JP2008543583A - 貫通孔を製作する製作法を監視する装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に放電加工によって貫通孔を製作する製作法を監視する方法に関しており、加工中に形成される固体伝播音の実際値を検出するステップと、記録された固体伝播音の実際値に基づいて貫通孔の製作状態および／または貫通を特定するステップとを有している。さらに本発明は、貫通孔を製作する製作法を監視する装置に関する。

Description

本発明は、特に放電加工によって、ワークに貫通孔を製作する製作法を監視する装置および方法に関する。

放電加工（ＥＤＭ＝Electrical Discharge Machining）は、たとえば孔、特に貫通孔を製作するために用いられる、切削による製作法である。放電加工は、電熱式の切削法に数えられ、パラメータの多様性に基づいて、複雑な加工プロセスに属する。プロセスを監視するために、一般的な形式で電流測定および電圧測定が加工機械で行われる。たとえば電極とワークとの間で接触が生じると、接触は、変化された電流値もしくは電圧値として検出され、電極は、運動方向とは逆向きに移動され、これによって再びワークと非コンタクト状態になる。次いで電極は、再びゆっくりとワークに対する作業位置にもたらされる。貫通孔を形成する際に、多くの場合問題が生じ、貫通孔の開口領域で、ワークにおける隣接する壁に対して僅かな間隔しか存在しない。これによって電極の過度に大きな送り運動において、貫通孔の貫通部に対向する壁が、放電プロセスによって同様に部分的に切削される。したがって貫通孔を形成する際に、プロセスの終了時点で送り運動速度が残りのプロセスに対して低下され、これによって孔が貫通したあとでワークの別の部分が電極によって破損される、ということが回避される。もちろん孔の貫通が何時始まるか、もしくは貫通が何時完全に終了するかについて、確実に確認することはできない。これによって実際に、たとえば燃料噴射ノズルを製作する場合に噴射孔を製作するために放電加工を用いると、比較的多くの欠陥品が生じることになる。したがってこのような形式のワークでは、厳格な品質管理が行われ、多くの場合後加工が行われる。これによって作業プロセスが割高になる。前述の問題は、貫通孔を製作する別の製作法でも生じる。

発明の利点
これに対して、本発明による、請求項１の特徴部に記載の構成を備えた貫通孔の製作を監視する方法の利点によれば、簡単かつ確実に、ワークもしくはワーク領域を通る貫通および貫通孔の製作状態を認識することができる。この場合この監視方法は、特に経済的で、簡単に行うことができ、さらに既に使用中の機械の追加装着（後装備）にも適している。本発明による方法は、極めて確実であるので、高い製造品質を達成することができる。本発明による方法では、貫通孔を製作するためにワークを加工することよって形成される固体伝播音が検出される。記録された実際値に基づいて、ワークを通る貫通が特定され、また同様に孔の完全な製作が特定される。この場合本発明によれば、特に放電加工によって貫通孔を製作する際に固体伝播音が実質的にある種のバスタブ曲線を描く、ということが確認された。加工過程の開始段階では、固体伝播音の値は、比較的高くなっている。孔移行部が一度製作されると、値は、低下し、ある程度の高さで維持される。孔がワークのほんの小さな部分で貫通しても、直ちに固体伝播音の値は、再び大幅に上昇する。したがって上昇する値に基づいて、何時貫通時点が達成されたか検出することができる。貫通孔が完成される、たとえば放電加工に際して電極が完全にワークを貫通すると、固体伝播音はゼロに戻るので、何時貫通孔が完成したかを迅速に認識することができる。これによってワークにさらなる破損が生じることなく、プロセスは、迅速に終了される。

従属請求項には、本発明の別の有利な実施形態を示した。

有利には、検出された固体伝播音の実際値は、記憶された固体伝播音の目標値と比較され、記憶された目標値との比較に基づいて、貫通孔の貫通および／または完成状態が特定される。これによって製作プロセスの追加的な確実性が確保される。

有利には、加工過程の間に、記録された固体伝播音の実際値から平均値が形成される。この平均値は、プロセス速度を求めるために用いられる。平均値が高いほど、穿孔速度が高く、したがってプロセス速度が高い。平均値が低いほど、穿孔速度が低く、したがってプロセス速度が低い。付記しておくと、平均値形成は、穿孔先端部分がワークに製作され、固体伝播音の値がバスタブ曲線の中央範囲に位置するようになってはじめて行うことができる。

特に有利には、固体伝播音は、ワークを保持するワークホルダで記録される。これによって本発明による方法は、特に簡単かつ安価に行うことができる。なぜならばセンサなどをワークに取り付ける必要が全くないからである。

さらに有利には、固体伝播音は、複数のセンサを用いて記録される。これによって記録された異なる固体伝播音値を互いに比較するか、もしくは記録された固体伝播音の平均値を形成することができ、したがってこの平均値は、貫通および／または貫通孔の完成状態を特定するためのプロセス値として用いられる。

