(57)【要約】【課題】中空形状ワークに放電穴加工を行うに際して、穴加工が貫通したことを正確に検知する装置および方法を得ること。【解決手段】電極が下降中で、下降位置更新を検出する手段と；電極とワーク間電圧をサンプリング測定し、デジタル化して最大電圧を得る手段と；サンプリングおよびデジタル数値化する手段を制御する手段と；第一の既定回数分の最大電圧を第一の最大電圧値とし、第一の最大電圧値より低い最大電圧が次のサンプリングで得られれば、その電圧を第二の最大電圧値とし；第一の最大電圧値と第二の最大電圧値を比較する手段と；電極が下降中でその最下位置を更新しており、第一の最大電圧値が第二の最大電圧値より既定電圧値以上高くなる事象が第二の既定回数以上連続して発生すれば、放電により生成した穴が貫通したと判定する手段とからなる放電穴加工における貫通検知装置。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極が垂直方向に下降中であり、最下位置を更新したことを検出する手段と；電極とワーク間の電圧をサンプリングして測定し、デジタル数値化する手段と；前記サンプリングおよびデジタル数値化する手段を制御する手段と；前記数値化された電圧を第一の既定回数分得て、その内の最大電圧を第一の最大電圧値として第一の記憶装置に記憶する手段と；前記第一の最大電圧値より低い最大電圧が次のサンプリングで得られれば、その電圧を第二の最大電圧値として第二の記憶装置に記憶する手段と；前記第一の最大電圧値と前記第二の最大電圧値を比較する手段と；前記電極が下降中でその最下位置を更新しており、前記第一の記憶装置に記憶した前記第一の最大電圧値が前記第二の記憶装置に記憶した前記第二の最大電圧値より既定電圧値以上高くなる事象が第二の既定回数以上連続して発生すれば、放電により生成した穴が貫通したと判定する手段とからなる放電穴加工における貫通検知装置。
【請求項２】
電極が下降中であり、最下位置を更新したことを検出する手段がＺ軸移動サーボモーターと連動するエンコーダからの信号を処理するＣＰＵである請求項１に記載の放電穴加工における貫通検知装置。
【請求項３】
サンプリングおよびデジタル数値化する手段がＡ／Ｄコンバーターであり、サンプリング周期が０．０１〜１ミリ秒の範囲のいずれかである請求項１に記載の放電穴加工における貫通検知装置。
【請求項４】
サンプリングおよびデジタル数値化する手段を制御する手段、第一の既定回数分の測定電圧最大値を得る手段、第一および第二の記憶装置、第一および第二の記憶する手段、第一の記憶装置に記憶した最大電圧値と第二の記憶装置に記憶した最大電圧値を比較する手段、貫通判定する手段が、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ、および記憶用メモリを有するマイコン（超小型電子計算機）である請求項１に記載の放電穴加工における貫通検知装置。
【請求項５】
第一の既定回数が１〜１００回の内のいずれかである請求項１に記載の放電穴加工における貫通検知装置。
【請求項６】
既定電圧値が０．１〜５０Ｖ内の範囲の電圧である請求項１に記載の放電穴加工における貫通検知装置。
【請求項７】
第二の既定回数が１〜９９回の内のいずれかである請求項１に記載の放電穴加工における貫通検知装置。
【請求項８】
電極が垂直方向に下降中であり、最下位置を更新したことを、エンコーダよりの信号をＣＰＵで処理して検出し；Ａ／Ｄコンバーターにより、電極とワーク間の電圧をサンプリングして測定し、デジタル数値化し；ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ、および記憶用メモリを有するマイコン（超小型電子計算機）により、前記サンプリングおよびデジタル数値化する手段を制御し；前記数値化された電圧を第一の既定回数分得てその内の最大電圧を第一の最大電圧値として第一の記憶装置に記憶させ；前記最大電圧値より低い最大電圧が次のサンプリングで得られれば、その電圧を第二の最大電圧値として第二の記憶装置に記憶させ；前記第一の記憶装置に記憶した前記第一の最大電圧値と前記第二の記憶装置に記憶した前記第二の最大電圧値を比較し；前記電極がその最下位置を更新しており、前記第一の最大電圧値が前記第二の最大電圧値より既定電圧値以上高くなる事象が第二の既定回数以上連続して発生すれば、放電により生成した穴が貫通したと判定する工程からなる放電穴加工における貫通検知の方法。
【請求項９】
