KR100777558B1 - 온도 제어 방법, 조정 장치, 온도 조절기, 기록 매체 및 열처리 장치 - Google Patents

온도 제어 방법, 조정 장치, 온도 조절기, 기록 매체 및 열처리 장치 Download PDF

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KR100777558B1
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이쿠오 난노
타카아키 야마다
마사히토 타나카
요스케 이와이
타케시 와카바야시
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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

과제
과도시나 정상시에 있어서의 온도 등의 물리 상태의 편차를 억제한다.
해결 수단
열판에 워크가 탑재되어 열처리가 시작된 때에, 미리 주어져 있는 조정치의 데이터에 의거하여, 목표 온도의 가산 파형을 형성하고, 이 가산 파형을 목표 온도(SP)에 가산하여 온도 제어하도록 하고 있고, 상기 조정치의 데이터를, 목표 온도(SP)와 워크의 온도와의 관계를 나타내는 간섭 행렬을 이용하여, 워크의 온도의 편차를 억제하는 데이터로 하고 있다.
온도 제어 장치, 온도 조절기

Description

온도 제어 방법, 조정 장치, 온도 조절기, 기록 매체 및 열처리 장치{TEMPERATURE CONTROL METHOD, REGULATION DEVICE, TEMPERATURE CONTROLLER, RECORDING MEDIUM, AND HEAT TREATMENT DEVICE}
도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 관한 열처리 시스템의 구성도.
도 2는 워크(1)의 각 계측점의 계측 온도의 평균치로부터의 편차를 도시한 도면.
도 3은 워크(1)의 온도의 계측을 위한 시스템 구성을 도시한 도면.
도 4는 스텝 입력(stepped input) 및 스텝 응답 파형(stepped response waveform)을 도시한 도면.
도 5는 펄스 입력 및 펄스 응답 파형을 도시한 도면.
도 6은 펄스 입력의 합성을 설명하기 위한 파형도.
도 7은 펄스 응답 파형의 합성을 설명하기 위한 파형도.
도 8은 간섭 행렬의 한 예를 도시한 도면.
도 9는 삼각파 형상의 입력을 도시한 도면.
도 10은 도 9의 삼각 형상 입력의 합성을 설명하기 위한 도면.
도 11은 간섭 행렬의 상세 구성을 도시한 도면.
도 12는 간섭 행렬의 구성을 도시한 도면.
도 13은 도 12의 간섭 행렬의 일부의 행렬을 도시한 도면.
도 14는 목표 온도의 입력과 그 응답 파형인 출력을 도시한 도면.
도 15는 목표 온도의 입력과 그 응답 파형인 출력을 도시한 도면.
도 16은 온도 조절기의 블록도.
도 17은 목표 온도의 가산 파형의 한 예를 도시한 도면.
도 18은 각 채널의 목표 온도의 가산 파형을 도시한 도면.
도 19는 편차가 억제된 워크의 각 계측점의 계측 온도를 도시한 도면.
도 20은 동작 설명에 제공하는 플로우 차트.
도 21은 예비 가열을 상정한 스텝 입력 및 그 응답 파형을 도시한 도면.
도 22는 예비 가열에 대응하는 입력 및 그 응답 파형을 도시한 도면.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 워크
2 : 열판
3 : 온도 조절기
4 : 퍼스널 컴퓨터
5 : 온도 로거
기술분야
본 발명은, 제어 대상의 온도나 압력 등의 물리 상태를 제어하는 제어 방법, 제어 대상의 온도를 제어하는 온도 제어 방법, 이 온도 제어 방법에 알맞은 조정 장치, 온도 조절기, 프로그램, 기록 매체 및 열처리 장치에 관한 것으로서, 특히, 과도시(過渡時)에 있어서의 온도 등의 물리 상태의 편차를 억제하는데 알맞은 기술에 관한 것이다.
종래의 기술
종래, 반도체 웨이퍼나 액정용의 유리 기판 등의 워크의 가열 처리로서, 예를 들면, 내부에 히터 및 온도 센서가 배설되고 목표 온도로 온도 제어된 열판상에, 워크를 탑재하여 열처리를 행하도록 한 것이 있다(예를 들면, 특개평11-067619호 공보 참조).
종래에는, 예를 들면, 원반형상의 워크의 열판(熱板)에 의한 열처리를, 편차 없이 균일하게 행하기 위해, 열판의 온도를 균일하게 되도록 제어하고 있지만, 워크를 열판에 탑재하여 열처리를 시작한 과도시 등에서는, 열판의 온도를 균일하게 제어하고 있어도, 워크의 온도와 열판의 온도는 동일하지가 않고, 또한, 워크는, 그 면 내의 위치, 예를 들면, 중앙 위치보다 외주 위치가 방열(放熱)되기 쉽기 때문에, 워크의 면 내에서 온도의 편차가 생겨 버린다.
이와 같이 종래에서는, 열판의 온도를 소망하는 상태로 제어하여도, 워크의 온도를 소망하는 온도 상태로 하는 것이 곤란하였다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 워크 등의 피처리물을, 소망하는 상태로 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에서는, 상기 목적을 달성하기 위해, 다음과 같이 구성하고 있다.
즉, 본 발명의 제어 방법은, 피처리물을 처리하는 처리 수단의 물리 상태를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 정보가, 복수의 각 목표 정보에 일치하도록 상기 처리 수단의 물리 상태를 제어하는 제어 방법으로서, 상기 목표 정보와 상기 피처리물의 물리 상태와의 관계를 나타내는 관계 정보를 이용하여, 상기 피처리물의 물리 상태가 소망하는 상태가 되도록 상기 목표 정보를 조정하는 것이다.
여기서, 피처리물이란, 처리 수단으로 처리되는 물건, 예를 들면, 가열, 냉각, 가압 등의 처리가 시행되는 물건 등을 말한다.
처리 수단이란, 열판이나 가열로 등의 가열 장치, 냉각 장치, 성형 장치, 반응 장치 등 피처리물에 대해 처리를 시행하는 것을 말한다.
물리 상태란, 온도, 압력, 유량, 속도 또는 액위(液位) 등의 다양한 물리량의 상태를 말한다.
검출 정보란, 검출된 물리 상태의 정보를 말하고, 예를 들면, 검출 온도, 검출 압력, 검출 유량 등을 말한다.
또한, 목표 정보란, 물리 상태의 제어 목표의 정보를 말하며, 예를 들면, 목표 온도, 목표 압력, 목표 유량 등을 말한다.
관계 정보란, 목표 정보와 피처리물의 물리 상태와의 관계를 나타내는 정보를 말하고, 피처리물의 물리 상태 또는 목표 정보의 한쪽부터 다른쪽을 예측할 수 있는 것이 바람직하다.
이 관계 정보는, 목표 정보로부터 피처리물의 물리 상태로의 과도적인 입출 력 관계를 나타내는 정보인 것이 바람직하고, 예를 들면, 간섭 상태를 나타내는 행렬, 전달 함수, 또는, 상태 공간 표현 등인 것이 바람직하다.
또한, 목표 정보의 조정은, 과도 상태로 한하지 않고, 정상 상태에서도 적용할 수 있는 것이다.
소망하는 상태란, 예를 들면, 피처리물의 물리 상태가 균일한 상태, 또는, 물리 상태가 바람직한 분포로 되어 있는 상태 등을 말하고, 적어도 목표 정보의 조정 전보다도 바람직한 상태를 말한다.
본 발명에 의하면, 목표 정보와 피처리물의 물리 상태와의 관계를 나타내는 관계 정보로부터, 피처리물의 물리 상태를 소망하는 상태로 하기 위한 목표 정보를 예측하고, 예측한 목표 정보로 조정하기 때문에, 조정된 목표 정보가 되도록 처리 수단의 물리 상태가 제어되는 결과, 이 처리 수단에서 처리되는 피처리물의 물리 상태가 소망하는 상태로 제어되어 처리되게 된다.
본 발명의 온도 제어 방법은, 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어하는 온도 제어 방법으로서, 상기 목표 온도와 상기 피처리물의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 이용하여, 상기 피처리물의 온도가 소망하는 온도 상태가 되도록 상기 목표 온도를 조정하는 것이다.
여기서, 피처리물이란, 처리 수단에서 가열 및/또는 냉각되는 물건을 말하고, 예를 들면, 가열 장치에서 열처리되는 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등을 말한다.
관계 정보란, 목표 온도와 피처리물의 온도와의 관계를 나타내는 정보를 말하고, 이 관계 정보는, 피처리물의 온도 또는 목표 온도의 한쪽부터 다른쪽을 예측할 수 있는 것이 바람직하다.
이 관계 정보는, 목표 온도로부터 피처리물의 온도로의 과도적인 입출력 관계를 나타내는 정보인 것이 바람직하고, 예를 들면, 간섭 상태를 나타내는 행렬, 전달 함수, 또는, 상태 공간 표현 등인 것이 바람직하다.
또한, 목표 온도의 조정은, 과도 상태, 정상 상태의 어느 상태에서도 적용할 수 있는 것이다.
소망하는 온도 상태란, 예를 들면, 피처리물의 위치에 의한 온도의 편차가 억제된 균일한 온도 상태, 또는, 바람직한 온도 분포로 되어 있는 상태 등을 말한다.
목표 온도의 조정은, 필요한 때만, 예를 들면, 목표 온도의 설정을 변경한 때나 과도시에만 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 관계 정보로부터, 피처리물을 소망하는 온도 상태로 하기 위한 목표 온도를 예측하여 목표 온도를 조정하기 때문에, 조정된 목표 온도가 되도록 처리 수단의 온도가 제어되는 결과, 이 처리 수단에서 처리되는 피처리물이 소망하는 온도 상태에서 처리되게 된다.
바람직한 실시 양태에서는, 상기 관계 정보와 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도 분포 정보에 의거하여 조정 정보를 구하고, 해당 조정 정보에 응하여, 상기 목표 온도를 조정하는 것이다.
조정 전이란, 관계 정보를 이용한 목표 온도의 조정을 행하기 전, 즉, 본 발명에 의한 조정을 행하기 전, 따라서 종래와 같은 제어 상태를 말한다.
피처리물의 온도 분포 정보란, 피처리물의 온도의 분포를 나타내는 정보를 말하고, 피처리물의 각 위치에서의 온도 또는 각 위치에서의 기준 온도로부터의 온도차 등의 정보를 말한다. 이 온도 분포 정보로부터 조정 전의 피처리물의 온도 분포, 예를 들면, 피처리물의 온도의 편차를 파악할 수 있다.
목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도 분포 정보는, 미리 계측한 과거의 처리에서의 피처리물의 온도로서 구할 수 있다.
조정 정보란, 목표 온도의 조정에 이용하는 정보를 말하고, 예를 들면, 조정 후의 목표 온도의 값 그 자체라도 좋고, 조정 전의 목표 온도를 기준으로 하여, 그것에 가산 또는 감산하여야 할 온도의 값이라도 좋고, 이 조정 정보는, 목표 온도의 조정이 필요한 기간에서의 복수의 시점에서의 온도의 값, 또는, 상기 기간에서의 시계열의 온도 데이터라도 좋고, 또한, 시계열의 온도 데이터에 대응하는 전달 함수 등이라도 좋다.
이 실시 양태에 의하면, 조정 전의 피처리물의 온도 분포 정보로부터 소망하는 온도 상태, 예를 들면, 균일한 온도 상태로부터의 온도의 어긋남을 알기 때문에, 이 온도의 어긋남을 해소하도록 목표 온도를 조정하여 피처리물을, 소망하는 온도 상태로 하여 처리할 수 있다.
한 실시 양태에서는, 상기 목표 온도를 변화시킨 때의 상기 피처리물의 온도 변화를 복수의 계측점에서 계측한 계측 온도에 의거하여, 상기 목표 온도와 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 상기 관계 정보를 구하는 제 1의 공정과, 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도를 상기 복수의 계측점에서 계측한 계측 온도에 의거하여, 상기 온도 분포 정보를 구하는 제 2의 공정과, 상기 제 1의 공정 및 상기 제 2의 공정에서 각각 구한 상기 관계 정보 및 상기 온도 분포 정보에 의거하여, 상기 조정 정보를 구하는 제 3의 공정과, 상기 제 3의 공정에서 구한 상기 조정 정보에 의거하여 상기 목표 온도를 조정하는 제 4의 공정을 포함하는 것이다.
여기서, 상기 피처리물의 복수의 계측점은, 피처리물에 있어서, 온도를 소망하는 온도로 제어하려고 하는 위치(개소), 예를 들면, 온도의 편차를 억제하려고 하는 위치인 것이 바람직하다.
편차란, 예를 들면, 복수의 계측점에서 계측되는 평균 온도로부터의 편차나 기준이 된 계측점에서 검출되는 기준 온도로부터의 편차 등을 말한다.
