(57)【要約】【課題】長周期振動の検知性能を利用して、装置の揺れを直接検知する揺れ検知システムを提供すること。【解決手段】本発明の揺れ検知システムは、装置の脚部に設けた、ひずみゲージ式のロードセルと、前記ロードセルの荷重計測結果に基づいて、前記装置に障害を与える揺れの発生を判定する処理手段と、を備える。【選択図】図１
2020003267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の脚部に設けた、ひずみゲージ式のロードセルと、
前記ロードセルの荷重計測結果に基づいて、前記装置に障害を与える揺れの発生を判定する処理手段と、を備える、
ことを特徴とする揺れ検知システム。
【請求項２】
請求項１に記載の揺れ検知システムであって、
前記ロードセルが複数設けられ、
前記処理手段は、複数の前記ロードセルの荷重計測結果に基づいて、前記装置の揺れが地震動のＰ波かＳ波かを判定し、Ｐ波と判定した場合はＳ波の到達時の揺れを推定し、推定結果から前記装置に障害を与える揺れの発生を判定する、
ことを特徴とする揺れ検知システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の揺れ検知システムであって、
前記処理手段は、前記装置に障害を与える揺れの発生があると判定した場合に、該揺れの発生を示す信号を出力する、
ことを特徴とする揺れ検知システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の揺れ検知システムであって、
前記ロードセルは、前記装置の設置床に固定される下部と、前記装置に固定される上部とを含む、
ことを特徴とする揺れ検知システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の揺れ検知システムであって、
前記ロードセルを囲むように、前記ロードセルよりも高さが低いガード部材を設けた、
ことを特徴とする揺れ検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地震動に代表される揺れを検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置等の製造・生産装置や、加工装置、検査装置等の各種装置は地震動等による大きな揺れを受けた場合に、大きな障害を生じる場合がある。その対策として、特許文献１には地表レベルに設置した地震計により揺れを検知して警報を行うシステムが提案されている。また、特許文献２には装置に設置した複数の加速度センサ等により揺れを検知して振動を検知する検知計が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６４３２５号公報
【特許文献２】特開２０１７−１２０１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地震動による装置の揺れは、その装置が設置されている建屋の構造の影響を受ける。特許文献１のように地表レベルの揺れを検知するシステムでは、実際に装置に生じ得る揺れを建屋の構造で補正する等して予測する必要があり、地震動に対する建屋の特性が不明な場合に不利である。特許文献２のように装置にセンサを設けたものでは、装置の揺れを直接検知できるが、静電容量検出方式の加速度センサは一般に高価である。ピエゾ抵抗方式の加速度センサは比較的安価であるが、長周期振動の検知能力が劣る。
【０００５】
本発明の目的は、長周期振動の検知性能を利用して、装置の揺れを直接検知する揺れ検知システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
装置の脚部に設けた、ひずみゲージ式のロードセルと、
前記ロードセルの荷重計測結果に基づいて、前記装置に障害を与える揺れの発生を判定する処理手段と、を備える、
ことを特徴とする揺れ検知システムが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によって、長周期振動の検知性能を利用して、装置の揺れを直接検知する揺れ検知システムを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る揺れ検知システムの概略図。
【図２】ロードセルの固定例を示す図。
【図３】処理装置の処理例を示すフローチャート。
【図４】処理装置の別の処理例を示すフローチャート。
【図５】（Ａ）はＰ波到達時の荷重分布の例を示す図、（Ｂ）はＳ波到達時の荷重分布の例を示す図。
【図６】（Ａ）〜（Ｆ）はシミュレーション結果を示す図。
【図７】Ｓ波、Ｐ波の最大加速度の関係の例を示す図。
