JP2011198730A - Movable heating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁誘導により被加熱体を加熱させる誘導加熱手段を移動可能な可動式加熱システムに関する。 The present invention relates to a movable heating system capable of moving an induction heating means for heating an object to be heated by electromagnetic induction.
昨今、誘導加熱技術は、家庭用調理器具に留まらず、製造現場での熱処理利用(焼き入れ、焼きなまし)、塗装工程の乾燥用途など産業目的でも利用されている(非特許文献1参照)。その一方で、誘導加熱(IH:Induction Heating,以下IHと称する)には、被加熱体(製品)までの距離、または被加熱体の形状もしくは材質等によって加熱効果が変わってしまう特性がある。 In recent years, induction heating technology is not limited to household cooking utensils, but is also used for industrial purposes such as heat treatment use (quenching, annealing) at a manufacturing site and drying application in a painting process (see Non-Patent Document 1). On the other hand, induction heating (IH: Induction Heating, hereinafter referred to as IH) has a characteristic that the heating effect varies depending on the distance to the object to be heated (product) or the shape or material of the object to be heated.
現状では、事前に被加熱体ごとにIHコイルの形状や加熱出力、印加周波数を検討し、適用可否を判断している。一般に被加熱体の変更ごとにIHコイルを交換、調整する必要があるため、IH技術の多品種生産への適用は困難であった。また、形状が複雑な被加熱体に対しその曲折に沿うようにIHコイルの形状を設計することが難しいため、かかる被加熱体へのIH技術の適用も困難であった。 At present, the shape, heating output, and applied frequency of the IH coil are examined in advance for each object to be heated, and the applicability is determined. In general, since it is necessary to replace and adjust the IH coil every time the heated object is changed, it is difficult to apply the IH technology to multi-product production. In addition, since it is difficult to design the shape of the IH coil so that the object to be heated has a complicated shape, the application of the IH technique to the object to be heated is also difficult.
特許文献1では、産業用ロボットを用いてIHコイルまたは被加熱体のいずれか一方あるいは双方を移動させることにより、常に双方の間を加熱に適正な距離に保持する技術を開示している。これにより、加熱対象領域が如何なる形状であっても適正に高周波誘導加熱を行うことができるとしている。
上記特許文献1の技術では確かに双方の間を加熱に適正な距離に保持することが可能だが、種々の被加熱体に対し一律な加熱効果を奏することは不可能である。
Although the technique of the above-mentioned
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、種々の被加熱体に対し一律な加熱効果を奏することを可能とし、IH技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る可動式加熱システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and can provide a uniform heating effect for various objects to be heated, and can expand the application range of IH technology and improve versatility. An object is to provide a movable heating system.
上記課題を解決するために本発明にかかる可動式加熱システムの代表的な構成は、電磁誘導により被加熱体を加熱させる誘導加熱手段と、誘導加熱手段が備えられたロボットアームと、誘導加熱手段を被加熱体に沿わせるようにロボットアームを移動させる制御部とを有し、制御部は、誘導加熱手段の出力、この誘導加熱手段による加熱時間、またはロボットアームを移動させる移動速度の少なくとも1つを制御することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a representative configuration of a movable heating system according to the present invention includes an induction heating unit that heats an object to be heated by electromagnetic induction, a robot arm provided with the induction heating unit, and an induction heating unit. And a control unit that moves the robot arm so as to follow the object to be heated. The control unit has at least one of the output of the induction heating unit, the heating time by the induction heating unit, or the moving speed of moving the robot arm. It is characterized by controlling one.
かかる構成によれば、誘導加熱手段をロボットアームと結合することにより可動式とし、制御部が誘導加熱手段の出力や加熱時間、ロボットアームを移動させる移動速度を制御するように構成したため、被加熱体が如何なる形状であっても好適に加熱させることができる。 According to such a configuration, the induction heating unit is movable by being coupled with the robot arm, and the control unit is configured to control the output of the induction heating unit, the heating time, and the moving speed for moving the robot arm. Any shape of the body can be suitably heated.
上記誘導加熱手段は、複数の誘導加熱コイルを配列して構築されるとよい。これにより、各々の誘導加熱手段の出力を制御部が制御し、被加熱体の加熱程度のより細かな調整が可能となる。 The induction heating means may be constructed by arranging a plurality of induction heating coils. Thereby, a control part controls the output of each induction heating means, and finer adjustment of the heating degree of a to-be-heated body is attained.
