TWI759529B - 線放電加工方法 - Google Patents

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Abstract

一種控制線放電加工過程的方法,其中該方法包含下列步驟:   - 將工件高度HWP 分成該工件的若干個NS 垂直切面S,   - 設定定義的觀察周期TM , NDTM ,   - 以各個放電Di來進行   o 決定各個放電的放電位置,   o 計數該放電數目   o 決定放電之任何數目,以及   o 調整至少一過程參數。

Description

線放電加工方法
本發明涉及一種用於控制線放電加工(wire electrical discharge)過程的方法,特別是涉及用以基於發生放電的空間及時間之資訊控制線放電加工過程的方法。
線放電加工過程(稱為WEDM)是萬用的且極準確的。藉由線電極(導線)在工件中切割出所欲的輪廓。導線與工件依據加工程式的指令彼此相對地移動。此過程係藉由將電壓施加到工件與導線之間的間隙來進行。工件材料係藉由放電脈衝的動作(稱為放電、火花、脈衝)來移除。
此過程係正常藉由首先執行主切割來進行,藉由該主切割產生幾何,而接著執行一或多個修剪切割(trim cut)用以達到所欲最終表面品質(surface quality)。在主要切割中,沿著路徑的切割速度被伺服控制(servo-controlled),以使得維持工件與導線之間適當的距離(間隙寬度),其係在5到50µm的級數中。導線與工件之相對位置係藉由加工軸來調整,並且在包括導弧延遲時間(ignition delay time)、平均脈衝電壓或所欲的值的過程信號的基礎上來控制距離。在修剪切割中,切割速度係再度被伺服控制或為固定的速度。
過程信號係以電壓、電流及時間的測量來決定。舉例而言,導弧延遲時間基本上係藉由設定電壓信號的上升側(rising flank)和下降側(falling flank)之臨界準位和決定延遲(determining delay)來決定。導弧延遲時間和其它過程信號(像是侵蝕電壓、電流振幅、電壓梯度等的準位)為了監控的目的以及為了過程最佳化被使用來分類脈衝。能即時測量、處理及評估過程信號以得到關於加工過程之條件/狀況的資訊及可能即時或近即使地反應。
放電係依據在間隙內的加工條件沿著導線與工件之間的接合線(engagement line)來分布。放電的分布基本上應為勻均的以取得最佳結果,然而為了不同的原因,像是碎片分布、線振盪(wire oscillation)、要被移除的材料之數量的分布等,情形並不總是如此。
已知的是,能在饋送通過上及下電流路徑的部分電流的基礎上計算實際沿著導線與工件之接合線發生的放電所在的位置。舉例而言,CH653585A5 [1983-09-07]揭示一種方法,用以計算沿著在電極線與工件之間的加工區帶中線電極之部分放電的距離Z,該距離被指示從電流饋入接點之間的中央點開始,該方法包括將在上和下線之各者中、在各個放電的路線中分別流動的電流的強度進行相減或相加,以及包括用於獲得成比例於藉由相減者除以相加者的商的值之電路。放電位置的測量被使用於監控導線之熱負載並且使用以防止由於放電的集中(concentration of discharge)而線破裂(wire breakage)。此文件更建議測量在產生器內的電流。
CH662075A5[1984-10-17]揭示一種方法,用以透過WEDM機之上或下或兩者的饋送分支選擇性供應加工電流給導線,作為偵測到放電的位置之函數。該偵測係如在於前引用的CH653585A5中所解釋般地作成。偵測由第一電流電源供應所提供的低功率放電之崩潰的位置,且接著由第二電流電源供應提供的高功率放電係選擇性地饋送通過所欲的電流分支。進一步,該方法提供粗略的實施以藉由決定在沿著導線的任何給定的定位處無用的放電之集中度且據以藉由控制選擇性供應來防止對導線本地化的加熱。
JPS6416316A [1987-03-13]亦包括兩個來源並且控制該供應從兩個饋送分支到該間隙,因此基本上具有與CH662075A相同的客體及解。
JPS6254626A[1985-09-02]揭示一種方法,其中係以已知的方式測量沿著導線的相繼放電之位置,且其中該位置與該導線的行進速度相互關聯,用以判別在行進的導線之某位置處集中放電的狀態。若偵測該集中狀態且超過目前期間,則接著可自動地改變像是脈衝功率的處理條件以防止導線斷接。
JPS63288627A[1987-05-19]揭示一種方法,用以改善利用WEDM的加工直度(machining straightness)。放電位置係以已知的方式基於成對的電流饋送器(current feeder)之各者中流動的電流來決定;當決定了放電發生在預定位置處時,例如藉由導入1ms的脈衝暫停(pulse pause)來停止供應脈衝功率一段明定的周期。
EP2581162A1[2011-10-13]揭示一種方法,其中脈衝類型係以已知的方式判別並且各個放電之位置係以已知的方式來決定,且其中計數了非有助於加工放電脈衝的無效放電脈衝之數目。當偵測了要在某位置發生的無效放電脈衝之數目,透過上或下沖洗噴嘴(無論何者較近於無效放電之位置)沖流間隙被改用來消除不均勻放電狀態。
於此如上參考前案所示,此資訊被處理及使用於數個應用。加工過程問題被個別地闡述,然而,會想要的是得到線放電加工過程的整體性控制,其考量加工的整體進程,並且同時監控在間隙中局部的狀況,而也監控導線的狀況。
本發明之第一目標係以藉由控制WEDM加工之整體進程以及藉由將匹配參數適配於沿著線電極與工件之接合線的最高放電密度來達成均勻匹配表面。此第一目標係藉由將工件高度HWP 分成若干個垂直切面S、藉由設定經定義的觀察周期TM , NDTM 來達成,且接著以各個放電脈衝Di,亦即在即時中以:沿著線電極與該工件之接合線決定各個放電Di之放電位置ZDi 且基於決定的各個放電之位置ZDi 將各個放電Di指定到工件之匹配垂直切面Sj ;計數於該觀察周期TM , NDTM 內發生在各個垂直切面Si 中的放電NDj 之數目;決定在觀察周期TM , NDTM 內每垂直切面最高放電之數目NDhigh ;將每垂直切面該最高放電之數目與對於每垂直切面該放電之數目明定預定限度的一或多個保護等級比較;以及最後,若決定了發生在一或多個垂直切面Sj 中的該放電之最高數目NDhigh 超過或落到保護等級之下方,調整至少一加工參數。
本發明之第二目標係為藉由基於在工件之特定位置連序放電之發生控制WEDM過程來避免由於集中放電的表面損害。此第二目標係藉由將工件高度HWP 分成若干個垂直切面S來達成;接著,以各個放電脈衝來:沿著線電極與該工件之接合線決定各個放電Di之放電位置ZDi 並且基於各個放電之該決定的位置ZDi 將各個放電Di指定到該工件之匹配垂直切面Sj ;計數發生在各個垂直切面Sj中的連序放電之數目NDC ;以及若決定了在垂直切面中連序放電之數目NDC 超過連序放電之預定義最大數目NDCmax ,則調整至少一匹配參數。
本發明之第三目標係為藉由基於在導線之特定位置連序放電之發生控制WEDM過程來防止由於隨集中放電給定的過度熱載的導線斷裂。第二目標和第三目標基本上以相同的方法來達成。
