JP2007511754A - 位置特定構成、特に、バッチ処理用ボックスの位置特定システム、識別用ユニット、および位置判定方法 - Google Patents

Abstract

位置特定構成、特にバッチ処理用ボックスの位置特定システム、識別用ユニット、および位置決定方法を提供する。特に、直線区間（１０４）にそって配置された各超音波送信器（１ａ、１ｂ、１ｃ）を備える位置特定構成について説明する。高精度の空間位置判定と多数の識別用ユニットによって、区間（１０４）に沿った位置を判定する超音波送信器（１ａ、１ｂ、１ｃ）を使用することが可能となる。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、少なくとも一つの識別用ユニットの位置を判定するのに使用できる位置特定構成に関する。識別用ユニットは、例えば半導体ウェハのように、同じ方法で加工される複数の部品を格納する、いわゆる製造バッチ処理用ボックスなどに取り付けられるものである。１バッチは、およそ５０個あるいは２５個の各半導体ウェハが２つの各ラックあるいは１つのラックに格納されたものである。

本発明は、極めて正確な位置特定を行うことのできる簡便な位置特定構成を提供することを目的としている。特に、少なくとも通信にも活用できるシステム資源を提供することを目的としている。さらに、位置特定の対象となる識別用ユニットおよび位置判定方法を提供することも本発明の目的である。

位置特定構成は、本願の特許請求の範囲の請求項１に特定される事項を含む構成によって達成される。より発展的な各形態は、各従属請求項にてそれぞれ特定されている。

電波等の電磁波や、光あるいは赤外線を用い、近距離の範囲内での位置特定は、技術的には確かに可能ではある。しかしながら、上記位置特定では、短い信号伝播時間により、上記信号を処理する回路は、極めて厳格な処理時間を要求されるので、上記回路が複雑な構成となってしまう。

したがって、上記位置特定には、室温で約３４０ｍ／ｓの伝播速度の超音波を使用するのがより好ましい。近距離の範囲内での位置特定に用いられる信号としては、例えば５０ミリ秒未満の伝播速度を有するものが挙げられる。このような伝播速度の信号検出は回路コストの面でも実現しやすいものである。

本発明に係る位置特定構成は、経路に沿って列状に並べられた複数の、例えば少なくとも３つ、６つ、あるいは９つの各超音波送信器を含む。直列に配置された、互いに隣り合う各超音波送信器の間の距離は１メートルを越える。かかる手段により、数百メートルにわたる経路に沿って上記各超音波送信器を設けても、上記各超音波送信器はコスト面でも実現しやすいものにできる。実際の測定に際しては、位置特定の対象物の周辺において、最も近距離の２個の各超音波送信器あるいは数個の各超音波送信器しか必要としない。

本発明の位置判定方法は、発展的な形態において、互いに隣り合う各超音波送信器間の距離がそれぞれ等しくなるように、直線区間にそって上記各超音波送信器がそれぞれ配置される場合、特に簡便なものとなる。演算方法は特に、配置に左右されることはない、つまり、異なる配置でも同様の演算方法を用いることができる。

発展的な形態において、上記距離は３メートル〜１メートルの範囲内、特に１．６メートルであるとする。これらの数値は、少ない各超音波送信器の数、高精度の空間的位置判定、および短い伝播時間決定の間のバランスを加味したものである。

さらに発展的な形態において、上記各超音波送信器は、特に工場施設内の経路の通路に沿ってそれぞれ配置される。集積電子回路用の半導体ウェハや他の基板は、工場施設内で加工されることが好ましい。

さらに他の発展的な形態において、位置特定構成は、送信休止期間と他の送信休止期間との間に超音波パルスが送信されるパルス動作モードに基づいて上記各超音波送信器を駆動する駆動ユニットを備える。超音波パルスは特に位置特定処理に適している。

さらに他の発展的な形態において、駆動ユニットは、各超音波送信器用に生成される、超音波パルスの送信を指示する駆動信号を周期（サイクル）的に生成する。１サイクルは少なくとも２つの各区間を備え、それぞれの区間において、上記各超音波送信器の異なる部分が駆動される。

この構成により、互いに異なる各超音波送信器の伝播速度は相互に干渉しあうことなく連続して判定することができる。１サイクルごとの各区間の数は、例えば必要な繰り返し率、位置特定の精度、通信に要求される時間、ハードウェアの各状態などといった複数の各パラメータによって決定される。また、上記各区間の数は、ハードウェアの各状態として、例えば、１２個の各超音波送信器が１個の駆動ユニットに接続される場合、１２の倍数が好適に選択される。好ましい各サイクルの数は、例えば３６や４８である。

次の発展的な形態において、駆動ユニットは、入力信号に基づいて複数の各超音波送信器用の各駆動信号をそれぞれ生成する、複数の各グループ駆動ユニットを含むことが好ましい。これによって、駆動が複雑化することを低減できる。

発展的な一形態においては、少なくともさらに３個の各超音波送信器が、別の直線状の経路に沿って配置され、上記別の経路と隣り合う経路における各超音波送信器とは特定の間隔にて配置されている。上記２つの各経路が互いに平行である場合、平行な各経路内での位置特定は簡便化できる。ただし、二次元での位置特定の検知も可能ではあり、一方の座標が経路（通路）に沿ったものであり、他方の座標が上記経路によって決定されると、上記位置特定が実効のあるものとなる。

発展的な一形態は、互いに異なる各経路上の少なくとも２つの各超音波送信器が同時に送信することにより、位置特定に及ぼされる悪影響を除外あるいは大幅に削減することができるという効果を奏する。互いに平行に配置されたな一方の経路と他方の経路との一方において、同時に送信する２つの各超音波送信器の間に、１つあるいは３つないしは６つより多くの、他の各超音波送信器が配置された場合に、上記効果を達成できる。

次の発展的な形態においては、各超音波送信機の超音波信号を通さない、あるいは極めて減衰させる領域が、上記２つの各経路の間に設けられる。上記領域とは、例えば位置特定を実効化する上記２つの経路の間に存在する、さらに他の経路のことをいう。したがって、半導体製造施設では、メンテナンス経路は、各クリーンルーム経路の間に設けられる。該メンテナンス経路内に各ウェハが配置されることはない。

