(57)【要約】【課題】周期外乱の発生する装置の異常検知を行う際に、周期外乱の影響による誤検知を防止することができる。【解決手段】異常検知装置（１）は、周期外乱が生じるシステム（２）の異常を検知するものであり、周期外乱を考慮して定められた所定期間のシステムを操作する操作量の平均値である操作量平均値と、操作量の操作によってシステムが備えるセンサで得られた所定期間の計測値の平均値であるセンサ平均値とを求める平均演算部（１１３）と、センサ平均値を操作量平均値で除算した値を異常の推定に利用する定常ゲインとして求める定常ゲイン演算部（１１４）と、定常ゲインを所定の閾値と比較して異常を検知する検知部（１１５）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期外乱が生じるシステムの異常を検知する異常検知装置であって、
前記周期外乱を考慮して定められた所定期間のシステムを操作する操作量の平均値である操作量平均値と、前記操作量の操作によって前記システムが備えるセンサで得られた前記所定期間の計測値の平均値であるセンサ平均値とを求める平均演算部と、
前記センサ平均値を前記操作量平均値で除算した値を異常の推定に利用する定常ゲインとして求める定常ゲイン演算部と、
前記定常ゲインを所定の閾値と比較して異常を検知する検知部と、
を備える異常検知装置。
【請求項２】
周期外乱が生じる熱処理装置の異常を検知する異常検知装置であって、
前記周期外乱を考慮して定められた所定期間の熱処理装置の温度を操作する操作量の平均値である操作量平均値と、前記操作量の操作によって前記熱処理装置で得られた前記所定期間の温度を計測した計測値の平均値である温度平均値とを求める平均演算部と、
前記温度平均値を前記操作量平均値で除算した値を異常の推定に利用する定常ゲインとして求める定常ゲイン演算部と、
前記定常ゲインを所定の閾値と比較して異常を検知する検知部と、
を備える異常検知装置。
【請求項３】
前記平均演算部は、前記平均値として、前記計測値の変化量が所定の変化量以上となったタイミングで、前記熱処理装置で周期的に発生する周期外乱の周期に応じて定められた期間の前記操作量及び前記計測値の平均値を演算する
請求項２に記載の異常検知装置。
【請求項４】
前記平均演算部は、前記熱処理装置に被処理物が投入から所定期間が経過したタイミングで、前記熱処理装置で周期的に発生する周期外乱の周期に応じて定められた期間の前記操作量及び前記計測値の平均値を演算する
請求項２に記載の異常検知装置。
【請求項５】
前記平均演算部は、前記操作量平均値及び前記温度平均値として、前記操作量及び前記計測値の移動平均を継続的に演算する
請求項２乃至４のいずれか１に記載の異常検知装置。
【請求項６】
前記平均演算部は、前記熱処理装置で発生する所定の周期外乱の周期より長い期間の前記操作量及び前記計測値を用いて移動平均を求める
請求項２乃至５のいずれか１に記載の異常検知装置。
【請求項７】
前記定常ゲイン演算部は、初期値として予め得られた計測値で前記温度平均値を減算した値を、前記操作量で除算した値を前記定常ゲインとする
請求項２乃至６のいずれか１に記載の異常検知装置。
【請求項８】
前記定常ゲイン演算部は、利用者によって入力されるオフセット値で前記温度平均値を減算した値を、前記操作量で除算した値を前記定常ゲインとする
請求項２乃至６のいずれか１に記載の異常検知装置。
【請求項９】
前記定常ゲイン演算部は、前記熱処理装置内に設置される被処理物の環境温度を取得し、当該環境温度で前記温度平均値を減算した値を、前記操作量で除算した値を前記定常ゲインとする
請求項２乃至６のいずれか１に記載の異常検知装置。
【請求項１０】
前記検知部は、前記熱処理装置にワークが投入された状態又は取り出された状態のいずれであるかを特定する信号が入力され、当該信号に応じた前記熱処理装置でのワークの有無に基づき、複数の閾値のなかから使用する閾値を選択する
請求項２乃至９のいずれか１に記載の異常検知装置。
【請求項１１】
前記検知部は、前記熱処理装置に投入されるワークに基づいて発生する外乱の種別を特定する信号が入力され、当該信号で特定される種別に応じて、複数の閾値のなかから使用する閾値を選択する
請求項２乃至９のいずれか１に記載の異常検知装置。
【請求項１２】
周期外乱が生じるシステムの異常を検知する異常検知方法であって、
前記周期外乱を考慮して定められた所定期間のシステムを操作する操作量の平均値である操作量平均値を求めるステップと、
前記操作量の操作によって前記システムが備えるセンサで得られた前記所定期間の計測値の平均値であるセンサ平均値を求めるステップと、
前記センサ平均値を前記操作量平均値で除算した値を異常の推定に利用する定常ゲインとして求めるステップと、
前記定常ゲインを所定の閾値と比較して異常を検知するステップと、
