JP2005109704A - 検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 さまざまな環境下で正確に異常状態を検出することが可能な検出センサを提供する。
【解決手段】 ジョグスイッチ１８が押されているときには（Ｓ１で「Ｙ」）、Ｓ２で投受光動作が実行され、このときの受光信号レベルがメモリに記憶される。ジョグスイッチ１８がオン状態の間に取得された複数の受光信号の中からサンプリング最大レベルＤｂとサンプリング最小レベルＤｓを抽出する（Ｓ４）。Ｓ５でサンプリング最大レベルＤｂとサンプリング最小レベルＤｓとの中間レベルに物体検出用閾値Ｍ１を設定する。Ｓ６でサンプリング最大レベルＤｂを基準にシフト率Ｘに応じたレベルだけ低いレベルに異常検出用閾値Ｍ２を設定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、異常状態を検出する機能を備えた検出センサに関する。

検出センサには、例えば、所定の検出領域に向けて光を出射する投光部と、検出領域からの光を受光しこの受光量に応じたレベルの受光信号を出力する受光部とを備えて、受光部からの受光信号レベルと所定の検出用閾値との比較に基づいて検出領域内の被検出物体の有無を検出する光電センサがある。

ところで、このような光電センサは、使用中に、例えば投光部や受光部の素子劣化や埃の付着などによって経時的に受光信号レベルが全体的に低下することがある。この場合、検出領域内に被検出物体があるときまたは被検出物体がないときの受光信号レベル（最大レベル）が、検出用閾値に接近し被検出物体の安定した検出を行えなくなるといった事態が生じ得る。

そこで、下記特許文献１に示すように、検出用閾値を基準に所定割合（例えば１．２）だけ高いレベルにスライドさせた異常検出用閾値を別途設けて、受光部からの受光信号の最大レベルがこの異常検出用閾値を下回ったときに、異常状態であるとして警告動作を行うようにしたものがある。
実開平３−１１３５３５号公報

ところで、光電センサはユーザーによってさまざまな環境条件下で使用され、この環境条件に応じて受光部からの受光信号の最大レベルは異なる。しかも、特許文献１のものでは上記所定割合は可変となっていない。従って、さまざまな環境条件下で異常状態を検出可能にするには、所定割合をある程度低めに設定せざるを得ない。そうすると、正常時において受光信号レベルが検出用閾値に対して大きく変化する環境条件では、受光信号レベルが大きく低下しない限りその最大レベルが異常検出用閾値を下回ることはなく、上記異常状態の検出を早期に行うことができないという問題が生じる。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、さまざまな環境下で正確に異常状態を検出することが可能な検出センサを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、所定の検出領域内における被検出物体に応じたレベルの出力信号を出力する検出手段を備え、この出力信号レベルと物体検出用閾値とを比較する物体検出動作を行うとともに、前記物体検出用閾値とは異なるレベルの異常検出用閾値動作と前記出力信号レベルとを比較し、この比較結果に基づき前記物体検出動作を正常に行えなくなり得る異常状態を検出する異常検出動作を行う検出センサにおいて、前記検出動作に先だって、前記検出手段から出力される出力信号の最大レベルを取得するサンプリング手段と、少なくとも前記サンプリング手段にて取得された最大レベルに基づいて前記異常検出用閾値を設定する異常検出用閾値設定手段とを備えているところに特徴を有する。

