JPH0457619A - 放電間隙制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放電加工、ワイヤ放電加工、マイクロウェルデ
ィング、レーサー加工、クセノン放電等の対向する電極
間に放電を発生させ、その放電を利用して加工などを行
う装置で利用する放電間隙制御装置に関するものである
。

〔従来技術問題点〕

例えば、放電加工装置に於いては、被加工体に対して電
極をサーボ追従制御して放電間隙か常に一定となるよう
な制御か行われている。

従来公知の電極のサーボ加工送り制御装置は、放電間隙
に比例する電圧、電流等の信号を検出し、これと予め設
定した基準値との差により直接サーボモータ等の加工送
り装置を制御することにより放電間隙を所定の最適値に
制御するよう構成されている。

〔発明により解決しようとする課題〕

然しなから、放電間隙には加工によって発生する加工屑
・ガス等か介在し、この加工屑の挙動等によって間隙の
検出信号か変動し、この変動に対応してサーボモータの
駆動制御が行なわれるため、このような方法では、長時
間にわたって所定の安定した間隙を維持することか出来
ない。

サーボの送り過ぎにより間隙が一定値より狭まればアー
ク放電か発生し易くなり、安定した加工かできなくなる
ので、サーボ制御の基準電圧は一般に高めに設定し、常
に安全域で作業するようにしているが、基準電圧を高く
設定すれば、放電間隙か広がり、そのため放電の発生率
か低下し、加工能率、即ち、加工送り速度か低下して、
加工所要時間か長くなるという問題か生しる。

本発明の目的とするところは、このような問題のある間
隙制御装置を改良し、長時間にわたって安定した間隙を
維持てきる新規な制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の本発明の目的は、 放電間隙の状態を検出する検出装置、 その検出装置の検出信号を設定基準値と比較して偏差Ｅ
とその時間的変化率ΔＥとを算出する比較演算回路、並
びに、 上記偏差Ｅとその時間的変化率ΔＥ、並びに出力Ｕ変数
のために設定した所要量のファジィルール、メンバシッ
プ関数及び演算プログラム等を書き込んだ記憶装置と、
上記記憶装置のメンバシップ関数を用いて入力ＥとΔＥ
から最適出力Ｕを各々推論演算し各推論の結果を合成し
て操作量を出力するファジィ推論を実行する中央処理装
置と、上記中央処理装置の出力を上記放電間隙制御の加
工送り装置に供給するインターフェースとから成るファ
ジィ制御回路部とを具備する放電間隙制御装置により達
成される。

〔作用〕

本発明は、放電発生間隙の制御を、放電間隙に比例する
間隙電圧等を検出し、これを基準電圧と比較した偏差Ｅ
と、送り速度に比例するその時間的変化率ΔＥとを算出
すると共に、それらをあいまいな量として入力し、これ
をメンバシップ関数を用いファジィ推論して得た操作量
を以て放電間隙の制御を行なうようにしたから、従来の
フィールドバック制御に比較してオーバーシュート、ア
ンダーシュートか少なく、急速な設定値への収斂制御か
でき、極めて複雑な変化、挙動をする放電加工等の間隙
制御が安定に行なわれ、加工屑等に原因する外乱に対し
ても極めて強く、安定した制御か行なえるものである。

従って、本発明によれば、放電加工、マイクロウェルデ
ィングの溶着加工、レーサー加工等を高精度、高速度で
安全確実に行なえるようになる。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の一実施例に就いて説明する。

第１図は、本発明に係る放電間隙制御装置を具えた放電
加工装置の構成図、第２図はメモリに設定したメンバシ
ップ関数の一例を示すグラフ、第３図はファジィ推論の
説明図、第４図は推論結果の合成出力の説明図、第５図
はメンバシップ関数を離散値で書き込んだ図表、第６図
は第１図に不しだ放電加工装置の変更例を示す構成図で
ある。

