JP2009300132A - 温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、誘導加熱時において、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することができ、温度計の破損を防ぐことができ、さらに正確な温度測定を実現することができる温度測定方法を提供することにある。
【解決手段】本発明に係る温度測定方法は、誘導加熱時における加熱対象物ＷＫの温度測定方法であって、複数点温度測定ステップおよび温度決定ステップを備える。複数点温度測定ステップでは、加熱対象物と非接触式温度計１９，５９とが相対移動させられながら加熱対象物の複数点の温度が測定される。温度決定ステップでは、複数点の温度から低温側の温度が排除されて加熱対象物の温度が決定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、誘導加熱時における加熱対象物の温度測定方法に関する。

過去に「誘導加熱時において誘導加熱停止中に加熱対象物の内部に直接、接触式の温度計を挿入し、加熱対象物の内部温度を測定する方法」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１８２７７７号公報

しかし、接触式温度計を利用した場合、接触部分に加熱対象物の一部が溶着したりすることがある。このように加熱対象物の一部が溶着すると、接触式温度計を頻繁に取り替える必要があり、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することが極めて困難となる。また、接触式温度計を利用した場合、１０００℃以上の温度を有する加熱対象物を測定すると、その接触式温度計が破損しやすい。このため、温度計として非接触式の温度計を採用することが考えられるが、加熱対象物を高温で加熱すると所々に酸化被膜が生じ、その酸化被膜部分が測定されてしまうと、測定値が低くなってしまう。このような現象により正確な温度測定が困難となり、引いてはフィードバック制御による誘導加熱コイルの出力調整が行えなくなる。

本発明の課題は、誘導加熱時において、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することができ、温度計の破損を防ぐことができ、さらに正確な温度測定を実現することができる温度測定方法を提供することにある。

第１発明に係る温度測定方法は、誘導加熱時における加熱対象物の温度測定方法であって、複数点温度測定ステップおよび温度決定ステップを備える。複数点温度測定ステップでは、加熱対象物と非接触式温度計とが相対移動させられながら加熱対象物の複数点の温度が測定される。温度決定ステップでは、複数点の温度から低温側の温度が排除されて加熱対象物の温度が決定される。

この温度測定方法では、温度計測器具として非接触式の温度計が採用される。このため、この温度測定方法を採用すれば、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することができ、また、温度計の破損を防ぐことができる。また、この温度測定方法では、加熱対象物の複数点の温度が計測され、その温度から低温側の温度が排除されて加熱対象物の温度が決定される。このため、この温度測定方法では、加熱対象物が高温で加熱されて加熱対象物の所々の表面に酸化被膜が生じたとしても、その酸化被膜の温度が排除されて、加熱対象物の表面温度が正確に決定される。したがって、この温度測定方法を採用すれば、正確な温度測定を実現することができ、誘導加熱コイルの安定した正確なフィードバック制御が可能となる。

第２発明に係る温度測定方法は、第１発明に係る温度測定方法であって、温度決定ステップでは、複数点の温度の最大値が加熱対象物の温度として決定される。

このため、この温度測定方法を採用すれば、単純な演算処理を行うだけで加熱対象物の正確な温度を測定することができる。

第３発明に係る温度測定方法は、第１発明に係る温度測定方法であって、温度決定ステップでは、複数点の温度のうち所定割合の低温側の温度が排除された後、残った複数の温度が演算処理されて加熱対象物の温度が決定される。なお、ここにいう「演算処理」とは、例えば、平均値算出処理、中央値導出処理、最小値導出処理等である。

このため、この温度測定方法を採用すれば、突発的に生じるおそれのある異常値を排除して加熱対象物の正確な温度を測定することができる。

第４発明に係る温度測定方法は、第１発明から第３発明のいずれかに係る温度測定方法であって、複数点温度測定ステップでは、隣接して配置される２つの誘導加熱コイルの間または誘導加熱炉の出口付近において温度が測定される。なお、２つの誘導加熱コイルは、同一回路に組み込まれていてもよいし異なる回路に組み込まれていてもよい。

