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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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デジタルレーザ透明体センサ DR-Qシリーズ

設定は簡単に、微調整は任意に レーザ透明体検出センサ |検出距離Max.4m |デジタル調整機能 |ASC(自動感度補正)機能搭載 CE認証取得 ■検出距離Max.4m ・長距離透明体検出を実現 透明体センサでは最長クラスの検出距離4mを実現。また光源に赤色レーザ光(クラス2)を、さらに同軸反射構造を採用 しているので、高精度位置決め検出が可能になります。 ■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。 ■ASC(自動感度補正)機能搭載 ・汚れに強い 現場での埃、水、水蒸気などがミラーやレンズに付着する ことで発生する光量低下をASC機能が自動的にしきい値 を補正することにより、長期間にわたって最適な感度を保ちます。 (下記の図は埃や蒸気雰囲気による受光量の低下を表した図) ■高いユーティリティー性 ・用途にあわせた便利な機能 ○外部ティーチング可能 ○ONディレイ/OFFディレイ/One Shotディレイ機能内蔵  ○中身入り容器検出対応

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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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

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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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光沢判別センサ OPR20Gシリーズ

今まで難しかった判別を光沢の差で検出! |2列4連LEDと2つのアレイ型受光素子で光沢差を確実に検出 |使いやすい操作パネル |コンパクトデザイン CE認証取得 ■2列4連LEDと2つの受光素子で光沢差を確実に検出 光沢判別センサOPR20Gは、ワークの色や柄の影響を受けずに、光沢の差のみを検出する光電センサです。 特殊な光学系のジオメトリーと独自の検出アルゴリズムにより、安定した検出を実現しています。 ■使いやすい操作パネル ティーチボタンと2つのロータリースイッチを搭載。直観的な操作を可能にしています。 また2つの表示灯は上面からでも側面からでも見やすい親切設計です。 ■コンパクトデザイン アンプ内蔵にもかかわらず小型化を実現。 もちろん保護等級はIP67をクリアしています。 ■検出原理 光沢部分に光があたると、センサへの受光量は大きくなり受光波形の幅は狭くなりますが、光沢が少ない部分に光があたると受光量は減少し波形の幅は広くなります。こ の受光量の大小と波形の幅をモニタすることにより、光沢差を判別します。

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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。

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