專利名稱：電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測裝置與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測裝置與方法，屬于電火花加工技術領域。
背景技術：
電火花加工是通過工具電極和工件之間脈沖性火花放電來蝕除工件材料，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質量預定的加工要求。電火花加工方法不受工件的材料硬度、強度等機械性能的限制，同時具有宏觀切削力小等優(yōu)點，因此特別適合加工難加工材料及復雜形狀工件加工，在航空、航天、模具等領域有著廣泛的應用。在金屬材料的電火花加工過程中，極間電壓信號反應了加工過程中脈沖放電情況，這與電火花加工的效率和精度密切相關。當脈沖放電為火花放電狀態(tài)時，間隙兩端電壓由空載電壓經過一段時間的擊穿延時，間隙發(fā)生擊穿，間隙兩端電壓由空載電壓下降為放電維持電壓。在電火花線切割加工中，由于電極絲和工件存在相對運動，一般認為不存在穩(wěn)定電弧放電現象。但在實際加工過程中，存在沒有擊穿延時的放電現象，這種放電狀態(tài)為偏短路的不穩(wěn)定電弧放電狀態(tài)。它表明此時間隙排屑困難，加工狀態(tài)差，所以在電火花線切割加工過程中，需要將這種放電狀態(tài)和含有擊穿延時的火花放電狀態(tài)區(qū)分出來。因此在金屬材料的電火花線切割加工中，間隙脈沖放電狀態(tài)分為空載，火花放電，不穩(wěn)定電弧放電和短路。電火花加工技術一般用來加工導電材料，現有的輔助電極法可以實現利用電火花技術加工絕緣陶瓷，其原理是在工件表面附加導電層，利用放電過程中形成的導電膜構成輔助電極實現放電加工。在絕緣陶瓷的電火花線切割加工過程中，當導電膜形成差時，此時導電膜厚度小，電阻大，出現間隙高電壓放電現象。當間隙放電電壓高于加工金屬時的維持電壓，將此時的火花放電狀態(tài)稱為高阻火花狀態(tài)，此時的短路狀態(tài)稱為高阻短路狀態(tài)。當導電膜形成良好時，此時導電膜厚度大，電阻小，間隙放電電壓近似等于加工金屬時的維持電壓，將此時的火花放電狀態(tài)稱為低阻火花狀態(tài)，此時的短路狀態(tài)稱為低阻短路狀態(tài)。因此，在絕緣陶瓷電火花線切割加工中，間隙放電狀態(tài)被分為五種，分別是空載、高阻火花、低阻火花、高阻短路和低阻短路狀態(tài)。目前的電火花線切割加工機床，一般只對間隙的平均電壓進行檢測，并以此為參考值決定當前伺服進給速度的大小。當間隙平均電壓高于參考值時，則加快進給，當間隙平均電壓低于參考值時，工作臺停止進給，進入等待，當檢測到的短路達到一定數量，則控制工作臺伺服回退。這種間隙狀態(tài)檢測方法能夠近似反映當前間隙放電狀態(tài)，但由于間隙平均電壓是由各種放電狀態(tài)的電壓平均構成，并不能對單個脈沖放電狀態(tài)進行檢測，所以平均電壓法含有不確定的因素，不能實現對間隙實時和精確監(jiān)控，有可能會惡化加工效果。特別是對于絕緣陶瓷電火花線切割加工，由于存在高阻放電狀態(tài)，間隙的平均電壓高，采用平均電壓檢測法會加快進給速度，而這將導致加工效果惡化甚至不能加工，此時平均電壓檢測法失效。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種電火花線切割加工放電狀態(tài)檢測裝置，該檢測裝置通過實時采樣每個脈沖的間隙電壓，通過判斷間隙電壓所處的區(qū)間以及對間隙擊穿信號的檢測，在脈寬結束時判斷出當前脈沖放電狀態(tài)，并對脈沖狀態(tài)信息進行統計處理，推測出間隙的加工狀態(tài)，以此作為伺服控制的依據。