DE19512291A1

DE19512291A1 - Control and prediction of course of spark erosion process on spark erosion machine

Info

Publication number: DE19512291A1
Application number: DE1995112291
Authority: DE
Inventors: Arno Behrens; Michael P Witzak; Franz-L Bruhns
Original assignee: Behrens Arno Prof Dr-Ing 22143 Hamburg De
Current assignee: Behrens Arno Prof Dr-Ing 22143 Hamburg De
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 1995-09-07
Anticipated expiration: 2015-04-06
Also published as: DE19512291C2

Abstract

An oscillation decay process - which is superimposed on the gap voltage and is the result of an oscillatory system comprising an energy source, leading to the work gap and the work gap itself - is evaluated by double differentiation and is made available in the form of logic signals so that characterisation of the present and prediction of the future course of the spark erosion process are possible. The boundary frequencies of the two differentiation stages stand in a fixed ratio to one another, with the frequency of the second stage being higher than that of the first stage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zur Überwachung und Vorhersage eines Funkenerodierprozesses in einer Funkenerodiermaschine, bei welchem aus dem Impuls spannungsverlauf am Arbeitsspalt (Fig. 1, Meßsignal E) durch zweifaches Differenzieren mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen und Gleichrichten digital zählbare Impulse gewonnen und nach logischer Verknüpfung als zentrale Eingangsgrößen für eine Prozeßregelung- und Optimierung zur Erzielung eines abtragsoptimalen Erodierverlaufs verwendet werden.The invention relates to a method and a circuit for monitoring and predicting a spark erosion process in a spark erosion machine, in which from the pulse voltage curve at the working gap ( Fig. 1, measurement signal E) by double differentiation with different cut-off frequencies and rectifications, digitally countable pulses and after logical combination can be used as central input variables for process control and optimization in order to achieve an erosion process that is optimal in terms of removal.

Bei laufendem Funkenerodierprozeß treten im Erodierspalt Spannungsimpulse auf, die eine charakteristische Verlaufsform aufweisen, und zwar steigt i.a. die Spannung zunächst steil auf eine über der Arbeitsspannung liegende Spannung an, bei der Funkenweg ionisiert wird. Nach einer bestimmten Zündverzögerungszeit sinkt die Spannung auf die eigentliche Arbeits spannung, die bis zum Ende der Impulsdauer im wesentlichen bestehen bleibt und nach dem Abschalten des Spannungsimpulses auf Null abfällt. Die Form dieser Spannungsimpulse er laubt eine Aussage darüber, ob es sich um einen brauchbaren oder einen in irgendeiner Weise entarteten Impuls handelt. Es ist allgemein bekannt, z. B. die Zündspannung, die Arbeits spannung sowie die Zündverzögerungszeit zu messen und aus dem Vergleich mit einem Soll wert oder Grenzwert eine Information über die Stabilität und Güte des Erodierprozesses zu gewinnen [4]. So wird der Kurzschlußfall direkt aus dem Fehlen der Spaltspannung bei flie ßendem Strom abgeleitet. Der Leerlauffall ergibt sich direkt aus dem Abfragen der anliegen den Spaltspannung, d. h. aus dem Fehlen des Spannungseinbruchs auf Arbeitsspannungs- Niveau.With the spark erosion process running, voltage pulses occur in the erosion gap have a characteristic shape, generally increasing the voltage rises steeply at first a voltage above the working voltage at which the spark path is ionized. To After a certain ignition delay time, the voltage drops to the actual work voltage that essentially remains until the end of the pulse duration and after Switching off the voltage pulse drops to zero. The shape of these voltage pulses leaves a statement as to whether it is a usable one or in any way degenerate impulse. It is generally known, e.g. B. the ignition voltage, the working voltage and the ignition delay time to measure and from the comparison with a target value or limit value provides information about the stability and quality of the eroding process win [4]. So the short-circuit case is directly from the lack of the gap voltage at flie current derived. The idle case arises directly from querying the concerns the gap tension, d. H. from the lack of voltage drop on working voltage Level.

