CN110280858A - 一种小孔机床穿透检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种小孔机床穿透检测方法和装置，该方法包括：采集加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值；基于预设功率转换策略对电压模拟值以及电流模拟值进行计算，得到加工功率；检测输入电压值是否低于预设电压输入阀值，若是，计算放电过程中低放电电压时长；将采集到的所述加工功率值、低放电电压时长与预设的加工功率阀值、低放电电压时长阀值进行匹配，根据匹配结果确定是否发生穿透事件。本发明能够有效提高电火花小孔机床加工效率和穿孔加工成功率。
Description
技术领域
本发明涉及电气技术领域，尤其涉及一种小孔机床穿透检测方法和装置。
背景技术
电火花小孔机床利用在工作液中连续火花放电的侵蚀作用在金属工件上钻孔，但腐蚀工件的同时也会对电极造成侵蚀，而损耗又取决于加工条件、工件材料、加工速度等多方面因素，无法精确推测损耗值，所以在实际加工过程中无法设定最合适的电极加工深度。目前现有的大部分电火花小孔机床采用设定指定深度来实现加工，这种方法容易出现过度加工或加工未穿透等情况，影响精度和效率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种小孔机床穿透检测方法和装置，以解决现有的日志匹配方法浪费大量计算资源的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种小孔机床穿透检测方法，包括：
采集加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值；
基于预设功率转换策略对电压模拟值以及电流模拟值进行计算，得到加工功率；
检测输入电压值是否低于预设电压输入阀值，若是，计算放电过程中低放电电压时长；
将采集到的所述加工功率值、低放电电压时长与预设的加工功率阀值、低放电电压时长阀值进行匹配，根据匹配结果确定是否发生穿透事件。
进一步，基于预设功率转换策略对电压模拟值及电流模拟值进行计算，得到加工功率,包括：
控制AD模数转换芯片将采集到的所述电压模拟值及电流模拟值转换为电压数字值及电流数字值；
基于所述电压数字值与所述电流数字值的乘积得到加工功率。
进一步，根据匹配结果确定是否发生穿透事件，包括：
当匹配结果为加工功率值大于预设的加工功率阀值，且得到的低放电电压时长大于所述低放电电压时长阀值时，确定发生穿透事件，否则，确定未发生穿透事件；其中，所述低放电电压时长阀值根据上位机设定的不同脉停时间而设定。
进一步，确定是否发生穿透事件后，所述方法还包括：
若确定发生穿透事件，生成穿透信号；
发送将所述穿透信号，以控制发出指示伺服电机装置完成加工的下一步工作指令。
进一步，发送将所述穿透信号后，所述方法还包括：
控制所述加工电极回退重新定位。
进一步，所述方法还包括：
若确定未发生穿透事件，将计时器清零，并继续监测输入电压值是否低于预设电压输入阀值。
根据本发明的第二方面，提供一种小孔机床穿透检测装置，装置包括：
采集模块，用于采集加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值；
计算模块，用于基于预设功率转换策略对电压模拟值以及电流模拟值进行计算，得到加工功率；
检测模块，用于检测输入电压值是否低于预设电压输入阀值，若是，计算放电过程中低放电电压时长；
确定模块，用于根据不同脉停间隔时间设定的不同加工功率阀值以及低放电电压时长阀值，将所述加工功率阀值、低放电电压时长阀值和采集到的所述加工功率值、低放电电压时长进行比较，确定是否发生穿透事件。
根据本发明的第三方面，提供一种电火花小孔机床所述电火花小孔机床包括：
用于对工件进行穿透加工的加工电极；
用于采集电压和电流且控制放电的小孔机床穿透检测装置；
电火花加工控制接口、端口控制装置、PC总线接口控制装置、控制加工电极的伺服电机驱动装置、发送放电条件及电机运动指令的上位机，所述伺服电机驱动装置在上位机控制指令下驱动所述加工电极对加工工件进行小孔加工。
根据本发明的第四方面，提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机程序指令，所述计算机程序指令根据本发明所述的方法进行执行。
根据本发明的第五方面，提供一种计算设备，包括：用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行计算机程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发所述计算设备执行本发明所述的方法。