本發(fā)明是通過以下技術方案實現的電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測裝置，包括差分采樣模塊、閾值比較模塊、光電隔離模塊、CPLD判別和處理模塊、上位機、PCI104總線電纜、CPLD程序下載電纜和信號傳輸電纜，差分采樣模塊通過信號傳輸電纜與電火花機床的兩極相連，差分采樣模塊的信號輸出端與閾值比較模塊的信號輸入端連接，閾值比較模塊的信號輸出端與光電隔離模塊的信號輸入端連接，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的第一信號輸入端與光電隔離模塊的信號輸出端連接，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的信號輸出端通過PCI104總線電纜與上位機的信號輸入端連接，上位機的信號輸出端通過CPLD程序下載電纜與CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的第二信號輸入端連接。電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測方法，包括如下步驟利用集成運算放大器采用差分運算的方式將間隙電壓信號采集到檢測裝置，并接入閾值比較模塊；所述閾值比較模塊通過集成比較器將采樣的間隙電壓信號和設定的三個閾值進行比較，并將比較的結果送入光電隔離模塊；所述光電隔離模塊通過光電耦合器將比較結果經光電隔離送入CPLD狀態(tài)判別和處理模塊；所述CPLD狀態(tài)判別和處理模塊對輸入的信號進行處理，通過對間隙擊穿信號的檢測和對輸入信號進行邏輯運算，判斷出當前脈沖的放電狀態(tài)，并通過PCI104總線電纜傳送到上位機；所述上位機獲取每個脈沖的放電狀態(tài)信息，并進行統計處理，推斷出此時間隙的加工狀態(tài)，為控制系統的運行提供依據。本發(fā)明的有益效果主要包括1、檢測裝置采用CPLD進行狀態(tài)判別和處理，CPLD承擔了主要的狀態(tài)判別工作，由于CPLD為在線可編程模塊，因此整個檢測裝置具有非常大的柔性。2、檢測裝置可以實現對每個脈沖放電狀態(tài)進行判別，能夠獲得更全面的間隙狀態(tài)信息，并且間隙放電狀態(tài)檢測裝置能夠區(qū)分無擊穿延時的不穩(wěn)定電弧放電狀態(tài)，有利于更準確地判斷當前的間隙加工狀態(tài)，因此裝置具有實時性好，精確且穩(wěn)定等優(yōu)點。3、檢測裝置既可以用于金屬材料的電火花線切割加工，也能夠用于絕緣陶瓷材料的電火花線切割加工，只需通過調整閾值即可實現，因此裝置具有操作便利和適用范圍廣的優(yōu)點。


圖1是電火花線切割加工脈沖放電狀態(tài)波形判別圖，其中圖a)是金屬材料電火花線切割加工波形判別圖，金屬材料在進行電火花加工過程中，脈沖放電狀態(tài)有空載、火花、不穩(wěn)定電弧和短路狀態(tài)，CMPUCMP2和CMP3是CPLD的三個輸入信號，Vrfl，Vrf2，Vrf3是設置的三個閾值；圖b)是絕緣陶瓷電火花線切割加工波形判別圖，在絕緣陶瓷電火花線切割加工過程中，脈沖放電狀態(tài)有空載、高阻火花、低阻火花、高阻短路和低阻短路狀態(tài)，CMPU CMP2和CMP3是CPLD的三個輸入信號，Vefl, Vef2和Vef3是設置的三個閾值；圖2是電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測裝置的結構示意圖，其中標號1表示電火花加工機床，標號2表示信號傳輸電纜，標號3表示差分采樣模塊，標號4表示閾值比較模塊，標號5表示光電隔離模塊，標號6表示CPLD狀態(tài)判別和處理模塊，標號7表示 PCI104總線電纜，標號8表示上位機，標號9表示CPLD程序下載電纜；圖3是電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測裝置電路原理示意圖；圖4是電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測裝置的CPLD內部電路程序示意圖；圖5是CPLD內部電路程序SERVO程序塊的電路結構示意圖；圖6是金屬材料電火花線切割加工CPLD程序仿真波形圖；圖7是絕緣陶瓷材料電火花線切割加工CPLD程序仿真波形圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。