(57)【要約】【課題】高温度から低温度への降温の際、低温度域において温度計測の信頼性が低下する場合において、信頼性の低下を補う。【解決手段】温度推定値提示装置は、温度計測手段から対象物の降温時の３点の温度計測値を取得する計測値取得部１と、温度計測値から降温時の対象物の温度変化の時定数を算出する時定数算出部２と、温度計測値から降温時の対象物の温度の収束値を算出する収束値算出部３と、時定数と収束値とから降温時の対象物の温度推定値を算出する推定算出部４と、温度推定値をオペレータに対して提示する温度推定値提示部５とを備える。【選択図】  図１
2011123001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度計測手段から制御対象の降温時の３点の温度計測値を取得する計測値取得手段と、
この計測値取得手段が取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度変化の時定数を算出する時定数算出手段と、
前記計測値取得手段が取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度の収束値を算出する収束値算出手段と、
前記時定数と前記収束値とから降温時の前記制御対象の温度推定値を算出する推定算出手段と、
前記温度推定値をオペレータに対して提示する温度推定値提示手段とを備えることを特徴とする温度推定値提示装置。
【請求項２】
温度計測手段から制御対象の降温時の３点の温度計測値を取得する計測値取得手段と、
この計測値取得手段が取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度変化の時定数を算出する時定数算出手段と、
前記計測値取得手段が取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度の収束値を算出する収束値算出手段と、
前記時定数と前記収束値とから前記制御対象の所望の温度までの降温に要する降温所要時間の予測値を算出する所要時間予測手段と、
前記降温所要時間予測値をオペレータに対して提示する降温所要時間予測値提示手段とを備えることを特徴とする降温所要時間予測値提示装置。
【請求項３】
請求項１記載の温度推定値提示装置において、
さらに、前記時定数算出手段が繰り返し算出する前記時定数を記憶する仮時定数記憶手段と、
前記収束値算出手段が繰り返し算出する前記収束値を記憶する仮収束値記憶手段と、
前記温度推定値を提示する温度を指定する低温度域閾値を予め記憶する低温度域閾値記憶手段と、
前記温度計測手段から得られる温度計測値が前記低温度域閾値に達したときに、前記仮時定数記憶手段に記憶された複数の時定数を参照して前記時定数の最終値を決定する時定数決定手段と、
前記温度計測手段から得られる温度計測値が前記低温度域閾値に達したときに、前記仮収束値記憶手段に記憶された複数の収束値を参照して前記収束値の最終値を決定する収束値決定手段とを備え、
前記計測値取得手段は、前記３点の温度計測値の取得を繰り返し行い、
前記時定数算出手段と前記収束値算出手段とは、前記３点の温度計測値が取得される度に、前記時定数と前記収束値の算出を行い、
前記推定算出手段は、前記時定数の最終値と前記収束値の最終値とから前記温度推定値を算出することを特徴とする温度推定値提示装置。
【請求項４】
請求項１記載の温度推定値提示装置において、
さらに、前記温度推定値を提示する温度を指定する低温度域閾値を予め記憶する低温度域閾値記憶手段と、
前記温度計測手段から温度計測値を取得する１点目の温度である第１温度を予め記憶する第１温度記憶手段と、
前記計測値取得手段が１点目の温度計測値を取得した時点から２点目の温度計測値を取得した時点までの所要時間を計測する所要時間計測手段とを備え、
前記計測値取得手段は、前記温度計測手段から得られる温度計測値が前記第１温度に達したときに、この温度計測値を１点目の温度計測値として取得し、前記第１温度と前記低温度域閾値との間にある任意の温度において２点目の温度計測値を取得し、２点目の温度計測値を取得してからさらに前記所要時間だけ経過した時点で３点目の温度計測値を取得することを特徴とする温度推定値提示装置。
【請求項５】
請求項１、３、４のいずれか１項に記載の温度推定値提示装置において、
前記推定算出手段は、一定時間毎の温度変化を逐次算出する数式に基づき、シミュレーションにより前記温度推定値を算出することを特徴とする温度推定値提示装置。
【請求項６】
請求項２記載の降温所要時間予測値提示装置において、
前記所要時間予測手段は、一定時間毎の温度変化を逐次算出する数式に基づき、シミュレーションにより前記降温所要時間予測値を算出することを特徴とする降温所要時間予測値提示装置。
【請求項７】
温度計測手段から制御対象の降温時の３点の温度計測値を取得する計測値取得手順と、
この計測値取得手順で取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度変化の時定数を算出する時定数算出手順と、
前記計測値取得手順で取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度の収束値を算出する収束値算出手順と、
前記時定数と前記収束値とから降温時の前記制御対象の温度推定値を算出する推定算出手順と、
前記温度推定値をオペレータに対して提示する温度推定値提示手順とを備えることを特徴とする温度推定値提示方法。
【請求項８】
温度計測手段から制御対象の降温時の３点の温度計測値を取得する計測値取得手順と、
この計測値取得手順で取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度変化の時定数を算出する時定数算出手順と、
前記計測値取得手順で取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度の収束値を算出する収束値算出手順と、
前記時定数と前記収束値とから前記制御対象の所望の温度までの降温に要する降温所要時間の予測値を算出する所要時間予測手順と、