を備える異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期外乱の発生する装置における異常を検知する異常検知装置及び異常検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の分野において、装置で生じる故障や不具合等の異常を検知する装置が利用されている。異常を検知することで、装置の修理、交換又は不具合等を早期に実施することが可能となり、装置の正常な運転を実現することができる。例えば、製造装置の異常を検知するものであれば、不良品の製造や生産効率の低下を防止することができる。
【０００３】
ところで、装置によっては、安定して運転されているものであっても、周期的にセンサで計測される値に変動が生じるものもある。例えば、複数の被処理物を連続して投入し、熱処理する熱処理装置において、常温の被処理物を加熱されている熱処理装置内に投入すると、熱処理装置内の温度が低下する。このような状況において熱処理装置内の温度を温度センサで計測して異常を検知しようとする場合、定期的に熱処理装置内に被処理物が投入されて温度が低下することが外乱となる。すなわち、熱処理装置では装置自身の異常とは無関係の周期外乱が生じることがある。
【０００４】
一方、このような周期外乱を装置で生じる異常と区別することは困難である。したがって、従来の異常検知装置によって、このような周期外乱が異常と誤検知される可能性があり、正確な異常検知が困難であった。
【０００５】
例えば、特許文献１には、温度の計測や制御を行う場合に、計測や制御に有用な情報を容易に入手することができるようにする技術が記載される。この特許文献１に記載される方法を利用して入手した情報を利用して、装置で生じる故障や不具合等の異常を検知することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０５２０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法を利用して入手した情報を利用したとしても、装置で生じる周期外乱を異常と区別し、異常とは無関係な周期外乱であると検知することは困難であり、異常の誤検知が生じるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、周期外乱の発生する装置における周期外乱を異常と誤検知せずに異常を検知する異常検知装置及び異常検知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示に係る異常検知装置は、周期外乱が生じるシステムの異常を検知する異常検知装置であって、周期外乱を考慮して定められた所定期間のシステムを操作する操作量の平均値である操作量平均値と、操作量の操作によって前記システムが備えるセンサで得られた所定期間の計測値の平均値であるセンサ平均値とを求める平均演算部と、センサ平均値を操作量平均値で除算した値を異常の推定に利用する定常ゲインとして求める定常ゲイン演算部と、定常ゲインを所定の閾値と比較して異常を検知する検知部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る異常検知装置及び異常検知方法は、周期外乱を異常と誤検知せずに異常を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る異常検知装置について説明するブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る異常検知方法を説明するフローチャートである。
【図３】実施の形態２に係る異常検知方法を説明するフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートの異常検知処理を説明するフローチャートである。
【図５Ａ】目標値及び計測値の時間経過の一例（外乱あり）を示すグラフである。
【図５Ｂ】操作量と外乱の時間経過の一例（外乱あり）を示すグラフである。
【図５Ｃ】操作量及び計測値の場合から得られたゲイン（外乱あり）の一例である。
【図５Ｄ】操作量平均値及び温度平均値から得られた定常ゲイン（外乱あり）の一例である。
【図６Ａ】目標値及び計測値の時間経過の一例（外乱なし）を示すグラフである。
【図６Ｂ】操作量と外乱の時間経過の一例（外乱なし）を示すグラフである。
【図６Ｃ】操作量及び計測値の場合から得られたゲイン（外乱なし）の一例である。
【図６Ｄ】操作量平均値及び温度平均値から得られた定常ゲイン（外乱なし）の一例である。
【図７】変形例１に係る異常検知装置について説明するブロック図である。
【図８】変形例１に係る異常検知方法を説明するフローチャートである。
【図９】変形例２に係る異常検知装置について説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。本発明に係る異常検知装置は、周期外乱を発生する装置における周期外乱を異常と誤検知せずに装置の異常を検知するものである。なお、以下の説明において、同一の構成においては、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１３】
ここでは、「周期外乱」は、異常検知装置が異常の検知対象とする装置等において外部から生じる信号、負荷、雑音等であり、異常の有無とは関係なく、正常な場合にも生じるものである。
