專利名稱：線切割放電加工機的線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及線切割放電加工機中，檢測對應在線電極和導電性對象物(被加工件或夾具)接觸和不接觸的邊界的線電極相對于導電性對象物的相對位置?？衫迷摼€電極的相對位置確定加工的基準位置。
有時也會直接使用線電極和被加工件的接觸位置作為加工基準位置，另外，有時也用與接觸位置有特別關系的其他位置作為加工基準位置。例如，將線電極穿過相對于被加工件的加工開始位置形成的圓孔，通過在3個方向相對移動，確定了圓孔的內壁與線電極的接觸位置的3點，往往采用通過這3點的圓弧的中心位置作為加工基準位置。
要正確地確定加工基準位置就必須首先正確地求得線電極和被加工件的接觸位置。接觸位置的檢測一般是通過在線電極和被加工件之間施加檢測電壓，通過檢測與接觸/非接觸對應的檢測電壓的差異或推移來進行的。但是，在如下所述實際確定接觸位置時，由于會產生表示接觸/非接觸中間狀態(tài)(不穩(wěn)定狀態(tài))的灰色區(qū)域，要重復性良好地確定接觸位置是困難的。
要求得線電極和被加工件的接觸位置，首先將線電極置于確實離開被加工件的位置(非接觸狀態(tài))，從該位置起在兩者間施加了接觸檢測用電壓的狀態(tài)下使線電極朝向被加工件相對移動。然后，通過從接觸檢測用的電壓值的推移來檢測出線電極相對于被加工件從非接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)，將該檢測出的時刻的板線電極相對于被加工件的相對位置定為‘接觸位置’。在這里，線電極從非接觸狀態(tài)往接觸狀態(tài)的移動是利用施加在線電極和被加工件之間的檢測電壓從對應于非接觸狀態(tài)的值變化到對應于接觸狀態(tài)的值來判斷的。
但是，實際上線電極從非接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)時的接觸電壓的變化不穩(wěn)定，其重復性不好。其起因被認為主要是線電極從非接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)時經過伴隨著振動的不穩(wěn)定狀態(tài)。為了降低接觸檢測時所產生的對線電極的機械的及電氣的破壞性影響，由于以相當大的移送速度連續(xù)供給線電極以使線電極和被加工件的接觸部分經常更新，因此線電極的振動就不可避免地發(fā)生。這樣的線電極的振動當然就會使線電極和被加工件的接觸狀態(tài)不穩(wěn)定。
再有，由于在線電極和被加工件的表面存在油脂和因電解產生的絕緣膜，以及即使線電極與被加工件完全接觸時因兩者的接觸壓力太小等，即使實際上兩者已機械接觸，有時檢測電壓也不會顯示出明顯的變化。
當觀察線電極從遠離被加工件的位置向被加工件相對移動的過程中檢測電壓的推移時，大致如下。線電極從完全離開被加工件的狀態(tài)向被加工件相對移動，從那刻起，在不穩(wěn)定的狀態(tài)下與被加工件的接觸開始時，觀察到最初的檢測電壓的降低。該最初的檢測電壓的降低被認為是對應于線電極相對于被加工件開始接觸時的現象。然后，其后檢測電壓暫時頻繁變化。然后維持較低的檢測電壓而不再變化。該較低的檢測電壓不再變化的狀態(tài)姑且被認為是代表完全接觸的狀態(tài)。
如上所述，在線電極完全離開被加工件的狀態(tài)和完全接觸的狀態(tài)之間存在接觸·非接觸不穩(wěn)定的狀態(tài)的事實使得難以明確地確定上述的接觸位置，即，線電極從相對于被加工件從非接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的時刻的線電極的相對位置。為此，將施加檢測電壓進行監(jiān)控的同時使線電極相對于被加工件接近并使之接觸的過程實行多次時，每次都會觀察到不同的檢測電壓的推移，因此，不能以高的可靠性得到接觸位置。換句話說，要以現有的方式、以良好的重復性求出對應于線電極和被加工件的接觸狀態(tài)和非接觸狀態(tài)邊界的線電極相對于被加工件的相對位置是困難的。
