!298028 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，能根據門隙 電壓的特性將間隙狀態分類出開路、正常、電弧與短 並忐依間隙狀況，即時調整每個放電脈波的放電休止時 間，能減少加工過程中電弧與短路的發生，而且能維持稗 定加工之監控系統。 ^ 【先前技術】 按習知放電加工機之放電電源系統的迴路設計，係由 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，每個驅動電路驅動一個電晶體， 一個負責提供放電間隙的電壓，由電壓源、電阻、 與線電極和工件串聯成迴路，另一個負責將極間電^曰ς 去，由電阻、電晶體串連，之後再並連於線電極和工件 者。 ， 和上述請再參閱第1及第2圖所示，該放電電源系統 主要係運用了 一放電參數設定電路1〇、一驅動電路丨1及 放私電源迴路12所組成，其中之放電電源迴路12包括 有兩個電阻12卜122與兩個電晶體123、m來 fn壓的斜率與尖峰電流的大小，其中之放電參數設定電^ 係旎調整電晶體123、124的導通時間；電阻ΐ2ι可 來來調整尖峰電流大小與間隙電壓上升的斜率，而電阻 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之放電電源系統的缺點 1298028 在：該習知電源系統必須拿杏 ▲ 成，加工中便無法改變，、去工^格杜“參數’ 一但設定完' 濃度過高時，無法得知間件==放《境渣屑 數的控制，致易造成J 二即時的調整放電參 知放電電源迴路有再改良的必要。 、白 與r找：二有上述習知放電加工機之放電電源系統在 只P示才木作妆，無法隨時視線電極 2 、，择如 易仏成加工不穩定的缺失，爰精心研究， ^個人對該項產品研究多年的經驗 新的「微線切割放電加工之監視與控制系統 種斬 視盘目的在提供一種微線切割放電加工之監 統配合線切割放電加卫機工作時，能 :康：隙電壓的特性將間隙狀態分類出開路、正常、電弧 休：時門亚ί:間隙狀況’即時調整每個放電脈波的放電 減少加工過財電弧與短路的發生，而且能 、、隹符％疋加工之監控系統。 【發明内容】 監視明所述之微線切割放電加工之 波控制電路、放電波形鑑別電路 ^路^曰體脈 數介面卡與電腦所組成；其=在放電條件控制電路、計 較電iir波形量測電路，係由分麗電路、緩衝電路、比 叙電路與光耦合隔離電路組成， 間的間隙雷@ ,用木里測線電極至工作物 口間隙電壓，並取出三個電壓準位Qi、w及 而電晶體脈波控制電路’係由除頻電路、組合邏輯電 1298028 路與計時震mil組成，用來設定二個控制訊號Ρι^Ρ2; 放電波形鑑別電路，係由量測電路、比較電路、閃鎖 為與判斷電路組成，同時連減電波形量測電路與電晶體 脈波控制電路輸出端，用來判斷由放電波形量測電路所輸 入二個電壓準位’及藉由電晶體脈波控制電路所輸入之脈 波訊號Pl計時，而將放電間隙狀態分類出「開路（Open)」、 「正常（Normal)」、「電弧（Arc)」與「短路（sh〇rt)」；
、f電條件控制電路，係由閃鎖電路、組合邏輯電路與 解碼器組成，係連接於放電波形鑑別電路輸出端，解讀其 所輸入之波形並輸出對應之控制職p々p2至線切割放電 加工機的放電電源迴路中使用； 計數介面卡，具有數個計數器與雙阜記憶體，係連接 =放電條件㈣電路輸出端，並將其控制訊號之輸出透過 十數介面卡與個人電腦連線’將計數之波形次數與頻率 做儲存的動作，並顯示於電腦上。 據上述之微線切割放電加工之監視與控制系統實施 時其能根據間隙電壓的特性將間隙狀態分類出、「電弧」、 祐ί:」，上開路」、「正常」四種波形，可做長時間的 u’統计與分析；當加工不穩定時’藉由放電條件控 :，=:調整放電休止時間，能有效抑制「電弧」與「短 路」的赉生，使加工較穩定之功效者。 【實施方式】 為使貝審查委貝對本案所述微線切割放電 與控制系統特徵與功效，能右#、隹止 <皿視 兴_可m, ⑽有更進一步的認識與瞭解，兹 舉一了仃貝把例並配合圖示，詳細說明如下： 7 1298028 首先請參閱第3至6圖所示，本發明「微線 見與控制系統」30,主要係由放電波形量測電路 31、電晶體脈波控制電路32、放電波形鑑別電路33、 條件控制電路34、計數介面卡35與電腦36所組成，而: 中之電晶體脈波控制電路32、放電波形鑑別電路33、 ς 條件控制電路34等，在本實施例中係設計製作成單 雜型可規劃邏輯晶片（CPLD)來達成；其特徵在. 