JP4059159B2 - 放電加工制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、放電加工において、電極と被加工物（以下ワークと記す）との間の放電状態を判定する放電加工制御装置に関する。

従来、放電加工において、電極とワークとの間の放電状態を判定し、その判定結果に応じて正常な放電にて加工できるようにフィードバック制御を行う放電分類装置が提案されている（特許文献１参照）。

上記従来技術では、放電状態は正常放電、アーク放電（異常放電）、短絡放電の３種類に分類されている。このうち、正常放電のみが正常な放電状態であって、正常な放電状態では放電加工を正常に行うことができる。また、アーク放電および短絡放電は異常な放電状態であって、異常な放電状態では放電加工を正常に行うことができない。

上記特許文献１においては、各放電状態は、放電電圧をモニタすることにより判定される。各放電状態は、この放電電圧が放電電流に換算され、この放電電流波形を用いて次のように定義されている。まず、モニタされた放電電圧は、「電圧＝抵抗×電流」の関係から放電電流に換算される。そして、放電電流最高値の９５％〜９９％をハイレベル（以下、Ｈと記す）、放電電流最高値の２５％〜９０％をローレベル（以下、Ｌと示す）に設定して、放電電流波形とＨまたはＬとの関係によって放電状態が分類されている。各放電状態は、放電電流波形がＨとＬとの間にある状態を正常放電、放電電流波形がＨとＬとの間にあるが、放電の持続時間が正常状態よりも短いかまたは断続的に起こる状態をアーク放電、放電電流波形がＨを超える状態を短絡放電とされている。

放電状態はこのように分類されており、放電加工における放電電圧がモニタされることにより放電状態が判定されている。そして、判定された各放電状態によって正常な放電が行われるようにフィードバック制御がなされるようになっている。
特開平７−１２３４号公報

実際に行われる放電では、上記した正常放電、アーク放電、短絡放電の３つの放電状態の他に、不完全放電と呼ばれる放電状態がある。この不完全放電とは、電極の電圧が十分に充電されずに始まった放電のことである。

しかしながら、従来の放電分類装置では、放電状態を放電電流波形のみに基づいて分類しているため、上記不完全放電を検出できない。例えば、電極の電圧が十分に充電されていない状態で放電が行われた場合、その放電が始まってすぐに終わってしまう場合には放電の持続時間が短いのでアーク放電であると判定され、その放電の持続時間が長い場合には正常放電であると判定されてしまう。

このように、従来技術では、正常放電、アーク放電、短絡放電の３つの放電状態を判定できるものの、不完全放電を検出することができない。したがって、放電加工において不完全放電が起こっていたとしても、正常放電、アーク放電、短絡放電のいずれかに判定されてしまう。そのため、フィードバック制御により、的確に正常な放電を実現することができなくなっている。

本発明は上記点に鑑みて、１回の放電における放電電圧および放電電流に基づいて、電極の充電が十分になされずに始まった不完全放電状態を検出することと、その判定に基づいて的確なフィードバック制御を行うことができる放電加工制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、放電モニタ部は、放電電圧の絶対値に対する第１のしきい値と、第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値とに基づいて、第１のデジタル信号と第２のデジタル信号とを生成する放電電圧波形成形部（７）と、放電電流に対する第３のしきい値に基づいて、第３のデジタル信号を生成する放電電流波形成形部（８）と、第１のデジタル信号と、第２のデジタル信号と、第３のデジタル信号とに基づいて、放電状態の判定を行うための第１のデジタル信号の判定信号と、第２のデジタル信号の判定信号と、第３のデジタル信号の判定信号とを生成する判定部（９）と、判定信号に基づいて放電状態の判定を行う中央演算部（１２）とを有することを特徴としている。

このような構成とすることにより、放電電圧および放電電流から、放電状態の判定に用いられる第１〜第３のデジタル信号の判定信号を生成し、これら３つの第１〜第３のデジタル信号の判定信号に基づいて放電状態を判定することができる。このように３つの判定信号を用いて判定を行うことにより、これまでに検出不可能だった不完全放電を検出することができる。さらに、より正確に放電状態の判定が行えるようになるので、異常な放電状態が検出されたとしても、正常な放電が行えるような正確なフィードバック制御を行えるようになる。

また、中央演算部は、第１のデジタル信号の判定信号と、第２のデジタル信号の判定信号と、第３のデジタル信号の判定信号との組み合わせによって放電状態の判定を行うようになっていること特徴としている。

このように、３つの判定信号の組み合わせによって放電状態の判定を行うことで、これまで検出できなかった不完全放電を検出することができる。したがって、より正確な放電状態を判定することが可能となる。

また、判定部は、第３のデジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後の第２のデジタル信号と第３のデジタル信号とを、第２のデジタル信号の判定信号と第３のデジタル信号の判定信号として、第３のデジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後に出力する手段（３７、３９、４１、４２）と、第３のデジタル信号が立ち上がってからＴ２時間前の第１のデジタル信号を第１のデジタル信号の判定信号とする手段（３６、３８、４０）とを有することを特徴としている。

これにより、放電が始まる前の第１のデジタル信号の判定信号と、放電後の第２のデジタル信号および第３のデジタル信号の判定信号とを生成することができる。これらのデジタル信号の判定信号が放電状態の判定のために用いられることになる。

