CN110459199B - 雕刻机的降噪方法及雕刻机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雕刻机的降噪方法及雕刻机，该雕刻机包括控制系统和雕刻头，控制系统用于向雕刻头输出控制信号以控制雕刻头转动，该方法包括：获取控制信号；根据控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使振动单元产生反相声波，反相声波与雕刻头受控制信号控制转动产生的声波相位相反、振幅相同。本发明通过控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使所述振动单元产生反相声波与雕刻头产生的噪声相抵消，避免了工作人员受到高频噪声的伤害。

Description

雕刻机的降噪方法及雕刻机
技术领域
本发明涉及雕刻机领域，特别是涉及一种雕刻机的降噪方法及雕刻机。
背景技术
随着现代社会的发展，人们对印刷品的数量和质量的需求越来越高。电雕制版是制造凹版印刷版辊的一项重要技术，电雕制版的质量取决于关键零部件雕刻头的性能。雕刻头是能够跟踪单一高频正弦信号、往复运动的基于音圈电机原理的装置，国际上最先进的雕刻头运动频率能达到12000Hz，而业界使用最广泛的雕刻头一般是8000Hz。然而，在雕刻头工作过程中产生的噪声污染相当严重。这些高强度的噪声危害着人们的机体，不仅损害人的听觉，而且对神经系统、心血管系统、内分泌系统、消化系统以及视觉、智力等都有不同程度的影响。
发明内容
基于此，有必要针对在雕刻头工作过程中产生的噪声污染相当严重的问题，提供一种雕刻机的降噪方法及雕刻机。
一种雕刻机的降噪方法，所述雕刻机包括控制系统和雕刻头，所述控制系统用于向雕刻头输出控制信号以控制所述雕刻头转动，所述方法包括：
获取所述控制信号；
根据所述控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使所述振动单元产生反相声波，所述反相声波与所述雕刻头受所述控制信号控制转动产生的声波相位相反、振幅相同。
在其中一个实施例中，包括：
向所述雕刻头输出激励信号；
通过声音传感器采集所述雕刻头受所述激励信号控制转动产生的声音，得到第一声波信号；
向所述振动单元输出所述激励信号；
通过所述声音传感器采集所述振动单元在所述激励信号控制下振动产生的声音，得到第二声波信号；
根据所述第一声波信号和第二声波信号，得到在输入的信号相同时，所述雕刻头和所述振动单元产生的声音之间的变换关系；
所述根据所述控制信号得到振动信号的步骤，是根据所述控制信号和所述变换关系得到所述振动信号。
在其中一个实施例中，所述根据所述第一声波信号和第二声波信号，得到在输入的信号相同时，所述雕刻头和所述振动单元产生的声音之间的变换关系的步骤，是通过模型辨识的方式得到所述变换关系。
在其中一个实施例中，所述根据所述第一声波信号和第二声波信号，得到在输入的信号相同时，所述雕刻头和所述振动单元产生的声音之间的变换关系的步骤，包括：
根据所述第一声波信号，得到表征所述雕刻头的输入信号与所述声音传感器采集到的声波信号之间的对应关系的雕刻头模型P1；
根据所述第二声波信号，得到表征所述振动单元的输入信号与所述声音传感器采集到的声波信号之间的对应关系的振动单元模型P2；
根据所述雕刻头模型P1和振动单元模型P2得到所述变换关系；
所述根据所述控制信号得到振动信号的步骤，包括根据所述控制信号和所述变换关系得到同相信号，再根据所述同相信号得到所述振动信号；所述同相信号是使得所述雕刻头输入控制信号时输出的声音，与所述振动单元输入所述控制信号并根据所述变换关系得到的信号振动时输出的声音相同的信号；