Die zahlreichen bekannten Verfahren zur Erkennung von lichtbogenartigen Prozeßentartungen können prinzipiell in vier Gruppen unterteilt werden: Spektralanalytische Verfahren, analoge und digitale Verfahren basierend auf der Brennspannungsauswertung, Verfahren basierend auf der Auswertung der Brennspannungs-Impulsform und Verfahren zur Detektion der Leit fähigkeit im Arbeitsspalt in der Impulspause. Spektralanalytische Verfahren werten die Spaltspannung kontinuierlich im Hinblick auf das vorhandene Frequenzspektrum aus. Dabei wird aus einer Verringerung oder dem Fehlen von höherfrequenten Anteilen in der Brenn spannung auf eine Lichtbogenwahrscheinlichkeit geschlossen. Verfahren, die auf der Auswer tung der Brennspannung basieren, bewerten die Brennspannungsabsenkung oder die Brenn spannungsüberhöhung bei entarteten Funkenüberschlägen. Insbesondere verwenden analoge Verfahren zur Lichtbogenerkennung mittels HF-Schwellwertdetektion Hoch- oder Bandpässe mit nachgeschaltetem Gleichrichter, Integrator und Komparator. Verfahren, die Impulsform der angelegten Spaltspannung auswerten, benutzen im wesentlichen die Zündverzögerungszeit zwischen dem Anlegen der Arbeitsspannung und dem Durchzünden des Spaltes oder die Flankensteilheiten der sich im Arbeitsspalt ausbildenden Spannungsimpulse. Die sich einstel lende Spaltspannungsform wird dabei mittels Komparatoren, schnellen Zählern und einer nachgeschalteten Auswertelogik erfaßt und verarbeitet. Die letzte Gruppe von Verfahren stützt sich auf die Messung der Leitfähigkeit des Dielektrikums im Arbeitsspalt. Dazu wird zu verschiedenen Zeitpunkten mittels einer Hilfsspannungsquelle der aktuelle Leitwert gemessen und im Hinblick darauf die damit verbundene Verschmutzung des Dielektrikums bewertet.The numerous known methods for the detection of arc-like process degeneracies can in principle be divided into four groups: spectral analysis, analog and digital methods based on the combustion voltage evaluation, methods based on the evaluation of the burning voltage pulse shape and method for the detection of the leading ability in the working gap during the pulse pause. Spectral analysis methods evaluate the Gap voltage continuously with regard to the existing frequency spectrum. Here will result from a reduction or lack of higher frequency components in the focal voltage concluded on an arc probability. Procedure based on the Auswer based on the burning voltage, evaluate the lowering of the burning voltage or the burning Voltage surge in the case of degenerate sparkovers. In particular, use analog ones Arc detection method using HF threshold value detection, high or bandpass with downstream rectifier, integrator and comparator. Procedure, the pulse shape of the applied gap voltage essentially use the ignition delay time between the application of the working voltage and the ignition of the gap or the Slope slopes of the voltage pulses forming in the working gap. The adjust The voltage gap is created using comparators, fast counters and one downstream evaluation logic recorded and processed. The last set of procedures relies on the measurement of the conductivity of the dielectric in the working gap. This becomes too the current conductance is measured at different times using an auxiliary voltage source and the associated pollution of the dielectric was assessed with regard to this.

Allen Verfahren gemein ist die Abhängigkeit der über den Prozeßzustand gewonnenen Infor mation von der elektrischen Gesamtkonfiguration der funkenerosiven Anlage im Hinblick auf die Energiequelle (Generator), die Energieübertragung (Spaltzuführung) und der Energiesenke (Beschaffenheit Werkstück/Werkzeug Paarung). Die Auswahl des Verfahrens zur Spaltzu standserfassung wird sich in erster Linie nach der eingesetzten Generatortechnologie richten, wobei man zwischen sogenannten statischen Impulsgeneratoren (Spannungsquelle) und getak teten Prozeßstromquellen (Geregelte Stromquelle) unterscheidet. Besonders gravierend wird dieser Einfluß bei der Kombination des Stromquellenprinzips mit einem Spaltkurzschluß schalter zur Stromkommutierung in einen Freilaufkreis während der Impulspausen.Common to all processes is the dependence of the information obtained about the process state tion of the overall electrical configuration of the spark erosion system with regard to the energy source (generator), the energy transmission (gap feed) and the energy sink (Condition of workpiece / tool pairing). The selection of the method for gap closing status detection will primarily depend on the generator technology used, where one between so-called static pulse generators (voltage source) and getak Process power sources (regulated power source). It becomes particularly serious this influence when combining the current source principle with a gap short circuit Switch for current commutation in a freewheeling circuit during the pulse breaks.

