置1中的各部件2～5的动作控制，非常适合于确保动作控制的实时性。
(j)在本实施方式中，在通过单晶制造装置1制造单晶时将原料M与晶种S之间形成的熔化区域MI作为控制对象物。
因此，根据本实施方式，即使不依赖于单晶制造装置1的操作者，也进行将熔化区域MI维持规定形状状态(即，能够使晶体生长持续进行的状态)这样的自动控制。即，能够容易且可靠地维持形成熔化区域MI的状态以使晶体生长持续进行，由此，能够以较高的生产性制造高纯度且均质的单晶Mc。
并且，根据本实施方式，将使熔化区域MI的晶体生长持续进行的状态规定为规定形状状态，进行自动控制以使熔化区域MI不会偏离规定形状状态，因此，即使在不容易将熔化区域MI明确地描述为一个物理模型，且难以进行控制以使该熔化区域MI的形状追随目标形状的情况下，也能够容易且可靠地维持形成该熔化区域MI的状态。即，即使在难以规定理想的目标值的情况下，通过进行不会偏离导致产生缺陷的临界值这样的控制，从而容易且可靠地维持形成熔化区域MI的状态，由此，实现以较高的生产性制造高纯度且均质的单晶Mc。
(k)在本实施方式中，为对控制对象物即熔化区域MI进行处理的单晶制造装置1进行基于AP方法的单晶制造，即，原料把持部2被配置在天地方向的地的位置，晶种把持部3被配置在天地方向的天的位置。因此，根据本实施方式，在关于熔化区域MI的形状识别时，虽然以该熔化区域MI的拍摄图像为基础，但也可以从熔化区域MI的侧方侧进行拍摄图像的取得，能够尽量抑制为了图像取得而导致装置结构复杂化。进而，通过以来自侧方的拍摄图像为基础，从而能够容易且高精度地进行熔化区域MI的形状识别。
＜5.变形例等＞
以上对本发明的一个实施方式进行了具体说明，但本发明的技术范围不限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种的变更。
(单晶制造)
在上述的实施方式中，以对控制对象物即熔化区域MI进行处理的单晶制造装置1进行基于AP方法的单晶制造的情况为例，进行了举例说明，但例如日本特开2015-081218号公报中所述，在进行基于将上方配置于原料把持部2，将晶种把持部3配置于下方的所谓的浮动区(FZ)方法的单晶制造的情况下，也能够完全同样地应用本发明。在该情况下，通过进行自动控制以使晶种S与原料M之间形成的熔化区域MI不偏离规定形状状态，从而能够容易且可靠地维持使熔化区域MI的晶体生长可持续进行的状态，由此能够以较高的生产性制造高纯度且均质的单晶Mc。
(控制对象物及机械装置)
在上述的实施方式中，分别以晶体生长所需的熔化区域MI作为控制对象物，此外以制造单晶的单晶制造装置1作为对该控制对象物进行处理的机械装置为例，但本发明不限于此，对于其它的控制对象物、机械装置等，也能够完全同样地应用。
作为其它的机械装置，例如，例举利用自动控制技术来控制动作的各种制造装置、生产装置、运送装置、信息处理装置等。即，本说明书中中所谓的“机械装置”是指不管是机械性的、还是电气性的，构成为进行任意的物理性的动作(包括利用了计算机装置的硬件资源的信息处理动作在内)的装置，是指构成为通过来自构成为利用计算机装置的机械控制装置的指示而控制其动作的装置。
此外，作为其它的控制对象物，例如，例举由机械装置处理的制造物、其制造所需的中间体或者处理介质、进行处理时的电信号等。即，本说明书中所谓的“控制对象物”是指机械装置所处理的物体(如果机械性或者电气性地存在，则不管是有形物还是无形物都可以)，为在该机械装置中被处理时需要维持某种一定的状态的物体。
即，控制对象物及机械装置不限于上述的实施方式中说明的内容，只要能够作为自动控制技术的对象，则不管是机械性的还是电气性的，都能够广泛地应用。
(特征量提取)
在上述的实施方式中，以提取关于控制对象物即熔化区域MI的形状的特征值的情况为例进行了举例，但本发明不限于此。即，对于特征值，只要是关于控制对象物的状态的值，除了关于物体的形状的值以外，例如也可以包含例如关于信号的波形的值。
此外，在上述的实施方式中，以当进行特征值提取时，取得控制对象物即熔化区域MI的拍摄图像，并对该拍摄图像进行解析而取得特征值的情况为例进行了举例，但本发明不限于此。即，对于特征值的提取，可以利用其它的公知技术来进行。
具体来说，例如，可以考虑使用加速度传感器、陀螺仪传感器等，或者进行基于超声波传感器及激光传感器的并用的检测，而进行关于控制对象物的方位及距离的特征值的提取的方式。在该情况下，能够实现使控制对象物不倒下或者不碰撞这样的动作控制，即，能够实现进行控制对象物的姿势控制。