【００１４】
以下の実施形態において、異常検知装置は、定期的に投入される被処理物を熱処理する熱処理装置の異常を検知する例を用いて説明する。また、実施形態に係る異常検知装置は、熱処理装置への被処理物の投入による周期外乱を、異常と検知せずに誤検知を防止する具体例を用いて説明する。
【００１５】
ここでは、「目標値ＳＰ」は、熱処理装置において、熱処理のために加熱する際の目標の温度であるものとする。
また、「操作量ＭＶ」は、熱処理装置において、ヒータの加熱量を操作する出力量等を表す指標であるものとする。
また、「計測値ＰＶ」は、熱処理装置において、操作量ＭＶの操作がされた結果をセンサによって実際に計測された温度であるものとする。
【００１６】
［実施の形態１］
図１に示すように、実施の形態１に係る異常検知装置１は、異常検知の対象となる熱処理装置２に接続される。
【００１７】
熱処理装置２は、チャンバ（図示せず）内に被処理物であるワークＷが投入され、このワークＷを熱処理する。例えば、ワークＷは、半導体ウェハであって、熱処理装置２は、チャンバ内で設置されたウェハを加工する装置である。
図１に示すように、熱処理装置２は、温度制御部２１、ヒータ２２及び温度センサ２３を備える。
【００１８】
温度制御部２１は、チャンバ内を設定された目標値ＳＰにするためにヒータ２２を制御する。具体的には、温度制御部２１は、ヒータ２２を制御する信号として、操作量ＭＶにより特定される信号を出力する。ここで、目標値ＳＰは、対象のワークＷに応じて入力されてもよいし、予め熱処理装置２において記憶部（図示せず）に登録されていてもよい。
【００１９】
ヒータ２２は、温度制御部２１から入力された信号にしたがって加熱され、ワークＷが目標値ＳＰで指定される温度となるように調節する。
【００２０】
温度センサ２３は、チャンバ内に設置された被処理物であるワークの温度を計測する。ここでは、温度センサ２３によって計測された温度が計測値ＰＶである。また、温度センサ２３で計測された計測値ＰＶは、温度制御部２１に出力される。
なお、温度制御部２１は、計測値ＰＶを用いてフィードバック制御することにより、チャンバ内が目標値ＳＰに制御される。
【００２１】
〈異常検知装置〉
図１に示すように、異常検知装置１は、制御部１１、記憶部１２及び通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１３を備える情報処理装置によって実現することができる。なお、図示は省略するが、異常検知装置１は、情報の入力に利用される入力部や出力に利用される出力部を備えてもよい。
【００２２】
制御部１１は、ＣＰＵ等の異常検知装置１全体の制御を司るコントローラである。制御部１１は、例えば、記憶部１２に記憶されるプログラム（図示せず）を読み出して実行することにより、図１に示すように、設定部１１１、記憶処理部１１２、平均演算部１１３、定常ゲイン演算部１１４、検知部１１５及び出力処理部１１６としての処理を実行することができる。
【００２３】
記憶部１２は、必要なデータやプログラムを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段である。記憶部１２は、例えば、処理の実行により、操作量データ１２１、計測値データ１２２、平均値データ１２３及び設定データ１２４を記憶する。また、図示を省略するが、記憶部１２は、異常検知に必要なデータを予め記憶していてもよい。
【００２４】
通信Ｉ／Ｆ１２は、外部の装置との間でのデータの送受信を実現する手段である。この通信Ｉ／Ｆ１２が利用する通信方式は限定されない。
【００２５】
設定部１１１は、熱処理装置２の運転が開始すると、異常検知のための種々の条件を設定する。設定部１１１は、例えば、周期外乱の周期に相当するワークＷの投入から次のワークＷの投入に要する時間（１つのワークの処理時間）、熱処理装置２で処理するワークＷの数、異常の判定に使用する閾値等の値を設定する。また、設定部１１１は、これらの値を設定データ１２４として記憶部１２に記憶させる。
【００２６】
記憶処理部１１２は、熱処理装置２から、ヒータ２２の制御に利用される操作量ＭＶ、温度センサ２３で計測された計測値ＰＶ等の値を取得し、記憶部１２に記憶させる。例えば、記憶部１２は、操作量ＭＶを時刻と関連付けて操作量データ１２１として記憶部１２に記憶する。また、記憶部１２は、計測値ＰＶを時刻と関連付けて計測値データ１２２として記憶部１２に記憶する。
【００２７】
平均演算部１１３は、熱処理装置２の温度を操作する操作量ＭＶの平均値である操作量平均値と、操作量の操作によって熱処理装置２で得られた温度を計測した計測値ＰＶの平均値である温度平均値とを求める。
【００２８】
ここで、平均演算部１１３は、外乱周期に応じて定められた所定期間の操作量ＭＶ及び計測値ＰＶの平均値を求める。この所定期間は、外乱周期より長い期間であることが好ましい。また、外乱周期の２倍以上であると、検知されにくいため、外乱周期の２倍以下の期間であることが好ましい。このように外乱周期に応じて定められた期間のデータを用いて平均値を求めることにより、周期外乱の影響を除き、誤検知の発生頻度を低減させることができる。