発展的な一形態では、さらに少なくとも３つの超音波送信器が、互いに隣り合う各超音波送信器間が互いに等しい距離となる直線状のメイン区間（メイン経路）に沿ってそれぞれ配置され、上記メイン区間に対し、少なくとも２つの第二区間（二次経路）が横切るように、特に好ましくは９０度の角度をなして設けられている。この結果、上記構成は、メイン経路に対し横切る形にて結合された各経路を有する上記メイン経路での位置特定の実施が可能となる。

発展的な一形態においては、上記位置特定構成は、少なくとも３つの放射線受信器、特に高周波（ＲＦ）、無線受信器、あるいは赤外線受信器のような電磁放射線用受信器を備え、上記受信器は、互いに隣り合う各放射線受信器の間の距離が互いに等しくなるように、直線区間に沿ってそれぞれ列状に配置されている。隣り合う各受信器間の距離は、互いに隣り合う各超音波送信器間の距離の少なくとも二倍である。

さらなる改良例として、各受信器は、位置特定の対象と通信可能な構成とする。上記通信は可能な限り高速にて達成される必要が有り、超音波では遅すぎてしまう。さらなる改良例として、受信器は、大まかな位置特定にも利用され、その受信レベルは伝播時間の代わりとして評価される。その結果、大まかな位置特定においても回路コストは低く抑えられる。

さらなる改良例として、各受信器間の距離は３メートルから７メートルまでの範囲内である。その結果、位置特定されるユニットに対する受信信号の強度が、他の受信器よりもはるかに大きい受信器を常に決定することができるので、大まかな位置特定を簡便かつ確実に行うことができる。

さらなる改良例として、各超音波送信器と同じ区間に各受信器が配置される場合、組み立てコストは低く抑えられる。各超音波送信器と同じ区間に各受信器が配置される場合のそれぞれにおいて、１つの受信器が、上記２つの各超音波送信器の間に配置、好ましくは２つの各超音波送信器から等しい距離になるように、上記２つの各超音波送信器の間に配置されると、何らかのものの影となることに起因する悪影響を低減できる。

発展的な一形態においては、使用される複数の各アンテナモジュールのそれぞれに接続ユニットが複数設けられている。各アンテナモジュールは、好ましくは１つの受信アンテナと複数の（例えば３つの）各超音波送信器を含む。さらなる改良例として、上記各接続ユニットは、エーサネットなどのローカルデータ送信ネットワークを介して互いに接続されている。上記モジュール構造により、異なる空間状態にも容易に対応できる。

さらに発展的な一形態において、各超音波送信器と各ＲＦアンテナは、天井あるいは天井を横断する支えに固定される。

発展的な一形態において、位置特定構成は、互いに異なる識別子をそれぞれ有する、少なくとも１０００個あるいは少なくとも１５００個の同一な各識別用ユニットを備え、上記各識別用ユニットは、各超音波送信器の音響放射範囲内に配置されている。例えば、工場施設において、上記の数の各収納コンテナが集積回路用の複数の基板用に設けられ、上記各収納コンテナの位置特定が行われる。

さらに本発明は、メモリユニットを含む識別用ユニットに関する。上記メモリユニットには、上記識別用ユニットを、同様に製造された他の識別用ユニットと区別する識別子が格納されている。

上記識別用ユニットは、さらに、超音波受信器、放射線送信器、放射線受信器、および制御ユニットを含む。制御ユニットは、放射線受信器によって受信された同期信号により超音波伝播時間の計測を行い、その計測結果を放射線送信器を利用して外部に向けて送信する。

さらなる改良例として、識別用ユニットには、動作電圧がオフに切り替えられた後でも表示内容を表示する省電力双安定文字表示ユニットが設けられている。上記構成の代わりとして、あるいは上記構成に加えて、識別用ユニットには、例えば発光ダイオードのように放射線受信器を介して駆動される、少なくとも１つの発光ユニットが設けられている。

上記発光ユニットは、例えば優先的あるいは早急に加工の必要な製造ユニットを識別する。探索される識別用ユニットは、発光ユニットによって、特に点滅する発光ユニットによって、数メートル離れたところからでも他の識別用ユニットと区別することもできる。

これにより、配置状態がおおまかにしか把握されていない場合においても探索が極めて容易に行うことができる。例えば、探索中の識別用ユニットは、半径５０センチ以内の３つの各識別用ユニットから容易に識別することができる。探索の要求は、例えば駆動ユニットを介して入力される。

さらに本発明は、少なくとも１つの経路に沿って複数の各超音波送信器が設けられている位置特定構成を構築するステップと、それぞれの超音波送信器によって音が放射される少なくとも１つの領域毎からの放射を受信する、少なくとも２つの放射線受信器あるいは放射線送信器をそれぞれ構築するステップと、少なくとも２つの各超音波送信器によって音が放射される領域に、少なくとも１つの識別用ユニットを導入するステップと、少なくとも２つの各超音波送信器から識別用ユニットまでの超音波伝播時間測定を行い、少なくとも１つの伝播時間データを判定するステップと、上記伝播時間データにより識別用ユニットの正確な位置を判定するステップと、少なくとも２つの各放射線送信器あるいは各放射線受信器を使って識別用ユニットの大まかな位置を判定するステップと、正確な位置と大まかな位置とを組み合わせて位置特定データを形成するステップからなる位置判定方法に関する。

上記強力な位置判定方法は、特に半導体製作施設における位置特定の用途に適したものである。

上記方法の発展的な一形態においては、各超音波送信器が列状にそれぞれ配置され、識別用ユニットを含んだ区間を有する平面上で三角法に基づく演算によって、上記識別用ユニットの上記正確な位置を判定するステップと、１つの空間座標のみによって正確な位置を判定するステップとが実行される。

三次元あるいは二次元での位置特定処理は、常に必要とされる処理ではないが、これらに比べて、上記のように行われる一次元での位置特定処理は、極めて正確かつ低コストにて実行することができる。

