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センサー徹底解説!

センサーとは?

センサーとは、機械が取り扱うことのできる信号に置き換える装置のことです。
人間の場合、視覚、聴覚、嗅覚、味覚、触覚の5感によって得た情報を基に行動しています。機械も同様にセンサーから得た情報を基に制御や処理を行っています。センサーが情報を収集し、その情報を置き換える信号には温度、光、色、圧力、速度、加速度などさまざまなものがあります。
食品製造現場ではさまざまな工程で相当な数のセンサーが使用されています。センサーの種類、使用用途を理解しなければ設備の制御が正しく行われずトラブルに繋がることもあります。
センサーの種類、導入時のポイント、センサー起因によるトラブル事例を紹介、解説します。

  • センサーの種類、原理、使用用途について

    ・光電センサーの原理、使用用途
    光電センサーは投光部と受光部があります。投光部から赤外線などの「光」を発射し、検出物体によって遮光されて変化した光を受光部で検出して出力信号とします。用途としてガラス、金属、液体を含めたほとんどが被検査体として検出可能です。
    製品の有無、色の違い、長距離検出も可能です。透過型(受光部と投光部が別々)反射型(受光部と投光部が一体型)回帰反射型(投光部とリフレクター(反射板))などの種類があります。一番安定するのは透過型ですが、設置スペースを選ばず設置できるのは、反射型になります。

    ・ファイバーセンサー
    ファイバーセンサーは狭い場所でも自由に設置、検出が可能になったセンサーです。
    光電センサーの光源に光ファイバーを連結したセンサーです。用途としてセンサー設置スペースが狭い場所、微小製品の検出が可能です。
    透過型(受光部と投光部が別々)反射型(受光部と投光部が一体型)回帰反射型(投光部とリフレクター(反射板))などの種類があります。一番安定するのは透過型ですが、設置スペースを選ばず設置できるのは、反射型になります。


    ・レーザーセンサー
    レーザーセンサーは直進性のあるレーザーを採用したセンサーです。
    レーザーのスポットが見えるため、光軸合わせやどこを検出しているかの特定が容易です。また、レーザーは光が拡がらないため光の回り込みを気にせずに設置が可能です。用途として、狭い隙間や斜め方向から見た製品の有無検出が可能です。
    透過型(受光部と投光部が別々)反射型(受光部と投光部が一体型)回帰反射型(投光部とリフレクター(反射板))などの種類があります。一番安定するのは透過型ですが、設置スペースを選ばず設置できるのは、反射型になります。

    ・カラーセンサー
    カラーセンサーは光電センサーの一種で、投光部から光を発射し被検査体によって反射する光を受光部で検出します。
    カラーセンサーは赤、青、緑のそれぞれの色の受光量を検出することができるため、製品の色を判別することが可能です。
    用途として、生産品種によっての色判別、容器や包材などの位置決め、レジマークの検出が可能です。

    ・近接センサー
    近接センサーは非接触で検出体が近づいたことを検出するセンサーです。機械式スイッチであるリミットスイッチやマイクロスイッチに
    代わるもので非接触であることから機械式スイッチよりも耐久性のあるセンサーです。用途として金属の検出が可能です。

    ・画像判別センサー
    画像判別センサーはカメラ撮影した画像から製品の有無や違いを判別するセンサーです。カメラ、照明、操作コントローラーが一体になっており、構成や操作がシンプルです。1度に多点検出や、色形の違いを同時に判別でき自由度の高いセンサーです。判別する製品の向きが一定でなくても画像として捉える原理のため検出が可能です。用途として製品の有無検出、形状判別が可能です。

  • センサー価格について

    センターの価格は非常に幅が広く、使用用途、スペックで大きく異なります。
    センサー本体価格は1万円台からあります。光電管センサーで約3万円前後、ファイバーセンサーも2~3万円前後からあります。
    上記にもある通り、センサーは取得した情報を信号に置き換える装置であるためセンサー単体で使用できるものではありません。
    目的を明確にして、製品情報を整理して最適なセンサー選定を行うことが重要です。

