CN101802229B - 高频淬火监视装置 - Google Patents

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Abstract

高频淬火监视装置(20)包括：电流传感器(21)，其检测高频逆变器(11)的输出电流；电压传感器(22)，其检测加热线圈(14)中的电压，该加热线圈(14)在等效电路上与电容器(12)一起连接在高频逆变器(11)的输出端子之间；以及控制部(23)，其根据电流传感器(21)的检测信号和电压传感器(22)的检测信号监视淬火处理，控制部(23)通过根据来自电流传感器(21)的检测信号算出来自高频逆变器(11)的输出电流的有效值并且根据来自电压传感器(22)的检测信号算出在加热线圈(14)中产生的电压的有效值、或者进一步根据各有效值算出负载阻抗来监视淬火处理。

Description

高频淬火监视装置
技术领域
本发明涉及一种监视是否恰当地执行了对工件的高频淬火(Hardening)处理的高频淬火监视装置。 
背景技术
为了提高工件的硬度等物理特性，利用高频电力对工件实施淬火处理。图24是示意性地表示通常的淬火处理的情形的外观图。例如如图所示，作为加热对象的工件50构成为在棒状基部51上以同轴形状具备鼓出部52，因此由于棒状基部51和鼓出部52而截面为大致L字形状。加热线圈61是鞍形线圈，在半圆周部61a的两端连接一对直线部61b、61b而形成加热线圈61。当进行淬火处理时，首先，将工件50保持在未图示的保持单元上，并以加热线圈61的半圆周部61a位置于鼓出部52的上面侧并且加热线圈61的直线部61b平行于棒状基部51的方式将加热线圈61配置在工件50上。此时，确认加热线圈61和鼓出部52之间的距离是否在规定范围内。之后，一边旋转工件50，一边从高频逆变器62向加热线圈61提供高频电力。由此，实施淬火处理。此外，图中的63是与加热线圈61构成并联谐振电路的匹配用电容器。 
在淬火处理中使用的公知的高频淬火装置，在等效电路上电路构成为在高频逆变器的输出端子之间并联连接匹配用的电容器和加热线圈。为了保证淬火质量，理想情况下最好是实际测量提供到加热线圈的有效功率(kW)并以该有效功率为基准进行管理。加热线圈的等效电路以电感和电阻的串联连接来表示。并且，被加热线圈加热的工件为阻性负载。有效功率的监视方法是如下方法：测定在加热线圈两端产生的电压(Vcoil)和流经加热线圈的线圈电流(Icoil)之间的相位差，根据式Pkw＝cosφVcoilIcoil求出有效功率。此外，cosφ为功率因数(φ为功率因数角)。 
然而，在高频淬火的情况下，功率因数低的负载多，成为测量对象的线圈电压和线圈电流之间的相位差大。具体地说，电容器和加热线圈的并联电路的Q为10左右。功率因数能够估计为Q的倒数，在Q为10的情况下，功率因数为0.1，此时的功率因数角φ为84°。因而，测定Vcoil和Icoil，并由运算电路对这些值进行乘法运算而求出的有效功率小。另外，该运算电路容易受温度漂移的影响、频率、相位差变动的影响，因此现状是无法根据运算电路的算出值来高精确度地监视高频淬火处理的有效功率。 
专利文献1：日本特开2002-317224号公报 
专利文献2：日本特开2000-150126号公报 
专利文献3：日本特开2003-231923号公报 
发明内容
发明要解决的问题
因此，以往，在以将来自高频振荡器的电压控制为恒定的方式进行输出控制的情况下，考虑检测加热线圈的电流并求出平均电流来监视功率(例如专利文献1)。然而，线圈电流确切地说是具有线圈所具有的电感成分和电阻成分的合成电流。因此，即使负载变动，线圈电流的变动也小，灵敏度低。因而，无法进行有效的功率监视。 
另外，也考虑了通过检测来自高频逆变器的输出电压和输出电流、或者检测输出功率来进行监视(例如专利文献2以及3)。 在该输出功率的检测中，也包括检测输出电压以及输出电流并对它们的有效值进行乘法运算。然而，在该监视方法中，监视对象为来自高频逆变器的输出功率、换句话说是从高频逆变器的输出端子之间看时为提供到负载的有效功率，因此受到匹配电路引起的损耗、功率的传输损耗的影响，无法敏感地检测负载变动，灵敏度差。特别是，当从高频逆变器到加热线圈的距离长时，由于功率的传输损耗而导致负载变动的检测灵敏度下降。 
另一方面，还存在如下问题：当成为淬火对象的工件与加热线圈之间的位置关系在规定范围之外时，由于负载变动而无法进行恰当的淬火处理。下面具体地进行说明。在图24所示的淬火处理中，工件50并非都是相同尺寸，而是具有一定程度的允许范围内的尺寸，因此不能保证即使在如下情况下也执行恰当的淬火处理：尽管工件50与加热线圈61之间的位置关系有可能按每个工件而不同，但是与工件50无关地提供相同的高频电力。即，在工件50和加热线圈61之间的位置关系中，特别是当鼓出部52的上表面53与加热线圈61的半圆周部61a之间的距离变大时，工件50和加热线圈61之间的间隙(gap)增加，变得难以向工件50提供高频。因此，现状是没有充分保证每个工件的淬火处理的质量。 
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种负载变动的检测灵敏度高、能够以高精确度进行高频淬火处理的质量管理的高频淬火监视装置。 
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的高频淬火监视装置能够与高频淬火装置相连接，该高频淬火装置在高频逆变器上连接有电容器和加热线圈，该高频淬火监视装置具备：电流传感器，其检测来自高频逆变器的输出电流；电压传感器，其检测在加热线圈中产生的电压；以及控制部，其根据电流传感器的检测信号和电压传感器的检测信号监视淬火处理。
当具体说明时，在本发明的第一结构中，特别的是在高频逆变器上并联连接有电容器和加热线圈。由此，当从高频逆变器经由电容器向加热线圈提供高频电力时，通过控制使得高频逆变器的输出电压恒定，使来自高频逆变器的输出功率的变动直接影响输出电流。由此，通过监视该输出电流，能够在高频淬火处理中监视来自高频逆变器的输出功率。另一方面，通过监视在加热线圈中产生的电压，则由于从高频逆变器到加热线圈的传输损耗、由电容器和加热线圈的并联谐振电路引起的匹配损耗而检测灵敏度变高，能够以更高精确度检测加热线圈的电压变动。 
特别地也可以是控制部具备：电流测定电路，其根据来自电流传感器的检测信号算出来自高频逆变器的输出电流的有效值；以及电压测定电路，其根据来自电压传感器的检测信号算出在加热线圈中产生的电压的有效值，其中，该控制部根据由电流测定电路和电压测定电路分别算出的有效值来监视淬火处理。通过监视各有效值，能够容易地监视输出功率。 
