KR970004828B1

KR970004828B1 - 가열 전력 측정 방법

Info

Publication number: KR970004828B1
Application number: KR1019870007076A
Authority: KR
Inventors: 유지 이시자까
Original assignee: 가부시끼가이샤 메이덴샤; 이노구마 도끼히사
Priority date: 1986-07-04
Filing date: 1987-07-03
Publication date: 1997-04-04
Also published as: ES2037030T3; US4798925A; DE3783085D1; DE3783085T2; CA1270302A; EP0251333A3; EP0251333A2; EP0251333B1; KR880002019A

Abstract

내용 없음.

Description

가열 전력 측정 방법

제1도는 본 발명의 한 실시예가 적용되는 고주파 가열 장치의 일례를 도시한 회로도.

제2도는 고주파 가열 장치에 의해 가열된 가공물의 일례를 도시한 부분 사시도.

제3도는 제2도의 가공물에 관련하여 사용된 더미를 도시한 사시도.

제4도는 제3도의 더미를 도시한 단면도.

제5도는 유효 가열 전력을 측정하기 위해 사용될 때의 디지탈 컴퓨터의 프로그래밍을 도시한 플로우 챠트.

제6도는 본 발명의 다른 실시예가 적용되는 고주파 가열 장치의 일례를 도시한 회로도.

제7도는 유효 가열 전력을 제어하기 위해 사용될 때의 디지탈 컴퓨터의 프로그래밍을 도시한 플로우 챠트.

제8도 내지 제10도는 고주파 또는 가열 장치의 변형 형태를 도시한 도면.

제11(a)도는 본 발명의 방법을 적용할 수 있는 가공물의 다른 형태를 도시한 사시도.

제11(b)도는 제11(a)도의 가공물에 관련하여 사용된 더미를 도시한 사시도.

제12(a)도는 본 발명의 방법을 적용할 수 있는 가공물의 또 다른 형태를 도시한 부분 사시도.

제12(b)도는 제12(a)도의 가공물에 관련하여 사용된 더미를 도시한 부분 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전원부 12 : AC 전원

14 : 전력 제어 회로 16 : 변압기

18 : 정류기 20 : 저역 통과 휠터

20a,32a : 권선 20b,32c,44,46,48 : 캐패시터

22 : 쵸크 코일 24,26,36 : 도선

30 : 발진관 32b,62a,62b : 저항기

34 : DC 차단 캐패시터 38 : 출력 단자

40 : 탱크(공진) 회로 42 : 입력 단자

50 : 정합 변압기 52 : 가열 코일

62 : 전압 감지기 64 : 제1전류 감지기

66 : 제2전류 감지기 70 : 디지탈 컴퓨터

72 : 중앙 처리 장치(CPU) 74 : 랜덤 억세스 메모리(RAM)(컴퓨터 메모리)

76 : 판독 전용 메모리(ROM)78 : 입/출력 제어 회로(I/O)

90 : 제어 장치

본 발명은 고주파 가열 장치에 의해 가열될 위치에서의 가공물(workpiece)에 인가된 유효 가열 전력(heating power)을 측정하는 방법에 관한 것이다.

고주파 가열 장치는 가공물 내에서 전위를 발생시켜 I²R 손실로 인해 가열하게 되도록 AC 전력을 고주파 AC 전력으로 변환시키기 위한 발진 회로를 사용한다. 그러나, 가열될 위치에서의 가공물에 인가된 유효 가열 전력을 직접 측정하는 것은 매우 어려운데, 그 이유는 20KHz를 초과하는 고주파수에서의 AC 전력을 측정할 수 있는 장치가 없기 때문이다. 이 이유로 인해, 현재는 발진 회로에 인가된 DC 전력으로부터 유효 가열 전력을 추론하고 있으므로, 유효 가열 전력의 측정 정확도가 빈약해진다.

그러므로, 본 발명의 주목적은 고주파 가열 장치에 의해 가열될 위치에서의 가공물에 인가된 유효 가열 전력을 정확히 측정할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고주파 가열 장치에 의해 가열될 위치에서의 가공물에 인가된 유효 가열 전력을 정확히 제어할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 가공물 내에서 고주파 AC 전력을 유도하기 위해 전원으로부터 고주파 AC 전력을 공급받고 있는 공진 회로에 도선을 통해 접속된 고주파 AC 전원을 갖고 있는 고주파 가열 장치에 의해 가열될 위치에서의 가공물에 인가된 유효 가열 전력을 측정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 도선을 통해 흐르는 제1전류를 감지하는 단계, 도선 상에 나타나는 전압을 감지하는 단계, 공진 회로내의 위치에서 제2전류를 감지하는 단계, 감지된 제1전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제1전류의 순서값을 샘플하는 단계, 감지된 전압의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 전압의 순서값을 샘플하는 단계, 감지된 제2전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제2전류의 순시값을 샘플하는 단계, 감지된 제1전류의 샘플된 순시값 및 감지된 전압의 샘플된 순시값으로부터 도선을 통해 공진 회로에 공급된 전력에 대한 실효값 P_HF를 계산하는 단계, 감지된 제2전류의 샘플된 순시값으로부터 감지된 제2전류에 대한 실효값 I_t를 계산하는 단계, 계산된 실효값 It의 함수로서 전원 다음의 구성 부품 내에서 발생된 전력 손실 W를 계산하는 단계, 및 Pw=P_HF-W로서 유효 가열 전력 Pw를 계산하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에서, 계산된 유효 가열 전력과 목표값(target value) 사이의 차가 결정된다. 공진 회로로의 전력은 계산된 차를 제로화시키는 방향으로 제어된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 기술하겠다.

