JP2005291749A

JP2005291749A - 光電スイッチ

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Publication number: JP2005291749A
Application number: JP2004103158A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yamaguchi; 昭司山口; Shinichi Tsukiki; 伸一槻木
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP4266182B2

Abstract

【課題】所定の色を有する対象物を高精度かつ容易に検出することができる光電スイッチを提供する。
【解決手段】信号処理制御部４３は、ティーチング処理時には、第１の受光量と第２の受光量との差である受光量差に基づいて複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃのうち一つまたは複数の投光素子を検出用投光素子として選択し、選択された一つまたは複数の検出用投光素子に対応する一つまたは複数の受光量の総和に基づいて検出対象物を検出するための検出用しきい値を算出する。また、信号処理制御部４３は、検出対象物の検出動作時には、選択された一つまたは複数の検出用投光素子に対応する一つまたは複数の受光量の総和および設定された検出用しきい値に基づいて検出対象物の検出状態を判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象物を検出するための光電スイッチに関する。

従来より、検知領域に光を投射しその反射光または透過光を検出することにより対象物の有無を検出する光電スイッチが用いられている。

上記の光電スイッチは、一般に赤色の光を投射する光源を有している。また、赤色の光のみでは対象物と背景との受光量差が小さく検出が困難な場合があり、その場合には、緑色の光を投射する光源を有する光電スイッチまたは青色の光を投射する光源を有する光電スイッチが用いられている。

一方、赤色の光、緑色の光および青色の光を投射する光源を有し、これらの光源の光を順次検知領域に投射しその反射光または透過光を検出することにより対象物の有無を検出する色識別装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

上記の色識別装置では、受光された反射光または透過光に関する情報に基づいて赤色の光、緑色の光および青色の光（以下、３色の光と呼ぶ）の受光量の総和が算出される。算出された受光量の総和と、ティーチング処理により予め設定したしきい値とを比較することにより、所定の色を有する対象物が検出される。
特開２０００−１２１４４０号公報

単一の波長の光のみを対象物に投射する光電スイッチの場合、検出すべき対象物の色によっては、対象物の色が背景の色と異なるにもかかわらず、検出に十分な受光量差を得られない場合がある。その結果、対象物の検出精度が低くなる。

一方、色識別装置による対象物の検出処理では、まず、検知領域に対象物がある場合の３色の光の受光量と、検知領域に対象物がない場合の３色の光の受光量との差が３色の光ごとに受光量差として算出される。この場合、受光量差は正の値または負の値を有する。

そして、３色の光ごとに算出された受光量差の合計が受光量総和として算出される。この算出された受光量総和およびティーチング処理により予め設定されたしきい値に基づいて所定の色を有する対象物の有無が判定される。

しかしながら、例えば正の値を有する２色の受光量差の合計と負の値を有する１色の受光量差との総和である受光量総和が０に近くなる場合がある。その結果、対象物の検出精度が低くなる。

本発明の目的は、所定の色を有する対象物を高精度かつ容易に検出することができる光電スイッチを提供することである。

本発明に係る光電スイッチは、検出領域に光を投射するとともに帰還光を受光し、対象物の検出のためのしきい値および受光量に基づいて対象物を検出する光電スイッチであって、異なる複数の波長を有する光を投射する複数の光源と、各波長の光に基づく帰還光を受光する受光素子と、各波長の光ごとに受光素子により得られる受光量に基づく受光量情報を生成する情報生成手段と、第１のティーチング時に、検出領域が第１の状態にある場合に情報生成手段により生成される複数の波長の光に対応する複数の受光量情報と、検出領域が第２の状態にある場合に情報生成手段により生成される複数の波長の光に対応する複数の受光量情報との大小関係に基づいて複数の光源のうち一つまたは複数の光源を選択する選択手段と、第２のティーチング時に、選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報に基づいてしきい値を設定する設定手段と、対象物の検出動作時に、選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報および設定手段により設定されたしきい値に基づいて対象物の検出状態を判定する判定手段とを備えたものである。

