JPH02208280A

JPH02208280A - イメージ炉

Info

Publication number: JPH02208280A
Application number: JP2800689A
Authority: JP
Inventors: Toru Shimizu; 透清水; Takao Yokota; 孝夫横田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-02-06
Filing date: 1989-02-06
Publication date: 1990-08-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は結晶成長等に利用されるイメージ炉に関する。

〔従来の技術〕

イメージ炉は、回転楕円面から成る反射鏡の第１の焦点
部分に熱源を置き、第２の焦点部分に試料を置いてその
赤外線を集中し、試料を加熱するものである。この装置
には、反射鏡が１個の回転楕円面のみで構成される単相
円型、反射鏡が２個の回転楕円面の組合せで構成され第
２の焦点を共有する構造の双楕円型、更に反射鏡が３個
以上の回転楕円面の組合わせで構成され第２の焦点を共
有する構造の多相円型がある。

次に、従来のイメージ炉の構造を、第１６図を参照して
詳細に説明する。この図は、双楕円型のイメージ炉主要
部の縦断面図を示す。図において、棒状の被加熱物］０
０は、イメージ炉の反射鏡１０３の中に挿入されて加熱
される。この被加熱物］００は上チャック１０４、下チ
ャック１０５によって上シャツ１〜］ｏ６、下シャフト
１０７に取り付けられ、被加熱物］、　ＯＯを加熱して
溶融させると、この被加熱物］、　ＯＯの中心、すなわ
ちイメージ炉の第２の焦点部分に溶融帯部］０１が形成
される。炉心管コ０９は、被加熱物１００を外部から遮
断して、管内を不活性ガス等の雰囲気ガスで満たしなり
、管内を真空にしたり、あるいは被加熱物がら発生する
カスがら反射鏡１０３の鏡面を保護するものである。こ
のイメージ炉の熱源の温度の制御は、観察窓１．１０を
通して得られる溶融帯部１０］の状態を観察して作業者
が手動で行うが、もしくは、観察窓１１゜の先に接続し
た画像センサ２を用いて溶融帯部１０１の直径等を計測
し、電力値決定部３′においてその値に所定の演算式に
したがった演算処理を施し電力値を計算し、電力コント
ローラ５がその電力値に相当する電力を熱源に供給する
方法（特公昭６０−２００８８９号公報等）が提案され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この従来の方法では、融解部の計測値に所定の
演算式に従った演算処理を施すことで電力値を計算して
いるが、最適な演算式が求められなかった場合や、演算
式が複雑で実時間処理が困難な場合等は、良好な電力値
の制御ができないという問題が存在した。

本発明の目的は、このような従来の問題点を除き、良好
な電力値の制御を可能としたイメージ炉を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の構成は、回路楕円反射鏡の第１の焦点部分に電
力制御部からの電力により加熱される熱源を設け、前記
回転楕円反射鏡の第２の焦点部分に被加熱物の試料を設
け、前記熱源からの熱を集中して前記試料を力ａ熱して
この試料の溶融部を形成させるイメージ炉において、画
像セン日ノーから得られる前記溶融部の形状を２次元画
像パタン時系列に変換する画像処理部と、専門制御知識
をファジィ集合のメンバーシップ関数を用いて記述した
複数の制御ルールと前記２次元画像パタン時系列から求
められる前記溶融部の複数個の形状特微量の値との間で
ファジィ推論を行い前記電力制御部へ供給する供給電力
値を決定する電力値決定部とを備えることを特徴とする
。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すイメージ炉主要部の断
面図を含むブロック図であり、このイメージ炉の断面図
は従来例と同一である。本実施例は、イメージ炉と接続
される画像センサ２、電力値決定部３、電力コントロー
ラ５の他にファジィルール記憶部４を設けたことを特徴
とする。

本実施例の画像センサ２としては、例えばＣＣＤカメラ
が考えられる。溶融帯部１０１から発する光は、観察窓
１］０を通過し、画像センサ２によって２次元画像デー
タに変換され、電力値決定部３に送られる。

