CN102131607B - 使用放电机械改进轧辊毛化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种控制放电装置的方法，其中所述的放电装置会在一个预定的时间段内使一个电导表面成为一个机械加工或毛化的表面；计算所使用的电压脉冲数量；计算当每个电极上使用的电压脉冲降至低于一个起始电压时的电压脉冲数量与用于对那个或每个电极产生一个有效测量的电压脉冲数量之比；将那个或每个电极的有效测量输出；并根据所述的有效测量来调节那个或每个电极上使用的电压脉冲，以弥补那个或每个电极上产生的错误。

Description

使用放电机械改进轧辊毛化的方法和装置

本发明涉及在一个工件表面上加工或使用一个表面时使用一种放电技术(EDT)来控制并减少火花的方法和装置。一种EDT技术常常用于在一个工作辊表面上使用一个毛化或亚光的表面。在轧制金属产品时使用的工作辊会在所轧制的产品上形成一个完全毛化或亚光的表面。本发明还特别地应用了EDT机械，它使用了多个电极组成的矩阵，其中的电极与一个单独的伺服电机相连。

申请人之前申请的欧洲专利EP0294082、EP0304235和EP0373154公开了现有的放电技术，它可以毛化一个物体的表面，如一个工作辊，也可以称之为一个亚光辊。

如欧洲专利EP0304235所述，放电装置的顶部通常有一个由多个电极组成的矩阵，所述的电极被一块绝缘材料支撑，这样每个电极就与其相邻的电极之间绝缘。所述的顶部例如通过一个伺服电机朝向或远离工作辊地移动，并由一个框架支撑。所述的框架包括多个电连接，这些电连接将每个电极与一个脉冲直流电的单独电源连接。

使用时，所述的电极伸进一个电介质池中，而工作辊的表面也浸入到这个电介质池中。一个电脉冲用来击穿电介质，于是电极顶部和工作辊表面之间的电流就会产生一个火花。一个火花使轧辊表面的温度迅速上升，于是轧辊表面上一个小面积区域会熔解产生一个瞬时坑。重复这个过程以产生大量的坑，于是使轧辊产生所需的毛化。

使用一个伺服电机控制器可以改变电极和轧辊表面之间间隙的距离，从而控制所述的毛化过程。当达到电介质的击穿电压，电极和轧辊表面之间产生火花时，所述的间隙就会减小。

如果希望使一个放电装置的效率更高，就需要使用一个特定量的脉冲在一个特定时间内产生尽可能多的火花。但是已发现甚至是控制电极和轧辊表面之间的间隙，也无法使用一个脉冲一直产生火花。如果没有产生一个火花，那么工作轧辊上也没会进行任何处理，那么该系统的效率就会降低。

可以用公知的方法使用一个电龄换器来确定一个放电装置的测量效率，并测量电流的量。但是这种方法很不灵敏，仅能提供一个大约的实际效率。此外，它无法提供一个矩 阵中每个单独电极的效率信息。

重要的是监测一个矩阵中的每一个电极的效率，因为一个单独的伺服电机控制器可以控制多个电极，而已经发现一个电极开始工作会比其相仿的电极们更困难。这种会增加一个“优势”电极输出的开始是无规律的，它会持续一段时间，并渐渐变弱。这会使工作辊表面形成一个不规则的毛化；而电极最终渐渐变弱时效率会降到零；它的缺点是产生脉冲的电子器件与电极相连。

此外，在EDT机械操作中可以有效地监测其它的不规律现象。已经发现在一个EDT机械的电极矩阵中正常使用脉冲电流时，如果电极和工作辊表面之间的平均电压在火花发生期内太低，那么会产生电弧。即当电源脉冲持续超过脉冲的“接通持续时间”，那么就会产生电弧。电弧会损坏工作辊的表面，使工作辊不能被打磨。这个工作辊就得重新打磨，重新毛化。这既会增加费用，又会增加时间。

EDT机械在一个单独的伺服电动机上使用多个电极的其它原因是可以在一个轧辊的长度内产生不规则的毛化。当一个电极矩阵沿一个工作辊的长度移动时，会发现在它的移动路径中间，每个电极会使轧辊毛化，因为毛化顶端的每个电极都会穿过其长度中的每个点。但是当电极矩阵在工作辊顶端时，毛化顶端被带到一个终止点，不是所有的电极会穿过这个工作辊的顶端。只有最接近这个工作辊顶端的电极会毛化端点，于是工作辊顶端的毛化效果会降低。这是一个不良效果，因为工厂中使用的的工作辊要求其整个表面是均匀毛化的。