前記降温所要時間予測値をオペレータに対して提示する降温所要時間予測値提示手順とを備えることを特徴とする降温所要時間予測値提示方法。
【請求項９】
請求項７記載の温度推定値提示方法において、
さらに、前記時定数算出手順で繰り返し算出する前記時定数を記憶する仮時定数記憶手順と、
前記収束値算出手順で繰り返し算出する前記収束値を記憶する仮収束値記憶手順と、
前記温度計測手段から得られる温度計測値が予め定められた低温度域閾値に達したときに、前記仮時定数記憶手順で記憶した複数の時定数を参照して前記時定数の最終値を決定する時定数決定手順と、
前記温度計測手段から得られる温度計測値が前記低温度域閾値に達したときに、前記仮収束値記憶手順で記憶した複数の収束値を参照して前記収束値の最終値を決定する収束値決定手順とを備え、
前記計測値取得手順は、前記３点の温度計測値の取得を繰り返し行い、
前記時定数算出手順と前記収束値算出手順とは、前記３点の温度計測値が取得される度に、前記時定数と前記収束値の算出を行い、
前記推定算出手順は、前記時定数の最終値と前記収束値の最終値とから前記温度推定値を算出することを特徴とする温度推定値提示方法。
【請求項１０】
請求項７記載の温度推定値提示方法において、
さらに、前記計測値取得手順で１点目の温度計測値を取得した時点から２点目の温度計測値を取得した時点までの所要時間を計測する所要時間計測手順を備え、
前記計測値取得手順は、前記温度計測手段から得られる温度計測値が予め定められた第１温度に達したときに、この温度計測値を１点目の温度計測値として取得し、前記第１温度と予め定められた低温度域閾値との間にある任意の温度において２点目の温度計測値を取得し、２点目の温度計測値を取得してからさらに前記所要時間だけ経過した時点で３点目の温度計測値を取得することを特徴とする温度推定値提示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象の降温時の温度推定値を算出して提示する温度推定値提示装置、および制御対象の所望の温度までの降温に要する降温所要時間の予測値を算出して提示する降温所要時間予測値提示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温調計などの汎用の温度制御機器は、原則として不特定の加熱・冷却系を制御対象とすることが前提になっており、熱電対などの温度センサによる温度計測が行なわれている。
また、半導体製造装置におけるウエハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造装置におけるガラス基板、浸炭炉における金属片などの加熱対象は、いずれも熱処理プロセスにおいてその温度が制御・管理されるべき対象であるが、いずれの場合も熱処理プロセスの本稼働中に温度を計測するのは困難である。そこで、温度測定が不可能な加熱対象の代わりに、加熱対象の近傍の温度を温度センサにより測定し、この温度センサの測定結果から加熱対象の実体表面の温度を推定する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、制御系の状態を判定する技術として、温度制御ループ内の実際の温度計測値とモデルを用いて予測した温度予測値とに基づいて、熱処理の異常を検知する熱処理異常検知方法が提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２に開示された技術を応用すれば、加熱対象の温度を推定できることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２９８６９号公報
【特許文献２】特開２００４−２５８９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
［課題１］
１５００℃を超える高温の熱処理プロセスなどで使用されるＢ熱電対を利用した温度計測や、６００℃付近のやはり高温の計測を用途とする放射温度計を利用した温度計測では、低温度（例えばＢ熱電対の場合７０℃以下程度）になると、温度計測値の信頼性を確保することができない。
上記のような高温の熱処理プロセスでは、通常は低温度域の温度は重要ではないので、低温度を高精度かつ高信頼度で計測する必要はない。
【０００６】
しかしながら、上記の温度計測の範囲から見れば低温度域であっても、５０℃を超える温度であれば人間にとっては十分に熱い温度であり、熱処理プロセスを扱うオペレータの安全性を考えれば、信頼性の高い計測が求められる場合もある。例えば、高温度から低温度への降温時においては、温度が推移していることになるので、その必要性は高くなる。
仮に推定値であっても低温度域の温度提示が必要になる場合、特許文献１に開示された技術を応用するならば、低温度を測定するための別の温度センサを用意すると共に、この温度センサの測定結果から実体温度を推定する温度推定数式を理論的に求めておく必要がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示された技術を応用して温度推定を行うならば、少なくとも低温度域で利用できるモデル数式（温度推定数式に相当）を予め求めておく必要がある。
したがって、Ｂ熱電対や放射温度計を利用した温度計測では、低温度域の温度計測の信頼性を確保したいのであれば、予め温度推定数式を用意する必要がある。しかしながら、このような温度推定数式を利用する場合においても、装置の状態が変化した場合には温度推定の信頼性が低下してしまうので、必ずしも実用的ではない。
【０００８】
［課題２］
高温度から低温度への降温時間が長時間に及ぶ場合は、十分に降温するまでの所要時間を見通すことができると、降温中に行なうべき別の作業などに取れる時間の見積もりが立つことになる。
したがって、上記所要時間の予測値は、作業効率の改善のためにも有効な情報になる。
【０００９】
しかしながら、装置の状態が変化した場合には、上記所要時間も変化する。特に、前述のようなＢ熱電対や放射温度計を利用した温度計測では、低温度になると温度計測値の信頼性が確保できないので、オペレータの直感による所要時間の予測も困難になる。