이 실시 양태에 의하면, 제 1의 공정에서 목표 온도와 피처리물의 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 구하고, 제 2의 공정에서 상기 온도 분포 정보를 구하고, 제 3의 공정에서 상기 관계 정보 및 상기 온도 분포 정보에 의거하여, 피처리물을 소망하는 온도로 하는데 필요한 목표 온도의 조정 정보를 구하고, 제 4의 공정에서 조정 정보에 의거하여 목표 온도를 조정하기 때문에, 피처리물의 복수의 계측점에서의 온도를 소망하는 온도로 할 수 있고, 예를 들면, 복수의 계측점의 온도의 편차를 억제한 상태로 할 수 있다.
다른 실시 양태에서는, 상기 관계 정보를 구하는 상기 제 1의 공정에서는, 상기 각 목표 온도를 스텝 형상으로(stepwise) 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도의 스텝 응답 파형을 계측하고, 계측한 상기 스텝 응답 파형을 이용하여, 펄스 형상의 목표 온도의 변화에 대한 펄스 응답 파형 및 삼각파 형상의 목표 온도의 변화에 대한 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하는 것이다.
여기서, 응답 파형을 합성한다는 것은, 실제로 계측한 스텝 응답 파형에 의거하여, 서로 겹치는 이론(重合理) 등을 이용하여, 펄스 응답 파형이나 삼각파 응답 파형 등을 연산하는 것을 말한다. 이 합성에 의해, 여러가지의 목표 온도의 입력 파형에 대한 응답 파형을 구할 수 있다.
이 실시 양태에 의하면, 각 목표 온도를 스텝 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도의 스텝 응답 파형을 계측할 뿐, 목표 온도를 펄스 형상이나 삼각파 형상으로 변화시킨 때의 복수의 계측점에서의 펄스 응답 파형이나 삼각파 응답 파형을 합성하기 때문에, 이러한 응답 파형을 이용하여, 목표 온도와 피처리물의 복수의 계측점의 온도와의 사이의 상세한 관계를 나타내는 관계 정보를 얻을 수 있다.
또다른 실시 양태에서는, 상기 관계 정보를 구하는 상기 제 1의 공정에서는, 상기 각 목표 온도를 펄스 형상 또는 삼각파 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도의 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 계측하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 직접 계측하기 때문에, 스텝 응답 파형을 계측하여 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 합성할 필요가 없다. 또한, 계측한 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 이용하여 다시 응답 파형을 합성할 수 있다.
바람직한 실시 양태에서는, 상기 관계 정보를 구하는 상기 제 1의 공정에서는, 시간적으로 다른 복수의 상기 펄스 응답 파형 및 시간적으로 다른 복수의 전기 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하고, 합성한 응답 파형에 의거하여, 상기 관계 정보로서의 행렬을 구하는 것이다.
여기서, 시간적으로 다른 복수의 응답 파형이란, 시간차가 있는 복수의 목표 온도의 변화에 개별적으로 대응하는 피처리물의 복수의 계측점의 복수의 응답 파형을 말한다.
또한, 행렬은, 복수의 각 목표 온도의 변화에 대한 피처리물의 복수의 계측점의 온도 변화를 나타내는 것이 바람직하다.
이 실시 양태에 의하면, 시간적으로 다른 복수의 응답 파형을 이용하여, 목표 온도와 피처리물의 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보로서의 행렬을 구하기 때문에, 시간적인 영향을 고려한 행렬이 되고, 이러한 행렬을 이용함에 의해, 피처리물의 온도를, 소망하는 온도 상태로 높은 정밀도로 제어할 수 있다.
다른 실시 양태에서는, 상기 조정 정보가, 상기 복수의 각 목표 온도에 관한 미리 설정된 시점에서의 조정치이고, 상기 제 3의 공정에서는, 상기 조정치를, 상기 행렬의 역행렬 및 상기 온도 분포 정보에 의거하여 산출하는 것이다.
여기서, 미리 설정된 시점은, 피처리물을 소망하는 온도로 제어하고 싶은 시점인 것이 바람직하고, 복수의 시점인 것이 바람직하고, 각 시점은, 기준이 되는 시점, 예를 들면, 피처리물의 처리가 시작된 시점을 기준으로 하여 설정되는 것이 바람직하다.
역행렬은, 의사(擬似) 역행렬이라도 좋다.
또한, 역행렬을 이용하는 일 없이, 연립 방정식을 풀어서 조정치를 산출하도록 하여도 좋다.
이 실시 양태에 의하면, 소망하는 온도 상태로부터의 온도의 어긋남에 대응하는 온도 분포 정보로부터 역행렬을 이용하여 상기 온도의 어긋남을 해소하는데 필요한 조정치를, 미리 설정된 시점에 대응하여 산출할 수 있고, 이 조정치에 응하여 목표 온도를 조정함에 의해, 미리 설정된 시점에서의 피처리물의 온도의 어긋남이 해소되어 소망하는 온도 상태로 제어된다.
바람직한 실시 양태에서는, 상기 제 3의 공정에서는, 적어도 조정치를 랜덤하게 변화시킴과 함께, 상기 행렬을 포함하는 평가식을 이용한 탐색 수법에 의해 조정치의 최적치를 탐색하는 것이다.
탐색 수법으로서는, 예를 들면, 유전적(遺傳的) 알고리즘, SA(Simulated annealing)법 등이 있다.
또한, 제 3의 공정에서는, 산출된 조정치를 초기치로 하여, 행렬을 포함하는 것을 평가식을 이용한 유전적 알고리즘에 의해 조정치의 최적치를 탐색하도록 하여도 좋다.
이 실시 양태에 의하면, 유전적 알고리즘 등의 탐색 수법에 의해 조정치의 최적치를 탐색하기 때문에, 탐색된 조정치를 이용하여 목표 온도를 조정함에 의해, 피처리물의 온도를 보다 높은 정밀도로 소망하는 온도 상태로 제어할 수 있다.
본 발명의 조정 장치는, 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어함과 함께, 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도를 조정하는 온도 제어 장치의 상기 조정 정보를 구하는 조정 장치로서, 상기 목표 온도와 상기 피처리물의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 이용하여, 상기 피처리물의 온도를 소망하는 온도 상태로 조정하기 위한 상기 조정 정보를 연산하는 연산 수단을 구비하고 있다.
여기서, 상기 관계 정보는, 해당 조정 장치의 기억부에 격납하고 있어도 좋고, 외부의 기억 장치에 격납되어 있는 관계 정보를 판독하여 이용하여도 좋고, 또는, 계측 데이터에 의거하여, 관계 정보를 연산 산출하도록 하여도 좋다.
해당 조정 장치와 온도 제어 장치를, 무선 또는 유선으로 접속하고, 연산 수단에서 연산한 조정 정보를, 온도 제어 장치에 통신으로 송신하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 관계 정보를 이용하여, 피처리물을 소망하는 온도 상태로 하기 위한 목표 온도의 조정 정보를 연산하기 때문에, 이 조정 정보를 온도 제어 장치에 주고, 온도 제어 장치가, 조정 정보에 응하여, 목표 온도를 조정하여 처리 수단의 온도를 제어함에 의해, 피처리물이 소망하는 온도 상태로 제어되어 처리된 다.
바람직한 실시 양태에서는, 상기 연산 수단은, 상기 관계 정보와 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도 분포 정보에 의거하여, 상기 조정 정보를 연산하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 조정 전의 피처리물의 온도 분포 정보로부터 소망하는 온도 상태와의 온도의 어긋남을 연산하고, 이 온도의 어긋남을 해소하는데 필요한 조정 정보를 연산할 수 있다.
한 실시 양태에서는, 상기 연산 수단은, 상기 목표 온도를 변화시킨 때의 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도에 의거하여, 상기 목표 온도와 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 상기 관계 정보를 산출하는 제 1의 산출부와, 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도를 상기 복수의 계측점에서 계측한 계측 온도에 의거하여, 상기 온도 분포 정보를 산출하는 제 2의 산출부를 구비하고 있다.
여기서, 상기 목표 온도를 변화시킨 때의 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도 또는 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도를 복수의 계측점에서 계측한 계측 온도의 데이터는, 미리 계측되어 파일 등에 격납된 데이터를 이용하여도 좋고, 온도 로거(logger) 등의 계측장치를 해당 조정 장치에 접속하고, 계측하여 얻어지는 계측 온도의 데이터 그 자체를 이용하도록 하여도 좋다.
이 실시 양태에 의하면, 제 1의 산출부에서는, 목표 온도를 변화시킨 때의 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도에 의거하여, 상기 목표 온도와 상기 피 처리물의 상기 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 산출하고, 제 2의 산출부에서는, 상기 조정 전의 피처리물의 온도를 복수의 계측점에서 계측한 계측 온도에 의거하여, 상기 온도 분포 정보를 산출하고, 연산 수단은, 산출된 관계 정보와 온도 분포 정보에 의거하여, 조정 정보를 연산할 수 있다.
다른 실시 양태에서는, 상기 제 1의 산출부는, 상기 각 목표 온도를 스텝 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도의 스텝 응답 파형을 이용하여, 펄스 형상의 목표 온도의 변화에 대한 펄스 응답 파형 및 삼각파 형상의 목표 온도의 변화에 대한 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 각 목표 온도를 스텝 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도의 스텝 응답 파형을 계측할 뿐, 목표 온도를 펄스 형상이나 삼각파 형상으로 변화시킨 때의 복수의 계측점에서의 펄스 응답 파형이나 삼각파 응답 파형을 합성하기 때문에, 이러한 응답 파형을 이용하여, 목표 온도와 피처리물의 복수의 계측점의 온도와의 사이의 상세한 관계를 나타내는 관계 정보를 얻을 수 있다.
또다른 실시 양태에서는, 상기 제 1의 산출부는, 상기 각 목표 온도를 펄스 형상 또는 삼각파 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 계측하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 직접 계측하기 때문에, 스텝 응답 파형을 계측하여 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 합성할 필요가 없다. 또한, 계측한 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 이용하여 다시 응답 파형을 합성할 수 있다.
바람직한 실시 양태에서는, 상기 제 1의 산출부는, 시간적으로 다른 복수의 상기 펄스 응답 파형 및 시간적으로 다른 복수의 전기 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하고, 합성한 응답 파형에 의거하여, 상기 관계 정보로서의 행렬을 산출하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 시간적으로 다른 복수의 응답 파형을 이용하여, 목표 온도와 피처리물의 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보로서의 행렬을 구하기 때문에, 시간적인 영향을 고려한 행렬이 되고, 이러한 행렬을 이용하여 정밀도가 높은 조정 정보를 산출할 수 있게 된다.
다른 실시 양태에서는, 상기 조정 정보가, 상기 복수의 각 목표 온도에 관한 미리 설정된 시점에서의 조정치이고, 상기 연산 수단은, 상기 조정치를, 상기 행렬의 역행렬 및 상기 온도 분포 정보에 의거하여 산출하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 소망하는 온도 상태로부터의 온도의 어긋남에 대응하는 온도 분포 정보로부터 역행렬을 이용하여 상기 온도의 어긋남을 해소하는데 필요한 조정치를, 미리 설정된 시점에 대응하여 산출할 수 있다.
바람직한 실시 양태에서는, 상기 연산 수단은, 적어도 조정치를 랜덤하게 변화시킴과 함께, 상기 행렬을 포함하는 평가식을 이용한 탐색 수법에 의해 조정치의 최적치를 탐색하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 유전적 알고리즘 등의 탐색 수법에 의해 조정치의 최적치를 탐색하기 때문에, 정밀도가 높은 조정치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 조정 장치는, 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어함과 함께, 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도를 조정하는 온도 제어 장치의 상기 조정 정보를 구하는 조정 장치로서, 상기 목표 온도를 변화시킨 때의 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도 및 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도에 의거하여, 상기 피처리물의 온도를 소망하는 온도 상태로 조정하기 위한 상기 조정 정보를 연산하는 연산 수단을 구비하고 있다.
본 발명에 의하면, 목표 온도를 변화시킨 때의 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도 및 목표 온도의 조정 전의 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도에 의거하여, 피처리물을 소망하는 온도 상태로 하기 위한 목표 온도의 조정 정보를 연산하기 때문에, 이 조정 정보를 온도 제어 장치에 주고, 온도 제어 장치가, 조정 정보에 응하여, 목표 온도를 조정하여 처리 수단의 온도를 제어함에 의해, 피처리물이 소망하는 온도 상태로 제어되어 처리된다.
바람직한 실시 양태에서는, 상기 소망하는 온도 상태가, 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도의 편차가 억제된 상태이고, 상기 피처리물은, 상기 처리 수단에 탑재되어 열처리되는 것이다.
여기서, 편차가 억제된 상태란, 목표 온도의 조정을 행하기 전, 즉, 종래보다도 편차가 억제된 상태를 말한다.