本発明に係る光電スイッチにおいては、第１のティーチング時には、検出領域が第１の状態にある場合に情報生成手段により生成される複数の波長の光に対応する複数の受光量情報と、検出領域が第２の状態にある場合に情報生成手段により生成される複数の波長の光に対応する複数の受光量情報との大小関係に基づいて複数の光源のうち一つまたは複数の光源が選択手段により選択される。第２のティーチング時には、選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報に基づいて対象物を検出するためのしきい値が設定手段により自動的に設定される。対象物の検出動作時には、選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報および設定手段により設定されたしきい値に基づいて対象物の検出状態が判定手段により判定される。

このように、第１の状態の複数の受光量情報と第２の状態の複数の受光量情報との大小関係に基づいて一つまたは複数の光源が選択され、選択された光源を用いてしきい値の設定および対象物の検出状態の判定が行われるので、所定の色を有する対象物を高精度かつ容易に検出することができる。

また、第１の状態の複数の受光量情報と第２の状態の複数の受光量情報との相違が明確になる一つまたは複数の光源を選択することができるので、より高精度な検出を実現することができる。

選択手段は、検出領域が第１の状態にある場合に情報生成手段により生成される複数の波長の光に対応する複数の受光量情報と、検出領域が第２の状態にある場合に情報生成手段により生成される複数の波長の光に対応する複数の受光量情報との差をそれぞれ受光量情報差として算出し、正の値を有する受光量情報差の総和および負の値を有する受光量情報差の総和のうち大きな総和に対応する一つまたは複数の光源を選択してもよい。

この場合、検出領域が第１の状態にある場合における複数の受光量情報と検出領域が第２の状態にある場合における複数の受光量情報との差である正の値を有する受光量情報差の総和および負の値を有する受光量情報差の総和に基づいて一つまたは複数の光源が選択される。それにより、第１の状態に対応する複数の受光量情報と第２の状態に対応する複数の受光量情報との相違が明確になる一つまたは複数の光源を選択することができるので、より高精度な対象物の検出を実現することができる。

光電スイッチは、選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報を表示する第１の表示部をさらに備えてもよい。この場合、作業者は、選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報を第１の表示部により容易に認識することができる。

光電スイッチは、選択手段により選択された一つまたは複数の光源を示す第２の表示部をさらに備えてもい。この場合、作業者は、選択手段により選択された一つまたは複数の光源を第２の表示部により容易に認識することができる。

複数の受光量情報の各々は、各波長の光の受光量であってもよい。この場合、複数の波長の光の受光量の比率が同じ値になる場合でも、所望の色を有する対象物を高精度に検出することができる。

複数の受光量情報の各々は、複数の波長の光の受光量の総和に対する各波長の光の受光量の比率であってもよい。この場合、光源から対象物までの距離にかかわらず正確に検出範囲を設定することができる。

判定手段は、選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報の総和および設定手段により設定されたしきい値に基づいて対象物の検出状態を判定してもよい。

この場合、所定の色を有する対象物を検出するための処理を簡素化できるとともに対象物の高精度な検出を行うことができる。

検出領域の第１の状態は、検出領域に検出されるべき色を有する対象物が存在する状態であり、検出領域の第２の状態は、検出領域に検出されるべき色を有する対象物が存在しない状態であってもよい。

この場合、検出領域が第１の状態にある場合に検出されるべき色に対応する複数の受光量情報が得られ、検出領域が第２の状態にある場合に背景の色に対応する複数の受光量情報が得られる。

本発明によれば、所定の色を有する対象物を高精度かつ容易に検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本実施の形態に係る光電スイッチの模式図である。

本実施の形態に係る光電スイッチ１００は、センサへッド部１０、光ファイバケーブル２０、電線ケーブル３０、本体部４０および出力ケーブル５０を備える。本体部４０は、設定入力部４５および本体側表示部４６を備える。

図１に示すように、センサへッド部１０から延びる光ファイバケーブル２０および電線ケーブル３０は、本体部４０に接続される。本体部４０から延びる出力ケーブル５０は図示しない他の外部機器に接続される。

センサへッド部１０には投光光学系１１および受光光学系１２が設けられている。投光光学系１１から出射される光Ｌは対象物Ｗで反射されることにより、受光光学系１２に入射する。

