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【種類別に紹介】適切なセンサの選定と注意点について

2020.03.09

FAシステムを構築する際、さまざまなセンサを使用してモノの位置や状態を検出し、衝突防止や動作順番を作るための信号を取り出すこととなります。システム構築においてセンサは不可欠であり、その種類及び特徴を把握し、最適なセンサを選定する能力はシステムインテグレータにとって非常に重要です。

センサとは

システムインテグレータが知識として知っておくべきセンサとは、モノの動作(例えば前進、後退)やモノの有り無しなどを検知検出し、電気的に信号を発するものをいいます。

また、状態(スタート位置から、どれだけ動いたか)を検出するセンサは間隔や距離を測定できたり、任意の位置で電気信号を発するものがあります。

システムインテグレートする際には、さまざまなセンサを使用してモノの位置や状態を検出し、衝突防止や動作順番を作るための信号を取り出すこととなります。そのため、システムインテグレータはセンサの特徴や使い方を十分に知っておく必要がります。

センサの種類

センサには、主に下記のようなものがあります。

● リミットスイッチ(LS)
● 近接センサ(PXS)
● 光電センサ(PHS)
● リードスイッチ(LLS)
● 圧力センサ(PS)
● 流量センサ(FS)
● レーザーセンサ(LZS)
などです。

特徴

リミットスイッチ(LS)

ヘッドの部分のレバーを物理的に動作物で一定角倒すことで本体内部の有接点スイッチが接触通電し、電気信号が取り出せるシンプルなスイッチです。FA業界では一番普及しており、価格的には安価です。安全用として内部の接点が二つあるものもあります。
ヘッドの部分が、ローラーレバー型、プランジャー型、ひげ型、ワイヤーアーム型、プラスチックアーム型など多種有り、ヘッドのみ取り替える事が可能で、方向も90度毎に付け替え可能です。
近接センサ(PXS)

オムロン、近接センサー「E2E-NEXT」と取付治具「e-治具」を発売:自動車部品製造など設備の稼働率向上に貢献

近接センサとは、リミットスイッチやマイクロスイッチなどの機械式スイッチにかわるもので、非接触で検出物体が近づいたことを検出するセンサです。用途で多いのは、ワークを直接検出せず、ドグと呼ばれる治具を検出することです。動作物や被検出物を非接触で検出できるため、センサや検出物の磨耗やダメージを受けません。そのため、多く使用されています。
検出距離が一般的には、

φ30mmセンサ ⇒ 10mm
φ18mmセンサ ⇒ 5mm
φ12mmセンサ ⇒ 2mm
φ8mmセンサ ⇒ 2mm
です。

近年検出距離が大きくなっております。価格は、リミットスイッチよりは高価であるが、近年はリーズナブルな価格で販売されています。
無接点のため溶着が起こらないが、高電流溶接や高電圧接点の入切、サーボモータなどのノイズの影響を受けることがあります。

光電センサ(PHS)

光電センサは、可視光線、赤外線などの”光”を、投光部から発射し、検出物体によって反射する光や、しゃ光される光量の変化を受光部で検出し出力信号を得るものです。

動作物や被検出物を非接触で検出できるため、センサや検出物への磨耗やダメージを与えません。検出距離が概ね2,000mm〜5,000mmと大きく取れることが使用のメリットとなりますが、金額は近接センサより高くなります。遮光量によって検出するため、液体やガラスなどいろいろなモノが検出できます。距離を検出できるものや色を検出できるものがあり、比較的容易に取り付けることができます。
検出方法により以下のように分類できます。

● 透過型
投光器、受光器を設置して光を検出物が遮る事で検出します。検出距離が長く取れ形状、材質、色に関係なく検出できます。

● 回帰反射型(ミラー反射型)
センサから発光して反射板から跳ね返ってくる光を検出します。 反射板とセンサの間に検出物が通過することにより、光が遮られることで検出できます。
長距離検出ができるが反射板の調整が必要です。透過型に比較し安価。

● 拡散反射型
検出物に光を直接照射し反射光をセンサで受光して検出します。 センサだけの設置で検出できるためスペースや配線は簡単ですが、検出距離が他のものに比べて短いです。