Es ist Aufgabe der Erfindung, besondere Anteile aus der sich einstellenden Spaltspannung zu Beginn und nach dem Abschalten des Erodierimpulses mittels einer geeigneten analogen Signalerfassung zu gewinnen. Der Erfassung folgt eine logische Verknüpfung und Bewertung, die Aufschluß über das aktuelle und zukünftige elektrische Verhalten des Arbeitsspaltes gibt. Im einzelnen liefert das Verfahren und der entsprechende Schaltungsaufbau eine Spaltcharak terisierung, die auf eine Einteilung der Signale in Erosion, Leerlauf, Kurzschluß, noch abtragswirksame Frühzünder und abtragsunwirksame Frühzünder (Lichtbögen), die eine Be schädigung des Werkstücks zur Folge haben, führt. Zusätzlich erlaubt das Verfahren eine Lichtbogenvorhersage und eine Abschätzungsmöglichkeit der aktuellen Verschmutzung des Arbeitsspaltes, ohne den Prozeß zu unterbrechen oder durch Anlegen von Meßströmen zu verfälschen.It is an object of the invention to obtain special proportions from the gap voltage which arises Start and after switching off the eroding pulse using a suitable analog Win signal acquisition. The acquisition is followed by a logical link and evaluation, provides information about the current and future electrical behavior of the working gap. In detail, the method and the corresponding circuit structure provide a split character terization based on a division of the signals into erosion, idle, short circuit, yet abrasive early igniters and non-abrasive early igniters (arcs) that a Be damage to the workpiece. In addition, the method allows one Arc prediction and an estimate of the current pollution of the Working gap without interrupting the process or by applying measuring currents distort.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, daß der Aufbau zur Erzeugung des Fun kenüberschlags, bestehend aus Zuleitung und Werkzeug/Werkstück, wie er bei funken erosiven Senkmaschinen verwandt wird [Fig. 3a], dieselben charakteristischen elektrischen Eigenschaften, wie eine Zweidrahtleitung mit kapazitivem/ohmschen Abschluß (Lecherkreis mit komplexem Abschlußwiderstand Z, [Fig. 3b]), aufweist. Diese Betrachtungsweise des Effektes führt über die Analogie zwischen Lecher- und elektrischem Schwingkreis [Fig. 3c] zu einem elektrischen Ersatzschaltbild mit diskreten Energiespeichern und Dämpfungs gliedern (Ohmscher Anteil R, Induktivität L, Kapazität C) [7]. Der bestimmende induktive Anteil ergibt sich aus dem Induktivitätsbelag der Zweidrahtleitung zwischen Generator und Arbeitsspalt und kann während des gesamten Prozeßverlaufs weitestgehend als konstant angenommen werden. Der kapazitive Anteil resultiert aus der geometrischen Anordnung des Werkzeugs zum Werkstück mit dem sich dazwischen befindlichen Dielektrikum [Fig. 1]. Die Kapazität wird bestimmt durch den geometrischen Abstand von Werkzeug zu Werkstück so wie den prozeßbedingten elektrischen Eigenschaften des Dielektrikums und läßt sich als un vollkommener Kondensator beschreiben [3]. Ein solcher unvollkommener Kondensator wird im Ersatzschaltbild als Parallelschaltung aus idealem Kondensator und ohmschen Widerstand, der ersatzweise für die dielektrischen Verluste steht, beschrieben. Während des Prozeß verlaufs sind die elektrischen Eigenschaften des Dielektrikums ursächlich bestimmt durch den Verschmutzungsgrad infolge von Abtragspartikeln, Erwärmung, Ionisierung, Plasmakanalbil dung und unvollständige Deionisierung. Bezogen auf das Ersatzschaltbild des unvollkom menen Kondensators, der als eine Parallelschaltung aus ohmschem Widerstand (Dielektrische Verluste) und idealer Kapazität beschrieben wird [Fig. 2], ergibt sich aus dem Zusammen wirken dieser Ursachen ein veränderlicher Leitwert. Für die signifikante Änderung der Kapa zität ist im wesentlichen die Bildung des Plasmakanals zu Beginn der Brennphase verant wortlich.The invention makes use of the knowledge that the structure for generating the spark flashover, consisting of supply line and tool / workpiece, as used in spark erosive sinking machines [ Fig. 3a], the same characteristic electrical properties as a two-wire line with capacitive / ohmic termination (Lecherkreis with complex termination resistance Z, [ Fig. 3b]). This way of looking at the effect leads via the analogy between the Lecher and electrical resonant circuits [ Fig. 3c] to an electrical equivalent circuit with discrete energy stores and attenuators (ohmic component R, inductance L, capacitance C) [7]. The determining inductive component results from the inductance of the two-wire line between the generator and the working gap and can be assumed to be largely constant during the entire process. The capacitive component results from the geometrical arrangement of the tool to the workpiece with the dielectric in between [ Fig. 1]. The capacitance is determined by the geometric distance from tool to workpiece and the process-related electrical properties of the dielectric and can be described as an incomplete capacitor [3]. Such an imperfect capacitor is described in the equivalent circuit diagram as a parallel circuit consisting of an ideal capacitor and ohmic resistance, which is a substitute for the dielectric losses. During the course of the process, the electrical properties of the dielectric are caused by the degree of contamination due to abrasive particles, heating, ionization, plasma channel formation and incomplete deionization. In relation to the equivalent circuit diagram of the imperfect capacitor, which is described as a parallel circuit consisting of ohmic resistance (dielectric losses) and ideal capacitance [ FIG. 2], the interaction of these causes results in a variable conductance. The formation of the plasma channel at the beginning of the firing phase is essentially responsible for the significant change in capacity.

