專利名稱：電磁信號法電火花加工放電位置檢測傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及傳感器，特別是一種電磁信號法電火花加工放電位置檢測傳感器裝置。
現(xiàn)有設(shè)備，如日本豐田工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工學(xué)研究室研制的霍爾元件檢測傳感器，其原理如

圖1所示。其工作原理在電火花加工過程中電極6與工件7分別連接到電火花加工機(jī)床的電源的兩極上，由于加工過程中放電的頻率很高，因此有高頻電流流過電極和工件表面。在集膚效應(yīng)的作用下，加工電流只在工件和電極表面集膚深度以內(nèi)區(qū)域流動。因此工件7或電極6表面就相當(dāng)于厚度為集膚深度的通電平板，在其附近有一定強(qiáng)度的磁場產(chǎn)生。這個(gè)磁場強(qiáng)度與流過工件或電極的電流大小成一定比例關(guān)系。因此通過檢測工件7不同側(cè)面的磁場強(qiáng)度便可以確定放電位置。在工件7兩側(cè)緊貼工件放置一對霍爾傳感器3，即R和S。放電時(shí)工件表面流過高頻的放電電流i1和i2，由于工件7上放電位置左右的阻抗不同，即等效電阻R1和R2隨放電位置的改變而實(shí)時(shí)改變，這就造成兩部分的動態(tài)電流i1和i2之差，這個(gè)電流差引起放電位置兩側(cè)的工件表面產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度不同，由此判斷出火花放電位置。由于上述設(shè)備只有一對霍爾傳感器R、S，只能夠確定出在工件表面上傳感器輸出等值的一簇曲線，如果R、S為X軸，則只能確定放電的X方向的位置，并不能確定工件表面上Y軸的放電位置。另外，由于在每一次檢測過程中霍爾傳感器輸出的信號幅值微小，一般為1mV，常被檢測電路的噪聲淹沒。
本實(shí)用新型的目的在于為了克服已有技術(shù)的上述困難，提供一種用于電火花加工放電位置檢測的傳感器裝置，該傳感器裝置應(yīng)具有較高的輸出信號，提高其信噪比，并能確定被加工工件表面火花放電的具體位置，即X、Y坐標(biāo)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電磁信號法電火花加工放電位置檢測傳感器裝置，包括霍爾傳感器，其特征在于所說的霍爾傳感器為R、S和M、N兩組四個(gè)霍爾傳感器組成；一塊方形工具鋼的四個(gè)側(cè)面包復(fù)有一軟磁鐵氧體材料；所說的兩組四個(gè)霍爾傳感器R、S和M、N緊貼該工具鋼四個(gè)側(cè)面的中線位置并分布在該軟磁鐵氧體材料中；該霍爾傳感器R和N、M和S通過屏蔽電纜4連結(jié)檢測電路的兩個(gè)連接端子和。
所說的放電位置檢測傳感器裝置，其特征在于所說的軟磁鐵氧體材料的磁導(dǎo)率μ為3000。
所說的放電位置檢測傳感器裝置，其特征在于所說的工具鋼、鐵氧體材料、霍爾傳感器、屏蔽電纜和連接端子和利用環(huán)氧樹脂粘接為一體。
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1是已有技術(shù)電磁信號法檢測工作原理圖。
圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
圖3是圖2的AA階梯剖剖視示意圖。
圖中