對此，雖有例如重復進行接觸位置的檢測，采用將所得到的接觸位置檢測值進行平均的統(tǒng)計方法，但并未根本解決上述問題，為了確保檢測位置的足夠的重復性和高的精度就需要增加檢測動作的重復次數，使得效率變差。
本發(fā)明通過能夠以良好的重復性檢測出線切割放電加工機的線電極和對象物的接觸·非接觸邊界位置的線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置解決了上述問題。
根據本發(fā)明，線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置具有在上述線電極和上述對象物之間施加檢測電壓的施加電壓裝置；使上述線電極和上述對象物相對移動的相對移動裝置；利用上述相對移動裝置控制上述線電極相對于上述對象物的相對接近移動以及相對遠離移動的控制裝置；在上述相對接近移動和相對遠離移動的過程中，根據檢測電壓判定有關上述線電極和上述對象物的接觸·非接觸狀態(tài)的接觸判斷裝置。
而且，上述控制裝置控制上述相對移動裝置，使得在上述相對接近移動實行到上述線電極和上述對象物成為完全接觸的狀態(tài)后，實行上述相對遠離移動；上述接觸判斷裝置在上述相對遠離移動過程中，根據與檢測電壓的推移相關的第一基準來判定上述線電極相對于上述對象物從完全接觸狀態(tài)的脫離；將從上述完全接觸狀態(tài)脫離剛開始的時刻的上述線電極的相對位置作為線接觸·非接觸邊界位置。
也可以如下構成線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置。此處，上述接觸判斷裝置在上述相對的接近移動過程中，根據與檢測電壓的推移相關的第二基準判斷上述線電極相對于上述對象物開始接觸；上述控制裝置控制上述相對移動裝置使得上述相對的接近移動從上述接觸開始的相對位置再實行遠離預定的一定距離。
另外，也可以如下構成線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置。上述接觸判斷裝置在上述相對的接近移動的過程中，根據與檢測電壓的推移相關的第三基準判斷上述線電極已經與上述對象物完全接觸的狀態(tài)；上述控制裝置根據利用上述第3基準的判斷而使上述相對的接近移動結束，隨后，控制上述相對移動裝置使上述相對的遠離移動開始。再有，上述對象物雖典型的是被加工件，但代替它的也可以是定位用的夾具。
這樣在本發(fā)明中，首先將線電極從遠離對象物的位置移向相對接近直至兩者完全接觸的狀態(tài)。在兩者完全接觸的狀態(tài)下，線電極的振動完全停止，兩者間產生新的絕緣薄膜的可能性非常小，即使假定產生了，由于兩者的摩擦而被立即除去，使得接觸狀態(tài)極為穩(wěn)定。
另外，為了保證到達完全的接觸狀態(tài)，可以采用適當的基準(第2基準例如檢測電壓最初低于一定的基準)檢測出接觸狀態(tài)的開始，從那開始只要再追加預定的一定距離的接近移動即可。一定距離可以考慮接觸狀態(tài)的開始位置的波動值來設計確定。
或者，也可以依據適當的基準(第3基準，例如檢測電壓達到一定的基準以下的狀態(tài)是否持續(xù)規(guī)定的時間)來判斷是否到達完全的接觸狀態(tài)。用于判斷處于完全接觸狀態(tài)的‘規(guī)定時間’可以設定成足夠探測到兩者的接近速度和線的振動幅度等所必需的值。
