JPH0761571B2

JPH0761571B2 - 放電分類装置

Info

Publication number: JPH0761571B2
Application number: JP1169618A
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: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPH0335934A

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、放電加工などの放電応用機器に発生する放電
を分類する放電分類装置に関する。

（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。

以上である。

しかしながら、上記各方法のうち及びの方法は定量
的な放電状態の判断でなく判断の結果にばらつきが生じ
る。又、の方法はオシロスコープの周波数帯域が放電
よりも遅く、リアルタイムで放電電圧及び放電電流を表
示することができない。さらに、放電の発生はランダム
でありかつ放電電圧及び放電電流は保持されないので、
オシロスコープに表示されている放電電圧及び放電電流
はいつの波形は判りにくくかつ波形からは定量的な判断
が困難である。の方法では良否の基準は例えば各メー
カにおいて設定したものであり、全ての放電状態の判断
に適用できるものではない。またの方法では各メーカ
ごとに異常回避策を講じており種々の断線予防をしてい
るが、そのために逆に最高効率の加工を実現できず例え
ば常に60〜70％の効率にしているなど、加工状態の検知
に正確さを欠くものである。そのうえ、及びの方法
で検出される放電電圧及び放電電流は平均値であって、
これら放電電圧及び放電電流からは被加工物とワイヤ電
極との間の短絡しか検出できない。ところが、実際の放
電の放電では被加工物とワイヤ電極との間に加工屑が除
去されずに存在し、この加工屑の量により放電状態が変
化するので、加工状態を認識するには細く放電状態を解
析する必要がある。しかしながら、上記各方法ではいず
れも放電状態を細く解析することが困難となっている。

（発明が解決しようとする課題）以上のように放電状態を細く解析することが困難であっ
た。

そこで本発明は、放電状態を分類できて細く解析できる
放電分類装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、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と、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と、前記信号採取手段で採取された
放電電圧検出信号及び放電電流検出信号に基づいて電圧
印加にもかかわらず放電電流が生じない無放電を除く放
電発生ごとの放電電圧データを作成する放電データ作成
手段と、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と異常でない放電
データとに分類する異常分類手段と、前記異常放電分類
手段にて分類された異常でない放電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及び前記正常放電データの
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
タとに分類する正常分類手段とを具備してなる放電分類
装置である。

また、本発明は、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と、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と、前記信号採取手段で採取
された放電電圧検出信号及び放電電流検出信号に基づい
て電圧印加にもかかわらず放電電流が生じない無放電を
除く放電発生ごとの放電電圧ピークウ値データを作成す
る放電データ作成手段と、前記放電データ作成手段で作
成された放電電流ピーク値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及び前記正常放電データの低電流ピ
ーク値側にて異なる分布モードを呈する過渡的放電デー
タ及び前記過渡的放電データの低電流ピーク値側にて異
なる分布モードを呈する異常放電データに分類する分類
手段とを具備してなる放電分類装置である。

（作用）このような手段を備えたことにより、放電応用機器の放
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侵害採取期間ごとに
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。そして、これら放電データか
ら異常分類手段により放電電圧が所定レベル以下であれ
ば、この放電電圧の放電状態が異常であると分類され、
さらに正常分類手段により異常と分類されたデータを除
いた残りの放電データから各パメータのヒストグラムを
作成し、その頻度から放電状態が少なくとも２つに分類
される。

又、上記手段を備えたことにより、上記放電データから
電流ピークのヒストグラムが作成され、このヒストグラ
ムの頻度分布から放電状態が分類される。

（実施例）以下、本発明の第１実施例について図面を参照して説明
する。

第１図は放電分類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は分類装置本体であって、この分類装置本体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から接続されている。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、取込んだ印加電圧及び放電電流
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
の良否を判断する内容の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
グプログラムによる各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毎に同時には電圧検出信号、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期
間ΔＨに設定されている。しかるに、各A/D変換器13,1
4、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、異常分類プログラム及び正常分類
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、異常分類手段16−３及び正常分類手段
16−４の各機能を有するものとなる。なお、信号採取手
段16−１は上記の如くこの手段16−１の一部の機能を有
している。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
るものであり、又異常分類手段16−３は放電データ作成
手段16−２で作成された放電電圧が所定レベルの放電限
界電圧以下であればこの放電電圧での放電状態は異常で
あると分類する機能を有するものである。そして、正常
分類手段16−４は放電データ作成手段16−２で作成され
た放電データから異常分類手段16−３で異常と分類され
たデータを除き、残りの放電データから放電電圧のヒス
トグラムを作成してその頻度から被加工物２とワイヤ電
極３との間の加工屑が十分清掃された場合の放電状態
と、同加工屑が十分清掃されない場合の放電状態とに分
類する機能を有するものである。