また、Ｔ１時間は、放電電流が第３のしきい値を超える時点を基準として、放電電流が第３のしきい値を超えてから、放電電圧の絶対値が第２のしきい値を下回るまでの時間の１０％〜６０％の時間内に設定されていることを特徴としている。

このようにＴ１時間を設定することにより、放電後の放電電圧および放電電流の状態を知ることができる。さらに、このＴ１時間の時点にて放電状態の判定を行うことにより、１回の放電ごとに放電状態を判定することができる。

また、Ｔ２時間は、放電電流が第３のしきい値を超える時点を基準として、その基準よりも遡った時間を示し、正常な放電が行われる場合の放電電圧において、この放電電圧が十分に充電されて第１のしきい値を超えている、あらかじめ決められた周期をもつクロックパルスの６周期分の時間内に設定されるようになっていることを特徴としている。

このようにＴ２時間を設定することにより、放電が始まる前の放電電圧の状態を知ることができる。この放電前の放電電圧の状態は、Ｔ１時間の時点で放電状態の判定に用いられる。

請求項２に記載の発明では、放電モニタ部には表示部（１３）が備えられており、表示部は、中央演算部から入力された放電状態の判定結果を視覚表示するようになっていることを特徴としている。

このように、放電状態の判定結果を視覚的に表示することで、実際の放電状態を知ることができる。これにより、放電状態によっては、中央演算部に指令を出して正常な放電が行えるようにすることも可能になる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明における放電加工制御装置のブロック構成図である。この図に示すように、放電加工制御装置は、放電加工部１と、放電モニタ部２と、駆動部３と、駆動回路部４とを備えて構成されている。

放電加工部１は、放電加工を行うための電極５を備えており、電極５とこの電極５によって加工されるワーク６との間に放電を発生させ、その放電のエネルギーによってワーク６を溶融して加工するものである。放電加工部１の電極５に印加されるパルス状の放電電圧および電極５−ワーク６間に流れるパルス状の放電電流が、放電状態を判定するためのパラメータとされ、これらは放電モニタ部２に送信される。このとき、放電電流は、例えば１Ａが０．１Ｖになるような比率で電圧に変換されてから放電モニタ部２に送信される。

放電加工部１において、電極５の材質は、例えば銅やタングステンなどであり、ワーク６の加工に最適な材質の電極５が用いられる。また、ワーク６は、導電性の金属やセラミックスなど、加工したい材質が選択される。さらに、ワーク６の材質により、ワーク６を加工液に浸し、電極５とワーク６との間に加工液が介在する状態として加工される場合もあるが、ワーク６の材質によっては加工液を用いない場合もある。この電極５とワーク６との間の加工間隔は、ワーク６に金属材料を選択した場合において、例えば１０〜３００μｍであるが、ワーク６の加工条件などにより変動する。

放電モニタ部２は、放電加工部１における電極５とワーク６との間に生じる放電状態の判定を行い、駆動部３に対して放電状態を基にしたフィードバック制御信号を送信するものである。放電モニタ部２には、放電加工部１からの放電電圧と電圧変換された放電電流とが入力され、放電状態の判定が１回の放電、すなわち放電電圧および放電電流の１パルスごとに行われる。そして、放電状態の判定結果によるフィードバック制御信号が駆動部３に送信される。ここでいう放電状態とは、放電加工エネルギー量が大きい順に、正常放電、短絡放電、不完全放電、異常放電の４つに分類される各状態をいう。これらの放電状態の定義については、後で説明する。

駆動部３は、放電モニタ部２から入力されたフィードバック制御信号に基づいて正常な放電加工が実現されるような演算を行い、その演算結果を駆動回路部４に送信するものである。

駆動回路部４は、放電加工部１における電極５とワーク６との間の放電状態を調整する。詳しくは電極５とワーク６との間の加工間隔を調整するものである。駆動回路部４はモータを備えており、駆動部３から入力された演算結果に基づいて、ワーク６を設置している駆動回路部４のアクチュエータによりモータを制御して、電極５とワーク６との間の加工間隔の調整を行う。なお、駆動部３および駆動回路部４は、本発明における放電状態制御部に相当する。

次に、放電状態の判定を行う放電モニタ部２について詳しく説明する。放電モニタ部２の構成は、具体的には図２に示される。図２に示されるように、放電モニタ部２は、放電電圧波形成形部７と、放電電流波形成形部８と、判定信号生成部９と、中央演算部１２と、表示部１３とを備えて構成されている。

放電電圧波形成形部７は、放電加工部１から入力された放電電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換するものであり、図３は、この放電電圧波形成形部７の具体的な回路図である。放電電圧波形成形部７は、第１分圧回路部１４と、第１、第２保護回路部１５、１８と、バッファ回路部１６と、ノイズ除去回路部１７と、第１〜第４比較回路部１９〜２２と、フィルタ回路部２３と、非反転回路部２４と、反転回路部２５と、第１〜第４スイッチ回路部２６〜２９とを備えて構成されている。

第１分圧回路部１４は、第１分圧回路部１４に備えられた抵抗１４ａ〜１４ｃにより、放電電圧波形成形部７に入力された放電電圧を分圧してその大きさを低下させるものである。これは、電極５に印加される放電電圧が、例えば５００Ｖの高電圧であるので、放電電圧波形成形部７に備えられたＩＣチップが破壊されないようにするためである。そこで、分圧回路部のＡ点を例えば±５Ｖ以内になるように、入力された放電電圧が分圧される。分圧された放電電圧は第１保護回路部１５に送信される。

