TWI500466B - 調變式放電加工控制裝置與方法 - Google Patents

Description

調變式放電加工控制裝置與方法

本發明為一放電加工裝置與方法，尤其是指一種調變式放電加工控制裝置與方法。

放電加工(Electrical Discharge Machining,EDM)用來加工傳統切削方法難以加工的超硬材料和複雜形狀的工件，過去通常用於加工導電的材料，可以在諸如工具鋼和硬質合金等難加工材料上加工複雜的型腔或者輪廓，其原理是在導電的工具電極和工件之間施加上周期性快速變化的電壓脈衝，而產生的局部高溫使工件表面金屬熔化、氣化，從而蝕除金屬。

放電加工一般可分為等頻率加工法與等能量加工法，等頻率加工法為脈衝電壓的脈寬持續時間與休止時間是固定的，不會因放電狀況而改變；而等能量加工法為由放電回路提供之開路電壓進行點火，並隨時偵測間隙電壓狀態，待產生火花，間隙電壓下降後開始進行放電加工，此時計時開始，等待計時到預定加工時間後，放電回路關閉以停止放電一段休止時間，之後再由放電回路提供之開路電壓進行點火，如此反覆進行此流程，此模式之每一發放電能量固定，加工效率佳。在進行點火時會提供極間一開路電壓，如90V，當極間絕緣破壞產生火花時，此時間隙電壓會急速下降到一較低的電壓，表示點火成功，此較低的電壓稱之為『電弧電壓』(Arc Voltage)。傳統實現上會設 置一參考電壓Vref，當點火程序進行時之間隙電壓一小於此參考電壓時，代表成功點火，便開始進行放電加工時間之計時。傳統放電加工以加工金屬導體模具為主，金屬導體之電弧電壓約為20~30V，故參考電壓一般都以電路方式固定設定在50V~60V左右，或者進一步利用可變電阻Rs來達到可以些微調整參考電壓準位Vref的方式，但是一般還是設定在約50V~60V。

近年來，各界也致力發展具有阻抗的特殊材料或複合材料之放電加工，如聚晶金剛石(polycrystalline diamond,PCD)、碳化矽、半導體等。傳統放電加工在多晶矽與碳化矽材料上無法順利加工，其問題就是在於無法進行點火放電偵測，導致後續無法進行放電切削加工。每一種特殊材料，如：碳化矽或矽晶圓...等，其材料特性都不一樣，點火成功時之電弧電壓也不同，如金屬導體為20~30V，PCD為20~60V，多晶矽材料為120~160V，碳化矽材料點火成功初期為90~110V，穩定期為20~50V，而且點火所使用的開路電壓必須高於電弧電壓，才能順利進行放電切割，所以在切割不同材料時，必須先了解該材料的電弧電壓，再來調整點火開路電壓與參考電壓。

因為每種材料的放電加工特性皆不同，甚至即使是同一種材料如PCD、多晶矽及碳化矽等也會因晶粒大小及分佈均勻性等因素造成材料阻抗的變化，採用單一點火電壓與單一參考電壓方式將無法滿足所有加工之需求，可能造成點火放電偵測的錯誤，而無法順利加工，或者可以由操作人員以手動方式調整可變電阻，以調到適當的參考電壓 準位，然而此方法不僅不便，也隱含造成工作安全的威脅性的存在。

本揭露提出一種調變式放電加工控制裝置與方法來解決被加工物因材質特性不同造成之點火判斷錯誤與點火困難之問題，可以根據不同的材料性質，而自動調整參考電壓與開路電壓大小；此外，本揭露更可應用於未知導電度或材料特性之特殊材質加工，同時亦可兼顧加工效率與表面粗細度之需求。本揭露之裝置與方法搭配控制元件可達成控制自動化，自動針對加工實際狀況進行調整反應，完成加工最佳化控制。

在一實施例中，本揭露提供一種調變式放電加工控制裝置，包括一放電加工模組、一調變式開路電壓模組、調變式參考電壓判斷模組、一資料庫以及一控制單元。該放電加工模組，其係接收一開路電壓。該調變式開路電壓模組，其係與該放電加工模組耦接，以根據一第一控制訊號提供該開路電壓，該調變式開路電壓模組更根據一第二控制訊號改變該開路電壓之大小。該調變式參考電壓判斷模組，其係與該放電加工模組耦接以偵測該放電加工模組之一間隙電壓並與一參考電壓進行比較以輸出一結果訊號，該調變式參考電壓判斷模組係根據一第三控制訊號調整該參考電壓之大小。該資料庫，其係儲存有對應複數種加工材料所需之參考電壓以及開路電壓。該控制單元，其係與該調變式開路電壓模組、該調變式參考電壓判斷模組以及 該資料庫耦接，該控制單元根據該結果訊號控制輸出該第一控制訊號之時間，該控制單元係根據加工材料之性質，由該資料庫選擇對應之參考電壓以及開路電壓，進而產生該第二控制訊號以及該第三控制訊號，該控制單元更產生該第一控制訊號以控制該調變式開路電壓模組提供該開路電壓。

