CN111742612B - 加热装置以及加热方法 - Google Patents

Abstract

一种加热装置，对金属制成的工件进行加热，具有：加热器，加热工件；温度检测器，检测被加热器加热之前的工件的温度；加热能计算部，根据由温度检测器检测的检测温度与作为目标的加热温度之间的温度差，来计算通过加热器使工件升温至加热温度所需要的能量；以及控制部，控制加热器，以将由加热能计算部计算出的加热能量施加到工件上。

Description

加热装置以及加热方法

相关申请的交叉引用

本国际申请要求基于2018年7月23日向日本特许厅申请的日本专利申请第2018-137780号的优先权，并将日本专利申请第2018-137780号的全部内容通过引用并入本国际申请中。

技术领域

本公开涉及一种用于加热由金属制成的工件的加热装置以及加热方法。

背景技术

例如，在专利文献1所记载的发明中，(1)在进行加热处理之前，一边通过接触式的温度计测量钢板等工件的温度，一边进行通电加热，来确定获得期望的升温模式所需要的电能的输出模式，将该输出模式与此时的实际电压、实际电流保存到存储装置后，(2)按照所保存的输出模式，控制电能的输出来对工件进行通电加热。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-82006号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在专利文献1所记载的发明中，仅基于事先确定好的实际电压以及实际电流的输出模式来加热工件，使其升温，因此，在通电结束时，很可能产生这样的问题：工件的温度没有上升至作为目标的加热温度(以下称为“目标温度”)或者工件的温度超过目标温度等。

本公开鉴于上述问题，提供以高精度使工件的温度升温至目标温度的加热装置或者加热方法的一个示例。

用于解决问题的手段

本公开的一方面的金属制的工件的加热装置，具有：加热器，加热工件，温度检测器，检测被加热器加热之前的工件的温度，加热能计算部，根据由温度检测器检测出的检测温度(To)与作为目标的加热温度(Tt)之间的温度差，来计算通过加热器使工件升温至加热温度所需要的能量，以及控制部，控制加热器，以将由加热能计算部计算出的加热能量施加到工件上。

在专利文献1所记载的发明中，没有考虑加热之前的工件的温度(以下，称为“初期温度”。)，因此，即使以事先确定的输出模式向工件施加电能，也无法以高精度使工件的温度升温至目标温度。

即，在现实的初期温度高于确定输出模式时的初期温度的情况下，工件被加热并升温至超过目标温度的温度。另一方面，在现实的初期温度低于确定输出模式时的初期温度的情况下，工件不会被加热并升温至目标温度。

与此相对，在本公开中，根据由温度检测器检测的检测温度(To)与作为目标的加热温度(Tt)之间的温度差来计算加热能，因此，能够减小检测温度(To)即初期温度的影响。因此，能够以高精度使工件的温度升温至目标温度。

此外，本申请提供一种工件的加热装置，对金属制成的工件进行加热，所述加热装置的特征在于，具有：加热器，加热所述工件，温度检测器，检测被所述加热器加热之前的所述工件的温度，加热能计算部，根据由所述温度检测器检测出的检测温度与作为目标的加热温度之间的温度差，来计算通过所述加热器使所述工件升温至所述加热温度所需要的加热能量，以及控制部，控制所述加热器，以将由所述加热能计算部计算出的加热能量施加到所述工件上；所述加热器是通过将所述工件通上电流来使所述工件升温的通电加热器，所述控制部具有存储部，所述存储部存储通电模式，所述通电模式表示从通电开始时起的经过时间与电流值之间的关系，所述控制部，根据从通电开始时起的经过时间来使电流值变化，以实现预先存储在所述存储部中的通电模式，所述控制部，在向所述工件通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差小于预先确定的规定值的情况下，切断通电，而不从最大通电状态开始逐渐使电流值降低，在向所述工件通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差大于或等于预先确定的规定值的情况下，在从最大通电状态开始逐渐使电流值降低之后，切断通电。

