超音波洗浄に関する非線形制御技術

超音波洗浄に関する非線形制御技術を開発

https://youtu.be/NWqlU4yJuz4

https://youtu.be/GOIOR5YUH-Y

超音波システム研究所は、

　超音波の音圧測定データを
　解析（バイスペクトル解析・・）することで、
　「超音波の（高調波の発生・・に関する）非線形現象」に関して、
　洗浄装置の構造・・による、洗浄効果を確認できました。

洗浄効果に関して
　液循環制御、揺動操作・・・により
　分布をコントロールする技術を開発しました。
今回開発した技術により
　複数の異なる周波数の「超音波振動子」を利用する場合、
　超音波の非線形伝搬現象を管理することが可能になります。

これは、洗浄・表面改質・化学反応の促進・・・に対して
　効果的な非線形の超音波伝搬状態を
　「目的に合わせて制御出来る」ということで大変有効です。

さらに、定在波の制御と組み合わせることで、
　キャビテーションや加速度（音響流）の効果を
　大きく変化させることが可能になります。

オリジナルの超音波伝搬状態の測定・解析技術により、
　各種部品・・・の、
　洗浄、攪拌、表面改質、化学反応・・・
　表面状態に関する効果的な
　非線形現象の事例を多数確認しています。

■参考動画

　http://youtu.be/U4Hppgac9vw

　http://youtu.be/XCgphkBAy4Q

　http://youtu.be/0Bb6QYp8H3w

　http://youtu.be/tVSToca2u0c

　http://youtu.be/snr7FFHCHY4

　http://youtu.be/_yEgESxaXso

　http://youtu.be/v63SBf7BiuE

　http://youtu.be/Zuz9EnVBx0M

　７２ｋHzの超音波照射事例
　http://youtu.be/u24smVvWra0

　２８ｋHzの超音波照射事例
　http://youtu.be/0jni8kJvYpc

　２８＋７２ｋHzの同時照射事例
　http://youtu.be/u1QSeVbgwaA

　注：自動解析処理を行っています
　　　測定状態に合わせた自動設定を行うため
　　　具体的な解析方法に関してはお問い合わせください

　超音波のダイナミック制御事例

　http://youtu.be/V3YIlxSfmls

　http://youtu.be/dNjCBv6RyrY

　解析結果

　http://youtu.be/cmHX5-xmwSA

　http://youtu.be/zfwarXVfyoE

　http://youtu.be/UsXhSlcZkP8

　http://youtu.be/5RQxfyE7Vbw

これは、新しい超音波解析・制御技術であり、

　超音波のダイナミック特性による一般的な効果を含め
　新素材の開発、攪拌、分散、洗浄、化学反応実験・・・
　に、１００ｋｇ以上の材料からナノレベルの粉末まで
　各種対象の操作技術として、
　実績が増えています。

なお、今回の方法ならびに技術ノウハウを
コンサルティング事業として、展開しています。

参考：超音波測定（音圧測定・解析・評価）

音圧測定装置（超音波テスター）の標準タイプ
http://ultrasonic-labo.com/?p=1722

音圧測定装置（超音波テスター）の特別タイプ
http://ultrasonic-labo.com/?p=1736

超音波＜計測・解析＞事例
http://ultrasonic-labo.com/?p=1705

「超音波の非線形現象」を目的に合わせてコントロールする技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=2843

 

 

 

 

超音波技術＜音響流制御＞ ＮＯ．４１

超音波技術＜音響流制御＞　ＮＯ．４１

超音波システム研究所

超音波システム研究所は、
超音波の非線形性に関する現象を含めた状態を、
抽象数学（圏論）における
Ｍｏｎｏｉｄ（モノイドの圏）モデルとして、開発しました。

このアイデアに基づいて、
　超音波制御を行う、具体的な方法を
　結び目図式のスペクトル系列として、開発しました。

今回開発した制御方法は、
　超音波の音圧データを
　自己回帰モデルでフィードバック解析することで、
　キャビテーションと音響流の効果に関する
　非線形現象の分類技術（高調波、低調化）を発展させました。


