TWI583471B - Discharge machining machine servo device - Google Patents

Description

放電加工機伺服裝置

本發明是有關於一種伺服裝置，特別是指一種用於控制一放電加工機的放電加工機伺服裝置。

參閱圖1，習知的放電加工機6包含一供一工件7放置的工作台61、一線極62，及一伺服裝置63。該伺服裝置63包括一電壓量測單元631、一運算單元632，及一致動單元633。當該放電加工機6在進行引弧放電時，該伺服裝置63藉由該電壓量測單元631量測該線極62與該工件7之間的一電壓差，並將該電壓差經該運算單元632運算處理後得到一伺服進給速度。該致動單元633根據該伺服進給速度調整該線極62與該工件7之間的距離，而使該放電加工機6能快速建立引弧放電通道，提升放電加工效率。

其中，參閱圖1與圖2，該放電加工機的回授信號擷取方法包含以下步驟11~14。

步驟11：量測出該線極62與該工件7之間的電壓差，以得到一相關於該電壓差的間隙電壓。

步驟12：對該間隙電壓進行高頻濾波，以得到 一相關於該濾波結果的電壓信號。

步驟13：利用一類比數位轉換器(Analog to Digital Converter，縮寫為ADC)數位化處理該電壓信號，以得到一相關於該處理結果的數位電壓信號。

步驟14：運算處理該數位電壓信號，以得到相關於該數位電壓信號的該回授信號。

然而，此種回授信號擷取方法卻具有下列缺點：

一、該回授信號是利用該線極62與該工件7之間的電壓差進行轉換運算，因此，像是該線極62與該工件7的物理性質，如厚度或質量；以及放電加工的環境，如施加於該線極62與該工件7之間的加工液電阻值，均會造成該電壓差發生變化，造成該回授信號在前述因素的影響下變動，使該伺服裝置無法在每次運作時皆能維持進給速度的控制一致性。

二、該間隙電壓需經由衰減與濾波、類比數位轉換及運算處理，不僅處理時間長，且回授信號經過衰減容易產生誤差，並造成回授信號的時間延遲，而且衰減、濾波器與類比數位轉換器皆為複雜電路，故會提高該伺服裝置63的電路設計成本及製作成本。

因此，本發明之第一目的，即在提供一種可增加該回授信號的準確度與靈敏度，而且提高該控制信號對伺服控制一致性的放電加工機伺服裝置。

於是，本發明放電加工機伺服裝置，適用於輸出一控制信號至一放電加工機。該放電加工機包括一適用以對一工件放電的線極。

該放電加工機伺服裝置包含一運算單元及一信號轉換單元。

該運算單元電連接該放電加工機，並適用於根據一回授信號進行伺服回授運算，且根據運算結果輸出對應的該控制信號。

該信號轉換單元包括一電壓量測電路，及一電連接該電壓量測電路的轉換電路。該電壓量測電路適用於量測該線極與該工件之間的電壓差，並輸出一相關於該電壓差的間隙電壓。該轉換電路具有一比較模組及一處理模組。該比較模組接收該間隙電壓並與一閥值電壓比較，以輸出一相關於該比較結果的數位比較信號。該處理模組接收該數位比較信號並與一脈波信號進行運算處理，以根據該運算處理結果輸出該回授信號。

因此，本發明之第二目的，即在提供一種適用於上述架構中之信號轉換單元的放電加工機回授信號擷取方法。

於是，本發明放電加工機回授信號擷取方法，適用於輸出一回授信號至一運算單元，以供該運算單元根據該回授信號控制一放電加工機。該放電加工機包括一適用以對一工件放電的線極。

該放電加工機回授信號擷取方法包含下列步驟 ：

(A)量測該線極與該工件之間的電壓差，以得到一相關於該電壓差的間隙電壓。

(B)將該間隙電壓與一閥值電壓比較，以得到一相關於該比較結果的數位比較信號。

(C)將該數位比較信號與一脈波信號進行運算處理，以得到相關於該運算處理結果的該回授信號。

本發明之功效在於：藉由該比較模組比較該間隙電壓與該閥值電壓以輸出該數位比較信號，使該間隙電壓在經過該比較模組後即轉換為數位的該數位比較信號，不僅可以去除該間隙電壓的高頻雜訊，且可增加該回授信號的準確度與靈敏度，提高放電加工處理的一致性。

