超音波の音圧データ解析手順資料（「R」フリーな統計処理言語かつ環境）1.00

超音波システム研究所（所在地：東京都八王子市）は、
オリジナル製品（超音波テスター）を利用した全く新しい、
　＜＜振動計測技術＞＞を開発しました。

これまでに開発した、超音波の音圧測定解析技術について、
　超音波の非線形現象に関する「測定・解析・制御」技術を応用します。

ものの表面を伝搬する超音波のダイナミック特性を
　測定・解析・評価したデータの蓄積から、
　低周波（０．１Ｈｚ）～高周波（２００ＭＨｚ）の振動状態を
　＜測定・解析・評価＞できる技術を開発しました。

建物や道路の振動・騒音、機器・装置・壁・配管・机・手すり・・・
溶接時の金属が溶解する瞬間の振動、機械加工時の瞬間的な振動、・・
　に関して、新しい振動現象に基づいた対策が可能になりました。

これは、新しい方法および技術です、
　これまでの解析結果から
　様々な応用事例が発展しています。

　特に、標準測定時間として連続７２時間のデータ採取が可能ですので
　　非常に低い周波数の振動や
　　不規則に変動する振動に対しても計測が可能です　


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超音波システム研究所は、
オリジナル製品：超音波システム（音圧測定解析、発振制御）による
超音波洗浄機の改良（コンサルティング対応）を行っています。

現状の超音波洗浄機に対して
　音圧測定・解析に基づいた、改良方法を提案・実施します。

具体的には、
超音波の測定解析が容易にできる
　「オリジナル製品：超音波テスターＮＡ（推奨タイプ）」による
　超音波洗浄機の測定・確認により
　改善レベルについて打ち合わせ相談します。

改善レベルに合わせて
超音波の発振制御が容易にできる
「オリジナル製品：超音波発振システム（１ＭＨｚ、２０ＭＨｚ）」
　の利用を提案します。

水槽や洗浄液、洗浄物や洗浄レベルの状態・・・により
　脱気ファインバブル発生液循環装置を提案します。

超音波の伝搬特性
１）振動モードの検出（自己相関の変化）
２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化）
３）応答特性の検出（インパルス応答の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）

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超音波システム研究所は、
小型ポンプを利用した液循環により
超音波の伝搬状態に関して、非線形現象をダイナミックに制御する
「超音波制御技術」を開発しました。

超音波テスターによる解析で、非線形現象を評価します。
超音波（超音波洗浄機、超音波プローブ、・・）の複雑な変化を、
超音波発振と超音波受信による音圧の時系列データ解析で、各種の相互作用を確認します。
相互作用の確認に基づいて、超音波プローブによる発振制御条件を最適化する事で、
目的に合わせた、ダイナミックな超音波コントロールシステムを実現します。

実用的には、超音波洗浄の場合、
現状の液循環装置について、ＯＮ／ＯＦＦ制御（あるいは流量・流速・・・の制御）を
装置の設置状態、対象物を含めた表面弾性波に関する、超音波の伝搬特性を考慮して
超音波の出力・発振周波数・制御条件・・・を最適化します。

特に、ポンプの振動特性を利用して、
液体と気体を交互に循環させる・・・により、
新しい超音波・マイクロバブルの非線形効果を実現しています。
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超音波システム研究所は、
「超音波の非線形現象（音響流）を制御する技術」を利用して
「超音波による化学反応を制御する技術」を開発しました。

この技術は
　容器の相互作用を測定確認することで
　メガヘルツの超音波発振プローブによる超音波制御（注）により
　目的に合わせた、超音波（キャビテーション・音響流）を制御します。

注：超音波制御
２種類の非線形共振型超音波発振プローブによる、
スイープ発振、パルス発振の発振条件の設定により
高い音圧の共振現象と、
高調波の発生現象（非線形現象）による、
３０ＭＨｚ以上の高周波伝搬状態を、ダイナミック制御します。

注：超音波制御「精密洗浄事例」
　スイープ発振　７０ｋＨｚ～１５ＭＨｚ　１５Ｗ
　パルス発振　　１３ＭＨｚ　８Ｗ

注：超音波制御「ナノレベルの攪拌事例」
　スイープ発振　８８０ｋＨｚ～２２ＭＨｚ　１２Ｗ
　パルス発振　　１４ＭＨｚ　１０Ｗ

特に、
　音響流制御による、高調波のダイナミック特性により
　ナノレベルの反応・対応が実現しています

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超音波システム研究所は、
超音波振動の測定・解析システムを、２０１２年４月より、製造販売しています。

測定したデータについて、弾性波動を考慮した解析で、
　超音波の非線形現象（音響流）やキャビテーション効果を
　グラフにより目視確認できるようにしたシステムです。

複雑に変化する超音波の利用状態について、「非線形現象」を考慮するために、
　時系列データの自己回帰モデルによる、自己相関・バイスペクトルを解析して
　その変化・・・・を、評価・応用しています

