專利名稱：電火花加工放電參數(shù)檢測裝置及參數(shù)測量線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于對電火花加工中各種間隙狀態(tài)的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行定量檢測的裝置和用于此類裝置的參數(shù)測量線路。
電火花加工工藝是當(dāng)代模具制造中行之有效的工藝。由于加工過程中出現(xiàn)穩(wěn)定電弧放電，使得工件和工具表面燒傷，致使價(jià)格昂貴的模具報(bào)廢。因此近年來關(guān)于對電火花加工中加工間隙狀態(tài)的鑒別及參數(shù)測量以及對加工過程進(jìn)行自適應(yīng)最佳化控制等技術(shù)受到了各國電加工界的廣泛重視?，F(xiàn)有的與本發(fā)明近似裝置，如美國專利US4249059采用對測量間隙電壓高低的方法來鑒別間隙狀態(tài)。它是利用加工放電電壓為25伏左右的常數(shù)，空載電壓接近電火花加工機(jī)床高頻電源內(nèi)的直流供電電壓以及短路電壓接近零伏這一規(guī)律，預(yù)先設(shè)置兩個(gè)電壓比較門檻，其中一個(gè)低于空載電壓而高于放電電壓，另一個(gè)高于短路電壓而低于放電電壓。當(dāng)加工間隙電壓高于兩個(gè)比較電壓時(shí)，說明間隙處于空載狀態(tài)，當(dāng)加工間隙電壓值小于上述第一個(gè)電壓門檻而大于第二個(gè)門檻時(shí)，認(rèn)為間隙處于放電狀態(tài);當(dāng)間隙電壓值低于上述兩個(gè)門檻時(shí)，認(rèn)為間隙短路。該裝置的主要不足之處是1.只能鑒別“空載”、“放電”和“短路”三種狀態(tài)不能鑒別出危害加工質(zhì)量的“穩(wěn)定電弧”等狀態(tài);2.由于電火花加工高頻電源供給加工間隙的電能是一個(gè)個(gè)脈沖，在脈沖間隔時(shí)間to中，加工間隙電壓消失，該裝置也將這一狀態(tài)計(jì)為“短路”，因此它不能區(qū)分“短路”和上述的脈間時(shí)間“to”;3.該裝置只是對鑒別出來的三種狀態(tài)進(jìn)行定性顯示，分別由三個(gè)發(fā)光二極管來顯示此三種間隙狀態(tài)，以發(fā)光二極管的發(fā)光亮度來指示各間隙狀態(tài)所占時(shí)間比率的大小。歐洲專利EP 9928和美國專利US4338504采取對加工間隙電壓和高頻信號(hào)綜合檢測的方法，在間隙放電時(shí)，根據(jù)放電是否產(chǎn)生高頻隨機(jī)振蕩信號(hào)來識(shí)別“火花”和“電弧”，其間隙電壓檢測的方法和US 4249059一樣，高頻信號(hào)檢測的方法是把加工間隙電壓送至一高通濾波器把間隙電壓信號(hào)中的高頻分量分離出再經(jīng)放大、檢波和濾波后形成一脈沖，當(dāng)間隙放電時(shí)若此脈沖存在，說明間隙放電產(chǎn)生于高頻振蕩分量，認(rèn)為是“火花”放電，當(dāng)此脈沖消失時(shí)則認(rèn)為是“電弧”放電。雖然該專利可識(shí)別“火花”和“電弧”但仍存在不能把短路和高頻電源脈間時(shí)間分開的缺點(diǎn)。美國專利US 4338504只是將它識(shí)別出來的“電弧”信號(hào)脈沖用來控制一個(gè)音頻發(fā)生器，當(dāng)它識(shí)別出來的“電弧”脈沖較強(qiáng)時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出告警的聲音。只有歐洲專利EP 9928才涉及對加工中的間隙狀態(tài)時(shí)間參數(shù)進(jìn)行定量測量。它只能測出“電弧放電時(shí)間”占“間隙放電總時(shí)間”百分比這一個(gè)參數(shù)。此測量線路產(chǎn)生一個(gè)5MHZ的時(shí)鐘脈沖，由兩個(gè)計(jì)數(shù)器對此脈沖計(jì)數(shù)，其中一個(gè)計(jì)數(shù)器受檢測出來的“電弧”狀態(tài)脈沖控制，只有電弧放電時(shí)才計(jì)數(shù);另一個(gè)受檢測出來的代表間隙放電的狀態(tài)的脈沖控制，只要間隙內(nèi)一出現(xiàn)放電它就計(jì)數(shù)。當(dāng)上述第二個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)滿一預(yù)定值時(shí)，再將上述第一個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后進(jìn)行模擬量顯示和輸出。此測量方法存在的缺點(diǎn)是1.計(jì)數(shù)器工作在強(qiáng)烈的電火花放電產(chǎn)生的高頻干擾環(huán)境中，將影響測量線路工作的可靠性;2.