特别地也可以是控制部具备判断部，该判断部判断由电流测定电路和电压测定电路分别算出的有效值是否在设定范围内。由此，在判断部作出在设定范围之外的判断的情况下，还能够向外部输出警告信号，从而也能够检测出没有正常进行高频淬火处理。 
在本发明的第二结构中，特别的是控制部根据电流传感器的检测信号和电压传感器的检测信号算出负载阻抗，根据所算出的负载阻抗监视淬火处理。由此，当从高频逆变器经由电容 器向加热线圈提供高频电力时，进行控制使得高频逆变器的输出功率恒定，从而当成为淬火对象的工件和加热线圈之间的位置关系在允许范围之外时，负载阻抗的变动超出允许范围。由此，通过监视该负载阻抗能够保证高频淬火处理的质量。 
特别地也可以是控制部具备：电流测定电路，其根据来自电流传感器的检测信号算出来自高频逆变器的输出电流的有效值；以及电压测定电路，其根据来自电压传感器的检测信号算出在上述加热线圈中产生的电压的有效值，其中，该控制部根据由电流测定电路和电压测定电路分别算出的有效值来算出上述负载阻抗。由此，控制部根据有效值算出负载阻抗，通过监视该负载阻抗能够容易且迅速地进行淬火监视。 
特别地也可以是控制部具备判断部，该判断部判断所算出的负载阻抗是否在设定范围内。由此，在判断部作出在设定范围之外的判断的情况下，还能够向外部输出警告信号，从而也能够检测出没有正常执行高频淬火处理。 
也可以是控制部根据来自电流传感器的检测信号算出来自上述高频逆变器的输出电流，还根据所算出的输出电流监视淬火处理。控制部通过监视来自高频逆变器的输出电流，能够根据高频逆变器的输出值确认正常地进行了高频淬火处理。 
发明的效果
根据本发明，当高频淬火时，通过监视来自高频逆变器的输出电流和在加热线圈的两端产生的电压，能够监视是否正常地进行了高频淬火处理，能够保证高频淬火的质量。另外，当高频淬火时，通过监视负载阻抗、即加热线圈电压除以来自高频逆变器的输出电流而得到的值，能够监视是否正常地进行了高频淬火处理，能够保证高频淬火的质量。 
图2示出图1中的信号处理部内的电压测定电路。 
图3的(A)示出负载谐振电路，(B)与图(A)所示的负载谐振电路有关，是高频逆变器的频率与负载谐振电路的谐振频率一致并同步的情况下的等效电路图。 
图4是用于说明能够将线圈间隙的变动作为负载阻抗变动来进行观测的理由的示意性电路图，(A)是对感应加热进行建模而得到的等效电路图，(B)是不存在工件的状态下的等效电路图，(C)是用并联电路示出(B)所示的等效电路的图。 
图5是用于说明第二实施方式的变形例的示意图。 
图6示出实施例1的结果，(A)是与加热线圈中的电压相对应的信号波形，(B)是与来自高频逆变器的输出电流相对应的信号波形。 
图7示出实施例2的结果，(A)是与加热线圈中的电压相对应的信号波形，(B)是与来自高频逆变器的输出电流相对应的信号波形。 
图8示出实施例3的结果，(A)是与加热线圈中的电压相对应的信号波形，(B)是与来自高频逆变器的输出电流相对应的信号波形。 
图9示出比较例1的结果，(A)是与加热线圈中的电压相对应的信号波形，(B)是与图1所示的电流互感器13的初级侧的电流相对应的信号波形。 
图10示出比较例2的结果，(A)是与加热线圈中的电压相对应的信号波形，(B)是与图1所示的电流互感器13的初级侧的电流相对应的信号波形。 
图11是表示加热线圈与工件之间的位置关系的图。 
图12是表示实施例4的结果中的负载阻抗与线圈间隙相关性的图。 
图13是表示实施例4的结果中的针对负载阻抗变化率的与线圈间隙相关性的图。 
图14是表示实施例4的结果中的来自高频逆变器的输出电流与线圈间隙相关性的图。 
图15是表示实施例4的结果中的来自高频逆变器的输出电流的变化率与线圈间隙相关性的图。 
图16是表示实施例4的结果中的线圈间隙d为1.5mm时的波形的图，(A)是表示负载阻抗的波形的图，(B)是表示输出电流的波形的图。 
图17是表示实施例4的结果中的线圈间隙d为2.1mm时的波形的图，(A)是表示负载阻抗的波形的图，(B)是表示输出电流的波形的图。 
图18是表示比较例3的结果中的线圈电压与线圈间隙相关性的图。 
图19是表示比较例3的结果中的针对线圈电压变化率的与线圈间隙相关性的图。 
图20是表示比较例3的结果中的来自高频逆变器的输出电流与线圈间隙相关性的图。 
图21是表示比较例3的结果中的来自高频逆变器的输出电流的变化率与线圈间隙相关性的图。 
图22是表示比较例3的结果中的线圈间隙d为1.5mm时的波形的图，(A)是表示线圈电压的波形的图，(B)是表示输出电流的波形的图。 
图23是表示比较例3的结果中的线圈间隙d为2.1mm时的波 形的图，(A)是表示线圈电压的波形的图，(B)是表示输出电流的波形的图。 
图24是示意性地表示通常的淬火处理的情形的图。 
附图标记说明
1：高频淬火系统；10：高频淬火装置；11：高频逆变器；12：匹配用的电容器；13：电流互感器；13a：初级电流侧线圈；13b：次级电流侧线圈；14：加热线圈；15：工件(被加热构件)；20：高频淬火监视装置(阻抗监视装置)；21：电流传感器；22：电压传感器；22a、22b、22c、22d：端部；23：控制部；23a：电流检测部；23b：电压检测部；23c：信号处理部；23d：判断部；23e：显示部；24：警告部；30：电压测定电路；31：第一运算放大器；32：第二运算放大器；33：滤波电路；34：输入电阻；35：第一二极管；36：第二二极管；37、38、39、40、41：电阻；42：电容器；50：工件；51：棒状基部；52：鼓出部；53：上表面；61：加热线圈；61a：半圆周部；61b：直线部。 
具体实施方式
下面参照附图详细地说明本发明的优选方式。 
[第一实施方式] 
第一实施方式所涉及的高频淬火监视装置通过监视来自高频逆变器的输出电流和在加热线圈的两端产生的电压来保证高频淬火的质量。图1是表示安装有第一实施方式所涉及的高频淬火监视装置的高频淬火系统的结构的图。高频淬火系统1由高频淬火装置10和高频淬火监视装置20构成。 
高频淬火装置10在电路上由以下各部构成：高频逆变器11；匹配用的电容器12，其连接在高频逆变器11的输出端子之间；加热线圈14，其对工件15进行感应加热；以及电流互感器13，其存在于匹配用的电容器12与加热线圈14之间。由此，高频淬火装置10在等效电路上构成为包括匹配用的电容器12和加热线圈14并联的谐振电路。
在此，高频逆变器11是电流型逆变器，以使输出电压恒定的控制方式对其进行驱动控制。电流互感器13由初级线圈13a和次级线圈13b构成，其中，所述初级线圈13a与匹配用的电容器12并联连接到高频逆变器11上，所述次级线圈13b与加热线圈14并联连接。 
高频淬火装置10在将工件15配置于内置有加热线圈14的支承部(未图示)的状态下，从高频逆变器11对加热线圈14提供高频电流，使工件15的内部产生涡电流来加热工件15进行淬火处理。 