Ergänzt um den bereits genannten induktiven Anteil kann diese Konfiguration in ihrem elek trischen Verhalten als ein bedämpfter, in seiner Resonanzfrequenz erheblich variierender Parallelschwingkreis beschrieben werden, der von den Wechselspannungsanteilen der Ero dierimpulse zum Schwingen angeregt wird [Fig. 3a, b]. Dabei wird für die Festlegung des auszuwertenden Zeitfensters durch die Reaktion dieses "Resonanzkreises" auf die maßgeblich in den Impulsflanken steckende Energie bestimmt.Supplemented by the above-mentioned inductive component, this configuration can be described in its electrical behavior as a damped parallel resonant circuit which varies considerably in its resonance frequency and which is excited to oscillate by the alternating voltage components of the eroding pulses [ Fig. 3a, b]. It is determined for the determination of the time window to be evaluated by the reaction of this "resonant circuit" to the energy that is essentially present in the pulse edges.

Der Arbeitsspalt wird aus einem Erodiergenerator gespeist, dessen Ausführungsprinzip das elektrische Verhalten des Schwingkreises beeinflußt; dabei wird zwischen sogenannten stati schen Impulsgeneratoren (Ideale Spannungsquelle Uq mit Innenwiderstand Ri und Impuls schalter IS) [Fig. 4b] und geregelte Prozeßstromquellen (Ideale Stromquelle Iq mit Innenleit wert Gi und Stromkommutierungsschalter KS) [Fig. 4a] unterschieden. Besonders gravierend wirkt sich die technische Ausführung des Generators bei der Kombination des Stromquellen prinzips mit einem Spaltkurzschlußschalter zur Stromkommutierung in einen Freilaufkreis während der Impulspausen auf das Schwingverhalten aus [1, 2].The working gap is fed from an eroding generator, the design principle of which influences the electrical behavior of the resonant circuit; A distinction is made between so-called static pulse generators (ideal voltage source Uq with internal resistance Ri and pulse switch IS) [ Fig. 4b] and regulated process current sources (ideal current source Iq with internal conductance Gi and current commutation switch KS) [ Fig. 4a]. The technical design of the generator has a particularly serious effect on the vibration behavior when combining the current source principle with a gap short-circuit switch for current commutation in a freewheeling circuit during the pulse pauses [1, 2].

