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レーザ変位センサ

直進性の高いレーザー光を用いた反射型・透過型のレーザ変位センサ。高精度な位置決めや品種判別など、多彩なアプリケーションへの対応力と使いやすさを追求しました。ワークの位置ズレを画像から自動補正して高精度に多点を同時検出できる、まったく新しいカメラ内蔵レーザ変位センサもラインナップ。

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レーザ変位センサ

商品ラインナップ

生産終了品

反射型変位センサ

  • カメラ内蔵レーザ変位センサ
    IX シリーズ

    カメラ内蔵レーザ変位センサ IXシリーズは、エリア内であればどこであっても高さを判別することができます。カメラがワークを認識し、エリア内にあるワークを追いかけて検出します。そのため位置決めをする必要がなく、目的のポイントの高さをレーザーで判別することができます。ワークの傾きや個体差などでレーザーが当たる高さが変わっても、基準に対する高さの差を1台で判別することが可能です。たとえば、部品の組付ラインでは、有無判別だけでなく、部品浮きなど高さ判別を活用した検査を1台で実現することができます。また、金属部品などの光沢によるハレーションや検出したいポイントと背景が同色である場合でも、高さで判別するため誤検出やエラーが起こりません。それにより、インラインで安定した自動判別を可能とします。

    指定したポイントの高さ・段差が1台で測れる

    IXシリーズは、センサヘッドに内蔵されたカメラが対象を画像で認識し、指定した複数ポイントの高さや段差を測定します。画像で自動的に位置を補正しながら測定するため、従来のレーザセンサでは難しかった場所でも安定検出が可能です。

    カメラが捉えて追いかける 画像で位置を補正 レーザが動いて高さを測る 指定点の高さ・段差を測る

    位置や向きがズレても追いかけて検出

    ワークの位置や向きがズレても、カメラがワークの輪郭を検出し補正することで、常に狙った箇所の判別が可能です。センサの位置決めも簡単になります。

    ボルトの高さ判別
    IX シリーズ - カメラ内蔵レーザ変位センサ
  • CMOSレーザアプリセンサ
    IL シリーズ

    CMOSレーザアプリセンサ ILシリーズは、クラス最高の判別能力・安定性を低コストで実現する反射型レーザー変位センサです。検出するワークの種類や表面状態に合わせてチューニングをすることなく安定検出が可能なため、ラインへの導入・立ち上げ・段取り替え・品種替えが簡単に実現します。広いダイナミックレンジと耐環境性を兼ね備えた、高精度からロングレンジ（～3.5m）まで幅広いセンサヘッドをラインナップし、さまざまなアプリケーションを実現することができます。繰り返し精度1μｍ～のスペックで、これまでの有無センサでは安定検出できなかった精度の高い公差設定に対応することができます。

    どんな素材でも誤検知なく測定。最高の安定性を、誰でも簡単に。

    超解像アルゴリズムを搭載し、金属ヘアラインや樹脂・ゴムなど、従来検出が難しかったワークでも、チューニングレスで安定検出を実現。

    詳しくは、カタログ（PDF）をダウンロードしてご覧ください。

    20mm～3.5mまで アプリケーションに応じて9つのヘッドをラインナップ

    高精度からロングレンジまで、あらゆるシーンに対応。高温・悪環境下においても、最長3.5m距離を離せるので、安定検出を実現。

    詳しくは、カタログ（PDF）をダウンロードしてご覧ください。
    IL シリーズ - CMOSレーザアプリセンサ
  • CMOS レーザアナログセンサ
    IA シリーズ

    コストパフォーマンスに優れたインライン 汎用レーザアナログセンサ

    IA シリーズ - CMOS レーザアナログセンサ

生産終了品

透過型変位センサ

  • CCD透過型デジタルレーザセンサ
    IG シリーズ

    CCD透過型デジタルレーザセンサ IGシリーズは、対象物の透過量の影響を受けない高精度な判別を実現します。受光素子にL-CCD（Line-Charge Coupled Device）を採用。受光量ではなく、透過されるレーザー光のエッジをとらえることにより、繰り返し精度5μｍ・直線性±0.1％の高精度かつ安定した判別を可能としました。それにより、透明ガラスのエッジ検出・位置決めやワーク外径の高精度判別、シートのエッジを検出しながらのフィードバック制御への活用、ロールギャップの測定など、さまざまなアプリケーションを実現します。また、本体にポジショニングモニタを備えているため、ラインの立ち上げや段取り替え時のレーザーの光軸合わせがスムーズです。

