JP2000035310A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受光量の変動による計測誤差の発生を防止し
た光電センサを提供すること。 【解決手段】 被計測物体が配置されない状態で投光器
２からの出力光を受光器３で受光し、制御装置５のＡ／
Ｄ変換器５３でデジタル信号に変換してＣＰＵ５１に入
力し演算により受光量を計測する。記憶部５５には予め
基準の受光量が記憶されており、ＣＰＵ及び判定部はこ
の基準の受光量と訃測された受光量とを対比し、その差
が規定の範囲外であればエラー処理を実行し、光軸の調
整等の対応をとる。その差が規定の範囲内であれば光量
補正を指令し計測された受光量のゲイン補正処理を行
う。物体の外径の計測等を実行する際には、ゲイン補正
された受光量を基準の受光量の修正値として設定し、必
要な演算処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、計測時における受
光量の変動によって、計測誤差が発生することを防止し
た光電センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】発光素子として発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）やレーザダイオード（ＬＤ）を使用し、受光素子と
してフォトトランジスタやフォトダイオード（ＰＤ）を
使用した光電センサが、物体の有無の検出や物体の位置
の検出等種々の用途に適用されている。光電センサに
は、受発光素子と検出物体の位置関係により、透過型と
反射型の形式がある。

【０００３】図４は、透過型の光電センサの一例を示す
概略の斜視図である。図４において、取付け基板４に所
定の間隔で投光器２と受光器３を固定する。投光器２と
受光器３はそれぞれ導線６、７により制御装置５に接続
され、所定の制御信号により駆動される。制御装置には
操作スイッチ５ａ、表示器５ｂが設けられており、ま
た、電源コード８により電源と接続される。導線６、７
と電源コード８は、制御装置５の裏面に設けられている
端子板に接続される。光電センサ１は、取付け基板４を
適宜の支持部材に保持して所定の位置に設置される。

【０００４】図５は、図４の構成の光電センサにより物
体（ワーク）の外径を計測する例を示す平面図である。
投光器２と受光器３の間に形成される光路内に物体９を
配置する。この際に、受光器３には投光器２からの出力
光（破線で示している）の一部が物体９により遮光さ
れ、残部が受光される。

【０００５】物体９が配置されない状態での受光器３の
受光量（基準の受光量）と、投光器２と受光器３の間に
配置した物体９により遮光された後に受光器３に到達し
た受光量とを制御装置５において対比し、制御装置５は
所定の演算処理を行い出力信号を形成する。この出力信
号に基づいて物体９の外径が求められる。このように図
５の例では、光電センサは基準の受光量と計測時の受光
量とにより所定の出力信号を形成している。

【０００６】図４に示したような光電センサにおいて
は、温度変化や、投光器と受光器からなる光学系の汚れ
の発生、取付け基板の位置ずれによる光軸方向の変動等
により、受光器の受光量が変動し、計測誤差が生じる場
合がある。このため、前記計測誤差の発生を防止するた
めの方策が講じられている。

【０００７】例えば、温度変化による前記計測誤差の発
生を防止する例として、発光素子としてレーザダイオー
ド（ＬＤ）を使用した場合には、オートパワーコントロ
ール回路（ＡＰＣ）により発光素子を制御して発光量を
安定させている。また、発光素子として発光ダイオード
（ＬＤ）を使用した場合には、受光素子としてフォトダ
イオード（ＰＤ）を使用し、受光素子が受光した受光量
に基づいて制御信号を形成し、発光素子を制御信号でフ
ィードバック制御することにより発光量の安定化を図っ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな電気的な制御による発光量の安定化には限界があ
り、受光量の変動は避けられないという問題があった。
また、投光器と受光器からなる光学系の汚れや、光軸方
向にずれが生じた場合等による受光器の受光量の変動に
は対応できないという問題があった。