而して、第１図中、ｌは電極、２は被加工体、３は電極
１と被加工体２の間に形成される放電間隙、４は例えば
サーボモータなどの加工送り装置、５は放電間隙の平均
電圧を検出する検出器、６は検出信号電圧と予め設定し
た基準電圧とを比較し、その偏差値Ｅ及び更にその時間
的変化率ΔＥ、即ち１サンプリング周期の間での偏差の
変化分を求める比較演算回路、７は基準電圧設定器、８
はファジィ制例部、９は増幅波形成形回路である。

電極ｌと被加工体の間には、図示されていない公知の加
工用電源よりパルスか供給され、電極１か被加工体２に
向かって加工送りされ、これにより両者間にパルス放電
か発生し、電極１により被加工体２の放電加工か行なわ
れる。

検出電圧は間隙の平均電圧であって、間隙に比例する。

基準電圧設定器７には、最適放電間隙に相当する基準電
圧値を設定し、比較演算回路６により、検出信号の偏差
Ｅを算出し、ファジィ推論のあいまいな量として出力す
る。

又、同じく比較演算回路６により、偏差Ｅの経時的変化
率ΔＥを求める。

この変化率ΔＥは送りの速度に対応ＣＩ　　ものである
が、この変化率ΔＥもあいまいな量として出力される。

これら比較演算回路６からの偏差Ｅ及び変化率ΔＥをフ
ァジィ制御部８に入力する。

ファジィ制御部８は、ＣＰＵ　（中央処理装置）６１、
メモリ６２、インターフェース６３．６４．６５などか
ら成る。比較演算回路６としては、例えば、８ビツトの
ワンチップマイコン等が使用できる。

メモリにはファジィルールやメンバシップ関数、推論演
算といったファジィ制御用のプログラムや演算に必要な
データか含まれている。

放電間隙制御のファジィルールとしてはつぎのルールか
設定される。

Ａは間隙か十人、Ｂは土中、Ｃは土手、Ｄは所定値、Ｅ
は一小、Ｆは一中、Ｇは一大と設定され、各々に対する
操作量の変化分は、 Ａ→間隙を狭める方向に大きく速く Ｂ−間隙を狭める方向に中程度に中程度の速度Ｃ→間隙
を狭める方向に小さく遅く Ｄ→そのまま停止 Ｅ＋間隙を広げる方向に小さく遅く Ｆ→間隙を広げる方向に中程度に中程度の速度Ｇ→間隙
を広げる方向に大きく速く のように定められる。

メンバシップ関数としては、第２図に示したような連続
的な値を有する三角型を用い、基準電圧±３０Ｖの範囲
で関数を設けた。

即ち、図示するように三角の中心がＡは＋３０Ｖ、Ｂは
一３０Ｖ、中心のＤはＯｖの関数を設定し、７個の三角
形が少しづつ重なったものか採用された。

入力値ＥとΔＥとを用いて最適な出力値Ｕを求める制御
ルールには次のルールを使う。

Ｒ＋　　；　ｘｆ　Ｅ　Ｉｓ　Ａ　ａｎｄΔＥ　ｉｓ　
Ａ　ｔｈｅｎ　Ｕ　ｉｓ間隙を狭める方向に太き（速く Ｒ４９；ｉｆ　Ｅ　ｉｓ　Ｇ　ａｎｄΔＥ　ｉｓ　Ｇ　
ｔｈｅｎ　Ｕ　ｉｓ間隙を広げる方向に太き（速く ここでＡは間隙か非常に広かった状態を示し、Ｇは逆に
間隙が非常に狭まった状態を示し、Ｅか正に大きくΔＥ
が正に非常に大きければ、Ｕを間隙を狭める方向に大き
く速く操作せよというルールになる。

制御ルールはＥ１ΔＥの二つの入力値がそれぞれ７個の
ファジィ集合をもつので、７×７通りのルールが出来る
。

放電間隙電圧を検出器５によって検出し、その検出信号
を比較演算回路６て、設定基準値と比較し、偏差Ｅ及び
その変化率ΔＥを算出する。

このＥ及びΔＥあいまいな量としてファジィ制御部８に
入力しファジィ推論する。

インターフェース８３．８４を通して入力した情ｔＫは
、−旦ＣＰＵ８１内部のアキュムレータに貯えられ、こ
のアキュムレータの内容に基づいてファジィ推論の演算
処理か行われる。