測量線路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜;3.測量參數(shù)只是“電弧”或“火花”放電占放電總時(shí)間的百分比，由于該時(shí)間百分比受機(jī)床加工間隙大小改變的影響不大，所以它不能包括加工間隙大小，即機(jī)床伺服進(jìn)給的信息，因此該參數(shù)不能直接用于對機(jī)床伺服進(jìn)給量進(jìn)行評(píng)價(jià)和控制;4.由于電火花加工工藝是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，只測量一種或兩種參數(shù)遠(yuǎn)不能滿足對加工中“穩(wěn)定電弧放電”進(jìn)行預(yù)測和對加工過程進(jìn)行自適應(yīng)最佳化控制的需要。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種結(jié)構(gòu)更為簡單，成本更為低廉，測出的參數(shù)包含了工具工件間伺服進(jìn)給信息，其動(dòng)態(tài)特性易于計(jì)算機(jī)處理的參數(shù)測量線路，采用此線路設(shè)計(jì)出一種檢測參數(shù)更為完善，能測出“穩(wěn)定電弧放電”的前兆“過渡不穩(wěn)定電弧放電”參數(shù)的對電火花加工多種間隙狀態(tài)時(shí)間參數(shù)進(jìn)行定量檢測的裝置，該裝置可作為電火花加工中微機(jī)自適應(yīng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)檢測部件，也可用于對加工過程進(jìn)行人工監(jiān)控。
本發(fā)明在大量的對電火花加工中產(chǎn)生的高頻信號(hào)的特性和頻譜分析等實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，采用對加工間隙電壓、電流和高頻隨機(jī)振蕩信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行綜合檢測新方法，設(shè)計(jì)出對加工間隙狀態(tài)進(jìn)行鑒別的線路。檢測間隙電壓和電流的目的是確切地鑒別出“空載”、“放電”和“短路”三種間隙狀態(tài)，可以克服上述現(xiàn)有技術(shù)中不能區(qū)別短路和高頻電源輸出脈沖的脈間狀態(tài)的缺點(diǎn)。其基本思想是當(dāng)間隙兩端有電壓存在，間隙中沒有電流流過時(shí)，說明間隙開路;當(dāng)間隙中既有電壓又有電流時(shí)，說明間隙內(nèi)處于放電狀態(tài);當(dāng)間隙內(nèi)只有電流沒有電壓時(shí)則說明間隙短路。當(dāng)間隙處于放電狀態(tài)時(shí)，對高頻隨機(jī)振蕩信號(hào)強(qiáng)度測量，可識(shí)別出“火花”、“過渡不穩(wěn)定電弧”和“穩(wěn)定電弧”三種狀態(tài)，方法是若間隙放電產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻隨機(jī)振蕩信號(hào)時(shí)，說明是“火花”放電;當(dāng)此高頻信號(hào)減弱時(shí)說明是“過渡不穩(wěn)定電弧”放電;當(dāng)此高頻信號(hào)消失時(shí)，說明是“穩(wěn)定電弧”放電。由于本發(fā)明主要使用于對加工過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制的場合，不僅要求測量出的參數(shù)要包含機(jī)床伺服進(jìn)給信息，還要具有良好的動(dòng)態(tài)特性，該動(dòng)態(tài)特性應(yīng)便于建立數(shù)學(xué)模型，便于計(jì)算機(jī)處理。通過對加工過程的控制算法和數(shù)學(xué)模型等方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究，要求整個(gè)測試系統(tǒng)是一個(gè)一階系統(tǒng)。通過線路實(shí)驗(yàn)和理論分析研制出了對各間隙狀態(tài)的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行模擬量測量的新穎線路，該線路可測出在電火花加工機(jī)床高頻脈沖電源輸出脈沖的脈寬時(shí)間ti內(nèi)，“空載”、“火花放電”、“過渡不穩(wěn)定電弧放電”、“穩(wěn)定電弧放電”、“短路”等五種基本間隙狀態(tài)所占的統(tǒng)計(jì)時(shí)間百分比參數(shù)的模擬量。
下面對照

