JP2004333363A - 物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】相対的に移動する物体を簡単な構成で非接触的に検出可能とするもので、微弱な外光であってもこれを拡散しないように集中させ、低コストの光センサー１３による検出を可能とした物体検出装置を提供すること。
【解決手段】所定レベルの外光を筒体１１の比較的狭い光取入れ口１４から取り入れ可能として外界とは遮蔽した状態の内部に集中させるようにすること、筒体１１内の所定深さに光センサー１３を取付けることに着目したもので、所定レベルの外光をその光取入れ口１４からその内部に取り入れ可能な筒体１１と、光取入れ口１４から所定深さにおいて筒体１１の内部に取り付けた光センサー１３と、を有し、筒体１１の光取入れ口１４の近傍を通過する物体による遮光により光センサー１３による物体の検出を可能としたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物体検出装置にかかるもので、とくに各種のコンベアその他の搬送装置により搬送されてくる物品ないしは物体、さらには相対的に移動する各種の物体の検出を行う物体検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から各種の物体を非接触的に検出するには、光線を用いた物体検出装置を用いることが多い。
たとえば、図１１は、コンベア１をその搬送方向から見た概略正面図であって、コンベア１上を搬送されてくる物体Ｍを透過型の光センサー２により検出可能としている。
光センサー２は、発光部３および受光部４を有し、その間を通過する物体Ｍが発光部３からの光線５を遮断することにより検出信号を取り出すようになっている。
しかしながら、光センサー２は、発光部３および受光部４を必要とするとともに、コンベア１にまたがってこれらを配置しなければならず、構造が複雑であり、また、高価であるという問題がある。さらに、単一の光センサー２による検出機能は、単に物体Ｍの通過の有無を検出することができるだけであるという問題がある。光センサー２を搬送方向あるいは高さ方向に多段に設けることによって、物体Ｍの搬送速度や大きさを検出することもできるが、コストが高くなることおよび構造が複雑になることなどの諸問題がある。
【０００３】
図１２は、図１１と同様に、コンベア１をその搬送方向から見た概略正面図であって、物体Ｍを反射型の光センサー６により検出可能である。
光センサー６は、発光部７および受光部８を有し、その近傍を通過する物体Ｍが光線を反射することにより検出信号を取り出すようになっている。
光センサー６は、コンベア１の片側にこれを配置することはできるが、光センサー２（図１１）と同様に、発光部７および受光部８を必要とし構造が複雑であるとともに、高価であり、さらに、単一の光センサー６だけでは単に物体Ｍの通過の有無を検出することができるだけであること、多段にこれを設けることはコストアップおよび構造の複雑化を招くことなどの諸問題がある。
さらに、光を利用した光センサー６を物体Ｍの通過部（コンベア１）の直下においた場合には、その発光部７や受光部８にゴミやほこりが付着することによる汚れの問題があり、検出精度が低下すること、あるいは掃除その他のメンテナンスの手間や費用がかかることなどの諸問題がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−７５５４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、相対的に移動する物体を簡単な構成で非接触的に検出可能な物体検出装置を提供することを課題とする。
【０００６】
また本発明は、微弱な外光であってもこれを拡散しないように集中させて、低コストの光センサーによる検出を可能とし、安価に製造可能な物体検出装置を提供することを課題とする。
【０００７】
また本発明は、物体の搬送方向ないし移動路の途中の片側部分のみに配置して単純な構成で物体を検出可能なメンテナンス上も有利である物体検出装置を提供することを課題とする。
【０００８】
また本発明は、ゴミやほこりなどによる汚れの問題を解消可能でメンテナンス上も有利である物体検出装置を提供することを課題とする。