高频淬火监视装置20具备：电流传感器21，其检测高频逆变器11的输出电流；电压传感器22，其检测加热线圈14中的电压；控制部23，其根据电流传感器21的检测信号和电压传感器22的检测信号监视淬火处理；以及警告部24，其对控制部23输入各种控制信息，从控制部23接收警告信号。 
电流传感器21电连接在高频逆变器11与匹配用的电容器12之间的布线上，检测高频逆变器11的输出电流Io。电压传感器22在两端具备端子22a、22b，与加热线圈14并联连接，检测加热线圈14的电压Vcoil。 
控制部23包括：电流检测部23a，其接收来自电流传感器21的检测信号的输入；电压检测部23b，其接收来自电压传感器22的检测信号的输入；信号处理部23c，其接收来自电流检测部23a以及电压检测部23b的输入并分别进行信号处理；以及判断部23d，其接收由信号处理部23c进行信号处理得到的结果的输入， 判断结果是否在规定范围内。判断部23d具备显示部23e，该显示部23e输出由信号处理部23c进行信号处理得到的结果。 
电流传感器21和电流检测部23a可以由将检测出的电流转换为电压的电流互感器(变流器)构成。此时，在电流传感器21中能够使用罗氏(Rogowski)线圈，电流检测部23a将在罗氏线圈中产生的电压转换为规定范围的电压。电流互感器例如将输出电流500Arms转换为0.5Vrms。 
电压传感器22和电压检测部23b可以由将检测出的电压转换为规定范围的电压的电压互感器(变压器)构成。此时，在电压传感器22中能够使用能连接在加热线圈14的端子之间的探针。电压检测部23b将由探针抽取出的电压转换为规定范围的电压。电压互感器例如将线圈电压200Vrms转换为10Vrms。 
信号处理部23c对来自电流检测部23a以及电压检测部23b的信号分别进行整流并算出有效值，并且通过滤波器去除噪声，将电流信号Si以及电压信号Sv输出到判断部23d。由此，将来自电流互感器的信号例如0.5Vrms的信号转换为5V的电压信号，另一方面将来自电压互感器的信号例如10Vrms的信号转换为5V的电压信号。 
判断部23d判断从信号处理部23c输入的电流信号Si以及电压信号Sv是否恰当。即通过从控制高频逆变器11的控制部(未图示)对判断部23d输入加热同步信号SS，来由判断部23d取出电流信号Si以及电压信号Sv的波形，并将它们显示于显示部23e。此时，判断部23d还显示预先设定的上限和下限的阈值。由此，在高频淬火装置10动作中的状态下，如果电流信号Si、电压信号Sv超过上限的阈值或低于下限的阈值，则判断部23d判断为NG并将该波形记录为异常波形。另外，判断部23d向警告部24输出警告信号。此时，当判断部23d输出警告信号时，也可以在显示部 23e上以“NG”进行警告显示。 
警告部24根据来自判断部23d的警告信号进行警告显示或向外部发出警告音，另外对高频逆变器11的控制部(未图示)发出指示使其停止高频电力的输出。 
说明图1的信号处理部23c内部的电路结构。在信号处理部23c中分别包含对来自电流检测部23a的信号进行处理的电流测定电路、以及对来自电压检测部23b的信号进行处理的电压测定电路。电流测定电路和电压测定电路都是相同的电路结构，因此下面说明电压测定电路。 
图2是表示图1中的信号处理部23c内的电压测定电路30的图。 
电压测定电路30级联有第一运算放大器31和第二运算放大器32，在输出侧连接有滤波电路33。在第一运算放大器31中连接有输入电阻34、连接在输入端子和输出端子之间的第一二极管35、一端连接在输出端子上的第二二极管36以及一端连接在输入端子上且另一端连接在第二二极管36的另一端上的电阻37。该第一运算放大器31是所谓的理想二极管，进行输入信号电压的半波整流。用电阻38来连接第一运算放大器31和第二运算放大器32。第二运算放大器32是在输入端子和输出端子之间连接有电阻39的反相放大器。第二运算放大器32的输入端子经由电阻40与输入电阻34的输入信号侧相连接。第二运算放大器32的输出为输入电压信号的全波整流波形。该全波整流波形被输入到由电阻41以及电容器42构成的低通滤波电路33，去除全波整流波的纹波(Ripple)并转换为直流电压。通过设定滤波电路33的电阻41以及电容器42的值，能够得到从第二运算放大器32输出的全波整流波的有效值。 
下面说明利用图1所示的高频淬火系统1进行的淬火监视。 
在高频淬火装置10中，从高频逆变器11经由匹配用的电容器12以及电流互感器13向加热线圈14提供高频电力。由此，配置在加热线圈14内的工件15被加热，从而被高频淬火。此时，在高频淬火监视装置20中，电流传感器21检测高频逆变器11的输出电流Io，电压传感器22检测加热线圈14的电压Vcoil。 
控制部23的电流检测部23a、电压检测部23b对来自电流传感器21、电压传感器22的各自的检测信号进行电平调整，将电流信号Si以及电压信号Sv输出到信号处理部23c。由此，信号处理部23c对从电流检测部23a、电压检测部23b分别输入的电流信号、电压信号进行整流并求出有效值，将有效值作为电流信号Si以及电压信号Sv输出到判断部23d。 
判断部23d利用加热同步信号SS来取得来自信号处理部23c的电流信号Si和电压信号Sv的同步并进行波形判断，与上限以及下限的阈值进行比较，判断电流信号Si以及电压信号Sv是否超过上限的阈值、或者低于下限的阈值。判断部23d在电流信号Si以及电压信号Sv超出阈值的情况下记录该波形，向警告部24输出警告信号。 
接收到警告信号的警告部24显示警告或发出警告音。由此，当淬火操作者认知到警告的显示、警告音时，能够知道高频淬火产生了异常。另外，警告部24也可以使高频淬火装置10的高频逆变器11的输出动作停止。 
如以上一样，使用电流传感器21检测来自高频逆变器11的输出电流，使用电压传感器22检测在加热线圈14中产生的电压，根据电流传感器21的检测信号和电压传感器22的检测信号监视淬火处理。由此，当从被输出控制为输出电压恒定的高频逆变器11经由电容器12向加热线圈14提供高频电力时，来自高频逆变器11的输出功率的变动直接影响输出电流。由此，通过使用电流传感器21监视该输出电流，能够在高频淬火处理中监视来自高频逆变器11的输出功率。另一方面，通过使用电压传感器22监视在加热线圈14中产生的电压，则由于高频逆变器11到加热线圈14的传输损耗、由电容器12和加热线圈14的并联谐振电路引起的匹配损耗，而检测灵敏度变高，从而能够以高精确度检测加热线圈14的电压变动。 
即在功率的传输损耗小的情况下，由负载变动引起的输出电流的变动率比线圈电压的变动率大，因此利用电流传感器21监视来自高频逆变器11的输出电流变得有效。另一方面，在功率的传输损耗大的情况下，由负载变动引起的线圈电压的变动率比来自高频逆变器11的输出电流的变动大，因此利用电压传感器22监视线圈电压变得有效。相反地，在背景技术中说明的监视高频逆变器的输出电流以及输出电压的方法中，在以使高频逆变器的输出电压恒定的方式来控制输出功率的情况下，无法检测负载变动。下面对这点进行详细说明。 
