Il vantaggio dello schema dell’anello di controllo in cascata è che l’anello di controllo secondario che comprende il Pid può essere sintonizzato per rispondere in modo relativamente veloce alle variazioni nel valore prefissato della temperatura così che la potenza tipicamente oltrepasserà il suo valore di regime finale. La variazione relativamente rapida della potenza e della temperatura dell’apparato di riscaldamento migliora la risposta complessiva del sistema. Ciò tuttavia non comporta necessariamente una più veloce variazione del diametro in risposta alle variazioni della potenza poiché resta un ritardo dominante nella massa di materiale fuso. L’incertezza nella misura della temperatura può determinare una significativa variabilità del guadagno e dell’offset da ciclo a ciclo e da argano ad argano. Ne consegue che, profili di temperatura predeterminati causano variabilità nella qualità del cristallo.
Inoltre, il controllo del diametro è generalmente inaccettabile a causa della bassa velocità di risposta e della variabilità della superficie del materiale fuso in relazione alla temperatura del crogiuolo.
• Invenzione: Anello di controllo della potenza con modello del processo
In Figura 2 viene infine riportato, come esempio di realizzazione di alcuni aspetti dell’invenzione, un anello di controllo della potenza con modello del processo. L’anello di controllo comprende in base all’invenzione un modello di temperatura per controllare il diametro del cristallo in un processo di sollevamento bloccato (secondo un profilo di velocità predeterminato) dello stesso.Un anello di controllo Pid riceve un segnale errore che rappresenta la differenza tra il valore prefissato del diametro del cristallo e quello variabile con il processo e fornisce in uscita quello di temperatura. Questo valore prefissato di temperatura serve al modello di temperatura per produrre in risposta ad esso quello per la potenza da fornire all’apparato di riscaldamento necessario ad ottenere le desiderate variazioni nel diametro del cristallo.
In una realizzazione proposta dell’invenzione, il modello di temperatura determina la relazione tra la potenza del dispositivo di riscaldamento e la temperatura della superficie della massa di silicio fuso.
È previsto che il modello di temperatura possa essere usato per fornire quello della velocità di variazione del diametro. In generale dati per generare il modello di temperatura derivano da misure della temperatura della superficie del materiale fuso. L’anello di controllo descritto offre in modo proficuo i vantaggi di un processo a sollevamento bloccato del seme consentendo un controllo del diametro più veloce e accurato.
Pubblicazione con rivendicazione di ulteriore priorità
Il documento WO056956C1 pubblicato in data 22 Marzo 2001, successivamente quindi alla domanda internazionale con rapporto internazionale di ricerca, consiste nella prima pagina modificata del brevetto dal titolo WO056956 “Metodo e apparato per controllare il diametro di un cristallo di silicio durante un processo di crescita” (Method and Apparatus for Controlling diameter of Silicon Crystal in a Growth Process). Il sommario è identico, a quello del documento WO56956A1. La variazione consiste nel fatto che in questo documento viene rivendicata un’ulteriore priorità (numero 10 Febbraio 2000 US2000000502340) e come conseguenza vengono individuati due soli membri appartenenti alla stessa famiglia (WO56956C1 e WO56956A1). Selezionando nella pagina visualizzata sul link relativo allo stato legale è possibile ricostruire in modo aggiornato l’iter seguito per l’ottenimento del brevetto. Esso si è sviluppato nell’arco di due anni attraverso una successione di azioni legali di seguito riportate e descritte in ordine cronologico: 22 Marzo 1999 e 10 Febbraio 2000: priorità rivendicate (codice AA); 17 Settembre 2000: presentazione della domanda internazionale (codice AE); 28 Settembre 2000: pubblicazione della domanda internazionale con rapporto di ricerca internazionale (codice A1); designazione Paesi per i brevetti regionali (codice AL), designazione Stati (codice AK); 16 Novembre 2000: richiesta di esame preliminare presentata prima che scadessero i 19 mesi dalla data di priorità (codice Dfpe); 22 Novembre 2000: domanda Pct art. 158 (codice 121); 22 Marzo 2001: designazione Stati (codice AK); prima pagina modificata (codice C1); correzione da apportare nella sezione i (Bollettino Uff. Brevetti 39/2000: in corrispondenza di (30) sostituire “Non Fornito” con “09/5022340” (codice CR1); designazione Paesi per i Brevetti Regionali (codice AL).
La rivendicazione dell’ulteriore priorità può risultare importante, anche da un punto di vista economico, per i procedimenti legati alle licenze, su cui non risultano dati sui documenti esaminati attraverso la consultazione delle banche e basi dati disponibili.
Conclusioni
Dai dettagli bibliografici contenuti nella prima pagina dei due documenti si desume che autori dell’invenzione sono due dipendenti della società per azioni statunitense che è anche titolare del brevetto.
Dai codici di classificazione internazionale ed europea utilizzati per pubblicare i documenti è stato possibile risalire al dominio tecnico di riferimento del brevetto, tenendo presente che le classificazioni sono interessate a continui aggiornamenti e riferite ad accordi: Strasburgo per l’International Patent Classification (Ipc), Nizza, Locarno e Vienna per l’European Classification (Ec).
I codici Ipc e Ec assegnati dall’Ompi e dal Ueb per classificare il contenuto tecnico dei documenti brevettuali consentono di determinare attraverso la sezione (C), la classe (C30), la sottoclasse (C30B) , il gruppo principale (C30B15) e i sottogruppi (C30B15/20 e) il dominio tecnico al quale afferiscono i due documenti brevettuali che è quello della Chimica e della Metallurgia con particolare riferimento alla crescita di cristalli monocristallini con il metodo di Czochralski, stabilizzando e controllando la forma della zona fusa in prossimità del cristallo estratto e controllando la sezione del cristallo.
Dall’analisi tecnologica si ricava la validità dell’innovazione nel controllo del processo di fabbricazione e lavorazione, dove fondamentale risulta l’impiego del controllore Pid.
bibliografia
• http://www.minindustria.it
– Report: “Wipo Milan Forum on Intellectual Property and Small and Medium-Sized Enterprises”, Wipo, Milano, 9-10 Febbraio 2001.
– Voda A.A., Landau I.D., A Method for The Auto-calibration of Pid Controllers, Automatica, October, 1999.
– Ho W.K., Lim K.W., Wen Xu, Optimal Gain and Phase Margin Tuning for Pid Controllers, Automatica, August, 1998.
– Ying, H., Theory and application of a novel Fuzzy Pid controller using Takag-Sugeno (TS) rule, Information Sciences, April, 2000.
– Reznikìa L., Ghanayemìb O., Bourmistovìc A., Pid plus fuzzy controller structures as a design base for industrial applications, Engineering Applications of Artificial Intelligence, August, 2000.
• http://www.european-patent-office.org/it
– Automazione e Strumentazione, n. 1 (Speciale Pid), Gennaio 1996, Editrice Bias.
– Proc. Ifac Conf., “Digital Control: Past, Present and Future of Pid Control”, April, 2000, Madrid.