【０００９】
また本発明は、オン・オフ信号による物体の有無検出のみならず、リニアな信号により物体の動作状態を検出可能で、その使用態様により物体の形状や搬送方向および搬送速度などの検出にも利用可能な物体検出装置を提供することを課題とする。
【００１０】
また本発明は、簡単かつ安価であってその複数個を配置することが可能であるとともに、こうした配置により各種の機能を発揮可能な物体検出装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、所定レベルの外光を筒体の比較的狭い光取入れ口から取り入れ可能として外界とは遮蔽した状態の内部に集中させるようにすること、この筒体内の所定深さに光センサーを取付けること、および物体による遮光をこの光センサーが検出可能とすることに着目したもので、相対的に移動する物体を検出する物体検出装置であって、所定レベルの外光をその光取入れ口からその内部に取り入れ可能な筒体と、この光取入れ口から所定深さにおいてこの筒体の上記内部に取り付けた光センサーと、を有するとともに、上記筒体の上記光取入れ口の近傍を通過する上記物体による遮光によりこの光センサーによる上記物体の検出を可能としたことを特徴とする物体検出装置である。
【００１２】
上記筒体は、その内部に上記光センサーを収容可能な光誘導空間部を形成した細長い管状であって、この光誘導空間部につながるその開口部を上記光取入れ口とすることができる。
【００１３】
上記筒体は、その両端部が外部に開口していることができる。
【００１４】
上記筒体は、その一端部のみが外部に開口していることができる。
【００１５】
上記光センサーは、上記筒体の内壁面にこれを取り付けることができる。
【００１６】
上記光センサーは、上記外光の光量に応じた電流が流れるセンサーであることができる。
【００１７】
上記光センサーは、上記筒体の内部にこれを少なくとも一個設けることができる。
【００１８】
上記光センサーは、上記筒体の内部にこれを複数個設けることができる。
【００１９】
上記光センサーは、上記筒体の内壁面における内周面に等角度間隔で少なくとも二個設けることができる。
【００２０】
上記筒体の開口部に取り付け可能であるとともに、上記光取入れ口を形成可能な光取入れ窓部を有する蓋部材を設けることができる。
【００２１】
上記光センサーによる検出の閾値レベルを調節可能とするレベル調節器を有することができる。
【００２２】
上記検出の対象となる物体は、任意のものであってよく、コンベアその他の搬送装置上を搬送されてくる物体に限らず、所定レベルの外光を遮光可能な、たとえば人間、路面およびその他各種の荷物など、当該物体検出装置に対して外光を遮るように相対的に移動するものであれば何でもよい。
【００２３】
本発明による物体検出装置においては、所定レベルの外光をその光取入れ口から取り入れ可能な筒体と、この筒体内の所定深さにおいてその内部に取り付けた光センサーと、を設けることにより、すなわち、外光の光量レベルを筒体内において光センサーの検出作用に適したレベルに集束ないし絞り込むことにより、筒体の光取入れ口の近傍を通過する物体による遮光によってこの光センサーによる物体の検出を可能とすることができるとともに、構成が単純でありかつ安価な光センサーを用いることができるので、大幅なコスト削減を実現することができる。
【００２４】
また、筒体内の光センサーの数およびその配置形態を工夫することにより、物体の移動方向や移動速度を検出可能であり、あるいは複数個の物体検出装置を所定の形態に配置することにより、物体の形状および移動方向や移動速度を検出可能であるなど、検出機能の拡充を図ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の第１の実施の形態による物体検出装置１０を図１ないし図６にもとづき説明する。ただし、図１１および図１２と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、物体検出装置１０の斜視図、図２は、同、縦断面図であって、物体検出装置１０は、筒体１１と、蓋部材１２と、光センサー１３と、を有する。