【０００９】このように受光器の受光量が変動した場合
の計測誤差の発生について図５の例により説明する。前
記したように、物体９が配置されない状態での受光器３
の受光量と、物体９により遮光された後に受光器３に到
達した受光量とを制御装置５において対比し、所定の演
算処理を行うことにより、物体９の外径が計測される。
ここで、計測する個所に最初に光電センサ１を設置した
ときに設定された基準の受光量と、実際に物体９の外径
を計測する時点で設定される基準の受光量は、前記の理
由により変動している可能性がある。

【００１０】例えば、物体９が配置されない状態の受光
量を１００％、物体９を配置したときの遮光量を２０％
とすると、遮光量は受光量の５倍の大きさで変化するこ
とになる。したがって、最初に設定された基準の受光量
に対して、実際に物体９の外径を計測する時点で設定さ
れる基準の受光量が１％変動しているとすると、その変
動は遮光量の５％の変動に相当することになる。このた
め、計測する時点で設定される基準の受光量の補償処理
をしないと物体９の外径を正確に計測することはできな
い。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、受光量の変動による計測誤差の発生を防止した光
電センサの提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明においては光電センサを、投光
器と、投光器からの出力光を受光する受光器と、受光器
で受光したアナログの受光量をデジタルの受光量に変換
するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器の出力信号が入力さ
れる演算制御部と、基準の受光量が記憶されている記憶
部とを備え、基準の受光量と計測時の受光量とにより所
定の出力信号を形成する光電センサであって、前記演算
制御部は、基準の受光量と第１の計測時の受光量とを対
比し、両者の差が規定範囲外であればエラー処理すると
共に、両者の差が規定範囲内であれば、光量補正指令に
より基準の受光量に対する第１の計測時の受光量の変動
分を補償処理して、当該補償処理した第１の計測時の受
光量を基準の受光量の修正値として設定し、第２の計測
時の演算処理において、前記基準の受光量の修正値を用
いる構成としている。

【００１３】また、請求項２に係る発明においては、請
求項１に係る発明の前記第１の計測時の受光量を基準の
受光量の修正値として設定する処理は、ゲイン補正処理
により第１の計測時の受光量を基準の受光量に換算して
設定する処理であることを特徴としている。

【００１４】請求項１に係る発明の上記特徴によれば、
第１の計測時（物体が配置されない状態）の受光量と基
準の受光量との差が規定の範囲外であるときにはエラー
処理し、両者の差が規定の範囲内であれば光量補正指令
により基準の受光量に対する第１の計測時の受光量の変
動分を補償処理し、当該補償処理した第１の計測時の受
光量を基準の受光量の修正値として設定している。この
ため、第２の計測時（物体が配置された状態）において
は、基準の受光量として変動分を補償処理した修正値を
用いて演算処理を行うので、受光量の変動による計測誤
差の発生を防止することができる。

【００１５】請求項２に係る発明の上記特徴によれば、
ゲイン補正処理により第１の計測時の受光量を基準の受
光量に換算して設定する処理を行っているので、第１の
計測時の受光量を精度よく基準の受光量の修正値として
設定できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１ないし図３を参照して説明する。図１はブロッ
ク図、図２、図３はフローチャートである。図１のブロ
ック図において、投光器２、受光器３、制御装置５の構
成は図４のものと対応している。

【００１７】制御装置５は、中央演算処理部（ＣＰＵ）
５１と、投光器２、受光器３に所定の制御信号を出力す
る制御回路５２と、受光器３に入力されるアナログの受
光量をデジタルの受光量に変換するＡ／Ｄ変換器５３
と、操作スイッチの操作または端子部への信号により信
号が入力される入力部５４と、制御プログラム等が格納
されるＲＯＭ及び基準となる受光量等が格納されるＲＡ
Ｍよりなる記憶部５５と、判定部５６と、受光量を表示
する表示部５７を有している。

【００１８】投光器２を動作させてその出力光を受光器
３で受光し、受光器３で受光したアナログの受光量をＡ
／Ｄ変換器５３でデジタルの受光量に変換する。Ａ／Ｄ
変換器５３の出力信号はＣＰＵ５１に入力され、アドレ
スを指定してそのデータを記憶部５５のＲＡＭに格納す
る。この記憶されているデータをＣＰＵ５１により読み
出し、判定部５６において各種の判定を行う。