Zur Verdeutlichung der Erkenntnis, die der Erfindung zugrunde liegt, wird im folgenden der Aufbau und die prinzipielle Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung beschrieben:To clarify the knowledge on which the invention is based, the following Structure and the principle of operation of the circuit according to the invention described:

Die erfindungsgemäße Schaltung [Fig. 5], die parallel zum Arbeitsspalt die anliegende Span nung (Meßsignal E) erfaßt, ist in einen Eingangsteil, bestehend aus zwei parallel angeordneten Differenzierstufen, und einen Vorverarbeitungsteil, bestehend aus einer Zeitsteuerung und einer logischen Auswertung, aufgeteilt. Neben den eigentlichen Differenzierern enthalten die parallelen Zweige der Schaltung jeweils eine kapazitive Anpassung (C1, C2; R1, R2/C3, C4; R4, R5), einen Verstärker zur Signalregeneration, ein Schmitt-Triggere lement zur Impulsformung und Diodenschutzbeschaltungen (Schwellspannung Ub, D 1-4, R3, 6) zum Schutz der Schaltungselemente vor Über- bzw. Unterspannungen. Entsprechend der eingestellten Grenzfrequenzen liefert der Eingangsteil der Schaltung die Signale AI (Differenzierstufe eins) und A2 (Differenzierstufe zwei - höherfrequent). Mittels einer Zeit steuerung (Oszillator-gesteuert) werden aus A1 und A2 über eine zeitliche und logische Ver knüpfung die eigentlichen logischen Signale generiert, die wie nachfolgend beschrieben den Prozeßzustand bzw. die Prozeßprognose wiedergeben.The circuit according to the invention [ Fig. 5], which detects the voltage present (measuring signal E) parallel to the working gap, is divided into an input part consisting of two differentiating stages arranged in parallel, and a preprocessing part consisting of a time control and a logical evaluation. In addition to the actual differentiators, the parallel branches of the circuit each contain a capacitive adaptation (C1, C2; R1, R2 / C3, C4; R4, R5), an amplifier for signal regeneration, a Schmitt trigger element for pulse formation and diode protection circuits (threshold voltage Ub, D 1-4, R3, 6 ) to protect the circuit elements against overvoltages and undervoltage. The input part of the circuit supplies the signals AI (differentiation stage one) and A2 (differentiation stage two - higher frequency) according to the set limit frequencies. By means of a time control (oscillator-controlled), the actual logical signals are generated from A1 and A2 via a temporal and logical connection, which, as described below, reflect the process status or the process forecast.