上記複数の誘導加熱コイルは、加熱面が被加熱体に対向するように各々の形状や大きさが異なるとよい。具体的には、誘導加熱手段を一般的な円状コイルとしてではなく被加熱体に即して四角形状あるいは3次元形状として構築することができる。これにより、被加熱体を均一に加熱させることが可能である。 The plurality of induction heating coils may have different shapes and sizes so that the heating surface faces the object to be heated. Specifically, the induction heating means can be constructed not as a general circular coil but as a quadrangular shape or a three-dimensional shape according to the object to be heated. Thereby, it is possible to heat a to-be-heated body uniformly.
上記誘導加熱手段と共に、赤外線加熱手段、マイクロ波加熱手段もしくは抵抗加熱手段のいずれか1つまたは複数をさらに備えるとよい。かかる構成によれば、各々の加熱手段をその特性に応じて使い分けるまたは併用することができる。これにより、多品種生産においてもそれぞれに好適に対応することが可能となる。 In addition to the induction heating means, any one or more of infrared heating means, microwave heating means, and resistance heating means may be further provided. According to this structure, each heating means can be used properly according to the characteristic, or can be used together. As a result, it is possible to suitably cope with each of various types of production.
上記誘導加熱手段に対して被加熱体を動かすことが可能な被加熱体可動機構をさらに備えるとよい。これにより、被加熱体側の移動により加熱程度を調整することが可能となる。 It is preferable to further include a heated body moving mechanism capable of moving the heated body relative to the induction heating means. This makes it possible to adjust the degree of heating by moving the heated object side.
上記被加熱体の温度を測定する温度センサをさらに備え、制御部は、温度センサが測定した温度に基づき、上記出力、加熱時間、または移動速度の少なくとも1つをフィードバック制御するとよい。かかる構成によれば、温度センサによって被加熱体の加熱の程度を検知しながら、被加熱体を加熱させることができる。よって、被加熱体の形状や材質を問わず一律な(均質な)加熱効果を奏することができる。これより、IH技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る。 The apparatus may further include a temperature sensor that measures the temperature of the object to be heated, and the control unit may feedback control at least one of the output, the heating time, or the moving speed based on the temperature measured by the temperature sensor. According to this configuration, the heated body can be heated while detecting the degree of heating of the heated body by the temperature sensor. Therefore, a uniform (homogeneous) heating effect can be achieved regardless of the shape and material of the heated object. As a result, the application range of the IH technology can be expanded and versatility can be improved.
本発明によれば、種々の被加熱体に対し一律な加熱効果を奏することを可能とし、IH技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る可動式加熱システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a movable heating system that can achieve a uniform heating effect on various objects to be heated, and can expand the application range of IH technology and improve versatility.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態にかかる可動式加熱システム100について説明する図である。図1に示すように、可動式加熱システム100は、例えば被加熱体140の乾燥用途に利用される。被加熱体140は、被加熱体可動機構としての搬送装置142によって搬送され、可動式加熱システム100を通過する間に乾燥させられる。搬送装置142は、可動式加熱システム100(誘導加熱手段110)に対して被加熱体140を動かすことができ、相対的な位置関係を修正可能である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a
可動式加熱システム100は、ロボットアーム120(産業ロボット)の先端部122dに備えられた誘導加熱手段110を用い、温度センサ130により被加熱体140の加熱の程度を検知しながら加熱させる。かかる加熱の制御は、制御部150によって実施される。
The
ロボットアーム120は、基部120a並びに連結部120b、第2連結部120cにて回動可能であり、制御部150の指令に基づき誘導加熱手段110を被加熱体140に沿わせるように正確に移動させる。
The
図2は、誘導加熱手段110について説明する図である。誘導加熱手段110は、加熱面が被加熱体140に対向するように複数のコイルを配列して構築される。なお、誘導加熱手段110は、被加熱体140よりも小さい(被加熱体140の加熱すべき面積が、誘導加熱手段110による有効な加熱面積よりも大きい)ことを想定している。
FIG. 2 is a diagram illustrating the
例えば図2(a)に示すように、誘導加熱手段110は、複数のIHコイル110aの集合体であるアレイコイルとして構築される。一般に、IHコイル110aは円状だが、このように複数のIHコイル110aを配列することで、全体として任意の形状(ここでは四角形状)の加熱面を構築することができる。
For example, as shown in FIG. 2A, the induction heating means 110 is constructed as an array coil that is an aggregate of a plurality of
また、例えば図2(b)に示すように、誘導加熱手段110は、円状のIHコイル110bと四角形状のIHコイル110cを同心上に配置して構築してもよい。
For example, as shown in FIG. 2B, the
すなわち、誘導加熱手段110は、形状や大きさが様々な複数のIHコイルを組み合わせ、種々の被加熱体140に見合った形状に形成される。これにより、被加熱体140を均一に加熱させることが可能である。
In other words, the induction heating means 110 is formed into a shape suitable for various
なお、図2(c)に示すように、誘導加熱手段110としてのIHコイルをプリントパターンで形成してもよい。これにより、IHコイルのばらつきの低減を図ることが可能である。 In addition, as shown in FIG.2 (c), you may form the IH coil as the induction heating means 110 with a printed pattern. As a result, it is possible to reduce variations in IH coils.