其次，使兩者向遠離的方向移動的同時，在該過程中，檢測從完全接觸狀態(tài)的脫離，檢測出發(fā)生該脫離時的相對位置，以此作為代表線和對象物的接觸·非接觸邊界的位置。從完全接觸狀態(tài)的脫離是依照與檢測電壓相關的第1基準來判斷的。在這里，作為‘第1基準’可以采用例如‘檢測電壓從表示完全接觸狀態(tài)的低電平上升達到規(guī)定電壓以上’。
這里重要的是，一旦從完全非接觸狀態(tài)移動到完全接觸狀態(tài)后的遠離過程的‘從完全接觸狀態(tài)的脫離’與上述接近過程中的狀態(tài)推移(例如，檢測出檢測電壓降低到一定基準以下)相比較遠為穩(wěn)定，該位置的重復性也很好。
因此，采用本發(fā)明，就不需要采用多次重復進行接觸位置檢測、然后取平均等的統(tǒng)計方法，以很少的次數(根據情況1次)就能夠確定代表接觸狀態(tài)和非接觸狀態(tài)邊界的位置。
圖2是表示用

圖1的裝置進行接觸·非接觸邊界位置的檢測時線電極相對于被加工件的相對位置的推移圖。
圖3是說明圖2中所表示的進行接觸·非接觸邊界位置檢測時的處理順序的流程圖。
圖4是就別的例子說明圖3所示的處理順序的流程圖。
以下，參照圖1-圖4就本發(fā)明的實施方式加以說明。圖1表示的是根據本發(fā)明進行線接觸·非接觸邊界位置檢測的系統(tǒng)的總體結構。在該系統(tǒng)中含有線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置和使用了作為該位置檢測對象的線電極的線切割放電加工機。
圖1中，XY工作臺5是用2根軸(X軸及Y軸)進行2維位置控制的工件工作臺。在該XY工作臺5上放置有對象物2。該對象物2為被加工件或代替它的定位用的夾具，以下，用‘被加工件’代表該對象物進行說明。在加工中所使用的線電極1和XY工作臺5之間通過施加電壓裝置3可施加檢測電壓或加工電壓。
檢測電壓是用于檢測線電極1和被加工件2的接觸·非接觸狀態(tài)而施加的電壓(不引起放電)。線電極1與被加工件2一旦接觸就會導通，實際所施加的電壓就會變動。接觸判斷裝置4監(jiān)視該電壓的變動，以下述方式進行接觸狀態(tài)的判斷。
另一方面，加工電壓是對被加工件2進行加工時所實際施加的高電壓。依照加工程序等，通過在施加加工電壓的同時使XY工作臺5沿圖中左右方向(以后稱為±X方向)以及與其正交的前后方向(以后稱為±Y方向)移動，對被加工件2進行線切割放電加工。
用伺服電機7、8使XY工作臺5沿±X方向移動及沿±Y方向移動。這些伺服電機7、8用數碼控制裝置的控制。在通過加工程序進行加工時，數碼控制裝置以讀入加工程序和實行該程序的方式來控制伺服電機7、8及施加電壓裝置3，進行加工程序所指示的加工。
還有，圖示中雖然省略，圖1的系統(tǒng)具有控制整個系統(tǒng)的CPU、程序控制器、加工程序數據、儲存各參數等數據的ROM、RAM、非易失性RAM等存儲器、含有手動操作部等的控制面板，根據需要配置在所必需的各要素之間的接口等。
當實行線切割放電加工時，一般需要確定加工的基準位置。加工基準位置是用于得知加工中的線電極1相對于被加工件2的相對位置的作為基準的位置，假如該加工基準位置不正確的話，加工位置(或加工線)當然就會產生偏差。還有，假如被加工件2用XY工作臺5進行定位的話，線電極1相對于被加工件2的相對位置則由線電極1相對于XY工作臺5的相對位置來決定。
因此，將線電極1相對于XY工作臺5的相對位置以利用伺服馬達7、8的XY工作臺5的驅動位置(x、y)來表示。另外，線電極1在處于加工基準位置時，將其加工基準位置用(x0、y0)來表示。為實際確定該加工基準位置，使用在特定的狀況下已知的線電極1的相對位置(xq、yq)。此時，將該特定的相對位置(xq、yq)假設為加工基準位置(x0、y0)，即，使(x0、y0)＝(xq、yq)；另外，有時也會從已知的多個特定的相對位置(xq1、yq1)、(xq2、yq2)、(xq3、yq3)、...求出加工基準位置(x0、y0)。因此，為了正確地確定加工基準位置(x0、y0)，首先必須正確地求出線電極1的特定的相對位置。