Zeitliche Bezugsgröße für die Spaltzustandserfassung ist der Generatorsteuertakt, der zu aller erst von der Prozeßsteuerung angelegt wird und den Beginn des Generatorimpulses anzeigt. Die erfindungsgemäße Schaltung wird gleichzeitig in den Zustand <bereit< versetzt. Am Ar beitsspalt stellt sich nach einer vom Generator bestimmten Verzögerungszeit (Schaltzeit der Leistungshalbleiter) die Zündspannung und nach Durchzündung des Spaltes die Arbeitsspan nung ein. Dem Aufbau der Spannung ist ein mehr oder weniger gedämpftes Ausschwingen des von der Flankenenergie angeregten "Parallelschwingkreises" überlagert. Aufgabe der Ein gangsstufe der erfindungsgemäßen Schaltung ist es, die von dem Ausschwingvorgang herrüh renden Wechselspannungsanteile durch Differenzieren und Gleichrichten für die weitere logi sche Auswertung zur Verfügung zu stellen. Da sich die Kapazität des als Kondensator beschriebenen Arbeitsspaltes und somit die Resonanzfrequenz des "Parallelschwingkreises" beim Übergang von der Pause in die Brennphase (Zeitfenster eins) bzw. von der Brennphase in die Pausenphase (Zeitfenster zwei) signifikant ändert, muß zweifach frequenzangepaßt differenziert werden. Erfahrungsgemäß liegt die Grenzfrequenz der Differenzierstufe eins im Bereich von 1MHz, die der Stufe zwei liegt erheblich darüber. Die Länge der Zeitfenster ori entiert sich dabei an den für den Prozeß typischen Zündverzögerungszeiten und variiert nach den elektrischen Eckwerten des Systems bestehend aus Generator, Spaltzuführung und Werk zeug/Werkstück mit Dielektrikum. Zur sicheren Lichtbogenerkennung reichen circa 2 µs für die Länge der Zeitfenster aus. Nach anschließendem Gleichrichten werden digital zählbare Impulse gewonnen, die nach logischer Verknüpfung eine eindeutige Charakterisierung des aktuell vorliegenden Prozeßzustandes erlauben. Für die charakteristischen Prozeßzustände sind die Signalverläufe beispielhaft in Fig. 6a bis 6e dargestellt. Dabei repräsentieren Kanal 1 die Spaltspannung (Ch1), Kanal 2 und Kanal 3 die Signale A1 (Ch2) bzw. A2 (Ch3) der parallelen Differenzierstufen.The time reference for the gap state detection is the generator control cycle, which is first of all created by the process control and which indicates the start of the generator pulse. The circuit according to the invention is simultaneously set to the <ready <state. After a delay time determined by the generator (switching time of the power semiconductors), the ignition voltage is set at the working gap and the working voltage after the gap has ignited. The build-up of the voltage is overlaid by a more or less damped swinging out of the "parallel resonant circuit" excited by the flank energy. The task of the input stage of the circuit according to the invention is to provide the alternating voltage components resulting from the decay process by differentiating and rectifying for further logical evaluation. Since the capacitance of the working gap described as a capacitor and thus the resonance frequency of the "parallel resonant circuit" changes significantly during the transition from the pause to the burning phase (time window one) or from the burning phase to the pause phase (time window two), the frequency must be differentiated twice. Experience has shown that the cut-off frequency of differentiation stage one is in the range of 1 MHz, that of stage two is considerably higher. The length of the time window is based on the ignition delay times typical of the process and varies according to the basic electrical parameters of the system consisting of generator, gap feed and tool / workpiece with dielectric. For reliable arc detection, around 2 µs are sufficient for the length of the time window. After subsequent rectification, digitally countable pulses are obtained which, after a logical combination, allow the current process state to be clearly characterized. The signal profiles for the characteristic process states are shown by way of example in FIGS. 6a to 6e. Channel 1 represents the gap voltage (Ch1), channel 2 and channel 3 the signals A1 (Ch2) and A2 (Ch3) of the parallel differentiation stages.