なお、「サンプリング手段で取得される最大レベル」とは次のものが含まれる。
（１）検出領域に光を出射する投光手段と、検出領域からの光を受光する受光手段とを備えて受光手段から出力される、受光量に応じたレベルの受光信号と物体検出用閾値との比較に基づいて検出動作を行う光電センサであれば、上記受光信号レベルが物体検出用閾値以上（または超）となる入光状態における受光信号の最大レベル。
より具体的には、投光手段と受光手段とを対向配置してなる、いわゆる透過型光電センサであれば、投光手段から出射され受光手段に至る光の光路内に被検出物体が存在しないときの受光信号レベルである。一方、投光手段と受光手段とが検出領域に向けて並設される、いわゆる反射型光電センサであれば、検出領域内に被検出物体が存在し、投光手段から出射され被検出物体で反射した光が受光手段に入光するときの受光信号レベルである。
（２）発振コイルを備える発振手段によって検出領域内に磁界を生じさせ、被検出領域内における被検出物体に応じて変化する発振動作に基づいて検出動作を行う磁気式センサでは、検出領域内に被検出物体が存在せず、渦電流損が生じないときに発振手段から出力される、発振動作に応じた出力信号レベル。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記異常検出用閾値設定手段は、前記サンプリング手段にて取得された最大レベルに設定割合を乗じたレベルを前記異常検出用閾値として設定するところに特徴を有する。

なお、異常検出用閾値を求める方法としては、請求項２の構成以外に例えば次の方法が含まれる。
（１）サンプリング手段にて取得された最大レベルに対して、予め定めた所定レベル減算して求める方法。
（２）サンプリング手段にて取得された最大レベルに対して、そのレベルと物体検出用閾値とのレベル差に予め定めた設定比率を乗じた値を減算して求める方法。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記設定割合を変更可能に設定する割合設定手段を備えているところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記サンプリング手段にて取得された最大レベルと前記検出動作時において前記検出手段から出力される前記出力信号の最大レベルとの比である相対値を演算する演算手段と、表示手段と、前記演算手段で演算された前記相対値に応じた表示パターンを前記表示手段に表示させるよう制御する表示制御手段とを備えているところに特徴を有する。
なお、本発明でいう「表示手段」には、上記相対値に応じた値そのものを数値表示（パーセント表示含む）するものや、相対値に応じて表示態様を変えるバーグラフ表示を行うものであってもよい。

＜請求項１の発明＞
本構成によれば、異常状態を検出するための異常検出用閾値は、検出手段からの出力信号の最大レベルに基づいて設定される。検出手段からの出力信号レベルは、検出センサが使用される環境条件に応じて異なるから、この最大レベルに基づいて設定することにより異常検出用閾値を各環境条件に対して適切なレベルに設定することができる。

＜請求項２の発明＞
本構成によれば、異常検出用閾値は、サンプリング手段にて取得された最大レベルに設定割合を乗じたレベルに設定される。従って、種々の環境下に対して常に一律の余裕度（異常検出用閾値に対する最大レベルの割合）で設定することができる。

＜請求項３の発明＞
本構成によれば、上記設定割合は、割合設定手段にて変更できるようになっている。従って、設定割合を微調整することで異常状態検出動作を各環境条件に対してより最適な余裕度に設定することができる。

＜請求項４の発明＞
本構成によれば、素子劣化などの経時的変化の程度を表示手段によって認識することができ、作業者は早期に対処できる。

本発明の一実施形態について図１〜図４を参照しつつ説明する。
１．検出センサの概要
本実施形態に係る検出センサは、所定の検出領域に光を出射する投光手段と、検出領域からの光を受光し、その受光量に応じたレベルの受光信号を出力する受光手段とを備え、受光手段からの受光信号レベルと物体検出用閾値Ｍ１とを比較し、受光信号レベルが物体検出用閾値Ｍ１を上回ったときに入光状態と判定し、物体検出用閾値Ｍ１を下回ったときに遮光状態と判定する、いわゆる光電センサである。

そして、上記物体検出が安定に行えるかどうかを検出するための異常検出用閾値Ｍ２は、物体検出用閾値Ｍ１より高いレベルに設定され、検出動作時において受光手段から随時出力される受光信号の最大レベルが異常検出用閾値Ｍ２を下回ったときに、異常状態であると判定するものである。

２．光電センサの具体的構成
図１は、本発明を適用した光電センサ１０のハードウエア上の構成を示した図である。光電センサ１０は、センサ本体から投光用光ファイバＦ１及び受光用光ファイバＦ２を導出させたファイバセンサである。そして、例えば順次搬送される被検出物体Ｗの搬送経路（同図で白抜き矢印方向）を横から挟むように投光用光ファイバＦ１先端の投光部１１の投光面と受光用光ファイバＦ２先端の受光部１３の受光面とが対向配置される、いわゆる透過型のファイバセンサである。

