ファイバセンサ

ファイバセンサとは、ファイバアンプのLEDなどが発する光をファイバユニットを介してワークに照射、さまざまな計測を行う測定器です。アンプや検出装置などはすべてファイバセンサ側にあり、ファイバユニットのヘッド先端部には検出回路がないためヘッド部分はコンパクトで、小さなスペースに設置することができます。また、高温や低温、粉塵や油の飛沫する環境に設置にしても故障しにくいという特徴があります。
ワークを光で検出するため、金属以外の物体も測定でき、色の判別も可能で、機械的な部分がないため高速応答が可能です。検出方式には透過型、回帰反射型、限定反射型などがあり、これらはワークや測定条件によって使い分けられます。

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ファイバセンサの原理

ファイバセンサは、光を照射し反射光の増減によりワークの状態を検出するセンサです。ファイバセンサが照射する光の性質と検出原理には密接な関係があり、これを理解することでファイバセンサをより有効に活用することができます。

ファイバセンサの光の原理

光には直進や屈折、反射といった性質があり、ファイバセンサは、これら光の性質を利用してさまざまな検出を可能にしています。

正反射と回帰反射：
正反射とは、光は鏡やガラスといった平面では入射角と反射角は同じになる現象です。回帰反射とは、直角に取り付けた2つの反射面に向けて投光した際、光が正反射を繰り返して最後は投光とは逆方向に進む現象です。

屈折：
光は通常は空気中や水中をまっすぐに進みます。しかし、屈折率が異なる物質との境界面に入射すると、境界面で進行方向が変わります。これを「屈折」といいます。

偏光：
偏光は、通常さまざまな方向に振動する光を、1方向に振動を制限した状態のことです。振動の方向を制限する装置を「偏光フィルター」といい、逆にある方向に振動を制限された光は、それと垂直方向に振動を制限する偏光フィルターを通過することはできません。

ファイバセンサの検出原理

ファイバセンサの検出方式には、透過型、反射型、回帰反射型、限定反射型などがあり、それぞれ目的やワークによって使いわけられています。

透過型：
透過型は、投光器と受光器を対向して設置。その間をワークが通過して光をしゃ断した際の、受光器が受ける光量の減少により検出します。検出距離が数cm～数十mと長く、ワークの通過位置が変わっても高い精度で検出できます。レンズの汚れ、ゴミに強いため動作の安定度が高く、不透明体であればワークの反射率や色・材質に関係なく検出できます。

反射型：
反射型は、投光器から出た光がワークに当たり、戻った光が受光器に入ることで検出します。ワークがないとき、受光器は光を受けないため、戻った光の増加量でワークを検出します。検出距離は数cm～数mで、設置時の調整が簡単です。小さなワークでも検出でき、機械などのすき間からでも検出できます。マークの検出もできます。さらに、検出スポットを目で確かめることができます。

回帰反射型：
回帰反射型は、投光器に向かい合うように設置した回帰反射板に当たって、戻ってきた光が受光器に入る光の量で検出します。ワークが通過すると、反射板からの光がさえぎられるため、反射光の量が減少します。この減少量でワークを検出します。検出距離は数cm～数mで、配線や光軸調整などの設置が容易です。また、ワークの色や傾きなどの影響が少なく、不透明体であれば、形状・色・材質に関係なく検出できます。

限定反射型：
限定反射型は、ワークからの反射光を受光器で受けて検出します。投光部と受光部を正反射光だけ受光する角度にすることで、光軸の交差する限られた領域のみで検出します。背景の影響が少なく、小さな凹凸の検出が可能です。

拡散反射型：
検出物体に光を照射し、検出物体からの反射光を受光して検出します。センサ本体だけの設置で済み、受光器や反射板は不要、光軸合わせも不要です。反射体であれば透明体も検出でき、色の判別も可能です。

ファイバセンサのメリット1：設置場所の自由度が高い

ファイバセンサは、ファイバユニットのヘッド部に検出回路がありコンパクトなので、狭い場所での検出が可能です。また、設置が容易で耐環境性に優れています。さらに調整が容易であるなど多くのメリットがあります。

