電気の知識

オシロスコープって何?工場の生産現場ではどんな時に使用する?

こんな方におすすめ

  • オシロスコープって何か知りたい方
  • 生産現場でどんな時に使用するのか知りたい方

オシロスコープって電子工作で使用するイメージはありませんか?

今回の記事ではは入門編として、初めての方を対象に、OWONから提供して頂いたHS2102Sを一部使用しながら、オシロスコープの概要について紹介していきます。

社員
「いやいや、オシロスコープなんて工場の現場で使用しないぞ!」

と思い方がいらっしゃるかもしれませんが、私が実際に使用して役に立ってケースはありましたので、事例も紹介させていただきます。

注意ポイント

今回は概要についての記事になりますので、周波数帯やサンプリングレートなどの性能や具体的な操作方法などは割愛します。

シマタケ
では、一緒に勉強していきましょう。

YouTubeでは実際にオシロスコープを使いながら紹介しています。

オシロスコープとは何か?

オシロスコープとはオシロスコープは目に見えない電気(電気信号)を可視化、見えるようにする機器です。

名称が表しているとおり、振動、発振といった意味の(oscillation)と見る道具、観測する道具といった意味の(scope)、合わせて、オシロスコープ(oscilloscope)です。

構成

オシロスコープの構成測定したいポイントをつかむための「プローブ」とよばれる部分とプローブから受けとった電気信号を処理してモニタに表示する「本体」があります。

今回の機種の場合、プローブは本体の1CH、2CHと書かれた部分に差し込みます。

下画像のオレンジ枠の部分です。
プローブ差し込むところプローブを挿し込める数は機種によって異なり、数のことをCHと書いて、チャネル、(チャンネル)と呼びます。

この機種は2CHあるので、2つの信号を測定することができますが、他のメーカーや機種によっては、4、6、8CHなどのオシロス
コープもあります。

一度にたくさんの信号を確認したい場合は、チャネル数の多いオシロスコープを選定します。

あとは、プローブを変えることによって「音」や「電流」なども測定することができます。

形状・種類

オシロスコープの形状_種類オシロスコープは机の上に置いて使用するベンチトップ型(卓上型)と持ち運びが楽な「ハンドヘルド型」があります。

ハンドヘルドとは、持ち運びしやすい小型の端末のことをいいます。

テスターとの違い

テスターとオシロスコープの違い電圧を確認する場合は、テスターやマルチメーターを使用すればいいのではないかと思う方はいませんか?

