JP2008116214A - Displacement sensor - Google Patents

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Atsuro Toda
敦郎 戸田
Yasunori Nozaki
康則 野崎
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Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement sensor capable of improving noise by reducing the phenomena that the peak position of the light receiving signal deviates from the focus of the image sensor and performing the smoothing process to the wave form. <P>SOLUTION: The display sensor comprises: a CPU built in a controller 10 of the displacement sensor for calculating the moving average of the light receiving amount averaged with a plurality of pixels for every pixel; and a sensor head 20a which discriminates the pixel position becoming the peak of the receiving light amount and also connected to the controller 10 for detecting the displacement of the work W based on the result of the discrimination. Therein, the CPU is characteristically constituted so that it calculates the moving averages based on the number of references previously set for every pixel position. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、変位センサに関するものである。   The present invention relates to a displacement sensor.

光を用いた変位センサは、コントローラと、投光素子とラインセンサ又は二次元センサとを有するヘッドとを備える。ヘッドに備えられた投光素子から投光された光は被検出体に照射される。そして、該被検出体からの反射光を受光素子となるセンサが受光する。ヘッドはセンサの各画素における受光量を出力し、コントローラは各画素の受光量に基づき測定対象物の反射面の変位などを検出する。コントローラには、設定及びヘッドのセンサ出力を確認するために、表示装置を有するパーソナルコンピュータが接続される。パーソナルコンピュータでは、コントローラからヘッドのセンサにおける受光量を受信し波形表示する。従って、検出物の表面状態などを、表示画面を見て確認することができる(例えば、特許文献1参照)。   A displacement sensor using light includes a controller and a head having a light projecting element and a line sensor or a two-dimensional sensor. The light projected from the light projecting element provided in the head irradiates the detected object. And the sensor used as a light receiving element receives the reflected light from this to-be-detected body. The head outputs the amount of light received by each pixel of the sensor, and the controller detects the displacement of the reflecting surface of the measurement object based on the amount of light received by each pixel. A personal computer having a display device is connected to the controller in order to confirm the setting and the sensor output of the head. The personal computer receives the amount of light received by the head sensor from the controller and displays the waveform. Therefore, the surface state of the detected object can be confirmed by looking at the display screen (see, for example, Patent Document 1).

被検出体における光の反射率によって、受光素子で受け取る光の強さが変化し、受光量が少ない場合にはノイズによってピーク位置を誤検出する場合がある。このノイズを除去するために複数のデータによる移動平均などの信号処理を行っている。
特許第3797422号公報
Depending on the reflectance of the light to be detected, the intensity of light received by the light receiving element changes, and if the amount of received light is small, the peak position may be erroneously detected due to noise. In order to remove this noise, signal processing such as moving average using a plurality of data is performed.
Japanese Patent No. 3797422

ところで、反射光が投光素子の検出領域の中心付近に照射されると、イメージセンサの焦点の合った位置で光は受光され、受光スポットの径の大きさも小さくなる。反対に、投光素子の検出領域において、イメージセンサの焦点が合わない箇所で被検出物に当たった反射光が受光された場合、反射光を受けたイメージセンサでの受光スポットの径の大きさが大きくなるという現象が生じる。受光スポットの径が大きくなると一個の画素の入射量が少なくなるためノイズの影響を受けやすくなる。このため、従来の移動平均処理では大きな受光スポットに応じて設定された一定のデータ数で移動平均値を算出していた。従って、受光スポットの径が小さな中心付近では、実際の受光スポット以外のデータを含めて移動平均値を算出するため、図5の受光信号Sと移動平均処理後の信号Seの波形のように移動平均処理後のピーク位置がずれることや、なだらかな波形となってしまいピーク位置が判断しにくいことなどの問題が発生する虞があった。   By the way, when the reflected light is irradiated in the vicinity of the center of the detection region of the light projecting element, the light is received at the focused position of the image sensor, and the diameter of the light receiving spot is reduced. On the other hand, in the detection area of the light projecting element, when the reflected light hitting the object to be detected is received at a location where the image sensor is not focused, the size of the diameter of the light receiving spot at the image sensor that has received the reflected light Occurs. When the diameter of the light receiving spot is increased, the amount of incident light on one pixel is reduced, so that it is easily affected by noise. For this reason, in the conventional moving average process, the moving average value is calculated with a fixed number of data set according to a large light receiving spot. Accordingly, in the vicinity of the center where the diameter of the light receiving spot is small, the moving average value including the data other than the actual light receiving spot is calculated, so that the moving average value moves like the waveform of the light receiving signal S and the signal Se after the moving average processing in FIG. There is a possibility that the peak position after the average processing shifts, or that the waveform becomes a gentle waveform and the peak position is difficult to judge.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、受光信号のピーク位置がイメージセンサの焦点からずれる現象を軽減し、波形に対する平滑化処理を施すことでノイズを改善する変位センサを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the phenomenon that the peak position of the received light signal deviates from the focus of the image sensor, and to reduce noise by applying a smoothing process to the waveform. It is to provide an improved displacement sensor.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、被検出物に向けてスポット光を投光する投光手段と、複数の画素からなり、前記被検出物で反射された反射光による受光スポットが形成されるとともに前記被検出物までの距離に応じた前記受光スポットの位置の変化方向に沿って前記複数の画素が少なくとも1列に配列され、該複数の画素における受光量に応じた受光信号を順次出力するイメージセンサと、前記受光信号に基づき移動平均値を算出する信号処理手段と、前記移動平均値から受光量がピークとなる画素位置を判別するとともに、該判別結果に基づいて前記被検出物の変位を検出する検出手段と、を備える変位センサにおいて、前記信号処理手段は、予め画素位置毎に設定された参照数により移動平均値を算出する、ことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 includes a light projecting means for projecting a spot light toward the object to be detected, and a reflected light reflected by the object to be detected, comprising a plurality of pixels. A plurality of pixels are arranged in at least one column along the direction of change of the position of the light receiving spot according to the distance to the object to be detected, and according to the amount of light received by the plurality of pixels An image sensor that sequentially outputs the received light signal; a signal processing unit that calculates a moving average value based on the received light signal; and a pixel position at which the amount of received light peaks from the moving average value, and based on the determination result Detecting means for detecting the displacement of the object to be detected, wherein the signal processing means calculates a moving average value based on a reference number set in advance for each pixel position. And features.