在另一實施例中，本揭露提供一種調變式放電加工控制方法，其係包括有下列步驟：提供一調變式放電加工控制裝置，其係具有一放電加工模組、一調變式開路電壓模組、一調變式參考電壓判斷模組、一資料庫以及一控制單元；該控制單元判斷該資料庫中是否具有一加工材料所需之一參考電壓以及一開路電壓之資訊；如果有，該控制單元根據該加工材料之性質由該資料庫中選擇對應該加工材料之開路電壓以及參考電壓，並根據該開路電壓以及參考電壓分別輸出一第二控制訊號給該調變式開路電壓模組以及輸出一第三控制訊號給該調變式參考電壓判斷模組，其中該參考電壓小於該開路電壓；該調變式開路電壓模組接收到該第二控制訊號時，即調制出對應該第二控制訊號之開路電壓，該調變式參考電壓判斷模組根據該第三控制訊號輸出對應的參考電壓；以及進行一等能量放電加工，其係更包括有下列步驟：該控制單元透過一第一控制訊號控制該調變式開路電壓模組，使該開路電壓輸出至該放電加工模組；該調變式參考電壓判斷模組偵測該放電加工模組之一間隙電壓並與一參考電壓並進行比較以輸出一結果訊號；以及該控制單元根據該結果訊號判斷點火是否成功， 如果點火成功，該控制單元開始計時一加工時間，待經過該加工時間後，切斷該第一控制訊號。

請參閱第1A圖所示，該圖係為本發明之調變式放電加工控制裝置第一實施例示意圖。該調變式放電加工控制裝置2包括有一放電加工模組20、一調變式開路電壓模組21、一調變式參考電壓判斷模組22、一控制單元23以及一資料庫24。該放電加工模組20，其係具有一電極201以及一容置槽202。該電極201可以為柱狀電極，其形狀與結構係根據需求而定。在另一實施例中，該電極201亦可以為線放電加工機所使用之線電極。容置槽202內更具有一承載台203，其上可以提供設置一待加工材料90。承載台203內可容置有液體204，一般為油體，但不以此為限，該液體可以提供作為冷卻以及帶走放電加工產生的廢料。該電極201接收加工開路電壓並對該待加工材料90進行放電加工。

該調變式開路電壓模組21，其係與該放電加工模組20耦接，以根據一第一控制訊號231提供一開路電壓Vo給該放電加工模組20，在本實施例中，該放電加工模組20之電極201代表正極，而該承載台203側代表負極，該放電加工模組20之電極201與承載台203接收該開路電壓Vo，使得電極201可以對承載台203上之該待加工材料90進行放電加工。該調變式開路電壓模組21更根據一第二控制訊號232改變該開路電壓之大小。

在本實施例中，該調變式開路電壓模組21更具有一控 制開關210、一限流電阻211以及一可變電壓模組212。該控制開關210，其係具有一控制端2100、一輸入端2101以及一輸出端2102，該控制開關210以該控制端2100與該控制單元23電性連接以接收該第一控制訊號231，該控制開關210以該輸出端2102係與該放電加工模組20電性連接。該控制開關210可以選擇為電晶體或者是繼電器等元件，在本實施例中，該控制開關210為電晶體。該限流電阻211，其一端與該輸入端2101電性連接，而另一端則耦接至該可變電壓模組212之正極端。該可變電壓模組212，其係負極端與該放電加工模組20之負極側電性連接。該可變電壓模組212接收該第二控制訊號232以輸出對應該第二控制訊號232之開路電壓，該開路電壓經由該限流電阻211，傳遞至該控制開關210。請參閱第2圖所示，該圖係為可變電壓模組實施例示意圖。該可變電壓模組212具有複數個開關SW1~SWn，每一個開關SW1~SWn分別耦接有對應的電壓源V1~Vn，本實施例之電壓源為直流電壓源，以輸出對應之開路電壓。而第二控制訊號232可以讓該可變電壓模組212選擇控制特定之開關SW1~SWn，使得該開關SW1~SWn對應的電壓源V1~Vn可以經由限流電阻211輸出至控制開關210之輸入端接腳。要說明的是，控制不同的開路電壓輸出的電路可以根據需求而定，並不以第2圖之實施例為限制。

再回到第1A圖所示，該調變式參考電壓判斷模組22，其係與該放電加工模組20耦接以偵測該放電加工模組20之一間隙電壓Vg，其係為電極201與待加工材料90之間的電壓差，該調變式參考電壓判斷模組22將該間隙電壓Vg與一 參考電壓Vref進行比較。要說明的是，在本實施例中由於比較間隙電壓Vg與參考電壓Vref之比較器並沒有辦法直接以高電壓訊號來比較，因此需要將隙電壓Vg與參考電壓Vref進行等比例來衰減，以利比較器接收並比較。儘管如此，在另一實施例中，如果有比較器可以接收高電壓訊號來進行比較，則衰減並非必要之程序。在本實施例中，該調變式參考電壓判斷模組22更包括有一電壓衰減電路220、一調變式電壓源221以及一比較器222。該電壓衰減電路220，其係與該放電加工模組20電性連接，以擷取該放電加工模組20之間隙電壓Vg。由於該間隙電壓Vg屬於高電壓，為了方便比較器222運算處理，在本實施例中，透過該電壓衰減電路220來等比例降低該間隙電壓Vg以輸出一衰減電壓Vd。該調變式電壓源221其係與該控制單元23電性連接，該調變式電壓源221根據該第三控制訊號233所輸出的衰減參考電壓Vref_d係為對應該衰減電路220的衰減比例將該參考電壓Vref調降而得，並且輸出給該比較器222。請參閱第3圖所示，該圖係為調變式電壓源之實施例示意圖。該調變式電壓源221具有複數個開關SW1~SWn，每一個開關SW1~SWn分別耦接有對應的電壓源V1~Vn，本實施例之電壓源為直流電壓源。而第三控制訊號233可以讓該調變式電壓源221選擇控制特定之開關SW1~SWn，使得與被控制之該開關SW1~SWn所對應的直流電壓源V1~Vn輸出衰減參考電壓Vref_d至比較器222。在另一實施例中，該調變式電壓源221可以為數位轉類比(digital to analog,D/A)電壓電路，其係將關於第三控制訊號所對應之數位電壓轉換成 一類比電壓輸出至該比較器，該類比電壓係為衰減參考電壓Vref_d。再回到第1A圖所示，該比較器222，其係與該控制單元23、該電壓衰減電路220以及該調變式電壓源221電性連接，該比較器222比較該衰減參考電壓Vref_d以及該衰減電壓Vd之大小，以輸出一結果訊號給該控制單元23。