設定入力部４５は、モードキー４ｄ、設定キー４ｅ、上キー４ｆおよび下キー４ｇを備える。また、本体側表示部４６は、出力表示灯４ａ、選択光源表示灯４ｈおよび７セグメントＬＥＤ４ｂ，４ｃを備える。

モードキー４ｄは、使用者が動作モードを変更するために用いられる。設定キー４ｅは、後述のティーチング処理を行う場合に用いられる。詳細については後述する。また、上キー４ｆおよび下キー４ｇは、例えば、しきい値の手動調整等に用いられる。

出力表示灯４ａは、対象物Ｗの検出状態（検出および非検出）を点灯および非点灯により表示する。本実施の形態では、４種類の色設定値に対応する４つの検出状態が表示される。

７セグメントＬＥＤ４ｂは、例えば、後述の受光量の総和を表示する。７セグメントＬＥＤ４ｃは、後述の検出用しきい値または後述の一または複数の検出用投光素子に対応する現在の受光量を例えば、赤色の光、緑色の光および青色の光（以下、３色の光と呼ぶ）の順に表示する。現在の受光量は、現在の３色の発光に基づく反射光の受光量である。選択光源表示灯４ｈは、後述のティーチング処理により選択された検出用投光素子を点灯および非点灯により表示する。

図２は本実施の形態に係る光電スイッチ１００の内部構成を示すブロック図である。

光電スイッチ１００のセンサへッド部１０は、投光光学系１１、受光光学系１２、受光素子１３および受光回路１４を備える。光電スイッチ１００の本体部４０は、投光制御部４１、複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、信号処理制御部４３、出力回路４４、設定入力部４５、本体側表示部４６および記憶部４７を備える。

投光制御部４１は複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの発光動作を制御する。具体的には、複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの各々の発光タイミングを示す投光タイミング信号ＳＴを複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃおよび信号処理制御部４３に出力する。

複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる。複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃにより発生される光Ｌは、光ファイバケーブル２０を通じてセンサへッド部１０の投光光学系１１に導かれる。光ファイバケーブル２０は単一の光ファイバを含む。投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの各々の発光色は異なる。本実施の形態では、投光素子４２ａは緑色の光を出射し、投光素子４２ｂは青色の光を出射し、投光素子４２ｃは赤色の光を出射する。

投光光学系１１および受光光学系１２は、例えば、レンズ等により構成されている。複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃにより発生される光Ｌは、光ファイバケーブル２０を通じて投光光学系１１を通して外部に出射される。受光光学系１２においては、投光光学系１１により外部に出射された光Ｌのうち、対象物Ｗにより反射された光Ｌが入射する。

受光光学系１２に入射した光Ｌは、受光素子１３に導かれる。受光素子１３は受光量に対応する受光信号Ｓ１を生成する。

受光回路１４は、受光素子１３により生成された受光信号Ｓ１を増幅して電線ケーブル３０を通じて本体部４０の信号処理制御部４３へ伝送する。

信号処理制御部４３は、受光信号Ｓ１に対して所定の信号処理を行い、対象物Ｗの検出および非検出を示す検出信号Ｓ２を出力回路４４を介して外部へ出力する。信号処理制御部４３は、上記所定の信号処理として、後述のティーチング処理および検出処理を行う。

また、信号処理制御部４３は、入力される受光信号Ｓ１および使用者による設定入力部４５の操作に基づいて所定の情報を本体側表示部４６に表示させる。

記憶部４７は、ティーチング処理により算出されたしきい値等を記憶する。

次に、光電スイッチ１００内に設けられる投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃについて説明する。

図３は、センサヘッド部１０内部における複数の投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの配置を示す模式的断面図である。

図３において、ホルダ９には、投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、投光レンズ３および２つのダイクロイックミラー５ａ，５ｂが配設されている。投光レンズ３の前方には光ファイバケーブル２０が取り付けられる。