11~14‧‧‧步驟

2‧‧‧放電加工機伺服裝置

21‧‧‧運算單元

22‧‧‧信號轉換單元

221‧‧‧電壓量測電路

222‧‧‧轉換電路

223‧‧‧比較模組

224‧‧‧處理模組

225‧‧‧邏輯閘

226‧‧‧計數處理器

3‧‧‧放電加工機

31‧‧‧線極

4‧‧‧工件

51~53‧‧‧步驟

6‧‧‧放電加工機

61‧‧‧工作台

62‧‧‧線極

63‧‧‧伺服裝置

631‧‧‧電壓量測單元

632‧‧‧運算單元

633‧‧‧致動單元

7‧‧‧工件

T‧‧‧預定時間

V_gap‧‧‧間隙電壓

V_th‧‧‧閥值電壓的示意值

V_co‧‧‧數位比較信號

CLK‧‧‧脈波信號

V_p‧‧‧放電脈波信號

V_fb‧‧‧回授信號

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明習知一放電加工機與一工件；圖2是一流程圖，說明習知一放電加工機的回授信號擷取方法；圖3是一示意圖，說明本發明放電加工機伺服裝置的一實施例；圖4是一流程圖，說明本發明放電加工機回授信號擷取方法的一實施例；及圖5是一波形圖，說明該實施例中的各種信號變化。

參閱圖3，為本發明放電加工機伺服裝置2的一實施例，適用於輸出一控制信號至一放電加工機3。該放電加工機3包括一適用以對一工件4放電的線極31。

該放電加工機伺服裝置2包含一運算單元21及一信號轉換單元22。

該運算單元21電連接該放電加工機3，並適用於根據一回授信號進行伺服回授運算，且根據運算結果輸出對應的該控制信號。該信號轉換單元22包括一電壓量測電路221，及一電連接該電壓量測電路221的轉換電路222。在本實施例中，該運算單元21之伺服回授運算的公式如(1)式所示：(N-SV%)×fR%=V _com (1)

其中，N為該線極31與該工件4之間的電壓差於一預定時間內轉換的脈波數量值與該預定時間內的總脈波數量值之一比值，SV%為伺服基準電壓率、fR%為伺服進給率，V _com 為伺服進給速度。該運算單元21輸出相關於該伺服進給速度V _com 的該控制信號。

該電壓量測電路221適用於量測該線極31與該工件4之間的電壓差，並輸出一相關於該電壓差的間隙電壓。

該轉換電路222具有一比較模組223及一處理模組224。該比較模組223接收該間隙電壓並與一閥值電壓比較，以輸出一相關於該比較結果的數位比較信號。在本 實施例中，該比較模組223於該間隙電壓不小於該閥值電壓時，輸出呈高電位的該數位比較信號，於該間隙電壓小於該閥值電壓時，輸出呈低電位的該數位比較信號，但其高低電位與該比較結果之對應可依實際需求調整，並不限於此。

該處理模組224具有一邏輯閘225及一計數處理器226。該邏輯閘225接收該數位比較信號，並將該數位比較信號與一脈波信號進行且(AND)邏輯運算，以輸出一相關於該邏輯運算結果的放電脈波信號。該計數處理器226運算該放電脈波信號於該預定時間內的脈波數量值與該預定時間內的總脈波數量值之比值，並輸出相關於該比值的該回授信號。

參閱圖3、圖4與圖5，圖4所示為本發明放電加工機回授信號擷取方法之一實施例的流程圖，該放電加工機回授信號擷取方法適用於上述架構中之信號轉換單元22，且包括下列步驟51~53。

步驟51：量測一線極31與一工件4之間的電壓差，以得到一相關於該電壓差的間隙電壓。

步驟52：將該間隙電壓與一閥值電壓比較，以得到一相關於該比較結果的數位比較信號。

如圖5所示，V_gap為該間隙電壓，V_th為該閥值電壓的示意值，V_co為該比較模組223比較該間隙電壓V_gap與該閥值電壓V_th後輸出的該數位比較信號。當該間隙電壓V_gap不小於該閥值電壓V_th時，該數位比較信號V_co呈高電位；當該 間隙電壓V_gap小於該閥值電壓V_th時，該數位比較信號V_co呈低電位。

值得一提的是，由於僅比較該間隙電壓V_gap與該閥值電壓V_th的大小，使得原先該間隙電壓V_gap所具有的高頻信號將被忽略，有效避免該高頻信號對該回授信號的影響，並可省略高頻濾波電路的設置。

步驟53：將該數位比較信號與一脈波信號進行運算處理，以得到相關於該運算處理結果的該回授信號。

如圖5所示，CLK為該脈波信號、V_p為該放電脈波信號、V_fb為該回授信號、T為該預定時間。該處理模組224的邏輯閘225對該數位比較信號V_co與該脈波信號CLK進行且(AND)邏輯運算，以輸出該放電脈波信號V_p。要說明的是，為了清楚表示出該脈波信號CLK，圖5中的脈波信號CLK的週期是被放大表示。該處理模組224的計數處理器226運算該放電脈波信號V_p於該預定時間T內的脈波數量值，與該預定時間T內的總脈波數量值之比值，以輸出相關於該比值的該回授信號V_fb。