領域ごとに移動平均処理の際のデータ数を設定可能であるため、各領域ごとに受光スポットの大きさに合わせて移動平均処理の際のデータ数を設定することができ、ピーク位置を正しく判別することができる。これにより、受光信号のピーク位置がイメージセンサの焦点からずれる現象を軽減し、波形に対する平滑化処理を施すことでノイズを改善する変位センサを提供することができる。   Since the number of data for moving average processing can be set for each area, the number of data for moving average processing can be set for each area according to the size of the light receiving spot, and the peak position can be correctly identified can do. As a result, it is possible to provide a displacement sensor that reduces the phenomenon in which the peak position of the received light signal deviates from the focus of the image sensor and improves noise by performing a smoothing process on the waveform.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の変位センサにおいて、前記信号処理手段は、前記イメージセンサの複数の画素を前記受光スポットの位置の変化方向に沿って該受光スポットの大きさに応じて区分された複数の領域毎に設定された参照数を記憶し、該参照数の画素の受光信号に基づき前記移動平均値を算出する。   According to a second aspect of the present invention, in the displacement sensor according to the first aspect, the signal processing unit is configured to measure a plurality of pixels of the image sensor along the direction of change of the position of the light receiving spot. The reference number set for each of the plurality of regions divided according to the number is stored, and the moving average value is calculated based on the light reception signals of the reference number of pixels.

中心領域が最も少ないデータ数に設定されるために、最もデータ数の多い両端領域とのデータ数の差が小さくなるため、移動平均に用いるデータ数を過剰に多く設定する必要が無い。また、移動平均処理を行なう最中に過剰に記憶容量を使用する必要が無いため、記憶領域の動作負担を軽減することができる。   Since the central area is set to the smallest number of data, the difference in the number of data from the two end areas having the largest number of data is reduced, so that it is not necessary to set the number of data used for the moving average excessively. In addition, since it is not necessary to use excessive storage capacity during the moving average process, the operation load on the storage area can be reduced.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の変位センサにおいて、前記参照数の設定を行なう設定モードと、設定された該参照数によって前記処理手段にて移動平均値を算出する信号処理モードとを切換可能な切換手段と、前記設定モード時に、予め前記被検出物を検出領域内の異なる複数箇所に配置したときに前記イメージセンサから出力される各受光信号に基づき、該受光信号レベルが所定値以上となる画素における前記参照数を前記所定値以上となる画素数によって設定し、かつ、前記受光信号レベルが前記所定値以上とならない画素の前記参照数を、前記受光信号レベルが所定値以上となる画素に設定された参照数に基づいて設定する設定手段と、前記設定手段で設定された参照数を前記イメージセンサの検出領域と対応づけて記憶する記憶手段と、を備え、前記信号処理モード時において、前記処理手段は前記所定領域毎に前記記憶手段に記憶されたデータを用いて信号処理を行なう。これにより、異なるイメージセンサごとの特性をすぐに移動平均処理などの処理の参照数として反映することができる。   According to a third aspect of the present invention, in the displacement sensor according to the second aspect, a setting mode for setting the reference number and a signal processing for calculating a moving average value by the processing means based on the set reference number. A switching means capable of switching between modes, and the received light signal level based on each received light signal output from the image sensor when the detected object is disposed in advance in a plurality of different locations in the detection area in the setting mode. The reference number of pixels in which is equal to or greater than a predetermined value is set by the number of pixels greater than or equal to the predetermined value, and the reference number of pixels in which the light reception signal level does not exceed the predetermined value Setting means for setting based on the reference number set for a pixel that is equal to or greater than the value, and storing the reference number set by the setting means in association with the detection area of the image sensor That storage means comprises, in the signal processing mode, the processing means performs signal processing using the data stored in the storage means for each of the predetermined region. Thereby, the characteristic for each different image sensor can be immediately reflected as the reference number of the process such as the moving average process.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の変位センサにおいて、前記複数箇所は、少なくとも前記検出領域の中心と、両端部を含むこととした。このため、少ない測定回数にて全画素の参照数の設定が可能となる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the displacement sensor according to the third aspect, the plurality of locations include at least the center of the detection region and both ends. For this reason, the reference number of all pixels can be set with a small number of measurements.

