ある面を通過する物体検知について（センサ）

質問

空間上のある面を移動物体（生命体以外）が通過した時の
面上での位置計測をしたいのですが、
まったくの専門外なので、少し調べましたが、
いまいちどのセンサが一番適しているかわかりません。
今のところ、レーザーセンサか赤外線センサ、超音波センサのいずれかを使うか迷っています。

＜移動物体＞
・速度　約1～200km/h
・大きさ　5～20cm程度
＜センサ＞
・センシング範囲　最大3m×3m
・分解能　0.5～3cm以内
・コンピュータに情報（センシング情報）を送ることが可能。

出来れば、安価で具体的な物があれば教えて頂きたいです。
お手数お掛けしますが、心優しい方よろしくお願い致します。

回答No.6

lumiheart · ベストアンサー

>一対1万以内

センサーメーカ各社の定価レベルで一番安価なセンサーです
http://www.fa.omron.co.jp/product/detail/407/index_t.html
E3Z-R61　￥８，８７０　　応答時間 1ms以下

http://www.keyence.co.jp/switch/kouden/pz2_62/spec01.jsp
PZ2-62　定価不明　　　　応答時間 1ms以下

http://sunx.jp/japanese/products/photoelectric/cx-400/price.html
CX-491　￥９，８００　　応答時間 1ms以下

http://www.compoclub.com/products/recommend/photo/HP100.html
HP100-P1　定価不明　　　応答時間 動作、復帰ともに500μs以下

但し、安価優先ですので光学的には精度が無いです
２ｍの距離で５０ｍｍの物体を確実に検出できるとは限りません

入手先及び価格が知りたい時は
http://www.omron24.co.jp/
http://www.monotaro.com/c/024/942/
http://fa.misumi.jp/

いくら手間ヒマを掛けても構わない、とにかく安く上げたいなら
ＬＥＤ素子とフォトトランジスタとレンズを組み合わせて自作も可能ですが
２ｍ先の５０ｍｍの物体を検出できるセンサーを自作するのは困難
光学系設計及び自作での加工精度、歩留まりの問題（数百個同じものが作れない）
それになにより安定して高速検出可能なセンサー回路も難しい
http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?c=opto
部品代だけならば１個千円でオツリが来る

電気屋のバイブル　トラ技
http://www.cqpub.co.jp/toragi/
バックナンバーを丹念に探せばセンサー回路も見つかります
2006年2月号　 特集：基礎からのLED活用テクニック
2003年12月号　 特集：新時代のセンサ入門
2000年11月号　 特集：メカトロニクス・センサ活用法(ＣＤ-ＲＯＭ付属)

憶測ですが今から設計していては卒業までにセンサーが完成できないでしょうけれど

お礼

お礼が大変遅れて申し訳ございません。
毎回本当に細かいことまで教えて頂き、ありがとうございます。
色々と知らない事ばかりでしたが、lumiheartさんをはじめ、回答して頂いた皆様のおかげで、少しは理解出来るようになりました。

予算の事や、どこまで妥協を出来るかを相談してみたところ、
そこまで性能はなくても大丈夫だから、システムを完成させる事に意義があると言われました。
なので、応答時間は10msほどでよく、
通過する物体についても100mmでも大丈夫なようです・・・。
ここまで、色々と教えて頂いたのに本当に申し訳ないです。
とても勉強になりました。
色々と細かい事までご教授頂き本当にありがとうございました。
卒業までに、終わるよう頑張りたいと思います。

お礼ポイント・・・とてもしたいんですが、やり方がわかりません・・・。
本当にありがとうございました。

回答No.7

Pesuko

今考え付く一番安い２次元でデータを吐き出す方法は

汎用画像処理を使用。
私がいつも使っている機種で倍速ランダムカメラを使い
フィールド取り込みをすれば
画像スキャンは８ｍｓで一回可能
視野範囲は１ｍ×１ｍとして時速１００ｋｍなら速度は２７ｍ／ｓなので
１ｍの端から端まで３７ｍｓかかりますから、自己発信でスキャンかけても
８ｍｓなら間に合います。
画像取り込み２万分の１秒＋転送８ｍｓ＋画像処理時間２ｍｓ程度＋シリアル通信時間約４ｍｓでトータル１６ｍｓ程度
（この時間でデータ吐き出しの実績はあります）
一回の全処理が１６ｍｓで２回でも３２ｍｓですから、通過時間が３７ｍｓならスキャン遅れによる取りこぼしは無いと言うことです。

処理を簡単にするため、また１／２００００程度の高速シャッターを使うので
１ｍ角のフラット照明が必要、しかもフリッカー対策で直流転倒が必要。
現在蛍光灯のものしかない、また大きさが特注サイズです
http://www.dentsu-sangyo.co.jp/htmls/largeflat.html