該資料庫24，其係儲存有對應複數種加工材料所需之參考電壓Vref以及開路電壓，提供初始加工時之點火開路電壓與參考電壓之設定。該控制單元23，其係與該調變式開路電壓模組21、該調變式參考電壓判斷模組22以及該資料庫24耦接，該控制單元23係根據加工材料之種類與性質，由該資料庫24選擇對應之參考電壓Vref以及開路電壓，進而產生對應該開路電壓之該第二控制訊號232以及對應該參考電壓之該第三控制訊號233。一般而言，該控制單元可以耦接一輸入介面，其係可以藉由顯示器提供使用者輸入待加工材料之種類與材質，該輸入介面將該待加工材料之種類與材質之資訊傳輸給該控制單元23，使該控制單元23由該資料庫24選擇對應該待加工材料之種類與材質所需的參考電壓Vref與開路電壓。

此外，該控制單元23更產生該第一控制訊號231控制該調變式開路電壓模組21使其間歇性地提供該開路電壓給該放電加工模組20。在本實施例中，該控制單元23根據該結果訊號控制輸出該第一控制訊號之時間。所謂控制輸出該第一控制訊號之時間，可分成兩個部分，第一部分為如果該結果訊號代表點火不成功，該控制單元則控制該第一控制訊號持續送出且不計時持續時間，使該調變式開路電壓 模組21持續提供該開路電壓給該放電加工模組20，第二部分的時間控制為如果該結果訊號代表點火成功，則從該點火成功之後，該控制單元開始計時一加工時間，待時間計時到一Ton時間後，再將該第一控制訊號關閉，此時該調變式開路電壓模組21不再提供該開路電壓給該放電加工模組20，所以電極201與待加工材料90之間的電壓差為零，而該控制單元開始計時一休止時間Toff，待時間計時到該Toff時間後，再度輸出該第一控制訊號，如此反覆進行。

接下來說明，第1A圖之實施例之運作方式。請參閱第1A至1B圖與第4圖所示，以步驟260提供調變式放電加工控制裝置2。當待加工材料90放置於該放電加工模組20之承載台203上時，接著進行步驟261使該控制單元23根據該待加工材料90之性質由該資料庫24中選擇對應該待加工材料90之開路電壓以及參考電壓。然後以步驟262根據該開路電壓以及參考電壓分別輸出第二控制訊號232給該調變式開路電壓模組21以及輸出第三控制訊號233給該調變式參考電壓判斷模組22。要說明的是，該參考電壓Vref小於該開路電壓。隨後，進行步驟263，當該調變式開路電壓模組21接收到該第二控制訊號232時，即調制出對應該第二控制訊號232之開路電壓；同樣，該調變式參考電壓判斷模組22根據該第三控制訊號233輸出對應該參考電壓Vref的衰減參考電壓Vref_d給該比較器222，其中，衰減參考電壓Vref_d係為對應該衰減電路220的衰減比例將該參考電壓Vref調降而得。

接著進行步驟264，該控制單元23透過第一控制訊號 231讓控制開關210產生on/off，使得該開路電壓可以間歇地輸出至該放電加工模組20。當該控制開關210開啟(on)時，開路電壓經由控制開關210輸出至該放電加工模組20，該放電加工模組20開始對該待加工材料90進行放電加工。接著，進行步驟265，該調變式參考電壓判斷模組22偵測該放電加工模組之一間隙電壓，將其衰減後並與該衰減參考電壓進行比較以輸出一結果訊號。在本步驟中，主要是該調變式參考電壓判斷模組偵22之電壓衰減電路220會擷取該放電加工模組20之電極201以及該待加工材料90之間的電壓，本實施例稱為間隙電壓Vg，並且將間隙電壓Vg等比例衰減至比較器222可以接收的電壓值，本實施例稱為衰減電壓Vd，輸出給該比較器222。同樣地，該調變式電壓源221根據該第三控制訊號233所輸出的衰減參考電壓Vref_d係為對應該衰減電路220的衰減比例將該參考電壓Vref調降，並且輸出給該比較器222。該比較器222再比較對應該參考電壓Vref之衰減參考電壓Vref_d以及對應該間隙電壓Vg之衰減電壓Vd，比較器222會將比較的結果輸出結果訊號至該控制單元23。