如圖2所示，本實施例所涉及的電火花間隙放電狀態(tài)檢測裝置，包括信號傳輸電纜2、差分采樣模塊3、閾值比較模塊4、光電隔離模塊5、CPLD(復雜可編程邏輯器件)狀態(tài)判別和處理模塊6、PCI104總線電纜7、上位機8以及CPLD程序下載電纜9。連接方式如下差分采樣模塊3通過信號傳輸電纜2與電火花機床1的兩極相連，差分采樣模塊3的信號輸出端與閾值比較模塊4的信號輸入端連接，閾值比較模塊4的信號輸出端與光電隔離模塊5的信號輸入端連接，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊6的第一信號輸入端與光電隔離模塊 5的信號輸出端連接，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊6的信號輸出端通過PCI104總線電纜7與上位機8的信號輸入端連接，上位機8的信號輸出端通過CPLD程序下載電纜9與CPLD狀態(tài)判別和處理模塊6的第二信號輸入端連接。其主要原理是當電火花加工機床兩極間隙電壓信號通過信號傳輸電纜輸入到差分采樣模塊，差分采樣模塊采集電火花機床兩極的電壓信號，并將其轉換成檢測裝置供電電源電壓以下的電壓信號，閾值比較模塊將此電壓信號與所設閾值進行比較，獲取當前電壓所處區(qū)間，比較的結果經光電隔離模塊輸入CPLD中，CPLD在脈寬期間實時跟蹤輸入的電壓信號，根據脈寬期間電壓信號所處的幅值區(qū)間和信號是否存在下降沿，當脈寬結束時，判斷出此脈沖的放電狀態(tài)，判斷的結果經由PCI104總線送往上位機存儲，并進行統計處理， 為伺服控制系統提供伺服依據。上位機上存儲了 CPLD的內部程序，可以通過在線編程的方式經由JTAG型CPLD程序下載電纜下載到CPLD中。圖3為本具體實施方式
提供的電火花間隙放電狀態(tài)檢測裝置的電路原理圖，所用的繪圖軟件為ftx)tel DXP2004。包括差分采樣模塊，閾值比較模塊，光電隔離模塊，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊。
具體的，差分采樣模塊(Ul)為集成運放LF357N，機床正極與R1、R3串聯接入Ul的反相輸入端2端，機床負極與R2、R4串聯接入Ul的同相輸入端3端，Ul的同相輸入端3端與R5串聯接模擬地，Ul的輸出端6端與R7串聯接入Ul的反相輸入端2端。C9和C21并聯后接入Ul的正電源輸入端和模擬地之間，起到去耦的作用。ClO和C20并聯后接入Ul的負電源輸入端和模擬地之間，起到去耦的作用。閾值比較模塊(U4和U5)為集成比較器LM393AN，Ul的輸出端6端與R8串聯接入U4A的反相輸入端2端，Ul的輸出端6端與RlO串聯接入U4B的反相輸入端6端，Ul的輸出端6端與R14串聯接入U5A的反相輸入端2端。R9和電位計R23串聯接入+15V和模擬地之間，電位計R23的輸出端2端接入U4A的同相輸入端3端。Rll和電位計R24串聯接入+15V和模擬地之間，電位計R24的輸出端2端接入U4B的同相輸入端5端。R15和電位計R25串聯接入+15V和模擬地之間，電位計R25的輸出端2端接入U5A的同相輸入端3 端。U4A的輸出端1端與R12串聯后接+5V，U4B的輸出端7端與R13串聯后接+5V，TOA的輸出端1端與R16串聯后接+5V。光電隔離模塊(U7，U8和U9)為高速光耦6N137，U4A的輸出端1端與R17串聯接入U7的2端，U5A的輸出端1端與R18串聯接入U8的2端，U4B的輸出端7端與R17串聯接入U9的2端。U7的3端接模擬地，U8的3端接模擬地，U9的3端接模擬地。U7的8端接數字電路供電電源正極VCC，U7的5端接數字地，U7的8端和5端之間接入C13，U7的6 端串聯R20接入U7的8端。U8的8端接數字電路供電電源正極VCC，U8的5端接數字地， U8的8端和5端之間接入C14，U8的6端串聯R21接入U8的8端。