JP2020011244A - Heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気式の加熱体をワークに沿って相対移動させながら該ワークを加熱する加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating device that heats a work while relatively moving an electric heating body along the work.
加熱体がワークよりも小さい場合には、加熱体をワークに沿って移動させながら加熱することがある。加熱体は、例えば非接触式かつ電気式のものが用いられ、ロボットなどの移動手段によって移動する。ワークを加熱する際の温度制御は、加熱体に設置した非接触式の温度センサでワーク表面の温度を計測し、目標温度との偏差に基づいて加熱体による加熱量を調整する。また、特許文献1では、非接触の温度センサでワークの温度を測定して蓄積し、ロボットの移動パターンごとにワークの平均温度を算出して加熱体の供給熱量をフィードバック制御している。この平均温度は比較的広い範囲に対して求められる。特許文献1で対象となるワークとしては平板が例示されている。 When the heating body is smaller than the work, heating may be performed while moving the heating body along the work. As the heating body, for example, a non-contact and electric heating body is used, and is moved by a moving means such as a robot. The temperature control when heating the work involves measuring the temperature of the work surface with a non-contact type temperature sensor installed on the heating body, and adjusting the amount of heating by the heating body based on the deviation from the target temperature. In Patent Document 1, the temperature of a work is measured and accumulated by a non-contact temperature sensor, the average temperature of the work is calculated for each movement pattern of the robot, and the amount of heat supplied to the heating element is feedback-controlled. This average temperature is determined over a relatively wide range. In Patent Document 1, a flat plate is exemplified as a target work.
被加熱体のワークをロウ付けする場合には、ワークをロウ付けに適した温度に均一に加熱することが望ましい。ワークの形状が一様でない複雑なものである場合には部位によって熱容量が異なるため、特許文献1のように平均温度に基づいて加熱をする装置では均一な加熱ができず、例えばロウ付けの加熱には不適である。 When brazing a workpiece to be heated, it is desirable to uniformly heat the workpiece to a temperature suitable for brazing. When the shape of the work is not uniform and complicated, the heat capacity differs depending on the part. Therefore, a device that heats based on the average temperature as in Patent Document 1 cannot perform uniform heating. Not suitable for
また、温度の測定開始から電流指令をインバータに出力し、さらに該インバータが反応するまでには応答時間が生じる。加熱体をワークに沿って移動させながら該ワークを加熱する場合には、この反応時間に加熱体が移動してしまうため、温度の計測をして制御演算した地点とは違う地点を加熱することになってしまう。ワークの形状が一様である場合にはその影響は比較的小さいが、ワークの形状が一様でないものである場合には、調整した熱量がワークの条件と合わずに加熱するので温度のばらつきが大きく、場所によっては目標温度に到達しなかったり又は過剰に加熱されてしまうことがある。したがって、そのワーク形状に対応した専用の加熱装置を用いなければならないこともある。 Also, a current command is output to the inverter from the start of the temperature measurement, and a response time occurs until the inverter reacts. When heating the workpiece while moving the heating element along the workpiece, the heating element moves during this reaction time. Become. If the shape of the work is uniform, the effect is relatively small, but if the shape of the work is not uniform, the adjusted amount of heat will not match the conditions of the work, so the temperature will vary. May be large, and may not reach the target temperature or may be excessively heated in some places. Therefore, it is sometimes necessary to use a dedicated heating device corresponding to the shape of the work.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、部位により熱容量が一様でないワークに対しても均一な温度となるように加熱することのできる加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a heating device that can heat a workpiece having a heat capacity that is not uniform depending on a part so that the temperature of the work becomes uniform. I do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる加熱装置は、ワークを目標温度に加熱する加熱装置において、前記ワークを加熱する電気式の加熱体と、前記加熱体を前記ワークに沿って相対移動させる移動手段と、前記ワークにおける前記加熱体による加熱箇所の温度を計測する温度センサと、前記加熱体に供給する電流を調整するインバータと、前記インバータを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記ワークの物性データ、前記ワークの形状データ、および前記温度センサで計測された現在温度に基づいて、前記目標温度と前記加熱体の定時間後の移動先における移動先温度との移動先温度偏差を予測し、前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a heating device according to the present invention includes, in a heating device that heats a work to a target temperature, an electric heating body that heats the work, and the heating body A moving unit that relatively moves along the work, a temperature sensor that measures a temperature of a heated portion of the work by the heating body, an inverter that adjusts a current supplied to the heating body, and a control unit that controls the inverter. The control unit, based on the physical property data of the work, the shape data of the work, and the current temperature measured by the temperature sensor, the target temperature and the movement destination of the heating body after a fixed time And a current command is given to the inverter based on the target temperature deviation.
前記制御部は、前記ワークの物性データ、前記ワークの形状データおよび前記現在温度に基づいて前記移動先温度を予測する温度予測部と、前記目標温度と前記移動先温度とから前記移動先温度偏差を予測する偏差予測部と、前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与える電流指令部と、を有してもよい。 A temperature prediction unit that predicts the destination temperature based on the physical property data of the work, the shape data of the work, and the current temperature; and the destination temperature deviation from the target temperature and the destination temperature. And a current command unit that gives a current command to the inverter based on the destination temperature deviation.