图3的(A)是表示负载谐振电路的图，(B)与(A)所示的负载谐振电路有关，是表示高频逆变器的频率与负载谐振电路的谐振频率一致且同步的情况下的等效电路的图。如图3的(A)所示，图1所示的感应加热的电路以如下电路表示：对于匹配用电容器Cp、负载电阻Rp和负载电感Lp的并联连接，串联连接包含了高频逆变器和加热线圈之间的传输损耗以及匹配损耗的电阻RX。在图3的(A)所示的负载谐振电路中，在高频逆变器的频率与负载谐振电路的频率一致且同步的情况下，图3的(A)所示的电路能够改写为图3的(B)所示的等效电路、即纯电阻电路。此外，将包含高频逆变器和加热线圈之间的传输损耗以及匹配损耗的电阻设为RX，将负载电阻设为Rp，将来自高频逆变器的输出电压设为Vo＝300V、输出电流设为Io＝300A。以RX、Rp均为0.5Ω来简化说明。当由于负载变动而电阻Rp从0.5Ω到0.55Ω变化+10％时，由于控制为输出电压恒定，因此输出电压Vo保持300V不变，输出电流Io从300A变化为285.7A，因此输出电流的变化率是-4.8％，输出功率也变化-4.8％。此时，线圈电压Vcoil从150V(＝300A×0.5Ω)变化为157.1V(＝285.7A×0.55Ω)，线圈电压的变化率为+4.8％。即来自高频逆变器的输出电流的下降率与线圈电压的增加率几乎相等。
在上述电路结构中，在包含传输损耗和匹配损耗的电阻RX为0.4Ω、负载电阻Rp为0.6Ω的情况下，当考虑负载电阻Rp的变化率为+10％、即从0.6Ω变化到0.66Ω的情况时，高频逆变器的输出电压Vo保持300V不变，输出电流Io从300A变化为283.0A，因此输出电流的变化率为-5.7％，输出功率也变化-5.7％。此时，线圈电压Vcoil从180V(＝300A×0.6Ω)变化为186.8V(＝283.0A×0.66Ω)，线圈电压的变化率约为+3.8％。即来自高频逆变器的输出电流的减少率的绝对值比线圈电压的增加率的绝对值大。 
在上述电路结构中，相反地，在包含传输损耗和匹配损耗的电阻RX为0.6Ω、负载电阻Rp为0.4Ω的情况下，考虑负载电阻Rp的变化率为+10％、即从0.4Ω变化到0.44Ω的情况。高频逆变器的输出电压Vo保持300V不变，输出电流Io从300A变化为288.5A，因此输出电流的变化率为-3.8％，输出功率也变化-3.8％。此时，线圈电压Vcoil从120V(＝300A×0.4Ω)变化为126.9V(＝288.5A×0.44Ω)，线圈电压的变化率约为+5.7％。即来自高频逆变器的输出电流的减少率的绝对值比线圈电压的增加率的绝对值小。 
通过以上可知，在如现有那样监视高频逆变器的输出电流以及输出电压的方法中，随着传输损耗以及匹配损耗的增加、 例如随着包含传输损耗以及匹配损耗的电阻RX与负载电阻Rp的比率成为0.4∶0.6、0.5∶0.5、0.6∶0.4，来自高频逆变器的输出电流Io的变化率为-5.7％、-4.8％、-3.8％，与负载电阻Rp的变化率不是成比例地变化，对于负载电阻Rp的变动的灵敏度差。 
与此相对地，如本实施方式那样，通过对线圈电压Vcoil和来自高频逆变器的输出电流Io都进行监视，能够监视排除了传输损耗的影响的负载变动。这是因为，在传输损耗以及匹配损耗的比例小的情况下，负载电阻的变动对输出电流的变化率的影响比对线圈电压的变动率的影响大，因此优选监视来自高频逆变器的输出电流的变化。相反地，在传输损耗以及匹配损耗的比例大的情况下，负载电阻的变动对线圈电压的变动率的影响比对输出电流的变化率的影响大，因此优选监视线圈电压的变化。即通过监视线圈电压Vcoil和来自高频逆变器的输出电流Io两者，确立了排除电路的功率损耗影响的监视方法。 
[第二实施方式] 
在第二实施方式中，在高频淬火时，通过监视加热线圈电压除以从高频逆变器输出的输出电流而求出的值、即负载阻抗来监视高频淬火处理的正常性。安装有第二实施方式所涉及的淬火监视装置的高频淬火系统的结构与示出第一实施方式的图1的情况相同。即，安装有第二实施方式所涉及的高频淬火监视装置、具体地说是安装有阻抗监视装置的高频淬火系统，如图1所示，由高频淬火装置10和淬火监视装置20构成。 
如图1所示，高频淬火装置10在等效电路上构成为包括匹配用的电容器12和加热线圈14并联的谐振电路。在第二实施方式中，高频淬火装置10也可以是匹配用的电容器和加热线圈串联的谐振电路。高频逆变器11与第一实施方式相同，是电流型逆变器，但是与第一实施方式不同的是以使功率恒定的控制方式 对其进行驱动控制使得所输出的高频电力恒定。电流互感器13由初级线圈13a和次级线圈13b构成，其中，所述初级线圈13a与匹配用的电容器12并联连接在高频逆变器11上，所述次级线圈13b与加热线圈14并联连接，这点与第一实施方式的情况相同。 
高频淬火装置10在将工件15配置于内置有加热线圈14的支承部(未图示)的状态下，通过从高频逆变器11向加热线圈14提供高频电流，使工件15的内部产生涡电流来加热工件15进行淬火处理。 
淬火监视装置20具备：电流传感器21，其检测高频逆变器11的输出电流；电压传感器22，其检测加热线圈14中的电压；控制部23，其根据电流传感器21的检测信号和电压传感器22的检测信号算出负载阻抗，根据该负载阻抗监视淬火处理；以及警告部24，其对控制部23输入各种控制信息，从控制部23接收警告信号。 
电流传感器21电连接在高频逆变器11与匹配用的电容器12之间的布线上，其检测高频逆变器11的输出电流Io。电压传感器22在两端具备端子22a、22b，与加热线圈14并联连接，检测加热线圈14的电压Vcoil。 
控制部23包括：电流检测部23a，其接收来自电流传感器21的检测信号的输入；电压检测部23b，其接收来自电压传感器22的检测信号的输入；信号处理部23c，其接收来自电流检测部23a的输入并求出与输出电流有关的有效值，并且接收来自电压检测部23b的输入并求出与线圈电压有关的有效值；以及判断部23d，其根据由信号处理部23c求出的与输出电流以及线圈电压有关的各有效值算出负载阻抗，判断负载阻抗是否在基准范围内。判断部23d具备显示部23e，该显示部23e输出由信号处理部 23c进行信号处理得到的结果。 
电流传感器21和电流检测部23a可以由将检测出的电流转换为电压的电流互感器(变流器)构成。电压传感器22和电压检测部23b可以由将检测出的电压转换为规定范围的电压的电压互感器(变压器)构成。这些点与第一实施方式相同。 
