超モノづくり部品大賞

機器内蔵⽤カラーセンサ 形B5WC

色の変化と違いを見逃さないー機器の自動化に貢献ーNEW 機器内蔵⽤カラーセンサ形B5WC NEW アルゴリズム内蔵タイプも新登場 詳細を見る→

サマリー

労働⼒不⾜が顕在化し、製造業ではリモート監視やメンテナンスの効率化、サービス業では機器の多機能化などによる⾃動化のニーズが⾼まってきています。オムロンの「カラーセンサ」を機器に組み込むことでこれらの課題解決に貢献します。
たとえば、⼯作機の場合、潤滑油の劣化が進むと機器の故障につながります。そこで潤滑油の⾊をカラーセンサでモニタリングすれば、各装置の潤滑油の最適な交換時期が把握でき、効率的なメンテナンスが可能になります。
また、業務⽤ドリンクサーバーではカラーセンサでカップの⾊に応じた飲料選定を⾃動化でき、店舗の作業効率の向上やボタンの誤操作による廃棄ロス削減に貢献します。 詳しくは動画をご覧ください。

アルゴ内蔵タイプが新登場

さらに、カンタンにご使用いただくため、アルゴリズム内蔵タイプをリリースしました。
アルゴリズム内蔵タイプのセンサであれば、複雑なアルゴリズムの検討が必要なく、開発時間の大幅な短縮に貢献します。

NEW

カラーセンサによる課題解決のご提案

1.液体の状態監視

カラーセンサが液体の色の変化を監視し、機器のメンテナンスの効率化に貢献します。アプリケーション例:工作機

課題(A):油の劣化具合の管理が難しい

潤滑油が劣化すると機器の故障の原因となります。担当者ごとの属⼈的な判断基準や点検頻度により最適な交換タイミングが遅延すると、突然の故障や破壊で⼀定期間、⽣産できなくなるリスクがあります。

アルゴ内蔵タイプが新登場 カラーセンサで 解決(A):カラーセンサが最適な交換タイミングをお知らせ!

カラーセンサで色を監視色の変化をモニタリングすることで、機器ごとに潤滑油の劣化具合を定量的に把握することが可能です。属人的な目視での劣化判定のバラツキをなくし、最適なタイミングで潤滑油を交換できます。
また、アルゴリズム内蔵タイプをご使用いただくことで、お客様側で識別判定プログラムを一から作成・組み込みいただく必要もありません。機器にカラーセンサを取り付けていただくだけで、手軽に、即座に、最適な交換タイミングをお知らせします。

石油製品色標準試料*に対するRGB出力電圧比率(B5WC-VB2323-1)

カラーセンサは色を赤・緑・青の比率データで出力します。石油の色の標準試料*をカラーセンサで出力すると上図のような結果となります。
* ASTM色用

実際のカラーセンサによる潤滑油の測定は以下の動画でご覧いただけます。

課題(B):使用頻度による劣化具合のバラツキで管理工数が増えて大変

稼働状況に応じて機器ごとに潤滑油の劣化スピードは異なります。そのため、定期的に全機器の目視点検が必要となり、管理工数が増大します。

機器ごとに稼働状況が異なるので潤滑油の劣化スピードが異なるため、定期的に全機器を目視点検します。

カラーセンサで 解決(B):全機種点検不要!カラーセンサでらくらくリモート管理を実現

カラーセンサを使えば、リモートによる監視にも対応できます。機器ごとの潤滑油の劣化具合を⾊でモニターできるため、潤滑油の交換時期の最適化と効率化に貢献します。

必要な機器だけの潤滑油の交換を最適なタイミングで計画的に実施できます。各工作機をカラーセンサB5WCでリモート監視し、劣化している機器を点検・対応(注:長距離通信時、工作機などのネットワークを介した通信を推奨します。)

2.機器の多機能化

検出物体の色情報に応じた動作により、機器の多機能化、業務の自動化に貢献できます。アプリケーション例:ドリンクサーバー

課題:物体有無の検知はできても物体の種類までは判別できない

有無検知センサでは有無検知は可能ですが、種類に応じた信号出⼒ができません。

カラーセンサで 解決:カラーセンサで色の種類に応じたセンサの信号出力を活用し、物体の種類を判別

カラーセンサの⾊に応じた信号出⼒で、⾊ごとに機器の動作を設定することで、多様化するニーズに応える機器の多機能化を構築できます。

B5WC-VB2323-1のとき
たとえば、紫色のカップの色を認識すれば、グレープジュースを提供し、 赤色のカップの色を認識すれば、ストロベリージュースを提供と、カップの色ごとに提供するジュースの設定が可能です。また、ボタンの誤操作による飲料の廃棄ロスを削減することが可能です。
マンセルカラーに対するRGB出力電圧比率(B5WC-VB2323-1)

マンセルカラーを用いてカラーセンサの出力電圧値の最大値を100%として、最大電圧値に対するそれぞれの
電圧値の比率をグラフ化しました。マンセルカラーの色に応じてRGBデータの比率が変化しています。

