阅读说明：本技术 一种脉冲电源及脉冲调制方法 (Pulse power supply and pulse modulation method ) 是由 张国伟 于 2020-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种脉冲电源及脉冲调制方法,其主控模块与采样模块电气连接,主控模块与上位机电气连接,主控模块与驱动放大模块电气连接,驱动放大模块与放电主回路电气连接,采样模块采集材料类型检测和异常放电状态检测所需的放电间隙的间隙电压和间隙电流信号；主控模块接收上位机的加工参数及采样模块的采集到的间隙电压及间隙电流信号,判断当前加工的材料类型及其对应的异常放电状态,根据加工参数生成初始脉冲信号,对不同材料类型及其对应的异常放电状态进行脉冲信号的调制,通过驱动放大模块及放电主回路输出调制后的脉冲信号,用于绝缘-导电多层材料的电火花加工,可针对各层材料的异常放电进行实时调节和消除。(The invention provides a pulse power supply and a pulse modulation method, wherein a main control module is electrically connected with a sampling module, the main control module is electrically connected with an upper computer, the main control module is electrically connected with a driving amplification module, the driving amplification module is electrically connected with a discharge main loop, and the sampling module is used for collecting gap voltage and gap current signals of a discharge gap required by material type detection and abnormal discharge state detection; the main control module receives machining parameters of the upper computer and gap voltage and gap current signals collected by the sampling module, judges the type of the currently machined material and the corresponding abnormal discharge state of the currently machined material, generates an initial pulse signal according to the machining parameters, modulates the pulse signals of different material types and the corresponding abnormal discharge states of the different material types, outputs the modulated pulse signals through the driving amplification module and the discharge main loop, is used for electric spark machining of insulating-conductive multilayer materials, and can adjust and eliminate abnormal discharge of materials of each layer in real time.)

一种脉冲电源及脉冲调制方法

技术领域

本发明涉及电加工领域，特别涉及一种脉冲电源及脉冲调制方法。

背景技术

现有电火花加工脉冲电源通过检测电路和相关程序来判断导电材料或绝缘陶瓷材料电火花加工时的异常放电状态，并利用主控程序实时调节脉冲电源输出的放电波形，以降低电火花加工中异常放电的几率，无法同时应用于绝缘-导电多层结构材料。绝缘-导电多层结构材料一般由绝缘陶瓷层、中间粘结层和导电基金组成。由于电火花加工时绝缘陶瓷材料和导电材料具有不同的火花放电状态和异常放电状态，且侧面放电现象导致各层材料的加工在时间上具有随机性。因此该材料的电火花加工要求脉冲电源可实时判断绝缘陶瓷层和导电基体的异常放电状态，并根据检测结果对放电波形进行实时调节，以降低加工中的异常放电几率。

现有的电火花加工脉冲电源只能对单一绝缘陶瓷材料或导电材料的电火花加工异常放电状态进行消除。对于有绝缘陶瓷涂层的导电材料，因各层材料在加工时的放电状态不同，其具有不同的异常放电状态检测和消除策略，且各层材料的加工时间上具有随机性，现有的脉冲电源不能对加工中的两种材料类型及其异常放电状态的实时区分，如果仅通过将两种材料电火花加工脉冲电源的硬件和软件简单合成，无法实现各层材料电火花加工中异常放电状态的实时自适应调节和快速消除，无法同时满足绝缘层和基体导电材料的表面加工质量的要求。

有鉴于此，提出本申请。

发明内容

本发明公开了一种脉冲电源及脉冲调制方法，旨在解决现有的电火花加工脉冲电源无法同时满足绝缘-导电多层材料在加工时放电异常的修正。

本发明第一实施例提供了一种脉冲电源，包括：采样模块、主控模块、驱动放大模块及放电主回路，其中，所述主控模块的输入端与所述采样模块的输出端电气连接，所述主控模块的输入端用于连接上位机，所述主控模块的输出端与所述驱动放大模块的输入端电气连接，所述驱动放大模块的输出端与所述放电主回路的输入端电气连接，

