PL219171B1

PL219171B1 - Method and system for measuring the ignition delay in the EDM processes

Info

Publication number: PL219171B1
Application number: PL397686A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Mysiński; Jacek Ziółek; Włodzimierz Wilk; Wacław Mielnicki
Original assignee: Inst Zaawansowanych Technologii Wytwarzania
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2015-03-31
Also published as: PL397686A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do pomiaru czasu opóźnienia zapłonu w procesach elektroerozyjnych, przeznaczony dla obrabiarek wykorzystujących proces elektroerozyjny, przykładowo elektrodrążarek wgłębnych, wycinarek drutowych, szlifierek erozyjnych.The subject of the invention is a method and system for measuring the ignition delay time in electro-erosion processes, intended for machine tools using the electro-erosion process, for example electro-erosion machines, wire cutters, erosion grinders.

Ciągłe korygowanie szczeliny międzyelektrodowej w obrabiarce elektroerozyjnej jest bardzo istotne w procesie obróbki, głównie ze względu na stałe ubywanie materiału obu elektrod oraz zmienną wytrzymałość elektryczną szczeliny międzyelektrodowej, spowodowaną produktami erozji. Aby proces drążenia przebiegał prawidłowo, odległość między elektrodą roboczą a przedmiotem obrabianym powinna być utrzymywana tak, aby impulsy doprowadzone z generatora powodowały możliwie jednakowe prawidłowe wyładowania. Do utrzymywania stałej odległości między elektrodami służy regulator szczeliny międzyelektrodowej. Obok generatora impulsów, jest on głównym elementem każdej maszyny elektroerozyjnej i ma znaczący wpływ na przebieg procesu obróbki.Continuous correction of the inter-electrode gap in an EDM machine is very important in the machining process, mainly due to the constant loss of material of both electrodes and the variable electrical strength of the inter-electrode gap caused by erosion products. For the drilling process to run properly, the distance between the working electrode and the workpiece should be kept so that the pulses supplied from the generator cause the same and correct discharges as possible. An inter-electrode gap regulator is used to maintain a constant distance between the electrodes. In addition to the pulse generator, it is the main element of every EDM machine and has a significant impact on the course of the machining process.

Odległość między powierzchnią czołową elektrody i przedmiotu obrabianego wynosi od kilku do kilkudziesięciu [pm], (zależnie od typu regulatora, materiału elektrod i materiału przedmiotu oraz procesu obróbki), a zakres regulacji szczeliny jest bardzo mały, rzędu mikrometrów. Ponieważ szczelina musi być stabilnie utrzymywana, a w dodatku nie może dojść do mechanicznego uszkodzenia elektrody i przedmiotu, wymagany jest pomiar wielkości szczeliny międzyelektrodowej.The distance between the front surface of the electrode and the workpiece is from a few to several dozen [pm] (depending on the type of regulator, electrode material and workpiece material and the machining process), and the gap adjustment range is very small, on the order of micrometers. Since the gap must be kept stably, and in addition, the electrode and the workpiece cannot be mechanically damaged, it is necessary to measure the size of the inter-electrode gap.

Jednym ze sposobów wyznaczania odległości między elektrodami w procesie elektroerozji jest pomiar czasu opóźnienia zapłonu to, który zawiera się w przedziale od kilkuset [ns] do kilkunastu [ps]. Czas ten jest mierzony od chwili pojawienia się impulsu z generatora do czasu wystąpienia wyładowania między elektrodą roboczą a przedmiotem obrabianym (fig. 1). Pomiar jest wykonywany przy pomocy zespołu komparatorów analogowych i układu cyfrowego wraz mikroprocesorem.One of the methods of determining the distance between electrodes in the electroerosion process is measuring the ignition delay time, which ranges from several hundred [ns] to several [ps]. This time is measured from the moment the pulse from the generator appears until the discharge occurs between the working electrode and the workpiece (Fig. 1). The measurement is performed using a set of analog comparators and a digital circuit with a microprocessor.