所述根据所述控制信号和所述变换关系得到同相信号的步骤，是将所述控制信号输入P2 -1×P1的模型，模型的输出即为所述同相信号；其中，P2 -1表示所述振动单元模型P2的逆。
在其中一个实施例中，所述控制信号是正弦信号，所述根据所述同相信号得到所述振动信号的步骤，是对所述同相信号进行处理，使其产生预设的滞后。
在其中一个实施例中，所述对所述同相信号进行处理，使其产生预设的滞后的步骤，包括:
对所述同相信号乘以z-n，其中：
z＝esTs，s表示复变量，Ts表示所述控制系统的伺服采样周期，n表示滞后的时间周期数，n的计算公式：
Figure BDA0002152865790000031
[]表示取整，f是所述控制信号的频率。
在其中一个实施例中，所述激励信号是扫频信号或伪随机信号。
在其中一个实施例中，所述向所述雕刻头输出激励信号的步骤，是通过功率放大器将所述激励信号放大后输入到所述雕刻头；
所述向所述振动单元输出所述激励信号的步骤，是通过功率放大器将所述激励信号放大后输入到所述振动单元。
在其中一个实施例中，所述振动单元包括压电陶瓷。
一种雕刻机，包括控制系统和雕刻头，所述控制系统用于向雕刻头输出控制信号以控制所述雕刻头转动，还包括振动单元，所述控制系统还用于根据所述控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使所述振动单元产生反相声波，所述反相声波与所述雕刻头受所述控制信号控制转动产生的声波相位相反、振幅相同。
在其中一个实施例中，所述雕刻机用于电雕制版，所述雕刻头包括线圈、扭轴和硅钢片，其中，所述硅钢片的上部和下部均安装有所述线圈，所述扭轴穿过所述硅钢片的上部的线圈与所述硅钢片紧密相连，所述线圈在所述控制信号输入后产生磁场，所述硅钢片在所述磁场中受力旋转，且带动所述扭轴旋转。
在其中一个实施例中，所述雕刻头包括框架，所述扭轴的一端穿过所述硅钢片的上部的线圈与所述硅钢片紧密相连，另一端穿过所述框架漏出一部分，所述振动单元安装在靠近所述扭轴的位置。
在其中一个实施例中，还包括声音传感器，所述振动单元靠近所述雕刻头安装；
所述控制系统用于向所述雕刻头输出激励信号，并接收所述声音传感器反馈的第一声波信号，还用于向所述振动单元输出所述激励信号，并接收所述声音传感器反馈的第二声波信号，所述控制系统根据所述第一声波信号和第二声波信号，得到在输入的信号相同时，所述雕刻头和所述振动单元产生的声音之间的变换关系，所述控制系统根据所述控制信号和所述变换关系得到所述振动信号。
在其中一个实施例中，所述控制系统是通过模型辨识的方式得到所述变换关系，包括：
根据所述第一声波信号，得到表征所述雕刻头的输入信号与所述声音传感器采集到的声波信号之间的对应关系的雕刻头模型P1；
根据所述第二声波信号，得到表征所述振动单元的输入信号与所述声音传感器采集到的声波信号之间的对应关系的振动单元模型P2；
根据所述雕刻头模型P1和振动单元模型P2得到所述变换关系；
所述控制系统用于根据所述控制信号和所述变换关系得到同相信号，再根据所述同相信号得到所述振动信号；所述同相信号是使得所述雕刻头输入控制信号时输出的声音，与所述振动单元输入所述控制信号并根据所述变换关系得到的信号振动时输出的声音相同的信号；所述根据所述控制信号和所述变换关系得到同相信号，是将所述控制信号输入P2 -1×P1的模型，模型的输出即为所述同相信号；其中，P2 -1表示所述振动单元模型P2的逆。
在其中一个实施例中，所述控制信号是正弦信号，所述控制系统根据所述同相信号得到所述振动信号，是对所述同相信号进行处理，使其产生预设的滞后。
在其中一个实施例中，所述激励信号是扫频信号或伪随机信号。
在其中一个实施例中，还包括功率放大器，用于将所述激励信号放大后输入到所述雕刻头，还用于将所述激励信号放大后输入到所述振动单元。
在其中一个实施例中，所述振动单元包括压电陶瓷。