【００１０】
本発明の第１の目的は、高温度から低温度への降温の際、低温度域（温度計測手段による計測値が実質無効になる領域）において温度計測の信頼性が低下する場合において、特にオペレータの安全性を考慮して、信頼性の低下を補うことができる温度推定値提示装置および方法を提供することである。
本発明の第２の目的は、降温時間が長時間に及ぶ場合などにおいて、特にオペレータの作業効率の改善を考慮して、降温所要時間の予測値の提示を行うことができる降温所要時間予測値提示装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の温度推定値提示装置は、温度計測手段から制御対象の降温時の３点の温度計測値を取得する計測値取得手段と、この計測値取得手段が取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度変化の時定数を算出する時定数算出手段と、前記計測値取得手段が取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度の収束値を算出する収束値算出手段と、前記時定数と前記収束値とから降温時の前記制御対象の温度推定値を算出する推定算出手段と、前記温度推定値をオペレータに対して提示する温度推定値提示手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の降温所要時間予測値提示装置は、温度計測手段から制御対象の降温時の３点の温度計測値を取得する計測値取得手段と、この計測値取得手段が取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度変化の時定数を算出する時定数算出手段と、前記計測値取得手段が取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度の収束値を算出する収束値算出手段と、前記時定数と前記収束値とから前記制御対象の所望の温度までの降温に要する降温所要時間の予測値を算出する所要時間予測手段と、前記降温所要時間予測値をオペレータに対して提示する降温所要時間予測値提示手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の温度推定値提示装置の１構成例は、さらに、前記時定数算出手段が繰り返し算出する前記時定数を記憶する仮時定数記憶手段と、前記収束値算出手段が繰り返し算出する前記収束値を記憶する仮収束値記憶手段と、前記温度推定値を提示する温度を指定する低温度域閾値を予め記憶する低温度域閾値記憶手段と、前記温度計測手段から得られる温度計測値が前記低温度域閾値に達したときに、前記仮時定数記憶手段に記憶された複数の時定数を参照して前記時定数の最終値を決定する時定数決定手段と、前記温度計測手段から得られる温度計測値が前記低温度域閾値に達したときに、前記仮収束値記憶手段に記憶された複数の収束値を参照して前記収束値の最終値を決定する収束値決定手段とを備え、前記計測値取得手段は、前記３点の温度計測値の取得を繰り返し行い、前記時定数算出手段と前記収束値算出手段とは、前記３点の温度計測値が取得される度に、前記時定数と前記収束値の算出を行い、前記推定算出手段は、前記時定数の最終値と前記収束値の最終値とから前記温度推定値を算出することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の温度推定値提示装置の１構成例は、さらに、前記温度推定値を提示する温度を指定する低温度域閾値を予め記憶する低温度域閾値記憶手段と、前記温度計測手段から温度計測値を取得する１点目の温度である第１温度を予め記憶する第１温度記憶手段と、前記計測値取得手段が１点目の温度計測値を取得した時点から２点目の温度計測値を取得した時点までの所要時間を計測する所要時間計測手段とを備え、前記計測値取得手段は、前記温度計測手段から得られる温度計測値が前記第１温度に達したときに、この温度計測値を１点目の温度計測値として取得し、前記第１温度と前記低温度域閾値との間にある任意の温度において２点目の温度計測値を取得し、２点目の温度計測値を取得してからさらに前記所要時間だけ経過した時点で３点目の温度計測値を取得することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の温度推定値提示装置の１構成例において、前記推定算出手段は、一定時間毎の温度変化を逐次算出する数式に基づき、シミュレーションにより前記温度推定値を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の降温所要時間予測値提示装置の１構成例において、前記所要時間予測手段は、一定時間毎の温度変化を逐次算出する数式に基づき、シミュレーションにより前記降温所要時間予測値を算出することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の温度推定値提示方法は、温度計測手段から制御対象の降温時の３点の温度計測値を取得する計測値取得手順と、この計測値取得手順で取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度変化の時定数を算出する時定数算出手順と、前記計測値取得手順で取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度の収束値を算出する収束値算出手順と、前記時定数と前記収束値とから降温時の前記制御対象の温度推定値を算出する推定算出手順と、前記温度推定値をオペレータに対して提示する温度推定値提示手順とを備えることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の降温所要時間予測値提示方法は、温度計測手段から制御対象の降温時の３点の温度計測値を取得する計測値取得手順と、この計測値取得手順で取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度変化の時