前記制御部は、前記目標温度と前記現在温度との現在温度偏差を求める現在温度偏差算出部と、前記ワークの物性データ、前記ワークの形状データおよび前記現在温度偏差に基づいて前記移動先温度偏差を予測する偏差予測部と、前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与える電流指令部と、を有してもよい。 The control unit includes: a current temperature deviation calculating unit that obtains a current temperature deviation between the target temperature and the current temperature; and a physical property data of the work, a shape data of the work, and the movement destination temperature deviation based on the current temperature deviation. And a current command unit that gives a current command to the inverter based on the destination temperature deviation.
前記制御は、前記物性データおよび前記形状データから前記移動先の熱容量を導出し、前記熱容量に基づいて前記移動先温度偏差を予測してもよい。 The control may derive the heat capacity of the destination from the physical property data and the shape data, and predict the destination temperature deviation based on the heat capacity.
前記形状データおよび前記物性データを記憶するデータベースを備え、前記制御部は前記データベースから前記形状データおよび前記物性データを読み出してもよい。 The control unit may include a database that stores the shape data and the physical property data, and may read the shape data and the physical property data from the database.
また、本発明にかかる加熱装置は、ワークを目標温度に加熱する加熱装置において、前記ワークを加熱する電気式の加熱体と、前記加熱体を前記ワークに沿って相対移動させる移動手段と、前記ワークにおける前記加熱体による加熱箇所の温度を計測する温度センサと、前記加熱体に供給する電流を調整するインバータと、前記インバータを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記加熱体の移動位置に応じた前記ワークの熱容量との相関がある相関データを記憶部に記憶し、前記相関データおよび前記温度センサで計測された現在温度に基づいて、前記目標温度と前記加熱体の定時間後の移動先における移動先温度との移動先温度偏差を予測し、前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与えることを特徴とする。 Further, the heating device according to the present invention is a heating device for heating a work to a target temperature, wherein an electric heating body for heating the work, a moving unit for relatively moving the heating body along the work, A temperature sensor for measuring a temperature of a heating portion of the workpiece by the heating element, an inverter for adjusting a current supplied to the heating element, and a control unit for controlling the inverter; Correlation data having a correlation with the heat capacity of the work according to the movement position of the body is stored in the storage unit, and based on the correlation data and the current temperature measured by the temperature sensor, the target temperature and the heating element A destination temperature deviation from a destination temperature at a destination after a fixed time is predicted, and a current command is given to the inverter based on the destination temperature deviation.
前記制御部は、前記相関データおよび前記現在温度に基づいて前記移動先温度を予測する温度予測部と、前記目標温度と前記移動先温度とから前記移動先温度偏差を予測する偏差予測部と、前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与える電流指令部と、を有してもよい。 The control unit, a temperature prediction unit that predicts the destination temperature based on the correlation data and the current temperature, a deviation prediction unit that predicts the destination temperature deviation from the target temperature and the destination temperature, A current command unit for giving a current command to the inverter based on the destination temperature deviation.
前記制御部は、前記目標温度と前記現在温度との現在温度偏差を求める現在温度偏差算出部と、前記相関データおよび前記現在温度偏差に基づいて前記移動先温度偏差を予測する偏差予測部と、前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与える電流指令部と、を有してもよい。 The control unit, a current temperature deviation calculation unit that determines a current temperature deviation between the target temperature and the current temperature, a deviation prediction unit that predicts the destination temperature deviation based on the correlation data and the current temperature deviation, A current command unit for giving a current command to the inverter based on the destination temperature deviation.
前記制御部は、前記加熱体を前記ワークに沿って往復移動させ前記ワークを加熱しながら前記温度センサで前記ワークの温度を計測し、前記加熱体の移動位置に応じた温度分布を求める温度分布計測部と、求められた前記温度分布とその平均値との温度差を前記移動位置に応じて求めて前記相関データとする温度差算出部と、を有してもよい。 The control unit measures the temperature of the work with the temperature sensor while heating the work by reciprocating the heating body along the work, and obtains a temperature distribution according to a moving position of the heating body. The apparatus may include a measurement unit and a temperature difference calculation unit that obtains a temperature difference between the obtained temperature distribution and an average value thereof according to the moving position and uses the temperature difference as the correlation data.
前記定時間は、前記温度センサが前記現在温度を計測してから前記インバータが前記電流指令によって高周波電流の調整を行うまでの応答時間であってもよい。 The fixed time may be a response time from when the temperature sensor measures the current temperature to when the inverter adjusts a high-frequency current according to the current command.
本発明にかかる加熱装置では、制御部は、ワークの物性データ、形状データおよび現在温度に基づいて定時間後の移動先における移動先温度偏差を予測し、または、温度差算出部で求められた温度差および現在温度に基づいて定時間後の移動先における移動先温度偏差を予測する。この移動先温度偏差によってインバータを介して高周波電流を調整することにより、部位により熱容量が一様でないワークに対しても均一な温度となるように加熱することができる。 In the heating device according to the present invention, the control unit predicts a destination temperature deviation at a destination after a fixed time based on the physical property data of the work, the shape data and the current temperature, or is obtained by the temperature difference calculation unit. Based on the temperature difference and the current temperature, a destination temperature deviation at a destination after a fixed time is predicted. By adjusting the high-frequency current through the inverter based on the deviation of the movement destination, it is possible to heat even a work having a non-uniform heat capacity to a uniform temperature.