本發明之第四目標為藉由基於在行進導線之各個位置處放電發生之累積數目控制WEDM過程來防止由於在導線表面上侵蝕陷口(erosion crater)的導線斷裂因而弱化導線截面(cross section)。於此,監控了由於在行進導線之各個位置處放電之累積數目的行進導線之劣化(deterioration)。此第四目標係藉由將工件高度HWP 分成若干個垂直切面S來達成,並且各個放電脈衝來:計數發生在各個垂直切面Sj中的放電之數目ND ;當導線已行進通過垂直切面時,在導線行進的方向上將放電之已計數的數目從該垂直切面位移至相鄰垂直切面;以及若決定了在垂直切面中放電的數目NDC 超過累積放電之預定義最大允許數目NDWmax ,則調整至少加工參數。
總結來說,本發明之範圍係以調整的加工參數來控制線放電加工過程用以防止對工件的損壞以及用以避免導線斷裂。加工參數的調整係考量於觀察周期中在工件之垂直切面中放電發生之數目、考量在該工件之垂直切面中發電之連序數目以及從線的觀點考量在各個垂直切面中放電發生之累積數目來作成。這些目標係使用用於在時間及空間上放電之獲取及映射的共同方式來至少部分地被融合。
其它態樣、有益的特性以及實施例係在進一步的說明中解釋。
首先,依據本發明之線放電加工的相關部分係參考圖1來說明,然而其並非真實的按比例。
線放電加工包含機台(table)12,工件2係鑒於加工而裝設在該機台上。線電極1係由上及下線導引(wire guide)22、32來導引,其分別被包含在上及下頭部20、30中。上及下頭部20、30各者更包含沖洗噴嘴23、33,加工流體藉由該沖洗噴嘴自上方以及自下方被導向工件,切割切口(cutting kerf)。該上及下頭部20、30分別包含上、下電流饋送器21、31,放電電流藉由滑動接觸的方式由該電流饋送器被供應至行進的線電極。放電脈衝藉由佈纜從產生器5被饋送至導線1;提供上纜線25和下纜線35以分開地將產生器連接至上及下電流饋送器21、31。放電放生在電極間距離(interelectrode distance)或間隙3中。較佳地設計產生器以使得與工作槽13較佳地整合,如在 EP 2 842 678 A.中所揭示的。包括上纜線25和上電流饋送器21的區段被稱為上饋送路徑,反之包括下纜線35和下電流饋送器31的區段被稱為下饋送路徑。上及下饋送路徑各者可典型地分別包含多於一纜線、多於一通道,用以達成在工作區中高脈衝電流和對稱電流饋送。
透過上饋送路徑和下饋送路徑流到導線的部分放電電流I20和I30係例如使用環狀電流變換器29、39來以通過環體29的上電流載送纜線25以及通過環體39的下電流載送纜線35分開地測量。環狀電流變換器使得非接觸感測電流為可能的。電流載送纜線25、35代表主導體。在環狀電流變換器上的次繞線(winding)對於將電流縮減了一個因數,其為繞線比率之反比。流經上及下饋送器的電流信號I20、I30係被差動電流放大器比較;電流差信號係關聯於放電位置。為了方便,一般僅在一產生器通道之上及下饋送路徑中測量部分電流。
本發明揭示一種基於決定在工件上放電位置來沿著該線電極與該工件之接合線控制線放電加工過程的方法,並且包含:   - 工件放電分佈監控及控制迴路(參考為第一控制迴路),其考量具有在該觀察周期期間發生的放電之最高數目的該垂直切面即時適配該匹配參數;以及   - 工件放電密集監控及控制迴路(參考為第二控制迴路),其考量在垂直切面中連序放電發生之數目即時適配該匹配參數。
本發明更揭示一種基於決定在該行進線上的該放電位置來控制線放電加工過程的方法,且包含:   - 線放電集中監控及控制迴圈(參考為第三控制迴圈),其考量在垂直切面中連序放電發生的數目即時適配該匹配參數;以及   - 線劣化監控及控制迴圈(參考為第四控制迴圈),其考量由於放電陷口之累增之累積的線之局部弱化來適配該匹配參數。
現將更詳細地說明這些監控及控制迴圈。
第一控制迴圈監控沿著導線與工件之全體接合線的放電之分佈。此線放電加工控制方法包含步驟如下,將該工件高度HWP 分成該工件之垂直切面S的數目NS ,設定定義的觀察周期TM , NDTM ,在觀察周期內決定各個放電Di之放電位置ZDi ,基於決定的位置將各個放電指定給垂直切面,以及計數發生在各個垂直切面中放電之數目NDj 、當放電被指定到該垂直切面時將斷面特定計數器增值。在觀察周期中於垂直切面中發生的最高放電之數目決定加工過程之調整。在觀察周期中發生的該放電之最高數目,亦即放電之峰值數目係與至少一預定義保護等級比較,且若超過保護等級或不足,則決定匹配參數調整。
核算每垂直切面放電之數目提供有效的監控機構以及用於控制過程的儀器,在其中加工參數係適配於實際放電之分佈。
垂直切面: 現將更詳細地說明這本發明之此態樣。工件高度HWP 為工件之總高度;一般設置上頭部之位置以使得與該工件高度匹配。因此,Z軸位置設定一般等效於總工件高度HWP 。工件高度HWP 被分成若干個NS 相異垂直切面S。這些垂直切面S對應工件之部分高度。這些垂直切面較佳地具有相同或類高度。垂直切面之數目可為無關於匹配高度的預定數目,較佳地為8上至16000,且更佳地為16到256。或者,垂直切面之數目可基於實際匹配高度來決定,使得各個垂直切面之尺寸係例如為1mm,其擬合精準度,放電位置能以該精準度藉由部分電流方法來決定。
圖2繪示開始從工件之下邊緣(Z=0)將工件高度分成垂直切面的這類規定,並且將放電指定到分別的垂直切面。
放電計數器: 放電計數器被分配給各個垂直切面。在各個放電之後,電流感測器資訊係使用部分電流方法來分析。測量流過上饋送路徑25及下饋送路徑35的部分電流I20、I30的值且基於部分放電電流的差(I20 - I30)來決定各個放電Di 之放電位置ZDi ;因此,放電位置係與部分放電電流之差成比例。更具體而言,部分放電電流信號之電流差值(I20 - I30),除以部分放電電流之和I20 +I30,乘以電流饋送器之間的一半距離(ZFU +HWP +ZFL )/2,決定了發生在沿著導線與工件之接合線的各個放電Di 之放電位置ZDi ,亦即自電流饋送器之中點實際放電的距離。放電位置ZDi 係為電流放電Di 與電流饋送器間之中點之間的距離,其在對稱構成(ZFU = ZFL )中對應於工件2之中間位置(高度的一半)。此距離具有正或負號。自工件之底部Z=0的電流放電Di 之距離ZLi 係由相加一半的工件高度HWP /2來計算。放電被指定到工件之分別決定的垂直切面Sj ,並且分別的垂直切面Sj 之放電計數器被增值了1。
觀察周期: 計算放電之分佈,且若需要,顯示一段預定義的觀察周期,其被表達為放電脈衝的預定數目NDTM 或為預定義的時間TM 其一者。觀察周期能如滾動取樣窗(rolling sampling window)般來看。應適當地選擇觀察周期以使得對於任何工件且亦在梯狀部分的情形中,包含每垂直切面之有效數目。合適的觀察周期提供在時間及空間上放電之分佈的全貌,用以區別放電之不均勻分佈。
較佳地,觀察周期被持續地更新以最新的放電資訊,使得放電分佈即時反映真實狀況。較佳地,最以前的放電隨著添加各個最新的放電而被消除。
觀察周期能自動地被決定,以使得適配期間TM 或放電之數目NDTM 以包含用於進一步分析的放電之有效數目並且用以在時間及空間上提供放電之分佈的全貌。舉例而言,能考量工件高度、考量典型的垂直切面之數目以及典型的每垂直切面放電之平均數目來選擇觀察周期。
用於信號分析的機構: 信號之分析係藉由合適可程式化電路來作成,其接收上及下電流路徑之部分電流的值、以已知的方式決定各個放電之位置、接著將放電指定到決定的垂直切面並且將該垂直切面之計數器增值了1。典型地,該可程式化電路為場可程式化閘陣列(FPGA; field programmable gate array)。
計數器陣列能被管理為環形緩衝器(circular buffer),使得放電分佈之全貌能被適時地更新。舉例而言,以新各個新的放電來在記憶體中刪除最以前的放電。然而,此方法是正規的且能由較不準確但更實際的方法來簡化。