    ポジションモニタの搭載による抜群の使い勝手

    受光素子にはL-CCDを採用しています。位置でワークを認識しますので、周囲環境の影響を受けづらく、安定した検出を行うことができます。
    ※L-CCD：Line-Charge Coupled Device

    詳しくは、カタログ（PDF）をダウンロードしてご覧ください。

    レーザ光の多波長化によって高い安定性と測定精度を実現

    通常のレーザは投光スポットが右の図のように斑点状の模様のようになっています。これはレーザ特有の干渉による現象であり、レーザが単一波長であることが原因です。IGはレーザ光の多波長化によってこの問題を解決。CCDに写る影がより明確になりましたので、透明体などの難易度の高いワークでも高い安定性を実現します。

    詳しくは、カタログ（PDF）をダウンロードしてご覧ください。
    単一波長レーザ光（従来レーザセンサ） 斑点状の模様が発生
    多波長レーザ光（IG）複数の波長が重なることによって、平均化されます。
    IG シリーズ - CCD透過型デジタルレーザセンサ
  • 透過型レーザ判別センサ
    IB シリーズ

    透過型レーザ判別センサ IBシリーズは、受光量を高精度に判別することにより、多彩なアプリケーションをリーズナブルに実現します。受光素子にPD（Photo Diode）を採用。受光量の変化を高精度に判別することにより、対象物の影響を受けることなく、さまざまなアプリケーションへの活用を可能としました。たとえば、液晶ガラスの有無や液体濁度の検知、フィルムの異品種判別、チップの傾き判別、キャップの浮き検知など、光電センサでは不可能だったアプリケーションを低コストで実現することができます。また、小型なヘッドにアライメントLEDを備え、レーザー光軸を簡単に合わせることができます。

    多波長レーザー光+高感度PDで、確実な判別を実現

    通常のレーザは単一波長のため、干渉によって斑点状の模様になっています。
    IBシリーズはレーザ光の多波長化によってこの問題を解決。難易度の高いワークでも高い安定性を実現します。
    また、受光部には高感度PDを搭載することでデータを高速処理し、ノイズ成分を極限まで低減しています。

    詳しくは、カタログ（PDF）をダウンロードしてご覧ください。
    単一波長レーザ光（従来レーザセンサ） 斑点状の模様が発生
    多波長レーザ光（IB） 複数の波長が重なることによって、平均化されます。

    アライメントLEDによる、簡単設置

    レーザの光軸が合うにつれてレーザ投光警告灯の点滅周期が速くなります。
    アンプユニットを見なくても、簡単に最適な設置が可能です。

    詳しくは、カタログ（PDF）をダウンロードしてご覧ください。
    光軸が合ってないと消灯状態
    光軸が合ってくると点滅周期が高速に
    光軸が合うと高速点滅
    IB シリーズ - 透過型レーザ判別センサ

生産終了品

レーザー変位センサとは、センサヘッドから発光したレーザー光をもとに、対象物の位置や高さ、厚み、外径、振れなどを非接触で検知できるセンサのことです。製造工程の自動化において、ワークの位置決めや各種の判別・検知などに多く用いられます。レーザー光の受け取り方によって、反射型や透過型といった種類があります。
反射型のレーザー変位センサは、センサヘッドからポイントレーザー光を対象物に当て、内蔵の受光素子で反射光を受けることで、反射光の変化から対象物の位置や高さなどを非接触で検知します。透過型のレーザー変位センサは、発光側と受光側のヘッドで帯状のレーザー光を構成し、そこを通過する対象物がレーザー光を遮ることで透過量の変化を捉えて、非接触で検知します。

