CN1256214C - 线切割放电加工机的线接触与非接触边界位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线切割放电加工机中检测出对应在线电极和导电性对象物(被加工件或夹具)接触与非接触的边界的线电极相对于导电性对象物的相对位置。开始线电极的进给、施加检测电压及检测电压的双值化/取样，使线电极从位置A朝向被加工件开始前进移动。以最初检测到取样值(低电平)时的位置为位置B，使之从此再向前仅移动一定距离P1到位置C停止下来。从位置C使线电极开始向后移动，将取样值从高电平变化到低电平的位置Q作为接触与非接触边界位置储存。再继续向后移动，在预定的远离位置D停止，结束处理。

Description

线切割放电加工机的线接触与非接触边界位置检测装置

技术领域

本发明涉及线切割放电加工机中，检测对应在线电极和导电性对象物(被加工件或夹具)接触和不接触的边界的线电极相对于导电性对象物的相对位置。可利用该线电极的相对位置确定加工的基准位置。

背景技术

在利用线切割放电加工机进行加工时，为了把握线电极相对于被加工件(或者用于代替被加工件的确定位用的检测夹具)的相对位置而设定了加工基准位置。为此，一般都是使线电极相对于被加工件移动而使之与被加工件接触，求出该接触时线电极相对于被加工件的相对位置(接触位置)，根据该接触位置确定加工基准位置。

有时也会直接使用线电极和被加工件的接触位置作为加工基准位置，另外，有时也用与接触位置有特别关系的其他位置作为加工基准位置。例如，将线电极穿过相对于被加工件的加工开始位置形成的圆孔，通过在3个方向相对移动，确定了圆孔的内壁与线电极的接触位置的3点，往往采用通过这3点的圆弧的中心位置作为加工基准位置。

要正确地确定加工基准位置就必须首先正确地求得线电极和被加工件的接触位置。接触位置的检测一般是通过在线电极和被加工件之间施加检测电压，通过检测与接触/非接触对应的检测电压的差异或推移来进行的。但是，在如下所述实际确定接触位置时，由于会产生表示接触/非接触中间状态(不稳定状态)的灰色区域，要重复性良好地确定接触位置是困难的。

要求得线电极和被加工件的接触位置，首先将线电极置于确实离开被加工件的位置(非接触状态)，从该位置起在两者间施加了接触检测用电压的状态下使线电极朝向被加工件相对移动。然后，通过从接触检测用的电压值的推移来检测出线电极相对于被加工件从非接触状态移动到接触状态，将该检测出的时刻的板线电极相对于被加工件的相对位置定为‘接触位置’。在这里，线电极从非接触状态往接触状态的移动是利用施加在线电极和被加工件之间的检测电压从对应于非接触状态的值变化到对应于接触状态的值来判断的。

但是，实际上线电极从非接触状态移动到接触状态时的接触电压的变化不稳定，其重复性不好。其起因被认为主要是线电极从非接触状态移动到接触状态时经过伴随着振动的不稳定状态。为了降低接触检测时所产生的对线电极的机械的及电气的破坏性影响，由于以相当大的移送速度连续供给线电极以使线电极和被加工件的接触部分经常更新，因此线电极的振动就不可避免地发生。这样的线电极的振动当然就会使线电极和被加工件的接触状态不稳定。

再有，由于在线电极和被加工件的表面存在油脂和因电解产生的绝缘膜，以及即使线电极与被加工件完全接触时因两者的接触压力太小等，即使实际上两者已机械接触，有时检测电压也不会显示出明显的变化。

当观察线电极从远离被加工件的位置向被加工件相对移动的过程中检测电压的推移时，大致如下。线电极从完全离开被加工件的状态向被加工件相对移动，从那刻起，在不稳定的状态下与被加工件的接触开始时，观察到最初的检测电压的降低。该最初的检测电压的降低被认为是对应于线电极相对于被加工件开始接触时的现象。然后，其后检测电压暂时频繁变化。然后维持较低的检测电压而不再变化。该较低的检测电压不再变化的状态姑且被认为是代表完全接触的状态。