接著，進行步驟266，該控制單元23，根據結果訊號判斷點火是否成功，亦即如果結果訊號代表衰減電壓Vd小於該衰減參考電壓Vref_d時，則代表放電加工模組20之電極201對該待加工材料90點火成功。此時衰減電壓Vd所對應的間隙電壓Vg可以稱為電弧電壓Vs。反之，如果結果訊號代表衰減電壓Vd持續大於該衰減參考電壓Vref_d，則代表放電加工尚未成功。當放電加工模組20之電極201對該待加 工材料點火成功時，進行步驟267，使該控制單元23開始計時加工時間，待經過一第一時間Ton之後，再將控制開關210切回Off的狀態。接著再進行步驟268，控制單元23開始計時一第二時間(Toff)，經過該第二時間(Toff)後，進行步驟264，再重新點火，如此反覆實施。上述之實施例，由於係根據點火成功後計時加工時間Ton，因此可以讓材料受到固定之等能量的加工時間，維持加工品質與加工效率。此外，由於材料不同、晶粒大小及分佈均勻性等因素造成放電電弧電壓不同，因此使用固定的參考電壓準位與開路電壓，將導致點火判斷失敗，無法加工，而本實施例透過控制單元23自動根據材料特性調變對應材料特性的參考電壓以及開路電壓，亦可由操作者經由控制器的設定來進行調整參考電壓以及開路電壓，可克服點火判斷錯誤而無法加工之問題。

請參閱第5圖所示，該圖係為本發明之調變式放電加工控制裝置第二實施例示意圖。在本實施例中基本上與第1A圖之架構類似，差異的是，本實施例更具有一類比電壓數位轉換電路25，其係與該電壓衰減電路220以及該控制單元23電性連接，該類比電壓數位轉換電路25於放電加工過程中，將放電加工不同時間點之該衰減電壓Vd轉換成一數位訊號給該控制單元23。該控制單元23記錄放電加工不同時間點之該數位訊號，以進行數值演算，求取最接近真實的電弧電壓，作為後來調整參考電壓與開路電壓的依據。在第5圖的實施例中，主要除了具有第1A圖所示之實施例所具有的特徵外，更可以針對資料庫24內所沒有記錄的材 料，進行偵測放電時之電弧電壓，作為調整參考電壓準位與開路電壓之依據。

以下說明第5圖所示實施例的調變式放電加工控制方法。如第6A圖所示，該圖係為本發明之調變式放電加工控制方法流程示意圖。該方法3包括有下列步驟，首先進行步驟310於初始加工時，依據放電加工資料庫24之資料，確定待加工材料90所對應的開路電壓與參考電壓Vref資訊是否有在資料庫中，如果資料庫24中有對應材料的開路電壓與參考電壓Vref，則控制單元23以步驟311對應該參考電壓Vref以及開路電壓來進行設定，再以步驟312確認是否線上調整開路電壓與參考電壓Vref，若否，則進行步驟313，控制單元23控制該放電加工模組20進行等能量放電加工，直到加工完成為止，而其控制運作方式，如第一實施例所述之實施方式，在此不做贅述。若是在步驟312選擇繼續進行線上調整開路電壓與參考電壓Vref，則進行步驟315之點火偵測，以及後續的加工時之電弧電壓量測，並做線上調整開路電壓與參考電壓的動作。要說明的是，雖然在步驟310中資料庫中有待加工材料的開路電壓與參考電壓的資訊，不過為了因應材料晶粒大小不一及分佈不均勻等因素造成材料電弧電壓變化的問題，還是可以透過步驟315的點火偵測，再度對已知之加工材料進行開路電壓與參考電壓之最佳化調整，這些流程在下段說明。

再回到步驟310，若資料庫24中無該加工材料之參考電壓與開路電壓資料時，則以步驟314使控制單元23產生分別對應一測試開路電壓以及一測試參考電壓之第二控制訊號 以及第三控制訊號。所謂測試開路電壓以及測試參考電壓並非特定值，可以直接為裝置2所能負荷之開路電壓以及參考電壓之最大值或者是根據經驗而設定的一適當初始值。在本實施例中，係為根據經驗而設定的一適當初始值。

將對應測試參考電壓以及測試開路電壓之第二控制訊號以及第三控制訊號分別給該調變式開路電壓模組21以及該調變式參考電壓判斷模組22。要說明的是，該測試參考電壓必須小於該測試開路電壓。接著進行步驟315，進行點火偵測。在本步驟中，該控制單元23輸出一第一控制訊號給該放電加工模組20，使該放電加工模組20開始進行放電加工，此時該電壓衰減電路220擷取放電加工模組20之間隙電壓，並將該間隙電壓進行比例衰減降壓以輸出衰減電壓給該比較器222，同時，該調變式電壓源221也根據該第三控制訊號233輸出對應該測試參考電壓之衰減參考電壓Vref_d，其係為對應該衰減電路220的衰減比例將該測試參考電壓Vref調降，並且輸出給該比較器222。

接著進行步驟316，該調變式參考電壓判斷模組22中的比較器222將該放電加工模組20輸出之衰減電壓與該衰減參考電壓進行比較，並輸出以結果訊號給該控制單元23。該控制單元23根據該結果訊號判斷是否點火成功。如果結果訊號代表該間隙電壓所對應的衰減電壓持續大於該測試參考電壓所對應的衰減參考電壓，則代表點火失敗；反之，當間隙電壓所對應的衰減電壓小於該測試參考電壓所對應的衰減參考電壓，則代表點火成功。如果持續點火失敗，則進行步驟317，控制單元23先判斷目前的測試參考電壓以 及測試開路電壓是否為最大值，如果不是，則進行步驟318，控制單元23調高該測試參考電壓與測試開路電壓的準位，再度以對應調高後之測試參考電壓以及測試開路電壓之第二控制訊號以及第三控制訊號分別給該調變式開路電壓模組21以及該調變式參考電壓判斷模組22，然後再回到步驟315與316判斷點火是否成功；反之，如果是最大值，則以步驟319直接發出錯誤警報。