本发明旨在提供那些使用放电机械能改进轧辊毛化的方法和装置，它们能控制一个电极或一个多电极组成的矩阵，使之产生一个更均匀毛化的效果，克服上述问题。

本发明一方面提供了一种放电装置的控制方法，其中所述的放电装置可以在一个电导工件的表面使用一个机械加工的或毛化的面，该控制方法包括以下步骤：在一个预定的时间段内向一个或多个电极使用多个电压脉冲；用那个或每个电极来监测电压参数输出；并调节所使用的电压脉冲，以弥补那个或每个电极中产生的错误。

优选地，所述的监测电压参数步骤包括计算所使用的电压脉冲的数量；当那个或每个电极上使用的电压脉冲降至低于一个起始电压时，计算电压脉冲的数量；计算当那个或每个电极上使用的电压脉冲降至低于个起始电压时的电压脉冲数量与用于对那个或每个电极产生一个有效测量的电压脉冲数量之比；将那个或每个电极的有效测量输出；其中所述的调节那个或每个电极上所使用的电压脉冲步骤是根据所述的有效测量来实现的。

通过测量火花效率，一个使用者可以获得有关EDT机械性能的准确反馈，于是他就可以进行调节，以获得最佳的机械性能。

设想效率测量法如果可以自动完成井将反馈直接输入到机械的操作参数中，那么就可以针对效率输入进行自动地调节。这样一个使用者就可以防止电弧的产生，并在整个工作辊表面实现一个最大效率化的均匀毛化。

或者监测电压参数的步骤包括：在脉冲间隔后确定那个或每个电极中产生的电压输出比一个预定的起始输出更大；其中调节在那个或每个电极上所用的电压脉冲步骤是根据脉冲间隔之后确定的电压输出来进行的。

优选地，调节那个或每个电极上所用的电压脉冲步骤包括在一个设定的时间段内减小电源。

优选地，调节那个或每个电极上所用的电压脉冲步骤包括在一个设定的时间段内停止供电。

优选地，调节那个或每个电极上所用的电压脉冲步骤包括在一个设定的时间段内减小那个或每个电极上使用的电脉冲数量(频率)。

本发明第二方面是提供一种控制放电装置的控制设备，其中所述的放电装置是用于在一个电导工件的表面上形成一个机械加工或毛化的表面，该控制设备包括一个用于监测那个或每个电极产生的电压参数输出的监测构件；和多个调节所使用的电压脉冲以弥补那个或每个电极中产生的错误的调节构件。

优选地，所述的监测构件包括一个监测构件以及一个调节构件；所述的监测构件用于监测那个或每个电极产生的电压参数输出，其包括：一个第一计数构件，它会计算一个预定时间段内在一个或多个电极上使用的电压脉冲的数量；一个第二计数构件，它会在那个或每个电极上使用的电压脉冲降至低于一个起始电压时计算电压脉冲的数量；一个计算构件，计算当每个电极上使用的电压脉冲 降至低于一个起始电压时的电压脉冲数量与用于对那个或每个电极产生一个有效测量的电压脉冲数量之比；一个输出端，它会为那个或每个电极输出一个效率测量；所述的调节构件会根据那个或每个电极的效率测量输出来调节在那个或每个电极上使用的电压脉冲，以弥补那个或每个电极上产生的错误。

或者所述的监测构件包括一个计时构件，它会计算一个或多个电极上使用的那个或每个电压脉冲的火花间隔；一个探测构件，它会在脉冲间隔后确定那个或每个电极中产生的电压输出比一个顶定的起始输出更大；其中所述的调节构件用于调节那个或每个电极上所用的电压脉冲，使之与脉冲问隔之后确定的电压输出相对应。

在本申请中，“包括”是指“包括，除其它之外”。它不是指“仅由……组成”。

本发明将会结合部分相同或单独的实施例来清楚，简明地说明本发明的内容，特征；但是应指出的是本发明可以包括这些将上述所有或一部分特征组合起来的实施例。

本发明将结合附图说明实施例，其中：

图1是本发明所述的测量火花效率的方法的电压曲线图；

图2是本发明所述的火花效率测量装置的结构示意图；

图3是本发明第二实施例中正常毛化时和脉冲抑制时的电压曲线图；

图4是本发明第二实施例中，一个第二方面所述的正常毛化时，电弧产生时和火花抑制时的电压曲线图；

图5a是本发明第三实施例所述的一种EDT机械的主视图；

图5b是图5a所示实施例中，位置A处的第一和第二电极使用的脉冲的电压曲线图；

图5c是图5a所示实施例中，位置B处的第一和第二电极使用的脉冲的电压曲线图。

图1是测量火花效率的方法中使用的电压曲线图。所述的测量一个电极1火花效率的装置包括一个脉冲发生器3，它与电极1相连来产生一个火花1，如图1所示。所述的脉冲发生器的一个输出端11a与一个火花计数器5相连。电极1与一个火花探测器7相连，该火花探测器7是设置成利用图1中脉冲2所示的电压曲线图来确定一个火花。所述的火花探测器7的一个输出库与一个火花计数器9相连。