上述雕刻机的降噪方法及雕刻机，通过控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使所述振动单元产生反相声波与雕刻头产生的噪声相抵消，避免了工作人员受到高频噪声的伤害。
附图说明
图1是反声波降噪原理示意图；
图2是本发明实施例提供的雕刻机的降噪方法的第一流程示意图；
图3是雕刻头输出声波信号和振动单元输出声波信号示意图；
图4是雕刻头输出声波信号和振动单元输出声波信号叠加波形图；
图5是本发明实施例提供的雕刻机的降噪方法的第二流程示意图；
图6是本发明实施例提供的雕刻机的降噪方法的第三流程示意图；
图7是本发明实施例提供的雕刻头模型P1示意图；
图8是本发明实施例提供的振动单元模型P2示意图；
图9是获得振动信号的控制框图；
图10是本发明实施例提供的雕刻机示意图；
图11是本发明实施例提供的雕刻头示意图；
图12是声音传感器安装位置示意图。
具体实施方式
由于雕刻机的雕刻头输入信号是8000Hz或者频率更高的正弦信号，如果把雕刻头视为弹性体，雕刻头本体的振动会通过临近的空气压迫周围的空气，使之产生不同的声压(声波)。
本发明是基于反声波降噪原理给出一种雕刻机的降噪方法。声波在空气中以纵波的形式传播，它具有波的特性，存在干涉现象，并且遵守波的叠加原理。如图1所示，是反声波降噪原理示意图，其中，噪声声波1由相互间隔的波峰和波谷组成，当与一个声波2相遇时，如果是波峰和波峰叠加，波谷和波谷叠加，振幅就会增大；相反，如果是波峰和波谷叠加，振幅就会相互抵消。运用到声波上，这种因干涉产生的振幅变化就直接反映在声音的大小上。此时，对噪声声波1的振幅可以相互抵消的声波2就可以称为降噪声波。
如图2所示，是本发明实施例提供的雕刻机的降噪方法的第一流程示意图；该雕刻机可包括控制系统和雕刻头，控制系统用于向雕刻头输出控制信号以控制雕刻头转动，该方法具体可包括以下步骤：
步骤S100：获取控制信号。
具体可通过一控制系统输出获取控制信号，该控制信号具体可为正弦信号。
步骤S200：根据上述控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使振动单元产生反相声波，该反相声波与雕刻头受控制信号控制转动产生的声波相位相反、振幅相同。如图3所示，是雕刻头输出声波信号3和振动单元输出声波信号4示意图。如图4所示，是雕刻头输出声波信号和振动单元输出声波信号叠加波形图。
本发明实施例提供的雕刻机的降噪方法，通过控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使所述振动单元产生反相声波与雕刻头产生的噪声相抵消，避免了工作人员受到高频噪声的伤害。
具体地，如图5所示，是本发明实施例提供的雕刻机的降噪方法的第二流程示意图，上述根据控制信号得到振动信号的步骤，可包括：
步骤S210：向雕刻头输出激励信号。
该激励信号可以是用于模型辨识的扫频信号或伪随机信号。
具体可通过功率放大器将上述激励信号放大后输入到雕刻头。
步骤S220：通过声音传感器(在空间某位置安装)采集雕刻头受激励信号控制转动产生的声音，得到第一声波信号。
步骤S230：向振动单元(可安装在雕刻头附近)输出上述激励信号。
具体可通过功率放大器将上述激励信号放大后输入到振动单元。
步骤S240：通过声音传感器采集振动单元在激励信号控制下振动产生的声音，得到第二声波信号。
步骤S250：根据第一声波信号和第二声波信号，得到在输入的信号相同时，雕刻头和振动单元产生的声音之间的变换关系。
具体地，可通过模型辨识的方式得到上述变换关系。
进一步地，如图6所示，是本发明实施例提供的雕刻机的降噪方法的第三流程示意图，可通过以下步骤获得在输入的信号相同时，雕刻头和振动单元产生的声音之间的变换关系：