如上所述，在线电极完全离开被加工件的状态和完全接触的状态之间存在接触与非接触不稳定的状态的事实使得难以明确地确定上述的接触位置，即，线电极从相对于被加工件从非接触状态移动到接触状态的时刻的线电极的相对位置。为此，将施加检测电压进行监控的同时使线电极相对于被加工件接近并使之接触的过程实行多次时，每次都会观察到不同的检测电压的推移，因此，不能以高的可靠性得到接触位置。换句话说，要以现有的方式、以良好的重复性求出对应于线电极和被加工件的接触状态和非接触状态边界的线电极相对于被加工件的相对位置是困难的。

对此，虽有例如重复进行接触位置的检测，采用将所得到的接触位置检测值进行平均的统计方法，但并未根本解决上述问题，为了确保检测位置的足够的重复性和高的精度就需要增加检测动作的重复次数，使得效率变差。

发明内容

本发明的目的就是为克服线切割放电加工机中上述的现有技术的问题，提供一种能够以高可靠性及良好的重复性检测出代表线电极和对象物(被加工件或代替它的位置检测用夹具)的接触状态和非接触状态的边界的线的相对位置(以下，将该相对位置称为“线接触与非接触边界位置”)的线接触与非接触边界位置检测装置。

本发明通过能够以良好的重复性检测出线切割放电加工机的线电极和对象物的接触与非接触边界位置的线接触与非接触边界位置检测装置解决了上述问题。

一方面，根据本发明，线接触与非接触边界位置检测装置具有：在上述线电极和上述对象物之间施加检测电压的施加电压装置；使上述线电极和上述对象物相对移动的相对移动装置；利用上述相对移动装置控制上述线电极相对于上述对象物的相对接近移动以及相对远离移动的控制装置；在上述相对接近移动和相对远离移动的过程中，根据检测电压判定有关上述线电极和上述对象物的接触与非接触状态的接触判断装置。上述接触判断装置在上述相对的接近移动过程中，根据与检测电压的推移相关的第二基准判断上述线电极相对于上述对象物开始接触；上述控制装置控制上述相对移动装置，使得在上述相对接近移动从上述接触开始的相对位置再前进预定的一定距离而达到完全接触的状态后，实行上述相对远离移动；上述接触判断装置在上述相对远离移动过程中，根据与检测电压的推移相关的第一基准来判定上述线电极相对于上述对象物从完全接触状态的脱离；将从上述完全接触状态脱离刚开始的时刻的上述线电极的相对位置作为线接触与非接触边界位置。

另一方面，根据本发明，线接触与非接触边界位置检测装置具有：在上述线电极和上述对象物之间施加检测电压的施加电压装置；使上述线电极和上述对象物相对移动的相对移动装置；利用上述相对移动装置控制上述线电极相对于上述对象物的相对接近移动以及相对远离移动的控制装置；在上述相对接近移动和相对远离移动的过程中，根据检测电压判定有关上述线电极和上述对象物的接触与非接触状态的接触判断装置；上述控制装置控制上述相对移动装置，上述接触判断装置在上述相对的接近移动的过程中，根据与检测电压的推移相关的第三基准判断上述线电极已经与上述对象物完全接触的状态；上述控制装置根据利用上述第三基准的判断而使上述相对的接近移动结束，随后，控制上述相对移动装置使上述相对的远离移动开始。上述接触判断装置在上述相对远离移动过程中，根据与检测电压的推移相关的第一基准来判定上述线电极相对于上述对象物从完全接触状态的脱离；将从上述完全接触状态脱离刚开始的时刻的上述线电极的相对位置作为线接触与非接触边界位置。再有，上述对象物虽典型的是被加工件，但代替它的也可以是定位用的夹具。

这样在本发明中，首先将线电极从远离对象物的位置移向相对接近直至两者完全接触的状态。在两者完全接触的状态下，线电极的振动完全停止，两者间产生新的绝缘薄膜的可能性非常小，即使假定产生了，由于两者的摩擦而被立即除去，使得接触状态极为稳定。