Während des Zeitfensters eins wird der Erodierimpuls in eine der Klassen "Normalzünder", "Frühzünder" bzw. "Lichtbogen", "Leerlauf" oder "Kurzschluß" eingeteilt [5, 6]. Dabei wird die Anzahl der Impulse aus Differenzierstufe eins und zwei für "Kurzschluß" gleich null. Für "Normalzünder" ergibt sich aus der ersten Differenzierstufe als Impulszahl ein Wert größer als zwei, eine Auswertung der zweiten Differenzierstufe kann dann entfallen. Der "Leerlauf" un terscheidet sich vom "Normalzünder" durch die Anzahl der Impulse der zweiten Differenzier stufe, die für den "Leerlauf" kleiner gleich zwei ist. Bei "Frühzündern" liefert die erste Diffe renzierstufe eine Impulszahl kleiner als drei. Der noch abtragswirksame "Frühzünder" unterscheidet sich vom "Lichtbogen" durch die Impulszahl der zweiten Differenzierstufe. Bei "Lichtbögen" liefern die erste und zweite Differenzierstufe jeweils lediglich einen Impuls, da die kapazitiven Eigenschaften des Arbeitsspalts nahezu vollständig von der Verschmutzung und bleibenden Ionisierung überdeckt werden, was sich als hoher Leitwert äußert; bezogen auf die Schwingungsfähigkeit der Gesamtanordnung bedeutet dies eine nahezu aperiodische Dämpfung. Zusätzlich zu der beschriebenen Klassifizierung des aktuellen Erodierimpulses kann aus der Anzahl und der Amplitude der vom Differenzierer zwei gelieferten Impulse auf die Verschmutzung des Dielektrikums im Arbeitsspalt geschlossen werden. Die Information über den Spaltzustand, die während des Zeitfensters zwei gewonnen werden (Erodierimpuls abgeschaltet, Generator-Kurzschlußschalter [Fig. 4b] geschlossen), geben Aufschluß über die Deionisierung und den Verschmutzungsgrad bzw. über die Leitfähigkeit des Arbeitsspaltes. Die Auswertung der Systemschwingungen führt im Falle hoher Ver schmutzung bzw. Restionisierung wiederum auf eine stark gedämpfte Schwingung mit ent sprechend geringer Anzahl von Zählimpulsen. Bei guter Deionisierung wird die Schwin gungsenergie langsamer abgebaut, so daß eine höhere Anzahl von Impulsen gezählt werden kann. Die Auswertung dieser Zählimpulse erlaubt eine Prognose im Hinblick auf die Wahr scheinlichkeit eines Frühzünders/Lichtbogens für den folgenden Erodierimpuls und kann für die Prozeßstatistik herangezogen werden.During the time window one, the eroding pulse is divided into one of the classes "normal fuse", "early fuse" or "arc", "idle" or "short circuit" [5, 6]. The number of pulses from differentiating stages one and two for "short circuit" is zero. For "normal igniters", the first differentiation stage results in a value greater than two as the number of pulses, and an evaluation of the second differentiation stage can then be omitted. The "idle" un differs from the "normal igniter" by the number of pulses of the second differentiation stage, which is less than or equal to two for the "idle". In the case of "early igniters", the first differentiation stage delivers a pulse number less than three. The "early igniter", which is still effective in erosion, differs from the "arc" by the number of pulses in the second differentiation stage. In the case of "arcs", the first and second differentiation stages only provide one impulse, since the capacitive properties of the working gap are almost completely covered by the pollution and permanent ionization, which manifests itself as a high conductance; in relation to the vibration capability of the overall arrangement, this means almost aperiodic damping. In addition to the described classification of the current eroding pulse, the number and the amplitude of the two pulses supplied by the differentiator can be used to infer the contamination of the dielectric in the working gap. The information about the gap state, which is obtained during the time window two (eroding pulse switched off, generator short-circuit switch [ FIG. 4b] closed), provides information about the deionization and the degree of contamination or about the conductivity of the working gap. The evaluation of the system vibrations leads in the case of high contamination or restionization to a strongly damped vibration with a correspondingly small number of counts. With good deionization, the vibration energy is reduced more slowly, so that a higher number of pulses can be counted. The evaluation of these counts allows a prognosis with regard to the probability of an early ignition / arc for the following eroding pulse and can be used for the process statistics.

To Appendix 7: Overview

Fig. 1 Funkenerosive Senkmaschine mit Zuleitungen, Werkzeug/Werkstück, Generator und Dielektrikumseinrichtung und Abgriff des Meßsignals "E" Fig. 1 Electrospark Sinking machine with leads tool / workpiece generator and Dielektrikumseinrichtung and tapping of the measuring signal "E"

Fig. 2 Ersatzschaltbild des unvollkommenen Kondensators Fig. 2 equivalent circuit diagram of the imperfect capacitor

Fig. 3a Prinzipdarstellung des Maschinenaufbaus Fig. 3a schematic representation of the machine structure

Fig. 3b Ersatzschaltbild der Zweidrahtleitung mit Abschlußimpedanz (Lecherkreis) FIG. 3b equivalent circuit of the two-wire line terminating impedance (Lecherkreis)

Fig. 3c Ersatzschaltbild des Parallelschwingkreises Fig. 3c equivalent circuit diagram of the parallel resonant circuit

Fig. 4a Generatorprinzip Spannungsquelle mit Leistungsschalter Fig. 4a generator principle voltage source with circuit breaker

Fig. 4b Generatorprinzip geregelte Stromquelle mit Kurzschlußschalter Fig. 4b generator principle regulated current source with short circuit switch

Fig. 5 Blockschaltbild erfindungsgemäße Schaltung Fig. 5 block diagram of the circuit according to the invention

Fig. 6a Charakterisierung Erodierimpuls: Normaler Erodierimpuls/Leerlauf Fig. 6a characterization of eroding pulse: normal eroding pulse / idle

Fig. 6b Charakterisierung Erodierimpuls: Frühzünder noch abtragswirksam Fig. 6b Characterization of eroding pulse: early igniter still effective

Fig. 6c Charakterisierung Erodierimpuls: Frühzünder lichtbogenartig Fig. 6c characterization of eroding impulse: early igniter arc-like

Fig. 6d Charakterisierung Erodierimpuls: Gute Deionisierung Fig. 6d characterization Erodierimpuls: Good deionization

Fig. 6e Charakterisierung Erodierimpuls: Schlechte Deionisierung. Fig. 6e Eroding pulse characterization: poor deionization.

