KR820002134B1 - Edm처리에서 모니터링펄스로 갭상태를 검출하는 방법 - Google Patents

Abstract

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Description

EDM처리에서 모니터링펄스로 갭상태를 검출하는 방법

제1a-1e도는 본 발명의 원리에 따라서 일련의 가공 펄스에 삽입된 여러형태의 모니터링 펄스를 도시한 파형도.

제2도는 본 발명을 실시하기 위한 갭상태 검출기 시스템을 예시한 회로도.

제3도는 제2도의 시스템에서 생성된 가공 펄스와 모니터링 펄스를 예시한 파형도.

제4도는 고주파발진 성분을 함유하는 방전의 전압파형을 예시한 파형도.

제5도는 가공 유체(流體)의 분자량의 함수로서 변화하는 방전 전압 및 고주파 성분의 크기를 나타내는 도표.

제6도는 제2도의 가공 펄스와 모니터링 펄스 공급장치를 가지며 고주파 발진방전 성분에 응답하는 감지장치를 포함하는 갭상태 검출기 시스템을 예시한 회로도.

제7도는 본 발명에 따라서 갭상태 검출기 시스템을 통합하는 보조 제어장치를 예시한 회로도.

제8도는 제4도와 유사하며 고주파 성분의 감쇄를 강조한 파형도.

제9도는 방전 전압 파형에서 추출된 고주파 성분에 대한 예시선도.

제10도는 고주파 성분에 응답하는 또다른 갭상태 검출기 시스템의 회로도.

제11a-11c도는 다른 형태의 방전을 예시한 파형도.

제12도는 다른 방전 상태들에 대한 스토크(stock)이동의 도표.

제13도는 다른 방전 상태들에 대한 평균 갭 전압의 도표.

제14도는 본 발명에 따른 방전 형태들을 구별하기 위한 회로도.

본 발명은 일반적으로 작업물로 부터 물질을 제거하도록 공구전극과 이에 나란히 놓인 작업물 사이에 형성된 가공 갭양단에서 불연속적인 시간 간격의 전기 방전이 일어나는 보통 EDM이라 일컫는 전기 방전가공에 관한 것이다. 본 발명은 특히 EDM처리에서 갭상태를 검출하는 방법과 이 방법을 실행하는 장치에 관한것이다.

EDM기술분야에서 주요문제점중의 하나는 가공갭에서의 전기적인 상태 또는 물리적인 상태를 검출하는 것이다. 따라서 EDM처리에서 존재하거나 직면하는 특정 갭상태에 의하면 예컨대 가공갭에 대한 방전 발생 전기 펄스의 인가를 수정하여, 갭속으로의 가공 유체 분출율을 제어하고 또 가공 매체의 전도도를 조정할 필요가 있다.

더우기 일단 가공갭이 아크방전을 일으키게 하는 가공 칩, 타르 및 다른 생성물들로 오염되면, 작업물에 대하여 공구전극을 진동시키거나 인상시켜 갭 소제작업을 행하는 것이 불가피해진다. 또한 전극의 폴로우 업 급송(follow-up feed) 또는 서어보 전위(servo-displacement)는 가공 공정에서 유연하게 실행되어야 하지만 갭상태 변화에 응답하여 행해져야 한다.

과거에 다수의 갭 검출법이 제안되어왔는데, 이는 두 그룹으로 분류될 수 있다. 첫번째 것은 평균 기준으로 갭전압, 전류 및/또는 다른 갭 변수를 검출하는 것이며 두번째 것은 매 펄스 기준으로 이러한 변수들을 감지하는 것이다. 평균 측정은 순간적인 응답이 불가능하기 때문에 명백히 신뢰성이 떨어지므로, 신속한교정동작을 하는데에는 적당하지 않다. 한편, 매 펄스 측정으로 즉각적인 대책이 가능해지며 따라서 가공 효율이 높아질 수 있다. 그러나 문제는 가공상태 자체가 특수한 가공 목적들 (즉 바람직한 정도의 표현 거칠기, 오우버커트. 상대적인 전극 마모등을 얻기 위한)에 따른 최적값으로 설정되어야 하는 개개의 가공 펄스들의 매개변수들(즉 피크 전류 및 작동시간등)에 영향을 미칠 수도 있다는 것이다.

따라서 가공펄스 자체의 변수를 감지하므로써, 가공 상태를 판단하려는 시도는 대개가 틀린 결과를 야기시키며 사실상 갭상태의 정확한 결정은 가공펄스의 변화를 감지신호에 적당히 편입시키지 않고서는 얻어질 수 없다.

또한 갭 상태를 검출하기 위한 또 다른 시도에서는, 가공 방전에서 보조적으로 사용되는 파일럿 펄스 또는 방전의 개념을 본 기술에 도입하고 있다. 지금까지 생각되어온 파일럿 펄스 방법에서, 파일럿 신호는 갭이 가공 펄스가 방출될 수 있도록 하는 적당한 상태에 있는지의 여부를 결정하기 위하여 또는 다른 제어 목적들을 위하여 방전전의 갭 상태를 조사하는 개개의 가공 펄스의 전단부에 가해진다. 이러한 방법에서, "파일럿펄스"가 개별적인 출력 펄스들의 연속적인 "가공"부분을 가진 전체 부분을 보다 많거나 또는 보다 적게 형성하게되어 일련의 미리 고정된 매개 변수들을 가진 각각의 가공 펄스에 대하여 불리한 영향을 미칠 수도 있다. 결과적으로 서두에 언급한 단점을 여전히 해결하지 못하게 된다.