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との間に放電が発生す
る。この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
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1
3,14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込む。
つまり、各A/D変換器13,14は一定間隔ΔＨ毎の各信号採
取期間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る８ビットにディジタル変
換して取込む。これにより、１回の信号採取期間例えば
信号採取期間S₁において上記Ｂのデータが取込まれる。
このように１回の信号採取期間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
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10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
号からそれぞれ第３図に示すような放電電圧及び放電電
流の各波形を求め、これら波形から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
形から各放電における放電開始a1,a2…anや放電終了b1,
b2…bn、放電電圧c1,c2…cn、電流ピークd1,d2…dn、電
流パルス幅e1,e2…en、放電エネルギf1,f2,fn、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RAM18にテーブル化して記憶する。

次にCPU16の異常分類手段16−３は予め設定された放電
限界電圧と各放電電圧c1,c2…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する。このよ
うに異常放電が検出されると、この異常放電c2の発生番
号「２」の放電開始a2や放電終了b2、放電電圧c2、電流
ピーク値d2の各データがテーブルから抹消される。な
お、この場合、発生番号「２」はRAM18に形成された異
常放電のテーブルに移される。これにより、異常放電
（アーク放電パルス）と正常放電とが分類される。

次にCPU16の正常分類手段16−４は異常放電が抹消され
た放電データＤから放電電圧c1,c3,c4…cn−1,cnを抽出
して第４図に示す放電電圧のヒストグラムを作成する。
このようにして作成されたヒストグラムには２つの正規
分布Q₁,Q₂が現れる。ここで、正規分布Q₁は被加工物２
とワイヤ電極３との間が加工液の流れにより十分に清浄
化されて加工屑が取り去られた状態における放電電圧を
示しており、この状態で放電電圧が正規分布Q₁を示すの
は被加工物２とワイヤ電極３との間の僅かな残留加工屑
により放電抵抗値の変動やワイヤ電極３の振動等による
被加工物２とワイヤ電極３との間のギャップ量の変化に
よってばらつくことに起因する。一方、正規分布Q₂は正
規分布Q₁での放電加工から例えば加工速度を速めた場合
であって、この場合は被加工物２とワイヤ電極３との間
にかなりの加工屑が残り、この加工屑によってギャップ
間の抵抗値が小さくなって放電電圧が低くても放電が生
じている過渡的な放電を示している。しかるに、正常分
類手段16−４は清浄の放電から真に正常な放電と過渡的
な放電を分類する。

このように上記一実施例においては、放電電圧及び放電
電流の各検出信号採取して放電データＤを作成し、この
放電データから放電電圧が放電限界電圧以下であればこ
の放電電圧の放電状態は異常であると分類するようにし
たので、放電は正常であるか異常つまりアーク放電パル
スか短絡であるかが定量的に判別できる。

さらに、異常放電と判定されなかった放電データを正常
放電データと過渡的放電データとに分類したことによ
り、従来は、正常放電と判定された放電データの中から
要注意状態である過渡的放電状態を判別することができ
るようになり、放電状態判定精度が著しく向上する。

すなわち、一般に、前記正常放電とは、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
が起こる状態のことをいう。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。

これに対して、過渡的放電は、加工屑の一部が残存した
ままである場合、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
放電状態のことをいう。

この過渡的放電は、電気的導通（アーク放電又は短絡）
状態である加工不能な異常放電と異なり、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、ワイヤ電極３の断線の危険性が高く、加工
条件の変更を必要とする。

従って、この実施例のように、正常放電と過渡的放電状
態を峻別して放電状態を判定することにより、ワイヤ電
極３の断線等の最悪の事態を未然に防止することができ
るようになり、放電加工能率及び放電加工精度の向上に
寄与することができる。

次に本発明の第２実施例について説明する。なお、同実
施例のハードウェア構成は第１図に示す装置と同一なの
で、同図の符号を用いて異なる機能部分のみ説明する。
ROM19には信号採取プログラム、放電データ作成プログ
ラム及び分類プログラムが記憶されている。これによ
り、CPU16は第５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及び分類手段16−５の各機能
を有するものとなる。ここで、分類手段16−５は放電デ
ータ作成手段16−２で作成された放電データＤから電流
ピークのヒストグラムを作成し、このヒストグラムの頻
度分布から放電状態を異常、過渡的及び真の正常に分類
する機能を有するものである。