U9的8端接數字電路供電電源正極VCC，U9的5端接數字地，U9的8端和5端之間接入C15，U9的6端串聯R22 接入U9的8端。CPLD 判別和處理模塊(U6)為 EPM7064SLC44-10 型 CPLD，U3 為反相器 74AC14B，U2 為OSC 25MHz有源晶振，Pl為JTAG下載端子，Gl為排阻。U6的33端與U7的6端相連，U6 的34端與U8的6端相連，TO的36端與U9的6端相連，TO的37端與外部脈寬結束信號相連。U6的16端、17端、18端、19端和20端為輸出端，與PCI104總線相連。U6的10端、22 端、30端和42端接數字地，U6的3端，15端，23端和35端接電源VCC。Pl的1端與U6的 32端相連，Pl的3端與U6的38端相連，Pl的5端與U6的13端相連，Pl的7端和9端與 U6的7端相連，Pl的2端和10端接數字地，Pl的4端接VCC。U2的2端接數字地，U2的3 端接U3A的1端，U2的4端接VCC。U3A的2端接U6的43端。圖4為本具體實施方式
提供的電火花間隙放電狀態(tài)檢測裝置的CPLD內部電路程序圖，所用的程序開發(fā)軟件為Quartus II 7. 0。輸入CLK為芯片TO的43端，輸入End_pulSe 為芯片的37端，輸入CMPl為U6的33端，輸入CMP2為U6的34端，輸入CMP3為U6的36 端。輸出Spark/Spark_H為U6的19端，輸出Spark_L為U6的18端，輸出Open為U6的20 端，輸出 Arc/Short_H 為 U6 的 17 端，輸出 Short/Short_L 為 U6 的 16 端。CPLD內部電路程序包含四大模塊，分別是間隙擊穿檢測模塊，邏輯判斷模塊，狀態(tài)采樣控制模塊和狀態(tài)保持模塊。具體的，對于間隙擊穿檢測模塊從圖1所示的電火花加工放電狀態(tài)波形判別圖中可以看到，當間隙發(fā)生擊穿現象時，CMPl或CMP2在CMP 3高電平期間存在下降沿，因此可以在CMP3高電平期間，通過對CMPl和CMP2下降沿的檢測實現對間隙擊穿信號的檢測。間隙擊穿檢測模塊包含兩部分，分別是CMPl下降沿檢測模塊DFF寄存器hst33和CMP2下降沿檢測模塊DFF寄存器^istl。PULl輸出一直為低電平，當輸入CMPl在CMP3高電平期間存在下降沿，PULl輸出高電平并一直保持到脈寬結束。PUL2輸出一直為低電平，當輸入 CMP2在CMP3高電平期間存在下降沿，PUL2輸出高電平并一直保持到脈寬結束。利用CMP3 作為兩個寄存器的清零信號，在CMP3低電平期間，即脈間期間，間隙擊穿檢測模塊清零，等待下一個脈寬。邏輯判斷模塊二輸入與門Inst5、Inst6、Instil，三輸入與門Instl3、Instl4、 Instl5和非門Inst8、InstlO、Instl2、Instl6構成CMP3高電平期間的邏輯判斷模塊。狀態(tài)采樣控制模塊非門Inst34, SELECT PUL程序塊，DFF寄存器Inst2與二輸入與門Instl9、Inst20、Inst21、Inst22、Inst23構成狀態(tài)采樣控制模塊，End_Pulse為脈寬即將結束時的狀態(tài)采樣控制信號。由于間隙電壓信號從信號傳輸電纜進入檢測裝置，經過差分采樣，比較環(huán)節(jié)，光電隔離處理進入CPLD，將產生1-2 μ s的整體傳輸延時，因此可以利用電源的主振信號作為EncLPulse信號。當EncLPulse信號存在下降沿，表明此時開始采樣PULl、PUL2Jnstl3、Inst5和hst6的輸出，并將采樣結果保持0. 8 μ s。SELECT_PUL程序塊用來設置采樣脈沖長度為0. 8 μ s，其中SLE_PUL為采樣脈沖的上升沿，END_PUL為采樣脈沖的結束信號，將這兩個信號輸入DFF寄存器中，便獲得了 0. 8μ s的采樣脈沖。通過五個二輸入與門采樣PULl、PUL2、Instl3、Inst5和Inst6的輸出。