그러므로 본 발명의 목적은 가공에 방해되지 않고 갭 상태를 검출될 수 있는 EDM방법과 장치를 제공하므로써, 가공 상태에 대한 판단이 최적의 효율에서 바람직한 가공결과(즉 일련의 표면 거칠기, 오우버커트, 상대적인 전극마모등)를 달성하기 위한 방식으로 여러가공 매개 변수들을 조정하기에 매우 유용한 결과와 더불어 증가된 정확도와 신뢰도를 얻을 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 목적한 가공 결과를 얻도록 미리 설정된 펄스지속 기간과 피크 전류를 가지는 일련의 가공 펄스들을 가공 갭양단에 가하는 단계와, 인접하는 상기 가공펄스들로 부터 각각 독립적이며 시간간격을 갖는 적어도 하나의 모니터링 펄스를 상기 순차펄스내에 삽입하며 결과적으로 상기 모니터링 펄스는 가공 펄스들로 부터 독립적이며 미리 설정된 피크 전류와 펄스 지속기간을 가지는 갭 전류 펄스로 되는 단계와, 적어도 두 범주중의 하나로 분류하므로써 상기 발생한 모니터링 갭 전류 펄스의 특성을 측정하는 단계와, 그리고 전술한 단계의 결과에 응답하여 갭 상태를 확인하는 단계로 이루어지는 EDM갭 상대 검출 방법이 제공되고 있다.

본 발명이 독특한 양상에 의하면, 모니터링 펄스 5내지 20마이크로초 범위의 펄스 지속기간과 10내지 100암페어 범위의 펄스 피크 전류를 갖는다. 그러나 모니터링 펄스의 조합에서 펄스 지속기간 및 피크전류는 상이한 펄스 지속기간 및 피크 전류를 갖는 가공 펄스와 본질적으로 같은 가공 성과를 양호하게 달성할 능력이 있는 상기 각각의 범위내에 선택된다.

예를들면 표면 거칠기 및 펄스 지속기간과 피크전류 사이에는 경험적으로 성립된

의 관계가 있으므로. 만약에 사용된 가공 펄스들이 3마이크로초의 펄스 지속 기간

과 10암페어의 피크 전류I_P를 갖는다면, 모니터링 펄스들의 펄스 지속기간을 10마이크로초 이고 피크 전류는 4내지 5암페어가 될 것이다.

모니터링 펄스들은 예를들면 100내지 500Hz사이의 주파수에서 가해진 가공 펄스에 관련하여 1내지 1000Hz사이의 주파수에서 가해진다.

모니터링 펄스의 인가로 부터 비롯된 갭전류 신호의 특성에 대한 측정은 갭 방전들을 분류하기 위하여 미리 결정된 임계값 또는 다수의 기준값과 비교하여 갭신호의 전압 크기나 다른 변수를 측정하므로써 행해진다. 측정은 또한 각각의 모니터링 펄스예상에서 실행되거나 사실상 일시적인 스파크 오우버 또는 갭파손의 경우를 제외한 기정 시간주기에 대하여 수행된다. 또한 각 모니터링 펄스의 차단(cut-off)신호에 응답하는 감지 장치를 갖게하여 각 모니터링 방전의 말기를 감지 시간으로 잡는 것이 적당하다.

개개의 모니터링 펄스들로 부터 비롯된 갭 방전은 측정된 변수가 임계레벨과 관계되는 곳을 확인하므로써 ''우량'' 및 "불량"으로 분류된다. 또한 "우량"방전은 "금속상(metalic phase)" 및 "기체상(gas phase)"방전들로 분류된다. "기체상"방전은 15내지 25볼트의 방전전압과 5내지 20볼트의 고주파 발진 성분을 가지며 순수한 기체방전이 생성된다. "금속상"방전은 10내지 15볼트의 전압은 2내지 5볼트의 고주파 성분을 가지며 방전의 말기에 또는 가공 칩들에 의해 단락되는 상호 전극갭을 청결히 할때에 발생된다. 이러한 타입의 방전 특성 및 이들의 조합은 이하에서 더욱 충분히 상술될 것이다·

갭 상태의 결정은 방전 분류 신호들을 각각의 채널을 통하여 집합적으로 구별된 결과들을 얻기위한 미리 설정된 계수기들 또는 가역계수기에 인가하여서 효과적으로 실행되므로 가공 상태의 발전 및 경향은 이미 언급된 하나 또는 그 이상의 제어 가능한 장치들을 위해 제어신호들을 제공하는 것이 확실시된다.

본 발명의 또 다른 양상에 의하면, 미리 선택된 펄스 지속 기간 및 피크전류의 모니터링 펄스로 부터 비롯된 방전의 분류는 이미 언급된 방전들에 포함되는 고주파 발진 전류나 전압의 크기를 감지하므로써 효과적으로 수행된다. 본 분야에 공지된 바와같이, 만약에 방전이 아크방전 또는 단락형이라면, 그러한 고주파 성분은 여기에 없거나 관찰되지 않는다.