另外，为了保证到达完全的接触状态，可以采用适当的基准(第二基准：例如检测电压最初低于一定的基准)检测出接触状态的开始，从那开始只要再追加预定的一定距离的接近移动即可。一定距离可以考虑接触状态的开始位置的波动值来设计确定。

或者，也可以依据适当的基准(第三基准，例如检测电压达到一定的基准以下的状态是否持续规定的时间)来判断是否到达完全的接触状态。用于判断处于完全接触状态的‘规定时间’可以设定成足够探测到两者的接近速度和线的振动幅度等所必需的值。

其次，使两者向远离的方向移动的同时，在该过程中，检测从完全接触状态的脱离，检测出发生该脱离时的相对位置，以此作为代表线和对象物的接触与非接触边界的位置。从完全接触状态的脱离是依照与检测电压相关的第一基准来判断的。在这里，作为‘第一基准’可以采用例如‘检测电压从表示完全接触状态的低电平上升达到规定电压以上’。

这里重要的是，一旦从完全非接触状态移动到完全接触状态后的远离过程的‘从完全接触状态的脱离’与上述接近过程中的状态推移(例如，检测出检测电压降低到一定基准以下)相比较远为稳定，该位置的重复性也很好。

因此，采用本发明，就不需要采用多次重复进行接触位置检测、然后取平均等的统计方法，以很少的次数(根据情况1次)就能够确定代表接触状态和非接触状态边界的位置。

附图说明

图1是表示备有本发明的线接触与非接触边界检测装置的线切割放电加工机总体结构图。

图2是表示用图1的装置进行接触与非接触边界位置的检测时线电极相对于被加工件的相对位置的推移图。

图3是说明图2中所表示的进行接触与非接触边界位置检测时的处理顺序的流程图。

图4是就别的例子说明图3所示的处理顺序的流程图。

具体实施方式

本发明的上述的及其它目的及特征可通过参照附图对以下实施例的说明而更加清楚。

以下，参照图1-图4就本发明的实施方式加以说明。图1表示的是根据本发明进行线接触与非接触边界位置检测的系统的总体结构。在该系统中含有线接触与非接触边界位置检测装置和使用了作为该位置检测对象的线电极的线切割放电加工机。

图1中，XY工作台5是用2根轴(X轴及Y轴)进行2维位置控制的工件工作台。在该XY工作台5上放置有对象物2。该对象物2为被加工件或代替它的定位用的夹具，以下，用‘被加工件’代表该对象物进行说明。在加工中所使用的线电极1和XY工作台5之间通过施加电压装置3可施加检测电压或加工电压。

检测电压是用于检测线电极1和被加工件2的接触与非接触状态而施加的电压(不引起放电)。线电极1与被加工件2一旦接触就会导通，实际所施加的电压就会变动。接触判断装置4监视该电压的变动，以下述方式进行接触状态的判断。

另一方面，加工电压是对被加工件2进行加工时所实际施加的高电压。依照加工程序等，通过在施加加工电压的同时使XY工作台5沿图中左右方向(以后称为±X方向)以及与其正交的前后方向(以后称为±Y方向)移动，对被加工件2进行线切割放电加工。

用伺服电机7、8使XY工作台5沿±X方向移动及沿±Y方向移动。这些伺服电机7、8用数码控制装置的控制。在通过加工程序进行加工时，数码控制装置以读入加工程序和实行该程序的方式来控制伺服电机7、8及施加电压装置3，进行加工程序所指示的加工。

还有，图示中虽然省略，图1的系统具有：控制整个系统的CPU、程序控制器、加工程序数据、储存各参数等数据的ROM、RAM、非易失性RAM等存储器、含有手动操作部等的控制面板，根据需要配置在所必需的各要素之间的接口等。

当实行线切割放电加工时，一般需要确定加工的基准位置。加工基准位置是用于得知加工中的线电极1相对于被加工件2的相对位置的作为基准的位置，假如该加工基准位置不正确的话，加工位置(或加工线)当然就会产生偏差。还有，假如被加工件2用XY工作台5进行定位的话，线电极1相对于被加工件2的相对位置则由线电极1相对于XY工作台5的相对位置来决定。