目的に応じた新しい利用方法を多数実現しています

超音波の伝搬特性
１）振動モードの検出（自己相関の変化）
２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化）
３）応答特性の検出（インパルス応答特性の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）

注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
　autcor：自己相関の解析関数
　bispec：バイスペクトルの解析関数
　mulmar：インパルス応答の解析関数
　mulnos：パワー寄与率の解析関数

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超音波の音圧測定・解析・評価技術を応用

超音波システム研究所は、
超音波の非線形性に関する「測定・解析・制御」技術を応用した、
超音波の＜解析・評価＞方法（システム技術）を開発しました。

この技術を利用した
超音波装置の＜計測・解析・評価＞対応を行います。

具体的な対応・費用・・・については
メールでお問い合わせください

＊コメント＊

現状、超音波利用に関して

利用目的に対して最適な超音波の状態を

検出・確認することは大変難しいと思います

そこで、超音波に関する日常管理に「音圧データ」を取り入れることで

最終評価状態（不良率、歩留まり、・・・）との関係を

統計データの蓄積と解析を通して、解決したいと考えて実施してきました

時系列データの解析技術（注）を利用して分析することで

効果的な改善が実現するようになりました

このような改善を継続した結果

低出力の超音波発振制御にによる成功例が増えたことで

オリジナル製品：超音波システム（音圧測定解析、発振制御）を、

２０２１年３月より製造販売しています
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超音波システム研究所は、
超音波の伝搬状態に関する、計測・解析・制御技術を、
対象物の音響特性として解析・応用することで、
超音波の非線形伝搬状態を制御可能にしました。
その結果、効率良く、
部品の表面残留応力を緩和して、表面全体を均一化する技術を開発しました。

この表面残留応力を緩和する技術により
金属疲労・・に対する疲れ強さの改善を行うとともに
各種表面処理の均一化が実現しています。
特に、超音波の伝搬状態を
対象物のガイド波（表面弾性波・・）を考慮した設定・制御により、
対象物への効果的なダイナミックに変化する
非線形現象を含んだ一定の範囲の刺激として実現させる
制御方法・治工具・システム開発・・・具体的な方法・技術を開発しました。

金属部品、樹脂部品、粉体部材、・・・の各種の表面に対して
幅広い効果を確認しています。

この技術を
コンサルティング対応として提供しています

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超音波システム研究所は、
＜超音波伝搬特性（音響特性）の分類＞に基づいた、
５００Ｈｚから９００ＭＨｚの超音波伝搬状態を制御可能にする
超音波プローブの製造・評価技術を開発しました。

目的に合わせた、
　オリジナル超音波発振制御プローブの製造開発が可能です。

この技術を、コンサルティング提供しています
　興味のある方はメールでお問い合わせください

超音波プローブの伝搬特性
１）振動モードの検出（自己相関の変化）
２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化）
３）応答特性の検出（インパルス応答特性の解析）
４）相互作用の検出（発振電圧と受信電圧の相互作用：パワー寄与率を解析）

注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
　autcor：自己相関の解析関数
　bispec：バイスペクトルの解析関数
　mulmar：インパルス応答の解析関数
　mulnos：パワー寄与率の解析関数

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超音波のシステム技術

１：専用水槽の開発技術
２：超音波振動子の改良技術
３：超音波伝搬状態の測定技術
４：超音波（音響流）制御技術

　上記に関する　システム技術　を提供しています。

目的に合わせた超音波の制御を可能にする技術です。

　＊超音波振動子改良技術ノウハウ・・・＊

　＊超音波水槽の設計技術ノウハウ・・・＊

　＊超音波伝搬状態の測定技術ノウハウ・・・＊

　＊超音波（音響流）の制御技術ノウハウ・・・＊

　　　　以上を提供させていただきます

詳細は　超音波システム研究所　にメールでお問い合わせください
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超音波システム研究所は、
オリジナル製品（超音波テスター）を利用した、全く新しい、
　＜＜表面弾性波の伝搬状態をコントロール技術＞＞を開発しました。

これまでに開発した、超音波の音圧測定解析技術について、
　超音波の非線形現象に関する「測定・解析・評価」技術を応用します。

建物や道路の振動・騒音、機器・装置・壁・配管・机・手すり・・・
溶接時の金属が溶解する瞬間の振動、機械加工時の瞬間的な振動、・・
　に関して、新しい振動現象に基づいた対策が可能になりました。

この技術について、コンサルティング対応しています。

注：解析には下記ツールを利用します
注：OML(Open Market License)
注：TIMSAC(TIMe Series Analysis and Control program)
注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境

　autcor：自己相関の解析関数
　bispec：バイスペクトルの解析関数
　mulmar：インパルス応答の解析関数
　mulnos：パワー寄与率の解析関数
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超音波システム研究所は、
　超音波利用に関して、
　＜統計的な考え方＞を利用した
　効果的な「測定・解析・評価方法」に関する技術を開発しています。

＜統計的な考え方について＞
　統計数理には、抽象的な性格と具体的な性格の二面があり、
　具体的なものとの接触を通じて
　抽象的な考えあるいは方法が発展させられていく、
　これが統計数理の特質である
　　科学の中の統計学　赤池 弘次 (編集)より