定数を算出する時定数算出手順と、前記計測値取得手順で取得した温度計測値から降温時の前記制御対象の温度の収束値を算出する収束値算出手順と、前記時定数と前記収束値とから前記制御対象の所望の温度までの降温に要する降温所要時間の予測値を算出する所要時間予測手順と、前記降温所要時間予測値をオペレータに対して提示する降温所要時間予測値提示手順とを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の温度推定値提示方法の１構成例は、さらに、前記時定数算出手順で繰り返し算出する前記時定数を記憶する仮時定数記憶手順と、前記収束値算出手順で繰り返し算出する前記収束値を記憶する仮収束値記憶手順と、前記温度計測手段から得られる温度計測値が予め定められた低温度域閾値に達したときに、前記仮時定数記憶手順で記憶した複数の時定数を参照して前記時定数の最終値を決定する時定数決定手順と、前記温度計測手段から得られる温度計測値が前記低温度域閾値に達したときに、前記仮収束値記憶手順で記憶した複数の収束値を参照して前記収束値の最終値を決定する収束値決定手順とを備え、前記計測値取得手順は、前記３点の温度計測値の取得を繰り返し行い、前記時定数算出手順と前記収束値算出手順とは、前記３点の温度計測値が取得される度に、前記時定数と前記収束値の算出を行い、前記推定算出手順は、前記時定数の最終値と前記収束値の最終値とから前記温度推定値を算出することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の温度推定値提示方法の１構成例は、さらに、前記計測値取得手順で１点目の温度計測値を取得した時点から２点目の温度計測値を取得した時点までの所要時間を計測する所要時間計測手順を備え、前記計測値取得手順は、前記温度計測手段から得られる温度計測値が予め定められた第１温度に達したときに、この温度計測値を１点目の温度計測値として取得し、前記第１温度と予め定められた低温度域閾値との間にある任意の温度において２点目の温度計測値を取得し、２点目の温度計測値を取得してからさらに前記所要時間だけ経過した時点で３点目の温度計測値を取得することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、計測値取得手段が取得した３点の温度計測値から降温時の制御対象の温度変化の時定数を算出すると共に、制御対象の温度の収束値を算出し、この時定数と収束値とから降温時の制御対象の温度推定値を算出してオペレータに提示することにより、高温度から低温度への降温の際、低温度域において温度計測手段による温度計測の信頼性が低下する場合においても、信頼性の低下を補う温度提示を行うことができる。
【００２１】
また、本発明では、降温所要時間予測値を算出してオペレータに提示することにより、オペレータは降温中に行なうべき別の作業などに取れる時間を見積もることができるので、オペレータの作業効率を改善することができる。
【００２２】
また、本発明では、計測値取得手段が３点の温度計測値の取得を繰り返し行い、時定数算出手段と収束値算出手段が３点の温度計測値が取得される度に時定数と収束値の算出を行い、温度計測値が低温度域閾値に達したときに、時定数決定手段が仮時定数記憶手段に記憶された複数の時定数を参照して時定数の最終値を決定すると共に、収束値決定手段が仮収束値記憶手段に記憶された複数の収束値を参照して収束値の最終値を決定し、推定算出手段が時定数の最終値と収束値の最終値とから温度推定値を算出することにより、時定数および収束値の算出精度を向上させることができ、温度の推定精度を向上させることができる。
【００２３】
また、本発明では、計測値取得手段が、温度計測値が第１温度に達したときに、この温度計測値を１点目の温度計測値として取得し、第１温度と低温度域閾値との間にある任意の温度において２点目の温度計測値を取得し、２点目の温度計測値を取得してからさらに所要時間だけ経過した時点で３点目の温度計測値を取得することにより、時定数および収束値の算出精度を向上させることができ、温度の推定精度を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明では、一定時間毎の温度変化を逐次算出する数式に基づき、シミュレーションにより温度推定値を算出することにより、複雑なモデル数式によらずに、簡単な数式で温度推定値を算出することができる。
【００２５】
また、本発明では、一定時間毎の温度変化を逐次算出する数式に基づき、シミュレーションにより降温所要時間予測値を算出することにより、複雑なモデル数式によらずに、簡単な数式で降温所要時間予測値を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る温度推定値提示装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る温度推定値提示装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る計測値取得部による温度計測値の取得点を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態において算出した温度推定値の変化の１例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る降温所要時間予測値提示装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る降温所要時間予測値提示装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る温度推定値提示装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る温度推定値提示装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る計測値取得部による温度計測値の取得点を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る温度推定値提示装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る温度推定値提示装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る計測値取得部による温度計測値の取得点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［発明の原理］