本发明通过将采集的加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值进行处理计算，得到加工功率；并在检测到输入电压值低于预设电压输入阀值时，计算放电过程中低放电电压时长，根据加工功率阀值、低放电电压时长阀值和采集到的加工功率值、低放电电压时长的比较结果，确定是否发生穿透事件。本发明能够通过全自动化控制实现穿透的准确检测识别，使得电火花小孔机床在进行穿孔加工时加工电极伸出加工工件的长度变得可控，提高电火花小孔机床加工效率和穿孔加工成功率。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例一的电火花小孔机床的结构示意图；
图2为本发明实施例的小孔机床穿透检测方法的流程；
图3为本发明实施例的小孔机床穿透检测装置的结构示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明提供的小孔机床穿透检测方法可以应用于电火花小孔机床，图 1为电火花小孔机床结构示意框图，包括：用于对工件进行穿透加工的加工电极11；用于采集电压和电流且控制放电的小孔机床穿透检测装置12；电火花加工控制接口13、端口控制装置14、PC总线接口控制装置15、控制加工电极的伺服电机驱动装置16、发送放电条件及电机运动指令的上位机17，所述伺服电机驱动装置在上位机控制指令下驱动所述加工电极对加工工件进行小孔加工。其中，小孔机床穿透检测装置12可以是放电控制卡，包括主控芯片FPGA121以及AD模数转换器122。电火花小孔机床的控制通道是：计算机主板(上位机)→PC总线→端口控制→电机运动控制和电火花加工控制等。计算机通过PC总线传输数据来对端口控制装置进行读写，端口控制装置直接与各个控制目标相连，计算机通过读写端口控制单元来控制机床与电源的各项参数并同时获取它们的运行状态。由于电火花加工过程中会产生很大的电磁干扰，所以放电控制卡上数据的接收和放电控制以及端口控制装置对伺服电机控制装置的控制均采用差分信号进行传输，防止电磁干扰。放电控制卡与上位机或者端口控制单元之间的通讯可以采用RS422串行接口标准进行传输，波特率可以定为2400bps，以接收上位机设定的加工条件等信息。
本发明提供的小孔机床穿透检测方法具体可以应用于小孔机床穿透检测装置的FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，
图2为本发明实施例一的小孔机床穿透检测方法的流程示意图，如图2所示，本发明实施例一提供的小孔机床穿透检测方法，包括：
步骤S201，采集加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值；
步骤S202，基于预设功率转换策略对电压模拟值以及电流模拟值进行计算，得到加工功率；
步骤S203，检测输入电压值是否低于预设电压输入阀值，若是，计算放电过程中低放电电压时长；
步骤S204，将采集到的所述加工功率值、低放电电压时长与预设的加工功率阀值、低放电电压时长阀值进行匹配，根据匹配结果确定是否发生穿透事件。
本发明通过将采集的加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值进行处理计算，得到加工功率；并在检测到输入电压值低于预设电压输入阀值时，计算放电过程中低放电电压时长，将采集到的加工功率值、低放电电压时长与加工功率阀值、低放电电压时长阀值进行比较，根据比较结果确定是否发生穿透事件。本发明能够通过全自动化控制实现穿透的准确检测识别，使得电火花小孔机床在进行穿孔加工时加工电极伸出加工工件的长度变得可控，提高电火花小孔机床加工效率和穿孔加工成功率。
在步骤S201中，采集加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值。
具体地，由上位机设置对工件的加工条件、控制加工电极动作指令，加工条件主要包括脉冲电源的极性、脉宽、脉间、电压、电流峰值等数据。放电控制卡的FPGA接收上位机设定发出的加工条件指令，并依据加工条件指令控制放电以对待加工工件进行加工。
在加工过程中，加工电极和加工工件之间的工作电压及电流通过分压电阻分压后和跟随电路进入放电控制卡，并控制放电控制卡上的AD模数转换芯片采集电路实时采集工作电压以及电流，所采集的工作电压以及电流为加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值。
步骤S202，基于预设功率转换策略对电压模拟值以及电流模拟值进行计算，得到加工功率；
其中，预设功率转换策略可以包括：
控制AD模数转换芯片将采集到的所述电压模拟值及电流模拟值转换为电压数字值及电流数字值；基于所述电压数字值与所述电流数字值的乘积得到加工功率。