【図８】（Ａ）はガード部材の設置態様を示す半透過図、（Ｂ）は図８（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿うガード部材の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る揺れ検知システム１の概略図である。揺れ検知システム１は、地震動に代表される振動による装置１００の揺れを検知する。装置１００は、例えば、製造装置（例えば半導体製造装置等）、生産装置、加工装置、検査装置等の各種装置であり、例えば、モータやシリンダ等のアクチュエータによって動作する可動機構を含む機械装置である。
【００１０】
揺れ検知システム１は、複数のロードセル２と、処理装置３とを含む。ロードセル２は、装置１００の脚部に設けられており、本実施形態の場合、特に、装置１００の本体と設置床２００との間に介在して装置１００の脚部を構成する。本実施形態の場合、ロードセル２は４つ設けられており、矩形の底壁を有する装置１００の四隅の脚部を構成する。ロードセル２の数は、４つに限られず、１つであってもよいし、２つ、３つ、５つ以上であってもよい。本実施形態の場合、装置１００の全脚部をロードセル２が構成している。しかし、装置１００の一部の脚部をロードセル２が構成し、他の脚部がロードセル２を備えていない構成も採用可能である。
【００１１】
ロードセル２は上下方向の荷重を検知する、ひずみゲージ式のロードセルである。矢印Ｚは上下方向を示す。図２は、装置１００と、その設置床２００とに対するロードセル２の固定態様を例示している。ロードセル２は、ハウジング２０と、検知部２１とを含む。ハウジング２００は、全体として有底の円筒形状を有しており、その上部の取付フランジ２０ａと、その下部の取付フランジ２０ｂと、両取付フランジ２０ａ、２０ｂの間の胴部２０ｃとを含む。
【００１２】
取付フランジ２０ａには、その厚み方向に貫通する複数の取付穴が形成されている。この取付穴にボルト２３を挿入して、装置１００の底壁に設けた不図示のねじ穴にボルト２３を締結することで、ロードセル２が装置１００の底面に固定される。取付フランジ２０ｂには、その厚み方向に貫通する複数の取付穴が形成されている。この取付穴に、設置床２００に埋設されたアンカーボルト２０１を差し込んでナット２４をアンカーボルト２０１に締結することで、ロードセル２が設置床２００に固定される。このようにロードセル２を直接装置１００と設置床２００に固定する態様を採用することで、装置１００の揺れをロードセル２で直接検知することができる。また、個々の装置１００の揺れを監視することができるため、振動特性が異なる装置や設置環境が異なる装置について個別に揺れの検知を行うことができる。更に、ひずみゲージ式のロードセルを用いたことで、比較的安価で、長周期振動であっても振動周期特性がフラットで検知性能に優れ、外部振動によるノイズも少ないという利点がある。
【００１３】
ハウジング２０は上方（取付フランジ２０ａ）に開口した有底の穴を有し、ここに検知部２１が収容されている。検知部２１はひずみゲージを含み、装置１００からのＺ方向の荷重に応じた電気信号を発生する。検知部２１には信号ケーブル２２が接続されており、検知部２１が発生する電気信号は信号ケーブル２２を介して処理装置３に入力される。
【００１４】
図１に戻り、処理装置３について説明する。処理装置３は例えば汎用のコンピュータ装置により構成することができる。処理装置３は、処理部３１、記憶部３２及びＩ／Ｆ（インタフェース）部３３を含む。処理部３１は、ＣＰＵに代表されるプロセッサであり、記憶部３２に記憶されたプログラムを実行する。記憶部３２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクなどの記憶デバイスである。記憶部３２には、処理部３１が実行するプログラムの他、各種のデータが格納される。ロードセル２の検知結果を格納する専用のデータロガーを設けてもよい。Ｉ／Ｆ部３２は、外部デバイスと処理部３１との信号の送受信を中継する。
【００１５】
処理装置３は、また、入力装置３４及び表示装置３５を備える。入力装置３４は例えばキーボードやマウスといったオペレータの指示入力を受け付ける装置である。表示装置３５は例えば液晶表示装置等の電子画像表示装置である。
【００１６】
処理装置３は、制御装置１０１や報知装置１０２に揺れの発生を示す信号（異常報知信号ともいう。）を送信可能である。制御装置１０１は装置１００を制御する装置である。制御装置１０１は異常報知信号を受信した場合、装置１００を停止することができる。これにより、装置１００に障害を与える揺れが発生した場合に、その被害をより少なくすることができる。報知装置１０２は、例えば、警報の出力装置である。異常報知信号を受信した場合に報知装置１０２が警報を発することで、装置１００の建屋に存する人々に注意を促すことができる。なお、本実施形態では異常報知信号の送信先を制御装置１０１及び報知装置１０２としたが、いずれか一方でもよく、また、別の送信先に送信してもよい。
