[发明专利]绝缘陶瓷涂层-金属材料电火花加工的材料类型辨识装置及方法

权利要求书

1.一种绝缘陶瓷涂层-金属材料电火花加工的材料类型辨识装置，其特征在于所述装置包括间隙采样模块和主控模块，其中：

所述间隙采样模块包括间隙电压采样模块和间隙电流采样模块；

所述主控模块包括放电状态辨识模块、放电状态统计模块、材料类型区分模块，采用VHDL硬件语言编程，实现材料类型的辨识；

所述间隙采样模块通过间隙电压采样模块和间隙电流采样模块对放电间隙电压和电流信息的采样与阈值比较，并作为输入信号发送至主控模块，以实现放电状态的检测和材料类型的辨识。

2.根据权利要求1所述的绝缘陶瓷涂层-金属材料电火花加工的材料类型辨识装置，其特征在于所述间隙电流采样模块用于对放电间隙的电流进行采样，由电流采样电路、电压放大电路、电压钳位电路、电压跟随与阈值比较电路、光电隔离电路实现。

3.根据权利要求1所述的绝缘陶瓷涂层-金属材料电火花加工的材料类型辨识装置，其特征在于所述主控模块用于实现材料类型的辨识，由串口通讯电路、晶振电路、系统程序配置电路和系统供电电路实现。

4.根据权利要求3所述的绝缘陶瓷涂层-金属材料电火花加工的材料类型辨识装置，其特征在于所述串口通讯电路以MAX3232芯片构建，用于实现PC机和FPGA间的电平转换，实现标准RS-232通讯；所述晶振电路采用50MHz有源晶振搭建时钟电路实现，用于为系统提供系统时钟；所述系统程序配置电路采用EPCS16N配置芯片搭建，用于实现FPGA的JTAG和AS程序下载模式；所述系统供电电路采用AMS降压芯片实现，用于为FPGA提供3.3V、2.5V和1.2V的芯片电压。

5.一种利用权利要求1-4任一权利要求所述装置实现绝缘陶瓷涂层-金属材料电火花加工的材料类型辨识的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、通过脉宽检测的阈值比较和击穿延时联合辨识的放电状态检测方法，对放电间隙中陶瓷和金属不同放电状态进行检测，并对陶瓷和金属火花放电进行实时统计；

步骤二、通过单因素实验对电火花加工过程中陶瓷涂层加工阶段的陶瓷涂层与金属火花放电相对率的差异性进行实验统计，建立陶瓷涂层与金属火花放电相对率的材料类型判定准则，作为材料类型的区分依据；

步骤三、通过陶瓷涂层与金属火花放电相对率的阈值设定，在主控模块中采用VHDL硬件语言编程，实现加工过程的材料类型区分。

6.根据权利要求5所述的绝缘陶瓷涂层-金属材料电火花加工的材料类型辨识方法，其特征在于所述通过脉宽检测的阈值比较和击穿延时联合辨识的放电状态检测方法，对放电间隙中陶瓷和金属不同放电状态进行检测的方法如下：

(1)通过1路电流阈值比较器判断当前放电间隙是否处于放电或开路阶段，同时通过6路电压阈值比较器检测当前放电状态下的间隙电压幅值变化；

(2)基于放电间隙中电压和电流变化信息，判别当前放电脉冲是否存在击穿延时，联合阈值比较结果，建立各放电状态的逻辑运算判据；

(3)在主控模块中，采用VHDL语言硬件编程，检测绝缘陶瓷涂层-金属材料放电间隙中：开路、超高阻火花放电、高阻火花放电、低阻火花放电、超高阻短路、高阻短路、低阻短路、火花放电、稳定电弧放电和短路放电状态。

7.根据权利要求5所述的绝缘陶瓷涂层-金属材料电火花加工的材料类型辨识方法，其特征在于所述对陶瓷和金属火花放电进行实时统计的方法如下：

基于放电状态检测方法，对陶瓷超高阻火花放电、高阻火花放电、低阻火花放电和金属火花放电以统计周期50ms循环统计，并通过主控模块以式(1)计算统计周期内陶瓷涂层火花放电相对率与金属火花放电相对率：

式中：N_shrd、N_hrd、N_lrd、T_spark分别为统计周期内超高阻火花放电、高阻火花放电、低阻火花放电和金属火花放电统计时间；分别为统计周期内金属火花放电相对率和陶瓷涂层火花放电相对率。