Reference list

[1] Bedienerhandbuch: Senkgenerator für die Senkerosion Thyssen Lasertechnik/Redline Technology Aachen, 1994
[2] Patentschrift DE 34 27 520 C2; "Schaltung zur Speisung eines Verbraucherzweipols". Patentinhaber: Thyssen Industrie AG; Erfinder: H. Knöll, Dr.-Ing.[1] Operator's manual: Sink generator for die erosion Thyssen Lasertechnik / Redline Technology Aachen, 1994
[2] Patent DE 34 27 520 C2; "Circuit for supplying a consumer bipolar". Patent holder: Thyssen Industrie AG; Inventor: H. Knöll, Dr.-Ing.

[3] K. Küpfmüller: Einführung in die theoretische Elektrotechnik 11. Auflage Springer Verlag, 1984
[4] Weck, M. : Werkzeugmaschinen Band 3 Automatisierung und Steuerungstechnik 3.Aufl., VDI-Verlag Düsseldorf, 1989.[3] K. Küpfmüller: Introduction to theoretical electrical engineering 11th edition Springer Verlag, 1984
[4] Weck, M.: Machine Tools Volume 3 Automation and Control Technology 3rd Edition, VDI-Verlag Düsseldorf, 1989.

[5] G. Spur, Th. Stöferle: Handbuch der Fertigungstechnik Band 4/1, Abtragen und Beschichten, Carl Hanser Verlag, 1987.[5] G. Spur, Th. Stöferle: Handbook of Manufacturing Technology Volume 4/1, ablation and Coating, Carl Hanser Verlag, 1987.

[6] W. König: Fertigungsverfahren Band 3, 2. Aufl., Abtragen, VDI-Verlag, 1990.[6] W. König: Manufacturing Process Volume 3, 2nd edition, ablating, VDI-Verlag, 1990.

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Claims

1. The method and circuit for monitoring and predicting the course of a spark erosion process in a spark erosion machine, characterized in that a decay superimposed on the gap voltage, resulting from an oscillatory system consisting of an energy source, supply line to the working gap and working gap itself, is evaluated by means of a double differentiation circuit and are made available as logical signals that can be used to determine the characterization of the current and the prediction of the future process.

2. The circuit according to claim 1 is characterized in that the cut-off frequency of two differentiation levels are in a fixed ratio, the cutoff frequency of second differentiation level is significantly higher than that of the first.

3. The circuit according to claim 1 is characterized in that the Evaluation period limited to two time windows, time window one being the transition from the pause to the burning phase and time window two those from the burning phase to the Pause phase covers.

4. The circuit according to claim 1 is characterized in that during the time window from claim 2 a digital counting and logic processing of voltage pulses, the are obtained from the differentiation levels. The result is clear Statement about the current process status and a forecast regarding the Classification of the following impulse.

5. The circuit according to claim 3 is further characterized in that the Logic signals described circuit revealed the tendency of the Giving process and corresponding to a statistical evaluation in the context of a Process optimization can be used.

6. The circuit according to claim 3 is further characterized in that in the case of a detected "short circuit" or "arc" either the corresponding logic signal is used to immediately switch off the applied eroding pulse or the Shutdown process triggered after the occurrence of a certain sequence of such conditions can be.

7. The circuit according to claim 3 is further characterized in that upon detection of a bad deionization the appropriate signal to extend the current Eroding pulse pause duration is used.

8. The circuit according to claim 1 is characterized in that when the Gap condition with regard to contamination or conductivity not with external electrical energies for measuring purposes is acted on the working gap.

9. A circuit according to claim 1 is characterized in that the entire measuring process in has no effect on the timing of the actual eroding process. In particular, the detection of the gap contamination does not result in any measurement-related Delay with itself.