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装置に関する記事

光電センサの種類や原理とは?具体的な導入事例や選定方法も解説!

光電センサは光を利用したセンサで、種類や用途の広さから多くの場所で導入されています。応答の速さや非接触という利点を利用し、適切な導入を行うと生産効率の向上も十分に可能です。

しかし、どのような場所でどのセンサを使えばいいのか、わかりづらい面もあります。

本コラムでは光電センサの種類と原理・導入事例について解説し、導入で悩まれる方の具体的な後押しができるようまとめています。

もし、光電センサのコンサルティングを受けて、

  • 省力化、省人化してコストダウンしたい
  • 生産性アップして売上を上げたい
  • 人的ミスを減らして品質価値を高めたい
  • どのメーカーの自動化設備を使えば効率的かわからない

という場合は、お気軽に日本サポートシステムまでお問い合わせください。
関東最大級のロボットSIerとして、最適化のご提案をさせていただきます。

1.光電センサとはそもそもどんなものなのか?種類や原理を詳しく解説

光電センサは、光の反応で物質を認識する機器です。認識できる材質の種類が多く、さまざまなジャンルの工場で活躍しています。

また非常に種類が豊富なため、用途に合わせた製品を選ぶことが重要です。この項目では分類や原理を詳しく説明していきますので、ぜひ導入の参考にしてください。

(1)光電センサとは?

光で物体を認識する装置を、光電センサと呼びます。光を使っているため、メリットが大きいです。

  • 接触させる必要がない(機器やワークにキズがつかない)
  • 応答が早い(高速ラインにも対応可能)
  • 検出距離が長い
  • 光を変化させる材質なら、ほぼ認識できる(微小物体も認識可能)

装置には光を発射する投光部と、光を認識する受光部があります。

光の変化を読み取り、物質を認識する仕組みです。

(2)光電センサの検出方式と種類

光電センサは非常に種類が多く、分類方法も多様です。

  • 投受光で分類(検出方式が異なる)
  • 構成で分類(アンプや電源の内蔵、分離の違い)
  • 投光方式で分類(変調式または非変調式)
  • 出力回路で分類

一般的に使用されるのは、投受光で分類する方法です。投受光で分類すると、以下の3種類に分けられます。

  • 透過型
  • 回帰(ミラー)反射型
  • 反射型

それぞれ特徴や構造が異なるため、用途に合った製品を選びましょう。

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(3)光電センサの原理について

光電センサは、発した光と受けた光の違いによって物質を認識する装置です。何もない空間の光は真っ直ぐに進み、物質に当たると変化します。その変化を検知し、電気信号に変換して出力する仕組みです。

構造や設置方法は、種類によって異なります。

透過型は投光部の正面に受光部があり、物質による遮光(光の遮り)を認識する構造です。

回帰(ミラー)反射型は投受光部が一体になっており、投光部の正面に反射板を設置して使います。受光部が反射板から跳ね返ってきた反射光と、物質による遮光や反射光の変化を認識する仕組みです。

反射型も投受光部の一体型で、物質からの反射光を認識します。

(4)どんな用途に使われている?

光電センサは触れずに素早く物体を認識するので、多くの工場で活躍しています。以下は、用途の一例です。

  • ワークの有無や距離を検知
  • ラベルやパーツの位置不良を検出
  • ワークの厚さや形を検知
  • 透明体や微小物体の検出
  • ワーク表面の凹凸検出
  • カラーマークや色の濃淡検出
  • 蛍光成分の検出

上記以外にも、さまざまな用途で活用されています。もしセンサを効果的に配置できれば、工場の稼働率は向上するでしょう。

2.光電センサを選ぶときのポイントを教えてほしい!選定方法について

光電センサは種類によって特徴が異なるので、用途や環境に合った製品を選ぶことが重要です。まずは分類方法を選ぶ際のポイントをご説明します。

  • 検出物体の大きさや配線状況で選択したい方は、投受光で分類して絞り込む
  • 設置スペースや供給電源で選択したい方は、構成で分類して絞り込む
  • 出力する機器に合わせて選択したい方は、出力回路で分類して絞り込む