步骤S251：根据第一声波信号，得到表征雕刻头的输入信号与声音传感器采集到的声波信号之间的对应关系的雕刻头模型P1，如图7所示。
步骤S252：根据第二声波信号，得到表征振动单元的输入信号与声音传感器采集到的声波信号之间的对应关系的振动单元模型P2，如图8所示。
步骤S253：根据雕刻头模型P1和振动单元模型P2得到变换关系。
步骤S260：根据上述控制信号和变换关系得到振动信号。
具体地，上述步骤S260可包括：
根据控制信号和变换关系得到同相信号，再根据同相信号得到振动信号；该同相信号是使得雕刻头输入控制信号时输出的声音，与振动单元输入控制信号并根据变换关系得到的信号振动时输出的声音相同的信号。
上述根据控制信号和变换关系得到同相信号的步骤，是将控制信号输入P2 -1×P1的模型，模型的输出即为上述同相信号；其中，P2 -1表示振动单元模型P2的逆。
在上述控制信号是正弦信号时，上述根据同相信号得到振动信号的步骤，是对同相信号进行处理，使其产生预设的滞后。
具体地对同相信号进行处理的过程包括：
对上述同相信号乘以z-n，其中：
z＝esTs，s表示复变量，Ts表示上述控制系统的伺服采样周期，n表示滞后的时间周期数，n的计算公式：
Figure BDA0002152865790000091
[]表示取整，f是上述控制信号的频率。如图9所示，为上述获得振动信号的控制框图。
本发明实施例提供的雕刻机的降噪方法，通过控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使所述振动单元产生反相声波与雕刻头产生的噪声相抵消，避免了工作人员受到高频噪声的伤害。
在其中一个实施例中，上述振动单元可以是压电陶瓷。压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，压电陶瓷具有谐振频率高、动态响应快、成本低的特点。通过控制信号得到振动信号，并输出给压电陶瓷，使压电陶瓷产生反相声波与雕刻头产生的噪声相抵消。
本发明还提供一种雕刻机，如图10所示，是本发明实施例提供的雕刻机示意图，该雕刻机包括控制系统61和雕刻头62，其中，控制系统61用于向雕刻头62输出控制信号以控制雕刻头62转动，该雕刻机还包括振动单元63，控制系统61还用于根据控制信号得到振动信号，并输出给振动单元63，使振动单元63产生反相声波，该反相声波与雕刻头62受控制信号控制转动产生的声波相位相反、振幅相同。
本发明实施例提供的雕刻机，通过控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使振动单元产生反相声波与雕刻头产生的噪声相抵消，避免了工作人员受到高频噪声的伤害。
具体地，上述雕刻机用于电雕制版，如图11所示，该雕刻头62包括线圈621、扭轴622和硅钢片623，其中，硅钢片623的上部和下部均安装有线圈621，扭轴622穿过硅钢片623的上部的线圈621与硅钢片623紧密相连，线圈621在控制信号输入后产生磁场，硅钢片623在磁场中受力旋转，且带动扭轴622旋转。
上述雕刻头62还包括框架624，扭轴622的一端穿过硅钢片623的上部的线圈621与硅钢片623紧密相连，另一端穿过框架624漏出一部分，振动单元63可安装在靠近扭轴622的位置。
在其中一个实施例中，上述雕刻机还包括声音传感器64(如图12所示，在空间某位置安装声音传感器)，上述振动单元63靠近雕刻头62安装，上述控制系统61用于向雕刻头62输出激励信号(该激励信号可以是用于模型辨识的扫频信号或伪随机信号)，并接收声音传感器反馈的第一声波信号，还用于向振动单元63输出激励信号，并接收声音传感器反馈的第二声波信号，控制系统61根据第一声波信号和第二声波信号，得到在输入的信号相同时，雕刻头62和振动单元63产生的声音之间的变换关系，控制系统61根据控制信号和变换关系得到振动信号。
