一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法技术

本发明专利技术涉及发声器械减小噪声技术领域，公开了一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法，在切削机床工作区域内设置多束定向激光发生系统；对要加工的金属构件表面进行多点扫描式感应监测，用于定位声源信号；根据监测信号利用程序控制系统，即时调整激光发散角度和分布；在声源产生的瞬间，利用高能浓缩激光脉冲快速加热金属构件表面局部区域产生的瞬态压强波，抵消声压波产生；通过调节激光参数精细控制声源产生和抑制之间的时间差，实现声音完全抵消；最终在整个切削机床加工金属构件的过程中零声音地完成加工任务

【技术实现步骤摘要】
一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法


[0001]本专利技术涉及发声器械减小噪声
，具体为一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法
。

技术介绍

[0002]金属切削机床是用切削
、
磨削或特种加工方法加工各种金属工件，使之获得所要求的几何形状
、
尺寸精度和表面质量的机床
。
金属切削机床是使用最广泛
、
数量最多的机床类别
。
[0003]现有机床在加工金属构件时，无可避免会产生各种噪音，对操作人员和周围环境产生影响，常见降低噪音的方法包括增加隔音结构
、
优化加工参数等，但效果有限，与环境保护和人体工程学要求差异较大；现有方法主要采用单束透镜系统，难以实现多点精确定向；现有方法主要采用单点声纳监测，难以获得高精度多点声场信息
。
为此，需要设计相应的技术方案给予解决
。