一般的には、投受光の違いで選びます。そのため分類方法を決めかねている方は、投受光の違いで選ぶと良いでしょう。

ここからは、投受光の違いによる特徴をご説明します。

  • 透過型は検出距離が長く、粉塵の影響をうけにくい
  • 回帰(ミラー)反射型は長距離でも使える上、透過型よりも安価(反射板の調整が必要)
  • 拡散型は小型の製品が豊富で、反射体なら透明の物質にも使用可能(検出距離が短い)
  • 狭視界型は周囲から受ける影響が少なく、すき間からでも使用できる
  • 限定型は背景の影響が少なく、小さな凹凸も認識できる(応差距離が短い)
  • 距離設定型は小さい物体も高精度で検出でき、検出物体や背景の反射率による影響が少ない

上記は汎用性の高いタイプですが、機能が特化した製品もあります。

  • 透明フィルムやガラスの検出に最適な、透明体検出型
  • 微妙な色の判別が可能な、カラーマーク型
  • 蛍光の物質や塗料を検出する、蛍光検出型

用途や環境に合った機器は、現場の課題改善に役立つ装置です。特徴や機能をよく理解し、用途に適した製品を見つけましょう。

3.光電センサの導入事例について知りたい!改善や活用している事例は?

光電センサは、多くの工場で活躍している装置です。非常に種類が豊富なため、使用方法は多岐にわたります。

利用できるシーンが多いので、使用場所を絞り込めない方もいるでしょう。

そこで、どんな現場で活躍しているのか実際の導入事例をご紹介します。現場での事例を参考に、ぜひ導入を検討してください。

(1)クリーンルームに光電センサを導入

とある半導体製造工場では、クリーンルームの保全が課題になっていました。

工業用のクリーンルームは、チリやホコリといった不純物を持ち込まないように隔離されています。そのため、故障や保全での入退室にも制限があり、機械や設備の故障時でも容易に出入りできません。工場の稼働率を向上させるには、クリーンルームの保全レベルを向上させる必要がありました。

そこで工場は光電センサを導入し、検知した情報をクリーンルーム外の機器へ出力するように設定。クリーンルーム外で管理が出来れば、入室しなくても予防保全やメンテナンスの判断を的確に行えます。上記の改善により保全レベルが上がり、気密保持も向上しました。

(2)ファイバセンサから光電センサへの切り替え

センサの設置スペースが狭小な現場では、省スペースに設置できるファイバセンサの使用が一般的でした。

しかし現在では、狭小スペースに設置できる光電センサが多数販売されています。ファイバセンサは配線や設定が面倒な上に価格も高く、アンプ設置用のスペースが必要です。

そのためアンプを内蔵した、小型の光電センサへ切り替える工場が増えています。以下は、ファイバセンサから光電センサへ切り替えた現場の一例です。

  • 基板搬送ラインでの有無検知(超薄型タイプを導入)
  • コンデンサの通過検知(円柱形の小型タイプを導入)
  • ICの通過検知(超小型タイプを導入)

多様な小型の光電センサから、各工場の条件に合った製品を導入しています。

(3)透過型から距離設定(反射)型への切り替え

透過型は検出距離が長く、不透明体であれば色や形状の影響を受けにくいというメリットがあります。

しかし、一般的な透過型は投光部と受光部が分離しているため、配線や設置には手間とスペースが必要です。投光部と受光部の光軸合わせも必要なので、工数削減のために反射型への切り替えを希望する工場も少なくありません。

以下は、透過型から距離設定(反射)型へ切り替えた現場の一例です。

  • 色が異なる段ボールの通過検知
  • 部品トレイの通過検知

一般的な反射型は検出距離が短く、色の影響を受けやすいというデメリットがあります。そのため上記の現場は、検出距離が長く色の影響を受けにくい距離設定(反射)型へ切り替えました。

4.光電センサを開発する主要3メーカと主力製品や価格について解説

光電センサの開発や販売を行うメーカは、国内外に多数あります。どのメーカの製品も質が良く、能力ではメーカによる差がありません。しかしラインナップが豊富なメーカを選べば、用途に合った製品を探しやすいです。