【００２６】
筒体１１は、たとえば断面四角形状（正方形状）のアルミニウム製あるいは塩化ビニールその他の合成樹脂製の細長い管状を呈し、その両端部が外部に開口しており、その一方の（図中上方の）開口部を光取入れ口１４としている。
筒体１１は、その内部に光センサー１３を収容可能な光誘導空間部１５を形成し、光取入れ口１４からつながるこの光誘導空間部１５内に所定レベルの外光１６を取り入れ可能としている。
光誘導空間部１５は、断面正方形状であって、筒体１１の深さ方向に同一断面形状を有し、外光１６を光センサー１３の部分まで有効かつ確実に誘導可能である。
なお筒体１１は、その両端部を開口させることもできるが、その一端部のみが外部に開口していればよいものである。
【００２７】
蓋部材１２は、平板部１７および保持外壁部１８を有する。
平板部１７には光取入れ口１４に臨む光取入れ窓部１９をその中央位置に形成し、保持外壁部１８は筒体１１の頂部にこれを嵌め込んで、平板部１７を筒体１１の開口部（光取入れ口１４）に取り付け可能とする。
光取入れ窓部１９は、外光１６を所定レベルに絞り込んで光取入れ口１４ないし光誘導空間部１５内に、さらには光センサー１３方向に集中して取り入れ可能としている。
【００２８】
光センサー１３は、受光した外光１６の光量に応じて、たとえば抵抗値が変化して対応した電流が流れるセンサーであって、筒体１１の内壁面１１Ａの所定深さにおいてその受光面１３Ａを同一面上に取り付け、ケーブル２０により検出回路２１（図３、後述）に信号を供給可能とする。
光センサー１３としては、光誘導空間部１５内に入射する外光１６の光量に応じた電流が流れるものであれば、任意のタイプのものを採用可能である。たとえば、低価格のＣｄＳセンサーなど、あるいは高価ではあるが精度良好なＣＣＤセンサーなどを採用することができる。なお、筒体１１の内壁面１１Ａを鏡面仕上げすることにより、外光１６の受光効率を上げるようにすることもできるが、筒体１１の材料を選択することにより、内壁面１１Ａの反射効率を所望のレベルに設計することができる。
この光センサー１３が、筒体１１の光取入れ口１４（光取入れ窓部１９）の近傍を通過する物体Ｍによる遮光により物体Ｍの検出を可能とする。
【００２９】
図３は、光センサー１３の検出回路２１のブロック回路図であって、検出回路２１は、光センサー１３の検出信号を増幅する増幅器２２と、信号比較器２３およびレベル調節器２４と、オン・オフ信号出力器２５と、制御器２６と、を有する。
【００３０】
図４は、光センサー１３の検出レベル２７および信号比較器２３における閾値レベル２８の説明図であって、物体検出装置１０の近傍を通過した物体Ｍによる遮光によって、閾値レベル２８から下方に低下した検出レベル２７を信号比較器２３が比較し、オン・オフ信号出力器２５がオン・オフ検出信号を制御器２６に出力し、制御器２６からの制御信号により所定の制御を行う。
【００３１】
なお、レベル調節器２４は、光センサー１３による検出レベル２７に対する閾値レベル２８を所望のレベルに調節するもので、物体検出装置１０をセットする外部環境における外光１６の光量レベルをあらかじめ計測しておき、所定の閾値レベル２８を得るようにソフトウェアで調節することにより、光センサー１３による検出を可能とする。
【００３２】
また、とくに図２に示すように、光取入れ窓部１９の直径をＤとし、蓋部材１２（平板部１７）の厚さをＴとし、筒体１１の光誘導空間部１５における光センサー１３の取付け深さをＨとし、光センサー１３の取付け部位からの筒体１１の底部（図中下方の開口部）の深さをＪとし、筒体１１の内径をＷとしたときに、これらの数値を任意に組み合わせ、また光センサー１３の感度を考慮して設計することにより、物体検出装置１０（光センサー１３）の閾値レベル２８を機械的に調節し設定することができる。なお、図２の下部に仮想線で示すように、光センサー１３を筒体１１の内壁面１１Ａよりへこんだ穴部２９に設けることにより光センサー１３を保護した状態で取り付けることもできるが、この構成の場合には光センサー１３のへこみ距離Ｃも考慮することができる。
【００３３】