信号处理部23c对来自电流检测部23a以及电压检测部23b的信号分别进行整流并算出有效值，并且通过滤波器去除噪声，将电流信号Si以及电压信号Sv输出到判断部23d。这点与第一实施方式相同，在信号处理部23c中分别包含对来自电流检测部23a的信号进行处理的电流测定电路以及对来自电压检测部23b的信号进行处理的电压测定电路。电流测定电路、电压测定电路的具体结构与第一实施方式相同。由此，将来自电流互感器的信号、例如0.5Vrms的信号转换为5V的电压信号，另一方面将来自电压互感器的信号、例如10Vrms的信号转换为5V的电压信号。 
判断部23d根据从信号处理部23c输入的电流信号Si以及电压信号Sv，用线圈电压除以输出电流，判断所算出的该负载阻抗是否在规定范围内。具体地说，首先，通过从控制高频逆变器11的控制部(未图示)输入加热同步信号SS，由此对从信号处理部23c输入的电流信号Si以及电压信号Sv的值进行采样。接着，用采样得到的电压值除以采样得到的电流值，通过乘以规定的比例常数来算出对于线圈电压的输出电流、即负载阻抗。在显示部23e以图形显示算出的结果。此时，判断所算出的负载阻抗是否在基准范围内。在所算出的负载阻抗在基准范围内的情况下，判断部23d判断为淬火处理OK，在所算出的负载阻抗在基准范围外的情况下，判断部23d判断为淬火处理NG，向警告部24显示警告信号。 
此外，也可以使判断部23d能够将以下波形输出到显示部23e：该波形是在从高频逆变器11的控制部(未图示)接收到加热同步信号SS时切出的电流信号Si以及电压信号Sv中的任一个波形。此时，判断部23d还显示预先设定的上限和下限的阈值。由此，在高频淬火装置10动作中的状态下，如果电流信号Si以及电压信号Sv超过上限的阈值或低于下限的阈值，则判断部23d判断为判断NG并将该波形记录为异常波形。 
判断部23d向警告部24输出警告信号。此时，当判断部23d输出警告信号时，也可以在显示部23e上以“NG”进行警告显示。 
警告部24根据来自判断部23d的警告信号进行警告显示或向外部发出警告音，另外对高频逆变器11的控制部(未图示)发出指示使其停止高频电力的输出。 
下面说明使用高频淬火系统1进行淬火处理时的淬火监视。 
在高频淬火装置10中，从高频逆变器11经由匹配用的电容器12以及电流互感器13向加热线圈14提供高频电力。由此，配置在加热线圈14内的工件15被加热，从而被高频淬火。此时，在高频淬火监视装置20中，电流传感器21检测高频逆变器11的输出电流Io，电压传感器22检测加热线圈14的电压Vcoil。 
控制部23的电流检测部23a、电压检测部23b对来自电流传感器21、电压传感器22的各自的检测信号进行电平调整，将电流信号Si以及电压信号Sv输出到信号处理部23c。由此，信号处理部23c对从电流检测部23a、电压检测部23b分别输入的电流信号、电压信号进行整流并求出有效值，并将电流、电压的各有效值作为电流信号Si以及电压信号Sv输出到判断部23d。 
判断部23d接收来自信号处理部23c的电流信号Si以及电压信号Sv的输入，利用加热同步信号SS取得电流信号Si和电压信号Sv的同步来获取波形。然后，判断部23d从各波形中得到电流 的有效值和电压的有效值的数据列，之后通过用电压的有效值除以电流的有效值来算出负载阻抗，判断所算出的负载阻抗在规定的范围内还是在规定的范围之外。在负载阻抗超出阈值的情况下，判断部23d获取并记录该数据列，向警告部24输出警告信号。 
此时，判断部23d可以将电流的有效值与上限以及下限的阈值进行比较，判断电流信号Si是否超过上限的阈值、或者低于下限的阈值。在电流信号Si超出阈值的情况下记录该波形，向警告部24输出警告信号。由此，如后述那样，能够监视在负载阻抗的监视中无法判断的来自高频逆变器11的输出的变动。 
接收到警告信号的警告部24显示警告或发出警告音。由此，当淬火操作者认知到警告的显示、警告音时，能够知道高频淬火发生了异常。另外，警告部24也可以使高频淬火装置10的高频逆变器11的输出动作停止。 
如以上那样，使用电流传感器21检测来自高频逆变器11的输出电流，使用电压传感器22检测在加热线圈14中产生的电压，根据电流传感器21的检测信号和电压传感器22的检测信号算出负载阻抗，根据所算出的负载阻抗监视淬火处理。由此，当从被输出控制为输出功率恒定的高频逆变器11经由电容器12向加热线圈14提供高频电力时，即使来自高频逆变器11的输出电流的变动率小且在加热线圈14中产生的线圈电压的变动率小的情况下，当成为淬火对象的工件与加热线圈之间的位置关系超出基准范围时、即如图11所示那样工件50与加热线圈之间的间隙d(以下将其称为线圈间隙d)变大时，能够将间隙d的变化作为负载阻抗的变动进行检测。由此，能够容易且高精确度地进行高频淬火处理的质量管理。 
在此，说明在高频淬火处理中，即使来自高频逆变器11的输出电流的变动率小、且在加热线圈14中产生的线圈电压的变动率小的情况下，线圈间隙d的变化也表现为负载阻抗的变动的理由。 
图4是用于说明能够将线圈间隙d的变动作为负载阻抗变动来进行观测的理由的示意性电路图，(A)是对感应加热进行建模而得到的等效电路图，(B)是不存在工件的状态下的等效电路图，(C)是用并联电路表示(B)所示的等效电路的图。 
感应加热的电路中的从图1所示的高频逆变器11到加热线圈14为止的电路以如下的点表示：当省略传输损耗RX时，对电阻R1与自感L1的串联连接，并联连接了匹配用电容器Cp的点，工件15以自感L2和电阻R2的并联连接来表示，能够将在加热线圈14上配置工件15的状况建模为进行互感。在此，R1是线圈导线的电阻成分，R2是加热对象的电阻成分，L1是加热线圈14的电感成分，L2是加热对象的电感成分，M是互感，其根据加热线圈14与工件15之间的间隙而变化。此外，当将自感L1和自感L2之间的耦合系数设为k时，互感M满足k＝M/(L1×L2)1/2的关系。此时，从匹配用电容器Cp的两端看到的负载阻抗以电抗成分ωLe与电阻成分Re之和表示。此外，Le＝L1(1-k2)，Re＝R1+A·R2。在此，A是由上述的耦合系数k、负载形状、加热频率决定的系数。 
当工件15和加热线圈14之间的间隙d增加时，负载的耦合变弱。作为极限的状况，负载耦合变弱到k＝0，Re＝R1，变成Le＝L1。即图4的(A)的等效电路能够改写为如图4的(B)那样。 
由此，当间隙增加时，Le增加，Re减少。 
并且，能够将图4的(B)所示的串联等效电路变换为图4的(C)的并联等效电路。此外，Ze＝Re+jwLe，导纳Ye为Ye＝1/Ze，因此由下式表示。 
Ye＝Gp+jBp 
其中，Gp、Bp如下式。 
Gp＝Re/(Re2+(ωLe)2) 
Bp＝ωLe/(Re2+(ωLe)2) 
在此，Rp＝1/Gp，|Xp|＝1/|Bp|，Rp、|Xp|以下式表示。 
Rp＝(Re2+(ωLe)2)/Re 
|Xp|＝(Re2+(ωLe)2)/ωLe 