有利には、貫通孔は、放電加工、レーザ穿孔、電子ビーム穿孔、ＥＣＭ穿孔またはＥＣＤＭ穿孔によって製作される。

したがって本発明では、貫通孔を製作する際に生じる固体伝播音は、加工過程を監視するために用いられる。特に固体伝播音は、ワークを通るたとえば電極の貫通を特定するため、かつ貫通孔の完成状態を特定するために用いられる。

本発明による、貫通孔を製作する製作法を監視する装置では、固体伝播音を記録するためのセンサと制御装置とが設けられている。制御装置は、センサによって記録された固体伝播音信号を受信し、記録された固体伝播音の値に基づいて、ワークを通って貫通が行われているか、かつ／または貫通孔が完成しているかどうか特定する。

有利には、制御装置が、比較装置と、固体伝播音の設定値の記憶されたメモリとを有しており、この場合比較装置は、記録された固体伝播音の実際値を、記憶された固体伝播音の目標値と比較する。

特に有利には、制御装置は、加工機械の機械制御系に組み込まれている。これによって製作コストが特に低く維持され、特にコンパクトな構造が達成される。またこれによってたとえばワークを通る貫通が生じるか、または貫通孔が完全に製作されると、機械を自動的に停止させることもできる。

特に有利には、監視装置は、固体伝播音を記録するための２つまたは３つ以上のセンサを備えている。これによって一方では冗長性を有するシステムを提供することができ、他方では異なるセンサによって記録された値を相互比較して、妥当性管理を行うことができる。

さらに有利には、監視装置が、加工しようとするワークを保持するためのワークホルダを備えている。この場合固体伝播音を記録するための単数または複数のセンサは、ワークホルダに配置されている。このような実施形態は特に有利である。なぜならばセンサをワークに取り付ける必要がないからである。換言すると、ワークホルダは、加工しようとするワークを収容するだけでよく、加工は迅速に開始することができる。この場合プロセス監視は制限なく実現される。なぜならば固体伝播音は、ワークからワークホルダに伝達され、したがってワークホルダで記録することができるからである。

さらに有利には、監視装置の制御装置が、計算ユニットを備えており、これによって記録された固体伝播音の実際値から平均値が形成される。平均値は、加工過程の穿孔速度を特定するために用いることができ、この場合穿孔速度が高いほど、平均値も高くなっている。

以下に、図面につき本発明の有利な実施例を説明する。

放電加工−製作法のための監視装置１は、センサ２を備えており、センサ２は、制御装置３と接続されている。制御装置３は、有利には放電加工機械の機械制御系でもある。制御装置３は、固体伝播音の目標値を記憶するためのメモリと、記録された固体伝播音の実際値の平均値を求めるため、また固体伝播音値の目標値−実際値−比較に関する計算ユニットとを備えている。さらに監視装置１は、第１の緊締ジョー４ａと第２の緊締ジョー４ｂとを備えたワークホルダ４を備えている。ワーク５は、両方の緊締ジョー４ａ，４ｂの間で緊締されている。放電加工機械は、図面を判りやすくするために完全には図示していない。符号６で、放電加工機械の１電極を示した。

図１および図２から看取されるように、貫通孔５ａは、ワーク５に形成される。ここでは貫通孔５ａは、第２の孔５ｂに通じている。孔の直径は比較的小さいので、特に貫通孔５ａを製作する際に、電極６が第２の孔５ｂの壁に接近しすぎて、材料を切削することにより、第２の孔５ｂの壁を破損することのないようにする必要がある。図１には、加工過程の１状態を示しており、ここでは電極６は、貫通孔５ａから第２の孔５ｂに向かって貫通部５ｃを形成している。図２には、貫通孔５ａが完全に製作された状態を示した。ここでは側孔５ｂの壁に対する電極の間隔は、依然として十分であり、つまり孔５ｂの壁で材料が切削されていない。

ワーク５を放電加工によって加工する間に形成される固体伝播音は、ワーク５を介してワークホルダ４に伝達され、ワークホルダ４でセンサ２によって記録される。記録された実際値は、センサ２から制御装置３に伝達される。この場合センサ２は、ワークホルダ４の任意の箇所に配置することができる。なぜならば固体伝播音は、ワークホルダの全ての外面に伝達されるからである。したがって使用例に応じて、ワークホルダ４におけるセンサ２の最適な配置が行われる。ワークホルダ４にセンサ２を配置することによって、さらに特別に迅速な製作過程が、たとえばワークなどにセンサを取り付けるための装着時間なしに実現される。

図３には、放電加工による図１および図２に示した貫通孔５ａの製作時の、時間ｔに関する固体伝播音を線図で示した。図３から看取されるように、固体伝播音値は、プロセス過程の開始時点では比較的高くなっている。このことは、図３において矢印Ａで示した。このことは、特にプロセス開始時点において先ず穿孔移行部（穿孔開始部）を製作する必要があることに関連する。穿孔移行部が製作されると、固体伝播音の値は小さくなる。なぜならば孔は、均等に形成することができるからである。図１に示した電極の貫通が生じると、直ちに固体伝播音値は急激に上昇し、これについては図３において矢印Ｂで示した。この値は、貫通による、孔底における不均等な切削に基づいて、電極が完全に貫通する（図２に示した状態）まで、高いまま維持される。このことは図３において符号Ｃで示した。完全な貫通が行われると、固体伝播音はゼロになる。

