专利名称：放电检测方法以及放电加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过在形成于工具电极与工件之间的加工间隙中发 生放电而加工工件的》丈电加工装置。特别，本发明涉及以电方式检测 发生在加工间隙中的放电的放电检测方法。
背景技术：
在放电加工装置中，对形成在工具电极与工件之间的加工间隙反
复施力口电压脉冲。 一般，力口工间隙被电介液充满，具有几nm ~几十nm 的尺寸。通过施加电压脉冲，在加工间隙中发生放电或火花，放电加 工装置通常以电方式检测放电。专利文献1-5公开了具备放电检测 装置或放电检测电路的放电加工装置。
从施加电压脉冲到发生放电为止的期间被称为延迟时间。延迟时 间是包含零的不确定的值。在发生放电的同时，电流开始经由加工间 隙流过。当从发生放电起经过规定期间("导通时间，，)时，停止供给 电流。当导通时间结束起经过规定期间("截止时间")时，再次对加 工间隙施加电压脉沖。导通时间与截止时间是放电加工装置的NC装 置控制的重要的参数之一 。
参照图4-8来说明具备放电检测装置的以往的放电加工装置。 如图4中所示，微小的加工间隙12形成在工具电极11与工件10之 间。由直流电源4、限流电阻7以及开关元件8构成的第一串联连接 与加工间隙12连接。直流电源4的电压i殳定在60V至150V之间。 由直流电源5、限流电阻6以及开关元件9构成的第二串联连接与第 一串联连接并联地连接于加工间隙12。直流电源5的电压设定在90V 至280V之间。具有一对电阻13、 14的分压器对加工间隙12间的电 压Vgap进行检测。间隙电压Vgap被供给到放电检测装置3 。开关元件8、 9的导通/截止动作是通过栅极信号Gate控制的。 栅极信号发生装置2生成栅极信号Gate，栅极信号Gate还被供给到 放电检测装置3。在NC装置1中生成指令导通时间的数据ON_Data 与指令截止时间的数据OFF_Data，并提供给栅极信号发生装置2。 NC装置1还将表示基准电压的数据Vref一Data提供给放电检测装置 3。放电检测装置3将表示放电的放电检测信号spark提供给栅极信 号发生装置2。
参照图5，说明栅极信号发生装置2的一个例子。栅极信号发生 装置2包括选择器23、 AND门25、计数器20、比较器21、选择器 22以及T触发器24。时钟信号CLK1经由AND门25被输入到选择 器23。 AND门25仅在信号spark是导通时使时钟信号CLKl通过。 而且，时钟信号CLK2被送到选择器23。选择器23择一地将时钟信 号CLKl作为信号ON_CLK、或者将时钟信号CLK2作为信号 OFF一CLK而供给给计数器20。计数器20对信号ON_CLK或信号 OFF—CLK进行计数。计数器20的输出Q向比较器21的输入A连接。 指令导通时间的数据ON_Data与指令截止时间的数据OFF_Data被 提供到选择器22。选择器22的输出O向比较器21的输入B连接。 比较器21的输出A-B向计数器20的复位输入RES与T触发器24 的输入T连接。T触发器24生成用于开关元件8、 9的信号Gate。信 号Gate还被被供给到选择器22的输入S与选择器22。
参照图6，说明栅极信号发生装置2的动作。指令导通时间的数 据ON_Data被设定为"6",指令截止时间的数据OFF一Data被设定为 "4"。在时间tl，在计数器20中信号OFF_CLK的计数达到"4，，时， 如图6(A)中所示，比较器21发生脉沖A-B。由于脉沖A-B，计 数器20中的计数"4"复位为"0"，如图6(B)中所示，T触发器24 将信号Gate的电平从"0，，切换为"1"。响应于"l"电平的信号Gate,直 流电源4、 5的电压被施加到加工间隙12。而且，选择器23选择信号 ON_CLK,选择器22选择指令导通时间的数据ON—Data。