さらに本発明は、位置特定構成が設けられ、製作用の複数の各設備間における複数のバッチ処理用ボックスの各搬送経路を広範囲に検知し、２メールあるいは１メートル未満の正確さでバッチ処理用ボックスを検知する、バッチ処理用ボックスの位置特定システムに関する。特に、本発明に係る、前述の位置特定構成やその発展的な各形態はバッチ処理用ボックスの位置特定システムにおいて使用される。

発展的な一形態において、バッチ処理用ボックスの位置特定システムには、バッチ処理用ボックスに固定された出力ユニット（識別用ユニット）に製造データおよび／または搬送データを出力する通信システムが設けられている。

その結果、例えば棚の状況などといった、バッチ処理用ボックス中の保管状況における位置特定情報および出力情報を収集するだけでなく、動的に搬送処理全体をサポートすることができる。

本構成の重要な原理は、アンテナと超音波送信器との直線配置、特に経路（通路）あるいはいわゆる指状部経路の長手方向に沿った中心線に沿った上記直線配置という技術的思想である。

この原理により、広範囲の位置特定ならびに位置関係に左右されない通信において求められる性能が達成できる程度まで、アンテナの配置密度を減少することができる。アンテナの配置密度が低いと、各ＲＦアンテナ（高周波）、各超音波送信器、各識別用ユニット間で使用され、一サイクルが一定時間の各時間セグメントに分割される同期通信プロトコルにおいて、超音波による正確な位置特定に要する時間の７０パーセント以上を削減できる。その結果、残りの７０パーセントの時間は無線通信処理にあてることができる。

本発明では、バッチ処理用ボックスを、わずか数センチの精度で、指状部経路の長手方向に沿って位置特定（追跡）することができる。一方、本発明は、経路あるいは指状部経路の高さや幅の位置関係の判断、つまり三次元位置表示には適用できない。

しかし、識別用ユニットにおいて、例えばフリップドット、点滅（フラッシング）、継続発光ＬＥＤ，あるいはランプの形態で光信号を発するという構成で、バッチ処理用ボックスの正確な追跡は可能となるので、三次元位置表示は、バッチ処理用ボックスの搬送の際の方向案内機能には必ずしも必要ではない。

その結果、幾何学的な線に沿って設けられた各アンテナモジュールによって、上記システム全体の性能を大幅に向上させることができる。上記のように設けられた各アンテナモジュールは、取り付けも容易で、棚の再配置に左右されることもなく、製造設備の変更も比較的少なくてすむ。

このように本発明は、フレキシブル製造、特にウェハ製造における搬送処理の計画、制御、最適化、および監視に付随する技術的問題を解決するものである。

従来、ウェハ・ボックスは、例えばコンベアーベルトよって自動的に、あるいは搬送カートによって手動で、搬送される。個別にカスタマイズされた製造プログラムの場合、完全自動で固定化された搬送システムは、搬送処理の柔軟性が不足していたり高額な設備投資のために、低コストで実現することは不可能なことがあるという制限を有している。

しかし、本発明では、搬送処理において、広範囲での位置特定（追跡）が可能であったり、個々のバッチ処理用ボックスに対しての搬送の方向付け、および製造情報の適切な出力がどの位置においてもタイミングよく行うことができるので、上記の制限を克服することができる。

その結果、いつでも操作者による制御介入が可能となる。このような構成を、ペーパーレス製造設備とも称する。したがって、例えば製造工程が複雑化することなく、上記製造工程中に緊急のバッチを投入・搬送することができる。

本発明は、特に、製造施設全体における無線および超音波技術によって行われるバッチ処理用ボックスの正確な追跡に基づく、手動搬送のための経路の規定と、次の製造工程への効率的配送あるいは効率的搬送を行うための情報および経路指定出力を統合した、統合型搬送方向付けおよび製造情報システムを特定するものである。操作者との通信は、例えばバッチ処理用ボックスに固定された双安定ディスプレイを利用して、無線中継器を介して行われる。

以下にさらに詳しく説明するように、上記システムは、例えば、正確な追跡を行う統合型超音波受信器とデータを表示する双安定ディスプレイとを備えるアクティブ無線中継器としての識別用ユニットあるいはDisTag （distance transponder, distance tag）と、広範囲のモジュラーであり、ＲＦアンテナ、超音波送信器、および統合型制御装置を備えるアンテナモジュールと、広範囲な追跡および搬送方向付けおよび製造情報の情報出力を行うDisTagとの動的通信（搬送経路を含む）とを制御するデータ処理システムあるいはボックス追跡サーバとを含む。

ウェハボックスの空間的位置を広範囲かつ正確に検知できること、および製造施設内の中継原理によってタイミングよくどの位置においても通信が可能であることによって、本構成は以下のメリットを有する。
（１）わずか数センチという精度で広範囲かつ正確な位置特定が可能である。
（２）製造および搬送の方向付け情報が、位置特定の必要な際に、例えばバッチ処理用ボックスの位置特定が必要な際に、いつでも分散的に出力できる（ペーパーレスファブリケーション）。
（３）バッチ処理用ボックスに直接情報を表示することにより搬送処理をサポートする動的状態情報、例えば保存、バッチメッセージ、あるいは緊急バッチ情報を出力することができる（ペーパーレスファブリケーション）。
（４）バッチ処理用ボックスの探知、搬送、格納動作の最小化を行うことと、設置される製造機械の容量を最適化することによって、製造の回転時間を短縮することができる。
（５）ＲＦと超音波技術とにより、極めて低コストで広範囲な位置特定機能を実現することができる。

本発明の説明は、半導体製造におけるバッチ追跡システムに基づいて行われるが、本発明は、例えば機械工学あるいは図書館といった他の分野にも活用することができる。以下では、直線状の各経路をとりあげて説明しているが、本発明は、部分的に直線である各経路区間を有する場合についても活用できる。

無線と超音波技術を組み合わせると、効率的な通信と正確な位置特定という相反する概念を結びつけることができる。つまり、通信性能と位置特定性能の双方を高めることが可能になる。

超音波（ＵＳ）を使用すると、超音波信号の処理にさほどの処理速度が要求されない限りあらゆる試みが可能である。電波ビームが伝播する光速に対して、音速は約３４０ｍ／ｓである。超音波によってアナログ位置特定情報を判断するのに、DisTagの超音波受信器が、発信元が区別できない２つの各超音波信号を同時に受信することのないようにする必要がある。これにより、同時受信の防止条件に基づいて、各超音波送信器は、同時に送信することが許されないようになっている。