投光素子４２ｃはその光軸Ｌｃが投光レンズ３の光軸Ｌｘと平行となり、かつ、ダイクロイックミラー５ａ，５ｂによる光の屈折を考慮してややずれるように配置されている。投光素子４２ｂはその光軸Ｌｂが投光レンズ３の光軸Ｌｘに対して略垂直に交差するように配置されている。投光素子４２ａはその光軸Ｌａが投光レンズ３の光軸Ｌｘに対して０度よりも大きく９０度よりも小さい角度(鋭角)で交差するように配置されている。投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの光軸Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは同一平面上に配置される。それにより、センサへッド部１０そのものの薄型化が可能となる。

ダイクロイックミラー５ａ，５ｂはそれぞれ特定の波長域の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。本実施の形態では、ダイクロイックミラー５ａは、投光素子４２ａの発光波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。また、ダイクロイックミラー５ｂは、投光素子４２ｂの発光波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。

ダイクロイックミラー５ｂは、投光素子４２ｃから出射された光を透過して投光レンズ３に導き、かつ投光素子４２ｂから出射された光を反射して投光レンズ３に導くように配置されている。また、ダイクロイックミラー５ａは、ダイクロイックミラー５ｂを透過した投光素子４２ｃからの光およびダイクロイックミラー５ｂで反射された投光素子４２ｂからの光を透過して投光レンズ３に導き、かつ投光素子４２ａから出射された光を反射して投光レンズ３に導くように配置されている。

投光素子４２ａからダイクロイックミラー５ａまでの光路長およびダイクロイックミラー５ａから投光レンズ３までの光路長の合計と、投光素子４２ｂからダイクロイックミラー５ｂまでの光路長およびダイクロイックミラー５ｂから投光レンズ３までの光路長の合計と、投光素子４２ｃから投光レンズ３までの光路長とは、光の波長を考慮してほぼ等しく設定されている。

投光レンズ３は、投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの光を光ファイバケーブル２０の一方の端部に集光するように配置されている。光ファイバケーブル２０は、投光レンズ３により集光された光Ｌを図２のセンサへッド部１０の投光光学系１１に導く。これにより、センサへッド部１０の投光光学系１１から対象物Ｗへ投光レンズ３により集光された光Ｌが出射される。

投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、図２の投光制御部４１により制御される発光タイミングに応じて、時分割で順に点灯される。

投光素子４２ａが点灯された場合には、投光素子４２ａから出射された緑色の光がダイクロイックミラー５ａで反射され、投光レンズ３および図２の光ファイバケーブル２０によりセンサへッド部１０の投光光学系１１に導かれ、検出領域に投射される。

投光素子４２ｂが点灯された場合には、投光素子４２ｂから出射された青色の光がダイクロイックミラー５ｂで反射され、反射された光がダイクロイックミラー５ａを透過し、投光レンズ３および図２の光ファイバケーブル２０によりセンサへッド部１０の投光光学系１１に導かれ、検出領域に投射される。

投光素子４２ｃが点灯された場合には、投光素子４２ｃから出射された赤色の光がダイクロイックミラー５ｂおよびダイクロイックミラー５ａを透過し、投光レンズ３および図２の光ファイバケーブル２０によりセンサへッド部１０の投光光学系１１に導かれ、検出領域に投射される。

検出領域に対象物Ｗが存在する場合、対象物Ｗから反射する光Ｌが受光光学系１２を介して受光素子１３に導かれる。受光素子１３により受光される赤色の光の受光量、緑色の光の受光量および青色の光の受光量に基づいて対象物Ｗの色が検出される。

ここで、図２の信号処理制御部４３による信号処理について説明する。

信号処理制御部４３による所定の信号処理は、投光制御部４１から与えられる投光タイミング信号ＳＴに基づいて行われる。

例えば、投光制御部４１は、初めに投光素子４２ａを発光させる。この場合、他の投光素子４２ｂ，４２ｃは発光しない。この時点において、受光素子１３には緑色の光Ｌが入射する。受光素子１３は入射される緑色の光Ｌを検出し、受光信号Ｓ１を生成する。

ここで、信号処理制御部４３には、投光制御部４１から投光素子４２ａを発光させる投光タイミング信号ＳＴが入力されるとともに、受光素子１３により生成された受光信号Ｓ１が受光回路１４から入力される。これにより、投光制御部４１は、対象物Ｗに緑色の光Ｌが投射された場合の反射光の受光量を得ることができる。