따라서 그러한 성분이 존재할 경우에만 방전이 "정상"이라는 것이 인지되어 왔다. 이러한 양상에서의 본 발명은, 고주파발진 방전 상태가 가공 유체 및 전극의 조합을 포함하는 여러가지 가공 인자들에 의해 영향 받으며 결과적인 가공 방전(예를들면 금속상 방전 및 기체상 방전)의 특성을 결정한다는 사실과, 또한 이 말단에 대한 뚜렷한 경계가 가공 펄스들로 부터 독립적인 미리 교정된 매개 변수들의 모니터링 펄스의 도입에 의해서 이루어질 수 있다는 사실에 기초를 두고있다. 0.03내지 1마이크로 초의 지속기간의 전자사태(electron avalanche)에 의해서 명백히 발생되는 고주파 성분은 1내지 30MHz범위의 주파수를 가지며, 방전 전압의 크기는 사용된 가공 유체의 분자량의 함수로서 변화하는 크기를 갖는다. 고주파 발진은 각각의 방전내에서 시간에 따라 감쇄하는 경향이 있으며 또한 15마이크로 초까지의 기간동안 100암페어를 초과하지 않는 피크전류로써 본 발명에 따라 주어진 각 개별적인 모니터링 펄스에 주어진 각각의 매개된수 범위내에서 뚜렷하게 관찰할 수 있다.

이미 언급된 바와 같이 각각의 모니터링 펄스를 가하는 스위칭 신호의 종료시에 갭내에서 고주파 성분을 감지하는 것은 편리한데, 그 이유는 그것이 방전의 시초에 과도기간을 피하고 또 타이밍을 잘 맞출 수 있는 방편이기 때문이다.

고주파 발진 전압은 또한 각각의 모니터링 펄스의 시초의 크기에서 이 기간의 지속시간에 의해 분할된 방전중의 어떤 주어진 순간의 크기를 뺀것의 차로서 감지된다.

본 발명에 따라 미리 선택된 펄스 지속기간(

) 및 피크전류(I_P)를 갖는 모니터링 펄스들은 1이하의 모니터링 펄스대 가공 펄스의 비로 제1도에 도시된 것과 같은 여러 방식들중의 어느 하나로 가공 펄스내에 삽입될 수 있다. (a)에서 보여주는 모니터링 펄스들은 (b)의 모니터렁 펄스들과 같이 직사각형 형태이며 가공 펄스들보다 더큰 펄스 온타임(On-Time) 또는 지속기간을 갖는다. (c)의 예에서 모니터링 펄스들은 그 수가 하나, 둘로 부터 셋으로 주기적으로 증가하고 있다. (d)와 (e)에서 모니터링 펄스들은 제각기 삼각파형과 반파정류된 AC파형을 갖는다.

앞에서 유의한 바와 같이, 가공 펄스들은 조합시에 예를들면 μRmax단위의 표면 거칠기(R), mm단위의 오우버커트(δout) 및 체적 %단위의 상대적인 전극 마모 (r)같은 바람직한 가공 결과들을 얻을 수 있는 펄스 지속기간(

) 및 피크전류(I_P)로 미리 설정된다. 이와 관련하여 다음 결과들이 경험적으로 성립되었다.

(''마모'' 모드) 및

("비마모" 모드)·이와 반대로 모니터링 펄스들은 차후에 더욱 상술될 바와 같이 별개의 특성 방전들 사이의 구별을 용이하게 하기 위해서 5내지 20마이크로초 범위의 펄스 지속기간과 10내지 200암페어 범위의 펄스 피크 전류로 미리 설정된다. 따라서 모니터링 펄스들이 가공 펄스들을 미리 설정한 것으로 부터 독립적으로 미리 설정되는 동안, 전술한 관계를 고려하여 모니터링 펄스들이 가공 펄스와 사실상 동일한 가공 성과를 달성하도록 하는 것이 아직도 가능하다.

예를들면, 3마이크로초의 미리 설정된 지속기간과 10암페어의 피크전류의 가공 펄스들을 가지고 실제로 동일한 표면 거칠기가 두 펄스들로 부터 생겨날 수 있도록 모니터링 펄스들은 10마이크로초 및 4내지 5암페어로 설정될 수도 있다. 전형적인 EDM작동에서 모니터링 펄스들의 수가 초당 1내지 10의 범위에 있을수 있다.

제2도에 본 발명에 따라서, 그 출력부에 갭 모니터링으로 부터 발생되는 감지된 정보신호 S를 공급하기 위한 공구전극 1과 작업물 2사이에 형성된 EDM갭G에 가공 펄스들과 모니터링 펄스를 둘다 가하기 위한 한 실시예가 도시되어있다. 전형적으로 가공갭G는 가공 매체를 형성하고 또한G의 영역으로부터 가공 생성물을 운반하는데 기여하는 유전성 액체로 넘치도록 가득 채워진다.

제2도의 장치는 가공 및 모니터링 펄스들을 위한 공통 전력원을 형성하며, 트랜지스터로 도시된 한쌍의 스위칭 소자(4)와 (5)를 각각 포함하는 병렬 연결된 분기를 거쳐 가공갭G와 직렬로 연결된 DC전원 3을 포함한다. 스위치(4)는 AND게이트 (7)을 거쳐 펄스발생기 (6)에 의해 제어되므로해서 펄스 발생기 (6)에 의해 결정된 주파수에서 전극(1) 및 작업물 (2)에 DC전원 (3)을 교대로 접속 및 분리하도록 전도 및 차단된다. 그결과 일련의 가공 펄스들이 펄스 발생기(6)에서의 셋팅으로 이루어진 펄스 지속기간(

)으로 가공 갭G양단에 발생된다. 스위치 (4)는 가공 펄스들의 피크전류(I_P)를 설정하기 위하여 병렬로 연결된 조정 가능 저항 8을 가지고 있다.

