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OHT 시스템의 진동 기반 충격 탐지

Vibration-based Shock Detection Method for OHT Systems

  • 문창훈 (아주대학교 IT융합대학원)

초록/요약

반도체 제조 공정에서 OHT (Overhead Hoist Transport)는 천장 레일을 따라 웨이퍼를 자동으로 이송하는 핵심 물류 자동화 시스템이다. OHT의 안정적인 운영은 생산 효율성과 직결되지만, 주행 중 발생하는 미세한 충격은 고가의 웨이퍼에 손상을 입힐 수 있어 실시간 모니터링이 필수적이다. 기존의 충격 탐지 연구는 특정 제조사의 고가 장비에만 적용 가능한 모터 토크 기반 방식에 집중되어 있어, 현장의 대다수를 차지하는 범용 OHT에는 적용하기 어려운 한계가 있었다. 또한, 정기 점검 방식은 실시간으로 발생하는 충격 이벤트에 즉각적으로 대응하기 어렵다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 모든 OHT에 기본적으로 장착된 3축 가속도 센서를 활용한 진동 기반 충격 탐지 기법을 제안한다. 제안 기법은 수집된 3축 가속도 데이터를 벡터 크기(magnitude)로 변환한 후, 슬라이딩 윈도우를 적용하여 시계열 데이터를 분할한다. 각 윈도우에서 RMS, 표준편차 등 7가지 통계 특징을 추출하고, 정상 주행 데이터의 통계적 분포를 기반으로 IQR (Interquartile Range) 방식을 이용해 충격 판단을 위한 임계값을 설정한다. 이 방식은 복잡한 머신러닝 모델 없이도 효과적으로 충격 이벤트를 구분할 수 있는 장점이 있다. 제안된 기법의 성능을 평가하기 위해 실제 OHT 주행 데이터를 사용하여 실험을 진행했다. 실험 데이터는 1kHz 샘플링레이트의 가속도계로 수집되었으며, 각각 5초 분량의 정상 데이터 1,706개와 비정상 데이터 12개로 구성된다. 실험 결과, 0.6초의 윈도우 크기에서 RMS (Root Mean Square) 특징을 사용했을 때 F1-Score 1.000(정밀도 1.000, 재현율 1.000)이라는 매우 높은 탐지 성능을 달성하여 연구 목표였던 F1-Score 0.9 이상과 FPR 0.1% 이하를 성공적으로 달성했다. 결론적으로 본 연구는 범용 OHT 시스템에 쉽게 적용할 수 있는 실시간 충격 탐지 기법을 제시함으로써, 반도체 생산 공정의 안정성을 높이고 잠재적 손실을 예방하는 데 기여할 수 있음을 입증했다.

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목차

제 1 장 서론 1
제 2 장 관련 연구 4
2.1 OHT 시스템의 진동 및 충격 문제 4
2.2 종래의 충격 및 이상 탐지 기법 5
2.2.1 모터 토크 기반 접근법의 한계 5
2.2.2 일반적인 진동 신호 기반 이상 탐지 연구 5
2.3 본 연구의 차별성 6
제 3 장 제안 방법 8
3.1 데이터 전처리: Magnitude 계산(Magnitude Computation) 8
3.2 윈도우 분할(Window Segmentation) 10
3.3 통계적 특징 추출(Statistical Feature Extraction) 11
3.3.1 최대값(Max) 11
3.3.2 실효값(RMS, Root Mean Square) 12
3.3.3 표준편차(Std, Standard Deviation) 12
3.3.4 평균(Mean) 12
3.3.5 파고율(Crest Factor) 12
3.3.6 첨도(Kurtosis) 13
3.3.7 왜도(Skewness) 13
3.4 임계값 설정(Threshold Estimation) 13
3.4.1 IQR(Interquartile Range) 기반 임계값 14
3.5 실시간 충격 판정(Threshold-based Decision) 15
제 4 장 실험 및 평가 17
4.1 데이터셋 구성 17
4.1.1 데이터셋 상세 17
4.1.2 정상 및 충격 데이터 비교 분석 17
4.2 평가 지표 19
4.3 실험 결과 및 분석 21
4.3.1 통계적 특징 및 하이퍼파라미터 최적화 21
4.3.2 파라미터 안정성 분석 23
4.3.3 오탐지율(FPR) 0.1% 이하 조건에서의 성능 평가 24
제 5 장 결론 26
참고문헌 28
Abstract 31

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