サンプリング周期が０．０１〜１ミリ秒の範囲であり、第一の既定回数が１〜１００回の範囲であり、既定電圧値が０．１〜５０Ｖ内の範囲の電圧であり、第二の既定回数が１〜９９回の範囲である請求項８に記載の放電穴加工における貫通検知の方法。
【請求項１０】
電極が垂直方向に下降中であり、最下位置を更新したことを検出する手段と；電極とワーク間の電圧をサンプリングして測定し、デジタル数値化するＡ／Ｄコンバーターと；前記サンプリングおよびデジタル数値化する手段を制御する手段、前記数値化された電圧を第一の既定回数分得てその内の最大電圧を第一の最大電圧値として第一の記憶装置に記憶する手段、前記第一の最大電圧値より低い最大電圧が次のサンプリングで得られれば、その電圧値を第二の最大電圧値として第二の記憶装置に記憶する手段、前記第一の最大電圧値と前記第二の最大電圧値を比較する手段、前記電極がその最下位置を更新しており、前記第一の記憶装置に記憶した電圧値が前記第二の記憶装置に記憶した電圧値より既定電圧値以上高くなる事象が第二の既定回数以上連続して発生すれば、放電加工により生成した穴が貫通したと判定する手段としてＣＰＵ、Ｉ／Ｏ、および記憶用メモリを有するマイコン（超小型電子計算機）を有してなる貫通検知装置を具備した放電加工機。
【請求項１１】
サンプリング周期が０．０１〜１ミリ秒の範囲であり、第一の既定回数が１〜１００回の範囲であり、既定電圧値が０．１〜５０Ｖ内の範囲の電圧であり、第二の既定回数が１〜９９回の範囲である請求項１０に記載の貫通検知装置を具備した放電加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、放電による穴加工における貫通検知装置およびその方法ならびに放電加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】  放電による穴加工において、特に、ワークが中空形状でその上層のみに穿孔したい場合や、ワークにすでに横穴がありその横穴に向けて縦穴加工して横穴を通り越したくない場合や、ワークが中空形状であり上層面（加工面）に対し斜めに穴加工してワークの下層には加工が不要である場合等では、穴加工が完了した（貫通した）ことを正確に検知する必要がある。【０００３】  また、ワイヤカット放電加工の場合の開始穴として細穴加工を行う場合にも、作業の効率化もしくは自動化のためには、穴加工が完了した（貫通した）ことを正確に検知する必要がある。【０００４】  さらに、貫通検知により、電極の余分な下降などの時間を減らすことができるので、大量の放電穴加工作業においては、加工効率を上げるためにも貫通検知は必要である。【０００５】  放電穴加工における貫通検知の方法としては、日本特許の特開平０４−２８３０２２、特開平０５−２８５７３８、特開平０７−１６４２４９、特開平０９−２３９６２５、特開平１１−１２１３６１６、特開２００２−２９２５２２等に記載がある。【０００６】  日本公開特許の平０４−２８３０２２では、ワイヤカット放電の放電加工開始穴としての細穴放電加工のおける貫通検知の方法を開示している。これは、電極が穴を貫通した後にワークの下にある接触子と接触することで、電気的に貫通を検知する装置の技術である。この技術は中空形状のワークに対しては適応することが困難である。【０００７】  日本公開特許の平０５−２８５７３８では、放電穴加工における貫通出口側の加工液圧力が、貫通により変化したことを検出して貫通を検知する放電加工装置の技術が開示されている。この技術も中空形状のワークに対しては適応することが困難である。【０００８】  日本公開特許の特開平０７−１６４２４９では、直接的に放電穴加工の貫通を検知する技術ではないが、電極および、ワークを越えたその下側の通電部材に流れる電流値を検出し、電流値に基づく放電位置データ発生部と位置データから放電加工が異常かどうかを判断する加工状態識別部と、識別部からの出力に基づいて加工条件を制御する加工条件制御部を備えた細穴放電加工装置の技術が開示されており、この構成で放電穴加工の貫通検知することにも応用できる技術と思われるが、貫通検知としての具体的な技術についての記載はない。【０００９】  日本公開特許の特開平０９−２３９６２５では、電極とワーク間に流れる短絡電流の発生頻度に基づき、電極による貫通を検出する貫通検出手段を備えた放電加工用電極送り装置の技術が開示されている。この技術は中空形状のワークにも適応できるものと思われるが、電極とワーク間に流れる短絡電流の発生頻度が減少したことを貫通検出のポイントとしているものである。【００１０】  日本公開特許の特開平１１−１２１３６１６では、貫通を電極の先端が穴出口から出て接触子との通電、もしくはフォトセンサー、磁気センサーなどの非接触センサーで検知して貫通部付近に加工液を噴射しての穴加工の高精度な仕上げを得る技術が開示されている。この技術は中空形状のワークに適応するのが困難である。【００１１】  日本公開特許の特開２００２−２９２５２２では、貫通予定部にあらかじめター���ットを設け、電極がターゲットに接触すると抵抗、フォトカプラー等で構成された接触検知手段により電極の貫通を検知する技術が開示されている。この技術は、横穴を有する限定された形状のワークには適応できるが、種々な形状の中空形状ワークに適応するには特別な治具等が必要であり、応用が難しいと思われる。