第１保護回路部１５は、第１分圧回路部１４のＡ点における放電電圧が±１５Ｖを超えるような過電圧が第１保護回路部１５に入力された場合、この過電圧を放電電圧波形成形部７の外部へ逃がす働きをするものである。この第１保護回路部１５は、ダイオード１５ａ、１５ｂを備えて構成されている。なお、正電位点Ｐ１は例えば＋１５Ｖ、負電位点Ｎ１は−１５Ｖに固定されている。

バッファ回路部１６は、回路と回路の間に挿入され、互いの回路が影響を及ぼさないようにするものであり、オペアンプ１６ａを備えて構成されている。バッファ回路部１６には、第１保護回路部１５から放電電圧が入力され、この放電電圧をノイズ除去回路部１７に送信する。

ノイズ除去回路部１７は、入力された信号の高周波ノイズ除去を行うものである。ノイズ除去回路部１７は、抵抗１７ａ、１７ｂと、コンデンサ１７ｃ、１７ｄと、オペアンプ１７ｅとを備えて構成されている。ノイズ除去回路部１７に入力された放電電圧には、信号処理に不必要である高周波ノイズ成分が含まれているため、この高周波ノイズ成分を取り除く機能が備えられている。そして、ノイズ除去された放電電圧は、第２保護回路部１８に送信される。

第２保護回路部１８は、第１保護回路部１５と同様に、過電圧が入力された場合にその過電圧を外部へ逃がす働きをするものである。第２保護回路部１８の構成は、第１保護回路部１５と同様であり、ダイオード１８ａ、１８ｂを備えている。なお、正電位点Ｐ２は例えば＋５Ｖ、負電位点Ｎ２は例えば−５Ｖに固定されている。放電電圧はこの第２保護回路部１８を通過して、第１〜第４比較回路部１９〜２２に送信される。

第１〜第４比較回路部１９〜２２は、入力された信号とあらかじめ設定されているしきい値とを比較して、入力された信号がしきい値よりも大きい場合にＨｉを出力し、入力された信号がしきい値よりも小さい場合にＬｏｗを出力するものである。放電電圧は、第１〜第４比較回路部１９〜２２にてアナログ信号からデジタル信号に変換される。このように比較回路部が４つ設置されているのは、放電電圧のアナログ信号に対して２つのしきい値を設定するためと、放電電圧の極性が正電位または負電位のどちらにもなり得るためである。

第１比較回路部１９は、可変抵抗１９ａと、抵抗１９ｂと、反転出力可能なオペアンプ１９ｃとを備えて構成されている。この第１比較回路部１９において、しきい値は可変抵抗１９ａの値により設定されている。第２〜第４比較回路部２０〜２２の構成は、第１比較回路部１９と同様であり、第１比較回路部１９の可変抵抗１９ａ、抵抗１９ｂ、オペアンプ１９ｃがそれぞれ第２〜第４比較回路部２０〜２２の可変抵抗２０ａ〜２２ａ、抵抗２０ｂ〜２２ｂ、オペアンプ２０ｃ〜２２ｃに対応し、それぞれが第１比較回路部１９と同様の機能を果たす。また、各比較回路部１９〜２２の可変抵抗１９ａ〜２２ｃは、設定させるしきい値によってそれぞれ異なる抵抗値が設定される。

第１〜第４比較回路部１９〜２２のうち、第１、第３比較回路部１９、２１は、放電前の放電電圧が十分に充電されているかを判定するためのものであり、規定の放電電圧の５０〜９５％を高電位しきい値として設定し、高電位デジタル信号を出力する。また、第２、第４比較回路部２０、２２は、放電中に電極に残っている放電電圧（このとき、放電電圧は低電位しきい値よりも大きい）を示すギャップ電圧が残っているかを判定するためのものであり、規定の放電電圧の５〜５０％を低電位しきい値として設定し、低電位デジタル信号を出力する。ここで、高電位しきい値が本発明における第１のしきい値、低電位しきい値が本発明における第２のしきい値、高電位デジタル信号が本発明における第１のデジタル信号、低電位デジタル信号が本発明における第２のデジタル信号に相当する。

これら第１〜第４比較回路部１９〜２２のうち、電極５の極性が正の場合、放電電圧の高電位デジタル信号は第１比較回路部１９、低電位デジタル信号は第２比較回路部２０から反転出力される。これらのデジタル信号は各フィルタ回路部２３ａ、２３ｂを通過して、各スイッチ回路２６、２７に入力される。また、電極５の極性が負の場合、放電電圧の高電位デジタル信号は第３比較回路部２１、低電位デジタル信号は第４比較回路部２２から非反転出力される。これらのデジタル信号は各フィルタ回路部２３ｃ、２３ｄを通過して、核スイッチ回路部２８、２９に入力される。このように、第１〜第４比較回路部１９〜２２から出力された各デジタル信号は、第１〜第４比較回路部１９〜２２にそれぞれ接続されたフィルタ回路部２３ａ〜２３ｄを経由して、それぞれ接続されたスイッチ回路部２６〜２９に送信される。

フィルタ回路部２３ａ〜２３ｄは、入力された信号のノイズ除去を行うものである。なお、このフィルタ回路部２３ａ〜２３ｄは、設置させなくてもよい。このフィルタ回路部２３ａ〜２３ｄにてノイズ除去された各デジタル信号は、フィルタ回路部２３ａ〜２３ｄにそれぞれ接続された第１〜第４スイッチ回路部２６〜２９に送信される。