高温の熱処理プロセスが終了した後にヒータなどの出力をオフにするか、あるいは十分に低い一定値にして降温を行なっている際に、例えば７０℃以下になったら計測の信頼性がないことから、７０℃以下と見なせる場合は常に「７０℃」と表示すような方法が、オペレータの安全性を損なうことになる。降温特性は熱処理プロセス装置全体の熱容量と熱の保持状態に依存する場合が多く、同じ装置で同じ温度からの降温であっても、降温速度が同じになるとは限らない。例えば熱処理を行なうチャンバー内が同じ温度の高温であっても、装置全体（チャンバーの周辺など）が温まっていれば放熱性が悪くて降温は遅くなり、装置全体が冷えていれば放熱性が良くて降温は速くなる。つまり、７０℃以下の温度での降温状態は、常に一律に同じというわけではない。
【００２８】
段取り替えなどの理由により降温を行なっている場合は、作業効率を向上させるために、できる限り早くチャンバーの扉を開いて作業を行ないたい。したがって、(1)精密でなくてもできる限り信頼性の高い温度計測値あるいは温度推定値を知ることができれば、作業効率を改善できる。あるいは、(2)精密でなくてもできる限り信頼性の高い降温所要時間の予測値を早い段階で知ることができれば、作業効率を改善できる。
【００２９】
このように、発明者は、降温時の低温度域の温度を推定して温度提示を行なうことの意義、価値、効果に着眼した。また、降温開始後の早い段階で降温所要時間を予測して降温所要時間提示を行なうことの意義、価値、効果に着眼した。そして、ヒータなどの出力をオフにするか、あるいは十分に低い一定値にした場合、降温曲線は概ね指数関数的になることから、低温度域に至るまでの温度変化の状況に基づき、低温度域の降温状態を推定することが有用であることに想到した。
【００３０】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る温度推定値提示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、解決すべき課題１に対応するものである。
本実施の形態の温度推定値提示装置は、温度計測手段から対象物の降温時の３点の温度計測値を取得する計測値取得部１と、温度計測値から降温時の対象物の温度変化の時定数を算出する時定数算出部２と、温度計測値から降温時の対象物の温度の収束値を算出する収束値算出部３と、時定数と収束値とから降温時の対象物の温度推定値を算出する推定算出部４と、温度推定値をオペレータに対して提示する温度推定値提示部５とを備える。
【００３１】
以下の実施の形態では、対象物をヒータで加熱する熱処理プロセスを想定している。この熱処理プロセスでは、ヒータに操作量を出力する温調計などの汎用の温度制御機器によって対象物の温度を制御する。
【００３２】
図２は本実施の形態の温度推定値提示装置の動作を示すフローチャートである。計測値取得部１は、対象物を加熱するヒータ（不図示）の出力がオフまたは低い一定値になって、対象物の高温度から低温度への降温が開始されたとき、図示しない温度計測手段から温度計測値を取得する（図２ステップＳ１００）。このとき、計測値取得部１は、図３に示すように３点の温度計測値ＰＶj-2，ＰＶj-1，ＰＶjを一定の計測間隔時間ｄｔで取得するものとする。図３における３０は、指数関数的に低下する、加熱対象の温度を示している。
【００３３】
本実施の形態では、例えば７０℃より高い高温度域で温度計測の信頼性が高く、７０℃以下の低温度域で温度計測の信頼性が低い温度計測手段の使用を想定している。このような温度計測手段としては、上述のようにＢ熱電対や放射温度計がある。温度計測値ＰＶj-2，ＰＶj-1，ＰＶjを取得するタイミングの具体的な設定は必須の要件ではない。ただし、高温度から低温度への降温が開始された後、対象物の温度が温度計測手段の信頼性が高い（有効な）温度域にあるうちに、温度計測値ＰＶj-2，ＰＶj-1，ＰＶjを取得する必要がある。
【００３４】
指数関数的に収束する対象物の温度の変化の時定数をＴ、温度の収束値をＸとすると、以下の関係が成り立つ。
ＰＶj-1＝（ＰＶj-2Ｔ＋ｄｔＸ）／（Ｔ＋ｄｔ）                    ・・・（１）
ＰＶj＝（ＰＶj-1Ｔ＋ｄｔＸ）／（Ｔ＋ｄｔ）                      ・・・（２）
【００３５】
式（１）、式（２）より、時定数Ｔおよび収束値Ｘは以下のように求まる。
Ｔ＝−（ＰＶj−ＰＶj-1）ｄｔ／（ＰＶj−２ＰＶj-1＋ＰＶj-2）     ・・・（３）
Ｘ＝｛ＰＶj（Ｔ＋ｄｔ）−ＰＶj-1Ｔ｝／ｄｔ
＝ＰＶj−｛（ＰＶj−ＰＶj-1）2／（ＰＶj−２ＰＶj-1＋ＰＶj-2）｝
・・・（４）
【００３６】
時定数算出部２は、式（３）により時定数Ｔを算出し（図２ステップＳ１０１）、収束値算出部３は、式（４）により収束値Ｘを算出する（ステップＳ１０２）。
上記のように、四則演算のみの単純な数式で時定数Ｔおよび収束値Ｘが得られ、温度計測値ＰＶj以降の一定の時間周期ｄｔ毎の温度推定値ＰＶj+1，ＰＶj+2・・・・を次式のように逐次算出することが可能になる。
ＰＶj+1＝（ＰＶjＴ＋ｄｔＸ）／（Ｔ＋ｄｔ）                      ・・・（５）
ＰＶj+2＝（ＰＶj+1Ｔ＋ｄｔＸ）／（Ｔ＋ｄｔ）                    ・・・（６）
【００３７】
推定算出部４は、式（５）、式（６）により温度推定値ＰＶj+1，ＰＶj+2を算出する（図２ステップＳ１０３）。ＰＶj+3以降の温度推定値も同様に逐次算出できることは言うまでもない。
