CN112828403B - 电火花加工放电状态检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电火花加工放电状态检测电路及方法。一种电火花加工放电状态检测电路可包括：第一电压源，其在第一触发脉冲信号的控制下向电极供电；第二电压源，其在第二触发脉冲信号的控制下向电极供电，其中第一触发脉冲信号的脉冲在第二触发脉冲信号的脉间开始；第一比较器，其将电极与工件之间的极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号；以及控制器，其在第一比较信号指示在第二触发脉冲信号的脉冲期间极间电压小于第一阈值电压时，确定在该脉冲前的脉间期间且在第一触发脉冲信号的脉冲期间极间电压大于第一阈值电压的第一持续时间，如果第一持续时间大于阈值，则确定该脉冲期间为火花放电。还公开了电火花加工装置和状态检测方法。

Description

电火花加工放电状态检测电路及方法

技术领域

本发明涉及电火花加工领域，尤其涉及电火花加工放电状态检测电路及方法。

背景技术

电火花加工是将具有一定能量的电脉冲信号加载到电极与金属工件的间隙上来击穿电极与金属工件之间的间隙并形成火花放电来腐蚀金属工件，从而实现金属加工。电火花加工是机械制造业中解决难加工材料和难加工形状的有效加工方法。这种加工的工艺方法弥补了机械加工的某些不足，已成为模具工业、国防工业和精微制造中的重要手段。在电火花加工过程中，有效的控制策略对电火花的稳定加工有重要意义，对提高电火花加工效率有重大影响。

但有效的控制策略前提是对放电状态的及时准确的检测判断。控制策略得到当前状态或一段时间内的状态数据后，便能有效地对有害电脉冲进行处理，使电火花放电加工效率提高。检测状态的及时性与准确率对有效的控制策略有重大影响。目前可采用的常规方法包括通过检测平均/峰值间隙电压/电流、放电火花数等来检测电火花加工放电状态。

电火花放电脉冲一般可分为四种，空载脉冲、火花放电脉冲、电弧放电脉冲和短路脉冲。放电脉冲以空载为主，表明间隔偏大；以火花放电为主，表明间隔合适；以电弧及短路脉冲为主，则说明间隔偏小。在实际生产过程中发现，除以上四种放电状态外，还存在“漏电流”状态，其电压波形特征为脉冲电压峰值被拉低(例如，5-50V)、无击穿延时。“漏电流”状态无加工能力，其形成原因为间隙内杂质浓度较高，在电场的作用下形成杂质搭桥，使间隙失去绝缘特性而表现为电阻特性，此时间隙等效电阻与脉冲电源限流电阻分压，致使间隙的电压峰值被拉低。

因此期望设计一种有效的电火花加工放电状态检测方法。

发明内容

本发明属于电加工机床数控系统的一项放电状态识别技术，用于对电加工机床进行放电状态检测。本发明依据放电脉冲的电压波形的不同，设置电压阈值来识别放电状态，例如空载、火花放电、电弧、短路和漏电流状态，具有快速、准确度高的优点。此外，本发明还可任选地统计一段时间内的放电状态，根据预设算法调整加工参数。

在一个实施例中，提供了一种电火花加工放电状态检测电路，其包括：第一电压源，其在第一触发脉冲信号的控制下向电极供电；第二电压源，其在第二触发脉冲信号的控制下向所述电极供电，其中所述第一触发脉冲信号的脉冲在所述第二触发脉冲信号的脉间开始并在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间结束；第一比较器，其接收所述电极与工件之间的极间电压，将所述极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号；以及控制器，所述控制器从所述第一比较器接收所述第一比较信号，并且在所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压小于所述第一阈值电压时，确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲前的脉间期间且在所述第一触发脉冲信号的脉冲期间所述第一比较信号指示所述极间电压大于所述第一阈值电压的第一持续时间，如果所述第一持续时间大于第一时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为火花放电。

在一方面，若所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压从大于所述第一阈值电压变为小于所述第一阈值电压，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为火花放电。

在一方面，若所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压持续大于所述第一阈值电压，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间为空载。

在一方面，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：第二比较器，其接收所述极间电压，将所述极间电压与第二阈值电压作比较并输出第二比较信号，所述第二阈值电压小于所述第一阈值电压，其中所述控制器从所述第二比较器接收所述第二比较信号，确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述第一比较信号指示所述极间电压小于所述第一阈值电压且所述第二比较信号指示所述极间电压大于所述第二阈值电压的第二持续时间，如果所述第二持续时间大于第二时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为漏电流放电。