温度センサ130は、3次元サーモカメラ(サーモグラフィ)であって、撮影領域の熱線(赤外線)の強度から、被加熱体140の温度分布を3次元で検知する。被加熱体140の測定データは、信号として制御部150に伝送される。
The
3次元距離センサ132は、被加熱体140との距離を3次元で測定する計器である。3次元距離センサ132の測定データは、信号として制御部150に伝送される。
The three-
図3は、3次元距離センサ132を例示する図である。図3に例示するように、3次元距離センサ132は、例えば光ファイバー132aからレーザーを照射し、反射波を取得して、レーザーの位相差から対象Xまでの距離を測定する。
FIG. 3 is a diagram illustrating the three-
高周波電源部112は、インバータおよびインバータからの高周波電流を誘導加熱手段110に印加する回路を含んでいる。高周波電源部112は、制御部150からの制御を受けて、誘導加熱手段110を構成する各々のIHコイルに高周波電流を印加する。
The high frequency
制御部150は、中央処理装置(CPU)を含む半導体集積回路によりシステム全体を管理および制御する。また、記憶部152に格納されたプログラムを実行し、ロボットアーム120を適正に移動させる。
The
また、制御部150は、3次元距離センサ132からの伝送信号をリアルタイムで処理し、被加熱体140までの距離に基づきロボットアーム120をフィードバック制御する。すなわち、ロボットアーム120(誘導加熱手段110)の被加熱体140への接触を回避し、被加熱体140を好適に加熱させるように適正な距離を保って誘導加熱手段110を移動させる。
In addition, the
記憶部152は、ROM、RAM、EEPROM、不揮発性RAM、フラッシュメモリ、HDD等で構成され、システムで利用されるプログラム(ロボットアーム120の動作シーケンス)や各種データ、温度センサ130が検知した温度分布などを記憶する。
The storage unit 152 includes a ROM, a RAM, an EEPROM, a nonvolatile RAM, a flash memory, an HDD, and the like. A program used in the system (operation sequence of the robot arm 120), various data, and a temperature distribution detected by the
なお、可動式加熱システム100が、3次元距離センサ132を有さない場合には、ロボットアーム120の動作シーケンスに被加熱体140の形状を考慮した移動座標データが入力され、記憶部152に記憶されるとよい。
When the
表示部154は、液晶ディスプレイ、EL(Electro Luminescence)、PDP(Plasma Display Panel)等で構成され、システムで実行中のプログラム等を管理者(作業者)に対し表示する。可動式加熱システム100が不図示のネットワーク通信部を備え、ネットワークを介して外部から取得した情報を管理者に表示可能にしてもよい。
The
操作部156は、マウスやキーボード、タッチパネル等から構成され、管理者の操作入力を受け付ける。操作部156からの操作により、記憶部152に記憶されたデータの書換または追加が可能である。
The
上記構成において、制御部150は、温度センサ130から伝送された温度分布の測定データを、記憶部152に記憶する。そして、温度分布を積算して、被加熱体140の各部の加熱量(加熱量の分布)を算出することができる。
In the above configuration, the
これより、制御部150は、被加熱体140の加熱の程度に基づいて、ロボットアーム120をフィードバック制御する。すなわち、誘導加熱手段110の出力を制御したり、誘導加熱手段110による加熱時間を調整したり、ロボットアーム120を移動させる移動速度を調整したりする。
Thus, the
具体的には、基本的な動作として、制御部150は、一定の幅ごとに、被加熱体140の幅方向に誘導加熱手段110(温度センサ130)を走査させる(スキャンライン)。このとき、例えば被加熱体140の裏面にリブが立っていたり、厚みが部分的に厚くなっていると、その部分だけ熱容量が大きくなっているために温度が上がりにくい。また、誘導加熱手段110の大きさに比べて細かい凹凸があったり、被加熱体140に突起物がある場合など、誘導加熱手段110が被加熱体140に近づけない場合がある。そのようなときには検知温度が所望の温度に上昇しない。また、被加熱体140の形状や材料によっては、局部的に被加熱体140が所望の温度を超えてしまう場合もありうる。そこで、検知温度に応じて局所的に誘導加熱手段110の出力を調節することができる。これにより、被加熱体140の形状、材質、大きさ等に関係なく、また加熱時間やロボットアーム120の移動速度を必ずしも調整せずとも一律な加熱効果を奏することができる。
Specifically, as a basic operation, the
しかし、換言すれば、誘導加熱手段110の出力が一定であっても、加熱時間やロボットアーム120の移動速度を調整することで一律な加熱効果を奏することが可能である。本実施形態では、上記の出力制御に加え、制御部150が加熱時間、移動速度の調整も行うことで、さらなる精度の向上を図る。
However, in other words, even if the output of the
すなわち、加熱時間、移動速度ともに、温度センサ130で検知した温度分布を積算し、熱処理に足りるだけの熱量が与えられるように設定する。誘導加熱手段110を走査させる幅(間隔)は、基本的には誘導加熱手段110の幅であるが、これも積算された温度分布に基づいて動的に設定することができる。例えば伝熱性がよい被加熱体140の場合は走査幅を広くすることができ、伝熱性の低い被加熱体140の場合は走査幅が重なるように設定することもできる。これにより、被加熱体140に対し小さな誘導加熱手段110を用いても、高精度で確実に被加熱体140を乾燥させることができる。
