センサーとは？｜製造工程・商品種別解説

FOODTOWNアドバイザーが
センサーを徹底解説！

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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プロセスインジケータ PR5410

■ひょう量モジュールにおける精度10000e class Ⅲを実現 ■高速変換、10msからの応答時間が可能 ■10/100 Mbits/sのLANアダプタを内蔵 ■分銅を使用する実荷重調整、mV/Vの数値入力によるキャリブレーション、またロードセル入力(スマートキャリブレーション)が可能 ■標準で"Ethernet TCP/IP and Modbus TCP"を搭載 ■大きな表示(高さ18㎜)、見やすいバックライトLCD表示 ■OIML R76 10,000e ■内部分解能:1/4,000,000

解決できる課題

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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

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IoT、DXの活用
制御機器更新

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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／ＯｎｅＳｈｏｔ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

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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。

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品質向上
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ハイジェニックステンレスロードセル PR6202

■高耐食性、ハウジング材質 ■平均表面粗さ、1μm以下 ■完全防水IP68/69K ■完全水切り構造(EHEDG対応) ■自動調芯機能 ■広い使用温度範囲:-40～+95℃ ■完全水切り構造取付金具　フレックスロックPR6202型を用意 ■デザイン登録済み　EU:000 210 349-0001/-0002　日本:2005-478　US:22/222,249

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セーフティライトカーテン　deTec

利点・様々なExエリアを防護するために、各種のdeTecバリエーションを用意　ゾーン2 (ガス) およびゾーン22 (粉塵) 　-ATEX: II 3G Ex ec op is IIC T4 GcおよびII 3D Ex tc IIIC T135 °C Dc 　-IECEx: Ex ec op is IIC T4 GcおよびEx tc IIIC T135 °C Dc 　ゾーン1 (ガス) およびゾーン21 (粉塵)、ディビジョン1およびディビジョン2 　-ATEX: II 2G Ex db IIB T6およびII 2D Ex tb IIIC T56 °C Db IP6X 　-IECEx: Ex db IIB T6およびEx tb IIIC T56 °C Db 　-NFPA 70 / NEC 500: クラスI、ディビジョン1、グループCおよびD、クラスII、ディビジョン1、グループE、FおよびG、クラスIII、ディビジョン1 ・機能設定にソフトウェア不要、簡単なコミッショニングで時間とコストを節約・革新的な診断オプションによる短いダウンタイムが生産性を向上技術仕様概要（機種による選択）安全レベル：タイプ 2, PL c, SIL1, SILCL1　または、タイプ 4, PL e, SIL3, SILCL3 分解能：14 mm / 30 mm 検出距離：2.5 m ... 30 m 防護フィールド高さ：300 mm ... 2,100 mm 保護等級：IP65、IP67、IP66、IP69K 使用周囲温度：–30 °C ... +55 °C すべての技術データについては、各製品資料をご覧ください。

解決できる課題

利益率改善
経費削減
コミュニケーション強化
SDGS対策
品質向上
コスト削減

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振動センサ

振動監視による予兆保全で稼働率および品質向上振動監視による予兆保全で、メンテナンス/交換を必要な時のみ行うことができ、予算と時間を最適化できます。また、計画外ダウンタイムによる生産目標未達成のリスクも軽減できます。＜製品の特長＞特長① 機械および設備の振動を高い信頼性で検出特長② 広い使用温度範囲と高いIP保護構造特長③ 機械的な過負荷に強いコンパクトで堅牢なステンレス外装特長④ 高い繰り返し精度とリニアリティ

解決できる課題

品質向上
IoT、DXの活用
生産効率改善
見える化

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超音波センサー　UM18

利点・信頼性の高い測定結果の測定値フィルターおよび温度補正付き機種をラインナップ・センサー20個までを同時に使用できる同期モードまたは多重モード・様々な出力信号により高度なソリューションを実現概要アナログ出力またはスイッチング出力、IO-Link対応で幅広いニーズに対応します。適用分野 -暗色の材料、光沢のある材料、および透明材料の検出、距離測定、位置決め -液体およびバルク材のレベル制御 -ペーパーロールまたはプラスチックロールの直径測定 -衝突回避システム -屋外アプリケーション技術仕様概要動作範囲：20 mm ... 1,000 mm 繰返し精度：± 0.15 % アナログ出力：4 ... 20 mA, ≤ 500 Ω、0 V ... 10 V, ≥ 100,000 Ω デジタル出力：PNP、NPN、プッシュプルPNP/NPN IO-Link：V1.0、V1.1 保護等級：IP65、IP67 動作時の周囲温度：–25 °C ... +70 °C すべての技術データについては、各製品資料をご覧ください。

解決できる課題

利益率改善
経費削減
人手不足解決
コミュニケーション強化
品質向上
コスト削減

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InspectorP(with Deep Learning)

Deep Learning画像処理カメラ InspectorP62x 電動フォーカス調整機能と頑強な筐体を備えたオールインワンビジョンセンサ Deep Learningオプションが利用可能な使いやすくコンパクト、汎用性の高い産業用オールインワン画像処理カメラです。ティーチオートフォーカスレンズと柔軟にカスタマイズできる照明を搭載、高品質な画像を提供します。アクセスしやすい直感的なユーザインタフェースで2Dビジョンセンサを素早く設定することができます。メリット・コンパクトな筐体で狭い設置場所に最適・産業用通信プロトコルならびにデジタルI/Oに対応・Quality Inspectionツールセットを用いて簡単に使用可能・Deep Learningオプションが利用可能特徴・M12コネクタユニット付きのコンパクトで頑強なIP65筐体・パワフルなLED、高品質レンズおよびティーチオートフォーカス・多数の通信インタフェース・SICK AppStudioでプログラミング可能