Aby poprawnie sterować odległością elektrody należy poprawnie mierzyć czas opóźnienia zapłonu. Jest to o tyle trudne, że poprawny proces elektroerozyjny zależy od wielu czynników i nie każdy impuls doprowadzony do szczeliny jest właściwy i poprawny. Układ pomiarowy musi rozróżnić (fig. 1) stan otwarty szczeliny (stan I), stan poprawnego wyładowania (stan II, III), stan wyładowania łukowego (stan IV), stan zwarcia (stan V). Wartości t_D są rozbieżne w szerokim zakresie, konieczne staje się zatem uśrednienie kilku wartości. W dalszej kolejności czas opóźnienia to zostaje doprowadzony do regulatora, który dokonuje zmiany położenia elektrody względem przedmiotu obrabianego. W zależności od ustawionego przez operatora czasu trwania impulsu i czasu trwania przerwy, co przekłada się na częstotliwość impulsów, a wartość ta może być w granicach [MHz], nie każdy czas opóźnienia z każdego impulsu na szczelinie jest możliwy do zmierzenia przez system mikroprocesorowy. Wynika to z ograniczonej szybkości działania systemu mikroprocesorowego i wykonywania innych zadań przez system.In order to properly control the electrode distance, the ignition delay time must be correctly measured. It is difficult because the correct EDM process depends on many factors and not every impulse fed to the gap is correct and correct. The measuring system has to distinguish (Fig. 1) the open state of the slit (state I), the state of proper discharge (state II, III), the state of arcing (state IV), and the state of short circuit (state V). The values of t _D vary widely, so it becomes necessary to average several values. Subsequently, this delay time is applied to the regulator which changes the position of the electrode in relation to the workpiece. Depending on the operator set pulse duration and pause duration, which translates into the frequency of the pulses, and this value may be within [MHz], not every delay time from each pulse on the slot is measurable by the microprocessor system. This is due to the limited operating speed of the microprocessor system and the performance of other tasks by the system.

Celem wynalazku jest wprowadzenie sposobu i układu ułatwiającego pomiar czasu impulsu poprzez system mikroprocesorowy tak, aby system mikroprocesorowy mógł mierzyć pojedyncze impulsy czasu opóźnienia. Układ i sposób pomiaru powinien uwzględniać niektóre stany napięcia na szczelinie, w wyniku czego system mikroprocesory wraz z swoim oprogramowaniem ma ułatwione zadanie.The object of the invention is to provide a method and system to facilitate the pulse time measurement through a microprocessor system, so that the microprocessor system can measure individual delay time pulses. The measurement system and method should take into account some voltage states on the gap, as a result of which the microprocessor system and its software have an easier task.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że pomiaru czasu impulsu opóźnienia dokonuje się w chwili, gdy system mikroprocesorowy rozpocznie pomiar, mierzy się tylko czas trwania jednego impulsu opóźnienia, uwzględnia się stan zwarcia gdy podany jest właściwy impuls napięciowy na szczelinę a czas trwania impulsu opóźnienia jest krótszy, przy czym przy uwzględnieniu stanu przerwy w szczelinie - braku wyładowania - czas trwania impulsu opóźnienia jest większy od czasu trwania impulsu z generatora i taki wynik pomiaru jest traktowany przez system mikroprocesorowy jako stan przerwy.The essence of the method according to the invention consists in the fact that the measurement of the delay pulse time is performed when the microprocessor system starts the measurement, only the duration of one delay pulse is measured, the short-circuit condition is taken into account when the correct voltage pulse is applied to the slot, and the duration of the delay pulse is taken into account. is shorter, but taking into account the state of interruption in the gap - no discharge - the duration of the delay pulse is greater than the duration of the pulse from the generator, and such a measurement result is treated by the microprocessor system as a state of interruption.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że składa się on z bramki AND, negacji NOT oraz dwóch przerzutników typu D, przy czym wzajemne połączenie przerzutników następuje poprzez wyjście Q z przerzutnika drugiego do wejścia D przerzutnika pierwszego i wyjście /Q z przerzutnika pierwszego do wejścia CLK przerzutnika drugiego. W wyniku tego po podaniu sygnału /POMIAR z systemu mikroprocesorowego i zbocza narastającego sygnału IMPULS z generatora układ wyodrębnia tylko jeden impuls czasu opóźnienia TD do pomiaru.The essence of the system according to the invention is that it consists of an AND gate, NOT negation and two D-type flip-flops, with the interconnection of the flip-flops through the Q output from the second trigger to the D input of the first trigger and the / Q output from the first trigger to the input. CLK of the second flip-flop. As a result, after supplying the / MEASURE signal from the microprocessor system and the rising edge of the IMPULS signal from the generator, the system extracts only one TD delay time pulse for measurement.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest uwzględnienie stanu zwarcia w szczelinie, uwzględnienie stanu przerwy w szczelinie, pomiar tylko jednego impulsu oraz pomiar impulsu w chwili gdy system mikroprocesorowy jest gotowy do pomiaru.The advantage of the solution according to the invention is taking into account the short circuit in the gap, taking into account the gap in the gap, measuring only one pulse and measuring the pulse when the microprocessor system is ready for measurement.