이 실시 양태에 의하면, 피처리물이 편차가 억제된 균일한 온도 상태에서 열처리된다.
다른 실시 양태에서는, 상기 온도 분포 정보가, 대응하는 설정 정보로서 설정되고, 상기 연산 수단은, 상기 관계 정보와 상기 설정 정보에 의거하여, 상기 조정 정보를 연산하는 것이다.
여기서, 상기 온도 분포 정보란, 상기 조정 전의 피처리물의 온도 분포 정보이고, 상기 조정의 전이란, 조정 정보에 응한 목표 온도의 조정을 행하기 전, 즉, 본 발명에 의한 조정을 행하기 전을 말하고, 피처리물의 온도 분포 정보란, 피처리물의 온도의 분포를 나타내는 정보를 말한다.
설정 정보란, 상기 온도 분포 정보에 대응하는 정보로서, 해당 조정 장치에 대해 유저에 의해 설정되는 정보를 말한다. 이 설정 정보는, 피처리물의 각 위치(각 개소)에서의 온도 또는 각 위치의 소망하는 온도로부터의 온도차의 정보인 것이 바람직하다.
이 실시 양태에 의하면, 연산 수단은, 온도 분포 정보를 산출할 필요가 없고, 온도 분포 정보에 대응하여 설정되는 설정 정보를 이용하여, 소망하는 온도 상태로부터의 온도의 어긋남을 해소하도록 조정 정보를 연산할 수 있다.
또다른 실시 양태에서는, 상기 온도 제어 장치가, 상기 각 목표 온도와 상기 각 검출 온도와의 편차에 의거하여 온도 제어를 행하는 것으로서, 상기 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도 및 상기 각 검출 온도의 적어도 어느 한쪽을 조정하는 것이다.
온도 제어 장치는, 목표 온도와 검출 온도와의 편차를 작게 하도록 제어하고 있기 때문에, 이 실시 양태에 의하면, 목표 온도에 대신하여, 검출 온도를 조정하여 목표 온도를 조정한 경우와 같은 작용 효과를 이룰 수 있고, 또는, 목표 온도 및 검출 온도의 양자를 조정하여 같은 작용 효과를 이룰 수 있다.
또한, 본 발명의 조정 장치는, 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록, 조작 수단에 조작량을 주어서 상기 처리 수단의 온도를 제어함과 함께, 조정 정보에 응하여, 상기 피처리물의 온도가 소망하는 온도 상태가 되도록 상기 조작량을 조정하는 온도 제어 장치의 상기 조정 정보를 구하는 조정 장치로서, 상기 조작량과 상기 피처리물의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 이용하여, 상기 조정 정보를 연산하는 연산 수단을 구비하고 있다.
여기서, 조작 수단이란, 온도 제어 장치로부터의 조작량에 응하여, 처리 수단에 조작을 가하는 수단을 말하고, 예를 들면, 처리 수단을 가열 및/또는 냉각하는 수단을 말한다.
온도 제어 장치의 목표 온도를 조정하는 것은, 목표 온도에 응하여 변화하는 조작량을 조정하는 것과 등가(等價)이고, 상술한 각 실시 양태에 있어서, 목표 온도에 대신하여, 조작량을 이용하는 구성으로 하여도 좋다.
이 실시 양태에 의하면, 조작량과 피처리물의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 이용하여, 조정 정보를 연산하고, 온도 제어 장치는, 조정 정보에 응하여, 조작량을 조정함에 의해, 피처리물을 소망하는 온도 상태로 제어하여 처리할 수 있다.
본 발명의 온도 조절기는, 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어하는 온도 조절기로서, 본 발명에 관한 조정 장치에 의해 구하여진 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도를 조정하는 것이다.
해당 온도 조절기는, 조정 장치로부터의 조정 정보를 통신에 의해 수신하고, 해당 온도 조절기의 기억부에 격납하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 조정 정보에 응하여, 목표 온도를 조정함에 의해, 피처리물을 소망하는 온도 상태로 제어하여 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 온도 조절기는, 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어함과 함께, 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도를 조정하는 온도 조절기로서, 상기 목표 온도와 상기 피처리물의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 이용하여, 상기 피처리물의 온도를 소망하는 온도 상태로 조정하기 위한 상기 조정 정보를 연산하는 연산 수단을 구비하고 있다.
본 발명에 의하면, 관계 정보를 이용하여, 피처리물을 소망하는 온도 상태로 하기 위한 목표 온도의 조정 정보를 연산하고, 이 조정 정보에 응하여, 목표 온도를 조정하여 처리 수단의 온도를 제어하기 때문에, 피처리물이 소망하는 온도 상태로 제어되게 된다.
본 발명의 프로그램은, 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검 출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어함과 함께, 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도를 조정하는 온도 제어 장치의 상기 조정 정보를 구하는 프로그램으로서, 상기 목표 온도와 상기 피처리물의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 연산하는 제 1의 순서와, 상기 관계 정보와 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도 분포 정보에 의거하여, 상기 피처리물의 온도를 소망하는 온도 상태로 조정하기 위한 상기 조정 정보를 연산하는 제 2의 순서를 컴퓨터에 실행시키는 것이다.
본 발명에 의하면, 해당 프로그램을, 컴퓨터에 실행시킴에 의해, 제 1의 순서에서, 목표 온도와 피처리물의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 연산하고, 제 2의 순서에서, 상기 관계 정보와 조정 전의 상기 피처리물의 온도 분포 정보에 의거하여, 상기 피처리물의 온도를 소망하는 온도 상태로 조정하기 위한 상기 조정 정보를 연산하기 때문에, 이 조정 정보를 온도 제어 장치에 주고, 온도 제어 장치가, 조정 정보에 응하여, 목표 온도를 조정하여 처리 수단의 온도를 제어함에 의해, 피처리물이 소망하는 온도 상태로 제어되어 처리되게 된다.
바람직한 실시 양태에서는, 상기 온도 분포 정보가, 대응하는 설정 정보로서 설정되고, 상기 제 2의 순서에서는, 상기 관계 정보와 상기 설정 정보에 의거하여, 상기 조정 정보를 연산하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 온도 분포 정보를 산출할 필요가 없고, 컴퓨터로 설정 입력되는 설정 정보를 이용하여, 조정 정보를 연산할 수 있다.
다른 실시 양태에서는, 상기 제 1의 순서는, 상기 목표 온도를 변화시킨 때 의 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도에 의거하여, 상기 목표 온도와 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 상기 관계 정보를 연산하는 것이고, 상기 제 2의 순서는, 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도를 복수의 계측점에서 계측한 계측 온도에 의거하여, 상기 온도 분포 정보를 연산하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 제 1의 순서에서, 목표 온도를 변화시킨 때의 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도에 의거하여, 상기 목표 온도와 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 산출하고, 제 2의 순서에서, 목표 온도의 조정 전의 피처리물의 온도를 복수의 계측점에서 계측한 계측 온도에 의거하여, 상기 온도 분포 정보를 연산하고, 연산된 관계 정보와 온도 분포 정보에 의거하여, 조정 정보를 연산할 수 있다.
바람직한 실시 양태에서는, 상기 제 1의 순서에서는, 상기 각 목표 온도를 스텝 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도의 스텝 응답 파형을 이용하여, 펄스 형상의 목표 온도의 변화에 대한 펄스 응답 파형 및 삼각파 형상의 목표 온도의 변화에 대한 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 각 목표 온도를 스텝 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도의 스텝 응답 파형을 계측할 뿐, 목표 온도를 펄스 형상이나 삼각파 형상으로 변화시킨 때의 복수의 계측점에서의 펄스 응답 파형이나 삼각파 응답 파형을 합성하기 때문에, 이러한 응답 파형을 이용하여, 목표 온도와 피처리물의 복수의 계측점의 온도와의 사이의 상세한 관계를 나타내는 관계 정보를 얻을 수 있다.
또다른 실시 양태에서는, 상기 제 1의 순서에서는, 상기 각 목표 온도를 펄스 형상 또는 삼각파 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 계측하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 직접 계측하기 때문에, 스텝 응답 파형을 계측하여 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 합성할 필요가 없다. 또한, 계측한 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 이용하여 다시 응답 파형을 합성할 수 있다.
다른 실시 양태에서는, 상기 제 1의 순서에서는, 시간적으로 다른 복수의 상기 펄스 응답 파형 및 시간적으로 다른 복수의 전기 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하고, 합성한 응답 파형으로부터 상기 관계 정보로서의 행렬을 산출하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 시간적으로 다른 복수의 응답 파형을 이용하여, 목표 온도와 피처리물의 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보로서의 행렬을 구하기 때문에, 시간적인 영향을 고려한 행렬이 되고, 이러한 행렬을 이용함에 의해, 피처리물의 온도를, 소망하는 온도 상태로 높은 정밀도로 제어할 수 있다.
또다른 실시 양태에서는, 상기 조정 정보가, 상기 복수의 각 목표 온도에 관한 미리 설정된 시점에서의 조정치이고, 상기 제 2의 순서에서는, 상기 조정치를, 상기 행렬의 역행렬 및 상기 온도 분포 정보에 의거하여 산출하는 것이다.
이 실시 양태에서는, 소망하는 온도 상태로부터의 온도의 어긋남에 대응하는 온도 분포 정보로부터 역행렬을 이용하여 상기 온도의 어긋남을 해소하는데 필요한 조정치를, 미리 설정된 시점에 대응하여 산출할 수 있다.
다른 실시 양태에서는, 상기 제 2의 순서에서는, 적어도 조정치를 랜덤하게 변화시킴과 함께, 상기 행렬을 포함하는 평가식을 이용한 탐색 수법에 의해 조정치의 최적치를 탐색하는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 유전적 알고리즘 등의 탐색 수법에 의해 조정치의 최적치를 탐색하기 때문에, 정밀도가 높은 조정치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 프로그램은, 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어함과 함께, 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도를 조정하는 온도 제어 장치의 상기 조정 정보를 구하는 프로그램으로서, 상기 목표 온도를 변화시킨 때의 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도 및 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도에 의거하여, 상기 피처리물의 온도를 소망하는 온도 상태로 조정하기 위한 상기 조정 정보를 연산하는 순서를 컴퓨터에 실행시키는 것이다.
본 발명에 의하면, 목표 온도를 변화시킨 때의 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도 및 상기 목표 온도의 조정 전의 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도에 의거하여, 피처리물을 소망하는 온도 상태로 하기 위한 목표 온도의 조정 정보를 연산하기 때문에, 이 조정 정보를 온도 제어 장치에 주고, 온도 제어 장치가, 조정 정보에 응하여, 목표 온도를 조정하여 처리 수단의 온도를 제어함에 의해, 피처리물이 소망하는 온도 상태로 제어되어 처리된다.
바람직한 실시 양태에서는, 상기 소망하는 온도 상태가, 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도의 편차가 억제된 상태이고, 상기 피처리물은, 상기 처리 수단에 탑재되어 열처리되는 것이다.
이 실시 양태에 의하면, 피처리물이 편차가 억제된 균일한 온도 상태에서 열처리된다.
본 발명의 기록 매체는, 본 발명에 관한 프로그램을 기록한 컴퓨터에 판독 가능한 기록 매체이다.
여기서, 기록 매체로서는, 예를 들면 플렉시블 디스크, 하드디스크, 광디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, 자기 테이프, 불휘발성의 메모리 카드, ROM 등을 이용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램을 컴퓨터로 판독하여 실행시킴에 의해, 조정 정보를 연산하기 때문에, 이 조정 정보를 온도 제어 장치에 줌에 의해, 피처리물이 소망하는 온도 상태로 제어되어 처리되게 된다.
본 발명의 열처리 장치는, 본 발명에 관한 온도 조절기와, 상기 처리 수단과, 상기 온도 조절기의 출력에 의해, 상기 처리 수단을 가열 및/또는 냉각하는 조작 수단과, 상기 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출하는 온도 검출 수단을 구비하고 있다.
이 실시 양태에 의하면, 피처리물의 온도를, 소망하는 온도 상태로 제어하여 처리할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 목표 정보와 피처리물의 물리 상태와의 관계를 나타내는 관계 정보로부터, 피처리물의 물리 상태를 소망하는 상태로 하기 위한 목표 정보를 예측하고, 예측한 목표 정보가 되도록 목표 정보를 조정하기 때문에, 조정된 목표 정보가 되도록 처리 수단의 물리 상태가 제어되는 결과, 이 처리 수단에서 처리되는 피처리물의 물리 상태가 소망하는 상태가 되어 처리된다.
이하, 도면에 의해 본 발명의 실시형태에 관해 상세히 설명한다.
