- 発行日 2024年6月27日
- 最終変更日 2024年7月1日
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光電センサーガイド
光電センサーガイドでは、光電センサーの使い方を説明し、さまざまな種類を紹介します。
このガイドでは、各タイプの光電センサーがどのような用途に使用され、どのように機能するかを理解するのに役立ちます。また、特定の作業や設置場所に最適な光電センサーを選択する方法を決定するのに役立ち、センシングコンポーネントの取り付けを実施するために利用可能なアクセサリをいくつか紹介します。
光電センサーとは？
光電センサは、視野内の物体を検出するために光を利用するセンサモジュールです。センサの送信要素は、可視光または赤外線を使用して監視エリアに光ビームを投射します。このビームは、モデルに応じてターゲットまたは反射モジュールに向けて照射されます。受信要素は、送信器からの光ビームがどのように変化したかの情報を収集し解釈します。センサはこのデータを使用して、さまざまな物理的オブジェクトや量の存在、非存在、距離を検出します。一般的に使用される光電センサには、次の三つのタイプがあります。
光電センサーは何に使われるのか？
光電センサの般的な用途の多くは、産業または製造環境で見られます。これらの環境では、個々のコンポーネントが一貫した信頼性を必要とし、過酷な環境に耐えるように設計されています。典型的な例としては以下のようなものがあります。
- 生産ラインのコンベア上のアイテムのチェック:
- 自動化されたシステムを通過する製品のサイズや形状を確認するのに理想的です。センサが欠落やずれを検出すると、アラートが生成されます。これにより、大量バッチ生産におけるエラー検出に役立ちます。
- 小物やオブジェクトのカウントと全体の体積の測定:
- 光学式センシングモジュールは、個々の袋や桶に仕分けされる多くの小物やオブジェクトのカウント（または全体の体積の測定）にも非常に効果的です。食品生産と製薬産業は、他の多くのタイプの包装工場とともに、この理由で光電センサを広く使用しています。
- 物流、倉庫、マテリアルハンドリング:
- ハイテクな物流、倉庫、マテリアルハンドリング環境でも頻繁に使用されています。精度と安全性の両方の理由から、ロボットトラックやピックアンドプレース機械を使用する自動倉庫は、しばしば商品や物品の正確な検知、検出、位置決めに依存しています。
- 自動ドアの操作:
- 自動ドアは、建物や安全なアクセスエリアの入り口に設置されていることが多く、また、公共交通機関のある種の車両にも設置され、自動出入りを可能にしています。同様のセンサは、閉じたままになっているはずのドアや窓からの不正侵入を検知するためにもよく使用されます。これは、光学的またはレーザー技術によるものです。
その他の主な能力
- 色検出:
- センサが赤、緑、青の光スペクトルで対象物を複数回連続してスキャンすることで実現できます。これは、印刷や仕分け、包装の用途で特に有用です。
- 光グリッドを使った広範囲の監視:
- 単一のビームではなく、光グリッドを使用してより広い空間を監視します。複数のセンサを配置し、平行な光ビームで広い範囲をカバーすることで、2次元ゾーンをスキャンして物体や物体の有無を確認することができます。
- 三角測量による正確な距離測定:
- 複数のセンサからのビームが単一の受信モジュールに収束するように調整、整列、反射され、位置と距離の両方を正確に読み取ることができます。この技術は、生産ラインや製造システム、自動化された輸送のさまざまな側面など、幅広い用途に使用されています。
光電センサーの種類
このセクションでは、透過型センサー、拡散型センサー、再帰反射型センサーがどのように機能するのかについて、もう少し詳しく見ていきます。
透過光センサー
透過型（スルービーム）光電センサーは、送信機と受信機という2つの独立したモジュールを使用して機能します。これらは、センサーが検出するエリアまたは物体の両側に配置されます。通常、このエリアは非常に狭いスペースから広い範囲までさまざまです。
送信機は受信機の方向に赤外線ビームを放射します。このモジュールは、光ビームの経路に物理的な物体があるかどうかを判定します。
一部の透過型センサーは、特定の用途や機能に特化しています。例えば、背景抑制機能を持つモデルがあります。背景抑制とは、周囲の物体から検出対象物を分離する能力のことです。背景抑制は、反射が多い環境で、光ビームの真の経路を検出するのが難しい場合に非常に有用です。
スルービームセンサーの利点は以下の通りです：
- 幅広い動作距離で安定した信頼性の高い測定値 様々な材質、色、位置の物体を検出可能。
- 通常、光源や検知対象物の動きや経路の変化による読み取り精度への悪影響はありません。
スルービームセンサーの制限事項として、両端に配線が必要なため、設置プロセスが複雑になることがあります。
回帰反射型センサー