PL 219 171 B1PL 219 171 B1

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione jest na rysunkach, na których poszczególne figury przedstawiają:The solution according to the invention is illustrated on the drawings, in which the individual figures show:

Fig. 1 - wpływ szerokości szczeliny międzyelektrodowej na wyładowania iskrowe i napięcie międzyelektrodowe Ue i czas opóźnienia zapłonu tD,Fig. 1 - the effect of the width of the inter-electrode gap on the spark discharges and the inter-electrode voltage Ue and the ignition delay time tD,

Fig. 2 - schemat ideowy układu do uzyskania sygnału czasu opóźnienia tD,Fig. 2 - schematic diagram of the circuit for obtaining the delay time signal tD,

Fig. 3 - przykładowe przebiegi formowania sygnału TD w zależności od stanu napięcia na szczelinie.Fig. 3 illustrates exemplary TD signal formation waveforms depending on the voltage condition across the slot.

Do pomiaru czasu opóźnienia zapłonu w procesie elektroerozji wymagane są następujące sygnały elektryczne, dostarczane przez układ pomiarowy napięcia na szczelinie międzyelektrodowej i system mikroprocesorowy (fig. 2):In order to measure the ignition delay time in the electroerosion process, the following electrical signals are required, supplied by the inter-electrode gap voltage measurement system and the microprocessor system (Fig. 2):

- sygnał logiczny /ZWARCIE (stan aktywny „0”) informujący, że napięcie na szczelinie osiągnęło wartość bliską 0 [V], jest to sygnalizacja stanu zwarcia szczeliny,- logic signal / SHORT (active state "0") informing that the voltage on the slot has reached a value close to 0 [V], it is a signal of the slot short-circuit,

- sygnał logiczny o nazwie /PO2 (stan aktywny „0”) informujący, że napięcie na szczelinie osiągnęło wartość około 40 [V],- logic signal named / PO2 (active state "0") informing that the voltage on the slot has reached the value of about 40 [V],

- sygnał logiczny IMPULSY (stan aktywny „1”) informujący o włączeniu wysokiego napięcia na szczelinę międzyelektrodową, wartość w zależności od typu generatora od 80 [V] do 330 [V],- PULSE logic signal (active state "1") informing that high voltage is applied to the gap between the electrodes, value depending on the type of generator from 80 [V] to 330 [V],

- sygnał logiczny /POMIAR (stan aktywny „0”) z systemu mikroprocesorowego zezwalający na pomiar czasu opóźnienia zapłonu.- logic signal / MEASUREMENT (active state "0") from the microprocessor system that allows the measurement of the ignition delay time.

Sygnał logiczny /ZWARCIE podawany jest na jedno z wejść bramki logicznej U3-A typu AND. Sygnał logiczny /PO2 podawany jest na bramkę logiczną U1-A typu NOT i wraz elementami C1, R1 i D1 powodują uzyskanie krótkiego impulsu logicznego ZEROWANIE1 o stanie „1” i czasie trwania około 100 [ns], w momencie pojawienia się narastającego zbocza sygnału /PO2. Ten krótki sygnał podawany jest na drugie wejście bramki logicznej U3-A. Na wyjściu bramki logicznej U3-A otrzymywany jest sygnał /ZEROWANIE. Ten sygnał doprowadzony jest do wejścia zerującego /R przerzutnika typu D, U2-A. Sygnał logiczny z generatora impulsów IMPULSY doprowadzony jest do wejścia zegarowego CLK przerzutnika typu D (układ U2-A). Sygnał logiczny /POMIAR z systemu mikroprocesorowego podawany jest na wejście ustawiające /S przerzutnika typu D (układ U2-B). Na wejście ustawiające /S przerzutnika U2-A i na wejście zerujące /R przerzutnika U2-B podawany jest stan logiczny „1”. Na wejście informacyjne D przerzutnika U2-B podawany jest stan logiczny „0”.The logic / SHORT signal is fed to one of the inputs of the U3-A logic gate. The logic signal / PO2 is sent to the logic gate U1-A of the NOT type and together with the elements C1, R1 and D1 they result in a short logical pulse of RESET1 with the state "1" and duration of about 100 [ns], at the moment of the rising edge of the signal / PAST 2. This short signal is fed to the second input of the U3-A logic gate. Signal / RESET is received at the output of the logic gate U3-A. This signal is applied to the / R reset input of the D, U2-A trigger. The logic signal from the PULSE pulse generator is fed to the CLK clock input of the D-type flip-flop (U2-A system). The logic signal / MEASUREMENT from the microprocessor system is fed to the / S setting input of the D-type flip-flop (U2-B system). The logic state "1" is applied to the / S setting input of the U2-A trigger and the / R reset input of the U2-B trigger. The logical state "0" is supplied to the information input D of the U2-B flip-flop.