このような構成であれば、分類手段16−５は上記放電デ
ータＤから電流ピークd1,d2,d3,…dnのヒストグラムを
作成する。第６図及び第７図は電流ピークのヒストグラ
ムであって、第６図では正規分布が２つ現われ、第７図
では正規分布が３つ現われている。第６図のヒストグラ
ムでの放電の分類を説明すると、分類手段16−５はヒス
トグラムの変曲点を通るスレッショルドS₁を設定し、こ
のスレッショルドS₁を境界としてヒストグラムを２群
P₁,P₂に分ける。そして、分類手段16−５はヒストグラ
ム群P₁を真に正常な放電とするとともにヒストグラム群
P₂を過渡的な放電と分類する。又、第７図のヒストグラ
ムでの放電の分類を説明すると、分類手段16−５はヒス
トグラムの各変曲点を通る各スレッショルドS₂,S₃を設
定し、これらスレッショルドS₂,S₃を境界としてヒスト
グラムを３群P₁,P₂及びP₃に分ける。そして、分類手段1
6−５は上記同様にヒストグラム群P₁を真に正常な放電
とするとともにヒストグラム群P₂を過渡的な放電とし、
さらにヒストグラム群P₃を異常放電（アーク放電パルス
や短絡）と分類する。

このように上記第２実施例においては、放電データＤか
ら電流ピークのヒストグラムを作成してその頻度分布か
ら放電状態を真に正常な放電、過渡的な放電及び異常放
電と分類するようにしたので、上記第１実施例と同様の
効果を奏することができる。そのうえ、放電電流は加工
条件及び加工状態を総合的に反映しかつ不安定要素やノ
イズは含まれないので、放電の分類結果の信頼性が高
い。

なお、本発明は上記各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よい。例えば、第
１実施例において異常放電と正常放電との分類は放電エ
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。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］本発明は、放電状態を、正常放電及び過渡的放電及び異
常放電に分類することにより、放電状態判定精度を向上
させることができる。すなわち、正常放電とは、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、
次の放電が起こる状態のことをいう。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。これに対して、過渡的放電
は、加工屑の一部が残存したままである場合、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放電状態のことをいう。こ
の過渡的放電は、電気的導通（アーク放電又は短絡）状
態である加工不能な異常放電と異なり、放電加工は行わ
れるが、その加工能力は小さく、ワイヤ電極の断線の危
険性が高く、加工条件の変更を必要とする。

従って、本発明のように、正常放電と過渡的放電状態を
峻別して放電状態を判定することにより、ワイヤ電極の
断線等の最悪の事態を未然に防止することができるよう
になり、放電加工能率及び放電加工精度の向上に寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明に係わる放電分類装置の第１
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図は放電電圧及び放電電
流の波形図、第４図は放電の分類作用を説明するための
図、第５図は本発明装置の第２実施例の機能ブロック
図、第６図及び第７図は放電の分類作用を説明するため
の図である。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…
…モニタ装置本体、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……異
常分類手段、16−４……正常分類手段、16−５……分類
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）〜（ホ）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分類する放電分
類装置。（イ）前記被加工物と前記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放電電圧検出信号
及び放電電流検出信号に基づいて電圧印加にもかかわら
ず放電電流が生じない無放電を除く放電発生ごとの放電
電圧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と異常でない放電デ
ータとに分類する異常分類手段。（ホ）前記異常放電分類手段にて分類された異常でない
放電データについてヒストグラムを作成し、この作成し
たヒストグラム頻度分布に基づいて正常放電データ及び
前記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正常分類手段。
【請求項２】下記構成（イ）〜（ニ）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分類する放電分
類装置。（イ）前記被加工物と前記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放電電圧検出信号
及び放電電流検出信号に基づいて電圧印加にもかかわら
ず放電電流が生じない無放電を除く放電発生ごとの放電
電流ピーク値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放電電流ピー
ク値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、
この正常放電データの低電流ピーク値側にて異なる分布
モードを呈する過渡的放電データ及びこの過渡的放電デ
ータの低電流ピーク値電流ピーク値側にて異なる分布モ
ードを呈する異常放電データに分類する分類手段。