KR20130045589A - 진동센서를 이용한 진단시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체, LCD, LED, 태양전지 제조장치의 LM 가이드, 모터, 로봇, 각종 밸브의 떨림, 누수, 마모, 다이아프램 파손 등의 이상 징후를 감지하여 사전경보를 사용자에게 신속하게 알려줌으로써 장치의 이상 및 고장을 사전 조치하도록 하기 위한 진동센서를 이용한 진단시스템에 관한 것이다.

Description

진동센서를 이용한 진단시스템{Diagnostic system using vibration sensor}

본 발명은 진동센서를 이용한 진단시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체, LCD, LED, 태양전지 제조장치의 LM 가이드, 모터, 로봇, 각종 밸브의 떨림, 누수, 마모, 다이아프램 파손 등의 이상 징후를 감지하여 사전경보를 사용자에게 신속하게 알려줌으로써 장치의 이상 및 고장을 사전 조치하도록 하기 위한 진동센서를 이용한 진단시스템에 관한 것이다.

예를 들어 하나의 완성된 반도체 제품을 생산하기 위해서는 수많은 단위 공정으로 이루어진 일련의 제조 공정을 거쳐야 하며, 각 단위 공정은 높은 수준의 정밀도를 요구하므로 수작업에 의한 공정 진행은 거의 불가능하다. 이에 따라 반도체 생산라인에는 높은 수준의 정밀도를 만족시키기 위한 복수개의 공정설비(예를 들어 CVD 설비, 노광장치 등)가 배치되며 이들 공정설비들은 계획된 공정 순서에 의해 반도체 제조 공정을 진행하게 된다.

최근에는 이와 같이 다양한 공정을 수행하는 공정설비들의 진행 효율을 극대화하기 위해 공정 관리 시스템을 도입하고 있다. 공정 관리 시스템에 관련된 기술로서 2002년 11월 14일 대한민국 특허등록번호 10-0362701호 "단계 제어를 위한 자동화된 원격 공정 제어 시스템 및 그 제어 방법", 2002년 8월 1일 공개한 대한민국 특허공개번호 2002-0063007호 "반도체 공정설비의 공정데이터 관리 시스템"이 있다.

특허등록 10-0362701호는 각 단계별 공정들을 원격으로 제어하고 각 단계별 공정 진행 결과에 따라 전/후 공정의 공정 조건을 자동으로 설정 및 변경할 수 있는 자동화된 원격 공정 제어 시스템을 제공하고 있다. 특허공개 2002-0063007호는 반도체 공정 설비의 공정 조건 검사의 결과 데이터를 작업자의 수작업에 의하여 관리하지 않고 일련의 순서로 진행되는 서버의 제어와 그 주변 장치들의 제어에 의한 관리로 대체하는 시스템을 개시하고 있다.

종래의 공정 관리 시스템에 의하면 모든 공정은 주어진 작업 순서에 따라 자동적으로 반도체 제조 공정을 진행한다. 공정진행 도중 공정설비에 이상이나 고장이 검출하면 공정설비에는 인터록(interlock)이 발생한다, 인터록이 발생하면 작업자는 먼저 단말기를 통해 에러 로그(error log)를 확인한다. 에러 로그를 통해 공정설비의 현재 상태를 파악하고 이에 대한 적절한 조치 방법을 판단하여 문제점을 해결한다.

상기와 같은 공정 관리 시스템에 의하면 공정설비가 이상 또는 고장이 발생하고 나서야 비로소 공정설비에 문제점이 있다는 것을 알게 된다. 공정설비에 이상 또는 고장이 발생하고 나서 이에 따른 조치를 취하는 것은 많은 시간과 노동을 필요로 하게 된다. 또한 설비가동률마저 떨어뜨림으로써 전체적으로 생산비용을 상승시키는 요인이 되기도 한다. 따라서 짧은 시간 내에 공정설비의 이상 및 고장을 정확히 분석하고 이에 대한 조치방법을 제시해줄 방법이 요구된다.

반도체 공정에 있어 공정의 지연을 방지하기 위해 주기적으로 사전예방정비(preventive maintenance; PM)를 실시한다.