在从时间tl经过了不确定的延迟时间tw的时间t2，如图6(C)
5A-B，计数器20中的计数"6"复位为"0",如图 6(B)中所示，T触发器24将信号Gate的电平从"1"切换为"0"。响 应于"0"电平的信号Gate,开关元件8、 9成为截止，停止向加工间隙 12施加电压。而且，选择器23选择信号OFF一CLK，选择器22选择 指令截止时间的数据OFF一Data。如图6 (E)中所示，计数器20开 始信号OFF_CLK的计数。在时间t4，在计数器20中信号OFF—CLK 的计数再次达到"4"对，如图6(A)中所示，比较器21发生脉冲A =B。参照图7，说明放电检测装置3的一个例子。放电检测装置3包 括基准电压发生器31、比较放大器34以及AND门35。 NC装置1 将表示基准电压的数据Vref_Data提供给基准电压发生器31。数据 Vref—Data是根据直流电源4、 5的电压等条件的设定而决定的。基准 电压发生器31根据数据Vref_Data发生基准电压Vref。间隙电压 Vgap经由保护电阻32被供给到比较放大器34的一个端子。基准电 压Vref经由保护电阻33被供给到比较放大器30的另一个端子。比 较放大器34将间隙电压Vgap与基准电压Vref进行比较，输出二值 信号CP。信号CP在间隙电压Vgap低于基准电压Vref时是导通。 在信号Gate与CP都是导通时，作为AND门35的输出的信号spark 是导通。参照图8，说明放电检测装置3的动作。关于图8中的左侧的电 压波形，假设仅使用80V的直流电源4。在时间tO,如图8 (D)中 所示信号Gate变为导通时，如图8(A)中所示，间隙电压Vgap开 始上升。在时间tl，间隙电压Vgap达到基准电压Vref时，如图8(C) 中所示，信号CP变为截止。在开始放电的时间t2，如图8(A)中所 示，间隙电压Vgap开始下降，如图8(B)中所示，电流Igap开始 经由加工间隙12流过。在时间t3，间隙电压Vgap变得低于基准电压Vref时，如图8 (C)中所示，信号CP变为导通，如图8 (E)中所 示，信号spark也变为导通。这样，放电检测信号spark延迟从时间 t2至时间t3为止的延迟时间tdl后上升。在从时间t3起经过了指令 导通时间的时间t4，如图8(D)中所示，信号Gate变为截止，如图 8 (E)所示，信号spark也变为截止。在时间t5，如图8 (B)中所 示，间隙电流Igap变为零。在图8中的右侧示出了在加工了具有高电阻率的工件10的情况 下呈现的典型的电压波形。假"^^吏用直流电源4、 5这两方，并对加 工间隙12施加150V左右的高电压。在时间t6，如图8(D)中所示 信号Gate变为导通时，如图8(A)中所示，间隙电压Vgap开始上 升。在时间t7,间隙电压Vgap开始下降。在时间t8，间隙电压Vgap 变得低于基准电压Vref时，如图8(E)中所示，信号spark变为导 通。从时间t7至时间t8为止的信号spark的上升的延迟时间td2比 延迟时间tdl还大。这样的延迟时间tdl、 td2特别损害在孩4:细加工中 要求的导通时间的高精度控制。专利文献l:日本特公昭44 - 13195号公报专利文献2:日本特许3582370号公报图14 - 15专利文献3:日本特许3396515号>^净艮专利文献4:日本特开2001 - 038527号公报专利文献5:日本特〃>昭46 - 24678号公才艮发明内容本发明的目的在于提供一种使表示放电的放电检测信号的延迟 最小化的放电检测方法以及放电加工装置。另外，本发明的目的在于 提供一种不论间隙电压的波形、加工条件而可以正确地检测出放电的 放电检测方法以及放电加工装置。