従って、上記記載の発明によれば、受光信号のピーク位置がイメージセンサの焦点からずれる現象を軽減し、波形に対する平滑化処理を施すことでノイズを改善する変位センサを提供することができる。   Therefore, according to the above-described invention, it is possible to provide a displacement sensor that reduces the phenomenon that the peak position of the received light signal deviates from the focus of the image sensor and improves noise by performing a smoothing process on the waveform.

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図1は、本実施形態の変位センサを示す概略構成図である。
変位センサのコントローラ10には複数のケーブル接続端子10a〜10dが設けられ、そのケーブル接続端子10aにはヘッド部としてのセンサヘッド20aのケーブルC1aが接続されている。センサヘッド20aは、測定台Tの上方に図示しない固定具により配置され、コントローラ10の制御により測定台T上に載置された被検出物としてのワークWに対してレーザ光を照射し、受光した反射光に応じた信号を出力する。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a displacement sensor of the present embodiment.
The displacement sensor controller 10 is provided with a plurality of cable connection terminals 10a to 10d, and a cable C1a of a sensor head 20a as a head portion is connected to the cable connection terminal 10a. The sensor head 20a is disposed above the measurement table T by a fixture (not shown), and irradiates the workpiece W as a detection object placed on the measurement table T under the control of the controller 10 with a laser beam. A signal corresponding to the reflected light is output.

コントローラ10のケーブル接続端子10cには表示画面としてのコンソール30がケーブルC2を介して接続されている。コンソール30は、入力回路と、LCD等のドットマトリクスにて表示可能な表示画面とを有し、文字及び線画を表示することができる。また、コンソール30はパーソナルコンピュータよりも小型であり、パーソナルコンピュータが持ち込めない場所にも持ち込むことが可能である。コントローラ10は、センサヘッド20aから入力された信号に基づいて表示データをコンソール30に出力し、コンソール30には、表示データに基づいて受光量の数値や、受光量の波形が表示される。   A console 30 as a display screen is connected to the cable connection terminal 10c of the controller 10 via a cable C2. The console 30 has an input circuit and a display screen that can be displayed in a dot matrix such as an LCD, and can display characters and line drawings. Further, the console 30 is smaller than the personal computer, and can be brought into a place where the personal computer cannot be carried. The controller 10 outputs display data to the console 30 based on the signal input from the sensor head 20a, and the console 30 displays a numerical value of the received light amount and a waveform of the received light amount based on the display data.

次に、コントローラ10及びセンサヘッド20aの電気的構成を説明する。
図2に示すようにコントローラ10には、信号処理手段、表示制御手段、検出手段及びボタン操作に対応する設定、切換の制御を行う切換手段、及び設定手段としてのCPU11が内蔵され、該CPU11にはヘッド通信回路12が接続されている。該ヘッド通信回路12はケーブル接続端子10a,10bと接続されている。ケーブル接続端子10aにはセンサヘッド20aが接続されている。また、ケーブル接続端子10bには破線で示すセンサヘッド20bを、ケーブルC1bを介して接続することができる。即ち、コントローラ10には2つのセンサヘッド20a,20bを接続することができ、CPU11は、ヘッド通信回路12を介して各センサヘッド20a,20bと通信することができる。CPU11は、ヘッド通信回路12に制御信号を出力し、該ヘッド通信回路12は各センサヘッド20a,20bに制御信号を送信する。CPU11は、ヘッド通信回路12にて各センサヘッド20a,20bから受信した受光量データを入力する。
Next, the electrical configurations of the controller 10 and the sensor head 20a will be described.
As shown in FIG. 2, the controller 10 includes a signal processing means, a display control means, a detection means, a setting means corresponding to button operation, a switching means for controlling switching, and a CPU 11 as a setting means. The head communication circuit 12 is connected. The head communication circuit 12 is connected to the cable connection terminals 10a and 10b. A sensor head 20a is connected to the cable connection terminal 10a. Moreover, the sensor head 20b shown with a broken line can be connected to the cable connection terminal 10b via the cable C1b. That is, two sensor heads 20 a and 20 b can be connected to the controller 10, and the CPU 11 can communicate with each sensor head 20 a and 20 b via the head communication circuit 12. The CPU 11 outputs a control signal to the head communication circuit 12, and the head communication circuit 12 transmits a control signal to each of the sensor heads 20a and 20b. The CPU 11 inputs received light amount data received from the sensor heads 20 a and 20 b by the head communication circuit 12.

CPU11には、記憶手段としての第1の記憶回路13(メモリ1と表示)及び第2の記憶回路14(メモリ2と表示)が接続されている。CPU11は、ヘッド通信回路12を介してセンサヘッド20aから受信した受光量データ、センサヘッド20aに係わる設定値、などを第1の記憶回路13に記憶する。また、CPU11は、ヘッド通信回路12を介してセンサヘッド20bから受信した受光量データ、センサヘッド20bに係わる設定値、などを第2の記憶回路14に記憶する。   The CPU 11 is connected to a first storage circuit 13 (displayed as memory 1) and a second storage circuit 14 (displayed as memory 2) as storage means. The CPU 11 stores received light amount data received from the sensor head 20 a via the head communication circuit 12, set values related to the sensor head 20 a, and the like in the first storage circuit 13. Further, the CPU 11 stores the received light amount data received from the sensor head 20 b via the head communication circuit 12, the set value related to the sensor head 20 b, and the like in the second storage circuit 14.