回帰反射型光電センサーは、監視するエリア、スパン、または対象物の反対側に配置された別の反射モジュールを使用します。これにより、照射された光ビームは、フォトセンサーを内蔵するトランスミッターモジュールに向かって跳ね返されます。反射光の強度と挙動を解釈する読み取り値が、光源に戻されます。再帰反射センサーの利点は以下の通りです：
- 比較的広い動作距離範囲
- デバイスの片側のみに配線が必要なため、設置や調整が容易である。
- 物体の色や移動経路の影響を特に受けない
- 光ビームが物体を2回通過するため、半透明または透明な物体も検出可能
再帰反射型センサーの限界には、非常に短い距離での不感帯の可能性と、反射率の高い物体の検出には使用できないという事実があります。後者は、鏡のようなものから跳ね返る光の量によって、物体が存在しないように見えてしまうために発生します。
拡散型センサー
拡散反射型センサーは、透過ビームの経路上にある物体自体が、センサーで一定量の光を反射する事を利用します。つまり、再帰反射型と同様の働きをしますが、自己完結型であり、別の反射モジュールを使用しない点が異なります。拡散センサーは、物体に当たった後に投げ返される光の量を検出することで動作します。通常の検出モードでは、光が戻ってくることを期待しません。
拡散反射型センサーの利点は以下の通りです：
- 動作距離が広い（ただし、長距離で使用されることはあまりない）。
- トランスミッターとレシーバーが同じモジュールに収納されているため、取り付けと調整が容易です。
拡散反射型センサーの欠点としては、以下が挙げられます：
- 対象物の形状、色、材質、距離、その他様々な環境条件によって読み取り値の信頼性が影響を受けやすいことです。物体がフォトセンサーに適度な量の光を跳ね返す必要があり、これが保証されない場合、正確に検出することが困難です。
光電センサーの仕組み
光電センサーは広く使われており、主に3つのタイプがあります。それぞれのタイプは次の通りです：
- 貫通ビームセンサー（スルービームセンサーまたはスルービーム）
- 拡散型センサー
- 再帰性反射センサー（再帰反射型センサー）
これらのセンサータイプはそれぞれ、僅かに異なる動作原理を持っています。これまでのセクションでは、それぞれの主な違いと、どのタイプが特定の役割に最適かについて詳しく見て来ました。
そして、これらのセンサーの動作にはいくつかの共通点があります：
- 光電センサーは、送信モジュールから発射される光ビームが物体に当たり、それがどのように反射または透過されるかを検出します。
- 可視光や赤外線を用いた光ビームが、レシーバー・モジュールに到達することで、センサーは情報を得ます。これは、センサーの送信機と受信機が同じモジュールに組み込まれている場合もありますが、場合によっては別々の位置に配置されることもあります。後者の場合、光ビームを跳ね返すための特定の反射部品が使用されます。
- センサーは、戻ってきた光の量と挙動を解釈し、それに基づいて物体の存在、距離、位置を検出します。
このデバイスは、主に生産ラインなどの近距離で使用されますが、一部のモデルは非常に長い距離でも正確な位置決めや測定に使用できます。光電センサーは高速で応答性があり、物体との直接接触や極端に接近する必要がなく、特定の材料や物理的性質に限定されることないため広範なアプリケーションに適用されています。
光電センサーアクセサリー
光電センサーアクセサリーの大半は、センサーの性能を向上させたり、さまざまなタイプのセンサーの取り付け、設置、調整を容易にするために設計されています。性能向上のためのアクセサリーには、電源やアダプターなどが含まれ、取り付けや設置のためのアクセサリーには、リフレクターや反射テープ、さまざまな種類のプラスチック光ファイバーや、より頑丈なグラスファイバーケーブルがあります。
取付ブラケット
様々なセンサーモデルや取り付け位置に合わせて、数多くのタイプの光電センサー取り付けブラケットが販売されています。
一般的なオプションには、アキシャル、ライトアングル、スイベルマウントなどがあります。これらは、センサーを軸に沿って取り付けるアキシャル、直角にセンサーを取り付けるライトアングル、およびセンサーを回転可能に取り付けるスイベルマウントなどの選択肢です。取り付けブラケットの一般的な材料には、プラスチック、メッキ鋼、ステンレス鋼などがあり、取り付けのタイプや場所に応じて材質が選ばれます。
センサーリフレクターと反射テープ
光電センサーのリフレクターと反射テープは、再帰反射センサーで使用され、送信機から受信機への光ビームの跳ね返りを利用します。リフレクタの材質は特定の物体の検出精度を向上させるために選択できますが、多くは汎用的な検出に設計されています。
物理リフレクターは、より堅牢で常設用途に適しており、厳しい産業環境での使用に耐えるために設計されています。多くのモデルは高いIP定格を持ち、攻撃的な洗浄剤や他の化学物質に対しても耐性があります。
一方、光電センサー反射テープは一時的な用途でよく選ばれます。また、リフレクタモジュールの位置変更や交換が頻繁に必要な場合や、他のさまざまな環境上の課題に対しても、安価で便利です。