圖1來說明本發(fā)明的內(nèi)容。本發(fā)明主要包括編碼器、譯碼器、參數(shù)測量器和輸出接口。參數(shù)測量器是參數(shù)測量線路在本裝置中的具體應(yīng)用，在說明參數(shù)測量器的同時(shí)，說明該線路的結(jié)構(gòu)和測量方法。編碼器由電壓檢測線路1、電流檢測線路2和高頻檢測線路3組成。電壓檢測線路的輸入端與加工間隙11兩端相連，輸出端輸出Tu信號(hào)，該電路的功能是將間隙電壓轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”或“1”的脈沖Tu，當(dāng)加工間隙電壓高于一給定電壓(如11伏)時(shí)，輸出脈沖Tu為邏輯“1”，否則為邏輯“0”。電流檢測線路的輸入端與電火花加工機(jī)床高頻脈沖電源內(nèi)一路主回路限流電阻12的兩端相連，以測取該電阻上的電流壓降，該線路輸出端輸出Ti信號(hào)。電流檢測線路2的功能是將限流電阻12壓降變換為“0”或“1”的脈沖Ti，當(dāng)該限流電阻12的壓降高于它自己峰值的一半時(shí)，輸出脈沖Ti為邏輯“1”，否則為邏輯“0”。高頻檢測線路3的輸入端與加工間隙11相連，輸出端輸出TH和TL兩路脈沖信號(hào)，它的功能是當(dāng)間隙內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻隨機(jī)振蕩信號(hào)時(shí)，該線路輸出脈沖TH和TL均為邏輯“1”;當(dāng)上述高頻信號(hào)減弱時(shí)，TH為邏輯“0”，TL為邏輯“1”;當(dāng)上述高頻信號(hào)消失時(shí)，TH和TL均為邏輯“0”。高頻檢測線路3的作用是檢測放電電壓上高頻信號(hào)分量的強(qiáng)度，來判別是“火花放電”還是“過渡不穩(wěn)定電弧”或“穩(wěn)定電弧放電”。為實(shí)現(xiàn)編碼器的上述功能，電壓檢測線路1可以由分壓電路和門電路或分壓電路和電壓比較器組成;由于一部份電火花加工機(jī)床高頻脈沖電源主回路限流電阻12上的任何一端都不能與電壓檢測線路1和高頻檢測線路3的公共端直接相連，為使電流檢測線路2的輸出信號(hào)Ti與電壓檢測線路1和高頻檢測線路3的輸出信號(hào)具有相同的零電平，因此可采用隔離電路對電流檢測線路2的輸入端與輸出端隔離，所以電流檢測線路可由分壓電路與高速光耦合器組成;高頻檢測線路可由高通濾波器、放大器、解調(diào)器和兩個(gè)電壓比較器組成，加工間隙電壓直接輸入至高通濾波器，加工中高通濾波器把放電電壓上的高頻分量分離出來，經(jīng)放大器放大后由解調(diào)器對其檢波和濾波，使其成為一脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)的幅值正比于上述高頻分量的幅值，將此脈沖信號(hào)直接輸至上述的兩個(gè)電壓比較器，其中一個(gè)電壓比較器的比較電壓較高，該電壓比較器輸出TH信號(hào)，另一個(gè)電壓比較器的比較電壓較低，它輸出TL信號(hào)。當(dāng)加工中出現(xiàn)“正?；鸹ǚ烹姟?，間隙11內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻隨機(jī)振蕩信號(hào)，使上述解調(diào)器輸出的脈沖信號(hào)的幅值高于上述兩個(gè)電壓比較器的比較電壓，TH和TL兩個(gè)信號(hào)均為邏輯“1”;當(dāng)加工中出現(xiàn)“過渡不穩(wěn)定電弧放電”時(shí)，上述高頻信號(hào)減弱而使得解調(diào)器輸出的脈沖幅值位于上述兩個(gè)比較電壓之間時(shí)，TH為邏輯“0”，TL為邏輯“1”;當(dāng)加工中出現(xiàn)“穩(wěn)定電弧放電”時(shí)，使上述高頻信號(hào)消失而使得解調(diào)器輸出的脈沖幅值低于上述兩個(gè)比較電壓時(shí)，TH和TL兩個(gè)信號(hào)均為邏輯“0”。譯碼器4的輸入端與編碼器輸出端相連，編碼器輸出的Tu、Ti、TH和TL脈沖送至譯碼器4，譯碼器對此進(jìn)行邏輯譯碼，譯出代表“空載”的Td、“火花”放電的Te、“過渡不穩(wěn)定電弧”的Te′、“穩(wěn)定電弧”的Ta和“短路”的TS等五路脈沖信號(hào)。這些脈沖信號(hào)的脈寬分別同步等于各自所對應(yīng)間隙狀態(tài)的瞬時(shí)時(shí)間，即空載時(shí)間td、火花放電時(shí)間te、過渡不穩(wěn)定電弧放電時(shí)間te′、穩(wěn)定電弧放電時(shí)間ta、短路時(shí)間ts，其波形對照見圖2，圖2中第一排是加工間隙電壓Ug的波形。此外譯碼器4還輸出一路同步脈沖信號(hào)TΣ，它的脈寬和脈間與電火花加工機(jī)床高頻脈沖電源輸出脈沖的脈寬ti和脈間to同步相等。譯碼器可由能實(shí)現(xiàn)上述功能的門電路的組成或雙2-4譯碼器，或一個(gè)4-16譯碼器，或BCD-10線譯碼器等通用邏輯器件和門電路組成，應(yīng)滿足如下邏輯關(guān)系Td＝Tu·TiTe＝Tu·Ti·TH·TLTe′＝Tu·Ti·TH·TLTa＝Tu·Ti·TH·TLTs＝Tu·TiTΣ＝Tu+Ti。
