JP2018063394A - 騒音低減システム - Google Patents

Abstract

【課題】波形のずれや、位相のずれを考慮して、適切に騒音を低減すること。【解決手段】対象製品２０を加工する際に生じる騒音を低減する騒音低減システム１である。騒音を集音する集音マイク１３と、騒音を低減するノイズキャンセル波を発振するスピーカ１４と、ノイズキャンセル波を決定する制御部１６と、を備える。制御部１６は、対象製品２０よりも前に加工された製品の加工時の騒音の波形を予め記憶し、記憶した波形に基づいて、ノイズキャンセル波の波形を決定する波形決定部１６０と、集音マイク１３およびスピーカ１４と対象製品２０との距離に基づいて、決定したノイズキャンセル波の位相を調整する調整部１６１と、位相が調整されたノイズキャンセル波の波形と、集音マイク１３が集音する波形と、を分析し、対象製品２０の後に加工される製品の加工時に発振するノイズキャンセル波を補正する補正部１６２と、をさらに備える。【選択図】図１

Description

本発明は、騒音低減システムに関する。

部品を加工する際に発生する騒音に対し、ノイズキャンセルを行うための技術が広く知られている。例えば、特許文献１には、部品を切削する刃物の先端部から発生する騒音を効率よく集音できる位置にスピーカおよびセンサマイクを配置し、センサマイクで集めた音の逆位相音をスピーカより発し、切削作業時に発生する騒音を減少させる技術が開示されている。

特開２００２−０７９５０１号公報

加工する部品別で要求される加工部位が異なる場合、加工時に発生する音の変化が大きい場合に生じる波形のずれや、集音マイクおよびスピーカが騒音を発する場所から離れている等により生じる位相のずれが考えられる。特許文献１に開示された技術は、上記の波形のずれや位相のずれを考慮したノイズキャンセル技術とはなっていない。

本発明は、加工時に発生する音の変化が大きい場合に生じる波形のずれや、集音マイクおよびスピーカが騒音を発する場所から離れている等により生じる位相のずれを考慮して、適切に騒音を低減できる騒音低減システムを提供することを目的とする。

本発明の１態様は、対象製品を加工する際に生じる騒音を低減する騒音低減システムであって、前記騒音を集音する集音マイクと、前記騒音を低減するノイズキャンセル波を発振するスピーカと、前記ノイズキャンセル波を決定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記対象製品よりも前に加工された製品の加工時の騒音の波形を予め記憶し、前記予め記憶した騒音の波形に基づいて、ノイズキャンセル波の波形を決定する波形決定部と、前記集音マイクと前記対象製品との距離および前記スピーカと前記対象製品との距離に基づいて、前記決定したノイズキャンセル波の位相を調整する調整部と、前記位相が調整されたノイズキャンセル波の波形と、前記集音マイクが集音する波形と、を分析し、前記対象製品の後に加工される製品の加工時に発振するノイズキャンセル波を補正する補正部と、をさらに備える、騒音低減システムである。

このような構成にすれば、加工時に発生する音の変化が大きい場合に生じる波形のずれや、集音マイクおよびスピーカが騒音を発する場所から離れている等により生じる位相のずれを考慮した適切なノイズキャンセル波を発振することが出来る。

本発明によれば、加工時に発生する音の変化が大きい場合に生じる波形のずれや、集音マイクおよびスピーカが騒音を発する場所から離れている等により生じる位相のずれを考慮して、適切に騒音を低減できる騒音低減システムを提供することができる。

騒音低減システムを模式した模式図である。 騒音波およびノイズキャンセル波の波形を示した概略図である。 補正部が波形を補正する内容を表す概略図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態にかかる騒音低減システム１について説明する。図１は、騒音低減システム１を模式した模式図である。後述するＮＣ加工機の加工室内を模式した模式図とも言え、ＮＣ加工機の加工室内の断面図とも言える。騒音低減システム１は、例えば、ブロックシリンダを鋳造するダイキャスト工程で、鋳造品に生じてしまう不要な部分であるバリを除去する際に用いられる。このバリを除去する際、ＮＣ（Numerical Control）加工機により加工をする。加工の際、発生する騒音は規格で定められる所定の閾値（８５ｄＢ）以上の騒音となることがあり得る。所定の閾値を超えた騒音である場合、作業者の作業環境を悪化させることになる。本システムは、バリを除去する加工の際に発生する騒音を低減するためのシステムである。