使用时，火花发生器3会在整个预定时间段内，将一些电压脉冲用在电极1上。每个脉冲的“时间段”的数量是使用所述的脉冲计数器5来计算的。所述的火花探测器7确定一个脉冲什么时候使电极1产生的火花。所探测到的火花数量是由计数器9和输出端来计算的。

如图1中脉冲1所示，如果没有火花产生，那么电压在整个取样时间段不会发生变化。但是如脉冲2所示，如果产生了一个火花，那么电压会在一个很短的时间内从最高值降到一个平均值。如果设置了起始T，当低于它时则会产生一个火花，并且低于这个电压值时火花探测器会记录一个火花。每个探测到的火花会由火花计数器9计算。所产生的脉 冲电压至少为100伏。如果产生一个火花，那么电压会降至约20伏。火花起始时火花探测器7会在30-40伏时探测到一个火花。

使用1秒后，脉冲计数器5和火花计数器9的值分别被输出给输出端11a和11b。于是计数器5，9都被重新设置。为了测量整个设定测量时间段内的操作效率，将会计算电极1上使用的脉冲数量(输出端11a)与实际火花(输出端11b)数量的比例。这些会产生一个火花的脉冲的比例能确定电极1的效率。

效率(％)＝(所探测到的火花总数/所使用的脉冲总数)X100

一个矩阵中每个电极的效率值可以计算出矩阵中所有电极的平均效率。这些效率值可以被记录。并且所测量的电极矩阵的性能可以用于向矩阵中至少一个电极反馈并调节所述的输入，提高整个矩阵的输出均匀性。此外所述的电极效率值可以反馈并调节伺服电机的位置。

对于由二个或二个以上电极组成的一个矩阵而言，一个大于或等于90％的效率值可以说明这个矩阵有一个很高的效率。例如每个电极的效率值可以用于确定一个电极在矩阵中其它所有电极中占优势。所述的火花初始值T是由控制设备(图中未显示)如上文所述的那样设定。如果产生的火花数量以及因此产生的一个单独电极的效率被发现大于其相邻的，那么就说明该电极是占优势的。为了确定这种优势，控制设备比较两个最大的电极效率值或比较其余电极的平均效率值中的最大效率值。如果这两个效率值间的差异比一个预定的“控制性的初始”更大，那么所述的控制设备确定具有最高效率的电极是占优势的。

图3中，实施例A显示了正常毛化过程中的一个脉冲线。为了确定一个单独的电极是占优势的，先调节用于电极的电源，于是控制设备发生反应。所述的电源被切断和/或电源的供给被控制。例如，为了确定这种优势，向占优势的电极提供的电源在删除工作比率前，被切断大约1秒的时间，如下文所述，被切断更长的约5秒时间。

控制设备会降低在占优势的电极上使用的脉冲电压或数量。如实施例B所示，每秒脉冲不会都穿过所述的占优势的电极，这会使该电极的工作比率降低50％。如实施例C所示，仅有每三个脉冲会穿过所述的占优势的电极，这会使该电极的工作比率降低66％。对占优势的电极的控制会在控制设备恢复脉冲后持续一段时间。

与上述相同的控制一个占优势电极的方法也可以在一个电极和轧辊表面之间的电压下降过快时，或下降到正常机械的一个起始值时，或如果火花持续时间超过了产生火花的 电源脉冲的“接通持续时间”时用来消除电弧。通过举例的方式72个电极组成的一个电极矩阵可以用于毛化一个轧辊。所述的电极可以用4个伺服电机带动，每个电极带动18个电极。所述的电源脉冲的“接通持续时间”是在25微秒内，而脉冲间的“非工作时间”在30微秒内。毛化工作辊表面会在30分钟内。在选择性的实施例中，脉冲操作会超过一个约在10至400微秒的“接通持续时间”和一个约在15至450微秒的“非工作时间”。

如图4a所示，在正常毛化过程中所使用的每个脉冲会产生一个火花15。每个电极的电压输出会被连续监测。使用各种方法可以有效地探测电弧，这些方法也可以在各种条件下确保精确地探测。如图4b所示，如果所述的火花标记的A太快，B点处的火花低于一个重要的起始点(如点线所示)，而脉冲的持续时间到达了“非工作时间”，如点C所示那么可以确定一个电弧。还是如图4b所示，当探测到一个电弧时，控制设备会控制给电弧电极提供的电源(实心线所示)来防止电弧持续产生。此外当控制设备探测到电弧时，伺服电机会被操作来移动电极远离轧辊表面。所述的控制设备控制电源既可以是一个固定的时间段也可以是伺服电机将电极顶部停止向前移动，并开始将它向后移回来所需的时间。这个时间通常是在20毫秒内。当电源脉冲被重新设置，就会产生一个“正常”型的火花。