  • センサー選定ポイント、導入時の確認ポイントについて

    センサーと一口に言っても、上記種類のように多種多様なセンサーが存在します。
    ここでは例として画像判別センサーを具体例として説明します。
    画像判別センサーの選定ポイント
    ①視野の広さ
     画像センサーで検出しなければならないワークの大きさによって視野を考慮する必要があります。
     視野の広さ、大きさは一般的に画素数の大きさによって決まります。できれば一度の撮像でワーク全体を撮像できることが理想です。
     視野の狭いカメラの画像センサーを使うか、一度の撮像でワーク全体が収まらない場合もあります。
     その場合はワークやカメラを動かすことで複数回撮像をすることになりますが、タクトタイムも増加してしまうため注意する必要があります。実際の   ワークサイズを考慮して、適した視野数を有したセンサーを選択する必要があります。

    ②精度
     高精度な検査を行いたい場合、画素数の大きな画像センサーを選択する必要があります。
     半導体などの精密部品を検出したい場合、高い検出精度が必要になります。対象ワークによってどれくらいの検出精度が要求されるかを考慮して選定することが重要です。

    ③処理速度
     視野の広さや検出精度を求めて画素数の高い画像センサーを選択すると、処理速度は下がる傾向にあります。
     面積当たりの情報量が増えることに加え、視野も広くなることで情報の総量が多くなります。
     検査ラインのタクトバランスを考慮して、適切な処理速度のセンサーを選定することが重要です。

    ④設定・保守の簡易性
     画像センサーはワークを撮像するだけではなく、データの吐出しや判定も行います。
     どのような基準で、データ判定や処理を行うのか設定作業(ティーチング)が必要になります。
     一度は設定が完了していたとしても、ワークの状態変化や品種の変更などによる再設定も必要になります。
     このような設定を行う上で、特定の保全担当者のみしか作業を行えないような複雑だった場合、製造現場にとっては扱いづらい装置になります。設定や調整の簡易性も考慮した機種を選定すべきといえます。最近では、閾値を自動で調整してくれるセンサーアンプも登場しています。

    ⑤メーカー互換性
     画像センサーを取り扱っているメーカーで、その他のFA機器も取り扱っていることも多くあります。
     その場合はメーカーをある程度統一するなどデータ保守性の観点から取り扱いがしやすい場合があります。
     製造現場での設定や調整を行う場合もメーカーを統一していることで調整ミスなども低減されます。

  • センサー導入後のトラブル事例と事前対策ポイントについて

    トラブル事例
    製品有無検出のセンサーで製品がセンサーの前にない状態でも検出ONの状態になっている。

    原因①
    製品を有りと判定する数値(しきい値)が適切な差異になっていない。
    原因②
    稼働している中でセンサーヘッド部(製品検出部)にほこりや汚れがたまって製品と誤検知している。

    対策①
    センサーしきい値の再設定を行う。製品有り状態と無し状態での差異を確認し、適正値を算定する。
    対策②
    調整やセンサー故障との判断をする前に、まずはセンサーヘッドの掃除を行いアンプでのしきい値確認を行う。

