專利名稱：高頻淬火管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠確認是否按照規(guī)定的設(shè)定條件對工件進行了淬火 (Hardening)的高頻淬火管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了提高工件的硬度等物理特性，利用高頻電力對工件實施淬火處理。圖四是示意性地表示通常的淬火處理的情形的外觀圖。例如如圖所示，作為加熱對象的工件50構(gòu)成為在棒狀基部51上以同軸形狀具備鼓出部52，由于棒狀基部51和鼓出部52而截面為大致 L字形狀。加熱線圈61是鞍形線圈，在半圓周部61a的兩端連接一對直線部61b、61b而形成加熱線圈61。當進行淬火處理時，首先，將工件50保持在未圖示的保持單元上，并以加熱線圈61的半圓周部61a位置于鼓出部52的上面?zhèn)炔⑶壹訜峋€圈61的直線部61b平行于棒狀基部51的方式將加熱線圈61配置在工件50上。此時，確認加熱線圈61和鼓出部52 之間的距離是否在規(guī)定范圍內(nèi)。之后，一邊旋轉(zhuǎn)工件50，一邊從高頻逆變器62向加熱線圈 61提供高頻電力，實施淬火處理。此外，圖中的63是與加熱線圈61構(gòu)成并聯(lián)諧振電路的匹配用電容器。在淬火處理中使用的公知的高頻淬火裝置，在等效電路上電路構(gòu)成為在高頻逆變器的輸出端子之間并聯(lián)連接匹配用的電容器和加熱線圈。為了保證淬火質(zhì)量，理想情況下最好是實際測量提供給加熱線圈的有效功率(kw)并以該有效功率為基準進行管理。加熱線圈的等效電路以電感和串聯(lián)電阻的串聯(lián)連接來表示。被加熱線圈加熱的工件成為阻性負載。有效功率的監(jiān)視方法是如下方法測定在加熱線圈兩端產(chǎn)生的電壓(Vrail)和流經(jīng)加熱線圈的線圈電流(I。?！怪g的相位差，根據(jù)式Rkw = COWVrailIrail求出有效功率。此外， cos Φ為功率因數(shù)(Φ為功率因數(shù)角)。然而，在高頻淬火的情況下，功率因數(shù)低的負載多，成為測量對象的線圈電壓和線圈電流之間的相位差大。具體地說，電容器和加熱線圈的并聯(lián)電路的Q為10左右。功率因數(shù)能夠估計為Q的倒數(shù)，在Q為10的情況下，功率因數(shù)為0.1，此時的功率因數(shù)角Φ為84°。 因而，測定火皿和Irail，并由運算電路對這些值進行乘法運算而求出的有效功率小。另外， 該運算電路容易受溫度漂移的影響、頻率、相位差變動的影響，因此現(xiàn)狀是無法根據(jù)運算電路的算出值來高精確度地監(jiān)視高頻淬火處理的有效功率。專利文獻1 日本特開2002-317224號公報專利文獻2 日本特開2000-150126號公報專利文獻3 日本特開2003-231923號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題因此，以往，在以將來自高頻振蕩器的電壓控制為恒定的方式進行輸出控制的情況下，考慮檢測加熱線圈的電流并求出平均電流來監(jiān)視功率(例如專利文獻1)。然而，線圈電流確切地說是具有線圈所具有的電感成分和電阻成分的合成電流，因此，即使負載變動， 線圈電流的變動也小，靈敏度低。因此，無法進行有效的功率監(jiān)視。也考慮了通過檢測來自高頻逆變器的輸出電壓和輸出電流、或者檢測輸出功率來進行監(jiān)視(例如專利文獻2以及3)。在該輸出功率的檢測中，也包括檢測輸出電壓以及輸出電流并對它們的有效值進行乘法運算。然而，在該監(jiān)視方法中，監(jiān)視對象為來自高頻逆變器的輸出功率、換句話說是從高頻逆變器的輸出端子之間看時為提供到負載的有效功率， 因此受到匹配電路引起的損耗、功率的傳輸損耗的影響，無法敏感地檢測負載變動，靈敏度差。特別是，當從高頻逆變器到加熱線圈的距離長時，由于功率的傳輸損耗而導致負載變動的檢測靈敏度下降。另一方面，還存在如下問題當成為淬火對象的工件與加熱線圈之間的位置關(guān)系在規(guī)定范圍之外時，由于負載變動而無法進行恰當?shù)拇慊鹛幚?。下面具體地進行說明。在圖四所示的淬火處理中，工件50并非都是相同尺寸，而是具有一定程度的允許范圍內(nèi)的尺寸，工件50與加熱線圈61之間的位置關(guān)系有可能按每個工件而不同，因此不能保證即使與工件50無關(guān)地提供相同的高頻電力也執(zhí)行恰當?shù)拇慊鹛幚?。即，在工?0和加熱線圈61 之間的位置關(guān)系中、特別是鼓出部52的上表面53與加熱線圈61的半圓周部61a之間的距離變大時，工件50和加熱線圈61之間的間隙(gap)增加，變得難以向工件50提供高頻。因此，現(xiàn)狀是沒有充分保證每個工件的淬火處理的質(zhì)量。另外，每個工件的淬火處理的質(zhì)量管理不僅根據(jù)高頻逆變器和加熱線圈之間的電路而變化，還根據(jù)淬火液的濃度、溫度等而發(fā)生變化。另外，無法確認是否正在按照對每個工件決定的設(shè)定條件進行淬火。本發(fā)明鑒于上述問題，其目的在于提供一種能夠確認是否正在按照設(shè)定條件對工件進行淬火的高頻淬火管理系統(tǒng)。用于解決問題的方案為了完成上述目的，本發(fā)明提供一種高頻淬火管理系統(tǒng)，與在高頻逆變器上連接電容器和加熱線圈而構(gòu)成的高頻淬火裝置相連接，管理針對配置于加熱線圈附近的工件的淬火，該高頻淬火管理系統(tǒng)的特征在于，具備淬火控制部，其根據(jù)與高頻淬火裝置相關(guān)的設(shè)定條件數(shù)據(jù)來控制上述高頻淬火裝置；淬火監(jiān)視部，其測量包括高頻逆變器、電容器以及加熱線圈而構(gòu)成的電路的電氣量作為測定數(shù)據(jù)，監(jiān)視淬火狀態(tài)；以及數(shù)據(jù)收集部，其收集高頻淬火裝置根據(jù)從淬火控制部輸出的設(shè)定條件數(shù)據(jù)而對工件進行淬火時的高頻淬火裝置中的各種傳感器的數(shù)據(jù)，并且從淬火監(jiān)視部收集測定數(shù)據(jù)，將所收集到的各種傳感器的數(shù)據(jù)與測定數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)地保存。在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選測定數(shù)據(jù)包含高頻逆變器的輸出電流和在加熱線圈中產(chǎn)生的電壓。在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選測定數(shù)據(jù)包含根據(jù)高頻逆變器的輸出電流和在加熱線圈中產(chǎn)生的電壓而運算出的負載阻抗。在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選淬火監(jiān)視部根據(jù)高頻逆變器的輸出電流算出有效值，根據(jù)在加熱線圈中產(chǎn)生的電壓算出有效值，根據(jù)所算出的各有效值來監(jiān)視淬火處理。在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選淬火監(jiān)視部根據(jù)高頻逆變器的輸出電流算出有效值，根據(jù)在加熱線圈中產(chǎn)生的電壓算出有效值，根據(jù)所算出的各有效值來算出負載阻抗。
在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選淬火監(jiān)視部和淬火控制部經(jīng)由通信單元相互連接。在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選數(shù)據(jù)收集部經(jīng)由通信單元與淬火監(jiān)視部和/或淬火控制部相連接。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，利用淬火控制部根據(jù)設(shè)定條件數(shù)據(jù)來對高頻逆變器進行輸出控制， 此時，淬火監(jiān)視部對由高頻逆變器、電容器以及加熱線圈構(gòu)成的電路中的電氣量進行測量， 數(shù)據(jù)收集部收集高頻淬火裝置根據(jù)從淬火控制部輸出的設(shè)定條件數(shù)據(jù)而對工件進行淬火時的高頻淬火裝置中的各種傳感器的數(shù)據(jù)和由淬火監(jiān)視部得到的測定數(shù)據(jù)。通過將由此收集到的這些數(shù)據(jù)與針對各工件的淬火條件相對比，能夠容易地確認是否恰當?shù)剡M行了淬火。