以下に、本発明にかかる加熱装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of a heating device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited by the embodiment.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態である加熱装置10aとその被加熱部であるワーク16とを示す模式ブロック図である。まずワーク16について説明する。
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a
ワーク16はワーク体12の一部である。ワーク体12は平板14と、被加熱部であるワーク16と、ロウ材18とを有する。平板14は広い面積の板材である。ワーク16は平板14の上に立設するように設けられている。ロウ材18は薄板状であって、ワーク16に敷設されており、ワーク16の底面と同じかそれよりもやや広い。平板14とワーク16とは金属の同材であり、例えば銅、アルミニウム、ステンレス鋼である。
The
ワーク16は、例えば、複数の板部16aと、隣接する板部16a同士の間に設けられた柱部16bとからなる。板部16aは柱部16bよりもX方向に長く、Y方向に薄い板状の部材である。柱部16bは、例えば断面が正方形であり、板部16aよりもZ方向に高い。ワーク16は複数あり、平板14上の定位置に並列して設けられている。ワーク16はX方向に沿って板部16aと柱部16bとが交互に配置されており、その熱容量は一様ではない。板部16aと柱部16bとの形状の違いは後述する形状データ50bに記憶される。板部16aと柱部16bとは材質が異なっていてもよいが、その情報は後述する物性データ50aに記憶される。ワーク体12の中で加熱装置10aによって主に加熱されるのはワーク16であるが、ロウ材18も加熱され得る。したがって、ロウ材18も被加熱部であることから、ロウ材18をワーク16の一部として扱ってもよい。
The
次に、加熱装置10aについて説明する。加熱装置10aは大別して制御部28と、機構部30と、これらの間に設けられたインターフェース群32とを有する。機構部30は加熱ユニット(加熱体)20と、温度センサ22と、位置センサ24と、ロボット(移動手段)26とを有する。加熱ユニット20は下向きに開口する略U字形状のベース体20aと、該ベース体20aの一対の先端にそれぞれ巻回されて設けられた加熱コイル20bとを有する。加熱ユニット20はワーク16よりも相当に小さい。一対の加熱コイル20bは直列に接続されており、加熱能力の調整が容易である。ベース体20aは磁性体で構成されている。加熱ユニット20はワーク16に対して上方から跨ぐように配設され、加熱コイル20bに高周波電流を供給することによって誘導加熱の原理でワーク16を加熱することができる。加熱ユニット20は、ロボット26により平板14、ワーク16およびロウ材18に対してそれぞれ非接触位置に配設される。加熱ユニット20は他の電気式(電気を駆動源とするもので、磁気式を含む)の加熱体であってもよい。
Next, the
温度センサ22および位置センサ24は加熱ユニット20と一体的に設けられている。温度センサ22は、ワーク16における加熱ユニット20による加熱箇所の表面温度を非接触で計測するセンサであり、例えば赤外線検出型である。位置センサ24はワーク16と加熱コイル20bとの距離を非接触で計測するセンサであり、例えば近接センサである。ロボット26は加熱ユニット20のX方向位置を計測するセンサを備えているものとする。このセンサによって計測されたX方向位置は制御部28に供給される。
The
加熱ユニット20は移動テーブル34を介してロボット26に接続されている。ロボット26は直交座標型であり、加熱ユニット20を水平のX,Y方向、および垂直のZ方向に移動させることができる。ロボット26は、加熱ユニット20をワーク16に沿いながらその全長に亘って複数回往復移動させ、この往復移動の間に加熱ユニット20によりワーク16の加熱を行う。ワーク16はX方向に延在しており、加熱の工程中では、ロボット26の動作は基本的にはX軸動作だけで足りる。加熱ユニット20はワーク16に対して相対的に移動可能であればよい。
The
インターフェース群32は温度調節器36と、ドライバ38と、位置センサアンプ40と、インバータ42とを有する。これらはそれぞれ独立的な構成であるが、説明の便宜上まとめてインターフェース群32とする。温度調節器36は、温度センサ22で測定した温度情報を制御部28に供給する。ドライバ38は制御部28の作用下にロボット26を駆動し、移動テーブル34の位置および速度を制御する。位置センサアンプ40は位置センサ24が計測する距離を制御部28に供給する。インバータ42は制御部28の作用下に加熱コイル20bに対して高周波電流を供給する。
The
制御部28はコンピュータ44を中心に構成されており、該コンピュータ44と、表示器46と、入力機器48と、データベース50と、記憶装置52とを有する。表示器46は、機構部30の動作状態を表示する。入力機器48は、オペレータがワーク16を加熱する動作条件を設定できる。
The
データベース50には、ワーク16についての物性データ50aおよび形状データ50bが記録されている。物性データ50aはワーク16の部位ごとの物性(例えば、材質、密度、熱伝導率、比熱)についてのデータである。形状データ50bはワーク16の部位ごとの幅、高さ、長さといったデータである。物性データ50aおよび形状データ50bにはロウ材18のデータを含めてもよい。これらの物性データ50aおよび形状データ50bは入力機器48から入力され、または通信手段や記憶媒体からロードされる。データベース50および記憶装置52はコンピュータ44からアクセス可能となっている。
In the database 50,
コンピュータ44は温度予測部54と、偏差予測部55と、電流指令部56とを有する。温度予測部54は温度センサ22で測定したワーク16の現在温度T0と、物性データ50aおよび形状データ50bの情報とに基づいて、加熱ユニット20が定時間Δtの移動先におけるワーク16の移動先温度T1を予測する。偏差予測部55は、目標温度Tpと移動先温度T1とから移動先温度偏差ε1を予測する。電流指令部56は移動先温度偏差ε1に基づいてインバータ42に電流指令を与える。
The
記憶装置52には、加熱装置10aを制御するためのプログラムや、加熱ユニット20の動作データ等が記憶されている。加熱ユニット20は、この動作データに基づいてワーク16に沿ってX軸方向に複数回往復移動する。ワーク16が複数並列している場合には、あるワーク16の加熱終了後に加熱ユニット20をZ方向に沿って上昇させ、隣接するワーク16の上方に達するまでY方向に移動し、さらに加熱ユニット20を下降させる。
The storage device 52 stores a program for controlling the
制御部28は、ハードウェアとしては汎用品を利用可能である。尚、制御部28の一部または全部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、IC(Integrated Circuit)等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。