更に、CPU11には、コンソール通信回路15とパソコン通信回路16が接続されている。コンソール通信回路15はケーブル接続端子10cに接続され、そのケーブル接続端子10cには、コンソール(CS)30が接続されている。CPU11は、コンソール通信回路15を介してコンソール30と通信する。パソコン通信回路16は、ケーブル接続端子10dと接続されており、そのケーブル接続端子10dには破線で示すパーソナルコンピュータ(PC)40がケーブルC3を介して接続される。   Further, a console communication circuit 15 and a personal computer communication circuit 16 are connected to the CPU 11. The console communication circuit 15 is connected to a cable connection terminal 10c, and a console (CS) 30 is connected to the cable connection terminal 10c. The CPU 11 communicates with the console 30 via the console communication circuit 15. The personal computer communication circuit 16 is connected to a cable connection terminal 10d, and a personal computer (PC) 40 indicated by a broken line is connected to the cable connection terminal 10d via a cable C3.

センサヘッド20aは、コントローラ10と通信するための通信回路21を備え、該通信回路21はCPU22に接続されている。CPU22は、通信回路21にて受信した制御信号を入力し、該制御信号に基づいてセンサヘッド20aを制御する。CPU22は、表示回路23及び投光手段としてのレーザダイオード(LD)24が接続されている。表示回路23はセンサヘッド20aの外部から視認可能に設けられたLEDなどからなり、CPU22は、表示回路23に信号を出力し、動作状態を表示回路23に表示させる。CPU22は、レーザダイオード24を制御し、ワークWにレーザ光を照射させる。   The sensor head 20 a includes a communication circuit 21 for communicating with the controller 10, and the communication circuit 21 is connected to the CPU 22. The CPU 22 inputs a control signal received by the communication circuit 21, and controls the sensor head 20a based on the control signal. The CPU 22 is connected to a display circuit 23 and a laser diode (LD) 24 as light projecting means. The display circuit 23 is composed of an LED or the like provided so as to be visible from the outside of the sensor head 20a. The CPU 22 outputs a signal to the display circuit 23 and causes the display circuit 23 to display an operation state. The CPU 22 controls the laser diode 24 to irradiate the workpiece W with laser light.

ワークWなどによる反射光はイメージセンサ(IS)25に入射される。イメージセンサ25は例えば二次元CCDであり、各画素における受光量に応じた電圧の受光信号をアナログ/デジタル(A/D)変換器26に出力する。A/D変換機26は、受光信号を受光量データにアナログ−デジタル変換し、その受光量データ(画素毎における画素データ)をCPU22に出力する。CPU22は、受光量データを通信回路21に出力し、通信回路21は受光量データをコントローラ10に送信する。   Reflected light from the workpiece W or the like enters an image sensor (IS) 25. The image sensor 25 is, for example, a two-dimensional CCD, and outputs a light reception signal having a voltage corresponding to the amount of light received at each pixel to an analog / digital (A / D) converter 26. The A / D converter 26 analog-digital converts the received light signal into received light amount data, and outputs the received light amount data (pixel data for each pixel) to the CPU 22. The CPU 22 outputs the received light amount data to the communication circuit 21, and the communication circuit 21 transmits the received light amount data to the controller 10.

上記したように、コントローラ10のCPU11は、センサヘッド20aからヘッド通信回路12を介して受信した受光量データを第1の記憶回路13に記憶する。そして、CPU11は、第1の記憶回路13に記憶した受光量データに基づいて、反射面の変位などを測定する。   As described above, the CPU 11 of the controller 10 stores the received light amount data received from the sensor head 20 a via the head communication circuit 12 in the first storage circuit 13. Then, the CPU 11 measures the displacement of the reflecting surface based on the received light amount data stored in the first storage circuit 13.

詳述すると、センサヘッド20aから出射されるレーザ光は反射面(例えばワークWの表面)にて反射し、その反射光がイメージセンサ25に入射され、その入射位置はセンサヘッド20aから反射面までの距離に応じて変化する。コントローラ10のCPU11は、第1の記憶回路13に記憶した受光量データにおけるピーク値を検出し、そのピーク値の受光量データを出力する画素の位置(ピーク位置)の変化により、反射面の変位を測定する。また、ガラスなどの透明体の場合、複数の反射面(ガラスのおもて面と裏面)からの反射光による複数のピーク位置に基づいて、反射面間の距離(ガラスの厚み)を測定する。   More specifically, the laser light emitted from the sensor head 20a is reflected by a reflective surface (for example, the surface of the workpiece W), and the reflected light is incident on the image sensor 25. The incident position is from the sensor head 20a to the reflective surface. Varies according to the distance. The CPU 11 of the controller 10 detects the peak value in the received light amount data stored in the first storage circuit 13, and the displacement of the reflecting surface is detected by the change in the position (peak position) of the pixel that outputs the received light amount data of the peak value. Measure. In the case of a transparent body such as glass, the distance between the reflecting surfaces (the thickness of the glass) is measured based on a plurality of peak positions due to reflected light from a plurality of reflecting surfaces (the front surface and the back surface of the glass). .