在淬火应用中，(ωLe)2远大于Re2，因此下式成立。 
Rp＝(ωLe)2/Re 
|Xp|≈ωLe 
此外，ω为从高频逆变器11输出的高频的角频率。 
在高频逆变器的频率与负载谐振电路的频率一致且同步的情况下，负载阻抗Zo变成Zo＝Rp＝(ωLe)2/Re。 
即，从上述的近似式可知，当工件15和加热线圈14之间的间隙d增加时，负载的耦合变弱，Le增加，Re减少，负载阻抗Zo变大。并且，负载阻抗Zo的变化率也比Le、Re各自的变化率都大。 
由此，当使来自高频逆变器11的输出功率恒定而增加线圈间隙d时，来自高频逆变器11的输出电流变小，另一方面线圈电压变大。因而，即使输出电流的减少率小且线圈电压的增加率小，线圈电压对输出电流的比、即负载阻抗也增加。由此，当线圈间隙d增加时，直接表现在负载阻抗的变动上。 
通过以上，在高频淬火处理中将高频逆变器11的输出功率控制为恒定的情况下，通过由判断部23d监视负载阻抗的变动并确认负载阻抗的变动是否收敛在阈值的上限以及下限范围内，能够有效地进行高频淬火监视。另外，最好是控制部23根据来自电流传感器21的检测信号算出来自高频逆变器11的输出电 流，确认该输出电流的变动是否收敛在阈值的上限以及下限范围内。由此，能够通过监视负载阻抗来确认间隙是否在允许范围内，且能够通过监视来自高频逆变器11的输出电流的变动来确认是否提供了淬火所需的能量，从而能够进行高品质的淬火管理。 
第一实施方式所涉及的高频淬火监视装置不仅适用于图1所示的高频淬火装置10，而且还能够应用于如下构成的高频淬火装置：在等效电路上包括高频逆变器以及由匹配用的电容器和加热线圈构成的并联谐振电路。例如，也可以省略电流互感器13。 
说明第二实施方式的变形例。 
图5是用于说明本发明的变形例的示意图。此外，对于与图24相同的部分标注相同的附图标记。如图5所示那样进行配置，使得检测线圈的半圆周部61a的两端部22c、22d的电压作为线圈电压。由此，能够将线圈间隙d的变动有效地反映到负载阻抗上。 
如该变形例那样，加热线圈61具备半圆周部61a，该半圆周部61a被配置为相对工件50的淬火对象区域具有规定的间隙d，如图5中虚线所示，电压传感器22的两端部22c、22d最好是连接在半圆周部61a的两端部以检测半圆周部61a之间的电压。由此，与如实线所示那样经由直线部61b、61b连接电压传感器22的两端部22a、22b的情况相比，如虚线所示那样将电压传感器22的端部22c、22d连接在半圆周部61a的两端部能够以高灵敏度检测线圈间隙的变动率，能够进行更高精确度的淬火监视。 
通过以上，在通过控制使得高频电力恒定的情况下，当线圈间隙d增加时负载阻抗变大，从而能够根据该负载阻抗的变动来判断是否正确地执行了淬火处理。 
第二实施方式所涉及的高频淬火监视装置不仅适用于图1 所示的高频淬火装置10，而且还能够应用于如下构成的高频淬火装置：在等效电路上包括高频逆变器以及由匹配用的电容器和加热线圈构成的谐振电路。例如，也可以省略电流互感器13。 
下面说明与第一实施方式相对应的实施例1至3以及比较例1至2、与第二实施方式相对应的实施例4以及比较例3。 
实施例1 
使用图1所示的高频淬火系统1进行负载的评价试验。 
作为高频逆变器11，使用通过用直流电压进行恒定控制来输出频率25kHz的高频的逆变器。作为并联谐振类型的负载电路，使用了10μF的匹配用的电容器12、匝数比6∶1的电流互感器13。内置加热线圈14并支承工件15的鞍形支承部使用了内径40mm宽度4mm的支承部。工件15使用了外形33mm、壁厚5.5mm的圆管。在实施例1中，将工件15配置成工件的外形与鞍形支承部的端面之间的间隙为标准值4mm。设定高频逆变器11的输出，使得高频逆变器11的输出功率为1秒钟输出设置容量的50％。对判断部23d预先设定线圈电压Vcoil和电流Io的基准范围。具体地说，预先以标准状态将工件15配置到鞍形支承部后进行工件15的淬火，由电流传感器21以及电压传感器22取入电流信号Si以及电压信号Sv的各波形。然后，确认出质量在规定的范围内，将取入的波形分别设为基准波形，沿着各基准波形对纵轴电压值以及横轴时间设定上限和下限。在本实施例中，将电压Vcoil的上限和下限的设定值设为±4.3％(±50mV)，将时间轴设定值设为±4.8％(±48ms)，将电流Io的上限和下限的设定值设为±3.8％(±20mV)，时间轴设定值设为±4.8％(±48ms)。 
图6示出实施例1的结果，(A)是与加热线圈14中的电压相对应的信号波形，(B)是与来自高频逆变器11的输出电流相对应的信号波形。图中实线表示各波形，虚线表示阈值范围的上限和 下限。在实施例1中，间隙为基准值4mm，因此如从图6可知那样，波形收敛在阈值的上限和下限的大致中央，判断部23d的判断为OK。此外，高频逆变器11中的输出功率、输出电压分别是18kW、290V。加热线圈14的电压Vcoil的信号为1.157V(与1.157×200/5V的Vcoil相当)，高频逆变器11的输出电流Io的信号为0.529V(与0.529×500/5A的Io相当)。 
实施例2 
在实施例2中，除了将工件15配置为工件15的外形与鞍形支承部的端面之间的间隙为6mm以外，与实施例1相同。 
图7示出实施例2的结果，(A)是与加热线圈14中的电压相对应的信号波形，(B)是与来自高频逆变器11的输出电流相对应的信号波形。图中实线表示各波形，虚线表示阈值范围的上限和下限。在实施例2中，间隙比基准值4mm大，因此如从图7可知那样，电流的波形与阈值的上限和下限的大致中央相比靠近下限侧，但是仍在阈值的范围内，从而判断部23d的判断为OK。此外，高频逆变器11中的输出功率、输出电压分别是18kW、290V。加热线圈14的电压Vcoil的信号为1.172V(与1.172×200/5V的Vcoil相当)，高频逆变器11的输出电流Io的信号为0.520V(与0.520×500/5A的Io相当)。 
实施例3 
在实施例3中，除了将工件15配置为工件15的外形与鞍形支承部的端面之间的间隙为7mm以外，与实施例1相同。 
图8示出实施例3的结果，(A)是与加热线圈14中的电压相对应的信号波形，(B)是与来自高频逆变器11的输出电流相对应的信号波形。图中实线表示各波形，虚线表示阈值范围的上限和下限。在实施例3中，间隙为比基准值4mm更宽的7mm，因此如从图8可知那样，电流的信号波形的一部分从阈值的下限超出，作为淬火处理是NG。此外，高频逆变器11中的输出功率、输出电压分别是17kW、290V。加热线圈14的电压Vcoil的信号为1.162V(与1.162×200/5V的Vcoil相当)，高频逆变器11的输出电流Io的信号为0.500V(与0.500×500/5A的Io相当)。 
(比较例1) 
说明比较例。 