在一方面，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：第三比较器，其接收所述极间电压，将所述极间电压与第三阈值电压作比较并输出第三比较信号，所述第三阈值电压小于所述第二阈值电压，其中所述控制器从所述第三比较器接收所述第三比较信号，并确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述第三比较信号指示所述极间电压小于所述第三阈值电压的第三持续时间，如果所述第三持续时间大于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为短路状态。

在一方面，如果所述第二持续时间小于第二时间阈值且所述第三持续时间小于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为电弧放电。

在一方面，如果所述第一持续时间小于第一时间阈值，所述第二持续时间小于第二时间阈值且所述第三持续时间小于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为电弧放电。

在一个实施例中，提供了一种电火花加工装置，其包括：如上所述的电火花加工放电状态检测电路；以及加工槽，所述加工槽用于固定工件并在所述工件与所述电极之间形成间隙。

在一个实施例中，提供了一种电火花加工放电状态检测方法，其包括：使用第一触发脉冲信号控制第一电压源向电极供电；使用第二触发脉冲信号控制第二电压源向所述电极供电，其中所述第一触发脉冲信号的脉冲在所述第二触发脉冲信号的脉间开始并在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间结束；将所述电极与工件之间的极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号；以及在所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压小于所述第一阈值电压时，确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲前的脉间期间且在所述第一触发脉冲信号的脉冲期间所述第一比较信号指示所述极间电压大于所述第一阈值电压的第一持续时间，如果所述第一持续时间大于第一时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为火花放电。

在一方面，若所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压从大于所述第一阈值电压变为小于所述第一阈值电压，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为火花放电。

在一方面，若所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压持续大于所述第一阈值电压，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间为空载。

在一方面，所述电火花加工放电状态检测方法还包括：将所述极间电压与第二阈值电压作比较并输出第二比较信号，所述第二阈值电压小于所述第一阈值电压；以及确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述第一比较信号指示所述极间电压小于所述第一阈值电压且所述第二比较信号指示所述极间电压大于所述第二阈值电压的第二持续时间，如果所述第二持续时间大于第二时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为漏电流放电。

在一方面，所述电火花加工放电状态检测方法还包括：将所述极间电压与第三阈值电压作比较并输出第三比较信号，所述第三阈值电压小于所述第二阈值电压；以及确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述第三比较信号指示所述极间电压小于所述第三阈值电压的第三持续时间，如果所述第三持续时间大于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为短路状态。

在一方面，如果所述第二持续时间小于第二时间阈值且所述第三持续时间小于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为电弧放电。

在一方面，如果所述第一持续时间小于第一时间阈值，所述第二持续时间小于第二时间阈值且所述第三持续时间小于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为电弧放电。

如上所述，本发明依据放电脉冲的电压波形的不同，对间隙电压进行处理，能够快速、准确地识别放电状态，例如空载、火花放电、电弧、短路和漏电流状态等。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的电火花加工电源的电路示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的电火花加工放电状态检测电路的框图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的电火花放电状态电压波形的时序图。

图4示出了根据本发明的另一个实施例的电火花放电状态电压波形的时序图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的电火花加工放电状态检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1示出了根据本发明的一个实施例的电火花加工电源100的电路示意图。该电火花加工电源100可包括加工电压源101、控制单元104、连接至加工电压源101的功放器件G1、以及连接至功放器件G1的电极106。作为示例而非限定，图1中还示出了连接在加工电压源101与电极106之间的电阻R1和晶体管D1。在一个示例中，电极106可采用正极性设置，例如，电极106可连接至加工电压源101的正极，工件可连接至加工电压源101的负极。控制单元104生成PWM脉冲信号以控制功放器件G1的导通/关断，加工电压源101经由功放器件G1向电极106提供电压信号，该电压信号可以击穿电极106与工件之间的间隙并建立放电通道以产生电火花，从而电极106间歇性地放电，对工件(例如，金属)进行蚀除加工。

在一个实施例中，电火花加工电源100还可包括辅助电压源102，辅助电压源102可经由功放器件G2向电极106提供辅助电压，以辅助加工电压源101实现电极106与工件之间的间隙击穿。控制单元104生成脉冲信号ST以控制功放器件G2的导通/关断。脉冲信号ST可在PWM脉间(例如，中间或其他指定位置)发出，用来提前建立间隙电压。

