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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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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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ファイバユニット NFシリーズ スクリーン/アレイタイプ

【スクリーン/アレイ】タイプ 帯状の光で検出するファイバユニット |ワークの通過位置が一定しない場合や、複雑な形のワーク検出に適しています。 ■スクリーンファイバ 透過型をリニューアル 新製品の40mm幅タイプに加え、32mm幅タイプと11mm幅タイプを型式も新たにリニューアルしました。ワークの形状や通過位置が一定しない場合や複雑な形状のワーク検出に、5機種のラインナップで最適なソリューションを提供します。 ●ヘッドON反射型 反射型のNF-DZ01は、スポットサイズ2×15mmでのエリア検出が可能(距離15mmにて)。リードフレーム等の穴あきワークや複雑形状のワークの検出に最適です。 ●レーザ光のような近平行光 独自の光学設計によりレーザ光のような近平行光を実現。入り組んだ個所に取り付けても光の回りこみが少ないので、抜群の検出安定性が得られます。 ■スクリーンファイバとアレイファイバの違い [スクリーンファイバ ] レンズで光を帯状に広げているのがスクリーンファイバです。 近並行光を実現しているため、透過型ではアレイファイバより微妙な光量の差を検出することができます。 [アレイファイバ] ファイバ芯線を一列に並べ光を帯状にしているのがアレイファイバです。 光が広がっているため、特に透過型では光軸調整が簡単に行えます。また反射型を使用し、近距離で微小物体を検出する場合、スクリーンファイバと比較して受光量が多くなるので、安定した検出が可能になります。

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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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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SICKのセンサーインテリジェンスによるインダストリー4.0

インダストリー4.0(第四次産業革命)が叫ばれるようになって数年経ちますが、そのインパクトは全く衰えるどころか毎日のように新たな局面を迎えています。 人工知能、ディープラーニング、デジタルツインといった現在話題となっているバズワードはインテリジェントセンサーにも関連するものです。 SICKはインテリジェントセンサーで変化を推し進め続けます。 スマートサービス 機械とそのコンポーネントは生産ネットワ ークで統合、識別されることにより稼動状態に関するデータを提供し、より効率的なメンテナンスが可能になり械の稼働率が向上します。 スマートマシン センサーによって生成されたデータの情報交換によって個々の機械、およびプロセス全体の効率が向上します。 コンピュータ化が進むにつれて機械は意思決定機能を担いオペレーターとのやり取りが減少、機械の効率と稼働率が向上しスタッフの負荷が低減する。 スマートプロダクション フレキシブルな生産システムでは小ロットから個別生産まで効率的な生産が可能になります。 さまざまな生産設備間の情報交換を自動化することによって、自律的に適応しすべての工程を最適化することができます。

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