(실시형태 1)
이 실시형태의 열처리 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 피처리물로서의 유리 기판 등의 워크(1)를, 처리 수단으로서의 열판(2)에서 열처리하는 것이다. 온도 조절기(3)는, 설정된 목표 온도와, 열판(2)에 배설된 복수의 온도 센서(도시 생략)로부터의 검출 온도와의 편차에 의거하여, PID 연산 등을 행하여 조작량을 도시하지 않은 SSR(솔리드스테이트 릴레이)나 전자 스위치 등에 출력하여 열판(2)에 배설된 복수의 히터(도시 생략)의 통전을 제어하여 열판(2)의 온도를 목표 온도가 되도록 제어한다. 이 예에서는, 열판(2)에는, 온도 센서 및 히터가 복수 배치된 복수 채널의 예를 나타내고 있고, 각 채널마다 온도 제어된다.
열판(2)에서 열처리되는 워크(1)는, 예를 들면, 직사각형 형상의 유리 기판이고, 도시하지 않은 반송 공급 수단에 의해 자동적으로 열판(2)에 순번대로 탑재 되어 열처리되는 것이다. 이 워크(1)의 열처리 공정에서는, 순번대로 열처리되는 다수의 워크(1) 자체의 온도는 계측되지 않고, 열판(2)의 온도가, 온도 조절기(3)에 의해 제어된다.
이러한 워크(1)의 열처리에서는, 목표 온도로 정정(整定)한 열판(2)에, 워크(1)가 탑재되어 열처리가 시작되면, 워크(1)의 면 내의 위치에 의한 방열하기 쉬움의 차이 등에 기인하여 원반 형상의 워크(1)의 면 내에서의 온도의 편차가 생긴다.
도 2는, 목표 온도로 정정한 열판(2)에, 온도 센서를 부착한 시험용의 워크(1)를 탑재하여 열처리를 행한 경우의 시험용의 워크(1)의 복수의 계측점의 계측 온도의 변화를 도시한 것이다. 동 도면에서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 복수의 계측점의 각 계측 온도를, 복수의 계측 온도의 평균치에 대한 온도차로서 나타내고 있다. 또한, 이 도 2에서는, 3점의 계측 온도를 대표적으로 나타내고 있다.
이 도 2에 도시한 바와 같이, 시험용의 워크(1)를, 열판(2)에 탑재하여 열처리를 시작한 시점(t=t0)의 직후부터 각 점의 계측 온도에 편차가 생기고, 최대의 편차에 달한 후, 서서히 편차가 작아져서 균일하게 되어 있다.
워크(1)를, 균일하게 열처리하기 위해서는, 이러한 워크(1)의 면 내에서의 온도의 편차를 억제하고, 각 계측점의 계측 온도를 평균치에 접근할 필요가 있고, 워크(1)의 온도의 편차가 억제된 소망하는 상태에서 열처리하는 것이 바람직하다.
이 실시형태에서는, 이러한 워크(1)의 면 내에서의 온도의 편차를 억제하기 위해, 도 1에 도시한 열판(2)의 온도를 제어하는 것이고, 구체적으로는, 워크(1)가 열판(2)에 탑재되어 열처리되는 과도시에 있어서, 열판(2)의 온도를 제어하는 온도 조절기(3)의 목표 온도를 조정하는 것이다. 이 목표 온도의 조정에 의해, 워크(1)의 온도의 편차를 억제하는 온도의 분포를 열판(2)에 형성하고, 이 열판(2)에 형성된 온도의 분포에 의해, 워크(1)의 온도의 편차를 억제하는 것이다. 즉, 목표 온도를 조정하여, 워크(1)의 온도의 편차를 억제하도록, 열판(2)에 온도의 편차를 발생시키는 것이다.
이 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, 목표 온도를 조정하기 위한 조정 정보가, 후술하는 바와 같이 하여, 조정 장치로서의 퍼스널 컴퓨터(4)로부터 온도 조절기(3)에 대해 통신에 의해 주어지고, 온도 조절기(3)는, 이 조정 정보에 의거하여, 목표 온도를 조정하는 것이다. 또한, 조정 장치는, 퍼스널 컴퓨터로 한하지 않고, PLC(프로그래머블·로직·컨트롤러) 등을 이용하여도 좋다.
온도 조절기(3)의 목표 온도를 조정하여 워크(1)의 온도의 편차를 억제하기 위해서는, 온도 조절기(3)의 목표 온도와 워크(1)의 온도와의 사이의 관계를 파악할 필요가 있다.
예를 들면, 목표 온도를 어떻게 변화시키면, 워크(1)의 온도가 어떻게 변화하는지를 예측할 수 있다면, 역으로, 워크(1)의 온도를, 그 편차를 억제하도록 변화시키는데는, 목표 온도를, 어떻게 조정하면 좋은지를 예측할 수 있다.
그래서, 목표 온도와 워크(1)의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를, 다음과 같이 하여 구하도록 하고 있다.
구체적으로는, 각 채널의 목표 온도의 변화에 대한 워크(1)의 온도 변화의 영향을 계측하고, 목표 온도의 변화가 워크(1)의 온도에 주는 영향을 행렬로서 구하는 것이다.
여기서, 각 채널의 목표 온도를 변화시켜서 히터에 의한 열판(2)의 가열을 제어하면, 각 채널의 히터에 의한 열의 간섭이 생기고, 상기 행렬은, 이 간섭의 영향을 나타내고 있고, 이하의 설명에서는, 이 행렬을 간섭 행렬이라고 한다.
도 3은, 목표 온도의 변화에 대한 워크(1)의 온도 변화의 영향을 계측하기 위한 구성의 한 예를 도시한 도면으로서, 도 1에 대응하는 부분에는, 동일한 참조 부호를 붙인다.
이 도 3에서, 1은 복수의 계측점에 온도 센서(도시 생략)가 부착된 시험용의 워크이고, 5는 시험용의 워크(1)의 온도를 계측하는 온도 로거이고, 퍼스널 컴퓨터(4)는, 온도 로거(5) 및 온도 조절기(3)에 접속되어 있다. 이 퍼스널 컴퓨터(4)는, 온도 로거(5) 및 온도 조절기(3)와의 통신에 의해, 온도 조절기(3)의 목표 온도를 변경할 수 있음과 함께, 이 목표 온도와 시험용의 워크(1)의 각 계측점의 계측 온도를 동기하여 계측할 수 있다. 워크(1)의 복수의 계측점으로서는, 온도의 편차를 억제하려고 하는 복수의 위치(개소)가 선택된다.
이 퍼스널 컴퓨터(4)는, 본 발명에 관한 프로그램이 격납되어 있는 CD-ROM 등의 기록 매체가 세트되어 있고, 이 기록 매체로부터 프로그램을 판독하여 실행함에 의해, 후술하는 바와 같이 하여 간섭 행렬 및 조정 정보를 연산하는 연산 수단으로서의 기능을 갖는다.
우선, 시험용의 워크(1)를 열판(2)에 탑재하여 두고, 온도 조절기(3)에 대 해, 전 채널의 목표 온도(SP)를, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 열처리를 행하는 소정 온도(T)로 설정하여 온도 제어를 시작한다.
열판(2)의 온도가 소정 온도(T)에 달하여 정정한 상태에 있어서, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 제 1의 채널(ch1)의 목표 온도(SP)를, 스텝 형상으로, 예를 들면, 1℃변화시켜서 T+1로 하고, 그때의 시험용의 워크(1)의 온도를 복수의 계측점에서, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 각각 계측한다. 이 도 4의 (b)에서는, 3개의 계측점의 계측 온도의 온도 변화의 파형을 대표적으로 나타내고 있고, 변화 전을 0℃로 하여 나타내고 있다.
마찬가지로, 시험용의 워크(1)를 탑재한 열판(2)이, 소정 온도(T)로 정정한 상태에 있어서, 제 2의 채널(ch2)의 목표 온도를, 스텝 형상으로 1℃ 변화시키고, 그때의 시험용의 워크(1)의 온도를 상기 복수의 계측점에서, 각각 계측한다.
이하, 마찬가지로 하여, 각 채널마다 순번대로 목표 온도(SP)를, 스텝 형상으로 1℃ 변화시키고, 그때의 시험용의 워크(1)의 온도를 상기 복수의 계측점에서, 각각 계측한다.
이로써, 각 채널의 목표 온도를, 개별적으로 1℃ 스텝 형상으로 변화시킨 때에, 워크(1)의 복수의 계측점의 계측 온도가 어떻게 변화하는지의 스텝 응답 파형을 얻을 수 있게 된다.
이와 같이 하여 계측된 스텝 응답 파형을 이용하여, 여러가지의 목표 온도의 변화, 예를 들면, 펄스 형상이나 삼각파 형상의 목표 온도의 변화에 대한 워크(1)의 복수의 계측점의 응답 파형을 연산하여 합성한다.
예를 들면, 목표 온도(SP)를, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 소정 온도(T)로부터 1℃ 펄스 형상으로 변화시킨 경우, 즉, 펄스 형상의 목표 온도의 입력에 대해 출력으로서의 워크(1)의 각 계측점에서의 도 5의 (b)에 도시된 펄스 응답 파형을, 다음과 같이 하여 합성할 수 있다.
도 6 및 도 7은, 펄스 응답 파형의 합성을 설명하기 위한 도면으로서, 도 6은, 목표 온도의 입력(변화)을 도시하고, 도 7은, 목표 온도의 입력에 대응하는 출력으로서의 워크(1)의 각 계측점의 응답 파형을 도시하고 있다.
도 6의 (a), 도 7의 (a)에 각각 도시한 스텝 형상의 1℃의 입력 및 그 출력인 스텝 응답 파형을, 도 6의 (b), 도 7의 (b)에 각각 도시한 바와 같이 △t, 예를 들면, 1초 각각 지연시키고, 이 지연시킨 스텝 형상의 입력 및 스텝 응답 파형을, 도 6의 (a), 도 7의 (a)에 각각 도시한 지연 전의 스텝 형상의 입력 및 스텝 응답 파형으로부터 각각 감산함에 의해, 도 6의 (c)에 도시한 1℃, 1초의 펄스 형상의 입력 및 이 입력에 대한 출력인 펄스 응답 파형을, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이 산출할 수 있다. 이 도 6의 (c), 도 7의 (c)는, 도 5의 (a), (b)와 같은 파형이다.
이와 같이 도 4의 (a)에 도시한 목표 온도의 스텝 입력에 대한 도 4의 (b)에 도시한 스텝 응답 파형을 계측함에 의해, 도 5의 (a)에 도시한 목표 온도의 펄스 입력에 대한 도 5의 (b)에 도시한 펄스 응답 파형을 연산에 의해 합성할 수 있다.
또한, 상술한 지연 시간(△t)은, 스텝 응답 파형의 필요한 온도 변화를 얻을 수 있도록 적절히 선택된다.
이 펄스 응답 파형의 합성을, 각 채널에 대해 행함에 의해, 각 채널마다, 펄 스 형상의 목표 온도의 변화에 대한 워크(1)의 복수의 계측점에서의 펄스 응답 파형을 구할 수 있다.
이 펄스 응답 파형으로부터 목표 온도의 변화에 대한 워크(1)의 복수의 계측점에서의 온도의 영향을 나타내는 간섭 행렬을 얻을 수 있다.
도 8은, 간섭 행렬의 한 예를 도시한 것으로서, 각 행이, 워크(1)의 복수의 계측점(1 내지 k)(k는 2 이상의 정수)에 대응하고, 각 열이, 1 내지 p(p는 2 이상의 정수)의 각 채널(ch1 내지 chp)에 대응하고 있다.
이 도 8은, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 목표 온도를 1℃, 1초간 펄스 형상으로 변화시킨 시점을 기준 시점(t=t0)으로 하였을 때의 미리 정한 경과 시점(t=t1)에서의 워크(1)의 복수의 계측점에서의 도 5의 (b)에 도시한 펄스 응답 파형으로부터 구해지는 간섭 행렬의 한 예이다. 이 미리 정한 경과 시점(t=t1)은, 목표 온도를 변화시킨 기준 시점(t=t0)을, 예를 들면, 워크(1)가 열판(2)에 탑재되어 열처리가 시작된 시점으로 하였을 때에, 워크(1)의 온도의 편차를 억제하고 싶은 시점에 대응하도록 선택된다.
도 5는, 예를 들면, 제 1의 채널(ch1)의 목표 온도를, 동 도(a)에 도시한 바와 같이 펄스 형상으로 변화시켰다고 한 경우에, 동 도(b)에 도시한 바와 같이 경과 시점(t=t1)에서의 제 1 내지 제 3의 각 계측점(1 내지 3)의 온도 변화(a11, a21, a31)라고 하면, 이 온도 변화(a11, a21, a31)가, 도 8의 간섭 행렬의 일부를 구성하게 된다.
이와 같이 도 8의 간섭 행렬은, 각 채널(ch1 내지 chp)의 목표 온도를 펄스 형상으로 변화시켰다고 한 경우의 경과 시점(t=t1)에서의 각 계측점(1 내지 k)의 응답 파형으로부터 산출할 수 있다.