电阻R1和R2可用于功放器件的限流，晶体管D1和D2的正极端连接至功放器件连接，负极端与电极106连接，从而可防止加工电压源101的电压信号窜入到辅助电压源102的电路中，和/或防止辅助电压源102的电压信号窜入到加工电压源101的电路中。

作为示例而非限定，加工电压源101可以是低压直流电源。例如，加工电压源101的电压可为30-90V，辅助电压源102的电压可为160V-300V。

控制单元104可基于电加工命令产生可调节的PWM脉冲信号和ST脉冲信号。例如，控制单元104可经由用户接口(例如，启动按钮、图形用户界面、按键等)接收来自用户的电加工命令，或者可经由总线接收来自上位机的电加工命令。控制单元104可基于不同的(例如，不同电加工模式、不同时间长度、不同强度等)电加工命令而生成不同的PWM信号。PWM信号可控制整个电火花加工过程的启动/停止，例如在PWM信号有效时进行电加工，而在PWM信号无效时停止电加工。该PWM信号可以是周期性的方波信号。PWM信号的脉冲宽度、脉冲间隔等可以是可调节的。例如，可根据不同的加工状态实时地调整PWM信号。作为示例而非限定，PWM信号的脉宽可为0.1us—1000us，脉冲间隔可为40-1000微秒。此外，控制单元104可以接收在电加工期间在电极106与工件之间的极间电压(例如，通过接收电极106上的电位Va和工件上的电位Vb，极间电压Vg＝Va-Vb)，并由此调节PWM信号的脉宽和脉冲间隔大小，以控制加工电压/电流的大小。

控制单元104可基于PWM信号的时序来控制ST信号。例如，ST信号的脉冲可在PWM信号的脉间(例如，脉间的一半处、或其他位置)开始并在PWM信号的脉冲期间(例如，PWM的上升沿或其他位置)结束。控制单元104也可基于不同的加工状态调整ST信号的开始时间、脉宽和脉冲间隔。

工件可固定在基座上或者固定在加工槽中。在一个示例中，可向加工槽供给加工液，加工间隙被加工液填满。根据本发明的电火花加工电源100可用在各种电火花加工装置中。例如，电火花加工电源100可以是电火花加工装置中的固定组件。在其他示例中，该电火花加工电源100可以是手持的、可移动的，并且可以应用于不需要加工槽/基座的情形。该电源还可设有电流反馈装置、过压和过流检测器、风机检测器、放电状态检测器等，这些组件出于简明起见未在本发明中详细描述。功放器件G1、G2可以使用晶闸管、场效应管、三极管等来实现。晶体管D1、D2可以用二极管、晶闸管、场效应管等来实现。本领域技术人员应理解，图1仅示出了电火花加工电源100的示意性组件和连接，具体实现可以在本发明的教导下进行调整而不脱离本发明的范围，例如一些组件(例如，晶体管D1)可被省略或替换成其他具有相似功能的元件，一些组件的位置可以改变。

图2示出了根据本发明的一个实施例的电火花加工放电状态检测电路200的框图。作为示例而非限定，图2的电火花加工放电状态检测电路200可以实现在图1的控制单元104中。

检测电路200可以接收在电加工期间在电极106与工件之间的极间电压Vg。检测电路200包括三路电压比较器202、204、206。第一比较器204将极间电压Vg与第一阈值电压Vh作比较，并输出第一比较信号Out_vh。在一个示例中，若极间电压Vg≥Vh，则Out_vh为低电平，反之为高电平。第二比较器206将极间电压Vg与第二阈值电压Vm作比较，并输出第二比较信号Out_vm。若极间电压≥Vm，则Out_vm为低电平，反之为高电平。第三比较器206将极间电压Vg与第三阈值电压Vl作比较，并输出第三比较信号Out_vl。若极间电压≥Vl，则Out_vl为低电平，反之为高电平。

第一阈值电压Vh可大于第二阈值电压Vm，第二阈值电压Vm可大于第三阈值电压Vl。虽然作为示例采用了高电平与低电平来区分不同的电压状态，但是在其他实施例中可以采用其他不同的信号指示，或者高电平与低电平可以互换，由此三路电压比较器202、204、206在极间电压Vg满足相应的阈值时输出脉冲，在极间电压Vg不满足相应的阈值时不输出脉冲。