因此，将线电极1相对于XY工作台5的相对位置以利用伺服马达7、8的XY工作台5的驱动位置(x、y)来表示。另外，线电极1在处于加工基准位置时，将其加工基准位置用(x0、y0)来表示。为实际确定该加工基准位置，使用在特定的状况下已知的线电极1的相对位置(xq、yq)。此时，将该特定的相对位置(xq、yq)假设为加工基准位置(x0、y0)，即，使(x0、y0)＝(xq、yq)；另外，有时也会从已知的多个特定的相对位置(xq1、yq1)、(xq2、yq2)、(xq3、yq3)、…求出加工基准位置(x0、y0)。因此，为了正确地确定加工基准位置(x0、y0)，首先必须正确地求出线电极1的特定的相对位置。

在本发明中，将线电极1的特定位置(xq、yq)按以下那样求得。首先，使线电极1向接近被加工件2的方向相对移动而使线电极1和被加工件2完全接触。然后，使线电极1向远离被加工件2的方向相对移动，在该过程中，将通过检测电压判断出从接触变化到非接触时线电极1的相对位置作为特定的相对位置(xq、yq)。

总之，当确定加工基准位置时，现有技术是使线电极1向被加工件2相对移动求出线电极1从非接触状态变化到接触状态的时刻的线电极的相对位置(xq、yq)。与此相反，在本发明中，使线电极1向远离被加工件2的方向相对移动而求出线电极1从接触状态变化到非接触状态的时刻的线电极1的相对位置(xq、yq)。

因此，将依照本发明所求出的线电极1的特定的相对位置(xq、yq)在下文称为‘接触与非接触边界位置’，以区别于依照现有技术求出的线电极1的特定的相对位置(xq、yq)、即‘接触位置’。

还有，使线电极1向被加工件2或远离被加工件2的方向的相对移动实际上是通过利用伺服电极7、8的动作将XY工作台5相对于处于固定位置的线电极1移动来实现。

图2表示的是在本实施方式中进行接触与非接触边界位置的检测时线电极1相对于被加工件2的相对位置的推移。首先，使用接触与非接触边界位置操作面板(图1中省略其图示)通过手动操作使伺服电极7、8工作，将线电极1置于离开被加工件2适当的小距离的位置(初期位置A)。

将线电极1置于初期位置A之后的顺序就通过软件处理来进行。处理所需要的程序、参数等数据预先储存在例如系统所装备的非易失性存储器(图1中省略其图示)中。图3是表示处理顺序要点的流程图。各步骤的要点如下所述。

步骤T1：开始线电极1的进给、利用施加电压装置3施加检测电压、及利用接触判断装置4监视检测电压。检测电压的监视是通过将检测出的施加电压值与预定的临界值比较，将高电平表示为“1”及低电平表示为“0”从而使其双值化，然后以一定的周期进行取样。

步骤T2：在继续进行检测电压的双值化和取样的同时，开始线电极1从初期位置A向被加工件2的相对移动(前进动作)。线电极1的相对移动方向定为与被加工件的接触面大致正交的方向。例如，假如被加工件2的定位置使得接触面(用于检测接触与非接触边界位置的被加工件2的面)与Y方向平行，则线电极1的移动就朝向X方向(+X方向或-X方向)。还有，从初期位置A开始接近移动之后随即取样值为“1”(高电平)就可得到每一个规定的取样周期。

步骤T3：将从初期位置A出发之后初次检测到取样值从“1”(高电平)变到“0”(低电平)时的线电极1的位置作为接触开始位置B。该接触开始位置B(虽不稳定)被解释成线电极1与被加工件2开始接触的位置。将用于检测该接触开始位置B的如上所述的判断基准当作前面说明中的‘第二基准’。使线电极1从该接触位置B再在同方向仅相对移动一定距离P1，并停止在停止位置C。

接触开始位置B和停止位置C之间的距离P1的大小被预定为保证线电极1在停止位置C相对于被加工件2被适度地推压后能够进行完全的接触。如上所述，接触开始位置B因线电极的振动和绝缘性面膜的形成等的影响，由于每次测定都在相当的范围内波动，因而距离P1是考虑到接触开始位置B的波动而设定的。通常，该距离P1的大小在数毫米左右。