上述控制系统61是通过模型辨识的方式得到变换关系，具体可包括：
根据第一声波信号，得到表征雕刻头62的输入信号与声音传感器64采集到的声波信号之间的对应关系的雕刻头模型P1(如图7所示)。
根据第二声波信号，得到表征振动单元63的输入信号与声音传感器64采集到的声波信号之间的对应关系的振动单元模型P2(如图8所示)。
根据雕刻头模型P1和振动单元模型P2得到变换关系。
上述控制系统61用于根据控制信号和变换关系得到同相信号，再根据同相信号得到振动信号；该同相信号是使得雕刻头62输入控制信号时输出的声音，与振动单元63输入控制信号并根据变换关系得到的信号振动时输出的声音相同的信号；上述根据控制信号和变换关系得到同相信号，是将控制信号输入P2 -1×P1的模型，模型的输出即为同相信号；其中，P2 -1表示振动单元模型P2的逆。
上述控制信号可以是正弦信号，上述控制系统61根据同相信号得到振动信号，是对同相信号进行处理，使其产生预设的滞后，具体可包括：
对同相信号乘以z-n，其中：
z＝esTs，s表示复变量，Ts表示控制系统61的伺服采样周期，n表示滞后的时间周期数，n的计算公式：
Figure BDA0002152865790000111
[]表示取整，f是控制信号的频率。如图9所示，为上述获得振动信号的控制框图。
本发明实施例提供的雕刻机还可包括功率放大器，用于将激励信号放大后输入到雕刻头62，还用于将激励信号放大后输入到振动单元63。
在其中一个实施例中，上述振动单元可包括压电陶瓷。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种雕刻机的降噪方法，所述雕刻机包括控制系统和雕刻头，所述控制系统用于向雕刻头输出控制信号以控制所述雕刻头转动，其特征在于，所述方法包括：
获取所述控制信号；
根据所述控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使所述振动单元产生反相声波，所述反相声波与所述雕刻头受所述控制信号控制转动产生的声波相位相反、振幅相同；
所述根据所述控制信号得到振动信号步骤，包括：
向所述雕刻头输出激励信号；
通过声音传感器采集所述雕刻头受所述激励信号控制转动产生的声音，得到第一声波信号；
向所述振动单元输出所述激励信号；
通过所述声音传感器采集所述振动单元在所述激励信号控制下振动产生的声音，得到第二声波信号；
根据所述第一声波信号和第二声波信号，得到在输入的信号相同时，所述雕刻头和所述振动单元产生的声音之间的变换关系，控制系统是通过模型辨识的方式得到所述变换关系，包括：
根据所述第一声波信号，得到表征所述雕刻头的输入信号与所述声音传感器采集到的声波信号之间的对应关系的雕刻头模型P1；
根据所述第二声波信号，得到表征所述振动单元的输入信号与所述声音传感器采集到的声波信号之间的对应关系的振动单元模型P2；
根据所述雕刻头模型P1和振动单元模型P2得到所述变换关系；
根据所述控制信号和所述变换关系得到同相信号，再根据所述同相信号得到所述振动信号；所述同相信号是使得所述雕刻头输入控制信号时输出的声音，与所述振动单元输入所述控制信号并根据所述变换关系得到的信号振动时输出的声音相同的信号；
所述根据所述控制信号和所述变换关系得到同相信号的步骤，是将所述控制信号输入P2 -1×P1的模型，模型的输出即为所述同相信号；其中，P2 -1表示所述振动单元模型P2的逆。
2.根据权利要求1所述的雕刻机的降噪方法，其特征在于，所述控制信号是正弦信号，所述根据所述同相信号得到所述振动信号的步骤，是对所述同相信号进行处理，使其产生预设的滞后。
3.根据权利要求2所述的雕刻机的降噪方法，其特征在于，所述对所述同相信号进行处理，使其产生预设的滞后的步骤，包括:
对所述同相信号乘以z-n，其中：