再回到步驟316，如果點火成功，則以步驟320進行量測對應點火成功後之間隙電壓。請參閱第6B與第7A至7C圖所示，其中第6B為步驟320進行量測對應點火成功之間隙電壓之流程示意圖，而第7A至第7C圖係為調變式放電加工控制方法中量測對應點火成功之間隙電壓時各電壓狀態示意圖。如第7A圖所示，Vot代表測試開路電壓，Vref_t代表測試參考電壓。第7A圖中，主要在點火成功後，即判斷間隙電壓小於測試參考電壓Vref_t時，亦即，衰減電壓小於該衰減參考電壓，進行步驟3200，該類比電壓數位轉換電路25會在判斷點火成功後的一定時間Ta後，再開始鎖定該電壓衰減電路220所擷取的間隙電壓。主要的原因在於，如第7B圖所示，點火成功後，雖然間隙電壓Vg會小於測試參考電壓Vref_t，不過該電壓並非馬上趨於穩定，而是在一定時間之後，再趨於穩定，此時穩定的電壓才是較接近真實的電弧電壓。另外，要說明的是Ta必須小於放電持續之脈波時間寬度Ton_t。

為了避免量測到不正常放電波形的間隙電壓，如短路波形之短路電壓，而將短路電壓當成真實的電弧電壓，在 本實施例中，以步驟3201使該控制單元23控制放電加工模組20、調變式開路電壓模組21與調變式參考電壓判斷模組22進行總共複數次(N次)之放電加工，並讀取此N次之放電時之放電間隙電壓，將此N次間隙電壓經由類比電壓數位轉換電路25轉換成數位訊號，再傳給控制單元23。

再來以步驟3202使該控制單元23根據該複數次成功點火所對應的放電間隙電壓數位訊號進行一數值處理，以求得對應該加工材料90之最接近真實的電弧電壓。該數值處理可以將N筆數位訊號進行，平均法運算、加權平均法運算或者是最大值運算，但不以此為限，來求得接近真實的放電加工點火成功後的電弧電壓。最後，以步驟3203使該控制單元23根據該求得的電弧電壓決定出對應該加工材料90之一加工開路電壓以及一加工參考電壓。在步驟3203中，如第7C圖所示，主要是用步驟3202所計算得到的電弧電壓Vsc向上加上ΔV1以得到對應該待加工材料之一加工參考電壓Vref，再由該加工參考電壓Vref向上增加ΔV2以得到對應該待加工材料之一加工開路電壓Vo。至於ΔV1以及ΔV2之大小，可以根據需求而定並無一定之限制。

另外，要再特別說明的是，若資料庫24中無該加工材料之參考電壓與開路電壓資料時，以步驟314使控制單元23產生分別對應一測試開路電壓以及一測試參考電壓進行放電測試加工，此時為避免測試開路電壓之電壓值過大，使得放電能量超過系統負荷，導致電路燒毀，所以，如第7C圖所示，控制單元會控制兩種不同的加工時間Ton與Ton_t以及兩種不同的休止時間Toff與Toff_t。其中，Ton屬於正 常等能量放電加工的加工時間，而Ton_t屬於在偵測未知材料之電弧電壓時，當點火成功後進行等能量放電加工的測試加工時間；同理，Toff屬於正常等能量放電加工後的休止時間，而Toff_t屬於在偵測未知材料之電弧電壓時，經過等能量放電加工後的測試休止時間。其中，Ton大於等於Ton_t，而Toff小於等於Toff_t。

以下說明Ton與Ton_t以及Toff與Toff_t之控制方式。當在進行步驟315-320偵測未知材料的電弧電壓時，在點火成功的時候，控制單元會以Ton_t作為控制等能量放電加工之時間長度，而以Toff_t作為等能量放電加工後之休止時間長度。待進行N次放電，計算電弧電壓，調整參考電壓與開路電壓後，進行步驟313之正式放電加工，此時控制單元會以Ton作為正常等能量放電加工之時間，以及利用Toff作為正常等能量放電加工後之休止時間長度。

得到參考電壓以及開路電壓之後，如第6A圖所示，進行步驟321判斷是否還要繼續對該材料加工，如果不需要的話，則進行步驟324判斷是否調整資料庫，如果是要的話，則以步驟325將對應該待加工材料的加工參考電壓以及加工開路電壓記錄在該資料庫24內，若不需要調整資料庫，則至步驟326加工結束。在步驟321中如果還有要繼續加工的話，進行步驟322，該控制單元23輸出步驟320所得之對應該加工開路電壓之一第二控制訊號給該調變式開路電壓模組21，使該調變式開路電壓模組21輸出該加工開路電壓以及輸出對應該加工參考電壓之一第三控制訊號給該調變式參考電壓判斷模組22。接著進行步驟323判斷是否線上調 整開路電壓與參考電壓，若否，則進行步驟313，控制單元23控制該放電加工模組20進行等能量放電加工，直至加工完成，加工之程序如如前述關於第1B圖之實施例所述之流程來進行。完成之後，再回到步驟324判斷是否調整資料庫。反之若是在步驟312選擇繼續線上調整開路電壓與參考電壓，則回到步驟315進行點火偵測，以及進行後續的電弧電壓量測、調整開路電壓與參考電壓，藉由隨時調變開路電壓與參考電壓才能處理因材料晶粒大小不一及分佈不均勻等因素造成材料電弧電壓變化的問題。

要說明的是，雖然前述第6A圖的流程中的步驟314，決定測試參考電壓與測試開路電壓之大小並非一開始從最大值著手。在另一實施例中，可以直接將該測試參考電壓與測試開路電壓之大小設定為該調變式電壓源221以及可變電壓模組212所能輸出之最大值，如此可以確保初次接觸點火一定成功，也可排除無法點火狀態判別之困難。

惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

2‧‧‧調變式放電加工控制裝置

20‧‧‧放電加工模組

201‧‧‧電極

202‧‧‧容置槽

203‧‧‧承載台

204‧‧‧液體

21‧‧‧調變式開路電壓模組

210‧‧‧控制開關

2100‧‧‧控制端

2101‧‧‧輸入端

2102‧‧‧輸出端

211‧‧‧限流電阻

212‧‧‧可變電壓模組

22‧‧‧調變式參考電壓判斷模組

220‧‧‧電壓衰減電路

221‧‧‧調變式電壓源

222‧‧‧比較器

23‧‧‧控制單元

231‧‧‧第一控制訊號

232‧‧‧第二控制訊號

233‧‧‧第三控制訊號

24‧‧‧資料庫

25‧‧‧類比電壓數位轉換電路

90‧‧‧材料

260~268‧‧‧步驟

3‧‧‧調變式放電加工控制方法

310~326‧‧‧步驟

3200~3203‧‧‧步驟

第1A圖係為本發明之調變式放電加工控制裝置第一實施例示意圖。

第1B圖係為本發明之調變式放電加工控制裝置第一 實施例之放電加工控制方法流程示意圖。

第2圖係為可變電壓模組實施例示意圖。

第3圖係為調變式電壓源之實施例示意圖。

第4圖係為本發明放電加工控制裝置第一實施例放電加工電壓訊號示意圖。

第5圖係為本發明之調變式放電加工控制裝置第二實施例示意圖。

第6A與6B圖係為本發明之調變式放電加工控制方法流程示意圖。

第7A至第7C圖係為調變式放電加工控制方法中量測對應點火成功之間隙電壓時各電壓狀態示意圖。

2‧‧‧調變式放電加工控制裝置

20‧‧‧放電加工模組

201‧‧‧電極

202‧‧‧容置槽

203‧‧‧承載台

204‧‧‧液體

21‧‧‧調變式開路電壓模組

210‧‧‧控制開關

2100‧‧‧控制端

2101‧‧‧輸入端

2102‧‧‧輸出端

211‧‧‧限流電阻

212‧‧‧可變電壓模組

22‧‧‧調變式參考電壓判斷模組

220‧‧‧電壓衰減電路

221‧‧‧調變式電壓源

222‧‧‧比較器

23‧‧‧控制單元

231‧‧‧第一控制訊號

232‧‧‧第二控制訊號

233‧‧‧第三控制訊號

24‧‧‧資料庫

90‧‧‧材料

Claims (23)