コントローラ10は、コンソール30からの要求信号に応答して、検出したピーク値、反射面の変動量や記憶回路13,14に記憶した受光量データ、検出条件などをコンソール30に送信する。また、コントローラ10は、コンソール30から出力される設定データに基づいて、各種設定を行なう。   In response to the request signal from the console 30, the controller 10 transmits the detected peak value, the variation amount of the reflection surface, the received light amount data stored in the storage circuits 13 and 14, the detection condition, and the like to the console 30. Further, the controller 10 performs various settings based on the setting data output from the console 30.

次に、変位センサ20aの光学系を、図3(a)を用いて説明する。
変位センサ20aの光学系素子には、投光素子であるレーザダイオード24、受光素子であるイメージセンサ25、該レーザダイオード24から照射される光を並行に直進させるレンズ51、反射光を並行に直進させるレンズ52が設けられている。
Next, the optical system of the displacement sensor 20a will be described with reference to FIG.
The optical system element of the displacement sensor 20a includes a laser diode 24 that is a light projecting element, an image sensor 25 that is a light receiving element, a lens 51 that makes light emitted from the laser diode 24 go straight in parallel, and a reflected light that goes straight in parallel. A lens 52 is provided.

CPU22は、レーザダイオード24から光を照射し、該照射光はレンズ51を通過してワークWに当たる。そして、ワークWから反射した光はレンズ52を通過してイメージセンサ25で受光される。この動作により、検出領域内のワークWの有無及び形状を受光信号として表すことができる。   The CPU 22 emits light from the laser diode 24, and the emitted light passes through the lens 51 and strikes the workpiece W. The light reflected from the workpiece W passes through the lens 52 and is received by the image sensor 25. By this operation, the presence / absence and shape of the workpiece W in the detection area can be expressed as a light reception signal.

ところで、レーザダイオード24から投光された光は、該レーザダイオード24の製造過程において、特定の一点(照射光の中心、端部など)において照射光径が小さくなる。これは中心から離れるに従い、イメージセンサにて受光される光の焦点が合わなくなることで、スポット径が広がる光学系の性質が現れるため生じる。そして、該照射光がワークWに当たり、反射光となりイメージセンサ25で受光される時のスポット径も、該照射光の特性及び、検出領域のどの箇所(センサヘッド20aからの遠近:far/near)において反射されたかにより変化が生じる。ヘッドから近い検出領域及び遠い検出領域からの反射光がイメージセンサ25に当たると、該反射光のスポット径は光が斜めに当たることから若干の広がりをみせる。その一方で、検出領域の中心からの反射光が受光素子に当たると、該反射光のスポット径は最も小さくなる。   By the way, the light projected from the laser diode 24 has a small irradiation light diameter at a specific point (the center, the end, etc. of the irradiation light) in the manufacturing process of the laser diode 24. This occurs because, as the distance from the center increases, the light received by the image sensor becomes out of focus, resulting in the appearance of an optical system with a wider spot diameter. The spot diameter when the irradiated light hits the workpiece W and becomes reflected light and is received by the image sensor 25 is also the characteristics of the irradiated light and any part of the detection area (far / near from the sensor head 20a). A change occurs depending on whether the light is reflected at. When the reflected light from the detection area close to the head and the detection area far from the head strikes the image sensor 25, the spot diameter of the reflected light slightly spreads because the light strikes diagonally. On the other hand, when the reflected light from the center of the detection region hits the light receiving element, the spot diameter of the reflected light becomes the smallest.

さらに、イメージセンサ25に用いられるレンズのレンズ特性も、製造過程において決定された特定の一点を中心にレンズ中心が形成され、該レンズ中心はレンズのどこにでも形成することができる。従って、例えばレンズ中央で焦点が最も絞られる、レンズ端点で焦点が最も絞られる、などの特性を持つ。本実施形態において、イメージセンサ25のレンズ特性は、該レンズの中心に焦点が合うよう設計されている。   Furthermore, the lens characteristics of the lens used in the image sensor 25 are also formed around a specific point determined in the manufacturing process, and the lens center can be formed anywhere on the lens. Therefore, for example, the focal point is most reduced at the center of the lens, and the focal point is most reduced at the lens end point. In the present embodiment, the lens characteristics of the image sensor 25 are designed so as to focus on the center of the lens.

尚、本実施形態においては、レーザダイオード24の照射光の中心に光が集まるように設定されている。また、イメージセンサ25の設計も中心部において最もスポット径が小さくなるように設計されている。周辺部においてスポット径が小さくなるように設計されたレーザダイオード24及びイメージセンサ25を用いる場合は、スポット径が最も小さくなる位置を中心に同様の特性が生じる。   In the present embodiment, it is set so that light is collected at the center of the irradiation light of the laser diode 24. The image sensor 25 is also designed to have the smallest spot diameter at the center. In the case where the laser diode 24 and the image sensor 25 designed so that the spot diameter is reduced in the peripheral portion, similar characteristics are generated around the position where the spot diameter is the smallest.