此外，除此之外，可以考虑对利用计算机装置的情况下的处理进行特征值的提取，例如，计算任务的投入量与预定时间、针对其的机器负载等。在该情况下，能够实现以不会导致机器资源的分配产生缺陷的方式进行动作控制等。
即，如果进行与控制对象物的状态相关的计测，将该计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值，在此基础上，根据该约束判定值进行针对机械装置的动作控制，则本发明也能够应用于上述的实施方式以外的方式。
(控制模型公式)
在上述的实施方式中，作为控制模型公式，以使用利用约束判定值的加权平均来计算控制值的公式的情况为例进行了举例，但本发明不限于此。即，对于控制模型公式，如果预先设定，并且能够应对重新设定，则也可以是利用加权平均以外的其它的方法来计算控制值的公式。
此外，在上述的实施方式中，由于控制模型公式为利用了加权平均的公式，因此以在该控制模型公式的重新设定时，进行关于加权平均的权重变量的更新的情况为例进行了举例，但本发明不限于此。即，对于控制模型公式的重新设定，只要能发挥使约束判定值的变动收敛这样的学习效果，其方法不限于特定的方法。
＜6.本发明的优选方式＞
以下，对本发明的优选方式进行附记。
[附录1]
根据本发明的一个方式，
提供一种机械控制装置，其搭载于对控制对象物进行处理的机械装置中而被使用，或者与所述机械装置连接而被使用，所述机械控制装置具有：
计测部，其进行与所述控制对象物的状态相关的计测；
判定部，其将所述计测部的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值；
控制部，其根据由所述判定部求出的约束判定值，按照对所述控制判定值和所述动作控制所设定的关系进行针对所述机械装置的动作控制；以及
学习部，其在所述约束判定值通过所述控制部所进行的动作控制而产生变动的情况下，对所述控制判定值与所述动作控制之间的关系进行重新设定。
[附录2]
优选的是，在附录1所记载的机械控制装置中，
所述计测部具有：
图像拍摄部，其取得关于所述控制对象物的拍摄图像；以及
图像解析部，其对由所述图像拍摄部取得的拍摄图像进行解析而进行与所述控制对象物的状态相关的计测。
[附录3]
优选的是，在附录1或者2所述的机械控制装置中，
所述计测部计测所述控制对象物的形状的特征值。
[附录4]
优选的是，在附录1至3中的任一项所述的机械控制装置中，
所述判定部使用对所述计测部的计测内容所设定的临界值作为所述约束条件，并且使用相当于所述控制对象物为了维持规定状态所需的临界条件的值作为所述临界值，
所述判定部求出所述计测部的计测结果相对于所述临界值的接近度作为所述约束判定值。
[附录5]
优选的是，在附录1至4中的任一项所述的机械控制装置中，
通过能够重新设定的控制模型公式来规定所述控制判定值与所述动作控制之间的关系。
[附录6]
优选的是，在附录1至5中的任一项所述的机械控制装置中，
所述计测部、所述判定部、所述控制部以及所述学习部循环地进行处理，并且在规定的时间内完成一个循环处理。
[附录7]
优选的是，在附录1至6中的任一项所述的机械控制装置中，
所述机械装置为单晶制造装置，
所述控制对象物为在通过所述单晶制造装置制造单晶时，在原料与晶种之间形成的熔化区域。
[附录8]
根据本发明的其它的一个方式，提供一种机械控制程序，其使搭载于对控制对象物进行处理的机械装置中的计算机、或者与所述机械装置连接而被使用的计算机执行如下的步骤：
计测步骤，进行与所述控制对象物的状态相关的计测；
判定步骤，将所述计测步骤中的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值；
控制步骤，根据在所述判定步骤中求出的约束判定值，按照对所述控制判定值和所述动作控制所设定的关系进行针对所述机械装置的动作控制；以及
学习步骤，在所述约束判定值通过在所述控制步骤中进行的动作控制而产生变动的情况下，对所述控制判定值与所述动作控制之间的关系进行重新设定。
[附录9]
根据本发明的再一个其它的一个方式，提供一种机械控制方法，控制对控制对象物进行处理的机械装置的动作，所述机械控制方法包括如下步骤：
计测步骤，进行与所述控制对象物的状态相关的计测；
