JPH0757445B2

JPH0757445B2 - 放電解析装置

Info

Publication number: JPH0757445B2
Application number: JP1169603A
Authority: JP
Inventors: 晴美渡邉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1995-06-21
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JPH0335931A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、放電加工のギャップなどの状態を表示する放
電解析装置に関する。

（従来の技術）例えば放電加工にはワイヤ放電加工や形彫り放電加工な
どがあるが、このうち例えばワイヤ放電加工について説
明すると、これは被加工物に対してワイヤ電極を所定間
隔おいて配置してこれら被加工物及びワイヤ電極を加工
槽の中に浸透し、この状態に被加工物とワイヤ電極との
間に直流電圧を印加する。そして、例えばワイヤ電極を
被加工物に接近させてそのギャップ量が所定量になると
ワイヤ電極と被加工物との間に放電が発生する。しかる
に、この放電エネルギーによって被加工物は加工され
る。

このようなワイヤ放電加工では加工状態の良否が判断さ
れるが、この判断は放電状態が正常であるか異常である
かにより判断しており、この判断は次のような方法によ
って行われている。すなわち、作業員が放電柱を目視し、この放電柱の輝度から経験
や勘によって放電状態を判断する。

作業員が放電の音を聞き、この放電の音から経験や勘
によって放電状態を判断する。

ワイヤ放電加工装置にオシロスコープが備えられてい
れば、このオシロスコープに例えばワイヤ電極と被加工
物との間の放電電圧及び放電電流の波形を表示させ、こ
れら放電電圧及び放電電流から放電状態を判断する。

ワイヤ放電加工装置に予め放電状態の良否の基準が設
定されていれば、この基準に従って放電状態を判断す
る。

しかしながら、上記各方法では異常放電は検知できるも
ののその信頼性は低く、ましてワイヤ電極と被加工物と
のギャップ量は全く検出することができない。このた
め、ギャップ量が大きいのか小さいのか判らず、かつそ
のときの放電エネルギも大きいのか小さいのか全く判ら
ない。従って、これらギャップ量及び放電エネルギを最
適に制御することは困難となっている。

（発明が解決しようとする課題）以上のようにワイヤ電極と被加工物とのギャップ量及び
放電エネルギを検出することができず、これらギャップ
量及び放電エネルギを最適に制御することが困難となっ
ている。

そこで本発明は、放電電極と被加工物とのギャップ量及
び放電エネルギをグラフィック化して表示できる放電解
析装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］本発明は、被加工物への放電電圧及び放電電流を検出す
る検出器と、この検出器からの検出信号を一定間隔ごと
の複数の信号採取期間にて所定のサンプリング周期でデ
ィジタル変換して取り込む信号採取手段と、この信号採
取手段で採取された各検出信号から各放電における少な
くとも放電電圧値データ及び放電電流パルス幅データか
ら成る放電データを作成する放電データ作成手段と、こ
の放電データ作成手段で作成された放電電圧データを予
め設定されている放電限界電圧と比較し、この比較結果
に基づいて異常放電データを検出するとともにこの異常
放電データを除外した放電電圧データについてヒストグ
ラムを作成し、この作成したヒストグラムの頻度分布に
基づいて正常放電データとこの正常放電データの低電圧
側にて異なる分布モードを呈する過渡的放電データとに
分類する放電分類手段と、複数の信号採取期間を合計し
信号採取期間総和値を求めるとともに放電分類手段にて
判定された正常放電データに対応する放電電流パルス幅
データを合計し放電電流パルス幅総和値を求め、信号採
取期間総和値に対する放電電流パルス幅総和値の比をパ
ルス発生間隔として求めた後このパルス発化間隔に基づ
いて放電電極と被加工物とのギャップ量を求めるギャッ
プ量算出手段と、このギャップ量算出手段にて算出され
たギャップ量並びに異常放電データの数及び過渡的放電
データの数により決定される加工限界値に基づいて放電
電極と被加工物との間の加工屑の排出状況を示す加工エ
ネルギ範囲を求める加工エネルギ範囲算出手段と、放電
電極と被加工物とを位置算出手段にて求められたギャッ
プ量に対応した間隔でグラフィック表示するとともに、
加工エネルギ範囲をグラフィック表示されている放電電
極を基準としてグラフィック表示することにより放電加
工状態を表示する表示器とを具備して、上記目的を達成
しようとする放電解析装置である。