つまり、各超音波送信器を、(1) 超音波送信器の送信方向範囲と、超音波受信器の受信感度の指向性角度を超える範囲とによって厳密に判断される、特定の範囲の近傍内にそれぞれ配置し、(2) 超音波信号の到着までの所定最大時間によって決まる特定時間内に送信を行うことである。

したがって、このような時間制限以内に２つの各超音波信号が受信され、上記信号が特定の超音波送信器に割り当てることが不可能という状況を回避するためが必要である。

例えば、「全ての各バッチ処理用ボックスのそれぞれの空間的位置を３０秒毎に更新する」というような性能が要求される場合、各信号同士の衝突（同時受信）を回避しつつ同時に複数の各超音波送信器を駆動しなければならない。

これは、１つの共通クラスタに割り当てられた全ての各超音波送信器を同時に駆動することによって達成される。この方法は、１つのクラスタにおける、同時送信を行う各超音波送信器間の最小幾何学距離を設定することに基づくものである。この条件を、以下の説明ではクラスタ条件と称する。

上記クラスタ条件の最適な設計、つまり、１つのクラスタにおける２つの超音波送信器間で設定される距離は、衝突防止条件と無線による大まかな位置特定の質とによって決定される。これは、DisTagや超音波受信器は、１つのクラスタの全てのアンテナに対して、受信した伝播時間を全体的にしか割り当てることができないからである。

大まかな位置特定において行われる、ある領域に対する送信機の割り当ては、どこに無線アンテナがあるかによって左右され、例えば、位置特定の対象であるDisTagからの信号のうち最も強い受信レベルによって把握される無線アンテナの位置が、上記割り当てを左右するものである。

さらに、３０秒で連続的に送信する各超音波送信器の数が多ければ、例えば、DisTagによる伝播時間と識別数のフィードバック用のプロトコルや、接続ユニット（後に詳述）とDisTagとの間の通信用プロトコルなどのような、同期通信プロトコルでは無線時間が足りないということを考慮に入れなければならない。

本実施形態において、順次生じる伝播時間測定を含む超音波信号を送信する時間は、１サイクルの１／４に達する。

これらの限定の結果、必ずしも全ての各超音波送信器が、通信プロトコルにおいて超音波を発している間の一時的な位置に基づいて区別されるわけではない。したがって、超音波伝播時間のみに基づく絶対的な位置特定は可能ではない。それゆえ、大まかな位置特定は、電波強度測定、つまり、絶対座標によって行われる。そして、より正確な位置特定は超音波による伝播時間測定、つまり、相対座標の判定によって行われる。

図１は、クラスタ条件を考慮した直線配置という技術的思想（直線概念）に基づく工場施設１００における施設領域の区域を示している。工場施設１００は、直線概念に基づいて、メイン経路１０２、横断経路（二次経路）１０４、１０８、さらなる横断経路（二次経路）１１０（点で示す）に分けられる。

位置特定における最大許容時間（本実施形態では３０秒）があり、冗長性のための理由により全超音波送信器が１サイクルに３回切り替える必要があるという条件もあるため、最大クラスタ数は３６となる。

図２に基づいて後により詳細に説明するように、個々の場合で見てみると、３つの各超音波送信器ａ、ｂ、ｃは、無線アンテナ１２０〜１６２毎のそれぞれに接続され、互いに隣り合う各超音波送信器１ａ〜７ｂのそれぞれの間には、１．６メートルの距離が存在する。

このような前提条件で、３つの超音波送信器毎に、１サイクルにつき最大１２本の各無線アンテナが、経路において３回切り替わる。しかし、各クラスタ１〜２４を使用することにより、同一クラスタの各超音波送信器は同時に切り替わる。以下、無線アンテナ１２０〜１６２および３つの超音波アンテナあるいは超音波送信器１ａ〜７ｂを単に装置と称する。

メイン経路１０２は、指状部「１８」とし、横断経路１０４は、指状部「０１」とし、横断経路１０４は、指状部「０２」、などとする。その結果、超音波アンテナの示す識別子を形成することができる、例えば、横断経路１０４の第三装置における第一超音波送信器を示す０１３ａのような識別子を形成することができる。

本実施形態において、メイン経路１０２および各横断経路１０４、１０６、１１０は、全て、例えば２．８０メートルの幅を有し、メイン経路１０２は３８メートルの長さを有する。横断経路１０４は１９．２メートルの長さを有し、横断経路１０８は３３メートルの長さを有する。

各無線アンテナ１２０〜１２６を備える装置とさらなる装置１７０（図示せず）は、メイン経路１０２に配置される。各超音波送信器は、列１７２に１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂなどというような順に示される。列１７４は、メイン経路１０２における超音波送信器のグループ間の関連性を特定する数を表している。

したがって、超音波送信器１ａは、クラスタ１５と関連し、超音波送信器１ｂは、クラスタ１６と関連しているというような状態である。せいぜい、想定できる３６のクラスタのうち、２４のクラスタしか使用できないので、メイン経路１０２において、超音波送信器４ｂはクラスタ１と関連し、超音波送信器４ｃはクラスタ２と関連している。

メイン経路１０２の超音波送信器１ａにおいて、横断経路１０６はメイン経路１０２から枝分かれしている。横断経路１０４における第一超音波送信器１ａは、グループ１に割り当てられる。その結果、超音波パルスの送信中のオフセットにより、異なる経路の超音波信号に及ぼされる影響は少ない。

同様に、横断経路１０８における第一超音波送信器１ａは、異なるクラスタ、すなわちクラスタ１５に割り当てられ、上記超音波送信器１ａに最も近い、メイン経路１０２の超音波送信器２ｃ、３ａ、３ｂは、それぞれクラスタ２０、２１、２２に割り当てられている。各クラスタ１〜２４の各超音波送信器は、クラスタ番号の小さい方から大きい方へ昇順にて順次駆動される。