1——方塊形工具鋼2——軟磁鐵氧體材料3——霍爾傳感器，其中R、S為一組，M、N為另一組；4——屏蔽電纜5——連接端子圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)俯視示意圖，圖3為圖2的AA階梯剖剖視示意圖。本實(shí)用新型電磁信號法電火花加工放電位置檢測傳感器裝置由霍爾傳感器(3)、軟磁鐵氧體材料(2)、方塊形工具鋼1、屏蔽電纜4和連接端子5構(gòu)成，一塊方形工具鋼1的四個(gè)側(cè)面包復(fù)有軟磁鐵氧體材料2，兩組霍爾傳感器R、S和M、N緊貼該方形工具鋼1的四個(gè)側(cè)面正交對稱地分布在軟磁鐵氧體材料(2)中，該霍爾傳感器R和N、M和S通過屏蔽電纜4連結(jié)形成檢測電路的兩連接端子5，即51和52，其中霍爾傳感器，R、S為X軸的一組，M、N為Y軸的一組。由于霍爾傳感器與加工間隙的電量之間無直接的聯(lián)系，可以消除加工間隙的干擾信號通過電線對檢測儀的直接干擾，并且實(shí)現(xiàn)了后續(xù)檢測系統(tǒng)與加工間隙之間的電隔離，避免把加工電源的高壓強(qiáng)電信號引入到放電位置檢測系統(tǒng)中，使其工作安全、可靠。圖中2為鐵氧體材料，1為工具鋼，4為連接傳感器系統(tǒng)與后續(xù)檢測電路的屏蔽電纜，5為傳感器裝置與后續(xù)檢測電路的連接端子。此圖中的工具鋼1、鐵氧體材料2、兩對霍爾傳感器3和屏蔽電纜4與連接端子5利用環(huán)氧樹脂粘結(jié)成一體。
本實(shí)用新型傳感器裝置中的傳感器3采用美國Honeywell公司生產(chǎn)的霍爾傳感器SS94A1F，它可以提供等于供電電平一半(±3％以內(nèi))的靜態(tài)輸出。在工作環(huán)境溫度為25℃時(shí)對磁場的靈敏度達(dá)到25mV/Gs。這一集成塊采納的磁場為±100Gs滿刻度，靈敏度的溫度系數(shù)為±0.02％℃，可為廉價(jià)恒磁體的鏡像溫度系數(shù)提供補(bǔ)償。單個(gè)電流沉或電流源輸出，溫度性能穩(wěn)定，內(nèi)部采用激光修正陶瓷基底上的薄膜電阻及集成電路上的薄膜電阻，減少了傳感器的零點(diǎn)和靈敏度的溫漂。
在此裝置中，由于在工件的四個(gè)側(cè)面中線位置各放置一個(gè)霍爾傳感器，兩兩對應(yīng)的傳感器為一組，由兩組輸出的值便得到工件表面上等值的兩簇曲線，兩簇曲線的交點(diǎn)就是工件表面上具體的放電位置。
另外，由電路理論、電磁場理論和傳感器理論推導(dǎo)出電火花加工二維放電位置檢測傳感器裝置的輸出與放電位置的理論關(guān)系為UHR-UHs＝υΔτxUHu-UHv＝υΔιy式中μ——與放電位置有關(guān)的比例系數(shù)；Δτx——放電位置P沿工件表面至X軸的一對傳感器擺放位置最短距離之差，(m)；Δτy——放電位置P沿工件表面至Y軸的一對傳感器擺放位置最短距離之差，(m)；UHR-UHs——置在X軸的一對傳感器輸出差值，(v)；UHu-UHv——放置在Y軸的一對傳感器輸出差值，(v)。
通過考察上述理論關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，只有提高比例系數(shù)υ值才能使霍爾傳感器裝置輸出的值UHR-UHs和UHu-UHv增加。υ與相對磁導(dǎo)率μr成正比例。本實(shí)用新型采用μr為3000的軟磁鐵氧體圍在工件的四周，因此可使傳感器裝置檢測的輸出電信號增大3000倍。
本實(shí)用新型的使用方法如下在實(shí)際的電火花加工過程中，將本實(shí)用新型的傳感器裝置水平放置在機(jī)床的工作臺上，然后將工件放置在此裝置的上表面，并保證工件的中心與此裝置的上表面中心重合，然后將工件和此裝置固定在工作臺上，便可按照電火花加工的加工工序進(jìn)行工作。由于本裝置結(jié)構(gòu)的原因，被加工的工件的表面尺寸可在30mm×30mm至120mm×120mm之間變化。
由于在電加工過程中產(chǎn)生的干擾較重，對測量精度將產(chǎn)生很大影響，故須對此傳感器裝置檢測到的信號進(jìn)行處理。首先將傳感器裝置的連接端子51和52分別接到兩組減法器的輸入端，做差來去除共模干擾，然后通過截止頻率為300kHz的五階巴特沃斯低通濾波器對上述兩組信號濾波處理。