今、 Ｅ＝Ｅ。

ΔＥ＝ΔＥ。

とすると、推論は先ずグレードを求めることから始めら
れる。

前件部のグレードは、ルール中にａｎｄがあるためＥと
ΔＥの小さいほうのグレードをとる。

第３図において、ルールＲ１は小さい方のグレードがＶ
、の値だとすると、このＶｌを後件部の指定するＵのフ
ァジィ集合の１っＡに掛けるとファジィ集合Ｖ＋ｘＡが
得られる。

又、ルールＲ２に於て、グレードがＶ２とすると、ファ
ジィ集合Ｖ２　ＸＡか得られる。

この場合、グレードの小さいほうを採用し安全係数をと
ると、安全な制御を行なうことかできるわけて、このよ
うにしてＥとΔＥか属する全てのファジィ集合について
同様の計算をし、各ルールで得られる推論の結果を合成
して操作量Ｕを求める。

第４図は全ての場合を考慮し、各ルールの推論結果をも
とに作った和集合の重心をとり、出力する重心法により
操作量Ｕを求めるものである。

重心Ｕ、が推論結果となる。

このようにしてファジィ推論して得られた操作量Ｕをイ
ンターフェース６５を通して出力し、出力信号を増幅波
形成形回路９により所定の信号に変換し、サーボ制御装
置４に加えて間隙３の制御を行なう。

即ち、入力に対応してファジィ推論の演算処理を行ない
、ファジィ制御の操作信号を発生し、この指令信号によ
り間隙制御の駆動制御装置はパルス的又はアナログ制御
信号を加工送り装置４に加えて加工送りを制御し、これ
により放電間隙を急速に最適値に収斂させる。

加工送り装置４は、パルスモータ、ＤＣモータ或いは油
圧シリンダなどである。

このように放電間隙の状態変化を常に検出しなから情報
をとり、入力するあいまいな量に対応する操作量Ｕをフ
ァジィ推論して、重みをつけた操作量出力して間隙制御
を行なうから、放電間隙に対して極めて急速な、応答性
の高い制御か行なわれる。

又、前記は放電加工の場合の放電間隙のサーボ制卸につ
いて説明したが、放電加工の場合、放電間隙に加工屑が
堆積したとき、電極を上下にレシプロ運動させ、そのポ
ンプ作用により放電間隙内の洗浄作業をする、所謂、電
極レシプロ運動が一般に行なわれているが、放電間隙の
放電状態を検出しながらファジィ推論によりこのレシプ
ロ制御を前記サーボ制御と組合わせて行なうことか出来
る。

また加工用電源から供給する加工パルス、加工液供給装
置から供給する加工液なとの制御も、上記の放電間隙の
制御と同様にして行なうことかできる。

レーザー加工を伴う場合は、同様にして集光レンズの位
置制御、発振器の制御等を並行して実施する。

放電間隙の信号検出は、電圧に限らず、放電電流、間隙
インピーダンス、放電に伴って発生する音波、電磁波等
を検出してもよく、又これらのパラメータを複合して利
用してもよい。

尚、メンバシップ関数としては、連続的な値を持つもの
に釣鐘型・指数型などかあり、信号のチューニングを施
すことにより確率の高いものに修正することかできる。

又推論結果を合成して操作量Ｕを求めるのに、重心を求
めずに加重平均法を用いるのも有効である。

第５図は、メンバシップ関数を離散的な数値データとし
て書き込んだ表を示すもので、検出した電圧信号を基準
値と比較した偏差Ｅとその時間的変化率ΔＥに対応して
、各々−大、−中、−小、０、土手、土中、十人の７個
のルールを定め、これを縦横分布表にして各々Ｏ軸で１
３個の制置ルールを設定し、他の領域の空欄の数値を中
心に向かって収斂するように順次設定したちのである。

