多用途超音波センサー: 産業オートメーションにおける出力オプションとアプリケーション

多用途超音波センサー: 産業オートメーションにおける出力オプションとアプリケーション

超音波センサーは、非接触の位置決めや距離測定の用途で優れた性能を発揮します。色や形状の影響を受けず、測定対象の材質によって制限されません。そのため、産業オートメーションのシナリオで広く使用されています。

超音波センサーの動作原理

超音波センサーは、音波の特性を利用して、物体の状態と距離を測定するための非接触で正確な検出ソリューションを提供します。センサーは、高周波の機械音波を放射し、物体から反射された音波を受信することで機能します。放射された音波と受信された音波の間の時間またはエネルギーを計算することで、対象物体の正確な距離または状態を判断します。

超音波センサーは、通常の近接スイッチや光電センサーとは異なります。誘導型や静電容量型の近接スイッチに比べて検出範囲が長く、光電センサーに比べて厳しい環境でも動作し、対象物の色や空気中のほこりやミストなどの影響を受けません。超音波センサーは、液体、透明物質、反射物質、粒子状物質など、さまざまな物体の状態を検出するのに適しています。

1. スイッチ出力、NO/NC設定

センサーはデフォルトでNOに設定されています。設定によりNCに切り替えることができます。A2 ポイントは近くにあり、A1 ポイントは NC の距離にあります。

3. デジタル出力：RS485

センサーは工場出荷時にデフォルトで Modbus プロトコルに設定されています。顧客の要件に応じてカスタムプロトコルを構成できます。

2. アナログ出力、アップ/ダウンモード設定

センサーのアナログ電圧出力タイプは、それぞれ工場出荷時設定の最小検出距離値と最大検出距離値に設定されています。

センサーのアナログ電流出力タイプは、それぞれ 4mA と 20mA に対応する最小検出距離値と最大検出距離値に設定されています。

アナログ電圧出力タイプ、アナログ電流出力タイプともに、A2ポイントを近くに設定することで下降モードに切り替えることができます。

4. 近接スイッチモード

センサーは独立したスイッチポイント A2 を設定します。ターゲットが対応する A2 スイッチポイント距離内を通過すると、異なる出力がアクティブになります。スイッチポイントは検出範囲内で任意に設定できます。

この動作モードは、コンベアベルト上のカウントや存在検出などのアプリケーションに適しています。

5. ウィンドウモード（インターバルモード）

ウィンドウモードでは、センサーは 2 つのスイッチポイント (A1 と A2) を設定できます。各出力は A1 から A2 の間隔内でのみアクティブになります。これらの 2 つのスイッチポイントは、検出範囲内で任意に設定できます。

この動作モードは、不良率の検出などのアプリケーションに適しています。たとえば、木箱内のボトルが高さの基準を満たしているかどうかをチェックし、高すぎる製品や低すぎる製品を検出するために使用できます。

Retro-Reflective Mode of Ultrasonic Sensors

6. 反射モード

反射モードは、基本的に、設定されたウィンドウ内に固定反射板が配置される特殊なウィンドウモードです。対象物体が反射板を完全に遮っている限り、センサーは信号を発します。

この動作モードは、光電式反射センサーに似ています。超音波センサーには専用の反射器は必要ありません。対象が音波を吸収するか方向転換するかに関係なく、任意の反射物体を使用できます。このモードは、フォームやその他の吸音材の検出に使用できます。

Dual-Switch Mode (Hysteresis Mode) of Ultrasonic Sensors

7. デュアルスイッチモード（ヒステリシスモード）

センサーは検出範囲内にポイント A1 と A2 を設定します。ターゲットがポイント A1 または A2 に到達すると、出力が切り替わります。ターゲットが A1 (A2) から A2 (A1) に移動すると、センサーは現在のスイッチ状態を維持します。ターゲットがポイント A2 (A1) を通過したときのみ、出力は元の状態に戻ります。

この動作モードは、液体レベルと材料レベルの自動制御に使用されます。

Analog Output Mode of Ultrasonic Sensors

8. アナログ出力モード

センサーは有効検出範囲内で、ポイント A1 と A2 を任意に設定できます。ポイント A1 と A2 間の距離値は、電圧 (0-10V) または電流 (4-20mA) 信号として比例して出力されます。

対象物までの距離情報はアナログ信号として直線的にリアルタイムに出力されます。A1点とA2点の位置に応じて、センサーは上昇モードと下降モードを切り替えることができます。