还提供一种工件的加热方法，对金属制成的工件进行加热，所述加热方法的特征在于，具有以下步骤：加热步骤，通过加热器加热所述工件，温度检测步骤，检测由所述加热步骤加热之前的所述工件的温度，以及加热能量计算步骤，根据由所述温度检测步骤检测出的检测温度与作为目标的加热温度之间的温度差，来计算使所述工件升温至所述加热温度所需要的加热能量；控制所述加热器，以将由所述加热能量计算步骤计算出的加热能量施加到所述工件上，所述加热器是通过将所述工件通上电流来使所述工件升温的通电加热器，在将从通电开始时起的经过时间与电流值之间的关系称为通电模式时，通过使电流值变化，以实现根据所述工件的形状而预先确定的通电模式，在向所述工件通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差小于预先确定的规定值的情况下，切断通电，而不从最大通电状态开始逐渐使电流值降低，在向所述工件通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差大于或等于预先确定的规定值的情况下，在从最大通电状态开始逐渐使电流值降低之后，切断通电。

附图说明

图1是本公开的实施方式的加热装置的示意图。

图2A是示出通电模式以及从通电开始时起的经过时间与温度变化的一个示例的曲线图。

图2B是示出通电模式以及从通电开始时起的经过时间与温度变化的另一个示例的曲线图。

图3是示出图2A、图2B中的温度测量部位的图。

图4是示出本公开的实施方式的加热方法的图。

具体实施方式

以下的实施方式示出属于本公开的技术范围的实施方式的一个示例。权利要求书所记载的发明特定事项等并不受下述实施方式所示的具体的结构和构造等限定。

在本实施方式中，将本公开的加热装置以及加热方法适用于加热车辆用的稳定器(stabilizer，以下，称为“工件”。)的加热装置中。车辆用的稳定器是指，连接左右的悬架装置的由金属制成的扭杆。

(第一实施方式)

1.加热装置的结构

加热装置对加热对象即工件W进行加热，并使其升温。

如图1所示，加热装置1具有加热器10以及加热控制装置30等。加热器10加热工件W。加热控制装置30控制加热器10的输出。

加热器10是通过将工件W通上电流来使工件W升温的通电加热器。即，加热器10经由与工件W的长度方向两端侧分别连接的通电电极11对工件W进行通电，通过随着在两个通电电极11之间产生的焦耳热损耗所产生的热，来使工件W升温。

加热控制装置30具有温度检测装置20、控制部31、选择部32以及警告部33等。温度检测装置20检测工件W的温度。控制部31控制向工件W通电的通电量。选择部32是由作业人员操作的操作部。警告部33通过声音或警告灯等的向作业人员的五感传递信息的手段来发出警告。

温度检测装置20具有温度检测器21以及温度计算部22等。温度检测器21由红外热成像装置等非接触式温度计构成。温度计算部22将来自温度检测器21的输出信号换算成温度。

非接触式温度计即温度检测器21将从工件热辐射的温度能作为电信号输出。温度计算部22根据预先存储的工件W的辐射率，将来自温度检测器21的输出信号换算成温度。

对于作为加热器10的加热对象的工件W，温度计算部22将由加热器10加热之前的工件W的检测温度(以下，称为“加热前温度To”。)输出到加热能计算部34。

加热能计算部34根据工件W的作为目标的加热温度(以下，称为“目标温度Tt”。)与加热前温度To之间的温度差，来计算通过加热器10使工件W从加热前温度To升温至目标温度Tt所需要的能量(以下，称为“加热能量E”。)。

目标温度Tt通常是高于加热前温度To的温度，因此加热能量E是目标温度Tt减去加热前温度To后的值(＝Tt-To)的函数，即E＝f(Tt-To)。

在加热装置1的环境温度在常温(例如25℃左右)下基本恒定的情况下，若是同一工件W，则上述函数可以被视为线性函数。但是，在环境温度低于常温的情况或环境温度变化大的情况下，来自工件W的散热量随着工件W与环境温度之间的温度差而大幅变化。因此，在该情况下，需要使上述函数变为考虑了工件W与环境温度之间的温度差的函数。

控制部31控制向加热器10输出的通电总通电电力，以向工件施加加热能量E。具体地说，控制部31例如以如图2A或者图2B的粗实线P所示的那样控制对工件W的施加电压，以使由粗实线P包围的面积即电力成为加热能量E的方式来控制加热器10。

以下，将从通电开始时起的经过时间与电流值之间的关系称为“通电模式”。在图2A或者图2B中，示出从通电开始时起的经过时间与施加电压之间的关系。电流值根据施加电压通过电阻值而唯一确定，因此图2A或者图2B的粗实线P示出加热控制输出的模式即“通电模式”。

