200821072 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種微線切割放電加工之監視與控制系 統，尤指一種配合線切割放電加工機工作時，能根^隙 電壓的特性將間隙狀態分類出開路、正常、電孤與短 並能依間隙狀況，即時調整每個放電脈波的放電^止時’ 間，能減少加工過程中電弧與短路的發生，而且能 ^ 定加工之監控系統。 、、思 【先前技術】 按習知放電加工機之放電電源系統的迴路設計，係 放電參數設定電路（脈波控制訊號）、計數器與邏輯閘構 成，連接兩個驅動電路，每個驅動電路驅動—個電晶俨， 一個負責提供放電間隙的電壓，由電壓源、電阻:驊 :線電極和工件串聯成迴路，另一個負責將極“；消-由電⑯、電晶體串連’之後再並連於線電極和工件上 有0 主要閱第1及第2圖所示，該放電電源系統 源迴路12所組成，其中之放電電源迴路心 =的斜率與Μ電流的大小，其中之放電參數設定2 來Γ能Γ整電晶體123、124的導通時間；電阻121可用 ^ 周尖峰電流Α小與間隙電壓上升的斜率， 122可用來改變間隙電壓的下降斜率。 如上述習知線切割放電加工、^ ^ ^ <從兒電源糸統的缺點 200821072 =知電源系統必須事先調整放電參數，—但設 濃度過高:便當工作條件不佳或放電環境渣屑 數的控制，致易造成力:二=:产：即時的調整放電參 知放電電源迴路有再改良的必要。 對上述自 有鑑於上述習知放電加工機之放電電源李统在 隙大小而：變：易=線，^ 並積個人對該項產品研究缺失，爰精心研究’ 新的「微缘切剌^ 年 終於研發出一種嶄 :線切告m電加工之監視與控制系統」。 視鱼主ΐ目的在提供一種微線切割放電加工之監 ί::統，蝴配合線切割放電加工機工作時，处 杈據間隙電壓的特性將間隙： 與短路，並能佑門階壯、口 匕刀頦出開路、正常、電弧 休止時間，4 即時調整每個放電脈波的放電 :二L Γ工過程中電弧與短路的發生，而且能 、、隹符％疋加工之監控系統。 月匕 【發明内容】 政視：Si:目❺’本發明所述之微線切割放電加工之 波控制+改姑+、士 由放电波形1測電路、電晶體脈 ίίΐ: 皮形鑑別電路、放電條件控制電路、叶 數；I面卡與電腦所組成；其特徵在： 汁 該放電波形量測電路’係由分屢電路、緩 較電路與光耦合隔離電路+ 間的間隙壓，廿π 1 , 用采1測線電極至工作物 亚取出三個電屢準位QrQdQh; 而电晶體脈波控制電路’係由除頻電路、組合邏輯電 200821072 路與言:時震盪器組成，用來設定二個控制訊號p々p2; 哭盘决ί ί ί办1皿別電路’係由量測電路、比較電路、問鎖 ;:f峨路組成’同時連接放電波形量測電路與電晶體 入三個♦屨進你 用來判斷由放電波形量測電路所輪 p - * ，稭由電晶體脈波控制電路所輸入之脈 而將放電間隙狀態分類出「開路(Open)」、 解碼器電路’係由閂鎖電路、組合邏輯電路與 所二之、古丑，^接於放電波形鑑別電路輸出端’解讀其 輸出對應之控制訊號喻至線切割放電 加工械的放電電源迴路中使用； 计數；|面卡，具有數個計數器與雙阜圮丨咅@έ μ 於放電條件控制電路輸出端，並將其接 该計數介面卡與個人電腦連線 j ^ I過 做儲存的動作，並顯示於電腦上。…之波形次數與頻率 據上述之微線切割放電加工之監視盥 =能根=的特狀態二 妞路」、「開路 「 W」 放電波列統計與分析；當加做長時間的 路^的發生，使加工較穩定之功效有者文抑制「電弧」與「短 【貫施方式】 為使貴審查委員對本案所述微線 與控制系統特徵與功S，能有 ％ σ工之監視 舉-可行實施例並配合圖示，二=識與瞭解1 200821072 =請，閱第3至6圖所示’本發明「微線切割放電 Γί” 线」3Q，主要係由放電波形量測電路 欠杜^ 控制電路犯、放電波形鑑別電路犯、放電 條件控制電路34、計數介面卡35與電腦％所纟且成，而丈 電ί體脈波控制電路32、放電波形鑑別電路33、放電 件控制電路34等’在本實施例中係設計製作成單一之複 雜型可規劃邏輯晶片（CPLD)來達成；其特徵在. 