The
次に、加熱装置10aの動作について説明する。
Next, the operation of the
図2のステップS1において、ワーク16についての物性データ50aおよび形状データ50bを入力またはロードする。これらのデータは主にステップS8で用いられるため、図2ではこの情報の流れを破線で明示している。ステップS2において、ワーク16に対する加熱条件を設定する。この設定は、例えば目標温度Tpの設定、ドライバ38やインバータ42の設定、加熱ユニット20の動作設定等である。そして、ステップS3で加熱動作を開始する。目標温度Tpは基本的にワーク16の全長に亘って等しい値に設定される。
In step S1 of FIG. 2, the
ステップS4では、加熱ユニット20がロボット26によって、X方向に沿って往復移動する。そしてステップS5では位置センサ24によって主にX方向位置およびY方向位置を確認し、さらにステップS4に戻って位置調整をしながら移動を継続する。ステップS4およびS5はドライバ38の作用下に、コンピュータ44とはある程度独立的に行われる。ステップS5において位置センサ24によって得られた位置情報はステップS8に供給される。図2において、この情報の流れは破線で示している。
In step S4, the
ステップS6において、電流指令部56が移動先温度偏差ε1に基づく電流指令値をインバータ42に供給する。移動先温度偏差ε1はループ処理の中でステップS8において求められる。インバータ42は電流指令値に基づいて加熱コイル20bに高周波電流を供給し該加熱コイル20bは磁界を発生させる。温度センサ22が現在温度T0を計測してからインバータ42が電流指令によって高周波電流の調整を行うまでには物理的に応答時間Δtresが生じる。移動先温度偏差ε1はこの応答遅れを先行的に補償するように求められており、フィードフォワード的な制御が行われることになる。加熱装置10aでは定時間Δtをこの応答時間Δtresに合わせていて、応答遅れが補償されることになる。ただし、条件によっては定時間Δtをこの応答時間Δtresとは異なる値に設定してもよい。
In step S6, and supplies a current command value is a
ステップS7において、温度センサ22により加熱ユニット20が存在する箇所におけるワーク16の現在温度T0を測定する。
In step S7, the current temperature T0 of the
ステップS8においては温度予測部54が補正係数の算出を行う。補正係数は現在温度T0から移動先において予測される移動先温度T1を求める係数である。現在温度T0が現時刻の現地点における温度であるのに対し、移動先温度T1は定時間Δt後の移動先(Vt×ΔT)における温度であり、時間と場所が異なる。移動先温度T1を予測するのは次の理由による。
In step S8, the
すなわち、加熱ユニット20はワーク16よりも相当に小さいため、ワーク16の放熱による影響を低減させるためには、ある程度速く往復動作させて加熱間隔を短くするとよい。しかし、速度Vtを速くすると定時間Δt後の移動先も遠くなり、その移動先温度T1は現在温度T0とは異なる場合があり、特にワーク16の熱容量が部位によって一様でない場合には相当に異なることがある。そのため、現在温度T0をそのまま移動先の温度制御に用いるのは適当でなく、移動先温度T1を予測することが望ましい。
That is, since the
移動先温度T1の予測では、まずステップS1で入力されたワーク16の物性データ50aおよび形状データ50bに基づいて補正係数を求める(ステップS8)。補正係数は、例えば現地点と移動先について比熱および幅からそれぞれの熱容量の差を求め、さらに定時間Δtにおける放熱量も勘案すると一層精度が高まる。
In the prediction of the movement destination temperature T1, first, a correction coefficient is obtained based on the
ステップS9において、温度予測部54は現在温度T0を補正係数によって補正することにより移動先温度T1を予測する。
In step S9, the
ステップS10において、目標温度Tpと現在温度T0との現在温度偏差ε0を調べ、この現在温度偏差ε0が0であれば(Y)ステップS11へ移り、0でなければ(N)ステップS6へ戻る。現在温度偏差ε0は絶対値とする。実際上この温度比較は、許容上限温度Uiと許容下限温度Li(図3参照)とに基づいて多少の余裕幅を持って行われる。また、ステップS10においては、偏差予測部55により目標温度Tpと予測された移動先温度T1との移動先温度偏差ε1も求めておく。移動先温度偏差ε1はステップS6で用いられる。
In step S10, checks the current temperature deviation epsilon 0 between the target temperature Tp and the current temperature T0, the if the current temperature deviation epsilon 0 is 0 moves to (Y) step S11, 0 if not (N) to step S6 Return. The current temperature deviation ε 0 is an absolute value. In practice, this temperature comparison is performed with a certain margin based on the allowable upper limit temperature Ui and the allowable lower limit temperature Li (see FIG. 3). In Step S10, previously obtained even destination temperature deviation epsilon 1 the visited temperature T1 and the predicted target temperature Tp by
ステップS11において、所定の加熱時間が終了したか調べる。加熱時間が終了していれば(Y)処理を終了し、終了していなければ(N)ステップS6へ戻って処理を続行する。この加熱時間はステップS10における温度条件が成立してからの経過時間とする。加熱処理の終了にともなって加熱ユニット20の移動処理も終了させる。この時点でワーク16を構成するワーク16およびロウ材18は全長にわたって均一かつ適温に加熱され、ロウ材18は溶け残りがない。加熱装置10aによる加熱が停止されるとロウ材18は再び固まり、ワーク16と平板14とがロウ付けされることになる。