図５は、こうした構成の物体検出装置１０を前記コンベア１に取り付けた場合の要部断面図であり、コンベア１の貫通部３０に物体検出装置１０の光取入れ窓部１９を臨ませた状態で取付け金具３１により物体検出装置１０（筒体１１）をコンベア１に対して固定する。
コンベア１上を搬送される物体Ｍがコンベア１の貫通部３０すなわち、光取入れ窓部１９（光取入れ口１４）を閉鎖して外光１６を遮光するので、光センサー１３は今まで検出していた外光１６の光量が変化する結果、この変化を信号として出力し、検出回路２１が物体Ｍの通過を検出する。
本発明においては、筒体１１を設けることにより、光センサー１３による外光１６の検出および遮光の範囲を物体Ｍが通過する部位に限定することができるので、筒体１１による被覆がない状態の光センサー１３が物体Ｍの通過による外光１６の変化を検出することが困難である場合とは異なり、外光１６の照射レベルおよび遮光レベルを有効に識別して物体Ｍの検出を可能とする。とくに、外光１６が微弱である場合には、筒体１１により光センサー１３の検出領域を光誘導空間部１５内に限定して外光１６が拡散しないようにするとともに、光センサー１３部分に外光１６を集中ないし集束させてその検出を可能とする。
【００３４】
本発明による物体検出装置１０は、上述のように、従来の透過型の光センサー２（図１１）あるいは反射型の光センサー６（図１２）のような自己発光部を必要とせず、所定レベルの光量を有する外光１６さえあれば、光源を選ばずに検出が可能であるため、非常に単純かつ簡単な構成であり、きわめて低いコストで製造が可能である。
【００３５】
しかも物体検出装置１０は、コンベア１の片側のみにこれを配置するだけでよく、図５に示すように、直下型かつ非接触型であって、破損する惧れも非常に少ないとともに、光センサー１３の受光面１３Ａを筒体１１の内壁面１１Ａと同一面にしているので、受光面１３Ａにゴミやほこりが付着する可能性も非常に小さく、掃除その他のメンテナンス上も有利である。
なお、光の指向性を考慮すると、光センサー１３の受光面１３Ａを光取入れ口１４ないし光取入れ窓部１９方向に向けることが望ましいが、外光１６を光誘導空間部１５内に誘導して拡散しないようにすることにより、受光面１３Ａを筒体１１の内壁面１１Ａに設けても外光１６の光量変化を検出可能である。もちろん、光センサー１３は、光誘導空間部１５内の任意の部位に任意の姿勢でこれを取り付けることができるが、上述のようにその受光面１３Ａへのゴミやほこりの付着による汚れの問題にかんがみて、受光面１３Ａが鉛直方向に沿うようにすることが望ましい。
【００３６】
図５に示すような配置の場合に、コンベア１の下方部が上方部に比較して充分暗ければ、筒体１１の底部もこれを開口部としておくことができ、筒体１１内にゴミやほこりがたまることもない。もちろん、筒体１１の一方の端部を閉鎖してその一方の端部のみを開口部として構成することにより、外光１６のレベルをより明確にすることができる。
【００３７】
なお、図４に示したように、光センサー１３の検出レベル２７と信号比較器２３における閾値レベル２８との比較によるオン・オフ信号にもとづいて物体Ｍの有無の検出を行うこともできるが、光センサー１３としてたとえばＣｄＳセンサーなどを採用した場合には、光量に応じて抵抗値がリニアに変化するため、このリニアな信号にもとづいて、物体Ｍの接近状態ないし相対移動状態を検出するように制御することもできる。
【００３８】
さらに、物体検出装置１０は、非常な低価格かつ単純な構成であるため、これを複数個任意の形態で配置することが可能となり、またこうした配置を採用することにより、物体Ｍの通過の有無検出に限定されずに、任意の検出機能を発揮することもできる。
たとえば図６は、任意の搬送装置３２の平面図であって、この搬送装置３２上に碁盤の目状に開口形成した貫通部３０の直下に物体検出装置１０を縦横平面的に分散して複数個均一に配置することにより、物体Ｍの形状（厳密には底面形状）および搬送方向や搬送速度を検出することもできる。物体検出装置１０を立体的に分散配置すれば、その高さ方向の形状（側面形状）も検出可能である。
【００３９】
つぎに、本発明においては、筒体１１が充分に細ければ、蓋部材１２およびその光取入れ窓部１９を設ける必要はない。
