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
技術領域：
本實用新型涉及傳感器，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。
現有設備，如日本豐田工業大學生產工學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。在集膚效應的作用下，加工電流只在工件和電極表面集膚深度以內區域流動。因此工件7或電極6表面就相當于厚度為集膚深度的通電平板，在其附近有一定強度的磁場產生。這個磁場強度與流過工件或電極的電流大小成一定比例關系。因此通過檢測工件7不同側面的磁場強度便可以確定放電位置。在工件7兩側緊貼工件放置一對霍爾傳感器3，即R和S。放電時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時改變，這就造成兩部分的動態電流i1和i2之差，這個電流差引起放電位置兩側的工件表面產生的磁場強度不同，由此判斷出火花放電位置。由于上述設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。
本實用新型的目的在于為了克服已有技術的上述困難，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。
本實用新型的目的是這樣實現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兩組四個霍爾傳感器組成；一塊方形工具鋼的四個側面包復有一軟磁鐵氧體材料；所說的兩組四個霍爾傳感器R、S和M、N緊貼該工具鋼四個側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連結檢測電路的兩個連接端子和。
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氧樹脂粘接為一體。
下面結合實施例及其附圖對本實用新型作進一步說明。
圖1是已有技術電磁信號法檢測工作原理圖。
圖2是本實用新型結構俯視示意圖。
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為本實用新型的結構俯視示意圖，圖3為圖2的AA階梯剖剖視示意圖。本實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構成，一塊方形工具鋼1的四個側面包復有軟磁鐵氧體材料2，兩組霍爾傳感器R、S和M、N緊貼該方形工具鋼1的四個側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，并且實現了后續檢測系統與加工間隙之間的電隔離，避免把加工電源的高壓強電信號引入到放電位置檢測系統中，使其工作安全、可靠。圖中2為鐵氧體材料，1為工具鋼，4為連接傳感器系統與后續檢測電路的屏蔽電纜，5為傳感器裝置與后續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利用環氧樹脂粘結成一體。
本實用新型傳感器裝置中的傳感器3采用美國Honeywell公司生產的霍爾傳感器SS94A1F，它可以提供等于供電電平一半(±3％以內)的靜態輸出。在工作環境溫度為25℃時對磁場的靈敏度達到25mV/Gs。這一集成塊采納的磁場為±100Gs滿刻度，靈敏度的溫度系數為±0.02％℃，可為廉價恒磁體的鏡像溫度系數提供補償。單個電流沉或電流源輸出，溫度性能穩定，內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和靈敏度的溫漂。
在此裝置中，由于在工件的四個側面中線位置各放置一個霍爾傳感器，兩兩對應的傳感器為一組，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系為UHR-UHs＝υΔτxUHu-UHv＝υΔιy式中μ——與放電位置有關的比例系數；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系可以發現，只有提高比例系數υ值才能使霍爾傳感器裝置輸出的值UHR-UHs和UHu-UHv增加。υ與相對磁導率μr成正比例。本實用新型采用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。
本實用新型的使用方法如下在實際的電火花加工過程中，將本實用新型的傳感器裝置水平放置在機床的工作臺上，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行工作。由于本裝置結構的原因，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生的干擾較重，對測量精度將產生很大影響，故須對此傳感器裝置檢測到的信號進行處理。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據采集電路，其為二通道8bit，30MHz高速A/D轉換板。它有兩個輸入端，輸入阻抗為10KΩ；可以采用外觸發采樣，觸發電平為TTL電平，上升沿驅動。其內部有數據讀寫存儲器RAM。
由觸發電路來產生數據采集的同步信號，在電加工每次放電開始時，電流傳感器產生與放電電流成比例的方波信號，通過電流比較器和D觸發器產生TTL觸發電平作為數據采集電路的外觸發信號。
采用Pentium166PC機進行運算處理。把數據采集卡插入PC機的一個總線槽中，通過軟件設置后控制其工作。與放電位置有關的模擬信號采入PC機，進行簡單的數字濾波后，并采用理論分析的模型進行編程處理即可確定放電點位置(二維模型在不考慮工件的磁場作用邊緣效應時，可以認為是兩組一維模型的組合)。最后把放電點在顯示器上顯示出來。
本實用新型構造簡單，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兩組四個霍爾傳感器組成；一塊方形工具鋼(1)的四個側面包復有一軟磁鐵氧體材料(2)；所說的兩組四個霍爾傳感器R、S和M、N緊貼該工具鋼(1)四個側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連結檢測電路的兩個連接端子(51)和(52)。
2.根據權利要求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率μ為3000。
3.根據權利要求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,其特點是該霍爾傳感器為兩組四個霍爾傳感器R、S和M、N組成;一塊方形工具鋼的四個側面包覆有一軟磁鐵氧體材料;該兩組四個霍爾傳感器R、S和M、N緊貼該工具鋼四個側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通過屏蔽電纜連結而成檢測電路的兩個輸出端子。本實用新型的優點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 優先權日2001年4月10日
發明者韓強 申請人:東華大學