펄스 발생기 (6)은 타이밍 신호가 나오는 동안 리셋팅 하기위하여 펄스 발생기 (6)으로 부터의 미리 정해진수의 출력 펄스들을 계수하도록 채택된 계수기 (9)에 공급되는 부가적인 출력단을 가지고 있다. 타이밍신호는 기정의 제1 지속기간을 갖는 펄스를 제공하는 단안정 멀티바이브레이터(monostable multivibrator)로 구성될 수 있는 제1 타이머 (10)에 가해지며, 상기 지속기간의 종료시, 또다시 기정의 제2 지속기간을 갖는 펄스를 제공하는 단안정 멀티바이브레이터로 구성될 수 있는 제2 타이머(11)을 트리거하도록 택해진다. 펄스지속 기간(

)을 갖는 이 후자의 펄스는 타이머 11의 제1 출력단 (11a)로 부터 그것을 전도하도록 인가되어서 전원(3)이 전극(1) 및 작업물 (2)에 접속되게 한다. 그로부터의 동일한 펄스 또는 변형된 신호는 타이머 (11)의 제2단자 (11b)로 부터 정상적으로 인에이블되는 AND게이트 (7)을 디스에이블시키는 인버터 (12)를 거쳐 AND게이트 (7)의 한 입력단자에 공급된다,

결과적으로 가공 펄스 신호는 스위치 (4)로 통과하는 것을 금지하며, 모니터링 펄스는 스위치 (5)를 통하여 가공 갭G양단에 발생된다. 후자는 모니터링 펄스의 피크전류 (I_P')를 설정하기 위하여 이와 병렬로 연결된 조정 가능 저항 (13)을 가지고 있다. 물론 모니터링펄스(

)의 펄스 지속기간은 타이머 (11)에서 결정되고 셋트된다. 모니터링 펄스가 끝나게 되면, AND게이트가 다시 인에이블되고 미리 선택된 수(계수기 9에서 셋트된)의 가공 펄스들이 다시 시작된다. 한 행열에서의 최종 가공 펄스와 모니터링 펄스에 의해 개입된 다음 행렬에서의 최초 가공 펄스에 대한 이러한 모드가 제3도에 명백하게 나타나 있다.

또한 타이머 (10)과 (11)은 게이트 (7)을 통과하는 다수의 가공 펄스들을 디스에이블시키기 위한 금지신호를 제공할 수 있으며 가공 펄스들이 금지되는 기간동안에 몇몇 모니터링 펄스들을 발생하기 위하여 스위치 (5)에 가해지는 모니터링 신호 펄스들을 공급할 수 있다. 또한 물론 그들의 온타임(on-time)에 대한 가공 펄스들의 펄스 오프타임(off-time)의 크기에 따라서, 하나 또는 그 이상의 모니터링 펄스들이 타이머 (10) 및 (11)을 적절히 배치하므로써 가공 펄스들의 정상 펄스 오프타임 동안 발생될 수 있다.

전극 (1)과 작업물 (2)사이의 가공 갭G양단에 접속된 감지 저항 또는 전위차계 (14)는 타이머 (11)의 제3 출력단 (11c)에 접속된 또 다른 입력부를 가지는 임계회로(threshold circuit)(15)에 접속되며 그 결과 감지 저항 (14)에서 검출된 각각의 모니터링 펄스를 인가할때의 갭 전압은 각각의 모니터링 펄스의 인가로 부터 생기는 방전의 형을 결정하기 위하여 회로 (15)에서 셋트된 하나 또는 그 이상의 임계레벨을 기준으로 하여 구별된다.

방전의 분류 목적상, 갭전압이 만족스럽게 선택될 수도 있지만 더욱 정확한 결정은 방전 전압 및 전류내에 포함된 고주파 발진 성분들을 측정하므로써 얻어진다.

제4도에는 모니터링에 적당한 피크전류와 미리 선택된 펄스 지속기간을 가진 모니터링 펄스의 인가로부터 비롯된 "정상"방전 전압의 파형을 도시하고 있다. 1내지 30MHz범위의 주파수 또는 주파수들의 고주파 발진성분 V는 방전에 포함되고 그의 DC성분 Vg에 중첩된다.

일단 가공 갭이 단락되거나 아아크 방전(arcing)이 일어나면, 그러한 발진상태가 사라지거나 사실상 관찰할 수 없게된다. 따라서 이 성분의 존재여부를 측정하는 것은 갭 모니터링을 위해 적당한 정보를 제공해 준다.

또한 오늘날 고주파 진동 성분의 크기가 가공 매체의 종류에 의존한다는 사실이 밝혀져 왔다. 따라서 예를들면 가공 유체로 사용되는 순수한 물(분자량이 18)의 경우에 ΔV의 크기는 대단히 작다. 고주파의 조기 ΔV는 등유 (분자량이 약 700) 을 쓰면 더욱 증가된다.