【００１９】次に、本発明により受光量が変動した場合
の計測誤差の発生を防止する具体例について、図２、３
のフローチャートで説明する。図２は、計測する個所に
光電センサを最初に設置した際に実行される基準光量
（基準の受光量）を設定する処理手順のフローチャート
である。

【００２０】（１）ステップＳ１で基準光量設定のプロ
グラムをスタートさせる。次に、ステップＳ２で入力部
５４の操作スイッチによる設定を行い、ＣＰＵ５１を処
理待機状態にする。続いて、ステップＳ３で投光器２の
出力光を受光した受光器３のアナログの受光量を、Ａ／
Ｄ変換器５３でデジタルの受光量に変換し、デジタルの
受光量をＣＰＵ５１に入力して演算処理によりこのとき
の受光量を計測する。

【００２１】（２）ステップＳ４で、計測された受光量
と想定される受光量の基準値とを比較し、両者の差が規
定の公差の範囲内かどうかを判定する。ここで、想定さ
れる受光量の基準値について説明する。投光器２と受光
器３を用いたこの種の光電センサは、製造上のバラツキ
による特性の差異や周囲温度等の設置個所の環境の相違
により受光量の基準値が一律には定められないので、光
電センサに用いる投光器２と受光器３の製造型番や光電
センサを設置する環境に応じて設定される受光量の基準
値を想定される受光量の基準値としている。

【００２２】（３）ステップＳ４の判定結果がＮＯ（以
下Ｎと略記する）であれば、ステップＳ５でエラー処理
を行う。この処理は、光電センサを設置した状態で最初
に計測された受光量が想定される基準値に対して規定の
範囲外にあることを報知する。この際には、制御回路５
２により投光器２の所定の制御を行い発光量を調整す
る。また、当該エラーを報知することにより操作者は光
軸の調整等の必要な対応をとる。

【００２３】（３）ステップＳ４の判定結果がＹＥＳ
（以下Ｙと略記する）であれば、このときの受光量を計
測個所における基準光量（基準の受光量）として設定し
て記憶部５５に格納し、ステップＳ７でこの処理プログ
ラムを終了する。

【００２４】図３は、物体の外径を計測する際に事前に
光量補正の処理を行う場合の処理手順を示すフローチャ
ートである。次にこのフローチャートについて説明す
る。

【００２５】（１）ステップＳ１１で光量補正の設定プ
ログラムをスタートさせる。次に、ステップＳ１２で入
力部５４の操作スイッチで設定を行い、またはステップ
Ｓ１３で端子部からの信号による設定を行ってＣＰＵ５
１を処理待機状態にする。続いて、ステップＳ１４では
物体を配置しない状態で、投光器２の出力光を受光した
受光器３のアナログの受光量をＡ／Ｄ変換器５３でデジ
タルに変換し、デジタルの受光量をＣＰＵ５１に入力し
て演算処理により受光量を計測する。

【００２６】（２）次に、ステップＳ１５で計測された
受光量が想定される基準値に対して規定の公差の範囲内
かどうかを判断し、判定結果がＮであればステップＳ１
６でエラー処理を実行する。このときのステップＳ１
５、ステップＳ１６の処理は、図２のフローチャートの
ステップＳ４、ステップＳ５の処理に対応するものであ
る。

【００２７】（３）ステップＳ１５の判定結果がＹであ
れば、次に記憶部５５に格納されている前記図２で説明
した基準光量を読み出し、判定部５６において基準光量
と計測した受光量を対比する。ステップＳ１７でこの際
の両者の差が規定の公差の範囲内かどうかを判断し、判
定結果がＮであればステップＳ１８でエラー処理を実行
する。この公差は、例えば基準値に対して±１０％に設
定する。

