JPH01274923A

JPH01274923A - 電食加工機用サーボ制御装置

Info

Publication number: JPH01274923A
Application number: JP1059853A
Authority: JP
Inventors: Marco Boccadoro; マルコ　ボッカドーロ
Original assignee: Agie Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles SA
Priority date: 1988-03-15
Filing date: 1989-03-14
Publication date: 1989-11-02
Also published as: US4864091A; EP0333170A1; KR0127745B1; EP0333170B1; CN1018723B; KR890015493A; CN1036721A; DE3808646C1; DE58900210D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、放電加工機のような電食加工機に用いるサー
ボ制御装置に関し、特に、電極と工作物との間の実際の
距離を決定する手段と、実際の距離と希望する距離との
差を基礎としてエラー信号を算出する手段と、前記エラ
ー信号が供給されかつ制御信号を発生するローパスフィ
ルタと、前記制御信号を基礎として前記電極を追従させ
る駆動手段とを備える、工作物に関する電極の位置を制
御する電食加工機用サー・ボ制御装置に関する。

（従来の技術）この種のサーボ制御装置は、西独特許公開明細書第２２
５０８７２号により公知である。公知のサーボ制御装置
の場合、工作物に対する電極の位置を表す信号を発生し
、この信号をエラー信号を得るべく希望する信号と比較
する。得られたエラー信号は固定のカットオフ周波数を
有するローパスフィルタ回路に供給され、ローパスフィ
ルタ回路の出力側は駆動回路に接続されており、駆動回
路は電極を追従させるべく電動機により形成された駆動
装置に駆動電流を供給する。公知のサーボ制御装置にお
いて、電極と工作物との間の実際のすなわち真の距離を
決定する手段は、加工電圧パルスと加工電流パルスとの
間の点火遅れから前記距離を得ている。

電食加工機では、所望の作動で機能させるべく、たとえ
ば、粗加工の間または仕上げ加工の間、加工パルスの周
波数をＭＨｚの範囲からほぼ１０Ｈｚの範囲に変更する
ことができる。

加エバスルの周波数の変化は別として、電食加工の間、
たとえば、電流の振幅、パルス持続時間、無負荷電圧、
加工ギャップ内の液体の導電性等、異なる加工パラメー
タの関数に応じて、電極と工作物との間の間隔が最適な
値に修正される。電極と工作物との間の最適な間隔値へ
の変更は、特定の加工速度で希望する値から標準偏差の
修正を実行することが必要な時間内に変動を伴なう。

このため、固定の与えられた周波数で浸食加工をする場
合でも、前記変更は加工のための残余の境界条件を起し
、その結果変更不能の制御特性を有する既知の制御装置
では電食加工の間生じる加工状態の全てを同じ方法で安
全にすることができない。

（解決しようとする課題）本発明の目的は、電極が瞬時の電食加工に自然に追従す
るように、上記のタイプのサーボ制御装置をさらに発展
させることにある。

（課題を解決する手段、発明の作用効果）本発明によれ
ば、上記目的は、電極と工作物との間の実際の距離を決
定する手段と、実際の距離と希望する距離との差を基礎
としてエラー信号を算出する手段と、前記エラー信号が
供給されかつ制御信号を発生するローパスフィルタと、
前記制御信号を基礎として前記電極を追従させる駆動手
段とを備える、工作物に関する電極の位置を制御する電
食加工機用サーボ制御装置であって、前記ローパスフィ
ルタは、前記電極に供給される加工パルスの少なくとも
１つのパラメータに依存する調整可能のカットオフ周波
数を有することにより、解決される。

ローパスフィルタのカットオフ周波数を加工パルスの少
なくとも１つのパラメータに適応させることにより、電
極の追従の量制御回路の動特性は、電食加工の間の変化
する状態を安全にすることができる。本発明のサーボ制
御装置によれば、電食された表面の特性がより高くなる
だけでなく、工作物を損傷する危険性が減少する。

電食用電圧を決定し、該電圧を基にして実際の距離を表
す信号を発生させれば、実際の距離を容易に得ることが
できる。

ローパスフィルタのカットオフ周波数を左右するパラメ
ータとして、加工周波数、加工パルスのパルス持続時間
、加工パルスの休止期間、または、加工パルス電流の振
幅を用いることができる。

制御信号を濾波されたエラー信号の各値と非直線的に関
係付けることにより、電極を追従させるための駆動機構
用駆動信号とエラー信号とを関係付ければ、小さい制御
エラーの範囲内で安定した制御特性を有する高制御偏差
の場合に制御装置の応答が速くなる。

濾波されたエラー信号が閾値より小さい場合の関係付け
のために第１の変換関数を使用し、濾波されたエラー信
号が前記閾値より大きい場合の関係付けに第２の変換関
数を使用することができる。