該放電波形量測電路31 (如第3圖），係由分壓電路 31卜緩衝電路312、比較電路313與光輪合隔離電路μ 組成，係用來量測線電極與工作物間的間隙電壓，並 三個電壓準位Qi、〇,及Qh ; 而電晶體脈波控制電路32 (如第4圖），係由除頻電 路321、組合邏輯電路322與計時器323組成，用來設定 二個脈波控制訊號？！與p2 ; " 放電波形鑑別電路33 (如第5圖），係由量測電路 3士3：1、比較電路332、閂鎖器333與判斷電路334組成，同 時連接放電波形量測電路31與電晶體脈波控制電路犯輸 出端，用來判斷由放電波形量測電路31所輸入三個電壓準 位Qi Q"1、Qh，及藉由電晶體脈波控制電路32所輸出之p! 脈波訊號計時’而將放電間隙狀態分為D。、Dn、队與仇四 犬員包3開路」、「正常」、「電弧」與「短路」等狀態； 放電條件控制電路34(如第6圖），係由閂鎖電路 341、組合邏輯電路342與解碼器組成，連接於放電波 形鑑別電路33輸出端，解讀其所輸入之波形（D。、D„、Da 與Ds )，並輸出對應的控制訊號與P2至線切割放電加工 8 1298028 機放電電源迴路40中使用； 2數介面卡35具有數個計數器與雙阜記憶體，係連接 ;放Ί件控制電路34輸出端，並將放電條件控制電路 所輸出之控制訊號（Dq、Dn、Da與Ds)透過該計數介面 35與個人電腦36連線，將計數之波形次數與頻率做儲 子的動作’並顯示於電腦3 6上。 、再麥閱第3圖所示，本發明中之放電波形量測電路3 i f的刀壓電路311是要將在直流放電電源迴路40之放電過 j中所，測到的間隙電壓做分壓，而緩衝電路312是使用 顆運^放大為，利用其兩輸入電阻的特性，使訊號可直 接耦σ至負載’避免後級負載效應；比較電路313是使用 三顆比較器，利用三組不同的電壓參考準位Vh、^及％， 以便取出間隙電壓高、t、低準位之波形；光耦合隔離電 =。314，係為避免類比訊號與數位訊號彼此因共地而產生 仏號干擾。由於該光轉合隔離電路314之晶片的輸出盘輸 入訊號互為反向，故另外在其輸出端亦可加上—反向 =特觸發g ’其除了可將訊號反向外，更具穩定訊號之功 月匕使輸出端更正確，並且能夠有效抑制放電時高頻雜訊 所造成之干擾。 。而第4 @所示之電晶體脈波控制電路犯，係將石英震 盪器所輸=時脈，利用一個正反器為除頻電路321做除頻 工作’接者湘組合邏輯電路322做？1與p2控制訊號時間 之設定，以及利用計時震盪器323做時間的計時。 該放電波形鑑別電路33,係先以閃鎖電路3 波形量測電路31輸人之Ql、Q4Qh訊㈣鎖住，再配合 1298028
電晶體脈波控制電路32所提供之B脈波訊號做計時工作 時（睛配合弟3至苐5圖所示），而由兩組量測電路3 31 與比較電路332分別計數Pi訊號導通開始至1訊號導通為 止之持續時間t (如第7圖），目的是用來判斷是否為「短 路」，计异Qm訊號導通之持續時間乜，目的是判斷為「正 常」或者是「開路」；再由未放電時的開路電壓所量測出 的1^與乜為設定值（分別為七卜與tms)做比較，最後將比較 電路332之輸出與閂鎖電路333之輸出，經由判斷電路334 分類出各類波形訊號（D。、Dn、Da與Ds)。 如上述再睛芩閱第7圖所示，由該圖可看出如 ? ,、Q4Qh電壓準位訊號來判別波形 ； 路」W會大於其它波形的tl，而「正 t由於短 路」的t“因此，本發明另使 把小於「開 它波形區分出來，而「開路」與「“7,路」與其 區分。 吊」則疋以量測乜來 該2波胸監別與各訊號之邏輯關係如下. 紐路」時，tl大於tls，pl為 卜. 可’ 及Qh皆為低電位。 「電弧」時，f 笪认 n Qm高，電位皆可’ Qh為低電位。1 :、间電位’ Ql為高電位 仏及仏皆為」高^:等於。匕小於U’P 高電位’I高低 電位皆 厂 開路 Q.及㈣為高；：等於等於。P, 1為高電位， 為高電位， 1298028 ，上所述’本發明中之放電條件（休止時間）控制電 ^ 34,係依上述放電波形㈣電路33判別輸出之波形訊 唬與電晶體脈波控制電路32設定之控制訊號來調整㈣ 電休止時間；當鏗別波形為「電弧」與「短路」時，則延 ^控制訊號之放電休止時間；若為「開路」與「正常」 時，則調整為原來控制訊號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犯 所鑑別出的四類波形訊號為輸人（分別以Ds 代表）’和由正反器所組成的問鎖電路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p2所設定的各別放電 休止時間來作輸出控制;故當有「電弧」與「短路」波形 