【特許文献１】    特開平４−２８３０２２
【特許文献２】    特開平０５−２８５７３８
【特許文献３】    特開平０７−１６４２４９
【特許文献４】    特開平０９−２３９６２５
【特許文献５】    特開平１１−１２１３６１６
【特許文献６】    特開２００２−２９２５２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  上述の従来の技術の問題点により、この発明が解決しようとする課題は、電極とワーク間の短絡電流測定以外の方法で、中空形状ワークへの上層のみの穿孔、斜めの細穴穿孔、横穴を既に有するワークへの非貫通縦穴の穿孔等の放電穴加工等にも適応可能な貫通検知の装置、方法および貫通検知装置を備えた細穴放電加工機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明者は鋭意検討の結果、電極が垂直方向に下降中であり、最下位置を更新したことを検出する手段と；電極とワーク間の電圧をサンプリングして測定し、デジタル数値化する手段と；サンプリングおよびデジタル数値化する手段を制御する手段と；数値化された電圧を第一の既定回数分得てその内の最大電圧を第一の最大電圧値として第一の記憶装置に記憶する手段と；第一の最大電圧値より低い最大電圧が次のサンプリングで得られれば、その電圧を第二の最大電圧値として第二の記憶装置に記憶する手段と；第一の最大電圧値と第二の最大電圧値を比較する手段と；電極がその最下位置を更新しており、第一の最大電圧値が第二の最大電圧値より既定電圧値以上高くなる事象が第二の既定回数分以上連続して発生すれば、生成した穴が貫通したと判定する手段とからなる貫通検知装置により上記課題が解決されることを見出した。【００１４】  さらに、上述の装置の各手段および既定値の具体的なものとして、電極が下降中であり、最下位置を更新したことを検出する手段がＺ軸移動サーボモーターと連動するエンコーダからの信号を処理するＣＰＵであり；サンプリングおよびデジタル数値化する手段がＡ／Ｄコンバーターであり；サンプリング周期が０．０１〜１ミリ秒の範囲であり；サンプリングおよびデジタル数値化する手段を制御する手段、第一の既定回数分の測定電圧最大値を得る手段、第一の記憶装置、第二の記憶装置、第一および第二の最大電圧値を記憶する手段、第一の最大電圧値と第二の最大電圧値を比較する手段、貫通判定する手段が、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ、および記憶用メモリを有するマイコン（超小型電子計算機）であリ；第一の既定回数を１〜１００回の範囲にすれば上記課題が解決されることを見出した。【００１５】  電極が垂直方向に下降中であり、最下位置を更新したことを検出する手段としては、放電加工機は、一般に電極をＺ軸方向に上下動するサーボ機構を有しており、サーボ機構のサーボモーターにエンコーダを取り付けることにより、電極を保持するヘッドのＺ軸位置情報を単位時間毎にマイコンのＣＰＵへ送り出し、ＣＰＵが、ヘッドが下降中（すなわち電極が下降中）であることおよび最下位置を更新したことを判断することで得られる。他の検出手段として、リニアスケールでも良い。【００１６】  電極とワーク間の電圧をサンプリングして測定し、デジタル数値化する手段ならびにそれらを制御する手段としては、電極およびワークにそれぞれ接続した入力部と測定電圧デジタル出力をマイコンのＣＰＵに出力する出力部を有するＡ／Ｄコンバーターにより、マイコンのＣＰＵから測定する電圧のサンプリング周波数、測定時間等を設定し、電圧デジタル数値をマイコンのＣＰＵに取り込むことで得られる。