（作用）このような手段を備えたことにより、放電電圧又は放電
電流のいずれか一方又は両方が検出されると、この検出
信号が所定間隔毎の信号採取期間ごとにディジタル変換
されて取り込まれて放電電圧などの放電データとして作
成される。

このように放電データが作成されると、この放電データ
に基づいて放電電極と被加工物とのギャップ量が求めら
れるとともに放電電極と被加工物との間の加工屑の排出
状況に応じた加工エネルギ範囲が求められる。

そして、放電電極と被加工物とがそのギャップ量に対応
した間隔で表示器にグラフィック化して表示され、これ
と共に加工エネルギ範囲が範囲指示枠として加工屑の排
出状況に応じて移動して表示器にグラフィック化して表
示される。

（実施例）以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は放電解析装置の全体構成図である。加工槽１の
内部には被加工物２が浸透されている。この被加工物２
には所定間隔をおいてワイヤ電極３が配置されている。
なお、このワイヤ電極３は上部ワイヤガイド体４及び図
示しない下部ワイヤガイド体により支持されている。こ
れら被加工物２とワイヤ電極３との間には放電制御回路
５を介して直流電源６が接続されて放電回路を形成して
いる。この場合、直流電源６は正極を被加工物２に接続
している。かかる放電回路には電圧検出器７が直流電源
６に対して並列接続されるとともに電流検出器８が直流
電源６に対して直列接続されている。

一方、10は解析装置本体であって、この解析装置本体10
にはアッテネータ（ATT）11,12が備えられ、一方のアッ
テネータ11に電圧検出器７が接続されるとともに他方の
アッテネータ12に電流検出器８が接続されている。これ
らアッテネータ11,12にはそれぞれメモリが内蔵された
各A/D（アナログ／ディジタル）変換器13,14が接続さ
れ、これらA/D変換器13,14はバス15を介してCPU（中央
処理装置）16に接続されている。このCPU16にはバス15
を介してタイミングコントローラ17、RAM（ランダム・
アクセス・メモリ）18、ROM（リード・オンリ・メモ
リ）19及び表示駆動部20が接続されている。タイミング
コントローラ17はA/D変換器13,14における信号取込みタ
イミングを制御するものである。又、表示駆動部20には
表示器21が接続されて表示器21を表示駆動するものとな
っている。ROM19には、取込んだ放電電圧及び放電電流
から放電開始時刻や放電終了時刻、電流ピーク値、パル
ス間隔など放電データを求め、この放電データから放電
の良否を判断する放電解析プログラムが記憶されてい
る。又、ROM19には、タイミングコントローラ17でのA/D
変換器13,14に対する信号採取タイミングプログラムが
記憶されている。しかるに、この信号採取タイミングプ
ログラムによりA/D変換器13,14は一定間隔毎の信号採取
期間に例えばxns毎に同時に電圧検出信号、電流検出信
号をそれぞれ８ビットにディジタル変換して１回の信号
採取期間で例えば1024〜65536Bのデータを採取するもの
となる。なお、各信号採取期間の間隔は一定間隔ΔＨ毎
に到来する。しかるに、各A/D変換器13,14、CPU16、タ
イミングコントローラ17及びROM19により信号採取手段
が構成されている。又、ROM19には放電データ作成プロ
グラム及び加工状態表示プログラムが記憶されている。
これにより、上記CPU16は第２図に示すように信号採取
手段16−１、放電データ作成手段16−２及び加工状態表
示手段16−３の各機能を有するものとなる。なお、信号
採取手段16−１は上記の如く信号採取手段の一部の機能
を有したものとなっている。放電データ作成手段16−２
は、信号採取手段で採取されたディジタル電圧検出信号
及びディジタル電流検出信号から各放電における放電電
圧や放電電流などのパラメータから成る放電データを作
成する機能を有するものである。