狀態(tài)保持模塊5路SERVO程序塊構成狀態(tài)保持模塊，用于保持狀態(tài)采樣控制模塊的5路輸出，圖5是SERVO程序塊的電路結構圖。狀態(tài)采樣控制模塊采樣的各路輸出作為狀態(tài)信息，傳輸進入SERVO程序塊，利用DFF寄存器Instl進行保持，并一直保持到下一個脈寬來臨。DFF寄存器hst用來提供清零信號，ENABLE與外部CMP3相連，當下一個脈寬來臨時，ENABLE信號由低至高，前一個狀態(tài)采樣信息被清除。2us_C0N用來在采樣控制信號來臨時清除清零信號，準備進行狀態(tài)保持。5路SERVO的輸出，在每個脈沖期間，只有此脈沖放電狀態(tài)對應的輸出存在高電平，其余四路輸出一直為低，這樣便實現了區(qū)分脈沖放電狀態(tài)。在金屬的電火花加工中，輸出Spark/Spark_H對應火花狀態(tài)輸出，輸出Spark_L無意義，輸出Open對應空載狀態(tài)輸出，輸出Arc/aiort_H對應不穩(wěn)定電弧狀態(tài)輸出，輸出Siort/ aiort_L對應短路狀態(tài)輸出。在絕緣陶瓷的電火花線切割加工中，輸出Spark/Spark_H對應高阻火花狀態(tài)輸出，輸出SparkJ^i應低阻火花狀態(tài)輸出，輸出Open對應空載狀態(tài)輸出，輸出Arc/aiort_H對應高阻短路狀態(tài)輸出，輸出aiort/aiort_L對應低阻短路狀態(tài)輸出。下面通過具體的實施例對電火花間隙放電狀態(tài)檢測的過程作進一步說明實施例1金屬材料的電火花線切割加工硬件電路和CPLD內部電路如圖2-5所述，只需要調整Vefl，Vef2，Vef3三個閾值即可。 相應的閾值設定值是相對空載電壓而言的，閾值比較模塊三個比較器的閾值設置分別對應閾值Vrfl，Vef2, Vrf3，但其值等于Vrfl，Vef2, Vef3乘以差分采樣模塊的采樣比例。閾值Vrf3設定為3 5V，它的作用是區(qū)分每個脈沖的脈寬和脈間，控制檢測程序只在脈寬期間對放電狀態(tài)進行判別，在脈間期間不判別狀態(tài)，防止產生誤判斷。閾值Vrf2設置為略小于金屬脈沖放電維持電壓值，閾值Vefl設置為略低于空載電壓。在金屬材料的電火花加工中，Vef3設置為 3V, Vef2 設置為 ISV0 Vefl 設置為 70V。間隙電壓經差分采樣模塊進入閾值比較模塊，與設置好的閾值進行比較，經光電隔離后，CMP1, CMP2，CMP3信號的波形，以及CPLD內部擊穿信號檢測模塊Instl和hst33 的輸出，如圖la)所示。在CMP3高電平期間，也就是脈寬期間，不同的間隙放電狀態(tài)擁有不同的CMPl和 CMP2信號。在脈寬期間，如果CMPl存在下降沿，則表明間隙電壓由高至低，發(fā)生擊穿現象， 并且CMP2不存在下降沿，間隙電壓擊穿后高于Vef2，此脈沖放電為火花狀態(tài)，Inst33輸出高電平，采樣控制結束后，輸出Spark/Spark_H為高電平，其余輸出為低電平。在脈寬期間， 當CMPl和CMP2都不存在下降沿時，則需要分以下三種情況。首先，如果CMPl的輸出為高電平，則表明間隙兩端電壓高于Vrfl，此脈沖放電為空載狀態(tài)，hStl3輸出高電平，采樣控制結束后，輸出Open為高電平，其余輸出為低電平；其次，如果CMPl為低電平，而CMP2為高電平，表明此時間隙兩端電壓一直在Vefl和Vrf2之間，而又不存在間隙擊穿，此脈沖放電為不穩(wěn)定電弧狀態(tài)，Inst4輸出高電平，采樣控制結束后，輸出ArcAhortJl為高電平，其余輸出為低電平。最后，如果CMP2—直為低電平，表明此時間隙兩端電壓一直低于Vrf2，并且也不存在間隙擊穿，認為此脈沖放電為短路狀態(tài)，hstl5輸出高電平，采樣控制結束后，輸出 Short/Short_L為高電平，其余輸出為低電平。由此便實現了對任一脈沖放電的狀態(tài)判別， 判別結果經由PCI104總線傳輸至上位機，上位機根據各脈沖的放電狀態(tài)信息，推測此時的間隙加工狀態(tài)。圖7金屬材料電火花加工CPLD程序仿真波形圖。