各無線アンテナ１３０〜１３６が設けられた各装置は、横断経路１０４内にそれぞれ配置される。各超音波送信器は、１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ、・・・ ４ｃというように、列１８２にて示される。列１８４は、メイン経路１０２における各超音波送信器に関連するクラスタを特定する各番号を示すために付記されている。したがって、超音波送信器１ａは、クラスタに関連し、超音波送信器１ｂはクラスタ２に関連する、などというような状態をそれぞれ示す。

各無線アンテナ１５０〜１６２が設けられた各装置は、横断経路１０８内にそれぞれ配置される。各超音波送信器は、１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ、・・・ ７ｂというように、列１９２にて示される。列１９４は、メイン経路１０２内の各超音波送信器に関連するクラスタを特定する番号を示すために付記されている。

したがって、超音波送信器１ａは、クラスタ１５に関連し、超音波送信器１ｂはクラスタ１６に関連する、などというような状態をそれぞれ示す。せいぜい、想定できる３６のクラスタのうち、２４のクラスタしか使用できないので、横断経路１０８において、超音波送信器４ｂはクラスタ１と関連し、超音波送信器４ｃはクラスタ２と関連している。

横断経路１０４と横断経路１０８との間においても、上記構成は超音波測定の障害となることを避けるためにクラスタオフセットを伴って機能する。上記オフセットは、１０クラスタに及び、１つの経路において、１つの経路から他の経路に並行置き換えできる、１つのクラスタに所属する、それぞれ同時に送信を行う各超音波送信器の間には、９つの各超音波送信器が常に存在するものとなる。

図２は、無線アンテナ１３０を設けた装置を形成する位置特定構成１９８を、同様に構成される各装置１２０〜１６２、１７０、１８０、１９０を代表して示す。１つの経路における各装置は、直線上に沿って順次にてそれぞれ配置される。本実施形態において、各装置は、上記経路の天井や壁に搭載される。

超音波送信器１ａと超音波送信器１ｂとの間には、１．６メートルの距離Ａ３が設けられている。同様に、超音波送信器１ｂと超音波送信器１ｃとの間には、１．６メートルの距離Ａ４が設けられている。無線アンテナ１３０は、超音波送信器１ｃから０．８メートルの距離Ａ６を隔てて配置され、超音波送信器１ｂと超音波送信器１ｃとのちょうど中間点に位置するように配置されている。隣り合う装置の無線アンテナ１３２は、無線アンテナ１３０から４．８メートルの距離を隔てて配置されることになる。

図３は、例えばウィンドウズ２０００（登録商標）のようなオペレーティングシステムに基づくデータ処理システム（図示せず）以外に、以下の各構成部材を含む駆動・評価ユニット２２０における部品を示す。

上記各構成部材としては、スイッチ２２２、複数の各接続ユニット、複数の各装置すなわちアンテナモジュール、パワーサプライユニット２５０が挙げられる。

上記スイッチ２２２は、データ処理システムが同様に動作するデータ送信ネットワークにおける、いわゆるスイッチである。上記複数の各接続ユニットは、図３に示す、スイッチ２２２に接続される４つの各接続ユニット２３０〜２３６と、スイッチ２２２に接続される接続ユニット２３８（点で示す）とを含む。上記複数の各装置すなわちアンテナモジュールは、それぞれ、接続ユニット２３０〜２３８の何れか（本実施形態では接続ユニット２３０）に接続され、３つの各超音波送信器（ＵＳ）と、各駆動ユニット（ＵＳ−ＴＸ）２４０〜２４６と、無線アンテナ（ＲＦ−アンテナ）１３０〜１３６とをそれぞれ有している。

各駆動ユニット２４０〜２４６は、それぞれの各装置における３つの超音波送信器を駆動する、例えば無線アンテナ１３０が設けられた装置における駆動ユニット２４０が各超音波送信器１ａ、１ｂ、１ｃを駆動するものである。上記パワーサプライユニット２５０は、各接続ユニット２３０〜２３８と各駆動ユニット２４０〜２４６とそれぞれに電力を供給するものである。

図４は、英数字テキストの５つの各ライン３０８〜３１６を表すディスプレイ３０４が取り付けられたハウジング３０２を備える、識別用ユニット３００あるいはDisTａgを示す。識別用ユニット３００は、例えば各メニュー選択キーとして、４つの各操作キー３２０〜３２６をさらに備える。

その上、識別用ユニット３００は、実行される伝播時間測定をサポートをする超音波受信器３３０を備えている。２つの各発光ダイオード３３２、３３４は、探索中のバッチ処理用ボックスの識別や緊急バッチの識別を行う。識別用ユニット３００は、無線アンテナ１２０〜１６２との通信を行う送受信アンテナ３４０をさらに備える。送受信アンテナ３４０は、図示しないが、放射線送信器、および放射線受信器を示している。識別用ユニット３００は、内部バッテリ、蓄電池、あるいは可能な太陽電池により電力が供給される。

識別用ユニット３００内に配置されるのは、識別用ユニット３００の機能を提供する回路であり、その機能とは特に、(1) 同期信号を含む電波時間測定と、(2) 伝播時間測定結果の送信と、(3) ディスプレイ３０４に表示されるメッセージを受信することである。

図４において、識別用ユニット３００の識別表示がディスプレイ３０４の上部左隅あるいはライン３０８に表示される。本実施形態において、識別表示「１２３」が表示されるが、これは例えばバッチ番号に対応するものである。

ディスプレイ３０４中のライン３１０において、位置を示す「ポジション」という文字が現在のメニュー選択に表示される。ライン３１２は、「指状部０２」という文字、すなわち、現在識別用ユニット３００が存在する指状部や横断経路１０８を特定する文字を表示する。

４番目のライン３１４は、識別用ユニット３００と横断経路１０８の始端の間に３４．５０メートルの距離が判定されているので、「ｘ＝３４．５０ｍ」という文字を表示する。５番目のライン３１６は、識別用ユニット３００を操作するための各制御シンボル３５０〜３５４を表示する。

図５は、直線上の位置を決定する三角法の基本原理を示す。最大限の性能を達成するために、すなわち、最大通信速度と正確な位置特定を同時に達成するために、本バッチ追跡システムにおいて、超音波送信器の配置密度、すなわち、単位領域毎の各超音波送信器の数はできる限り少なくする必要がある。このため、各指状部・経路１０４、１０６、１０８の長手方向における位置のみが、正確かつ明確に特定された場合に、各指状部・経路１０４、１０６、１０８の長手方向における各超音波送信器の共通の直線上での配置は達成される。