【００２９】
具体的には、平均演算部１１３は、記憶部１２の操作量データ１２１を読み出し、所定期間の操作量ＭＶの平均値を操作量平均値ＭＶａｖｅとして求める。また、平均演算部１１３は、記憶部１２の計測値データ１２２を読み出し、所定期間の計測値ＰＶの平均値を温度平均値ＰＶａｖｅとして求める。さらに、平均演算部１１３は、求めた操作量平均値ＭＶａｖｅと温度平均値ＰＶａｖｅを平均値データ１２３として定常ゲイン演算部１１４に出力する。また、平均演算部１１３は、平均値データ１２３を記憶部１２に記憶させてもよい。
【００３０】
例えば、平均演算部１１３は、計測値の変化量が所定の変化量以上となったタイミングで平均値を算出する。具体的には、周期外乱が発生する場合には計測値に変化が生じることが多い。したがって、計測対象起動後にあるサンプリング期間での温度センサ２３の計測値の変化が予め定められる値よりも大きくなった場合に、その後の所定期間における操作量データ１２１及び計測値データ１２２から平均値を算出する。計測値の変化が大きいときとは、所定期間における変化量が設定値以上の場合（例えば、５秒間に１℃以上の変化があった場合）等である。これにより、外部からのトリガ信号の必要なく周期外乱が発生した可能性が高いタイミングで平均値を求め、異常が発生した場合にその異常を検知することができる。
【００３１】
また、平均演算部１１３は、例えば、所定のタイミングで平均値を算出する。具体的には、新たなワークＷの投入から所定期間が経過したタイミングで、前回のワークＷの処理期間における操作量データ１２１及び計測値データ１２２から平均値を算出する。これにより、各ワークの処理期間の終了のタイミングで平均値を求め、異常が発生した場合にその異常を検知することができる。なお、この所定期間には、投入直後のタイミングも含むものとする。
【００３２】
定常ゲイン演算部１１４は、平均演算部１１３で求めた温度平均値ＰＶａｖｅを操作量平均値ＭＶａｖｅで除算した値を異常の推定に利用する定常ゲインＫ（＝ＰＶａｖｅ／ＭＶａｖｅ）として求める。
【００３３】
定常ゲイン演算部１１４は、所定のオフセット値ＰＶ０を減算した温度平均値ＰＶａｖｅを用いて定常ゲインＫ（＝（ＰＶａｖｅ−ＰＶ０）／ＭＶａｖｅ）を用いてもよい。ここで、「オフセット値ＰＶ０」とは、周囲環境が計測値ＰＶに与える影響を特定する値であって、計測値から除くことにより正確な異常検知を可能とする。
【００３４】
例えば、定常ゲイン演算部１１４は、このオフセット値ＰＶ０として、温度制御部２１によってヒータ２２を制御する前に温度センサ２３で計測された初期値を用いることができる。これにより、初期値をワークＷの周囲温度、すなわち、チャンバ内の温度と仮定して、その影響を除いた定常ゲインＫを求めることができる。この場合、例えば、設定部１１１が予め初期値を取得し、記憶部１２に設定データ１２４として記憶する。また、定常ゲイン演算部１１４は、この設定データ１２４の初期値をオフセット値ＰＶ０として使用する。
【００３５】
その他、定常ゲイン演算部１１４は、ユーザにより設定された値をオフセット値ＰＶ０として利用してもよい。これにより、熱処理装置２の特性を考慮してユーザにより設定された値を用いて定常ゲインＫを求めることができる。この場合、例えば、設定部１１１がユーザにより設定されたオフセット値ＰＶ０を、記憶部１２に設定データ１２４として記憶する。
【００３６】
検知部１１５は、定常ゲイン演算部１１４で求めた定常ゲインＫを所定の閾値と比較して異常を検知する。例えば、検知部１１５は、定常ゲインＫが、記憶部１２に記憶される上限閾値及び下限閾値の範囲内にあるとき、熱処理装置２は正常と判定する。また、検知部１１５は、定常ゲインＫが上限閾値より大きい場合や下限閾値よりも小さい場合、熱処理装置２が異常と判定する。
【００３７】
定常ゲインＫは、周期外乱の影響が平均化されている。また、上限閾値及び下限閾値は周期外乱を考慮して設定されている。したがって、検知部１１５は、周期外乱を異常と誤検知することを防止することができる。
【００３８】
ここで、検知部１１５は、記憶部１２に予め複数設定されてされる閾値の中から、外乱の種類や状態に応じて選択した閾値を使用することができる。例えば、外乱発生直後の所定期間に使用する閾値と、外乱発生から所定期間経過後に使用する閾値とを異なるものとすることができる。また例えば、投入されるワークＷの種類に応じて使用する閾値を異なるものとすることができる。このように、外乱の種類や状態に応じて複数設定される閾値の中から最適な閾値を使用することで、異常の誤検知を減少させることができる。
【００３９】
出力処理部１１６は、検知部１１５による異常の検知結果を外部の出力装置に出力する。この出力装置は、異常信号を出力する装置であって、例えば、テキストやイメージで異常信号を表示するディスプレイ、ビープ音により異常信号を出力するスピーカ、光の点灯や点滅等によって異常信号を通知するランプ等である。
【００４０】
上述したように、実施の形態１に係る異常検知装置１では、周期外乱の発生する装置における異常を検知する際に、周期外乱の影響による誤検知を防止することができる。