比较结果Out_vh、Out_vm和Out_vl被输入到控制器220进行处理，以确定每个脉冲的放电状态。此外，控制单元104还可以基于所确定的放电状态来调节PWM信号和VT信号的脉宽和脉冲间隔大小，以控制加工电压/电流的大小。

图3示出了根据本发明的一个实施例的电火花放电状态电压波形的时序图。辅助脉冲信号ST和控制脉冲PWM由如上参照图1描述的控制单元104或参照图2描述的控制器220发出，用于控制电火花加工电源100经由功放器件G1产生脉冲电压加在电极106与工件之间构成极间电压Vg，极间电压Vg经如图2所示地处理后传入控制器220，构成一个环路来实时监控每个脉冲的放电状态。

极间电压Vg的不同波形表示了电火花放电脉冲的不同状态，诸如空载、火花放电、电弧放电、短路、以及漏电流。如上所述，控制器220将根据极间电压Vg与不同阈值(例如，Vh、Vm、Vl)相比较生成的比较结果Out_vh、Out_vm和Out_vl来识别电火花放电脉冲的不同状态。

在一个实施例中，根据Out_vh信号的上升沿与PWM信号的时序关系来区分空载与火花放电。将PWM信号的上升沿和下降沿之间时间(即脉宽)定义为T_on，将下降沿与之后的上升沿之间的时间(即，脉冲间隔)定义为T_off。与PWM信号相关联的持续时间T_on和T_off可由控制单元104在确定PWM信号的脉宽(即T_on)和脉冲间隔(即T_off)时直接被确定。

当第一比较器输出的信号Out_vh在PWM的脉冲(脉宽)期间有上升沿，则确定该脉冲为电火花放电。若Out_vh在PWM的脉冲期间持续为低电平，则确定该脉冲为空载。在空载时由于脉间时间短，电压无法下降到Vh以下，即Out_vh在PWM脉宽期间不会有上升沿信号。

在一个实施例中，可以将第一比较器输出的信号Out_vh反相，随后跟PWM信号进行逻辑与运算，生成如图4所示的信号Out_vh’。Out_vh’可在上升沿时刻延时0.1us，防止器件的竞争与冒险现象导致误判。当Out_vh’在PWM的脉宽期间有下降沿，则该脉冲为电火花放电。若Out_vh’在PWM的脉冲期间持续为高电平而无下降沿，则该脉冲为空载。

此外，还可根据Out_vh’在PWM的脉宽期间的持续时间来区分空载与火花放电。将Out_vh’的上升沿与下降沿之间的时间(即，脉冲持续时间)定义为T_p。若Out_vh’的脉冲持续时间T_p(例如，高电平)小于阈值，则可确定该脉冲为电火花放电，否则为空载。

在一个实施例中，可根据第一比较器输出的信号Out_vh和第二比较器输出的信号Out_vm来确定漏电流状态。在PWM的脉冲期间，如果第一比较器输出的信号Out_vh为高电平且第二比较器输出的信号Out_vm为低电平，则该放电脉冲为漏电流。在另一个实施例中，在PWM脉冲期间，如果第一比较器信号Out_vh为高电平且第二比较器信号Out_vm为低电平，则进行时间累积统计，即使单个PWM脉冲内发生放电状态改变，只要满足“第一比较器信号Out_vh为高电平，第二比较器信号Out_vm为低电平”就累加时间。在每个PWM脉冲的脉宽期间进行累积计时，在脉间结束时确定此脉冲是否为漏电流状态，判断依据为如果统计时间大于阈值(例如，PWM脉宽时间的1/n，其中n为大于1的整数或小数)，则确定该脉冲为漏电流。此后，统计时间可清零以便于开始新脉冲期间的计时。

在漏电流状态时电极与工件之间的间隙失去绝缘特性，呈现电阻态，极间电压峰值被拉低，击穿能力大幅降低，加工能力大幅下降，因漏电流状态的形成原因是间隙内杂质浓度过高，所以其不以单个脉冲出现，而是以成百上千个脉冲出现，对加工效率有较大影响。通过检测，若预定时间(例如，0.5-2秒)内的放电状态以漏电流脉冲为主(例如，90％及以上)，则可以进行抬刀，以降低间隙内的杂质浓度，恢复间隙的绝缘特性。