そこで光電センサの開発や販売を行うメーカから、主要なメーカをご紹介します。

(1)オムロン株式会社

オムロン株式会社は、工場の自動化に最適なセンサを多数製造しているメーカです。センサだけではなく、制御機器や電子部品も販売しています。

アンプ内蔵型の光電センサを多く取り扱っており、その中でもE3Zタイプは特に人気が高いです。

(引用:OMRON・アンプ内蔵型光電センサE3Z

E3Zは投受の種類が豊富なため、用途や環境に合わせて選べます。

【所在地】
京都市下京区塩小路通堀川東入 オムロン京都センタービル
固定電話:0120-919-066
携帯電話:055-982-5015
https://www.fa.omron.co.jp/

(2)株式会社キーエンス

株式会社キーエンスは、自動制御用の機器を製造しているメーカです。超小型のレーザセンサや、設定が容易な扱いやすい製品を多数販売しています。

筐体が金属製のPR-Gシリーズは、他のメーカではあまり見かけない特徴的な光電センサです。超小型タイプのPR-MとPR-Fシリーズは、金属と樹脂のハイブリッド構造を採用しています。

(引用:超小型アンプ内蔵型光電センサPR-M/Fシリーズ

金属製の筐体は強度が高く、厳しい環境にも対応可能です。

【所在地】
大阪市東淀川区東中島1-3-14
TEL:06-6379-1111
FAX:06-6379-2222
https://www.keyence.co.jp/

(3)パナソニックインダストリアルソリューションズ社

パナソニックインダストリアルソリューションズ社は、センサや自動化用の機器を製造しているメーカです。取り扱う製品の種類が多く、光電センサ以外の制御機器も販売しています。

光電センサの中では、アンプを内蔵した小型や薄型の製品が人気です。下記の動画は、超小型ビームセンサのEX-Zシリーズを紹介しています。

EX-Zシリーズのほか、極薄タイプのEX-10シリーズは人気があります。

【所在地】
大阪府門真市大字門真1006
固定電話:0120-878-709
携帯電話:06-6906-1109
FAX:0120-872-460
https://www.panasonic.com/jp/corporate/is.html

4.光電センサ導入に関するご相談は日本サポートシステム

今回は光電センサの種類を中心に、原理や導入事例・特徴や主要なメーカについて解説しました。

しかし多くのメーカーから特徴を選び出し、自社にとって最適なセンサ導入を行うのは手間と時間がかかります。まずは導入事例を多く調べて、どのような場面で活用ができるのか当てはめてみると良いでしょう。同業界であればイメージもしやすいので、導入実績を見てみるのもおすすめです。

また実績のあるメーカーに選定から導入を相談すれば、余計な手間と時間がかかりません。光電センサ導入でお悩みごとがあれば、日本サポートシステム株式会社までご相談ください。

【特徴】
日本サポートシステムは年間200台もの実績がある関東最大級のロボットシステムインテグレーターです。一貫生産体制をとっており、設計から製造までをワンストップで対応。費用・時間にムダなく最適化を行うことができます。

また、お打ち合わせから原則1週間以内に「お見積りとポンチ絵」をご送付。

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テキストやお電話だけでは伝わりづらいゴールイメージを共有し、スピード感を持った対応を心がけています。

また、同社の「画処ラボ」では、画像処理を用いた外観検査装置の導入に特化し、ご相談を受け付けています。従来は目視での官能検査に頼らざるを得なかった工程の自動化をご検討の際などにご活用ください。

日本初!業界最大級

画像処理検証ラボ開設!ルール型の画像処理から、AIまでプロが診断、ご相談から装置制作までまるっと対応

【所在地】
茨城県土浦市卸町2丁目13-3
TEL.050-1743-0310(代表)
FAX.050-3156-2692(代表)
https://jss1.jp/

【営業品目】

  • 産業用ロボット
  • 生産設備合理化・省力化の設計及び製作
  • 基板電気チェッカーや貼合・折曲など
  • 治具の設計・製作

【実績】
NM社(電子部品の製造販売)、HS製作所(情報通信・社会産業・電子装置・建設機械・高機能材料・生活の各システム製造販売)、TT社(ショッピングセンターなどリテール事業)、SM社(自動制御機器の製造・販売)、OR社(自動車安全システムの製造販売)

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050-1743-0310 営業時間:平日9:00-18:00

本社:茨城県土浦市卸町2-13-3、相模原事業所:神奈川県相模原市中央区上溝1880番2 SIC3-317

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