《機械》〈メカトロニクス〉[H29:問7] 位置検出に用いる光応用センサに関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★★☆(やや難しい)

次の文章は,メカトロニクスのでの位置検出に用いる光応用センサに関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

自動搬送ラインにおいて,搬送物の位置検出精度を一定に維持することは,品質管理上の重要な要素となっている。その位置検出方法には,機械式や電気式など種々あるが,光学技術を応用したセンサの例として以下のものがある。

光電スイッチは投光器及び受光器をもち,搬送物を直接的に検出することができる。光電スイッチには,搬送物が光を遮ることによって動作する\( \ \fbox {  (1)  } \ \)式と,\( \ \fbox {  (1)  } \ \)式よりも透明体の検出に有利な\( \ \fbox {  (2)  } \ \)式とがある。一般に\( \ \fbox {  (1)  } \ \)式の方が,搬送物までの検出距離を大きくすることができる。

ロータリエンコーダは,回転量を検出するセンサである。コンベアなどの回転軸に設置し,その回転量から間接的に搬送物の位置を検出することができる。光学式ロータリエンコーダでは,回転ディスク上に設けられたスリットを検出するデバイスとして\( \ \fbox {  (3)  } \ \)を適用したものがある。また,ロータリエンコーダには機能面から\( \ \fbox {  (4)  } \ \)式と\( \ \fbox {  (5)  } \ \)式とがある。\( \ \fbox {  (4)  } \ \)式は,出力パルスであるA相とB相との位相が\( \ \fbox {  (6)  } \ \)ずれており,これを利用して回転方向も検出することができる。\( \ \fbox {  (5)  } \ \)式のものには,回転ディスク上のパターンを\( \ \fbox {  (7)  } \ \)符号として,ビット遷移時の検出動作を安定化させたものである。

カメラによって搬送物を撮像し,画像処理で位置検出を行う方法も応用されている。背景として,固体撮像デバイスの普及に伴い,小形,軽量かつ安価な高解像度カメラが利用可能となったことが挙げられる。\( \ \fbox {  (8)  } \ \)イメージセンサの場合は,撮像用照明の反射光などで,スミアを生じないように留意する必要がある。

〔問7の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&(イ)& 逆転   &(ロ)& \mathrm {BCD}   &(ハ)& フォトカプラ \\[ 5pt ] &(ニ)& 反射   &(ホ)& 正転   &(ヘ)& アブソリュート \\[ 5pt ] &(ト)& \mathrm {CCD}   &(チ)& パリティ   &(リ)& 45° \\[ 5pt ] &(ヌ)& \mathrm {CMOS}   &(ル)& 90°   &(ヲ)& 透過 \\[ 5pt ] &(ワ)& 180°   &(カ)& 並列   &(ヨ)& フォトインタラプタ \\[ 5pt ] &(タ)& グレイ   &(レ)& インクリメンタル   &(ソ)& アイソレータ \\[ 5pt ] &(ワ)& 直列
\end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

メカトロニクスは二種ではほとんど出題されませんが,一種は数年に一度出題されます。選択問題で出題され配点が高いので,この分野の勉強をしておくと一気に科目合格に近づきます。

1.光電スイッチ
光電スイッチには透過式と反射式があり,搬出物の通過を光の遮断にて検知します。それぞれの概念図を図1と図2に示します。


2.ロータリエンコーダ
図3の通り,回転するディスクにオン,オフがわかるようなスリットを設け,回転数をセンサで検出する装置です。インクリメンタル式は投受光素子を二組用意し,位相を\( \ 90° \ \)ずらして,回転方向も分かるような仕組みにしたものです。アブソリュート式は回転ディスクを複数列に設け,ディスクの位置を検出するものです。

【解答】

(1)解答:ヲ
(2)解答:ニ
題意より,解答候補は(ニ)反射,(ヲ)透過になりますが,透明体に有利なのは2回搬送物を透過する反射式となります。

(3)解答:ヨ
ワンポイント解説「2.ロータリエンコーダ」の通り,回転ディスク上に設けられたスリットを検出するデバイスとして,フォトインタラプタがあります。

(4)解答:レ
(5)解答:ヘ
(6)解答:ル
ワンポイント解説「2.ロータリエンコーダ」の通り,ロータリエンコーダにはインクリメンタル式とアブソリュート式があり,インクリメンタル式は投受光素子を二組用意し,位相を\( \ 90° \ \)ずらして,回転方向も分かるような仕組みにしたもの,アブソリュート式は回転ディスクを複数列に設け,ディスクの位置を検出するようにしたものです。

(7)解答:タ
アブソリュート式のスリットには,\( \ \mathrm {BCD} \ \)式とグレイ式がありますが,ほとんどがグレイ式です。

(8)解答:ト
\( \ \mathrm {CCD} \ \)イメージセンサは明るい物体を撮影した時にスミアと呼ばれる白い線が入ってしまう可能性があります。



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