CN101631638B - 放电检测方法以及放电加工装置 - Google Patents

Abstract

一种放电加工装置，具有：发生栅极信号(Gate)的栅极信号发生装置(2)；在栅极信号是导通时，对形成在工具电极(11)与工件(10)之间的加工间隙(12)施加电压的电源；对加工间隙的间隙电压(Vgap)进行检测的间隙电压检测器(13、14)；以及将表示放电的放电检测信号(spark)提供给栅极信号发生装置的放电检测装置(30)。放电检测装置(30)包括：发生具有比栅极信号高的频率的采样时钟(sample_CLK)的计数器(46)；以及在每个采样时钟输入间隙电压，判断间隙电压的下降是否大于规定的电压差的比较器(42)。根据该比较器的输出信号(A＜B)发生放电检测信号。

Description

放电检测方法以及放电加工装置

技术领域

本发明涉及通过在形成于工具电极与工件之间的加工间隙中发生放电而加工工件的放电加工装置。特别，本发明涉及以电方式检测发生在加工间隙中的放电的放电检测方法。 

背景技术

在放电加工装置中，对形成在工具电极与工件之间的加工间隙反复施加电压脉冲。一般，加工间隙被电介液充满，具有几μm～几十μm的尺寸。通过施加电压脉冲，在加工间隙中发生放电或火花，放电加工装置通常以电方式检测放电。专利文献1-5公开了具备放电检测装置或放电检测电路的放电加工装置。 

从施加电压脉冲到发生放电为止的期间被称为延迟时间。延迟时间是包含零的不确定的值。在发生放电的同时，电流开始经由加工间隙流过。当从发生放电起经过规定期间(“导通时间”)时，停止供给电流。当导通时间结束起经过规定期间(“截止时间”)时，再次对加工间隙施加电压脉冲。导通时间与截止时间是放电加工装置的NC装置控制的重要的参数之一。 

参照图4-8来说明具备放电检测装置的以往的放电加工装置。如图4中所示，微小的加工间隙12形成在工具电极11与工件10之间。由直流电源4、限流电阻7以及开关元件8构成的第一串联连接与加工间隙12连接。直流电源4的电压设定在60V至150V之间。由直流电源5、限流电阻6以及开关元件9构成的第二串联连接与第一串联连接并联地连接于加工间隙12。直流电源5的电压设定在90V至280V之间。具有一对电阻13、14的分压器对加工间隙12间的电压Vgap进行检测。间隙电压Vgap被供给到放电检测装置3。 

开关元件8、9的导通/截止动作是通过栅极信号Gate控制的。栅极信号发生装置2生成栅极信号Gate，栅极信号Gate还被供给到放电检测装置3。在NC装置1中生成指令导通时间的数据ON_Data与指令截止时间的数据OFF_Data，并提供给栅极信号发生装置2。NC装置1还将表示基准电压的数据Vref_Data提供给放电检测装置3。放电检测装置3将表示放电的放电检测信号spark提供给栅极信号发生装置2。 

参照图5，说明栅极信号发生装置2的一个例子。栅极信号发生装置2包括选择器23、AND门25、计数器20、比较器21、选择器22以及T触发器24。时钟信号CLK1经由AND门25被输入到选择器23。AND门25仅在信号spark是导通时使时钟信号CLK1通过。而且，时钟信号CLK2被送到选择器23。选择器23择一地将时钟信号CLK1作为信号ON_CLK、或者将时钟信号CLK2作为信号OFF_CLK而供给给计数器20。计数器20对信号ON_CLK或信号OFF_CLK进行计数。计数器20的输出Q向比较器21的输入A连接。指令导通时间的数据ON_Data与指令截止时间的数据OFF_Data被提供到选择器22。选择器22的输出O向比较器21的输入B连接。比较器21的输出A＝B向计数器20的复位输入RES与T触发器24的输入T连接。T触发器24生成用于开关元件8、9的信号Gate。信号Gate还被被供给到选择器22的输入S与选择器23。 

参照图6，说明栅极信号发生装置2的动作。指令导通时间的数据ON_Data被设定为“6”，指令截止时间的数据OFF_Data被设定为“4”。在时间t1，在计数器20中信号OFF_CLK的计数达到“4”时，如图6(A)中所示，比较器21发生脉冲A＝B。由于脉冲A＝B，计数器20中的计数“4”复位为“0”，如图6(B)中所示，T触发器24将信号Gate的电平从“0”切换为“1”。响应于“1”电平的信号Gate，直流电源4、5的电压被施加到加工间隙12。而且，选择器23选择信号ON_CLK，选择器22选择指令导通时间的数据ON_Data。 