川H電j皮形量測電路31(如第3圖），係由分壓電路 匕、緩衝電路312、比較電路313與光叙合隔離電路μ 組成，係用來量測線電極與工作物間的間隙電壓，並取出 二個電壓準位Qi、Qm及Qh ; =電晶體脈波控制電路32 (如第4圖）’係由除頻電 、、且合邏輯電路3 2 2與計時哭q # , 二個脈波控制訊號Ρ4Ρ2;山^3組成，用來設定 33卜SI波:侧電路33 (如第5圖），係由量測電路 時連接;//也路332、問鎖器333與判斷電路334組成，同 出:用Λ 測電路31與電晶體脈波控制電路32輸 =’、用來判斷由放電波形量測電路31所輸人三個電愿準 脈波^ =及藉由電晶體脈波控制電路32所輸出之Pl 而將放電間隙狀態分為^、…四 六、t 3開路」、「正常」、「電弧」與「短路」等狀能· 341=控制電路34(如第6圖），係由嶋路 形鑑別路/Μ與解碼器343組成，連接於放電波 盥 路33輸出端，解讀其所輸入之波形（D。、Dn、队 …，亚輪出對應的控制訊號匕與匕至線切割放電加工 200821072 機放電電源迴路40中使用； 於放路具十數器與雙阜記憶體’係連接 wt 輸出端’並將放電條件控制電路 : 制訊號（um)透過該計數介面 m個人電腦36連線，將計數之波形次數與頻率做儲 存的動作，並顯示於電腦36上。 裡的=第3圖:斤示，本發明中之放電波形量測電路31 。士刀!'、屯路311是要將在直流放電電源迴路40之放電過 釭所置測到的間隙電壓做分壓，而缓衝電路 ; = 器、’师其高輪入電阻的特性，使心 一 口負載，避免後級負載效應；比較電路313是使用 三顆比較器，利用三組不同的電遷參考準位Vh、^及^， m出，=$壓同、中、低準位之波形；光耦合隔離電 路314，係為避免類比訊號與數位訊號彼此因乒地而產生 該光輕合隔離電路314之晶片的輸出與輸 儿為反向，故另外在其輸出端亦可加上一反向間史 :特：1其除了可將訊號反向外，更具穩定訊號之功 更正確’亚且能夠有效抑制放電時高頻雜訊 尸7 成4之干擾。 4，所示之電晶體脈波控制電路32，係將石英震 盈:脈’利用一個正反器為除頻電路321做除頻 工—者利用組合邏輯電路3 2 2做p 1與p 2控制訊號時間 之1又疋’以及利用計時震盪器323做時間的計時。 波形鑑別電路33,係先以問鎖電路挪將放 波形i測電路31輸入之Ql、〜及以訊號問鎖住，再配合 1 200821072 T晶體脈波控制電路32所提供之Pl脈波訊號做計時工作 % (明配合第3至第5圖所示），而由兩組量測電路33工 與比較電路332分別魏PltfL號導通開始至Qi訊號導通為 f之持續時叫如第7圖），目的是用來判斷是否為「短 ^」，计异h訊號導通之持續時間tn，目的是判斷為「正 二」，者（Μ路」，再由未放電時的開路電壓 的ti與丄為設定值（分別為tls與七）傲士私田义， 電路332之輸出與問鎖電路咖比較 分類出各類波形訊號（Do、Dn、Da與輸D")、:由相電路334 如上述再請參閱第7圖所示， 山 用Ql、uQh電星準位訊號來判別波;；圖只使 與「短路」和「開路」與「正常」二:，成「電弧」 路」的t會大於其它波形的ti，而「 & ^由於「短 路」的t“因此，本發明另使 \」的曾小於「開 匕波形區分出來，*「開路」與「正 、路」與其 區分。 」J疋以量測tm來 該放^皮形鐘別與各訊號之邏輯關係如下： 紐路」時，tl大於tis，p言 可，Qm及Qh皆為低電位。 门％ ，Ql高低電位皆 Q1為τ%電位 為高電位，Q: 為高電位，仏 「電弧」時，tl等於tis，p “低”皆可，隊電位。為”位
正常」時，ti等於tu，tm小於十D Q4Qh皆為高電位。 ^tms，P 「開路」時，tl等於tis，tn等於七 Q">及Qh皆為高電位。 、 200821072 繼上所述，本發明中之放電條件（休止時間）控制電 路34，係依上述放電波形鑑別電路33判別輸出之^形吨 號與電晶體脈波控制電路32設定之控制訊號來調整^放 電休止時間；當鑑別波形為「電弧」與「短路」時，則延 長控制訊號之放電休止時間；若為「開路」與「正常」 日守’則δ周整為原來控制訊號p2設定之時間。