閾値は、エラー信号の交流要素が最小に維持されるよう
に、検索アルゴリズムにより決定することができる。第
２の変換関数は、前記エラー信号の交流要素が最小に維
持されるように、検索アルゴリズムにより決定すること
ができる。

濾波されたエラー信号が零より小さくかつ負の閾値より
大きい場合の関係付けに第３の変換関数を使用し、濾波
されたエラー信号が負の閾値より小さい場合の関係付け
に第４の変換関数を使用することができる。

負の閾値は、エラー信号の交流要素が最小に維持される
ように、検索アルゴリズムにより決定することができる
。両閾値は、加工パルスの電気的パラメータを適合させ
るために使用することができる。第４の変換関数は、エ
ラー信号の交流要素が最小に維持されるように、検索ア
ルゴリズムにより決定することができる。

ローパスフィルタの機能をプログラマブルコンピュータ
またはデジタル信号処理回路により実行させれば、簡単
かつ廉価な回路構成となる。

（実施例）第１図に示すように、本発明のサーボ制御装置の制御回
路は、電食加工用電極４と工作物５との間の実際のすな
わち真の距離を表す信号■と、希望する距離を表す信号
Ｓとを基礎としてエラー信号Ｅを算出する差動増幅器１
を含む。

エラー信号Ｅは、ローパスフィルタの機能を有するコン
ピュータ２に供給される。コンピュータ２は、エラー信
号Ｅの低域濾波をデジタル的に実行し、このように濾波
した信号を特定のテーブルを基礎とする結合すなわち関
係付けにより制御信号■に変換する。制御信号Ｖは駆動
モータ６のための駆動回路３へ供給され、モータ６は電
極４を支持するスリーブを移動させる。

コンピュータ２は、次式により、可変のカットオフ周波
数で単純な一次の低域濾波を実行する。

Ａ　（ｋ）　＝　（Ｔ／（Ｔ÷２＾））Ｘ　（Ｅ（ｋ）
＋Ｅ（ｋ−１））＋　（（２Ａ−Ｔ）／（２＾＋Ｔ））
　ｘ　　Ａ（ｋ−１）ここに、Ｔ＝走査時間Ａ＝１／２πＸＦＧ π＝３．１４１５・・・ＦＧ＝ローパスフィルタのカットオフ周波数Ａ（ｋ）＝
最新のフィルタ出力値Ａ（ｋ−１）＝今までのフィルタ出力値Ｅ（ｋ）＝最新
のフィルタ入力値Ｅ（ｋ−１）＝今までのフィルタ入力値である。

デジタル的なローパスフィルタのカットオフ周波数は、
パラメータＡを変えることにより変更することができる
。フィルタの出力値Ａ　（ｋ）は、第４図に関して説明
するテーブルを用いてコンピュータ２により制御信号Ｖ
に変換される。

第２ａ図は、電食電圧すなわちスパークギャップ電圧Ｕ
ＰＳの波形を時間ｔの関数として示す。

これに対し、第２ｂ図はスパークギャップ電流の波形を
時間ｔの関数として示す。スパークギャップ電圧は、点
火遅れＴＤの端部で電食電流を導く。電圧値ＵＴＤＳは
、点火遅れＴＤを算出するための閾値電圧に対応する。

スパーク電圧ＵＰＳは、パルス持、続時間Ｔの端部で零
に減少する。

これに対応して、このときスパークギャップ電ｆｉｌ　
ＦＳは零に低下する。次のパルス状のスパークギャップ
電圧ＵＰＳを印加する前に、休止期間Ｐがある。スパー
クギャップ電流の平均値をＩで示す。加工周波数は、パ
ルス持続時間Ｔと休止期間Ｐとの和の逆数から得ること
ができる。

第３ａ図〜第３ｄ図は、加工周波数ＦＢ（第３ａ図）、
パルス持続時間Ｔ（第３ｂ図）、休止期間Ｐ（第３Ｃ図
）および平均スパークギャップ電流Ｉ（第３ｄ図）への
カットオフ周波数ＦＧの依存状態を示す。

コンピュータ２は第３ａ図〜第３ｄ図に示す１以上の依
存状態のための固定された値のテーブルを含み、その結
果既知の加工パラメータすなわちプロセスパラメータＦ
Ｂ、Ｔ、Ｐ、Ｉから、ローパスフィルタ用のカットオフ
周波数ＦＧを算出することができる。

デジタル的な低域濾波に起因するフィルタの出力値Ａは
、駆動回路３のための対応する制御信号■への前記値の
結合すなわち関係付けを実行する他のテーブルに供給さ
れる。このような結合用テーブルを第４図に示す。第４
図に示す結合用テーブルは、４つの部分的な曲線部すな
わち関数Ｆ１〜Ｆ４を含む。関数Ｆ１およびＦＳはそれ
ぞれ正および負の閾値ｖＳおよびＶＳＮにより制限され
て小さい勾配を有し、関数Ｆ２およびＦ４はそれぞれ前
記閾値の外側にあって大きい勾配を有する。