図１に示す様に、騒音低減システム１は、加工機主軸１０と、加工用刃具１１と、加工室内壁１２と、集音マイク１３と、スピーカ１４と、保護カバー１５と、制御部１６と、を備える。なお、加工機主軸１０、加工用刃具１１および加工室内壁１２は、一般的なＮＣ加工機でも備える構成である。そのため、実施の形態にかかる騒音低減システム１は、一般的なＮＣ加工機に、集音マイク１３と、スピーカ１４と、保護カバー１５と、制御部１６と、をさらに備える構成と言える。

図１に示す様に、後述する加工用刃具１１により製品２０を加工する場合、加工する製品２０は製品セット治具２１により固定され、ＮＣ加工機の加工室内の所定の位置に配置される。製品２０は、例えば、鋳造品であり、生じたバリを除去するために加工される製品である。製品セット治具２１は、加工する際に製品２０を固定するための治具である。製品セット治具２１により製品２０を固定し、後述する加工用刃具１１を用いて製品を加工する。

加工機主軸１０は、ＮＣ加工機の主軸であり、製品２０の加工する部位に、後述する加工用刃具１１を移動して調整するための主軸である。加工機主軸１０には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が設定されており、この３つの座標を用いて、加工する製品２０の加工する部位の位置を決定する。そして、加工機主軸１０は、３つの座標により決定した位置に、後述する加工用刃具１１を移動させることにより製品２０を加工する。加工用刃具１１の移動については、ＮＣプログラムにより制御され、ＮＣプログラムに応じて、図示しないＮＣサーボモータを駆動させることで動作させる。なお、ＮＣプログラムは加工する製品毎に異なるため、製品２０を加工する際は、製品２０の加工用の加工プログラムにより制御する。

加工用刃具１１は、製品２０を加工するための刃具である。加工用刃具１１は、図示しないモータなどにより回転する刃具であり、例えば、１２０００ｒｐｍ〜１５０００ｒｐｍの回転をする。加工用刃具１１は、加工する製品２０の加工部位に接触させることにより、加工部位を切削し加工する。例えば、鋳造品に生じてしまうバリを除去する場合、バリの部分に加工用刃具１１を接触させてバリを切削し除去する。加工用刃具１１を、製品２０の加工部位に接触させると、図１に示す様に加工用部位から騒音が生じる。この騒音を騒音波とする。

加工室内壁１２は、加工室内の壁である。ＮＣ加工機の加工室は、製品の周囲を加工室内壁１２により囲まれた部屋となっている。
集音マイク１３は、加工機主軸１０に連結され、加工用刃具１１に近接して設置される。集音マイク１３は、製品２０の加工部位を加工する際、発生する騒音を集音するマイクである。例えば、集音マイク１３は、指向性マイクであり、加工機主軸１０の先端に向けられて配置されている。集音マイク１３は、後述するスピーカ１４からノイズキャンセル波が発振された場合でも、発生する騒音のみを集音することができる。

スピーカ１４は、集音マイク１３と同様に、加工機主軸１０に連結され、加工用刃具１１に近接して設置される。スピーカ１４は、集音マイク１３により集音した騒音を低減させるための音（音波）を発振するためのスピーカである。騒音を低減させるための音（音波）をノイズキャンセル波とする。ノイズキャンセル波として、後述する制御部１６が決定し、決定した音（音波）をスピーカ１４が発振する。

保護カバー１５は、製品２０を加工する際に、製品２０の加工部位から発生する切粉が集音マイク１３およびスピーカ１４に付着しないように、集音マイク１３およびスピーカ１４を保護するためのカバーである。

制御部１６は、スピーカ１４から発振するノイズキャンセル波を決定し、ノイズキャンセル波の発振タイミングを調整し、ノイズキャンセル波を補正する制御を行う。制御部１６は、波形決定部１６０と、調整部１６１と、補正部１６２と、を備える。波形決定部１６０は、集音マイク１３が集音した製品２０を加工する際に発生する騒音波からノイズキャンセル波を決定する。

図２は、騒音波およびノイズキャンセル波の波形を示した概略図である。図２を参照して、波形決定部１６０が決定するノイズキャンセル波について説明する。図２の一番上の図は、製品２０の部位を加工する際に生じる騒音波Ｌ１を表す。騒音波Ｌ１は、製品２０の部位を加工する時間ｔ０から発生する。説明をする上で、便宜的に騒音波はｓｉｎ波とする。しかしながら、実際は加工する部位は随時変更されるため、図２のようなｓｉｎ波とは限らず、加工する部位により随時変更される波形である。