この電力値決定部３は、２次元画像データとファジィ制
御レール記憶部４に記憶されているルールを基に熱源に
供給する電力値を決定し、その値が電力コントローラ５
に送られる。電力コントローラ５は受は取った値に相当
する電力を熱源に供給する。この電力コントローラ５は
、自動制御の分野では周知の技術のものが用いられる。

次に、電力決定部３の説明をする。第２図が電力値決定
部３のフロック図である。２次元画像データは、順次、
画像前処理部３１において、デジタル化、雑音除去、２
値化等の前処理が行われ、２次元画像パタン時系列に変
換され、特徴量抽出部３２に送られる。特ｉｔ抽出部３
２では、２次元画像パタン時系列から、溶融帯部１０１
の形状性微量、例えば、第３図に示すように、この溶融
帯部１０１の面積Ｓと縦の長さしを計算し、ファジィ演
算処理部３３に送る。ファジィ演算処理部３３ては、そ
れらの形状性微量とファジィ制御ルール記憶部４に記憶
されているルールを基に、後述のファジィ演算を行い、
熱源に供給する電力値Ｅを決定する。

ファジィルール記憶部４は、制御用のルールとして、例
えば、１）もし融解帯部の面積Ｓが小さく長さＩ−が短ければ
、電力Ｅは大きめにせよ。

２）もし融解帯部の面積Ｓが中ぐらいて長さしが中ぐら
いなら、電力Ｅは中ぐらいにせよ。

３）もし融解帯部の面積Ｓが大きく長さ■−が長けれは
、電力Ｅは小さめにせよ。

というような条件が記憶さており、小さい、中ぐらい、
大きいといった値は、ファジィ集合として扱い、第４図
に示すようなメンバーシップ関数の形で表されている。

この図では、横軸が面積、長さ等の物理量を各最大値か
１６となるように正規化した値、縦軸がそれらの正規化
値が小さい、中ぐらい、大きいといった各ファジィ集合
に属するり゛レードを表している。

このファジィルール記憶部４は、第５図のブロック図に
示す構成となっている。すなわち、各ルールの「もしＡ
ならば、Ｂにせよ」のＡの部分のメンバーシップ関数が
前件部メンバーシップ関数記憶部４１、Ｂの部分のメン
バーシップ関数が後件部メンバーシップ関数記憶部４２
に、ルールの番号と各メンバーシップ関数の対応がルー
ル対応テーブル４３に記憶された構成となっている。

第６図はファジィ演算処理部３３のブロック図である。

形状性微量Ｓ、Ｌから熱源に供給する電力値Ｅを決定す
るまでの各部の動作の説明をする。制御部３３ａは、各
部を制御して以下の動作を行わせる。初期化動作として
、形状性微量Ｓ。

Ｌを特徴量抽出部３２から取り込み、（規化部３３ｂで
特徴ｉｓ、Ｌを最大値が１６となるように正規化して出
力ｉｓ、ｌ！を出力し、正規化値記憶部３３ｃに記憶す
る。

次に、出力メンバーシップ関数記憶部３３ｈの値をＵｏ
ｕｔ　　（ｅ　）　＝（１０（ｅは０から１６の値をと
る変数）に初期化する。その後、ルール対応テーブル４
３の各ルールｉ毎に以下の処理か行われる。

グレード計算部３３ｄにおいて、正規化記憶部３３ｃの
値ｓ、Ｊ？を、レール１における前件部メンバーシップ
関数記憶部４１のメンバーシップ関数Ｕ＋ｇ（ｅ）　、
ＵＩＬ（ｅ）に代入することによって、情報特徴量Ｓ、
！！のグレートＵ＋ｓ（ｓ＞、ＵＩＬ（！りが計算され
る。

次に、ＭＩＮ演算部３３ｅにおいて、α−Ｍｉｎ　（Ｕ
＋ａ（ｓ）　、Ｕ＋＋、（ｅ））なる演算がおこなわれ
、それらグレードの最小値αが求められる。

その値αを用いて、メンバーシップ関数変形部３３ｆに
おいて、ルールｉにおける後件部メンバーシップ関数記
憶部４２のメンパージ・ンプ関数ｕ＋１（ｅ）が変形さ
れる。メンバーシップ関数変形部３３ｆは、発明の種類
により以下の２つの異なる構造をとる。