超音波送信器７ａと識別用ユニット３００との間および超音波送信器７ｂと識別用ユニット３００との間における超音波伝播時間から演算した半径を有する２つの各球領域４００、４０２の交差部は、指状部あるいは経路の長手方向に対して垂直なリング４０４となる。それぞれの超音波送信器からの距離は、以下の式により、各伝播時間に基づいて決定される。

伝播時間＊超音波速度＝距離 （摂氏２１度で、超音波速度は３４３．９６ｍ／ｓ（メートル毎秒）である。）
上記超音波送信器は、互いに隣り合う各超音波送信器、あるいは横断経路１０８、すなわち指状部「０２」における超音波送信器７ａのような１つの超音波送信器のみによって離間される超音波送信器である。本実施形態において、識別用ユニットが各超音波送信器７ａ、７ｂのちょうど中間に位置していると、各球領域４００、４０２は、それぞれ同じ半径r１と半径r２とを有する。

識別用ユニットが上記中間以外の他の位置においては、各球領域４００、４０２は、互いに異なる半径をそれぞれ有することとなる。しかしながら、各球領域半径r１、r２について、以下の幾何学的考察が成り立つ。したがって、「直線概念」においては、原則として２つの各超音波伝播時間の測定にて、充分、識別用ユニット３００の正確な位置特定の演算を行うことができる。

各超音波送信器は、経路方向に平行な、横断経路１０８の中心線において、それぞれ１．６メートルの一定距離Ｌの間隔にてそれぞれ配置される。定義された距離ＬＭを有する２つの各超音波送信器の２つの各伝播時間測定が、DisTag３００に提供されるのであれば、ＬＭ＝Ｌ＊ｎ（ｎは自然数）が成り立つ。

各区間４１０、４１２（送信器７ａからの超音波パルスの伝播時間から判定されるDisTag３００と送信器７ａの距離）および区間４１４からなる直角三角形と、各区間４１０、４１６（送信器７ｂからの超音波パルスの伝播時間から判定されるDisTag３００と送信器７ｂの距離）および区間４１８からなる直角三角形とについてピタゴラスの定理を当てはめることによって、横断経路１０８におけるDisTag３００の位置を演算することができる。区間４１４は、超音波送信器７ａからの距離Ｘを示す。区間４１８は、超音波送信器７ｂからの距離Ｘを示す。

各区間４１４、４１８は、距離ＬＭと位置Ｘを通じて互いに影響される。このとき、図５において区間４１４の長さと位置Ｘとは等しいという、以下の関係が成り立つ。区間４１４の長さ＝ＬＭ−Ｘ。区間４１４の長さは決まっている必要はない。位置Ｘは、特定された関係に基づいて演算することができる。この演算は、横断経路１０８における識別用ユニット３００の位置ｙ（長手方向に対して水平に横断する方向）や位置ｚ（高さ)とは独立して行われる。

１サイクル毎の識別用ユニットの位置を繰り返し演算すると、位置決定における誤差の発生を回避することができる。有効数値は、識別用ユニットから判定される位置特定に対応することによってのみ定義される。例えば、３０秒の主要サイクルを、それぞれが１０秒の３つのサブサイクルに再分割する。この処理によって、動作中の識別用ユニット３００は、動作の終了まで位置特定されることのないようにできる。さらに、障害となる反射や他の各超音波発生源が及ぼす影響も抑えられる。

図６は、識別用ユニットの位置を演算する各方法ステップを示す。各方法ステップ５００、５０２において、伝播時間は識別用ユニットによって判定され、無線アンテナ１２０〜１６２を介して中央データ処理システムに通知される。方法ステップ５００において、受信した超音波信号の伝播時間はDisTagによって判定される。

例えば、ＩＤ（識別子）１２３を有するDisTag３００は、タイムスロット１３における１２ｍｓという伝播時間と、タイムスロット１８における１４ｍｓという伝播時間を判定する。タイムスロット１３は、例えば超音波送信器７ａに関連し、タイムスロット１８は、例えば横断経路１０８における超音波送信器７ｂに関連する。方法ステップ５０２において、判定された伝播時間は無線を通じて、テレグラムの形態でデータ処理システムに送信される。

次の方法ステップ５０４において、電波強度は各接続ユニット２３０〜２３８によって判定される。例えば、無線アンテナ１６２あるいは上記タームによるアンテナＲＦ０２０７は、DisTag３００からの電波を、例えば４５ｄＢレベルの受信信号にて受信する。本実施形態において、第二最高受信レベルのアンテナは、アンテナ１６０、すなわちアンテナＲＦ０２０６であり、受信レベルが、例えば３０ｄＢである。

その後、方法ステップ５０６〜５１０において、ＢＴＳサーバ（ボックス追跡サーバ）とも称するデータ処理システムによって大まかな位置特定が行われる。方法ステップ５０６において、第一最大受信レベルの電波強度が第二最大受信レベルの電波強度よりも、例えば１０ｄＢを超えて高いかどうかを確認するためのチェックが行われる。１０ｄＢを超えて高い場合は、方法ステップ５０６は、DisTagのテレグラムを工場施設のレイアウト内におけるＲＦアンテナに割り当てる方法ステップ５０８に直接移行する。本実施形態においては、DisTag３００のテレグラムは、指状部あるいは横断経路１０８におけるＲＦアンテナ１６２の範囲内にある超音波送信器７ａに割り当てられる。

一方、方法ステップ５０６においてレベル条件が満たされていないことが確認された場合、異なる位置特定方法が使用されるか、DisTagからの次のテレグラム受信を待つこととなる。

次の各方法ステップ５１２、５１４において、より精密な位置特定がＢＴＳサーバによって行われる。方法ステップ５１２において、図１に示すように、工場施設１００の位置特定データに基づいてＲＦアンテナ１６２を判定する。次の方法ステップ５１４で、ＢＴＳサーバは、図５に基づいて説明した演算を行う。演算中は、三辺測量の代わりに、２つの各伝播時間のみ使用するという、より簡便な方法が採用される。位置特定の文字列「指状部０２；ｘ＝３４．５ｍ」がＢＴＳサーバによって生成される。