具体的には、光電センサ１０は、同図に示すように、投光用光ファイバＦ１の基端側に連なる投光回路１２と、受光用光ファイバＦ２の基端側に連なる受光回路１４とＣＰＵ１５とを備えている。このうち投光回路１２はＣＰＵ１５からのパルス信号を受けて図示しない投光素子を周期的に発光させて投光用光ファイバＦ１に導く。一方、受光回路１４は、投光用光ファイバＦ１先端の投光部１１から出射され受光部１３に至り受光用光ファイバＦ２を通ってきた光を図示しない受光素子にて受光する。そして、この受光素子で受光された光を、光電変換し受光回路１４で増幅して、受光素子での受光量に応じたレベルの受光信号（出力信号）としてＡ／Ｄ変換した後にＣＰＵ１５に与える。つまり、投光部１１から出射され受光部１２に至る光路（検出領域）内への被検出物体Ｗの進入量に応じたレベルの受光信号（アナログ信号）が受光回路１４から出力されるのである（図３参照）。従って、本実施形態では、投光用光ファイバＦ１、投光部１１、投光回路１２、受光用光ファイバＦ２、受光部１３及び受光回路１４で、本発明の「検出手段」が構成されている。

ＣＰＵ１５は、被検出物体Ｗの有無により変化する受光信号レベルと、物体検出用閾値Ｍ１とを大小比較し、その比較結果に応じて反転する検出信号を出力回路１６に与えると共に、動作表示灯１７を点灯される。なお、本実施形態では受光信号レベルが物体検出用閾値Ｍ１を下回ったときに動作表示灯１７（図２では符号１７ａ）が点灯するように構成されている。なお、物体検出用閾値Ｍ１は、後述するティーチングモード（ＴＥＡＣＨ）で自動で設定される。

また、本実施形態では、図２にも示すように、いわゆるジョグスイッチ（登録商標）とモードキー２２が設けられ、それらの操作に応じてスイッチ入力回路１９からＣＰＵ１５に信号を与えるようになっている。また、それらの操作に応じて設定された内容は、表示回路２０によって駆動される表示手段に相当する７セグメントＬＥＤの例えば８桁表示のデジタル表示器２１に表示される。モードキー２２は、各種モードを切り換えるためのものであって、押下する毎に、図２に示す「ＲＵＮ」、「ＴＥＡＣＨ」、「ＰＲＯ」の表示灯２３を選択的に切り換え点灯させる。

なお、「ＲＵＮ」は、被検出物体Ｗの検出動作の実行を開始する検出モードを意味し、「ＴＥＡＣＨ」は、物体検出用閾値Ｍ１及び異常検出用閾値Ｍ２を自動で設定するためのティーチングモードを意味し、「ＰＲＯ」は、ティーチングモード以外の、例えば投光部１１からの投光量を調整する投光量設定モードなどの各種モードを意味する。

また、ジョグスイッチ１８によって、後述するように表示内容の切り換えを行うと共に、確定操作などの所定の操作を行うことができる。なお、ジョグスイッチ１８は、その構造的な詳細について図示はしないが、手指にて回転操作される操作ホイールを備え、その操作ホイールを回転させることにより前記デジタル表示器２１の各桁に０〜９の各数字又は文字を表示することができると共に、その操作ホイールを所望な位置で押圧操作することにより、前記デジタル表示器２１に表示されている数字を確定させることができる。

３．ＣＰＵの動作
（ａ）ティーチングモード時における制御動作
モードキー２２を押圧操作して「ＴＥＡＣＨ」に対応する表示灯２３を点灯させると、物体検出用閾値Ｍ１及び異常検出用閾値Ｍ２を一度に設定するためのティーチングモードに切り換わり、ＣＰＵ１５により図４のフローチャートに示す制御が実行される。