非反転回路部２４は、入力されたデジタル信号をそのまま出力するものである。この非反転回路部２４には、図２に示した中央演算部１２から放電電圧極性切換信号（電極５が正電位の場合はＬｏｗ、負電位の場合はＨｉ）が入力される。非反転回路部２４から出力された放電電圧電極切換信号は、第１、第２スイッチ回路部２６、２７に送信される。

反転回路部２５は、入力されたデジタル信号を反転して出力するものである。この反転回路部２５には、中央演算部１２から放電電圧極性切換信号が入力され、Ｈｉが入力された場合にＬｏｗ、Ｌｏｗが入力された場合にＨｉが出力される。反転回路部２５にて反転された放電電圧極性切換信号は、第３、第４スイッチ回路部２８、２９に送信される。

第１〜第４スイッチ回路部２６〜２９は、中央演算部１２からの放電電圧極性切換信号によって、フィルタ回路部２３から入力された信号をオンまたはオフさせるものである。これらスイッチ回路部２６〜２９は、放電電圧極性切換信号のＬｏｗが入力されるとオンになり、各フィルタ回路部２３ａ〜２３ｄから入力されたデジタル信号を出力する。また、スイッチ回路部２６〜２９は、放電電圧極性切換信号のＨｉが入力されるとオフになり、フィルタ回路部２３ａ〜２３ｄから入力されたデジタル信号を出力しない。

つまり、電極５の極性が正の場合、第１、第２スイッチ回路部２６、２７がオンになり、第１、第２比較回路部１９、２０から送信された高電位および低電位デジタル信号が出力される。このとき、第３、第４スイッチ回路部２８、２９はオフになっているので、第３、第４比較回路部２１、２２から入力された高電位および低電位デジタル信号は出力されない。

また、電極５の極性が負の場合、第３、第４スイッチ回路部２８、２９がオンになり、第３、第４比較回路部２１、２２から送信された高電位および低電位デジタル信号が出力される。このとき、第１、第２スイッチ回路部２６、２７はオフになっているので、第１、第２比較回路部１９、２０から入力された高電位および低電位デジタル信号は出力されない。

放電電圧波形成形部７は以上のような構成となっており、この放電電圧波形成形部７にて生成された高電位および低電位デジタル信号は、判定信号生成部９のパルス良否判定部１１に送信される。

放電電流波形成形部８は、放電加工部１から入力され、電圧変換された放電電流のアナログ信号をデジタル信号に変換するものである。図４は、この放電電流波形成形部８の具体的な回路図である。放電電流波形成形部８は、第２分圧回路部３０と、第１、第２保護回路部３１、３４と、バッファ回路部３２と、ノイズ除去回路部３３と、第５比較回路部３５と、フィルタ回路部２３ｅとを備えて構成されている。

第２分圧回路部３０、第１、第２保護回路部３１、３４、バッファ回路部３２、ノイズ除去回路部３３、第５比較回路部３５の構成は放電電圧波形成形部７に備えられている各回路部と同様であり、同じ機能を果たすものである。具体的には、抵抗３０ａ〜３０ｃがそれぞれ抵抗１４ａ〜１４ｃに対応し、ダイオード３１ａ、３１ｂがそれぞれダイオード１５ａ、１５ｂに対応し、オペアンプ３２ａがオペアンプ１６ａに対応し、抵抗３３ａ、３３ｂが抵抗１７ａ、１７ｂに対応し、コンデンサ３３ｃ、３３ｄがコンデンサ１７ｃ、１７ｄに対応し、オペアンプ３３ｅがオペアンプ１７ｅに対応し、ダイオード３４ａ、３４ｂがダイオード１８ａ、１８ｂに対応し、可変抵抗３５ａが可変抵抗１９ａ〜２２ａに対応し、抵抗３５ｂが抵抗１９ｂ〜２２ｂに対応し、オペアンプ３５ｃがオペアンプ１９ｃ〜２２ｃに対応する。

なお、第２分圧回路部３０において、Ｂ点の電位が例えば±５Ｖ以内になるように放電電流が分圧される。

第５比較回路部３５は、第１〜第４比較回路部１９〜２２と同様に、あらかじめ設定されたしきい値と入力された信号とを比較してその結果を出力するものである。第５比較回路部３５には、放電電流しきい値が設定されている。具体的には、規定の放電電流の１０〜５０％を放電電流しきい値とし、このしきい値を超える放電電流が入力された場合にＨｉ、超えない場合にＬｏｗの放電電流デジタル信号が出力される。ここで、放電電流しきい値が本発明における第３のしきい値、放電電流デジタル信号が本発明における第３のデジタル信号に相当する。

放電電流しきい値は、放電電圧の場合と同様に、第５比較回路部３５の可変抵抗の値を変更することによってあらかじめ設定されている。そして、第５比較回路部３５から送信された放電電流デジタル信号は、第５フィルタ回路部２３にてノイズ除去され、放電電流波形成形部８から判定信号生成部９に送信される。詳しくは、放電電流デジタル信号は、判定信号生成部９のＴ１・Ｔ２時間設定部１０とパルス良否判定部１１とに送信される。