在从时间t1经过了不确定的延迟时间tw的时间t2，如图6(C) 中所示，放电检测信号spark变为导通。如图6(D)中所示，计数器20开始信号ON_CLK的计数。在时间t3，在计数器20中信号ON_CLK的计数达到“6”时，如图6(A)中所示，比较器21发生脉冲A＝B。由于脉冲A＝B，计数器20中的计数“6”复位为“0”，如图6(B)中所示，T触发器24将信号Gate的电平从“1”切换为“0”。响应于“0”电平的信号Gate，开关元件8、9成为截止，停止向加工间隙12施加电压。而且，选择器23选择信号OFF_CLK，选择器22选择指令截止时间的数据OFF_Data。如图6(E)中所示，计数器20开始信号OFF_CLK的计数。在时间t4，在计数器20中信号OFF_CLK的计数再次达到“4”时，如图6(A)中所示，比较器21发生脉冲A＝B。 

参照图7，说明放电检测装置3的一个例子。放电检测装置3包括基准电压发生器31、比较放大器34以及AND门35。NC装置1将表示基准电压的数据Vref_Data提供给基准电压发生器31。数据Vref_Data是根据直流电源4、5的电压等条件的设定而决定的。基准电压发生器31根据数据Vref_Data发生基准电压Vref。间隙电压Vgap经由保护电阻32被供给到比较放大器34的一个端子。基准电压Vref经由保护电阻33被供给到比较放大器34的另一个端子。比较放大器34将间隙电压Vgap与基准电压Vref进行比较，输出二值信号CP。信号CP在间隙电压Vgap低于基准电压Vref时是导通。在信号Gate与CP都是导通时，作为AND门35的输出的信号spark是导通。 

参照图8，说明放电检测装置3的动作。关于图8中的左侧的电压波形，假设仅使用80V的直流电源4。在时间t0，如图8(D)中所示信号Gate变为导通时，如图8(A)中所示，间隙电压Vgap开始上升。在时间t1，间隙电压Vgap达到基准电压Vref时，如图8(C)中所示，信号CP变为截止。在开始放电的时间t2，如图8(A)中所示，间隙电压Vgap开始下降，如图8(B)中所示，电流Igap开始经由加工间隙12流过。在时间t3，间隙电压Vgap变得低于基准电压 Vref时，如图8(C)中所示，信号CP变为导通，如图8(E)中所示，信号spark也变为导通。这样，放电检测信号spark延迟从时间t2至时间t3为止的延迟时间td1后上升。在从时间t3起经过了指令导通时间的时间t4，如图8(D)中所示，信号Gate变为截止，如图8(E)所示，信号spark也变为截止。在时间t5，如图8(B)中所示，间隙电流Igap变为零。 

在图8中的右侧示出了在加工了具有高电阻率的工件10的情况下呈现的典型的电压波形。假设使用直流电源4、5这两方，并对加工间隙12施加150V左右的高电压。在时间t6，如图8(D)中所示信号Gate变为导通时，如图8(A)中所示，间隙电压Vgap开始上升。在时间t7，间隙电压Vgap开始下降。在时间t8，间隙电压Vgap变得低于基准电压Vref时，如图8(E)中所示，信号spark变为导通。从时间t7至时间t8为止的信号spark的上升的延迟时间td2比延迟时间td1还大。这样的延迟时间td1、td2特别损害在微细加工中要求的导通时间的高精度控制。 

专利文献1：日本特公昭44-13195号公报 

专利文献2：日本特许3582370号公报图14-15 

专利文献3：日本特许3396515号公报 

专利文献4：日本特开2001-038527号公报 

专利文献5：日本特公昭46-24678号公报 

发明内容

本发明的目的在于提供一种使表示放电的放电检测信号的延迟最小化的放电检测方法以及放电加工装置。另外，本发明的目的在于提供一种不论间隙电压的波形、加工条件而可以正确地检测出放电的放电检测方法以及放电加工装置。 

根据本发明，提供一种对在形成于工具电极(11)与工件(10)之间的加工间隙(12)中发生的放电进行检测的放电检测方法，包括： 

发生栅极信号的步骤； 

在栅极信号是导通的期间，为了发生放电而对加工间隙施加电压的步骤； 

对加工间隙的间隙电压进行检测的步骤；以及 

在栅极信号是导通的期间，在每个采样时间输入间隙电压，在间隙电压的下降大于规定的电压差时判断为发生了放电的步骤。 

另外，根据本发明，提供一种放电加工装置，通过放电对工件进行加工，该放电加工装置具有：发生栅极信号(Gate)的栅极信号发生装置(2)；在栅极信号是导通时，对形成在工具电极(11)与工件(10)之间的加工间隙(12)施加电压的单元；以及对加工间隙的间隙电压(Vgap)进行检测的间隙电压检测器(13、14)，该放电加工装置的特征在于具有放电检测装置(30)，该放电检测装置(30)包括在每个采样时间输入间隙电压并判断间隙电压的下降是否大于规定的电压差的第一比较器(42)，根据上述第一比较器的输出信号将表示放电的放电检测信号(spark)提供给栅极信号发生装置。 