所述采样模块，用于采集材料类型检测和异常放电状态检测所需的放电间隙的间隙电压和间隙电流信号；

所述主控模块，用于接收上位机的加工参数及所述采样模块的采集到的间隙电压及间隙电流信号，判断当前加工的材料类型及其对应的异常放电状态，根据所述加工参数生成初始脉冲信号，针对不同材料类型及其对应的异常放电状态进行脉冲信号的调制，并通过所述驱动放大模块及所述放电主回路输出调制后的脉冲信号，以调节和消除不同材料在电加工过程中的异常放电。

优选地，所述采样模块包括异常放电实时采样模块及加工材料实时采样模块；

其中，所述异常放电实时采样模块与所述主控模块的I/O口电气连接，用于向所述主控模块提供放电状态信号；

加工材料实时采样模块与所述主控模块的I/O口电气连接，用于向所述主控模块提供材料类型信号。

优选地，所述主控模块为FPGA控制器。

优选地，所述主控模块包括串口接收模块、异常放电检测判别模块、加工材料实时判别模块、异常放电控制模块及脉冲生成模块；

其中，所述串口接收模块用于接收所述上位机的加工参数；

异常放电检测判别模块用于接收所述异常放电实时采样模块采集到的数据，并生成异常放电信号；

加工材料实时判别模块用于接收加工材料实时采样模块采集到的数据，并生成材料类型信号；

所述异常放电控制模块用于接收异常放电信号及材料类型信号，并生成异常放电控制信号；

脉冲生成模块用于接收所述串口接收模块的放电并行数据及所述异常放电控制模块的异常放电控制信号，并输出调制脉冲。

优选地，还包括电源转换电路；

所述电源转换电路的输入端用于连接外部电源，所述电源转换电路的输出端分别与所述采样模块、所述主控模块、所述驱动放大模块及所述放电主回路的电源输入端电气连接。

本发明第二实施例提供一种脉冲调制方法，包括：

接收采样模块采集到的材料类型信号及异常放电信号；

根据所述材料类型信号及异常放电信号，生成异常放电状态控制指令；

接收上位机发送的加工参数，并根据所述异常放电状态控制指令，生成脉冲波形，实现对材料的放电加工和异常放电状态的清除。

优选地，所述异常放电状态控制指令包括：清扫脉冲指令、关断指令或保持当前加工状态指令。

优选地，所述材料类型信号包括导电材料信号及绝缘材料信号，其判断方法包括：

获取间隙电流信号，并根据所述间隙电流信号判断间隙短路状态；

获取所述间隙电压信号，并根据所述间隙电压信号和间隙短路状态判断材料类型。

优选地，所述获取所述间隙电压信号，并根据所述间隙电压信号和间隙短路状态判断材料类型具体为：

当根据所述间隙电流信号判断间隙为短路状态时，判断所述间隙电压信号的电压值是否高于第一预设值；

若是，则判断所加工的材料为绝缘材料；

若否，则判断所加工的材料为导电材料。

优选地，还包括：

当根据所述间隙电流信号判断间隙为非短路状态时，判断所述间隙电压信号的电压值是否在第二预设值和第三预设值之间；

若是，则判断所加工的材料为绝缘材料；

若所述间隙电压信号的电压值低于所述第二预设值则判断为导电材料。

基于本发明一种脉冲电源及脉冲调制方法，通过采样模块采集放电间隙的间隙电压及间隙电流信号，其可判断出正在进行放电加工的材质，并根据采集到的间隙电压及间隙电流信号判断当前的放电是否存在异常，主控模块根据上述判断结果生成相应的脉冲至所述驱动放大模块进行隔离和放大，所述放电主回路将放大后的脉冲信号输出至放电间隙，以实现对各层材料在电加工过程中出现的异常发电信号进行消除。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种脉冲电源的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的主控模块结构示意图；