これらレーザダイオード24及びイメージセンサ25の特性により、ワークWから反射する光は図3(a)の検出領域の反射位置に応じて、図3(b)に示されるスポット径にてイメージセンサ25に受光される。スポット径はセンサヘッド20aの検出領域の中心部K1において最も小さくなり、中心部K1からの周辺部K2、検出領域の中心部K1からの周辺部K2よりも外側の端部K3に行くにつれて、該スポット径は大きくなる。スポット径はセンサヘッド20aから近すぎても遠すぎてもスポット径を広げる要因となる。   Due to the characteristics of the laser diode 24 and the image sensor 25, the light reflected from the workpiece W is applied to the image sensor 25 at the spot diameter shown in FIG. 3B according to the reflection position of the detection region in FIG. Received light. The spot diameter becomes the smallest at the center K1 of the detection area of the sensor head 20a, and as it goes to the outer edge K3 from the center K1 and the outer edge K3 from the center K1 of the detection area, the spot diameter increases. The spot diameter increases. If the spot diameter is too close or too far from the sensor head 20a, the spot diameter will be increased.

イメージセンサ25で受光された光は受光信号として、CPU11の制御により、記憶回路13に記憶される。記憶された受光信号は、そのままではノイズ(面精度のばらつきや雑音によるもの)の影響を多く持つため、移動平均処理を施すことで該ノイズを抑制する。   The light received by the image sensor 25 is stored in the storage circuit 13 as a light reception signal under the control of the CPU 11. The stored light reception signal is largely affected by noise (due to variations in surface accuracy or noise) as it is, and therefore the noise is suppressed by performing a moving average process.

移動平均処理の算出方法は、参照数(自然数)を設定し、該参照数の数だけ特定の受光量から連続する受光量データの平均値を算出する方法である。参照数を大きな値に設定すると、CPU11は該値を用いて移動平均処理を行なうため、波形に対して平滑化処理が施される。参照数を小さな値に設定すると、CPU11は該参照数の値を用いて移動平均処理を行なうため、波形に対して鮮鋭化処理が施される。   The calculation method of the moving average process is a method in which a reference number (natural number) is set and an average value of light reception amount data continuous from a specific light reception amount by the number of the reference number is calculated. When the reference number is set to a large value, the CPU 11 performs the moving average process using the value, and therefore the waveform is smoothed. When the reference number is set to a small value, the CPU 11 performs a moving average process using the value of the reference number, so that a sharpening process is performed on the waveform.

平滑化を行なうと、特定区間において受光波形を滑らかにするため、ノイズを抑制する効果を持つ。また、鮮鋭化を行なうと、特定区間において受光波形の特徴を出すため、ピーク波形を得やすくなる。このように異なる効果を持つ参照数を図3(b)において示した検出領域(中心部K1,周辺部K2,端部K3)毎に設定し、CPU11が移動平均処理を施した上で受光データを生成し、該受光データを記憶回路13に記憶する。   When smoothing is performed, the received light waveform is smoothed in a specific section, so that noise is suppressed. In addition, when sharpening is performed, a feature of the received light waveform is obtained in a specific section, so that a peak waveform can be easily obtained. The number of references having such different effects is set for each detection region (center part K1, peripheral part K2, end part K3) shown in FIG. 3B, and the received light data is obtained after the CPU 11 performs the moving average process. And the received light data is stored in the storage circuit 13.

スポット径に応じたポイント数を用いることでノイズとピークを分離するため、例えば検出領域の中心部K1においては参照数を2と設定する。そして、中心部K1から離れるにつれ周辺部K2においては参照数を4、周辺部K2より更に外側の端部K3においては参照数を8とそれぞれ設定する。   In order to separate the noise and the peak by using the number of points according to the spot diameter, for example, the reference number is set to 2 in the central portion K1 of the detection region. As the distance from the central portion K1, the reference number is set to 4 at the peripheral portion K2, and the reference number is set to 8 at the end K3 further outside the peripheral portion K2.

図4に示すように、中心の参照数が小さいことで、受光信号Sは該参照数を用いて移動平均処理を施した場合に、移動平均処理後の信号Saのピーク値付近をシャープに検出することができる。また、焦点が結ばれる周辺から端部に向けて参照数の値が大きくなることで、端部に多く出るノイズによる移動平均処理後の信号Saのばらつきを抑え、なだらかな波形を得る事ができるため、ノイズ除去することができる。   As shown in FIG. 4, when the reference number at the center is small, the received light signal S sharply detects the vicinity of the peak value of the signal Sa after the moving average process when the moving average process is performed using the reference number. can do. In addition, since the value of the reference number increases from the periphery where the focal point is formed toward the end, variation in the signal Sa after moving average processing due to noise generated at the end is suppressed, and a gentle waveform can be obtained. Therefore, noise can be removed.

参照数の数値は適宜変更することができるため、スポット径が最小となる位置が検出領域中のどの位置に来るかをCPU11は判断し、適当な参照数を割り当てる。そして、該参照数は更に作業者の手により変更することも可能である。   Since the numerical value of the reference number can be changed as appropriate, the CPU 11 determines which position in the detection region the position where the spot diameter is the smallest is, and assigns an appropriate reference number. The reference number can be changed by the operator.