在比较例中，如图1中虚线所示，将在高频淬火系统1中连接在高频逆变器11和匹配用的电容器12之间的布线上的电流传感器21连接到电流互感器13的初级侧上，由电流传感器21检测互感器的初级电流Ictrl-1。 
与实施例1～3相同，设定高频逆变器11的输出，使得高频逆变器11的输出功率为1秒钟输出设置容量的50％。对于判断部23d，将电压Vcoil的上限以及下限的设定值设为±4.3％(±50mV)，时间轴设定值设为±4.8％(±48ms)，电流Io的上限以及下限的设定值设为±3.8％(±125mV)，时间轴设定值设为±4.8％(±48ms)。关于电流Io的上限以及下限的设定，由于电流的测量对象从高频逆变器11的输出电流Io变更为电流互感器13的初级电流Ictrl-1，因此即使将上限和下限的设定值设为相同的范围(％)，电流值也会变大。 
在比较例1中，将鞍形支承部和工件之间的间隙设为与实施例1相同是4mm。 
图9示出比较例1的结果，(A)是与加热线圈14中的电压相对应的信号波形，(B)是与电流互感器13的初级侧电流相对应的信号波形。图中，实线表示波形，虚线表示阈值范围的上限和下限。 
在比较例1中，间隙为基准值4mm，因此如从图9可知那样，电流、电压的各信号波形都在阈值的上限和下限的大致中央，判断部23d的判断为OK。此外，高频逆变器11的输出功率、输出电压分别是18kW、290V。加热线圈14的电压Vcoil的信号为1.170V(与1.170×200/5V的Vcoil相当)，初级电流Ictrl-1的信号为3.287V(与3.287×500/5A的Ictrl-1相当)。 
(比较例2) 
在比较例2中，除了将工件与鞍形支承部之间的间隙设为7mm以外，与比较例1相同地进行淬火。 
图10示出比较例2的结果，(A)是与加热线圈14中的电压相对应的信号波形，(B)是与电流互感器13的初级侧的电流相对应的信号波形。图中，实线表示波形，虚线表示阈值范围的上限和下限。 
在比较例2中，尽管间隙比基准4mm宽，但是如从图10可知那样，电压的信号波形、电流互感器13的初级侧电流的信号波形都在阈值的上限和下限的大致中央，在阈值的范围内。由此，在判断部23d中判断为“OK”。此外，高频逆变器11的输出功率、输出电压分别是17kW、290V。加热线圈14的电压Vcoil的信号为1.166V(与1.166×200/5V的Vcoil相当)，初级电流Ictrl-1的信号为3.281V(与3.281×500/5A的Ictrl-1相当)。 
[表1] 
表1是表示实施例1～3和比较例1以及2的结果的图表。当对在高频淬火系统1中如实施例1～3那样在高频逆变器11和匹配用的电容器12之间的布线上电连接电流传感器21的情况、和如比较例1以及2那样在电流互感器13的初级侧电连接电流传感器21的情况进行比较时，可知如下结果。 
在如实施例1～3那样检测来自高频逆变器11的输出电流Io的情况下，当将间隙按基准4mm、6mm、7mm的顺序增大时，由电流传感器21检测出的输出电流Io的信号Si通过电压换算变化为0.529V、0.520V、0.500V。当求取与间隙为基准4mm时的变化率时，间隙为6mm时变化率约为-1.7％，间隙为7mm时变化率约为-5.5％，判断部23d能够判断超出阈值的上限和下限的±3.8％(电压换算为±20mV)的范围。 
与此相对地，当如比较例1以及2那样将间隙从基准4mm增大到7mm时，尽管输出功率(仪表指示值)从18kW变成17kW、检测出的电流信号Si约有-5.5％的变化，但是判断部23d中的电流Ictrl-1的值与间隙4mm时的电流值大致相同。该值在阈值的范围内，从而导致由判断部23d作出“OK”的判断。由此，如比较例1以及2那样，通过检测电流互感器13的初级侧的电流，无法高精确度地进行高频淬火的监视。 
当考察其理由时认为，在比较例中监视对象为初级电流Ictrl-1，因此在等效电路上由流经并联电阻的有效电流成分和流经并联电感的无功电流成分的向量合成(＝(IR 2+IL 2)1/2)来提供。因而，在工件15和加热线圈14的间隙微小变化时，电感的变化少，如果谐振的品质因数Q为4～5以上，则即使有效电流成分发生变化，上述向量合成整体也不会有大的变化。 
另一方面，在本发明中仅检测有效电流成分，因此伴随间隙变化的并联电阻的变化与检测电流成比例地直接反映在检测 电流中。因此，能够容易地检测出监视电流的变化。 
实施例4 
使用图1所示的高频淬火系统1来进行负载的评价试验。作为加热线圈使用鞍形线圈，作为淬火处理物使用工件。图11是表示加热线圈61和作为工件50的棒状部件之间的位置关系的图。此外，对于与图24相同或者相对应的部件标注相同的附图标记。 
如图所示，加热对象的工件50构成为在棒状基部51上以同轴形状具备鼓出部52，因此由于棒状基部51和鼓出部52而截面大致为L字形状。设与加热线圈61的直线部61b相对的部分的尺寸为a、与加热线圈61的半圆周部61a相对的部分的尺寸为b。另外，设加热线圈61的半圆周部61a与工件50的上表面53之间的距离、即线圈间隙为d。作为高频逆变器11，使用了输出频率10kHz的高频、且输出功率不受负载影响而能够控制为恒定的逆变器。作为并联谐振类型的负载电路，使用了并联连接四个4.15μF的电容器而得到的匹配用的电容器12、匝数比8∶1的电流互感器13。 
对工件配置加热线圈61使得线圈间隙d分别为1.5、1.7、1.9、2.1、2.3、2.5mm，在各线圈间隙d，一边使工件50绕轴以500rpm旋转，一边以150kW、5.5秒提供高频电力来进行淬火处理。 
在实施例4中，通过数值输入预先对判断部23d设定负载阻抗的基准范围。作为负载阻抗的基准范围，设上限为1.78Ω、下限为1.712Ω。并且，测定来自高频逆变器的输出电流。作为输出电流Io的基准范围，设上限为290A、下限为250A。 
对实施例4的结果进行说明。图12是表示实施例4的结果中的负载阻抗与线圈间隙相关性的图，图13是表示对于负载阻抗变化率的与线圈间隙相关性的图，图14是表示来自高频逆变器 的输出电流与线圈间隙相关性的图，图15是表示来自高频逆变器的输出电流的变化率与线圈间隙相关性的图。横轴都是线圈间隙，图12的纵轴表示负载阻抗，图13的纵轴表示负载阻抗的变化率，图14的纵轴表示来自高频逆变器的输出电流，图15的纵轴表示来自高频逆变器的输出电流的变化率。此外，当将线圈间隙d时的值设为f(d)时，对(f(d)-f(1.5))/f(1.5)乘以100倍来求出各值的变化率。 
如从图12可知那样，当线圈间隙d为标准值1.5mm时，负载阻抗为1.752Ω，当d增加时负载阻抗线性增加，当d为2.1mm时将超过基准范围的上限。如从图13可知那样，负载阻抗的变化率在d为2.1时约增加1.8％，在d为2.5mm时增加到2.6％。 