【００１７】  数値化された電圧を第一の既定回数分得てその内の最大電圧値を第一の記憶装置に記憶し、最大電圧値より低い電圧が次のサンプリングで得られれば、その電圧値を第二の記憶装置に記憶する手段、第一の記憶装置に記憶した電圧値と第二の記憶装置に記憶した電圧値を比較する手段、電極がその最下位置を更新しており、第一の記憶装置に記憶した電圧値が第二の記憶装置に記憶した電圧値より既定電圧値の範囲で高くなる事象��第二の既定回数分以上連続して発生すれば、生成した穴が貫通したと判定する手段としては、ＣＰＵ、メモリおよびＩ／Ｏ（入出力部）を有するマイコンにより得られ、もちろん、上記Ａ／Ｄコンバーターの制御のＣＰＵと兼ねることが効率的である。【００１８】  放電による穴加工において、電極とワーク間の電圧を経時的に測定した典型的なグラフを図５に示した。この電圧の推移を注意深く観察すると、放電現象のため電圧は激しく変化しており、時々ノイズ的な値も見出される。加工の進行と共に最大電圧が少しずつ低下していることが観察された。また、同時に測定したＺ軸の下降距離すなわち、加工深さ＋電極消耗長さを観察すると、グラフの右軸が下降距離を示しているが、時間の平方根に比例した下降距離が観察された。【００１９】  加工が進行してついに貫通となると、電極とワーク間の電圧は図５のグラフに示したように平均約ｄボルト分上昇することが判明した。また下降距離についても若干変化が観察された。実際に目視による貫通の瞬間はグラフのＰで示す時間であった。【００２０】  当初、電極の下降距離の変化を検知することで貫通を検知しようと試みたが、変化が小さいのと、実際の貫通時より若干遅れて変化が発現するため、電圧の変化に注目して貫通を検知することを検討した。【００２１】  先ず、時折発生するインパルス性の異常電圧値の影響を排除するために、貫通と考えられる事象の変化が、ある回数以上連続して起こる場合を貫通と判定することとした。次に、貫通と見なされる事象は、基準電圧以上の放電電圧の上昇が検出されることとした。【００２２】  電圧を測定するサンプリング周期は０．０１〜１ミリ秒が望ましく、電圧ピーク値検出データ数は１〜１００個が望ましく、貫通電圧と基準電圧の差は０．１〜５０Ｖが望ましく、事象の繰り返し回数は１回以上で９９回以下が望ましい。【００２３】  多数の実験により、基準電圧を経時的な放電ピーク電圧とし、サンプリング周波数、最大（ピーク）電圧値検出データ数、貫通電圧と基準電圧の差、事象の繰り返し回数を上記のように規定することで、確実な貫通を判定できることを見出した。
【発明の効果】
【００２４】  本発明により、放電による、中空形状のワークの上層のみの穴加工、斜め穴加工、横穴もしくは斜め穴を有するワークへの非突きぬけ穴加工に対して穴加工終了（貫通）を正確に検知して、加工効率の向上、加工精度の向上、不良率低減、および自動化への適応などの利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】  図１に本発明による望ましい放電加工機の概略を示した。放電加工機１０は、加工機本体１、貫通検知装置２０、電源部２およびサーボ制御部３からなる。加工機本体１には、パイプ電極１２を回転させるモーター７、パイプ電極１２を保持するチャック９、パイプ電極をＺ軸方向に移動させるサーボモーター６、パイプ電極の振れを防止する振れ止め１１、ワーク１３を固定する治具、ワークテーブルをＸ軸方向に移動するサーボモーター１４、Ｙ軸方向に移動するサーボモーター１５などがある。【００２６】  Ｚ軸方向（パイプ電極）の移動を制御するサーボモーター６には、エンコーダ８が取り付けられており、本体と絶縁されたチャック９を介してパイプ電極１２にマイナス、ワーク１３にプラスの直流電圧を電源部２から供給し、エンコーダ８からのＺ軸位置信号およびギャップ間の電圧に基づき、サーボ制御部３によりＺ軸の移動が、いわゆる定常放電状態を維持するように制御されることが望ましい。【００２７】  貫通検知のためには、最初にパイプ電極１２とワーク１３間（ギャップ間）の電圧をＡ／Ｄコンバーター５に取り込み、マイコン４のプログラム制御により、サンプリング周波数、既定のサンプリング個数Ｎなどを設定して、デジタル数値化電圧を得るのが好ましい。【００２８】  次いで、得られた電圧データのＮ回の内、最大電圧値を第一の最大電圧値Ｖ１としてマイコン４の第一のメモリに記憶させる。【００２９】  次いで、次のサンプリングで得られた最大電圧値が前の第一の最大電圧値Ｖ１より小さい最大電圧値を発生したならば、それを第二の最大電圧値Ｖ２としてマイコン４の第二のメモリに記憶させる。【００３０】  第一の最大電圧値Ｖ１と第二の最大電圧値Ｖ２を逐次比較して、第一の最大電圧値Ｖ１が第二の最大電圧値Ｖ２より既定の電圧差Ｍより高い事象が連続して既定回数Ｔ以上あれば、電極が貫通したと判断する。これらの手順は、図４に工程フロー図として示している。【００３１】  これら一連の操作と制御は、すべてマイコン４にあらかじめプログラムとして設定して行うことが望ましく、図１では電源部２、サーボ制御部３、マイコン４、Ａ／Ｄコンバーター５の配置が、容易に理解を得るために分離して表示してあるが、その内の特定の組み合わせもしくはすべてを一つの装置としてまとめても良い。【００３２】  図２にマイコン４およびＡ／Ｄコンバータ５とからなる貫通検知装置２０と外部装置とのブロック図を示し、図３に同じ構成の回路図を示した。マイコン４は、電極１２とワーク１３間の放電加工パルス電圧制御もスイッチングトランジスタ１６を介して行う。