そして、温度推定値提示部５は、推定算出部４が算出した温度推定値ＰＶj+1，ＰＶj+2・・・・を熱処理プロセスのオペレータに対して提示する（ステップＳ１０４）。
【００３８】
以上のように、本実施の形態では、温度計測手段の信頼性の高い（有効な）温度域において、少なくとも３点の温度が計測できていれば、信頼性の低い（無効な）温度域（低温度域）の温度を推定して提示することが可能になる。これにより、本実施の形態では、高温度から低温度への降温の際、低温度域において温度計測手段による温度計測の信頼性が低下する場合においても、信頼性の低下を補う温度提示を実現することができる。
【００３９】
次に、温度推定値算出の数値例について示す。ここでは、温度計測値ＰＶj-2＝１３０．００℃、ＰＶj-1＝１２８．００℃、ＰＶj＝１２６．０４℃の３点が、一定の計測間隔時間ｄｔ＝２．０秒で得られたとする。このとき、指数関数的に収束する対象物の温度の変化の時定数Ｔ、温度の収束値Ｘは、以下のように求められる。
Ｔ＝−（１２６．０４−１２８．００）×２．０／（１２６．０４−２×１２８．００      ＋１３０．００）＝９８．０［秒］                            ・・・（７）
Ｘ＝｛１２６．０４（９８．０＋２．０）−１２８．００×９８．０｝／２．０
＝１００．０［℃］                                            ・・・（８）
【００４０】
そして原理的には、ＰＶj＝１２６．０４℃の温度を計測した以降は、次式により温度推定値ＰＶj+1，ＰＶj+2・・・・を任意の時間周期（例として２．０秒周期）で逐次算出できる。式（９）、式（１０）は単純な四則演算のみの推定式なので、温調計のような演算機能に制約のある温度制御機器であっても実施可能である。
ＰＶj+1＝（９８．０ＰＶj＋２．０×１００．０）／（９８．０＋２．０）
＝０．９８ＰＶj＋２．０                                  ・・・（９）
ＰＶj+2＝（９８．０ＰＶj+1＋２．０×１００．０）／（９８．０＋２．０）
＝０．９８ＰＶj+1＋２．０                              ・・・（１０）
【００４１】
逐次算出結果を表１、表２に示し、温度推定値の変化を図４に示す。なお、表１、表２、図４において、時刻０，２，４の温度が温度計測値、時刻６以降の温度が温度推定値である。
【００４２】
【表１】
2011123001.tif 000003
【００４３】
【表２】
2011123001.tif 000004
【００４４】
なお、式（５）、式（６）、式（９）、式（１０）では、時間周期ｄｔ毎の温度推定値を算出しているが、温度計測値ＰＶjが得られた時点をｔ＝０とすると、任意の時間ｔ経過後の温度推定値ＰＶｅ（ｔ）は以下のように得られる。
ＰＶｅ（ｔ）＝ＰＶj＋（Ｘ−ＰＶj）｛１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）｝  ・・・（１１）
【００４５】
したがって、推定算出部４は、式（５）、式（６）、式（９）、式（１０）の代わりに式（１１）を用いて、任意の時間ｔ経過後の温度推定値ＰＶｅ（ｔ）を算出するようにしてもよい。ただし、式（１１）では指数関数演算が必要になる。
【００４６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係る降温所要時間予測値提示装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、解決すべき課題２に対応するものである。
本実施の形態の降温所要時間予測値提示装置は、計測値取得部１と、時定数算出部２と、収束値算出部３と、時定数Ｔと収束値Ｘとから対象物の所望の温度までの降温に要する降温所要時間の予測値を算出する所要時間予測部６と、降温所要時間予測値をオペレータに対して提示する降温所要時間予測値提示部７とを備える。
【００４７】
図６は本実施の形態の降温所要時間予測値提示装置の動作を示すフローチャートである。計測値取得部１、時定数算出部２および収束値算出部３の動作は、第１の実施の形態と同じである（図６ステップＳ１００〜Ｓ１０２）。
【００４８】
第１の実施の形態で説明した逐次算出は一定の時間周期ｄｔ毎の温度推定値を算出するものなので、対象物の所望の温度ＰＶｅまでの降温に要する降温所要時間の予測値を容易に得られることは明らかである。例えば所望の温度をＰＶｅ＝ＰＶj+100とすれば、温度計測値ＰＶjが得られた時刻ｔ＝０から対象物の温度がＰＶｅ＝ＰＶj+100になるまでの降温所要時間の予測値は、１００×ｄｔである。こうして、所要時間予測部６は、降温所要時間予測値を算出することができる（図６ステップＳ１０５）。
降温所要時間予測値提示部７は、所要時間予測部６が算出した降温所要時間予測値をオペレータに対して提示する（ステップＳ１０６）。
【００４９】
以上のように、本実施の形態では、降温所要時間予測値を算出してオペレータに提示することにより、オペレータは降温中に行なうべき別の作業などに取れる時間を見積もることができるので、オペレータの作業効率を改善することができる。
【００５０】
次に、降温所要時間予測値の数値例について示す。ここでは、対象物の温度を制御する温調計の制御周期をｄｃ＝０．５秒、温度推定値算出の周期（＝上記の周期ｄｔ）をｄｔ＝２．０秒、降温所要時間の終点を規定する対象温度をＰＶｅ＝４０．０℃とする。また、温度計測値ＰＶj-2＝１３０．００℃、ＰＶj-1＝１２８．００℃、ＰＶj＝１２６．０４℃の３点が得られたとする。
【００５１】
時定数算出部２と収束値算出部３が時定数Ｔ、収束値Ｘを算出し、所要時間予測部６が温度推定値の逐次算出をシミュレーション的に実行し、ＰＶｅ＝４０．０℃以下になる時点を求める。
表１、表２に示した計算結果が得られるので、温度計測値ＰＶj＝１２６．０４℃が得られた時点を０秒とすれば、２２４秒が所要時間の予測値になる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、早い段階での降温所要時間予測値の提示に意味があるので、温度計測値が得られるたびに降温所要時間予測値を更新するかどうかは、必要に応じて適宜対応すればよい。