図２における上から２つ目の図は、製品２０の部位を加工する際に生じる騒音波Ｌ１を集音マイク１３が集音したときの集音波Ｌ２を示す。集音マイク１３およびスピーカ１４の設置位置は、ＮＣ加工機の設備の構造上、騒音波を発する製品２０の加工部位に近づける距離に限界がある。そのため、集音マイク１３は製品２０の加工部位から離れて設置される。その結果、集音波Ｌ２は、騒音波Ｌ１とは位相がずれた波形となって集音される。ここで、集音波形Ｌ２は、時刻ｔ１を開始時刻とするｓｉｎ波として集音されるとする。

ここで、一般的にノイズキャンセル波は、騒音波Ｌ１を打ち消すための波であることから、騒音波Ｌ１の逆位相の波として決定される。図２における上から３つ目の図に示す様に、一般的なノイズキャンセル波は、集音マイク１３により集音された集音波Ｌ２の逆位相の関係である波形となる。つまり、図２において、一般的なノイズキャンセル波は、波形Ｌ３のようになる。しかしながら、上述のように、集音マイク１３の設置位置には制限があり、騒音波Ｌ１を発する製品２０の加工部位から離れて設置される。そのため、集音波Ｌ２は、騒音波Ｌ１が集音マイク１３に到達する時点で、騒音波と位相がずれた波となってしまう。その結果、集音マイク１３が集音した集音波Ｌ２の逆位相の波形をノイズキャンセル波（一般的なノイズキャンセル波Ｌ３）とすると、騒音波Ｌ１の逆位相の波形とはならないことになってしまう。したがって、一般的なノイズキャンセル波Ｌ３をスピーカ１４より発振したとしても、一般的なノイズキャンセル波Ｌ３が騒音波Ｌ１を打ち消す効果的な波形とはならないことになる。そのため、一般的なノイズキャンセル波Ｌ３を用いることで騒音は低減されるが、所定の閾値（８５ｄＢ）程度の騒音が生じてしまい製品２０の加工をする作業者の環境を好転することはできない。また、特に、加工する部位の切削量が多い場合や、加工する製品の形状上、振動し易い部位を加工する場合は、高周波の騒音が生じる。この場合、騒音波Ｌ１と集音波Ｌ２の位相がずれていることから一般的なノイズキャンセル波Ｌ３が騒音波Ｌ１と同位相の波となってしまう可能性がある。そうすると、一般的なノイズキャンセル波Ｌ３により騒音が増幅されてしまう可能性もあり得る。このように、集音マイク１３が集音した集音波Ｌ２の逆位相の関係である一般的なノイズキャンセル波Ｌ３を用いる場合、製品２０の加工時に生じる騒音を効果的に消音できないという課題が生じる。

そこで、波形決定部１６０は、本課題を解決するために、１サイクル前の波形を記憶する。図２の一番下の図における波形Ｌ４は、１サイクル前の騒音波である。波形決定部１６０は、１サイクル前の騒音波Ｌ４を記憶する。ここで、１サイクルとは、加工する製品の「加工サイクル」を意味し、加工する１つの製品の加工部位全てを加工するサイクルを指す。つまり、波形決定部１６０は、加工する製品の切削開始から切削終了までの波形を記憶しておき、波形決定部１６０は、加工する１つの製品に対して、加工部位毎に生じる騒音波の波形がどのような波形になるかを把握しておく。そして、波形決定部１６０は、記憶した１サイクル前の波形を逆位相に変換し、変換した波形をノイズキャンセル波と決定する。図２の一番下の図における波形Ｌ５は、波形決定部１６０が決定するノイズキャンセル波Ｌ５であり、１サイクル前の騒音波Ｌ４の逆位相の関係である波形となる。すなわち、波形決定部１６０は、同じ製品を加工する際に、１サイクル前に記憶した波形と逆位相の関係となる波形をノイズキャンセル波Ｌ５として決定する。