도면들 중 특히 제1도를 참조하면, 고주파 가열 장치의 회로도가 도시되어 있다. 고주파 가열 장치는 고주파 AC 전력을 발생시키기 위한 전원부(10)을 포함한다. 전원부(10)은 변압기(16)에 인가된 AC 전력을 조정하기 위한 전력 제어 회로(14)에 접속된 AC 전원(12)를 포함한다. 전력 제어 회로(14)의 출력은 변압기(16)의 일차 권선에 접속되며, 이 변압기(16)의 이차 권선은 정류기(18)에 접속된다. 정류기(18)은 변압기(16)으로부터의 AC 전력을 정류한다. 정류기(18)의 출력은 정류자 리플(ripple) 전류를 평활화시키기 위해 공지된 방식으로 접속된 권선(20a)와 캐패시터(20b)를 포함하는 것으로서 도시되어 있는 저역 통과 휠터(20)에 접속된다.

저역통과 휠터(20)의 출력은 쵸크 코일(22)를 통해 도선(24)에 접속된다. 이 구성 부품(12-22)들은 도선(24)와 도선(26) 사이에 DC 전력을 발생시키기 위한 DC 전원을 구성한다.

또한, 전원부(10)은 DC 전력을 고주파 AC 전력으로 변환시키기 위한 발진관(30)을 포함한다. 이 발진관(30)의 애노드는 도선(24)에 접속되고, 캐소드는 도선(26)에 접속되며, 그리드는 권선(32a) 및 캐패시터(32c)와 병렬 접속된 저항기(32b)의 직렬 회로를 통해 도선(26)에 접속된다. 발진관(30)의 애노드는 DC 차단(blocking) 캐패시터(34)를 통해 고주파 전력이 나타나는 도선(36)에 접속된다. 발진관(30)은 10KHz 내지 500KHz의 주파수에서 DC 전력을 고주파 AC 전력으로 변환시킬 수 있는 다이리스터(thyristor) 스위칭 회로등과 같은 다른 장치로 대체될 수 있다.

또한, 고주파 가열 장치는 공진 주파수 주위에 연속적으로 분포된 주파수들의 대역에 걸쳐 있는 에너지를 저장하기 위한 탱크 또는 공진 회로(40)을 포함한다. 탱크 회로(40)의 입력 단자(42)는 도선(36)에 접속된다. 탱크 회로(40)은 한 단부가 입력 단자(42)에 접속되어 있고 다른 단부가 도선(26)에 접속되어 있는 캐패시터(44)를 포함한다. 또한, 탱크 회로(40)은 한 단부가 입력 단자(42)에 접속되어 있고 다른 단부가 2개의 캐패시터(48)의 직렬 회로와 병렬 접속된 캐패시터(46)을 통해 도선(26)에 접속되어 있는 일차 권선을 갖고 있는 정합(matching) 변압기(50)을 포함한다. 캐패시터(48)들의 접합부는 발진관(30)의 그리드에 접속된다.

정합 변압기(50)의 이차 권선은 가공물 P에 인접하게 유지되어 있는 가열 코일(52)에 접속된다. 도시한 경우에서, 가공물 P는 일례로 로울러에 의해 만곡된 시이트형 부재이고, 고주파 가열 장치는 가공물 P의 대향측 연부를 용접해서 파이프형 부재를 형성하는데 이용된다. 이 때 고주파 가열 장치는 코일(52) 내에서 상당히 집중되고 신속히 교호하는 자계를 발생시켜서 가공물 P에 전위를 유도한다. 이렇게 하면 I²R 손실로 인해 용접될 부분이 가열되어 용접에 이루어진다.

전원부(10)의 출력 단자(38)에서 발생된 유효 전력 P_HF, 전원부(10)과 가공물 P 사이에서의 전송 회로 내에서 발생된 전력 손실 W_E, 및 가공물 P 내에서 발생된 전력 손실 W_L에 의해 결정되며, 용접이 요구되는 지점 P1(제1도 참조)에서의 가공물 P 내에서 유도되는 유효 가열 전력 P_W는 디지탈 컴퓨터(70)에 의해 실행된 계산으로부터 측정된다. 이 목적을 위해, 전압 감지기(62), 제1전류 감지기(64) 및 제2전류 감지기(66)가 디지탈 컴퓨터(70)에 접속된다.