【００４１】
《異常検知方法》
図２に示すフローチャートを用いて、異常検知装置１における異常検知方法について説明する。
【００４２】
熱処理装置２の稼働の開始がされると、設定部１１１は、初期設定を実行する（Ｓ１０１）。
例えば、設定部１１１は、初期設定として、以下の値を設定する。
『外乱周期Ｐｄ』：  前のワークの投入から、次のワークの投入までの間隔（例えば、１００（秒））
『最終熱処理回数ｎ』：  熱処理装置２において最終的に実行される熱処理の回数（例えば、２００（回））
『熱処理回数ｉ』：  熱処理装置２において現在までに処理を開始した熱処理の回数（初期値０（回）を設定）
『上限閾値Ｋｍａｘ』：  異常の検知で定常ゲインＫと比較する上限の値
『下限閾値Ｋｍｉｎ』：  異常の検知で定常ゲインＫと比較する下限の値
【００４３】
熱処理装置２にワークＷが投入された信号が入力されると（Ｓ１０２でＹＥＳ）、設定部１１１は、タイマｔを設定する（Ｓ１０３）。タイマｔは、ワークＷが投入されてからの経過時間を計測するものである。具体的には、設定部１１１は、タイマｔの値をリセット（０（秒）に設定）した後、タイマｔのカウントを開始する。
【００４４】
また、設定部１１１は、熱処理回数ｉをインクリメントする（Ｓ１０４）。これにより、これまでに処理が開始されたワークＷの処理数を特定することができる。
【００４５】
記憶処理部１１２は、熱処理装置２から操作量ＭＶ及び計測値ＰＶの取得を開始する（Ｓ１０５）。記憶処理部１１２は、取得した操作量ＭＶを操作量データ１２１として記憶部１２に記憶する。また、記憶処理部１１２は、取得した計測値ＰＶを計測値データ１２２として記憶部１２に記憶する。
【００４６】
設定部１１１がタイマｔの値が外乱周期Ｐｄ以上となったと判定したとき（Ｓ１０６でＹＥＳ）、異常検知装置１は、異常検知処理（図２のフローチャートの破線部）を実行する。具体的には、平均演算部１１３は、タイマｔの値が０からＰｄまでの期間の操作量ＭＶの平均値である操作量平均値ＭＶａｖｅを算出し、同期間の計測値ＰＶの平均値である温度平均値ＰＶａｖｅを算出する（Ｓ１０７）。
【００４７】
定常ゲイン演算部１１４は、ステップＳ１０７で求めた操作量平均値ＭＶａｖｅと温度平均値ＰＶａｖｅを用いて、定常ゲインＫを算出する（Ｓ１０８）。
【００４８】
検知部１１５は、ステップＳ１０８で求めた定常ゲインＫを上限閾値Ｋｍａｘと比較し、定常ゲインＫが上限閾値Ｋｍａｘ以上の場合、異常と判定する（Ｓ１０９）。
また、検知部１１５は、定常ゲインＫが上限閾値Ｋｍａｘ以下の場合（Ｓ１０９でＮＯ）、定常ゲインＫを下限閾値Ｋｍｉｎと比較し、定常ゲインＫが下限閾値Ｋｍｉｎ未満の場合、異常と判定する（Ｓ１１０）。
【００４９】
出力処理部１１６は、検知部１１５で異常が検知された場合（Ｓ１０９でＹＥＳ又はＳ１１０でＹＥＳ）、異常信号を出力する（Ｓ１１１）。
【００５０】
設定部１１１は、熱処理回数ｉが最終熱処理回数ｎに達したか否かを判定し、達していない場合（Ｓ１１２でＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、Ｓ１０２〜Ｓ１１２の処理を繰り返す。すなわち、熱処理回数ｉが最終熱処理回数ｎに達していない場合、熱処理装置２での処理が終了しておらず、異常検知装置１は、異常の判定を継続するためである。
【００５１】
一方、熱処理回数ｉが最終熱処理回数ｎに達した場合、異常検知装置１は、異常の判定処理を終了する（Ｓ１１２でＮＯ）。すなわち、熱処理装置２で処理が必要なワークＷが全て熱処理されたため、異常検知装置１は、異常の判定を継続する必要がないからである。
【００５２】
なお、図２を用いて上述した例では、ウェハが投入された後、外乱周期Ｐｄの期間が経過したタイミングでこの期間に取得された操作量ＭＶ及び計測値ＰＶの平均値を求める例で説明したが、これに限定されない。例えば、上述したように、計測値ＰＶが所定の変化量となったタイミングで平均値を求めてもよい。また、外乱周期Ｐｄより長い期間の操作量ＭＶ及び計測値ＰＶから平均値を求めてもよい。
【００５３】
上述したように、実施の形態１に係る異常検知装置１では、周期外乱の発生する装置における異常を検知する際に、周期外乱の影響による誤検知を防止することができる。
【００５４】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る異常検知装置は、図１を用いて上述した異常検知装置１と同一の構成であるため、図１を参照して説明する。実施の形態２に係る異常検知装置１において、平均演算部１１３において、外乱周期Ｐｄが経過毎等のタイミングで操作量平均値ＭＶａｖｅ及び温度平均値ＰＶａｖｅを算出するのではなく、常時、操作量平均値ＭＶａｖｅ及び温度平均値ＰＶａｖｅとして、移動平均の演算を実行する点で実施の形態１と異なる。具体的には、平均演算部１１３は、サンプリング周期で操作量ＭＶ及び計測値ＰＶを取得すると、そのサンプリング周期で、操作量平均値ＭＶａｖｅ及び温度平均値ＰＶａｖｅを求める。したがって、定常ゲイン演算部１１４も、継続的に定常ゲインＫを演算する。また、検知部１１５も、常時、異常の検知を実行する。