若需要將編碼器和參數(shù)測量器之間進(jìn)行電平隔離，譯碼器4還包括對輸入信號(hào)或輸出信號(hào)分別進(jìn)行隔離的高速光耦合器，輸入信號(hào)由高速光耦合器隔離后進(jìn)入譯碼器內(nèi)部或譯碼輸出信號(hào)由高速光耦合器隔離后向外輸出。
參數(shù)測量線路是本項(xiàng)發(fā)明的核心，參數(shù)測量器是該線路在本裝置中的具體應(yīng)用，它的作用是將譯碼器輸出的Td、Te、Te′、Ta、Ts脈沖信號(hào)變換為td/ti、te/ti、te′/ti、ta/ti、ts/ti參數(shù)的模擬量電壓。參數(shù)測量線路也可用于只測量以上諸參數(shù)中的一種或幾種參數(shù)的其他類似裝置。參數(shù)測量器由脈沖調(diào)幅器5、模擬開關(guān)6、低通濾波器7和放大器8組成，也可以在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再增加一個(gè)穩(wěn)幅線路10。脈沖調(diào)幅器5的作用是將譯碼器送來的脈沖進(jìn)行幅值變換，要求該電路在不帶負(fù)載的條件下輸出高電平等于它自己的供電電源電壓，輸出低電平應(yīng)為零伏，使輸出脈沖幅值具有較高精度，因此它可由CMOS門電路或性能與之相似的其他形式的電路組成。模擬開關(guān)6的開關(guān)部份聯(lián)連于脈沖調(diào)幅器5的輸出端與低通濾波器7的輸入端之間，模擬開關(guān)6的控制輸入端J輸入TΣ信號(hào)，因此模擬開關(guān)受TΣ脈沖控制。當(dāng)TΣ為“1”時(shí)，即在高頻脈沖電源輸出脈沖的ti時(shí)間中模擬開關(guān)的開關(guān)部份接通;當(dāng)TΣ為“0”時(shí)，即在高頻脈沖電源輸出脈沖的to時(shí)間內(nèi)模擬開關(guān)6的開關(guān)部份斷開。低通濾波器7在模擬開關(guān)6斷開時(shí)輸出值保持不變，它可以是一階低通濾波器。放大器8的作用是將低通濾波器7輸出信號(hào)進(jìn)行阻抗變換，使其帶負(fù)載后低通濾波器7的輸出值不受負(fù)載的影響，當(dāng)輸出負(fù)載阻抗很高時(shí)放大器8可省略。當(dāng)參數(shù)測量器不采用穩(wěn)幅線路10時(shí)，脈沖調(diào)幅器5由一直流穩(wěn)壓電源供電，因此脈沖調(diào)幅器5的供電輸入端K應(yīng)與該穩(wěn)壓電源輸出的一端相連?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)該穩(wěn)壓電源輸出電壓值來調(diào)節(jié)脈沖調(diào)幅器5輸出脈沖幅度，以標(biāo)定各輸出信號(hào)的滿刻度值。當(dāng)參數(shù)測量器加入穩(wěn)幅線路10時(shí)，脈沖調(diào)幅器5由穩(wěn)幅線路10供電，穩(wěn)幅線路10是由單路的脈沖調(diào)幅器13、模擬開關(guān)14、低通濾波器15、放大器16、穩(wěn)壓器17組成。穩(wěn)幅線路10的功能是將同步脈沖TΣ經(jīng)脈沖調(diào)幅器13、模擬開關(guān)14、低通濾波器15和放大器16處理后的值，即F和H兩點(diǎn)間的電壓值作為參考值，調(diào)節(jié)I和H兩點(diǎn)間電壓使F點(diǎn)和H點(diǎn)間電壓在任何加工脈寬ti和脈間to條件下保持恒定不變，使得輸出的各路參數(shù)信號(hào)的滿刻度標(biāo)定值穩(wěn)定不變，以提高測量精度。上述調(diào)節(jié)功能由穩(wěn)壓器17來實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)點(diǎn)是它的檢測輸入端，I點(diǎn)是它的輸出端，H點(diǎn)是它的輸出公共端，L點(diǎn)和G點(diǎn)是它的電源輸入端，若穩(wěn)壓器17的檢測輸入阻抗很高時(shí)放大器16可省略。調(diào)節(jié)放大器16的增益，或調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器17F點(diǎn)的檢測比，或調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器17內(nèi)部的給定參考電壓可調(diào)節(jié)脈沖調(diào)幅器5輸出脈沖的幅度，以標(biāo)定各輸出信號(hào)的滿刻度值。