検出器関係

【限定反射形光電センサって何?】仕組みとその特徴について解説

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光電センサには数多くの種類がありますが、その中に「限定反射型」と呼ばれる光電センサが存在します。

カタログスペックを見る限り「拡散反射形」と似ていますが、いまいち何が違うのかが分かりにくいのではないでしょうか。

この記事では「限定反射形」の光電センサとは一体どのようなセンサなのか?仕組みを理解して仕事に活かして頂けるよう解説していきたいと思います。

なべ
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「限定反射形」のセンサの特性を理解して使い分けましょう

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限定反射形光電センサの仕組み

限定反射形光電センサの概要

限定反射形光電センサは、1つのセンサ本体の中に投光素子と受光素子が内蔵されており、投光素子から飛ばした光が検出体に当たって返ってきた光を受光素子が受け取ることで検出体の有無を判断しています。この構成は拡散反射形光電センサと同じですね。

機種にもよりますが、外観は普通の光電センサとあまり変わりありません。

引用先:パナソニック デバイス SUNX(限定反射形ビームセンサ EX-40)

拡散反射形との違いは検出する範囲です。

限定反射形光電センサは「限定反射」というだけあって、投光素子から飛ばして跳ね返ってきた(反射してきた)光を限定して受光素子が拾うことで、限られた範囲だけを検出するような仕組みになっています。

限定反射形光電センサの構造

引用先:オムロン(限定反射形光電センサ 検出原理)

限定反射形光電センサは上図のような構造をしています。

投光素子と受光素子は水平ラインに対して同じ角度θ°傾けて配置されています。このように配置することで、投光レンズの直線軸と受光レンズの直線軸が交わる限られた範囲での検出体だけを検出するようになります。

各直線軸が交わる範囲以外に検出体があったとしても、跳ね返った光が受光素子の方まで届かない為、検出することが出来ません。

その為、上図の検出体(A)は各直線軸が交差する範囲にある為検出出来ますが、検出体(B)は検出することが出来ません。

限定反射形光電センサはこの投光レンズと受光レンズの傾きを調整することで、距離設定の調整を行うことができます。

これが限定反射形光電センサの構造になります。

拡散反射形光電センサとの違い

引用先:オムロン 拡散反射形光電センサ(検出原理と特徴)

拡散反射形光電センサは限定反射形光電センサと違い、受光素子と投光素子に一定の角度がついた構造にはなっていません。なので、検出体から反射して拡散してきた光が受光素子に入った時点で「物体を検出」したという状態になります。

これは拡散反射形光電センサが、下図のように「拡散反射」した光を検出する構造となっているからです。

引用先:オーシャンフォトニクス株式会社(正反射とは?拡散反射とは?)

一方、限定反射形光電センサでは「正反射」した光を限定して検出しています。

引用先:オーシャンフォトニクス株式会社(正反射とは?拡散反射とは?)

これが拡散反射形と限定反射形の大きな違いになります。

限定反射形光電センサの特徴

限定反射形光電センサの特徴について、拡散反射形と比較しながら解説します。

背景の影響を受けにくい

限定反射形の光電センサは距離を限定して物体を検出する構造である為、背景にある物体の影響を受けにくくなります。

拡散反射形の光電センサでは検出したい物体以外のものが背景にあると、それに跳ね返った光を受光して誤検出してしまうときがありますが、限定反射形の光電センサはそのような事象が起きにくく、安定した検出が可能になります。

検出体の色による影響が少ない

拡散反射形の光電センサでは、検出体の色や光沢によって検出距離がかなり左右されます。色が黒いと検出距離が短くなりますし、光沢の有る無しで距離が不安定になったりします。飛ばした光の拡散具合が物体の色や光沢によって変化するからです。

限定反射形の光電センサでは正反射した光を限定して検出する方式なので、物体表面の色や光沢に左右されにくく、安定した検出が可能になります。

応差距離が短い

引用先:オムロン 応差の距離(光電センサ用語解説)

物体をセンサに近づけて「ON」の状態になった後、物体を離してセンサが「OFF」になるこの動作距離と復帰距離の差を「応差距離」と言います。

限定反射形光電センサは拡散反射形と比較して応差距離が短くなります。

つまり、物体を検出できる距離の精度が高いと言い換えることもできますね。

ただしこの応差距離が短いと、この付近で検出体が光電センサに近づいたり遠ざかったりすることで、ON/OFFを繰り返してしまうような現象が発生します。

この点については拡散反射形と限定反射形とでは向き不向きが有りますので、状況に応じて使い分ける必要があります。

検出距離が短い

限定反射形光電センサの検出距離は拡散反射形と比較してかなり短くなります。機種にもよりますが、拡散反射形ものと比較して大体半分か、それ以下の検出距離です。

※拡散反射形は検出距離500㎜〜1mに対して限定反射形は20㎜から200㎜程度

この点についても特性と状況を勘案して光電センサの選定が必要です。

限定反射形光電センサの主な用途

背景に物体がある中での安定検出

拡散反射形の場合だと、検出したい物体の背景に光沢があったり動く物があったりすると、それに影響されて安定した検出を行うのが難しくなります。

限定反射形を使用して検出したい物体の距離を正確に調整してやることで、背景の影響を最小限に抑えることができます。

物体の高さ検出

物体の高さや液面レベルなど、超音波センサのような高さを測定できるセンサも有効ですが、距離設定形光電センサでも検出することができます。

距離設定形光電センサは、設定した距離で安定的に検出出来ることと応差距離が短いので、物体の高さ検出を精度よく行うことが出来ます。

ただし、応差距離が短いということは〇〇㎜以上〜〇〇㎜未満といった範囲を持たせた制御(排水ポンプの制御等)には向かないかもしれません。この場合はセンサを複数設置するか、超音波センサのような応差距離を設定できるセンサの方が使いやすいかもしれません。

連続して流れてくる物体の検出

限定反射形光電センサは、コンベア等で連続して流れてくる製品が密着していても、1つずつ検出することができます。限定された検出範囲と短い応差距離という特性により、製品と製品のわずかな隙間や凹凸を検出して、ON/OFFが出来るからです。

ただし、箱のように凹凸がない製品が密着していると、上手く検出出来ない場合があります。その場合は製品通しに僅かでも隙間を空けるか、色識別センサのような別のアプリケーションを選定することも視野に入れる必要があります。

動く機械に取り付けての検出

距離設定形光電センサを取り付けて機械本体が自ら動いて物体を検出しにいくといった使い方でも、検出距離を正確に調整することで応用が可能になります。

繰り返し精度の高い機種を選定すれば、動く機械の位置決め制御にも使うことができます。

まとめ

以上、限定反射形光電センサについて仕組みと特徴についてお伝えしました。

限定反射形光電センサと拡散反射形光電センサは一見すると違いが分かりにくいですが、仕組みと構造から考えると似て非なるものだということが理解出来るかと思います。

光電センサには様々な種類があるので、特性を理解してシーンに応じたベストな使い分けをしていきましょう。

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なべ
なべ
エンジニア
設備保全一筋20年の保全マン。
専門は電気であるが、機械関係の仕事にも携わっている。
6年前から営業職兼務になり、営業から設計・製作・工事・回収までを1人でこなすハードな毎日を送っている。
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