In step S11, it is checked whether a predetermined heating time has ended. If the heating time has ended (Y), the process is ended, and if not, (N) the process returns to step S6 to continue the process. The heating time is an elapsed time from when the temperature condition in step S10 is satisfied. With the end of the heating process, the moving process of the
このように、加熱装置10aにおいては、温度予測部54がワーク16の物性データ50a、形状データ50b、および温度センサ22で計測された現在温度T0に基づいて、加熱ユニット20の定時間Δt後の移動先における移動先温度T1を予測する。そして、電流指令部56では目標温度Tpと予測された移動先温度T1との移動先温度偏差ε1に基づいてインバータ42に電流指令を与える。これにより、加熱装置10aは様々な形状、大きさのワーク16に適用可能となって汎用性が高い。また、ワーク16が部位により熱容量が一様でない場合で、しかも加熱ユニット20の速度Vtがある程度速くても、定時間Δt後の移動先における温度制御を適切に行うことができ、ワーク16が全長に亘って均一な温度となり、場所によって目標温度Tpに到達しなかったり又は過剰に加熱されてしまうことが防止できる。また、短時間で目標温度Tpに加熱制御することが可能になる。
As described above, in the
さらに、加熱装置10aの加熱ユニット20はワーク16よりも小さくコンパクトであり、ワーク16に対して相対移動させるのでワーク16の大きさによる制約が少ない。加熱ユニット20は誘導加熱式であってワーク16の雰囲気を加熱するのではないことから効率が高い。
Further, the
さらにまた、図3の実線グラフL1で示すように、任意の箇所における温度Tはほとんどばらつきがなく、温度上昇中および目標温度Tpへの到達後とも安定した挙動を示すようになる。一方、温度予測部54や電流指令部56による作用がない場合には仮想線グラフL2で示すようにばらつきが大きく、特に許容上限温度Uiと許容下限温度Liの範囲内に収束できずに不安定となる。実線グラフL1は後述する加熱装置10b、10c、10dでも同様となる。
Furthermore, as shown by the solid line graph L1 in FIG. 3, the temperature T at any position has almost no variation, and shows a stable behavior during the temperature rise and after reaching the target temperature Tp. On the other hand, when there is no operation by the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態である加熱装置10bについて説明する。加熱装置10bは上記の加熱装置10aの変形例であり、基本的な構成は加熱装置10aと同じであり、コンピュータ44における処理が異なる。加熱装置10bにおける処理を図4の模式ブロック図で説明する。
(2nd Embodiment)
Next, a
加熱装置10bでは、温度センサ22で計測したワーク16の現在温度T0と目標温度Tpとの現在温度偏差ε0を現在温度偏差算出部60で求める。
In the
一方、物性データ50a、形状データ50bおよびワーク16の表面から放出される熱量Htに基づくプロセス関数Pdを導出する。このプロセス関数Pdはさらに、加熱ユニット20の現状位置Ppから加熱コイル20bに供給する高周波電流を調整するまでの応答時間(Δtres)で移動する移動先を加味した上で、偏差予測部62において現在温度偏差ε0に作用させて移動先温度偏差ε1を予測する。移動先温度偏差ε1は所定の変換および補償であるG(s)を施した上で制御部28から電流指令として出力する。電流指令はインバータ42に供給され、さらに加熱ユニット20によりワーク16が加熱され、温度センサ22によって現在温度T0が計測され、制御部28にフィードバックされる。図4では、このフィードバック経路の要素をまとめてH(s)として表している。
On the other hand, a process function Pd based on the
この加熱装置10bのように、移動先温度偏差ε1は、現在温度偏差ε0にプロセス関数Pdを作用させて求めてもよい。なお、上記の加熱装置10aでは現在温度T0から補正係数によって移動先温度T1を求めた後に目標温度Tpとの差を求めて移動先温度偏差ε1としているが、いずれにしろ途中の過程によらず移動先温度偏差ε1が予測できればよい。すなわち、予測元のパラメータは移動先温度T1でも現在温度偏差ε0でもよいし、そこから移動先温度偏差ε1を求める手段は関数を用いてもよいし補正係数を用いてもよい。以下に述べる加熱装置10c,10dでも同様である。
Thus
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態である加熱装置10cについて説明する。図5は、加熱装置10cを示す模式ブロック図である。加熱装置10cにおいて上記の加熱装置10aと同様の要素については同符号を付してその詳細な説明を省略する。加熱対象であるワーク16は上記のものと同じとする。
(Third embodiment)
Next, a
図5に示すように、加熱装置10cでは、上記の加熱装置10aにおけるデータベース50が省略されている。コンピュータ44は上記の温度予測部54、偏差予測部55および電流指令部56に加えて、温度分布計測部70と、温度差算出部72とを有する。
As shown in FIG. 5, in the
温度分布計測部70は、加熱ユニット20をワーク16に沿って往復移動させワーク16を加熱しながら温度センサ22でワーク16の温度を計測し、加熱ユニット20の移動位置Pnに応じた温度分布を求めて記憶装置52に記憶する。温度差算出部72は、求められた温度分布とその平均値Avとの温度差ΔTin(相関データ)を移動位置Pnに応じて求める。
The temperature
上記の加熱装置10aにおける温度予測部54は物性データ50a、形状データ50bおよび現在温度T0に基づいて移動先温度T1を予測するのに対し、加熱装置10cにおける温度予測部54では、温度分布計測部70および温度差算出部72で求められた温度差ΔTinと、現在温度T0とに基づいて移動先温度T1を予測する。
The
次に、加熱装置10cの動作について説明する。
Next, the operation of the
図6のステップS101において、ワーク16の形状のデータを入力する。このデータは上記の形状データ50bと比較して簡略なもので、例えばワーク16のX方向長さだけを入力すればよい。ステップS102〜S103は、上記のステップS2〜S5と同じである。
In step S101 of FIG. 6, data of the shape of the