また、上記の説明では降温所要時間予測値を算出するのに逐次算出が必要であるが、温度計測値ＰＶjが得られた時点をｔ＝０として、対象物の温度が所望の温度ＰＶｅになるまでの降温所要時間の予測値τを以下のように計算することも可能である。
τ＝−Ｔｌｎ｛１−（ＰＶｅ−ＰＶj）／（Ｘ−ＰＶj）｝          ・・・（１２）
【００５３】
したがって、所要時間予測部６は、逐次算出を行う代わりに式（１２）を用いて降温所要時間予測値を算出するようにしてもよい。ただし、式（１２）では対数関数演算が必要になる。
【００５４】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図７は本発明の第３の実施の形態に係る温度推定値提示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、解決すべき課題１に対応するものであり、温度推定値提示装置を温調計に実装する場合の実用的な例について説明するものである。
【００５５】
本実施の形態の温度推定値提示装置は、計測値取得部１ａと、時定数算出部２ａと、収束値算出部３ａと、推定算出部４ａと、温度推定値提示部５と、時定数算出部２ａが繰り返し算出する時定数Ｔを記憶する仮時定数記憶部８と、収束値算出部３ａが繰り返し算出する収束値Ｘを記憶する仮収束値記憶部９と、温度推定値を提示する温度を指定する低温度域閾値を予め記憶する低温度域閾値記憶部１０と、温度計測手段から得られる温度計測値が低温度域閾値に達したときに、仮時定数記憶部８に記憶された複数の時定数Ｔを参照して時定数Ｔの最終値を決定する時定数決定部１１と、温度計測手段から得られる温度計測値が低温度域閾値に達したときに、仮収束値記憶部９に記憶された複数の収束値Ｘを参照して収束値Ｘの最終値を決定する収束値決定部１２とを備える。
【００５６】
図８は本実施の形態の温度推定値提示装置の動作を示すフローチャートである。ここでは、対象物の温度を制御する温調計の制御周期をｄｃ＝０．５秒、温度推定値算出の周期（＝上記の周期ｄｔ）をｄｔ＝２．０秒、温度推定値を提示する低温度域閾値をＲ＝７０．０℃とする。制御周期０．５秒に対して、温度推定のための温度計測周期（温度推定値の時間間隔）を２．０秒と長めにしている理由は、温度計測周期が短いほど時定数Ｔ、収束値Ｘの算出の精度が悪くなることを考慮したことによるものである。
【００５７】
計測値取得部１ａは、第１の実施の形態の計測値取得部１と同様に、３点の温度計測値を取得する（図８ステップＳ２００）。
低温度域閾値記憶部１０には、温度推定値を提示する温度域を指定する低温度域閾値Ｒ＝７０．０℃が予め記憶されている。時定数決定部１１および収束値決定部１２は、計測値取得部１ａがステップＳ２００で取得した３点の温度計測値のうち少なくとも１つが低温度域閾値Ｒ＝７０．０℃に達したかどうかを判定する（ステップＳ２０１）。温度計測値が低温度域閾値Ｒ＝７０．０℃に達していない場合はステップＳ２０２に進む。
【００５８】
時定数算出部２ａは、第１の実施の形態の時定数算出部２と同様に時定数Ｔを算出し（図８ステップＳ２０２）、収束値算出部３ａは、第１の実施の形態の収束値算出部３と同様に収束値Ｘを算出する（ステップＳ２０３）。
仮時定数記憶部８は、時定数算出部２ａが算出した時定数Ｔを仮の値として記憶し（ステップＳ２０４）、仮収束値記憶部９は、収束値算出部３ａが算出した収束値Ｘを仮の値として記憶する（ステップＳ２０５）。
【００５９】
次に、計測値取得部１ａは、再び３点の温度計測値を取得する（ステップＳ２００）。こうして、３点の温度計測値のうち少なくとも１つが低温度域閾値Ｒ＝７０．０℃に達するまで、ステップＳ２００〜Ｓ２０５の処理が繰り返される。
温度計測値が低温度域閾値Ｒ＝７０．０℃に達した時点で（ステップＳ２０１においてＹＥＳ）、時定数決定部１１は、仮時定数記憶部８に記憶された複数の時定数Ｔの平均値を時定数Ｔの最終値として決定し（ステップＳ２０６）、収束値決定部１２は、仮収束値記憶部９に記憶された複数の収束値Ｘの平均値を収束値Ｘの最終値として決定する（ステップＳ２０７）。
【００６０】
推定算出部４ａは、時定数決定部１１および収束値決定部１２が決定した時定数Ｔ、収束値Ｘを用いて、第１の実施の形態の推定算出部４と同様に温度推定値を算出する（ステップＳ２０８）。
温度推定値提示部５は、推定算出部４ａが算出した温度推定値をオペレータに対して提示する（ステップＳ１０４）。
【００６１】
上記のとおり、制御周期０．５秒に対して、温度推定のための温度計測周期を２．０秒と長めにすることにより、時定数Ｔ、収束値Ｘの算出の精度が悪くならないように考慮している。しかし、温度計測値にノイズなどによる計測誤差が生じることを、さらに考慮するのが好ましい。ヒータ出力をゼロに維持する操作が行われて、例えば１５０℃からの降温が開始された場合、例えば１３０℃付近から温度計測値の取得が繰り返し行われる（図９）。そして、３点の温度計測値を取得する度に、時定数算出部２ａ、収束値算出部３ａによってそれぞれ時定数Ｔ、収束値Ｘが算出され、この時定数Ｔ、収束値Ｘがそれぞれ仮時定数記憶部８、仮収束値記憶部９に記憶される。そして、温度計測値が低温度域閾値Ｒ＝７０．０℃に達した時点で、複数の時定数Ｔの平均値を時定数Ｔの最終値として決定し、複数の収束値Ｘの平均値を収束値Ｘの最終値として決定する。
【００６２】
こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態に比べて時定数Ｔおよび収束値Ｘの算出精度を向上させることができ、温度の推定精度を向上させることができる。なお、時定数Ｔおよび収束値Ｘの最終値として、単純平均値を採用する必要はなく、加重平均値などを適宜採用してもよい。
【００６３】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１０は本発明の第４の実施の形態に係る温度推定値提示装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、解決すべき課題１に対応するものであり、温度推定値提示装置を温調計に実装する場合の実用的な例について説明するものである。