1. 一種調變式放電加工控制裝置，包括：一放電加工模組，其係接收一開路電壓，該放電加工模組更包括有一電極以及一容置槽，該容置槽內容置有一承載台，該承載台提供承載一工件；一調變式開路電壓模組，其係與該放電加工模組耦接，以根據一第一控制訊號提供該開路電壓，該調變式開路電壓模組更根據一第二控制訊號改變該開路電壓之大小，該電極與該承載台係與該調變式開路電壓模組電性連接，該電極產生一加工電壓對該工件進行加工；一調變式參考電壓判斷模組，其係與該放電加工模組耦接，藉以偵測該放電加工模組之一間隙電壓，並與一參考電壓進行比較後輸出一結果訊號，該調變式參考電壓判斷模組係根據一第三控制訊號調整該參考電壓之大小；一資料庫，其係儲存有對應複數種加工材料所需之參考電壓以及開路電壓；以及一控制單元，其係與該調變式開路電壓模組、該調變式參考電壓判斷模組以及該資料庫耦接，該控制單元根據該結果訊號控制輸出該第一控制訊號之時間，該控制單元係根據加工材料之性質，由該資料庫選擇對應之參考電壓以及開路電壓，進而產生該第二控制訊號以及該第三控制訊號，該控制單元更產生該第一控制訊號以控制該調變式開路電壓模組提供該開路電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之調變式放電加工控制裝置，其中該放電加工模組更包括有一線電極以及一容置槽，該容置槽內容置有一承載台，該承載台提供承載一工件，該線電極與該承載台係與該調變式開路電壓模組電性連接，該線電極產生一加工電壓對該工件進行加工。
3. 如申請專利範圍第1項所述之調變式放電加工控制裝置，其中該調變式開路電壓模組更包括有：一控制開關，其係具有一控制端、一輸入端以及一輸出端，該控制開關以該控制端與該控制單元電性連接以接收該第一控制訊號，該控制開關以該輸出端與該放電加工模組電性連接；一限流電阻，其一端與該輸入端電性連接；以及一可變電壓模組，其係一端與該放電加工模組電性連接，另一端則耦接該限流電阻，該可變電壓模組接收該第二控制訊號以輸出對應該第二控制訊號之開路電壓。
4. 如申請專利範圍第3項所述之調變式放電加工控制裝置，其中該可變電壓模組係由複數個不同電壓之直流電源供應器與相對應之複數個開關所構成，該複數個直流電源供應器分別提供不同大小之開路電壓，每一個開關與該控制單元電性連接，該控制單元根據所需之開路電壓大小輸出該第二控制訊號控制對應之開關。
5. 如申請專利範圍第1項所述之調變式放電加工控制裝置，其中該調變式參考電壓判斷模組更包括有： 一電壓衰減電路，其係與該放電加工模組電性連接，以由該放電加工模組擷取之一間隙電壓，該電壓衰減電路等比例降低該間隙電壓以輸出一衰減電壓；一調變式電壓源，其係與該控制單元電性連接，該調變式電壓源根據該第三控制訊號產生對應該參考電壓之一衰減參考電壓；以及一比較器，其係與該控制單元、該電壓衰減電路以及該調變式電壓源電性連接，該比較器比較該衰減參考電壓以及該衰減電壓之大小，以輸出該結果訊號給該控制單元。
6. 如申請專利範圍第5項所述之調變式放電加工控制裝置，其中該調變式電壓源係由一數位轉類比電壓之電路所構成。
7. 如申請專利範圍第5項所述之調變式放電加工控制裝置，其中該調變式電壓源係由複數個不同電壓之直流電源供應器與相對應之複數個開關所構成，該複數個直流電源供應器分別提供不同大小之衰減參考電壓，每一個開關與該控制單元電性連接，該控制單元根據所需之參考電壓大小輸出該第三控制訊號控制對應之開關，使對應該被控制之開關的直流電源供應器輸出對應該所需參考電壓之衰減參考電壓。
8. 如申請專利範圍第5項所述之調變式放電加工控制裝置，其係更包括有一類比電壓數位轉換電路，其係與該電壓衰減電路以及該控制單元電性連接，該類比電壓數位轉換電路於放電加工過程中，將放電加工不同時間點 之該衰減電壓轉換成一數位訊號給該控制單元。
9. 如申請專利範圍第8項所述之調變式放電加工控制裝置，其中該控制單元更將對應該不同時間點之複數個數位訊號進行數值演算，以得到一電弧電壓，該控制單元更藉由該電弧電壓決定一加工參考電壓以及一加工開路電壓。
10. 一種調變式放電加工控制方法，其係包括有下列步驟：提供一調變式放電加工控制裝置，其係具有一放電加工模組、一調變式開路電壓模組、一調變式參考電壓判斷模組、一資料庫以及一控制單元，其係產生一第一控制訊號、一第二控制訊號以及一第三控制訊號；該控制單元判斷該資料庫中是否具有一加工材料所需之一參考電壓以及一開路電壓之資訊；如果有，該控制單元根據該加工材料之性質由該資料庫中選擇對應該加工材料之開路電壓以及參考電壓，並根據該開路電壓以及參考電壓分別輸出該第二控制訊號給該調變式開路電壓模組以及輸出該第三控制訊號給該調變式參考電壓判斷模組，其中該參考電壓小於該開路電壓；該調變式開路電壓模組接收到該第二控制訊號時，即調制出對應該第二控制訊號之開路電壓，該調變式參考電壓判斷模組根據該第三控制訊號調整該參考電壓之大小；以及進行一等能量放電加工，其係更包括有下列步驟：該控制單元透過該第一控制訊號控制該調變式開路 電壓模組，使該開路電壓輸出至該放電加工模組；該調變式參考電壓判斷模組偵測該放電加工模組之一間隙電壓並與該參考電壓並進行比較以輸出一結果訊號；以及該控制單元根據該結果訊號判斷點火是否成功，如果點火成功，該控制單元開始計時一加工時間，待經過該加工時間後，切斷該第一控制訊號，再經過一休止時間，重複進行該等能量放電加工。