根據圖la)中CMP1、CMP2 和CMP3設定CPLD的輸入信號，利用Quartus程序的Simulator模塊對CPLD程序進行仿真，從仿真結果可以看出，系統可以判別每一個脈沖的放電狀態(tài)，并且狀態(tài)信息一直保持到下一個脈沖來臨。實施例2絕緣陶瓷材料的電火花線切割加工硬件電路和CPLD內部電路如圖2-5所述，只需要調整閾值Vef2即可。閾值Vef2設置為略大于金屬脈沖放電維持電壓值，因此在絕緣陶瓷的電火花線切割加工中，Vrf3設置為 3V, Vef2 設置為 40V。Vefl 設置為 70V。間隙電壓經差分采樣模塊進入閾值比較模塊，與設置好的閾值進行比較，經光電隔離后，CMP1, CMP2，CMP3信號的波形，以及CPLD內部擊穿信號檢測模塊Instl和hst33 的輸出，如圖lb)所示。在CMP3高電平期間，也就是脈寬期間，不同的間隙放電狀態(tài)擁有不同的CMPl和 CMP2信號。在脈寬期間，如果CMPl和CMP2的輸出存在下降沿，則表明間隙電壓由高至低， 發(fā)生擊穿現象，并且擊穿后間隙電壓低于Vrf2，此脈沖放電為低阻火花狀態(tài)，Instl輸出高電平，采樣控制結束后，輸出Spark_L為高電平，其余輸出為低電平。在脈寬期間，當CMP2 不存在下降沿，CMPl輸出存在下降沿，則表明雖然間隙發(fā)生了擊穿，但間隙放電電壓高于 Vef2而低于Vefl，認定此脈沖放電為高阻火花狀態(tài)，hst33輸出高電平，采樣控制結束后，輸出Spark/Spark_H為高電平，其余輸出為低電平。當在脈寬期間CMPl和CMP2都不存在下降沿時，則需要分以下三種情況。首先，如果CMPl的輸出為高電平，則表明間隙兩端電壓高于Vrfl，認為此脈沖放電為空載狀態(tài)，hstl3輸出高電平，采樣控制結束后，輸出Open為高電平，其余輸出為低電平；其次，如果CMPl為低電平，而CMP2為高電平，表明此時間隙兩端電壓一直在Vrfl和Vrf2之間，而又不存在間隙擊穿，因此認為此脈沖放電為高阻短路狀態(tài)，Inst4輸出高電平，采樣控制結束后，輸出ArcAhortJl為高電平，其余輸出為低電平。 最后，如果CMP2 —直為低電平，表明此時間隙兩端電壓一直低于Vrf2，并且也不存在間隙擊穿，認為此脈沖放電為低阻短路狀態(tài)，hstl5輸出高電平，采樣控制結束后，輸出S1Ort/ a!ort_L為高電平，其余輸出為低電平。由此便實現了對任一脈沖放電的狀態(tài)判別，判別結果經由PCI104總線傳輸至上位機，上位機根據各脈沖的放電狀態(tài)信息，推測此時的間隙加工狀態(tài)。圖7為絕緣陶瓷材料電火花線切割加工CPLD程序仿真波形圖。根據圖lb)中 CMPUCMP2和CMP3設定CPLD的輸入信號，利用Quartus程序的Simulator模塊對CPLD程序進行仿真，從仿真結果可以看出，系統可以判別每一個脈沖的放電狀態(tài)，并且狀態(tài)信息一直保持到下一個脈沖來臨。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，這些具體實施方式
都是基于本發(fā)明整體構思下的不同實現方式，而且本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，包括差分采樣模塊、閾值比較模塊、光電隔離模塊、CPLD判別和處理模塊、上位機、PCI104總線電纜、CPLD程序下載電纜和信號傳輸電纜，差分采樣模塊通過信號傳輸電纜與電火花機床的兩極相連，差分采樣模塊的信號輸出端與閾值比較模塊的信號輸入端連接，閾值比較模塊的信號輸出端與光電隔離模塊的信號輸入端連接，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的第一信號輸入端與光電隔離模塊的信號輸出端連接，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的信號輸出端通過PCI104總線電纜與上位機的信號輸入端連接，上位機的信號輸出端通過CPLD程序下載電纜與CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的第二信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述差分采樣模塊為帶寬5MHz以上以及電壓轉換速率為50V/y s的集成運算放大器模塊，所述閾值比較模塊為延遲時間達到納秒級的高速模擬比較器模塊，所述光電隔離模塊為帶寬 IMHz以上以及電壓轉換速率為500ν/μ s的光電耦合器模塊。