穩(wěn)幅線路10的作用是當(dāng)脈沖調(diào)幅器5工作在高頻時(shí)，特別是當(dāng)ti小于1微秒時(shí)，因受響應(yīng)速度的影響使其輸出的幅度偏低，該穩(wěn)幅線路可對脈沖調(diào)幅器輸出實(shí)際脈沖幅值進(jìn)行穩(wěn)定，補(bǔ)嘗因工作頻率改變而帶來的偏差。該參數(shù)測量器的工作原理是各間隙狀態(tài)脈沖Td、Te、Te′、Ta和Ts等分別通過調(diào)幅器5后，它們的幅度得到精確控制，之后各脈沖信號(hào)分別經(jīng)模擬開關(guān)6和低通濾波器7和放大器8后得出各間隙狀態(tài)脈沖的平均電壓，由于各模擬開關(guān)受TΣ信號(hào)的控制，只有在電火花加工機(jī)床高頻脈沖電源輸出脈沖的脈寬時(shí)間“ti”中才閉合，各低通濾波器才能工作，當(dāng)上述脈沖處于脈間時(shí)間to時(shí)，各模擬開關(guān)斷開，使得各濾波器輸出值保持不變。因此各濾波器輸出電壓與各對應(yīng)的間隙狀態(tài)在“ti”內(nèi)的平均時(shí)間百分比參數(shù)成線性正比關(guān)系。
本發(fā)明中可采用正邏輯或負(fù)邏輯或是正負(fù)邏輯的組合。
輸出接口9是本發(fā)明裝置的參數(shù)測量器的A、B、C、D、E等輸出端與外部設(shè)備，如計(jì)算機(jī)或記錄儀等相連接的連線部份，若將本發(fā)明裝置作為一個(gè)獨(dú)立的對加工中間隙狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行顯示的儀器時(shí)，輸出接口9還應(yīng)包括與參數(shù)測量器輸出端相連的顯示器，該顯示器由可調(diào)限流電阻、電流或電壓表頭或通用發(fā)光電平指示組件組成。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是1.能正確地鑒別出“空載”、“火花放電”、“過渡不穩(wěn)定電弧”、“穩(wěn)定電弧”和“短路”等五種基本間隙狀態(tài)，能克服上述歐洲和美國專利存在的不足。
2.能對上述五種基本間隙狀態(tài)在機(jī)床高頻電源輸出脈沖的脈寬期間“ti”內(nèi)分別所占時(shí)間百分比參數(shù)。這些參數(shù)包含了機(jī)床上工具5工件間伺服進(jìn)給的信息。例如，當(dāng)加工間隙偏大時(shí)，空載參數(shù)td/ti偏大;當(dāng)加工間隙偏小時(shí)短路參數(shù)ts/ti偏大;當(dāng)加工間隙適當(dāng)時(shí)，若間隙沒有被放電屑污染火花放電參數(shù)te/ti偏大，若間隙已被污染過渡不穩(wěn)定電弧參數(shù)te′/ti和穩(wěn)定電弧參數(shù)ta/ti偏大。對這些參數(shù)處理后可直接控制機(jī)床伺服進(jìn)給，以直接調(diào)節(jié)加工間隙的大小。因此本發(fā)明測出的參數(shù)更有實(shí)用意義。
3.由于“過渡不穩(wěn)定電弧”是“穩(wěn)定電弧”的前兆，是預(yù)測“穩(wěn)定電弧”出現(xiàn)以防止電弧燒傷的一個(gè)重要信息，鑒別出這一狀態(tài)并測量出時(shí)間參數(shù)意味著電火花加工檢測技術(shù)的一個(gè)重要進(jìn)展。
4.本發(fā)明測量的參數(shù)完善，測出的參數(shù)數(shù)量等于歐洲專利EP9928的五倍，而線路結(jié)構(gòu)卻大大簡化，使其工作可靠成本低廉。
5.本發(fā)明的測試動(dòng)態(tài)特性為一階特性，易于計(jì)算機(jī)處理和對整個(gè)加工系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型。
圖1是本發(fā)明裝置的電路方框圖。
圖2是電火花加工中加工間隙電壓波形與圖1所示之方框圖中譯碼器4輸出的各信號(hào)波形的對照圖。
圖3是本發(fā)明裝置實(shí)施例電路圖。
下面詳細(xì)說明本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例。圖3提供了一個(gè)全集成電路的理想實(shí)施方案。電壓檢測器1由R1和R2組成的電阻分壓器和一個(gè)高速電壓比較器Ii、以及比較電壓調(diào)節(jié)電位器R3構(gòu)成，間隙電壓直接送至分壓器，分壓器輸出信號(hào)送至高速電壓比較器I1調(diào)節(jié)R3可調(diào)節(jié)整個(gè)電壓檢測器1的閥值電壓，可將其定為11伏左右。電流檢測器2由R4和R5組成的電阻分壓器、限流電阻R6及響應(yīng)時(shí)間小于0.5微秒的集成電路型超高速光耦合器I2等構(gòu)成;電流信號(hào)從電火花加工機(jī)床高頻脈沖電源主回路限流電阻12兩端測取電流壓降獲得，將此信號(hào)經(jīng)電阻分壓器后送至光耦合器I2的初級(jí)，光耦合器I2的次級(jí)輸出Ti信號(hào)，整個(gè)線路閥值電壓是電阻12兩端在加工放電時(shí)峰值壓降的二分之一左右。