Zespół do formowania sygnału TD (fig. 2) pozwala na wyodrębnienie czasu opóźnienia wyładowania międzyelektrodowego to. Uzyskiwany on jest na podstawie sygnałów z (/ZWARCIE i /PO2), sygnału ze sterownika generatora impulsów (/IMPULSY) oraz sygnału z systemu mikroprocesorowego (/POMIAR). Wyjściowy sygnał TD podawany jest na wejście systemu mikroprocesorowego, który zajmuje się już właściwym pomiarem czasu trwania impulsu.The TD signal former (Fig. 2) extracts the inter-electrode discharge delay time t. It is obtained on the basis of signals from (/ ZWARCIE and / PO2), the signal from the pulse generator controller (/ PULSES) and the signal from the microprocessor system (/ MEASUREMENT). The output TD signal is fed to the input of the microprocessor system, which deals with the actual measurement of the pulse duration.

Zespół do formowania sygnału TD składa się z bramki AND (U3-A), negacji NOT (U1-A) oraz dwóch przerzutników typu D (U2-A i U2-B).The TD signal forming assembly consists of an AND gate (U3-A), a NOT negation (U1-A), and two D-type flip-flops (U2-A and U2-B).

Na fig. 3 zaprezentowano przebiegi sygnałów logicznych dla trzech przypadków stanu napięcia na szczelinie, stan poprawny pracy (poprawne wyładowanie w szczelinie), stan zwarcia w szczelinie i stan przerwy (brak wyładowania). Przerzutniki (U2-A i U2-B) połączone są w ten sposób, żeby wygenerować sygnał TD tylko gdy system mikroprocesory jest gotowy do pomiaru czasu. Ze względu na ograniczoną szybkość działania systemu mikroprocesorowego nie każdy impuls na szczelinie jest mierzony przez system mikroprocesorowy. Za pomiar odpowiada system mikroprocesorowy podając krótki stan „0” na linię /POMIAR - wejście /S przerzutnika (U2-B). Na wyjściu Q przerzutnika (U2-B) zostaje ustawiony stan wysoki i wprowadzony na wejście D kolejnego przerzutnika U2-A. W chwili pojawienia się zbocza narastającego sygnału IMPULSY z generatora impulsów, wartość „1” wejścia D zostaje przepisana na wyjście Q przerzutnika U2-A (zbocze narastające sygnału TD - początek pomiaru). Kiedy przerzutnik U2-A zostanie wyzerowany (wejście /R sygnał z bramki U3-A /ZEROWANIE) na wyjściu Q (U2-A) zostaje ustawiony stan niski (zbocze opadające sygnału TD koniec pomiaru) i jednocześnie przez wyjście /Q z przerzutnika U2-A zostaje podany sygnał (zbocze narastające) wpisujący stan logiczny „0” na wyjście Q przerzutnika U2-B. To powoduje pojawienie się stanu „0” na wejściu D przerzutnika U2-A. W tym czasie stan „1” sygnału TD zostaje zmieniony na stan „0” i system jest zablokowany do kolejnego wyzwolenia z systemu mikroprocesorowego. Czas trwania stanu „1” impulsu TD jest właśnie czasem opóźnienia zapłonu w procesie elektroerozji.Fig. 3 shows the logic waveforms for three cases of the voltage state on the slot, the correct operation condition (correct discharge in the slot), the short-circuit condition in the slot and the interruption condition (no discharge). The flip-flops (U2-A and U2-B) are connected so as to generate a TD signal only when the microprocessor system is ready for timing. Due to the limited operating speed of the microprocessor system, not every pulse in the slot is measured by the microprocessor system. The microprocessor system is responsible for the measurement, giving a short state of "0" to the line / POMIAR - input / S of the flip-flop (U2-B). The high state is set at the Q output of the trigger (U2-B) and applied to the D input of the next U2-A trigger. At the moment of the appearance of the rising edge of the PULSE signal from the pulse generator, the value "1" of the D input is copied to the Q output of the U2-A trigger (rising edge of the TD signal - measurement start). When the U2-A flip-flop is reset (input / R signal from the U3-A gate / RESET), the Q (U2-A) output is set to a low state (falling edge of the TD signal, measurement end) and simultaneously by the / Q output from the U2- trigger A, a signal is given (rising edge) writing the logical state "0" to the Q output of the U2-B flip-flop. This causes the appearance of the state "0" on the input D of the flip-flop U2-A. During this time, the TD signal state "1" is changed to state "0" and the system is locked until the next trigger from the microprocessor system. The duration of the TD pulse state "1" is precisely the ignition delay time in the electroerosion process.