判定信号生成部９は、入力された放電電圧の高電位デジタル信号、低電位デジタル信号、放電電流デジタル信号に基づいて、中央演算部１２が放電状態を判定するための各デジタル信号の判定信号を生成するものである。ここで、判定信号生成部９は本発明における判定部に相当する。判定信号生成部９は、Ｔ１・Ｔ２時間設定部１０と、パルス良否判定部１１とを備えて構成されている。

Ｔ１・Ｔ２時間設定部１０は、中央演算部１２から入力されたＴ１・Ｔ２時間設定信号群と放電電流波形成形部８から入力された放電電流デジタル信号とに基づいて、放電電流デジタル信号の立ち上がりを基準にしたＴ１およびＴ２時間の設定を行うものである。これらＴ１およびＴ２時間は、放電状態の判定に用いられる。図５は、Ｔ１・Ｔ２時間設定部１０のブロック構成図である。このＴ１・Ｔ２時間設定部１０には、例えば東芝社製の７４ＨＣ１６１、７４ＨＣ５４１、７４ＡＣ５２１が用いられる。

Ｔ１時間およびＴ２時間は、以下のように定義される。まず、Ｔ１時間は、放電電流デジタル信号の立ち上がりを基準にして、この放電電流デジタル信号が立ち上がってから経過した時間を示し、このＴ１時間の時点にて放電状態が判定される。正常な放電において、放電電流が放電電流しきい値を超えてから、放電電圧が低電位しきい値を下回るまでの時間を放電時間とする。この放電時間が放電が行われる持続時間であり、放電加工部１によって設定されている。したがって、Ｔ１時間はこの設定時間内に収まるように設定されている。

具体的には、Ｔ１時間は、放電時間の１０％〜６０％の時間内に設定される。放電時間の下限を１０％としているのは、正常な放電が行わなかった場合、放電時間の１０％の時間で放電電流がしきい値を下回ってしまうためである。また、放電時間の上限を６０％としているのは、この時間を超えると安定した放電が行われているからである。好ましくは、Ｔ１時間は放電時間の３０％に設定される。

Ｔ２時間は、放電電流デジタル信号の立ち上がりを基準にして、その基準よりも遡った時間を示す。具体的には、Ｔ２時間は、正常な放電が行われる場合において、放電電圧が十分に充電されて高電位しきい値を超えている状態から放電電流デジタル信号の立ち上がりの基準に至るまでの時間に設定される。このＴ２時間は、任意の周期（例えば１μｓ）をもつクロックパルスの６周期分の時間とされ、中央演算部１２からの指令により、Ｔ１・Ｔ２時間設定部１０にて設定される。

Ｔ１・Ｔ２時間設定部１０には、中央演算部１２からのＴ１・Ｔ２時間設定信号群と、放電電圧波形成形部７からの放電電流デジタル信号とが入力される。Ｔ１・Ｔ２時間設定信号群は、Ｔ１ラッチ信号と、Ｔ１・Ｔ２時間信号と、Ｔ１・Ｔ２ＯＥ信号と、Ｔ１・Ｔ２時間基準信号とを含んでおり、これらの信号は、Ｔ１時間およびＴ２時間の設定に用いられる。Ｔ１・Ｔ２時間設定部１０にて設定されたＴ１およびＴ２時間は、Ｔ１およびＴ２時間設定信号としてパルス良否判定部１１に送信される。

パルス良否判定部１１は、放電電圧波形成形部７および放電電流波形成形部８から入力された放電電圧の高電位デジタル信号、低電位デジタル信号、そして放電電流の放電電流デジタル信号に基づいて、放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後の各デジタル信号のＨｉまたはＬｏｗを判定信号として出力するものである。

図６は、パルス良否判定部１１の回路図である。このパルス良否判定部１１は、遅延回路部３６と、Ｔ１時間発振器３７と、Ｔ２時間発振器３８と、第１〜第４信号保持部３９〜４２とを備えて構成されている。

遅延回路部３６は、入力された信号を、時間を遅延させて出力するものである。遅延回路部３６は、６個のＤフリップフロップ（以下ＤＦＦと記す）を備えて構成されており、例えば東芝社製の７４ＨＣ５７４を用いて構成されている。この遅延回路部３６には、放電電圧波形成形部７から送信された高電位デジタル信号と、Ｔ１・Ｔ２時間設定部１０から送信されたＴ２時間設定信号とが入力される。

高電位デジタル信号が遅延回路部３６に入力され、遅延回路部３６に備えられたＤＦＦにクロックパルスが入力されると、高電位デジタル信号は以下のように遅延され出力される。まず、高電位デジタル信号が１つめのＤＦＦに入力され、クロックパルスが１つめのＤＦＦに入力されると１つめのＤＦＦから高電位デジタル信号が出力され、２つめのＤＦＦに入力される。そして、２つめのＤＦＦに入力された高電位デジタル信号は、２つめのクロックパルスが２つめのＤＦＦに入力されると高電位デジタル信号が出力され、３つめのＤＦＦに入力される。このようにして、６個のＤＦＦを通過した高電位デジタル信号は、クロックパルス６周期分だけ遅延されて出力されることになる。このクロックパルス６周期分の時間がＴ２時間となっている。そして、遅延回路部３６に入力された高電位デジタル信号は、この遅延回路部３６にてＴ２時間遅延されて出力され、第２信号保持部４０に送信される。

Ｔ１時間発振器３７は、Ｔ１・Ｔ２時間設定部１０から送信されたＴ１時間設定信号に基づいて、入力された信号をＴ１時間だけ遅延させて出力するものである。具体的には、第１信号保持部３９から、放電電流デジタル信号の立ち上がりパルスが入力され、この放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後にパルスを出力する。このパルスは、第３、第４信号保持部４１、４２に送信される。