ステップS106において、電流指令部56が移動先温度偏差ε1に基づく電流指令値をインバータ42に供給する。移動先温度偏差ε1はループ処理の中でステップS108において求められる。ただし、加熱開始直後で加熱ユニット20が数回または所定時間(例えば数秒)往復して温度分布計測部70が温度分布(図7参照)を取得するまでの間は、移動先温度偏差ε1によらず固定値を電流指令としてもよい。ステップS107においてはステップS7と同様に現在温度T0を取得する。
In step S106, it supplies the current command value is a
ステップS108において、温度分布計測部70がワーク16の温度データTiを移動位置Pnに応じて取得して記憶装置52に記憶する。つまり、図7の黒丸で示すように、移動位置P1、P2…Pnに応じた温度分布のデータを取得する。また、温度差算出部72はこれらの温度データの平均値Avを求めるとともに、各温度データTiと平均値Avとの温度差ΔTinを求めて記憶しておく。図7に示すように、温度データTiは移動位置P1、P2…Pnに応じてばらつきが発生し得る。これはワーク16としてのワーク16の熱容量が部位によって一様ではないためである。すなわち、図7で示される温度差ΔTinはワーク16の部位ごとにおける熱容量との相関が高いデータとなっている。
In step S108, the temperature
なお、ステップS108における温度分布の取得、および温度差ΔTinの取得は、条件によって種々のタイミングで行ってよい。例えば、加熱開始後に加熱ユニット20が数回往復する間においてステップS106が固定値として電流指令を出力しているときに行い、その後は停止するようにしてもよい。また、加熱運転中に毎回実行して、温度分布を移動平均によって更新してもよい。いずれにしろ、部位によるワーク16の部位ごとの熱容量の差が反映されて、該熱容量との相関があるデータが得られるようにすればよい。
The acquisition of the temperature distribution in the step S108, and obtains the temperature difference .DELTA.Ti n may be performed at various timings depending on the conditions. For example, during the time when the
ステップS109において補正係数を算出する。この処理は上記のステップS8とほぼ同様であるが、ステップS8では物性データ50aおよび形状データ50bに基づいて補正係数を求めているのに対し、ステップS109では温度差ΔTinに基づいて求める。つまり、温度差ΔTinはワーク16の部位による熱容量の差に基づいているため、物性データ50aおよび形状データ50bの代わりに利用することができる。
In step S109, a correction coefficient is calculated. This process is substantially the same as the step S8 in the above, while seeking a correction factor based on the step
ステップS110において、上記のステップS9と同様に、温度予測部54は現在温度T0を補正係数によって補正し移動先温度T1を予測する。
In step S110, as in step S9, the
ステップS111,S112は、上記のステップS10,S11と同じである。ステップ111で現在温度偏差ε0が0でない場合(N)にはステップS106に戻って加熱処理を継続する。ステップS111においては、偏差予測部55により目標温度Tpと予測された移動先温度T1との移動先温度偏差ε1も求めておく。移動先温度偏差ε1はステップS106で用いられる。
Steps S111 and S112 are the same as steps S10 and S11 described above. If the current temperature deviation ε 0 is not 0 at step 111 (N), the process returns to step S 106 to continue the heating process. In step S111, previously obtained even destination temperature deviation epsilon 1 the visited temperature T1 and the predicted target temperature Tp by
このような加熱装置10cによれば、上記の加熱装置10aと同様に、ワーク16が部位により熱容量が一様でない場合で、しかも加熱ユニット20の速度Vtがある程度速くても定時間Δt後の移動位置における温度制御を適切に行うことができる。また、加熱装置10aのような物性データ50aおよび形状データ50bの入力が不要である。
According to such a
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態である加熱装置10dについて説明する。加熱装置10dは上記の加熱装置10cの変形例であり、基本的な構成は加熱装置10cと同じであり、コンピュータ44における処理が異なる。加熱装置10dにおける処理を図8の模式ブロック図で説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a
加熱装置10dでは、温度センサ22で計測した現在温度T0と目標温度Tpとの現在温度偏差ε0を現在温度偏差算出部60で求める。
In the
一方、上記の温度分布、温度差ΔTinおよびワーク16の表面から放出される熱量Htに基づくプロセス関数Pdを導出する。このプロセス関数Pdはさらに、加熱ユニット20の現状位置Ppから加熱コイル20bに供給する高周波電流を調整するまでの時間(Δt)で移動する移動先を加味した上で、偏差予測部62において現在温度偏差ε0に作用させて移動先温度偏差ε1を予測する。その後のG(s)およびH(s)は図4と同様である。このような加熱装置10dにおいても上記の加熱装置10cと同様の効果が得られる。
On the other hand, it derives the process function Pd based on the amount of heat Ht released the temperature distribution described above, the surface temperature difference .DELTA.Ti n and the
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be freely modified without departing from the gist of the present invention.
10a,10b,10c,10d 加熱装置
12 ワーク体
16 ワーク
16a 板部
16b 柱部
18 ロウ材
20 加熱ユニット(加熱体)
22 温度センサ
26 ロボット(移動手段)
28 制御部
42 インバータ
44 コンピュータ