사전예방정비는 정기적인 공정설비의 검사를 통해 고장이 발생할 염려가 높은 곳을 미리 발견하여 손질을 하는 방법을 취한다. 그러나 수많은 공정설비를 모두 정비하기에는 시간이 많이 걸리고 또한 구체적으로 어느 공정설비에 문제점이 있는 이를 파악하는 데도 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.

또한, 제품 생산을 위한 설비의 급작스런 고장 또는 이상 발생은 설비의 운영 효율 및 제품의 수율을 크게 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 이러한 설비의 고장 발생 전에 이상 여부를 미리 진단할 필요가 있다. 특히, 이러한 설비 가운데 회전 기계는 그 진동 상태의 변화로부터 그 장치의 미세한 변화를 감지할 수 있다.

통상적인 회전 기계의 진단 방법에 따르면, 현재의 진동 레벨을 기준 레벨과 비교하여 현재의 진동 레벨이 기준레벨보다 크면 회전 기계에 이상이 있는 것으로 판정하였다. 그러나 진동 레벨만을 진단 기준으로 사용하면 회전 기계의 정확한 정상 여부 판단이 매우 어렵다. 예를 들어, 회전 기계의 불평형 질량 또는 충격 발생은 진동레벨만으로는 파악이 불가능하다. 따라서 진단의 신뢰성이 떨어진다.

또한, 이러한 통상적인 회전 기계의 진단 방법은 현재 기계의 정상 여부를 판정할 뿐, 고장 시간을 예측하지는 못한다. 따라서 어느 시점에 기계의 작동을 중지시키고 기계를 수리해야 할지 판단하기 어렵다. 따라서 기계 운영 효율이 떨어진다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술에 관련된 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 주기적인 진단이 필요한 장치의 부품에 진동센서를 부착하여 감지된 진동에 따른 주파수를 모니터링하여 이상상태 및 고장상태가 발생한 부품들을 통보함으로써 작업자의 추가 분석없이 이상 및 고장 해결 방안을 모색할 수 있는 진동센서를 이용한 진단시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 장치의 이상상태 및 고장상태 발생 여부를 공정 관리 시스템에 저장하여 사전예방정비의 필요성 여부를 미리 파악할 수 있도록 한 진동센서를 이용한 진단시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진동센서를 이용한 진단시스템은, 반도체, LCD, LED, 태양전지 제조장치의 LM 가이드, 모터, 로봇, 각종 밸브의 떨림, 누수, 마모, 다이아프램 파손 이상 징후를 감지하여 사전경보를 사용자에게 신속하게 알려줌으로써 장치의 이상 및 고장을 사전 조치하도록 하기 위한 진단시스템에 있어서, 진동신호를 발생하는 진단대상; 진동대상으로부터 발생되는 진동신호를 감지하도록 진동대상에 설치된 센서; 센서에 의해 감지된 신호를 수신하는 감지신호수신부, 감지신호수신부에 입력된 감지신호를 디지털데이터로 변환하는 A/D 컨버터, 변환된 디지털데이터를 기준데이터와 비교하는 비교부, 비교부의 비교결과를 토대로 진단대상의 이상여부를 판단하는 판단부로 구성된 컨트롤부; 및 컨트롤부에서 처리된 진단신호를 전송받아 조치하는 원격지 컴퓨터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 진동감지신호는 진동시 발생하는 고류 주파수신호인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 컨트롤부의 비교부는 진동주파수의 평균값 또는 실효값(RMS)을 임계값과 비교하여 진단대상의 결함 발생 여부를 진단할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 진동센서를 이용한 진단시스템에 따르면, 진단이 필요한 부품으로부터 나오는 출력값을 미리 설정된 기준값과 비교하여 이에 따라 정상상태, 이상상태, 고장상태로 나누어 작업자에게 알려줌으로써 작업자가 각 상태별로 대처하도록 한다는 이점이 있다.

또한 본 발명의 진동센서를 이용한 진단시스템에 따르면, 부품의 이상상태 및 고장상태 발생 여부를 호스트서버에 저장하도록 함으로써 사전예방정비의 필요성 여부를 쉽게 파악할 수 있도록 한다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동센서를 이용한 진단시스템의 기본 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진단시스템의 동작 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진동센서의 실제 부착예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진동센서의 진동감지에 따른 주파수 디스플레이 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동센서를 이용한 진단시스템의 기본 구성도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진단시스템의 동작 흐름도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진동센서의 실제 부착예시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진동센서의 진동감지에 따른 주파수 디스플레이 도면이다.