圖1是本發(fā)明的第一實施方式所涉及的高頻淬火管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是示意性地表示圖1所示的高頻淬火管理系統(tǒng)中的高頻淬火裝置的一部分的圖。圖3是表示在圖1所示的高頻淬火管理系統(tǒng)中、特別包括淬火監(jiān)視部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細的結(jié)構(gòu)圖。圖4是表示圖3的信號處理部內(nèi)的電壓測定電路的圖。圖5的㈧示出負載諧振電路，⑶與㈧所示的負載諧振電路有關(guān)，是高頻逆變器的頻率與負載諧振電路的諧振頻率一致并同步的情況下的等效電路圖。圖6是用于說明能夠?qū)⒕€圈間隙的變動作為負載阻抗變動來進行觀測的理由的示意性電路圖，(A)是對感應(yīng)加熱進行建模而得到的等效電路圖，(B)是不存在工件的狀態(tài)下的等效電路圖，(C)是用并聯(lián)電路示出(B)所示的等效電路的圖。圖7是用于說明本發(fā)明的第二實施方式的變形例的示意圖。圖8示出本發(fā)明的第一實施方式的實施例1的結(jié)果，(A)是與加熱線圈中的電壓相對應(yīng)的信號波形，(B)是與來自高頻逆變器的輸出電流相對應(yīng)的信號波形。圖9示出本發(fā)明的第一實施方式的實施例2的結(jié)果，(A)是與加熱線圈中的電壓相對應(yīng)的信號波形，(B)是與來自高頻逆變器的輸出電流相對應(yīng)的信號波形。圖10示出本發(fā)明的第一實施方式的實施例3的結(jié)果，(A)是與加熱線圈中的電壓相對應(yīng)的信號波形，(B)是與來自高頻逆變器的輸出電流相對應(yīng)的信號波形。圖11示出本發(fā)明的第一實施方式的比較例1的結(jié)果，(A)是與加熱線圈中的電壓相對應(yīng)的信號波形，(B)是與圖3所示的電流互感器13的初級側(cè)的電流相對應(yīng)的信號波形。圖12示出本發(fā)明的第一實施方式的比較例2的結(jié)果，(A)是與加熱線圈中的電壓相對應(yīng)的信號波形，(B)是與圖3所示的電流互感器13的初級側(cè)的電流相對應(yīng)的信號波形。圖13是表示與本發(fā)明的第二實施方式的實施例4有關(guān)的加熱線圈與工件之間的位置關(guān)系的圖。圖14是表示本發(fā)明的第二實施方式的實施例4的結(jié)果中的負載阻抗與線圈間隙的相關(guān)性的圖。圖15是表示本發(fā)明的第二實施方式的實施例4的結(jié)果中的負載阻抗變化率與線圈間隙的相關(guān)性的圖。圖16是表示本發(fā)明的第二實施方式的實施例4的結(jié)果中的來自高頻逆變器的輸出電流與線圈間隙的相關(guān)性的圖。圖17是表示本發(fā)明的第二實施方式的實施例4的結(jié)果中的來自高頻逆變器的輸出電流的變化率與線圈間隙的相關(guān)性的圖。圖18是表示本發(fā)明的第二實施方式的實施例4的結(jié)果中的線圈間隙d為1. 5mm 時的波形的圖，(A)是表示負載阻抗的波形的圖，(B)是表示輸出電流的波形的圖。圖19是表示本發(fā)明的第二實施方式的實施例4的結(jié)果中的線圈間隙d為2. Imm 時的波形的圖，(A)是表示負載阻抗的波形的圖，(B)是表示輸出電流的波形的圖。圖20是表示本發(fā)明的第二實施方式的比較例3的結(jié)果中的線圈電壓與線圈間隙的相關(guān)性的圖。圖21是表示本發(fā)明的第二實施方式的比較例3的結(jié)果中的線圈電壓變化率與線圈間隙的相關(guān)性的圖。圖22是表示本發(fā)明的第二實施方式的比較例3的結(jié)果中的來自高頻逆變器的輸出電流與線圈間隙的相關(guān)性的圖。圖23是表示本發(fā)明的第二實施方式的比較例3的結(jié)果中的來自高頻逆變器的輸出電流的變化率與線圈間隙的相關(guān)性的圖。圖M是表示本發(fā)明的第二實施方式的比較例3的結(jié)果中的線圈間隙d為1. 5mm 時的波形的圖，(A)是表示線圈電壓的波形的圖，(B)是表示輸出電流的波形的圖。圖25是表示本發(fā)明的第二實施方式的比較例3的結(jié)果中的線圈間隙d為2. Imm 時的波形的圖，(A)是表示線圈電壓的波形的圖，(B)是表示輸出電流的波形的圖。圖沈是與圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的第一變形例所涉及的高頻淬火管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖27是與圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的第二變形例所涉及的高頻淬火管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖觀是與圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的第三變形例所涉及的高頻淬火管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖四是示意性地表示通常的淬火處理的情形的圖。附圖標記說明1、2、3、4 高頻淬火管理系統(tǒng)；3A、;3B、3C 高頻淬火系統(tǒng)；10、10A 高頻淬火裝置； 11 高頻逆變器；Ila :傳感器；12 匹配用的電容器；13、13A、13B 電流互感器；13a :初級電流側(cè)線圈；13b 次級電流側(cè)線圈；14、14A、14B、61 加熱線圈；15U5AU5B 工件(被加熱構(gòu)件)；16、16a、16b 切換機；20 淬火監(jiān)視部；21 電流傳感器；22、22A、22B 電壓傳感器； 22a、22b、22c、22d 電壓傳感器的端部；23 控制部；23a 電流檢測部；2 電壓檢測部； 23c 信號處理部；23d 判斷部；2 顯示部；24 警告部；30 電壓測定電路；31 第一運算放大器；32 第二運算放大器；33 濾波電路；34 輸入電阻；35 第一二極管；36 第二二極管；37、38、39、40、41 電阻；42 電容器；50 工件；51 棒狀基部；52 鼓出部；53 上表面； 61a 半圓周部；61b 直線部；70 淬火控制部；71 輸入部；72 存儲部；73 輸出部；74 輸入/輸出控制部；80 數(shù)據(jù)收集部；90 數(shù)據(jù)編輯部；100 第一冷卻系統(tǒng)；101 冷卻液用罐；102,115 流量傳感器；103、114 泵；110 第二冷卻系統(tǒng)；111 夾套；112 回收部；113 罐； 113a 加熱部；116 溫度傳感器；117 測定部。
具體實施例方式下面參照附圖詳細地說明本發(fā)明的幾個實施方式。[第一實施方式]圖1是本發(fā)明的第一實施方式所涉及的高頻淬火管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖2是示意性地表示圖1所示的高頻淬火管理系統(tǒng)中的高頻淬火裝置的一部分的圖，圖3是表示在圖 1所示的高頻淬火管理系統(tǒng)中、特別包括淬火監(jiān)視部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細的結(jié)構(gòu)圖。高頻淬火管理系統(tǒng)1具備高頻淬火裝置10，其具有高頻逆變器11、電容器12、加熱線圈14等；淬火控制部70，其根據(jù)設(shè)定條件數(shù)據(jù)來控制高頻逆變器；淬火監(jiān)視部20，其測定高頻淬火裝置10的電路的電氣量作為測定數(shù)據(jù)來監(jiān)視淬火；數(shù)據(jù)收集部80，其收集高頻淬火裝置10根據(jù)從淬火控制部70輸出的設(shè)定條件數(shù)據(jù)對工件15進行淬火時的高頻淬火裝置10中的各種傳感器的數(shù)據(jù)，并且從淬火監(jiān)視部20收集測定數(shù)據(jù)，并將所收集到的各種傳感器的數(shù)據(jù)與測定數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)地進行保存；以及數(shù)據(jù)編輯部90，其從數(shù)據(jù)收集部80獲取各種傳感器的數(shù)據(jù)以及測定數(shù)據(jù)并進行編輯。此外，數(shù)據(jù)收集部80也可以從淬火控制部 70收集設(shè)定條件數(shù)據(jù)，并與上述各種傳感器的數(shù)據(jù)以及測定數(shù)據(jù)成對地進行保存。如圖1以及圖2所示，高頻淬火裝置10在電路上由以下各部構(gòu)成高頻逆變器11 ； 匹配用的電容器12，其連接在高頻逆變器11的輸出端子之間，特別是連接在輸出用電纜的輸出之間；加熱線圈14，其對工件15進行感應(yīng)加熱；以及電流互感器13，其存在于匹配用的電容器12與加熱線圈14之間。