デジタル的なローパスフィルタの出力に高い値Ａを導く
ような高い制御偏差の場合、スパークギャップが非常に
長くなるから、サーボ制御装置は、直ち７に応答して、
電極を工作物に向けて移動させねばならない。正および
負の閾値ｖＳおよびＶＳＮ間の小さい勾配の範囲は、最
適の電食状態の近くの範囲において遅い安定な制御を導
く。

フィルタの出力値が非常に短いスパークギャップを表す
負の閾値ＶＳＮ以下であると、大きい勾配の曲線部Ｆ４
により、電極は工作物との接触を妨げるべく速かに撤回
される。

サーボ機構の移動は、加工周波数ＦＢに比べて非常に遅
く、１０〜１０００の係数による加工周波数用の特定の
値以下である。このため、加工の安定性は、サーボ機構
による移動だけでは完全には達成することができない。

加工の安定性を完全にするためには、加工パルスの電気
的なパラメータに影響を与えることが必要である。電極
４および工作物５がほぼ最適の相互位置にあるときは、
本発明のサーボ制御装置により不必要な移動をさせる必
要がなく、この場合閾値ＶＳ、ＶＳＮは増大される。こ
れは、サーボ制御装置がその能力の限界に達したことを
意味する。

この情報は、速い最適化測定に応答する特性基準として
使用される。閾値ＶＳ、ＶＳＮが高いすなわち大きいと
きは、たとえば、平均の電食スパークギャップが非常に
小さいまたは掃除が不完全であるから、加工が不安定で
あるか、加工表面が過度に変化することを意味する。

この場合、速いスリーブの撤回移動を開始することがで
きるか、加工パルスのパルス持続時間Ｐを増大すること
ができるか、電流■の撮幅を変更することができるか、
電流パルスを抑圧することができるか、それ自体公知の
測定をすることができる。

第５ａ図よび第５ｂ図には、交流要素ＡＡＣを最小にす
るために閾値ＶＳ、ＶＳＮを適応させることが記載され
ている。閾値ＶＳ、ＶＳＮは、時間間隔ＴＷで再算出さ
れ、また、濾波されたエラー信号の交流要素ＡＡＣが最
小に維持されるように、瞬間的な処理に連続的に適応さ
れる。この適応は、ソフトウェアのルーチンにより好ま
しく実行されるが、デジタル技術で達成することができ
る。

第６図は、最適な閾値ＶＳ、ＶＳＮを得るアルゴリズム
のフローチャトを示す。

第１のステップＡにおいて、閾値ＶＳ、ＶＳＮは初期値
ＶＳＯ，ＶＳＮＯにセットされ、記号関数５ＩＧＮは＋
１にセットされ、閾値のステ？　７’幅ＤＶＳ、ＤＶＳ
Ｎは初期値ＤＶＳＯ。

ＤＶＳＮＯにセットされる。次のステップＢにおいて、
２つの測定間の経過時間すなわち時間間隔ＴＷ待機する
。次のステップＣにおいて、濾波されたエラー信号Ａの
交流要素ＡＡＣが読み込まれ、交流要素の今までの値が
更新される。

次の段階りにおいて、閾値は正負の閾値ｖｓ。

ＶＳＮ用のステップ幅の記号関数により増大される。ス
テップＥの時間間隔ＴＷ後、ステップＦにおいて交流要
素ＡＡＣが再度読み取られて新たな交流要素の値ＡＮＥ
Ｕとして記憶される。ステップＧにおいて、交流要素の
新たな値は、交流要素の今までの値と比較される。新た
な値が高いすなわち大きいと、記号関数はステップＨに
おいて負の記号関数に置き換えられた後ステップＩに続
くのに対し、他の場合はステップ■に続く。ステップＩ
において、ステップ幅は、新旧の交流要素ＡＡＣＮＥＵ
、ＡＡＣＡＬＴの差の絶対値と比例係数ＫＤＶＳ、ＫＤ
ＶＳＮとを積算し、比例係数を加算することにより算出
される。

ステップＪにおいて、交流要素の今までの値ＡＡＣＡＬ
Ｔは、値ＡＡＣＮＥＵに置き換えられ、したがって最新
の値にされる。その後、アルゴリズムは、ステップＤに
戻る。

換言すれば、加工を経験的な値である閾値で開始し、交
流要素を所定時間経過後に算出し、閾値を正方向に変更
し、交流要素を再度算出し、その後交流要素の新旧の値
を比較する。新たな値が今までの値より小さいときは閾
値を同じ方向へ変更するが、新たな値が大、きいときは
閾値を逆方向へ変更する。