전압 감지기(62)는 도선(36) 상에서 발생된 전압 e_HF를 감지하기 위해 소정의 위치에 제공된다. 양호하게는, 전압 감지기(62)는 도선(26)과 (36) 사이에 직렬로 접속된 2개의 저항기(62a 및 62b)를 갖고 있는 분압기이다. 저항기(62a 및 62b)의 접합부는 디지탈 컴퓨터(70)에 접속된다. 제1전류 감지기(64)는 도선(36)을 통해 흐르는 전류 i_HF를 감지하기 위해 소정의 위치에 제공된다. 양호하게는, 제1전류 감지기(64)는 도선(36) 주위에 제공된 고주파 전류 변압기이다. 이 고주파 전류 변압기의 출력은 디지탈 컴퓨터(70)에 접속된다. 제2전류 감지기(66)은 정합 변압기(50)의 일차 권선으로 흐르는 전류 i_t를 감지하기 위해 소정의 위치에 배치된다. 양호하게는, 제2전류 감지기(66)은 정합 변압기의 일차 권선으로 연장되는 도선 주위에 제공된 대전류 고주파 변압기이다. 제2전류 감지기(66)의 출력은 디지탈 컴퓨터(70)에 접속된다.

디지탈 컴퓨터(70)은 2진수 가감승제 산술 계산을 실행할 수 있는 범용 디지탈 컴퓨터이다. 디지탈 컴퓨터(70)은 실제 산술 계산이 실행되는 중앙 처리 장치(CPU, 72), 랜덤 억세스 메모리(RAM, 74), 판독 전용 메모리(ROM, 76), 및 입/출력 제어 회로(I/O, 78)로 구성된다. 중앙 처리 장치(72)는 데이타 버스(79)를 통해 컴퓨터의 나머지 부분과 통신한다. 입/출력 제어 회로(78)은 아날로그 멀티플렉서 및 아날로그/디지탈 변환기를 포함한다. 아날로그/디지탈 변환기는 아날로그 멀티플렉서로의 입력들을 포함하는 아날로그 감지기 신호들을 중앙 처리 장치(72)에 인가하기 위해 디지탈 형태로 변환시키기 위해 사용된다. A/D 변환 프로세스는 중앙 처리 장치(72)로부터의 명령에 따라 개시된다. 판독 전용 메모리(76)은 중앙 처리 장치(72)를 동작시키기 위한 프로그램을 포함하고, 유효 가열 전력에 대한 적정값을 계산할 때 사용되는 적합한 데이타를 포함한다.

디지탈 컴퓨터(70)은 전압 감지기(62)로부터 아날로그 멀티플렉서에 입력된 감지기 신호의 순시값, 제1전류 감지기(64)로부터 아날로그 멀티플렉서에 입력된 감지기 신호의 순시값 및 선정된 시간 간격으로 제2전류 감지기(66)으로부터 아날로그 멀티플렉서에 입력된 감지기 신호의 순시값을 샘플한다. 감지된 전압 e_HF의 샘플된 순시값들은 감지된 전압 e_HF의 파형에 관한 데이타를 제공하도록 컴퓨터 메모리(74) 내에 독입된다. 감지된 전류 i_HF의 샘플된 순시값들은 감지된 전류 i_HF의 파형에 관한 데이타를 제공하도록 컴퓨터 메모리(74) 내에 독입된다. 감지된 전류 i_t의 샘플된 순시값들은 감지된 전류 i_t의 파형에 관한 데이타를 제공하도록 컴퓨터 메모리(74) 내에 독입된다.

디지탈 컴퓨터(70)은 저장된 데이타 e_HF및 i_HF의 항으로 전원부(10)에 의해 도선(36) 상에 발생된 전력의 실효값 P_HF를 다음과 같이 계산한다.

여기서, T는 감지된 전압 e_HF및 감지된 전류 i_HF의 주기이다. 또한, 디지탈 컴퓨터(70)은 저장된 데이타 i_t항으로 감지된 전류 i_t의 실효값 I_t를 다음과 같이 계산한다.

여기서, T는 감지된 전류 i_t의 주기이다.

디지탈 컴퓨터(70)은 다음과 같이 용접이 요구되는 지점 P₁에서 발생된 유효 가열 전력 P_W를 계산한다.

We=P_HF-(W_E+W_L)

여기서, W_E는 가공물 P로의 전력 전송 중에 발생된 제1전력 손실이고, W_L은 가공물 P내에서 발생된 제2전력 손실이다. 제1출력 손실 W_E는 탱크 회로(40) 내에서 발생된 전송 손실 Wtr과 가열 코일(52) 내에서 발생된 코일 손실 W_C의 합이다. 제2전력 손실 W_L은 제2도에 도시한 바와 같이, 전류가 가공물 P의 외주 표면 근처에서 흐를 때 발생된 전력 손실 Wos와 전류가 가공물 P의 내주 표면 근처에서 흐를 때 발생된 전력 손실 Wis의 합이다. 제1전력 손실 W_E는 다음과 같이 계산된다.

W_E=K0×I_t ^A

여기서, K0는 상수이고, A는 1.8 내지 2.2의 지수이다. 제2전력 손실 W_L은 다음과 같이 계산된다.

W_L=K1×I_t ^B

여기서, K1은 상수이고, B는 1.8 내지 2.2의 지수이다. 그러므로, 유효 가열 전력 P_W는 다음과 같이 계산된다.

P_W=P_HF-(K0×I_t ^A+K1×I_t ^B)

상수 K0와 K1 및 지수 A 및 B는 다음 방식으로 결정된다 :

상수 K0 및 지수 A를 결정하기 위해서, 가공물 P는 가열 코일(52)로부터 제거된다. 가공물 P가 가열 코일(52)로부터 제거되면, 계산된 유효 전력 P_HF0는 제1전력 손실 W_E를 나타내고, 또한 K0×I_t0 ^A에 대응한다. 여기서, I_t0는 이 조건 하에서 제2전류 감지기(66)에 의해 감지된 전류 I_t의 실효값이다. 그러므로, 다음 식이 얻어진다.