由此，高頻淬火裝置10在等效電路上構(gòu)成為包括匹配用的電容器12和加熱線圈14并聯(lián)的諧振電路。高頻逆變器11是電流型逆變器，以使輸出電壓恒定的控制方式對其進行驅(qū)動控制。電流互感器13由初級電流側(cè)線圈13a和次級電流側(cè)線圈1 構(gòu)成，其中，所述初級電流側(cè)線圈13a相對于高頻逆變器11與匹配用的電容器12并聯(lián)連接，所述次級電流側(cè)線圈 13b與加熱線圈14并聯(lián)連接。高頻淬火裝置10在將工件15配置于內(nèi)置有加熱線圈14的支承部(未圖示)的狀態(tài)下，從高頻逆變器11對加熱線圈14提供高頻電流，由此使工件15的內(nèi)部產(chǎn)生渦電流來加熱工件15進行淬火處理。高頻淬火裝置10中安裝有各種傳感器。作為各種傳感器，具有如圖1所示的對來自高頻逆變器11的輸出時間和輸出強度進行監(jiān)視的傳感器11a、檢測工件15的位置、輸送速度、旋轉(zhuǎn)速度等的傳感器(未圖示)、如圖2所示的檢測淬火液的流量的流量傳感器115 以及檢測淬火液的溫度的溫度傳感器116等，還包括淬火液的冷卻能、濃度等的測定部117 等。對這些傳感器進行說明。傳感器Ila內(nèi)置于高頻逆變器11中，檢測來自高頻逆變器11的輸出時間和輸出強度。高頻淬火裝置10中安裝有未圖示的移動單元、旋轉(zhuǎn)單元，移動單元使工件從規(guī)定的位置起相對于加熱線圈14移動，旋轉(zhuǎn)單元使工件相對于加熱線圈14進行旋轉(zhuǎn)。由此，在高頻淬火裝置10中安裝有用于檢測利用移動單元、旋轉(zhuǎn)單元進行的工件15的移動、旋轉(zhuǎn)是否正確地進行的傳感器、具體說來為位置傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、速度傳感器等。如圖2所示，圖1所示的高頻淬火裝置10中具備第一冷卻系統(tǒng)100，其使冷卻液在加熱線圈14中流動；以及第二冷卻系統(tǒng)110，其對工件15噴射淬火液并回收該淬火液。第一冷卻系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)例如如下。如圖2所示，關(guān)于第一冷卻系統(tǒng)100，冷卻液用罐101、泵103以及加熱線圈14通過配管相連接，在對用虛線表示的工件15進行感應(yīng)加熱時，使冷卻水沿箭頭方向流過加熱線圈14。在配管的首尾之間安裝有流量傳感器102。該流量傳感器102檢測冷卻液的流量。第二冷卻系統(tǒng)110的結(jié)構(gòu)例如如下。如圖2所示，在第二冷卻系統(tǒng)110中，在用實線示出的工件15的周圍配備夾套111，罐113中貯存有淬火液，泵114將淬火液從罐113抽取上來。如箭頭所示，淬火液經(jīng)由配管被輸送至夾套111，從夾套111向工件15噴射，再通過回收部112返回到罐113中。罐113中設(shè)置有控制淬火液的溫度的加熱部113a，對罐113 內(nèi)的冷卻液的溫度進行檢測的溫度傳感器116安裝于罐113。泵114與夾套111之間的配管上安裝有流量傳感器115。另外，還配備有用于測定淬火液的冷卻能的測定部117，測定部117以任意時刻或?qū)崟r地測定罐113內(nèi)的淬火液的冷卻能。如圖3所示，淬火監(jiān)視部20具備電流傳感器21，其檢測高頻逆變器11的輸出電流；電壓傳感器22，其檢測加熱線圈14中的電壓；控制部23，其根據(jù)電流傳感器21的檢測信號和電壓傳感器22的檢測信號進行淬火監(jiān)視；以及警告部24，其對控制部23輸入各種控制信息，從控制部23接收警告信號。電流傳感器21電連接在高頻逆變器11與匹配用的電容器12之間的布線上，檢測高頻逆變器11的輸出電流I。。電壓傳感器22在兩端具備端子22a、22b，與加熱線圈14并聯(lián)連接來檢測加熱線圈14的電壓V。。”控制部23包括電流檢測部23a，其接收來自電流傳感器21的檢測信號的輸入； 電壓檢測部23b，其接收來自電壓傳感器22的檢測信號的輸入；信號處理部23c，其接收來自電流檢測部23a以及電壓檢測部23b的輸入并分別進行信號處理；以及判斷部23d，其接收由信號處理部23c進行信號處理得到的結(jié)果的輸入，判斷結(jié)果是否在規(guī)定范圍內(nèi)。判斷部23d具備顯示部23e，該顯示部2 輸出由信號處理部23c進行信號處理得到的結(jié)果。電流傳感器21和電流檢測部23a可以由將檢測出的電流轉(zhuǎn)換為電壓的電流互感器(變流器)構(gòu)成。此時，在電流傳感器21中能夠使用羅氏(Rogowski)線圈，電流檢測部23a將在羅氏線圈中產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)換為規(guī)定范圍的電壓。電流互感器例如將輸出電流 500Arms 轉(zhuǎn)換為 0. 5Vrms0電壓傳感器22和電壓檢測部2 可以由將檢測出的電壓轉(zhuǎn)換為規(guī)定范圍的電壓的電壓互感器(變壓器)構(gòu)成。此時，在電壓傳感器22中能夠使用能連接在加熱線圈14 的端子之間的探針。電壓檢測部2 將由探針抽取出的電壓轉(zhuǎn)換為規(guī)定范圍的電壓。電壓互感器例如將線圈電壓200V S轉(zhuǎn)換為10ν_。信號處理部23c對來自電流檢測部23a以及電壓檢測部23b的信號分別進行整流并算出有效值，并且通過濾波器去除噪聲，將電流信號Si以及電壓信號Sv輸出到判斷部 23d。由此，將來自電流互感器的信號例如0. 5Vrms的信號轉(zhuǎn)換為5V的電壓信號，另一方面將來自電壓互感器的信號例如IOVniis的信號轉(zhuǎn)換為5V的電壓信號。并且，當收到來自后述的數(shù)據(jù)收集部80的請求時，信號處理部23c將算出的電流信號以及電壓信號的有效值、即電流信號Si以及電壓信號Sv發(fā)送到數(shù)據(jù)收集部80。判斷部23d判斷從信號處理部23c輸入的電流信號Si以及電壓信號Sv是否恰當。 即通過從控制高頻逆變器11的控制部(未圖示)對判斷部23d輸入加熱同步信號&，判斷部23d取出電流信號Si以及電壓信號Sv的波形，并將它們顯示在顯示部2 上。此時，判斷部23d還顯示預(yù)先設(shè)定的上限和下限的閾值。由此，當在高頻淬火裝置10動作中的狀態(tài)下電流信號S”電壓信號Sv超過上限的閾值或低于下限的閾值的情況下，判斷部23d判斷為異常(NG)而將該波形記錄為異常波形。另外，判斷部23d向警告部M輸出警告信號。此時，當判斷部23d輸出警告信號時，也可以在顯示部2 上以“NG”進行警告顯示。警告部M根據(jù)來自判斷部23d的警告信號進行警告顯示或向外部發(fā)出警告音，另外對高頻逆變器11的控制部(未圖示)發(fā)出指示使其停止高頻電力的輸出。說明圖3的信號處理部23c內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)。在信號處理部23c中分別包含對來自電流檢測部23a的信號進行處理的電流測定電路、以及對來自電壓檢測部23b的信號進行處理的電壓測定電路。電流測定電路和電壓測定電路都是相同的電路結(jié)構(gòu)，因此下面說明電壓測定電路。圖4是表示圖3中的信號處理部23c內(nèi)的電壓測定電路30的圖。電壓測定電路 30級聯(lián)有第一運算放大器31和第二運算放大器32，在輸出側(cè)連接有濾波電路33。在第一運算放大器31上連接有輸入電阻34、連接在輸入端子和輸出端子之間的第一二極管35、一端連接在輸出端子上的第二二極管36以及一端連接在輸入端子上且另一端連接在第二二極管36的另一端上的電阻37。該第一運算放大器31是所謂的理想二極管，進行輸入信號電壓的半波整流。用電阻38來連接第一運算放大器31和第二運算放大器32。第二運算放大器32是在輸入端子和輸出端子之間連接有電阻39的反相放大器。第二運算放大器32 的輸入端子經(jīng)由電阻40與輸入電阻34的輸入信號側(cè)相連接。第二運算放大器32的輸出為輸入電壓信號的全波整流波形。該全波整流波形被輸入到由電阻41以及電容器42構(gòu)成的低通濾波電路33，去除全波整流波的紋波(Ripple)并轉(zhuǎn)換為直流電壓。通過設(shè)定濾波電路33的電阻41以及電容器42的值，能夠得到從第二運算放大器32輸出的全波整流波的有效值。對圖1所示的淬火控制部70以及數(shù)據(jù)收集部80與淬火監(jiān)視部20之間的關(guān)系進行詳細地說明。淬火控制部70、淬火監(jiān)視部20以及數(shù)據(jù)收集部80通過通信單元(未圖示) 相互連接。