続いて、投光制御部４１は、投光素子４２ｂを発光させる。この場合、他の投光素子４２ａ，４２ｃは発光しない。この時点において、受光素子１３には青色の光Ｌが入射する。受光素子１３は入射される青色の光Ｌを検出し、受光信号Ｓ１を生成する。

上記と同様に、信号処理制御部４３には、投光制御部４１から投光素子４２ｂを発光させる投光タイミング信号ＳＴが入力されるとともに、受光素子１３により生成された受光信号Ｓ１が受光回路１４から入力される。これにより、投光制御部４１は、対象物Ｗに青色の光Ｌが投射された場合の反射光の受光量を得ることができる。

さらに、投光制御部４１は、投光素子４２ｃを発光させる。この場合、他の投光素子４２ａ，４２ｂは発光しない。この時点において、受光素子１３には赤色の光Ｌが入射する。受光素子１３は入射される赤色の光Ｌを検出し、受光信号Ｓ１を生成する。

上記と同様に、信号処理制御部４３には、投光制御部４１から投光素子４２ｃを発光させる投光タイミング信号ＳＴが入力されるとともに、受光素子１３により生成された受光信号Ｓ１が受光回路１４から入力される。これにより、投光制御部４１は、対象物Ｗに赤色の光Ｌが投射された場合の反射光の受光量を得ることができる。

対象物Ｗから反射して得られる３色の反射光の受光量を比較すると対象物Ｗの色を判別することができる。これは、対象物Ｗに入射する光Ｌの波長が異なると、対象物Ｗから反射される光Ｌの光量が異なるためである。

以下、ティーチング処理に用いられる対象物Ｗを基準対象物と呼び、検出処理において実際に検出される対象物Ｗを検出対象物と呼ぶ。

次に、信号処理制御部４３によるティーチング処理および検出処理についてフローチャートを用いて説明する。

図４は信号処理制御部４３によるティーチング処理を示すフローチャートである。なお、ティーチング処理は、設定入力部４５の設定キー４ｅが押下された場合に開始される。

まず、作業者は、検出すべき色を有する基準対象物を検出領域に配置する。図４に示すように、信号処理制御部４３は、基準対象物からの３色の光の受光量を第１の受光量Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１として読み込む（ステップＳ１）。例えば、Ｒ１＝５、Ｇ１＝２およびＢ１＝１０とする。

次に、作業者は、検出すべき色を有する基準対象物を検出領域から取り除く。信号処理制御部４３は、設定入力部４５の設定キー４ｅが再び押下されたか否かを判別する（ステップＳ２）。設定キー４ｅが再び押下された場合、信号処理制御部４３は、背景からの３色の光の受光量を第２の受光量Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２として読み込む（ステップＳ３）。例えば、Ｒ２＝３、Ｇ２＝６およびＢ２＝５とする。設定キー４ｅが押下されていない場合、信号処理制御部４３は、設定キー４ｅが押下されるまで待機する。

次に、信号処理制御部４３は、第１の受光量と第２の受光量との差を３色の光についてそれぞれ受光量差ΔＲ，ΔＧ，ΔＢとして算出する（ステップＳ４）。受光量差ΔＲは、受光量Ｒ１から受光量Ｒ２を減算することにより算出され、受光量差ΔＧは、受光量Ｇ１から受光量Ｇ２を減算することにより算出され、受光量差ΔＢは、受光量Ｂ１から受光量Ｂ２を減算することにより算出される。この場合、ΔＲ＝２、ΔＧ＝−４およびΔＢ＝５となる。

次に、信号処理制御部４３は、算出された受光量差ΔＲ，ΔＧ，ΔＢをそれぞれ正の値を有する受光量差および負の値を有する受光量差に分け、正の値を有する受光量差の総和および負の値を有する受光量差の総和をそれぞれ算出する（ステップＳ５）。この場合、正の値を有する受光量差の総和は、絶対値で７となり、負の値を有する受光量差の総和は、絶対値で４となる。