高頻檢測線路3中的高通濾波器是由R1和C1組成的RC微分電路，起始頻率為30MHZ左右;放大器I3是差動(dòng)式高頻寬帶放大器，其截止頻率可為80MHZ左右，其增益為40db，I3可采用LM 733等集成芯片，因此高通濾波器和放大器I3合成頻帶為30MHZ-80MHZ;解調(diào)器由C2、C3、D1、D2、D3和D4組成的全波倍壓整流器和由R8和C4組成的峰值濾波器構(gòu)成，R8C4時(shí)間常數(shù)為0.5微秒左右為宜;I4和I5是高速電壓比較器，I4的比較電壓由R9調(diào)節(jié)，可調(diào)至1伏左右，I5的比較電壓由R10調(diào)節(jié)，可調(diào)至0.3伏左右。R7和C1將間隙電壓上的高頻分量濾出，高頻分量經(jīng)I3放大后再經(jīng)過由C2、C3、D1、D2、D3、D4和C4和R8組成的解調(diào)器后得出一脈沖信號(hào)，該脈沖的幅值正比于高頻分量的幅值，當(dāng)高頻分量很強(qiáng)時(shí)，致使該脈沖幅值高于I4和I5的比較電壓幅值，I4輸出的TH和I5輸出的TL均為邏輯“1”;當(dāng)高頻分量減弱時(shí)使解調(diào)器輸出脈沖幅值低于I4的比較電壓但級(jí)高于I5的比較電壓，使I4輸出的TH為邏輯“0”，I5輸出的TL為邏輯“1”;當(dāng)高頻分量消失時(shí)，使解調(diào)器輸出脈沖幅值很低，接近于零伏，即低于I4和I5的比較電壓，使TH和TL均為邏輯“0”。
圖3提供了一個(gè)采用通用雙2-4譯碼器I6和五個(gè)反相門G1、G2、G3、G4、G5組成譯碼器4的方案。
參數(shù)測量器中的調(diào)幅器5是由CMOS同相門電路G6、G7、G8、G9、G10組成，可采用MC 14050或CD 4050集成蕊片;模擬開關(guān)6由CMOS模擬門G11、G12、G13、G14、G15等組成，可采用MC 14016或CD 4016集成蕊片;低通濾波器7為R11、R12、R13、R14、R15和C5、C6、C7、C8、C9組成的五路RC一階低通濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)根據(jù)本裝置的具體用途而定，一般應(yīng)大于2毫秒;放大器8是由集成運(yùn)算放大器I7、I8、I9、I10、I11組成的五路電壓跟隨器;穩(wěn)幅線路10是由CMOS同相門G16、模擬開關(guān)G17、低通濾波器R21C10、放大器I12、電位器R22和三端穩(wěn)壓器I13組成。低通濾波器R21C10的時(shí)間常數(shù)與低通濾波器7相同;I13為輸出負(fù)電壓的三端集成穩(wěn)壓蕊片，其穩(wěn)壓值應(yīng)等于或大于參數(shù)測量器輸出參數(shù)的滿刻度標(biāo)定值。I13的公共端接F點(diǎn)，輸入端接G點(diǎn)，輸出端接H點(diǎn)，穩(wěn)幅線路10的直流供電電源的正極接I點(diǎn)，負(fù)級(jí)接G點(diǎn)。放大器I12的閉環(huán)增益可由R22調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)此放大器增益可調(diào)節(jié)調(diào)幅器輸出脈沖幅值以整定整個(gè)線路輸出各路參數(shù)的滿刻度值。圖1及圖3中A、B、C、D、E點(diǎn)分別對應(yīng)輸出td/ti、te/ti、te′/ti、ta/ti、ts/ts五路參數(shù)的模擬量電壓。C11是消振電容，一般大于200微法。
參數(shù)測量器輸出參數(shù)可送至計(jì)算機(jī)A/D轉(zhuǎn)換口或其他記錄或數(shù)據(jù)采集裝置，也可在本發(fā)明裝置內(nèi)加裝顯示器對這些參數(shù)進(jìn)行顯示以供操作者觀察加工狀態(tài)。若將這五路參數(shù)都用一種方式顯示，會(huì)使操作人員感到眼花瞭亂，觀察不便。圖3中提供一種顯示器的應(yīng)用實(shí)例。顯示器采用三個(gè)表頭M1、M2、M3和兩組通用發(fā)光電平指示器組件LED1和LED2組成。M1顯示“空載”參數(shù)td/ti，可調(diào)電阻R16用以對M1進(jìn)行限流和滿刻度標(biāo)定;M2顯示的是“火花放電”參數(shù)te/ti和“過渡不穩(wěn)定電弧”參數(shù)te′/ti分別經(jīng)可調(diào)電阻R17和R18疊加后的參數(shù)，即te/ti和te′/ti之和，R17和R18用以對M2的滿刻度標(biāo)定和限流;同理M3顯示的是“穩(wěn)定電弧”參數(shù)ta/ti和“短路”參數(shù)ts/ti之和，R19和R20用以對M3的滿刻度標(biāo)定和限流，因此在加工中表頭M1、M2、M3顯示之和應(yīng)為100%。發(fā)光電平指示器組件LED1和LED2分別顯示te′/ti和ta/ti參數(shù)。在加工中機(jī)床操作人員觀察M1、M2、M3三個(gè)表頭可了解機(jī)床加工的基本狀況;當(dāng)發(fā)光電平顯示器LED1指示參數(shù)值增高時(shí)，警告操作者加工狀態(tài)惡化;當(dāng)LED2指示值增高時(shí)，說明加工間隙中穩(wěn)定電弧”參數(shù)ta/ti升高，告訴機(jī)床操作者工件表面被燒傷，需采取措施排除此故障。