通信單元可列舉出基于局域網(wǎng)電纜、RS232C電纜等的有線通信、無線局域網(wǎng)等的無線通信等。在利用有線通信、無線通信進行數(shù)據(jù)通信的情況下，既可以是并行傳輸也可以是串行傳輸。在淬火控制部70與高頻逆變器11之間也可以利用這些通信單元來進行數(shù)據(jù)通信。如圖1所示，淬火控制部70具備輸入部71，其用于輸入設(shè)定條件數(shù)據(jù)等輸入信息；存儲部72，其存儲從輸入部71輸入的設(shè)定條件數(shù)據(jù)；輸出部73，其輸出設(shè)定條件數(shù)據(jù)； 以及輸入/輸出控制部74，其進行設(shè)定條件數(shù)據(jù)的輸入/輸出控制。設(shè)定條件數(shù)據(jù)是對來自高頻淬火裝置10的高頻逆變器11的輸出的輸出強度以及輸出時間進行設(shè)定的數(shù)據(jù)，包含輸出電流、輸出電壓、輸出功率以及輸出時間等。該設(shè)定條件數(shù)據(jù)也可以包含控制工件15 與加熱線圈14之間的位置關(guān)系的控制數(shù)據(jù)、例如工件15的移動單元、旋轉(zhuǎn)單元等的控制數(shù)據(jù)、第一冷卻系統(tǒng)100中的泵103以及第二冷卻系統(tǒng)110中的泵114的控制數(shù)據(jù)等。
當從淬火監(jiān)視部20對淬火控制部70發(fā)送測定數(shù)據(jù)的情況下，或者在淬火控制部 70從輸出部73向高頻逆變器11輸出設(shè)定條件數(shù)據(jù)之后，淬火監(jiān)視部20響應(yīng)于此時的測定數(shù)據(jù)的發(fā)送請求向淬火控制部70發(fā)送測定數(shù)據(jù)的情況下，在淬火控制部70的存儲部72中將淬火監(jiān)視部20所生成的測定數(shù)據(jù)與其設(shè)定條件數(shù)據(jù)進行組合并保存。在高頻淬火裝置10根據(jù)從淬火控制部70輸出的設(shè)定條件數(shù)據(jù)來對工件進行淬火時，數(shù)據(jù)收集部80接收并存儲高頻淬火裝置中的各種傳感器、例如傳感器11a、檢測工件 15的位置、搬入速度、轉(zhuǎn)速等的檢測傳感器(未圖示)、第一冷卻系統(tǒng)100中的流量傳感器 102、以及第二冷卻系統(tǒng)110中的流量傳感器115、溫度傳感器116、測定部117等所檢測出的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集部80收集這些來自高頻淬火裝置10的檢測數(shù)據(jù)、來自淬火控制部70的針對每個工件的設(shè)定條件數(shù)據(jù)、以及在每個淬火處理中淬火監(jiān)視部20所生成的測定數(shù)據(jù)， 將這些數(shù)據(jù)存儲到內(nèi)部的存儲部(未圖示)中。數(shù)據(jù)編輯部90例如由通用的計算機來構(gòu)成。數(shù)據(jù)編輯部90經(jīng)由有線或無線的局域網(wǎng)從數(shù)據(jù)收集部80讀入每個工件的設(shè)定條件數(shù)據(jù)以及測定數(shù)據(jù)并存儲。在數(shù)據(jù)編輯部 90中，例如存儲表計算軟件作為工具，讀出來自高頻淬火裝置10的檢測數(shù)據(jù)、每個工件的設(shè)定條件數(shù)據(jù)、以及測定數(shù)據(jù)，判斷針對每個工件的淬火質(zhì)量，人為地輸入其判斷結(jié)果。數(shù)據(jù)收集部80與數(shù)據(jù)編輯部90之間的數(shù)據(jù)交換除了例如基于RS232C的數(shù)據(jù)傳輸之外，也可以將數(shù)據(jù)收集部80的數(shù)據(jù)存儲到另外準備的USB存儲器等記錄介質(zhì)中，將該記錄介質(zhì)插入數(shù)據(jù)編輯部90來進行復(fù)制等。此外，在淬火控制部70中，在與上述不同將來自高頻淬火裝置10的檢測數(shù)據(jù)、設(shè)定條件數(shù)據(jù)以及測定數(shù)據(jù)毫無關(guān)聯(lián)地分別進行存儲的情況下，例如根據(jù)針對每個工件附加的處理編號、淬火處理日期和時間等從淬火控制部70獲取設(shè)定條件數(shù)據(jù)和測定數(shù)據(jù)，利用淬火處理時間等關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)使這些設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及從高頻淬火裝置10輸出的檢測數(shù)據(jù)相對應(yīng)，來將檢測數(shù)據(jù)、設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)設(shè)為一組來進行存儲。下面說明圖1所示的高頻淬火管理系統(tǒng)1的淬火管理。淬火控制部70將設(shè)定條件數(shù)據(jù)輸出到高頻淬火裝置10。于是，在高頻淬火裝置 10中，高頻逆變器11根據(jù)被輸入的設(shè)定條件數(shù)據(jù)，從高頻逆變器11經(jīng)由匹配用的電容器 12以及電流互感器13向加熱線圈14提供高頻電力。高頻淬火裝置10內(nèi)的移動單元根據(jù)設(shè)定條件數(shù)據(jù)來移動工件15，高頻淬火裝置10內(nèi)的旋轉(zhuǎn)單元根據(jù)設(shè)定條件數(shù)據(jù)來使工件 15進行旋轉(zhuǎn)。由此，將工件15配置于加熱線圈14內(nèi)進行高頻淬火。此時，電流傳感器21 檢測高頻逆變器11的輸出電流I。，電壓傳感器22檢測加熱線圈14的電壓Vrail。上述的傳感器檢測工件15的位置、搬入速度、以及轉(zhuǎn)速，第一冷卻系統(tǒng)100內(nèi)的流量傳感器102檢測冷卻水的流量，第二冷卻系統(tǒng)110內(nèi)的溫度傳感器116、流量傳感器115檢測淬火液的溫度、 流量。所檢測出的這些數(shù)據(jù)作為來自高頻淬火裝置10的檢測數(shù)據(jù)輸出到淬火控制部70或數(shù)據(jù)收集部80?？刂撇?3的電流檢測部23a和電壓檢測部2 對來自電流傳感器21、電壓傳感器22的各自的檢測信號進行電平調(diào)整，將電流信號Si以及電壓信號Sv輸出到信號處理部 23c。由此，信號處理部23c對從電流檢測部23a以及電壓檢測部2 分別輸入的電流信號、 電壓信號進行整流并求出有效值，將有效值作為電流信號Si以及電壓信號Sv輸出到判斷部 23d。
判斷部23d利用加熱同步信號&來取得來自信號處理部23c的電流信號Si和電壓信號Sv的同步，進行波形判斷，與上限以及下限的閾值進行比較，判斷電流信號Si以及電壓信號Sv是否超過上限的閾值和/或低于下限的閾值。判斷部23d在電流信號Si以及電壓信號Sv超出閾值的情況下記錄該波形，向警告部M輸出警告信號。接收到警告信號的警告部M顯示警告和/或發(fā)出警告音。由此，當淬火操作者認知到警告的顯示、警告音時，能夠知道高頻淬火產(chǎn)生了異常。另外，警告部M也可以使高頻淬火裝置10的高頻逆變器11的輸出動作停止。如以上那樣，使用電流傳感器21檢測來自高頻逆變器11的輸出電流，使用電壓傳感器22檢測在加熱線圈14中產(chǎn)生的電壓，根據(jù)電流傳感器21的檢測信號和電壓傳感器22 的檢測信號進行淬火監(jiān)視。由此，當從被輸出控制為輸出電壓恒定的高頻逆變器11經(jīng)由電容器12向加熱線圈14提供高頻電力時，來自高頻逆變器11的輸出功率的變動直接影響輸出電流。由此，通過使用電流傳感器21監(jiān)視該輸出電流，能夠在高頻淬火處理中監(jiān)視來自高頻逆變器11的輸出功率。另一方面，通過使用電壓傳感器22監(jiān)視在加熱線圈14中產(chǎn)生的電壓，則由于從高頻逆變器11到加熱線圈14的傳輸損耗和/或由電容器12和加熱線圈 14的并聯(lián)諧振電路引起的匹配損耗而檢測靈敏度變高，從而能夠以高精確度檢測加熱線圈 14的電壓變動。S卩，在功率的傳輸損耗小的情況下，由負載變動引起的輸出電流的變動率比線圈電壓的變動率大，因此利用電流傳感器21監(jiān)視來自高頻逆變器11的輸出電流變得有效。另一方面，在功率的傳輸損耗大的情況下，由負載變動引起的線圈電壓的變動率比來自高頻逆變器11的輸出電流的變動大，因此利用電壓傳感器22監(jiān)視線圈電壓變得有效。相反地， 在背景技術(shù)中說明的監(jiān)視高頻逆變器的輸出電流以及輸出電壓的方法中，在以使高頻逆變器的輸出電壓恒定的方式來控制輸出功率的情況下，無法檢測負載變動。