保護等級: 鑒於監控及控制過程,設定以針對每垂直切面放電之數目之決定的限度組成的一或多個保護等級。加工過程係初始地以由加工技術所建議的加工參數來進行而沒有任何特別的限制。當在垂直切面中實際的放電數目超過、分別落到這類保護等級之下時,則採取對該保護等級的特定動作。特別是,若超過保護等級或分別不足,則考量所有垂直切面實際發生在垂直切面中最高的放電數目決定相符的加工參數調整。這樣一來,則考量最高的放電之數目即時地控制加工過程,導致安全、平順且有效率的控制加工過程。
較佳的是,全體工件放電分佈監控迴圈(第一控制迴圈)係為永久主動的且即時地操作。其主功能係為將加工參數適配於每垂直切面實際最高放電之數目或在間隙中峰值放電密度。較佳的是,當每垂直切面之峰值放電之數目超過設定保護等級時,參數被立即地、即時地適配。此典型地意味以隨曾引起保護等級之超出(overrun)的放電後的放電作成加工參數調整。這樣一來,則以安全但有效率的方式來進行過程。若超過保護等級,則因此不需要完成觀察周期來適配加工參數。
另一方面,當每垂直切面最高放電之數目不足時,亦即落到給定保護等級之下時,加工參數調整可為立即的或被延遲。典型地,以每垂直切面最高放電之數目落到給定保護等級之下的加工參數調整可在一或多個觀察周期之結束處或在設定參數調整延遲之後完成。較佳地,若決定了保護等級被重覆地超過以及不足,則接著該參數調整延遲係逐步地增加。這樣一來,避免頻繁的加工參數調整。
觀察周期之放電的總數目能被計算為每垂直切面之設定平均數目DSAvg 與垂直切面之設定數目NS 的乘積。舉例而言,每垂直切面放電之設定平均數目DSAvg 為32並且垂直切面之設定數目NS 為32,使得在此情形中觀察周期之放電的數目為32 * 32 = 1024。反之亦然,在觀察周期中於各個垂直切面中發生的平均放電之數目能藉由將觀察周期之設定總放電之數目除以垂直切面之設定數目NS 來計算。在較佳的實施例中,放電的平均數目被使用為對於自動設定保護等級的參考。依據本發明,此係作成如下:決定發生在各個垂直切面中的放電之平均數目,而該放電之平均數目係藉由將觀察周期之放電的數目除以垂直切面之數目S來計算;並且然後藉由將放電之平均數目乘以預定義的保護因子(kpl , kpl1 , kpl2 , ..)來設定一或多個保護等級。舉例來說,第一保護等級能被設定在2乘放電之平均數目處,亦即相對於用於設定第一保護等級的平均值考量預定義的因子2。在上述範例的情形中,每垂直切面32 * 2 = 64放電使得保護等級被自動地適配於垂直切面之設定數目與設定觀察周期。也同樣,能基於在分區(sector)中放電之數目是否超過了或落到了平均值之下預定的量來採取決定。
典型地,針對每垂直切面預定限度的放電數目預定義的複數個保護等級。針對兩種情形設定相同或不同的保護等級,亦即,當在一或多個垂直切面中實際放電之數目超過決定的限度時的情形,或是當在所有垂直切面中實際放電之數目落到決定的限度之下時的情形。舉例來說,當在垂直切面中放電之數目超過第一保護等級時,延長脈衝暫停,反之當在所有垂直切面中放電的數目落到第二保護等級之下時,縮短脈衝暫停。如在圖3中所繪示,可例如藉由針對每垂直切面放電之數目適當地設定某些預定的限度來輕易地實施保護等級。
保護等級可選替地被實施為一種演算法,其被使用以決定當在任何垂直切面中超過每垂直切面決定的限度放電之數目時要採用的調整,且其基於沿著導線與工件之全體接合線每垂直切面最高真實的放電數目逐步地調整一或多個加工參數。舉例而言,在加工平面平行工件的情形中,當超過每垂直切面某放電之數目時,可線性地降低加工參數。例如,從其應用降低的此放電之數目為發生於觀察周期期間每垂直切面的平均放電之數目。對於32個垂直切面和平均每垂直切面32個放電之較早所提的情形,要被應用於每垂直切面放電之數目的最高數目NDhigh 的函數中脈衝之百分比可例如被決定如下:-0.0022*NDmax + 1.0681。
藉由使用公式來將加工參數逐步地適配到每垂直切面之放電數目的最高數目NDhigh ,則能更平順地操縱過程。
在較佳的實施例中,保護等級被設定為加工目標(亦即,速度、準確度)的函數。若加工目標是到高準確度,則可設定保護等級到比較上低的值。換句話說,加工參數係以在放電之分佈中比較上較小的不均勻度來調整。於此,分別設定第一保護等級、第一保護因子kpl ,使得當每垂直切面最大放電之數目超過平均放電之數目30%時發生第一加工參數調整。這樣一來,亦若在任何垂直切面中沒有過程的劣化,則快速地偵測不均勻材料移除且將參數適配以可能得到直的加工(加工表面之垂直直度)。
藉由計數每垂直切面放電之數目,持續判定沿著導線與工件之接合線放電之分佈。藉由設定保護等級,輕易地偵測在一或多個垂直切面中高放電數目,並且能調整加工參數以反映放電分佈,特別是將加工參數適配至具有最高放電數目的垂直切面。這樣一來,則監控了加工過程並且改善了加工過程的全體穩定度。
藉由計數每垂直切面放電之數目,該方法更快速地判別由於沿著切割路徑的梯階和孔洞的有效切割高度之變化。若這些高度變化激起在垂直切面中明顯局部的放電數目之提升或在多個垂直切面之上放電數目之一般提升,此方式導至超越保護等級,其觸發加工參數之適配,像是依據特定保護等級之設定調整脈衝能量或抑制加工參數。
加工參數調整亦可在超過的垂直切面計數器之特定位置的函數中導出。舉例而言,調整加工參數可具體地針對在最頂及/或最低垂直切面處超過某保護等級的情形,或針對在一半的工件高度處或在其附近之垂直切面處超過某保護等級的情形。加工參數可進一步在垂直切面S之數目的函數中調整,其中用於實際放電數目的計數器超過或不足某保護等級或每垂直切面平均放電數目。
在較佳的實施例中,直度誤差(straightness error)係藉由決定外部垂直切面計數器(亦即相鄰工件表面的垂直切面)與內部垂直切面計數器(亦即在工件中央的垂直切面)的差來評定。特別是,在工件之頂部及/或底部處複數個垂直切面中計數的放電之和可與在一半的工件高度處複數個垂直切面計數器中計數的放電之和比較。例如,從在工件之中央處10個垂直切面之和減去發生於觀察周期中5個最頂及5個最底垂直切面中放電之和,而該計算的差被使用來決定加工的直度。明顯地,能使用分別的平均放電數目以取代用於計算的和。類似地,外部垂直切面計數器的放電數目與內部垂直切面計數器的放電數目之比率也能被使用為直度的測量。其它用以估計直度誤差的變量是可能的。
這些值的差或其比率被使用來評定沿著導線與工件之接合線的不均勻材料移除。特別是,如在圖12中所繪示,辨識及量化像是切割表面的凹或凸形狀的直度誤差。如在圖11中所繪示,可基於決定的放電密度在加工的進程中估計直度誤差的類型和量。   - 在較佳的實施例中,由不均勻的放電之分佈給定的直度誤差係估計如下:將工件高度HWP 分成工件之若干個垂直切面S,   - 設定定義的觀察周期TM , NDTM ,   - 以各個放電Di來進行,     o 決定沿著線電極與工件之接合線的各個放電Di之放電位置ZDi 並且基於決定的各個放電之位置ZDi 將各個放電Di指定到工件之匹配垂直切面Sj,     o 計數發生在觀察周期TM , NDTM 內各個垂直切面Sj 中放電之數目NDj ,     o 決定外部放電之平均數目,如決定在一或多個最頂垂直切面中計數的放電與在一或多個最低垂直切面中計數的放電之平均數目,     o 決定內部放電之平均數目,如決定在一半的工件高度處一或多個垂直切面中計數的放電之平均數目,     o 決定該外部放電之平均數目與該內部放電之平均數目之間的差,     o 基於該決定的差來調整至少一過程參數。