본 발명의 진동센서를 이용한 진단시스템은, 진동신호를 발생하는 진단대상(10); 상기 진동대상(10)으로부터 발생되는 진동신호를 감지하도록 진동대상(10)에 설치된 센서(20); 상기 센서(20)에 의해 감지된 신호를 수신하는 감지신호수신부(31), 감지신호수신부(31)에 입력된 감지신호를 디지털데이터로 변환하는 A/D 컨버터(32), 상기 변환된 디지털데이터를 기준데이터와 비교하는 비교부(33), 상기 비교부(33)의 비교결과를 토대로 진단대상(10)의 이상여부를 판단하는 판단부(34), 판단된 결과 데이터를 저장하는 DB(35)로 구성된 컨트롤부(30);; 및 상기 컨트롤부(30)에서 처리된 진단신호를 전송받아 조치하도록 제어하는 서버(40)로 이루어진다.

상기 센서(20)의 감지신호는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 진단대상(10)의 적어도 일부분에서 감지될 수 있고, 예를 들어 진동시 발생하는 고유 주파수영역 데이터를 포함할 수 있다. 주파수영역 데이터는 주파수의 변화에 따른 진동 데이터를 의미한다.

주파수영역 데이터는 데이터의 주기성에 관한 것들로서, 예를 들어 주파수 스펙트럼에서 1차 피크 레벨 또는 전체 피크 레벨을 포함할 수 있다. 주파수 스펙트럼은 시간에 따른 진동량을 일정 시간에 대하여 고속 푸리에 변환(fast Fourier transformation)하여 구할 수 있다. 부가적으로, 주파수영역 데이터의 신뢰성을 높이기 위해서 주파수 스펙트럼은 필터링 과정을 거칠 수 있다. 밴드 패스 필터(band pass filtering)를 이용하면 특정 주파수 구간의 데이터만을 구할 수 있다.

센서(20)의 진동신호가 아날로그로 출력되므로 A/D 컨버터(32)가 진동 신호를 디지털로 변환하기 위해서 제공된다.

컨트롤부(30)는 A/D 컨버터(32)에서 변환된 진동 신호를 토대로 비교부(33)를 통해 적절하게 처리함으로써 진단대상(10)의 정상 여부를 진단하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤부(30)는 주파수영역 데이터로부터 진단대상(10)을 진단하여 정상 여부를 진단할 수 있다.

컨트롤부(30)의 비교부(33)는 예를 들어, 진동주파수의 평균값 또는 실효값(RMS)을 임계값과 비교하여 진단대상의 결함 발생 여부를 일반적으로 진단할 수 있다. 임계값들은 정상적인 진단대상에 대한 진동신호를 분석한 결과로부터 얻어질 수 있다.

서버(40)는 컨트롤부(30)에 의해 처리된 진동주파수의 누적 자료를 기초로 진단대상의 고장 시간을 예측하는 경향 분석을 더 수행할 수 있다. 진단대상의 고장 시간을 예측하면 진단대상이 이상이 발생하기 전에 점검이 이루어질 수 있다. 따라서 진단대상에 대한 운영 효율을 높이고, 진단대상의 고장으로 인한 작업 중단 및 제품 손상을 방지할 수 있다.

서버(40)는 제어기, 입출력 장치 및 저장 장치가 일체화 된 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 서버(40)는 노트북 타입일 수 있고, 이 경우 입출력장치는 키보드 및 디스플레이를 포함하고, 저장장치는 메모리를 포함하고, 제어기는 중앙처리장치 및 소프트웨어를 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 진단시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 진단 대상 기기가 본래 부여된 작업을 수행하기 위해 동작하면(S1) 진단대상(10)에 부착된 진동센서(20)에 의해 진단대상(10)의 진동이 감지된다(S2).

진동센서(20)에 의해 감지된 신호는 진동에 따라 발생되는 고유주파수로 변환되어 나타나게 된다(S3).