제5도는 갭전압 Vg가 종축을 따라 그려지고 가공 유체의 분자량이 횡축을 따라서 그려지는 실험 결과들을 나타낸 도표이다. 이 도표는 양극 전위 강하 V_a및 음극전위강하 V_c와 고주파 전압성분 ΔV의 합인 갭전압 Vg가 후자가 일정한 V_a+V_b및 가공매체의 분자량증가에 따라서 증가함을 보여준다. ΔV는 분자등이 큰 스핀들 오일을 사용하면 약 10볼트가 되는 것이 관찰되었다. 그러한 현상에 대한 가설은 음극으로 부터 방출된 전자들이 방전의 맥동(pulsation)을 증가시키는 고분자량 매체의 분자들속으로 더욱 손쉽게 흡수된다는 것이다.

저분자량 매체를 쓰면, 전자들은 장애물과 덜 부딪히게 되어 증가된 수의 자유 전자들로써 보다 연속적인 방전이 발생될 수 있다. 그러나 높은 분자량의 매체가 가공 방전 동안에 쪼개져서 저분자량의 분자들로 저하되면 더 낮은 고주파 발진을 갖는 아아크 방전이 발생될 것이다.

따라서 증가된 정확도를 가지고 방전들을 분류하는 것은 사용된 가공 유체의 특정한 분자량에 대응하는 특정레벨을 기준으로 하여 감지된 고주파 성분 신호를 판별하므로서 이루어질 수 있다. 또한 고주파 성분의 주파수는 본질적으로 그의 크기에 비례하며 감지하기 위한 고주파 성분 신호대신에 사용될 수 있다는 사실을 유의해야 한다.

모니터링 펄스의 펄스 지속기간 및 피크전류는 최적의 모니터링이 가능하도록 선택되어야 한다는 것은 이미 언급하었다. 사용되는 피크전류가 과도하게 높으면, 열 전자들이 높은 분자들을 지나치게 낮은 분자들로 분해시키도록 과도하게 증가될 것이며 그결과 고주파 성분은 없어질 것이다. 또한 고주파 발진은 고분자 분해할때에 방전 시간의 흐름에 따라 감소한다.

그러므로 가공 결과들을 고려하여 형성되어야 하는 가공 펄스와는 무관하게 모니터링 펄스는 그 폭과 크기를 적당히 형성하는 것이 필요하다.

제6도에, 제2도에 도시된 것과 본질적으로 같은 가공 펄스 및 모니터링 펄스 공급장치 (20)과 모니터링 방전 펄스들내의 고주파 성분에 응답하는 갭상태 검출기 장치 (21)을 포함하는 장치가 도시되어 있다.

이 장치에서, 가공 갭G양단에 가해진 모니터링 펄스로 부터 발생되는 방전 전압은 모니터링 펄스발생장치 (11)에 의해 활성화되는 제 2입력단을 가지는 감지회로 망 (22)에 의해 감지되고 따라서 각각의 모니터링 펄스기간동안 또는 기정의 시간 기간이내에 선택적으로 갭G에 응답하거나 각각의 모니터링 펄스에 직접 뒤따르게 된다. 회로망 (22)에서 감지된 신호는 고주파성분을 증폭된 DC출력으로 변환시키는 증폭기 (24)에 공급되는 고주파 성분(제4도의 ΔV)을 입력신호로 부터 선택적으로 추출하는 필터회로 (23)에 공급된다. 다음 단계는 고주파성분 크기 ΔV를 나타내는 인입 DC신호를 비교하기 위해 그안에 셋트된 임계값을 갖는 비교기 (25)로 구성된다. 임계값은 사용된 가공 유체의 분자량에 따라서 프리셋트(preset)회로망 (26)에 의해 가변적으로 정해진다. 저분자량을 갖는 가공유체인 물을 사용하면 임계값은 최소치로 정해지기 쉬우며 증가된 레벨은 제5도에서 볼 수 있는 고분자량의 가공 액체에 대한 임계값으로 사용됨을 명백히 알수 있다. 인입 ''고주파''신호가 감지된 방전이 "우량"방전임을 표시하는 임계레벨을 초과하는 것이 발견되면, "1"신호는 비교기 (25)의 출력단에 설치된 펄스장치 (27)에 의해 생성될 수 있고 계수기 장치 (28)쪽으로 향할 수 있다. 계수기 (28)은 가공이 만족할 만한 조건 아래서 계속되는 것을 표시하는 계수를 할때 출력펄스를 제공하도록 현재 인입하는 펄스들의 수를 계수할 수 있도록 채택된 프리세트 계수기일 것이다. 한편 펄스장치 (27)은 임계값보다 적게 "고주파"신호를 결정하는 비교기 (25)에 응답하여 "1"신호를 발생시키며 미리 설정된 수의 인입되는 "불량 방전"신호 펄스들을 계수하는 프리세트 계수기(28)은 가공이 불만족스런 상태로 옮겨지는 것을 표시하는 신호를 발생시킨다. 또한 비교기 (25)에 결합된 서로 분리된 펄스 장치 (27)로 부터의 펄스들을 계수하기 위하여 한쌍의 입력단자를 가지는 업/다운계수기(up/down counter)로 구성된 계수기 (28)을 갖는 것도 가능하므로 업/다운 계수기의 계수 레벨은 갭에서의 가공의 성과 또는 만족도를 표시한다. 계수기 (28)로 부터의 출력신호는 가공 매개변수들, 즉 전극 서어보기가, 갭 소제, 가공 펄스의 수정등을 위한 신호들의 합성 또는 어느 하나의 조정을 위하여 사용된다.