すなわち、図７は、本発明の第２の実施の形態による物体検出装置４０の縦断面図であって、物体検出装置４０では、筒体１１が充分に細く、すなわち、筒体１１の内径Ｗが充分に小さく、光取入れ口１４の開口面積が充分に小さければ、光誘導空間部１５内への外光１６の光量を必要なレベルおよび領域に限定することが可能であり、光センサー１３に光取入れ口１４から直接外光１６を誘導することができる。
【００４０】
こうした構成の物体検出装置４０において、蓋部材１２を設ける必要がないので、構成をさらに単純化することができるとともに、コストをさらに低減化可能である。また、筒体１１自体がより細い形状であるので、物体検出装置４０をさらに密度高く平面的にこれを配置することが可能となって、平面におけるより精密な検出機能を発揮可能である。
【００４１】
図８は、本発明の第３の実施の形態による物体検出装置５０の縦断面図であって、物体検出装置５０においては、筒体１１の両端部の開口部をともに光取入れ口１４とし、ここにそれぞれ設けた蓋部材１２によりその光取入れ窓部１９から外光１６を光誘導空間部１５さらには光センサー１３に取り込み可能としている。
光センサー１３を筒体１１の中心部に配置し、両端の光取入れ窓部１９から外光１６を受光可能としている。
【００４２】
こうした構成の物体検出装置５０においては、物体検出装置５０の両端部に外光導入部（光取入れ窓部１９）を有することになり、両端の光取入れ窓部１９から光センサー１３に入射するそれぞれの光量のレベル差に応じて物体Ｍの通過を検出することができるとともに、単一の物体検出装置５０を用いて左右二列で交互に、あるいは順次移動する物体Ｍを検出可能である。
【００４３】
本発明においては、光センサー１３を筒体１１の内部に少なくとも一個設けるものであるが、必要に応じて筒体１１の内部に光センサー１３を複数個設けることもできる。
図９は、本発明の第４の実施の形態による物体検出装置６０の縦断面図であって、物体検出装置６０においては、二個の光センサー１３を筒体１１の内壁面１１Ａに等角度間隔で、すなわち、互いに対向した内壁面１１Ａに設けている。また、蓋部材１２を設けることなく、光取入れ窓部１９より比較的広く開口している光取入れ口１４の部分から光誘導空間部１５に外光１６を入射可能として、それぞれ反対側の光センサー１３がそれぞれに向かう外光１６を受光可能としてある。
【００４４】
こうした構成の物体検出装置６０においては、図９中左右の光センサー１３が物体Ｍの所定一方向に向かう移動にともなって、わずかな時間差をもって外光１６が遮光され、物体Ｍを検出することになるので、物体Ｍの移動速度あるいはその移動方向も検出可能である。
【００４５】
図１０は、本発明の第５の実施の形態による物体検出装置７０の横断面図であって、物体検出装置７０においては、円筒形の筒体７１を採用し、光センサー１３を筒体７１の内壁面７１Ａにおける内周面に等角度間隔で８個設けている。
【００４６】
こうした構成の物体検出装置７０においては、物体Ｍの移動方向が八方であっても、外光１６の遮断がその移動に応じてわずかな時間差をもって行われ、それぞれの光センサー１３がこれを順次検出する結果、その移動速度ないし移動方向を検出可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光取入れ口および光誘導空間部を有する筒体とこの筒体内の光センサーとを設けたので、外光の検出範囲を限定して構成を単純化し低コストで製造することができるとともに、センサーとして各種の応用形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による物体検出装置１０の斜視図である。
【図２】同、縦断面図である。
【図３】同、光センサー１３の検出回路２１のブロック回路図である。
【図４】同、光センサー１３の検出レベル２７および信号比較器２３における閾値レベル２８の説明図である。
【図５】同、物体検出装置１０をコンベア１に取り付けた場合の要部断面図である。