还有，在停止位置C停止后还继续进行检测电压的双值化和取样。

步骤T4：在继续进行检测电压的双值化和取样的同时，使线电极1从停止位置C开始向远离被加工件2的方向相对移动(后退动作)。线电极后退时的移动方向是与前进时的移动方向相反(反转180度)的方向。还有，后退开始后随即取样值为“0”(低电平)就可得到每一个规定的取样周期。

步骤T5：将从停止位置C开始后退动作后的最初检测出取样值为“1”(高电平)时的位置作为接触与非接触边界位置Q而将该位置的数据(xq、yq)储存到存储器中。将用于检测出该接触与非接触边界位置Q的如上所述的判断基准作为前面说明中的‘第一基准’。

步骤T6：再继续后退移动，停止在预定的远离位置D，结束处理。

通过将以上的步骤T1-步骤T6实行一个循环，就可得到一个接触与非接触边界位置Q的数据(xq、yq)。通过将该实行的循环进行多次，并取分别得到的接触与非接触边界位置的数据的平均值，就能够求得可靠性更高的接触与非接触边界位置Q。

还有，在图2中，接触与非接触边界位置Q被描述成比接触开始位置B更靠近初期位置A侧(远离停止位置C的一侧)，但是与此相反的情况也不能排除。这是由于接触开始位置B如前所述具有相当大的波动。

在上面说明的处理顺序中，也可以变更确定确保线电极1相对于被加工件2完全接触的停止位置C的方法使其有别于参照图3的流程图说明的方法。参照图4的流程图说明其处理顺序的一个其他例子。各步骤的要点如下所述。

步骤U1：开始线电极1的进给、利用施加电压装置3施加检测电压、及利用接触判断装置4监视检测电压。检测电压的监视是通过将检测出的施加电压值与预定的临界值比较，将高电平表示为“1”及低电平表示为“0”使其双值化，而且以一定的周期进行取样。

步骤U2：在继续进行检测电压的双值化和取样的同时，使线电极1开始从初期位置A向被加工件前进移动。前进时的移动方向为与被加工件2的接触面大致正交的方向。

步骤U3：将从初期位置A出发开始最初检测到取样值从“1”(高电平)变到“0”(低电平)时的位置作为接触开始位置B。

直到检测出接触开始位置B的处理顺序与图3的流程图所示的处理顺序相同。

检测出接触开始位置B后，使线电极1前进直至从该位置B再连续N次检测出“0”(低电平)然后停止(即，停止在停止位置C)。用于检测出该接触开始位置C的如上所述的判断基准当作在前面的说明中的‘第三基准’。上述N的值预先定为在接触开始位置C将线电极1相对于被加工件2适度推压以确保完全接触。虽然N的实际值取决于取样周期，一般说来它是非常大的数，例如N＝100。还有，在停止位置C停止后还继续进行检测电压的双值化和取样。

步骤U4：在继续进行检测电压的双值化和取样的同时，使线电极1从接触开始位置C开始后退移动。后退时的移动方向是前进时的反方向(反转180度)。还有，后退开始后随即取样值为“0”(低电平)就可得到每一个规定的取样周期。

步骤U5：将从停止位置C的后退动作开始后最初检测到取样值为“1”(高电平)时的位置作为接触与非接触边界位置Q，并将该位置的数据(xq、yq)储存到存储器中。

步骤U6：再继续进行后退移动，在预定的远离位置D停止，结束处理。

通过将以上的步骤U1-步骤U6实行一个循环，与实行步骤T1-步骤T6时同样，能够得到一个接触与非接触边界位置的数据(xq、yq)。另外，不言而喻，也可以增加实行循环次数，将所得到的位置Q的数据平均化而使得其可靠性更加提高。

