JP2012006116A - 短絡検出装置及び加工機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】短絡検出装置5は、被加工物W及びワイヤ電極21間に放電パルスを発生させる自励式の放電電源装置2を備えた加工機械1に用いられる。そして、短絡検出装置5は、バイアス抵抗27から被加工物W及びワイヤ電極21間に至る経路の所定位置に流れる電流に基づいて、被加工物W及びワイヤ電極21間の短絡を検出する。
【選択図】図1
Description
放電電源装置20は、図7に示すように、ワイヤ電極21と、FET(Field Effect Transistor)22と、FET22を介して直流電源23から流れる電流により充電するコンデンサ24と、FET22のオン・オフ制御を行う制御回路25とを備える。
制御回路25は、被加工物W及びFET22のゲートにカソードが接続されるとともにコンデンサ23にアノードが接続されるダイオード26と、バイアス抵抗27を介してダイオード25に逆電圧(バイアス電圧)を印加するとともにFET22のゲートにバイアス電圧を印加するバイアス電源28とを備える。そして、制御回路25は、ダイオード26の両端の電圧(アノード及びカソード間の電圧)の変化に応じてFET22をオン・オフさせる。
そして、コンデンサ23が充電されると、ダイオード26に順電圧が印加され、被加工物W及びワイヤ電極21間にコンデンサ23の電圧が印加され、放電パルスが発生する。
ここで、制御回路25は、放電パルスが発生している時には、ダイオード26に順電圧が印加されているため、FET22をオフ状態にする。FET22がオフ状態になると、ドレイン−ソース間に流れる電流が遮断される状態となり、直流電源23によるコンデンサ23の充電が中断される。
また、放電パルスが発生した後には、バイアス電源28によりダイオード26に逆電圧が再度、印加され、コンデンサ23の充電が開始される。
放電電源装置20は、以上の動作を繰り返すことで被加工物W及びワイヤ電極21間に繰り返し放電パルスを発生させることとなる。
そして、短絡検出装置にて短絡が検出された際に、被加工物及びワイヤ電極間の相対位置を変更して互いに離間させる、あるいは、電源を切る等の処理を行うことで、短絡時における被加工物及びワイヤ電極のダメージを最小に抑え、加工仕損を大幅に低減できる。
本発明では、短絡検出装置が被加工物及びワイヤ電極間に流れる電流に基づいて短絡を検出するので、短絡検出装置の一部を放電電源装置内部に搭載する必要がなく、従来の加工機械に短絡検出装置を容易に導入できる。
ところで、本発明のような自励式の放電電源装置では、スイッチング素子にバイアス電圧をかけてスイッチングしているため、短絡が発生すると、バイアス抵抗に流れる電流分だけが被加工物及びワイヤ電極間に流れる。すなわち、短絡発生時の被加工物及びワイヤ電極間に流れる電流値が、短絡が発生していない放電加工時の電流値の範囲内となり、短絡発生時と放電加工時との切り分けが難しい。
本発明では、短絡発生時の被加工物及びワイヤ電極間に流れる電流値がバイアス電圧とバイアス抵抗の抵抗値によって予め規定できることに着目した。そして、範囲判定部により電流値が上記予め規定された範囲内にあるか否かを判定し、判定結果に基づいて短絡検出部が短絡を検出するので、短絡発生時と放電加工時とを容易に切り分け、短絡発生時を適切に検出できる。
ところで、放電加工時には、放電と充電とを絶えず繰り返しているため、被加工物及びワイヤ電極に流れる電流は激しく変動している。一方、短絡発生時には、放電加工時のように電流が激しく変動することはない。
本発明では、上記事項に着目し、変動判定部により被加工物及びワイヤ電極間に流れる電流が激しく変動しているか否かを判定し、判定結果に基づいて短絡検出部が短絡を検出するので、短絡発生時と放電加工時とを容易に切り分け、短絡発生時を適切に検出できる。
本発明によれば、上述した範囲判定部と変動判定部とを組み合わせ、これら各判定部による判定結果に基づいて短絡を検出することで、短絡発生時をより適切に検出できる。
ところで、短絡発生時にバイアス抵抗に流れる電流は、放電加工時にバイアス抵抗に流れる電流よりも大きいものである。
本発明によれば、短絡検出装置がバイアス抵抗に流れる電流に基づいて短絡を検出する(例えば、バイアス抵抗に流れる電流値が所定の閾値よりも大きい場合に短絡発生と検出する)ので、短絡発生時と放電加工時との切り分けを簡素な構成で容易に実現でき、短絡発生時を適切に検出できる。