【００５５】
《異常検知方法》
図３及び図４に示すフローチャートを用いて、異常検知装置１における異常検知方法について説明する。図３のフローチャートは、図２を用いて上述したフローチャートと、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理は同一であるため、説明を省略する。
【００５６】
設定部１１１がタイマｔの値が外乱周期Ｐｄ以上となったと判定したとき、異常検知装置１は、異常検知処理を実行する（Ｓ２００）。ここで、異常検知装置１は、ステップＳ１０５で新たに取得する操作量ＭＶ及び計測値ＰＶを用いて、継続的に異常検知処理を実行する。ステップＳ２００の処理について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、ここで、タイマｔの値が外乱周期Ｐｄ以上となった場合に異常検知処理を開始するのは、それまでの間は、平均値を求めるに十分な操作量ＭＶと計測値ＰＶが取得されていないためである。
【００５７】
図４に示すように、異常検知処理において、平均演算部１１３は、記憶部１２に記憶される所定期間の操作量ＭＶの平均値を操作量平均値ＭＶａｖｅとして求め、同期間の計測値ＰＶの平均値を温度平均値ＰＶａｖｅとして求める（Ｓ２０１）。ここでは、継続的に平均値が演算される。したがって、平均演算部１１３で求められる平均値は、移動平均である。
【００５８】
定常ゲイン演算部１１４は、ステップＳ２０１で求めた操作量平均値ＭＶａｖｅ（移動平均）と温度平均値ＰＶａｖｅ（移動平均）を用いて、定常ゲインＫを算出する（Ｓ２０２）。
【００５９】
検知部１１５は、ステップＳ２０２で求めた定常ゲインＫを上限閾値Ｋｍａｘと比較し、定常ゲインＫが上限閾値Ｋｍａｘ以上の場合、異常と判定する（Ｓ２０３）。
また、検知部１１５は、定常ゲインＫが上限閾値Ｋｍａｘ以下の場合（Ｓ２０３でＮＯ）、定常ゲインＫを下限閾値Ｋｍｉｎと比較し、定常ゲインが下限閾値Ｋｍｉｎ未満の場合、異常と判定する（Ｓ２０４）。
【００６０】
出力処理部１１６は、検知部１１５で異常が検知された場合（Ｓ２０３でＹＥＳ又はＳ２０４でＹＥＳ）、異常信号を出力し、異常検知処理を終了する（Ｓ２０５）。
【００６１】
なお、異常が検知されない場合（Ｓ２０４でＮＯ）、異常信号を出力することなく異常検知処理を終了する。
また、異常検知処理が終了すると、図３に示したステップＳ１１３に進む。
【００６２】
具体的には、図４で示す異常検知処理は、サンプリング周期毎に１回実行される。これにより、平均演算部１１３では、結果的に、上述したように移動平均を求めることとなる。
【００６３】
設定部１１１は、終了条件であるか否かを判定する（Ｓ１１３）。ここで、終了条件とは、例えば、熱処理回数ｉが最終熱処理回数ｎに達するとともに、ｎ個目のワークＷの投入後、外乱周期Ｐｄが経過した場合をいう。
【００６４】
終了条件でない場合（Ｓ１１３でＮＯ）、タイマｔをリセットするとともに、熱処理回数ｉをインクリメントしてステップＳ２０１に戻り、Ｓ２０１の処理を繰り返す（Ｓ１１４）。
【００６５】
一方、終了条件であった場合、異常検知装置１は、異常の判定処理を終了する（Ｓ１１３でＹＥＳ）。すなわち、異常検知装置１は、熱処理回数ｉが最終熱処理回数ｎに達し、熱処理装置２での処理が終了するまで、異常検知処理を継続する。
【００６６】
なお、図３では示されていないが、ワークＷが投入された信号を取得する度に、設定部１１１は、熱処理回数ｉをインクリメントすることで、熱処理装置２で熱処理が終了するまで処理が継続される。
【００６７】
上述したように、実施の形態２に係る異常検知装置１では、周期外乱の発生する装置における異常を検知する際に、周期外乱の影響による誤検知を防止することができる。
【００６８】
《比較例》
図５Ａ〜図６Ｄのグラフを用いて、操作量ＭＶ及び計測値ＰＶを用いてゲインＫ’を求めた場合と、操作量平均値ＭＶａｖｅ（移動平均）及び温度平均値ＰＶａｖｅ（移動平均）を用いて定常ゲインＫを求めた場合について比較する。
【００６９】
（周期外乱ありの場合）
図５Ａは、横軸を時間（秒）とし、縦軸を温度（℃）とした場合の、目標値ＳＰと、温度センサ２３で計測された計測値ＰＶの時間経過を示すグラフである。図５Ａに示すように、目標値ＳＰに対し、ヒータ２２による加熱の開始からある程度の期間は、温度が上昇し、計測値ＰＶは安定しない。その後、ある程度の期間が経過すると、計測値ＰＶは、目標値ＳＰの付近で安定する。
【００７０】
図５Ｂは、横軸を時間（秒）とし、縦軸を操作量（％）とした場合の、操作量ＭＶと外乱の時間経過を示すグラフである。図５Ｂは、図５Ａで上述したような計測値ＰＶが得られる場合における、操作量ＭＶと外乱の一例を示す。図５Ｂにおいて、外乱は、操作量ＭＶに換算した値として示す。「操作量に換算した値」とは、外乱により操作量ＭＶが受けた影響を除く値である。図５Ｂにおいて、図５Ａで上述したように、温度が上昇し、計測値ＰＶが安定するまでの間、操作量ＭＶは徐々に低くなる。そして、計測値ＰＶが安定すると、熱処理装置２では、順にワークＷが投入されて熱処理されるため、ワークＷの投入のタイミングで外乱が発生する。図５Ｂに示すように、この外乱は、周期外乱である。具体的には、この外乱の発生は、温度の上昇である。また、図５Ｂに示すように、周期外乱の発生に応じて、操作量ＭＶも変動する。