權(quán)利要求
1.一種電火花加工放電參數(shù)檢測裝置，它由編碼器、譯碼器、參數(shù)測量器和輸出接口組成，所說的編碼器包括電壓檢測線路；電流檢測線路和高頻檢測線路；電壓檢測線路由分壓器和門電路或分壓器和電壓比較器組成，其輸入端的電火花加工間隙電壓經(jīng)分壓器降壓后經(jīng)門電路或電壓比較器形成一脈沖信號(hào)Tu在其輸出端輸出；電流檢測器由分壓器和高速光耦合器組成，其輸入端輸入的電火花加工高頻脈沖電源主回路限流電阻壓降信號(hào)經(jīng)分壓器降壓后經(jīng)高速光耦合器形成脈沖信號(hào)Ti在其輸出端輸出高頻檢測線路由高通濾波器、放大器、解調(diào)器和兩個(gè)電壓比較器組成；高通濾波器將其輸入端的電火花加工間隙電壓上的高頻分量信號(hào)分離出來，經(jīng)放大器放大再經(jīng)解調(diào)器對其檢波和濾波，形成幅值正比于該高頻分量幅值的直流脈沖信號(hào)，將其脈沖信號(hào)輸入兩個(gè)電壓比較器，其中比較電壓較高的電壓比較器輸出TH信號(hào)，比較電壓較低的電壓比較器輸出TL信號(hào)；所說的譯碼器將編碼器輸出的Tu、Ti、TH、TL信號(hào)經(jīng)譯碼后形成瞬時(shí)脈寬分別對應(yīng)為td、te、te′、ta、ts、ti的Td、Te、Te′、Ta、Ts、TΣ的脈沖信號(hào)在其輸出端輸出，它由門電路組成或由通用譯碼器和門電路組成或由門電路和高速光耦合器組成，或由通用譯碼器、門電路和高速光耦合器組成，應(yīng)滿足如下邏輯關(guān)系Td=Tu、TiTe=Tu.Ti·TH·TLTe′=Tu·Ti·TH·TLTa=Tu·Ti·TH·TLTs=Tu·TiT∑=Tu+Ti；所說的參數(shù)測量器的輸入端輸入Td、Te、Te′、Ta、Ts、TΣ脈沖信號(hào)，輸出端輸出td/ti、te/ti、te′/ti、ta/ti、ts/ti參數(shù)的模擬量電壓；所說的輸出接口是參數(shù)測量器輸出端與外部設(shè)備相連的連線端口或是由該連線端口與顯示器組成；顯示器由可調(diào)限流電阻和電流或電壓表頭組成，或由通用發(fā)光電平指示組件組成；本發(fā)明的特征是所說的參數(shù)測量器由脈沖調(diào)幅器5、模氦開關(guān)6、低通濾波器7組成，其輸入端輸入的脈沖信號(hào)Td、Te、Te′、Ta、Ts由脈沖調(diào)幅器5進(jìn)行幅值變鐵之后分別經(jīng)過受T∑信號(hào)控制只在Ti時(shí)間內(nèi)才閉合的模擬開關(guān)6后，再分別經(jīng)低通濾波器7濾波形成td/ti、te/ti、te′/ti、ta/ti、ts/ti參數(shù)的模擬量電壓輸出。
2.權(quán)利要求1所提出的電火花加工放電參數(shù)檢測裝置，其特征是所說的參數(shù)測量器還包括輸入端與低通濾波器7輸出端相連的放大器8，對低通濾波器輸出的參數(shù)信號(hào)進(jìn)行阻抗變換后在其輸出端輸出。
3.權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所提出的電火花加工放電參數(shù)檢測裝置，特征是所說的參數(shù)測量器還包括穩(wěn)幅線路10，該穩(wěn)幅線路由脈沖調(diào)幅13、模擬開關(guān)14、低通濾波器15、穩(wěn)壓器17組成，其輸入端輸入的TΣ信號(hào)由脈沖調(diào)幅器13幅值變換后經(jīng)過受TΣ信號(hào)控制只在ti時(shí)間內(nèi)才閉合的模擬開關(guān)14后再經(jīng)低通濾波器15濾波后輸至穩(wěn)壓器17的檢測輸入端，穩(wěn)壓器17的輸出端與脈沖調(diào)幅器13的電源端相連，穩(wěn)壓器17調(diào)節(jié)脈沖調(diào)幅器13輸出脈沖幅值使其檢測輸入端電壓為一穩(wěn)定值。
4.權(quán)利要求3所提出的電火花加工放電參數(shù)檢測裝置，其特征是所說的穩(wěn)幅線路還包括輸入端與低通濾波器15輸出端相連，輸出端與穩(wěn)壓器17檢測輸入端相連的放大器16。