続いて、信号処理制御部４３は、算出された正の値を有する受光量差の総和および負の値を有する受光量差の総和のうち大きい方の総和に対応する投光素子を検出用投光素子として選択する（ステップＳ６）。この場合、正の値を有する受光量差の総和に対応する赤色の光を出射する投光素子４２ｃと、青色の光を出射する投光素子４２ｂとが検出用投光素子として選択される。

次に、信号処理制御部４３は、選択された検出用投光素子の第１の受光量の総和および第２の受光量の総和から検出用しきい値を算出する（ステップＳ７）。この場合、選択された検出用投光素子の第１の受光量の総和は、５＋１０により算出される１５となり、選択された検出用投光素子の第２の受光量の総和は、３＋５により算出される８となる。したがって、検出用しきい値は、（１５＋８）／２により算出される１１．５となる。その後、ティーチング処理が終了する。

なお、上記のステップＳ５において、算出された３色の光の各々の受光量差が全て正の値または負の値を有する場合には、３色の全ての投光素子が検出用投光素子として用いられる。

図５は信号処理制御部４３による検出処理を示すフローチャートである。初期設定では、検出信号Ｓ２は非検出状態となっている。

まず、ティーチング処理により選択された検出用投光素子が点灯される。図５に示すように、信号処理制御部４３は、ティーチング処理により選択された検出用投光素子による光に基づく受光量の読み込みを行う（ステップＳ５１）。

次に、信号処理制御部４３は、算出された受光量の総和を算出する（ステップＳ５２）。なお、検出用投光素子が一つの場合には、算出された受光量そのものが受光量の総和に相当する。

次に、信号処理制御部４３は、算出された受光量の総和がティーチング処理により予め設定された検出用しきい値以上か否かを判別する（ステップＳ５３）。

算出された受光量の総和が検出用しきい値以上である場合、信号処理制御部４３は、検出信号Ｓ２を検出状態にする（ステップＳ５４）。その後、検出処理が終了する。

ステップＳ５３において、算出された受光量の総和が検出用しきい値以上でない場合、信号処理制御部４３は、検出処理を終了する。

本実施の形態では、ティーチング処理を行うことにより検出対象物を検出するための検出用しきい値を自動的に設定することができる。この場合、正の値を有する受光量差の総和および負の値を有する受光量差の総和のうち大きい方の総和を用いてしきい値の設定処理および検出処理が行われるので、検出対象物を検出するための検出用しきい値を高精度に設定することができるとともに、容易に検出対象物を検出することができる。

また、本実施の形態では、ティーチング処理により検出対象物を高精度に検出するための検出用投光素子が選択されることにより、選択されない投光素子を使用せずに済む。それにより、検出用投光素子の寿命が延長される。

本実施の形態においては、投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃが光源に相当し、受光量および受光量比率が受光量情報に相当し、信号処理制御部４３が情報生成手段、設定手段および判定手段に相当し、受光量差が受光量情報差に相当し、検出用しきい値がしきい値に相当し、７セグメントＬＥＤ４ｃが第１の表示部に相当し、選択光源表示灯４ｈが第２の表示部に相当する。

また、本実施の形態では、検出領域に対象物が配置された状態が検出領域の第１の状態に相当し、検出領域に対象物が配置されていない状態が検出領域の第２の状態に相当し、検出用投光素子を選択するティーチング処理が第１のティーチングに相当し、検出用しきい値を設定するティーチング処理が第２のティーチングに相当する。

なお、検出対象物を高精度に検出するための投光素子を自動的に選択することが可能な本発明は、例えば下記に示すフルオートティーチングと呼ばれるティーチング処理や位置決めティーチングと呼ばれるティーチング処理等の種々のティーチング処理にも適用することができる。

フルオートティーチングにおいては、信号処理制御部は、サンプリング期間中の受光量の最大値および最小値を記憶部に記憶させる。また、信号処理制御部は、記憶部に記憶された最大値と最小値の比が所定値よりも大きいか否かに基づいて対象物の通過の有無を判別する。対象物の通過のない場合には、信号処理制御部は、背景を検出しないように検出用しきい値を設定して記憶部に記憶させ、対象物の通過がある場合には、信号処理制御部は、最大値と最小値との間に検出用しきい値を設定して記憶部に記憶させる。この場合、検出領域の第１の状態とは、検出領域に対象物が配置された状態に相当し、検出領域の第２の状態とは、検出領域に対象物が配置されない状態に相当する。