이러한 진동 고유주파수값은 상술한 바와 같이 반도체, LCD, LED, 태양전지 제조장치의 LM 가이드, 모터, 로봇, 각종 밸브의 떨림, 누수, 마모, 다이아프램 파손 이상 징후에 따른 감지값들이다. 즉 이러한 구성부품들의 동작은 기본적으로 정해진 스펙대로 행해지게 되는데, 동작수행에는 자연적으로 움직임이 발생하므로 그 움직임에 따른 진동이 주어진 작업수행에 지장을 줄 정도인가를 판단하는 것이다.

상기 변환된 주파수신호는 컨트롤부(30)의 감지신호수신부(31)를 통해 A/D 컨버터(32)에 입력되어 기준데이터와 비교되기 위한 디지털데이터로 변환된다(S4).

컨트롤부(30)의 비교부(33)에서는 자체적으로 저장 관리하고 있는 기준데이터와 상기 감지데이터를 비교하고(S5), 기준데이터에 비해 감지데이터가 작으면 진단대상(10)에 별다른 문제가 없는 것이므로 스텝 S2로 복귀하여 진단대상(10)에 대한 진동감지동작을 계속 수행하도록 한다.

상기 스텝 S5에서의 판단결과, 감지데이터가 기준데이터에 비해 크면 감지데이터가 처리되어 진단대상(10)의 상태 판단을 하게 된다(S6). 판단된 데이터는 DB(35)에 저장 관리된다.

스텝 S6에서의 상태판단결과, 기기의 동작에 큰 지장을 초래하지 않는 정도의 진동이라면 정상동작을 수행하도록 장치의 동작상태를 현재상태로 계속 유지하고(S7), 기기의 동작에 큰 영향을 줄 정도의 진동이라면 현재 수행하고 있는 작업의 중요성 등을 고려하여 기기동작을 정지할 것인지를 판단한다(S8).

즉 기기가 동작한 이래 현재까지의 진단대상(10)의 진동추이를 분석하고, 앞으로 나타나게 될 진동값을 예측하게 된다(S9).

현재의 진동값과 앞으로의 진동예측값은 DB(35)에 축적 저장 관리되며, 진단대상(10)이 별다른 진동이 없이 동작하는 경우와 간헐적으로 진동이 발생하는 경우 들을 취합하여 일정시간 간격으로 총괄적인 판단이 이루어진다(S11).

스텝 S11에서의 판단결과 기기동작 정지가 필요하다고 판단되면 기기동작을 정지시키게 된다(S12).

10 : 진단대상 20 : 진동센서
30 : 컨트롤부 31 : 감지신호수신부
32 : A/D 컨버터 33 : 비교부
34 : 판단부 35 : DB
40 : 서버

Claims (3)

1. 반도체, LCD, LED, 태양전지 제조장치의 LM 가이드, 모터, 로봇, 각종 밸브의 떨림, 누수, 마모, 다이아프램 파손 이상 징후를 감지하여 사전경보를 사용자에게 신속하게 알려줌으로써 장치의 이상 및 고장을 사전 조치하도록 하기 위한 진단시스템에 있어서,
   진동신호를 발생하는 진단대상(10);
   상기 진동대상(10)으로부터 발생되는 진동신호를 감지하도록 진동대상(10)에 설치된 센서(20);
   상기 센서(20)에 의해 감지된 신호를 수신하는 감지신호수신부(31), 감지신호수신부(31)에 입력된 감지신호를 디지털데이터로 변환하는 A/D 컨버터(32), 상기 변환된 디지털데이터를 기준데이터와 비교하는 비교부(33), 상기 비교부(33)의 비교결과를 토대로 진단대상(10)의 이상여부를 판단하는 판단부(34); 판단된 결과 데이터를 저장하는 DB(35)로 구성된 컨트롤부(30); 및
   상기 컨트롤부(30)에서 처리된 진단신호를 전송받아 조치하도록 제어하는 서버(40)로 이루어진 것을 특징으로 하는 진동센서를 이용한 진단시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 진동감지신호는 진동시 발생하는 고유 주파수신호인 것을 특징으로 하는 진동센서를 이용한 진단시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤부(30)의 비교부(33)는 진동주파수의 평균값 또는 실효값(RMS)을 임계값과 비교하여 진단대상의 결함 발생 여부를 진단할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 진동센서를 이용한 진단시스템.

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