11. 如申請專利範圍第10項所述之調變式放電加工控制方法，其係更包括有下列步驟：如果該資料庫中沒有關於該加工材料之參考電壓以及開路電壓之記錄，則該控制單元輸出對應一測試開路電壓之一第二控制訊號給該調變式開路電壓模組，使該調變式開路電壓模組輸出該測試開路電壓以及輸出對應一測試參考電壓之一第三控制訊號給該調變式參考電壓判斷模組，其中，該測試參考電壓小於該測試開路電壓；進行一量測電弧電壓程序，其係更包括有該控制單元輸出該第一控制訊號給該放電加工模組，使該放電加工模組輸出該測試開路電壓給該放電加工模組；以及該調變式參考電壓判斷模組將該放電加工模組輸出之該間隙電壓與該測試參考電壓進行比較，以判斷是否點火成功，如果點火成功，則該控制單元開始計時一測試加工時間，並以一類比電壓數位轉換電路輸出於該點火成功時，對應該間隙電壓之一數位訊號給該控 制單元，待經過該測試加工時間後，該控制單元切斷該第一控制訊號，再經過一測試休止時間；該控制單元控制該放電加工模組進行複數次該量測電弧電壓程序，該類比電壓數位轉換電路並將點火成功之間隙電壓轉換成對應之數位訊號給該控制單元；該控制單元根據該複數次成功點火所對應的數位訊號進行一數值處理，以得到對應該加工材料之一電弧電壓；該控制單元根據該電弧電壓決定出對應該加工材料之該開路電壓以及該參考電壓，其中該參考電壓係小於該開路電壓，以及大於該電弧電壓；該控制單元輸出對應該開路電壓之第二控制訊號給該調變式開路電壓模組，使該調變式開路電壓模組輸出該開路電壓以及該控制單元輸出對應該參考電壓之第三控制訊號給該調變式參考電壓判斷模組；以及進行該等能量放電加工。
12. 如申請專利範圍第11項所述之調變式放電加工控制方法，其係更包括有該控制單元將該加工開路電壓以及該加工參考電壓儲存於該資料庫之一步驟。
13. 如申請專利範圍第11項所述之調變式放電加工控制方法，其中該調變式參考電壓判斷模組於點火成功後之該測試加工時間內之一特定時間點擷取該間隙電壓。
14. 如申請專利範圍第10項所述之調變式放電加工控制方法，其中該放電加工模組更包括有一電極以及一容置槽，該容置槽內容置有一承載台，該承載台提供承載一 工件，該電極與該承載台係與該調變式開路電壓模組電性連接，該電極產生一加工電壓對該工件進行加工。
15. 如申請專利範圍第10項所述之調變式放電加工控制方法，其中該放電加工模組更包括有一線電極以及一容置槽，該容置槽內容置有一承載台，該承載台提供承載一工件，該線電極與該承載台係與該調變式開路電壓模組電性連接，該線電極產生一加工電壓對該工件進行加工。
16. 如申請專利範圍第10項所述之調變式放電加工控制方法，其中該調變式開路電壓模組更包括有：一控制開關，其係具有一控制端、一輸入端以及一輸出端，該控制開關以該控制端與該控制單元電性連接以接收該第一控制訊號，該控制開關以該輸出端與該放電加工模組電性連接；一限流電阻，其一端與該輸入端電性連接；以及一可變電壓模組，其係一端與該放電加工模組電性連接，另一端則耦接該限流電阻，該可變電壓模組接收該第二控制訊號以輸出對應該第二控制訊號之開路電壓。
17. 如申請專利範圍第16項所述之調變式放電加工控制方法，其中該可變電壓模組係由複數個不同電壓之直流電源供應器與相對應之複數個開關所構成，該複數個直流電源供應器分別提供不同大小之開路電壓，每一個開關與該控制單元電性連接，該控制單元根據所需之開路電壓大小輸出該第二控制訊號控制對應之開關。
18. 如申請專利範圍第10項所述之調變式放電加工控制方法，其中該調變式參考電壓判斷模組更包括有：一電壓衰減電路，其係與該放電加工模組電性連接，以由該放電加工模組擷取之一間隙電壓，該電壓衰減電路等比例降低該間隙電壓以輸出一衰減電壓；一調變式電壓源，其係與該控制單元電性連接，該調變式電壓源根據該第三控制訊號產生對應該參考電壓之一衰減參考電壓；以及一比較器，其係與該控制單元、該電壓衰減電路以及該調變式電壓源電性連接，該比較器比較該衰減參考電壓以及該衰減電壓之大小，以輸出一結果訊號給該控制單元。
19. 如申請專利範圍第18項所述之調變式放電加工控制方法，其中該調變式電壓源係由一數位轉類比電壓之電路所構成。
20. 如申請專利範圍第18項所述之調變式放電加工控制方法，其中該調變式電壓源係由複數個不同電壓之直流電源供應器與相對應之複數個開關所構成，該複數個直流電源供應器分別提供不同大小之衰減參考電壓，每一個開關與該控制單元電性連接，該控制單元根據所需之參考電壓大小輸出該第三控制訊號控制對應之開關，使對應該被控制之開關的直流電源供應器輸出對應該所需參考電壓之衰減參考電壓。
21. 如申請專利範圍第18項所述之調變式放電加工控制方法，其係更包括有一類比電壓數位轉換電路，其係與該 電壓衰減電路以及該控制單元電性連接，該類比電壓數位轉換電路於放電加工過程中，將放電加工不同時間點之該衰減電壓轉換成一數位訊號給該控制單元。
22. 如申請專利範圍第10項所述之調變式放電加工控制方法，其中，如果該資料庫中有關於該加工材料之參考電壓以及開路電壓之記錄，該控制單元更可以進行一調整參考電壓以及開路電壓之步驟，該調整參考電壓以及開路電壓之步驟係更包括有下列步驟：該控制單元分別以對應該加工材料之開路電壓以及參考電壓作為一測試開路電壓以及一測試參考電壓；該控制單元輸出對應該測試開路電壓之一第二控制訊號給該調變式開路電壓模組，使該調變式開路電壓模組輸出該測試開路電壓以及該控制單元輸出對應該測試參考電壓之一第三控制訊號給該調變式參考電壓判斷模組，其中，該測試參考電壓小於該測試開路電壓；該控制單元輸出該第一控制訊號給該放電加工模組，使該放電加工模組輸出該測試開路電壓給該放電加工模組；該調變式參考電壓判斷模組將該放電加工模組輸出之該間隙電壓與該測試參考電壓進行比較，以判斷是否點火成功，如果是，以一類比電壓數位轉換電路輸出點火成功時，對應該間隙電壓之一數位訊號給該控制單元；該控制單元控制該放電加工模組進行複數次放電加 工，該類比電壓數位轉換電路並將點火成功之間隙電壓轉換成對應之數位訊號給該控制單元；該控制單元根據該複數次成功點火所對應的數位訊號進行一數值處理，以得到對應該加工材料之一電弧電壓；該控制單元根據該電弧電壓重新計算並調整對應該加工材料之該開路電壓以及該參考電壓，其中該參考電壓係小於該開路電壓，以及大於該電弧電壓；以及該控制單元輸出對應該加工開路電壓之第二控制訊號給該調變式開路電壓模組，使該調變式開路電壓模組輸出該加工開路電壓以及該控制單元輸出對應該加工參考電壓之第三控制訊號給該調變式參考電壓判斷模組；以及進行該等能量放電加工。
23. 如申請專利範圍第11項所述之調變式放電加工控制方法，其中該等能量放電加工時間長度大於等於該量測電弧電壓之測試放電加工時間之長度，該等能量放電休止時間長度小於等於該量測電弧電壓之測試放電休止時間之長度。