たぶん照明だけで１００万円ぐらい（特注なので値段不明）。
また２万分の１のシャッターで光の量が足りるかは不明。

倍速ランダムカメラ８万
画像処理装置　本体　３５万
http://www.nais-j.com/vision/vis_products/pv310/index.html

電源　２４Ｖ１Ａ　　１万
カメラケーブル　１万
RS２３２C出力ケーブル　８０００円
モニター　２万
キーパット　１．５万
Cマウントレンズ　多分ｆ１６程度　１．５万

パソコン何でもOK　ハイパーターミナルで受信。

でも初心者が画像処理の設定なんか出来ないから
設定頼めば１日５万以上

カメラの取り付け治具やコントローラ・電源を入れる箱なんかは
積算していません。

以上おおまか５５万円＋照明代金。

これで通過したとき理論上X座標が２ｍｍ・Y座標が４ｍの分解能で出力できます。
（フィールドのため垂直方向の分解能が半分になります）
１画素の通過時間６７nｓ　画素スキャン５０ｎｓなので実質分解能は倍の４ｍｍ　８ｍｍ見たほうが安全。

ただし通常のレンズを使うので斜め方向に視差が発生します。
つまりワークの高さが変われば同じ位置でも座標が変わる。
そうすると貴方の考えているシステムって意味あるの？？？

ちなみに視差の無い平行光パスのテレセントリックレンズは視野５０ｍｍのもので重さ４ｋｇ
直径７０ｍｍで４０万円しますから
http://www.fit-movingeye.co.jp/pages/teresen_pro.htm
視野１ｍ角のレンズは想像できないし、多分存在もしない。

回答No.5

Pesuko

＞一対1万以内

センサー部が１万円は不可能ですね。
安いファイバーセンサーでもアンプ７０００円＋ファイバー５０００円
通過した事がわかるだけで、データーは出ません。
ＰＬＣの２３２Ｃユニットだけでも２万円はするのに・・・

その手の２次元センサーを知っていますが、多分２００万円ぐらいです。

お礼

＞センサー部が１万円は不可能ですね。
＞安いファイバーセンサーでもアンプ７０００円＋ファイバー５０００円
＞通過した事がわかるだけで、データーは出ません。
＞ＰＬＣの２３２Ｃユニットだけでも２万円はするのに・・・
ちょっと無茶な条件ばっかだったんですね(-_-；)

＞その手の２次元センサーを知っていますが、多分２００万円ぐらいです。
そんなにするもんなんですね！！
た・・・たかい・・・。

回答No.4

lumiheart

ANo.2です

>条件を下げるとどのようなセンサーが適しているか

はっきり言って桁が違います
条件を下げて安くしたいなら
ワーク通過速度を１０ｍｓ以上にまでしないと難しいです
ここから逆算すると
ワーク寸法５０ｍｍ
50[mm]/10[ms]=5000[mm/s]=18[km/h]

よくよく考えたら５ｃｍの物体が１００ｋ／ｍで飛ぶって
野球でピッチャーが投げたボールをセンサーで検出しようと言う事？
こりゃあ超高速度カメラで撮影するしかないと思う

パソコンの入力ボードは
http://www.contec.co.jp/product/special/pci-express/index.html#digital
DIO-1616L-PE　　200μsec（Max.）
２００マイクロセカンドなので拾えそうですが
実際にはパソコンのプログラムでこの速度に追従するのは難しい
（あくまでハード上の仕様であってソフトが実用に耐えるというものでもない）

DIO-1616T-LPE　　200nsec（Max.）
２００ナノセカンドで早くて良いのですが、こちらは割り込み入力です　
割り込みプログラムを安定して動作させるのにはかなりの技術力が要求されます
また、一発入力です、
もし機関銃のように連続して来る場合は難しくなります

両方に共通することなのですが
「ノイズやチャタリングによる入力信号の誤認識を防止することができる、デジタルフィルタ機能を搭載。」
これは逆に言えばデジタルフィルタを通さないとノイズによる誤動作が起きると言うことです
デジタルフィルタを通すと応答が悪くなります
一般的な工業用ＰＬＣは応答速度が５ｍｓから１０ｍｓくらいです
だから安価なセンサーは安定性を優先してそれくらいの応答速度になります

お礼

返事大変遅くなり申し訳ございません。
毎回丁寧な回答を本当にありがとうございます！

＞よくよく考えたら５ｃｍの物体が１００ｋ／ｍで飛ぶって
＞野球でピッチャーが投げたボールをセンサーで検出しようと言う事？
＞こりゃあ超高速度カメラで撮影するしかないと思う
そのような感じです。
通過する物体が速いとそんなに大変なんですね・・・。
通過したかしないかの0か1の判定だけだから、簡単だと思っていたので、かなり甘く考えていました・・・。