又、加工状態表示手段16−３は放電データ作成手段16−
２で作成された放電データからワイヤ電極３と被加工物
２との位置関係を求めるとともにこれらワイヤ電極３と
被加工物３との間の加工屑の排出状況に応じたワイヤ電
極３からの加工エネルギ範囲を求め、これらワイヤ電極
３と被加工物２との位置関係及び加工エネルギ範囲をグ
ラフィック化して表示器21に表示する機能を有するもの
である。具体的には、ギャップ量算出手段16−４と加工
エネルギ算出手段16−５とから構成されている。

ギャップ量算出手段16−４は、ワイヤ電極３と被加工物
２とのギャップ量Ｆを正常放電の発生数から求めるもの
である。具体的には、例えば10回の信号採取期間におけ
る、後述するようにして求められる正常放電の電流パル
ス幅の合計期間Etを求めるとともに同信号採取期間の合
計期間H₀を求め、これら合計期間の比、つまり正常放電
のパルス発生間隔ＱＱ＝H₀/Et …（１）を算出し、続いてギャップ量ＦＦ＝ａ・Ｗ・ｆ（E,V,発生数）/Q …（２）を算出するものとなっている。

ここで、ａは実験的に求められる定数である。また、Ｗ
は、後述するグラフィック出力時の描画定数である。ま
た、ｆ（E,V,発生数）は、Ｅ（１放電パルスに要する加
工エネルギで、１放電パルス期間中における放電電圧と
放電電流の積の積分値）及びＶ（放電電圧）及び“発生
数”（全信号採取期間における、後述する正常放電デー
タ数と後述する過渡的放電データ数との和）により決定
される関数である。

この関数は、ギャップ量Ｆが、後述する異常放電データ
数を一定とした場合、“発生数”の減少に伴い増加する
傾向を示し、また、Ｅの増加に伴い、減少する傾向を示
す特性を考慮して定式化されている。さらに、Ｑは上記
パルス発生間隔である。

又、加工エネルギ範囲算出手段16−５は、ワイヤ電極３
と被加工物３との間の加工屑の排出状況に応じた加工エ
ネルギ範囲Deを求めるものである。この場合、この加工
エネルギ範囲Deは、絶対的な値を示すものではなく、ワ
イヤ電極３と被加工物３との間の放電がどの範囲まで正
常に行われているかを示すためのものである。

すなわち、第５図に示すように、ワイヤ電極３を基準位
置とする加工エネルギ範囲Deの範囲指示枠Ｋが被加工物
３の手前にある場合は、“正常放電状態”を示し、第７
図に示すように、加工エネルギ範囲Deの範囲指示枠Ｋが
被加工物３の内部にある場合は、“異常放電状態”を示
す。このような加工エネルギ範囲Deは、次式（３）で表
される。

De＝Ｆ＋ｆ（Xs） …（３）ここで、Ｆはギャップ量である。また、ｆ（Xs）は、加
工限界値であって、Xs（後述する異常放電データ数と後
述する過渡的放電データ数との和）により決定される関
数である。

一般に、正常放電だけの場合は、十分絶縁状態が回復
し、加工屑がほぼ完全に排出されてから、次の放電が起
こる。この正常放電は、放電ギャップの雰囲気（加工屑
の排出状態）の影響を大きく受けないため、設定した条
件に最も近い形での放電を形成することができる。

しかし、加工屑の一部が残存したままであると絶縁が完
全に回復していないので、比抵抗が低くなり、低電流か
つ低電圧で次の放電が起こる。これが、過渡的放電であ
る。この過渡的放電は、電気的導通（アーク放電又は短
絡）状態である異常放電と異なり、放電加工は行われる
が、その加工能力は小さい。このような過渡的放電の発
生は、正常放電が発生した後の絶縁回復状態に依存す
る。

