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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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トラックアンドトレースシステム Master Data Analyzer

利点 ・対象物の形状や表面状態にかかわらず信頼性の高いマスターデータ取得 ・上位ホストシステムに直接製品データを転送 ・計測プロセスの自動化による正確で信頼性の高いデータ収集 ・正確で高い測定精度により保管スペースと梱包材を最適かつ効率的に使用可能 概要 Master Data Analyzerは対象物の寸法、重量、およびバーコードをたった一つの作業ステップで測定します。オートメーションライトグリッドMLGが反射特性に関わらず、対象物を確実に測定することができます。 適用分野 -庫内物流プロセスにおける対象物のマスターデータ取得 -商品入庫時のマスターデータ登録 技術仕様概要 タスク:対象物識別、寸法測定、重量測定 対象物検出精度(機種による): Typ. ± 5 mm x 5 mm x 5 mm (長さ x 幅 x 高さ) Typ. ± 5 mm x 5 mm x 2.5 mm (長さ x 幅 x 高さ) 最小対象物寸法:10 mm x 10 mm x 5 mm 最大対象物寸法:790 mm x 590 mm x 590 mm 出力データ:Minimum Bounding Boxの最大寸法 (奥行き、幅、高さ), Minimum Bounding Boxの体積, コード情報, 重量, ユーザー定義のフィールド (最大数5), ステータス 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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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

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

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  • センサー

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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照明モニタリングセンサ アナログ出力タイプ MDF-TA

▼アナログ出力タイプの照明モニタリングセンサ  ・画像検査用照明の明るさを数値で管理!  ・照明のメンテナンスタイミングが一目瞭然  ・アナログ出力:電圧1~5V、電流4~20mA ▼こんな用途に!  ・ 波長400 ~1000nmまで受光できるため、可視光だけでなく    近赤外照明の明るさも出力可能  ・ 照明の明るさ劣化管理が可能  ・ 検査用照明のトレーサビリティ確立が可能  ・ 高感度タイプにてLEDインジケータのような弱い光も検査可能 ▼照明の明るさを数値で管理・出力 ▼照明の明るさに合わせた設定が可能   5段階のゲイン設定(ボタン操作/外部入力 ▼各種発光モードに対応   連続点灯、パルス点灯(PWM)、ON/OFF点灯制御のいずれも内部トリガーにて自動測定 ▼アラーム出力のMDFシリーズとアナログ出力のMDF-Aシリーズ   照明モニタリングセンサMDFシリーズとMDF-Aシリーズは、どちらも照明の光量をモニタリングしますが、出力が異なります。   用途に合わせてお選びください。  ・基準値からのズレを検知してアラーム出力を出したい    用途:照明の劣化検知、照明の点灯確認、光量基準の合否判定など    ⇒MDFシリーズをご利用ください。(製品詳細はコチラ)     MDFシリーズは予め基準となる明るさをティーチングし、基準値からのズレ量をモニタリングします。     しきい値を超えた場合にアラーム出力します。     アラーム出力を受けて装置を止めたい、照明の交換をしたいなどの場合に適しています。  ・照明の光量(明るさ)をアナログ値で出力、明るさを管理したい   用途:照明光量の数値管理(明るさの変動、劣化による光量低下の見える化)など   ⇒MDF-Aシリーズ(本製品)をご利用ください。    モニタリングによって得られる照明の明るさをアナログ変換し、電圧1-5Vもしくは電流4-20mAで出力します。    MDF-Aシリーズはアラーム出力の代わりにアナログ値を出力しますので、明るさの数値管理が可能です。    モニタリングデータから調光値を調整したい、装置稼働中の照明の光量変化を見える化したいなどの場合に適しています。  ■MDFシリーズのアラーム出力例   予め基準値としきい値を設定し、モニタリングされた現在光量がしきい値を超えた場合にアラーム出力が出ます。  ■MDF-Aシリーズ(本製品)のアナログ出力例   モニタリングされた現在光量に応じて、電圧もしくは電流をアナログ値で出力します。   出力されるアナログ値は本体設定で調整できます。 ▼外部入力による操作   外部入力によって、「外部同期」「外部ゲイン調整」「外部ティーチング」の3つの機能が利用できます。   それぞれの機能は同期モードの設定と外部入力時間によって自動的に切り替わります。 ▼耐屈曲ファイバ採用   ファイバの曲げに対しても測定値に変動なし!   曲げ半径2mm 受光角:±30°

解決できる課題

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