具体地，加工电极和加工工件之间的工作电压及电流通过分压电阻分压后进入放电控制卡，后经跟随电路进入AD模数转换芯片，由FPGA控制放电控制卡上的AD模数转换器对电压模拟值以及电流模拟值进行处理，以转化为电压数字值及电流数字值后传送给FPGA，由FPGA对收到的电压数字值及电流数字值进行计算，即将所述电压数字值与所述电流数字值相乘，基于两者的乘积得到加工功率。
步骤S203，检测输入电压值是否低于预设电压输入阀值，若是，计算放电过程中低放电电压时长；
通过FPGA中预设电压输入阀值以及加工功率阀值。预设电压输入阀值用于判断输入电压值是否为低放电电压。预设电压输入阀值和加工功率阀值根据上位机设定的不同脉停时间而设定，放电脉冲间隔设定值由上位机发送给FPGA。
由于穿透状态的检测会受到脉冲间隔时间的影响，即难以区分穿透发生还是正常加工中的脉冲间隔状态，因此FPGA根据上位机传下的不同脉停时间设定不同的低放电电压时长阀值，以减少误判的可能。
本发明实施方式中，低放电电压时长由FPGA内部计时器对采集到的低于设定电压阀值时刻进行计时得到。通过FPGA中编写计时器程序，当 AD模数转换器对采集的电压模拟值进行转换后，检测到电压数字值小于预设电压输入阀值时，说明当前为低放电电压，启动计时器开始计时，计算放电过程中低放电电压时长。
步骤S204，将采集到的所述加工功率值、低放电电压时长与预设的加工功率阀值、低放电电压时长阀值进行匹配，根据匹配结果确定是否发生穿透事件。
将采集到的所述加工功率值、低放电电压时长与预设的加工功率阀值、低放电电压时长阀值进行匹配的匹配结果可以是多种，如：1、加工功率值大于设定的加工功率阀值，低放电电压时长大于所述低放电电压时长阀值； 2、加工功率值大于设定的加工功率阀值，低放电电压时长小于或等于所述低放电电压时长阀值；3、加工功率值小于或等于设定的加工功率阀值，低放电电压时长大于所述低放电电压时长阀值；4、加工功率值小于或等于设定的加工功率阀值，低放电电压时长小于或等于所述低放电电压时长阀值。
当匹配结果为第一种情况，即加工功率值大于设定的加工功率阀值且得到的低放电电压时长大于所述低放电电压时长阀值时，确定发生穿透事件，否则，确定未发生穿透事件。在完成穿透事件检测后，则生成穿透检测信号，FPGA将穿透信号上传给端口控制装置，控制所述加工电极回退重新定位，完成穿透检测。
若确定发生穿透事件，则根据FPGA发送的穿透信号控制发出指示伺服电机装置完成加工的下一步工作指令。
若确定未发生穿透事件，则将计时器清零，并继续监测输入电压值是否低于预设电压输入阀值，并执行上述步骤S203。
图3为本发明实施例的小孔机床穿透检测装置的结构示意图，如图3 所示，本发明实施例的小孔机床穿透检测装置，包括：
采集模块301，用于采集加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值；
计算模块302，用于基于预设功率转换策略对电压模拟值以及电流模拟值进行计算，得到加工功率；
检测模块303，用于检测输入电压值是否低于预设电压输入阀值，若是，计算放电过程中低放电电压时长；
确定模块304，用于将采集到的所述加工功率值、低放电电压时长与预设的加工功率阀值、低放电电压时长阀值进行匹配，根据匹配结果确定是否发生穿透事件。
在本发明的一个实施例中，计算模块302还用于：
控制AD模数转换芯片将采集到的所述电压模拟值及电流模拟值转换为电压数字值及电流数字值；
基于所述电压数字值与所述电流数字值的乘积得到加工功率。
在本发明的一个实施例中，确定模块304还用于：
当匹配结果为加工功率值大于预设的加工功率阀值，且得到的低放电电压时长大于所述低放电电压时长阀值时，确定发生穿透事件，否则，确定未发生穿透事件；其中，所述低放电电压时长阀值根据上位机设定的不同脉停时间而设定。
在本发明的一个实施例中，确定模块304还用于：
若确定发生穿透事件，生成穿透信号；
发送将所述穿透信号，以控制发出指示伺服电机装置完成加工的下一步工作指令。
在本发明的一个实施例中，确定模块304还用于：
控制所述加工电极回退重新定位。
在本发明的一个实施例中，检测模块303还用于：
若确定未发生穿透事件，将计时器清零，并继续监测输入电压值是否低于预设电压输入阀值。
本发明实施例图3所示装置为本发明实施例图2所示方法的实现装置，其具体原理与本发明实施例图2所示方法相同，此处不再赘述。
在本发明一个实施例中，还提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机程序指令，所述计算机程序指令根据本发明实施例的方法进行执行。
在本发明一个典型的配置中，计算设备均包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