ところで、異常放電は、ギャップ量Ｆがかなり狭くなっ
てから発生する傾向があり、このような場合の放電ギャ
ップの雰囲気（加工屑の排出状態）をギャップ量Ｆだけ
で判断することはできない。そこで、ギャップ量Ｆに、
異常放電データ数と過渡的放電データ数により決定され
る加工限界値ｆ（Xs）を加えることにより、放電ギャッ
プの雰囲気（加工屑の排出状態）を表示するように定式
化したものが、式（３）である。

すなわち、この式（３）は、放電ギャップに加工屑が増
え始め、正常放電に過渡的放電が加わりだすと、加工エ
ネルギ範囲Deも大きくなり、第６図のように加工エネル
ギ範囲Deの範囲指示枠Ｋが被加工物３に近接した状態と
なる。

また、放電ギャップに加工屑が激増し電気的導通が生じ
異常放電が発生しだすと、加工エネルギ範囲Deは急増
し、第７図に示すように加工エネルギ範囲Deの先端Ｋが
被加工物３の内部となる。よって、加工エネルギ範囲De
の範囲指示枠Ｋがどこにあるかにより、放電加工状態を
判定することができる。

次に上記の如く構成された装置の作用について参照して
説明する。

被加工物２とワイヤ電極３との間に直流電源６から放電
制御回路５を通して直流電圧が印加され、この状態に被
加工物２とワイヤ電極３とのギャップ量が所定量となる
と、被加工物２とワイヤ電極３との間にパルス放電が発
生する。このパルス放電のエネルギにより被加工物２は
加工される。

この状態に電圧検出器７は被加工物２とワイヤ電極３と
の間のパルスの放電電圧を検出してその電圧検出信号を
出力し、又電流検出器８は被加工物２からワイヤ電極３
に流れたパルスの放電電流を検出してその電流検出信号
を出力する。これら電圧検出信号及び電流検出信号はそ
れぞれアッテネータ11,12で処理しやすいレベルに減衰
されてA/D変換器13,14に入力する。このとき、各A/D変
換器13,14は共にタイミングコントローラ17により制御
されてそれぞれ電圧検出信号、電流検出信号をディジタ
ル変換して取り込む。つまり、各A/D変換器13,14は第３
図に示すように一定間隔ΔＨ毎の各信号採取期間H₁,H₂
…においてそれぞれ例えばxns毎に同時に電圧検出信
号、電流検出信号をそれぞれ８ビットにディジタル変換
して取り込む。これにより、１回の信号採取期間例えば
信号採取期間H₁において例えば1024〜65536Bのデータが
取込まれる。このように１回の信号採取期間H₁,H₂…で
取込んだディジタル電圧検出信号及びディジタル電流信
号はそれぞれ各A/D変換器13,14内のメモリに一時記憶さ
れ、各信号採取期間H₁,H₂…の経過の後にCPU16によって
RAM18に移されて記憶される。

このようにディジタル電圧検出信号及びディジタル電流
信号が取込まれてRAM18に記憶され、例えば12回の信号
採取期間が終了すると、CPU16の放電データ作成手段16
−２は各ディジタル電圧検出信号及びディジタル電流信
号からそれぞれ放電電圧及び放電電流の各波形を求め、
これら波形からパルス放電発生の順番に発生番号「１」
「２」…「Ｎ」を付す。ただし、電圧を印加しても被加
工物２とワイヤ電極３との間に放電が発生せず、放電電
流が全く流れない無放電の場合は、発生番号を付さな
い。つまり、番号を付すのはあくまでも放電が発生した
場合のみである。そして、CPU16はこれら波形から各パ
ルス放電における放電開始時点a1,a2…anや放電終了時
点b1,b2…bn、放電電圧c1,c2…cn、電流ピーク値d1,d2
…dn、電流パルス幅e1,e2…en、放電エネルギf1,f2…f
n、パルス間隔g1,g2…gnなどの各パラメータから成る放
電データＤを求めてテーブル化してRAM18に記憶する。