W_E=P_HF0=K0×I_t0 ^A

이 식의 양변에 대수를 취하면, 다음 식이 얻어진다.

logP_HF0=log(K0×I_t0 ^A)

대수 성질상, 이 식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

logP_HF0=logK0+AlogI_t0

상수 K0 및 지수 A를 결정하기 위해 가공물 P가 가열 코일(52)의 자계로부터 제거되어 있는 소정의 고주파 가열 장치에 대한 일련의 검사가 실행된다. 이 검사는 발진관(30)의 여러가지 가능한 DC 전력 레벨에서 고주파 가열 장치를 동작시키는 것을 포함한다. logP_HF0에 대한 계산값은 logI_t0가 x-좌표축이고 logP_HF0가 y-좌표축인 직교 좌표계 상에 logI_t0에 대한 계산값에 관련하여 도시된다. logP_HF0와 (logK0+AlogI_t0) 사이의 관계는 직교 좌표계 상에서 직선으로서 표시된다. logK0에 대한 값은 y-좌표축 상의 직선의 교점으로서 얻어지고, 지수 A는 x-좌표축에 관련하여 직선의 기울기로서 얻어진다.

상수 K1 및 지수 B를 얻기 위해서, 더미 Pa가 가공물 P 대신에 배치된다. 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이, 더미 Pa는 어떠한 부분도 가열되지 않도록 서로 작은 간격으로 분리된 대향측 연부들을 갖도록 만곡된 시이트형 부재이다. 더미 Pa는 가공물 P와 동일한 물질로 제조되고, 가공물 P와 동일한 크기를 갖는다. 고주파 가열 장치가 이 조건 하에서 동작할 때, 더미 Pa 내에서, 전류가 외주 표면 근처를 흐름으로써 전력 손실 Wos를 발생시키고 내주 표면 근처를 흐름으로써 전력 손실 Wis를 발생시킨다. 전력 손실 Wos와 Wis의 합인 제2전력 손실 W_L은(계산된 유효 전력 P_HF1-계산된 제1전력 손실 W_E)로서 표시되고, K1×I_tl ^B에 대응한다. 여기서, I_tl은 이 조건 하에서 제2전류 감지기(66)에 의해 감지된 전류 i_t의 실효값이다. 그러므로, 다음 식이 얻어진다.

W_L=P_HF1-W_E=K1×I_tl ^B

상수 K0 및 지수 A의 결정에 관련하여 상술한 것과 거의 동일한 방식으로 상수 K1 및 지수 B를 결정하기 위해 더미 Pa가 가공물 P 대신에 배치되어 있는 고주파 가열 장치에 대한 일련의 검사가 실행된다.

결정된 상수 K0과 K1 및 결정된 지수 A와 B는 컴퓨터 메모리(74) 내에 저장된다. 특정한 형태의 고주파 가열 장치에 대한 상수 K0과 K1 및 지수 A와 B가 얻어졌을 때, 이 형태의 모든 고주파 가열 장치에 대한 유효 가열 전력이 계산될 수 있다.

제5도는 가열이 요구되는 지점 P1에서의 가공물 P 내에서 발생된 유효 가열 전력을 측정하기 위해 사용될 수 때의 디지탈 컴퓨터(70)의 프로그래밍을 도시한 플로우 챠트이다.

컴퓨터 프로그램은 선정된 시간 간격으로 지점(102)에서 들어간다. 프로그램 내의 지점(104)에서, 플랙(flag)이 클리어되는지 여부의 결정이 행해진다. 플랙이 클리어되면, 프로그램은 전압 감지기(62)로부터 공급된 감지기 신호 e_HF가 디지탈 형태로 변환되어 컴퓨터 메모리(74) 내로 독입되는 지점(106)으로 진행한다. 이와 유사하게, 지점(108)에서, 제1전류 감지기(64)로부터 공급된 감지기 신호 i_HF는 디지탈 형태로 변환되어 컴퓨터 메모리(74) 내로 독입된다. 프로그램 내의 지점(110)에서, 제2전류 감지기(64)로부터 공급된 감지기 신호 i_HF는 디지탈 형태로 변환되어 컴퓨터 메모리(74) 내로 독입된다. 프로그램 내의 지점(110)에서, 제2전류 감지기(66)으로부터 공급된 감지기 신호 i_t는 디지탈 형태로 변환되어 컴퓨터 메모리(74) 내로 독입된다.

프로그램 내의 지점(112)에서, 중앙 처리 장치(72)는 계수기를 1스텝만큼 상향 계수시키도록 명령을 제공한다. 계수기는 각각의 감지기 신호 e_HF, i_HF및 i_t의 순시값의 샘플 횟수를 나타내는 계수 C를 누산한다. 그 다음에, 프로그램은 지점(114)에서의 결정 스텝으로 진행한다. 이 결정은 계수기 내에서 누산된 계수 C가 선정된 값 Co보다 작은지 여부의 결정이다. 이 질문에 대한 응답이 예(yes)이면, 프로그램은 종료 지점(132)로 진행한다. 그렇기 않으면, 프로그램은 디지탈 컴퓨터가 각각의 감지기 신호 e_HF, i_HF및 i_t의 파형에 관한 데이타를 제공하기 위해 충분한 수의 순시값들을 샘플하였다는 것을 표시하도록 출력이 셋트되는 지점(116)으로 진행한다. 그 다음에, 프로그램은 종료 지점(132)로 진행한다.