在本發(fā)明中，將線電極1的特定位置(xq、yq)按以下那樣求得。首先，使線電極1向接近被加工件2的方向相對移動而使線電極1和被加工件2完全接觸。然后，使線電極1向遠離被加工件2的方向相對移動，在該過程中，將通過檢測電壓判斷出從接觸變化到非接觸時線電極1的相對位置作為特定的相對位置(xq、yq)。
總之，當確定加工基準位置時，現有技術是使線電極1向被加工件2相對移動求出線電極1從非接觸狀態(tài)變化到接觸狀態(tài)的時刻的線電極的相對位置(xq、yq)。與此相反，在本發(fā)明中，使線電極1向遠離被加工件2的方向相對移動而求出線電極1從接觸狀態(tài)變化到非接觸狀態(tài)的時刻的線電極1的相對位置(xq、yq)。
因此，將依照本發(fā)明所求出的線電極1的特定的相對位置(xq、yq)在下文稱為‘接觸·非接觸邊界位置’，以區(qū)別于依照現有技術求出的線電極1的特定的相對位置(xq、yq)、即‘接觸位置’。
還有，使線電極1向被加工件2或遠離被加工件2的方向的相對移動實際上是通過利用伺服電極7、8的動作將XY工作臺5相對于處于固定位置的線電極1移動來實現。
圖2表示的是在本實施方式中進行接觸·非接觸邊界位置的檢測時線電極1相對于被加工件2的相對位置的推移。首先，使用接觸·非接觸邊界位置操作面板(圖1中省略其圖示)通過手動操作使伺服電極7、8工作，將線電極1置于離開被加工件2適當的小距離的位置(初期位置A)。
將線電極1置于初期位置A之后的順序就通過軟件處理來進行。處理所需要的程序、參數等數據預先儲存在例如系統(tǒng)所裝備的非易失性存儲器(圖1中省略其圖示)中。圖3是表示處理順序要點的流程圖。各步驟的要點如下所述。
步驟T1開始線電極1的進給、利用施加電壓裝置3施加檢測電壓、及利用接觸判斷裝置4監(jiān)視檢測電壓。檢測電壓的監(jiān)視是通過將檢測出的施加電壓值與預定的臨界值比較，將高電平表示為“1”及低電平表示為“0”從而使其雙值化，然后以一定的周期進行取樣。
步驟T2在繼續(xù)進行檢測電壓的雙值化和取樣的同時，開始線電極1從初期位置A向被加工件2的相對移動(前進動作)。線電極1的相對移動方向定為與被加工件的接觸面大致正交的方向。例如，假如被加工件2的定位置使得接觸面(用于檢測接觸·非接觸邊界位置的被加工件2的面)與Y方向平行，則線電極1的移動就朝向X方向(+X方向或-X方向)。還有，從初期位置A開始接近移動之后隨即取樣值為“1”(高電平)就可得到每一個規(guī)定的取樣周期。
步驟T3將從初期位置A出發(fā)之后初次檢測到取樣值從“1”(高電平)變到“0”(低電平)時的線電極1的位置作為接觸開始位置B。該接觸開始位置B(雖不穩(wěn)定)被解釋成線電極1與被加工件2開始接觸的位置。將用于檢測該接觸開始位置B的如上所述的判斷基準當作前面說明中的‘第2判斷基準’。使線電極1從該接觸位置B再在同方向僅相對移動一定距離P1，并停止在停止位置C。
接觸開始位置B和停止位置C之間的距離P1的大小被預定為保證線電極1在停止位置C相對于被加工件2被適度地推壓后能夠進行完全的接觸。如上所述，接觸開始位置B因線電極的振動和絕緣性面膜的形成等的影響，由于每次測定都在相當的范圍內波動，因而距離P1是考慮到接觸開始位置B的波動而設定的。通常，該距離P1的大小在數毫米左右。
還有，在停止位置C停止后還繼續(xù)進行檢測電壓的雙值化和取樣。
步驟T4在繼續(xù)進行檢測電壓的雙值化和取樣的同時，使線電極1從停止位置C開始向遠離被加工件2的方向相對移動(后退動作)。線電極后退時的移動方向是與前進時的移動方向相反(反轉180度)的方向。還有，后退開始后隨即取樣值為“0”(低電平)就可得到每一個規(guī)定的取樣周期。
