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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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マルチカメラ画像センサ<パターンマッチング> MVS-PM-Rシリーズ 

画像処理エンジンをカメラユニットに搭載! マルチカメラ接続 タッチパネル&テンキーで簡単操作 リニューアルCCDイメージセンサの感度が2.4倍に! ・独自開発CPU オールインワン画像センサCVSシリーズからの伝統である低発熱・低消費電力の設計思想をMVSシリーズでも継承。新たにMVSシリーズのためだけに開発された画像処理エンジンOPTimum CPU Ver.5により、カメラユニットにCPUを搭載することに成功しました。これにより高感度CCDで撮影した画像を、高速・高精度に演算・処理することを実現しました。 ・マルチカメラ接続 & 3ch独立トリガー機能搭載 コントローラ1台にカメラユニットを3台まで接続可能。コントローラのコストはカメラユニット3台使用なら1台あたり1/3になり、ローコスト化に貢献します。しかもMVSシリーズでは、カメラユニットに画像処理エンジンを搭載しているので、3台接続しても処理速度が遅くなるようなことはないうえ、パターンマッチング用のMVS-PM-Rだけでなく、文字認識カメラのMVS-OCR2といった別機種のカメラユニットを混在させて接続することも可能です。また、各カメラユニットに同期信号を個別に入力できる3ch独立トリガー機能を搭載。それぞれ異なるタイミングで撮影することも、一斉に撮影することも可能です。 ・ローコスト化 コントローラにタッチパネル、モニタ、テンキーがビルトイ ンされているだけでなく、照明用の電源も内蔵 ※ (特許取得 済)。配線や取付の問題を解消しただけでなく、ローコスト 化にも大きく貢献します。※照明も3台まで接続可能。消費電力が合計24Wを超える照明を  接続する場合は、別途照明用電源が必要となります。 ・タッチパネル & テンキー操作 画像をタッチして切り換えたり表示画像を変更したり、ウインドウの位置やサイズをタッチパネルで直接指定できます。またテンキー部には、テンキーモード、設定値アップダウン、ウインドウ位置の微調整など、機能に応じて必要なボタンのみが点灯するパイロットLED機能を内蔵しているので、押すべきボタンを迷うことはありません。 ・検査ウィンドウ 1つの画像の中に最大16個の検査ウィンドウを設定可能。ウィンドウごとに6つの検査モードを設定できるのはもちろん、ウィンドウごとのOK/NG判定を出力することも可能です。 ・32chのバンク機能 コントローラの操作やRS-232Cによる通信、さらにPLC等からの外部信号でも設定を切換(呼出)できるバンク機能を32ch装備。品種が変わるたびに設定をし直す必要がないので、多品種ラインの段取り換え時の時間のムダを省きます。 ・LED照明用電源をコントローラに内蔵 汎用画像センサで初めて、外部照明用電源を内蔵しました(3出力、12V出力、合計24W)。コストメリットはもちろん、ワンタッチ接続で配線ミスや点灯制御信号に煩わされることもありません。 ・照明の輝度や出力を設定値で切換 バンクごとに使用する照明を切り換えたり、輝度を調整することができます。輝度は256階調、デジタル設定で数値管理が可能になりました。照明点灯制御も3系統個別に制御が可能です。 ・Ethernet接続が可能なコントローラ 1.複数台のカメラの遠隔操作が可能 Ethernet接続により、画像センサMVS-Rの判定結果を離れた場所からモニタすることが可能。現場まで足を運ばなくても、集中管理室や事務所から検査状況を確認でき、設定値の読出や書込、NG画面の保存等の遠隔操作を行えます。