지점(104)에서 입력된 질문에 대한 응답이 아니오(no)이면, 디지탈 컴퓨터가 각각의 감지기 신호 e_HF, i_HF및 i_t의 파형에 관한 데이타를 제공하기 위해 충분한 수의 순시값들을 샘플하였다는 것을 의미하고, 프로그램은 지점(118)로 진행한다. 이 지점에서, 중앙 처리 장치(72)는 저장된 데이타로부터 라인(36) 상에 발생된 전력에 대한 실효값 P_HF를 다음과 같이 계산한다.

프로그램 내의 지점(120)에서, 중앙 처리 장치(72)는 저장된 데이타로부터의 전류 it에 대한 실효값 It를 다음과 같이 계산한다.

프로그램 내의 지점(122)에서, 전력 손실 W는 컴퓨터로 프로그램된 관계로부터 계산된다. 이 관계는 계산된 실효값 I_t의 함수로서의 전력 손실 W를 다음과 같이 정의한다.

W=K0×I_t ^A+K1×I_t ^B

여기서, K0 및 K1은 컴퓨터 메모리(74) 내에 미리 저장된 상수이고, A 및 B는 컴퓨터 메모리(74) 내에 미리 저장된 지수이다. 프로그램 내의 지점(124)에서, 유효 전력 P_W는 컴퓨터 내로 프로그램된 관계식으로부터 계산된다. 이 관계식은 유효 가열 전력 P_W를 다음과 같이 정의한다.

P_W=P_HF-W

프로그램 내의 지점(126)에서, 중앙 처리 장치(72)는 표시 장치(80) 상에 표시하기 위해 계산된 유효 가열 전력 P_W를 전송한다. 계수기가 지점(128)에서 0으로 클리어되고 플랙이 지점(130)에서 0으로 클리어된 후, 프로그램은 종료 지점(132)로 진행한다.

제6도를 참조하면, 디지탈 컴퓨터(70)이 특정된 유효 가열 전력 P_W를 목표값 P_H로 조정하기 위한 제어장치(90)과 함께 사용되는 것을 제외하고는 제1실시예와 거의 동일한 본 발명의 제2실시예가 도시되어 있다. 따라서, 제1도 내의 부품과 동일한 제6도 내의 부품들에는 동일한 참조 번호를 붙였다. 이 실시예에서, 디지탈 컴퓨터(70)은 계산된 유효 가열 전력 P_W와 목표값 P_H사이의 차를 계산하고, 제어 장치(90)이 계산된 차를 0으로 감소시키는 방향으로 발진관(30)으로의 DC 전력을 제어하는 전력 제어 회로(14)를 제어하게 된다.

제7도는 유효 가열 전력을 목표값으로 조정하기 위해 사용될때의 디지탈 컴퓨터(70)의 프로그래밍을 도시한 플로우 챠트이다.

컴퓨터 프로그램은 선정된 시간 간격으로 지점(201)에서 들어간다. 프로그램 내의 지점(204)에서 플랙이 클리어되는지 여부의 결정이 행해진다. 플랙이 클리어되면 프로그램은 전압 감지기(62)로부터 공급된 감지기 신호 e_HF가 디지탈 형태로 변환되어 컴퓨터 메모리(74) 내로 독입되는 지점(206)으로 진행한다. 이와 유사하게 지점(208)에서, 제1전류 감지기(64)로부터 공급된 감지기 신호 i_HF는 디지탈 형태로 변환되어 컴퓨터 메모리(74) 내로 독입된다. 프로그램 내의 지점(210)에서, 제2전류 감지기(66)으로부터 공급된 감지기 신호 i_t는 디지탈 형태로 변환되어 컴퓨터 메모리(74) 내로 독입된다.

프로그램 내의 지점(212)에서, 중앙 처리 장치(72)는 계수기를 1스텝 만큼 상향 계수시키도록 명령을 제공한다. 계수기는 각각의 감지기 신호 e_HF, i_HF및 i_t의 순시값들의 샘플 횟수를 나타내는 계수 C를 누산한다. 그 다음에, 프로그램은 지점(214)에서의 결정 스텝으로 진행한다. 이 결정은 계수기 내에서 누산된 계수 C가 선정된 값 Co 보다 작은지 여부의 결정이다. 이 질문에 대한 응답이 예이면, 프로그램은 종료 지점(234)로 진행한다. 그렇지 않으면, 프로그램은 디지탈컴퓨터가 각각의 감지기 신호 e_HF, i_HF및 i_t의 파형에 관한 데이타를 제공하기 위해 충분한 수의 순시값들을 샘플하였다는 것을 표시하도록 플랙이 셋트되는 지점(216)으로 진행한다. 그 다음에, 프로그램은 종료 지점(234)로 진행한다.