【００１７】
＜処理例＞
図３は処理部３１が実行する処理例を示すフローチャートである。Ｓ１では各ロードセル２の荷重計測結果を取得し、記憶部３２に保存する。本実施形態の場合、荷重計測結果は所定のサンプリング周期で取得し、記憶部３２には一定期間の荷重計測結果を時系列で保存する。本実施形態のように複数のロードセル２を備える場合、ロードセル２毎に荷重計測結果を保存する。ロードセル２はひずみゲージ式であるため、長周期振動についても精度よく検知することができる。
【００１８】
Ｓ２では記憶部３２に保存されている一定期間の荷重計測結果から装置１００の揺れ量を演算する。揺れ量は例えば装置１００の重心位置の加速度や変位量である。これらの物理量は装置１００の質量、サイズ、重心位置など諸元と荷重計測結果が示す荷重変動波形とから演算することができる。
【００１９】
Ｓ３ではＳ２で演算した揺れ量が予め定めた閾値を超えたか否かを判定する。閾値を超えた場合、装置１００に障害を与える揺れが発生していると判定し、Ｓ４へ進み、閾値を超えない場合はＳ１へ戻る。Ｓ４では異常報知信号を制御装置１０１及び報知装置１０２へ送信する。以上により処理が終了する。
【００２０】
このように本実施形態では、ひずみゲージ式のロードセル２を装置１００の脚部に設けたことで装置の揺れを直接検知することができる。また、加速度センサに比べて、コスト面と長周期振動の検知性能の点で有利なシステムを提供することができる。
【００２１】
図４は処理部３１が実行する別の処理例を示すフローチャートである。同図の例は主に地震動の検知を検知対象とし、Ｐ波とＳ波とを区別した処理を行う例である。Ｓ１１では各ロードセル２の荷重計測結果を取得し、記憶部３２に保存する。図３のＳ１の処理と同様の処理である。Ｓ１２では記憶部３２に保存されている一定期間の荷重計測結果から地震動が発生しているか否かを判定する。この判定は例えばＳＴＡ／ＬＴＡ法や、ニューラルネットワークによる定常／非定常予測等を用いて行うことができる。
【００２２】
Ｓ１２で地震動が発生していると判定した場合はＳ１３へ進み、発生していないと判定した場合はＳ１１へ戻る。Ｓ１３では記憶部３２に保存されている一定期間の荷重計測結果から地震動がＰ波かＳ波かを判定する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は判定原理の説明図である。図５（Ａ）はＰ波の場合の各ロードセル２の荷重の方向の例を示している。Ｐ波は上下動が卓越することから、装置１００は全体として一体的に上下動し、慣性力ＩはＺ方向を指向する傾向になる。４つのロードセル２が検知する荷重変動波形は比較的位相が似た波形となる。
【００２３】
図５（Ｂ）はＳ波の場合の各ロードセル２の荷重の方向の例を示している。Ｓ波は水平動が卓越し、転倒モーメントが支配的になる。慣性力Ｉは水平方向を指向する傾向にある。装置１００の底面の対角に位置するロードセル２の組が検知する荷重変動波形は逆位相となる。
【００２４】
このような傾向に着目することで、揺れがＰ波によるものか、Ｓ波によるものかを判定することができる。例えば、複数のロードセル２間で荷重変動波形の位相差を演算し、当該位相差が同位相であると評価できる場合にＰ波と判定し、逆位相であると評価できる場合にＳ波と判定することができる。
【００２５】
また、４つのロードセル２を２組に分け、ロードセル２の計測結果を確率変数として組毎に相関係数を求めることでＰ波の到達かＳ波の到達かを判定することができる。すなわち、２組のうちの少なくとも一方において、相関係数が閾値を下回ったとき、その組のロードセル２の荷重変動波形に負の相関（＝逆位相）があるとして、Ｓ波の到達と判定することができる。図６は、質量１００ｋｇ、幅１ｍ×長さ１ｍ×高さ２ｍの直方体形状の仮想装置に対して加速度が作用した場合の各ロードセル２の荷重変動波形と相関係数とを演算したシミュレーション結果を示す。
【００２６】
図６（Ａ）は仮想装置の重心に作用したと仮想した加速度変化の大きさ（波形）を示す。時間ＴまではＰ波を想定して上下方向の加速度が作用し、時間Ｔ以降はＳ波を想定して水平方向の加速度が作用している。
【００２７】
図６（Ｂ）〜図６（Ｅ）は、図６（Ａ）に示す加速度が仮想装置に作用した場合の、仮想装置の底面の四隅に設けられたロードセル２により検知される荷重変動波形の物理シミュレーション結果である。荷重の方向は上下方向であり、値の正負により上下方向が表現される。
【００２８】