【００７１】
図５Ｃは、図５Ａ及び図５Ｂで示した操作量ＭＶ及び計測値ＰＶの場合に得られたゲインＫ’（＝ＰＶ／ＭＶ）の一例である。図５Ｃにおいて、横軸を時間（秒）とし、縦軸をゲインＫ’の値とする。また、図５Ｃでは、ゲインＫ’と比較する上限閾値Ｋｍａｘ及び下限閾値Ｋｍｉｎを示す。図５Ｂに示すように、操作量ＭＶが周期外乱に影響を受ける。したがって、この周期外乱の影響を受けた操作量ＭＶと、計測値ＰＶによって得られるゲインＫ’は、図５Ｃに示すように、周期外乱の影響を大きく受け、上限閾値Ｋｍａｘ及び下限閾値Ｋｍｉｎの範囲を外れ、異常の誤検知が生じる。
【００７２】
図５Ｄは、図５Ａ及び図５Ｂで示した操作量ＭＶ及び計測値ＰＶから求めた操作量平均値ＭＶａｖｅ（移動平均）と温度平均値ＰＶａｖｅ（移動平均）から得られた定常ゲインＫ（＝ＰＶ／ＭＶ）の一例である。図５Ｄにおいて、横軸を時間（秒）とし、縦軸を定常ゲインＫの値とする。図５Ｂに示すように、操作量ＭＶが周期外乱に影響を受ける。しかし、定常ゲインＫは、平均されることにより、周期外乱の影響が緩和された操作量平均値ＭＶａｖｅ及び温度平均値ＰＶａｖｅによって求められる。したがって、図５Ｄに示すように、操作量平均値ＭＶａｖｅ及び温度平均値ＰＶａｖｅによって得られたゲインＫ’は、図５Ｄに示すように、上限閾値Ｋｍａｘ及び下限閾値Ｋｍｉｎの範囲内となり、異常の誤検知は生じない。
【００７３】
なお、図５Ｃ及び図５Ｄは、定常ゲイン演算部１１４が、平均演算部１１３において平均値として求められた移動平均を用いても得られた定常ゲインＫを表すものである。図示は省略するが、実施の形態１で上述した例の場合、定常ゲイン演算部１１４は、平均演算部１１３において例えば外乱周期Ｐｄ毎に求められた単なる平均値を用いて得られた定常ゲインＫを求めることになる。したがって、平均値を利用する場合には、図５Ｃ及び図５Ｄに示すような連続した値ではなく、外乱周期Ｐｄ毎のタイミングでプロットされる値がゲインＫとして得られる。
【００７４】
（周期外乱なしの場合）
図６Ａは、図５Ａと同様に、横軸を時間（秒）とし、縦軸を温度（℃）とした場合の、目標値ＳＰと、温度センサ２３で計測された計測値ＰＶの時間経過を示すグラフである。
【００７５】
図６Ｂは、横軸を時間（秒）とし、縦軸を操作量（％）とした場合の、操作量ＭＶと外乱の時間経過を示すグラフである。図６Ｂは、図６Ａで上述したような計測値ＰＶが得られる場合における、操作量ＭＶと外乱の一例を示す。図６Ｂは、外乱がない一例である。したがって、図６Ｂに示すように、操作量ＭＶは安定している。
【００７６】
図６Ｃは、図６Ａ及び図６Ｂで示した操作量ＭＶ及び計測値ＰＶの場合に得られたゲインＫ’（＝ＰＶ／ＭＶ）の一例である。図６Ｃにおいて、横軸を時間（秒）とし、縦軸をゲインＫ’の値とする。図６Ｂに示すように、操作量ＭＶが外乱の影響を受けていないため、操作量ＭＶ及び計測値ＰＶによって得られるゲインＫ’は、図６Ｃに示すように、周期外乱の影響を受けることなく求められる。
【００７７】
図６Ｄは、図６Ａ及び図６Ｂで示した操作量ＭＶ及び計測値ＰＶから求めた操作量平均値ＭＶａｖｅ（移動平均）と温度平均値ＰＶａｖｅ（移動平均）から得られた定常ゲインＫ（＝ＰＶ／ＭＶ）の一例である。図５Ｄにおいて、横軸を時間（秒）とし、縦軸を定常ゲインＫの値とする。図６Ｂに示すように、操作量ＭＶが外乱の影響を受けておらず、図６Ｄに示すような定常ゲインＫが得られる。
【００７８】
［変形例１］
図７は、変形例１に係る異常検知装置１Ａの一例である。
異常検知装置１Ａは、図１を用いて上述した異常検知装置１と比較して、記憶部１２にオフセット値データ１２５を記憶する点で異なる。また、異常検知装置１Ａが異常の検知対象とする熱処理装置２Ａは、図１を用いて上述した熱処理装置２Ａと比較して、温度センサ２３の他、ワークＷの周囲環境の温度、すなわちチャンバ（図示せず）内の周囲環境の温度を計測する周囲温度センサ２４を有し、周囲温度の影響を補正する点で異なる。
【００７９】
この異常検知装置１Ａでは、定常ゲイン演算部１１４がこの周囲温度を計測する温度センサの計測値に基づくオフセット値を利用する。これにより、周囲温度の影響を除いた定常ゲインＫを求めることができる。
【００８０】
具体的には、異常検知装置１Ａの記憶処理部１１２は、操作量ＭＶ及び計測値ＰＶを取得し、記憶部に記憶する際、周囲温度センサ２４の計測値も取得し、オフセット値ＰＶ０とし、時刻とともにオフセット値データ１２５として記憶する。
【００８１】
平均演算部１１３は、操作量平均値ＭＶａｖｅ及び温度平均値ＰＶａｖｅを求める際、同一期間のオフセット値ＰＶ０を用いてオフセット平均値ＰＶ０ａｖｅを演算する。
【００８２】