이 도 8의 간섭 행렬로부터, 워크(1)의 각 계측점의 온도 변화를 예측할 수 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 제 1의 채널(ch1)의 목표 온도를, 1℃, 1초간 펄스 형상으로 변화시켰다고 하면, 경과 시점(t=t1)에서, 예를 들면, 워크(1)의 계측점(1)에서는, 0.12℃(a11) 변화하고, 계측점(2)에서는, 0.21℃(a21) 변화하고, 또한, 예를 들면, 제 2의 채널(ch2)의 목표 온도를, 1℃, 1초간 펄스 형상으로 변화시켰다고 하면, 경과 시점(t=t1)에서, 예를 들면, 워크(1)의 계측점(1)에서는, 0.03℃(a12) 변화하고, 계측점(2)에서는, 0.08℃(a22) 변화한다.
이 도 8과 마찬가지로, 목표 온도를 1℃, 1초간 펄스 형상으로 변화시킨 기준 시점(t=t0)으로부터 임의의 경과 시점에서의 간섭 행렬을, 도 5의 (b)에 도시한 펄스 응답 파형으로부터 마찬가지로 구할 수 있다. 즉, 워크(1)의 온도의 편차를 억제하려고 하는 복수의 시점을 미리 설정하고, 각 시점에 대응한 간섭 행렬을 구할 수 있다.
이 실시형태에서는, 워크(1)의 온도의 편차를, 효과적으로 억제할 수 있도록 하기 위해, 다음과 같은 간섭 행렬을 이용하고 있다.
이하, 이 실시형태에 이용하는 간섭 행렬에 관해, 상세히 설명한다.
간섭 행렬은, 상술한 바와 같이 목표 온도의 변화에 대한 워크의 계측점의 응답 파형으로부터 구하는 것이지만, 목표 온도의 급격한 변화는, 조작량의 포화를 초래하여, 제어를 곤란하게 하는 경우가 있다.
그래서, 이 실시형태에서는, 목표 온도를 펄스 형상으로 변화시키는 것이 아니라, 도 9에 도시한 바와 같이, 목표 온도를 개략 삼각파 형상으로 변화시킨 경우의 응답 파형으로부터 간섭 행렬을 구하도록 하고 있다.
도 10은, 이 삼각파 형상의 파형의 합성을 설명하기 위한 도면으로서, 동 도의 (a)는, 상술한 도 5의 펄스 형상의 파형을 이용한 것이고, 동 도의 (b)는 상술한 도 4의 스텝 형상의 파형을 이용한 것이다.
도 9에 도시한 개략 삼각파 형상의 파형은, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 높이(온도 변화)가 다른 미소한 시간 폭의 복수의 펄스 형상의 입력을 적산하여 얻을 수 있다. 이 미소한 펄스 형상의 입력 및 그 펄스 응답 파형은, 도 5의 펄스 형상의 입력 및 그 응답 파형에 관해, 그 높이(온도 변화)는, 비례 관계에 의해, 그 시간폭은, 상술한 도 6과 마찬가지로 지연 시간(△t)를 시간폭에 대응시켜서 감산함에 의해, 합성할 수 있다.
미소한 펄스 형상의 입력, 예를 들면, 높이가, 0.1℃이고, 시간폭이 0.1초의 미소한 펄스 형상의 입력 및 그 펄스 응답 파형은, 상술한 도 5의 높이가, 1℃이고, 시간폭이 1초의 펄스 형상의 입력 및 그 펄스 응답 파형의 높이를 각각 0.1배가 되고, 또한, 그것을 0.1초 각각 지연시킨 펄스 형상의 입력 및 그 펄스 응답 파형을, 지연 전의 펄스 형상의 입력 및 그 펄스 응답 파형으로부터 각각 감산함에 의해 합성할 수 있다.
또한, 도 9에 도시한 개략 삼각파 형상의 파형은, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 높이(온도 변화)가 작고 시간폭이 서서히 작아지는 복수의 직사각형을 적 층한 것으로 하여 합성할 수 있다. 적층하는 각 직사각형은, 도 4의 스텝 형상의 입력 및 그 응답 파형의 높이를 비례 관계로 산출하고, 또한, 그것을 상기 시간폭에 상당하는 분만큼 지연시키고, 이 지연시킨 파형을, 지연 전의 스텝 형상의 입력 및 그 응답 파형으로부터 감산함에 의해 산출할 수 있다.
이 개략 삼각파 형상의 파형은, 보다 미소한 펄스 입력 또는 스텝 입력을 이용함에 의해, 매끈한 삼각파 형상으로 합성할 수 있고, 이하의 설명 및 도면에서는, 삼각파 형상으로 하여 설명한다. 이 삼각파의 높이는, 상술한 바와 마찬가지로, 예를 들면, 1℃이고, 그 시간폭은, 상술한 도 2의 워크(1)의 온도의 편차를 억제하려고 하는 기간을, 복수로 분할한 시간폭으로 선정된다. 이 복수는, 연산 처리의 부담 및 편차 억제의 효과 등을 고려하여 정하여진다.
이와 같이 목표 온도의 삼각파 형상의 입력 및 그 응답 파형으로부터 간섭 행렬을 연산함에 의해, 조작량의 포화가 생기는 것을 회피한 간섭 행렬을 얻을 수 있다.
도 11은, 이 실시형태의 간섭 행렬(A)의 상세를 도시한 것으로서, 이 실시형태에서는, 워크(1)의 온도의 편차를 정밀도 높게 억제하기 위해, 시간적 및 공간적인 간섭을 고려한 행렬로 되어 있다. 또한, 도 11에서는, 각 행렬(A11 내지 Amn)을 구성하는 각 요소인 온도 변화를, 공통으로 a11 내지 akp로 통일하여 나타내고 있지만, 계측점(1 내지 k)과 채널(ch1 내지 chp)과의 대응을 나타내는 것이고, 구체적인 온도 변화의 수치가 동일한 것을 나타내는 것이 아니다.
즉, 도 11의 간섭 행렬(A)은, 도 12에 도시한 시간적인 간섭의 관계를 고려 한 행렬로 구성되고, 또한, 도 12의 각 행렬은, 예를 들면, 도 13에 도시한 공간적(위치적)인 관계를 고려한 행렬로 구성되어 있고, 행렬 중에 행렬을 포함하는 이중 구조로 되어 있다.
우선, 도 12에 도시한 시간적인 관계를 고려한 행렬에 관해 설명한다.
도 14는, 도 12의 간섭 행렬을 설명하기 위한 파형도로서, 동 도(a)는, 목표 온도의 삼각파 형상의 변화를 입력으로 하고, 동 도(b)는, 그 응답 파형을 출력으로 하여 그 한 예를 도시한 것이다.
상술한 도 8의 간섭 행렬에서는, 각 채널(ch1 내지 chp)의 목표 온도의 펄스 형상의 입력은, 동일한 타이밍뿐이였지만, 이 실시형태에서는, 일정한 시간차를 갖게 한 제 1 내지 제 n(n은 2 이상의 정수)의 복수의 타이밍의 목표 온도의 입력에 대응한 것으로 되어 있다.
즉, 제 1의 타이밍에서 각 채널(ch1 내지 chp)에, 삼각파 형상의 입력을 각각 주었다고 한 때의 각 응답 파형으로부터 대응하는 행렬을 산출하고, 다음에, 일정 시간 지연시킨 제 2의 타이밍에서 각 채널(ch1 내지 chp)에, 삼각파 형상의 입력을 각각 주었다고 한 때의 각 응답 파형으로부터 대응하는 행렬을 산출하고, 이하, 마찬가지로 하여 제 n의 타이밍에서 각 채널(ch1 내지 chp)에, 삼각파 형상의 입력을 각각 주었다고 한 때의 각 응답 파형으로부터 응하는 행렬을 산출하는 것이다.
이때, 목표 온도의 입력의 제 1 내지 제 n의 타이밍에 관계없이, 도 14에 도시한 응답 파형의 각 경과 시점(t=t1 내지 tm(m는 2 이상의 정수))은, 제 1의 타이 밍의 목표 온도의 입력, 즉, 제 1의 타이밍의 목표 온도를 삼각파 형상으로 변화시킨 시점(t=t0)을 기준으로 하고, 이 기준 시점(t=0)으로부터 각 경과 시점(t=t1 내지 tm)이 규정되게 된다. 즉, 목표 온도의 입력의 타이밍이 지연됨에 의해, 응답 파형의 타이밍도 지연되는 것이지만, 기준 시점(t=t0) 및 각 경과 시점(t=t1 내지 tm)은, 지연되는 일 없이, 제 1의 타이밍일 때로 고정하고, 이 고정한 각 경과 시점(t=t1 내지 tm)에 대해 지연된 응답 파형으로부터 간섭 행렬을 산출하게 된다.
도 12의 간섭 행렬(A)의 각 행은, 도 14의 (b)의 응답 파형의 제 1의 타이밍의 목표 온도의 입력의 기준 시점(t=t0)으로부터의 각 경과 시점(t=t1, t2, t3 … tm)에 각각 대응하는 것이고, 예를 들면, 최상단의 제 1의 행의 행렬(A11 내지 A1n)은, 경과 시점(t=t1)에서의 관계를 나타내는 행렬이고, 다음 행의 행렬(A21 내지 A2n)은, 경과 시점(t=t2)에서의 관계를 나타내는 행렬이고, 마찬가지로, 최하단의 행의 행렬(Am1 내지 Amn)은, 경과 시점(t=tm)의 시점에서의 관계를 나타내는 행렬이다.
여기서, 각 경과 시점(t=t1, t2, t3 … tm)은, 상술한 도 2에 도시된 워크(1)의 온도의 편차가 생기고 있는 기간에 있어서, 편차를 억제하고 싶은 각 시점에 대응하도록 미리 결정된다. 그때, 제 1의 타이밍의 목표 온도를 삼각파 형상으로 변화시키는 기준 시점(t=t0)을, 예를 들면, 워크(1)가 열판(2)에 탑재되어 열처리가 시작되는 시점에 대응시킨다.
다음에, 도 12의 간섭 행렬(A)의 각 열은, 도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 일정한 시간차가 있는 복수의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력에 각각 대응하는 것 이고, 예를 들면, 좌단의 제 1의 열의 행렬(A11 내지 Am1)은, 가장 빠른 제 1의 타이밍의 목표 온도의 삼각파 형상의 입력에 대한 관계를 나타내는 행렬이고, 도 14에 대응하는 것이다. 또한, 다음 열의 행렬(A12 내지 Am2)은, 제 1의 타이밍보다 일정 시간 지연된 제 2의 타이밍의 목표 온도의 삼각파 형상의 입력에 대한 관계를 나타내는 행렬이고, 마찬가지로, 우단의 열의 행렬(A1n 내지 Amn)은, 가장 느린 제 n의 타이밍의 목표 온도의 삼각파 형상의 입력에 대한 관계를 나타내는 행렬이다.
여기서, 도 14의 (a)에 도시된 복수의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력은, 적어도 목표 온도의 변화가 연속적인 것이 되도록, 타이밍이 빠른 삼각파에 다음 타이밍의 삼각파의 일부가 겹쳐지도록 설정하는 것이 바람직하고, 이 실시형태에서는, 삼각파의 저변의 1/2에 상당하는 일정 시간 지연시킨 것으로 되어 있다. 또한, 지연 시간을 일정하게 함에 의해, 연산 처리가 용이하게 되지만, 반드시 지연 시간은 일정하지 않아도 좋다.
이상과 같이 도 12에 도시한 간섭 행렬(A)은, 각 행이, 삼각파 응답 파형의 각 경과 시점(t=t1, t2, …, tm)에 대응하고, 각 열이, 시간차가 있는 복수의 목표 온도의 각 입력에 대응하기 때문에, 행과 열이 교차하는 위치의 행렬, 예를 들면, 행렬(A21)은, 제 1열이기 때문에 삼각파 형상의 목표 온도의 입력이 제 1의 타이밍이고, 제 2행이기 때문에 삼각파 응답 파형의 경과 시점(t2)에 대응하는 행렬이고, 또한, 예를 들면, 행렬(A12)은, 제 2열이기 때문에 삼각파 형상의 목표 온도의 입력이 제 2의 타이밍이고, 제 1행이기 때문에 삼각파 응답 파형의 경과 시점(t1)에 대응하는 행렬이다.
이와 같이 도 12에 도시한 간섭 행렬(A)은, 각 행이, 삼각파 응답 파형의 각 경과 시점(t=t1, t2, …, tm)에 대응하고, 각 열이, 시간차가 있는 복수의 목표 온도의 각 입력에 대응하기 때문에, 목표 온도의 입력 및 삼각파 응답 파형의 시간적인 영향을 나타내는 간섭 행렬로 되어 있다.