テスターやマルチメーターは時間情報を表示することができず、値のみを表示するため、高速で電圧が変化する場合は測定が難しいです。

それに対して、オシロスコープは時間的な電圧の変化を見ることが可能です。

試しにテスターとオシロスコープの違いについて、下画像にある機器で確認してみたいと思います。

オシロスコープとテスターで比較する回路

確認するための回路として、「回帰反射型のNPN出力の光電センサー」を「PLCの入力ユニット」に接続しています。

光電センサーをONさせて、出力信号をテスターとオシロスコープ、それぞれで見てみます。

注意ポイント

・NPNのセンサーは日本で使用されていることが多い。

・センサーがOFF時に⇒24V     ON時⇒0Vになります。

デジタルテスターでセンサーの信号を確認

テスターでセンサーON信号確認1テスターは三和電気計器のPM10を使用します。

測定しやすいようにセンサーの配線を端子台に接続していますので、端子台にテスターのテストリード(プローブ)をあてます。

このときの電圧はセンサーがOFFの状態ですので、約24Vです。

では、"黄色い物体"を動かして光電センサーにONさせて出力してみます。

テスターでセンサーON信号確認2

センサーがONした状態では電圧が0Vになっているのですが、表示が追いつきません。

テスターでセンサーON信号確認3

"黄色い物体"がセンサーを通過して、センサーがOFFになっているので24Vに戻っているのですが、表示はO.Lのままです。

テスターでセンサーON信号確認4

数値は表示されませんが、何となく信号がON/OFFしているのが分かります。

今回は手でモノを動かしているので、比較的ゆっくりですが、物体の移動速度が速くなってくると難しいです。

シマタケ
静止画では分かりにくいと思いますので、実際の動作はYoutubeで確認していただけると分かりやすいです。

アナログテスターでも確認してみます。

アナログテスターでセンサーの信号を確認

アナログテスターでセンサー信号確認1

参考までにアナログのテスターでも試してみます。

アナログテスターでセンサー信号確認2"黄色い物体"を動かして、センサーをONします。

アナログテスターでセンサー信号確認3

センサーがOFFになると、針が元に戻ります。

アナログテスターでセンサー信号確認4

針が素早く触れますが、一瞬ですので、読み取ることが難しいです。

オシロスコープでセンサーの信号を確認

オシロスコープのプローブを端子台に接続してします。

光電センサーにONさせて出力してみます。

上図のように、黄色の線が下がっている部分がセンサーがONしたところです。


これはリアルタイムの波形で、このままですと波形が流れていきますので、オシロスコープでは画面を停止できるようになっています。

トリガー機能で画面を自動停止

画面を停止する方法として、手動で画面を止める方法とトリガーという機能を使用する方法があります。

トリガー

・電圧が変わった瞬間の波形を描画して画面を止める機能

トリガーはカメラでシャッターを切るイメージです。

センサーの出力がONしたときに画面を停止してみたいと思います。

トリガーを設定しておきますと、センサーがONしたときに画面が自動で停止します。

オシロスコープの画面の見方

オシロスコープ_波形の説明_縦軸横軸オシロスコープの画面の見方について簡単に説明します。

画面の縦方向は電圧、横方向は時間軸を表しています。

波形の説明5修正

画面内の10V/は電圧表示が縦軸の1マスが10Vという意味です。

200mS 時間表示は横軸の1マスが200mSという意味です。

オシロスコープ_画面の見方

今回の場合ですと、センサーのON時間が200mSの信号となります。

mSとは

・mSの読み方はミリ秒やミリセックやミリセカンドと言う

・1000mS=1S(秒)

このように、テスターとの違いは「時間的な変化を捉えることができるか、できないか」という点になります。

決してテスターが悪いというわけではありません。テスターは時間的に電圧を平均化した値が表示されるので、高速に変化する電圧の測定に向いていないということです。

シマタケ
用途に応じて使用する必要があります。

オシロスコープの用途

オシロスコープの用途一覧オシロスコープの用途として、電圧などの値だけでなく、時間変化を確認したい時に使われます。

具体的な用途として、以下の通りです。

用途

・電圧の大きさ、変動を確認したい時

・信号の立ち上がり、ON時間を確認したい時

・信号の周期・周波数を確認したい時

・複数の信号同士のタイミングを測定したい

・ノイズなどの異常な信号を確認したい時

生産現場でのオシロスコープの使用事例

では、工場の生産現場でどのように使用するのか。

私の実体験になりますが、2つ紹介します。

事例1:センサーのON時間

オシロスコープの用途_工場での事例1-1センサーからの出力信号が何秒(単位msec)出力されているか確認したい時があります。

センサーがPLCに接続されている時になりますが、PLCでは入力信号を確実に取り込める時間が決まっており、入力信号のON時間が短いと、受け取ることができない場合があります。

昔のPLCを使用している場合やリレーを介して入力されている場合であったり、高速で生産しているラインで製品を検出したりするセンサーからの信号を、取り込むことのできないことがありました。

シマタケ
生産速度が速いラインでは製品ピッチやセンサーのON時間も確認しておくのが良いです。

事例2:ノイズ調査

オシロスコープの用途_工場での事例2過去にとある設備の指示調節計の値がバラついたり、設備が誤動作したりしたことがありました。

電源ライン間にノイズが乗っていないか、アースラインからノイズが回りこんできていないか、オシロスコープで調査したことがあります。

やみくもに対処していくと非常に時間がかかりますので、実際の波形を確認しながらノイズ発生源を特定するのが良いです。

シマタケ
YouTubeの方では概要欄に他3つの事例を紹介しています。良かったら見てください。

今回の記事で使用したオシロスコープ

HDS2102S紹介_充電式

今回使用したOWONのオシロスコープHS2102Sについて簡単に紹介させていただきます。

持ち運びが便利で、充電池で駆動することができます。

また、オシロスコープだけではなく、デジタルマルチメーターとして使用することもできます。

マルチメーターとして利用

RMS真の実効値方式であるため、ひずんだ波形を正しく測定でき、電圧、電流、導通モード、ダイオード、キャパシタンス測定ができます。

HDS2102S_導通測定

さらに私は使用したことがありませんが、機種によっては、波形発生器の機能も付いており、電子機器のテストを行うことも可能です。

HDS2102Sの機能_波形発生器

たくさんの機能がついたオシロスコープはですが、波形発生器なしの場合は2万円代からで購入できます。

コストパフォーマンスに優れていますので、気になる方は下のリンクからご確認ください。

リンク先は波形発生器付きのHD2102Sという型式の機種になります。

具体的な使い方等については今後、別記事にて紹介していきたいと考えております。

シマタケ
最後までお読みいただき、ありがとうございました。

参考サイト:文献

横河計測株式会社 オシロスコープの基礎

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シマタケ

共働きの子育て会社員。工場で15年間働く電気エンジニア。多数の国家資格を取得。施設や工場で働く方々が勉強できる、様々な悩みを解決できるサイトを目指しています。雑記記事も時々書きます。心理学を勉強中でメンタルケア心理士、行動心理士取得。

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