如图1所示，控制部31具有存储通电模式的存储部31A。控制部31以成为预先存储在存储部31A中的通电模式的方式，根据从通电开始时起的经过时间来控制施加电压，即控制通电的电流值。

警告部33，在从开始通电的开始加热时起到完成施加加热能量E时的经过时间与预先存储的经过时间之间的时间差大于预先存储的时间的情况下，发出警告。

上述“预先存储的经过时间”是根据工件W的材质、形状、大小等而不同的时间，根据预先进行的试制通电试验等来确定。确定的该时间与通电模式相对应地预先存储在存储部31A中。

2.通电模式

例如，如图2A所示，将从施加电压达到最大的最大通电状态开始使施加电压逐渐降低来使电流值降低之后切断通电的通电模式称为“通电模式A”。使施加电压逐渐降低也包括使施加电压阶段性地降低的情况。

另一方面，如图2B所示，将在不从最大通电状态开始逐渐使电流值降低的情况下切断通电的通电模式称为“通电模式B”。

“最大通电状态”是指，“通电时的通电模式中的最大电流值流通的状态”。因此，在通电模式不同的情况下，存在最大电流值也不同的情况。

从图2A、2B明显可知，若将通电模式A与通电模式B进行比较，则在加热能量E相同的情况下，通电模式B的通电时间比通电模式A的通电时间短。因此，为了在短时间内向工件W施加加热能量E，优选采用通电模式B。

但是，经本发明人所进行的试验和研究发现，如果向工件W通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差较大，则难以使工件W整体均匀地升温。以下，将最大路径横截面积与最小路径横截面积之差称为“面积差”。

在图2A以及图2B所示的曲线图中，除粗实线P以外的多条曲线图a～h是示出在对由相同材质构成的相同形状的工件W通电的情况下从通电开始时起的经过时间与温度变化的曲线图。示出温度变化的各曲线图a～h与图3示出的工件W的各部位a～h相对应。

如图2B所示，在面积差大的情况下，若以通电模式B通电，则一个工件W中的温度偏差变大。但是，即使是在面积差大的情况下，若以通电模式A通电，则与以通电模式B通电时的情况相比，能够减小一个工件W中的温度偏差。

根据本发明人所进行的试验和研究，发现若面积差在1％以上，则难以使工件W整体均匀地升温。通过试验确认了以下内容，即，若在面积差大的情况下以通电模式A通电，则与以通电模式B通电的情况相比，能够减小5℃～10℃左右的温度偏差。

因此，在本实施方式中，使用能够存储多个通电模式的存储部31A，且设置有选择部32，该选择部32用于选择使用被预先存储在存储部31A中的通电模式中的哪一个通电模式。控制部31以作业人员通过选择部32选择的通电模式来加热工件W。

3.加热方法

图4是示出通过加热装置1执行的加热方法的概要的工作图。以下的说明中的括号内的附图标记表示图4所示的各步骤(工序)。

若将工件W运入加热装置1，则首先执行温度检测工序(S1)，在温度检测工序中，根据温度检测器21的输出信号来检测工件W的温度。接着，执行加热能量计算工序(S5)，在加热能量计算工序中，根据由温度检测工序(S1)检测出的加热前温度To与目标温度Tt之间的温度差来计算加热能量E。

然后，以由作业人员预先选择的通电模式开始对在温度检测工序(S1)中被检测出加热前温度To的工件W进行通电加热，来执行加热工序(S10)。若加热工序(S10)开始，则判断在加热能量计算工序(S5)中计算出的加热能量E是否已施加到工件W，即根据所选择的通电模式进行的通电是否已完成(S15)。

若完成向工件W施加加热能量E(S15：是)，则判断从加热开始时起到完成施加加热能量E时的经过时间与预先存储的经过时间之间的时间差是否大于预先存储的时间(S20)。

此时，在判断为从加热开始时起到完成施加加热能量E时的经过时间与预先存储的经过时间之间的时间差大于预先存储的时间的情况下(S20：是)，由警告部33发出警告(S25)。