ファイバセンサのメリット2：ワークの素材を問わずに検出でき、応答速度が速い

ファイバセンサは、主にLED光を照射しワークを検出するため、さまざまな素材を検出することができます。また、その性能をフルに活かすための機能を備えています。さらに、他のセンサに比べて応答時間が速いという特徴があります。

ファイバセンサのメリット3：ワークに合わせた検出方式がある

ファイバセンサの検出方式には、反射型、透過型、回帰反射型、限定反射型などがあり、いずれもLED光などを使った非接触による検出です。ワークもセンサも傷つくことがありません。

ファイバセンサの業界別導入事例

高温環境でのワーク検出

乾燥室内などの高温下では、検出部に検出回路があるセンサでは、検出回路が熱で破損してしまいます。ファイバユニット「FUシリーズ」には、検出部に検出回路がありません。このため、耐熱仕様のファイバユニットなら、約300℃まで対応できます。また、高出力アンプのデジタルファイバセンサ「FS-N40 シリーズ」は、新開発のNEOパラボリックLED と制御アルゴリズムにより、従来比7.5倍の受光量を達成。TERAスイッチによりワンクリックで220倍のハイパワーを実現できます。これにより、熱の影響を受けない長距離からの検出が可能。さらに、この高出力と高感度受光により、ファイバユニットの検出部が粉塵や油の飛沫で汚れても、安定した検出を続けることができます。

部品の落下検出

部品に使用する鋼球の数の落下検知などでは、1度に多くのワークが落下するので、ワークの位置は一定ではありません。また、ほこりや汚れによる光量変化の検知は、誤検知の原因になります。さらに、ワークの通過による急激な光量変化のみを検出しなければなりません。
ファイバユニット「FUシリーズ」のFU-E40なら、ワークの通過位置がばらつく場合も、エリア光により検出可能です。また、アンプをエッジ検出モードにすることで、ほこりや汚れによる緩やかな光量変化は無視して、ワークの通過による急激な光量変化だけを検出することができます。さらに、光のスポットが絞られているので、設置場所の周辺物による光の回り込みの影響を受けにくくなっています。これなら、装置が密集したところでも、安心して使用できます。

Q.

ファイバセンサと光電センサの違いは？

A.

光電センサは、光の性質を利用して物体の有無や表面状態の変化などを検出するセンサです。光源には、主にLEDが使用され、光を出す投光部と光を受ける受光部があります。そして、投光部と受光部の間を物体が通過したときの光の反射やしゃ断を電気信号に変換し出力します。
一方、ファイバセンサは、基本的には光電センサと同じ原理で物体を検出しますが、アンプ部とヘッド部がファイバユニットで接続されている点が異なります。光を出力するアンプ部と投光/受光するヘッド部がわかれているため、両方の組み合わせによって、さまざまな温度・湿度環境や素材の検出に対応できます。また、ファイバユニットは非常に細くコンパクトであるため、設置場所の制限も少ないというメリットがあります。

Q.

小物検出での検出ミスを防ぐことはできますか？

A.

小物検出での検出ミスは、ワークが光軸に対して小さすぎたり、元々の受光量が低すぎると可能性が高まります。また、応答速度が遅いと、落下による小物検出ができないことがあります。
対策としては、透過型の場合は光軸の小さなものを選定したり、スリットで光軸を小さくして微小物体を検出する方法があります。このように、物理的に取りこぼしのないエリア幅を確保しつつ、できるだけ小さなエリアで検出すると安定します。
ファイバユニット「FUシリーズ」のFU-E40なら、ワークの通過位置がばらつく場合も、エリア光により検出可能です。また、アンプの検出モードをエッジ検出モードにすることで、ほこりや汚れによる緩やかな光量変化は無視して、ワークの通過による急激な光量変化のみに反応します。さらに、光が絞られているので、設置場所の周辺物による回り込みの影響を受けにくくなっています。装置が密集したところでも、安心して使用できます。

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