5.權(quán)利要求1和權(quán)利要求4所提出的電火花加工放電參數(shù)檢測裝置，其特征在于所說的脈沖調(diào)幅器為CMOS門電路;所說的模擬開關(guān)為控制端輸入TΣ信號(hào)的MOS模擬開關(guān);所說的低通濾波器為RC一階低通濾波器;放大器8為電壓跟隨器;放大器16為由運(yùn)算放大器構(gòu)成的可調(diào)增益同相放大器;穩(wěn)壓器17為輸出負(fù)電壓的三端集成穩(wěn)壓器。
6.一種電火花加工放電參數(shù)測量線路，輸入端輸入脈寬分別同步對應(yīng)等于所需檢測間隙狀態(tài)的瞬時(shí)時(shí)間的脈沖信號(hào)和與電火花加工高頻脈沖電源輸出脈沖的脈寬ti和脈間to同步相等的TΣ脈沖信號(hào)，輸出端輸出各被測間隙狀態(tài)分別所在ti時(shí)間內(nèi)平均時(shí)間比例參數(shù)，其特征是該參數(shù)測量線路包括與需測量參數(shù)數(shù)量相同的脈沖調(diào)幅器、模擬開關(guān)、低通濾波器;模擬開關(guān)受TΣ信號(hào)控制只在ti時(shí)間內(nèi)才閉合，低通濾波器在模擬開關(guān)斷開時(shí)輸出值保持不變;輸入端輸入的各路脈沖信號(hào)分別由脈沖調(diào)幅器幅值變換后經(jīng)過模擬開關(guān)再經(jīng)低通濾波器濾波后形成在ti時(shí)間內(nèi)各被檢測的間隙狀態(tài)分別所占平均時(shí)間比例參數(shù)的模擬量電壓。
7.權(quán)利要求6所提出的電火花加工放電參數(shù)測量線路，其特征是該線路還包括輸入端與所說的低通濾波器輸出端相連的放大器，對低通濾波器輸出的參數(shù)信號(hào)進(jìn)行阻抗變換后在其輸出端輸出。
8.權(quán)利要求6和權(quán)利要求7所提出的電火花加工放電參數(shù)測量線路，其特征是該線路還包括一個(gè)穩(wěn)幅線路，穩(wěn)幅線路由一個(gè)脈沖調(diào)幅器，一個(gè)受TΣ信號(hào)控制只在ti時(shí)間內(nèi)才閉合的模擬開關(guān)、一個(gè)當(dāng)模擬開關(guān)斷開時(shí)輸出值保持不變的低通濾波器和一個(gè)穩(wěn)壓器組成;其輸入端的TΣ信號(hào)由脈沖調(diào)幅器幅值變換后經(jīng)過模擬開關(guān)由低通濾波器濾波后輸至穩(wěn)壓器的檢測輸入端，穩(wěn)壓器的輸出端與脈沖調(diào)幅器的電源端相連;穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)脈沖調(diào)幅器輸出脈沖幅值使其檢測輸出入端電壓為一穩(wěn)定值。
9.權(quán)利要求8所提出的電火花加工放電參數(shù)測量線路，其特征是所說的穩(wěn)幅線路還包括一個(gè)輸入端與所說的低通濾波器輸出端相連，輸出端5所說的穩(wěn)壓器檢測輸入端相連的放大器。
10.權(quán)利要求6和權(quán)利要求9所提出的電火花加工放電參數(shù)測量線路，其特征是所說的脈沖調(diào)幅器為CMOS門電路;所說的模擬開關(guān)為控制端輸入TΣ信號(hào)的MOS模擬開關(guān);所說的低通濾波器為RC一階低通濾波器;所說的對低通濾波器輸出參數(shù)信號(hào)進(jìn)行阻抗變換的放大器為電壓跟隨器;所說的穩(wěn)幅線路中的放大器是一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的可調(diào)增益同相放大器;所說的穩(wěn)壓器為輸出負(fù)電壓的三端集成穩(wěn)壓器。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于對電火花加工中各種間隙狀態(tài)的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行定量檢測的裝置和用于此類裝置的參數(shù)測量線路。該裝置檢測加工間隙的電壓、電流和高頻信號(hào)得出代表空載、火花放電、過渡電弧、穩(wěn)定電弧和短路的脈沖，參數(shù)測量線路中的脈沖調(diào)幅器對此進(jìn)行幅值變換后經(jīng)模擬開關(guān)和低通濾波器形成在ti時(shí)間內(nèi)以上各間隙狀態(tài)所占的時(shí)間比例參數(shù)，本線路具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、調(diào)試容易、輸出參數(shù)易于計(jì)算機(jī)處理等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23H11/00GK1031668SQ8710303
公開日1989年3月15日 申請日期1987年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月2日
發(fā)明者王蔚岷, 林朝鏞 申請人:成都科技大學(xué)