如从图14可知那样，当线圈间隙d为标准值1.5mm时，来自高频逆变器的输出电流约为267A，当d增加时线性减少，当d为2.5mm时减少到约262A。如从图15可知那样，当d为2.5mm时输出电流的变化率约减少1.9％。 
图16是表示线圈间隙d为1.5mm时的波形的图，(A)是表示负载阻抗的波形的图，(B)是表示输出电流的波形的图。图17是表示线圈间隙d为2.1mm时的波形的图，(A)是表示负载阻抗的波形的图，(B)是表示输出电流的波形的图。可知在线圈间隙d为1.5mm、2.1mm的任何一个的情况下，负载阻抗都在高频淬火开始时急剧增加后略微减少，之后再增加。与此相对地，可知输出电流在高频淬火开始时急剧增加后略微增加，之后再略减少。当线圈间隙d为1.7mm、1.9mm、2.3mm、2.5mm时也具有相同的倾向。 
从以上结果可知，以绝对值来比较时，对于线圈间隙d的负载阻抗的变化率比对于线圈间隙d的输出电流的变化率大。由此可知，在进行高频淬火处理的情况下，最好是通过测量负载阻抗来进行监视。此外，通过监视来自高频逆变器的输出电流Io， 能够推测出高频逆变器11的稳定程度。 
(比较例3) 
接着示出比较例3。 
比较例3与实施例4不同，其不同点在于不是通过负载阻抗来进行监视，而是通过测量线圈电压和来自高频逆变器的输出电流来进行监视。其它条件与实施例4相同。 
当进行淬火监视时，对判断部23d预先设定线圈电压Vcoil和电流Io的基准范围。具体地说，预先以既定的标准状态配置工件50之后进行工件50的淬火，由电流传感器21以及电压传感器22取入电流信号Si以及电压信号Sv的各波形。然后，确认出质量在规定的范围内，将所取入的波形分别设为基准波形，沿着各基准波形对纵轴电压值以及横轴时间设定上限和下限。此时，设线圈电压Vcoil的上限为61V、下限为55V，设输出电流Io的上限为290A下限为250A。 
对比较例3的结果进行说明。图18是表示线圈电压与线圈间隙相关性的图，图19是表示对于线圈电压变化率的与线圈间隙相关性的图，图20是表示来自高频逆变器的输出电流与线圈间隙相关性的图，图21是表示来自高频逆变器的输出电流的变化率与线圈间隙相关性的图。横轴都是线圈间隙，图18的纵轴表示线圈电压，图19的纵轴表示线圈电压的变化率，图20的纵轴表示来自高频逆变器的输出电流，图21的纵轴表示来自高频逆变器的输出电流的变化率。变化率的计算与实施例相同。 
如从图18可知那样，当线圈间隙d为标准值1.5mm时，线圈电压为58.8V，当d增加时线圈电压线性增加，当d为2.5mm时约为59.2V。如从图19可知那样，线圈电压的变化率在d为2.5mm时增加到0.68％。 
如从图20可知那样，当线圈间隙d为标准值1.5mm时，来自高频逆变器的输出电流约为268.4A，当d增加时线性减少，当d 为2.5mm时减少到约263A。如从图21可知那样，当d为2.5mm时输出电流的变化率约减少1.9％。 
图22是表示线圈间隙d为1.5mm时的波形的图，(A)是表示线圈电压的波形的图，(B)是表示输出电流的波形的图。图23是表示线圈间隙d为2.1mm时的波形的图，(A)是表示线圈电压的波形的图，(B)是表示输出电流的波形的图。图中实线表示各波形，虚线表示阈值范围的上限和下限。如从图22可知那样，当线圈间隙d为1.5mm时，波形收敛在阈值的上限和下限的大致中央，与此相对地，如从图23可知那样，当线圈间隙d为2.1mm时，电压波形虽然大概收敛在阈值的上限和下限的中央附近，但是电流波形没有收敛在阈值内。由此，当线圈间隙d为1.5mm时，判断部23d的判断为OK，但是当线圈间隙d为2.1mm时，判断部23d的判断为NG。此外，当不改变线圈间隙d而开始感应加热时，线圈电压Vcoil、输出电流Io发生变化，这是因为工件被加热而难以进行感应加热。 
从比较例3的结果可知，当线圈间隙d增加1mm时，输出电流Io约减少2％，线圈电压Vcoil约增加0.7％。与实施例4的负载阻抗的变化率相比，该变化率小。 
如以上所说明那样，当比较实施例4和比较例3时可知，与监视输出电流Io、线圈电压Vcoil相比，监视负载阻抗更有效。此外，虽然以棒状部件作为工件为例进行了说明，但是作为对如工件在与轴部相交的方向上具有连接部那样的例如法兰盘(Flange)、凸缘附近进行淬火处理时的监视单元是有效的。这是因为，如图12所示，随着工件中的淬火对象区域和加热线圈之间的距离变大，由直线部分进行的淬火处理的状况看不出变化，但是由半圆周部分进行的淬火处理的状况变差。 

Claims (8)

1.一种高频淬火监视装置，能够与高频淬火装置相连接，该高频淬火装置在高频逆变器上连接有匹配用的电容器和加热线圈，该高频淬火监视装置具备：
电流传感器，其电连接在上述高频逆变器和上述匹配用的电容器之间的布线上，检测来自上述高频逆变器的输出电流；
电压传感器，其与上述加热线圈并联连接，检测在上述加热线圈中产生的电压；以及
控制部，其根据上述电流传感器的检测信号和上述电压传感器的检测信号监视淬火处理。
2.根据权利要求1所述的高频淬火监视装置，其特征在于，
在上述高频逆变器上并联连接有上述匹配用的电容器和上述加热线圈。
3.根据权利要求2所述的高频淬火监视装置，其特征在于，
上述控制部具备：电流测定电路，其根据来自上述电流传感器的检测信号算出来自上述高频逆变器的输出电流的有效值；以及电压测定电路，其根据来自上述电压传感器的检测信号算出在上述加热线圈中产生的电压的有效值，
其中，该控制部根据由上述电流测定电路和上述电压测定电路分别算出的有效值来监视淬火处理。
4.根据权利要求3所述的高频淬火监视装置，其特征在于，
上述控制部具备判断部，该判断部判断由上述电流测定电路和上述电压测定电路分别算出的有效值是否在设定范围内。
5.根据权利要求1所述的高频淬火监视装置，其特征在于，
上述控制部根据上述电流传感器的检测信号和上述电压传感器的检测信号算出负载阻抗，根据所算出的负载阻抗监视淬火处理。
6.根据权利要求5所述的高频淬火监视装置，其特征在于，
上述控制部具备：电流测定电路，其根据来自上述电流传感器的检测信号算出来自上述高频逆变器的输出电流的有效值；以及电压测定电路，其根据来自上述电压传感器的检测信号算出在上述加热线圈中产生的电压的有效值，
其中，该控制部根据由上述电流测定电路和上述电压测定电路分别算出的有效值来算出上述负载阻抗。
7.根据权利要求6所述的高频淬火监视装置，其特征在于，
上述控制部具备判断部，该判断部判断所算出的负载阻抗是否在设定范围内。
8.根据权利要求5所述的高频淬火监视装置，其特征在于，
上述控制部根据来自上述电流传感器的检测信号算出来自上述高频逆变器的输出电流，还根据所算出的输出电流监视淬火处理。
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