圖5的㈧是表示負載諧振電路的圖，圖5的⑶與圖5的㈧所示的負載諧振電路有關(guān)，是表示高頻逆變器的頻率與負載諧振電路的諧振頻率一致且同步的情況下的等效電路的圖。如圖5的(A)所示，圖3所示的感應(yīng)加熱的電路以如下電路表示對于匹配用電容器Cp、負載電阻艮和負載電感Lp的并聯(lián)連接，串聯(lián)連接包含了高頻逆變器和加熱線圈之間的傳輸損耗以及匹配損耗的電阻&。在圖5的(A)所示的負載諧振電路中，在高頻逆變器的頻率與負載諧振電路的頻率一致且同步的情況下，圖5的(A)所示的電路能夠改寫為圖5的(B)所示的等效電路、即純電阻電路。此外，將包含高頻逆變器和加熱線圈之間的傳輸損耗以及匹配損耗的電阻設(shè)為&，將負載電阻設(shè)為艮，將來自高頻逆變器的輸出電壓設(shè)為V。= 300V、輸出電流設(shè)為I。= 300A。以&、艮均為0.5 Ω來簡化說明。當由于負載變動而使電阻艮從0. 5Ω到0. 55 Ω變化+10%時，由于控制為輸出電壓恒定，因此輸出電壓 V0保持300V不變，輸出電流I。從300Α變化為觀5. 7Α，因此輸出電流的變化率是-4. 8%，輸出功率也變化-4.8%。此時，線圈電壓Vrail從150V( = 300AX0. 5Ω)變化為157. IV(= 285. 7AX 0. 55 Ω )，線圈電壓的變化率為+4. 8%。即來自高頻逆變器的輸出電流的下降率與線圈電壓的增加率幾乎相等。在上述電路結(jié)構(gòu)中，在包含傳輸損耗和匹配損耗的電阻&為0.40、負載電阻艮為0. 6 Ω的情況下，當考慮負載電阻Ι ρ的變化率為+10%、即從0. 6 Ω變化到0. 66 Ω的情況時，高頻逆變器的輸出電壓V。保持300V不變，輸出電流I。從300Α變化為觀3. OA,因此輸出電流的變化率為_5.7%，輸出功率也變化-5.7%。此時，線圈電壓VrailW 180V(= 300AX0. 6Ω)變化為186. 8V( = 283. OAX 0. 66 Ω )，線圈電壓的變化率約為+3. 8%。即來自高頻逆變器的輸出電流的減少率的絕對值比線圈電壓的增加率的絕對值大。在上述電路結(jié)構(gòu)中，相反地，在包含傳輸損耗和匹配損耗的電阻&為0. 6 Ω、負載電阻艮為0.4 Ω的情況下，考慮負載電阻艮的變化率為+10%、即從0.4 Ω變化為0.44 Ω 的情況時，高頻逆變器的輸出電壓V。保持300V不變，輸出電流I。從300Α變化為觀8. 5Α，因此輸出電流的變化率為_3.8%，輸出功率也變化-3.8%。此時，線圈電壓火皿從120V(= 300AX0. 4Ω)變化為1 . 9V(=沘8. 5AX 0. 44 Ω )，線圈電壓的變化率約為+5. 7%。即來自高頻逆變器的輸出電流的減少率的絕對值比線圈電壓的增加率的絕對值小。通過以上可知，在如以往那樣監(jiān)視高頻逆變器的輸出電流以及輸出電壓的方法中，隨著傳輸損耗以及匹配損耗的增加、例如隨著包含傳輸損耗以及匹配損耗的電阻&與負載電阻Rp的比率成為0.4 0.6,0.5 0.5,0.6 0. 4，來自高頻逆變器的輸出電流I。 的變化率為-5. 7%,-4.8%,-3. 8%，不是與負載電阻艮的變化率成比例地變化，對于負載電阻艮的變動的靈敏度差。與此相對地，如本實施方式那樣，通過監(jiān)視線圈電壓Vrail和來自高頻逆變器的輸出電流I。兩者，能夠監(jiān)視排除了傳輸損耗的影響的負載變動。這是因為，在傳輸損耗以及匹配損耗的比例小的情況下，負載電阻的變動對輸出電流的變化率的影響比對線圈電壓的變動率的影響大，因此優(yōu)選監(jiān)視來自高頻逆變器的輸出電流的變化。相反地，在傳輸損耗以及匹配損耗的比例大的情況下，負載電阻的變動對線圈電壓的變動率的影響比對輸出電流的變化率的影響大，因此優(yōu)選監(jiān)視線圈電壓的變化。即通過監(jiān)視線圈電壓Vrail和來自高頻逆變器的輸出電流I0兩者，能夠確立排除了電路的功率損耗影響的監(jiān)視方法。如上述那樣進行淬火處理之后，數(shù)據(jù)收集部80收集與對規(guī)定的工件進行的淬火處理有關(guān)的數(shù)據(jù)。即，數(shù)據(jù)收集部80向淬火控制部70發(fā)出如下請求請求將設(shè)定條件數(shù)據(jù)、 測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)與處理編號、淬火處理日期和時間等檢索數(shù)據(jù)一起進行發(fā)送。于是， 淬火控制部70的輸入/輸出控制部74根據(jù)檢索數(shù)據(jù)從存儲部72中確定設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)并輸出到數(shù)據(jù)收集部80。這樣，數(shù)據(jù)收集部80收集設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)。除此之外，也可以是，數(shù)據(jù)收集部80請求淬火控制部70 —齊發(fā)送設(shè)定條件數(shù)據(jù)、 測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集部80收集設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)淬火處理的日期和時間等相關(guān)數(shù)據(jù)將設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)而數(shù)據(jù)庫化并保存。另外，數(shù)據(jù)收集部80不限于通過上述通信單元收集數(shù)據(jù)，也可以通過將淬火控制部70的存儲部72所存儲的設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)暫時存儲到卡、CD-ROM之類的記錄介質(zhì)中，將該記錄介質(zhì)插入數(shù)據(jù)收集部80來進行收集。另外，在檢測數(shù)據(jù)從高頻淬火裝置10直接輸入到數(shù)據(jù)收集部80的情況下，也可以從淬火控制部70僅獲取設(shè)定條件數(shù)據(jù)以及測定數(shù)據(jù)。如上述說明，數(shù)據(jù)收集部80將設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)而數(shù)據(jù)庫化并保存。通過輸入用于確定淬火處理的信息，能夠從數(shù)據(jù)收集部80檢索并讀出所保存的設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)。因而，能夠隨時容易且迅速地取出與期望的淬火處理相關(guān)的設(shè)定條件數(shù)據(jù)和與之相關(guān)的測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)，從而可靠地進行與淬火處理相關(guān)的管理。另外，能夠根據(jù)需要將數(shù)據(jù)收集部80所保存的設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)存儲到卡、CD-ROM等介質(zhì)中，取入到圖1所示的數(shù)據(jù)編輯部90，在數(shù)據(jù)編輯部 90中使用表計算軟件等來人為地進行確認。[第二實施方式]在第二實施方式中，淬火監(jiān)視部20通過監(jiān)視高頻淬火時的加熱線圈電壓除以從高頻逆變器輸出的輸出電流而求出的值、即負載阻抗來監(jiān)視高頻淬火處理的正常性。安裝有第二實施方式所涉及的淬火監(jiān)視部的高頻淬火管理系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)與示出第一實施方式的圖1的情況相同。即，安裝有第二實施方式所涉及的高頻淬火監(jiān)視裝置、具體地說是安裝有阻抗監(jiān)視裝置的高頻淬火管理系統(tǒng)1，如圖1所示由高頻淬火裝置10、淬火監(jiān)視部20、淬火控制部70以及數(shù)據(jù)收集部80構(gòu)成。如圖1以及圖3所示，高頻淬火裝置10在等效電路上構(gòu)成為包括匹配用的電容器 12和加熱線圈14并聯(lián)的諧振電路。在第二實施方式中，高頻淬火裝置10也可以是匹配用的電容器和加熱線圈串聯(lián)的諧振電路。高頻逆變器11與第一實施方式相同，是電流型逆變器，但是與第一實施方式不同的是以使功率恒定的控制方式對其進行驅(qū)動控制使得所輸出的高頻電力恒定。電流互感器13由初級電流側(cè)線圈13a和次級電流側(cè)線圈13b構(gòu)成，其中， 所述初級電流側(cè)線圈13a相對于高頻逆變器11與匹配用的電容器12并聯(lián)連接，所述次級電流側(cè)線圈1 與加熱線圈14并聯(lián)連接，這點與第一實施方式的情況相同。