これまでのデータ解析から
　効果的な利用方法を
　以下のような
　４つのタイプに分類してダイナミックに制御します。

　１：キャビテーション主体型
　２：音響流主体型
　３：ミックス型
　４：変動型

　上記の各タイプについて
　　安定性・変化の状態・・・に関して
　　詳細な分類・調整により、
　　目的と効果に対する、効率のよい
　　各種条件の設定・調整が可能になりました。

　特に、洗浄に関しては
　　汚れの特性やバラツキに関する情報が得られにくいため
　　このような分類・解析をベースに実験確認することで
　　効果的な超音波制御が、実現します。


　この分類・制御の本質的なアイデアは、
　超音波による定在波の特徴を、
　抽象代数学の「導来関手」に適応させるということと、
　非線形現象の特徴を、
　Ｍｏｎｏｉｄ（モノイドの圏）モデルに適応させるということです。

　今回、複雑な超音波の変化を
　結び目図式から得られるスペクトル系列として表現することで
　時間経過で変わっていく、不安定な超音波の状態を
　目的に合わせて、コントロールできるようになりました。

　抽象的ですが
　超音波の伝搬状態を計測解析するなかで
　定在波と音響流に関する的確な解析により
　キャビテーションを主体とした超音波の効果・・を
　効果的にコントロールできる事例が増えたことから
　公表することにしました。


なお、超音波システム研究所の「非線形制御技術」は、
　この方法による、
　具体的な技術（流水式超音波、超音波シャワー）として対応しています。

応用技術として
　非線形現象の発生状態に関する研究開発を進めています。
　「超音波利用の最も大きな効果が、非線形状態の変化にある」
　　という考え方が、さらに一歩進んだと考えています。

＜＜　超音波のＭｏｎｏｉｄ（モノイドの圏）モデル　＞＞

基本的な超音波発振による現象全体をＲｉｎｇ（環の圏）として、
キャビテーション・・による（発振周波数を主体とした）現象を
　「アーベル群の圏」
加速度・音響流・・による（伝搬周波数の変化を主体とした）現象を
　「Ｍｏｎｏｉｄ（０元をもつ乗法の一元体）」
とするモデルを開発しました。


＜＜　超音波の三角化されたカテゴリーモデルによる制御　＞＞

キャビテーションと音響流による現象について
三角化された加法的カテゴリーモデルにより
制御パラメータ（流れ・表面弾性波、出力・パワー、周波数・発振）を
スペクトル系列のコホモロジーで、最適化します。



参考

https://youtu.be/r0oKBTVNWBI

https://youtu.be/RTKjM4GHXjo


超音波の非線形振動
http://ultrasonic-labo.com/?p=13908

モノイド圏モデルを利用した超音波制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=9692

超音波の洗浄・攪拌・加工に関する「論理モデル」
http://ultrasonic-labo.com/?p=3963

代数モデル
http://ultrasonic-labo.com/?p=1311

数学的理論
http://ultrasonic-labo.com/?p=1350

音色と超音波
http://ultrasonic-labo.com/?p=1082

物の動きを読む
http://ultrasonic-labo.com/?p=1074

 

小型超音波振動子：４０ｋＨｚ ５０Ｗ

超音波システム研究所は、
　小型超音波振動子を使用して、
　超音波＜実験・研究・開発＞に適した
　超音波システムの利用方法を応用・開発しました。

小型超音波振動子：４０ｋＨｚ　５０Ｗ





－システムの応用事例－
　ガラス製の水槽を利用した洗浄実験
　間接容器・治工具の表面改質実験
　「揺動ユニット」との組み合わせによる攪拌実験
　各種の化学反応実験
　メッキ液・洗浄液・・の開発実験
　ナノ粒子の製造実験
　複雑な形状へのコーティング実験
　表面の検査（残留応力測定）実験
　水の改質（ラジカル化）実験
　霧化実験　
　・・・・・・・