【００６４】
本実施の形態の温度推定値提示装置は、計測値取得部１ｂと、時定数算出部２ｂと、収束値算出部３ｂと、推定算出部４ｂと、温度推定値提示部５と、低温度域閾値記憶部１０と、温度計測手段から温度計測値を取得する１点目の温度である第１温度を予め記憶する第１温度記憶部１３と、計測値取得部１ｂが１点目の温度計測値を取得した時点から２点目の温度計測値を取得した時点までの所要時間を計測する所要時間計測部１４とを備える。
【００６５】
図１１は本実施の形態の温度推定値提示装置の動作を示すフローチャートである。ここでは、対象物の温度を制御する温調計の制御周期をｄｃ＝０．５秒、低温度域閾値をＲ＝７０．０℃、第１温度をＦ＝１３０．０℃（Ｆ＞Ｒ）とする。
第１温度記憶部１３には、第１温度Ｆ＝１３０．０℃が予め記憶されている。計測値取得部１ｂは、温度計測値が第１温度Ｆ＝１３０．０℃に達したときに（図１１ステップＳ３００においてＹＥＳ）、この温度計測値１３０．０℃を１点目の温度計測値ＰＶj-2として取得する（ステップＳ３０１）。
【００６６】
続いて、計測値取得部１ｂは、第１温度Ｆ＝１３０．０℃と低温度域閾値Ｒ＝７０．０℃の間にある任意の温度において、２点目の温度計測値ＰＶj-1を取得する（ステップＳ３０２）。
所要時間計測部１４は、計測値取得部１ｂが１点目の温度計測値ＰＶj-2を取得した時点から２点目の温度計測値ＰＶj-1を取得した時点までの所要時間ｄｔ’を計測する（ステップＳ３０３）。
【００６７】
次に、計測値取得部１ｂは、２点目の温度計測値ＰＶj-1を取得してからさらに上記所要時間ｄｔ’だけ経過した時点で（ステップＳ３０４においてＹＥＳ）、３点目の温度計測値ＰＶjを取得する（ステップＳ３０５）。こうして、図１２に示すように３点の温度計測値ＰＶj-2，ＰＶj-1，ＰＶjが取得される。
【００６８】
３点の温度計測値ＰＶj-2，ＰＶj-1，ＰＶjの取得後、時定数算出部２ｂは、以下の式（１３）により時定数Ｔを算出し（ステップＳ３０６）、収束値算出部３ｂは、式（１４）により収束値Ｘを算出する（ステップＳ３０７）。
Ｔ＝−（ＰＶj−ＰＶj-1）ｄｔ’／（ＰＶj−２ＰＶj-1＋ＰＶj-2） ・・・（１３）
Ｘ＝ＰＶj−｛（ＰＶj−ＰＶj-1）2／（ＰＶj−２ＰＶj-1＋ＰＶj-2）｝
・・・（１４）
【００６９】
推定算出部４ｂは、以下の式（１５）、式（１６）により一定の時間周期ｄｔ（ｄｔ≦ｄｔ’であり例えば２．０秒）毎の温度推定値ＰＶj+1，ＰＶj+2を算出する（ステップＳ３０８）。時定数Ｔと収束値Ｘが算出されれば、温度推定値算出の周期は所要時間ｄｔ’と同一である必要はない。ＰＶj+3以降の温度推定値も同様に逐次算出できることは言うまでもない。
ＰＶj+1＝（ＰＶjＴ＋ｄｔＸ）／（Ｔ＋ｄｔ）                    ・・・（１５）
ＰＶj+2＝（ＰＶj+1Ｔ＋ｄｔＸ）／（Ｔ＋ｄｔ）                  ・・・（１６）
温度推定値提示部５は、推定算出部４ｂが算出した温度推定値ＰＶj+1，ＰＶj+2・・・・をオペレータに対して提示する（ステップＳ３０９）。
【００７０】
本実施の形態では、計測値取得部１ｂが取得する３点の温度計測値の時間間隔が長いほど、時定数Ｔ、収束値Ｘの算出の精度が良くなる。そこで、ヒータ出力をゼロに維持する操作が行われて、例えば１５０℃からの降温が開始された場合、まず第１温度Ｆ＝１３０．０℃で１点目の温度計測値ＰＶj-2を取得する。次に、第１温度Ｆ＝１３０．０℃と低温度域閾値Ｒ＝７０．０℃の間にある任意の温度において、２点目の温度計測値ＰＶj-1を取得する。例えば中間の１００℃において２点目の温度計測値ＰＶj-1を取得する。このとき、１３０．０℃から１００℃になるまでの所要時間ｄｔ’を所要時間計測部１４により計測しておく。
【００７１】
そして、１００℃からさらに所要時間ｄｔ’だけ経過した時点で、３点目の温度計測値ＰＶjを取得する。このようにして得られた３点の温度計測値ＰＶj-2，ＰＶj-1，ＰＶjは図１２に示したように時間間隔が原理的に長くなるので、第３の実施の形態において平均値を取るのと同等の効果により、時定数Ｔおよび収束値Ｘの算出精度を向上させることができる。
【００７２】
なお、第１〜第４の実施の形態の温度推定値提示装置と降温所要時間予測値提示装置とは、それぞれＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第４の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、制御対象の降温時の温度推定値を算出して提示する技術、または制御対象の所望の温度までの降温に要する降温所要時間の予測値を算出して提示する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１，１ａ，１ｂ…計測値取得部、２，２ａ，２ｂ…時定数算出部、３，３ａ，３ｂ…収束値算出部、４，４ａ，４ｂ…推定算出部、５…温度推定値提示部、６…所要時間予測部、７…降温所要時間予測値提示部、８…仮時定数記憶部、９…仮収束値記憶部、１０…低温度域閾値記憶部、１１…時定数決定部、１２…収束値決定部、１３…第１温度記憶部、１４…所要時間計測部。
【図１】
2011123001.tif 000005
【図２】
2011123001.tif 000006
【図３】
2011123001.tif 000007
【図４】
2011123001.tif 000008
【図５】
2011123001.tif 000009
【図６】
2011123001.tif 000010
【図７】
2011123001.tif 000011
【図８】
2011123001.tif 000012
【図９】
2011123001.tif 000013
【図１０】
2011123001.tif 000014
【図１１】
2011123001.tif 000015
【図１２】
2011123001.tif 000016