【００２８】（４）ステップＳ１７の判定結果がＹであ
れば、ステップＳ１９で光量補正の処理を行い、ステッ
プＳ２０でこの処理プログラムを終了する。ここでステ
ップＳ１９の光量補正の処理は、図２の処理で設定され
た基準の受光量に対する計測された受光量の変動分を補
償処理するものである。このような変動分の補償処理
は、基準の受光量と計測された受光量からゲインを演算
し、計測された受光量のゲイン補正処理を行うものであ
る。

【００２９】前記計測された受光量のゲイン補正は、基
準の受光量と計測された受光量のゲインＧを（基準の受
光量／計測された受光量）と設定し、物体９が配置され
ていないときの計測時（第１の計測時）の受光量を、前
記ゲインＧによりゲイン補正処理して、物体９を配置し
たときの計測時（第２の計測時）の基準の受光量の修正
値として設定するものである。すなわち、物体９を配置
したときの計測時（第２の計測時）においては、修正値
として設定された基準の受光量を最初に設定された基準
の受光量と置換して、このときに実際に計測された受光
量と、修正値として設定された基準の受光量に基づいて
物体９の外径を演算により求め、演算結果の出力信号を
形成する。

【００３０】このように、物体が配置されていないとき
の計測時（第１の計測時）における受光量をゲイン補正
処理して、物体を配置したときの計測時（第２の計測
時）の演算処理に用いている。このため、温度変化や、
投光器と受光器からなる光学系の汚れや光軸のずれ等に
より受光器の受光量が変動した場合に、第１の計測時の
受光量を精度よく基準の受光量の修正値に置換でき、正
確な計測を行うことができる。

【００３１】なお、上記の方法以外にも受光素子として
ＣＣＤを用いる構成とすることもできる。また、以上の
説明では透過型の光電センサについて光量補正の処理を
行っているが、本発明の光量補正の処理は反射型の光電
センサにも適用できる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に係る発明
は、第１の計測時（物体が配置されない状態）の受光量
と基準の受光量との差が規定の範囲外であるときにはエ
ラー処理し、両者の差が規定の範囲内であれば光量補正
指令により基準の受光量に対する第１の計測時の受光量
の変動分を補償処理し、当該補償処理した第１の計測時
の受光量を基準の受光量の修正値として設定している。
このため、第２の計測時（物体が配置された状態）にお
いては、基準の受光量として変動分を補償処理した修正
値を用いて演算処理を行うので、受光量の変動による計
測誤差の発生を防止することができる。

【００３３】また、請求項２に係る発明は、ゲイン補正
処理により第１の計測時の受光量を基準の受光量に換算
して設定する処理を行っているので、第１の計測時の受
光量を精度よく基準の受光量の修正値として設定でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の光電センサのブロック図
である。

【図２】基準光量の設定の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図３】光量補正の設定の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図４】光電センサの一例を示す斜視図である。

【図５】光電センサにより物体の外径を計測する例の平
面図である。

【符号の説明】

１ 光電センサ ２ 投光器 ３ 受光器 ４ 取付け基板 ５ 制御装置 ６、７ 導線 ８ 電源コード ９ 物体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光器と、投光器からの出力光を受光す
   る受光器と、受光器で受光したアナログの受光量をデジ
   タルの受光量に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器
   の出力信号が入力される演算制御部と、基準の受光量が
   記憶されている記憶部とを備え、基準の受光量と計測時
   の受光量とにより所定の出力信号を形成する光電センサ
   であって、前記演算制御部は、基準の受光量と第１の計
   測時の受光量とを対比し、両者の差が規定範囲外であれ
   ばエラー処理すると共に、両者の差が規定範囲内であれ
   ば、光量補正指令により基準の受光量に対する第１の計
   測時の受光量の変動分を補償処理して、当該補償処理し
   た第１の計測時の受光量を基準の受光量の修正値として
   設定し、第２の計測時の演算処理において、前記基準の
   受光量の修正値を用いることを特徴とする光電センサ。
2. 【請求項２】 前記第１の計測時の受光量を基準の受光
   量の修正値として設定する処理は、ゲイン補正処理によ
   り第１の計測時の受光量を基準の受光量に換算して設定
   する処理であることを特徴とする請求項１に記載の光電
   センサ。