このようにして、フルオートティーチングでは、受光量の変化の有無を自動的に認識し、受光量の変化がない場合にはその受光量を背景の受光量とみなし、背景が検出されないように検出用しきい値を安定なレベルに設定し、受光量の変化が所定値を越える場合には検出用しきい値を受光量の最大値と最小値との間の適切なレベルに設定することができる。

また、位置決めティーチングにおいては、作業者は、対象物が位置決め点の直前に達した時点および位置決め点に達した時点で設定制御信号を入力する。それにより、信号処理制御部は、前半のサンプリングおよび後半のサンプリングを行い、前半のサンプリングおよび後半のサンプリングで得られた受光量をそれぞれ１点目および２点目の受光量Ｖ１，Ｖ２として記憶部に記憶させる。信号処理制御部は、１点目の受光量Ｖ１と２点目の受光量Ｖ２との大小関係および２点目の受光量Ｖ２の値を記憶部に記憶させる。信号処理制御部は、Ｖ１＜Ｖ２の場合には、検出用しきい値をＶ２およびＶ２−応差とし、Ｖ１≧Ｖ２の場合には、検出用しきい値をＶ２＋応差およびＶ２とする。この場合、検出領域の第１の状態とは、対象物が位置決め点の直前に達した状態に相当し、検出領域の第２の状態とは、対象物が位置決め点に達した状態に相当する。

このようにして、位置決めティーチングでは、受光量が「暗」から「明」の方向に変化する場合でも、受光量が「明」から「暗」の方向に変化する場合でも、所定の位置決め点で検出信号の状態が変化するように検出用しきい値を設定することができる。

また、ティーチング処理において、基準対象物の３色の光の受光量を第１の受光量として読み込み、背景の３色の光の受光量を第２の受光量として読み込んでいるが、これに限定されるものではなく、所定物の３色の光の受光量を第２の受光量として読み込んでもよい。

また、ティーチング処理において、第１の受光量と第２の受光量との差に基づいて検出用しきい値の設定処理および検出処理を行っているが、これに限らず、第１の受光量に対する第２の受光量の比率に基づいて検出用しきい値の設定処理および検出処理を行ってもよい。

また、投光素子として３つの投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃを用いているが、これに限定されず、２つの投光素子または４つ以上の投光素子を用いてもよい。

また、３つの投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃを用いて光を出射しているが、これに限定されず、複数の波長を含む白色光を出射する投光素子を用いて、基準対象物または検出対象物からの反射光または透過光の波長スペクトルを複数色の光（例えば、赤、緑、青の３色）に分割して受光してもよい。

また、ティーチング処理の設定は、設定入力部４５の各キーの操作に限らず、外部からの信号により行ってもよい。

また、３つの投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃをセンサヘッド部１０内に設けてもよい。この場合、光ファイバケーブル２０を設ける必要がなく、電線ケーブル３０を共通的に用いることができる。

また、本発明をセンサヘッド部１０と本体部４０とが分離された分離型の光電スイッチ１００に適用しているが、これに限定されるものではなく、本発明はセンサヘッド部と本体部とが一体化された一体型の光電スイッチにも適用することができる。

また、本実施の形態では、検出用投光素子を選択する第１のティーチング処理と検出用しきい値を設定する第２のティーチング処理とを一括で行う例を示したが、これに限定されるものでなく、これらの第１のティーチング処理と第２のティーチング処理とを個別に行うようにしてもよいし、これらの第１および第２のティーチング処理を一括で行うことができるモードおよび個別で行うことができるモードを設定し、これらのモードを選択できるようにしてもよい。

さらに、本実施の形態では、信号処理制御部４３により投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃのうち１または複数の投光素子が選択され、選択された検出用投光素子に対応する受光量の総和が算出される例を説明したが、これに限定されるものではなく、検出用投光素子として投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの全てを用い、これらに対応する３つの受光量のうち１または複数の受光量を信号処理制御部４３により選択し、選択された受光量の総和を算出してもよい。