第１のメンバーシップ関数変形部３３ｆのプロツク図は
、第７図のブロック図に示す。ＭＩＮ演算部３３ｅから
の値αは記憶部ｆｉ１に記憶され、乗算部ｆ＋２におい
て、後件部メンバーシップ関数記憶部４２のメンバーシ
ップ関数ｕ＋ｐ（ｅ）との間で、Ｕ＋ｇ’　　（ｅ）　
−αＸＵ１Ｅ（ｅ）なる演算が行われ、ＵＩＥ’（ｅ）
が出力される。すなわち、第８図に示すように、点線の
メンバーシップ関数がαにより実線のメンバーシップ関
数に変形される。

第２のメンバーシップ関数変形部３３ｆのブロック図は
、第９図に示される。ＭＩＮ演算部３３ｅからの値αは
記憶部ｆ２１に記憶され、ＭＩＮ演算部ｆ２２において
、後件部メンバーシップ関数記憶部４２のメンバーシッ
プ関数ＵＩＥ（ｅ）との間で、Ｕ＋ａ′（ｅ）　＝Ｍｉ
　ｎ　Ｉ、ａ、ＵＩＦ、（ｅ））なる演算が行われ、Ｕ
＋ｇ′　（ｅ）が出力される。すなわち、第１０図に示
すように、点線のメンバーシップ関数がαにより実線の
メンバーシップ関数に変形される。

次に、ＭＡＸ演算部３３ｇにおいて、出力メンバーシッ
プ関数記憶部３３１〕に記憶されている出力メンバーシ
ップ関数Ｕ。ｕｔ（ｅ）と、メンバーシップ関数変形部
３３ｆからの値Ｕ１゜′　（ｅ）との間で、Ｕｏｕｔ　
’　　（ｅ　）　−Ｍａ　Ｘ　（Ｕｏｕｔ　　（ｅ　）
Ｕ＋ｇ’（ｅ））なる演算が行われ、Ｕ　ｏｕｔ’　（
ｅ）を新たなＵ６ｕｔ（ｅ）として、出力メンバーシッ
プ関数記憶部３３ｈに記憶する。

これは、第１１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように
なる。すなわち、第１１図（ａ）がｕｏｕｔ（ｅ）、第
１１図（ｂ）がＵ＋ｇ′（ｅ）であるとすると、第１１
図（ｃ）がＵ　ｏｕｔ　′（ｅ　）となる。

以上の処理をルール対応テーブル４３の全てのｉについ
て行う。確定値計算部３３ｉは、すべてのルールを用い
て求められた最終的なＵ。ｕｔ（ｅ）から、熱源に供給
する電力値Ｅを決定する。確定値計算部３３ｉは、発明
の種類により以下の２つの異なる構造をとる。

第１の確定値計算部３３ｉのブロック図は、第１２図に
示される。出力メンバーシップ関数記憶部３３ｈより得
られたＵ。ｕｔ　（ｅ）は、積分演算部１１□において
ｅ＝ｏ〜１６について積分され、その値ＩＯ＝Ｊ”Ｕｏ
ｕｔ　　（ｅ）ｄｅは乗算部ｉ＋ｚにおいて０，５倍さ
れ、記憶部ｉ＋３に記憶される。

次に、再び積分演算部１１□においてＵ。ｕｔ　（ｅ）
はｅについて０から順次積分され、その値Ｉ（ｅ）−、
ｆ　ｅＵ　ｏｕｔ　　（ｅ　）　ｄ　ｅは比較部ｉ１４
において記憶部ｉ＋ｑ値■。と順次比較される。そして
工（ｅ）−■ｏとなった時点で積分演算を終了し、その
ｅの値が正規化確定値ｅ　ｇｒｖとして実数値計算部１
１５に送られる。すなわち、第１３図に示すように、ｕ
ｏｕｔ（ｅ）の面積を２分割する点線の位置（重心）の
ｅの値が正規化確定値ｅ□ｒｖとなる。

