自動化におけるフォトセンサの主な用途は何ですか？

リアルタイム物体検出によるコンベアシステムの自動化

モーターの同期した起動／停止のためのリアルタイム物体存在検出

フォトセンサーは、物品が通過する際に赤外線ビームを使用して非接触でコンベアベルト上の物体を検出します。これらのセンサーは、対象領域に物体が進入または退出した際に作動し、モーターの起動または停止を制御する信号を送信することで、製品の流れをスムーズに運行させます。その結果、物が詰まることによる詰まりが減少し、部品への負荷が軽減されるため寿命が延び、工場では一日中機械を稼働させる場合と比べて約40％の電力コスト削減が実現できます。特にこれらのセンサーが他と一線を画す点は、重機による振動が他の多くの装置では正常に機能しなくなるような環境下でも、非常に高い安定性で動作する能力にあります。

PLCとの連携による正確なタイミング制御および生産効率の最適化

フォトセンサーがPLC（プログラマブルロジックコントローラー）に接続されると、実質的にリアルタイムで動作する応答制御ループが構成されます。その仕組みは非常にシンプルです。センサーのデータが直接PLCのロジック部に入力され、処理エリア間のコンベアの速度を極めて迅速に調整します。これにより、従来の生産運転中に発生していたタイミングのギャップが解消され、実際の現場テストでは、ある施設で生産能力が約25％向上したとの報告があります。また、PLCのプログラムによって、ラインを通過する製品の種類に応じたカスタム応答設定を行うことも可能です。さらに、これらのスマートコントローラーには診断機能が備わっており、センサーの位置がずれ始める段階で、性能品質に低下が見られる前にメンテナンス担当者に通知してくれます。

ケーススタディ：スルービームセンサーを用いた自動車組立ラインのコンベア速度制御

ある大規模な自動車製造工場では、シャーシ組立ラインにビーム遮断式センサーを設置し、幅3メートルの広いコンベア上で部品の移動を追跡しています。このシステムは非常に賢く機能しており、各工程での作業状況に応じてコンベアの速度を自動調整します。溶接ロボットが早く作業を終えれば、ベルトは速度を上げます。一方、下流工程で工具交換が発生すると、バックアップを防ぐためにすべての工程が減速します。導入後6か月間のデータを分析したところ、明らかな改善が見られました。生産サイクルが18％短縮され、電気代は毎月約2万2000ドル節約され、装置の故障もセンサーネットワーク導入前と比較して約3分の1減少しました。

資材搬送および包装ラインの最適化

現在、フォトセンサーは物資の取り扱いにおいて多くの重要な役割を担っています。アイテムのカウント、製品間のギャップ検出、容器の満杯度の追跡などを行い、包装ライン全体で約30％のミスを削減しています。この高精度さにより、無駄な材料が減少し、生産ラインのスピードが向上し、特に食品加工、医薬品製造、消費財組立など規制の厳しい業界において重要となるリーン生産の原則遵守を企業が実現するのに大きく貢献しています。ギャップ検出に関しては、何かが詰まった場合にこれらのセンサーがコンベアベルトをほぼ瞬時に停止させることで、高価な事故や予期しないダウンタイムを回避し、コスト削減につながります。充填量の監視により、すべての容器が適切な量まで正確に満たされるため、企業は毎年原材料の最大25％を無駄にすることを防げます。また、リアルタイムでのカウント機能も見逃せません。この機能はデータを在庫管理システムに直接送信し、メーカーが必要なときに必要なだけ生産できるよう、生産管理をより的確にサポートします。

包装ラインにおける数量計数、ギャップ検出、および充填レベル監視

これらのアプリケーションでは、高速かつ高精度な制御を実現するために光電センサーが使用されています。

• カウント 高速で移動するベルト上の製品数量を検証します。医薬品や食品の包装では数量の誤りが規制違反につながるため、コンプライアンス上不可欠です。
• ギャップ検出 製品の欠品や不規則な間隔を検出し、自動的に停止をトリガーして積み上がりや給紙不良を防止します。
• 充填レベル監視 容器内の液体または固体のレベルを確認し、充填量を最適化してこぼれや不足充填を最小限に抑えます。

