[發明專利]一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 202011154675.3
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112404614B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 劉廣民;張勇斌;戴越;張林;王鋒;胡波;荊奇;李建原;沈杰;袁偉然
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: B23H1/00
• 分類號: B23H1/00;B23H11/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

1.一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測裝置，其特征是，包括依次級聯的甚高頻脈沖源、分壓整流模塊、射頻濾波模塊、隔離運放模塊、數據采集模塊、狀態判斷單元；其中，

甚高頻脈沖源，用于輸出30MHz-300MHz的甚高頻極間交流電壓脈沖信號；

分壓整流模塊，用于將甚高頻極間交流電壓脈沖信號分壓至合適范圍，并整流為單向甚高頻脈沖信號；

射頻濾波模塊，用于將單向甚高頻脈沖信號轉換為平滑的直流信號；

隔離運放模塊，用于將射頻模擬端與數據采集端隔離，以減小干擾來提高采樣精度，并將直流信號隔離轉換輸入至數據采集模塊；

數據采集模塊，用于將平滑模擬信號轉換為數字量后傳輸給狀態判斷模塊；

狀態判斷模塊，用于讀取模數轉換數值，并依據放電狀態判斷方法對開路、正常放電狀態、短路狀態進行判別，同時對放電區間進行細分量化處理。

2.根據權利要求1所述的一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測裝置，其特征是，所述分壓整流模塊包括分壓元件F1、分壓元件F2、分壓元件F3以及整流元件Z；分壓元件F1、分壓元件F2、分壓元件F3依次串聯后，一端與甚高頻脈沖源的電極端連接，另一端與甚高頻脈沖源的工件端連接；整流元件Z與分壓元件F2并聯后，整流元件Z的兩端與射頻濾波模塊連接，整流元件Z的A端連接于分壓元件F1和分壓元件F2的連接點，整流元件Z的B端連接于分壓元件F3和分壓元件F2的連接點；施加于電極端與工件端之間的甚高頻極間交流電壓脈沖信號經過分壓元件F1、分壓元件F2、分壓元件F3后，在分壓元件F2兩端得到降壓正弦波，再經過整流元件Z的整流后形成單向甚高頻脈沖信號。

3.根據權利要求2所述的一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測裝置，其特征是，所述射頻濾波模塊包括多級串聯的LC低通濾波器，級數根據響應速度和曲線平滑要求調節；電感L1一端與整流元件Z的A端連接，電感L1另一端與電容C1和電感L2連接；多級LC低通濾波器中的電感L1-LN依次串聯后，一端與整流元件Z的A端連接，另一端與隔離運放IN+端連接；整流元件Z的B端與隔離運放IN-端連接；電容Cn一端連接于電感Ln與L(n+1)之間的連接點，另一端連接于整流元件Z的B端與隔離運放IN-端之間連接點；其中，n小于N，N為LC低通濾波器的級數。

4.根據權利要求1所述的一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測裝置，其特征是，所述隔離運放模塊采用隔離放大芯片將直流信號以1:1的比例進行轉換。

5.根據權利要求1所述的一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測裝置，其特征是，所述數據采集模塊采用模數轉換器ADS8681，采樣速率最高1MSPS，精度16位。

6.根據權利要求1所述的一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測裝置，其特征是，所述狀態判斷模塊采用MCU或FPGA嵌入式處理器。

7.一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測方法，應用于權利要求1-6任意一項所述的一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測裝置，其特征是，包括以下步驟：

將設定周期內的極間電壓經過數字濾波處理后作為閾值判斷以及極間放電狀態判斷的初始數據；

每次系統上電后使能加工前完成短路閾值在線設置，每次加工使能之初完成開路閾值在線設置；

根據開路閾值和短路閾值按照放電狀態判斷方法對開路、正常放電狀態、短路狀態進行判別，同時對放電區間進行細分量化處理。

8.根據權利要求7所述的一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測方法，其特征是，所述放電狀態判斷方法具體為：

根據在線設定閾值對放電狀態區間進行細分：

式中，V_p-w為數字處理后的極間電壓；為正常放電區間半數；為正常放電區間的中位數；a為上限電壓閾值，b為下限電壓閾值；

根據z值大小判斷出當前放電狀態，并且在正常放電狀態內，是接近于開路還是接近于短路，以及接近程度的大小。

9.根據權利要求8所述的一種甚高頻電火花加工放電狀態檢測方法，其特征是，所述z值判斷放電狀態具體為：

當z≥1，判斷放電狀態處于完全開路狀態；

當0＜z＜1，判斷放電狀態處于正常放電狀態偏于開路；

當-1＜z≤0，判斷放電狀態處于正常放電狀態偏于短路；

當z≤-1，判斷放電狀態處于完全短路狀態。