如第6及第8圖所示，其中係以放電波形鑑別電路33 所鑑別出的四類波形訊號為輸入（分別以D。、L、队與仇 代表）’和由正反器所組成的閂鎖電路341做連接，再使用 組合邏輯電路342將「開路」與「正常」、「電弧」與「短 路」等型態分為兩組，能依控制訊號匕所設 :::間Ϊ作輸出控制；故當有「電弧」•「短路」波二 \則發出—個訊號給解碼器、343，再由解碼器 34 1傳訊號給所設計㈣晶體脈波控制電路32，來調整 (延長）Ρ2的放電休止時間。 判放ΐί述ΐ放電波形鐘別與控制系統30配合一種線切 3圖ΓΛ工吉Λ直流放電電源迴路40使用時（請再參閱第 # ^ t ^ ^ ^ 40 ^ t # ^ m ^ ^ ^ # „ ^ ^ 4 3 ^ 1 ^ 1 ^ 41 ^ 4 2 ^ - 為導引放電回路45r^k成兩個子迴路’其中之一 茂流迴路46,負主脾f貝棱供放電時的間隙電壓，另一為 時就開啟電晶體4丫=留能量消去者；當要進行放電 能量消去，由⑽電阻44將極間殘留 洩机私序；再配合第9圖所示，其中：Pl 200821072 為電晶體41的脈波控制訊號，P2為電晶體42的脈波控制 訊號’而放電延遲時間（td)與放電時間（te)的時間和為E放 電持續時間（定義此時間和：Ton )’放電休止時間（^关 此時間：tq„);當鑑別波形為「電弧」與「短路B」時&^ 延長放電休止時間（Tc)ff)之控制訊號Η時間；^為^「’門 路」與「正常」時，則調整為原來設定之控制訊號‘'Η時开間 (即為原TQ„)’達到在放電加工過程中，能因間隙狀況的 不同引起電波的變化而自動改變加工參數，調整放電休止 時間，能有效抑制「電弧」與Γ短路」的發生，使力电 穩定，進而可獲得較佳的加工速度、精度與其表面品質。乂 ^如亡述之監視與控制系統，再請參閱第1 〇圖之另1每 施例所示，係適用於極性交換放電電源迴路， 二 使用五個驅動電路51 ’其中四個負責提供放電二 的電源，另一個負責將極間電壓消去，每個均有 戸、 關及電壓源’當要放電時就打開電晶體52與53，以力幵 5線來5;兒為負極性’由電源54提給電壓，當關閉電曰曰 :吏極，零㈣狀態，再藉由打開電晶= 2線極來說為正極性；當關閉電晶體57與心 ::體58呀’由電阻59將極間電壓消去： 流放電時序。由兮_杏^ / 两卜-人的乂 性，因此口巫产^ /貝例之電路看出，間隙電壓為雙極 ^ ^ 在波形量測電路前加入一個橋式整$ $ , ::她器將所量測出的間隙電壓整流成同—二 再者，本發明之監視與控制系統，另可針對一般雕模
12 200821072 放電加工與線切割放電加工的差別，在於線切割放電加工 機不必事先製作電極’而且其線極為自動更換式，可以忽 略電極知耗的問題’又微放電加工（micr〇_EDM)與微線切割 放電加工（miCro~WEDM)所需之加工能量與工件去除率均要 小，因此本研發之放電波形鑑別與控制系統，只要能將直 流放電電源迴路與前述之極性交換放電電源料，應該能 用於微放電加工機上，也能達到相同之監控效果者。 、絲上所述之微線㈣放電加工之監視與控㈣統確實 可達到調整放電休止時間，能有效抑制「電弧」與「短路 的發生’以獲得車交佳的加工速度之功效；又，本案在提」 =申請前未見於刊物或公開使用者；故能符合發明 要件，羑依法申請專利。 【圖式簡單說明】： ί ^ 線切割放電加工之放電電源系統架構圖。 = 切割放電加工放電電源迴路實施例圖。 =圖為本發明放電波形鑑別與控制系統架構圖。 弟4圖為放電波形鑑別電路之方塊圖 第5圖為電晶體脈波控制電路之方塊圖 第6圖為放電休止時間控制電路之方塊圖 第7圖為間隙電壓、電流與各訊號之 馀0 小思囫 弟8圖為間隙電壓、放電波形鑑別 波控制訊號之示意圖 之輸出與電晶懸 第9圖為間隙電壓、電流與口丨、h 楚1 n rst、 〜σ代說圖 弟1ϋ圖為另一線切割放電加工放 包電源迴路實施例圖 200821072 【主要元件符號說明】 放電波形鑑別與控制系統3 0
/ v 放電波形量測電路 31 電晶體脈波控制電路32 放電波形鑑別電路 33 放電條件控制電路 34 計數介面卡 35 電腦 36 分壓電路 311 緩衝電路 312 比較電路 313 光耦合隔離電路 314 除頻電路 321 組合邏輯電路 322 計時器 323 量測電路 331 比較電路 332 閂鎖器 333 判斷電路 334 閂鎖電路 341 組合邏輯電路 342 解碼器 343 放電電源迴路 40 電晶體 41 、42 限流電阻 43 洩流電阻 44 放電回路 45 洩流迴路 46 電壓源 47 極性交換放電電源迴路 50 驅動電路 51 電晶體 52、53、55、57 、58 電源 54 限流電阻 56 洩流電阻 59 14