濾波后的信號送入數(shù)據(jù)采集電路，其為二通道8bit，30MHz高速A/D轉(zhuǎn)換板。它有兩個(gè)輸入端，輸入阻抗為10KΩ；可以采用外觸發(fā)采樣，觸發(fā)電平為TTL電平，上升沿驅(qū)動。其內(nèi)部有數(shù)據(jù)讀寫存儲器RAM。
由觸發(fā)電路來產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集的同步信號，在電加工每次放電開始時(shí)，電流傳感器產(chǎn)生與放電電流成比例的方波信號，通過電流比較器和D觸發(fā)器產(chǎn)生TTL觸發(fā)電平作為數(shù)據(jù)采集電路的外觸發(fā)信號。
采用Pentium166PC機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。把數(shù)據(jù)采集卡插入PC機(jī)的一個(gè)總線槽中，通過軟件設(shè)置后控制其工作。與放電位置有關(guān)的模擬信號采入PC機(jī)，進(jìn)行簡單的數(shù)字濾波后，并采用理論分析的模型進(jìn)行編程處理即可確定放電點(diǎn)位置(二維模型在不考慮工件的磁場作用邊緣效應(yīng)時(shí)，可以認(rèn)為是兩組一維模型的組合)。最后把放電點(diǎn)在顯示器上顯示出來。
本實(shí)用新型構(gòu)造簡單，使用方便。它的問世必須使電火花放電位置檢測的精度提高，增加火花放電加工工件的表面精度。
權(quán)利要求1.一種電磁信號法電火花加工放電位置檢測傳感器裝置，包括霍爾傳感器(3)，其特征在于所說的霍爾傳感器(3)為R、S和M、N兩組四個(gè)霍爾傳感器組成；一塊方形工具鋼(1)的四個(gè)側(cè)面包復(fù)有一軟磁鐵氧體材料(2)；所說的兩組四個(gè)霍爾傳感器R、S和M、N緊貼該工具鋼(1)四個(gè)側(cè)面的中線位置并分布在該軟磁鐵氧體材料(2)中；該霍爾傳感器R和N、M和S通過屏蔽電纜4連結(jié)檢測電路的兩個(gè)連接端子(51)和(52)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的放電位置檢測傳感器裝置，其特征在于所說的軟磁鐵氧體材料的磁導(dǎo)率μ為3000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所說的放電位置檢測傳感器裝置，其特征在于所說的工具鋼(1)、鐵氧體材料(2)、霍爾傳感器(3)、屏蔽電纜(4)和連接端子(51)和(52)利用環(huán)氧樹脂粘接為一體。
專利摘要一種電磁信號法電火花加工放電位置檢測傳感器裝置,包括霍爾傳感器,其特點(diǎn)是該霍爾傳感器為兩組四個(gè)霍爾傳感器R、S和M、N組成;一塊方形工具鋼的四個(gè)側(cè)面包覆有一軟磁鐵氧體材料;該兩組四個(gè)霍爾傳感器R、S和M、N緊貼該工具鋼四個(gè)側(cè)面的中線位置并分布在軟磁鐵氧體材料中;該霍爾傳感器R和N、M和S通過屏蔽電纜連結(jié)而成檢測電路的兩個(gè)輸出端子。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是傳感器輸出的信號幅度高,提高了信噪比,而且能正確確定工件表面火花放電的具體位置。
文檔編號G01B7/004GK2474990SQ0123878
公開日2002年1月30日 申請日期2001年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月10日
發(fā)明者韓強(qiáng) 申請人:東華大學(xué)