在本實施例中，該預定時間T是取該脈波信號CLK週期的三倍，因此當該放電脈波信號V_p於各個預定時間T內的脈波數量值分別為0、1、2、3個脈波時，該比值則會分別為0、1/3、2/3、1，如圖5中所示，該回授信號V_fb是直接相關於該比值(圖中該放電脈波信號V_p與該回授信號V_fb間具有延遲時間)，但不以此為限。

值得一提的是，該預定時間T不只決定該回授 信號V_fb相對於該放電脈波信號V_p的延遲時間，而且會影響該回授信號V_fb對該控制信號的靈敏度。若該預定時間T愈短，表示該回授信號V_fb相對於該放電脈波信號V_p的延遲時間愈短，愈能即時進行控制，然而，該預定時間T內的總脈波數量值也會愈少，使得相關於該總脈波數量值的該回授信號V_fb量化階距愈大，降低控制信號的靈敏度。因此，需要藉由縮短該脈波信號CLK的週期及取足夠長的該預定時間T來兼顧伺服控制的即時性與靈敏性。要說明的是，圖4中的回授信號V_fb相對於該放電脈波信號V_p的延遲時間較長，是由於為說明清楚起見，將該脈波信號CLK的週期放大而產生了放大效應。

最後，該運算單元21根據(1)式，將該回授信號V_fb進行運算，以得到該伺服進給速度V_com，並輸出相關於該伺服進給速度V_com的該控制信號給該放電加工機3，以進行該線極31與該工件4之間距離的調整。

經由以上的說明，可將本發明的優點歸納如下：

一、藉由設置該比較模組223，用以比較該間隙電壓與該閥值電壓以輸出該數位比較信號，使該間隙電壓在經過該比較模組223後即轉換為數位的訊號，相較於習知技術將類比的該間隙電壓直接進行高頻濾波及類比數位轉換，使用數位訊號不僅可以去除該間隙電壓所具有的高頻信號之影響，有效避免該高頻信號對該回授信號的影響，且可避免因該線極31與該工件4的物理性質、放電加工 的環境影響而產生的變異，因此可以增加該回授信號的準確度與靈敏度，而且提高每次進行放電加工處理時的控制一致性。

二、本發明中，類比的該間隙電壓僅經過該比較模組223、該邏輯閘225、該計數處理器226後，即可轉換為該回授信號供該運算單元21進行伺服回授運算，相較於習知技術中需經該高頻濾波與類比數位轉換進行長時間的運算處理，本發明不僅運算快速，能提升該回授信號的處理速度，且該比較模組223、該邏輯閘225、該計數處理器226的電路架構相較於高頻濾波器與類比數位轉換器單純許多，能簡化整體電路架構，降低電路設計及製作成本。

綜上所述，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧放電加工機伺服裝置

21‧‧‧運算單元

22‧‧‧信號轉換單元

221‧‧‧電壓量測電路

222‧‧‧轉換電路

223‧‧‧比較模組

224‧‧‧處理模組

225‧‧‧邏輯閘

226‧‧‧計數處理器

3‧‧‧放電加工機

31‧‧‧線極

4‧‧‧工件

Claims (1)

1. 一種放電加工機伺服裝置，適用於輸出一控制信號至一放電加工機，該放電加工機包括一適用以對一工件放電的線極，該放電加工機伺服裝置包含：一信號轉換單元，包括一電壓量測電路，及一電連接該電壓量測電路的轉換電路，該電壓量測電路適用於量測該線極與該工件之間的電壓差，並輸出一相關於該電壓差的間隙電壓，該轉換電路具有一比較模組及一處理模組，該比較模組接收該間隙電壓並與一閥值電壓比較，以輸出一相關於該比較結果的數位比較信號，該處理模組具有一邏輯閘及一計數處理器，該邏輯閘接收該數位比較信號，並將該數位比較信號與該脈波信號進行且邏輯運算，以輸出一相關於該邏輯運算結果的放電脈波信號，該計數處理器接收該放電脈波信號並運算該放電脈波信號於一預定時間內的脈波數量值與該預定時間內的總脈波數量值之比值，並輸出一相關於該比值的回授信號；及一運算單元，根據該回授信號進行伺服回授運算，且伺服回授運算的公式為(N-SV%)×fR%=V _com ，其中，N為該線極與該工件之間的電壓差於該預定時間內轉換的脈波數量值與該預定時間內的總脈波數量值之比值，SV%為伺服基準電壓率、fR%為伺服進給率，V _com 為伺服進給速度，該運算單元輸出相關於該伺服進給速度的該控制信號。