제7도에 그 사이에서의 가공 공정시에 사실상 일정한 가공갭 G의 간격을 유지하는 공구 전극 1과 작업물 2사이의 상대적인 변위를 제어하기 위한 서어보 제어 장치가 도시되어있다. 또한 이 장치는 이미 언급된 가공 출력 펄스 및 모니터링 펄스 공급장치 (20)을 포함한다.

또한 이 장치에서, 감지저항 (14)는 방전 전압 또는 전류를 검출하기 위해서 또 모니터링 펄스가 효과적으로 방전되는 특징이 있는 신호들을 제공하기 위해서 임계 회로망 (15)와 관련하여 가공갭 G양단에 접속된다. 따라서 임계회로망 (15)는 제2도의 실시예에서 처럼 임계레벨에 대한 방전 전압 또는 전류나 제6도의 실시예에서처럼 임계레벨에 대한 고주파 성분에 직접 응답할 수 있게된다.

또한 임계회로망 (15)는 펄스장치(30)이 논리회로 (31)에서 처리되는 둘중 하나 또는 둘다의 디지탈신호를 제공하게 한다. 논리회로는 펄스 장치 (30)으로 부터 받은 방전 특성 신호들의 수집처리 결과들에 따라서 전극1 또는 작업물 2를 위한 구동모터 (32)에 ''전진'' 및 "후퇴"신호를 공급한다. 명백히 논리회로(31)은 복수개의 프리세트 계수기들 및/또는 적당한 출력들을 갖는 업/다운 계수기로 구성될 수 있다.

제8도는 앞에서 언급한 제4도의 것과 비슷한 파형도를 나타낸다. 여기에 도시된 방전 전압의 DC성분에 중첩되고 또 분할되는 고주파 성분은 제9도에 도시되어 있다. 고주파 진동이 방전시에 시간의 흐름에 따라서 감소되는 것을 알수 있으며 이 성분의 측정이 다만 가공 유체의 종류 및 변화에 의존하는 것이 고려될때만 의미가 있다는 것이 이미 지적되어 왔다. 그러나 그러한 의존은 만약 시간에 따른 양만큼 변화가 생긴다면 보상될 수 있다. ΔV의 변화로서 측정이 이루어진다면 실질적으로 보상될 수 있다.

따라서, 제9도에 도시된 것과 같이, 방전의 시작에 즉시 뒤따르는 순간 t_o및 방전 도중의 순간 t_x에서 고주파 발진의 크기는 각각 ΔV_o및 ΔV_x로 측정되고,

값이 계산된다. 만약에 방전 말기에서 크기 측정이 가능하면,

또는

은 "최우량(excellant)" "우량(good)", "양호(fine)"등으로 분류될 수 있다.

공구 전극 및 작업물 사이의 가공 갭 G양단에 접속된 모니터링 펄스 공급원 (40)(상술되어온 바의)을 포함하는 제10도에 도시된 회로도는 이러한 목적을 달성하도록 설계되어있다. 도면에서 가공 펄스 공급원은 생락되어있다. 이 회로도는 제6도에 관련하여 상술된 바와 같이 모니터링 방전 검출기 (41), 필터(42)및 증폭기 (43)을 포함하는데, 증폭기 (43)은 상술되어온 바와 같이 방전 고주파 발진성분의 크기 ΔV(시간에 따라서 변화하는)를 나타내는 DC신호를 증폭한다. 한편 각각의 모니터링 방전의 시작은 비작동시 t_o순간에서 펄스발생기 (16)을 작동시키는 그러한 작동상태로 타이머 (45)를 시발케하기 위해 가공갭G에 결합될 검출기 (44)에 의해 검출된다. 따라서 펄스 장치는 t_o순간에 폭이 좁은 검사용 펄스(checking pulse)을 발생한다.

또한 타이머 (45)는 비작동시 t_x순간에서 제2 펄스장치 (48)을 작동시키는 제2 타이머 (47)을 동작시키며, 제2펄스 장치는 이 순간에 폭이 좁은 검사용펄스를 발생한다.

래취 회로(latch circuit) (49)는 순간 t_o에서 증폭기 (43)으로 부터의 고주파 신호 ΔV_o를 기억하기 위하여 증폭기 (43)의 출력과 검사용 펄스장치 (47)에 응답하도록 제공된다. 제2 래취회로 (50)은 순간 t_x에서 증폭기 (43)의 고주파출력 ΔV_x를 기억하기 위하여 증폭기 (43)의 출력과 체킹 펄스장치 (48)에 응답하도륵 제공된다. 클록 발진기 (51)은 상기레치 (latch)신호를 치환하여 계수한다.

따라서 계수기 (52)는 래취된 신호 ΔV_o를 계수하도록 제공되고, 계수기 (53)은 래취된 신호 ΔV_x를 계수하도록 제공된다. 비교기 (54)는 그것의 출력에 차 ΔV_o- ΔV_x를 제공하는 (52)와 (53)의 출력을 비교한다. 차신호는 계수기 (55)에 의해 계수된 클록 펄스로 대체된다. 또 다른 계수기 (56)은 클록펄스로써 타이머 (47)의 동작시간 t_x-t_o를 대체한다.