主な利点には以下が含まれます：

• 即時的なエラー修正により、再作業が15〜20％削減
• 手動検査の削減による運用コストの低下
• 材料の無駄を抑えることで持続可能性を向上

拡散反射型とリフレクタ式センサー：粉塵の多い包装環境での性能

粉体工場、セメント工場、穀物を取り扱う場所など、ほこりの多い環境で作業する場合、センサーの選択は非常に重要です。一般的な拡散型センサーは検出対象に向かって光を発射しますが、周囲に大量のほこりがあると信号が乱反射し、正確さに問題が生じます。そのため、濃いほこりの中ではほとんどの場合不正確になり、精度が85％以下に低下することがよくあります。一方、リフレクタ型センサーは偏光と特殊なリフレクターを使用して誤検出を防ぐため、状況が悪化しても信頼性を保ちやすく、ごみやほこりが多くても検出率を95％以上維持できます。これらの選択肢の主な違いは、過酷なほこりの多い条件下での性能の高さに帰着します。

過酷な包装ラインにおいてリトロリフレクティブセンサーを選定することで、センサー関連のダウンタイムを40%削減できることが示されています。

高速検出によるソーティングおよび生産ラインの精度向上

変調LED技術により、毎分10,000個以上の部品検証を実現

今日のフォトセンサは高周波LED技術を採用しており、毎分10,000個以上の部品が通過するような高速移動物体を検出できます。これは選別ラインやボトル充填工場、電子部品組立工場といった大量生産現場にとってはほぼ必須の機能です。これらのセンサは、従来型システムで問題となる通常の照明条件や振動の影響を受けにくく、工場内の状況が複雑になっても誤作動を約80％削減できます。非接触で動作するため、従来方式が故障し始めるような状況でも安定した性能を維持します。これにより、生産の中断が減少し、最大生産期間中の全体的なシステム信頼性が向上します。

偏光リフレクタ式フォトセンサによるサブミリメートル級の位置決め

半導体ウエハの配置や微小部品の組み立てといった非常に精密な作業において、偏光リフレクティブ近接電眼センサは約0.5ミリメートルの精度で物体を検出できます。これらのセンサには、金属表面の眩しい反射を遮断する特殊フィルターが搭載されており、接触せずに安定して物体を検出することが可能です。このようなセンサを備えたロボットアームは、壊れやすい部品を繰り返し極めて高い再現性で配置でき、これは従来の機械式スイッチでは実現できないことです。この技術を導入している工場では、製品の破損が減少し、保守コストが約35～40％削減されたとの報告があります。1ミリメートルのわずかな誤差が重要な生産現場において、大きな違いをもたらしています。

スマート連携：IO-Linkと予知保全の動向

予知保全向けに普及が進むIO-Link電眼センサ

IO-Link技術により、従来のフォトセンサーがスマートエッジデバイスに変化します。この技術により、リアルタイムの診断情報を送受信できるようになるためです。レンズが汚れたタイミング、長期間にわたる温度変化の程度、信号品質がノイズに対してどのようになっているかといった情報を確認できます。メンテナンス担当者は、問題が深刻になる前に修復作業を行うことができるのです。何かが故障するまで待つのではなく、作業員は厄介なレンズを清掃したり、装置がまだ正常に稼働しているうちに設定を調整したりできます。ボトリング施設では、このアプローチによって顕著な成果が得られており、昨年の『Automation World』によると、予期せぬ停止が約45％削減されています。光学部品への粉塵付着を一例として挙げてみましょう。センサーは、精度の低下が人間の目で確認できるよりもはるか前に、こうした微細な粒子の蓄積を検出できます。高速なソーティングシステムは正確な検出に大きく依存しているため、メーカー各社はIO-Linkの統合を設計チェックリストにおける必須項目としています。これにより、機械の寿命が延び、長期的にコストを節約でき、操業の中断リスクも低減されます。