誤差的類型係由此差之正負號所指示而量係由量值(magnitude)所指示。評定的直度誤差之校正係由合適的加工參數調整來作成。
不均勻的材料移除可藉由即時調整加工參數來抗衡。除此之外,導線之拉緊與沖洗力(flushing force)、在導線上作動的主力(main force)係為導線與工件之間的引力(attractive force),其係由電壓以及斥力(repulsive force)來決定,該斥力係由脈衝電流來決定。因此,直度誤差能藉由識別在工件之頂部及/或底部處和在一半的工件高度處一或多個垂直切面中的放電密度、從放電密度之差導出直度偏差、將該直度誤差與給定直度容差(straightness tolerance)比較以及藉由適配如下的加工參數來即時校正:   · 若判定了該部分變凹,亦放電密度在工件的中央處較高,則減少間隙電壓及/或增加脈衝頻率及/或增加脈衝幅度;以及   · 若判定了該部分變凸,亦放電密度在工件的中央處較低,則增加間隙電壓及/或減少脈衝頻率及/或減少脈衝幅度。
模型亦能被使用來改良演算法(例如,k1 * U2 = k2 * I,其中U為間隙電壓,I為脈衝峰值電流,k1及k2為係數)。
對於此上方所闡述的即時直度校正為選替的是,可藉由應用特定加工策略來達成校正,策略例如導線與工件之相對位移的疊加(superposition),像是在JP62114828A中或JP2009233842A中所描述的,其實現對加工路徑的交替橫向移動(alternating transverse movement)。於此,可基於不均勻的材料移除來設定橫向移動,其係如於此上方所述的來決定,亦即藉由決定外部放電之平均數目與內部放電之平均數目與內部放電之平均數目之間的差。
或者,如前述藉由決定在垂直切面中放電密度之差以及藉由校正後續通過中的形狀誤差(亦即一或多個修剪切割(trim cut))可即時決定直度偏差。
在較佳的實施例中,如在圖6中所繪示,若有著具有發生在導線與工件之接合線的中間或下面每垂直切面峰值的放電數目的不均勻分佈,則其被決定。這類條件可能有時係由於不良沖洗條件,且可例如隨著梯狀部分發生。能藉由決定發生於觀察周期期間每垂直切面最高放電數目與每垂直切面平均放電數目之間的比率來決定不均勻的分佈。
放電集中度的趨勢可替代地藉由決定要針對每垂直切面平均放電數目採用的保護等級,和決定要針對峰值放電數目採用的保護等級以及監控兩個保護等級之比率來偵測。若例如此比率為2,則其可以導出的是,在導線與工件之接合線中有不均勻的放電之分佈。在此情形中,例如藉由延長脈衝暫停進一步適配加工參數。
沖洗: 明知地,沖洗條件對於任何放電加工過程是非常重要的。在WEDM中,間隙沖洗效率受沿著切割路徑的高度變化影響。提供噴嘴23、33到切口的沖洗流體的壓力一旦噴嘴開口未整體覆蓋工件就降低。圖8a~8d繪示沿著切割路徑的各種工件區段,從在8a中繪示的理想沖洗條件到在7c及8d中繪示的非常艱困的沖洗條件。在8a中繪示的條件為普通的情形,具有平行頂部及底部工件表面,在其中沖洗並未受到任何梯階或開口的影響。於此,噴嘴正常接近表面,對切口提供最佳可能的沖洗。圖8b繪示在上方及下方被成梯狀的工件表面之情形。圖8c及8d繪示艱困沖洗條件,在其中沖洗之壓力由於中間孔徑(intermediate aperture)而降低。在梯狀部分或在工件邊界之鄰域加工的情形中,流體壓力可能嚴重地降低同時放電可能仍沿著整體工件高度發生。因此,明智的是藉由監控沿著加工路徑的實際沖流條件來預料見過程劣化的發生。此可藉由監控在上和下噴嘴23、33中的沖洗壓力輕易地完成,例如藉由與分別供應電路整合的壓力感測器進行。這樣一來,亦能導出該部分在上邊緣處、在下邊緣處或兩者處是否成梯狀,且能考量其來控制過程。
如於此上述所預料的,若決定了超過保護等級或不足,則每垂直切面最高放電數目與保護等級的比較導致預定義的動作。概括來說,此預定義的動作在於考量線電極與工件之接合條件以及預料由於間隙過度污染的過程劣化來將加工參數適配以達成最佳加工效能(包括切割速度)。此動作基本上為平均能量的適配或使用來以持續性(sustainable)的方式進行過程的沖洗之適配。具體而言,較佳的規定在於調整一或多個下列參數:   - 脈衝暫停,   - 脈衝頻率,   - 脈衝能量或電流,   - 沖洗壓力及/或流動,   - 導線速度,   - 導線張力   - 導線相對於工件的相對位置。
較佳地,調整加工參數使得不會過度地影響表面品質,因此主要調整脈衝暫停或脈衝頻率。
脈衝抑制: 具有類似效果的較佳規定在於將某些脈衝抑制為目前決定的保護等級之函數。此脈衝抑制能以許多方式來組織。脈衝抑制方案現將參考圖7a、b來說明,其分別代表用於正常放電(圖7a)的預定義的抑制方案以及用於所謂「短」放電(圖7b)的預定義的抑制方案。抑制方案決定藉由應用每垂直切面持續性最大放電量要被抑制來反映電流加工條件的放電量。特別是,要被抑制的放電之分額(fraction)係以在工件之上和下邊緣處沖洗條件之函數,以及在目前觀察周期內垂直切面中放電之最高數目和類型之函數來決定。例如,若工件在上和下邊緣處未成梯狀,且在目前觀察周期內具有每切面最高放電數目的切面有著67正常放電,則接著放電之數目相對於正常值被降低了1/12。此能藉由在各個11脈衝之後消退放電脈衝或藉由據以降低脈衝頻率來完成。此方法採用具有任何目前選定的主切割加工技術。
如在圖7b中能所見的,針對短放電脈衝採用用於決定要被抑制的放電之方式,然而於此,要被抑制的放電脈衝之分額一般高於具有正常脈衝。
為了避免疑慮,明定的是,提及的放電脈衝抑制具有加工參數調整的效果,因而如此認為。於此,以使用的加工技術來明定的放電脈衝之分額總是依據決定的沖洗條件以及每垂直切面放電之最高數目及類型來抑制。因此,調整至少加工參數的步驟包括:抑制分別抑制正常使用於給定加工條件的放電脈衝之分額的至少一相繼放電。
因此,在較佳的實施例中,抑制了至少一相繼放電脈衝或逐次放電脈衝之分額。
在較佳的實施例中,放電被歸類為在正常放電脈衝和短放電脈衝中,並且採用放電脈衝電流使得放電被歸類為具有全電流振幅的正常放電脈衝,且使得放電被類類為具有降低的電流振幅的短放電脈衝,並且具有全電流振幅的放電係以第一因子來加權,而具有降低的電流振幅的放電係以第二因子來加權,以及發生在各個垂直切面Sj 中計數的放電數目NDj 及/或發生在各個垂直切面Sj中逐次放電之數目NDC 係以第一加權因子和第二加權因子來校正。
換言之,放電脈衝係以已知的方式來分類且據以加權來反映他們的特性,例如對於導線及/或表面的損害。例如,正常放電致以因子1來加權,反之短脈衝係以因子1.3來加權。能更複雜地作成放電脈衝分類方案,使用多於兩個的類別以及對於各個類別合適的加權,並且決定全體加權。如此一來,能依據脈衝之分類來輕易地決算放電,並且能被饋送給演算法以用於決定要被抑制的適當的脈衝數目。
範例: 下列範例參考圖2示出實作情形。具有高度HWP 為50mm的工件被分成24個垂直切面,因此各個切面具有約2.1mm的高度。於此,第一切面S1 從Z=0開始到Z=2.1mm,第二S2 從Z>2.1mm開始到Z=4.2mm等等,直到最後切面S24 從Z>47.9開始到Z=50mm。設定1024放電之觀察周期NDTM ,其可對應200ms的等效觀察周期TM 。在此情形中,每垂直切面平均放電數目為42.7。