この動作モードは、PLC や周波数変換器などのさまざまなリアルタイム制御アプリケーションに適しています。

Digital Output Mode of Ultrasonic Sensors

9. デジタル出力モード（IO-LINK、RS232、RS485、TTL、CANなど）

センサー信号は、システムアーキテクチャのさまざまなレベルでリアルタイムに通信できます。測定された距離値は、シリアルデータビットの形式でコントローラーに送信されます。

この動作モードは、開発されたさまざまなシステムに適しています。

10. 超音波シングルシートおよびダブルシート検出センサー

超音波による単層および複層シート検出は、透過ビーム構成を使用して動作し、さまざまなシート数を通過する音波のエネルギーを評価して層の数を決定します。この方法は、紙、フィルム、プラスチックシート、金属箔などの材料の単層または複層シートを検出するために使用されます。

超音波センサーの用途

超音波センサーは、非接触の位置決めや距離測定の用途で優れた性能を発揮します。色や形状の影響を受けず、測定対象の材質によって制限されません。そのため、産業オートメーションのシナリオで広く使用されています。

🔸産業分野：液面検出、物体検出、距離測定、包装、ボトル製造、材料取り扱い検査装置、プラスチック加工などの用途に使用されます。

🔸自動車産業：後退レーダー、自動駐車、障害物検知などに使用され、運転の安全性と利便性を高めます。

🔸バイオメディカル：医療分野では、超音波センサーは超音波検査（B超音波）などの画像撮影や診断に使用されます。

超音波センサーの幅広い用途

🔸液体検出: 超音波センサーは、純水、各種油、各種溶剤など、ほぼすべての種類の液体を検出できるため、その高い応用性を発揮します。

🔸インクと染料の検出: これらのセンサーは、さまざまな色のインクや染料を効果的に検出し、印刷や包装などの業界で正確な制御を保証します。

🔸透明および反射性の材料の検出:

1. 透明材料: 超音波センサーは、ガラス瓶、ガラス板、透明 PP (ポリプロピレン)、PE (ポリエチレン)、PET (ポリエチレンテレフタレート) フィルムなど、さまざまな透明材料を検出でき、透明物体の検出において優れた性能を発揮します。

2. 反射材: 金箔や銀箔などの反射材も検出できるため、反射率の高い環境でも正確な動作が保証されます。

🔸繊維織物検出: 超音波センサーは、暗い色でも明るい色でも、さまざまな色の繊維生地を簡単に検出できるため、繊維および衣料業界で非常に応用可能です。

🔸自動レベル制御:

1. 穀物などの固形物: 超音波センサーを使用して穀物などの固形物のレベルを検出し、自動制御と監視を実現し、保管管理の効率を向上させます。

2. 粉末レベル：石炭、おがくず、セメントなどの粉末材料の自動レベル制御にも適しており、生産プロセスの安定性と安全性を確保します。

超音波センサーのハイライト

バルク材料充填レベルの監視

レベル超音波センサー、超音波センサーは、産業オートメーション、倉庫管理、物流などの分野で広く使用されています。たとえば、倉庫業界では、超音波センサーを使用して倉庫内の材料レベルの高さを監視し、材料をタイムリーに補充したり、保管戦略を調整したりすることができます。

ロール直径の監視

🔸基本原則

超音波センサーは、超音波パルスを発射し、反射信号を受信することで、対象物までの距離や大きさを計算します。ロール径検出では、超音波センサーをロールの側面または上方に取り付け、ロールシャフトの中心に合わせます。パルスがロールに当たって反射すると、センサーはエコー時間と音速に基づいてロール表面までの距離を計算します。複数のポイントからの測定値とロールの幾何学的特性を組み合わせることで、直径を判定できます。

🔸利点

1. 非接触測定： 超音波センサーはロール表面に接触しないため、接触による摩耗や汚染の問題を回避できます。

2. 高精度： 音の伝播時間と速度を正確に測定することで、高精度なロール径測定を実現します。

3. 強力な耐干渉機能： 超音波センサーは光、電磁波、ほこりなどの外部要因の影響を受けにくく、複雑な環境でも安定して動作します。

4. リアルタイム機能: 超音波センサーはロール直径データをリアルタイムで測定して出力できるため、オペレーターによるタイムリーな監視と処理が容易になります。

🔸申請手順

1. センサーをインストールします。 超音波センサーをロール機に取り付け、ロールの中心を向くようにします。また、センサーが対象面に対して垂直であり、距離がセンサーの感知範囲内であることを確認します。