この処理において従来と異なるのは、信号全体に均一に移動平均処理を施すのではなく、スポット径に応じた検出領域を考慮して移動平均で用いる参照数を変更する点である。また、該検出領域はセンサヘッド毎に異なるため、CPU11は使用するセンサヘッド20aの特性を予め記憶回路13に記憶する。複数センサヘッドがある場合は、該センサヘッドに対応する記憶回路に記憶する。そして、該特性をセンサヘッド毎に異なる記憶回路に記憶することで、CPU11は複数のセンサヘッドを用いた場合においてもピークを検出しやすく、さらにノイズを抑える移動平均処理を施すことができる。   This processing is different from the prior art in that the number of references used in the moving average is changed in consideration of the detection area corresponding to the spot diameter, instead of performing the moving average processing uniformly on the entire signal. Further, since the detection area is different for each sensor head, the CPU 11 stores the characteristics of the sensor head 20a to be used in the storage circuit 13 in advance. If there are multiple sensor heads, they are stored in a storage circuit corresponding to the sensor head. By storing the characteristics in a different storage circuit for each sensor head, the CPU 11 can easily detect a peak even when a plurality of sensor heads are used, and can perform a moving average process that further suppresses noise.

次に、本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
(1)受光信号Sに基づき移動平均値を算出するCPU11と、前記移動平均値から受光量がピークとなる画素位置を判別するとともに、該判別結果に基づいてワークWの変位を検出するセンサヘッド20aと、を備える変位センサがある。前記変位センサにおいて、CPU11は、予め画素位置毎に設定された参照数により移動平均値を算出する、ことを特徴とする。
Next, characteristic actions and effects of the present embodiment will be described.
(1) A CPU 11 that calculates a moving average value based on the light reception signal S, and a sensor head that determines a pixel position where the amount of received light peaks from the moving average value, and detects the displacement of the workpiece W based on the determination result. 20a. In the displacement sensor, the CPU 11 calculates a moving average value based on a reference number set in advance for each pixel position.

イメージセンサ25は、全画素の中心付近領域と、両端付近領域とでは受光スポットの径の大きさが異なる。本願では、領域ごとに移動平均処理の際のデータ数を設定可能であるため、予め画素位置毎に設定された参照数により移動平均処理の際のデータ数を設定することができ、ピーク位置を正しく判別することができる。   In the image sensor 25, the diameter of the light receiving spot is different between the area near the center of all pixels and the area near both ends. In the present application, since the number of data at the time of moving average processing can be set for each region, the number of data at the time of moving average processing can be set by the reference number preset for each pixel position, and the peak position can be set. It can be determined correctly.

これにより、受光信号のピーク位置がイメージセンサの焦点からずれる現象を軽減し、波形に対する平滑化処理を施すことでノイズを改善することができる変位センサを提供できる。またこれにより、ピーク位置を正しく判別することができる。   As a result, it is possible to provide a displacement sensor that can reduce the phenomenon that the peak position of the received light signal deviates from the focus of the image sensor and can improve noise by performing a smoothing process on the waveform. This also makes it possible to correctly determine the peak position.

(2)CPU11は、前記イメージセンサ25の複数の画素を前記受光スポットの位置の変化方向に沿って該受光スポットの径の大きさに応じて区分された複数の領域毎に設定された参照数を記憶し、該参照数の画素の受光信号に基づき前記移動平均値を算出する。   (2) The CPU 11 sets the reference number set for each of the plurality of regions obtained by dividing the plurality of pixels of the image sensor 25 according to the size of the diameter of the light receiving spot along the change direction of the position of the light receiving spot. And the moving average value is calculated based on the light reception signals of the reference number of pixels.

中心領域が最も少ないデータ数に設定されるために、最もデータ数の多い両端領域とのデータ数の差が小さくなるため、移動平均に用いるデータ数を過剰に多く設定する必要が無い。また、移動平均処理を行なう最中に過剰に記憶容量を使用する必要が無いため、記憶領域の動作負担を軽減することができる。   Since the central area is set to the smallest number of data, the difference in the number of data from the two end areas having the largest number of data is reduced, so that it is not necessary to set the number of data used for the moving average excessively. In addition, since it is not necessary to use excessive storage capacity during the moving average process, the operation load on the storage area can be reduced.

尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・レーザダイオード24並びにイメージセンサ25の焦点位置及び距離などの参照数は、製造段階で決定されるものであり、これらの組み合わせにより多くの態様での変位センサが出来上がる。本実施例で用いたのは何れも中心に焦点を合わせる特性を有していたが、これを他の特性をもつレーザダイオード並びにイメージセンサに変えて変位センサを構成してもよい。
The embodiment of the present invention may be modified as follows.
The reference numbers such as the focal positions and distances of the laser diode 24 and the image sensor 25 are determined at the manufacturing stage, and a combination of these can produce displacement sensors in many modes. All used in this embodiment had a characteristic of focusing on the center, but a displacement sensor may be configured by changing this to a laser diode and an image sensor having other characteristics.

・CPU11は設定モード時に、予めワークWを検出領域内の異なる複数箇所に配置したときにイメージセンサ25から出力される各受光信号に基づき、該受光信号レベルが所定値以上となる画素における参照数を所定値以上となる画素数によって設定する。さらに、前記受光信号レベルが所定値以上とならない画素の参照数を、前記受光信号レベルが所定値以上となる画素に設定された参照数に基づいて設定する。そして、CPU11に設定された参照数をイメージセンサ25の検出領域と対応づけて記憶する記憶回路13と、を備え、信号処理モード時において、CPU11は所定領域毎に記憶回路13に記憶されたデータを用いて信号処理を行なってもよい。これにより、異なるイメージセンサごとの特性をすぐに移動平均処理などの処理の参照数として反映することができる。   In the setting mode, the CPU 11 is based on the respective light reception signals output from the image sensor 25 when the workpieces W are previously arranged at a plurality of different locations in the detection area, and the reference number in the pixel at which the light reception signal level is a predetermined value or more. Is set according to the number of pixels equal to or greater than a predetermined value. Further, the reference number of pixels whose light reception signal level does not become a predetermined value or more is set based on the reference number set for the pixels whose light reception signal level becomes a predetermined value or more. And a storage circuit 13 for storing the reference number set in the CPU 11 in association with the detection area of the image sensor 25. In the signal processing mode, the CPU 11 stores the data stored in the storage circuit 13 for each predetermined area. Signal processing may be performed using Thereby, the characteristic for each different image sensor can be immediately reflected as the reference number of the process such as the moving average process.