在各個放電脈衝之後,放電位置係自部分電流I20、I30導出。在FPGA內分析資訊,並且增值匹配垂直切面之放電計數器。在本範例中,由星狀所代表的最新放電已在位置ZDi =-10 mm處被識別,亦即在離工件之底部ZLi = ZDi + HWP / 2 = 15mm處。因此,最新放電已在垂直切面S8 中發生,其範圍從Z>14.6到Z=16.7mm。垂直切面S8 之數位放電計數器被增值了1。
圖4示出放電脈衝之分佈;於此工件高度HWP 為54.86mm。工件高度再度被分成24個垂直切面,因此各個切面具有約2.3mm的高度。放電之分佈在導線與工件之整體接合線之上比較均質的。在觀察周期中具有最高放電數目的切面具有經記錄53個放電脈衝。在每垂直切面64個放電上設定第一保護等級。在示範性的情形中,由於在觀察周期中偵測的最高放電數目良好的在第一保護等級下方,保護等級將不會介入,且因為上和下噴嘴兩者鄰近於分別的邊緣,使得沖流是有利的。換言之,已針對給定工件以及針對所欲的加工目標設定的加工參數保持未受影響。
圖5示出在加工路徑的另一位置處對於相同工件放電脈衝之分佈。於此,放電主要發生在導線與工件之接合線的中央部分,有發生在底部分的一些放電。可以導出的是,工件在上邊緣處成梯狀且在下區域中具有開口。在上和下沖洗噴嘴之供應電路中的壓力感測器偵測了由於工件在上邊緣處成梯狀的事實的壓力降低。由壓力感測器提供的信號係與一或多個臨界等級比較用以識別沖洗條件。每垂直切面放電數目超過在許多切面中的預定第四保護等級。依據在圖7a處的表,以在一邊緣成梯狀之工件超出第四保護等級觸發脈衝之三分之一的放電脈衝抑制。於此,線放電加工過程係因此依據超出保護等級並且依據藉由脈衝抑制的沖洗狀況受到控制,意味藉由消除正常打算用於給定設定的放電脈衝之分額。
範圍擬合及校準: 如較早所述的,放電之位置係典型地從流過上及下電流饋送路徑的測量的部分電流之差I20 - I30來導出。理論上,在具有相同部分電流信號I20及I30之全對稱的情形中,放電在兩電流饋送器之間的中點處發生。部分放電電流信號之電流差值,除以部分電流之和I20 + I30,乘以電流饋送器之間一半的距離,決定了離電流饋送器之間中點的實際放電之距離。由於在加工區中非均質電感(inhomogeneous inductance)、電流饋送路徑的非對稱、電流饋送器的磨損或不均勻的條件、不同的工件高度、線電極直徑以及有限的系統解析度等,偵測到放電的決對位置可能有一點不準確,分別移動了可變的量。
在較佳的實施例中,放電電流差值(I20 - I30)的範圍係針對至少兩個不同的工件高度來決定,並且用於任何其它工件的放電電流差值的範圍係基於先前決定的放電電流差值來進行內插(interpolate)或外推(extrapolate)。
在較佳的實施例中,部分電流信號I20和I30之放電電流差I20 - I30值的範圍係針對至少二不同的工件高度以及針對一或多個線電極直徑或類型來識別至少一次,因為這些因此影響放電電流差的所述範圍。換言之,放電電流差的範圍描述以給定測試條件決定的分佈放電電流差之最高及最低值。其它工件高度之範圍因此能例如藉由針對給定線電極的線性內插來決定,如圖10所繪示。
在較佳的實施例中,放電位置偵測的準確度係由自動範圍擬合循環周期來改善,在其中最頂放電之位置係與工件之上邊緣的位置關聯及/或最低放電之位置係與工件之下邊緣關聯。更精確來說,範圍擬合係藉由下列達成:決定在至少一觀察周期TM , NDTM 期間發生在沿著線電極和工件之間的接合線的放電之分佈的最頂放電及最低放電;將最頂放電與工件之上邊緣的位置關聯及/或將最低放電之位置與工件之下邊緣關聯;以及校正放電位置定比以與關聯的位置匹配。更一般而言,發生在放電分佈範圍的末端(extremity)的放電被識別且關聯於已知位置、分別高度(一般關聯於工件之頂部和底部)。如此一來,校正了放電位置以與所述已知位置匹配。可例如藉由下列方法之一或多者來完成此自動範圍擬合程序:   - 藉由在導線與工件之間的整體接合長度之上激起放電以及藉由決定發生在放電分佈之末端處的放電。識別的最頂及最低放電係關聯於像是工件高度的幾何資訊,分別關聯於其上邊緣和下邊緣;   - 藉由在切割方向上稍微傾斜導線以審慎地在工件之已知位置處(亦即,工件之下邊緣)激起放電,以分別在間隙之最頂位置處(亦即,工件之上邊緣)激起放電。識別的最頂及最低放電再度被關聯於分別的工件之邊緣。藉由讓放電首先發生在下邊緣處,能立即校正放電位置定比。   - 藉由測量上沖洗噴嘴23及/或下沖洗噴嘴33之沖洗壓力pu , pl ,且為了導出工件之最頂及/或下表面是否與噴嘴接觸。如此一來,能判別成梯狀的工件。
此用於放電位置定比的最終自動範圍擬合程序包含下列步驟:決定上沖洗噴嘴23的壓力pu 及/或下沖洗噴嘴33的壓力pl ;以及基於該壓力pu 及/或pl ,決定上及/或下沖洗噴嘴是否鄰近工件之上側及/或下邊緣,反之   · 若基於該壓力pu 決定了上沖洗噴嘴鄰近工件之上側,則接著校正了放電位置定比以與工件之上邊緣的位置匹配,以及   · 若基於該壓力pl 決定了下沖洗噴嘴鄰近工件之下側,則接著校正了放電位置定比以與工件之下邊緣匹配。
工件高度可為使用者明定的,或從部分程式或CAM得出,或在機器上測量等。如此一來,校正了放電之位置。在加工的最開始處,可在短測試周期中有益地執行校準程序。
放電電流差之範圍之決定較佳地可藉由機器製造商作出,而能作出自動範圍擬合循環周期以自動地在特定加工的開始處發生。
第二控制迴圈為工件放電集中監控迴圈,其用來判別發生在工件之任何特定位置處的連序放電(consecutive discharge)之順序(succession),並且用以控制加工過程,使得分別中斷局部化放電、臨界放電集中(critical discharge concentration)的發生。此第二迴圈係即時操作。藉由計數連序來作成偵測在工件之特定位置處之放電集中,亦即發生在相同垂直切面中的序連放電(concatenated discharge)。
如已知的,EDM過程為隨機過程(stochastic process);放電放生於放電條件最有利之處,在其中電場為最強。發生在相同位置的一連串連序放電為過度局部污染的徵兆,其導致過程劣化以及對於工件表面之損害的風險且亦是導線斷裂的風險。
將工件高度HWP 分成若干個NS 相異的垂直切面S的相同方法(以第一控制迴圈來使用)亦以第二控制迴圈來使用。垂直切面之尺寸可相同。
連序放電計數器: 依據本發明,各個垂直切面包含連序放電計數器,發生在各個垂直切面Sj中連序放電之數目NDC 藉由該連序放電計數器而被計數。
在本發明較佳的實施例中,發生在任何特定位置的連序放電之臨界數目的發生因此藉由下列步驟來避免:將工件高度HWP 分成工件之若干個垂直切面S;計數發生在各個垂直切面Sj 中連序放電之數目NDC ;以及若決定了在垂直切面中連序放電之數目NDC 超過連序放電之預定義的最大數目NDCmax ,調整至少過程參數。
校正動作: 若決定了在垂直切面Sj中連序放電之數目NDC 超過連序放電之預定義的最大數目NDCmax ,則接著消除至少一相繼脈衝,或調整至少一加工參數。較佳地,由於這些參數具有對過程條件的立即效果,至少一調整的加工參數為電加工參數,而集體稱為機械加工參數的調整,像是沖洗、線速度以及線移動等亦為可能的,但具有延遲的效果。因此,在高數目的連序放電的情形中校正動作可為一或多個電加工參數和一或多個機械加工參數之調整。
若在該垂直切面中某周期期間沒有放電發生,則重置垂直切面的連序放電計數器。例如,當10個相繼放電在排除考量的垂直切面發生時,重置計數器。