実際のカラーセンサによる⾊の測定は以下の動画でご覧いただけます。

3.機器の安定動作

物体を色で検出することで、機器の安定動作に貢献します。

課題:検出精度が背景に影響される

従来の光センサのように反射光量の差で検出する⽅式の場合、背景を検出したり、背景の影響で検出物体を安定検出できない場合があります。

カラーセンサで 解決:検出物体や背景の色の出力差を利用し、安定検出を実現

カラーセンサによる、検出物体の⾊ごとの信号出⼒を使⽤すれば検出物体の有無を確認できる場合があります。

アプリケーション例(B5WC-VB2323-1):生産現場ラインの物体検出

一般的な光センサとカラーセンサによる測定は以下の動画でご覧いただけます。

カラーセンサの動作原理

カラーセンサは⽩⾊LEDを光源として光を照射し、検出物体の⾊によって決まる反射光(⾚⾊、緑⾊、⻘⾊の⽐率は⾊によって固有)を受光します。カラーセンサは受光した反射光を⾚⾊、緑⾊、⻘⾊に分離し、I2Cの通信⽅式で⾚⾊、緑⾊、⻘⾊のデータ(RGBデータ)を電圧値で出⼒します。

カラーセンサの動作原理

(1)光を照射(2)物体の色を反射(受光)(3)赤・緑・青の色の比率を数値化して出力 I2C RGB信号

物体と液体の色の検出方法の違い

物体の色検出

光の色は「光の三原色」と呼ばれる赤色、緑色、青色の三色の組合せで、さまざまな色を作り出すことができます。私たちの目で見ている色は、物体が反射した光の色です。例えば、りんごが赤く見えるのは、りんごが赤い光を反射しているからです。

赤色と黄色のカップを例に、色の識別について説明します。
色の違いで、赤色・緑色・青色の比率(RGB比率)は変化します。
カラーセンサが赤色のカップに白色LEDの光を照射すると、赤色の光が反射し、カラーセンサが赤色の光を受光します。カラーセンサは光を赤色、緑色、青色に分離し、3色を電圧値で出力します。
黄色のカップを検知する場合も同様に、カラーセンサが黄色の光を受光し、赤色、緑色、青色を電圧値で出力します。
赤色と黄色のカップによるカラーセンサの電圧出力を外部のマイコンなどでRGB比率に変換した結果が下図のグラフとなります。

カップの色の識別例(B5WC-VB2323-1)

赤いカップ←照射・反射→カラーセンサ(赤・緑・青の電圧値を出力)→赤色のRGB比率に換算 5R 4/12 黄色いカップ←照射・反射→カラーセンサ(赤・緑・青の電圧値を出力)→黄色のRGB比率に換算 5Y 8/11

このように赤色と黄色のRGB比率の違いから、赤色と黄色のカップを識別することができるのです。

液体の色検出

液体の色を検知する場合、カラーセンサの光を液体の中に通過させる必要があります。
容器に入っている液体の色を検知するには、図のように容器の透明部よりカラーセンサの光を照射し、液体を通過した光を反射板で反射させます。この反射光をカラーセンサが受光する必要があります。
カラーセンサの光を液中を通過させる理由は、液面や透明容器の表面反射ではカラーセンサの光が色の影響を受けにくいので、必ず液中を通過させ、カラーセンサの白色LEDが液体の色によりRGB比率を変化させる必要があります。

カラーセンサの使い方はユーザーズマニュアルで詳しく説明しています。

PDFユーザーズマニュアルをダウンロード

カラーセンサがさらに使いやすく進化しました 様々な色の変化を高い精度で検出可能なアルゴリズム内蔵タイプが新登場! NEW!

従来機種は、白色LEDを光源として光を照射し、検出物体の色によって決まる反射光を赤色、緑色、青色に分離し、I2Cの通信方式で赤色、緑色、青色のデータ(RGBデータ)を電圧値で出力します。しかし出力されるRGBデータは汎用性が高い一方で、お客様ご自身で色を判定するためのアルゴリズム検討時間を確保できない場合がありました。今回、リリースしたカラーセンサ形B5WC-VB2323-1は、従来の出力に加え、独自のアルゴリズム*により算出した色の判定指標(色指標C)を出力することでお客様の開発時間短縮に貢献します。 (* 2024年8月当社調べ、特許出願中)

アルゴリズム内蔵タイプの動作原理

(1)光を照射(2)物体の色を反射(受光)(3)赤・緑・青の比率を「色指標C」に当てはめて色の度合いを算出

GitHubにて形B5WC-VB2323-1を制御するサンプルコードもダウンロード可能です。サンプルコードをご活用いただくことで、カラーセンサの基本的な動作確認や評価を素早く行っていただけます。

GitHub サンプルコード
公開中

オムロンのアルゴリズムはここがすごい!

