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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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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。

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

  • 品質向上
  • IoT、DXの活用

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IO-Link対応BGSセンサ Z4Bシリーズ

ハイパワーでIO-Link対応 狭窄LEDタイプのBGS! |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 |ハイパワー狭窄LED光源 |外乱光に対する耐性向上 CE認証取得 ■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。 ■ハイパワー狭窄LED光源 ハイパワー狭窄LEDを光源に採用。LED光にもかかわらず、明るい現場でもスポット光がはっきり視認できるので、従来のどの機種よりも検出位置の確認が容易になりました。 ※当社比:LED光源タイプにて。 ■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 Z4Bシリーズ 太陽光:50,000lx以下 白熱ランプ:5,000lx以下

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安全直列接続 Flexi Loop

利点 ・PL eまでのセーフティセンサーを最大32台カスケード接続可能 ・デバイスに直接電圧を供給、M12標準ケーブルで配線統合 ・セーフティコントローラーの入力数を節約、配線を簡素化してコストダウンを実現 ・パフォーマンスレベルの計算を簡素化 概要 セーフティロッキングデバイス、ボタン、ランプ等を極めて簡単にセーフティコントローラーと接続することができます。デバイスには直接電圧が供給され、OSSD出力を搭載したセンサーであればメーカーを問わず接続可能です。 適用分野 -多数の安全ガードを持つ機械・設備 -大規模で分散した防護ゾーンを持つ機械・設備 -製造セルおよびコンベアベルトの安全監視 技術仕様概要 安全レベル:PL e, SIL3, SILCL3 対応セーフティコントローラー:Flexi Classic、Flexi Soft 接続対応デバイス: デュアルチャンネルOSSD出力付きセーフティセンサー デュアルチャンネル等価入力タイプの電気機械式セーフティスイッチ (EMSS) 保護等級:IP65, IP67 使用周囲温度:–25 °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
  • 人手不足解決
  • コミュニケーション強化
  • SDGS対策
  • 品質向上

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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
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