계수기(55) 및 (56)의 출력들은 시간에 따른 고주파성분의 변화량인 출력신호

를 제공하는 분할기(57)에 의해 비교된다. 이 신호는 차례로 계수기 (58)에 의해 계수되는 클록펄스에 의해 대체되는데, 이것은 프리세트 회로망 (60)에 의해 거기에 설정된 그리고 계수기 (58)의 출력과 비교되는 하나 또는 복수의 임계레벨을 가지는 비교기 (59)에 인가된다. 임계레벨은 펄스지속기간, 펄스간격 및 피크전류, 전극극성, 전극재료 및 작업물등의 가공펄스 매개변수들과 그외의 가공 매개변수들, 그리고 사용된 가공유체의 분자량 또는 종류를 감안하여 변화할 수 있게 설정된다.

신호

는 전형적으로 마이크로초당 볼트로 표시된다. 0.06내지 0.02의 형태로 발생하는 모니터링 펄스에 의해 테스트된 갭 상태는 ''최우량'' 또는 "우량''으로 간주되며 0.1내지 0.07의 신호를 갖는 갭상태는 "양호" 또는 "불량''한 것으로 정의된다. 대응 신호들은 가공 전력공급원, 전극급송 및 후퇴제어장치, 가공 유체공급 장치등을 위한 제어신호들을 제공하도록 입력 신호들을 집단적으로 구별하는 기능을하는 표시회로망(61)에 인가된다.

물론 모니터링 펄스가 아크방전 또는 단락을 일으키는 경우에는, 고주파 성분의 부재로 별로 좋지 않은 갭 특성이 표시된다. 그러나 앞에서 상술된 검출방법에 의하면 더욱 폭넓은 구별이 이루어질 수 있다.

즉 둘다 고주파 성분을 함유하는 두개의 확실히 드러나는 방전 특성이 구별될 수 있다. 예들들면 고주파 성분이 t_o에서 존재하는 방전이 있을 수 있지만 그것은 신속하게 감소되어 방전의 도중 즉 t_x에서 사라진다. 그러한 펄스는 그 자체는 본질적으로 나쁜 것이 아니라 적은 스토크(stock)이동을 가진 일련의 가공 펄스들을 야기시키거나 아크 방전을 일으키는 바람직하지 못한 갭상태를 나타낸다.

본 발명에 따른 갭방전들의 보다 중요한 특성은 기체상 방전들, 금속상 방전들 및 보통 여태까지 ''정상''으로 간주되어온 상기 방전들의 조합형태에 나타난다. 그러나 실험으로 증명된 바와 같이 스토크 제거면에서 금속방전이 기체상 방전보다 30%나 덜 효율적이다. 실험이 보여주는 바와 같이, 기체상 방전은 15내지 25볼트의 범위에서 갭전압(방전유지)과 5내지 20볼트의 범위에서 고주파 성분을 가지고 발생한다. 금속상 방전은 10내지 15볼트의 갭 방전과 2내지 5볼트의 고주파 성분을 가지고 발생한다. 금속 방전은 방전펄스의 선단 가까이에서 발생되거나 가공칩들로 인한 단락이 분명한 곳에서 발생한다. 아크방전은 금속상 방전에 의해 충돌된 방전점이 과도하게 가열되며 6내지 10볼트의 갭전압 및 1볼트 이하의 고주파성분을 갖는 상태하에서 발생하는 것을 알게된다. 따라서 개방 갭 펄스를 포함하여 갭 방전은 대략 다섯가지 범주로 분류된다.

제11a∼11c도에 단일로 인가된 펄스로써 발생되는 방전 특성을 나타낸다. (a)이 도시된 펄스는 펄스의 초기단계이서 기체상 방전이 발생하며, 기체 증기들이 금속 증기들과 혼합되고 금속 증기의 농도가 증가되어서 금속상 방전으로 변화되어 간다. 전형적으로 그런 방전 펄스가 가공 작업이 최적이다. (b)에 도시된 것처럼, 만약에 방전 펄스가 그 초기단계에서 고농도의 금속증기들을 갖는다면, 이것은 전형적인 금속상 방전이 된다. 또한(c)에 도시된 것처럼, 금속 방전이 기체증기 농축이 증대된 기체 및 금속의 혼합방전으로 변화될 수 있다. (b)와 (c)에서 보여주는 특성을 지닌 가공 펄스들은 스토크 제거 작업면에서 우수하지 못하다.

제12도로 부터, 금속 방전에 의한 스토크 제거는 기체 방전에 의한 스토크 제거의 50내지 70%이고 아크 방전은 기체 방전에 의한 제거량의 단지 수퍼센트의 제거가 허용됨을 알수 있다. 본래, 정상 방전이란 기체방전 내지 금속상방전을 포함하는 것을 말하는 반면, 비정상 방전이란 아크 방전내지 단락을 말한다.

제14도에 별개의 방전들을 구별하도록 모니터링 펄스들을 검출하기 위한 또 다른 회로도가 도시되어 있다. 이전의 실시예에서처럼, 모니터링 펄스공급원 (40)은 가공 갭 G양단에 가공 전력원(도시되지 않음)으로 부터 공급되는 일련의 가공펄스내로 삽입되는 모니터링펄스를 제공해주며 이결과 갭 전류나 전압은 검출기 (70)에 의해 검출된다. 검출기 (70)은 가공 갭 G양단에 서로 병렬 연결된 세계의 감지회로망(71)(72) 및 (73)으로 구성된다.