そのシステムが主なわけではないので、
どれだけ妥協してシステムを作るか
一度相談してきます。

入力ボードも応答速度が問題ですね・・・。

詳しい説明ありがとうございます。

回答No.3

Pesuko

物体が通過するとき高さ方向は固定されていますか？

３ｍ×３ｍとのことですが、透過型センサーでキャッチした場合
横方向の座標位置だけでいいのでしょうか？
矢印がセンサーとして、●がワークとした場合
この図で言えばセンサー間のＹ軸座標

　　　　　↓

　　　　　●

　　　　　↑

ワークと次のワークが来るまでの隙間時間（タクトタイム）は？

補足

お礼の方で書こうとしていたら全然書き込まれなくて、
補足の方で返信するんですね。
勘違いしてました。すみません。

今回のは、卒業研究の一貫でして
二次元面上のセンサ（縦、横に敷き詰めるのでもいいんですが）をボールが通過するとその位置が分かるシステムが作りたいんです。
なので、高さ方向は固定されてないです。

ボールが通過するのは一度きりなので、
タクトタイムは考えなくて大丈夫です。

通過する物体が速い物だとどうしても高性能な
高価な物を買うことになってしまうという事で
もう一度、相談して見ることにします。

回答No.2

lumiheart

移動速度を秒速に換算　200km/h=55m/s
５ｃｍ＝０．０５ｍ
５ｃｍの物体がセンサーを通過する時間　0.05m/55m/s=0.9ｍｓ
０．９ｍＳ以下で検出可能なセンサーは市販では少ないです
確実に検出する為には０．３ｍｓ以下で検出する必要があります

高速な部類
http://www.fa.omron.co.jp/product/detail/1322/index_r.html
http://www.fa.omron.co.jp/product/detail/1325/index_r.html
http://www.keyence.co.jp/switch/fiber/fs_v30/index.jsp
http://www.keyence.co.jp/switch/kouden/lv_s/spec01.jsp

上記のセンサーを２０ｍｍピッチで並べてエリアセンサーのように作る
幅３ｍだから　３０００／２０＝１５０個
とても安価とは言えないかな？

エリアセンサ
http://www.keyence.co.jp/switch/safety/index.jsp
http://www.fa.omron.co.jp/product/detail/1581/index_p.html
残念ながら応答速度が遅い

画像センサーと言うのも有りますがこれも応答速度が遅い
http://www.fa.omron.co.jp/product/sensor/vision/
http://www.keyence.co.jp/gazo/index.jsp;jsessionid=017804295237D79186E676C5339928C8?motive=HP1

センサーもですがその接続先は何でしょう？
ＰＬＣそれともパソコン？
いずれにしてもこちらも高速応答の高価な機種が必要になります

ＰＬＣ
http://wwwf2.mitsubishielectric.co.jp/plcq/index.html
http://www.fa.omron.co.jp/product/fasys/plc/

パソコンＩＦ
http://www.ni.com/products/ja/
http://www.contec.co.jp/product/special/pci-express/index.html#digital
http://www.interface.co.jp/pci/

お礼

細かく回答して頂きありがとうございます！
すべての条件をクリアするとなると、大変高価な物となってしまいますね…。
予算的に今回その装置を使って作ることは難しいのですが、今後の参考となりました。

妥協できる部分が多少あるので
条件を下げるとどのようなセンサーが適しているか
よければご回答頂けないでしょうか？

・移動速度　100km/h
・センシング範囲　1m×1m
・分解能　3cm以内
・パソコンと接続可能
・予算　一対1万以内　全体は未定。
　　　（とりあえず一対で試す予定です。）

接続先はパソコンです。

用途なのですが、
面上のセンサに一度だけ物体が通過し、
その際に、物体が通過した位置によって
パソコンの画面表示が変化するシステムを構築したいです。

お手数お掛けしますが、よろしくお願いいたします。

回答No.1

hasega2

直ぐに思いつくのは、キーエンスのレーザ変位センサ「長距離レーザ型」です。
http://www.keyence.co.jp/henni/laser/lf/index.jsp

>・センシング範囲　最大3m×3m

ロングレンジ5mなので、この条件はクリアすると思いますが、

>・速度　約1～200km/h

この条件で動くのか、私にはわかりません。

一度、キーエンスに問い合わせして下さい。

#注意点として、キーエンスは一度、勤め先情報を登録するとダイレクトメールが何度も届くようになります。
#一回でも製品を買うと、セールスの電話が年に数回かかって来るので、覚悟が必要かも．．．

参考URL：

http://www.keyence.co.jp/henni/laser/lf/index.jsp

お礼

回答ありがとうございます！
私もキーエンスのサイトは拝見させて頂いていました。
ダイレクトメールやセールスが結構来るんですね…。
キーエンスのレーザ変位センサ「長距離レーザ型」
ですが、予算の関係で少し厳しいかもしれないです…。
色々とアドバイスありがとうございます。