지점(204)에서 입력된 질문에 대한 응답이 아니오이면, 디지탈 컴퓨터가 각각의 감지기 신호 e_HF, i_HF및 i_t의 파형에 관한 데이타를 제공하기 위해 충분한 수의 순시값들을 샘플하였다는 것을 의미하고, 프로그램은 지점(218)로 진행한다. 이 지점에서, 중앙 처리 장치(72)는 저장된 데이타로부터 라인(36) 상에 발생된 전력에 대한 실효값 P_HF를 다음과 같이 계산한다.

프로그램 내의 지점(220)에서, 중앙 처리 장치(72)는 저장된 데이타로부터 전류 i_t에 대한 실효값 I_t를 다음과 같이 계산한다.

프로그램 내의 지점(222)에서, 전력 손실 W는 컴퓨터 내로 프로그램된 관계식으로부터 계산된다. 이 관계식은 계산된 실효값 It의 함수로서의 전력 손실 W를 다음과 같이 정의한다.

W=K0×I_t ^A+K1×I_t ^B

여기서, K0 및 K1은 컴퓨터 메모리(74) 내에 미리 저정된 상수이고, A 및 B는 컴퓨터 메모리(74) 내에 미리 저장된 지수이다. 프로그램 내의 지점(124)에서, 유효 전력 P_W는 컴퓨터 내로 프로그램된 관계식으로부터 계산된다. 이 관계식은 유효 가열 전력 P_W를 다음과 같이 정의한다.

P_W=P_HF-W

프로그램 내의 지점(226)에서, 계산된 값 P_W와 목표값 P_H사이의 차가 계산된다.

지점(228)에서, 중앙 처리 장치(72)는 계산된 차를 제어 장치(90)으로 전송하므로써, 전력 제어 회로(14)가 계산된 차를 0으로 감소시키는 방향으로 발진관(30)으로의 DC 전력을 제어하게 한다. 즉, 측정된 유효 가열 전력 P_W를 목표값 P_H로 조정하게 된다. 계수기가 지점(230)에서 0으로 클리어되고 플랙이 지점(232)에서 0으로 클리어된 후, 프로그램은 종료 지점(234)로 진행한다.

유효 가열 전력 P_W가 측정되었을때, 발진관(30)에 공급된 DC 전력의 크기 P_DC는 다음 식으로 계산될 수 있다.

P_DC=(PW+K0×I_t ^A+K1×I_t ^B)/ηosc

여기서 ηosc는 발진 효율이다.

지금까지 가공물 P 내에서 전위를 유도하기 위해 가열 코일을 사용하는 고주파 가열 장치에 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 이 고주파 가열 장치는 이러한 형태에 제한되지 않고, 제8도에 도시한 바와 같이, 가열 코일은 용접이 요구되는 라인의 대향측 상에 가공물 P와 접촉 관계로 배치된 한쌍의 접촉부(54)로 대체될 수 있다. 제9도 및 제10도는 지점 P1에서 발생된 유효 가열 전력을 계산하는데 사용된 상수 K1 및 지수 B를 결정할때 접촉부(54)가 더미 Pa 상에 배치되는 방식을 도시한 것이다(제8도 참조).

이 경우에, 용접이 요구되는 지점 P1에서의 가공물 P 내에서 발생된 유효 가열 전력 P_W는 제1 및 제2실시예에 관련하여 기술한 것과 동일한 방식으로 측정된다. 부수적으로, 고주파 가열 장치가 발진관을 사용하는 형태의 고주파 전원을 포함하는 것으로서 도시 및 기술되었지만, 고주파 전원은 이 형태에 제한되지 않는다.

고주파 가열 장치가 파이프형 부재를 만들기 위해 시이트형 가공물 P의 대향측 연부들을 용접하기 위해 사용되는 것으로서 도시되고 기술되었지만, 제11(A)도에 도시한 바와 같이 화살표로 표시한 방향으로 가공물을 이동시키면서 파이프형 가공물 P의 선형부를 가열시키기 위해 사용될 수 있다. 제11(B)도는 가열이 요구되는 가공물 선형부 내에서 발생된 유효 가열 전력을 계산하는데 사용된 상수 K1 및 지수 B를 결정하기 위해 사용된 더미 Pa를 도시한 것이다. 이 경우에, 더미 Pa는 수냉식 도관(56)이 열발생을 억제하기 위해 가열될 가공물 선형부에 대응하는 위치에서 더미 Pa 내에 배치되는 것을 제외하고는 가공물 P와 거의 동일하다. 수냉식 도관(56)은 거의 전력 손실을 발생시키지 않도록 매우 낮은 전기 저항을 갖고 있는 구리 또는 그 외의 다른 재료로 제조된다.

부수적으로, 고주파 가열 장치는 제12(A)도에 도시한 바와 같이, 화살표로 표시한 방향으로 가공물 P를 이동시키면서 시이트형 가공물 P의 대향측 연부들을 가열시키기 위해 사용될 수 있다. 제12(B)도는 가열될 가공물 대향측 연부들 내에서 발생된 유효 가열 전력을 계산하는데 사용된 상수 K1 및 지수 B를 결정하기 위해 사용된 더미 Pa를 도시한 것이다. 더미 Pa는 2개의 수냉각 도관(58)이 열발생을 억제하기 위해 가열될 가공물 대향측 연부들 상에 각각 고착되는 것을 제외하고는 가공물 P와 거의 동일하다. 수냉식 도관(58)은 전력 손실을 거의 발생시키지 않도록 매우 낮은 전기 저항을 갖고 있는 구리 또는 그외의 다른 재료로 제조된다.