次に、調整部１６１について説明する。波形決定部１６０が決定したノイズキャンセル波Ｌ５は、スピーカ１４から発振され、騒音波を打ち消すように作用する。しかし、上述のように、騒音波を集音する集音マイク１３および波形決定部１６０が決定したノイズキャンセル波Ｌ５を発振するスピーカ１４は、製品２０の加工部位から離れて設置される。そのため、スピーカ１４は、波形決定部１６０が決定したノイズキャンセル波Ｌ５を、そのまま発振すると、ノイズキャンセル波Ｌ５が製品２０の加工部位に到達した時点では、騒音波Ｌ１と位相がずれた波形となってしまう。その結果、ノイズキャンセル波Ｌ５は、騒音波Ｌ１を効果的に消音出来る音（音波）とはならないことになる。そこで、調整部１６１は、製品２０の加工部位と集音マイク１３との距離および製品２０の加工部位とスピーカ１４との距離を考慮して、スピーカ１４よりノイズキャンセル波Ｌ５を発振するタイミングを調整する。製品２０の加工部位、言い替えると、騒音源と、集音マイク１３およびスピーカ１４と、の距離は一定であることから、当該距離分の位相のずれを予め測定し保持しておく。そして、調整部１６１は、製品２０の加工プログラムと同期をし、製品２０の加工部位に合わせて、スピーカ１４からノイズキャンセル波Ｌ５を発振するタイミングを保持した位相のずれの分だけ早めて発振する。言い替えると、調整部１６１は、ノイズキャンセル波Ｌ５と騒音波Ｌ１との位相のずれを調整する。その結果、スピーカ１４が発振するノイズキャンセル波Ｌ５は、騒音波Ｌ１を適切に打ち消す音（音波）となり、効果的に消音することが可能となる。

次に、補正部１６２について説明する。上述のように、波形決定部１６０が決定したノイズキャンセル波Ｌ５は、１サイクル前の騒音波Ｌ４の逆位相の関係である波である。そのため、製品２０の加工する部位により生じる騒音波に対応したノイズキャンセル波とすることが出来る。しかし、製品２０は鋳造品であることから、同一製品であったとしても、加工部位、つまり、バリを取る部位の形状は常に一定では無い。そのため、１サイクル前の騒音波と、加工する製品２０の加工部位から生じる騒音波と、が一致するとは限らない。そこで、補正部１６２は、波形決定部１６０が記憶した１サイクル前の騒音波と、スピーカ１４が発振するノイズキャンセル波と、を重ね合わせることにより、スピーカ１４が発振するノイズキャンセル波のうち、適切な波形となっていない部分を分析する。言い替えると、１サイクル前の騒音波と現サイクルのノイズキャンセル波とを重ね合わせて分析することで補正が必要な部分を分析する。補正部１６２は、変化傾向を予測するための分析を行うとも言える。なお、スピーカ１４が発振するノイズキャンセル波は、波形決定部１６０により決定され、調整部１６１により調整された後の波形である。そして、補正部１６２は、スピーカ１４が発振するノイズキャンセル波のうち、適切な波形となっていない部分の振幅等を調整し補正を行い、次のサイクル（１サイクル後）のノイズキャンセル波に反映する。このように、補正部１６２は、次のサイクルのノイズキャンセル波がより適切なノイズキャンセル波となるように、上述の補正を繰り返し行う。