根据本发明，提供一种对在形成于工具电极(11)与工件(10) 之间的加工间隙(12)中发生的放电进行检测的放电检测方法，包括发生栅极信号的步骤；7在栅极信号是导通的期间，为了发生放电而对加工间隙施加电压的步骤；对加工间隙的间隙电压进行检测的步骤；以及在栅极信号是导通的期间，在每个采样时间输入间隙电压，在间 隙电压的下降大于规定的电压差时判断为发生了放电的步骤。 另外，根据本发明，提供一种放电加工装置，通过放电对工件进行加工，该放电加工装置具有发生栅极信号(Gate)的栅极信号发 生装置(2);在栅极信号是导通时，对形成在工具电极(11)与工 件(10)之间的加工间隙(12)施加电压的单元；以及对加工间隙的 间隙电压(Vgap)进行检测的间隙电压检测器(13、 14)，该放电加 工装置的特征在于放电检测装置(30)，该放电检测装置(30)包括的电压差的比较器(42)':根据」述比较i的输出信号将表示放电的放电检测信号(spark)提供给栅极信号发生装置。优选为，放电检测装置包括第二比较器(41),在每个采样时 间输入间隙电压并判断间隙电压的上升；第一锁存电路(37),与第 一以及第二比较器连接，在每个上述采样时间保持最新的间隙电压； 以及第二锁存电路(38)，与第二比较器连接，仅在第二比较器判断 出间隙电压的上升时保持最新的间隙电压。进一步优选为，放电检测 装置包括第三比较器(43)，该第三比较器与上述第二比较器以及上 述第二锁存电路连接，输入表示规定的电压差的数据。根据本发明的放电检测方法以及放电加工装置，不论间隙电压的 波形、加工条件都可以正确地检测放电。因此，可以按照指令控制在 加工间隙中发生的电流脉冲的宽度。其结果，可以实现精度更高的微细力口工o
图l是示出本发明的放电检测装置的框图。图2是示出图1的放电检测装置的动作的时序图。图3是示出图1的放电检测装置的其他动作的时序图。图4是示出以往的放电加工装置的框图。图5是示出图4中的栅极信号发生装置的框图。图6是示出图5的栅极信号发生装置的动作的时序图。图7是示出图4中的放电检测装置的框图。图8是示出图7的放电检测装置的动作的时序图。标号说明1NC装置2栅极信号发生装置3放电检测装置4、 5电源6、 7限流电阻8、 9开关元件10工件11工具电极12加工间隙13、 14电阻20计数器21比较器22、 23选择器24T触发器25 AND门30放电检测装置31基准电压发生器32、 33保护电阻34比较放大器35 AND门36 A/D变换器 37、 38锁存电路39D触发器 41、 42、 43比较器 45、 47反相器 46 二进制计数器61、 63D触发器62、 64D触发器71、 72、 73、 74 AND门具体实施方式
参照图1，说明具备放电检测装置30的本发明的放电加工装置。 放电加工装置具备图4中的NC装置1、栅极信号发生装置2以及间 隙电压检测器13、 14，但省略它们的说明。间隙电压Vgap与栅极信 号Gate被供给到放电检测装置30，放电检测装置30将表示放电的信 号spark供给给栅极信号发生装置2。间隙电压Vgap被供给到A/D 变换器36。 A/D变换器36每当输入系统时钟SYS—CLK时，将表示 间隙电压Vgap的数字数据Vgap_Data提供给锁存电路37、 38。锁存 电路37、 38在脉冲被提供到输入L时保持最新的数据Vgap—Data。 锁存电路37的输出OUT向比较器41、 42的各输入A连接。锁存电 路38的输出OUT向比较器41的输入B和比较器43的输入A连接。比较器41在每个采样时间判断间隙电压Vgap的上升。在间隙 电压Vgap上升时，比较器41的输出信号A〉B是导通状态。比较器 42在每个采样时间判断间隙电压Vgap的下降是否大于规定的电压 差。在间隙电压Vgap的下降大于规定的电压差时，比较器42的输出 信号A<B是导通状态。表示规定的电压差的数据被提供到比较器43 的输入B。