Claims

고주파 AC 전력을 가공물에 인가하여 위해 고주파 AC 전원으로부터 고주파 AC 전력을 공급받는 공진 회로에 도선을 통해 접속된 고주파 AC 전원을 갖고 있는 고주파 가열 장치에 의해 가열될 위치에서의 가공물에 인가된 유효 가열 전력을 측정하는 방법에 있어서, 도선을 통해 흐르는 제1전류를 감지하는 단계, 도선 상에 나타나는 전압을 감지하는 단계, 공진 회로 내의 소정의 위치에서 제2전류를 감지하는 단계, 감지된 제1전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제1전류의 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 전압의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 전압의 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제2전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제2전류의 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제1전류의 샘플된 순시값들 및 감지된 전압의 샘플된 순시값들로부터 도선을 통해 공진 회로에 공급된 전력에 대한 실효값 P_HF를 계산하는 단계, 감지된 제2전류의 샘플된 순시값들로부터 감지된 제2전류에 대한 실효값 I_t를 계산하는 단계, 계산된 실효값 I_t의 함수로서 전원 다음의 구성 부품들 내에서 발생된 전력 손실 W를 계산하는 단계, 및 Pw=P_HF-로서 유효 가열 전력 Pw를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 전력 손실 W가 제1전력 손실 W_E더하기 제2전력 손실 W_L이고, 제1전력 손실 W_E가 W_E=K0×I_t ^A(여기서, K0는 상수이고, A는 1.8 내지 2.2의 지수)로서 계산되며, 제2전력 손실 W_L이 W_L=K1×I_t ^B(여기서, K1은 상수이고, B는 1.8 내지 2.2의 지수)로서 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 전력 손실 W를 계산하는 단계가 가공물 부재시에 도선을 통해 흐르는 제3전류를 감지하는 단계, 가공물 부재시에 도선 상에 나타나는 제2전압을 감지하는 단계, 가공물 부재시에 공진 회로 내의 소정의 위치에서의 제4전류를 감지하는 단계, 감지된 제3전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제3전류에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제2전압의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 전압에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제3전류의 샘플된 순시값들 및 감지된 제2전압의 샘플된 순시값들로부터 도선을 통해 공진 회로에 공급된 전력에 대한 실효값 P_HF0를 계산하는 단계, 감지된 제4전류의 샘플된 순시값들로부터 감지된 제4전류에 대한 실효값 It0를 계산하는 단계, P_HF0=K0×I_t0 ^A로 표현된 관계식으로부터 상수 K0 및 지수 A를 결정하는 단계, 어떠한 부분도 전혀 가열되지 않는다는 것을 제외하고는 가공물과 유사하고, 가공물 대신에 배치되어 있는 더미로써 도선을 통해 흐르는 제5전류를 감지하는 단계, 가공물 대신에 배치되어 있는 더미로써 도선 상에 나타나는 제3전압을 감지하는 단계, 가공물 대신에 배치되어 있는 더미로써 공진 회로 내의 소정의 위치에서의 제6전류를 감지하는 단계, 감지된 제5전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제5전류에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 3전압의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제3전압에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제6전류의 파형에 대한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제6전류에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제5전류의 샘플된 순시값들 및 감지된 제3전압의 샘플된 순시값들로부터 도선을 통해 공진 회로에 공급된 전력에 대한 실효값 P_HF1을 계산하는 단계, 감지된 제4전류의 샘플된 순시값들로부터 감지된 제6전류에 대한 실효값 I_t1을 계산하는 단계, 및 P_HF1-W_E=K1×I_t1 ^A로서 표현된 관계식으로부터 상수 K1 및 지수 A를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 유효 가열 전력에 대한 목표값을 셋팅하는 단계, 계산된 유효 가열 전력과 목표값 사이의 차를 계산하는 단계, 및 계산된 차를 제로화시키는 방향으로 공진 회로로의 전력을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 전력 손실 W가 제1전력 손실 W_E더하기 제2전력 손실 W_L이고, 제1전력 손실 W_E가 W_E=K0×I_t ^A(여기서, K0는 상수이고, A는 1.8 내지 2.2의 지수)로서 계산되며, 제2전력 손실 W_L이 W_L=K1×I_t ^B(여기서, K1은 상수이고, B는 1.8 내지 2.2의 지수)로서 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 전력 손실 W를 계산하는 단계가 가공물 부재시에 도선을 통해 흐르는 제3전류를 감지하는 단계, 가공물의 부재시에 도선 상에 나타나는 제2전압을 감지하는 단계, 가공물 부재시에 공진회로 내의 소정의 위치에서의 제4전류를 감지하는 단계, 감지된 제3전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제3전류에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제2전압의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 전압에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제3전류의 샘플된 순시값들 및 감지된 제2전압의 샘플된 순시값들로부터 도선을 통해 공진 회로에 공급된 전력에 대한 실효값 P_HF0를 계산하는 단계, 감지된 제4전류의 샘플된 순시값들로부터 감지된 제4전류에 대한 실효값 