Technology
光電センサ
(こうでんセンサ)
光電センサとは、投光部から光を照射し、対象物によって生じる受光量の変化を利用して、物体の有無や通過を非接触で検出するセンサです。搬送ライン、包装機、充填設備、自動倉庫などで広く使用されます。
金属だけでなく、樹脂、紙、ガラス、液体容器なども検出でき、近接センサより長い距離を検出できる場合があります。一方、対象物の色、表面状態、透明度、周囲光、粉じんなどの影響を受けるため、用途に合った方式を選定します。
ハカルプラスでは、光電センサを搬送制御や計量・充填設備へ組み込み、ワーク確認、通過検出、詰まり監視、誤投入防止に利用する構成を検討します。
主な検出方式
光電センサは、投光器と受光器の配置によって、透過形、回帰反射形、拡散反射形などに分類されます。
- 透過形：投光器と受光器を向かい合わせ、光の遮断を検出
- 回帰反射形：反射板で光を戻し、往復光の遮断を検出
- 拡散反射形：対象物から反射した光をセンサで受光
検出距離や安定性を重視する場合は透過形、配線を片側にまとめたい場合は回帰反射形、反射板を設置できない場合は拡散反射形が候補になります。
透過形の特長
透過形は、投光器と受光器の間に対象物が入って光を遮ることで検出します。対象物の色や表面状態の影響を受けにくく、長距離検出に適しています。
一方、投光器と受光器の両方へ配線が必要で、光軸を正確に合わせる必要があります。機械の振動や取付けのずれで受光量が低下しないよう、剛性のある取付構造とします。
回帰反射形の特長
回帰反射形は、センサから出た光を反射板で戻し、その途中を対象物が遮ることで検出します。投光・受光が一体化されているため、配線を片側へまとめられます。
鏡面体や光沢のある対象物では、対象物自身の反射光によって誤検出することがあります。偏光フィルタを用いた回帰反射形を使用すると、反射板と鏡面反射を区別しやすくなります。
拡散反射形の特長
拡散反射形は、対象物へ光を当て、対象物から戻る反射光を検出します。センサだけで構成できるため設置が簡単ですが、対象物の色、材質、表面の光沢によって検出距離が変わります。
白色物体は反射光が多く、黒色物体は少ない傾向があります。背景の壁や機械部品を誤検出する場合は、背景抑制機能を持つセンサを検討します。
透明体の検出
透明なボトル、フィルム、ガラスなどは光を完全には遮らないため、一般的な光電センサでは検出が不安定になる場合があります。
透明体検出対応の回帰反射形センサは、わずかな受光量変化を高感度で検出します。汚れや結露でも受光量が変わるため、安定動作する余裕を確認します。
主な用途
- コンベヤ上のワーク有無確認
- 容器の通過数カウント
- 袋、箱、パレットの位置確認
- 搬送物の詰まりや滞留検知
- 充填前の容器確認
- 扉やシャッター周辺の物体検知
搬送設備では、複数の光電センサを配置し、ワークの進行、間隔、滞留を監視することがあります。
応答時間と検出速度
高速で移動する小さなワークを検出する場合は、センサの応答時間とPLC入力の応答時間を確認します。対象物が光軸を遮る時間よりも処理が遅いと、信号を取りこぼす可能性があります。
高速カウントでは、高速入力ユニットやパルス入力を使用する場合があります。PLCプログラムのスキャン時間も考慮します。
周囲光と相互干渉
直射日光、照明、溶接光などが受光部へ入ると、誤動作する場合があります。外乱光に強い変調方式のセンサを使用し、必要に応じて遮光板を設けます。
複数の光電センサを近接して設置すると、隣のセンサの投光を受光する相互干渉が起こる場合があります。取付角度、距離、投光周波数切替機能などを確認します。
粉じん・汚れへの対策
粉じんや油分がレンズや反射板へ付着すると、受光量が低下します。正常時の受光余裕が小さいと、少しの汚れで誤動作する可能性があります。
エアパージ、保護カバー、清掃しやすい取付構造を採用し、受光量表示や安定表示を点検に活用します。
制御への利用
光電センサの信号をPLCへ入力し、対象物があることを確認してから搬送、充填、計量、印字などの工程を開始します。
一定時間内に次のセンサへ到達しない場合は、詰まりや搬送異常として設備を停止できます。複数センサの順序を監視することで、逆流や誤搬送も検出できます。
異常時の確認
検出しない場合は、光軸ずれ、レンズ汚れ、検出距離、感度設定、配線、電源を確認します。対象物がないのにONする場合は、背景反射、外乱光、反射板の位置、相互干渉を点検します。
時々信号が途切れる場合は、対象物の振動、透明度のばらつき、レンズの結露、ケーブル断線、コネクタの接触不良を確認します。
保守と点検
レンズと反射板を定期的に清掃し、取付けの緩みや光軸ずれがないか確認します。清掃にはレンズを傷つけない材質を使用します。
センサ交換後は、対象物あり・なしの両方で入力状態を確認し、搬送停止や警報が正しく動作することを点検します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、対象物の材質、色、透明度、検出距離、搬送速度、設置環境を確認し、適切な光電センサと入力機器を選定します。
搬送制御、容器確認、誤投入防止、詰まり検知、数量カウント、異常履歴保存などをPLCやタッチパネルへ組み込む構成を検討します。
よくある質問
Q. 黒い対象物も検出できますか？
A. 検出できますが、拡散反射形では反射光が少なくなるため、方式や検出距離を確認する必要があります。
Q. 透明な容器も検出できますか？
A. 透明体検出対応のセンサを使用し、受光量や取付条件を調整することで検出できる場合があります。
Q. 屋外でも使用できますか？
A. 保護構造、使用温度、直射日光、雨水の影響を確認し、屋外対応機種や遮光対策を選定します。
Q. 高速で通過する製品を数えられますか？
A. センサの応答時間、対象物が光を遮る時間、PLC入力速度を確認すればカウントできます。
Q. 粉じんの多い場所で使用できますか？
A. 受光余裕を確保し、エアパージや定期清掃を行うことで使用できる場合があります。