本発明によれば、加工機械は、上述した短絡検出装置を備えるので、上述した短絡検出装置と同様の作用及び効果を享受できる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、第1実施形態における加工機械1を示すブロック図である。
加工機械1は、被加工物W及びワイヤ電極21間に放電パルスを印加して被加工物Wを加工するものであり、図1に示すように、放電電源装置2と、NC装置3と、制御装置4と、短絡検出装置5とを備える。
制御装置4は、所定の加工プログラムにしたがって、NC装置3や、放電電源装置2の動作を制御する。
なお、抵抗51及びウインドコンパレータ52が本発明に係る範囲判定部に相当し、抵抗51及び交流電圧検出回路53が本発明に係る変動判定部に相当する。
抵抗51は、一端がワイヤ電極21に接続されるとともに、他端が接地され、被加工物W及びワイヤ電極21間に流れる電流を電圧に変換する。
ウインドコンパレータ52は、2つの基準電圧値が設定され、抵抗51にて変換された電圧値が上記2つの基準電圧値の間の電圧値である時だけHiレベルの信号を出力する。
本実施形態では、ウインドコンパレータ52における上述した2つの基準電圧値は、バイアス電圧やバイアス抵抗27の抵抗値等により規定された短絡電圧値が間に介在するように設定されている。
交流電圧検出回路53は、抵抗51にて変換される電圧値が激しく変動しているか否かを検出し、激しく変動していない時だけHiレベルの信号を出力する。この交流電圧検出回路53は、図2に示すように、直流カットコンデンサ531と、ゼロクロスコンパレータ532と、鋸波回路533と、コンパレータ534とを備える。
直流カットコンデンサ531は、抵抗51にて変換された電圧から直流成分を除去し、交流成分のみを取り出す。
ゼロクロスコンパレータ532は、直流カットコンデンサ531の出力を交流電圧によらないON−OFF波形に変換する。
鋸波回路533は、ゼロクロスコンパレータ532の出力のうち、OFF側にのみ遅延をかけてONからOFFへの立下りを遅らせる。
コンパレータ534は、鋸波回路533からの出力と閾値Th(図4(B)参照)とを比較し、鋸波回路533からの出力が閾値Th未満である時だけHiレベルの信号を出力する。
図3及び図4は、短絡検出装置5の動作を説明するための図である。具体的に、図3は、横軸に加工速度、縦軸に被加工物W及びワイヤ電極21間に流れる電流(以下、放電電流)を示した加工速度−放電電流特性を示した図(静特性線図)である。図4は、放電電流が激しく変動している場合(放電電流に交流成分が含まれている場合)でのゼロクロスコンパレータ532の出力(図4(A))及び鋸波回路533の出力(図4(B))の一例を示した図である。
なお、図3では、横軸上の発生点Pにて被加工物W及びワイヤ電極21間に短絡が発生したものとしている。
このような被加工物Wの放電加工時には、放電電流が激しく変動しているため、ゼロクロスコンパレータ532からは、例えば、図4(A)に示すようなON−OFF波形が出力される。また、ゼロクロスコンパレータ532の出力は、鋸波回路533を介すことで、図4(B)に示すように、OFF側にのみ遅延がかけられる。そして、コンパレータ534は、鋸波回路533からの出力が閾値Th(図4(B))以上であるため、Lowレベルの信号を出力する。
すなわち、被加工物Wの放電加工時のような放電電流が激しく変動している場合には、鋸波回路533からの出力が閾値Th以上の電圧値となり、コンパレータ534からLowレベルの信号が出力されることとなる。
したがって、AND回路54は、制御装置4に短絡信号を出力しない。
このような短絡発生時には、放電電流の変動が小さいため、具体的な図示は省略したが、鋸波回路533からの出力が閾値Th未満の電圧値となり、コンパレータ534からHiレベルの信号が出力されることとなる。
また、ウインドコンパレータ52からもHiレベルの信号が出力されるため、AND回路54は、制御装置4に短絡信号を出力する。
そして、制御装置4は、短絡検出装置5から短絡信号を入力した場合には、例えば、NC装置3の動作を制御して被加工物W及びワイヤ電極21を互いに離間させる、あるいは、放電電源装置2の動作を停止させる(電源を切る)等の処理を行う。
本実施形態では、短絡検出装置5がバイアス抵抗27から被加工物W及びワイヤ電極21間に至る経路の所定位置に流れる電流に基づいて短絡を検出するので、簡素な構成で短絡を検出できる。
そして、短絡検出装置5にて短絡が検出された際に、制御装置4がNC装置3の動作を制御して被加工物W及びワイヤ電極21を互いに離間させる、あるいは、放電電源装置2の動作を停止させる(電源を切る)等の処理を行う。このため、短絡時における被加工物W及びワイヤ電極21のダメージを最小に抑え、加工仕損を大幅に低減できる。