That is, both the heating time and the moving speed are set such that the temperature distribution detected by the
以上、上述した可動式加熱システム100によれば、目的温度でロボットアーム120を動的制御するので、被加熱体140に対し一律な加熱効果を奏することが可能である。これより、IH技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る。
As described above, according to the
[第2実施形態]
図4は、第2実施形態にかかる可動式加熱システム200について説明する図である。
特に図4(a)は可動式加熱システム200の外観図であり、図4(b)はロボットアーム120、220先端の加熱手段の拡大図である。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a diagram illustrating a
4A is an external view of the
第2実施形態にかかる可動式加熱システム200の第1実施形態との差異は、ロボットアーム220およびその先端部220dに備えられる加熱手段である。すなわち、第2実施形態は、ロボットアーム120の誘導加熱手段110に、ロボットアーム220の加熱手段を併用して被加熱体140を加熱させるいわゆるハイブリッド方式である。
The difference of the
図4(a)に示すように、ロボットアーム220の先端部220dには、赤外線で被加熱体140を加熱する赤外線加熱手段222、マイクロ波で被加熱体140を加熱するマイクロ波加熱手段224、または抵抗加熱で被加熱体140を加熱する抵抗加熱手段226が備えられる。
As shown in FIG. 4A, an infrared heating means 222 that heats the
誘導加熱手段110は、IHコイルに高周波の電流を流し、被加熱体140に磁場を印加して渦電流を生じさせることにより被加熱体140を直接加熱させる方式である。これより、被加熱体140は、内側から加熱されやすい。
The induction heating means 110 is a method of directly heating the
一方、例えば赤外線加熱手段222は、赤外線を照射して被加熱体140を加熱する。そのため、被加熱体140は、通常外側から加熱される。このように性質の異なる加熱手段をその特性に応じて使い分けるまたは併用することで、多品種生産に対する良好な応答性を確保することができる。
On the other hand, for example, the infrared heating means 222 irradiates infrared rays to heat the
図4(b)に示すように、可動式加熱システム200は上述した制御部150等を備え、ロボットアーム120の誘導加熱手段110やロボットアーム220の他の加熱手段(ここでは、赤外線加熱手段222)を被加熱体140に沿わせるように移動させる。
As shown in FIG. 4B, the
図4(a)および(b)では、便宜上、高周波電源部112、制御部150、記憶部152、表示部154、操作部156の図示を省略しているが、可動式加熱システム200は第1実施形態と同様にこれらの要素を有するものとする。
4A and 4B, for convenience, the high-frequency
なお、第2実施形態では2つのロボットアーム120、220を有したが、3つ以上ロボットアームを備えてシステムを構築してもよい。当然ながら、誘導加熱手段110を備えるロボットアーム120を複数備えてもよい。この場合において、高周波電源部112を共通化し、複数のロボットアーム120の誘導加熱手段110に対して1つのインバータから高周波電流を印加してもよい。
In the second embodiment, the two
[第3実施形態]
図5は、第3実施形態にかかる可動式加熱システム300について説明する図である。可動式加熱システム300では、第2実施形態とは異なり、1つのロボットアーム120の先端に複数の加熱手段を備える。ここでは、ロボットアーム120の先端部120dに誘導加熱手段110と赤外線加熱手段222が設けられている。
[Third embodiment]
FIG. 5 is a diagram illustrating a
上述したようにロボットアーム120は、基部120a並びに連結部120b、第2連結部120cにて回動可能であり、先端部120dの角度(向き、方向)を任意に変更することができる。そのため、制御部150から支持された姿勢で、誘導加熱手段110もしくは赤外線加熱手段222またはその双方を用いて、被加熱体140を最適に加熱させることができる。
As described above, the
すなわち、第2実施形態と同様に、性質の異なる加熱手段をその特性に応じて使い分けるまたは併用することが可能であり、多品種生産に対する良好な応答性を確保することができる。例えば、乾燥工程においては、赤外線加熱手段222によって表面を先に乾燥させた上で、誘導加熱手段110によって母材を加熱して内部から乾燥させることができる。また塗料の特性によっては、先に母材を加熱してもよい。なお、図5では記載を省略しているが、可動式加熱システム300においても、図1に示した可動式加熱システム100と同様に高周波電源部112、制御部150、記憶部152、表示部154、操作部156などを備えている。