図３を参照して、補正部１６２が波形を補正する内容を具体的に説明する。図３は、補正部１６２が波形を補正する内容を表す概略図である。図３において、左から−１サイクル前の波形（つまり、１サイクル前の波形）、現サイクルの波形、＋１サイクル後の波形（つまり、１サイクル後の波形で、補正部１６２が補正した後の波形）を示す。現サイクルの製品を対象製品とすると、−１サイクルの製品は対象製品よりも前に加工された製品である。そして、＋１サイクルの製品は対象製品よりも後に加工される製品となる。また、図３の各サイクルの波形には２つの波形が示されているが、上の波形は、集音マイク１３が集音した集音波であり、下の波形はスピーカ１４が発振するノイズキャンセル波である。上述の通り、集音マイク１３が集音する集音波は、騒音波とは位相がずれた波形である。まず、１サイクル前の騒音波を集音マイク１３が集音し、波形決定部１６０が記憶する。そして、波形決定部１６０が１サイクル前の集音波に基づいて逆位相に変換し、さらに、調整部１６１が発振する波形の位相のずれを調整してノイズキャンセル波を決定する。決定した波形は、現サイクルのスピーカ１４が発振する波形である。図３における現サイクルの下図に該当する。補正部１６２は、集音マイク１３が集音した現サイクルの集音波と、現サイクルのスピーカ１４が発振するノイズキャンセル波と、を重ね合わせることにより分析する。図３における現サイクルの上図と下図とを重ね合わせることにより分析する。つまり、変化傾向を予測するための分析とも言える。現サイクルのスピーカ１４が発振するノイズキャンセル波が現サイクルの集音波に対して理想的なノイズキャンセル波である場合、この２つの波を重ね合わせると、打ち消されることになる。つまり、振幅が０の波形となる。振幅が０の直線とも言える。しかしながら、上述の通り、同じ製品の同じ加工部位であったとしても、同一の騒音波とはならず、集音マイク１３が集音した現サイクルの集音波と、現サイクルのスピーカ１４が発振するノイズキャンセル波と、を重ね合わせても打ち消さない部分が生じる。そこで、補正部１６２は、この部分の振幅等を調整して補正を行い、次のサイクルでスピーカ１４が発振するノイズキャンセル波に反映する。図３における１サイクル後のスピーカ１４が発振するノイズキャンセル波は、補正部１６２が補正した後の波形である。別の見方をすると、１サイクル後のスピーカ１４が発振するノイズキャンセル波と現サイクルの集音マイク１３が集音した集音波とを重ね合わせると、打ち消す波形となっている。このように、補正部１６２は、現サイクルにおいて分析した内容を１サイクル後のノイズキャンセル波の振幅等を調整して補正を行い反映する。つまり、補正部１６２は、波形の変化傾向を予測し、１サイクル後（次サイクル）のノイズキャンセル波の振幅等を調整して補正することでずれを最小限に抑えることを行う。なお、上述したように、補正部１６２は、次のサイクルのノイズキャンセル波がより適切なノイズキャンセル波となるように、上記補正を繰り返し行う。

このように、実施の形態にかかる騒音低減システム１によれば、波形決定部１６０が１サイクル前の波形を記憶し、当該波形の逆位相の波形をノイズキャンセル波と決定することから、加工部位による音の変化が大きい場合の波形のずれと、集音マイク１３と騒音の発生源との距離差分により生じる位相のずれと、に対応することが出来る。さらに、調整部１６１は、スピーカ１４と騒音の発生源との距離差分による位相のずれを考慮して、ノイズキャンセル波を発振するタイミングを調整する。そのため、スピーカ１４と騒音の発生源との距離差分により生じる位相のずれに対応することが出来る。またさらに、補正部１６２は、１サイクル前の波形と現サイクルの波形との差異を補正することから、例えば、集音マイクおよびスピーカがより離れた場所にあったとしても、適切に騒音を低減するノイズキャンセル波とすることが出来る。したがって、実施の形態にかかる騒音低減システム１によれば、加工時に発生する音の変化が大きい場合に生じる波形のずれや、集音マイクおよびスピーカが騒音を発する場所から離れている等により生じる位相のずれを考慮して、適切に騒音を低減することができる。その結果、製品２０を加工する作業者の作業環境を好転することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 騒音低減システム
１０ 加工機主軸
１１ 加工用刃具
１２ 加工室内壁
１３ 集音マイク
１４ スピーカ
１５ 保護カバー
１６ 制御部
２０ 製品
２１ 製品セット治具
１６０ 波形決定部
１６１ 調整部
１６２ 補正部
Ｌ１ 騒音波
Ｌ２ 集音波
Ｌ３ 一般的なノイズキャンセル波
Ｌ４ １サイクル前の騒音波
Ｌ５ ノイズキャンセル波

Claims (1)

1. 対象製品を加工する際に生じる騒音を低減する騒音低減システムであって、
   前記騒音を集音する集音マイクと、
   前記騒音を低減するノイズキャンセル波を発振するスピーカと、
   前記ノイズキャンセル波を決定する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記対象製品よりも前に加工された製品の加工時の騒音の波形を予め記憶し、前記予め記憶した騒音の波形に基づいて、ノイズキャンセル波の波形を決定する波形決定部と、
   前記集音マイクと前記対象製品との距離および前記スピーカと前記対象製品との距離に基づいて、前記決定したノイズキャンセル波の位相を調整する調整部と、
   前記位相が調整されたノイズキャンセル波の波形と、前記集音マイクが集音する波形と、を分析し、前記対象製品の後に加工される製品の加工時に発振するノイズキャンセル波を補正する補正部と、
   をさらに備える、騒音低減システム。

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