【実施例１】
【００３３】  電極側およびワーク側に荷電する回路にギャップ間電圧を測定する信号線を接続し、Ａ／Ｄコンバーターとして、アナログデバイセズ社製のＡＤ７５７２ＪＮ１２を使用し、ＮＥＣ社の３２ビット制御用マイコンと、Ｉ／ＯおよびＩ／Ｆを介して接続した。ＮＥＣ社の３２ビット制御用マイコンは、クロック１ＧＨｚ、記憶装置としての２５６ＭＢのＲＡＭ、２０ＧＢのＨＤＤ、Ｉ／ＯおよびＩ／Ｆ等からなり、マイクロソフト社のＯＳ：ＷｉｎｄｏｗｓＮＴを使用し、マイクロソフト社のＶｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃによりプログラム可能で、Ａ／Ｄコンバータをユーザーの作成するプログラムにより制御できる。【００３４】  全体厚み１０ｍｍ、肉厚各３ｍｍのＳＫＤ１１製中空箱状ワーク１３の上層のみを、外径１ｍｍの黄銅製パイプ電極１２にて、直径１．０５ｍｍの穴を図１に示した放電加工機により放電加工した。【００３５】  パイプ電極１２内には水を主体とする加工液を５Ｍｐａの水圧で流し、パイプ電極１２側をマイナス、ワーク１３側をプラスに、直流パルス電圧を電源部２からオープン電圧約１２０Ｖで荷電する。Ｚ軸を放電開始まで下降させた。放電開始電圧は約４５Ｖであり、Ｚ軸サーボモーター６に取り付けたライン精機（株）製のＣＢ５００ＬＶエンコーダ８からのＺ軸位置データとギャップ間放電電流を１０±２Ａとする、いわゆる定常放電状態をサーボ制御部３のサーボ制御により、放電穴加工の進行と共にＺ軸を下降させた。【００３６】  図４に示す工程ステップに対応させて、サーボ制御からのＺ軸最下更新の判定、Ａ／Ｄコンバータへの放電電圧測定指令、Ａ／Ｄコンバータから最大（ピーク）電圧の抽出、最大電圧上昇の判定、規定回数到達の判定等を行うプログラムを作成して制御用マイコンを、稼動させた。【００３７】  尚、既定のサンプリング個数である第一の既定回数を１０回、サンプリング周期を０．０２ミリ秒、すなわち周波数では５０ＫＨｚ、既定の電圧値を５Ｖ、第二の既定回数を３回としてプログラムを作成した。【００３８】  放電開始から貫通検知までの時間は７５秒前後であった。貫通検知すると、その出力信号を、放電加工の停止と次の工程作業開始等自動化運転への適応が可能となった。この実施例では、目視による貫通検知が不要となり、作業の効率化に寄与すると共に、マンパワーを減らすことができた。
【産業上の利用可能性】
【００３９】  本発明により、放電穴加工、特に細穴放電加工において、穴加工完了（貫通）を正確に知ることができるので、中空形状のワークの穴加工、横穴を既に有するワークへの穴加工、中空形状のワークへの斜め穴加工等に対する精密加工技術の適応、およびこれらの放電加工の自動化に適応し、放電穴加工作業の効率化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による放電加工機の概略図である。
【図２】本発明による貫通検知装置の概略図である。
【図３】本発明による貫通検知装置のブロック回路図である。
【図４】本発明による貫通検知工程のフロー図である。
【図５】ギャップ間電圧および降下（穿孔）深さを経時的に測定したグラフである。
【符号の説明】
【００４１】  １  放電加工機本体
２  電源
３  サーボ制御部
４  マイコン
５  Ａ／Ｄコンバータ
６  Ｚ軸サーボモータ
７  電極回転モータ
８  エンコーダ
９  電極取り付けチャック
１０  放電加工機
１１  電極振れ防止装置
１２  パイプ電極
１３  中空形状ワーク
１４  Ｘ軸サーボモータ
１５  Ｙ軸サーボモータ
１６  スイッチングトランジスタ
２０  貫通検知装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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