技术实现思路

[0004]（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法，解决了降低噪音的方法效果有限，与环境保护和人体工程学要求差异较大，采用单束透镜系统难以实现多点精确定向，采用单点声纳监测难以获得高精度多点声场信息的技术问题
。
[0005]（二）技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法，方法步骤包括如下：
S1、
在切削机床工作区域内设置多束定向激光发生系统；
S2、
对要加工的金属构件表面进行多点扫描式感应监测，用于定位声源信号；
S3、
根据监测信号利用程序控制系统，即时调整激光发散角度和分布；
S4、
在声源产生的瞬间，利用高能浓缩激光脉冲快速加热金属构件表面局部区域产生的瞬态压强波，抵消声压波产生；
S5、
通过调节激光参数精细控制声源产生和抑制之间的时间差，实现声音完全抵消；
S6、
最终在整个切削机床加工金属构件的过程中零声音地完成加工任务
。
[0006]优选的，步骤
S1
中，采用可调光束定向装置设置多束激光，其具体方法步骤包括如下：制备一阵列的微结构半导体激光芯片阵列为光源；通过集成电路控制每个激光芯片独立发光；
将芯片阵列安装在可 360
°
连续旋转并轴向移动的机构上；结合转动机构和程序控制，实现多束光按需定向发射；通过微透镜数组对多束光进行最佳映射和整形；将整体装置安装在机床工作室外侧或上部；形成可任意方向随意调整的多维定向激光加工场，覆盖整个工作区域
。
[0007]优选的，步骤
S2
中，进行多点扫描式感应监测定位声源信号采用声场成像技术，具体方法步骤包括如下：在机床主轴周围均匀布置多块小型声传感芯片阵列；每个芯片集成多根串联布置的压电声传感线，作为声场接收阵列；对加工件进行高速扫描式激光扫描成像，生成多维空间声源位置图谱；通过计算接收芯片阵列收到的声波到达时间差，重构声场分布与源定位；声音采集芯片采用
CMOS
‑
MEMS
技术，尺寸小直径厚度可控
。
[0008]优选的，步骤
S3
中，利用程序控制系统的具体方法步骤包括如下：将声场成像设备和多束定向激光系统连接至工控机；开发专用声场分析和光束控制软件，记录当前最佳定向参数；软件对比监测得到的实时动态声场图与目标零声场，计算差异；通过数值优化算法，计算出调整多束光定向的参数修改量；发送指令进行微调，不断靠近和校正差异值，优化定向配置；实现高速闭环控制，执行频率可达每秒几百次以上；采用串式运动学算法，对运动轨迹进行平滑衔接；最终在机床
PLC
或
CNC
中置入定向调整程序模块进行自动控制
。
[0009]优选的，步骤
S4
中，利用高能浓缩激光脉冲快速加热金属构件表面局部区域产生瞬态压强波，具体方法步骤包括如下：采用特殊光学结构设计出脉冲宽度纳秒级的超短脉冲激光；通过变换光路实现单束到高品质成像，集束面光强
≥1011W/cm
²
；利用程序控制可精确定位集束点，实现微米级以下的集束面积；在声源产生瞬间，快速将单束集束于声源附近材料表面局限区域
。
[0010]优选的，步骤
S5
中，通过调节激光参数精细控制声源产生和抑制之间的时间差，具体操作步骤包括如下：设置声源产生和抑制的时间窗口；对纳秒激光进行高精度脉宽调制，调整光脉冲宽度至
0.5ns
；通过调节光脉冲内部功率分布，形成先高后低或反之条形光脉冲；利用程序控制系统委托多束定向系统，准确定位首尾光桶；将先端光桶集束于预测声源点，后端光桶导致瞬态压强波产生；通过精细调整光脉冲内部结构及定向表现，实现两相差
0.5ns
；从而利用先端光抑制声源，后端光再释放抑制，最大程度消除声波；实现精准实时的光声互抑原理
。
[0011]优选的，步骤
S5
中，实现声音的完全抵消采取以下方法步骤：使用多条独立可控光束，针对不同频率
、
强度的声音采取不同策略，高频声音使用
高重复率脉冲抑制，低频声音调节单脉冲功率分布；根据噪声的频谱分布特点，采用不同的参数设计激光脉冲的波形，利用声光的调制及抑制原理，实现对全频段噪声的消除；在抑制光束前端引入钛宝石声光材料，产生声光切换效应，增强抑制强度；采用闭环自适应控制，声音传感器实时反馈残余噪声，控制器自动优化激光波形；针对不同加工工况和材料，建立声光耦合数学模型，引入模型预测控制；加入激光诱导的空气等离子体效应，增大激光对气体动力学影响，增强抑制作用；利用相控阵技术产生特定波前的激光束，精确匹配噪声波的传播方向和轨迹；采用基于经验的控制策略，记录不同抑制光参数对应效果，使控制系统具备持续学习优化能力；经优化的光声耦合控制策略，使得噪声可完全被抑制激光的声效应补偿
。
[0012]优选的，通过数值优化算法计算调整多束光定向的参数修改量的方法步骤为：建立目标函数：
F(x)=(ym
‑
y(x))
²
，其中
ym
为目标声场
,y(x)
为当前声场；选择优化变量：
x=(x1,x2,... xn)T
，
x1
为第一束光的发散角度
α1，
x2
为第二束光的发散角度
α2，
...
；选择算法：采用拟牛顿法；初始化变量：
x0=(
α
10,
α
20,... α
n0)
；计算目标函数梯度：
∇
F(x0)=(
∂
F/
∂
x1)0,(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法，其特征在于，方法步骤包括如下：
S1、
在切削机床工作区域内设置多束定向激光发生系统；
S2、
对要加工的金属构件表面进行多点扫描式感应监测，用于定位声源信号；
S3、
根据监测信号利用程序控制系统，即时调整激光发散角度和分布；
S4、
在声源产生的瞬间，利用高能浓缩激光脉冲快速加热金属构件表面局部区域产生的瞬态压强波，抵消声压波产生；
S5、
通过调节激光参数精细控制声源产生和抑制之间的时间差，实现声音完全抵消；
S6、
最终在整个切削机床加工金属构件的过程中零声音地完成加工任务
。2.
根据权利要求1所述的一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法，其特征在于：步骤
S1
中，采用可调光束定向装置设置多束激光，其具体方法步骤包括如下：制备一阵列的微结构半导体激光芯片阵列为光源；通过集成电路控制每个激光芯片独立发光；将芯片阵列安装在可 360
°
连续旋转并轴向移动的机构上；结合转动机构和程序控制，实现多束光按需定向发射；通过微透镜数组对多束光进行最佳映射和整形；将整体装置安装在机床工作室外侧或上部；形成可任意方向随意调整的多维定向激光加工场，覆盖整个工作区域
。3.
根据权利要求1所述的一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法，其特征在于：步骤
S2
中，进行多点扫描式感应监测定位声源信号采用声场成像技术，具体方法步骤包括如下：在机床主轴周围均匀布置多块小型声传感芯片阵列；每个芯片集成多根串联布置的压电声传感线，作为声场接收阵列；对加工件进行高速扫描式激光扫描成像，生成多维空间声源位置图谱；通过计算接收芯片阵列收到的声波到达时间差，重构声场分布与源定位；声音采集芯片采用
CMOS
‑
MEMS
技术，尺寸小直径厚度可控
。4.
根据权利要求1所述的一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法，其特征在于：步骤
S3
中，利用程序控制系统的具体方法步骤包括如下：将声场成像设备和多束定向激光系统连接至工控机；开发专用声场分析和光束控制软件，记录当前最佳定向参数；软件对比监测得到的实时动态声场图与目标零声场，计算差异；通过数值优化算法，计算出调整多束光定向的参数修改量；发送指令进行微调，不断靠近和校正差异值，优化定向配置；实现高速闭环控制，执行频率可达每秒几百次以上；采用串式运动学算法，对运动轨迹进行平滑衔接；最终在机床
PLC
或
CNC
中置入定向调整程序模块进行自动控制
。5.
根据权利要求1所述的一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法，其特征在于：步骤
S4
中，利用高能浓缩激光脉冲快速加热金属构件表面局部区域产生瞬态压强波，具体方法步骤包括如下：采用特殊光学结构设计出脉冲宽度纳秒级的超短脉冲激光；
通过变换光路实现单束到高品质成像，集束面光强
≥1011W/cm
²
；利用程序控制可精确定位集束点，实现微米级以下的集束面积；在声源产生瞬间，快速将单束集束于声源附近材料表面局限区域
。6.
根据权利要求1所述的一种金属构件加工的切削机床减小噪声方法，其特征在于：步骤
S5
中，通过调节激光参数精细控制声源产生和抑制之间的时间差，具体操作步骤包括如下：设置声源产生和抑制的时间窗口；对纳秒激光进行高精度脉宽调制，调整光脉冲宽度至
0.5ns
；通过调节光脉冲内部功率分布，形成先高后低或反之条形光脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬青，
申请(专利权)人：山东滨州鲁丰不锈钢制品有限公司，
类型：发明
国别省市：