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小形流量センサ ラピフロー® 形番 FSM3

【NEW】耐環境仕様(IP65)追加 粉塵のある環境、メンテナンス時や清掃時に水がかかっても安心してご使用いただける保護構造IP65タイプを追加。 オプションで欧州防爆指令(ATEX)にも対応。 【ステンレスボディタイプ】 NEW:流量レンジ:最大1000ℓまで拡大。 1台で、空気、窒素、アルゴン、炭酸ガス、混合ガスと5種類のガスに対応。 酸素専用のモデルもご用意(禁油仕様)。 JXR継手タイプ、二重くい込み継手タイプの2つの継手とねじ込みタイプから選択可能。 ニードル一体型タイプで、更なる省スペース化に貢献。 【樹脂ボディタイプ】 1台で、空気、窒素、アルゴン、炭酸ガス、混合ガスと5種類のガスに対応。 ワンタッチ式エルボ、ワンタッチ式ストレート、ねじ込み式エルボ、ねじ込み式ストレートの4つから継手を選択可能。 2ポート弁を直接接続可能で、更なる省スペース化に貢献。 ニードル一体型タイプで、更なる省スペース化に貢献。 【高精度・高応答】 流路の再設計により従来品に比べ最大50%の圧力損失を低減。 流れ方向を順方向、双方向、逆方向の3つから任意に設定可能。 応答時間:50msec 【IO-Linkで工場全体をオートメーション化】 IO-Link対応で、パラメータやイベントデータの伝送ができ、予知保全が可能。 漏れ検査やエア消費量の管理に最適。 【キット貸出開始(日本国内限定)】 購入前に流量レンジの確認可能。 お気軽にお申し込みください。

解決できる課題

  • 品質向上
  • コスト削減
  • 自動化
  • 省スペース
  • 生産効率改善

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印字検査用画像センサ GVS-OCRシリーズ

カンタン操作を追求した印字検査カメラ |WEBサーバ搭載で設定ソフト不要 |使いやすく見やすいモニタ |暗号化された日付・時刻の認識も可能 CE認証取得 日付検査のノウハウを集約。 使いやすさで印字事故ゼロに貢献します。 日本食糧新聞社制定「第24回日食優秀食品 機械賞」受賞製品 印字検査用画像センサ これまでオプテックス・エフエーが蓄積した印字検査のノウハウをもとに、操作性・使い勝手を最優先に開発したGVS-OCRシリーズ。 印字検査専用機としての基本性能を向上させトレーサビリティやリモート管理など、食品製造現場の最新課題やニーズに応える機能を搭載しました。 ■印字検査専用だから、簡単! 専用モニタからはタッチパネルで直感的に操作できます。 |3ステップセットアップ 撮像画像を保存したら、あとは「囲んで」「選んで」「ティーチング」するだけ。わずか3ステップでセッティング完了です。 ■簡単セットアップの理由 |選べるティーチング オートティーチングでは、文字サイズや太さ、日付の並び順などの印字検査に必要な設定を自動で行います。 また検査したい文字を指定する文字列ティーチングも選択できます。 |内蔵辞書 各種印字方式のフォントデータを内蔵し、辞書登録の必要はありません。 |オートカレンダ 時間経過で年月日や時刻の印字が更新されても自動で追従します。毎回再設定する必要はありません。 |偏光フィルタを内蔵 光沢のあるパッケージで発生するハレーションをカットできます。細かな調整が不要で、斜めに設置する必要もありません。

解決できる課題

  • 品質向上
  • IoT、DXの活用

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超高精度レーザ変位センサ CDXシリーズ

世界最高リニアリティ! |新開発イメージセンサ:ATMOS |ダイレクトにEthernet接続 |WEBサーバ搭載 CE認証取得 ■世界最高リニアリティを実現 カタログスペック「±0.015% F.S.※」をらくらくクリアできる世界最高のリニアリティ。 従来機に比べ、圧倒的な高精度測定を実現しています。 ※CDX-W30/-W85/-W150各機種の拡散反射設置にて。 測定条件として: ワーク角度:±0°、周囲温度:25℃(常温)、電源電圧:DC24V、サンプリング周期:50μs、移動平均回数:256、メディアンフィルタ:31、測定中心距離、標準対象測定物:可視光遮蔽性セラミック。またセンサヘッドは、アルミ治具にて固定して測定しています。 ●『リニアリティ』は「直線性」を意味し、実際の距離との誤差を表す数値。 ■先進の光学系と高剛性ボディ 超高精度測定のため新たに開発された専用設計の光学系と独立ベースユニット構造の高剛性ボディ。 精度と高速性を高次元で両立し、誤差の要因をシャットアウトすることに成功しました。 ■Neo LDレンズを搭載 測定対象から反射される光を受光素子上に高精度に結像するために、受光レンズをカスタム化。誤差の原因となるレンズ収差によるスポットのひずみを大幅に軽減することに成功しました。 Neo LD: Neo Low Dispersion