レーザ変位センサの種類と原理

レーザー変位センサは大きく分けると反射型と透過型といった種類があり、それぞれでレーザーを受光する仕組みや検出の原理が異なります。

反射型のレーザー変位センサ：
1台のセンサヘッドでレーザー光を対象物に当て、反射した光を内蔵の受光素子で受けることによって、反射光の変化から対象物の位置や高さを検知することができます。この原理は、光の動線が三角形になることから三角測距法または三角測定法と呼ばれます。

透過型のレーザー変位センサ：
発光側と受光側のヘッドで帯状のレーザー光を平行照射し、そこを通過する対象物のエッジや隙間、内径・外径をレーザー光の透過量の変化により非接触で検知します。帯状に平行照射するレーザーの幅はさまざまで、アプリケーションによって使い分けることができます。
また、ワークの形状や用途よっては、複数のセンサヘッドを配置することで、さまざまなアプリケーションに対応することができます。ワークの位置判別・位置決めを目的にレーザー変位センサを導入している工程では、位置決めセンサとも呼ばれます。

なお、キーエンスでは、カメラを搭載した新しいタイプのレーザー変位センサもラインナップしています。
カメラでワークの特徴から向きを判別して、ワークの位置ズレを画像上で補正。高性能なMEMSミラーと受光素子を搭載し、レーザーの照射角度を変更しながら指定したエリアをスキャンして高さ情報を取得します。画像の特徴から常にワークの同じ箇所で基準高さを検出することができるため、ライン上のワーク位置ズレや傾きの影響を受けることなく、たった1台で複数箇所のポイント高さを安定して検知します。
たとえば、組み付けた部品やボルトの場合、有無判別だけではなく、浮き（高さ）も同時に検知することができるため、省スペースで合理的なインライン検査が実現します。

レーザ変位センサのメリット1：対象物を選ばない汎用性、設置の自由度

レーザー変位センサは、非接触のため対象物の材質を選ばず、さまざまなワークの検出・判別に対応することができます。設置の自由度が高く、多様なワーク形状・サイズに対して位置決めや高さ、外径、内径の判別など、さまざまなアプリケーションに対応することができます。

ワークの表面状態の影響を受けにくく、さまざまなワークに使用することができます。また、設置の自由度が高いことも大きなメリットです。レーザー光の直進性が高いため、検出距離を気にすることなく、柔軟に設置が可能です。また、レーザー光が拡がらないため、光の回り込みを抑えながら、狭い隙間も狙うことができます。耐環境設計のセンサヘッドであれば高温環境での使用にも耐え、ハイパワータイプの透過型レーザー変位センサであれば、多少ホコリがある環境でも誤検知を避けることができます。

レーザ変位センサのメリット2：連続的な非接触測定で、ワークやタクトに影響しない

レーザー変位センサを使った位置判別では、対象物を停止させることなく連続的に検出することができます。生産ラインのタクトタイムに影響することなく、また、非接触で検出するためワークの表面を傷つけたり破損させてしまうこともありません。

レーザー変位センサは、画像センサのようにシャッターを切る必要がないため、動いている状態のワークのエッジを検出したり、それを連続的に行うことが可能です。透過型であれば、連続的に押出し成形された棒状のワークの外径やロール装置上のシートやフィルムのエッジを全長にわたって検出し続けることも可能です。他にも振れの検出などさまざまなアプリケーションが実現できます。反射型も透過型も非接触であるため、柔らかい材質のワークも形状に影響せずに検知可能です。また、傷がつきやすいデリケートなワークに対しても有効です。

レーザ変位センサのメリット3：可視レーザー光で、極小箇所でも設置・検出可能

レーザー変位センサは、ミクロンオーダーの極小スポットに対応するセンサヘッドもあるため、小さなワークの小さな箇所でも検出可能です。検出位置を合わせる際も、赤色レーザータイプであればスポットを見ながら簡単に設置が可能です。

レーザー変位センサは、接触式変位センサでは困難だった、小さなワークの極小箇所（例：IL-030 基準距離にて約200×750μm）の高精度検出に対応することができます。レーザー光はLEDに比べて直進性に優れているため、奥まった狭い箇所に対して、離れた場所から高精度に検出することが可能です。そのため、光電センサなどと比べると設置工数が大きく削減できます。また、赤色レーザー光であれば、検出したいスポットに光が当たっているか一目で確認することができます。