与上文所述的控制一个占优势电极的方法相似，火花方式也可以被修改为与沿一个工作辊表面设置的毛化顶部的位置相关。例如，这可以用于在一个工作辊的顶端控制火花产生，防止产生一个不均匀的毛化效果。

如图5a所示，毛化顶部33包括一个第一电极37和一个第二电极39。使用两个电极完全是为了图示方便，实际中可以使用多个。所述的毛化顶部33在基本平行于工件表面的M方向上，沿旋转辊35移动，于是工作辊35的整个表面被处理。如图5a所示，位置A处，第一和第二电极37，39都产生了火花来毛化所述的轧辊表面。如图5b所示，同样的电源脉分别击穿了两个电极37，39。使用时，毛化顶部33会在位置B，即工作辊的顶端处停止。当接近轧辊顶端时，一个控制设备(图中未显示)会相应地降低电击在第一电极37上的电源脉冲，并使电源脉冲持续地电击第二电极39。所述的电击第二电极39的电源脉冲会持续地产生最大的效率。因此，轧辊的顶端被第二电极39以最大程度地毛化，它的毛化方式与工件表面上最接近被两个电极37，39毛化的轧辊顶端的部分相同。

上述实施例仅用于举例说明，本领域的普通技术人员能在不偏离本发明所述权利要求的保护范围内，自然地发现各种变化。

Claims (5)

1.一种控制放电装置的方法，其特征在于，所述的放电装置用于在一个电导工件表面形成一个机械加工或毛化的表面，所述的放电装置的顶部包括由多个电极组成的矩阵，所述的顶部通过伺服电机朝向或远离所述工件移动，在预定的时间段内，每个电极从脉冲发生器接收多个使用的电压脉冲，并向所述工件表面释放这些电压脉冲，

所述的方法包括以下步骤：

在一个预定的时间段内向这些电极使用多个电压脉冲；

计算所述预定的时间段内每个电极使用的脉冲数量；

计算每个电极上使用的电压脉冲降至低于预定的阈值电压时的电压脉冲的数量；

计算每个电极上使用的电压脉冲降至低于预定的阈值电压时的电压脉冲的数量与每个电极使用的脉冲数量之比，得出每个电极的效率值；

将每个电极的效率值输出；并根据所述的效率值来调节每个电极上使用的电压脉冲，以弥补电极上产生的错误；

至少比较最高电极效率值与每个其它电极的平均效率值；并确定所述最高电极效率值与所述平均效率值之间的差异是否比预定的阈值更大。

2.如权利要求1所述的控制放电装置的方法，其特征在于，每个电压脉冲是在一个预定的时间段内使用的，所述的方法还包括的步骤是监测电压参数，通过：检测在所述的脉冲间隔之后，每个电极的比预定的阈值输出更大的电压输出；通过对脉冲间隔之后，对所述电压输出的检测来调节每个电极中使用的电压脉冲。

3.如权利要求1所述的控制放电装置的方法，其特征在于，调节每个电极上使用的电压脉冲步骤包括在一个设定的时间段内切断电源。

4.如权利要求1所述的控制放电装置的方法，其特征在于，调节每个电极上使用的电压脉冲步骤包括在一个设定的时间段内减小每个电极上所使用的电压脉冲数量。

5.一种控制放电装置的控制设备，其特征在于，所述的放电装置用于在一个电导工件表面形成一个机械加工或毛化的表面，所述的放电装置的顶部包括由多个电极组成的矩阵，所述的顶部通过伺服电机朝向或远离所述工件移动，在预定的时间段内，每个电极从脉冲发生器接收多个所使用的电压脉冲，并向所述工件表面释放这些电压脉冲，所述的控制设备包括：一个利用每个电极监测电压参数输出的监测构件以及一个调节构件；所述的监测构件包括：

一个第一计数构件，用于计算一个预定时间段内在每个电极上使用的电压脉冲的数量；

一个第二计数构件，用于计算每个电极上使用的降至低于一个阈值电压的电压脉冲的数量；

一个计算构件，用于计算每个电极上使用的降至低于所述阈值电压时的电压脉冲数量与每个电极使用的电压脉冲数量之比，得出每个电极的效率值；

一个输出端，用于输出每个电极的效率值；所述的调节构件会根据每个电极的效率值输出来调节在每个电极上使用的电压脉冲，以弥补每个电极上产生的错误；

一个计时构件，用于计算在一个或多个电极上使用的每个电压脉冲的火花间隔；

一个探测构件，用于检测在脉冲间隔之后每个电极的比预定的阈值输出更大的电压输出；其中所述的调节构件还用于调节每个电极上所用的电压脉冲，使之与脉冲间隔之后检测的电压输出相对应。