3.一種電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，包括如下步驟利用集成運算放大器采用差分運算的方式將間隙電壓信號采集到檢測裝置，并接入閾值比較模塊；所述閾值比較模塊通過集成比較器將采樣的間隙電壓信號和設定的三個閾值進行比較，并將比較的結果送入光電隔離模塊；所述光電隔離模塊通過光電耦合器將比較結果經光電隔離送入CPLD狀態(tài)判別和處理模塊；所述CPLD狀態(tài)判別和處理模塊對輸入的信號進行處理，通過對間隙擊穿信號的檢測和對輸入信號進行邏輯運算，判斷出當前脈沖的放電狀態(tài)，并通過PCI104總線電纜傳送到上位機；所述上位機獲取每個脈沖的放電狀態(tài)信息，并進行統計處理，推斷出此時間隙的加工狀態(tài)，為控制系統的運行提供依據。
4.根據權利要求3所述的電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，所述間隙電壓的采樣方式為差分運算方式，相應的采樣芯片為集成運算放大器并具有5Μ以上帶寬和50ν/μ s的電壓轉換速率。
5.根據權利要求3所述的電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，所述光電隔離模塊的光電耦合器具有IMHz以上的頻率響應以及500ν/μ s的電壓轉換速率。
6.根據權利要求3所述的電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，所述CPLD狀態(tài)判別和處理模塊對輸入的信號進行處理，通過對間隙擊穿信號的檢測和對輸入信號進行邏輯運算，判斷出當前脈沖的放電狀態(tài)，并通過PCI104總線電纜傳送到上位機包括首先在脈寬期間，通過對輸入信號是否存在下降沿來檢測間隙是否發(fā)生擊穿，并對各輸入信號進行邏輯運算，判別脈沖放電狀態(tài)，然后通過采樣控制脈沖實現在脈寬即將結束時進行狀態(tài)輸出，并利用狀態(tài)保持模塊將狀態(tài)信息一直保持到脈間結束，以此實現對間隙放電狀態(tài)的判別。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電火花線切割加工間隙放電狀態(tài)檢測裝置與方法，屬于電火花加工技術領域。該裝置的差分采樣模塊通過信號傳輸電纜與電火花機床的兩極相連，差分采樣模塊的信號輸出端與閾值比較模塊的信號輸入端連接，閾值比較模塊的信號輸出端與光電隔離模塊的信號輸入端連接，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的第一信號輸入端與光電隔離模塊的信號輸出端連接，CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的信號輸出端通過PCI104總線電纜與上位機的信號輸入端連接，上位機的信號輸出端通過CPLD程序下載電纜與CPLD狀態(tài)判別和處理模塊的第二信號輸入端連接。本發(fā)明可用于電火花線切割加工機床的間隙脈沖放電狀態(tài)檢測。
文檔編號B23H7/02GK102248235SQ20111013315
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權日2011年5月23日
發(fā)明者侯朋舉, 鄭紹清, 郭永豐, 陳蘭 申請人:哈爾濱工業(yè)大學