特に、１台で複数の検出信号を出力する光電スイッチの場合、検出用投光素子として投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの全てを用い、これらに対応する３つの受光量のうち１または複数の受光量を信号処理制御部４３により選択し、選択された受光量の総和を算出することが好ましい。

例えば、受光量の総和に基づく対象物の検出の結果を第１の検出信号として出力し、受光量比率に基づく対象物の検出の結果を第２の検出信号として出力するように設定している場合に、選択された検出用投光素子に対応する受光量しか存在しないとなると、受光量比率に基づいた検出の結果を得ることができない。したがって、検出用投光素子として投光素子４２ａ，４２ｂ，４２ｃの全てを用い、信号処理制御部４３により１または複数の受光量を選択することが好ましい。また、この場合、信号処理制御部４３により選択された受光量に対応する投光素子を表示部により表示することが好ましい。

本発明に係る光電スイッチは、受光量に関する情報に基づいて対象物を検出するために利用することができる。

本実施の形態に係る光電スイッチの模式図である。本実施の形態に係る光電スイッチの内部構成を示すブロック図である。センサヘッド部内部における複数の投光素子の配置を示す模式的断面図である。信号処理制御部によるティーチング処理を示すフローチャートである。信号処理制御部による検出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

４ａ出力表示灯
４ｂ，４ｃ７セグメントＬＥＤ
４ｅ設定キー
４ｈ選択光源表示灯
１０センサヘッド部
１１投光光学系
１３受光素子
４０本体部
４１投光制御部
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ投光素子
４３信号処理制御部
４５設定入力部
１００光電スイッチ
Ｗ対象物

Claims

検出領域に光を投射するとともに帰還光を受光し、対象物の検出のためのしきい値および受光量に基づいて対象物を検出する光電スイッチであって、
異なる複数の波長を有する光を投射する複数の光源と、
各波長の光に基づく帰還光を受光する受光素子と、
各波長の光ごとに前記受光素子により得られる受光量に基づく受光量情報を生成する情報生成手段と、
第１のティーチング時に、前記検出領域が第１の状態にある場合に前記情報生成手段により生成される複数の波長の光に対応する複数の受光量情報と、前記検出領域が第２の状態にある場合に前記情報生成手段により生成される複数の波長の光に対応する複数の受光量情報との大小関係に基づいて前記複数の光源のうち一つまたは複数の光源を選択する選択手段と、
第２のティーチング時に、前記選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報に基づいてしきい値を設定する設定手段と、
対象物の検出動作時に、前記選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報および前記設定手段により設定されたしきい値に基づいて対象物の検出状態を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする光電スイッチ。
前記選択手段は、前記検出領域が第１の状態にある場合に前記情報生成手段により生成される複数の波長の光に対応する複数の受光量情報と、前記検出領域が第２の状態にある場合に前記情報生成手段により生成される複数の波長の光に対応する複数の受光量情報との差をそれぞれ受光量情報差として算出し、正の値を有する受光量情報差の総和および負の値を有する受光量情報差の総和のうち大きな総和に対応する一つまたは複数の光源を選択することを特徴とする請求項１記載の光電スイッチ。
前記選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報を表示する第１の表示部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の光電スイッチ。
前記選択手段により選択された一つまたは複数の光源を示す第２の表示部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電スイッチ。
前記複数の受光量情報の各々は、各波長の光の受光量であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光電スイッチ。
前記複数の受光量情報の各々は、前記複数の波長の光の受光量の総和に対する各波長の光の受光量の比率であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光電スイッチ。
前記判定手段は、
前記選択手段により選択された一つまたは複数の光源に対応する一つまたは複数の受光量情報の総和および前記設定手段により設定されたしきい値に基づいて対象物の検出状態を判定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光電スイッチ。
前記検出領域の第１の状態は、前記検出領域に検出されるべき色を有する対象物が存在する状態であり、前記検出領域の第２の状態は、前記検出領域に検出されるべき色を有する対象物が存在しない状態であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光電スイッチ。