また、短絡発生時に上述した処理を自動で行うことができるため、被加工物Wの放電加工時に作業者が加工機械1を監視する必要がなく、機械の無人化から作業効率を向上でき、加工コストを低減できる。
特に、本実施形態では、ウインドコンパレータ52及び交流電圧検出回路53の双方を組み合わせているため、短絡発生時をより適切に検出できる。
次に、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。
図5は、第2実施形態における加工機械1を示すブロック図である。
なお、以下では、前記第1実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
本実施形態では、図5に示すように、前記第1実施形態に対して、短絡検出装置5の構成が異なるのみである。その他の構成は、前記第1実施形態と同様のものである。
差動検出回路55は、バイアス抵抗27に流れる電流を電圧に変換する。
平均化回路56は、差動検出回路55からの出力を平均化する。
コンパレータ57は、平均化回路56からの出力と所定の閾値とを比較し、平均化回路56からの出力が前記所定の閾値以上である時だけ被加工物W及びワイヤ電極21間に短絡が発生した旨の短絡信号を制御装置4に出力する。
図6は、短絡検出装置5の動作を説明するための図である。具体的に、図6は、横軸に加工速度、縦軸にバイアス抵抗27に流れる電流(以下、バイアス電流)を示した加工速度−バイアス電流特性を示した図(図3と同様の静特性線図)である。
なお、図6では、横軸上の発生点Pにて被加工物W及びワイヤ電極21間に短絡が発生したものとしている。
すなわち、被加工物Wの放電加工時には、バイアス電流の値が小さいものであるため、差動検出回路55及び平均化回路56を介した出力が小さいものとなり、コンパレータ57は、制御装置4に短絡信号を出力しない。
一方、短絡発生時には、バイアス電流の値が大きいものであるため、差動検出回路55及び平均化回路56を介した出力が大きいものとなり、コンパレータ57は、制御装置4に短絡信号を出力する。
本実施形態では、バイアス電流が被加工物Wの放電加工時に比べて短絡発生時に大きくなることに着目し、短絡検出装置5がバイアス電流に基づいて短絡を検出するので、短絡発生時と放電加工時との切り分けを簡素な構成で容易に実現でき、短絡発生時を適切に検出できる。
また、このような短絡の検出方法によれば、バイアス抵抗27を交換してもコンパレータ57にて平均化回路56からの出力と比較する閾値を調整する必要がない。
前記各実施形態では、被加工物Wがプラス側に、ワイヤ電極21がマイナス側に接続されていたが、これに限らず、被加工物Wがマイナス側に、ワイヤ電極21がプラス側に接続された構成を採用しても構わない。
前記各実施形態では、短絡検出装置5は、アナログ処理により短絡を検出していたが、これに限らず、デジタル処理により短絡を検出しても構わない。
前記各実施形態では、制御装置4は、短絡検出装置5にて短絡が検出された際に、NC装置3の動作を制御して被加工物W及びワイヤ電極21を互いに離間させる、あるいは、放電電源装置2の動作を停止させる(電源を切る)等の処理を行っていたが、これに限らない。例えば、制御装置4は、短絡検出装置5にて短絡が検出された際に、ブザー等を鳴らす、あるいは、LED等を点灯させる等、短絡が発生した旨を作業者に報知する処理を実施する構成としても構わない。
2・・・放電電源装置
5・・・短絡検出装置
21・・・ワイヤ電極
22・・・FET(スイッチング素子)
51・・・抵抗(範囲判定部、変動判定部)
52・・・ウインドコンパレータ(範囲判定部)
53・・・交流電圧検出回路(変動判定部)
54・・・AND回路(短絡検出部)
W・・・被加工物
Claims (7)
- 被加工物及びワイヤ電極間に放電パルスを発生させる自励式の放電電源装置を備えた加工機械に用いられ、前記被加工物及び前記ワイヤ電極間の短絡を検出する短絡検出装置であって、
前記放電電源装置は、
充電によって蓄えた電荷により前記被加工物及び前記ワイヤ電極間に前記放電パルスを発生させるコンデンサと、
オン状態で前記コンデンサに電荷を充電させ、オフ状態で前記コンデンサへの充電を停止させるスイッチング素子と、
前記放電パルスの発生時に前記コンデンサから前記被加工物及び前記ワイヤ電極間に電流が流れる経路に設けられ、両端の電圧変化に応じて前記スイッチング素子を前記オン状態または前記オフ状態に設定するダイオードと、