定常ゲイン演算部１１４は、定常ゲインＫを演算する際、オフセット平均値ＰＶ０ａｖｅで温度平均値ＰＶａｖｅを減算した値を、操作量平均値ＭＶａｖｅで除算した値を定常ゲインＫ（＝（ＰＶａｖｅ−ＰＶ０ａｖｅ）／ＭＶａｖｅ）とする。なお、その他の構成については、図１を用いて上述した異常検知装置１と同一であるため、説明を省略する。
【００８３】
《異常検知方法》
図８に示すフローチャートを用いて、異常検知装置１Ａにおける異常検知方法について説明する。図２を用いて上述したフローチャートと同一の処理については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００８４】
記憶処理部１１２は、操作量ＭＶ及び計測値ＰＶの取得を開始する際、周囲温度センサ２４の計測値もオフセット値ＰＶ０として取得を開始する（Ｓ３０５）。また、記憶処理部１１２は、取得したオフセット値ＰＶ０をオフセット値データ１２５として記憶部１２に記憶する。
【００８５】
平均演算部１１３は、操作量平均値ＭＶａｖｅ及び温度平均値ＰＶａｖｅを算出する際、オフセット値ＰＶ０の平均値であるオフセット平均値ＰＶ０ａｖｅも演算する（Ｓ３０７）。
【００８６】
また、定常ゲイン演算部１１４は、このオフセット平均値ＰＶ０ａｖｅを用いて定常ゲインＫを演算する（Ｓ３０８）。具体的には、オフセット平均値ＰＶ０ａｖｅで温度平均値ＰＶａｖｅを減算した値を、操作量平均値ＭＶａｖｅで除算した値を定常ゲインＫ（＝（ＰＶａｖｅ−ＰＶ０ａｖｅ）／ＭＶａｖｅ）とする。
【００８７】
上述したように、変形例１に係る異常検知装置１Ａでは、周期外乱の発生する装置における異常を検知する際に、周囲温度が安定していない場合、周囲温度の影響を補正したうえで、周期外乱の影響による誤検知を防止することができる。
なお、環境温度等が安定している場合、オフセット値を使用せずに定常ゲインＫを求めることによって、周囲温度センサ２４やその設定機能を省略することができる。
【００８８】
［変形例２］
図９は、変形例２に係る異常検知装置１Ｂの一例である。異常検知装置１Ｂは、図１を用いて上述した異常検知装置１と比較して、平均演算部１１３の前段に定常ゲイン演算部１１４を有する点で異なる。したがって、異常検知装置１Ｂでは、操作量ＭＶ及び計測値ＰＶの平均を求めるのではなく、予め定常ゲイン演算部１１４において操作量ＭＶ及び計測値ＰＶから、定常ゲインＫ（＝ＰＶ／ＭＶ）を求める。また、平均演算部１１３は、定常ゲイン演算部１１４で求めた定常ゲインＫの所定期間の平均をゲイン平均値Ｋａｖｅとして求める。なお、その他の構成や処理については、図１を用いて上述した異常検知装置１と同一であるため、説明を省略する。
【００８９】
変形例２に係る異常検知装置１Ｂでも、周期外乱の発生する装置における異常を検知する際に、周期外乱の影響による誤検知を防止することができる。
【００９０】
〈その他〉
上記の各実施の形態及び各変形では、熱処理装置の異常を検出する例で説明したが、本発明を利用したその他としてモータの異常を検出することができる。
たとえば、エスカレータに使用するモータの場合、エスカレータ乗員重量の変化を外乱とし、当該変化によるモータ電流（ＭＶ）速度（ＰＶ）の変動を利用して、上述した方法により異常を検出することができる。ここで、「外乱周期」は「乗員の乗り口から出口までの到達時間」を利用する。
また、モータ減速機の摩擦特性を外乱とし、モータ電流（ＭＶ）と速度（ＰＶ）の変動を利用して、上述した方法により異常を検出することができる。ここで、「外乱周期」は「減速後の１回転に要する時間」を利用する。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本開示の異常検知装置及び異常検知方法は、周期外乱の発生する装置における異常の検知に有用である。
に有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１  異常検知装置
１１  制御部
１１１  設定部
１１２  記憶処理部
１１３  平均演算部
１１４  定常ゲイン演算部
１１５  検知部
１１６  出力処理部
１２  記憶部
１２１  操作量データ
１２２  計測値データ
１２３  平均値データ
１２４  設定データ
１３  通信インタフェース
２  熱処理装置
Ｗ  ワーク
【図１】
2020187686.tif 000003
【図２】
2020187686.tif 000004
【図３】
2020187686.tif 000005
【図４】
2020187686.tif 000006
【図５Ａ】
2020187686.tif 000007
【図５Ｂ】
2020187686.tif 000008
【図５Ｃ】
2020187686.tif 000009
【図５Ｄ】
2020187686.tif 000010
【図６Ａ】
2020187686.tif 000011
【図６Ｂ】
2020187686.tif 000012
【図６Ｃ】
2020187686.tif 000013
【図６Ｄ】
2020187686.tif 000014
【図７】
2020187686.tif 000015
【図８】
2020187686.tif 000016
【図９】
2020187686.tif 000017