次にCPU16の位置算出手段16−４は予め設定された放電
限界電圧と12回の信号採取期間における各放電電圧c1,c
2…cnとを比較して放電限界電圧よりもレベルが低い放
電電圧例えばc2を異常放電であるアーク放電パルス及び
短絡として検出し、放電データＤから異常放電のデータ
を削除して正常放電の発生番号のデータのみとする。次
にギャップ量算出手段16−４は正常放電の電流パルス幅
e1,e3,e4…enの合計期間Etを求めるとともに12回の信号
採取期間H₁,H₂,…H₁₂の合計期間H₀を求め、これら合計
期間Et、H₀から上記第（１）式に従ってパルス発生間隔
Ｑを算出し、続いて上記第（２）式に従ってワイヤ電極
３と被加工物２とのギャップ量Ｆを算出する。なお、こ
のギャップ量Ｆは表示器21の画面上の位置となる。

加工エネルギ範囲算出手段16−５は、過渡的放電データ
数と異常放電データ数の和Xsを、12回の全信号採取期間
にわたって求める。そして、求めた過渡的放電データ数
と異常放電データ数の和Xsに基づいて前述した加工限界
値ｆ（Xs）を算出するとともに、上記式（３）に従っ
て、この加工限界値ｆ（Xs）とギャップ量Ｆとを加算す
ることにより加工エネルギ範囲Deを算出する。

しかして、正常放電データと過渡的放電データ及び異常
放電データは、CPU16のギャップ量算出手段16−４に
て、次のようにして分類される。

先ず、前述したようにして、異常放電データと、異常で
ない放電データとを分類する。次に、異常でない放電デ
ータＤから放電電圧を抽出して、第４図に示すヒストグ
ラムを作成する。

このヒストグラムには、正常放電を示す正規分布Q₁と、
この正規分布Q₁の低電圧側に位置する過渡的放電を示す
正規分布Q₂が現れる。

そこで、ギャップ量算出手段16−４は、正規分布Q₁に属
する放電データを正常放電データと分類し、正規分布Q₂
に属する放電データを過渡的放電データと分類する。し
かして、CPU16はこれらギャップ量Ｆ及び加工エネルギ
範囲Deを表示器21にグラフィック化して表示する。すな
わち、第５図乃至第７図はかかる表示例を示し、第５図
はワイヤ電極３が被加工物２の加工面から離れ過ぎてい
る状態であって、この場合加工にはまだ放電エネルギに
ついて余裕がある。又、第６図は範囲指示枠Ｋと被加工
物２の面との各位置がほぼ一致して最良の加工状態とな
っていることを示す。さらに第７図はワイヤ電極３が被
加工物２に接触していたり、又加工に無理がかかってい
る状態を示している。

このように上記一実施例においては、放電電圧及び放電
電流を取り込んで放電データを作成し、この放電データ
からワイヤ電極３と被加工物２との位置関係を求めると
ともにこれらワイヤ電極３と被加工物２との間の加工屑
の排出状況に応じた加工エネルギ範囲Deを求めてグラフ
ィック化して表示するようにしたので、放電加工中に現
在のワイヤ電極３と被加工物２との進行方向のギャップ
量Ｆが大きいのか小さいのかが視覚的に判り、かつその
ときの加工エネルギ範囲Deも大きいのか小さいのかが視
覚的に判る。これにより、正規の加工エネルギ範囲に対
する加工屑の排出状態の良否の割合をもってイメージ化
できる。このうち加工エネルギ範囲Deからはワイヤ電極
３と被加工物２との間における加工屑の量が分かる。す
なわち、加工エネルギ範囲Deが広ければ加工屑量は少な
く、狭ければ加工屑量は多いことを示している。しかる
に、これらギャップ量Ｆ及び加工エネルギ範囲Deの表示
結果からギャップ量Ｆ及び加工エネルギを最適に制御す
ることが可能となる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形しても良い。例えば、上
記一実施例において異常放電の分類は放電電圧によって
行なっているが、放電ピークや放電エネルギf1,f2…fn
のヒストグラムを作成してその正規分布から分類しても
よい。さらに、効率の表示はバー表示に限られるもので
はない。又、本装置はワイヤ放電加工装置に限らず、形
彫り放電加工や電解加工、さらには電圧信号及び電流信
号のサンプリングのレンジ変更により溶接機やレーザ応
用機器、照明機器、スパッタリング装置、PVDやCVDのプ
ラズマ加工装置などの放電応用機器にも適用できる。こ
のうちスパッタリング装置では放電状態を検出すること
で放電媒体の流量調整ができる。