如上所述，根据接触与非接触边界位置可以决定加工基准位置。虽然本发明对决定加工基准位置的方法未施加任何限制，但是作为例子考虑了以下情况(1)-(3)。

(1)将接触与非接触边界位置Q直接采用为加工基准位置。

(2)将接触与非接触边界位置Q移动一个已知量后采用为加工基准位置。若将接触与非接触边界位置Q表示为(xq、yq)，X方向的移动量为Δxq，Y方向的移动量为Δyq，则加工基准位置就为(xq+Δxq，yq+Δyq)。

(3)将形成于被加工件的加工开始部位的圆孔的中心附近当作位置A(前进开始位置；参照图2)，将前进/后退方向每改变180度的同时，每个循环(共3个循环)实行步骤T1-步骤T6或步骤U1-步骤U6。这样，可得到3个不同的位置Q1、Q2、Q3的数据(xq1、yq1)、(xq2、yq2)、(xq3、yq3)。求出通过Q1、Q2、Q3的圆弧的中心位置，将其采用为加工基准位置。

如上所述，采用本发明，在线切割放电加工机中，能够以高的可靠性和良好的重复性检测出代表线电极和对象物(被加工件或代替它的位置检测用夹具)的接触状态和非接触状态边界的线的相对位置(线接触与非接触边界位置)。另外，能够根据可靠性高的线接触与非接触边界位置来确定加工基准点。

Claims (6)

1.一种线接触与非接触边界位置检测装置，用于检测线切割放电加工机的线电极和导电性对象物的接触与非接触的边界位置，具有：

在上述线电极和上述对象物之间施加检测电压的施加电压装置；

使上述线电极和上述对象物相对移动的相对移动装置；

利用上述相对移动装置控制上述线电极相对于上述对象物的相对接近移动以及相对远离移动的控制装置；

在上述相对接近移动和相对远离移动的过程中，根据检测电压判定有关上述线电极和上述对象物的接触与非接触状态的接触判断装置；

其特征在于，

上述接触判断装置在上述相对的接近移动过程中，根据与检测电压的推移相关的第二基准判断上述线电极相对于上述对象物开始接触；上述控制装置控制上述相对移动装置，使得在上述相对接近移动从上述接触开始的相对位置再前进预定的一定距离而达到完全接触的状态后，实行上述相对远离移动；

上述接触判断装置在上述相对远离移动过程中，根据与检测电压的推移相关的第一基准来判定上述线电极相对于上述对象物从完全接触状态的脱离；

将从上述完全接触状态脱离刚开始的时刻的上述线电极的相对位置作为线接触与非接触边界位置。

2.如权利要求1所述的线接触与非接触边界位置检测装置，其特征在于，上述对象物是被加工件。

3.如权利要求1所述的线接触与非接触边界位置检测装置，其特征在于，上述对象物是定位用的夹具。

4.一种线接触与非接触边界位置检测装置，用于检测线切割放电加工机的线电极和导电性对象物的接触与非接触的边界位置，具有：

在上述线电极和上述对象物之间施加检测电压的施加电压装置；

使上述线电极和上述对象物相对移动的相对移动装置；

利用上述相对移动装置控制上述线电极相对于上述对象物的相对接近移动以及相对远离移动的控制装置；

在上述相对接近移动和相对远离移动的过程中，根据检测电压判定有关上述线电极和上述对象物的接触与非接触状态的接触判断装置；

其特征在于，

上述控制装置控制上述相对移动装置，上述接触判断装置在上述相对的接近移动的过程中，根据与检测电压的推移相关的第三基准判断上述线电极已经与上述对象物完全接触的状态；上述控制装置根据利用上述第三基准的判断而使上述相对的接近移动结束，然后，控制上述相对移动装置使上述相对的远离移动开始；

上述接触判断装置在上述相对远离移动过程中，根据与检测电压的推移相关的第一基准来判定上述线电极相对于上述对象物从完全接触状态的脱离；

将从上述完全接触状态脱离刚开始的时刻的上述线电极的相对位置作为线接触与非接触边界位置。

5.如权利要求4所述的线接触与非接触边界位置检测装置，其特征在于，上述对象物是被加工件。

6.如权利要求4所述的线接触与非接触边界位置检测装置，其特征在于，上述对象物是定位用的夹具。

Images