目指せ!超・雑記ブログ

備忘録的なブログ。考えたこと、経験したこと等を書いています。

光電センサとレーザーセンサについて調べてみました

はじめに

光電センサ、レーザーセンサについて頭の整理を兼ねてまとめます。
f:id:r-w:20170301124215j:plain:w200

光学式センサについて

1. 光電センサ関係

1.1. 光電センサ
投光部から出た光が検出物体で遮られたり、反射されたりするのを受光部で受けることで検出するセンサで、受光量の変化を電気信号に変換して出力します。

投光する光の色を使い分けることで、検出物体の有無だけでなく簡易的な色の判別も可能です。例えば、青色物体の検出に青色光を使用すれば、それ以外の色のものが来た場合には受光量が大きく減少します。

また、光りの波長は赤>緑>青の順番ですが、波長が短いと空気中での減衰率が大きくなるため、赤色に比較して緑色、青色の光は検出距離に対して敏感に出力値が変わります。これよりわずかな距離の検出には緑色、青色光が有利です。

光は波長が長い方が遠くまで届きますが、光電センサでも波長の長い赤外光のものもあります。赤外光であれば長距離検出が可能で、10m以上の検出距離のものもあります。

光電センサには3色光(赤、緑青色)もあり、これを使用することで微妙な色の差を判別することができます。

光電センサは検出方法により透過型、回帰反射型、拡散反射型があり、用途によって使い分けます。
透過型は投光部と受光部が分かれており、投光部で発した光を対面して設置した受光部で受け、検出物体により光が遮られることで受光量が減少することで検出を行います。
回帰反射型は反射板(ミラー)に光を反射させ、投受光部で受光量の変化を検出します。透過型では投光部および受光部のそれぞれで配線が必要ですが、回帰反射型では投受光部が一体のため、配線工数が減ります。
拡散反射型は、検出物体で反射された光を投受光部で受けることで受光量の変化から検出を行います。透過型に比べて検出距離は短いですが、透明体の検出や、簡易的な色検出も可能です。

1.2. ファイバセンサ
光電センサの光を光ファイバケーブルにより投受光し、ファイバケーブルの柔軟性により狭い場所などでの検出を可能にした光電センサです。

ファイバアンプ別体で検出部には電気回路がないため、耐環境性に優れ、温度、湿度、振動、水、電気ノイズの影響を受けにくくなっています。繰返しの屈曲には弱いですが、耐屈曲光ファイバケーブルもあります。

ファイバの先端は、通過位置のばらつく検出体などの用途でエリアビームタイプや、接液で使用する液面レベル検出タイプ、真空中で使用できる耐真空タイプなどもあります。

1.3. フォトセンサ
コの字型をしたアンプ一体型の小型の光電センサです。普通の光電センサと同様に検出物体の通過検出を行う用途で使用しますが、直接物体の検出を行うのではなく、軸やレール上に取り付けられた「ドグ」と呼ばれる金属板を用いて検出を行います。

検出距離は形状により異なりますが、5mm以下が標準となっており、装置内への組み込みが前提となった仕様となっています。

2. レーザーセンサ

投光部からレーザーを投光し、受光部で検出します。光電センサのような受光量の変化ではなく、受光素子(CMOS)上の受光位置や、光が返ってくる時間により検出物体の位置を検出します。これにより検出物体の表面上体に影響を受けにくい、安定した検出が可能です。

検出方法には透過型と反射型があり、光線自体が小スポットであるので隙間からの物体検出や位置決め検出用途で使用します。なお、光線とと直角方向での検出繰返し精度は0.5mm以下です。

レーザー変位計(距離計)と呼ばれるセンサの分類もあり、こちらは距離、厚み、幅の計測に使用します。レーザー変位センサの繰返し精度は0.002mm以下のものもあります。ただし、光電センサ、レーザーセンサのような光学センサでは、検出物体に付着したホコリや水などによる影響(誤検出)には比較的弱い(超音波や渦電流等と比較して)ということには注意が必要です。

レーザーセンサには幅と高さ方向を検出できる2次元レーザーセンサもあり、こちらを使用すればコンベア上など動かした検出物体を連続スキャンすることで、3次元測定が可能になります。

さいごに

光学式センサ、レーザーセンサについて整理してみました。勉強のご参考になれば幸いです。