各方法ステップ５１６〜５２０がそれぞれ実行されて、ＢＴＳサーバによる表示が決定される。方法ステップ５１６において、直前のサイクルからDisTagの位置が変更されたかを確認するチェックが行われる。変更されている場合は、方法ステップ５１８において、位置の更新がデータベースにて行われ、更新された位置特定の文字列（情報）がDisTag３００に送信される。一方、位置に変更がない場合、方法ステップ５１６は、データベースの更新や位置特定の文字列の表示が行われない方法ステップ５２０に直接移行する。

２０００個にのぼるDisTagの伝播時間の通信は、例えば公知のスロットＡＬＯＨＡ法に基づいて行われる。例えば、１サイクル毎の１００タイムスロットは、それぞれ２０のサブタイムスロットに再分割される。それぞれのDisTagは、ランダムに決められたタイムスロットで送信を行う。その結果、均一に分配されることとなり、同様に形成され、同様に動作するDisTagであっても、それらのDisTagはおおむね、判定された伝播時間を送信することができる。不在メッセージの送信も、先に述べた冗長性を備えた方法により回避することができる。その代わりに、それぞれのDisTagを専用のサブタイムスロットに割り当てる方法も採用される。

クラスタ条件を考慮した直線概念に基づく施設領域の区分を示す要部平面図である。 機器を形成する位置特定構成を示す要部正面図である。 上記装置の駆動・評価ユニットの要部ブロック図である。 位置特定の判定の対象となる識別用ユニットを示す正面図である。 直線上の位置を決める三角法の基本原理を示す要部正面図である。 識別用ユニットの位置を演算する方法ステップを示すフローチャートである。

Claims (23)