このため、この温度測定方法を採用すれば、非接触式の温度計を有効に活用することができる。

第１発明に係る温度測定方法を採用すれば、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することができ、また、温度計の破損を防ぐことができる。また、この温度測定方法では、加熱対象物の複数点の温度が計測され、その温度から低温側の温度が排除されて加熱対象物の温度が決定される。このため、この温度測定方法では、加熱対象物が高温で加熱されて加熱対象物の所々の表面に酸化被膜が生じたとしても、その酸化被膜の温度が排除されて、加熱対象物の表面温度が正確に決定される。したがって、この温度測定方法を採用すれば、正確な温度測定を実現することができ、誘導加熱コイルの安定した正確なフィードバック制御が可能となる。

第２発明に係る温度測定方法を採用すれば、単純な演算処理を行うだけで加熱対象物の正確な温度を測定することができる。

第３発明に係る温度測定方法を採用すれば、突発的に生じるおそれのある異常値を排除して加熱対象物の正確な温度を測定することができる。

第４発明に係る温度測定方法を採用すれば、非接触式の温度計を有効に活用することができる。

本発明に係る誘導加熱装置１は、図１に示されるように、主に、予備加熱装置１０、トレイ搬送装置３０及び本加熱装置５０から構成される。以下、各装置について詳述する。

＜誘導加熱装置の構成要素の詳細＞
（１）予備加熱装置
予備加熱装置１０は、図２に示されるように、主に、第１誘導加熱炉１１ａ、第２誘導加熱炉１１ｂ、第３誘導加熱炉１１ｃ、第１プッシャー１６、第１非接触式温度センサ１９および第１制御装置１８から構成されている。

第１誘導加熱炉１１ａ、第２誘導加熱炉１１ｂおよび第３誘導加熱炉１１ｃは、直列的に連結されている。なお、本実施の形態において、第１誘導加熱炉１１ａは金属ビレットＷＫの投入側に配置され、第３誘導加熱炉１１ｃは金属ビレットＷＫの排出側に配置されている。また、これらの誘導加熱炉１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、全て同一の構成を有している。したがって、ここでは、第１誘導加熱炉１１ａについてのみ説明を行う。

第１誘導加熱炉１１ａは、図２に示されるように、主に、外壁１４ａ、内壁１３ａおよび誘導加熱コイル１２ａから構成されている。外壁１４ａは、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁１３ａは、外壁１４ａよりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁１４ａと同様に耐火物から形成されている。誘導加熱コイル１２ａは、内壁１３ａ及び外壁１４ａの間に位置し、内壁１３ａを囲うように設けられている。また、この誘導加熱コイル１２ａは、第１制御装置１８に接続されており、制御装置１８によって出力調整される。

第１プッシャー１６は、いわゆる油圧シリンダであって、第１金属ビレット設置台１５に取り付けられており、一定時間おきに第３誘導加熱炉１１ｃに向かって金属ビレットＷＫを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫは、第１誘導加熱炉１１ａに投入された後に第３誘導加熱炉１１ｃから順次排出される。なお、第３誘導加熱炉１１ｃから排出された金属ビレットＷＫは、図３に示されるトレイＴＲに載せられた後、トレイ搬送装置３０により本加熱装置５０に送られる。なお、トレイＴＲは、金属ビレットＷＫが第３誘導加熱炉１１ｃから排出される前にトレイ搬送装置３０によってトレイ設置台１７に置かれる。

第１非接触式温度センサ１９は、第３誘導加熱炉１１ｃの排出口付近に取り付けられており、順次移動する金属ビレットＷＫの表面温度を金属ビレットＷＫの長手方向に沿って連続的に計測する。計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第１制御装置１８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され（以下、このデータを「表面温度データ」という）、第１制御装置１８の記憶部に蓄積される。なお、誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃのフィードバック制御に用いられる金属ビレットＷＫの表面温度は、第１制御装置１８の記憶部に蓄積された表面温度データを演算処理することにより得られる。この演算処理については後に詳述する。

第１制御装置１８は、金属ビレットＷＫの表面温度データが常に設定値以下となるように誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの出力をフィードバック制御する。なお、本実施の形態において、設定値は、金属ビレットＷＫの変態点よりも低く設定されている。