步驟T5將從停止位置C開始后退動作后的最初檢測出取樣值為“1”(高電平)時的位置作為接觸·非接觸邊界位置Q而將該位置的數據(xq、yq)儲存到存儲器中。將用于檢測出該接觸·非接觸邊界位置Q的如上所述的判斷基準作為前面說明中的‘第1判斷基準’。
步驟T6再繼續(xù)后退移動，停止在預定的遠離位置D，結束處理。
通過將以上的步驟T1-步驟T6實行一個循環(huán)，就可得到一個接觸·非接觸邊界位置Q的數據(xq、yq)。通過將該實行的循環(huán)進行多次，并取分別得到的接觸·非接觸邊界位置的數據的平均值，就能夠求得可靠性更高的接觸·非接觸邊界位置Q。
還有，在圖2中，接觸·非接觸邊界位置Q被描述成比接觸開始位置B更靠近初期位置A側(遠離停止位置C的一側)，但是與此相反的情況也不能排除。這是由于接觸開始位置B如前所述具有相當大的波動。
在上面說明的處理順序中，也可以變更確定確保線電極1相對于被加工件2完全接觸的停止位置C的方法使其有別于參照圖3的流程圖說明的方法。參照圖4的流程圖說明其處理順序的一個其他例子。各步驟的要點如下所述。
步驟U1開始線電極1的進給、利用施加電壓裝置3施加檢測電壓、及利用接觸判斷裝置4監(jiān)視檢測電壓。檢測電壓的監(jiān)視是通過將檢測出的施加電壓值與預定的臨界值比較，將高電平表示為“1”及低電平表示為“0”使其雙值化，而且以一定的周期進行取樣。
步驟U2在繼續(xù)進行檢測電壓的雙值化和取樣的同時，使線電極1開始從初期位置A向被加工件前進移動。前進時的移動方向為與被加工件2的接觸面大致正交的方向。
步驟U3將從初期位置A出發(fā)開始最初檢測到取樣值從“1”(高電平)變到“0”(低電平)時的位置作為接觸開始位置B。
直到檢測出接觸開始位置B的處理順序與圖3的流程圖所示的處理順序相同。
檢測出接觸開始位置B后，使線電極1前進直至從該位置B再連續(xù)N次檢測出“0”(低電平)然后停止(即，停止在停止位置C)。用于檢測出該接觸開始位置C的如上所述的判斷基準當作在前面的說明中的‘第3判斷基準’。上述N的值預先定為在接觸開始位置C將線電極1相對于被加工件2適度推壓以確保完全接觸。雖然N的實際值取決于取樣周期，一般說來它是非常大的數，例如N＝100。還有，在停止位置C停止后還繼續(xù)進行檢測電壓的雙值化和取樣。
步驟U4在繼續(xù)進行檢測電壓的雙值化和取樣的同時，使線電極1從接觸開始位置C開始后退移動。后退時的移動方向是前進時的反方向(反轉180度)。還有，后退開始后隨即取樣值為“0”(低電平)就可得到每一個規(guī)定的取樣周期。
步驟U5將從停止位置C的后退動作開始后最初檢測到取樣值為“1”(高電平)時的位置作為接觸·非接觸邊界位置Q，并將該位置的數據(xq、yq)儲存到存儲器中。
步驟U6再繼續(xù)進行后退移動，在預定的遠離位置D停止，結束處理。
通過將以上的步驟U1-步驟U6實行一個循環(huán)，與實行步驟T1-步驟T6時同樣，能夠得到一個接觸·非接觸邊界位置的數據(xq、yq)。另外，不言而喻，也可以增加實行循環(huán)次數，將所得到的位置Q的數據平均化而使得其可靠性更加提高。
如上所述，根據接觸·非接觸邊界位置可以決定加工基準位置。雖然本發(fā)明對決定加工基準位置的方法未施加任何限制，但是作為例子考慮了以下情況(1)-(3)。
(1)將接觸·非接觸邊界位置Q直接采用為加工基準位置。
(2)將接觸·非接觸邊界位置Q移動一個已知量后采用為加工基準位置。若將接觸·非接觸邊界位置Q表示為(xq、yq)，X方向的移動量為Δxq，Y方向的移動量為Δyq，則加工基準位置就為(xq+Δxq，yq+Δyq)。