レーザ変位センサの業界別導入事例

自動車部品のボルト浮きとネジ高さ判別

自動車部品の浮きや高さ検査には、カメラ内蔵のレーザー変位センサの導入が有効です。カメラ内蔵レーザ変位センサ IXシリーズなら、234×176mmの視野範囲内なら16箇所まで同時に測定可能です。カメラが対象物を画像で認識し、指定した複数のポイントを追うことで、レーザーがそのポイントの高さや段差を検出することができます。従来は複数台のヘッドが必要だった検出もこれ1台で実現するため、設置スペースが最低限で済みます。また、ライン搬送中にワークが位置ズレしても、検出範囲内であれば、画像上で向きを自動補正することができるため、シビアな位置決めは不要です。

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フィルム搬送時のエッジ位置判別

フィルムなど薄い成形品のシワやたるみの原因として、搬送時のワーク蛇行が挙げられます。エッジ位置がズレたままワークを巻取りを続けると、ロールが均一に巻かれていないことで緩みが生じ、ワーク蛇行の原因となります。それにより、不良ロールが発生して、歩留まりが低下します。CCD透過型デジタルレーザセンサ IGシリーズは、搬送中のワークのエッジ位置を連続的かつ高精度に判別します。新開発の光学システムにより、薄膜や透明、メッシュ状のフィルム・シートでも、安定してエッジを判別してモニター可能です。また、判別したフィルムの搬送状態を装置にフィードバックすることにより、エッジ制御も実現できます。

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成形品の寸法・外径測定・判別

接触式測定器によるワークの傷や破損を回避する場合、画像センサでの非接触測定が考えられます。しかし、測定目的が、ワークの厚み・幅・高さ・反りなどに限定されている場合、画像センサは目的に対して導入コストが高く運用も煩雑化します。CMOSレーザアプリセンサ ILシリーズは、低コストながらも、ワークの色や材質の影響を受けないレーザー変位センサです。多点の変位を測定することで、ワークの形状や反りの検知や、押出し成形品の厚みや幅の測定が可能です。

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Q.
透過型レーザー変位センサの光軸が合っているかどうかは、どのようにして確認できますか？
A.
多くの場合、光軸合わせは距離が長くなるほど難易度が高くなります。また、振動の大きい設置場所では使用に伴って光軸がズレてしまうなどのトラブルが起こり得るため、定期的なチェックが必要です。そこで、キーエンスの透過型レーザ変位センサは、本体のLEDで光軸の状態を可視化することができます。CCD透過型デジタルレーザセンサ IGシリーズは、本体にポジションモニタを、透過型レーザ判別センサ IBシリーズは、本体にアライメントLEDを搭載し、レーザーの光軸の位置をわかりやすく表示します。それにより光軸の状態が一目でわかり、スムーズなセッティングや調整が可能です。
Q.
カメラ内蔵レーザー変位センサは、一度に複数のポイントレーザーを照射するのでしょうか？
A.
いいえ、カメラ内蔵レーザ変位センサ IXシリーズは、従来の複数台のヘッドで複数のレーザー光を同時に照射する場合とは異なる仕組みを持ちます。内蔵カメラ視野内の指定した複数のポイントをワークの真上に1台設置するだけで、複数箇所の高さに対するレーザー照射・受光を1台のヘッドで完結することができます。それを可能としたのが、新開発の「ドライブスキャンシステム」で、下記の手順で複数箇所の高さを検出します。
1.カメラで対象物の特徴から位置を確認し、レーザー照射位置を補正。
2.高精度MEMSミラーで指定した場所にレーザーを照射。
3.反射光をCMOS上に結像させて距離を算出。
これらの処理・制御を高速に行うことによって、ライン上にセンサヘッドを1台設置するだけで、複数箇所の高さを安定して高精度に検出することが可能です。基準面の高さも同時に検出するため、ワークの傾きや位置ズレの影響を受けません。
Q.
反射型レーザー変位センサは、離れた場所に設置してもワークを検出できますか？
A.
CMOSレーザアプリセンサ ILシリーズは、超ロングレンジタイプをラインナップしているため、ワーク表面から最大3500mm離して設置することができます。たとえば、ロール装置の隙間に装置との干渉を避けてシート高さを検出することができます。検出したデータを装置にフィードバックすることによって、シートなどのワーク搬送時のフープ制御も可能になります。また、高温状態の鋼板厚み、熱間鍛造加工品の寸法測定、高温製品をハンドリングするロボットの位置決めなど高温環境でのアプリケーションも実現することができます。