在替代的實施例中,連序放電計數器被構成為環狀緩衝器,其儲存小數目的最新放電之最新放電位置序列,或更佳的是,該緩衝器儲存與各個最新放電之位置關聯的垂直切面Sj 。例如,在圖13中所闡述的,連序放電計數器為環狀緩衝器,其被定制尺寸以包含最新10個放電脈衝的垂直切面Sj 。此一般足夠來決定放電之局部化。決定連序放電之預定義最大數目NDCmax 之超出係藉由監控在環狀緩衝器中連序相同垂直切面之發生,其包含放電位置序列。在示範性的情形中,工件高度HWP 被分至32個垂直切面S,並且連序放電之預定義的最大數目NDCmax 被設定為5。於此,由於連序放電之數目NDC = 5已在垂直切面Sj = 9中發生,則現即時執行延長脈衝暫停、脈衝抑制或是一或多個其它測量。在替代的實施例中,連序放電計數器係與警告的連序放電之數目NDCwarn 比較。該數目係於連序放電之預定義最大數目NDCmax 之下,並且不會激起任何立即脈衝抑制與參數調整。然而,若該警告的連序放電之數目NDCwarn 在接連被超過了幾次,則接著其可被明定的是,採用該相同或相似的測量,仿佛會是已超過連序放電之預定義的最大數目NDCmax
較佳地,為了進一步監控、追蹤及控制的目的,記錄某些連序放電之數目NDCwarn 的發生。舉例來說,以連序放電發生於其之中的垂直切面來記錄警告的連序放電之數目NDCwarn 的各個超出,並且若決定了重覆地超過警告的連序放電之數目NDCwarn ,則接著調整一或多個加工參數。較佳地,亦相對於沿著該路徑的位置來記錄超出。藉由記錄沿著加工路徑的垂直切面及位置,提供了警告事件的切確2維映射。連序局部化放電的發生(其係例如於此如上所述般地決定)能被使用為對機器學習系統的輸入值,用以決定合適的加工參數以及用以改善過程。
在本發明較佳的實施例中,計數發生在垂直切面Sj中的連序放電NDC 包括了發生在相鄰垂直切面Sj+1 中的連序放電。
更一般而言,放電亦可被視為在下列情形中連序地發生於相同位置處:   - 當連序放電發生在兩相鄰垂直切面中時。舉例而言,若垂直切面捕捉3個連序放電,且接著該相鄰垂直切面計數4個連序放電,因此連序放電之和為7;隨著7個連序放電,則超過例如6個連序放電之預定義的最大數目NDCmax 。如此一來,亦收集發生在兩相鄰垂直切面的邊界處的連序放電。此亦可設法避開放電位置偵測系統之不準確。   - 當選替地發生在觀察垂直切面中且在一或多個其它垂直切面中時。此項例如選替地意味著放電順序的至少第二或第三放電發生在觀察的垂直切面中。如此一來,亦推論的是,給定了局部化。
在本發明之進一步實施例中,放電之順序中各個放電被加權以反映放電之順序的時間序列。舉例而言,在各個放電之後放電係乘以遺忘因子(forgetting factor)λ<1,例如λ = 0.9,用以正確地考量相對於較新的放電為較舊的放電。進一步,於此上面所提的遺忘因子(亦即,在時間上依據他們的順序加權放電)能與較早所提的依據脈衝分類加權放電進行結合。
垂直切面的規格在此第二控制迴圈中是非常有助益於鑒於用以解析放電局部化之識別放電集中以及立即參數調整來核算發生於每垂直切面的連序放電。
較佳地,任何事件,亦即保護等級的任何超出或不足(第一控制迴圈)或連序放電之預定義的最大數目NDCmax 的任何超出(第二控制迴圈)係與沿著事件已被記錄於其處的加工路徑(或工件座標)的關聯位置以及與採取的規定記錄在一起,且較佳地此係針對每一個加工步驟作成。如此一來,能夠鑑於後續部分檢測來追溯,用以使具有參數設定的任何缺陷分別與任何參數調整相關聯。   較佳地,於加工步驟期間(例如,主切割)發生的事件所在的位置係特別於相繼的加工步驟期間(例如,第一修剪切割)進行監控,用以驗證在沿著加工路徑的相同位置處事件是否仍然發生,其中於先前切割期間已記錄著事件。較佳地,儲存了在主切割的進程中沿著線電極與工件之接合線放電之分佈。此較佳地係藉由在沿著加工路徑處決定主動垂直切面來作成。在修剪切割中使用此資訊以調整加工參數,例如沖洗、預料任何臨界條件。如此一來,改善了加工品質。
保持事件之追溯和與沿著加工路徑的位置的相關聯的這些規定可應用於第一控制迴圈及第二控制迴圈兩者。
第三控制迴圈為線放電集中監控迴圈,其用來判別發生在行進導線之任何特定位置處的連序放電之順序,並且用以控制加工過程,以使得中斷局部化放電的發生。
此第三控制迴圈防止若複數個放電短時間中命中行進導線的相同位置可能發生的線斷裂。特別是,由發生在相同位置處若干個連序放電所引起的過度熱弱化主要加上行進導線之永久機械張力之結合,放電壓力和電動力(electrodynamic force)可激起導線斷裂。於此,連序局部化放電導致加熱,因而軟化導線材抖,其因此不再能夠抵抗所提結合的負載。
依據本發明,在行進導線之任何特定位置處偵測放電集中再度藉由計數發生在各個垂直切面中連序放電來作成。與第一及第二控制迴圈所使用相同的方法,亦即:將工件高度HWP 分成工件之若干個NS 相異的垂直切面S;計數發生在各個垂直切面Sj 中連序放電之數目NDC ;以及若決定了在垂直切面中連序放電之數目NDC 超過連序放電之預定義最大數目NDCmax ,則調整至少過程參數;因此亦以第三控制迴圈來使用。垂直切面之尺寸可相同。原則上,可能以與上述工件放電集中監控迴圈(第二控制迴圈)相同的方式進行此導線放電集中監控迴圈(第三控制迴圈)。若垂直切面的數目不是非常高因而垂直切面相較之下為寬的,則導線正行進的事實能被忽略。這是由於一般放電頻率如此之高,而在行進導線之某位置處放電集中的情形中,這些連序放電仍發生在相同的垂直切面中或最糟在相鄰垂直切面中。然而,若垂直切面的數目是高的且通過各個垂直切面的導線之變遷時間(transition time)在脈衝放電頻率的範圍中,則接著不能忽略導線行進速度。
現藉由範例來進行演示。WEDM之行進導線的速度在100到400mm/s的範圍中,並且對於主切割脈衝速度在5kHz到100kHz的範圍中,而對於修剪切割則多達2Mhz。假定50mm的工件高度,將工件高度分為NS = 50個垂直切面,各個垂直切面S因此具有1mm的高度。假定5kHz (TD =200µs)的放電脈衝頻率fD 和400mm/s (TVS = 25ms)的最高導線行進速度,若連序放電發生在導線的固定位置處,則仍有可發生在相同垂直切面或後續垂直切面中的12.5放電脈衝。
由於WEDM過程為隨機的,相繼放電的確正常在隨意的位置處發生。若連序放電發生在相同位置處,依據本發明,此將藉由計數發生在垂直切面Sj 中或在相繼垂直切面Sj+1 中連序放電之數目NDC 來決定。於此再一次,若決定了在垂直切面Sj中連序放電之數目NDC 超過針對該設定線電極所准許的連序放電之預定義最大數目NDCmax ,則接著調整至少一過程參數,例如消除一或多個相繼放電脈衝。由導線放電集中監控迴圈允許的連序放電之最大數目NDCmax 能相同或不同於工件放電集中監控迴圈。
得到「假陽性事件(false positive event)」的風險能藉由真實性檢查(plausibility check)降低,其更包含監控一或多個過程信號,像是侵蝕電壓(erosion voltage)、延遲時間、短放電脈衝的數目或其它。
如所述,發生在各個垂直切面中連序放電之數目NDC 係與連序放電之預定義的最大數目NDCmax 比較。連序放電之最大數目NDCmax 正常係藉由對於若干個加工參數、分別的過程條件實驗來決定。