判定步骤，将所述计测步骤中的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值；
控制步骤，根据在所述判定步骤中求出的约束判定值，按照对所述控制判定值和所述动作控制所设定的关系进行针对所述机械装置的动作控制；以及
学习步骤，在所述约束判定值通过在所述控制步骤中进行的动作控制而产生变动的情况下，对所述控制判定值与所述动作控制之间的关系进行重新设定。
[附录10]
根据本发明的又一个方面，提供一种机械控制装置，其搭载于对控制对象物进行处理的机械装置中而被使用，或者与所述机械装置连接而被使用，其中，所述机械控制装置具有：
形状识别部，其得到关于所述控制对象物的状态的特征值；
约束判定部，其将由所述形状识别部得到的特征值与对该特征值设定的临界值进行对比，求出该特征值相对于该临界值的接近度作为约束判定值；
控制值决定部，其根据由所述约束判定部求出的约束判定值，使用规定该约束判定值与该控制值之间的关系的控制模型公式来决定用于控制所述机械装置的动作的控制值；
时序控制部，其根据所述控制值决定部所决定的控制值进行针对所述机械装置的动作控制；以及
模型学习部，其根据由所述约束判定部求出的约束判定值按照所述时序控制部所进行的动作控制而怎样发生变动，进行关于所述控制值决定部所使用的所述控制模型公式的重新设定。
[附录11]
优选的是，在附录10记载的机械控制装置中，
所述形状识别部具有：
图像拍摄部，其取得关于所述控制对象物的形状的拍摄图像；以及
图像解析部，其对由所述图像拍摄部取得的拍摄图像进行解析而提取关于所述控制对象物的状态的特征值。
[附录12]
优选的是，在附录10或者11所述的机械控制装置中，
所述约束判定部使用相当于所述控制对象物为了维持规定形状状态所需的临界条件的值，作为所述临界值。
[附录13]
优选的是，在附录10至12中的任一项所述的机械控制装置中，
所述控制值决定部使用利用多个所述约束判定值的加权平均来计算所述控制值的公式，作为所述控制模型公式，
所述模型学习部通过更新与存在变动的所述约束判定值相关的所述加权平均的权重变量，从而进行关于所述控制模型公式的重新设定。
[附录14]
优选的是，在附录13所述的机械控制装置中，
所述控制值决定部使用在指数空间中取得加权平均之后取得对数而返回线性空间的公式，作为所述控制模型公式。
[附录15]
优选的是，附录10至14中的任一项所述的机械控制装置中，
所述形状识别部、所述约束判定部、所述控制值决定部、所述时序控制部以及所述模型学习部按照根据与所述控制对象物和所述机械装置相关的时间常数而设定的周期循环地进行处理，并且在比所述周期的一个循环短的规定时间内完成该处理。
[附录16]
优选的是，附录10至15中的任一项所述的机械控制装置中，
所述机械装置为单晶制造装置，
所述控制对象物为在通过所述单晶制造装置制造单晶时，在原料与晶种之间形成的熔化区域。
[附录17]
根据本发明的又一个其它的方式，提供一种机械控制程序，其使搭载于对控制对象物进行处理的机械装置中的计算机、或者与所述机械装置连接而被使用的计算机执行如下的步骤：
形状识别步骤，得到关于所述控制对象物的状态的特征值；
约束判定步骤，将通过所述形状识别步骤得到的特征值与对该特征值设定的临界值进行对比，求出该特征值相对于该临界值的接近度作为约束判定值；
控制值决定步骤，根据通过所述约束判定步骤求出的约束判定值，使用规定该约束判定值与该控制值之间的关系的控制模型公式来决定用于控制所述机械装置的动作的控制值；
时序控制步骤，根据通过所述控制值决定步骤所决定的控制值进行针对所述机械装置的动作控制；以及
模型学习步骤，根据通过所述约束判定步骤求出的约束判定值按照在所述时序控制步骤中进行的动作控制而怎样发生变动，进行关于所述控制值决定部所使用的所述控制模型公式的重新设定。
[附录18]
根据本发明的再一个其它的方式，提供一种机械控制方法，其控制对控制对象物进行处理的机械装置的动作，所述机械控制方法包括如下的步骤：
形状识别步骤，得到关于所述控制对象物的状态的特征值；
约束判定步骤，将通过所述形状识别步骤得到的特征值与对该特征值设定的临界值进行对比，求出该特征值相对于该临界值的接近度作为约束判定值；
控制值决定步骤，根据通过所述约束判定步骤求出的约束判定值，使用规定该约束判定值与该控制值之间的关系的控制模型公式来决定用于控制所述机械装置的动作的控制值；