さらに、実数値計算部ｉｔｓにおいて、予め定めておい
た電力値の最大値を１６で割った値を正規化確定値ｅ８
ｒｖに掛けることで、正規化確定値ｅｇｒｖが実数値Ｅ
に変換される。

第２の確定値計算部３３ｉのブロック図は、第１４図に
示される。乱数発生部ｉ２＋より、０から１６までの乱
数が出力され、その乱数の値γと出力された回数Ｎ（γ
）が乱数発生回数記憶部ｉ２２に記憶される。次に、グ
レード計算部ｉ２３においてγに対する出力メンバーシ
ップ関数の値Ｕ。ｕｔ（γ）が計算され、さらに、逆数
演算部ｉ２４において逆数１ｎｖＵｏｕｔ（γ）に返還
される。比較部ｉｚ＋＋では、Ｎ（γ）と”ｖＵｏｕｔ
　　（７）の大小を比較し、Ｎｏｖ＞≧１ｎｖＵｏｕｔ
（γ）であれば、γが正規化確定値として実数値計算部
ｉ２６に送られる。すなわち、出力メンバーシップ間数
Ｕ。ｕｔ（ｅ）の重みを持つ乱数の値が正規化確定値と
なる。さらに、実数値計算部１２６において、予め定め
ておいた電力値の最大値を１６で割った値を正規化確定
値γに掛けることで、正規化確定値γが実数値Ｅに変換
される。

その値Ｅが、熱源に供給する電力値Ｅとして、電力決定
部３からの電力コントローラ５に出力される。

本実施例において、ファジィ演算処理部３３を、グレー
ド計算部３３ｄ、ＭＩＮ演算部３３ｅ、メンバーシップ
関数変形部３３ｆを時開に接続して、ルール毎にループ
を回して処理する構造としたが、第１５図に示すように
、ルールの数ｎだけ並列に接続して、すべてのルールに
ついて同時に処理する構造としても良い。さらに、ルー
ルの数が３って、制御する値は電力値Ｅとしたが、ルー
ルの数を増やし、制御する値に電力値の時間変化量へＥ
を加えても良い。

また、形状性微量として本実施例では面積を用いたが、
他の特徴量を用いてもよく、例えば、周囲長、縦横の分
布、モーメント、重心から外側輪郭までの距離等を複数
個用いても良い。