在較佳的實施例中,連序放電之預定義最大數目NDCmax 係使用機器學習,較佳地使用分類或邏輯迴歸(logistic regression)技術來決定。具體而言,使用分類或邏輯迴歸類型演算法來決定用於其它加工條件的連序放電之最大允許數目NDCmax ,如上所提的,其導致至少兩不同狀態,即「安全狀況」和「導線斷裂」狀況。進一步,能添加額外的分類狀態,像是趨近臨界導線斷裂狀況。替代的狀態之表示例如可以為0到5,其中0為安全而5為導線斷裂。連序放電之預定義最大數目NDCmax 係針對不同加工參數來決定,包括導線類型、材料以及幾何等等。於此,撇除加工參數(像是施用的電流、電壓、導線速度、導線張力、在上及下沖洗噴嘴中的壓力等),亦能包括次要加工條件,像是水溫、導線狀況等,用以預測導線斷裂安全狀態。因此,使用各種加工參數以及連序放電之發生數目NDC 來施行該分類演算法的訓練,其中導線狀況例如被記錄為至少「安全」和「導線斷裂」。基於這類訓練,決定了導致導線斷裂狀況的NDCmax 之值或接近具有給定加工參數的導線斷裂狀況的NDCmax 之值。由機器製造商訓練這類導線斷裂預測條件例如一次以及決定演算法的參數一次。然而,演算法的參數之訓練集合和識別在機器之壽命周期期間能被不斷地更新以用於各種應用,其中該應用特定細節被添加至該訓練集合以不斷地更新NDCmax 及/或NDCwarn 值,針對該特定或類似加工狀態,該些值可能夠決定在關注導線破裂或工件損害下,該加工在「安全」狀況或正接近「臨界」狀況。
此外,基於安全或臨界狀態以及決定的連序放電之最大數目NDCmax ,可由控制迴圈採取校正動作以改變像是放電頻率和放電電流等等的加工參數,用以最大化加工的產能(productivity)。在較佳的實施例中,一旦從施行一次的訓練或針對訓練不斷地更新的資訊得知這樣的NDCmax ,則使用補強類型(reinforcement type)演算法來適配加工參數,用以總是將加工狀態限度於安全與臨界之間。使用補強學習類型演算法酬償在加工參數中的改變,其將過程引導至「安全」狀態,而不進行酬償將過程引導至「臨界」狀態的改變參數的動作。由於演算法嘗試達到較高累積酬償,故過程控制嘗試將加工保持接近安全狀況,其與能導致導線破裂或表面損害的臨界條件相對。因此,已知的分類或邏輯迴歸與補強類型機器學習演算法的結合能持續引導加工參數控制以將過程保持在「安全」狀況中,用以避免導線破裂同時將過程產能保持近於最佳。
在較佳的實施例中,類似地作成以第一控制迴圈來使用的保護等級之決定,其使用機器學習、較佳地使用分類或邏輯迴歸技術。又,分類或邏輯迴歸類型演算法被使用來決定需要用於其它加工狀況的保護等級,且其導致至少兩不同的狀態,例如「安全過程」和「過程劣化」狀況。
第四控制迴圈為導線磨損監控及控制迴圈。第四控制迴圈決定藉由行進線電極於沿著其與工件之接合線的移動期間所遭受累積的局部磨損。
各個放電在工件與導線兩者中產生陷口。藉由其行進通過工件的事實,導線持續被翻新,然而各個陷口代表在導線中的瑕疵。當然,這是大多隨主切割發生的問題,其中使用數個100A的非常高峰值電流。若在其通過工件期間數個放電發生在行進導線的相同位置處,則接著可能過度地降低跨切面的導線,且在行進導線之機械張力與由發生在已經弱化位置處的放電所激起的其它力之結合的負載下導線可能因此斷裂。再者,某些導線為鋅塗佈的;鋅由於其材料性質增強切割效能,像是以揮發對熱散逸有貢獻,然而一旦鋅相(zinc phase)被局部的消耗,則導線不再受到保護。因此,此第四控制迴圈的範圍係用以決定在通過工件前方期間遭受的累積局部磨損,以及若決定了導線的某區域已遭受臨界數目的放電,則採取適當的動作。
依據本發明目前的態樣,在行進導線之任何特定位置處的累積局部磨損係再度藉由計數發生在工件之各個垂直切面中的放電來決定。將工件高度HWP 分成若干個NS 相異的垂直切面S且計數發生在各個垂直切面中的放電的相同方法(以第一、第二及第三控制迴圈來使用)係因此利用第四控制迴圈亦仍為有效的。然而,於此在推移間隔的各個計數器處,各個垂直切面之放電數目的計數器值在導線行進方向上被推移至相鄰垂直切面。由於在大多WEDM中,導線行進方向為垂直,隨著導線行進朝下,由最頂垂直切面SZ 之計數器計數的放電數目在導線行進方向上被推移至相鄰下垂直切面SZ-1 的計數器,且累計發生在第二垂直切面中新的放電,並且各個相繼垂直切面相同,直到導線到達最低垂直切面S1 。將各個新的放電添加至較早針對各個垂直切面計數的放電。如此一來,決定了用於各個垂直切面實際累積的放電數目,將導線行動納入考慮以得到即時導線磨損模型。
持續識別在所有垂直切面之上發生的放電之最高累積數目NDWhigh 並且與發生在對其給定的線電極能安全地耐受而不斷裂的相同垂直切面中累積放電之最大允許的數目NDWmax 比較。
每垂直切面累積放電之最大允許數目NDWmax 係藉由實驗來識別,或是基於電流加工參數、條件以及設定,或是在所知的加工參數、條件及設定的基礎上推估。若決定了由於累積局部放電數目NDWhigh 符合或超過該最大允許的累積放電之數目NDWmax 而有導線斷裂的風險,則接著開始用以降低導線斷裂風險的對策。此對策可例如為下列的一或多者:增加線速度、降低導線張力、沖洗延長脈衝暫停之調整等。
另一方面,若決定了從未以電流加工參數及條件達到該累積放電之最大數目,則可減低導線速度。舉例而言,若每垂直切面累積放電之最大數目為10,但在已於有效時間內決定的所有垂直切面之上發生的最高累積放電數目NDWhigh,high 為7,則能減低導線速度。如此一來,導線速度被自動地適配於導線之真實磨損,並且以低導線斷裂的風險來更有效率地使用線電極。
為了空間上以足夠的準確度配置各個放電且為了判定由於降低截面而弱化導線,則垂直切面的高度必需比較小。此意味著發生在行進導線的相同位置處的兩個連序放電應不太可能發生在相同垂直切面中。藉由對於導線用以行進通過整體垂直切面需要的時間,因此藉由導線之行進速度、藉由工件高度HWP 、藉由工件高度之垂直切面的數目以及藉由脈衝頻率來決定計數器推移間隔。
舉例來說,具有5kHz的脈衝頻率,該脈衝周期為0.2ms。假定200mm/s的導線行進速度、50mm的工件高度HWP 、將工件高度分成NS =2000個垂直切面,則各個垂直切面S為25µm,因此運行通過時間為0.125ms。以此範例,在導線之相同位置處的連序放電並未落到相同垂直切面中,使得能安全地配置放電。計數器推移間隔對應運行通過時間為0.125ms。
以本發明的方法,使用者能以最大切割速度參數來執行任何線放電加工,不用特別看顧該部分是否為平面平行、梯狀的、是否具有變化的切面切面或是否其包含開口。需要的加工參數調整將基於設定的保護自重地應用於任何情況而沒有導線斷裂。
知悉放電的位置,其為理想的是顯示當前加工的切割外形(profile),其具有當前切割外形的可能準確表示,反映真實幾何切割狀況。