It0를 계산하는 단계, P_HF0=K0×I_t0 ^A로서 표현된 관계식으로부터 상수 K0 및 지수 A를 결정하는 단계, 어떠한 부분도 가열되지 않는다는 것을 제외하고는 가공물과 유사하고, 가공물 대신에 배치되어 있는 더미로써 도선을 통해 흐르는 제5전류를 감지하는 단계, 가공물 대신에 배치되어 있는 더미로써 도선 상에 나타나는 제3전압을 감지하는 단계, 가공물 대신에 배치되어 있는 더미로써 공진 회로내의 소정의 위치에서의 제6전류를 감지하는 단계, 감지된 제5전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제5전류에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제3전압의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제3전압에 대한 순시값들을 감지하는 단계, 감지된 제6전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제6전류에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제5전류의 샘플된 순시값들 및 감지된 제3전압의 샘플된 순시값들로부터 도선을 통해 공진 회로에 공급된 전력에 대한 실효값 P_HF1을 계산하는 단계, 감지된 제4전류의 샘플된 순시값들로부터 감지된 제6전류에 대한 실효값 I_t1을 계산하는 단계, 및 P_HF1-W_E=K1×I_t1 ^A로서 표현된 관계식으로부터 상수 K1 및 지수 B를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
고주파 AC 전력을 가공물에 인가하기 위해 전원으로부터 고주파 AC 전력을 공급받고 있는 공진회로에 도선을 통해 접속된 고주파 AC 전원을 갖고 있는 고주파 가열 장치에 의해 가열될 소정의 위치에서의 가공물 내에서 발생된 유효 가열 전력을 제어하는 방법에 있어서, 유효 가열 전력에 대한 목표값을 셋트시키는 단계, 도선을 통해 흐르는 제1전류를 감지하는 단계, 도선 상에 나타나는 전압을 감지하는 단계, 공진 회로 내의 소정의 위치에서의 제2전류를 감지하는 단계, 감지된 제1전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제1전류에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 전압의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 전압에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제2전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제2전류에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제1전류의 샘플된 순시값들 및 감지된 전압의 샘플된 순시값들로부터 도선을 통해 공진 회로에 공급된 전력에 대한 실효값 P_HF를 계산하는 단계, 감지된 제2전류의 샘플된 순시값들로부터 감지된 제2전류에 대한 실효값 I_t를 계산하는 단계, 계산된 실효값 It의 함수로서 전원 다음의 구성 부품들 내에서 발생된 전력 손실 W를 계산하는 단계, P_W=P_HF-W로서 유효 가열 전력 P_W를 계산하는 단계, 계산된 유효 가열 전력과 목표값 사이의 차를 결정하는 단계, 및 결정된 차를 제로화시키는 방향으로 공진 회로로의 전력을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 전력 손실 W가 제1전력 손실 W_E더하기 제2전력 손실 W_L이고, 제1전력 손실 W_E가 W_E=K0×I_t ^A(여기서, K0는 상수이고, A는 1.8 내지 2.2의 지수)로서 계산되며, 제2전력 손실 W_L이 W_L=K1×I_t ^B(여기서, K1는 상수이고, B는 1.8 내지 2.2의 지수)로서 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 전력 손실 W를 계산하는 단계가 가공물 부재시에 도선을 통해 흐르는 제3전류를 감지하는 단계, 가공물의 부재시에 도선 상에 나타나는 제2전압을 감지하는 단계, 가공물 부재시에 공진회로 내의 소정의 위치에서의 제4전류를 감지하는 단계, 감지된 제3전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제3전류에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제2전압의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 전압에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제3전류의 샘플된 순시값들 및 감지된 제2전압의 샘플된 순시값들로부터 도선을 통해 공진 회로에 공급된 전력에 대한 실효값 P_HF0를 계산하는 단계, 감지된 제4전류의 샘플된 순시값들로부터 감지된 제4전류에 대한 실효값 I_t0를 계산하는 단계, P_HF|⁰=K0×I_t0 ^A로서 표현된 관계식으로부터 상수 K0 및 지수 A를 결정하는 단계, 어떠한 부분도 가열되지 않는다는 것을 제외하고는 가공물과 유사하고, 가공물 대신에 배치되어 있는 더미로써 도선을 통해 흐르는 제5전류를 감지하는 단계, 가공물 대신에 배치되어 있는 더미로써 도선 상에 나타나는 제3전압을 감지하는 단계, 가공물 대신에 배치되어 있는 더미로써 공진 회로내에 소정의 위치에서의 제6전류를 감지하는 단계, 감지된 제5전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제5전류의 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제3전압의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제3전압에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제6전류의 파형에 관한 정보를 제공하기 위해 선정된 시간 간격으로 감지된 제6전류에 대한 순시값들을 샘플하는 단계, 감지된 제5전류의 샘플된 순시값들 및 감지된 제3전압의 샘플된 순시값들로 부터 도선을 통해 공진 회로에 공급된 전력에 대한 실효값 P_HF1을 계산하는 단계, 감지된 제4전류의 샘플된 순시값들로부터 감지된 제6전류에 대한 실효값 I_t1을 계산하는 단계, 및 P_HF1-W_E=K1×I_t1 ^A로서 표현된 관계식으로부터 상수 K1 및 지수 B를 결정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.