訊號輸入時，則發出一個訊號給解碼器343，再由解碼器 343回傳訊號給所設計的電晶體脈波控制電路犯，來調^ (延長）P2的放電休止時間。' —如上述之放電波形鑑別與控制系統30配合一種線切 割放電加工機之直流放電電源料4G使料（請再參閱第 3圖）’該直流放電電源迴路4〇的電源供應型式係為等頻 率放電型式，其主要S件包含由二電晶體41肖42，及一 限抓電阻43與一洩流電阻44組成兩個子迴路，其中之一 為導引放電回路45,負責提供放電時的間隙電壓，另一為 洩^迴路46’負責將極間殘留能量消去者；當要進行放電 時就開啟電晶體41，由電壓源47提供間隙電壓，當關閉 ::體41後，開啟電晶體42,由洩流電阻44將極間殘留 能量消去，進行洩流程序；再配合第9圖所示，其中：匕 11 1298028 為電晶體41的脈波控制訊號，Η為電晶體42的脈波控制 矾號，而放電延遲時間（td)與放電時間（t〇的時間和為放 電持續時間（定義此時間和：Ton)，放電休正時間（定 此時間：Τ。》)，·當鑑別波形為「電弧」與「短路」時，則 延長放電休止時間（TQff)之控制訊號Ρ2時間；若為「開 路」與「正常」時，則調整為原來設定之控制訊號間 j即為原T。》)，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，，能有效抑制「電弧」與「短路」的發生，使加工較 穩定，進而可獲得較佳的加王速度、精度與其表面品質。乂 卜如亡述之監視與控制系統，再請參閱第10圖之另i者 鈿例所不，係適用於極性交換放電電源迴路50，在該每S ，中係使用五個驅動電路5卜其中四個負責提供“ 個負責將極間電壓消去，每個均有獨開 關及電壓源，當要放電時就打開電晶體52與53,〕開 ，極來說為負極性’由電源54提給電壓，當關閉電曰二 52與53’且打開電晶體58時，由電阻59將極間 曰曰 使極間恢復零電壓狀態，再藉由打開電晶體5?與Μ ,去’ 加工線極來說為正極性；當關閉電晶體57與Μ， u 電晶體58時，由電阻59將極間電壓消去，準備下= 机放電時序。由該—實施例之電路看出， 雔二 性，、因此;要在波形量測電路前加人—個橋^ 橋式整流态將所量測出的間隙電壓整流成同 使用。 I 即可 再者，本發明之監視與控制系統，另可針對一般雕模 12 1298028 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 略電極損耗的問題’又微放電加工（micr〇_EDM)與微線切巧 放電加工（micro-WEDM)所需之加工能量與工件去除率均^ 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迴路，應該能 用於微放電加工機上，也能達到相同之監控效果者。 綜上所述之微線切割放電加工之監視與控制系統確每 •可達到調整放電休止時間，能有效抑制「電弧」盥「短/ 的發生，以獲得較佳的加工速度之功效；又，本案在提出 專利申請前未見於刊物或公開使用者；故能符合發明 要件，爰依法申請專利。 【圖式簡單說明】： 外1圖為習知線切割放電加I之放電電源系、统架構圖。 ，2圖為一線切割放電加工放電電源迴路實施例圖。 第3圖為本發明放電波形鑑別與控制系統架構圖。 第4圓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 弟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、電流與各訊號之示意圖 電晶體脈 第8圖為間隙電壓、放電波形鑑別電路 波控制訊號之示意圖 <翰出與 第9圖為間隙電壓、電流與Pi、P2之訊號圖 第10圖為另一線切割放電加工放電電源迴路實施例圖 13 電晶體脈波控制電路32 ^ 46 電電源迴路 放電條件控制電路 34 電腦 36 緩衝電路 312 光輕合隔離電路 314 組合邏輯電路 322 量測電路 331 閂鎖器 333 閂鎖電路 341 解碼器 343 40 限流電阻 43 放電回路 45 電壓源 47 50 電 晶體 52、53、55、57 > 58 限流電阻 56 313 321 323 332 334 342 41、42 44 51 1298028 【主要元件符號說明】 放電波形鑑別與控制系統3〇 方文電波形量測電路 31 放電波形鑑別電路 33 計數介面卡 35 分壓電路 Q11 比較電路 除頻電路 計時器 比較電路 判斷電路 組合邏輯電路 放電電源迴路 電晶體 洩流電P且 洩流迴路 極性交換放 驅動電路 電源 洩流電阻 54 59