That is, similarly to the second embodiment, heating means having different properties can be properly used or used in accordance with the characteristics, and good responsiveness to multi-product production can be ensured. For example, in the drying step, after the surface is first dried by the infrared heating means 222, the base material can be heated by the induction heating means 110 and dried from the inside. Depending on the properties of the paint, the base material may be heated first. Although omitted in FIG. 5, the high-frequency
以上、上述した構成によれば、IH技術の適用範囲の拡大および汎用性の向上を図り得る。これより、他熱源(IH以外の熱源)による熱風乾燥が主流の乾燥工程において、電気加熱の市場の拡大に寄与し、大幅な需要開拓を実現可能とする技術を提供することができる。 As described above, according to the configuration described above, it is possible to expand the application range of the IH technology and improve versatility. As a result, hot air drying by other heat sources (heat sources other than IH) contributes to the expansion of the electric heating market in the mainstream drying process and can provide a technology that can realize significant demand development.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。例えば上記では、可動式加熱システム100、200、300を乾燥工程に利用するものとして例示したが、当然ながら焼き入れ等の熱処理にも利用することができる。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. For example, in the above, the
本発明は、電磁誘導により被加熱体を加熱させる誘導加熱手段を移動可能な可動式加熱システムとして利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized as a movable heating system which can move the induction heating means which heats a to-be-heated body by electromagnetic induction.
100、200、300…可動式加熱システム、110…誘導加熱手段、110a〜110c…IHコイル、110d、220d…先端部、112…高周波電源部、120、220…ロボットアーム、120a…基部、120b…連結部、120c…第2連結部、130…温度センサ、132…3次元距離センサ、132a…光ファイバー、140…被加熱体、142…搬送装置、150…制御部、152…記憶部、154…表示部、156…操作部、222…赤外線加熱手段、224…マイクロ波加熱手段、226…抵抗加熱手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記誘導加熱手段が備えられたロボットアームと、
前記誘導加熱手段を前記被加熱体に沿わせるように前記ロボットアームを移動させる制御部とを有し、
前記制御部は、前記誘導加熱手段の出力、該誘導加熱手段による加熱時間、または前記ロボットアームを移動させる移動速度の少なくとも1つを制御することを特徴とする可動式加熱システム。 Induction heating means for heating an object to be heated by electromagnetic induction;
A robot arm provided with the induction heating means;
A control unit that moves the robot arm so that the induction heating means follows the object to be heated;
The control unit controls at least one of an output of the induction heating unit, a heating time by the induction heating unit, or a moving speed for moving the robot arm.
前記制御部は、前記温度センサが測定した温度に基づき、前記出力、前記加熱時間、または前記移動速度の少なくとも1つをフィードバック制御することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の可動式加熱システム。 A temperature sensor for measuring the temperature of the object to be heated;
6. The control unit according to claim 1, wherein the control unit performs feedback control on at least one of the output, the heating time, and the moving speed based on the temperature measured by the temperature sensor. The movable heating system described.
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