解決できる課題

  • 経費削減
  • 人手不足解決
  • 自動化
  • 制御機器更新

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デジタルカラー/マークセンサ DMシリーズ

RGB色光源自動選択 色判別/マーク検出センサ |RGB 3色光源切替機能 |しきい値デジタル調整機能 |8バンク切替機能 CE認証取得 ■RGB 3色光源切替機能 ・オールマイティー高精度 RGBの3色の光源を内蔵し、下地とマークの色に合わせて最適な光源を自動で選択するので、色によってセンサを変える必要はありません。しかも、コントラストの差を一番とりやすい光源を自動選択するので下図のような難しい条件でのマーク検出も簡単に行うことができます。 ■デジタル調整機能 ・数値を見ながら調整できる 簡単設定任意微調整可能。ティーチング方式なので、ボタンを押すだけで設定できます。また微調整ボタンも搭載しているので、デジタル数値を見ながら、任意の感度設定ができます。 ■バンク切替機能 ・設定内容を登録できる 最高8種類の設定を呼び出せるバンク切替機能搭載。多品種ラインでの段取り替え時の時間のムダを省きます。もちろん、外部からも呼びだしが可能です。 ■カラーモード搭載 ・色判別ができる バタツキに強い 色判別ができるカラーモード搭載。設定した色だけを判別できます。RGBの3色を常に投光し、その比率を演算するので、ワークのバタツキにも強くなります。 検出対象物に応じて、マークモードとカラーモードを1つのセンサで選択できます。

解決できる課題

  • 品質向上
  • 自動化
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  • 制御機器更新

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アンプ内蔵光電センサ 標準タイプ Z4シリーズ

IO-Link対応業界標準センサ |業界標準サイズのアンプ内蔵光電センサ |IO-Link対応:IO-Linkマスタとの接続により、フィールドネットワークに接続可能 |外乱光(太陽光、白熱ランプ)への耐性向上 CE認証取得 UL認証取得 <製品の特長> ■IO-Link対応 IO-Linkマスタとの接続により、フィールドネットワークに接続可能。受光量や出力状態のモニタリングデータをIO-Linkマスタを介して、PLCなどの上位と通信が可能となります。 また、感度や出力モード、タイマの設定などがネットワーク経由で行えます。 ■外乱光に対する耐性向上 従来機種に比べて使用周囲照度(太陽光)が約5倍、向上し 誤検知の原因となる外乱光の影響を受けにくくなりました。 従来機種 太陽光:10,000lx以下 白熱ランプ:3,000lx以下 Z4シリーズ 太陽光:50,000lx以下 白熱ランプ:5,000lx以下 ■ハイパワーLEDによる安定検出 Z4シリーズは、透過型でクラス最長の検出距離25mを達成。 受光量の余裕度が大幅にアップし、ホコリや粉塵などの影響に強くなりました。

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デジタルアンプ分離レーザセンサ DSシリーズ 

防水センサヘッドで水のかかる現場でも安心 |バリエーション豊富なセンサヘッド |可視赤色レーザ |同軸反射設計 CE認証取得 ■バリエーション豊富なセンサヘッド センサヘッドは用途に合わせて5種類をラインアップ。スポット光の大きさがどの距離でもほとんど変わらないので、光の広がりを気にする必要がなくなりました。また、同軸回帰反射型にレンズアタッチメントを取り付けると、光芒をライン状やエリア状にすることが可能です。 ■保護等級IP67 全てのセンサヘッドで保護等級IP67を達成。水が直接かかる現場でもセンサヘッドが壊れる心配はありません。 ※検出面に水や油が付着すると光の屈折により正しく検出できない場合があります。 ■可視赤色レーザ 光源にはレーザクラス2の可視赤色レーザを採用(透過/透過・測長型はクラス1)。スポット光が視認できるので光軸調整が簡単です。 ■感度補正設定機能 受光量や検出距離にもう少し余裕がほしいとき、感度補正設定をONにすると受光感度を補正し、安定検出が可能になります。