W trakcie poprawnego stanu procesu elektroerozji czas trwania czasu opóźnienia zawiera się od kilkuset [ns] do kilkunastu [ps]. W czasie zwarcia czas trwania impulsu TD będzie się zawierał od 0 [s] do wartości kilkudziesięciu [ns]; jest to związane z czasem działania bramek logicznych i czasemDuring the correct state of the electroerosion process, the duration of the delay time ranges from several hundred [ns] to several [ps]. During the short-circuit the duration of the TD pulse will range from 0 [s] to the value of several dozen [ns]; it is related to logic gate runtime and time

PL 219 171 B1 działania układu pomiarowego napięcia na szczelinie międzyelektrodowej. Jeżeli przed podaniem właściwego impulsu wysokiego napięcia na szczelinę występuje stan zwarcia, to wtedy sygnał /ZWARCIE blokuje wpisanie stanu „1” na wyjście Q przerzutnika U2-A i nie pojawi zbocze narastające sygnału TD. Taki stan też jest rozpoznawany przez system mikroprocesorowy jako stan zwarcia. Przy otwartej szczelinie (przy braku zapłonu) czas trwania impulsu TD będzie trwał dłużej niż czas samego impulsu na szczelinie i ten pomiar czasu będzie przez oprogramowanie systemu mikroprocesorowego traktowany jako stan przerwy.The operation of the voltage measurement system at the inter-electrode gap. If there is a short-circuit condition before applying the appropriate high-voltage impulse to the slot, then the signal / SHORT-circuit blocks the writing of the "1" state to the Q output of the U2-A flip-flop and the rising edge of the TD signal will not appear. This condition is also recognized by the microprocessor system as a short circuit condition. With the aperture open (no ignition), the duration of the TD pulse will be longer than that of the aperture itself on the aperture, and this timing will be treated as a pause condition by the microprocessor system software.

Claims

1. Method of measuring the ignition delay time in electro-erosion processes, from the moment the pulse from the generator appears until the discharge occurs between the working electrode and the workpiece, characterized in that the measurement of the delay pulse duration (TD) is made at the moment when the microprocessor system starts measurement, only the duration of one delay pulse (TD) is measured, the short-circuit condition is taken into account when the proper voltage pulse is applied to the slot and the duration of the delay pulse (TD) is shorter, while taking into account the interruption condition in the slot - no discharge - the time the duration of the delay pulse (TD) is greater than the duration of the pulse from the generator, and this measurement result is treated by the microprocessor system as a pause state.

2. The system for measuring the ignition delay time in electroerosion processes using a set of analog comparators and a digital system with a microprocessor, characterized by the fact that it consists of an AND gate (U3-A), NOT negation (U1-A) and two D-type flip-flops (U2 -A and U2-B), where the interconnection of the flip-flops (U2-A) and (U2-B) takes place through the output (Q) from the flip-flop (U2-B) to the input (D) of the flip-flop (U2-A) and the output (Q) from the flip-flop (U2-A) to the input (CLK) of the flip-flop (U2-B), as a result of which after the input of the signal (/ POMIAR) from the microprocessor system and the rising edge of the signal (/ IMPULS) from the generator, the system extracts only one pulse delay time (TD) for measurement.