z＝esTs，s表示复变量，Ts表示所述控制系统的伺服采样周期，n表示滞后的时间周期数，n的计算公式：
Figure FDA0003312405750000021
[]表示取整，f是所述控制信号的频率。
4.根据权利要求1所述的雕刻机的降噪方法，其特征在于，所述激励信号是扫频信号或伪随机信号。
5.根据权利要求1所述的雕刻机的降噪方法，其特征在于，所述向所述雕刻头输出激励信号的步骤，是通过功率放大器将所述激励信号放大后输入到所述雕刻头；
所述向所述振动单元输出所述激励信号的步骤，是通过功率放大器将所述激励信号放大后输入到所述振动单元。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的雕刻机的降噪方法，其特征在于，所述振动单元包括压电陶瓷。
7.一种雕刻机，包括控制系统和雕刻头，所述控制系统用于向雕刻头输出控制信号以控制所述雕刻头转动，其特征在于，还包括振动单元，所述控制系统还用于根据所述控制信号得到振动信号，并输出给振动单元，使所述振动单元产生反相声波，所述反相声波与所述雕刻头受所述控制信号控制转动产生的声波相位相反、振幅相同；
所述雕刻机还包括声音传感器，所述振动单元靠近所述雕刻头安装；
所述控制系统用于向所述雕刻头输出激励信号，并接收所述声音传感器反馈的第一声波信号，还用于向所述振动单元输出所述激励信号，并接收所述声音传感器反馈的第二声波信号，所述控制系统根据所述第一声波信号和第二声波信号，得到在输入的信号相同时，所述雕刻头和所述振动单元产生的声音之间的变换关系，控制系统是通过模型辨识的方式得到所述变换关系，包括：根据所述第一声波信号，得到表征所述雕刻头的输入信号与所述声音传感器采集到的声波信号之间的对应关系的雕刻头模型P1；根据所述第二声波信号，得到表征所述振动单元的输入信号与所述声音传感器采集到的声波信号之间的对应关系的振动单元模型P2；根据所述雕刻头模型P1和振动单元模型P2得到所述变换关系；所述控制系统用于根据所述控制信号和所述变换关系得到同相信号，再根据所述同相信号得到所述振动信号；所述同相信号是使得所述雕刻头输入控制信号时输出的声音，与所述振动单元输入所述控制信号并根据所述变换关系得到的信号振动时输出的声音相同的信号；所述根据所述控制信号和所述变换关系得到同相信号，是将所述控制信号输入P2 -1×P1的模型，模型的输出即为所述同相信号；其中，P2 -1表示所述振动单元模型P2的逆；所述控制系统根据所述控制信号和所述变换关系得到所述振动信号。
8.根据权利要求7所述的雕刻机，其特征在于，所述雕刻机用于电雕制版，所述雕刻头包括线圈、扭轴和硅钢片，其中，所述硅钢片的上部和下部均安装有所述线圈，所述扭轴穿过所述硅钢片的上部的线圈与所述硅钢片紧密相连，所述线圈在所述控制信号输入后产生磁场，所述硅钢片在所述磁场中受力旋转，且带动所述扭轴旋转。
9.根据权利要求8所述的雕刻机，其特征在于，所述雕刻头包括框架，所述扭轴的一端穿过所述硅钢片的上部的线圈与所述硅钢片紧密相连，另一端穿过所述框架漏出一部分，所述振动单元安装在靠近所述扭轴的位置。
10.根据权利要求7所述的雕刻机，其特征在于，所述控制信号是正弦信号，所述控制系统根据所述同相信号得到所述振动信号，是对所述同相信号进行处理，使其产生预设的滞后。
11.根据权利要求7所述的雕刻机，其特征在于，所述激励信号是扫频信号或伪随机信号。
12.根据权利要求7所述的雕刻机，其特征在于，还包括功率放大器，用于将所述激励信号放大后输入到所述雕刻头，还用于将所述激励信号放大后输入到所述振动单元。
13.根据权利要求7-12中任一项所述的雕刻机，其特征在于，所述振动单元包括压电陶瓷。
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