■参考動画

http://youtu.be/dEbbCxp5RDs

http://youtu.be/XqVafL6Os_Q

http://youtu.be/EEzGfYH8KuA

http://youtu.be/Pr8oC01WHnM

http://youtu.be/m_xC2cpzNfI

http://youtu.be/VJ8RlmfG9FQ

http://youtu.be/Lrq5BVdlKCI

http://youtu.be/FZVdVAmmqhY

http://youtu.be/CARpkeRMwWs

http://youtu.be/JUEXtqEMGvI

http://youtu.be/GxODHC26m0Y

http://youtu.be/aC1wDqCTxG8

http://youtu.be/wWJA0Vh1R8U

http://youtu.be/suCUaWkKWSk


　
小型超音波振動子は
　１）各種の実験容器に直接入れることが可能になります。

　　現在利用している超音波装置に対しても
　　　場合によっては追加投入することができます。

　２）水槽内で簡単に、揺動させて利用することができます。

　これらの組み合わせによる効果は
　　伝搬状態の計測・解析により確認しています。


　様々な応用事例が発展しています。


コンサルティング対応として、展開しています。


小型超音波振動子による「超音波システム」
http://ultrasonic-labo.com/?p=1280

小型超音波振動子による「超音波伝播制御」技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1602

超音波洗浄セミナー
http://ultrasonic-labo.com/?p=3829

超音波を利用した、「ナノテクノロジー」の研究・開発装置
http://ultrasonic-labo.com/?p=2195

「脱気・マイクロバブル発生装置」を利用した超音波制御システム
http://ultrasonic-labo.com/?p=1996

３種類の異なる周波数の「超音波振動子」を利用する技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=3815

ジャグリング定理を応用した「超音波制御」
http://ultrasonic-labo.com/?p=1753

表面弾性波を利用した超音波制御技術 ultrasonic-labo

表面弾性波を利用した超音波制御技術　ultrasonic-labo

シャノンの第一定理に関する経験談

「シャノンの第一定理に関する経験談」






１） テーマ
　「シャノンの第一定理が、具体的に経験上で役に立つ」


１－１）基本システムの考察（注１）に関する
　　　　モデル作成として役に立つ

１－２）データとノイズに関する基礎事項として役に立つ
　　　（ルーチンワーク的な開発業務の中では
　　　　必要性を理解しにくいが、
　　　　オリジナリティの高い、新製品の研究開発の
　　　　立場で考えると、
　　　　研究の視点（注２）としてとして
　　　　大変有効

注１：例　システム開発に関するオブジェクト
　　　（アルゴリズム　等）の整合性・体系化

注２：例　機械振動・電気ノイズ・プログラム
　　　　 バグ・不具合・・の原因解析




２） 基礎知識

　理論と歴史の流れ

＊ サイバネティクス（フィードバック）から
　　情報の単位としてビットが基準になるまで

＊ 「シャノンの通信モデル」
（情報源）　－＞　送信機（符号化）　
　　－＞　通信路（外乱・ノイズ含む）　－＞
　　　　　受信機（複合化）　－＞　（目的位置）

＊ 情報容量：Ｈ＝ｌｏｇ　ｎ（ハートレイ　１９２８年）
　ｎ：１つの系で区別される状態の数（単純化で２にする）
　対数の底は、情報を測定する単位の選択とする

　（Ｊ．Ｗ．テューキー）
　すなわち、ビットは２者択一の概念に基づくもので、
　２つから１つの選択では１ビット、
　４つから１つでは２ビット

＊ シャノンによる情報量の（確率概念による）定義
　事前確率がわかっているとき、
　１つの通報を記憶するのに必要で最小な情報容量が、
　その情報のもつ情報量である（シャノン　１９４８年）