在一个实施例中，可根据第三比较器输出的信号Out_vl来确定短路状态。在PWM的脉宽期间，如果第三比较器输出的信号Out_vl为高电平，则该放电脉冲为短路。在另一个实施例中，在PWM脉宽期间，若第三比较器信号Out_vl为高电平，则进行时间累积统计，即使单个PWM脉冲内发生放电状态改变，只要满足“第三比较器信号为高电平”就累加时间。在每个PWM脉冲的脉宽期间进行累积计时，在脉间结束时确定此脉冲是否为短路状态，判断依据为如果统计时间大于阈值(例如，PWM脉宽时间的1/k，其中k为大于1的整数或小数)，则确定该脉冲为短路。此后，统计时间可清零以便于开始新脉冲期间的计时。

在一个实施例中，还可根据第一比较器输出的信号Out_vh和脉冲信号ST来确定火花放电。在PWM的脉冲期间，如果第一比较器输出的信号Out_vh为高电平，在该脉冲前的脉间期间(PWM信号为OFF)，累积脉冲信号ST为ON且第一比较器输出的信号Out_vh为低的时间T3，并且如果T3大于阈值(例如，PWM脉间时间的1/p，其中p为大于1的整数或小数)，则确定该脉冲为火花放电。相反，如果T3小于阈值且该脉冲不是漏电流和短路，则确定该脉冲为电弧。

通过统计比较器输出的高低电平的时间，然后按照逻辑将放电状态分为火花放电、空载、漏电流、电弧和短路，可避免单一时刻对放电状态监测而误判放电状态。在电火花加工中放电状态是随机或不确定的，而且在单个脉冲中也可能会出现状态的转变，比如由正常放电转化为了短路。通过统计时间的方式可避免这一缺点。

图5示出了根据本发明的一个实施例的电火花加工放电状态检测方法的流程图。图5可以采用硬件(例如，计算机、处理器、控制器、服务器等)和/或软件来实现。

在步骤510，可根据第一比较器信号Out_vh和PWM信号来判断电火花放电与空载。当第一比较器信号Out_vh在PWM的脉宽期间有上升沿，则为电火花放电。在空载时由于脉间时间短，电压无法下降到阈值Vh以下，即第一比较器信号无法有上升沿。因此，若Out_vh在PWM的脉宽期间持续为低，则为空载。

在一个示例中，可将第一比较器信号反相后跟PWM信号进行逻辑与，得到如图4所示的Out_vh’。为防止器件的竞争与冒险现象导致误判，可将Out_vh’的上升沿时刻延时(512)，例如0.1us。相应地，如果Out_vh’在PWM的脉宽期间有下降沿，则为电火花放电(514)。若Out_vh’在PWM的脉宽期间持续为高(无下降沿)，则为空载(516)。

在步骤520，可根据第一比较器信号Out_vh、第二比较器信号Out_vm和PWM的脉宽时间来判断漏电流状态。在PWM脉宽期间，若第一比较器信号为高电平且第二比较器信号为低电平，则进行时间的累加统计，即使单个脉冲内发生改变，只要满足步骤520的条件就累加时间T1。在脉间结束时进行此脉冲是否为漏电流状态的判断(522)。判断依据为统计时间T1是否大于阈值(例如，PWM脉宽时间Ton的1/n)。如果T1>Ton/n，则可确定该脉冲为漏电流(524)。此后，统计的时间T1可清零以便于开始新脉冲器件的计时。

在步骤530，可根据第三比较器信号Out_vl和PWM的脉宽时间来判断短路状态。在PWM脉宽期间，若第三比较器信号Out_vl为高电平，则进行时间的累加统计，即使单个脉冲内发生改变，只要满足步骤530的条件就累加时间T2。在脉间结束时进行此脉冲是否为短路状态的判断(532)。判断依据为统计时间T2是否大于阈值(例如，PWM脉宽时间Ton的1/k)。如果T2>Ton/k，则可确定该脉冲为短路(534)。在一个示例中，若T2<＝Ton/k，可确定该脉冲为电弧放电。此后，统计的时间T2可清零以便于开始新脉冲器件的计时。

在步骤540，可根据第一比较器信号Out_vh、脉冲信号ST和PWM脉间时间再次将电弧状态进行筛选。脉冲信号ST在PWM脉间(例如，中间或其他指定位置)发出，用来建立间隙电压，判断消电离以及辅助状态检测。在PWM的脉间和脉冲信号ST为高电平期间，如果第一比较器信号为低电平，则进行时间的累加统计，即使单个脉冲内发生改变，只要满足步骤540的条件就累加时间T3。在脉间结束时进行此脉冲是否为电弧放电或火花放电状态的判断(542)。判断依据为统计时间T3是否大于阈值(例如，PWM脉间时间Toff的1/p)。如果T3>Toff/p，则可确定该脉冲为火花放电(514)。若T3<＝Toff/p，可确定该脉冲为电弧放电。此后，统计的时间T3可清零以便于开始新脉冲器件的计时。