● 距離検出型
スポット光を照射して角度の違いを受光することで距離検出をします。小さいものも精度よく検出できます。

リードスイッチ(LLS)

リードスイッチはシリンダセンサともいわ れ、シリンダ のチューブに取り付け、ピストンに埋め込まれた磁石を検出することで出戻を検出します。

リードスイッチにリードの軸方向に磁界を外部から加えるとリードが磁化され、相対した自由端が互いに吸収し合い接触して回路を閉ざすことができます。また、磁界を消去すればリードの弾性により回路を開くことができます。

圧力センサ(PS)

圧力センサは気体や液体の圧力変化を感圧素子にて電気信号に変換しアナログ信号を出したりON、OFF信号を出すもので、電子式と機械式があります。
従来は、安価な機械式が多く使われていましたが、信頼性が低く寿命が短いため、現在は電子式が主流となっています。絶対圧と大気圧を基準とするものと任意圧力(差圧)を基準とするものがあります。

流量センサ(FS)

流量センサは、気体や液体が単位時間でどれだけ流れるかを検出するものです。体積で検出する体積流量式と、質量で検出する質量流量式があり、FA業界で使用される気体用流量センサは、質量流量方式が主流で熱式、コリオリ式、渦式の3つがあります。

レーザーセンサ(LZS)

レーザーを投光し、受光部で検出します。レーザーは小スポットである為狭い隙間からの照射による物体検出や計測ができます。
距離や厚み計測の出来るものはレーザー変位計と呼ばれます。CMOSでの受光位置や、光の反射時間により検出物の位置検出ができ反射型と透過型があります。また検出物の表面の影響を受けにくい、安定した検出ができるのも特徴です。但しホコリや、汚れの付着に弱い弱点があります。また2次元的に帯状に照射でき幅や高さを検出できるレーザーセンサもあり、センサーを検出物に連続に当て動かせばスキャンでき3次元的な測定も可能です。

特殊なセンサ種類と特徴

角度センサ
軸など回転角度を検出できます。

液面センサ

油圧使用時の作動油などの液面を検出し減り量を検出します。

注意点

リミットスイッチ(LS)
有接点であるため、接点が溶着してしまうと通電状態になります。従って、安全上の考慮が必要です。

近接センサ(PXS)
シールド型、非シールド型があり検出領域が異なるため、埋め込んで使用する場合はシールド型を使用します。
2つ以上並べて使用する場合、相互干渉があり、最小設置ピッチが指定されているためメーカ各社の干渉距離を確認しておく必要があります。
検出材料により検出可否があるため、選定時は注意が必要です。

光電センサ(PHS)
投光、受光で検出しているため、検出面の汚れが検出能力に影響します。
リードスイッチ(LLS)
ストロークが短い(概ね10mm)シリンダの場合ピストンに埋め込まれた磁石磁界が出戻共に影響し検出できないため、リードスイッチでなくピストンロッドを介した動作物で別のセンサで検出します。リードスイッチはノイズを受ける場合があるため、大電流回路やモータ近辺で使用する場合、確認をすると共に型式選定時の注意が必要です。

圧力センサ(PS)
低圧(1MP未満)と高圧(1MP以上)のセンサがあり、一定圧検知や測定だけでなく脈動やサージ圧(瞬間的な高圧)が発生することを考慮しておく必要があります。

流量センサ(FS)
圧力センサ同様、脈流、激流の時の考慮が必要です。
また、対象流体(液体、気体)のきれいさの注意が必要です。
さらに、流体内のゴミやセンサをつまらせる原因になるものは清掃できるものかどうか注意が必要があります。

レーザーセンサ(LZS)
レーザー光を使用しているため、レーザー光のクラスを確認し人体に影響がないように選定しなければいけません。

全体
どのセンサもケーブルの出し方が選定できます。
①ケーブルが直接本体から出ているもの。
②本体にコネクタがついているもの。
③300mmのケーブルの先にコネクタがついているものがある。

ケーブルの長さを選定する必要があります。直接ケーブルの出るものの弱点は、ケーブルが切れると繋ぐ処理をしなくてはいけないことです。

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