高頻淬火裝置10在將工件15配置于內(nèi)置有加熱線圈14的支承部(未圖示)的狀態(tài)下，從高頻逆變器11向加熱線圈14提供高頻電流，由此使工件15的內(nèi)部產(chǎn)生渦電流來加熱工件15進行淬火處理。其它結(jié)構(gòu)與圖1至圖3相同。淬火監(jiān)視部20具備電流傳感器21，其檢測高頻逆變器11的輸出電流；電壓傳感器22，其檢測加熱線圈14中的電壓；控制部23，其根據(jù)電流傳感器21的檢測信號和電壓傳感器22的檢測信號算出負載阻抗，根據(jù)該負載阻抗進行淬火管理；以及警告部M，其對控制部23輸入各種控制信息，從控制部23接收警告信號。電流傳感器21電連接在高頻逆變器11與匹配用的電容器12之間的布線上，其檢測高頻逆變器11的輸出電流I。。電壓傳感器22在兩端具備端子22a、22b，與加熱線圈14 并聯(lián)連接，檢測加熱線圈14的電壓V。?！笨刂撇?3包括電流檢測部23a，其接收來自電流傳感器21的檢測信號的輸入； 電壓檢測部23b，其接收來自電壓傳感器22的檢測信號的輸入；信號處理部23c，其接收來自電流檢測部23a的輸入并求出與輸出電流有關(guān)的有效值，并且接收來自電壓檢測部2 的輸入并求出與線圈電壓有關(guān)的有效值；以及判斷部23d，其根據(jù)由信號處理部23c求出的與輸出電流以及線圈電壓有關(guān)的各有效值算出負載阻抗，判斷負載阻抗是否在基準范圍內(nèi)。判斷部23d具備顯示部23e，該顯示部2 輸出由信號處理部23c進行信號處理得到的結(jié)果。電流傳感器21和電流檢測部23a可以由將檢測出的電流轉(zhuǎn)換為電壓的電流互感器(變流器)構(gòu)成。電壓傳感器22和電壓檢測部2 可以由將檢測出的電壓轉(zhuǎn)換為規(guī)定范圍的電壓的電壓互感器(變壓器)構(gòu)成。這些點與第一實施方式相同。信號處理部23c對來自電流檢測部23a以及電壓檢測部23b的信號分別進行整流并算出有效值，并且通過濾波器去除噪聲，將電流信號Si以及電壓信號Sv輸出到判斷部 23d。這點與第一實施方式相同，在信號處理部23c中分別包括對來自電流檢測部23a的信號進行處理的電流測定電路以及對來自電壓檢測部2 的信號進行處理的電壓測定電路。 電流測定電路、電壓測定電路的具體結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。由此，將來自電流互感器的信號、例如0. 5Vrms的信號轉(zhuǎn)換為5V的電壓信號，另一方面將來自電壓互感器的信號、例如 IOVrms的信號轉(zhuǎn)換為5V的電壓信號。判斷部23d根據(jù)從信號處理部23c輸入的電流信號Si以及電壓信號Sv，用線圈電壓除以輸出電流，判斷所算出的該負載阻抗是否在規(guī)定范圍內(nèi)。具體地說，首先，通過從控制高頻逆變器11的控制部(未圖示)輸入加熱同步信號&，對從信號處理部23c輸入的電流信號Si以及電壓信號Sv的值進行采樣。接著，通過用采樣得到的電壓值除以采樣得到的電流值，再乘以規(guī)定的比例常數(shù)來算出對于線圈電壓的輸出電流、即負載阻抗。在顯示部 23e以圖形顯示算出的結(jié)果。此時，判斷所算出的負載阻抗是否在基準范圍內(nèi)。在所算出的負載阻抗在基準范圍內(nèi)的情況下，判斷部23d判斷為淬火處理沒有問題(OK)，在所算出的負載阻抗在基準范圍外的情況下，判斷部23d判斷為淬火處理異常(NG)，向警告部M顯示警告信號。此外，也可以使判斷部23d能夠?qū)⒁韵虏ㄐ屋敵龅斤@示部23e 該波形是通過從高頻逆變器11的控制部(未圖示)輸入加熱同步信號&而切出的電流信號Si以及電壓信號 Sv中的任一個波形。此時，判斷部23d還顯示預(yù)先設(shè)定的上限和下限的閾值。由此，在高頻淬火裝置10動作中的狀態(tài)下電流信號Si以及電壓信號Sv超過上限的閾值或低于下限的閾值的情況下，判斷部23d判斷為判斷NG并將該波形記錄為異常波形。判斷部23d向警告部M輸出警告信號。此時，當判斷部23d輸出警告信號時，也可以在顯示部2 上以“NG”進行警告顯示。警告部M根據(jù)來自判斷部23d的警告信號進行警告顯示或向外部發(fā)出警告音，另外對高頻逆變器11的控制部(未圖示)發(fā)出指示使其停止高頻電力的輸出。對使用高頻淬火管理系統(tǒng)1進行淬火處理時的淬火監(jiān)視進行說明。在高頻淬火裝置10中，從高頻逆變器11經(jīng)由匹配用的電容器12以及電流互感器13向加熱線圈14提供高頻電力。由此，配置在加熱線圈14內(nèi)的工件15被加熱，從而被高頻淬火。此時，在淬火監(jiān)視部20中，電流傳感器21檢測高頻逆變器11的輸出電流I。，電壓傳感器22檢測加熱線圈14的電壓Vcoilo控制部23的電流檢測部23a以及電壓檢測部2 對來自電流傳感器21、電壓傳感器22的各自的檢測信號進行電平調(diào)整，將電流信號Si以及電壓信號Sv輸出到信號處理部23c。由此，信號處理部23c對從電流檢測部23a以及電壓檢測部2 分別輸入的電流信號、電壓信號進行整流并求出有效值，并將電流、電壓的各有效值作為電流信號Si以及電壓信號Sv輸出到判斷部23d。判斷部23d接收來自信號處理部23c的電流信號Si以及電壓信號Sv的輸入，利用加熱同步信號&取得電流信號Si和電壓信號Sv的同步來獲取波形。然后，判斷部23d 根據(jù)各波形得到電流的有效值和電壓的有效值的數(shù)據(jù)列，之后通過用電壓的有效值除以電流的有效值來算出負載阻抗，判斷所算出的負載阻抗在規(guī)定的范圍內(nèi)還是在規(guī)定的范圍之外。在負載阻抗超出閾值的情況下，判斷部23d獲取并記錄該數(shù)據(jù)列，向警告部M輸出警告信號。此時，判斷部23d可以將電流的有效值與上限以及下限的閾值進行比較，判斷電流信號Si是超過上限的閾值、還是低于下限的閾值。在電流信號Si超出閾值的情況下記錄該波形，向警告部M輸出警告信號。由此，如后述那樣，能夠監(jiān)視利用負載阻抗的監(jiān)視無法進行判斷的來自高頻逆變器11的輸出的變動。接收到警告信號的警告部M顯示警告或發(fā)出警告音。由此，當淬火操作者認知到警告的顯示、警告音時，能夠知道高頻淬火發(fā)生了異常。另外，警告部M也可以使高頻淬火裝置10的高頻逆變器11的輸出動作停止。如以上那樣，使用電流傳感器21檢測來自高頻逆變器11的輸出電流，使用電壓傳感器22檢測在加熱線圈14中產(chǎn)生的電壓，根據(jù)電流傳感器21的檢測信號和電壓傳感器22 的檢測信號算出負載阻抗，根據(jù)所算出的負載阻抗進行淬火管理。由此，當從以使輸出功率恒定的方式被進行輸出控制的高頻逆變器11經(jīng)由電容器12向加熱線圈14提供高頻電力時，即使來自高頻逆變器11的輸出電流的變動率小且在加熱線圈14中產(chǎn)生的線圈電壓的變動率小的情況下，當成為淬火對象的工件與加熱線圈之間的位置關(guān)系超出基準范圍時、 即如后述的圖13所示那樣工件50與加熱線圈之間的間隙d(以下將其稱為線圈間隙d)變大時，能夠以負載阻抗的變動進行檢測。由此，能夠容易且高精確度地進行高頻淬火處理的質(zhì)量管理。在此，說明在高頻淬火處理中，即使來自高頻逆變器11的輸出電流的變動率小且在加熱線圈14中產(chǎn)生的線圈電壓的變動率小的情況下，線圈間隙d的變化也表現(xiàn)為負載阻抗的變動的理由。圖6是用于說明能夠?qū)⒕€圈間隙d的變動作為負載阻抗變動來進行觀測的理由的示意性電路圖，(A)是對感應(yīng)加熱進行建模而得到的等效電路圖，(B)是不存在工件的狀態(tài)下的等效電路圖，(C)是用并聯(lián)電路表示(B)所示的等效電路的圖。感應(yīng)加熱的電路中的從高頻逆變器11到加熱線圈14為止的電路以如這樣表示 當省略傳輸損耗&時，如圖6的(A)所示，對電阻Rl與自感Ll的串聯(lián)連接并聯(lián)連接了匹配用電容器Cp，工件15以自感L2和電阻R2的并聯(lián)連接來表示，能夠?qū)⒃诩訜峋€圈14上配置工件15的狀況建模為進行互感。在此，Rl是線圈導線的電阻成分，R2是加熱對象的電阻成分，Ll是加熱線圈14的電感成分，L2是加熱對象的電感成分，M是互感，其根據(jù)加熱線圈14與工件15之間的間隙而變化。此外，當將自感Ll和自感L2之間的耦合系數(shù)設(shè)為k 時，互感M滿足k = M/ (Li X L2)1/2的關(guān)系。此時，從匹配用電容器Cp的兩端看的負載阻抗以電抗成分QLe與電阻成分Re之和表示。此外，Le = Ll (l_k2)，Re = R1+A · R2。在此， A是由上述的耦合系數(shù)k、負載形狀、加熱頻率決定的系數(shù)。當工件15和加熱線圈14之間的間隙d增加時，負載的耦合變?nèi)?。作為極限的狀況，負載耦合變?nèi)醯絢 = 0，Re = R1，變成Le = Li。即圖6的㈧的等效電路能夠改寫為如圖6的⑶那樣。由此，當間隙增加時，Le增加，Re減少。并且，能夠?qū)D6的⑶的串聯(lián)等效電路變換為圖6的(C)的并聯(lián)等效電路。此夕卜，Ze = Re+jwLe,因此導納Ye為Ye = Ι/Ze,因此由下式表示。Ye = Gp+jBp其中，Gp、Bp如下式。