在一个实施例中，可以针对PWM信号的每个脉冲并行地执行步骤510、520、530、540及其各自的后续步骤，并最终得出关于每个脉冲的放电状态。

在另一个实施例中，可以按照不同的优先级顺序来执行各种判断。例如，可将火花放电与空载判断作为第一优先级，漏电流状态作为第二优先级，最后为电弧放电和短路。

在PWM的脉间结束时，先判断有无火花放电(510)，按照检测出的比较器信号，若有火花放电(514)，便认为此脉冲为火花放电，其余状态不再判断；若无火花放电则判断是否为空载(516)，若此脉冲为空载，其余状态不再判断。

在PWM的脉间结束时，若判断均无火花放电和空载，则判断是否为漏电流状态(522)。若此脉冲为漏电流状态，其余状态不再判断。

在PWM的脉间结束时，若判断均无火花放电、空载和漏电流，则判断是否为短路(532)。若则此脉冲为短路状态，其余状态不再判断。

在PWM的脉间结束时，若判断均无火花放电、空载、漏电流和短路，则判断是否为电弧和火花放电(542)。若满足步骤542的条件，则此脉冲为火花放电，否则此脉冲信号为电弧放电。

本发明可通过硬件电信号比较输出与软件检测算法相结合，实现有效的电火花加工放电状态检测。本发明以电火花放电的波形为依据，能够准确且及时判断出每个脉冲的放电状态，例如空载、火花放电、电弧、短路和漏电流状态等。本文所使用的各种电压阈值和时间阈值可以根据具体实现来设置，而不限定本发明的范围。还可统计一段时间内的放电状态，判断放电间隙是否合适，并由此改变加工参数，减少了电弧放电的比率，提高正常放电的比率，从而能够提高加工效率和质量，减少因有害脉冲放电导致的质量问题。

以上描述的方法和装置的各个步骤和模块可以用硬件、软件、或其组合来实现。如果在硬件中实现，结合本公开描述的各种说明性步骤、模块、以及电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或其他可编程逻辑组件、硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是处理器、微处理器、控制器、微控制器、或状态机等。如果在软件中实现，则结合本公开描述的各种说明性步骤、模块可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或进行传送。实现本公开的各种操作的软件模块可驻留在存储介质中，如RAM、闪存、ROM、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、云存储等。存储介质可耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息，并执行相应的程序模块以实现本公开的各个步骤。而且，基于软件的实施例可以通过适当的通信手段被上载、下载或远程地访问。这种适当的通信手段包括例如互联网、万维网、内联网、软件应用、电缆(包括光纤电缆)、磁通信、电磁通信(包括RF、微波和红外通信)、电子通信或者其他这样的通信手段。

在各实施例中给出的数值仅作为示例，而不作为对本发明范围的限制。此外，作为一个整体技术方案，还存在其他没有被本发明权利要求或说明书所列举的元器件或者步骤。而且，一个元器件的单个名称不排除该元器件的其他名称。

还应注意，这些实施例可能是作为被描绘为流程图、流图、结构图、或框图的过程来描述的。尽管流程图可能会把诸操作描述为顺序过程，但是这些操作中有许多操作能够并行或并发地执行。另外，这些操作的次序可被重新安排。

所公开的方法、装置和系统不应以任何方式被限制。相反，本公开涵盖各种所公开的实施例(单独和彼此的各种组合和子组合)的所有新颖和非显而易见的特征和方面。所公开的方法、装置和系统不限于任何具体方面或特征或它们的组合，所公开的任何实施例也不要求存在任一个或多个具体优点或者解决特定或所有技术问题。

本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，包括：

第一电压源，其在第一触发脉冲信号的控制下向电极供电；

第二电压源，其在第二触发脉冲信号的控制下向所述电极供电，其中所述第一触发脉冲信号的脉冲在所述第二触发脉冲信号的脉间开始并在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间结束；

第一比较器，其接收所述电极与工件之间的极间电压，将所述极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号；以及