图3是本发明实施例提供的材料识别示意图；

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

本发明公开了一种脉冲电源及脉冲调制方法，旨在解决现有的电火花加工脉冲电源无法同时满足绝缘-导电多层材料在加工时放电异常的修正。

请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种脉冲电源，包括：采样模块、主控模块1、驱动放大模块2及放电主回路3，其中，所述主控模块1的输入端与所述采样模块的输出端电气连接，所述主控模块1的输入端用于连接上位机6，所述主控模块1的输出端与所述驱动放大模块2的输入端电气连接，所述驱动放大模块2的输出端与所述放电主回路3的输入端电气连接；

所述采样模块，用于采集材料类型检测和异常放电状态检测所需的放电间隙的间隙电压和间隙电流信号；

所述主控模块1，用于接收上位机6的加工参数及所述采样模块的采集到的间隙电压及间隙电流信号，判断当前加工的材料类型及其对应的异常放电状态，根据所述加工参数生成初始脉冲信号，针对不同材料类型及其对应的异常放电状态进行脉冲信号的调制，并通过所述驱动放大模块2及所述放电主回路3输出调制后的脉冲信号，以调节和消除不同材料在电加工过程中的异常放电。

需要说明的是，在现有技术中，在采用脉冲电源对绝缘和导电材料进行电加工时，脉冲电源通过检测电路和相关程序来判断在加工时的异常放电状态，并利用主控程序实时调节脉冲电源输出的放电波形，但是，无法实现各层材料电火花加工中异常放电状态的实时自适应调节和快速消除，无法同时满足绝缘层和基体导电材料的表面加工质量的要求。

在本实施例中，通过所述采样模块的加工材料实时采样模块5与所述主控模块1的I/O口电气连接，接收其采集到的间隙电压和电流信号以判断当前电加工的材料类型，例如绝缘材料和导电材料，通过所述采样模块的所述异常放电实时采样模块4与所述主控模块1的I/O口电气连接，接收其采集到的间隙电压和电流信号以判断当前放电状态，所述主控模块1根据采集到的加工材质及放电状态，输出调制后的脉冲信号至驱动放大模块2将其进行隔离和放大处理(例如驱动MOSFET快速导通和关断)，所述放电主回路3将放大后的脉冲信号输出至所述放电间隙以调节和消除不同材料在电加工过程中的异常放电。

其中，所述异常放电实时采样模块4是基于绝缘陶瓷和导电材料的异常放电波形特征，对异常放电采样信号进行统计和分析，实时判别间隙放电是否为异常放电。

在本实施例中，所述主控模块1为FPGA控制器。

需要说明的是，在其他实施例中，所述主控模块1还可以是其他类型的控制器，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

请参阅图2，在本实施例中，所述主控模块1包括串口接收模块14、异常放电检测判别模块12、加工材料实时判别模块11、异常放电控制模块13及脉冲生成模块15；

其中，所述串口接收模块14用于接收所述上位机6的加工参数；

异常放电检测判别模块12用于接收所述异常放电实时采样模块4采集到的数据，并生成异常放电信号；

加工材料实时判别模块11用于接收加工材料实时采样模块5采集到的的数据，并生成材料类型信号；

所述异常放电控制模块13用于接收异常放电信号及材料类型信号，并生成异常放电控制信号；

脉冲生成模块15用于接收所述串口接收模块14的放电并行数据及所述异常放电控制模块13的异常放电控制信号，并输出调制脉冲。

需要说明的是，所述加工材料实时判别模块11用于对加工材料实时采样模块5采集到的间隙电压和电流进行分析，实时输出材料类型信号至所述异常放电控制模块13，所述异常放电检测判别模块12用于对所述异常放电实时采样模块4采集到的间隙电压和电流进行分析，实时输出异常放电信号至所述异常放电控制模块13，所述异常放电控制模块13输出异常放电控制信号至所述脉冲生成模块15，所述脉冲生成模块15根据所述串口接收模块14接收到加工参数、串行数据及放电参数以及异常放电控制信号生成对应的调制脉冲。