依據他們的位置監控放電為強大的儀器,其中之一些者已於此在上面詳細說明。舉例而言,能使用於此說明的某些規定(非結論性的):   - 偵測上及/或下電流路徑的劣化,特別是電流饋送器的狀況;   - 例如以具有高電阻或趨向於形成氧化層的工件材料來決定加工狀況的劣化;   - 決定沿著線電極和工件之接合線的位置(垂直切面),其中更頻繁地偵測加工狀況的劣化並且導出合適的沖流條件、類型及強度,或其它參數設定;   - 掃描加工的輪廓(contour),決定沿著線電極和工件之接合線的放電之垂直分佈,並且導出形狀誤差,像是直度誤差或錐度誤差(taper error)。舉例來說,在主切割中的輪廓切割可能由於被由侵蝕碎片(erosion debris)不均勻污染介電質或由於導線振盪等在某些垂直切面中被過度地加工。較佳的是,在修剪切割內作成掃描輪廓。於此,若判定誤差超過預設限度,則可決定及校正形狀誤差。所述輪廓掃描可包含下列步驟:判定及分析過程信號,像是於觀察周期期間左右發生在各個垂直切面中平均導弧延遲時間或平均脈衝電壓。   - 在加工的開始將導線與工件對準。藉由決定沿著線電極之接合線放電之垂直分佈再度完成對準並且在導線切割方向上校正導線傾斜角度,用以達成在整體工件高度之上的放電分佈。舉例來說,在第一觀察周期之後完成導線傾斜角度之調整,並且在相繼觀察周期期間重複,直到在整個工件高度之上發生放電。   - 執行現存輪廓的測量及/或重工(rework),其係藉由以掃描方法掃描該輪廓,掃描方法像是在JPS55011761A或EP578018中所揭示的,但使用以本發明所描述的放電位置偵測方法。於此,較佳地以固定速度且以預定義的掃描方向(例如,CW、CCW)掃描輪廓,並且控制上及下線導引(wire guide)的位置以使得沿著導線與工件之接合線產生分佈的充電。藉由在對目前掃描方向為法線的方向上移動導線來控制間隙寬度。儲存、處理所述輪廓掃描的路徑,用以產生新部分的程式。接著能使用程式來重工目前部分或切割較小部分。   - 若決定了在其被期望發生的位置處並不是想要這樣的放電,選擇性抑制放電脈衝。藉由決定低功率導頻脈衝(pilot pulse)的位置以及藉由主動抑制高功率放電脈衝來完成選擇性抑制。在修剪切割中,若期望這些連序放電發生在相同位置,則藉由決定放電脈衝之位置以及藉由抑制緊接其後之者來完成選擇性抑制。能使用選擇性抑制來在圓柱狀切割中校正形狀誤差。亦能使用選擇性抑制來例如在錐度切割中藉由對於某位置將所有放電抑制超過所欲放電數目來達成選擇性偏移校正。
本發明係述及線放電加工過程,然而於此所述的某些規定係相應地可應用到刻模機(die sinking machine),或任何其它放電加工,提供了能識別和歸類放電位置/區域。 參考號碼
Figure 107128552-A0304-0001
1‧‧‧線電極2‧‧‧工件3‧‧‧間隙,電極間距離4‧‧‧切割切口5‧‧‧線放電加工產生器12‧‧‧機台13‧‧‧工作槽20‧‧‧上頭部21‧‧‧上電流饋送器22‧‧‧上線導引23‧‧‧上沖洗噴嘴25‧‧‧上電流纜線29‧‧‧上環狀電流變換器30‧‧‧下頭部31‧‧‧下電流饋送器32‧‧‧下線導引33‧‧‧下沖洗噴嘴35‧‧‧下電流纜線39‧‧‧下環狀電流變換器
現藉由範例的方式並且參考所附圖式來說明本發明及其實施例。圖繪示下列內容:   圖1 線放電加工之工作區的簡化略圖   圖2 依據本發明用於決定放電分佈的記錄方案   圖3 示出保護等級之設定的圖表   圖4 示出在垂直切面中第一示範性放電之分佈的圖表   圖5 示出在垂直切面中第二示範性放電之分佈的圖表   圖6 示出在垂直切面中第三示範性放電之分佈的圖表   圖7a、b 示出示範性脈衝抑制規則的兩個表   圖8 示出各種工件截面的影像   圖9 示出在垂直切面中第三示範性放電之分佈的圖表   圖10 示出決定電流差值之範圍的圖表   圖11 示出在垂直切面中第三示範性放電之分佈的圖表   圖12 示出在線切割過程中均勻及不勻均材料移除的影像   圖13 示出連序放電計數器之機制的表
1‧‧‧線電極
2‧‧‧工件
20‧‧‧上頭部
21‧‧‧上電流饋送器
25‧‧‧上電流纜線
30‧‧‧下頭部
31‧‧‧下電流饋送器
35‧‧‧下電流纜線

Claims (13)

  1. 一種控制線放電加工過程的方法,其特徵在於該方法包含下列步驟:- 將工件高度(HWP)分成該工件的若干個(NS)垂直切面(S),- 設定定義的觀察周期(TM,NDTM),- 以各個放電(Di)來進行○決定沿著線電極與該工件之接合線的各個放電(Di)之放電位置(ZDi)並且基於決定的各個放電之該位置(ZDi)將各個放電(Di)指定到該工件之匹配垂直切面(Sj),○計數發生在該觀察周期(TM,NDTM)內各個垂直切面Sj中的放電數目(NDj),○決定在該觀察周期(TM,NDTM)內每垂直切面的最高放電數目(NDhigh),○將每垂直切面的該最高放電數目(NDhigh)與一或多個保護等級比較,該保護等級針對每垂直切面的該放電數目明定預定的限度,以及○若決定發生在一或多個垂直切面(Sj)中的該最高放電數目(NDhigh)超過保護等級或落到保護等級之下,則調整至少一過程參數。
  2. 依據申請專利範圍第1項的控制線放電加工過程的方 法,其中預定義的觀察周期為下列其一者:- 預定義的時間周期(T M ),或- 預定義的放電脈衝之數目(NDTM)。
  3. 依據申請專利範圍第1項的控制線放電加工過程的方法,其中該垂直切面(S)的數目為下列其一者:- 預定的數目,- 在實際加工高度的基礎上計算。
  4. 依據申請專利範圍第1項的控制線放電加工過程的方法,其中該方法更包含:- 藉由將觀察周期的該放電數目除以該垂直切面(S)的數目決定發生在各個垂直切面中平均放電數目,以及- 藉由將該平均放電數目乘以預定義保護因子(kpl)來設定一或多個保護等級。
  5. 依據申請專利範圍第1項的控制線放電加工過程的方法,其中該方法更包含:- 決定發生在至少一觀察周期(TM,NDTM)期間沿著線電極與該工件之接合線的放電之分佈的最頂放電和最低放電,- 將該最頂放電與該工件的上邊緣的位置關聯及/或將最低放電之位置與該工件的下邊緣關聯, - 校正放電位置定比以與該關聯的位置匹配。
  6. 依據申請專利範圍第4項的控制線放電加工過程的方法,其中該方法更包含:- 決定上沖洗噴嘴(23)的壓力及/或下沖洗噴嘴(33)的壓力,- 基於該上沖洗噴嘴的壓力及/或該下沖洗噴嘴的壓力,決定該上及/或下沖洗噴嘴是否鄰近該工件之上側及/或下邊緣,然而○若基於該上沖洗噴嘴的壓力決定了上沖洗噴嘴鄰近該工件之該上側,則接著校正該放電位置定比以與該工件之上邊緣的位置匹配,以及○若基於該下沖洗噴嘴的壓力決定了下沖洗噴嘴鄰近該工件之下側,則接著校正該放電位置定比以與該工件之下邊緣匹配。
  7. 依據申請專利範圍第1項的控制線放電加工過程的方法,其中該保護等級係使用機器學習來決定。
  8. 依據申請專利範圍第7項的控制線放電加工過程的方法,其中使用補強類型學習演算法以適配該加工參數。
  9. 依據申請專利範圍第1項的控制線放電加工過程的方法,其中抑制至少一相繼放電脈衝或相繼放電脈衝之分 額。
  10. 依據申請專利範圍第1項的控制線放電加工過程的方法,其中調整下列過程參數之一或多者:- 脈衝暫停,- 脈衝頻率,- 脈衝能量或電流,- 沖洗流動及/或壓力- 導線速度- 導線張力- 導線相對於工件的相對位置。
  11. 依據申請專利範圍第1項的控制線放電加工過程的方法,其中該放電被歸類成正常放電脈衝和短放電脈衝,並且該放電脈衝的電流被適配以使得- 放電被歸類為具有全電流振幅的正常放電脈衝,以及- 放電被歸類為具有降低電流振幅的短放電脈衝,並且使得具有全電流振幅的放電係以第一因子來加權,及使得具有降低電流振幅的放電係以第二因子來加權,以及使得發生在各個垂直切面(Sj)中計數的該放電數目(NDj)及/或發生在各個垂直切面(Sj)中連序放電之數目(NDC)係以該第一加權因子和該第二加權因子來校正。
  12. 依據申請專利範圍第1項的控制線放電加工過程的方法,其中測量流通過上饋送路徑(25)及下饋送路徑(35)的該部分放電電流(I20、I30),並且其中基於部分放電電流之差(I20-I30)來決定各個放電之該放電位置。
  13. 依據申請專利範圍第12項的控制線放電加工過程的方法,其中該方法更包含針對至少兩不同工件高度決定該放電電流差值的範圍,並且針對任何其它工件高度外插或內推出該放電電流差值的範圍。
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