감지회로망(71)은 감지된 DC신호를 임계회로 (74)로 공급하는데, 이 임계회로는 방전이 임계회로에서 설정된 임계값을 기준으로 하여 정상인지 또는 비정상인지 감지기 신호로 부터 결정하며 업/다운 계수기에 출력이 인가되는 하나의 계수기 또는 복수의 계수기들 (75)에 의해 계수될 대응신호중 하나 또는 양쪽을 제공해 준다. 검출기 (72)는 방전의 DC성분을 감지하는 반면, 검출기 (73)은 방전의 AC(고주파)성분을 감지하여 DC신호로 변환시킨다.

감지기 (72)는 그 출력에 한쌍의 임계회로 (77)과 (78)을 갖는다. 임계회로 (77)은 기체상 갭전압이 대응하여 그 내부에서 설정된 임계레벨을 기준으로 하여 방전이 기체상인지 인입신호로 부터 결정하고, 그런데 그렇게 결정되면, 펄스를 내보내기 위한 펄스 발생기 (79)를 동작시키는 출력신호를 발생한다. 따라서 펄스 발생기 (79)의 출력펄스는 ''기체방전''신호를 표시하게 된다. 입계회로 (78)은 금속상 갭전압에 상응하여 그 내부에서 설정된 임계레벨을 기준으로 하여 방전이 금속상인지를 인입 신호로 부터 결정하고, 그리고 이와 같이 결정되면, 펄스를 내보내기 위한 펄스 발생기 (80)을 동작시키는 출력신호를 발생한다. 따라서 펄스 발생기 (80)의 출력 펄스는 "금속방전"신호를 표시하게 된다.

마찬가지로 감지기 (73)은 출력에 한쌍의 임계회로 (81)과 (82)를 갖는다. 임계회로 (81)은 기체상 고주파전압에 대응하여 그내부에서 설정된 임계레벨을 기준으로 하여 방전이 기체상인지 인입고주파 전압으로 부터 결정하고, 그리고 이와 같이 결정되면, 펄스를 내보내기 위한 펄스 발생기(83)을 동작시키는 출력 신호를 발생한다. 따라서 펄스 발생기 (83)으로 부터의 출력 펄스는 "기체상''신호를 표시한다. 임계회로 (82)는 고주파 전압성분에 대응하여 그 내부에서 설정된 임계레벨을 기준으로 하여 방전이 금속상인지를 인입고주파 신호로 부터 결정하며, 그리고 이와 같이 결정되면 펄스를 내보내기 위한 펄스 발생기(84)를 동작시키는 출력신호를 제공한다.

따라서 펄스 발생기 (84)로 부터의 출력 펄스는 "금속방전"신호를 표시하게 된다.

AND게이트 (85)는 ''기체방전''신호가 양 임계회로로 부터 수신될때 출력신호를 제공하는 펄스 발생기(79)와 (83)의 양 출력이 응답하도록 설치된다. 마찬가지로 제2 AND게이트 (86)은 ''금속 방전''신호가 양임계회로로 부터 수신될 때 출력신호를 제공하는 펄스 발생기 (80)과 (85)의 출력에 응답하도록 제공된다. 제1 AND게이트 (85)의 출력은 OR게이트의 제1 집적 단자에 접속되고 제2 입력단자가 플립-플롭 회로(88)을 거쳐 제2 AND게이트 (86)의 출력에 접속되는 출력단자가 업/다운 계수기 (76)에 제공되는 OR게이트 (87)의 제1 입력단자를 갖는다.

플립-플롭 (88)은 여기에서 AND게이트 (86)으로 부터의 ''금속 방전''신호에 대한 분할기로서 사용된다. 따라서 OR게이프 (87)의 출력은 업/다운 계수기 (76)의 기록을 위하여 기체상 방전수와 금속상 방전수의 1/2과의 합에 해당하는 신호를 제공한다.

이것은 이전에 기술한 것같이, 금속방전이 가스상 방전보다 스토크 제거작업에 있어서 효율이 반정도이거나 그보다 낮다는 사실을 고려한 것이다. 이러한 신호는 계수기 (76)이 신호를 내보낼때마다 계수기의 레벨을 한 단계 높이는데 사용되는 반면 펄스발생기 (75)로 부터 수신된 "비정상신호"는 업/다운 계수기(76)의 레벨을 낮추는데 사용된다.

업/다운 계수기 (76)의 출력에는 이전에 기술된 바와 같이 하나 또는 복수의 가공 매개변수들을 조정하기 위한 표시기 및 또는 신호처리장치가 제공된다.

Claims (1)

1. EDM처리에서 갭상태를 검출하는 방법에 있어서,

   목적한 가공 결과를 달성하도록 미리 선택된 펄스지속기간 및 피크전류를 가지는 일련의 가공펄스를 가공갭 양단에 인가하는 단계와,

   매 시간간격이 띄워지고 인접한 상기가공 펄스로 부터 독립적이며, 상기 가공 펄스로 부터 독립적인 펄스 지속기간 및 피크전류를 가지며, 상기 가공갭에서 전류펄스가 되는 적어도 하나의 모니터링펄스를 상기 일련의 가공펄스내로 삽입하는 단계와,

   상기 결과 갭전류펄스의 특성을 측정하므로써 그것을 적어도 두 범주중의 하나로 분류하는 단계와 상기의 결과에 응답하여 갭상태를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EDM처리에서 갭상태를 검출하는 방법.

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