优选为，放电检测装置包括：第二比较器(41)，在每个采样时间输入间隙电压并判断间隙电压的上升；第一锁存电路(37)，与第一比较器以及第二比较器连接，在每个上述采样时间保持最新的间隙电压；以及第二锁存电路(38)，与第二比较器连接，仅在第二比较器判断出间隙电压的上升时保持最新的间隙电压。进一步优选为，放电检测装置包括第三比较器(43)，该第三比较器与上述第二比较器以及上述第二锁存电路连接，输入表示规定的电压差的数据。 

根据本发明的放电检测方法以及放电加工装置，不论间隙电压的波形、加工条件都可以正确地检测放电。因此，可以按照指令控制在加工间隙中发生的电流脉冲的宽度。其结果，可以实现精度更高的微细加工。 

附图说明

图1是示出本发明的放电检测装置的框图。 

图2是示出图1的放电检测装置的动作的时序图。 

图3是示出图1的放电检测装置的其他动作的时序图。 

图4是示出以往的放电加工装置的框图。 

图5是示出图4中的栅极信号发生装置的框图。 

图6是示出图5的栅极信号发生装置的动作的时序图。 

图7是示出图4中的放电检测装置的框图。 

图8是示出图7的放电检测装置的动作的时序图。 

标号说明 

1NC装置 

2栅极信号发生装置 

3放电检测装置 

4、5电源 

6、7限流电阻 

8、9开关元件 

10工件 

11工具电极 

12加工间隙 

13、14电阻 

20计数器 

21比较器 

22、23选择器 

24T触发器 

25AND门 

30放电检测装置 

31基准电压发生器 

32、33保护电阻 

34比较放大器 

35AND门 

36A/D变换器 

37、38锁存电路 

39D触发器 

41、42、43比较器 

45、47反相器 

46二进制计数器 

61、63D触发器 

62、64D触发器 

71、72、73、74AND门 

具体实施方式

参照图1，说明具备放电检测装置30的本发明的放电加工装置。放电加工装置具备图4中的NC装置1、栅极信号发生装置2以及间隙电压检测器13、14，但省略它们的说明。间隙电压Vgap与栅极信号Gate被供给到放电检测装置30，放电检测装置30将表示放电的信号spark供给给栅极信号发生装置2。间隙电压Vgap被供给到A/D变换器36。A/D变换器36每当输入系统时钟SYS_CLK时，将表示间隙电压Vgap的数字数据Vgap_Data提供给锁存电路37、38。锁存电路37、38在脉冲被提供到输入L时保持最新的数据Vgap_Data。锁存电路37的输出OUT向比较器41、42的各输入A连接。锁存电路38的输出OUT向比较器41的输入B和比较器43的输入A连接。 

比较器41在每个采样时间判断间隙电压Vgap的上升。在间隙电压Vgap上升时，比较器41的输出信号A＞B是导通状态。比较器42在每个采样时间判断间隙电压Vgap的下降是否大于规定的电压差。在间隙电压Vgap的下降大于规定的电压差时，比较器42的输出信号A＜B是导通状态。表示规定的电压差的数据被提供到比较器43的输入B。 

信号Gate通过反相器45反转后，被供给到锁存电路37、38、D触发器39以及二进制计数器46的各复位输入R。二进制计数器46输入系统时钟SYS_CLK，发生决定采样时间的采样时钟sample_CLK。在一个栅极信号是导通的期间，发生多个采样时钟 sample_CLK。采样时钟sample_CLK的频率通过其输出Qn可以设定为期望的值。在将系统时钟SYS_CLK的频率设为40MHz时，例如，采样时钟sample_CLK的频率在输出Q0时为20MHz，在输出Q1时为，10MHz，在输出Q2时为5MHz，在输出Q3时为2.5MHz。优选为，采样时钟sample_CLK的频率与信号Gate相比大100倍左右。在导通时间是10μs时，例如，频率被设定为10MHz。 

采样时钟sample_CLK被供给到D触发器61、63的级联连接。另外，采样时钟sample_CLK通过反相器47反转后，被供给到D触发器62、64的级联连接。系统时钟SYS_CLK被供给到D触发器61、63、62、64、39。 

D触发器61的输出Q被供给到D触发器63的输入D和AND门71。D触发器63的输出Q被反转而供给到AND门71。AND门71发生表示采样时钟sample_CLK的上升的脉冲CMP_CP。脉冲CMP_CP被供给到锁存电路37的输入L和AND门81。这样，锁存电路37每当采样时钟sample_CLK上升时，保持最新的数据Vgap_Data。向AND门81供给比较器42的输出A＜B。AND门81将脉冲VD供给给D触发器39的输入D。D触发器39将信号spark供给给栅极信号发生装置2。 