まず、ステップＳ１にてジョグスイッチ１８が押されているかどうかを判断し、押されているときには（ステップＳ１で「Ｙ」）、ステップＳ２で、投光素子を発光させるよう投光回路１２に駆動信号を与えるとともに、それに同期して受光回路１４から出力される受光信号を取得して図示しないメモリ２４に記憶する。そして、ステップＳ２で実行される投受光動作は、ジョグスイッチ１８が押圧されない状態（オフ状態）になるまで（ステップＳ３で「Ｙ」）繰り返し実行される。次いで、ジョグスイッチ１８がオン状態になっていた間に取得された複数の受光信号の中から最大レベルと最小レベルとを抽出する（ステップＳ４）。以下、このティーチングモードで取得された最大レベル及び最小レベルをそれぞれ「サンプリング最大レベルＤｂ」、「サンプリング最小レベルＤｓ」という。

本実施形態の場合、光電センサ１０が使用される環境下で、ジョグスイッチ１８を押した状態で、検出領域において被検出物体Ｗを通過させる。そうすると、検出領域内に被検出物体Ｗがない入光状態における受光信号レベルがサンプリング最大レベルＤｂとなり、投光部１１及び受光部１３の間に被検出物体Ｗが位置した遮光状態における受光信号レベルがサンプリング最小レベルＤｓとなる（図３参照）。
なお、物体検出用閾値Ｍ１の算出に際しては、受光信号が最大レベル及び最小レベルになる状態が予め分かっている場合には、最大レベルとなる状態（例えば被検出物体Ｗなし状態）と最小レベルとなる状態（被検出物体Ｗあり状態）でジョグスイッチ１８を２回押圧操作し、それぞれの押圧操作時の受光信号レベルを上記サンプリング最大レベルＤｂ及びサンプリング最小レベルＤｓとする方法でも良い。

続いて、ステップＳ５で物体検出用閾値Ｍ１が算出される。具体的には、上記サンプリング最大レベルＤｂとサンプリング最小レベルＤｓとの中間レベルを算出し、この中間レベルを物体検出用閾値Ｍ１としてメモリ２４の所定領域に格納する。

更に、ステップＳ６で異常検出用閾値Ｍ２が算出される。具体的には、上記メモリ２４にはシフト率Ｘが記憶されており、メモリ２４からシフト率Ｘ（＜１）とサンプリング最大レベルＤｂを読み出して、次の計算式で異常検出用閾値Ｍ２を算出する。
異常検出用閾値Ｍ２＝サンプリング最大レベルＤｂ＊（１−シフト率Ｘ）
なお、本実施形態では、ジョグスイッチ１８で所定の操作をすることで、デジタル表示器２１に上記サンプリング最大レベルＤｂの値と、異常検出用閾値Ｍ２とが選択的にデジタル表示器２１に数値表示される。異常検出用閾値Ｍ２に対するサンプリング最大レベルＤｂの相対値などであってもよい。従って、作業者は、デジタル表示器２１の表示を見て現在設定されているシフト率Ｘが適切であるかどうか判断できる。調整したい場合には次のシフト率調整モードで行うことができる。

（ｂ）シフト率調整時における制御動作
モードキー２２を押圧操作して「ＰＲＯ」に対応する表示灯２３を点灯させてジョグスイッチ１８で所定の操作をすると、シフト率調整モードに切り換わり、デジタル表示器２１に現在メモリ２４に記憶されているシフト率Ｘの値が表示される。ここで、ジョグスイッチ１８をプラス側またはマイナス側へ回動操作することでデジタル表示器２１に表示された数値を変えることができ、押圧操作することでデジタル表示器２１に表示された数値がシフト率Ｘとしてメモリ２４に書換更新される。その後、再びティーチングモードに切り換えて実行することにより、更新後のシフト率Ｘに基づいた異常検出用閾値Ｍ２を算出することができる。
なお、ティーチングモードに切り換えなくても、シフト率調整モードにおいてシフト率Ｘが変更され確定された時点で、メモリ２４に記憶されたサンプリング最大レベルＤｂを読み出して上記計算式から新たに異常検出用閾値Ｍ２を算出する構成であってもよい。