50 データベース
50a 物性データ
50b 形状データ
54 温度予測部
55 偏差予測部
56 電流指令部
60 現在温度偏差算出部
62 偏差予測部
70 温度分布計測部
72 温度差算出部
T0 現在温度
T1 移動先温度
Tp 目標温度
Vt 速度
ε0 現在温度偏差
ε1 移動先温度偏差
ΔTin 温度差(相関データ)
10a, 10b, 10c,
22
28
Claims (10)
前記ワークを加熱する電気式の加熱体と、
前記加熱体を前記ワークに沿って相対移動させる移動手段と、
前記ワークにおける前記加熱体による加熱箇所の温度を計測する温度センサと、
前記加熱体に供給する電流を調整するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記ワークの物性データ、前記ワークの形状データ、および前記温度センサで計測された現在温度に基づいて、前記目標温度と前記加熱体の定時間後の移動先における移動先温度との移動先温度偏差を予測し、前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与えることを特徴とする加熱装置。 In the heating device that heats the work to the target temperature,
An electric heating element for heating the work,
Moving means for relatively moving the heating body along the work,
A temperature sensor for measuring a temperature of a heated portion of the work by the heating body,
An inverter for adjusting a current supplied to the heating element,
A control unit for controlling the inverter,
Has,
The control unit, based on the physical property data of the work, the shape data of the work, and the current temperature measured by the temperature sensor, the target temperature and the destination temperature at the destination after a fixed time of the heating element. A heating device for estimating a destination temperature deviation of the target and giving a current command to the inverter based on the destination temperature deviation.
前記制御部は、
前記ワークの物性データ、前記ワークの形状データおよび前記現在温度に基づいて前記移動先温度を予測する温度予測部と、
前記目標温度と前記移動先温度とから前記移動先温度偏差を予測する偏差予測部と、
前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与える電流指令部と、
を有することを特徴とする加熱装置。 The heating device according to claim 1,
The control unit includes:
Temperature prediction unit for predicting the destination temperature based on the physical property data of the work, the shape data of the work and the current temperature,
A deviation prediction unit that predicts the destination temperature deviation from the target temperature and the destination temperature,
A current command unit that gives a current command to the inverter based on the destination temperature deviation,
A heating device comprising:
前記制御部は、
前記目標温度と前記現在温度との現在温度偏差を求める現在温度偏差算出部と、
前記ワークの物性データ、前記ワークの形状データおよび前記現在温度偏差に基づいて前記移動先温度偏差を予測する偏差予測部と、
前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与える電流指令部と、
を有することを特徴とする加熱装置。 The heating device according to claim 1,
The control unit includes:
A current temperature deviation calculation unit for obtaining a current temperature deviation between the target temperature and the current temperature,
A deviation prediction unit that predicts the destination temperature deviation based on the physical property data of the work, the shape data of the work, and the current temperature deviation,
A current command unit that gives a current command to the inverter based on the destination temperature deviation,
A heating device comprising:
前記制御は、前記物性データおよび前記形状データから前記移動先の熱容量を導出し、前記熱容量に基づいて前記移動先温度偏差を予測することを特徴とする加熱装置。 The heating device according to any one of claims 1 to 3,
The heating device, wherein the control derives a heat capacity of the destination from the physical property data and the shape data, and predicts the destination temperature deviation based on the heat capacity.