このアルゴリズムは、関数Ｆ２．Ｆ４の勾配を適応させ
るためにも使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサーボ制御装置の一実施例のブロックダイアダ
ラムを示す図、第２ａ図および第２ｂ図は電食用電圧お
よび電食用電流を時間の関数として示す図、第３ａ図〜
第３ｄ図は各種の加工パラメータへのカットオフ周波数
の適宜な依存状態を示す図、第４図は制御信号とエラー
信号との関係を示す図、第５ａ図および第５ｂ図はエラ
ー信号の交流要素と閾値との時間的関係を説明するため
の図、第６図は閾値を決定するアルゴリズムのフローチ
ャートを示す図である。１：差動増幅器、２：ローバスフィルタの機能を備えたコンピュータ、　
　　　　　　３：駆動回路、４：電極、　　　　５：工作物、６：電動機、　　　　■＝実際の距離を表す信号、Ｓ：
希望する距離を表す信号、Ｅ：エラー信号、　■二制御信号。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電極と工作物との間の実際の距離を決定する手段
と、実際の距離と希望する距離との差を基礎としてエラ
ー信号を算出する手段と、前記エラー信号が供給されか
つ制御信号を発生するローパスフィルタ回路と、前記制
御信号を基礎として前記電極を追従させる駆動手段とを
備える、工作物に関する電極の位置を制御する電食加工
機用サーボ制御装置であって、前記ローパスフィルタ回
路は、前記電極に供給される加工パルスの少なくとも１
つのパラメータに依存する調整可能のカットオフ周波数
を有する、電食加工機用サーボ制御装置。
（２）前記距離を決定する手段は、電食電圧を決定し、
これを基礎として前記距離を表す信号を発生する、請求
項（１）に記載の電食加工機用サーボ制御装置。
（３）前記カットオフ周波数は加工周波数に依存する、
請求項（１）または（２）に記載の電食加工機用サーボ
制御装置。
（４）前記カットオフ周波数は加工パルスのパルス持続
時間に左右される、請求項（１）〜（３）のいずれか１
項に記載の電食加工機用サーボ制御装置。
（５）前記カットオフ周波数は加工パルスの休止期間に
左右される、請求項（１）〜（４）のいずれか１項に記
載の電食加工機用サーボ制御装置。
（６）前記カットオフ周波数は加工パルス電流の振幅に
左右される、請求項（１）〜（５）のいずれか１項に記
載の電食加工機用サーボ制御装置。
（７）前記回路は、制御信号を濾波されたエラー記号の
各値と非直線的に関係付ける、請求項（１）〜（６）の
いずれか１項に記載の電食加工機用サーボ制御装置。
（８）第１の変換関数は濾波されたエラー信号が閾値よ
り小さい場合の関係付けのために使用され、第２の変換
関数は濾波されたエラー信号が前記閾値より大きい場合
の関係付けのために使用される、請求項（７）に記載の
電食加工機用サーボ制御装置。
（９）前記閾値は、前記エラー信号の交流要素が最小に
維持されるように、検索アルゴリズムにより決定される
、請求項（１）〜（８）のいずれか１項に記載の電食加
工機用サーボ制御装置。
（１０）前記第２の変換関数は、前記エラー信号の交流
要素が最小に維持されるように、検索アルゴリズムによ
り決定される、請求項（９）に記載の電食加工機用サー
ボ制御装置。
（１１）濾波されたエラー信号が零より小さくかつ負の
閾値より大きい場合の関係付けのために第３の変換関数
が使用され、濾波されたエラー信号が前記負の閾値より
小さい場合の関係付けのために第４の変換関数が使用さ
れる、請求項（８）〜（１０）のいずれか１項に記載の
電食加工機用サーボ制御装置。
（１２）前記負の閾値は、前記エラー信号の交流要素が
最小に維持されるように、検索アルゴリズムにより決定
される、請求項（８）〜（１１）のいずれか１項に記載
の電食加工機用サーボ制御装置。
（１３）前記両閾値は、加工パルスの電気的パラメータ
を適合させるために使用される、請求項（１１）または
（１２）に記載の電食加工機用サーボ制御装置。
（１４）前記第４の変換関数は、前記エラー信号の交流
要素が最小に維持されるように、検索アルゴリズムによ
り決定される、請求項（１１）、（１２）または（１３
）に記載の電食加工機用サーボ制御装置。
（１５）前記回路はプログラマブルコンピュータを含む
、請求項（７）〜（１４）のいずれか１項に記載の電食
加工機用サーボ制御装置。
（１６）前記回路はデジタル信号処理回路を含む、請求
項（７）〜（１５）のいずれか１項に記載の電食加工機
用サーボ制御装置。