（２）トレイ搬送装置
トレイ搬送装置３０は、いわゆるアームロボットであって、二本の爪をトレイＴＲの両脇に差し込んでトレイＴＲを持ち上げて移動させる。なお、本実施の形態において、トレイ搬送装置３０は、空のトレイＴＲを予備加熱装置１０のトレイ設置台１７に置く第１動作と、金属ビレットＷＫが載ったトレイＴＲをトレイ設置台１７から本加熱装置５０の第２金属ビレット設置台５５（図４参照）に移動させる第２動作とを繰り返す。

（３）本加熱装置
本加熱装置５０は、図４に示されるように、主に、第４誘導加熱炉５１ａ、第５誘導加熱炉５１ｂ、第６誘導加熱炉５１ｃ、第２プッシャー５６、ガイドレール５７、第２非接触式温度センサ５９および第２制御装置５８から構成されている。

第４誘導加熱炉５１ａ、第５誘導加熱炉５１ｂおよび第６誘導加熱炉５１ｃは、直列的に連結されている。なお、本実施の形態において、第４誘導加熱炉５１ａは金属ビレットＷＫの投入側に配置され、第６誘導加熱炉５１ｃは金属ビレットＷＫの排出側に配置されている。また、これらの誘導加熱炉５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、全て同一の構成を有している。したがって、ここでは、第４誘導加熱炉５１ａについてのみ説明を行う。なお、第６誘導加熱炉５１ｃは、主に均熱処理のために設けられている。

第４誘導加熱炉５１ａは、図４に示されるように、主に、外壁５４ａ、内壁５３ａおよび誘導加熱コイル５２ａから構成されている。外壁５４ａは、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁５３ａは、外壁５４ａよりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁５４ａと同様に耐火物から形成されている。なお、第４誘導加熱炉５１ａの外壁５４ａ及び内壁５３ａは、金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲが通過できるように第１誘導加熱炉１１ａのそれよりも径が大きく設計されている。誘導加熱コイル５２ａは、内壁５３ａ及び外壁５４ａの間に位置し、内壁５３ａを囲うように設けられている。なお、この誘導加熱コイル５２ａもまた上記の事情により第１誘導加熱炉１１ａの誘導加熱コイル１２ａよりも径が大きく設計されている。また、この誘導加熱コイル５２ａは、第２制御装置５８に接続されており、第２制御装置５８によって出力調整される。

第２プッシャー５６は、いわゆる油圧シリンダであって、第２金属ビレット設置台５５に取り付けられており、一定時間おきに第６誘導加熱炉５１ｃに向かって金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲは、第４誘導加熱炉５１ａに投入された後に第６誘導加熱炉５１ｃから順次排出される。なお、第６誘導加熱炉５１ｃから排出された金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲは、図示しないアームロボットによって図示しない成形機に投入される。

ガイドレール５７は、ステンレス製の一対のレールであって、第４誘導加熱炉５１ａ、第５誘導加熱炉５１ｂおよび第６誘導加熱炉５１ｃの内壁５３ａ，５３ｂ，５３ｃの内部の下方に設置されている。トレイＴＲは、このガイドレール５７に沿って第６誘導加熱炉５１ｃに向かって移動する。

第２非接触式温度センサ５９は、第４誘導加熱炉５１ａの誘導加熱コイル５２ａと第５誘導加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂとの間、第５誘導加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂと第６誘導加熱炉５１ｃの誘導加熱コイル５２ｃとの間、および第６誘導加熱炉５１ｃの排出口付近に取り付けられており（図４では排出口付近のもののみ表示されている）、順次移動する金属ビレットＷＫの表面温度を金属ビレットＷＫの長手方向に沿って連続的に計測する。計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第２制御装置５８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され、第２制御装置５８の記憶部に蓄積される。なお、誘導加熱コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃのフィードバック制御に用いられる金属ビレットＷＫの表面温度は、第２制御装置５８の記憶部に蓄積された表面温度データを演算処理することにより得られる。この演算処理については後に詳述する。

第２制御装置５８は、金属ビレットＷＫの表面温度データが常に設定範囲内となるように誘導加熱コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃの出力をフィードバック制御する。なお、本実施の形態において、設定範囲は、金属ビレットＷＫが半溶融状態となる温度範囲とされている。