信号Gate通过反相器45反转后，被供给到锁存电路37、 38、 D 触发器39以及二进制计数器46的各复位输入R。 二进制计数器46 输入系统时钟SYS—CLK ,发生决定采样时间的采样时钟 sample—CLK。在一个栅极信号是导通的期间，发生多个采样时钟10sample—CLK。采样时钟sample_CLK的频率通过其输出Qn可以设 定为期望的值。在将系统时钟SYS一CLK的频率设为40MHz时，例 如，采样时钟sample—CLK的频率在输出QO时为20MHz,在输出 Ql时为lOMHz，在输出Q2时为5MHz,在输出Q3时为2.5MHz。 优选为，釆样时钟sample_CLK的频率与信号Gate相比大100倍左 右。在导通时间是lOps时，例如，频率被J殳定为lOMHz。采样时钟sample一CLK净皮供给到D触发器61、 63的级联连接。 另外，采样时钟sample_CLK通过反相器47反转后，被供给到D触 发器62、 64的级联连接。系统时钟SYS—CLK被供给到D触发器61、 63、 62、 64、 39。D触发器61的输出Q净皮供给到D触发器63的输入D和AND 门71。 D触发器63的输出Q净皮反转而供给到AND门71。 AND门 71发生表示采样时钟sample一CLK的上升的脉冲CMP_CP。脉冲 CMP_CP被供给到锁存电路37的输入L和AND门81。这样，锁存 电路37每当采样时钟sample—CLK上升时，保持最新的数据 Vgap_Data。向AND门81供给比较器42的输出A<B。 AND门81 将脉冲VD供给给D触发器39的输入D。 D触发器39将信号spark 供给给栅极信号发生装置2。D触发器62的输出Q被供给到D触发器64的输入D和AND 门72。 D触发器64的输出Q ,皮反转而供给到AND门72。 AND门 72将脉冲Latch供给给AND门82。脉冲Latch是与脉冲CMP—CP 同步地发生，表示釆样时钟sample_CLK的下降。向AND门82供给 比较器41的输出A>B。 AND门82将脉冲VU供给给锁存电路38的 输入L。这样，锁存电路38保持数据Vgap一Data的最大。参照图2，说明放电检测装置30的动作。假设仅使用90V的直 流电源4，提供给比较器43的规定的电压差数据是"10"。在时间t0， 如图2 (A)中所示信号Gate是截止，锁存电路37、 38的输出数据 都是"0"。在信号Gate变为导通的时间tl,如图2 (H)中所示间隙 电压Vgap开始上升，二进制计数器46开始计数。如图2 (B)中所示，在最初的采样时钟sample_CLK上升了的时间t2,如图2 (C) 中所示，AND门71将最初的脉冲CMP一CP供给给锁存电路37。在 该时刻，如图2 (D)中所示，锁存电路37保持最新的数据 Vgap—Data"8"。数据Vgap—Data"8"被供给到比较器41、 42的各输入 A。由于比较器41的输入B仍为"O",所以比较器41的输出A>B变 为导通。在最初的采样时钟sample_CLK下降了的时间t3，最初的脉冲 Latch通过AND门82，如图2(E)中所示，作为脉冲VU，被供给 到锁存电路38的输入L。锁存电路38保持数据Vgap_Data"8"。间 隙电压Vgap继续上升，连续地发生脉冲VU。在时间t4,锁存电路 38保持数据Vgap一Data"90"。在时间t5,锁存电路37保持数据 Vgap_Data"89",比较器41的输出A>B变为截止。以后，由于比较 器41的输入B不超过"90"，所以如图2 (E)中所示，AND门81已 不发生脉冲VU。在时间t6,加工间隙的绝缘特性被破坏，开始放电。在从开始放 电后发生了最初的脉冲CMPj:P的时间t7,如图2 (D)中所示，锁 存电路37保持最新的数据Vgap_Data"78"。