在本实施例中，还包括电源转换电路；

所述电源转换电路的输入端用于连接外部电源，所述电源转换电路的输出端分别与所述采样模块、所述主控模块1、所述驱动放大模块2及所述放电主回路3的电源输入端电气连接。

需要说明的是，所述电源转换电路用于连接外部的交流电源，例如AC220V，经过变换成DC24V的电压以供各个模块的使用，在其他实施例中，所述电源转换电路还可以是开关电源用于交流转直流，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

本发明第二实施例提供一种脉冲调制方法，包括：

接收采样模块采集到的材料类型信号及异常放电信号；

根据所述材料类型信号及异常放电信号，生成异常放电状态控制指令；

接收上位机6发送的加工参数，并根据所述异常放电状态控制指令，生成脉冲波形，实现对材料的放电加工和异常放电状态的清除。

在进一步实施例中，所述异常放电状态控制指令包括：清扫脉冲指令、关断指令或保持当前加工状态指令。

需要说明的是，所述主控模块11可以根据当前加工的材料及当前异常情况输出不同的异常放电状态控制指令，例如在检测到当前加工无异常时，输出保持当前加工状态指令以继续加工，在检测到当前加工存在异常时输出清扫脉冲指令或关断指令进行调制。

在进一步实施例中，所述材料类型信号包括导电材料信号及绝缘材料信号，其判断方法包括：

获取间隙电流信号，并根据所述间隙电流信号判断间隙短路状态；

获取所述间隙电压信号，并根据所述间隙电压信号和间隙短路状态判断材料类型。

在进一步实施例中，所述获取所述间隙电压信号，并根据所述间隙电压信号和间隙短路状态判断材料类型具体为：

当根据所述间隙电流信号判断间隙为短路状态时，判断所述间隙电压信号的电压值是否高于第一预设值；

若是，则判断所加工的材料为绝缘材料；

若否，则判断所加工的材料为导电材料。

优选地，还包括：

当根据所述间隙电流信号判断间隙为非短路状态时，判断所述间隙电压信号的电压值是否在第二预设值和第三预设值之间；

若是，则判断所加工的材料为绝缘材料；

若所述间隙电压信号的电压值低于所述第二预设值则判断为导电材料。

需要说明的是，请参阅图3，绝缘陶瓷电火花加工中存在高阻状态，而导电材料中几乎不存在，可以通过检测放电波形是否为高阻状态来进行绝缘和导电材料的判别，加工材料实时采样模块5采集到的间隙电压及电流可区分高阻和低阻放电状态。

由于短路与非短路脉冲的高低阻放电状态易混淆，因此首先需要判断放电状态是否为短路状态，再进一步判断是否为高阻状态或低阻状态。其中，采集到的间隙电流信号可以用于判断是否为短路状态，当根据间隙电流信号判断到为短路状态时，则判断间隙电压是否高于第一预设值，如果高于第一预设值则判定为高阻状态，如果低于第一预设值则判定为低阻状态，当根据间隙电流信号判断到为非短路状态时，如果间隙电压第三预设值，则判断电路为开路状态，如果间隙电压在第二预设值与第三预设值之间则判断为高阻状态，如果低于第二预设值则判断为低阻状态

基于本发明一种脉冲电源及脉冲调制方法，通过采样模块采集放电间隙的间隙电压及间隙电流信号，其可判断出正在进行放电加工的材质，并根据采集到的间隙电压及间隙电流信号判断当前的放电是否存在异常，主控模块1根据上述判断结果生成相应的脉冲至所述驱动放大模块2进行隔离和放大，所述放电主回路3将放大后的脉冲信号输出至放电间隙，以实现对各层材料在电加工过程中出现的异常发电信号进行消除。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。