Ｔ２時間発振器３８は、Ｃ点のパルスの周期が、任意の周期のパルスの６周期分になるよう設定するものである。つまり、任意のパルスの６周期分がＴ２時間となる。Ｔ２時間発振器３８には、Ｔ１・Ｔ２時間設定部１０からＴ２時間設定信号が入力され、任意の周期のパルスが遅延回路部３６に送信される。

第１〜第４信号保持部３９〜４２は、入力された信号を保持し、クロックが入力されると保持している信号を出力するものである。第１〜第４信号保持部３９〜４２は、それぞれＤＦＦを備えて構成されている。第２信号保持部４０から高電位デジタル信号の判定信号が出力され、第３信号保持部４１から低電位デジタル信号の判定信号が出力され、第４信号保持部４２から放電電流デジタル信号の判定信号が出力される。そして、これらの判定信号は中央演算部１２に送信される。

中央演算部１２は、判定信号生成部９から入力された高電位デジタル信号、低電位デジタル信号、放電電流デジタル信号の各判定信号に基づいて放電状態を判定するものである。図７は、中央演算部１２のブロック構成図である。中央演算部１２は、放電状態の判定を行うだけではなく、外部装置への放電データの送信、外部装置からの指令受信、放電電圧波形成形部７への放電電圧極性切換信号の送信、判定信号生成部９へのＴ１・Ｔ２時間設定信号群の送信、表示部１３への放電状態の表示指示、を行う機能も有する。この中央演算部１２部には、例えばルネサステクノロジ社製のＨ８／３３３７が用いられる。

なお、外部装置には、例えばパーソナルコンピュータが用いられる。これにより、放電のデータを送信したり、外部から指令を受信することが容易にできるようになっている。

中央演算部１２にて判定される放電状態は、放電加工エネルギー量が大きい順に、正常放電、短絡放電、不完全放電、異常放電となるように分類される。以下に、各放電状態とその定義について説明する。各放電状態は以下のように定義され、各デジタル信号のＨｉとＬｏｗの組み合わせによって判定される。

図８に、正常放電の波形を示す。この図に示す放電波形では、放電電圧がＡ点にて高電位しきい値よりも高く、Ｂ点にて低電位しきい値よりも高く高電位しきい値よりも低くなっている。さらに、放電電流がＣ点にて放電電流しきい値よりも高くなっている。このような放電状態が正常放電であり、電極５とワーク６との間のギャップが正常な大きさとなっている。

正常放電では、図９に示すように、放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後において、放電電圧が低電位しきい値と高電位しきい値との間の大きさであり、放電電流が放電電流しきい値よりも大きくなっており、さらに、放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ２時間前の放電電圧が高電位しきい値よりも大きくなっている。つまり、高電位デジタル信号がＨｉ、低電位デジタル信号がＨｉ、放電電流デジタル信号がＨｉの場合を正常放電として、このようなデジタル信号の組み合わせの場合には、正常放電であると判定される。

図１０に、短絡放電の波形を示す。この図に示す放電波形では、放電電圧がＡ点にて高電位しきい値よりも高く、Ｂ点にて低電位しきい値よりも低くなっている。さらに、放電電流がＣ点にて放電電流しきい値よりも高くなっている。このような放電状態が短絡放電であり、電極５とワーク６との間の加工間隔が狭くなっている。

短絡放電では、図１１に示すように、放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後において、放電電圧が低電位しきい値よりも小さく、放電電流が放電電流しきい値よりも大きくなっており、さらに、放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ２時間前の放電電圧が高電位しきい値よりも大きくなっている。つまり、高電位デジタル信号がＨｉ、低電位デジタル信号がＬｏｗ、放電電流デジタル信号がＨｉである場合を短絡放電として、このようなデジタル信号の組み合わせの場合には、短絡放電であると判定される。

図１２に、不完全放電の波形を示す。この図に示す放電波形では、放電電圧がＡ点にて低電位しきい値よりも高く高電位しきい値よりも低くなっており、Ｂ点にて低電位しきい値よりも高く高電位しきい値よりも低くなっている。このとき、Ａ点のほうがＢ点よりも電圧が高く、Ａ点とＢ点との間では、放電電圧波形は、高電位しきい値に達せずに上に凸の形状になっている。さらに、放電電流がＣ点にて放電電流しきい値よりも低くなっている。このような放電状態が不完全放電であり、放電開始前に電極５に印加される電圧が十分でないまま始まった放電である。

不完全放電では、図１３に示すように、放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後において、放電電圧が低電位しきい値よりも高く、放電電流が放電電流しきい値よりも高くなっており、さらに、放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ２時間前の放電電圧が低電位しきい値と高電位しきい値との間の大きさであり、上に凸の波形になっている。つまり、高電位デジタル信号がＬｏｗ、低電位デジタル信号がＨｉ、放電電流デジタル信号がＨｉの場合を不完全放電として、このようなデジタル信号の組み合わせの場合には、不完全放電であると判定される。

図１４に、異常放電の波形を示す。この図に示す放電波形では、放電電圧がＡ点にて高電位しきい値よりも高く、放電電流がＣ点にて放電電流しきい値よりも低くなっている。このような放電状態が異常放電であり、電極５とワーク６との間のギャップが正常放電の場合に比べて大きく、電極５とワーク６との間に存在する加工くずなどを介して起こる放電である。