Gp = Re/ (Re2+ (ω Le)2)Bp = ω Le/ (Re2+ (ω Le)2)在此，Rp= 1/Gp，|Xp = l/|Bp|, Rp, |Xp 以下式表示。Rp = (Re2+(ω Le)2)/ReI Xp I = (Re2+(ω Le)2)/ω Le在淬火應(yīng)用中，(ω Le)2遠大于Re2，因此下式成立。Rp = ( ω Le) 2/ReI Xp I ^ QLe此外，ω為從高頻逆變器11輸出的高頻的角頻率。在高頻逆變器的頻率與負載諧振電路的頻率一致且同步的情況下，負載阻抗Ζ。變成 Z0 = Rp = (QLe)VRe0S卩，從上述的近似式可知，當工件15和加熱線圈14之間的間隙d增加時，負載的耦合變?nèi)?，Le增加，Re減少，負載阻抗Z。變大。并且，負載阻抗Z。的變化率也比Le、Re各自的變化率都大。由此，當使來自高頻逆變器11的輸出功率恒定而增加線圈間隙d時，來自高頻逆變器11的輸出電流變小，另一方面線圈電壓變大。因而，即使輸出電流的減少率小且線圈電壓的增加率小，線圈電壓與輸出電流的比、即負載阻抗也增加。由此，當線圈間隙d增加時，直接表現(xiàn)在負載阻抗的變動上。通過以上，在高頻淬火處理中將高頻逆變器11的輸出功率控制為恒定的情況下， 通過由判斷部23d監(jiān)視負載阻抗的變動并確認負載阻抗的變動是否收斂在閾值的上限以及下限范圍內(nèi)，能夠有效地進行高頻淬火監(jiān)視。另外，優(yōu)選控制部23根據(jù)來自電流傳感器 21的檢測信號算出來自高頻逆變器11的輸出電流，確認該輸出電流的變動是否收斂在閾值的上限以及下限范圍內(nèi)。由此，能夠通過監(jiān)視負載阻抗來確認間隙是否在允許范圍內(nèi)，且能夠通過監(jiān)視來自高頻逆變器11的輸出電流的變動來確認是否提供了淬火所需的能量， 從而能夠進行高品質(zhì)的淬火管理。這樣由淬火監(jiān)視部20生成的測定數(shù)據(jù)與第一實施方式的情況同樣地，被存儲到淬火控制部70的存儲部72中。由此，與第一實施方式同樣地，在第二實施方式中數(shù)據(jù)收集部80也通過通信單元向淬火控制部70請求設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)。接收到該請求后，淬火控制部70通過通信單元將與該淬火處理相關(guān)的設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)收集部80。由此，數(shù)據(jù)收集部80接收設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)，并將接收到的設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)而數(shù)據(jù)庫化并保存。這樣，通過輸入用于確定淬火處理的信息，能夠從數(shù)據(jù)收集部80檢索并讀出進行數(shù)據(jù)庫化并保存的設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)。另外，數(shù)據(jù)編輯部90基于人為的指令從數(shù)據(jù)收集部80獲取設(shè)定條件數(shù)據(jù)、測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)并使用表計算軟件在畫面中進行顯示。由此，操作者能夠觀察畫面中顯示的表來進行確認。也就是說，在第二實施方式中，也能夠總是容易且迅速地取出與期望的淬火處理相關(guān)的設(shè)定條件數(shù)據(jù)以及與此相關(guān)的測定數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)。由此，在第二實施方式中也能夠可靠地進行與淬火處理相關(guān)的管理。
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說明第二實施方式的變形例。圖7是用于說明本發(fā)明的第二實施方式的變形例的示意圖。此外，對于與圖四相同的部件附加相同的附圖標記。在圖7中，例如如虛線所示那樣配置電壓傳感器22的端部 22c、22d以檢測線圈的半圓周部61a的兩端部的電壓作為線圈電壓。由此，能夠?qū)⒕€圈間隙 d的變動有效地反映到負載阻抗上。如該變形例那樣，加熱線圈61具備半圓周部61a，該半圓周部61a被配置為相對工件50的淬火對象區(qū)域具有規(guī)定的間隙d，如圖7中虛線所示，電壓傳感器22的兩端部22c、 22d優(yōu)選連接在半圓周部61a的兩端部以檢測半圓周部61a之間的電壓。由此，與如實線所示那樣經(jīng)由直線部61b、61b連接電壓傳感器22的兩端部22a、22b的情況相比，如虛線所示那樣將電壓傳感器22的端部22c、22d連接在半圓周部61a的兩端部能夠以高靈敏度檢測線圈間隙的變動率，能夠進行更高精確度的淬火監(jiān)視。通過以上，在通過控制使得高頻電力恒定的情況下，當線圈間隙d增加時負載阻抗變大，從而能夠根據(jù)該負載阻抗的變動來判斷是否正確地執(zhí)行了淬火處理。第二實施方式所涉及的高頻淬火管理系統(tǒng)1不僅適用于圖1以及圖3所示的高頻淬火裝置10，而且還能夠應(yīng)用于如下構(gòu)成的高頻淬火裝置在等效電路上包括由匹配用的電容器和加熱線圈構(gòu)成的諧振電路、以及高頻逆變器。例如，也可以省略電流互感器13。下面說明與第一實施方式相對應(yīng)的實施例1至3以及比較例1至2、與第二實施方式相對應(yīng)的實施例4以及比較例3。(實施例1)使用圖1所示的高頻淬火管理系統(tǒng)1進行負載的評價試驗。作為高頻逆變器11，使用通過用直流電壓進行恒定控制來輸出頻率25kHz的高頻的逆變器。作為并聯(lián)諧振類型的負載電路，使用了 IOyF的匹配用的電容器12、匝數(shù)比 6 1的電流互感器13。內(nèi)置加熱線圈14并支承工件15的鞍形支承部使用了內(nèi)徑40mm 寬度4mm的支承部。工件15使用了外形33mm、壁厚5. 5mm的圓管。在實施例1中，將工件 15配置成鞍形支承部的端面與工件的外形之間的間隙為標準值4mm。設(shè)定高頻逆變器11 的輸出，使得高頻逆變器11的輸出功率為1秒鐘輸出設(shè)置容量的50%。對判斷部23d預(yù)先設(shè)定線圈電壓Vrail和電流I0的基準范圍。具體地說，預(yù)先以標準狀態(tài)將工件15配置到鞍形支承部后進行工件15的淬火，由電流傳感器21以及電壓傳感器22取入電流信號Si 以及電壓信號Sv的各波形。然后，確認質(zhì)量在規(guī)定的范圍內(nèi)的情形，將取入的波形分別設(shè)為基準波形，沿著各基準波形對縱軸電壓值以及橫軸時間設(shè)定上限和下限。在本實施例中， 將電壓Vrail的上限和下限的設(shè)定值設(shè)為士 4.3% (士 50mV)，將時間軸設(shè)定值設(shè)為士 4.8% (士 48ms)，將電流I。的上限和下限的設(shè)定值設(shè)為士 3.8% (士 20mV)，時間軸設(shè)定值設(shè)為士4. 8% (士48ms)。圖8示出第一實施方式的實施例1的結(jié)果，(A)是與加熱線圈14中的電壓相對應(yīng)的信號波形，(B)是與來自高頻逆變器11的輸出電流相對應(yīng)的信號波形。圖中實線表示各波形，虛線表示閾值范圍的上限和下限。在實施例1中，間隙為基準值4mm，因此如從圖8 可知那樣，波形收斂在閾值的上限與下限的大致中央，判斷部23d的判斷為0K。此外，高頻逆變器11中的輸出功率、輸出電壓分別是18kW、290V。加熱線圈14的電壓Vrail的信號為 1. 157V (與1. 157 X 200/5V的Vrail相當)，高頻逆變器11的輸出電流I。的信號為0. 529V (與0. 529X500/5A 的 I。相當)。(實施例2)在實施例2中，除了將工件15配置為鞍形支承部的端面與工件15的外形之間的間隙為6mm以外，與實施例1相同。圖9示出第一實施方式的實施例2的結(jié)果，(A)是與加熱線圈14中的電壓相對應(yīng)的信號波形，(B)是與來自高頻逆變器11的輸出電流相對應(yīng)的信號波形。