このように４９点程度の離散的な数値データをＲＯＭに
テーブルの形で書き込むようにする。

放電間隙の制御は、メモリした離散的データを使って最
適の操作量を推論し、選択された操作量の出力により加
工送り装置を制御すれば、より安定した間隙制御が可能
となる。

検出信号を基準値と比較して、偏差値Ｅとその時間的変
化率ΔＥを求め、これらをあいまいな量としてファジィ
制机部に入力し、ファジィ推論する。

第５図に示したテーブルで、偏差値Ｅ及びその時間的変
化率ΔＥか各々対応する欄の交点に存在するデータか選
ばれる。

この選択した離散値を前件部のファジィ推論のグレード
として、これに後件部て指′定するある変数を掛けると
推論の結果か得られる。

このようにして離散的データを使った推論は簡単であり
、更に数値データを多数入力しておくことにより、より
精緻で、より確率の高い推論かでき、そのようにして得
られた操作信号をインターフェースを通して出力し、加
工送り装置を制御することにより、更に一層安定した間
隙制御をすることかできる。

ファジィ推論の時間間隔は、通常放電加工の間隙制卸て
０．１ｍｓ〜数ｍｓ程度でよく、この程度の間隔でファ
ジィ推論を実行し、放電間隙制御サイクルを繰返すこと
により、長時間に渡り安定した間隙制御と加工を継続す
ることができる。

次に、ワイヤカット放電加工に応用したファジィ制御の
一実施例に就いて説明する。

ファジィコントローラーには市販品を用い、サンプリン
グ周波数（演算間隔）は０．３　ｍ５ｅｃで制御を行な
った。

メンバシップ関数は基準電圧との差に於て±３０Ｖの関
数を設けた。加工用のワイヤ電極には０．３世のＢＳワ
イヤを用い、厚さ０．５ｍｎの鋼材の加工をした。加工
液には比抵抗が５Ｘ１０５Ω工の蒸留水を用いた。加工
形状は十字形の抜型て、　本発明装置により、ファジィ
推論による送り制御をしなから、加工速度１４０ｍｍ２
／画で加工を行なったところ、−回の断線もなく極めて
安定した加工ができた。

比較のために、従来のフィードバック制御による以外、
上記実施例と同一条件で加工したときには、全加工時間
中に平均−回の断線を起こすことか確認された。

第６図は、放電間隙の状態検出を、加工の始めの状態と
加工の進行した途中の状態でそれぞれファジィ推論のあ
いまい量として入力し、ファジィ制御により放電間隙の
制飢を行なうことによって放電加工かスムーズに行なえ
るようにした実施例である。

第６図中、第１図と同符号は同一部分を示す。

３１．３２は、放電加工に於ける加工タンクの側壁に、
放電間隙３から比較的離れた位置に配置し７た放電状態
の検出器、３３．３４は電極ｌに直接取り付けられる放
電状態の検出器である。

これらの検出器としては、磁気感知コイル若しくはＭＲ
素子を用いる。これは放電加工に於いては放電による磁
界発生状態が、通常の正常加工中と、間隙が狭まってア
ーク放電か発生するかそれに近づいたときとて変化する
こと、又、その変化か間隙の近くに配置した検出器３３
．３４によって刻々変化する間隙状態をμｓのオーダー
で検出すると共に、間隙から離れている検出器３１．３
２て加工の進行に従って緩やかに変化する状態をｍｓ単
位で検出し、これらの検出信号を比較演算回路６に入力
し、時々刻々高速度で変化する状態と、加工の進行に伴
って変化する状態のあいまいな量を演算出力するように
する。

比較演算回路６には基準値を設定する端子Ａ、Ｂ、Ｃ１
・・より加工の進行、即ち、加工深さや加工面積の変化
等に応じて予め定められた各々の最適基準値を予め入力
してあり、これと検出信号を比較演算処理する。

このようにして求められたあいまいな量をファジィ制御
部８に入力してファジィ推論を実行し、それに基づく操
作量をもったファジィ制御信号を発生する。

０．２ｍｓ程度の演算間隔て処理して、放電間隙を制御
することにより、加工の始めから終わりまでアーク放電
を発生することなく、安定した放電加工を遂行すること
かできることを確認した。