若在警告后(S25)或者未执行警告(S20：否)的情况下完成通电加热，则结束对该工件W的加热，对下一个工件W执行S1。

4.本实施方式的加热装置以及加热方法的特征

在本实施方式中，根据由温度检测器21检测的加热前温度To与目标温度Tt之间的温度差来计算加热能量E，因此能够以高精度使工件W的温度升温至目标温度。

本实施方式的控制部31根据从通电开始时起的经过时间使电流值变化，以成为预先存储在存储部31A中的通电模式。

由此，由于能够将与工件W的形状等相对应的通电模式预先存储在存储部31A中，所以能够以与工件W的形状等相对应的通电模式进行通电加热。进而，能够使工件W整体大致均匀地升温至目标温度。

本实施方式的控制部31的特征在于，以通过选择部32选择的通电模式来加热工件。由此，由于能够以适合每个工件W的通电模式来加热工件，所以即使对于各种形状的工件W也能够以高精度使工件升温至目标温度。

非接触式的温度计根据从工件W热辐射的温度能来检测温度，所以若工件表面的性质以及状态(以下，称为“表面性状”。)和热辐射率变化，则检测温度与真正的温度之差(以下，称为“检测误差”。)也会变化。即，若工件W的表面性状和热辐射率大幅变化，则检测误差也会变大。

但是，在工件W的温度低的情况下，对于工件的表面性状和热辐射率的变化的检测误差有时也会小到实际上不会产生问题的程度。

即，在工件W的温度低的情况下，即使是非接触式的温度计，也能够不大幅地受到表面性状等的影响，能够以实际上不会产生问题的程度的精度检测工件的温度。工件的温度低的情况是指例如0℃～30℃左右的温度范围。

即，假设在检测误差为10％时，在工件W的温度低的情况下产生的检测误差最大也约为3℃。在目标温度Tt例如为200℃的情况下，加热后的温度相对于该目标温度Tt可产生最大3℃的温度差。

3℃的温度差相对于200℃而言是没有达到10％的小温度差。因此，实际上几乎没有问题。作为比较，在一边检测工件W的温度一边加热该工件W的装置中，相对于200℃的目标温度Tt可能会产生最大20℃的温度差。

与非接触式的温度计相比，热电偶等接触式的温度计不会大幅地受到表面性状等的影响，检测误差小，但存在温度检测所需的时间比非接触式的温度计长的问题。

与此相对，在本实施方式中，在工件W被加热前，即在工件W的温度低时，由非接触式的温度计检测工件的温度，所以能够在短时间内以实际上不会产生问题的程度的精度检测工件的温度。因此，能够迅速地使工件W高精度地升温至目标温度。

在本实施方式中，具有警告部33，警告部33在从加热开始时起到完成施加加热能量时的经过时间与预先存储的经过时间之间的时间差大于预先存储的时间的情况下，发出警告。

即，在形状和材质相同的同种的工件中，理论上，加热能量E相同。因此，在从加热开始时起到完成施加加热能量E时的经过时间与预先存储的经过时间之间的时间差大于预先存储的时间的情况下，加热装置产生异常的可能性高。因此，在本实施方式中，在上述状况时，发出警告。

在本实施方式中，在向工件W通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差小于预先确定的规定值的情况下，切断通电，而不从最大通电状态开始逐渐使电流值降低。

另一方面，在向工件W通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差大于或等于预先确定的规定值的情况下，在从最大通电状态开始逐渐使电流值降低之后，切断通电。

由此，能够以适合工件W的通电模式加热工件，因此即使对于各种形状的工件也能够以高精度使工件升温至目标温度。

(其他实施方式)

在上述实施方式中，将稳定器作为工件W来说明了本公开的实施方式。但是，本公开的适用对象并不限于稳定器。本公开对于例如盘簧、扭杆、板簧等其他金属制品也能够适用。

在上述实施方式中，在涂装前进行的加热中适用了本公开的加热装置以及加热方法，但本公开不限定于此，也能够适用于例如淬火、回火或者去应力退火等热处理等。

在上述实施方式中，以两种通电模式为例对本公开进行了说明。但是，本公开并限定于此。本公开也可以仅以一种通电模式进行通电加热或者以从三种以上的通电模式中选择出的通电模式进行通电加热。

在上述实施方式中，是作业人员选择通电模式的结构。但是，本公开的发明并不限定于此。本公开也可以构成为，加热装置1自动判别工件W的形状和大小等，加热装置1自动选择通电模式来进行通电加热。