D触发器62的输出Q被供给到D触发器64的输入D和AND门72。D触发器64的输出Q被反转而供给到AND门72。AND门72将脉冲Latch供给给AND门82。脉冲Latch是与脉冲CMP_CP同步地发生，表示采样时钟sample_CLK的下降。向AND门82供给比较器41的输出A＞B。AND门82将脉冲VU供给给锁存电路38的输入L。这样，锁存电路38保持数据Vgap_Data的最大。 

参照图2，说明放电检测装置30的动作。假设仅使用90V的直流电源4，提供给比较器43的规定的电压差数据是“10”。在时间t0，如图2(A)中所示信号Gate是截止，锁存电路37、38的输出数据都是“0”。在信号Gate变为导通的时间t1，如图2(H)中所示间隙电压Vgap开始上升，二进制计数器46开始计数。如图2(B)中所示，在最初的采样时钟sample_CLK上升了的时间t2，如图2(C)中所示，AND门71将最初的脉冲CMP_CP供给给锁存电路37。在该时刻，如图2(D)中所示，锁存电路37保持最新的数据Vgap_Data“8”。数据Vgap_Data“8”被供给到比较器41、42的各输入A。由于比较器41的输入B仍为“0”，所以比较器41的输出A＞B变为导通。 

在最初的采样时钟sample_CLK下降了的时间t3，最初的脉冲Latcg通过AND门82，如图2(E)中所示，作为脉冲VU，被供给到锁存电路38的输入L。锁存电路38保持数据Vgap_Data“8”。间隙电压Vgap继续上升，连续地发生脉冲VU。在时间t4，锁存电路38保持数据Vgap_Data“90”。在时间t5，锁存电路37保持数据Vgap_Data“89”，比较器41的输出A＞B变为截止。以后，由于比较器41的输入B不超过“90”，所以如图2(E)中所示，AND门82已不发生脉冲VU。 

在时间t6，加工间隙的绝缘特性被破坏，开始放电。在从开始放电后发生了最初的脉冲CMP_CP的时间t7，如图2(D)中所示，锁存电路37保持最新的数据Vgap_Data“78”。由于比较器42的输入B是“80”，所以比较器42的输出信号A＜B变为导通。其结果，如图2(F)中所示，AND门81将脉冲VD供给给D触发器39。如图2(G)中所示，D触发器39响应于脉冲VD而使信号spark导通。在信号Gate变为截止的时间t8，D触发器39使信号spark截止。 

参照图3，说明放电检测装置30的其他动作。假设仅使用90V的直流电源4，提供给比较器43的规定的电压差数据是“10”。在开始放电的时间t4，锁存电路38保持数据Vgap_Data“60”。在从开始放电后发生了最初的脉冲CMP_CP的时间t5，如图3(D)中所示，锁存电路37保持最新的数据Vgap_Data“45”。其结果，如图3(G)中所示，D触发器39响应于脉冲VD而使信号spark导通。这样，即使在间隙电压Vgap未达到90V而开始放电的情况下，也可以无延迟地检测放电。 

实施例是以说明发明的原理与其实用化的目的而选择的，考虑上述启示可以实现多种变形。 

Claims (4)

1.一种放电加工装置，通过放电对工件进行加工，该放电加工装置具有：发生栅极信号的栅极信号发生装置(2)；在栅极信号是导通时，对形成在工具电极与工件之间的加工间隙施加电压的单元；以及对加工间隙的间隙电压进行检测的间隙电压检测器(13、14)，该放电加工装置的特征在于具有放电检测装置(30)，

该放电检测装置(30)包括在每个采样时间输入间隙电压并保持最大间隙电压的第一锁存电路(38)、和在每个上述采样时间输入间隙电压并判断从上述最大间隙电压的间隙电压的下降是否大于规定的电压差的第一比较器(42)，根据上述第一比较器的输出信号将表示放电的放电检测信号提供给上述栅极信号发生装置。

2.根据权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，上述放电检测装置包括：第二比较器(41)，在每个上述采样时间输入间隙电压并判断间隙电压的上升；以及第二锁存电路(37)，与上述第一比较器以及第二比较器连接，在每个上述采样时间保持最新的间隙电压，上述第一锁存电路与上述第二比较器连接，仅在上述第二比较器判断出间隙电压的上升时保持最新的间隙电压。

3.根据权利要求2所述的放电加工装置，其特征在于，

上述放电检测装置包括第三比较器(43)，该第三比较器与上述第一比较器以及上述第一锁存电路连接，输入表示上述规定的电压差的数据。

4.根据权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，

上述放电检测装置包括计数器(46)，该计数器发生决定采样时间的采样时钟，该采样时钟具有比上述栅极信号高的频率。

Images