したがって孔製作時に固体伝播音に関して製作過程の開始段階および終了段階で比較的高い値を有するバスタブ曲線（Badewanne-Kurve）が生じる。したがってこのような特徴的な値に基づいて、プロセス進行を監視することができる。穿孔速度に関する情報を得るために、さらに平均値Ｘを形成することができる。この場合平均値Ｘが高いほど、穿孔速度も高くなる。特に穿孔開始時点では比較的大きな誤差の生じる恐れがあるので、平均値Ｘは、有利にはバスタブ曲線の中央の範囲で、つまり製作過程が継続的に進行する範囲で形成される。

さらに述べておくと、固体伝播音に基づいて、プロセス障害、たとえば短絡または電極６の送り運動の最適でない調整を確認することができる。したがって本発明では、放電加工に際して生じる固体伝播音値は、一方では貫通部が存在するか、もしくは孔が完全に製作されたかという現実に関して、また他方ではプロセスの、場合によっては生じる問題に関して、プロセス監視するために用いられる。本発明は、特に有利には、燃料噴射装置における絞り孔または燃料噴射ノズルの噴射孔などを製作する場合に適当なものである。

本発明は、特に放電加工−研削法に関して特に良好に利用することができる。また本発明は、レーザ穿孔法、電子ビーム穿孔法、ＥＣＭ穿孔法またはＥＣＤＭ穿孔法を用いて貫通孔を製作する際に利用することもできる。

本発明の第１実施例による、放電加工を用いて貫通孔を形成するための製作法を監視するための装置を、概略的に、電極がワークを貫通する時点で示した断面図である。 図１に対応する、貫通孔の製作の終了した時点で示した図である。 放電加工時における時間に関する固体伝播音の記録値を示した線図である。

Claims (14)

1. 特に放電加工によって貫通孔（５ａ）を製作する製作法を監視する方法において、
   −加工中に生じる固体伝播音の実際値を検出し、
   −記録された固体伝播音の実際値に基づいて貫通孔（５ａ）の製作状態および／または貫通を特定する、
   ステップを有することを特徴とする、貫通孔を製作する製作法を監視する方法。
2. −記憶された固体伝播音の目標値と、検出された固体伝播音の実際値とを比較し、
   −固体伝播音の目標値と実際値との比較に基づいて、貫通孔（５ａ）の製作状態および／または貫通を特定する、
   ステップを追加的に有する、請求項１記載の方法。
3. 記録された固体伝播音の実際値に基づいて、プロセス速度を求めるのに用いられる平均値（Ｘ）を形成する、請求項１または２記載の方法。
4. 固体伝播音を、貫通孔（５ａ）の製作されるワーク（５）を収容するワークホルダ（４）で記録する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 固体伝播音を、複数のセンサ（２）を用いて記録する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 貫通孔（５ａ）を、放電加工、レーザ穿孔、電子ビーム穿孔、ＥＣＭ穿孔またはＥＣＤＭ穿孔によって製作する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 貫通孔（５ａ）の製作プロセスを監視するために、貫通孔（５ａ）の製作時に生じる固体伝播音を用いる、固体伝播音の使用。
8. 貫通孔（５ａ）を製作する製作法を監視する装置において、
   固体伝播音を記録するためのセンサ（２）が設けられており、該センサ（２）によって記録された固体伝播音信号を受信する制御装置（３）が設けられており、該制御装置（３）が、記録された固体伝播音の実際値に基づいて、ワークを通る孔の貫通が存在するか、かつ／または貫通孔（ａ）が完成したかどうか特定するようになっていることを特徴とする、貫通孔を製作する製作法を監視する装置。
9. 制御装置（３）が、比較装置とメモリとを有しており、記録された固体伝播音の実際値が、メモリに記憶された固体伝播音の目標値と比較されるようになっている、請求項８記載の装置。
10. 制御装置（３）が、貫通孔（５ａ）を製作するための機械の機械制御系に組み込まれている、請求項８または９記載の装置。
11. 固体伝播音を記録するための２つまたは３つ以上のセンサ（２）が設けられており、これらのセンサ（２）が、それぞれ制御装置（３）と接続されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. 加工しようとするワーク（５）を保持するためのワークホルダ（４）が設けられており、センサ（２）が、固体伝播音を記録するためにワークホルダ（４）に配置されている、請求項８から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 制御装置（３）が、追加的に計算ユニットを備えており、記録された固体伝播音の実際値から平均値（Ｘ）が形成され、該平均値（Ｘ）に基づいて、加工過程の穿孔速度が求められるようになっている、請求項８から１２までのいずれか１項記載の装置。
14. 請求項８から１３までのいずれか１項記載の貫通孔を製作する製作法を監視する装置を備えた放電加工機械。

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