在本发明一个实施例中，还提供一种计算设备，包括：用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行计算机程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发所述计算设备执行本发明实施例的方法。
计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的装置或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
需要注意的是，本发明可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一些实施例中，本发明的软件程序可以通过处理器执行以实现上文步骤或功能。同样地，本发明的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (10)
1.一种小孔机床穿透检测方法，其特征在于，所述方法应用于小孔机床穿透检测装置的可编程逻辑阵列FPGA，所述方法包括：
采集加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值；
基于预设功率转换策略对电压模拟值以及电流模拟值进行计算，得到加工功率；
若检测输入电压值低于预设电压输入阀值，计算放电过程中低放电电压时长；
将采集到的所述加工功率值、低放电电压时长与预设的加工功率阀值、低放电电压时长阀值进行匹配，根据匹配结果确定是否发生穿透事件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于预设功率转换策略对电压模拟值及电流模拟值进行计算，得到加工功率，包括：
控制AD模数转换芯片将采集到的所述电压模拟值及电流模拟值转换为电压数字值及电流数字值；
基于所述电压数字值与所述电流数字值的乘积得到加工功率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据匹配结果确定是否发生穿透事件，包括：
当匹配结果为加工功率值大于预设的加工功率阀值，且得到的低放电电压时长大于所述低放电电压时长阀值时，确定发生穿透事件，否则，确定未发生穿透事件；其中，所述低放电电压时长阀值根据上位机设定的不同脉停时间而设定。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定是否发生穿透事件后，所述方法还包括：
若确定发生穿透事件，生成穿透信号；
发送将所述穿透信号，以控制发出指示伺服电机装置完成加工的下一步工作指令。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，发送将所述穿透信号后，所述方法还包括：
控制所述加工电极回退重新定位。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若确定未发生穿透事件，将计时器清零，并继续监测输入电压值是否低于预设电压输入阀值。
7.一种小孔机床穿透检测装置，其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于采集加工电极和工件之间的电压模拟值以及电流模拟值；
计算模块，用于基于预设功率转换策略对电压模拟值以及电流模拟值进行计算，得到加工功率；
检测模块，用于检测输入电压值是否低于预设电压输入阀值，若是，计算放电过程中低放电电压时长；
确定模块，用于根据不同脉停间隔时间设定的不同加工功率阀值以及低放电电压时长阀值，将所述加工功率阀值、低放电电压时长阀值和采集到的所述加工功率值、低放电电压时长进行比较，确定是否发生穿透事件。
8.一种电火花小孔机床，其特征在于，所述电火花小孔机床包括：
用于对工件进行穿透加工的加工电极；
用于采集电压和电流且控制放电的小孔机床穿透检测装置；
电火花加工控制接口、端口控制装置、PC总线接口控制装置、控制加工电极的伺服电机驱动装置、发送放电条件及电机运动指令的上位机，所述伺服电机驱动装置在上位机控制指令下驱动所述加工电极对加工工件进行小孔加工。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机程序指令，所述计算机程序指令根据权利要求1至6中任一项所述的方法进行执行。
10.一种计算设备，其特征在于，包括：用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行计算机程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发所述计算设备执行权利要求1至6中任一项所述的方法。
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