【図６】同、物体検出装置１０を縦横平面的に分散して複数個均一に配置した任意の搬送装置３２の平面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による物体検出装置４０の縦断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による物体検出装置５０の縦断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態による物体検出装置６０の縦断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態による物体検出装置７０の横断面図である。
【図１１】従来の透過型の光センサー２を取り付けたコンベア１をその搬送方向から見た概略正面図である。
【図１２】従来の反射型の光センサー６を取り付けたコンベア１をその搬送方向から見た概略正面図である。
【符号の説明】
１ コンベア
２ 透過型の光センサー（図１１）
３ 発光部
４ 受光部
５ 光線
６ 反射型の光センサー（図１２）
７ 発光部
８ 受光部
１０ 物体検出装置（第１の実施の形態、図１、図２）
１１ 筒体
１１Ａ 筒体１１の内壁面
１２ 蓋部材
１３ 光センサー
１３Ａ 光センサー１３の受光面
１４ 光取入れ口
１５ 光誘導空間部
１６ 外光
１７ 平板部
１８ 保持外壁部
１９ 光取入れ窓部
２０ ケーブル
２１ 検出回路（図３）
２２ 増幅器
２３ 信号比較器
２４ レベル調節器
２５ オン・オフ信号出力器
２６ 制御器
２７ 検出レベル（図４）
２８ 閾値レベル（図４）
２９ へこんだ穴部（図２）
３０ コンベア１の貫通部（図５）
３１ 取付け金具
３２ 搬送装置（図６）
４０ 物体検出装置（第２の実施の形態、図７）
５０ 物体検出装置（第３の実施の形態、図８）
６０ 物体検出装置（第４の実施の形態、図９）
７０ 物体検出装置（第５の実施の形態、図１０）
７１ 円筒形の筒体
７１Ａ 筒体７１の内壁面
Ｄ 光取入れ窓部１９の直径（図２）
Ｔ 蓋部材１２（平板部１７）の厚さ
Ｈ 筒体１１の光誘導空間部１５における光センサー１３の取付け深さ
Ｊ 光センサー１３の取付け部位からの筒体１１の底部の深さ
Ｗ 筒体１１の内径
Ｃ へこんだ穴部２９における光センサー１３のへこみ距離

Claims (11)

1. 相対的に移動する物体を検出する物体検出装置であって、所定レベルの外光をその光取入れ口からその内部に取り入れ可能な筒体と、この光取入れ口から所定深さにおいてこの筒体の前記内部に取り付けた光センサーと、
   を有するとともに、
   前記筒体の前記光取入れ口の近傍を通過する前記物体による遮光によりこの光センサーによる前記物体の検出を可能としたことを特徴とする物体検出装置。
2. 前記筒体は、その内部に前記光センサーを収容可能な光誘導空間部を形成した細長い管状であって、この光誘導空間部につながるその開口部を前記光取入れ口としたことを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
3. 前記筒体は、その両端部が外部に開口していることを特徴とする請求項１または２に記載の物体検出装置。
4. 前記筒体は、その一端部のみが外部に開口していることを特徴とする請求項１または２に記載の物体検出装置。
5. 前記光センサーは、前記筒体の内壁面にこれを取り付けたことを特徴とする請求項１ないし４に記載の物体検出装置。
6. 前記光センサーは、前記外光の光量に応じた電流が流れるセンサーであることを特徴とする請求項１ないし５に記載の物体検出装置。
7. 前記光センサーは、前記筒体の内部にこれを少なくとも一個設けたことを特徴とする請求項１ないし６に記載の物体検出装置。
8. 前記光センサーは、前記筒体の内部にこれを複数個設けたことを特徴とする請求項１ないし６に記載の物体検出装置。
9. 前記光センサーは、前記筒体の内壁面における内周面に等角度間隔で少なくとも二個設けたことを特徴とする請求項１ないし６に記載の物体検出装置。
10. 前記筒体の開口部に取り付け可能であるとともに、前記光取入れ口を形成可能な光取入れ窓部を有する蓋部材を設けたことを特徴とする請求項１ないし９に記載の物体検出装置。
11. 前記光センサーによる検出の閾値レベルを調節可能とするレベル調節器を有することを特徴とする請求項１ないし１０に記載の物体検出装置。

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