色には、「色相」「明度」「彩度」で表される三属性があります。
「色相」は、赤、黄、緑、青のような色の種類を示します。「明度」は色の明るさを示します。明度が高いほど、白っぽい色に、低いほど黒っぽい色になりますが、光の三原色(赤、緑、青)の比率は変化しません。「彩度」は色の鮮やかさを示します。彩度が高いほど、鮮やかな色に、低いほど、くすんだ色になり、彩度に応じて光の三原色の比率は変化します。

オムロンが開発した色指標Cは、例えば彩度のように、光の三原色の比率が変化する物体より取得したRGBそれぞれの出力電圧値をもとに、色の変化を1つの指標として算出します。
センサは、動作時、周囲温度や電源電圧など外部環境により出力電圧値が影響を受ける場合があります。彩度のような微細な色変化を判別したい場合、外部環境による出力電圧値の影響を排除しなければ、精度よく色変化を判別することはできません。これらの外部環境要因を軽減するようなアルゴリズムを構築し、色指標Cは算出されます。
色指標Cの範囲は、0~10で、高彩度ほど色指標Cが高くなり、低彩度ほど色指標Cは低くなります。

低い←彩度→高い 赤・緑・青の比率が変化

カラーセンサは微細な色の変化を見逃さない

例えば下図のように、赤・緑・青の微細な色の変化を検知することで、同系色の色差を検出可能です。

赤の彩度の色判別例

*色相5R、明度5に固定した場合の彩度の変化を理論上算出した結果です。実際の測定結果ではありません。

同じ赤色でもわずかな彩度の違いを色指標Cの数値でしっかりと判別します。赤色が鮮やかになるほど、色指標Cは低くなっていきます。

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Pick Up! 活用例①:油の汚れ検知

アルゴリズム搭載で、ASTMカラーを基準に油の交換時期をアラームでお知らせします!
色指標Cと石油製品の色を数値化し分類したASTMカラーとの相関関係を見ることで、汎用性の高い色の識別を行うことが可能です。

ASTMカラーの色見本

*ASTM色用
上図で示す色味は近似色です。色の見え方は、ご使用のパソコンやモニタの種類によって異なります。

多くの油は新油時にはASTM0.5~1.0程度の色ですが、劣化により濃い色に変化していきます。
油劣化で油の色が濃くなると、ASTMカラーの数字が大きくなります。ASTMカラーの数字が大きくなるとともに色指標Cは低い値に変化していきます。

色指標CとASTMカラーの相関関係 例:ASTM3に達した時に油を交換したい場合 ATSM3の時、色指標Cは2.8のため、しきい値を2.8に設定します。

*1 ASTMカラーとはJIS K2508に規定される石油製品の色を淡い色(min.0.5)から濃い色(max.8.0)まで数値化し、分類したのものです。

注.本データは、石油製品色標準試料を用いてカラーセンサの出力電圧より色指標Cを算出した参考データです。
参考データは参考として提供するもので、その範囲で常に正常に動作することを保証するものではありません。

上の図ではASTMカラーと色指標Cの相関関係を示しています。
例えば、油を交換したいASTMカラーに相当する色指標Cを検出したい油の色の数値(しきい値)として設定します。カラーセンサが算出した色指標Cの値が、設定したしきい値に達すると、油の交換タイミングをI2C経由で読み出すことができます。

油以外の色検知のアルゴリズム設計も
オムロンにお任せください!!

オムロンは、赤・緑・青の比率を元に様々なアルゴリズムを搭載したカラーセンサを開発する技術を保有しています。

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Pick Up! 活用例②:水の汚れ検知

わずかな水の色の変化もカラーセンサがしっかりと判別します。

油以外にもカラーセンサは、色の変化を色指標Cで判別することが可能です。例えば左図は、屋外で飼育しているメダカの水槽内の水の変化をカラーセンサで検知した結果です。目視でもわかりづらい色の差異を、色指標Cでしっかりと判別しています。

仕様と外形⼨法図

製品仕様

項目
形式
形B5WC-VB2323-1
(アルゴリズムタイプ)
NEW
形B5WC-VB2322-1
検出距離 40mm(白紙)
光源 白色LED
電源電圧 DC5V±5%
消費電流 18mA以下(DC5.25V時)
出力形態 I2C通信対応
アルゴリズム 内蔵(色指標C出力) なし
I2C出力 RED/GREEN/BLUE各出力電圧値:0.45V±20%(グレー基準板、検出距離40mm時)
出力飽和電圧:TYP2.75V(出力電圧範囲:0~2.75V)
色指標C:0.00~10.00、
SCL/SDA入力H電圧:2.54~5.4V、
入力L電圧:0.9V以下、SDA出力L電圧:0.44V以下(出力電流3mA時)
RGB出力電圧値分解能:3.2mV
RED/GREEN/BLUE各出力電圧値:0.45V±20%(グレー基準板、検出距離40mm時)
出力飽和電圧:TYP2.75V(出力電圧範囲:0~2.75V)

SCL/SDA入力H電圧:2.54~5.4V
入力L電圧:0.9V以下、SDA出力L電圧:0.44V以下(出力電流3mA時)
RGB出力電圧値分解能:3.2mV
サンプリング周期 1msec
データ更新周期 サンプリング周期(1msec)×平均回数(1〜50回)
周囲温度範囲 動作時:−10〜+70°C、保存時:−25〜+80°C(ただし、氷結、結露しないこと)

外形寸法

40mm x 8.4mm x H15.9mm

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