또한, 제 1 내지 제 n의 각 타이밍마다, 제 1 내지 제 p의 각 채널(ch1 내지 chp)마다의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력이 있고, 각 목표 온도의 입력에 개별적으로 대응하여 복수의 계측점(1 내지 k)마다의 삼각파 응답 파형이 있지만, 도 14의 (a)에서는, 각 타이밍에서의 각 채널의 목표 온도의 입력을, 하나의 삼각파로 대표적으로 나타내고, 도 14의 (b)에서는, 각 채널 및 각 계측점에 각각 대응하는 복수의 응답 파형을 하나의 응답 파형으로 대표적으로 나타내고 있다.
다음에, 도 13에 의거하여, 간섭 행렬(A)의 공간적(위치적)인 관계에 관해 설명한다.
이 도 13은, 도 12의 간섭 행렬(A) 내의 행렬(A21)을 대표적으로 도시한 것이다.
행렬(A21)은, 상술한 바와 같이, 간섭 행렬(A)의 제 1열이기 때문에 삼각파 형상의 목표 온도의 입력이 제 1의 타이밍이고, 제 2행이기 때문에 삼각파 응답 파형의 경과 시점(t2)에 대응하는 행렬이다.
이 행렬(A21)은, 도 13에 도시한 바와 같이, 각 열이, 제 1 내지 제 p의 각 채널(ch1 내지 chp)에 대응하고 있고, 각 행이, 워크(1)의 제 1 내지 제 k의 각 계측점(s1 내지 sk)에 각각 대응하고 있다.
예를 들면, 좌단의 제 1열, 최상단의 제 1행은, 도 15(a)에 도시한 바와 같이, 제 1의 타이밍의 제 1의 채널(ch1)의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력에 대한 도 15(b)에 도시한 삼각파 응답 파형의 제 1의 계측점(s1)의 경과 시점(t=t2)에서의 온도 변화(a11)를 나타내고 있고, 제 1열, 제 2행은, 제 1의 채널(ch1)의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력에 대한 삼각파 응답 파형의 제 2의 계측점(s2)의 경과 시점(t=t2)에서의 온도 변화(a21)를 나타내고 있고, 마찬가지로, 제 1열, 최하단의 행은, 제 1의 채널의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력에 대한 삼각파 응답 파형의 제 k의 계측점(sk)의 경과 시점(t=t2)에서의 온도 변화(ak1)를 나타내고 있다. 또한, 도 15(b)에는, 3개의 계측점(s1 내지 s3)의 삼각파 응답 파형을 대표적으로 도시하고 있고, 또한, 도 15(a)는, 제 1의 타이밍의 삼각파 형상의 입력을 도시하고 있고, 제 1의 채널(ch1) 이외의 채널의 삼각파는, 알기 쉽도록 높이를 낮게 하여 도시하고 있지만, 실제는, 각 채널 모두 같은 높이의 삼각파로 되어 있다.
또한, 행렬(A21)의 예는, 제 2열, 제 1행은, 제 2의 채널(ch2)의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력에 대한 제 1의 계측점(s1)의 삼각파 응답 파형의 경과 시점(t=t2)에서의 온도 변화(a12)를 나타내고 있고, 제 2열, 제 2행은, 제 2의 채널(ch2)의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력에 대한 제 2의 계측점(s2)의 삼각파 응답 파형의 경과 시점(t=t2)에서의 온도 변화(a22)를 나타내고 있고, 마찬가지로, 제 2열, 최하단의 행은, 제 2의 채널(ch2)의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력에 대한 제 k의 계측점(sk)의 응답 파형의 경과 시점(t=t2)에서의 온도 변화(ak2)를 나타내고 있다.
마찬가지로, 예를 들면, 우단의 제 p열, 제 1행은, 제 p의 채널(chp)의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력에 대한 제 1의 계측점(s1)의 삼각파 응답 파형의 경과 시점(t=t2)에서의 온도 변화(a1p)를 나타내고 있고, 제 p열, 제 2행은, 제 p의 채널(chp)의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력에 대한 제 2의 계측점(s2)의 삼각파 응답 파형의 경과 시점(t=t2)에서의 온도 변화(a2p)를 나타내고 있고, 마찬가지로, 제 p열, 최하단의 행은, 제 p의 채널(chp)의 삼각파 형상의 목표 온도의 입력에 대한 응답 파형의 제 k의 계측점(sk)의 경과 시점(t=t2)에서의 온도 변화(akp)를 나타내고 있다.
이와 같이 행렬(A21)은, 각 행이, 응답 파형의 각 계측점(s1 내지 sk)에 대응하고, 각 열이, 각 채널(ch1 내지 chp)에 대응하기 때문에, 워크(1)에 있어서의 위치, 각 채널(ch1 내지 chp)에 개별적으로 대응하는 히터나 온도 센서의 배치 등의 공간적인 위치의 영향을 나타내는 간섭 행렬로 되어 있고, 이것은, 행렬(A21)로 한하지 않고, 도 12의 간섭 행렬을 구성하는 각 행렬도 마찬가지이다.
따라서, 도 12, 그 상세를 도시한 도 11의 간섭 행렬(A)은, 시간적, 공간적인 영향을 고려한 행렬로 되어 있다.
이상이, 이 실시형태에 이용하는 간섭 행렬(A)에 관한 설명이고, 도 3의 퍼스널 컴퓨터(4)에서는, 상술한 바와 같이 하여 계측한 스텝 응답 파형으로부터 연산 처리에 의해 이러한 간섭 행렬(A)을 산출하고, 예를 들면, 간섭 행렬용의 파일에 격납하는 것이다.
또한, 퍼스널 컴퓨터(4)는, 상술한 도 2에 도시한 열처리를 행한 경우의 워 크(1)의 복수의 계측점(1 내지 k)의 계측 온도의 데이터도 시험용의 워크(1)를 이용하여 계측하고, 데이터 파일에 격납한다. 즉, 이 실시형태에 의한 목표 온도의 조정을 행하기 전의 상태에서, 워크(1)의 열처리를 행한 경우의 워크(1)의 복수의 계측점(1 내지 k)의 온도를 계측하고, 데이터 파일에 격납한다.
퍼스널 컴퓨터(4)는, 간섭 행렬(A)과, 워크(1)의 복수의 계측점(1 내지 k)의 온도의 계측 데이터에 의거하여, 편차를 억제하기 위한 목표 온도의 조정을 위한 조정 정보로서의 조정치를 다음과 같이 하여 산출한다.
여기서, 목표 온도의 제 1 내지 제 n의 각 타이밍에 있어서의 각 채널(ch1 내지 chp)의 삼각파 형상의 목표 온도의 온도 변화(삼각파의 높이)를 c1 내지 cn으로 하고, 워크(1)의 각 경과 시점(t=t1 내지 tm)에서의 각 계측점의 온도 변화를 b1 내지 bm으로 하면, 각 경과 시점(t=t1 내지 tm)에서의 워크(1)의 각 계측점(1 내지 k)의 온도 변화(b1 내지 bm)는, 간섭 행렬(A)을 이용하여 다른 식으로 표시할 수 있다.
[수식 1]
Figure 112006042647542-pat00001
이 식(1)에서, b1은 경과 시점(t=t1)에서의 각 계측점(1 내지 k)의 온도 변 화를 나타내는 벡터이고, b2는 경과 시점(t=t2)에서의 각 계측점(1 내지 k)의 온도 변화를 나타내는 벡터이고, 마찬가지로, bm은 경과 시점(t=tm)에서의 각 계측점(1 내지 k)의 온도 변화를 나타내는 벡터이다.
또한, c1은 제 1의 타이밍에서의 각 채널(ch1 내지 chp)의 삼각파 형상의 목표 온도의 온도 변화(삼각파의 높이)를 나타내는 벡터이고, c2는 제 2의 타이밍에서의 각 채널(ch1 내지 chp)의 삼각파 형상의 목표 온도의 온도 변화(삼각파의 높이)를 나타내는 벡터이고, 마찬가지로, cn은 제 n의 타이밍에서의 각 채널(ch1 내지 chp)의 삼각파 형상의 목표 온도의 온도 변화(삼각파의 높이)를 나타내는 벡터이다.
이 식(1)은, 제 1 내지 제 n의 각 타이밍에서의 각 채널의 목표 온도의 온도 변화(c1 내지 cn)에 대한, 각 경과 시점(t=t1 내지 tm)에서의 워크(1)의 각 계측점(1 내지 k)의 온도 변화(b1 내지 bm)를 나타내고 있다.
즉, 식(1)로부터, 제 1 내지 제 n의 각 타이밍의 삼각파 형상의 목표 온도의 삼각파의 높이를 c1 내지 cn으로 하면, 워크(1)의 각 경과 시점(t=t1 내지 tm)에서의 계측점의 온도 변화가, b1 내지 bm으로 되는 것을 나타내고 있다.
따라서, 역으로, 각 경과 시점(t=t1 내지 tm)에서의 워크(1)의 각 계측점의 온도 변화(b1 내지 bm)를, 편차를 억제하는 온도 변화로 선택하면, 그와 같은 온도 변화를 발생시키는데 필요한 목표 온도의 온도 변화(삼각파의 높이)(c1 내지 cn), 즉, 목표 온도의 조정치(c1 내지 cn)는, 간섭 행렬(A)의 역행렬(A-1)을 이용하여 다 음 식에서 산출할 수 있게 된다.
[수식 2]
Figure 112006042647542-pat00002
간섭 행렬(A)의 역행렬(A-1)이 구해지는 경우에는, 식(2)에 의해, 목표 온도의 조정치(c1 내지 cn)를 산출할 수 있지만, 일반적으로, 제어할 수 있는 채널 수(ch1 내지 chp)에 비하여, 워크(1)의 계측점(1 내지 k)의 수의 쪽이 많기 때문에, 역행렬(A-1)을 구하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 이 실시형태에서는, 역행렬(A-1)에 대신하여, 의사 역행렬((AT＊A)-1＊AT)을 이용하도록 하고 있다. 그리고, AT는 간섭 행렬(A)의 전치(轉置) 행렬이다.
퍼스널 컴퓨터(4)는, 상술한 도 2에 도시한 열처리를 행한 경우의 워크(1)의 복수의 계측점(1 내지 k)의 계측 온도의 데이터로부터 편차를 억제하는 온도 변화를 온도 분포 정보로서 산출한다.
예를 들면, 도 2에서, 경과 시점(t=t1)에서의 계측점(1)의 계측 온도(b11)가, 평균치보다도 0.08℃ 높은 때에는, 그 편차를 억제하도록 -0.08℃를, 경과 시 점(t=t1)에서의 계측점(1)의 온도 분포 정보로서 산출하고, 또한, 경과 시점(t=t1)에서의 계측점(2)의 계측 온도(b21)가, 평균치보다도 0.04℃ 낮은 때에는, 그 편차를 억제하도록 +0.04℃를, 경과 시점(t=t1)에서의 계측점(2)의 온도 분포 정보로서 산출하고, 또한, 경과 시점(t=t1)에서의 계측점(3)의 계측 온도(b31)가, 평균치보다 0.08℃ 낮은 때에는, 그 편차를 억제하도록 +0.08℃를, 경과 시점(t=t1)에서의 계측점(3)의 온도 분포 정보로서 산출하고, 이하 마찬가지로 하여, 경과 시점(t=t1)에서의 계측점(k)까지의 온도 분포 정보를 산출한다. 또한, 마찬가지로 하여 각 경과 시점(t=t2 내지 tm)에서의 각 계측점(1 내지 k)의 온도 분포 정보를 산출한다.
이 산출한 온도의 편차를 억제하기 위한 각 경과 시점(t=t1 내지 tm)의 온도 분포 정보가, 상술한 식(2)에서의 b1 내지 bm로서 이용된다.
퍼스널 컴퓨터(4)는, 이 추출한 온도 분포 정보(b1 내지 bm)와, 간섭 행렬(A)의 역행렬(A-1)에 대신하여 이용하는 의사 역행렬((AT＊A)-1＊AT)로부터 식(2)에 따라 목표 온도의 조정치(c1 내지 cn)를 산출하는 것이다.
이 조정치(c1 내지 cn)는, 열판(2)에 의한 워크(1)의 열처기를 위한 목표 온도인 소정 온도(T)에 대해, 플러스 또는 마이너스의 온도치의 벡터이고, 이 조정치(c1 내지 cn)(이하 「c」라고 약기한다)를, 목표 온도의 가산치로 하여, 목표 온도에 가산하면, 목표 온도가 조정되게 된다.
이 조정치(c)는, 상술한 바와 같이 간섭 행렬(A)의 역행렬(A-1)이 아니라, 간섭 행렬(A)에 의거한 의사 역행렬((AT＊A)-1＊AT)을 이용하여 산출되기 때문에, 오차가 생기게 되지만, 산출된 조정치(c)에 의해, 온도의 편차의 억제 효과가 충분하다고 판단한 때에는, 이 산출된 조정치(c)를 이용하면 좋다.
