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Notiziario Marketpress di
Mercoledì 08 Settembre 2004
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I LASER “PENETRANO” OGNI MOVIMENTO E RICONOSCONO L’INTENSITÀ DEI RUMORI |
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Milano, 8 settembre 2004 - Con l’ausilio dei raggi laser, è possibile misurare con precisione le vibrazioni dei componenti. I ricercatori Bosch hanno esteso questo principio di misurazione agli oggetti in movimento, al fine di comprendere i meccanismi di formazione dei rumori – ad esempio, il ronzio di un tergicristallo o lo stridore dei freni. I ricercatori, che si occupano di acustica, devono avere uno spiccato senso “investigativo”. Per prima cosa, devono identificare la sorgente del rumore, indi, il modo di sopprimerlo. Il passo successivo sarà quello di comprendere il meccanismo della formazione del rumore. Sulla base di ciò, sarà possibile progettare i componenti, in modo che non procurino rumori fastidiosi. La cosiddetta vibrometria Doppler a scanner laser (Sldv: Scanning Laser Doppler Vibrometry) ha permesso di ottenere notevoli successi nel campo della soppressione del rumore. Ciò che questa tecnologia è in grado di fare, lo può dimostrare una qualsiasi spia di professione: i discorsi fatti all’interno di un locale, infatti, possono essere facilmente ascoltati di nascosto, inviando dall’esterno un raggio laser verso una finestra di vetro e captando successivamente il raggio riflesso. Quest’ultimo, infatti, indica la vibrazione del vetro, generata dai suoni del colloquio. La Sldv misura la causa più frequente del rumore: la vibrazione delle superfici degli oggetti. Il raggio laser riflesso subisce un leggero spostamento di frequenza, a seconda del movimento vibratorio della superficie. Questo cosiddetto spostamento Doppler viene misurato nello scanner-laser attraverso un complesso sistema ottico e convertito in un componente di velocità, della superficie. Una griglia di misurazione, precedentemente definita sulla superficie, viene autonomamente scandita dallo scanner. A questo riguardo, una disposizione a doppio specchio nella testa del laser provvede a spostare il raggio laser da un punto di misurazione all’altro. I ricercatori Bosch hanno ora esteso questo affermato principio di misurazione, adattandolo anche agli oggetti in movimento, una funzionalità definita “tracking”. In tal modo, è possibile analizzare componenti o sistemi di componenti dotati di parti in movimento, quali le ventole o i tergicristalli, in condizioni di funzionamento reali. In questo caso, il raggio laser segue un punto di misurazione fisso, posizionato su una paletta della ventola o sulla spazzola del tergicristallo, e qui rileva la caratteristica di oscillazione. Nel caso del tergicristallo, è così possibile esaminare l’intero processo di tergitura, in funzione delle vibrazioni e dei rumori di disturbo. Con l’ausilio del metodo laser e della telecamera acustica, è stato così possibile scoprire immediatamente due tipi di rumore: nel passaggio dal movimento in salita a quello in discesa, il cambiamento di direzione del labbro tergente genera il cosiddetto rumore di ribaltamento. Nell’ultimo terzo del processo di tergitura, inoltre, è possibile che su alcuni tipi di parabrezza si verifichi un leggero “ronzio”, con una frequenza di 100 Hertz circa. Per esaminare più precisamente i tipi di rumore, i ricercatori segnano la rigida staffa di plastica del tergicristallo e il labbro tergente flessibile con una dozzina di punti di rilevamento ciascuno, sparsi in maniera uniforme. All’inizio della misurazione, è previsto un programma di apprendimento: il laser viene puntato manualmente sui punti di misurazione con angolazioni diverse. Le traiettorie dei singoli punti sulla superficie del parabrezza sono calcolate al computer, sulla base di queste misurazioni di riferimento. In tal modo, lo scanner laser può seguire i punti di misurazione lungo tutto il processo di tergitura. I risultati delle misurazioni forniscono informazioni utili per l’impostazione, la progettazione e la scelta dei materiali dei componenti del pezzo. I ricercatori, inoltre, tentano di estrarre i parametri caratteristici per la formazione del rumore dai dati, che sono validi, indipendentemente dai diversi sistemi di tergicristalli delle diverse Case automobilistiche. Con la vibrometria laser, i ricercatori Bosch sono anche riusciti a rispondere a un quesito rimasto finora irrisolto: come mai i freni stridono? La situazione è ben chiara alle orecchie di tutti gli utenti della strada: un’automobile si avvicina a un incrocio, inizia a frenare e, poco prima di arrestarsi, mentre procede a passo d’uomo, i freni iniziano a stridere. Agli occhi del ricercatore, il problema si pone in termini fisici: per generare uno stridore penetrante, è necessaria energia e in qualche modo il suono irradiato si riconduce, anche in minima parte, all’energia di rotolamento generata dalla ruota e dal disco dei freni. Ma come? Anche per rispondere a questa domanda, non era sufficiente affidarsi alla tradizionale tecnica di misurazione. I vibrometri laser misurano solo in direzione del raggio laser: effettuando il rilevamento sulla verticale dei disco dei freni, ad esempio, non si può osservare ciò che succede nel piano del disco (“in-plane”). Si possono vedere unicamente le cosiddette oscillazioni “out-of-plane”, le quali emettono in misura determinante il suono, senza tuttavia fornire alcuna indicazione sul meccanismo di formazione. Il segreto sta nel nell’osservazione delle forze di attrito che agiscono nel piano del disco tra le pastiglie e il disco dei freni, nonché delle oscillazioni, che risultano. La mancata osservazione di queste componenti significherebbe chiudere gli occhi davanti a due terzi della verità. I ricercatori Bosch, pertanto, hanno iniziato a sviluppare, in combinazione con un partner industriale, un vibrometro a scanner laser con misurazione tridimensionale. Il principio di misurazione si basa sulla combinazione di tre normali sistemi Sldv, che osservano il medesimo punto di misurazione da tre direzioni diverse. Tramite una triangolazione tridimensionale, è possibile determinare, partendo dalle tre informazioni dei raggi, il moto oscillatorio del punto di rilevamento in tutte e tre le direzioni spaziali (3D). Il nuovo sistema di misurazione, infine, ha permesso di svelare, al termine delle misurazioni sui freni effettuate su un banco-prova, l’interazione delle vibrazioni “in-plane” e di quelle “out-of-plane” tra le pastiglie e il disco dei freni. Con determinati valori, ad esempio della pressione frenante e della temperatura dei dischi in esercizio, si verifica un accoppiamento e un’amplificazione reciproca delle due componenti di vibrazione. L’energia di attrito viene trasformata in energia vibratoria. Risultato pratico: lo stridore. Nei loro esperimenti, i ricercatori “giocano” ora con i parametri dei materiali e con le geometrie dei componenti, allo scopo di risalire alla loro influenza sullo stridore. L’obiettivo è eliminare lo stridore già nella fase di sviluppo dei freni, attraverso un’opportuna scelta dei parametri di progettazione e di produzione.
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