由于比较器42的输入B 是"80"，所以比较器42的输出信号A<B变为导通。其结果，如图2 (F)中所示，AND门81将脉冲VD供给给D触发器39。如图2(G) 中所示，D触发器39响应于脉冲VD而使信号spark导通。在信号 Gate变为导通的时间t8， D触发器39使信号spark截止。参照图3，说明放电检测装置30的其他动作。假设仅使用90V 的直流电源4，提供给比较器43的规定的电压差数据是"10"。在开始 放电的时间tl,锁存电路38保持数据Vgap一Data"60"。在从开始放 电后发生了最初的脉冲CMP—CP的时间t2，如图3 (D)中所示，锁 存电路37保持最新的数据Vgap_Data"45，，。其结果，如图3(G)中 所示，D触发器39响应于脉冲VD而使信号spark导通。这样，即使 在间隙电压Vgap未达到90V而开始方文电的情况下，也可以无延迟地 检测;改电。的目的而选择的，考虑上 述启示可以实现多种变形。
权利要求
1.一种放电检测方法，对在形成于工具电极(11)与工件(10)之间的加工间隙(12)中发生的放电进行检测，该放电检测方法的特征在于，包括发生栅极信号的步骤；在栅极信号是导通的期间，为了发生放电而对加工间隙施加电压的步骤；对加工间隙的间隙电压进行检测的步骤；以及在栅极信号是导通的期间，在每个上述采样时间输入间隙电压，在间隙电压的下降大于规定的电压差时判断为发生了放电的步骤。
2. —种放电加工装置，通过放电对工件进行加工，该放电加工 装置具有发生栅极信号的栅极信号发生装置(2);在栅极信号是 导通时，对形成在工具电极与工件之间的加工间隙施加电压的单元； 以及对加工间隙的间隙电压进行检测的间隙电压检测器(13、 14)， 该放电加工装置的特征在于放电检测装置(30)，该放电检测装置(30 )包括在每个采样时间输入间隙电压并判断 间隙电压的下降是否大于规定的电压差的比较器(42)，根据上述比 较器的输出信号将表示放电的放电检测信号提供给上述栅极信号发 生装置。
3. 根据权利要求2所述的放电加工装置，其特征在于，上述放 电检测装置包括第二比较器(41)，在每个采样时间输入间隙电压 并判断间隙电压的上升；第一锁存电路(37)，与上述第一以及第二 比较器连接，在每个上述采样时间保持最新的间隙电压；以及第二锁 存电路(38)，与上述第二比较器连接，仅在上述第二比较器判断出 间隙电压的上升时保持最新的间隙电压。
4. 根据权利要求3所述的放电加工装置，其特征在于， 上述放电检测装置包括第三比较器(43),该第三比较器与上述第二比较器以及上述第二锁存电路连接，输入表示上述规定的电压差的数据。
5.根据权利要求2所述的放电加工装置，其特征在于， 上述放电检测装置包括计数器(46),该计数器发生决定采样时 间的采样时钟，该采样时钟具有比上述栅极信号高的频率。
全文摘要
一种放电加工装置，具有发生栅极信号(Gate)的栅极信号发生装置(2)；在栅极信号是导通时，对形成在工具电极(11)与工件(10)之间的加工间隙(12)施加电压的电源；对加工间隙的间隙电压(Vgap)进行检测的间隙电压检测器(13、14)；以及将表示放电的放电检测信号(spark)提供给栅极信号发生装置的放电检测装置(30)。放电检测装置(30)包括发生具有比栅极信号高的频率的采样时钟(sample_CLK)的计数器(46)；以及在每个采样时钟输入间隙电压，判断间隙电压的下降是否大于规定的电压差的比较器(42)。根据该比较器的输出信号(A＜B)发生放电检测信号。
文档编号B23H7/20GK101631638SQ20088000550
公开日2010年1月20日 申请日期2008年3月24日 优先权日2007年3月22日
发明者原田武则, 金子雄二 申请人:沙迪克株式会社