異常放電では、図１５に示すように、放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後において、放電電流が放電電流しきい値よりも小さくなっている。つまり、放電電流デジタル信号がＬｏｗの場合を異常放電として、このようなデジタル信号の場合には、異常放電であると判定される。

中央演算部１２は、放電状態を以上の４種類に分類して各デジタル信号の組み合わせにより、放電状態の判定を行う。特に、本発明の放電加工制御装置では、従来にはない不完全放電の放電状態を定義していることにより、放電状態をより細かく分類することが可能になっている。

表示部１３は、中央演算部１２から送信された表示信号を基に、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて放電状態を視覚的に表示するものである。各放電状態は、例えば３色（緑、赤、黄）ＬＥＤのいずれかによって表示され、例えば正常放電は緑、短絡放電は赤、異常放電は赤、不完全放電は黄のＬＥＤにて表示されるようになっている。

このように、放電状態の判定のためのパラメータとして、放電電圧および放電電流の双方を用いている。そして、高電位デジタル信号、低電位デジタル信号、放電電流デジタル信号の３つの判定信号の組み合わせにより、放電状態を判定することができる。これにより、正常放電、アーク放電、短絡放電だけでなく、不完全放電も検出可能になっている。

このような構成を有する放電モニタ部２において、放電状態の判定信号は以下のように生成される。

まず、放電加工部１において、電極５に印加される繰り返しパルス状の放電電圧と、放電による放電電流とが、放電モニタ部２に送信される。このとき、放電電流は電圧変換されてから放電モニタ部２に送信される。

そして、放電モニタ部２に入力された放電電圧は放電電圧波形成形部７に、放電電流は放電電流波形成形部８に入力される。放電電圧波形成形部７において、放電電圧の高電位および低電位デジタル信号が生成され、パルス良否判定部１１に送信される。また、放電電流波形成形部８において、放電電流デジタル信号が生成され、判定信号生成部９のＴ１・Ｔ２時間設定部１０およびパルス良否判定部１１に送信される。

また、中央演算部１２はＴ１・Ｔ２時間設定信号をＴ１・Ｔ２時間設定部１０に送信する。これにより、Ｔ１・Ｔ２時間設定部１０において、放電電流デジタル信号の立ち上がりを基準にしたＴ１およびＴ２時間が設定され、これらＴ１およびＴ２時間の設定信号がパルス良否判定部１１に送信される。このとき、Ｔ１時間設定信号はパルス良否判定部１１のＴ１時間発振器３７に送信され、Ｔ２時間設定信号はパルス良否判定部１１のＴ２時間発振器３８に送信される。

この時点で、パルス良否判定部１１には、高電位デジタル信号が遅延回路部３６に、低電位デジタル信号が第３信号保持部４１に、Ｔ１時間設定信号がＴ１時間発振器３７に、Ｔ２時間設定信号がＴ２時間発振器３８に、放電電流デジタル信号が第４信号保持部４２に入力されている。

Ｔ２時間設定信号が入力されたＴ２時間発振器では、図６のＣ点におけるパルスの周期が、任意の周期をもつパルスの６周期分となるように、任意の周期のパルスが設定され、遅延回路部３６に送信される。

遅延回路部３６に入力された高電位デジタル信号は、Ｔ２時間発振器から入力されたパルスをクロックとして遅延回路部３６に備えられたＤＦＦを６回通ったあと出力される。したがって、Ｔ２時間前の高電位デジタル信号が第２信号保持部４０に送信され、保持される。このように、高電位デジタル信号において、Ｔ２時間におけるデジタル信号を出力させるのは、放電が始まる前の放電電圧の状態を知るためである。

一方、放電電流デジタル信号が第１信号保持部３９に入力されると、その放電電流デジタル信号の立ち上がりと同時にパルス信号が出力される。このパルス信号は、放電電流デジタル信号の立ち上がりのタイミングを示すものである。このパルス信号は第２信号保持部４０とＴ１時間発振器３７とに送信される。第２信号保持部４０にパルス信号が入力されると、このパルス信号の立ち上がりと同時に、第２信号保持部４０に保持されているＴ２時間遅延された高電位デジタル信号の判定信号が出力される。

また、Ｔ１時間発振器３７に第１信号保持部３９からのパルス信号が入力されると、このパルス信号はＴ１時間遅延されて出力され、第３、第４信号保持部４１、４２に入力される。第３信号保持部４１には低電圧デジタル信号が、第４信号保持部４２には放電電流デジタル信号が入力されており、第３、第４信号保持部４１、４２にＴ１時間遅延されたパルス信号が入力されると、放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後の低電位デジタル信号と放電電流デジタル信号が出力されることになる。したがって、第３信号保持部４１からＴ１時間における低電位デジタル信号の判定信号が出力され、第４信号保持部４２からＴ１時間における放電電流デジタル信号の判定信号が出力される。

このようにして、第２〜第４信号保持部４０〜４２から出力された各判定信号は、中央演算部１２に送信され、放電電流デジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後の各判定信号のＨｉとＬｏｗの組み合わせにより、放電状態が判定される。このようにして、１回の放電における放電電圧および放電電流から、放電状態を判定することができる。