时序控制步骤，根据通过所述控制值决定步骤所决定的控制值进行针对所述机械装置的动作控制；以及
模型学习步骤，根据通过所述约束判定步骤求出的约束判定值按照在所述时序控制步骤中进行的动作控制而怎样发生变动，进行关于所述控制值决定部所使用的所述控制模型公式的重新设定。
1…单晶制造装置(机械装置)、2…原料把持部、3…晶种把持部、4、5…加热部、6…机械控制装置(控制装置)、10…形状识别部(计测部)、11…图像拍摄部、12…图像解析部、20…动作控制部、21…约束判定部(判定部)、22…控制值决定部(控制部)、23…时序控制部(控制部)、24…模型学习部(学习部)、M…原料、Mc…单晶、MI…熔化区域(控制对象物)、S…晶种。

Claims (9)

1.一种机械控制装置，其搭载于对控制对象物进行处理的机械装置中而被使用，或者与所述机械装置连接而被使用，所述机械控制装置具有：
计测部，其进行与所述控制对象物的状态相关的计测；
判定部，其将所述计测部的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值；
控制部，其根据由所述判定部求出的约束判定值，按照对所述控制判定值和所述动作控制所设定的关系进行针对所述机械装置的动作控制；以及
学习部，其在所述约束判定值通过所述控制部所进行的动作控制而产生变动的情况下，对所述控制判定值与所述动作控制之间的关系进行重新设定。
2.根据权利要求1所述的机械控制装置，其中，
所述计测部具有：
图像拍摄部，其取得关于所述控制对象物的拍摄图像；以及
图像解析部，其对由所述图像拍摄部取得的拍摄图像进行解析而进行与所述控制对象物的状态相关的计测。
3.根据权利要求1或2所述的机械控制装置，其中，
所述计测部计测所述控制对象物的形状的特征值。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的机械控制装置，其中，
所述判定部使用对所述计测部的计测内容所设定的临界值作为所述约束条件，并且使用相当于所述控制对象物为了维持规定状态所需的临界条件的值作为所述临界值，
所述判定部求出所述计测部的计测结果相对于所述临界值的接近度作为所述约束判定值。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的机械控制装置，其中，
通过能够重新设定的控制模型公式来规定所述控制判定值与所述动作控制之间的关系。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的机械控制装置，其中，
所述计测部、所述判定部、所述控制部以及所述学习部循环地进行处理，并且在规定的时间内完成一个循环处理。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的机械控制装置，其中，
所述机械装置为单晶制造装置，
所述控制对象物为在通过所述单晶制造装置制造单晶时，在原料与晶种之间形成的熔化区域。
8.一种机械控制程序，其使搭载于对控制对象物进行处理的机械装置中的计算机、或者与所述机械装置连接而被使用的计算机执行如下的步骤：
计测步骤，进行与所述控制对象物的状态相关的计测；
判定步骤，将所述计测步骤中的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值；
控制步骤，根据在所述判定步骤中求出的约束判定值，按照对所述控制判定值和所述动作控制所设定的关系进行针对所述机械装置的动作控制；以及
学习步骤，在所述约束判定值通过在所述控制步骤中进行的动作控制而产生变动的情况下，对所述控制判定值与所述动作控制之间的关系进行重新设定。
9.一种机械控制方法，控制对控制对象物进行处理的机械装置的动作，所述机械控制方法包括如下步骤：
计测步骤，进行与所述控制对象物的状态相关的计测；
判定步骤，将所述计测步骤中的计测结果与规定的约束条件进行对比而求出约束判定值；
控制步骤，根据在所述判定步骤中求出的约束判定值，按照对所述控制判定值和所述动作控制所设定的关系进行针对所述机械装置的动作控制；以及
学习步骤，在所述约束判定值通过在所述控制步骤中进行的动作控制而产生变动的情况下，对所述控制判定值与所述动作控制之间的关系进行重新设定。
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