2. キャリブレーションと構成: 実際のニーズに応じて超音波センサーを校正および構成します。これには、センサーの測定範囲、トリガーモード、出力信号の設定、ロールの材質と環境条件に基づいた調整が含まれます。

3. データ収集: センサーを起動して、ロール直径データの収集を開始します。センサーは継続的に超音波パルスを発信し、反射信号を受信し、測定結果をデジタル出力に変換します。

4. データ処理: コンピュータまたはヒューマンマシンインターフェースを介して超音波センサーからのデジタル出力を監視し、それをロール直径にマッピングします。線形スケーリングまたはその他のアルゴリズムを使用して、現在のリアルタイムのロール直径を計算します。

5. 監視と警報: 必要に応じて、監視システムとアラーム機構を設定します。ロールの直径が事前に設定されたしきい値に達すると、システムはアラームを発し、オペレーターにロールを速やかに交換または処理するよう警告します。

要求の厳しいアプリケーション向けの高性能コンパクト超音波センサー

さまざまなサイズ、検出範囲、出力モードの超音波センサーは、アプリケーションに合わせて高い柔軟性を提供します。

🔸CSB12シリーズ

🔸CSCシリーズ

モデル	CSB12-120	CSB12-200	CSB18-300	CSB18-500	CSB18-1000	CSC18-1000	CSC30-2500
検出範囲	20～120ミリメートル	20～200ミリメートル	30～300ミリメートル	50 - 500ミリメートル	60 - 1000ミリメートル	60 - 1000ミリメートル	150 - 2500ミリメートル
ブラインドゾーン	0～20mm	0～20mm	0～30mm	0～50mm	0～60mm	0～60mm	0～150mm
スイッチング周波数	55 Hz	45 Hz	45 Hz	31 Hz	19 Hz	—
応答時間	18ミリ秒	22ミリ秒	22ミリ秒	32ミリ秒	52ミリ秒	120ミリ秒	160ミリ秒
ヒステリシス	1ミリメートル		2mm			—
接続タイプ	M12（4ピン）		M12（5ピン）			M12（5ピン）

モデル	CSB30-2000	CSB30-4000	CSB30-6000	CSR30-2000	CSR30-3000
検出範囲	100 - 2000ミリメートル	200 - 4000ミリメートル	350 - 6000ミリメートル	100 - 2000ミリメートル	150 - 3000ミリメートル
ブラインドゾーン	0～100mm	0～200mm	0～350mm	0～100mm	0～150mm
スイッチング周波数	10Hz	5Hz	4 Hz	10Hz	9 Hz
応答時間	82ミリ秒	162ミリ秒	232ミリ秒	82ミリ秒	102 ミリ秒
ヒステリシス	±2mm	±4mm	±5mm	±2mm	±3mm
接続タイプ	M12（5ピン）			M12（5ピン）

モデル	CSDBシリーズ	モデル	CSDA12-40	CSDA18-60	CSDA30-100
溝の深さ	68ミリメートル	検出範囲	20～40ミリ	20～60ミリメートル	20～100ミリメートル
スロット幅	5ミリメートル	ブラインドゾーン	前方5mm	前方7mm	前方7mm
接続タイプ	M8（4ピン）	接続タイプ	2 m、PVP ケーブル、0.14 mm²

超音波センサーの不安定なシナリオ

超音波センサーの安定した効果的な動作を確保するには、テスト前に次の状況を考慮してください。

🔸対象物の表面温度が100℃以上です。

🔸検出環境の風速は 60 km/h を超えています。

🔸使用環境は高度3000メートルを超える場所です。

🔸圧力が 1.2 標準気圧を超える密閉環境。

🔸動作環境は-20°C以下または70°C以上です。

🔸非反射モードでは、フェルト、ウール、綿、スポンジフォームなど、吸音性の高い素材を検出します。

🔸音波は真空中では伝播しません。超音波センサーは真空環境では機能しません。

🔸その他の未知の物質や不確実な使用シナリオを検出します。

そのため、DADISICK の超音波センサーでは、シリーズ全体にわたって温度ドリフト補正回路などのさまざまな影響要因を考慮して、回路内で可能な限り多くの補正を行っています。