＜制御装置における金属ビレットの表面温度データの演算処理＞
制御装置１８，５８は、所定時間毎に記憶部から規定数の表面温度データを読み出し、その表面温度データのうち表面温度が最も高い表面温度データを抽出し、その表面温度データをフィードバック制御用の制御パラメーラとして採用する。なお、本実施の形態では、規定数の表面温度データは、１つの金属ビレットＷＫから得られたものである。

＜誘導加熱装置の特徴＞
（１）
本発明に係る誘導加熱装置１では、温度計測器具として非接触式温度センサ１９，５９が採用される。このため、この誘導加熱装置１では、成形加工工程において量産サイクルタイムを遵守して成形加工物の生産を継続することができ、また、温度計の破損を防ぐことができる。

（２）
本発明に係る誘導加熱装置１では、金属ビレットＷＫの複数点の表面温度が計測され、その表面温度の最大値をフィードバック制御用の制御パラメータとした。このため、この誘導加熱装置１では、金属ビレットＷＫが高温で加熱されて金属ビレットＷＫの所々の表面に酸化被膜が生じたとしても、金属ビレットＷＫの表面温度が正確に決定される。したがって、この誘導加熱装置１では、正確な温度測定を実現することができ、誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃの安定した正確なフィードバック制御が可能となる。

＜変形例＞
（Ａ）
先の実施の形態に係る誘導加熱装置１では予備加熱装置１０および本加熱装置５０においてそれぞれ３つの誘導加熱炉が用いられたが、誘導加熱炉の数は特に限定されず、３つよりも少なくてもよいし多くてもよい。

（Ｂ）
先の実施の形態に係る誘導加熱装置１では金属ビレットＷＫの複数点の表面温度データのうち表面温度が最大の表面温度データを制御パラメータとして採用したが、このような態様に代えて、複数点の表面温度データのうち高温側の表温度データを所定割合（例えば７０％）残し、その表面温度の平均値や、中央値、最小値などを制御パラメータとして採用してもかまわない。

（Ｃ）
先の実施の形態に係る誘導加熱装置１では特に言及しなかったが、金属ビレットＷＫがプッシャー１６，５６で押されている間のみ温度計測を行うようにしてもかまわない。

（Ｄ）
先の実施の形態に係る誘導加熱装置１では連続的に金属ビレットＷＫの温度計測が実施されたが、間欠的に金属ビレットＷＫの温度計測が実施されていてもよい。

本発明に係る温度測定方法は、量産サイクルタイムを遵守して生産を継続することができ、温度計の破損を防ぐことができ、さらに正確な温度測定を実現することができるという特徴を有し、誘導加熱装置における加熱対象物の温度計測に有効である。

本発明に係る誘導加熱装置の簡易的な全体構成図である。 本発明に係る誘導加熱装置を構成する予備加熱装置の縦断面図である。 本発明に係る誘導加熱装置において用いられるトレイの外観斜視図である。 本発明に係る誘導加熱装置を構成する本加熱装置の縦断面図である。

符号の説明

１９，５９ 非接触式温度センサ（非接触式温度計）
ＷＫ 金属ビレット（加熱対象物）

Claims (4)

1. 誘導加熱時における加熱対象物（ＷＫ）の温度測定方法であって、
   前記加熱対象物と非接触式温度計（１９，５９）とを相対移動させながら前記加熱対象物の複数点の温度を測定する複数点温度測定ステップと、
   前記複数点の温度から低温側の温度を排除して前記加熱対象物の温度を決定する温度決定ステップと
   を備える温度測定方法。
2. 前記温度決定ステップでは、前記複数点の温度の最大値が前記加熱対象物の温度として決定される
   請求項１に記載の温度測定方法。
3. 前記温度決定ステップでは、前記複数点の温度のうち所定割合の低温側の温度が排除された後、残った複数の温度が演算処理されて前記加熱対象物の温度が決定される
   請求項１に記載の温度測定方法。
4. 前記複数点温度測定ステップでは、隣接して配置される２つの誘導加熱コイルの間または誘導加熱炉の出口付近において前記温度が測定される
   請求項１から３のいずれかに記載の温度測定方法。

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