解決できる課題

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  • 自動化
  • IoT、DXの活用
  • 制御機器更新

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超小型レーザ距離センサ TOF-DLシリーズ

デジタルパネル搭載のコンパクトTOFセンサ |IO-Linkタイプを追加 |アナログ出力タイプと制御出力×3出力タイプもラインアップ |TOF(Time-Of-Flight)方式の採用により安定した検出が可能 CE認証取得 ■2.5mの検出を実現。距離が“見える”コンパクトセンサ FASTUS TOF-DLシリーズは2.5mまでの検出が可能な超小型レーザ距離センサです。 デジタルパネルの搭載により、設定が簡単に行えます。 特に、製造現場におけるループ制御やレベル制御、ポジショニングなど、物体の高さ・距離に応じた制御を必要とする用途に力を発揮します。 ・TOF(Time-Of-Flight)方式 パルス発光されたレーザが対象物にあたって戻ってくるまでの時間を計測し、距離に換算する測定方式。 対象物の表面状態の影響に強く、安定した検出が可能。 ■見やすいデジタルパネル 超小型ボディながら、3桁の見やすいデジタルパネルを内蔵。 距離を数値で確認できます。 またティーチング方式で簡単に調整が可能です。 ■見やすい表示灯とスタビリティ出力 全方向から見やすい表示灯を採用。 また、出力1をスタビリティ出力(安定状態出力)に切り換え可能です。 安定検出しているとき(中央表示灯:緑色)に出力ON、検出不能のとき(中央表示灯:赤色)に出力OFFの出力設定が可能です。 注意:IO-Linkタイプには、スタビリティ出力に切り替える機能は装備されておりません。 ■投光光源にクラス1レーザを採用 feature_03目に対する安全性を確保しながら、2.5mの長距離検出を実現しました。 またスポット光がはっきりと視認できるので、光軸調整を簡単に行えます。

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エッジ測定センサ AS30シリーズ

反射型またはリフレクタ型でエッジコントロールや幅測定が可能 |最大50mmの幅広い測定エリア |エッジ検出、位置決め、幅測定、中心点測定の4つのアプリケーションを選べる |反射ミラーや反射シートを使用すれば透明ワークも測定可能 CE認証取得 ■最大50mmの幅広い測定エリア 幅広い測定エリアを使って、エッジの位置やエッジの範囲を測定可能です。また微妙なコントラストの差で検出させることも可能です。 スポット光をワークにあててティーチングするだけで、簡単に設定ができます。 ■4つのアプリケーション ①エッジ検出 ワークのエッジ位置を測定します。連続したシート材の蛇行制御に最適です。 ②位置決め あらかじめ設定した位置にワークが到着したら検出します。ワークの到着確認、位置決め用途に最適です。 ③幅測定 エッジとエッジの間の距離を測定して、ワークの幅を算出します。 ④中心点測定 エッジとエッジの間の距離を測定して、ワークの中心点を算出します。 ■反射ミラーや反射シートを使用すれば透明ワークも測定可能 たばこの外装フィルム程度の厚みなら確実に測定可能。 ■フルカラー TFTディスプレイ搭載 視認性が高く、設定や測定値のモニタリングが簡単に行えます。 段差やコントラスト差があればディスプレイに表示されます。 その後ティーチングするだけで、エッジの感度設定ができます。 しきい値も数値を見ながら設定できます ■IO-Link対応 上位機器から設定変更が可能。またセンサの内部温度や稼働時間など、現在の状態をモニタリングできるので予知保全にもお役立ちします。

解決できる課題

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