在上述实施方式中，通过通电加热来加热工件W。但是，本公开并不限定于此。本公开可以是例如：通过感应加热、火焰加热、用反射镜对光进行会聚来加热工件W的聚焦炉，使加热的固体粒子流动化并通过固体粒子与工件W的接触来加热工件W的流动层炉，将被加热的气体吹向工件W的加热器，以及使用红外线、等离子体、硝石或过热蒸汽的加热器。

在上述实施方式中，设置有警告部33，警告部33在从加热开始时起到完成施加加热能量E时的经过时间与预先存储的经过时间之间的时间差大于预先存储的时间时，发出警告。但是，本公开不限定于此。本公开也可以是例如不使用警告部33的结构，或者在从加热开始时起的经过时间超过预先存储的经过时间时发出警告的结构。

另外，本公开与权利要求书所记载的发明的宗旨相匹配即可，不受上述实施方式限定。例如，也可以是将上述多个实施方式中的至少两个实施方式组合而成的结构，或者也可以是未使用上述实施方式中图示的构成要件中的某构成要件的结构。

Claims (7)

1.一种工件的加热装置，对金属制成的工件进行加热，所述加热装置的特征在于，具有：

加热器，加热所述工件，

温度检测器，检测被所述加热器加热之前的所述工件的温度，

加热能计算部，根据由所述温度检测器检测出的检测温度与作为目标的加热温度之间的温度差，来计算通过所述加热器使所述工件升温至所述加热温度所需要的加热能量，以及

控制部，控制所述加热器，以将由所述加热能计算部计算出的加热能量施加到所述工件上；

所述加热器是通过将所述工件通上电流来使所述工件升温的通电加热器，

所述控制部具有存储部，所述存储部存储通电模式，所述通电模式表示从通电开始时起的经过时间与电流值之间的关系，

所述控制部，根据从通电开始时起的经过时间来使电流值变化，以实现预先存储在所述存储部中的通电模式，

所述控制部，在向所述工件通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差小于预先确定的规定值的情况下，切断通电，而不从最大通电状态开始逐渐使电流值降低，在向所述工件通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差大于或等于预先确定的规定值的情况下，在从最大通电状态开始逐渐使电流值降低之后，切断通电。

2.根据权利要求1所述的工件的加热装置，其特征在于，

所述存储部能够存储多个所述通电模式，

具有选择部，所述选择部由作业人员操作，用于选择多个所述通电模式中用于加热的通电模式，

所述控制部，以通过所述选择部选择的通电模式来加热所述工件。

3.根据权利要求1或2所述的工件的加热装置，其特征在于，

所述温度检测器为非接触式的温度计，根据从所述工件热辐射的温度能量来检测温度。

4.根据权利要求1或2所述的工件的加热装置，其特征在于，

具有警告部，所述警告部在从加热开始时起到完成施加所述加热能量时的经过时间与预先存储的经过时间之间的时间差大于预先存储的时间时，发出警告。

5.根据权利要求3中所述的工件的加热装置，其特征在于，

具有警告部，所述警告部在从加热开始时起到完成施加所述加热能量时的经过时间与预先存储的经过时间之间的时间差大于预先存储的时间时，发出警告。

6.一种工件的加热方法，对金属制成的工件进行加热，所述加热方法的特征在于，具有以下步骤：

加热步骤，通过加热器加热所述工件，

温度检测步骤，检测由所述加热步骤加热之前的所述工件的温度，以及

加热能量计算步骤，根据由所述温度检测步骤检测出的检测温度与作为目标的加热温度之间的温度差，来计算使所述工件升温至所述加热温度所需要的加热能量；

控制所述加热器，以将由所述加热能量计算步骤计算出的加热能量施加到所述工件上，

所述加热器是通过将所述工件通上电流来使所述工件升温的通电加热器，

在将从通电开始时起的经过时间与电流值之间的关系称为通电模式时，通过使电流值变化，以实现根据所述工件的形状而预先确定的通电模式，

在向所述工件通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差小于预先确定的规定值的情况下，切断通电，而不从最大通电状态开始逐渐使电流值降低，在向所述工件通电的电流的通电路径中的最大路径横截面积与最小路径横截面积之差大于或等于预先确定的规定值的情况下，在从最大通电状态开始逐渐使电流值降低之后，切断通电。

7.根据权利要求6所述的加热方法，其特征在于，

在所述温度检测步骤中，使用根据从所述工件热辐射的温度能量来检测温度的非接触式的温度计，来检测温度。

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