＜モデルについて＞
モデルは対象に関する理解、予測、制御等を
効果的に進めることを目的として構築されます。

正確なモデルの構築は難しく、
常に対象の複雑さを適当に"丸めた"形の表現で検討を進めます。
その意味で、
モデルの構成あるいは構築の過程は統計的思考が必要です。

＜モデルと現状のシステムとの関係性について＞
( 考察する場合の注意事項 )

１）先入観や経験は正しくないことがあると考える必要があります

２）モデルの本質を考えるためには、
　圏論を利用することが有効だと考えています
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超音波システム研究所は、
　超音波利用に関して、
　＜統計的な考え方＞を利用した
　効果的な「測定・解析・評価方法」に関する技術を開発しています。

＜統計的な考え方について＞
　統計数理には、抽象的な性格と具体的な性格の二面があり、
　具体的なものとの接触を通じて
　抽象的な考えあるいは方法が発展させられていく、
　これが統計数理の特質である

超音波の研究について
「キャビテーションの効果を安定させるには統計的な見方が不可欠」

＜モデルについて＞
モデルは対象に関する理解、予測、制御等を
効果的に進めることを目的として構築されます。

正確なモデルの構築は難しく、
常に対象の複雑さを適当に"丸めた"形の表現で検討を進めます。
その意味で、
モデルの構成あるいは構築の過程は統計的思考が必要です。

超音波の伝搬特性
１）振動モードの検出（自己相関の変化）
２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化）
３）応答特性の検出（インパルス応答特性の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）

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超音波システム研究所は、
　音圧測定解析装置（超音波テスター）と
　メガヘルツの超音波発振制御プローブの製造技術により
　超音波システムの音響特性（超音波の相互作用を測定解析）を考慮した、
　「超音波の非線形伝搬制御技術」を開発しました。

今回開発した技術により
　「超音波の発振（発振機・振動子・・）」による
　対象物・超音波機器・治工具・・・を含めた、
　各種の相互作用を測定解析に基づいて、
　目的に合わせた、超音波のダイナミック制御が、可能になりました。

注：自己相関、バイスペクトル、パワー寄与率、インパルス応答

特に、
　高調波に関する超音波と対象物の相互作用を検出・確認することで
　複雑な形状や、精密部品の洗浄に対する効果的な
　制御（液循環、治工具、洗浄物の固定方法、・・・）が明確になります。

従って、適切な
　超音波周波数の選択や
　異なる超音波周波数の振動子の組み合わせ・・
　対象物に合わせた使用方法が決定できます。

これは、加工・洗浄・表面改質・化学反応の促進・・・に対して
　目的に合わせた
　効果的な超音波利用技術です。
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超音波システム研究所は、
　＊超音波の発振制御技術（オリジナル製品：超音波発振制御プローブ）
　＊超音波伝搬状態の測定技術（オリジナル製品：超音波テスター）
　＊超音波伝搬状態の解析技術（時系列データの非線形解析システム）
　＊超音波伝搬状態の最適化技術（音と超音波の最適化処理）
　＊超音波発振プローブ・伝搬用具の開発製造技術
　＊システムの表面弾性波をコントロールする技術
　・・・・
　上記の技術を応用して

　＜音と超音波の組み合わせ＞を利用した
　　超音波（非線形共振現象）の制御技術を開発・応用しています。

注：オリジナル非線形共振現象
　オリジナル発振制御により発生する高調波の発生を
　共振現象により高い振幅に実現させたことで起こる
　超音波振動（高調波１０次以上）の共振現象


この技術の応用事例として、
　各種部品・材料の状態（空中、水中、弾性体との接触・・）に合わせた、
　超音波の効果的な利用（洗浄・表面改質・攪拌・化学反応促進・・・
　各種システムの振動制御）を実現させています。
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超音波システム研究所は、
超音波の発振制御が容易にできる
「超音波発振システム（１ＭＨｚ）」について、
　タイマー制御により応用する方法を公開しました。

具体例
１）機械加工油へ、夜間に超音波照射で加工油の劣化防止
２）ＮＣマシンへの超音波照射による、品質の改善
３）金属、樹脂・・部品を保管している棚への超音波照射（表面改質）
４）めっき液、洗浄液、溶剤、・・への超音波照射で、
　　流動性、濃度の均一化・・の改善
５）溶接機械への超音波照射で、溶接品質の改善
６）ろう付け装置、曲げ加工装置への超音波照射で、表面残留応力の緩和
７）超音波洗浄機への超音波照射で洗浄レベルの改善
・・・・
・・・

１９）その他
　　　１：各種振動（例　モータ・・）との組み合わせ利用
　　　２：休日（２-３時間）の超音波照射による、保守メンテナンス
　　　３：超音波照射による、エージング処理
　　　・・・・・
　　　・・・・・
　　　ファインバブルとの組み合わせ利用
　　　複数の超音波の組み合わせ発振制御
　　　超音波伝搬用具の利用


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