이 실시형태에서는, 온도의 편차의 억제 효과를, 한층 더 높이기 위해, 산출된 조정치(c)를, 초기치의 하나로 함과 함께, 랜덤하게 발생시킨 조정치의 초기치를 초기 집단으로 하여, 간섭 행렬(A)을 포함하는 평가식을 이용한 유전적 알고리즘에 의해 조정치(c)가 최적치를 탐색하도록 하고 있다.
여기서, 평가식은, 하기한 식을 이용하고 있다.
b'=b-Ac
A는 상술한 간섭 행렬, c는 조정치, b는 온도의 편차를 억제하도록 산출된 상술한 온도 분포 정보의 벡터로서, 상술한 b1 내지 bm에 대응하는 것이다.
상술한 식(1)로 표시한 바와 같이, 역행렬(A-1)을 이용하여 조정치(c)를 산출할 수 있는 경우에는, b와 Ac는, 동등하게 되어, 평가치(b')는 0이 되지만, 이 실시형태에서는, 역행렬(A-1)이 아니라, 의사 역행렬((AT＊A)-1＊AT)을 이용하여 조정치(c)를 산출하고 있기 때문에, 평가치(b')는, 0으로는 되지 않는다.
그래서, 이 실시형태에서는, 편차 폭이 작은, 즉, 평가치(b')의 최대치와 최소치의 차가 최소가 되는 조정치(c)를 탐색하여, 최종적인 조정치(c)로 하는 것이다.
즉, 초기치로서, 의사 역행렬을 이용하여 상술한 바와 같이 하여 산출된 조 정치(c) 및 랜덤하게 발생시킨 조정치로 이루어지는, 예를 들면, 100 정도로 조정치의 초기 집단을 준비하고, 각 조정치에 관해, 상술한 평가식에 의해 평가치(b')를 산출하고, 또한, 그 평가치(b')의 최대치와 최소치와의 차인 최대의 편차 폭을 산출하는 제 1의 처리를 행하고, 이 편차 폭이 작고 양호한 것을 중심으로, 조정치를 선택하는 제 2의 처리를 행하고, 이 선택한 조정치 안에서, 교차(交叉)나 돌연변이를 발생시켜서, 조정치를 100 정도로 늘리는 제 3의 처리를 행하고, 이 제 1, 제 2, 제 3의 처리를 1세대로 하고, 이하 마찬가지로 반복하여, 제 1의 처리에서 산출되는 평가치(b')의 편차 폭이, 0에 근접한 때에 처리를 정지하고, 그 세대에서 가장 차가 작은 편차 폭의 조정치(c)를 최종적인 조정치(c)로 하는 것이다.
퍼스널 컴퓨터(4)는, 이상과 같이 하여 탐색한 목표 온도의 조정치(c)를, 통신에 의해, 온도 조절기(3)에 대해 송신한다.
도 16은, 온도 조절기(3)의 내부 구성의 블록도로서, 퍼스널 컴퓨터(4)로부터 주어지는 조정치(c)를 포함하는 조정 데이터에 의거하여, 설정되어 있는 소정 온도(T)의 목표 온도(SP)에 가산하는 가산 파형을 생성하는 SP 가산 파형 생성부(6)와, 가산 파형이 가산된 조정 후의 목표 온도와 열판(2)으로부터의 검출 온도(PV)와의 편차에 따라, PID 연산을 행하여 조작량을 출력하는 PID 컨트롤러(7)를 구비하고 있다. SP 가산 파형 생성부(6) 및 PID 컨트롤러(7)는, 마이크로 컴퓨터에 의해 구성된다.
도 17은, 하나의 채널의 가산 파형의 한 예를 도시한 것으로서, SP 가산 파형 생성부(6)에는, 퍼스널 컴퓨터(4)로부터 제 1 내지 제 n의 각 타이밍의 삼각파 의 높이에 대응하는 조정치(c)(c1 내지 cn)가, 각 채널에 개별적으로 대응하여 주어진다. SP 가산 파형 생성부(6)는, 도 17에 도시한 바와 같이, 각 삼각파의 정점(頂点)을 잇는 가산 파형을 생성한다. 이때, SP 가산 파형의 생성을 시작하는 시점은, 예를 들면, 워크(1)가 열판(2)에 탑재되어 열처리가 시작되는 시점이고, 상술한 기준 시점(t=t0)에 대응하는 것이다. 이 워크(1)의 열판(2)에의 탑재의 시점(時點)은, 예를 들면, 워크(1)의 열판(2)에의 탑재를 행하는 반송 공급 수단을 제어하는 상위 장치로부터의 도시하지 않은 타이밍 신호에 의해, 또는, 열판(2)의 검출 온도(22)의 변화로부터 검출할 수 있다.
워크(1)의 통상의 열처리 공정에 있어서, 온도 조절기(3)에서는, 소정 온도(T)로 설정된 목표 온도(SP)에, 이 가산 파형을 가산하여 내부의 목표 온도로 하고, 이 내부의 목표 온도에, 열판(2)의 검출 온도(PV)가 일치하도록 제어를 행하는 것이다.
따라서, 각 채널의 목표 온도에, 예를 들면, 도 18에 도시된 바와 같은 가산 파형이 가산되어 목표 온도가 조정됨에 의해, 예를 들면, 도 2의 워크(1)의 온도의 편차가, 도 19에 도시한 바와 같이 억제되어 균일한 열처리가 행하여지게 된다.
도 20은, 이상의 퍼스널 컴퓨터(4)의 전체의 처리를 도시한 플로우 차트이다.
우선, 열판(2)의 각 채널(ch1 내지 chp)마다 목표 온도를 스텝 형상으로 변화시켜서 워크(1)의 각 계측점(1 내지 k)의 응답 파형을 계측하고, 이 응답 파형으로부터 연산 처리에 의해 간섭 행렬(A)을 산출하고(제 1의 순서), 파일에 보존한다(스텝 n1).
목표 온도로 정정한 열판(2)에, 워크(1)를 탑재하여 열처리를 행한 때의 워크(1)의 각 계측점(1 내지 k)의 계측 온도의 시계열 데이터를 취득하고, 파일에 보존한다(스텝 n2).
간섭 행렬 및 시계열 데이터로부터 추출한 온도의 편차를 억제하기 위한 온도 분포 정보로부터 목표 온도의 조정치를 산출하고(제 2의 순서), 유전적 알고리즘(GA)에 의해 최적의 조정치를 결정한다(스텝 n3).
결정한 조정치의 데이터를, 온도 조절기(3)에 전송한다(스텝 n4).
온도 조절기(3)는, 워크(1)의 통상의 열처리가 시작되면, 전송된 조정치에 응하여 목표 온도를 조정하여 온도 제어를 행한다.
또한, 피처리물의 온도의 편차를 억제하려고 하는 시점(t=t0 내지 tm)을 변경하는 경우에는, 퍼스널 컴퓨터(4)에 변경하는 시점(t=t0 내지 tm)을 설정 입력함에 의해, 그 시점에 대응하는 간섭 행렬(A)이 산출됨과 함께, 온도 분포 정보가 산출되고, 이들에 의거하여, 조정치가 산출된다.
(실시형태 2)
다음에, 본 발명의 다른 실시형태에 관해 설명한다. 이 실시형태에서는, 워크(1)를 열판(2)에 탑재하여 열처리를 시작한 당초에 있어서의 온도의 편차를 보다 효과적으로 억제하기 위해, 열판(2)을 미리 소정 온도(T)보다도 예를 들면, 1℃ 높은 온도로 예비 가열하였다고 상정한 것에 상당하는 간섭의 행렬을, 다음과 같이 하여 구하고, 구한 행렬로, 상술한 도 12에 도시한 간섭 행렬(A)의 제 1의 타이밍 에 대응하는 행렬(A11 내지 Am1)을 치환하는 것이다.
우선, 열판(2)의 전 채널(ch1 내지 chp)의 목표 온도(SP)를, 열처리를 행하는 소정 온도(T)로 설정하여 온도 제어를 시작하고, 열판(2)의 온도가 소정 온도(T)에 달하여 정정한 상태에서, 시험용의 워크(1)를 탑재한 때의 워크(1)의 복수의 계측점(1 내지 k)에서의 온도를 계측한다.
다음에, 제 1의 채널(ch1)의 목표 온도(SP)를, 열처리를 행하는 소정 온도(T)보다도 1℃ 높은 온도로 설정하여 온도 제어를 시작하고, 열판(2)의 온도가 설정 온도(T+1℃)에 달하여 정정한 상태에서, 시험용의 워크(1)를 탑재한 경우의 워크(1)의 복수의 계측점(1 내지 k)에서의 온도를 계측한다.
다음에, 소정 온도(T)보다도 1℃ 높은 때의 응답 파형으로부터 소정 온도(T)일 때의 응답 파형을 감산함에 의해, 목표 온도에 관해서는, 워크(1)를 탑재한 순간(t=t0)에, 스텝 형상으로 1℃의 온도 변화가 생긴 것이라고 간주하고, 도 21에 도시한 바와 같이, 1℃의 예비 가열에 상당하는 스텝 응답 파형을 얻을 수 있다.
이 1℃의 예비 가열에 상당하는 스텝 응답 파형을, 각 채널에 관해 마찬가지로 계측한다.
다음에, 이 스텝 응답 파형으로부터 상술한 도 10의 (b)와 마찬가지로 미소한 스텝 형상의 응답 파형을, 도 22의 (a)에 도시한 바와 같이 감산하여 감에 의해, 동 도(b)에 도시한 개략 직각삼각형 형상의 목표 온도의 변화에 대응하는 응답 파형을 합성할 수 있다.
이것을 각 채널(ch2 내지 chp)에 대해 행하고, 이들의 응답 파형으로부터, 상술한 바와 마찬가지로 하여, 각 채널(ch1 내지 chp)에 관해, 각 경과 시점(t=t1 내지 tm)에서의 각 계측점(1 내지 k)의 온도 변화를 각각 나타내는 행렬을 구할 수 있고, 이들 행렬을 상술한 간섭 행렬(A)의 제 1의 타이밍에 대응하는 행렬(A11 내지 Am1)과 치환한 것이다.
이 실시형태에서는, 워크(1)를 열판(2)에 탑재하기 전에 1℃의 예비 가열을 행한 것에 상당하는 목표 온도의 변화를 고려한 행렬을 이용하기 때문에, 워크(1)를 열판(2)에 탑재하여 열처리를 시작한 당초에 있어서, 보다 정밀도가 높은 조정이 가능해진다.
(그 밖의 실시형태)
상술한 실시형태에서는, 퍼스널 컴퓨터(4)는, 워크(1)의 온도의 편차를 나타내는 계측 데이터에 의거하여, 온도의 편차를 억제하기 위한 온도 분포 정보(b1 내지 bm)를 산출하였지만, 본 발명의 다른 실시형태로서, 예를 들면, 미리 계측된 계측 데이터로부터 유저가, 편차를 억제하기 위한 온도 분포 정보를, 설정치로서 설정하도록 하여도 좋고, 이 경우에는, 이 설정치와 상술한 간섭 행렬(A)에 의해, 조정치를 산출하게 된다.
상술한 실시형태에서는, 삼각파 형상의 목표 온도의 입력 및 그 응답 파형을 이용하여 간섭 행렬(A)을 구하였지만, 포화가 문제가 되지 않는 경우에는, 펄스 형상의 목표 온도의 입력 및 그 응답 파형을 이용하여 간섭 행렬을 구하여도 좋다.
상술한 실시형태에서는, 목표 온도를 조정하였지만, 다른 실시형태로서, 열판(2)으로부터의 검출 온도를 조정치를 이용하여 수정함에 의해, 실질적으로 목표 온도를 조정하도록 하여도 좋다.
목표 온도를 조정하면, 상술한 도 16의 PID 컨트롤러(7)로부터의 조작량이 조정되기 때문에, 본 발명의 다른 실시형태로서, 목표 온도의 조정에 대신하여, 조작량을 조정하도록 하여도 좋다.
즉, 목표 온도에 대신하여, 조작량과 워크(1)의 온도와의 관계를 나타내는 간섭 행렬을 구하고, 이 간섭 행렬을 이용하여 온도의 편차를 억제하는데 필요한 조작량의 조정치를 산출하고, 이 조정치를 이용하여 조작량을 조정하여도 좋다.
상술한 실시형태에서는, 퍼스널 컴퓨터(4)로부터 온도 조절기(3)에 대해, 각 채널(ch1 내지 chp)마다, 제 1 내지 제 n의 각 타이밍에 대응한 가산치의 데이터를 송신하였지만, 다른 실시형태로서, 퍼스널 컴퓨터(4)에서 가산치의 파형 데이터를 합성하고, 가산치의 시계열 데이터로서 온도 조절기(3)에 송신하도록 하여도 좋다.