圖中實線表示各波形，虛線表示閾值范圍的上限和下限。在實施例2中，間隙比基準值4mm大，因此如從圖 9可知那樣，電流的波形與閾值的上限與下限的大致中央相比靠近下限側(cè)，但是仍在閾值的范圍內(nèi)，從而判斷部23d的判斷為0K。此外，高頻逆變器11中的輸出功率、輸出電壓分別是 18kW、290V。加熱線圈14的電壓Vcoil的信號為1. 172V(與1. 172X200/5V的Vrail相當)， 高頻逆變器11的輸出電流I0的信號為0. 520V(與0. 520X500/5A的I。相當)。(實施例3)在實施例3中，除了將工件15配置為鞍形支承部的端面與工件15的外形之間的間隙為7mm以外，與實施例1相同。圖10示出第一實施方式的實施例3的結(jié)果，(A)是與加熱線圈14中的電壓相對應(yīng)的信號波形，(B)是與來自高頻逆變器11的輸出電流相對應(yīng)的信號波形。圖中實線表示各波形，虛線表示閾值范圍的上限和下限。在實施例3中，間隙為比基準值4mm更寬的7mm，因此如從圖10可知那樣，電流的信號波形的一部分從閾值的下限超出，作為淬火處理是NG。 此外，高頻逆變器11中的輸出功率、輸出電壓分別是17kW、290V。加熱線圈14的電壓Vrail 的信號為1. 162V(與1. 162\200/5￥的火。11相當)，高頻逆變器11的輸出電流I。的信號為 0. 500V (與 0. 500 X 500/5A 的 I。相當)。(比較例1)說明比較例。在比較例中，如圖3中虛線所示，將高頻淬火管理系統(tǒng)1中連接在高頻逆變器11 和匹配用的電容器12之間的布線上的電流傳感器21連接到電流互感器13的初級側(cè)上，由電流傳感器21檢測互感器的初級電流I。tel_lt)與實施例1 3相同，設(shè)定高頻逆變器11的輸出，使得高頻逆變器11的輸出功率為1秒鐘輸出設(shè)置容量的50%。對于判斷部23d，將電壓Vrail的上限以及下限的設(shè)定值設(shè)為士4. 3% (士50mV)，時間軸設(shè)定值設(shè)為士4. 8% (士48ms)，將電流I。的上限以及下限的設(shè)定值設(shè)為士3. 8% (士 125mV)，將時間軸設(shè)定值設(shè)為士4. 8% (士48ms)。關(guān)于電流I。的上限以及下限的設(shè)定，由于電流的測量對象從高頻逆變器11的輸出電流I。變更為電流互感器13的初級電流Irtri+因此即使將上限和下限的設(shè)定值設(shè)為相同的范圍(％ )，電流值也會變大。在比較例1中，將鞍形支承部和工件之間的間隙設(shè)為與實施例1相同是4mm。圖11示出第一實施方式的比較例1的結(jié)果，(A)是與加熱線圈14中的電壓相對應(yīng)的信號波形，(B)是與電流互感器13的初級側(cè)電流相對應(yīng)的信號波形。圖中，實線表示波形，虛線表示閾值范圍的上限和下限。在比較例1中，間隙為基準值4mm，因此如從圖11可知那樣，電流、電壓的各信號波形都在閾值的上限與下限的大致中央，判斷部23d的判斷為0K。此外，高頻逆變器11的輸出功率、輸出電壓分別是18kW、290V。加熱線圈14的電壓Vrail的信號為1. 170V(與 1. 170 X 200/5V 的 Vcoil 相當)，初級電流 Ictrw 的信號為 3. 287V (與 3. 287 X 500/5A 的 Ictrw 相當)。(比較例2)在比較例2中，除了將鞍形支承部與工件之間的間隙設(shè)為7mm以外，與比較例1相同地進行淬火。圖12示出第一實施方式的比較例2的結(jié)果，(A)是與加熱線圈14中的電壓相對應(yīng)的信號波形，(B)是與電流互感器13的初級側(cè)電流相對應(yīng)的信號波形。圖中，實線表示波形，虛線表示閾值范圍的上限和下限。在比較例2中，盡管間隙比基準4mm寬，但是如從圖12可知那樣，電壓的信號波形、電流互感器13的初級側(cè)電流的信號波形都在閾值的上限與下限的大致中央，在閾值的范圍內(nèi)。由此，判斷部23d判斷為“0K”。此外，高頻逆變器11的輸出功率、輸出電壓分別是 17kff,290Vo 加熱線圈 14 的電壓 Vcoil 的信號為 1. 166V(與 1. I66X2O(V5VWVraiJHi), 初級電流Ictrl-!的信號為3. 281V(與3. 281X500/5A的Ictrw相當)。[表1]
權(quán)利要求
1.一種高頻淬火管理系統(tǒng)，與在高頻逆變器上連接電容器和加熱線圈而構(gòu)成的高頻淬火裝置相連接，管理針對配置于上述加熱線圈附近的工件的淬火，該高頻淬火管理系統(tǒng)具備淬火控制部，其根據(jù)與上述高頻淬火裝置相關(guān)的設(shè)定條件數(shù)據(jù)來控制上述高頻淬火裝置；淬火監(jiān)視部，其測量包括上述高頻逆變器、上述電容器以及上述加熱線圈而構(gòu)成的電路的電氣量作為測定數(shù)據(jù)，監(jiān)視淬火狀態(tài)；以及數(shù)據(jù)收集部，其收集上述高頻淬火裝置根據(jù)從上述淬火控制部輸出的設(shè)定條件數(shù)據(jù)來對工件進行淬火時的上述高頻淬火裝置中的各種傳感器的數(shù)據(jù)，并且從上述淬火監(jiān)視部收集測定數(shù)據(jù)，并將所收集到的各種傳感器的數(shù)據(jù)與測定數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)地保存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻淬火管理系統(tǒng)，其特征在于，上述測定數(shù)據(jù)包含上述高頻逆變器的輸出電流和在上述加熱線圈中產(chǎn)生的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻淬火管理系統(tǒng)，其特征在于，上述測定數(shù)據(jù)包含根據(jù)上述高頻逆變器的輸出電流和在上述加熱線圈中產(chǎn)生的電壓而運算出的負載阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高頻淬火管理系統(tǒng)，其特征在于，上述淬火監(jiān)視部根據(jù)上述高頻逆變器的輸出電流算出有效值，根據(jù)在上述加熱線圈中產(chǎn)生的電壓算出有效值，根據(jù)所算出的各有效值來監(jiān)視淬火處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的高頻淬火管理系統(tǒng)，其特征在于，上述淬火監(jiān)視部根據(jù)上述高頻逆變器的輸出電流算出有效值，根據(jù)在上述加熱線圈中產(chǎn)生的電壓算出有效值，根據(jù)所算出的各有效值來算出負載阻抗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的高頻淬火管理系統(tǒng)，其特征在于， 上述淬火監(jiān)視部和上述淬火控制部經(jīng)由通信單元相互連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的高頻淬火管理系統(tǒng)，其特征在于，上述數(shù)據(jù)收集部經(jīng)由通信單元與上述淬火監(jiān)視部和/或上述淬火控制部相連接。
全文摘要
一種高頻淬火管理系統(tǒng)，具備淬火控制部(70)，其根據(jù)與高頻淬火裝置(10、10A)相關(guān)的設(shè)定條件數(shù)據(jù)來控制高頻淬火裝置(10、10A)；淬火監(jiān)視部(20)，其測量包括高頻逆變器(11)、電容器(12)以及加熱線圈(14、14A、14B)而構(gòu)成的電路的電氣量來作為測定數(shù)據(jù)，監(jiān)視淬火狀態(tài)；以及數(shù)據(jù)收集部(80)，其收集高頻淬火裝置(10)根據(jù)從淬火控制部(70)輸出的設(shè)定條件數(shù)據(jù)而對工件(15、15A、15B)進行淬火時的高頻淬火裝置(10、10A、10B)中的各種傳感器的數(shù)據(jù)，并且從淬火監(jiān)視部(70)收集測定數(shù)據(jù)，并將所收集的各種傳感器的數(shù)據(jù)與測定數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)地保存。
文檔編號C21D1/10GK102356167SQ200980158059
公開日2012年2月15日 申請日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者伊藤圭介, 北村太一, 小野徹也, 干場謙一, 楊躍, 生田文昭 申請人:高周波熱煉株式會社