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測定用エリアセンサ MLG-2 Proシリーズ

ワークの長さ、幅、または高さを高精度に測定できるエリアセンサ ●本製品は物体の検出用に設計・製造されたものであり、 人体の保護を目的とした安全装置としては使用できません。 |透明ワークも測定可能 |高精度測定を実現 |耐環境性の高い設計 CE認証取得 ■透明ワークも測定可能 MLG-2 Proは、遮光する光軸数に応じてワークの長さ、幅または高さを測定するエリアセンサです。 単なる入光/非入光だけでなく減衰量も測定しているため、金属から黒いワーク、あるいは透明なワークまで測定することが可能になりました。 ■高精度測定を実現 通常は光軸を2本以上遮光しないと測定できませんが、MLG-2 Proならわずかな受光量の減少でも検出できるため、ワークのサイズが光軸ピッチと同じであれば測定が可能。 ■耐環境性の高い設計 物流倉庫など粉塵が多い現場や西日が入る現場でも使用可能な「粉塵/太陽光耐性モード」を装備(光軸数240本のタイプまで)。 またオプションのプロテクティブパイプを使えば、防水性IP67を実現。 プロテクティブパイプ:IPG2-□□□□A5P167 (□には測定範囲に75を加算した値を入れると型式になります) 例)MLG05A-1195B10501(測定範囲1,195mm) に使う場合、IPG2-1270A5P167(1,195+75=1,270)になります ■豊富なアプリケーション MLG-2は、光軸番号ごとに入光/非入光情報を認識できるため、様々な用途に対応可能。設定ソフト上で、下記のアプリケーション候補から選択できます。 ①ワークを検出している光軸の総本数(左図では7本) ②ワークを検出していない光軸の総本数(左図では5本) ③ワークを検出している光軸の中で最初の光軸番号 (左図では2番) ④ワークを検出していない光軸の中で一番最初の光軸番号 (左図では1番) ⑤ワークを検出している光軸の中で一番最後の光軸番号 (左図では10番) ⑥ワークを検出していない光軸の中で一番最後の光軸番号 (左図では12番) ⑦ワークの外径の光軸本数 (左図では9本) ⑧ワークの内径の光軸本数 (左図では2本) ⑨連続してワークを検出している光軸の中で最大の光軸総本数 (左図では4本) ⑩連続してワークを検出していない光軸の中で最大の光軸総本数 (左図では3本) ⑪ワークを検出している光軸の中で中央の光軸番号 (左図では6番) ⑫ワークを検出していない光軸の中で中央の光軸番号 (複数ある場合は、一番多い光軸本数のところを採用します。左図では11番)

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白色光源タイプ D3WFシリーズ

白色LEDにより微妙なコントラストを判別 |オプションの通信ユニット使用で各種ネットワークに接続可能 |ティーチングは用途に応じて3種類から選択可能 |メンテナンスが容易なデュアル感度補正“ASC” CE認証取得 ■白色LEDにより微妙な色差判別を実現 従来の赤色LEDでは判別が難しかった暗い同色系統の微妙な濃淡も白色LED採用で安定して判別できます。 下図より従来の赤色LEDに比べ、色の濃淡を細かく検出できることがわかります。 ■ティーチングは用途に応じて3種類から選択可能 3種類 (ダイナミックティーチ・2点ティーチ・1点ティーチ) のティーチングがあります。 用途に応じたモードを選択ください。 ・ダイナミックティーチ ・ラインを止めずにティーチング ワークを動かしてマークのあり/なし部分を通過させると、しきい値はマークのあり/なしの中間で設定されます。 ・2点ティーチ ・マークと下地でティーチング マークがある時とない時でティーチします。しきい値は1点目と2点目の中間に設定されます。 ・1点ティーチ ・マークだけでティーチング ある一定の受光量の範囲内だけ検出する際に適しています。しきい値は受光量の約±10%の範囲 (デフォルト値) に設定されます。 ■メンテナンスが容易なデュアル感度補正“ASC”(スルーティーチまたはパーセントティーチ時) ファイバ先端のホコリなどによる光量ダウンを、自動で感度補正を行う当社独自の機能。清掃後のしきい値も自動復帰するため再ティーチングの必要がありません。

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