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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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2枚シート検出センサ UD18シリーズ

シートやフィルムの、なし/1枚/2枚を確実に検出 |送信機と受信機は、ティーチングにより20~60mmの距離で使用可能 |判別可能な材料の例:紙、樹脂プレート、フィルム、金属シート、段ボール紙、ウェハ、プリント基板等 |超音波で判別するのでシートやフィルムの色や柄の影響を受けない CE認証取得 ■原理 分離した送信機と受信機の間を、送受信されている超音波をさえぎるように通過する紙やフィルム、金属などの薄いシート材を検知する透過型超音波センサUD18シリーズ。 2枚のシート材が送受信機の超音波をさえぎる際、継続的に送信機より送信されるUD18の超音波のパッケージは、1枚目のシートを振動させ、その振動によりシートとシートの間に封入された空気を振動させ、 2枚目のシートに振動が伝わります。受信機は、シートなし/1枚シート/2枚シートの各状態で異なる、受信する超音波の減衰量を判別することができます。 超音波による検出はシート材に遮断されず、透過してシートの0/1/2枚の区別をする、最も有効な検出方式です。

解決できる課題

  • 品質向上
  • 自動化
  • IoT、DXの活用
  • 制御機器更新

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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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  • 自動化
  • IoT、DXの活用
  • 制御機器更新

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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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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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アンプ内蔵センサ 標準タイプ Z3シリーズ

業界標準センサ |検出距離クラス最長25m※赤色LEDタイプ、透過型にて |不感帯を大幅カット |どこからでも見やすい表示灯 CE認証取得 ■世界から評価されるベーシックな光電センサ「Z」が進化 光電センサZ系シリーズは、全世界累計出荷台数300万台以上を誇ります。 FASTUS Z3シリーズは、「Zシリーズ」の使いやすさを引き継ぎながら、検出性能を格段に向上させたアンプ内蔵光電センサです。 汎用光電センサとして求められる性能、実用性、コストパフォーマンス、それらすべてを高い次元でクリアしています。 ■ハイパワーLEDによる安定検出 Z3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。 ■不感帯を大幅カット 拡散反射型では、受光側における光学系を最適化させ、レンズ前面の不感帯を最小限に抑えることに成功。 様々な高さのワークが流れるラインで、センサ直近に反射率の低いワークが来た場合でも検出しやすくなりました。

解決できる課題

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