さらに、本実施例では双楕円型のイメージ炉について説
明してきたが、単槽円型あるいは多槽円型のイメージ炉
についても、本発明は同様に実施できる。

なお、自動制御技術に関しては、例えば昭和４６年に実
教出版株式会社から発行された「自動制御の基礎と応用
」、画像処理技術に関しては、る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によるイメージ炉は、従来の
方法では良好な電力値の制御ができない場合でも、専門
制御知識をファジィ集合のメンバーシップ関数で記述し
た複数の制御ルールを用いて、溶融帯部の複数個の形状
性微量の値との間でファジィ推論を行って熱源への供給
電力値を決定しているので、熱源への適切な供給電力値
を決定でき、熱源の温度の良好な制御が可能となるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を一部縦断面図で示した模式
的ブロック図、第２図は第１図の電力値決定部３の一例
のブロック図、第３図は被加熱物の溶解帯部の形状を示
す側面図、第４図はルールのメンバーシップ関数を示す
特性図、第５図は第１図のファジィルール記憶部４の一
例のブロック図、第６図は第１図のファジィ演算処理部
３３の一例のブロック図、第７図、第９図は第６図のメ
ンバーシップ関数変形部３３ｆの二側のブロック図、第
８図、第１０図は第７図、゛第９図のメンバーシップ関
数を示す特性図、第１１図は第６図のＭＡＸ演算部のフ
ァジィ演算におけるメンバーシップ関数を示す特性図、
第１２図、第１４図は第６図の確定値計算部３３ｉの二
側のブロック図、第１３図はメンバーシップ関数と確定
値を示す特性図、第１５図は第２図のファジィ演算処理
部３３の他の例のブロック図、第１６図は従来例のイメ
ージ炉を一部縦断面図で示したブロック図である。１００・・・被加熱物、１０３・・・反射鏡、１０４゜
１０５・・チャック、１０６，１．０７・・・シャフト
、１０９・・・炉心管、１１０・・・観察窓、２・・・
画像センサ、３・・電力値決定部、４・・ファジィルー
ル記憶部、５・・・電力コントローラ、３］・・・画像
前処理部、３２・・・特微量抽出部、３３・・・ファジ
ィ演算処理部、４１・・・前件部メンバーシップ関数記
憶部、４２・・・後件部メンバーシップ関数記憶部、４
３・・・ルール対応テーブル、３３ａ・・・制御部、３
３ｂ。３３ｂ−ｉ　（ｉ＝１〜ｎ）−・・正規化部、３３　ｃ
　−・・正規化値記憶部、３３ｄ、３３ｄ−ｉ　（ｉ＝
１〜ｎ＞、ｉ２Ｂ・・・グレード計算部、３３ｅ、３３
ｅｉ　（ｉ＝１〜ｎ）、ｆ２２−ＭＩＮ演算部、３３　
ｆ　、　３３　ｆ　−ｉ　（ｉ　＝　１〜ｎ　）　−メ
ンバーシップ関数記憶部、３３ｇ・・・ＭＡＸ演算部、
３３ｈ・・・出力メンバーシップ関数記憶部、３３ｉ・
・・確定値計算部、ｆ１□＋　ｆ２１＋　’　Ｉｓ・・
・記憶部、ｆ１２゜ｉ１２・・・乗算部、１１゜・・・
積分演算部、１１４＋１２５・・・比較部、ｉ□５．ｉ
２６・・・実数値計算部、１２ビ乱数発生部、ｉｚ２・
・・乱数発生回数記憶部、ｉ２ａ・・・逆数演算部。代理人　弁理士　　内　原　　晋鴬緊平キヘ矛図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回路楕円反射鏡の第１の焦点部分に電力制御部か
らの電力により加熱される熱源を設け、前記回転楕円反
射鏡の第２の焦点部分に被加熱物の試料を設け、前記熱
源からの熱を集中して前記試料を加熱してこの試料の溶
融部を形成させるイメージ炉において、画像センサから
得られる前記溶融部の形状を２次元画像パタン時系列に
変換する画像処理部と、専門制御知識をファジィ集合の
メンバーシップ関数を用いて記述した複数の制御ルール
と前記２次元画像パタン時系列から求められる前記溶融
部の複数個の形状特微量の値との間でファジィ推論を行
い前記電力制御部へ供給する供給電力値を決定する電力
値決定部とを備えることを特徴とするイメージ炉。
（２）電力値決定部のファジィ推論が、各制御ルールの
電力の設定値のメンバーシップ関数をその制御ルールが
成立する度合で重み付けして全ルールについて重ね合わ
せて作成したメンバーシップ関数を確定値化することを
推論結果としたものである請求項（１）記載のイメージ
炉。
（３）電力値決定部のファジィ推論が、各制御ルールの
電力の設定値のメンバーシップ関数からその制御ルール
が成立する度合より大きい値をとる部分を切り取って全
ルールについて重ね合わせて作成したメンバーシップ関
数を確定値化することを推論結果としたものである請求
項（１）記載のイメージ炉。
（４）電力値決定部のファジィ推論における制御ルール
の成立する度合が、溶融部の複数個の形状特微量の値に
対するそのルールにおけるメンバーシップ関数の値の最
小値としたものである請求項（１）記載のイメージ炉。
（５）電力値決定部のファジィ推論における確定値化が
、メンバーシップ関数の重心の位置としたものである請
求項（１）記載のイメージ炉。
（６）電力値決定部のファジィ推論における確定値化が
、メンバーシップ関数の重みを持つ乱数を用いたもので
ある請求項（１）記載のイメージ炉。