（ｃ）検出動作時における制御動作
モードキー２２を押圧操作して「ＲＵＮ」に対応する表示灯２３を点灯させてジョグスイッチ１８で所定の操作をすると、検出モードに切り換わり、被検出物体Ｗの検出を開始することができる。

受光回路１４から出力される受光信号レベルは、図３に示すように、検出領域内に被検出物体Ｗが存在しないときには、入光状態となって最大レベルを示し、検出領域内に被検出物体Ｗが進入してくると、その進入量に応じて受光信号レベルが低減するように変化する。
そして、受光信号レベルが物体検出用閾値Ｍ１を下回ったときに前述したように動作表示灯１７（１７ａ）を点灯させるとともに出力回路１６を介して外部機器に物体検出信号を出力する。

また、この物体検出動作と並行して異常検出動作が行われる。例えば所定周期（少なくとも検出領域を被検出物体Ｗが通過するのにかかる時間より長い時間）毎にその周期内において異常検出用閾値Ｍ２を超えるレベルの受光信号があったかどうかを判定する。正常な状態であれば、異常検出用閾値Ｍ２を超えるレベルの受光信号が存在する。

しかし、長時間使用することで、例えば投光素子、受光素子、光ファイバＦ１、Ｆ２などの劣化や、投光部１１の投光面、受光部１３の受光面への埃等の付着によって受光回路１４からの受光信号レベルが全体的に低下してくることがである。そして、所定周期内において異常検出用閾値Ｍ２を超えるレベルの受光信号が存在しなくなると、動作表示灯１７（図２では符号１７ｂ）が点灯され、出力回路１６を介して異常検出信号が外部機器に出力される。

また、検出モード実行中、ＣＰＵ１５は、上記サンプリング最大レベルＤｂに対する、現在の最大レベルの相対値を演算し、その相対値をデジタル表示器２１に表示させるよう動作する。異常検出用閾値Ｍ２に対する現在の最大レベルの相対値であってもよい。

なお、最大レベルは、次のようにしても取得することができる。即ち、順次繰り返される投受光動作毎にそのときに取得した受光信号レベルと、その直前に取得した受光信号レベルとを大小比較し、直前の受光信号レベルの方が高いときに当該直前の受光信号レベルを最大レベルとして求めるのである。この方法は、ティーチングモードにおけるサンプリング最大レベルＤｂ及びサンプリング最小レベルＤｓの取得についても適用可能である。

４．本実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、異常状態を検出するための異常検出用閾値Ｍ２は、受光回路１４からの受光信号の最大レベル（サンプリング最大レベルＤｂ）に基づいて設定される。受光回路１４からの受光信号レベルは、光電センサ１０が使用される環境条件に応じて異なるから、これに基づいて設定することにより異常検出用閾値Ｍ２を各環境条件に対して適切なレベルに設定することができる。
また、異常検出用閾値Ｍ２は、サンプリング最大レベルＤｂにシフト率Ｘ（設定割合）を乗じたレベルに設定される。従って、種々の環境下に対して常に一律の余裕度（異常検出用閾値Ｍ２に対する受光信号の最大レベルの割合）で設定することができる。

更に、上記シフト率Ｘは、変更できるようになっているから、シフト率Ｘを微調整することで異常状態検出動作を各環境条件に対してより最適な余裕度に設定することができる。
また、検出モード中にデジタル表示器２１にはサンプリング最大レベルＤｂに対する、現在受光回路１４から出力される受光信号の最大レベルの相対値が表示される。従って、作業者は素子劣化などの経時的変化の程度を知ることができ、未然に対処することが可能になる。また、異常検出用閾値Ｍ２に対する現在の最大レベルの相対値をデジタル表示器２１に表示するようにすれば、異常状態までどの程度余裕があるかを知ることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記各実施形態では、検出センサとして透過型の光電センサ１０としたが、投光素子から出射され検出領域内の被検出物体Ｗでの反射光を受光素子で受光し、その受光量レベルに応じた出力信号（受光信号）を出力する、いわゆる反射型の光電センサであってもよい。この場合、受光信号レベルは図５に示すように変化するが、素子劣化などにより受光信号レベルが全体的に低下する異常を検出する場合には、最大レベル（サンプリング最大レベルＤｂ）を基準に所定量低いレベルに異常検出用閾値Ｍ２を設定すればよい。