中央演算部１２にて放電状態の判定が行われると、判定リセット信号が中央演算部１２からパルス良否判定部１１の第１〜第４信号保持部３９〜４２に送信され、第１〜第４信号保持部３９〜４２がリセットされる。また、判定結果は中央演算部１２にて単位時間カウントされ、その単位時間あたりの放電状態の比率によって最終的な放電状態を判定する。この最終的な放電状態に基づいて、最適な放電加工条件がフィードバック制御信号として駆動部３に送信され、また、放電状態の判定結果が表示部１３に送信され、放電状態によって異なる色のＬＥＤ表示がなされる。

このように、放電電圧および放電電流に基づいて、１回の放電における放電状態の判定を行うことができ、さらに不完全放電の判定も行うことができる。また、数回の放電状態の判定からフィードバック制御を行っているので、正常な放電状態を実現することができ、加工時間の短縮も可能になる。

（他の実施形態）
また、フィードバック制御信号を放電加工部１にも送信するようにしてもよい。これにより、放電加工部１の電極５に印加させる電圧や電極５とワーク６の間隔の制御が可能になり、より正確な放電加工を実現することができる。

本発明の第１実施形態における放電加工制御装置のブロック構成図である。 図１に示す放電加工制御装置の放電モニタ部のブロック構成図である。 図２に示す放電モニタ部の放電電圧波形成形部の回路図である。 図２に示す放電モニタ部の放電電流波形成形部の回路図である。 図２に示す放電モニタ部の判定信号生成部におけるＴ１・Ｔ２時間設定部の回路図である。 図２に示す放電モニタ部における判定信号生成部のパルス良否判定部の回路図である。 図２に示す放電モニタ部における中央演算部のブロック構成図である。 正常放電における放電電圧および放電電流波形を示した図である。 図６に示すパルス良否判定部にて生成された正常放電の判定信号を示すタイミングチャートである。 短絡放電における放電電圧および放電電流波形を示した図である。 図６に示すパルス良否判定部にて生成された短絡放電の判定信号を示すタイミングチャートである。 不完全放電における放電電圧および放電電流波形を示した図である。 図６に示すパルス良否判定部にて生成された不完全放電の判定信号を示すタイミングチャートである。 異常放電における放電電圧および放電電流波形を示した図である。 図６に示すパルス良否判定部にて生成された異常放電の判定信号を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１…放電加工部、２…放電モニタ部、３…駆動部、４…駆動回路部、５…電極、
６…ワーク、７…放電電圧波形成形部、８…放電電流波形成形部、９…判定信号生成部、
１０…Ｔ１・Ｔ２時間設定部、１１…パルス良否判定部、１２…中央演算部、
１３…表示部。

Claims (2)

1. 被加工物（６）に対して放電加工を行うための電極（５）を備えている放電加工部（１）と、
   １回の放電における放電電圧および放電電流に基づいて、放電状態の判定を行う放電モニタ部（２）と、
   前記電極と前記被加工物との間に正常な放電が行われるように、前記電極と前記被加工物との間の放電状態の制御を行う放電状態制御部（３、４）とを備えて構成される放電加工制御装置において、
   前記放電モニタ部は、
   前記放電電圧の絶対値に対する第１のしきい値と、前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値とに基づいて、第１のデジタル信号と第２のデジタル信号とを生成する放電電圧波形成形部（７）と、
   前記放電電流に対する第３のしきい値に基づいて、第３のデジタル信号を生成する放電電流波形成形部（８）と、
   前記第１のデジタル信号と、前記第２のデジタル信号と、前記第３のデジタル信号とに基づいて、前記放電状態の判定を行うための前記第１のデジタル信号の判定信号と、前記第２のデジタル信号の判定信号と、前記第３のデジタル信号の判定信号とを生成する判定部（９）と、
   前記判定信号に基づいて前記放電状態の判定を行う中央演算部（１２）とを有し、
   前記中央演算部は、前記第１のデジタル信号の判定信号と、前記第２のデジタル信号の判定信号と、前記第３のデジタル信号の判定信号との組み合わせによって前記放電状態の判定を行うようになっており、
   前記判定部は、
   前記第３のデジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後の前記第２のデジタル信号と前記第３のデジタル信号とを、前記第２のデジタル信号の判定信号と前記第３のデジタル信号の判定信号として、前記第３のデジタル信号が立ち上がってからＴ１時間後に出力する手段（３７、３９、４１、４２）と、
   前記第３のデジタル信号が立ち上がってからＴ２時間前の前記第１のデジタル信号を前記第１のデジタル信号の判定信号とする手段（３６、３８、４０）とを有し、
   前記Ｔ１時間は、前記放電電流が前記第３のしきい値を超える時点を基準として、前記放電電流が前記第３のしきい値を超えてから、前記放電電圧の絶対値が前記第２のしきい値を下回るまでの時間の１０％〜６０％の時間内に設定されており、
   前記Ｔ２時間は、前記放電電流が前記第３のしきい値を超える時点を基準として、その基準から遡る時間を示し、前記正常な放電が行われる場合において前記放電電圧が前記第１のしきい値を超えるように十分に充電されている状態から前記基準に至るまでの、あらかじめ決められた周期をもつクロックパルスの６周期分の時間に設定されるようになっていることを特徴とする放電加工制御装置。
2. 前記放電モニタ部には表示部（１３）が備えられており、
   前記表示部は、前記中央演算部から入力された前記放電状態の判定結果を視覚表示する
   ようになっていることを特徴とする請求項１に記載の放電加工制御装置。

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