レーザー変位センサにはレーザーの受光方法によって主に反射型と透過型の種類があります。ここでは、それぞれの設置時のポイントについて解説します。

反射型レーザー変位センサ

点で対象物を検出する反射型は、1台または複数台を使ってさまざまなアプリケーションに活用することができます。必要な検出距離や精度、設置場所からセンサヘッドとその台数を選びます。代表的な使い方を紹介するとともに、検出原理として用いられている三角測距法の特徴などを加味したポイントを紹介します。

設置時

基本的には、照射したレーザーの反射を正しく受光できるよう、ワークの真上から垂直にレーザーを照射します。ヘッドの選び方や設置の工夫によっては傾けての設置も可能になります。傾きに強いヘッドを選定することも視野に入れましょう。詳細は、ページ下部で紹介している技術資料のうち、テクニック集「傾けて設置しても検出できるレーザ変位センサ」を参照ください。

ワークの材質や色の差

対象物の表面に材質や色が大きな差がある場合、測定誤差が生じやすくなることがあります。一般に、レーザー光の投光軸と対象物に反射した光の受光軸を結ぶ線が、対象物の境界線と平行になるように取り付けることで測定誤差を抑えることができます。
キーエンスの反射型レーザ変位センサ ILシリーズは、対象物の色や表面状態の変化に対して、自動的にレーザパワーやシャッター時間、受光ゲイン（増幅率）を可変させるため、チューニング不要で安定した検出が可能です。

ワークの溝などの凹部・狭窄部の検知

検知したい箇所の周囲の状況が深い凹部や溝状である場合、三角形を描くレーザーの投光軸・受光軸のいずれかが内壁に遮られると、検知できなくなります。検出ポイントの検討や検出距離が長いヘッドなど設置距離を取り、投光軸と受光軸の角度を小さくするなど、光路を遮らないように設置しましょう。
キーエンスでは、最大3500mmの検出距離に対応する超ロングレンジタイプのヘッドもラインナップしています。

透過型レーザー変位センサ

発光側と受光側で帯状のレーザー光軸を構成し、透過量で通過するワークを検出する透過型は、検出したい内容やワークのサイズ・形状などによってレーザー光の幅が決まります。設置時・使用時のポイントを下記に示します。

設置時

対象物を検知するためには、投光側と受光側の軸合わせが最も重要となります。周囲の機械の振動などによって光軸がズレないよう設置しましょう。また、エラーを避けるためには光軸の定期的なチェックも必要です。
設置や運用を考慮すると、できるだけ光軸の状態を確認しやすいレーザ変位センサを選定することも重要です。キーエンスの透過型レーザ変位センサであれば、本体のLEDで簡単に光軸の状態を確認することができます。設置・段取り替え時の光軸合わせをスムーズに行うことができます。

ワークとの位置関係

棒状や円柱状のワーク外径を検知するときなど、ワーク長さに対して帯状のレーザー光が垂直になるようセッティングしましょう。レーザーの帯の角度が狂っていると検知した外径に誤差が生じます。

センサとは.comは、レーザー変位センサを含む各種レーザーセンサはもちろん、ファイバーセンサ、光電センサ、画像判別センサなど現代のFAに欠かせない、9種類のセンサの原理や特徴、そして用途事例まで幅広く紹介するサイトです。

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判別変位センサの選び方は、幅・厚み・高さ・エッジ・位置決め、内径・外径など、FAのさまざまなシーンで必要とされる検出内容に対して、最適なセンサとアプリケーションを紹介。目的に対して最適なセンサと活用アイディアが見つかるサイトです。

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