［発明の効果］以上詳記したように本発明によれば、放電電極と被加工
物とのギャップ量及び加工エネルギ範囲をグラフィック
化して表示でき、この加工エネルギ範囲から放電電極と
被加工物との間の加工屑の排出状況を視覚的にイメージ
化して把握でき、加工エネルギ範囲を最適に制御するこ
とが可能にできる放電解析装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明に係わる放電解析装置の一実
施例を説明するための図であって、第１図は構成図、第
２図は機能ブロック図、第３図は放電加工状態の表示内
容を示す図、第４図は異常放電の分類の作用を説明する
ための図、第５図乃至第７図は放電加工状態の表示例を
示す図である。１……加工槽、２……被加工物、３……ワイヤ電極、４
……上部ワイヤガイド体、５……放電制御回路、６……
直流電源、７……電圧検出器、８……電流検出器、10…
…解析装置本体、11,12……アッテネータ、13,14……A/
D変換器、15……バス、16……CPU、16−１……信号採取
手段、16−２……放電データ作成手段、16−３……加工
状態表示手段、16−４……位置算出手段、16−５……加
工エネルギ算出手段、17……タイミングコントローラ、
18……RAM、19……ROM、20……表示駆動部、21……表示
器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記構成（イ）〜（ヘ）を具備し、被加工
物と放電電極との間に周期的に電圧を印加して前記被加
工物を放電加工する際の放電加工状態を解析する放電解
析装置。（イ）被加工物と放電電極との間の放電電圧及び放電電
流を検出する検出器。（ロ）前記検出器からの検出信号を所定の信号採取期間
にわたってディジタル変換して取り込む信号採取手段。（ハ）前記信号採取手段で採取された検出信号に基づい
て放電発生ごとに少なくとも放電電圧データ及び放電電
流パルス幅データから成る放電データを作成する放電デ
ータ作成手段。（ニ）前記放電データ作成手段で作成された放電電圧デ
ータを予め設定されている放電限界電圧と比較し、この
比較結果に基づいて異常放電データを検出するとともに
この異常放電データを除外した放電電圧データについて
ヒストグラムを作成し、この作成したヒストグラムの頻
度分布に基づいて正常放電データとこの正常放電データ
の低電圧側にて異なる分布モードを呈する過渡的放電デ
ータとに分類し、前記正常放電データに対応する放電電
流パルス幅データを合計して放電電流パルス幅総和値を
求め、前記信号採取期間に対するこの放電電流パルス幅
総和値の比をパルス発生間隔として求めた後、このパル
ス発生間隔に基づいて前記放電電極と前記被加工物との
ギャップ量を求めるギャップ量算出手段。（ホ）前記ギャップ量算出手段にて算出されたギャップ
量並びに前記異常放電データの数及び前記過渡的放電デ
ータの数により決定される加工限界値に基づいて前記放
電電極と前記被加工物との間における加工屑の排出状況
を示す加工エネルギ範囲を求める加工エネルギ範囲算出
手段。（ヘ）前記放電電極と前記被加工物とを前記ギャップ量
算出手段にて求められたギャップ量に対応した間隔でグ
ラフィック表示するとともに、前記加工エネルギ範囲
を、前記グラフィック表示されている放電電極を基準と
してグラフィック表示することにより前記放電加工状態
を表示する表示器。