(3)將形成于被加工件的加工開始部位的圓孔的中心附近當作位置A(前進開始位置；參照圖2)，將前進/后退方向每改變180度的同時，每個循環(huán)(共3個循環(huán))實行步驟T1-步驟T6或步驟U1-步驟U6。這樣，可得到3個不同的位置Q1、Q2、Q3的數據(xq1、yq1)、(xq2、yq2)、(xq3、yq3)。求出通過Q1、Q2、Q3的圓弧的中心位置，將其采用為加工基準位置。
如上所述，采用本發(fā)明，在線切割放電加工機中，能夠以高的可靠性和良好的重復性檢測出代表線電極和對象物(被加工件或代替它的位置檢測用夾具)的接觸狀態(tài)和非接觸狀態(tài)邊界的線的相對位置(線接觸·非接觸邊界位置)。另外，能夠根據可靠性高的線接觸·非接觸邊界位置來確定加工基準點。
權利要求
1.一種線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置，用于檢測線切割放電加工機的線電極和導電性對象物的接觸·非接觸的邊界位置，其特征在于，具有在上述線電極和上述對象物之間施加檢測電壓的施加電壓裝置；使上述線電極和上述對象物相對移動的相對移動裝置；利用上述相對移動裝置控制上述線電極相對于上述對象物的相對接近移動以及相對遠離移動的控制裝置；在上述相對接近移動和相對遠離移動的過程中，根據檢測電壓判定有關上述線電極和上述對象物的接觸·非接觸狀態(tài)的接觸判斷裝置；上述控制裝置控制上述相對移動裝置，使得在上述相對接近移動實行到上述線電極和上述對象物成為完全接觸的狀態(tài)后，實行上述相對遠離移動；上述接觸判斷裝置在上述相對遠離移動過程中，根據與檢測電壓的推移相關的第一基準來判定上述線電極相對于上述對象物從完全接觸狀態(tài)的脫離；將從上述完全接觸狀態(tài)脫離剛開始的時刻的上述線電極的相對位置作為線接觸·非接觸邊界位置。
2.如權利要求1所述的線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置，其特征在于，上述接觸判斷裝置在上述相對的接近移動過程中，根據與檢測電壓的推移相關的第二基準判斷上述線電極相對于上述對象物開始接觸；上述控制裝置控制上述相對移動裝置使得上述相對的接近移動從上述接觸開始的相對位置再實行遠離預定的一定距離。
3.如權利要求1所述的線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置，其特征在于，上述接觸判斷裝置在上述相對的接近移動的過程中，根據與檢測電壓的推移相關的第三基準判斷上述線電極已經與上述對象物完全接觸的狀態(tài)；上述控制裝置根據利用上述第3基準的判斷而使上述相對的接近移動結束，然后，控制上述相對移動裝置使上述相對的遠離移動開始。
4.如權利要求1、2或3所述的線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置，其特征在于，上述對象物是被加工件。
5.如權利要求1、2或3所述的線接觸·非接觸邊界位置檢測裝置，其特征在于，上述對象物是定位用的夾具。
全文摘要
本發(fā)明涉及線切割放電加工機中檢測出對應在線電極和導電性對象物(被加工件或夾具)接觸·非接觸的邊界的線電極相對于導電性對象物的相對位置。開始線電極的進給、施加檢測電壓及檢測電壓的雙值化/取樣，使線電極從位置A朝向被加工件開始前進移動。以最初檢測到取樣值(低電平)時的位置為位置B，使之從此再向前僅移動一定距離P1到位置C停止下來。從位置C使線電極開始向后移動，將取樣值從高電平變化到低電平的位置Q作為接觸·非接觸邊界位置儲存。再繼續(xù)向后移動，在預定的遠離位置D停止，結束處理。
文檔編號B23H7/06GK1476958SQ03149898
公開日2004年2月25日 申請日期2003年7月30日 優(yōu)先權日2002年8月6日
發(fā)明者村井正生, 義, 川原章義, 博, 櫻井章博, 中島康夫, 夫 申請人:發(fā)那科株式會社