バイアス抵抗を介して、前記ダイオードに逆電圧方向のバイアス電圧を印加するとともに、前記スイッチング素子にバイアス電圧を印加するバイアス電源とを備え、
当該短絡検出装置は、
前記バイアス抵抗から前記被加工物及び前記ワイヤ電極間に至る経路の所定位置に流れる電流に基づいて、前記被加工物及び前記ワイヤ電極間の短絡を検出する
ことを特徴とする短絡検出装置。 - 請求項1に記載の短絡検出装置において、
当該短絡検出装置は、
前記被加工物及び前記ワイヤ電極間に流れる電流に基づいて、前記被加工物及び前記ワイヤ電極間の短絡を検出する
ことを特徴とする短絡検出装置。 - 請求項2に記載の短絡検出装置において、
前記被加工物及び前記ワイヤ電極間に流れる電流値が所定の範囲内にあるか否かを判定する範囲判定部と、
前記範囲判定部による判定結果に基づいて、前記被加工物及び前記ワイヤ電極間の短絡を検出する短絡検出部とを備える
ことを特徴とする短絡検出装置。 - 請求項2に記載の短絡検出装置において、
前記被加工物及び前記ワイヤ電極間に流れる電流の変動状態を判定する変動判定部と、
前記変動判定部による判定結果に基づいて、前記被加工物及び前記ワイヤ電極間の短絡を検出する短絡検出部とを備える
ことを特徴とする短絡検出装置。 - 請求項2に記載の短絡検出装置において、
前記被加工物及び前記ワイヤ電極間に流れる電流値が所定の範囲内にあるか否かを判定する範囲判定部と、
前記被加工物及び前記ワイヤ電極間に流れる電流の変動状態を判定する変動判定部と、
前記範囲判定部及び前記変動判定部による判定結果に基づいて、前記被加工物及び前記ワイヤ電極間の短絡を検出する短絡検出部とを備える
ことを特徴とする短絡検出装置。 - 請求項1に記載の短絡検出装置において、
当該短絡検出装置は、
前記バイアス抵抗に流れる電流に基づいて、前記被加工物及び前記ワイヤ電極間の短絡を検出する
ことを特徴とする短絡検出装置。 - 被加工物及びワイヤ電極間に放電パルスを発生させる自励式の放電電源装置と、前記被加工物及び前記ワイヤ電極間の短絡を検出する短絡検出装置とを備え、前記放電パルスを発生させて前記被加工物を放電加工する加工機械であって、
前記放電電源装置は、
充電によって蓄えた電荷により前記被加工物及び前記ワイヤ電極間に前記放電パルスを発生させるコンデンサと、
オン状態で前記コンデンサに電荷を充電させ、オフ状態で前記コンデンサへの充電を停止させるスイッチング素子と、
前記放電パルスの発生時に前記コンデンサから前記被加工物及び前記ワイヤ電極間に電流が流れる経路に設けられ、両端の電圧変化に応じて前記スイッチング素子を前記オン状態または前記オフ状態に設定するダイオードと、
バイアス抵抗を介して、前記ダイオードに逆電圧方向のバイアス電圧を印加するとともに、前記スイッチング素子にバイアス電圧を印加するバイアス電源とを備え、
前記短絡検出装置は、
請求項1から請求項6のいずれかに記載の短絡検出装置で構成されている
ことを特徴とする加工機械。
Priority Applications (1)
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JP2010144462A JP5504069B2 (ja) | 2010-06-25 | 2010-06-25 | 短絡検出装置及び加工機械 |
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JP2010144462A JP5504069B2 (ja) | 2010-06-25 | 2010-06-25 | 短絡検出装置及び加工機械 |
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JP5504069B2 JP5504069B2 (ja) | 2014-05-28 |
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Family Applications (1)
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JP2010144462A Active JP5504069B2 (ja) | 2010-06-25 | 2010-06-25 | 短絡検出装置及び加工機械 |
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- 2010-06-25 JP JP2010144462A patent/JP5504069B2/ja active Active
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