（２）更に、光電センサに限らず、検出領域内の被検出物体Ｗに応じた出力信号を出力するものであれば、例えば磁気式センサ（近接センサ）、超音波センサ、圧力センサや温度センサなどにも本発明を適用することができる。

（３）また、サンプリングされた最大レベルに基づき１つの異常検出用閾値Ｍ２を算出する構成ではなく、互いにレベルの異なる複数の異常検出用閾値Ｍ２を求めて設定する構成であってもよい。例えば上記実施形態であれば、サンプリング最大レベルＤｂと物体検出用閾値Ｍ１との間の範囲内において、レベルの異なる複数の異常検出用閾値Ｍ２を設け、検出手段からの出力信号レベルと各異常検出用閾値Ｍ２との大小比較によって異常状態の程度に応じた報知動作を段階的に実行するよう構成するのである。互いに異なる複数のシフト率を設けて、サンプリング最大レベルＤｂと各シフト率とから各異常検出用閾値Ｍ２を算出するようにすることもできる。

（４）表示手段は、ＬＥＤによるデジタル表示器２１に限らず、液晶表示器（ＬＣＤ）であってもよい。
（５）上記実施形態では、異常状態が検出されたときに動作表示灯を点灯させる発光動作や、外部に検出信号を出力する信号出力動作を行う構成であったが、これ以外に、音声を発生させる発音動作や、デジタル表示器２１に異常状態を示す表示をさせる構成であってもよい。

本発明の一実施形態に係る光電センサを示すブロック図 その操作部の側面図 出力信号レベルと各閾値との関係を示したグラフ ティーチングモード時のＣＰＵの制御を示したフローチャート 変形における出力信号レベルと各閾値との関係を示したグラフ

符号の説明

１０…光電センサ（検出センサ）
１１…投光部
１２…受光部
１２…投光回路
１３…受光部
１４…受光回路
１５…ＣＰＵ（サンプリング手段、異常検出用閾値設定手段）
１８…ジョグスイッチ
２１…デジタル表示器（表示手段）
Ｗ…被検出物体

Claims (4)

1. 所定の検出領域内における被検出物体に応じたレベルの出力信号を出力する検出手段を備え、この出力信号レベルと物体検出用閾値とを比較する物体検出動作を行うとともに、前記物体検出用閾値とは異なるレベルの異常検出用閾値動作と前記出力信号レベルとを比較し、この比較結果に基づき前記物体検出動作を正常に行えなくなり得る異常状態を検出する異常検出動作を行う検出センサにおいて、
   前記検出動作に先だって、前記検出手段から出力される出力信号の最大レベルを取得するサンプリング手段と、
   少なくとも前記サンプリング手段にて取得された最大レベルに基づいて前記異常検出用閾値を設定する異常検出用閾値設定手段とを備えていることを特徴とする検出センサ。
2. 前記異常検出用閾値設定手段は、前記サンプリング手段にて取得された最大レベルに設定割合を乗じたレベルを前記異常検出用閾値として設定することを特徴とする請求項１記載の検出センサ。
3. 前記設定割合を変更可能に設定する割合設定手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の検出センサ。
4. 前記サンプリング手段にて取得された最大レベルと前記検出動作時において前記検出手段から出力される前記出力信号の最大レベルとの比である相対値を演算する演算手段と、
   表示手段と、
   前記演算手段で演算された前記相対値に応じた表示パターンを前記表示手段に表示させるよう制御する表示制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の検出センサ。

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