控制器，所述控制器从所述第一比较器接收所述第一比较信号，并且在所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压小于所述第一阈值电压时，确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲前的脉间期间且在所述第一触发脉冲信号的脉冲期间所述第一比较信号指示所述极间电压大于所述第一阈值电压的第一持续时间，如果所述第一持续时间大于第一时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为火花放电。

2.如权利要求1所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，

若所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压从大于所述第一阈值电压变为小于所述第一阈值电压，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为火花放电。

3.如权利要求1所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，

若所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压持续大于所述第一阈值电压，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间为空载。

4.如权利要求1所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：

第二比较器，其接收所述极间电压，将所述极间电压与第二阈值电压作比较并输出第二比较信号，所述第二阈值电压小于所述第一阈值电压，

其中所述控制器从所述第二比较器接收所述第二比较信号，确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述第一比较信号指示所述极间电压小于所述第一阈值电压且所述第二比较信号指示所述极间电压大于所述第二阈值电压的第二持续时间，如果所述第二持续时间大于第二时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为漏电流放电。

5.如权利要求4所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，所述电火花加工放电状态检测电路还包括：

第三比较器，其接收所述极间电压，将所述极间电压与第三阈值电压作比较并输出第三比较信号，所述第三阈值电压小于所述第二阈值电压，

其中所述控制器从所述第三比较器接收所述第三比较信号，并确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述第三比较信号指示所述极间电压小于所述第三阈值电压的第三持续时间，如果所述第三持续时间大于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为短路状态。

6.如权利要求5所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于：

如果所述第二持续时间小于第二时间阈值且所述第三持续时间小于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为电弧放电。

7.如权利要求5所述的电火花加工放电状态检测电路，其特征在于，

如果所述第一持续时间小于第一时间阈值，所述第二持续时间小于第二时间阈值且所述第三持续时间小于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为电弧放电。

8.一种电火花加工装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至7中任一项所述的电火花加工放电状态检测电路；以及

加工槽，所述加工槽用于固定工件并在所述工件与所述电极之间形成间隙。

9.一种电火花加工放电状态检测方法，其特征在于，包括：

使用第一触发脉冲信号控制第一电压源向电极供电；

使用第二触发脉冲信号控制第二电压源向所述电极供电，其中所述第一触发脉冲信号的脉冲在所述第二触发脉冲信号的脉间开始并在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间结束；

将所述电极与工件之间的极间电压与第一阈值电压作比较并输出第一比较信号；以及

在所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压小于所述第一阈值电压时，确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲前的脉间期间且在所述第一触发脉冲信号的脉冲期间所述第一比较信号指示所述极间电压大于所述第一阈值电压的第一持续时间，如果所述第一持续时间大于第一时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为火花放电。

10.如权利要求9所述的电火花加工放电状态检测方法，其特征在于，

若所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压从大于所述第一阈值电压变为小于所述第一阈值电压，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为火花放电。

11.如权利要求9所述的电火花加工放电状态检测方法，其特征在于，

若所述第一比较信号指示在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述极间电压持续大于所述第一阈值电压，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间为空载。

12.如权利要求9所述的电火花加工放电状态检测方法，其特征在于，还包括：

将所述极间电压与第二阈值电压作比较并输出第二比较信号，所述第二阈值电压小于所述第一阈值电压；以及

确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述第一比较信号指示所述极间电压小于所述第一阈值电压且所述第二比较信号指示所述极间电压大于所述第二阈值电压的第二持续时间，如果所述第二持续时间大于第二时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为漏电流放电。

13.如权利要求12所述的电火花加工放电状态检测方法，其特征在于，还包括：

将所述极间电压与第三阈值电压作比较并输出第三比较信号，所述第三阈值电压小于所述第二阈值电压；以及

确定在所述第二触发脉冲信号的脉冲期间所述第三比较信号指示所述极间电压小于所述第三阈值电压的第三持续时间，如果所述第三持续时间大于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为短路状态。

14.如权利要求13所述的电火花加工放电状态检测方法，其特征在于：

如果所述第二持续时间小于第二时间阈值且所述第三持续时间小于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为电弧放电。

15.如权利要求13所述的电火花加工放电状态检测方法，其特征在于，

如果所述第一持续时间小于第一时间阈值，所述第二持续时间小于第二时间阈值且所述第三持续时间小于第三时间阈值，则确定在所述第二触发脉冲信号的所述脉冲期间所述电极与所述工件之间为电弧放电。

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