1. 経路（１０４）と、
   上記経路（１０４）に沿って列状に配置された複数の各超音波送信器（１ａ〜４ｃ)と、を含み、
   上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ)は、互いに隣り合う各超音波送信器（１ａ、１ｂ）が１メートル以上離間する距離（Ａ３）を有するように配置されている位置特定構成（１９８）。
2. 上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）は、互いに隣り合う各超音波送信器（１ａ、１ｂ）の間が互いに等しい距離（Ａ３，Ａ４）となるように列状に配置され、上記距離が、好ましくは１メートルから３メートルの範囲、好ましくは１．５メートルから２メートルの範囲、特に１．６メートルであり、および／または上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）は直線区間（１０４）に沿ってそれぞれ配置されることを特徴とする、請求項１に記載の位置特定構成（１９８）。
3. 上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）は、経路（１０４）の通路に沿って、特に工場施設（１００）における経路（１０４）の通路に沿って配置され、好ましくは集積電子回路用の半導体ウェハや他の基板が上記工場施設にて加工されることを特徴とする、請求項１または２に記載の位置特定構成（１９８）。
4. 送信休止期間と他の送信休止期間の間に超音波パルスを送信するパルス操作モードによって上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）を駆動する駆動ユニット（２２０）を含むことを特徴とする、請求項１ないし３の何れか１項に記載の位置特定構成（１９８）。
5. 周期的に動作し、超音波パルスの送信を指示する、上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）用の駆動信号を生成する駆動ユニット（２２０）を備え、
   上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）の異なる部分がそれぞれ駆動される、少なくとも２つの区間を含むサイクルがあり、
   上記駆動ユニット（２２０）は、好ましくは、入力信号に基づいて複数の各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）の駆動信号を生成する、複数の各グループ駆動ユニット（２３０〜２３８）を有することを特徴とする、請求項１ないし４の何れか１項に記載の位置特定構成（１９８）。
6. 少なくとも３つの超音波送信器（１ａ〜７ｃ）が別の経路に沿って、好ましくは別の直線区間に沿って、好ましくは互いに隣り合う各超音波送信器（１ａ、１ｂ）の間が互いに等しい距離（Ａ３，Ａ４）になるように配置され、
   上記二つの経路（１０４、１０８）が互いに平行あるいは横断するように配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の位置特定構成（１９８）。
7. 上記二つの経路（１０４、１０８）が互いに平行になるように配置され、
   平行配置に際して、１つの経路（１０８）が、他の経路（１０４）に対して、完全に対面、あるいは少なくとも長さの５０パーセントが対面するようにオーバーラップしていることを特徴とする、請求項６に記載の位置特定構成（１９８）。
8. 上気平行配置の異なる各経路（１０４、１０８）における少なくとも２つの各超音波送信器（１ａ、４ｂ）が同時に送信するようになっており、
   上記２つの各超音波送信器（１ａ、４ｂ）の間に、好ましくは、１つの超音波送信器、あるいは３つより多くの各超音波送信器、あるいは６つより多くの各超音波送信器が配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の位置特定構成（１９８）。
9. 上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）の超音波信号を通さない、あるいは大幅に減衰させて通す領域（１０６）が、上記２つの各超音波送信器（１ａ、４ｂ）の間に設けられていることを特徴とする、請求項７または８に記載の位置特定構成（１９８）。
10. さらに、少なくとも３つの上記各超音波送信器（１ａ〜５ａ）が、好ましくは互いに隣り合う各超音波送信器（１ａ、１ｂ）の間が互いに等しい距離（Ａ３，Ａ４）となるようにメイン経路（１０２）に配置され、
    少なくとも２つの二次経路（１０４、１０８）が、上記メイン経路（１０２）に対して、特に９０度の角度をなすように横断して配置されていることを特徴とする、請求項５ないし９の何れか１項に記載の位置特定構成（１９８）。
11. 特に電磁放射用の、少なくとも３つの各放射線受信器（１３０〜１３６）が、直線状の経路（１０４）に沿って列状に、好ましくは互いに隣り合う各放射線受信器（１３０、１３２）の間が互いに等しい距離となるように配置され、
    隣り合う上記各放射線受信器（１３０、１３２）の間の距離は、好ましくは隣り合う上記各超音波送信器（１ａ、１ｂ）の間の距離の少なくとも２倍であり、
    隣り合う上記各放射線受信器（１３０、１３２）の間の距離は、好ましくは隣り合う上記各超音波送信器（１ａ、１ｂ）の間の距離の５倍未満であることを特徴とする、上記請求項１ないし１０の何れか１項に記載の位置特定構成（１９８）。
12. （１）互いに隣り合う上記各放射線受信器（１３０、１３２）の間の距離は、３メートルより長く７メートルより短い、
    （２）互いに隣り合う上記各放射線受信器（１３０、１３２）の間の距離は、４メートルより長く５．５メートルより短い、
    （３）互いに隣り合う上記各放射線受信器（１３０、１３２）の間の距離は４．８メートルである、
    （４）上記各放射線受信器（１３０〜１３６）は、上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）と同じ区間に配置され、
    （５）上記放射線受信機（１３０）はそれぞれ２つの上記各超音波送信器（１ａ、１ｂ）の間に、好ましくは上記２つの各超音波送信器（１ａ、１ｂ）からの距離（Ａ６）が同じになるように配置される、という上記（１）ないし（５）のうち少なくとも１つを有することを特徴とする、請求項１１に記載の位置特定構成（１９８）。
13. 評価ユニット（２２０）が、上記各放射線受信器（１３０〜１３６）における受信信号に基づいて大まかに位置を判定（５０６〜５１０）するように設けられ、
    好ましくは、電子メモリユニットに識別子を格納する識別用ユニットにおいて、上記評価ユニット（２２０）は、少なくとも２つの各超音波送信器（１ａ、１ｂ）を使用して判定された伝播時間測定に基づき、上記大まかな判定に関連して、より精度の高い空間位置判定を行う（５１２，５１４）ものであり、
    上記各放射線受信器（１３０〜１３６）は、好ましくは位置特定の対象物からのデータを受信する機能も有することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の位置特定構成（１９８）。
14. 作動される複数の各アンテナモジュールのそれぞれに複数設けられた各接続ユニット（２３０〜２３８）を含み、
    上記各アンテナモジュールは、好ましくは受信アンテナ（１３０）と複数の各超音波送信器（１ａ〜１ｃ）を有し、
    上記各接続ユニット（２３０〜２３６）は、好ましくはローカルデータ送信ネットワーク（２２２）を介して接続されていることを特徴とする、上記請求項１ないし１３の何れか１項に記載の位置特定構成（１９８）。
15. 互いに異なる識別子を有し、上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）の音響放射範囲に配置される、少なくとも５００個あるいは少なくとも１０００個の各識別用ユニット（３００）が備えられ、
    上記各識別用ユニット（３００）は、好ましくは、集積回路用の複数の各基板を収納する収納コンテナにそれぞれ固定されていることを特徴とする、上記請求項１ないし１４の何れか１項に記載の位置特定構成（１９８）。
16. 位置特定に用いられる識別用ユニット（３００）であって、
    識別用ユニット（３００）、および同様に形成された他の識別用ユニット（３００）を区別する識別子を格納するメモリと、
    超音波受信器（３３０）と、
    放射線送信器（３４０）と、
    放射線受信器（３４０）と、
    放射線受信器（３４０）から受信した同期信号に基づいて、超音波の伝播時間測定を行い、測定結果を放射線送信器（３４０）を使用して送信する制御ユニットとを含む識別用ユニット（３００）。
17. 動作電圧がオフに切り替えられた後でも表示内容を表示する双安定文字表示ユニット（３０４）と、
    放射線受信器（３４０）を介して駆動可能な、少なくとも１つの発光ユニット（３３２、３３４）、という特徴のうち、少なくとも１つを有することを特徴とする、請求項１６に記載の識別用ユニット（３００）。
18. 複数の各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）が少なくとも１つの経路（１０２〜１０８）に沿って配置される位置特定構成（１９８）を構築するステップと、
    上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）によって音声が放射される少なくとも１つの領域からの放射をそれぞれ受信する少なくとも２つの放射線受信器（１３０〜１３６）あるいは放射線送信器を構築するステップと、
    少なくとも１つの識別用ユニット（３００）を少なくとも２つの上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）によって音が放射される領域に導入するステップと、
    少なくとも２つの上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）から識別用ユニット（３００）までの超音波伝播時間測定をそれぞれ行い、少なくとも１つの伝播時間データを判定するステップと、
    上記伝播時間データに基づいて、識別用ユニットの正確な位置を判定するステップと、
    少なくとも２つの放射線送信器（１３０〜１３６）あるいは放射線受信器（１３０〜１３６）を使用して識別用ユニット（３００）の大まかな位置を判定するステップと、
    上記正確な位置および上記大まかな位置を組み合わせて位置特定データを生成するステップと、を有する位置判定方法。
19. 上記識別用ユニット（３００）において伝播時間測定を行うステップと、
    上記識別用ユニット（３００）から位置特定データを判定する評価ユニットへ、放射線受信器（１３０〜１３６）を介して伝播時間データを通信するステップと、
    好ましくは、少なくとも２つの放射線受信器（１３０〜１３６）において伝播時間データを受信すると、受信強度に基づいて大まかな位置を判定するステップを含むことを特徴とする、請求項１８に記載の位置判定方法。
20. 請求項１ないし１５の何れか１項に記載の位置特定構成および／または請求項１６または１７に記載の識別用ユニット（３００）を使用することを特徴とする、請求項１８または１９に記載の位置判定方法。
21. 上記各超音波送信器（１ａ〜４ｃ）が列状に配置され、識別用ユニット（３００）を有する区間を含む平面において、三角法に基づく演算によって上記正確な位置を判定するステップと、
    １つの空間座標のみによって正確な位置を判定するステップのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１８ないし２０の何れか１項に記載の位置判定方法。
22. 複数の各製造設備の間における複数の各バッチ処理用ボックスのための各搬送路を広範囲に検知し、２メートル未満あるいは１メートル未満の精度で上記各バッチ処理用ボックスの位置を特定する位置特定構成（１９８）を備えるバッチ処理用ボックスの位置特定システム。
23. 製造データおよび／または搬送データを、上記各バッチ処理用ボックスに固定した出力ユニット（３００）に出力する通信システムを備えることを特徴とする、請求項２２に記載のバッチ処理用ボックスの位置特定システム。

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