図６（Ｆ）は、図６（Ｂ）の荷重変動波形と図６（Ｅ）の荷重変動波形との組の相関係数の演算結果と、図６（Ｃ）の荷重変動波形と図６（Ｄ）の荷重変動波形との組の相関係数の演算結果とを線Ｌ１、Ｌ２で示した図である。ここでのロードセル２の組合せは、装置１００の底面において互いに対角に位置するロードセル２である。同図の例では閾値を−０．８に設定しており、相関係数が閾値を下回った場合にＳ波と判定することができる。こうした手法によって、地震動がＰ波かＳ波かを判定することができる。
【００２９】
図４に戻り、Ｓ１３でＰ波と判定した場合はＳ１４へ進み、Ｓ波と判定した場合はＳ１５へ進む。Ｓ１４では、記憶部３２に保存されている一定期間の荷重計測結果からＳ波が到達した場合の装置１００の揺れを推定し、その推定量が閾値を超えるか否かを判定する。Ｓ波到達時の揺れの推定は、例えば、推定時におけるロードセル２の荷重変動波形と、装置１００の諸元（質量、サイズ、重心位置等）から装置１００の揺れ（重心位置の加速度、変位等）を計算し、過去の地震動のデータから回帰分析等によって予め得たＰ波とＳ波との関係式から演算することができる。図７は関係式の例を示す図である。
【００３０】
図７の例では、地震計により計測されたＰ波到達時における最大加速度と、その後のＳ波到達時における最大加速度との多数のサンプルを回帰演算して求められた関係式Ｌ３を模式的に示している。Ｓ１４ではＰ波到達時に装置１００の最大加速度を演算し、この関係式Ｌ３にあてはめることで、Ｓ波到達時の装置１００の最大加速度を推定することができる。
【００３１】
図４に戻り、Ｓ１４において推定量が閾値を超えない場合はＳ１１へ戻り、閾値を超える場合は、直後のＳ波の到達によって装置１００に障害を与える揺れが発生すると判定し、Ｓ１６へ進む。Ｓ１６では異常報知信号を制御装置１０１及び報知装置１０２へ送信する。このようにＰ波到達時に、その後のＳ波の到達時の揺れを事前に予測することで、大きな揺れの発生前の事前対応が可能となる。
【００３２】
Ｓ１５では記憶部３２に保存されている一定期間の荷重計測結果から装置１００の揺れ量を演算し、閾値を超えているか否かを判定する。図３の例のＳ２、Ｓ３と同様の処理である。閾値を超えた場合、装置１００に障害を与える揺れが発生していると判定し、Ｓ１６へ進み、閾値を超えない場合はＳ１１へ戻る。以上により処理が終了する。
【００３３】
なお、図４の例では、Ｓ１３においてＰ波到達と判定した場合にＳ波到達時の揺れを推定し、閾値と比較したが（Ｓ１４）、推定量が閾値を超えなかった場合に、Ｐ波により実際に生じている揺れと閾値との比較を更に行い、閾値を超えた場合にはＳ１６の処理を行ってもよい。
【００３４】
＜他の実施形態＞
装置１００に甚大な揺れが生じてロードセル２が座屈すると装置１００が転倒して大きな損傷が生じる場合も考えられる。そこで、ロードセル２を囲むようにガード部材を設けてもよい。図８（Ａ）はガード部材４の一例を示す図であり、ガード部材４は半透過図として図示されている。図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿うガード部材４の断面図である。
【００３５】
ガード部材４は、例えば、Ｚ方向においてロードセル２よりも剛性が高い材料で構成される。図示のガード部材４は、その断面形状がＵ字型をなしており、ロードセル２はＵ字の内側に配置される。ガード部材４の断面形状はＵ字型以外にコの字型、角型、三角型、円形、楕円形であってもよい。しかし、ガード部材４は本実施形態の字型のように一方側部が開放された断面形状を有している方が、設置時の取扱いに便利である。
【００３６】
ガード部材４は、装置１００の底面と設置床２００との間に配置され、ロードセル２よりも高さが低い。図示の例では、ガード部材４の上端と装置１００の底面との間には隙間Ｇ（例えば、数ｍｍ程度又は数ｃｍ程度）が存在する。したがって、通常時には装置１００からの荷重をガード部材４が受けることはなく、当該荷重はロードセル２で負担される。一方、装置１００に甚大な揺れが生じてロードセル２が座屈すると、ガード部材４が装置１００の脚部の代わりとなって装置１００を支えるので、装置１００が転倒することを防止できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  揺れ検知システム、２  ロードセル、３  処理装置、１００  装置
【図１】
2020003267.tif 000003
【図２】
2020003267.tif 000004
【図３】
2020003267.tif 000005
【図４】
2020003267.tif 000006
【図５】
2020003267.tif 000007
【図６】
2020003267.tif 000008
【図７】
2020003267.tif 000009
【図８】
2020003267.tif 000010