　　通報：情報源が発するもの
　　情報：通報に含まれる
（情報量：情報源が発する通報の集合量の
　　　　　確率統計的あつかいによる数学的な公式による量）

ポイント：信号の持つ意味の取り扱いをしない




３） 基礎知識の理解

　「基礎知識を深めると重要な定理や法則が理解できる」

＊ 「シャノンの第一定理」
　情報とテントロピーの関係
　（情報が増えるとエントロピーは減少する）
　エントロピー：無記憶情報源のシンボル当たりの平均情報量
　　　（情報量＊確率の総和）
　無記憶情報源＜－＞マルコフ情報源
　（その情報以前の有限個（ｍ）の情報に影響される
　　　　情報源：ｍ重マルコフ情報源）
　情報と確率過程の関係－＞エルゴード的－＞
　　　　　　確立の再定義－＞統計処理－＞・・







４） 理解から応用（創造）

　経験と実例
　４－１）論理は用意されていない　　？である
　　　　　　：データとノイズの関係

　４－２）考えなければならない：どこから？　
　　　　　何を考えるか？
　　　　経路とノイズとデータの特定
　（例　ロボットの動作、デジタル解析のデータ
　　　　　　　：デジタルアナライザー、

　　プログラム言語のコンパイラー、システムの取り扱い方法）

　　ロボットの動作データ（注１　機械・電気・ソフト）と
　　　　動作測定によるデータの検討に関する

　　通信モデルの利用（通信モデルに対する第一定理の保証）

注１：機械（特性）　伸び・たわみ・疲労・・・
　　　電気（信号）　電気的な性質・応答特性・・・
　　　ソフト　制御のアルゴリズム・データ構造・チューニング処理・・・

　４－３）論理モデルをつくる：現象との違いを考察する

　　解析事例（振動解析　プログラムのバグ解析　
　　　　　　　人間と言う要因の検討）
　振動と言う現象（全体）と測定（ポイント）による
　データの論理的考察
　時間的変化に対する、
　条件の設定と統計やシュミレーション等の解析方法の考察

　４－４）論理モデルの限界と現象を考察する

　４－５）その現象に対するオリジナルな論理を作成する

　新規開発事例（材質、特性、一般理論の組み合わせと現象
　　　　　　　　：総合力）

理論やデータでは突破できない
（注：基礎知識の理解は必要である）

感触やイメージが必要である






５） 設計思想への発展

オリジナルな理論を忠実に開発・設計し、
　一つの製品（システム）にまとめあげることは、
　その理論（人）による思想（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）にまで広がります

そして思想からモデル（システム）の修正や変更が行われ、
　繰り返す中で発展していくように思います


このような観点でモノを見ると、良い製品、良い設計にふれることの大切
さが理解できると思います
私は、これが設計する力だと思います






６） まとめ

＊ 応用できれば知識は技術力として役に立つ
＊ プログラム言語や環境の知識も応用できるところまで
　　高めなければいけない
＊ そのためには、クリアすべき基礎知識がある

結局、好きな部分は基礎知識がわかるまで学習する必要がある
（あるいは、実際に製品に組み込みと、理解不足の部分が問題になり苦労し
　て身につけることになる）
最終的には、設計思想を形成し深めていくことが本質だと思います
（そのために観察することと工夫することの重要性をまとめにします
　数式や統計処理は有効ですが、
　各処理のそれぞれの段階も
　技術的説明（検討・考察）を行う必要があることの重要性を考
　えてもらいたいと考えています）

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超音波システム研究所
ホームページ　　http://ultrasonic-labo.com/
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊


http://youtu.be/vZ0do-0bfvs

 

新しい超音波洗浄技術 ultrasonic-labo ｎｏ．１６

新しい超音波洗浄技術　ultrasonic-labo　ｎｏ．１６

「超音波の非線形現象」

「超音波の非線形現象」

新しい超音波制御技術

新しい超音波制御技術

音圧測定解析に基づいた、超音波伝搬制御実験（メガヘルツの超音波プローブ）

音圧測定解析に基づいた、超音波伝搬制御実験（メガヘルツの超音波プローブ）