前記形状データおよび前記物性データを記憶するデータベースを備え、
前記制御部は前記データベースから前記形状データおよび前記物性データを読み出すことを特徴とする加熱装置。 The heating device according to any one of claims 1 to 4,
A database that stores the shape data and the physical property data,
The heating device, wherein the control unit reads the shape data and the physical property data from the database.
前記ワークを加熱する電気式の加熱体と、
前記加熱体を前記ワークに沿って相対移動させる移動手段と、
前記ワークにおける前記加熱体による加熱箇所の温度を計測する温度センサと、
前記加熱体に供給する電流を調整するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記加熱体の移動位置に応じた前記ワークの熱容量との相関がある相関データを記憶部に記憶し、
前記相関データおよび前記温度センサで計測された現在温度に基づいて、前記目標温度と前記加熱体の定時間後の移動先における移動先温度との移動先温度偏差を予測し、前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与えることを特徴とする加熱装置。 In the heating device that heats the work to the target temperature,
An electric heating element for heating the work,
Moving means for relatively moving the heating body along the work,
A temperature sensor for measuring a temperature of a heated portion of the work by the heating body,
An inverter for adjusting a current supplied to the heating element,
A control unit for controlling the inverter,
Has,
The control unit stores, in a storage unit, correlation data having a correlation with a heat capacity of the work according to a movement position of the heating body,
Based on the correlation data and the current temperature measured by the temperature sensor, predicting a destination temperature deviation between the target temperature and a destination temperature at a destination after a predetermined time of the heating element, the destination temperature deviation A current command is given to the inverter based on the following.
前記制御部は、
前記相関データおよび前記現在温度に基づいて前記移動先温度を予測する温度予測部と、
前記目標温度と前記移動先温度とから前記移動先温度偏差を予測する偏差予測部と、
前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与える電流指令部と、
を有することを特徴とする加熱装置。 The heating device according to claim 6,
The control unit includes:
A temperature prediction unit for predicting the destination temperature based on the correlation data and the current temperature,
A deviation prediction unit that predicts the destination temperature deviation from the target temperature and the destination temperature,
A current command unit that gives a current command to the inverter based on the destination temperature deviation,
A heating device comprising:
前記制御部は、
前記目標温度と前記現在温度との現在温度偏差を求める現在温度偏差算出部と、
前記相関データおよび前記現在温度偏差に基づいて前記移動先温度偏差を予測する偏差予測部と、
前記移動先温度偏差に基づいて前記インバータに電流指令を与える電流指令部と、
を有することを特徴とする加熱装置。 The heating device according to claim 6,
The control unit includes:
A current temperature deviation calculation unit for obtaining a current temperature deviation between the target temperature and the current temperature,
A deviation prediction unit that predicts the destination temperature deviation based on the correlation data and the current temperature deviation,
A current command unit that gives a current command to the inverter based on the destination temperature deviation,
A heating device comprising:
前記制御部は、
前記加熱体を前記ワークに沿って往復移動させ前記ワークを加熱しながら前記温度センサで前記ワークの温度を計測し、前記加熱体の移動位置に応じた温度分布を求める温度分布計測部と、
求められた前記温度分布とその平均値との温度差を前記移動位置に応じて求めて前記相関データとする温度差算出部と、
を有することを特徴とする加熱装置。 The heating device according to any one of claims 6 to 8,
The control unit includes:
A temperature distribution measurement unit that measures the temperature of the work with the temperature sensor while heating the work by reciprocating the heating body along the work, and obtains a temperature distribution according to a moving position of the heating body,
A temperature difference calculation unit that determines the temperature difference between the determined temperature distribution and the average value according to the movement position and determines the correlation data;
A heating device comprising:
前記定時間は、前記温度センサが前記現在温度を計測してから前記インバータが前記電流指令によって高周波電流の調整を行うまでの応答時間であることを特徴とする加熱装置。 The heating device according to any one of claims 1 to 8,
The heating device according to claim 1, wherein the fixed time is a response time from when the temperature sensor measures the current temperature to when the inverter adjusts a high-frequency current according to the current command.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63228589A (en) * | 1987-03-17 | 1988-09-22 | 株式会社明電舎 | Control of bullet heater |
JP2000208241A (en) * | 1999-01-14 | 2000-07-28 | Nkk Corp | Heating control method for induction heating apparatus |
-
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