또한, 온도 조절기(3)에 송신한 데이터량을 저감하기 위해, 예를 들면, 가산치의 파형에 대응하는 전달 함수의 계수치를, 온도 조절기(3)에 송신하고, 온도 조절기(3)에서 전달 함수를 이용하여 가산치의 파형을 재생하도록 하여도 좋다.
예를 들면, 가산치의 파형은, 다음 이유로부터 임펄스 응답이라고 간주할 수 있다. 즉, 목표 온도(SP)의 가산치(△SP)의 파형은, 과도적인 혼란을 보상하는 파형이므로, t=0에서, △SP(t)=0이고, t=∞에서, △SP(t)=0이고, 양단(兩端)이 0이다. 또한 그 사이에서는, 어떤 크기로 팽창하는 변화를 한다.
한편, 임펄스 응답(g(t))으로 하면, 임펄스 응답(g(t))도, t=0에서 g(t)=0, t=∞에서 g(t)=0이고, 양단이 0이고, 그 사이에서는, 어떤 크기로 팽창하는 변화를 한다.
따라서, 이 2개를 비교하면 도중의 파형 변화가 미묘한 부분 등이 미세한 파형을 일치시키는 것이 불필요한 경우, 즉, 요구하는 정밀도를 충족시키는 경우에는, SP의 가산치(△SP)는, 임펄스 응답과 일치한다고 간주할 수 있다.
임펄스 응답 파형과 전달 함수는 1대1의 관계가 있어서, 전달 함수의 계수만을, 온도 조절기(3)에 송신함으로써, 응답 파형을 적은 정보로 전송할 수 있게 된다.
임펄스 응답을 g(t)로 하였을 때, 그것을 라플라스 변환한 것이, 전달 함수(G(s)=Y(s)/U(s)이다. 입력(U(s)) 및 출력(Y(s))이 2차(次)라고 하면, 전달 함수는, 다음 식으로 표시된다.
[수식 3]
Figure 112006042647542-pat00003
따라서, 전달 함수(G(s))의 5개의 계수(a1, a2, b1, b2, K)를 온도 조절기(3)에 전송하면 좋다.
그래서, 퍼스널 컴퓨터(4)에서 생성한 SP의 가산 파형으로부터 5개의 계수(a1, a2, b1, b2, K)를 구하고, 이 5개의 계수(a1, a2, b1, b2, K)를, 온도 조절기(3)에 송신한다. 온도 조절기(3)는, 5개의 계수(a1, a2, b1, b2, K)에 의해 규정되는 전달 함수를 이용하여 SP의 가산 파형을 재생한다.
이로써, 퍼스널 컴퓨터(4)로부터 온도 조절기(3)에 전송하는 데이터량을 저감할 수 있다.
상술한 실시형태에서는, 유전적 알고리즘을 이용하여 최적의 조정치를 탐색하였지만, 등산법, 시뮬레이티드·어닐링(SA)법 등, 또는, 가능성이 있는 범위를 세밀하게 바둑판모양으로 처음부터 끝까지 철저히 탐색하는 전탐색 등의 다른 수법을 이용하여도 좋다.
상술한 실시형태에서는, 스텝 응답 파형을 계측하고, 이 스텝 응답 파형으로부터 삼각파 응답 파형을 합성하였지만, 다른 실시형태로서, 목표 온도를 삼각파 형상으로 변화시키고, 워크의 각 계측점의 온도를 계측하는, 즉, 삼각파 응답 파형을 직접 계측하여도 좋고, 또는, 펄스 응답 파형을 직접 계측하여도 좋다.
상술한 실시형태에서는, 히터 등을 이용한 가열 처리에 적용하여 설명하였지만, 펠티에 소자나 냉각기 등을 이용한 냉각 처리에 적용하여도 좋고, 또한, 가열과 냉각을 병용하는 온도 제어에 적용하여도 좋다.
또한, 본 발명은, 온도 제어로 한하지 않고, 압력, 유량, 속도 또는 액위 등의 다른 물리 상태의 제어에 적용하여도 좋다.
산업상의 이용 가능성
본 발명은, 예를 들면, 워크 등의 피처리물의 열처리에 있어서의 온도 제어 등에 유용(有用)하다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 목표 정보와 피처리물의 물리 상태와의 관계 를 나타내는 관계 정보로부터, 피처리물의 물리 상태를 소망하는 상태로 하기 위한 목표 정보를 예측하고, 예측한 목표 정보가 되도록 목표 정보를 조정하기 때문에, 조정된 목표 정보가 되도록 처리 수단의 물리 상태가 제어되는 결과, 이 처리 수단에서 처리되는 피처리물의 물리 상태가 소망하는 상태가 되어 처리된다.

Claims (36)

  1. 삭제
  2. 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어하는 온도 제어 방법으로서,
    상기 목표 온도를 변화시킨 때의 상기 피처리물의 온도 변화를 복수의 계측점에서 계측한 계측 온도에 의거하여, 상기 목표 온도와 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 구하는 제 1의 공정과,
    상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도를 상기 복수의 계측점에서 계측한 계측 온도에 의거하여, 온도 분포 정보를 구하는 제 2의 공정과,
    상기 제 1의 공정 및 상기 제 2의 공정에서 각각 구한 상기 관계 정보 및 상기 온도 분포 정보에 의거하여, 상기 피처리물의 온도가 소망하는 온도 상태가 되도록 상기 목표 온도를 조정하기 위한 조정 정보를 구하는 제 3의 공정과,
    상기 제 3의 공정에서 구한 상기 조정 정보에 의거하여 상기 목표 온도를 조정하는 제 4의 공정을 포함하고,
    상기 관계 정보를 구하는 상기 제 1의 공정에서는, 상기 각 목표 온도를 스텝 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도의 스텝 응답 파형(stepped response waveform)을 계측하고, 계측한 상기 스텝 응답 파형을 이용하여, 펄스 형상의 목표 온도의 변화에 대한 펄스 응답 파형 및 삼각파 형상의 목표 온도의 변화에 대한 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 관계 정보를 구하는 상기 제 1의 공정에서는, 상기 각 목표 온도를 펄스 형상 또는 삼각파 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도의 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 계측하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  7. 제 2항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 관계 정보를 구하는 상기 제 1의 공정에서는, 시간적으로 다른 복수의 상기 펄스 응답 파형 및 시간적으로 다른 복수의 전기 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하고, 합성한 응답 파형에 의거하여, 상기 관계 정보로서의 행렬을 구하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 조정 정보가, 상기 복수의 각 목표 온도에 관한 미리 설정된 시점에서의 조정치이고, 상기 제 3의 공정에서는, 상기 조정치를, 상기 행렬의 역행렬 및 상기 온도 분포 정보에 의거하여 산출하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3의 공정에서는, 적어도 조정치를 랜덤하게 변화시킴과 함께, 상기 행렬을 포함하는 평가식을 이용한 탐색 수법에 의해 조정치의 최적치를 탐색하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  10. 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어함과 함께, 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도를 조정하는 온도 제어 장치의 상기 조정 정보를 구하는 조정 장치로서,
    상기 목표 온도를 변화시킨 때의 상기 피처리물의 복수의 계측점에서의 계측 온도에 의거하여, 상기 목표 온도와 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 산출하는 제 1의 산출부와,
    상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도를 상기 복수의 계측점에서 계측한 계측 온도에 의거하여, 온도 분포 정보를 산출하는 제 2의 산출부와,
    상기 관계 정보와 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도 분포 정보에 의거하여, 상기 피처리물의 온도를 소망하는 온도 상태로 조정하기 위한 상기 조정 정보를 연산하는 연산 수단을 구비하고,
    상기 제 1의 산출부는, 상기 각 목표 온도를 스텝 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도의 스텝 응답 파형을 이용하여, 펄스 형상의 목표 온도의 변화에 대한 펄스 응답 파형 및 삼각파 형상의 목표 온도의 변화에 대한 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하는 것을 특징으로 하는 조정 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1의 산출부는, 상기 각 목표 온도를 펄스 형상 또는 삼각파 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 계측하는 것을 특징으로 하는 조정 장치.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1의 산출부는, 시간적으로 다른 복수의 상기 펄스 응답 파형 및 시간적으로 다른 복수의 전기 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하고, 합성한 응답 파형에 의거하여, 상기 관계 정보로서의 행렬을 산출하는 것을 특징으로 하는 조정 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 조정 정보가, 상기 복수의 각 목표 온도에 관한 미리 설정된 시점에서의 조정치이고, 상기 연산 수단은, 상기 조정치를, 상기 행렬의 역행렬 및 상기 온도 분포 정보에 의거하여 산출하는 것을 특징으로 하는 조정 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 연산 수단은, 적어도 조정치를 랜덤하게 변화시킴과 함께, 상기 행렬을 포함하는 평가식을 이용한 탐색 수법에 의해 조정치의 최적치를 탐색하는 것을 특징으로 하는 조정 장치.
  18. 삭제
  19. 제 10항, 제 14항, 제 15항, 제 16항, 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소망하는 온도 상태가, 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도의 편차가 억제된 상태이고, 상기 피처리물은, 상기 처리 수단에 탑재되어 열처리되는 것을 특징으로 하는 조정 장치.
  20. 삭제
  21. 제 10항, 제 14항, 제 15항, 제 16항, 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 제어 장치가, 상기 각 목표 온도와 상기 각 검출 온도와의 편차에 의거하여 온도 제어를 행하는 것으로서, 상기 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도 및 상기 각 검출 온도의 적어도 어느 한쪽을 조정하는 것을 특징으로 하는 조정 장치.
  22. 삭제
  23. 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어하는 온도 조절기로서,
    제 10항, 제 14항, 제 15항, 제 16항, 제 17항 중 어느 한 항에 기재된 조정 장치에 의해 구하여진 상기 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  24. 삭제
  25. 피처리물을 처리하는 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출한 각 검출 온도가, 복수의 각 목표 온도에 일치하도록 상기 처리 수단의 온도를 제어함과 함께, 조정 정보에 응하여, 상기 각 목표 온도를 조정하는 온도 제어 장치의 상기 조정 정보를 구하는 프로그램을 컴퓨터에 판독가능하게 기록하는 기록매체로서,
    상기 목표 온도와 상기 피처리물의 온도와의 관계를 나타내는 관계 정보를 연산하는 제 1의 순서와,
    상기 관계 정보와 상기 목표 온도의 조정 전의 상기 피처리물의 온도 분포 정보에 의거하여, 상기 피처리물의 온도를 소망하는 온도 상태로 조정하기 위한 상기 조정 정보를 연산하는 제 2의 순서를, 컴퓨터에 실행시키고,
    상기 제 1의 순서에서는, 상기 각 목표 온도를 스텝 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 계측 온도의 스텝 응답 파형을 이용하여, 펄스 형상의 목표 온도의 변화에 대한 펄스 응답 파형 및 삼각파 형상의 목표 온도의 변화에 대한 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하는 처리를 행하는 프로그램을 기록한 기록매체.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 제 25항에 있어서,
    상기 제 1의 순서에서는, 상기 각 목표 온도를 펄스 형상 또는 삼각파 형상으로 개별적으로 변화시킨 때의 상기 피처리물의 상기 복수의 계측점에서의 펄스 응답 파형 또는 삼각파 응답 파형을 계측하는 처리를 행하는 프로그램을 기록한 기록매체.
  30. 제 25항 또는 29항에 있어서,
    상기 제 1의 순서에서는, 시간적으로 다른 복수의 상기 펄스 응답 파형 및 시간적으로 다른 복수의 전기 삼각파 응답 파형의 적어도 어느 한쪽의 응답 파형을 합성하고, 합성한 응답 파형으로부터 상기 관계 정보로서의 행렬을 산출하는 처리를 행하는 프로그램을 기록한 기록매체.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 조정 정보가, 상기 복수의 각 목표 온도에 관한 미리 설정된 시점에서의 조정치이고, 상기 제 2의 순서에서는, 상기 조정치를, 상기 행렬의 역행렬 및 상기 온도 분포 정보에 의거하여 산출하는 처리를 행하는 프로그램을 기록한 기록매체.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 제 2의 순서에서는, 적어도 조정치를 랜덤하게 변화시킴과 함께, 상기 행렬을 포함하는 평가식을 이용한 탐색 수법에 의해 조정치의 최적치를 탐색하는 처리를 행하는 프로그램을 기록한 기록매체.
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 상기 제 23항에 기재된 온도 조절기와, 상기 처리 수단과, 상기 온도 조절기의 출력에 의해, 상기 처리 수단을 가열 및/또는 냉각한 조작 수단과, 상기 처리 수단의 온도를 복수의 검출점에서 검출하는 온도 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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