尚、前記の検出装置は、磁気感知コイル以外にも刻々変
化する間隙状態と、加工の進行に従って緩やかに変化す
る間隙状態とを検出するできるものであれば、如何なる
形式のものでも任意に利用することができる。

又、叙上の説明ではメンバシップ関数として三角型関数
を用いたが、これに限定されるものでなく、釣鐘型、指
数型などが適宜に利用できる。

又、ファジィルールは７個の集合に限らず、シューミレ
ージョンによって最良のルールを設定することができる
。又、推論結果の合成には和集合の重心をとる方法の他
に、加重平均法を利用してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は放電間隙の制御をファジィ制御
するようにしたこと、即ち、放電間隙の大きさに対応す
る信号を検出し、その検出信号を基準値と比較して得た
偏差値Ｅと、その時間的変化率（速度）とをあいまいな
量とした入力し、これをメンバシップ関数を用いファジ
ィ推論し、合成して出力した操作量をもって加工送り装
置を制御し、放電間隙の制御を行なうようにし、更に、
推論間隔をｍｓ程度に設定することによって放電間隙の
設定値への収斂か急速に行なえ、従来のフィードバック
制御に比較してオーバーシュート、アンダーシュート、
ハンチングなどが少なく、高い信頼度で放電間隙を最適
制御することができる。

又、放電間隙に発生する加工屑、アーク等の外乱に対し
ても安定であって、変動か少なく間隙を一定に保つこと
かでき、従って、放電間隙内でパルス放電を繰返しなが
ら加工する放電加工、ワイヤカット放電加工とが、マイ
クロウェルディングによる溶着加工、レーサー加工等に
本発明を応用すれば、これらの加工か安定して行なえ、
高速度で能率のよい高精度精密加工かできる効果かある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る放電間隙制御装置を具えた放電
加工装置の構成図、第２図はメモリに設定したメンバシ
ップ関数の一例を示すグラフ、第３図はファジィ推論の
説明図、第４図は推論結果の合成出力の説明図、第５図
はメンバシップ関数を離散値で書き込んだ図表、第６図
は第１図に示した放電加工装置の変更例を示す構成図で
ある。 １・・・・・電極 ２・・・・・被加工体 ３・・・・・放電間隙 ４・・・・・加工送り装置 ５・・・・・検出器 ６・・・・・比較演算回路 ７・・・・・基準設定器 ８・・・・・ファジィ制御部 ９・・・・・信号増幅器 一一■ ○ ＋３０ ｉｏｓ−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電間隙（３）を介して被加工体（２）と電極（
   １）を相対向せしめ、相対向する両者の少なくとも一方
   に加工送り装置（４）を作動して加工送りを与えると共
   に、両者間に放電を発生させる装置に設けられる放電間
   隙の制御装置に於いて、 放電間隙の状態を検出する検出装置（５）、その検出装
   置（５）の検出信号を設定基準値と比較して偏差Ｅとそ
   の時間的変化率ΔＥとを算出する比較演算回路（６）、
   並びに、 上記偏差Ｅとその時間的変化率ΔＥ、並びに出力Ｕ変数
   のために設定した所要量のファジィルール、メンバシッ
   プ関数及び演算プログラム等を書き込んだ記憶装置（８
   ２）と、上記記憶装置のメンバシップ関数を用いて入力
   ＥとΔＥから最適出力Ｕを各々推論演算し各推論の結果
   を合成して操作量を出力するファジィ推論を実行する中
   央処理装置（８１）と、上記中央処理装置（８１）の出
   力を上記放電間隙を制御する加工送り装置（４）に供給
   するインターフェース（８３、８４）とから成るファジ
   ィ制御回路部を具備した上記の放電間隙制御装置。
2. （２）放電間隙の状態を検出する検出装置が、放電間隙
   の刻々変化する間隙状態を検出する検出器と、 加工の進行に従って緩やかに変化する間隙状態を検出す
   る検出器とから成る特許請求の範囲第１項に記載の放電
   間隙制御装置。