・検出領域内の異なる複数箇所を、少なくとも前記検出領域の中心と、両端部を含むこととすることにより、少ない測定回数にて全画素の参照数の設定が可能となる。また、検出領域内の異なる複数箇所に対する参照数の設定に際し、1次式,2次式,及びサイクロイド曲線などの任意の関数を用いて重み付けを行なってもよい。   -By including at least the center of the detection region and both ends at a plurality of different locations in the detection region, the reference number of all pixels can be set with a small number of measurements. Further, when setting the number of references for different locations in the detection area, weighting may be performed using an arbitrary function such as a linear expression, a quadratic expression, and a cycloid curve.

・本実施形態は変位センサにおけるひとつの使用態様として、ディスプレイ及びコンソールなどの表示装置に受光波形及びピーク値を表示させて、作業者に被検出物の検出状況を知らせるなど、変位センサを用いた検出装置に組み込んでもよい。   This embodiment uses a displacement sensor as one mode of use of the displacement sensor, such as displaying a received light waveform and a peak value on a display device such as a display and a console to inform the operator of the detection status of the detected object. You may incorporate in a detection apparatus.

変位センサの正面図。The front view of a displacement sensor. 変位センサの電気的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the electric constitution of a displacement sensor. (a)(b)は変位センサの工学的構成を示す説明図。(A) (b) is explanatory drawing which shows the engineering structure of a displacement sensor. 受光信号と移動平均処理後の波形とを示す波形図。The wave form diagram which shows a received light signal and the waveform after a moving average process. 従来の受光信号と移動平均処理後の波形とを示す波形図。The wave form diagram which shows the conventional light reception signal and the waveform after a moving average process.

符号の説明Explanation of symbols

10…コントローラ、11…コントローラのCPU、13…第1の記憶回路、14…第2の記憶回路、20a,20b…センサヘッド、22…センサヘッドのCPU、24…レーザダイオード、25…イメージセンサ、30…コンソール、S…受光信号、Sa,Se…移動平均処理後の信号、W…被検出物(ワーク)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Controller, 11 ... CPU of controller, 13 ... 1st memory circuit, 14 ... 2nd memory circuit, 20a, 20b ... Sensor head, 22 ... CPU of sensor head, 24 ... Laser diode, 25 ... Image sensor, 30 ... console, S ... light reception signal, Sa, Se ... signal after moving average processing, W ... detected object (work).

Claims (4)

被検出物に向けてスポット光を投光する投光手段と、
複数の画素からなり、前記被検出物で反射された反射光による受光スポットが形成されるとともに前記被検出物までの距離に応じた前記受光スポットの位置の変化方向に沿って前記複数の画素が少なくとも1列に配列され、該複数の画素における受光量に応じた受光信号を順次出力するイメージセンサと、
前記受光信号に基づき移動平均値を算出する信号処理手段と、
前記移動平均値から受光量がピークとなる画素位置を判別するとともに、該判別結果に基づいて前記被検出物の変位を検出する検出手段と、
を備える変位センサにおいて、
前記信号処理手段は、予め画素位置毎に設定された参照数により移動平均値を算出する、
ことを特徴とする変位センサ。
A light projecting means for projecting spot light toward the object to be detected;
A plurality of pixels are formed, and a light receiving spot is formed by reflected light reflected by the detection object, and the plurality of pixels are arranged along a change direction of the position of the light reception spot according to a distance to the detection object. An image sensor that is arranged in at least one column and sequentially outputs a light reception signal corresponding to a light reception amount in the plurality of pixels;
Signal processing means for calculating a moving average value based on the received light signal;
A detection unit that determines a pixel position where the amount of received light reaches a peak from the moving average value, and detects a displacement of the detected object based on the determination result
In a displacement sensor comprising:
The signal processing means calculates a moving average value based on a reference number set in advance for each pixel position;
A displacement sensor characterized by that.
請求項1に記載の変位センサにおいて、
前記信号処理手段は、前記イメージセンサの複数の画素を前記受光スポットの位置の変化方向に沿って該受光スポットの大きさに応じて区分された複数の領域毎に設定された参照数を記憶し、該参照数の画素の受光信号に基づき前記移動平均値を算出する、
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 1,
The signal processing means stores a reference number set for each of a plurality of regions obtained by dividing the plurality of pixels of the image sensor according to the size of the light receiving spot along the change direction of the position of the light receiving spot. Calculating the moving average value based on the light reception signals of the reference number of pixels;
A displacement sensor characterized by that.
請求項2に記載の変位センサにおいて、
前記参照数の設定を行なう設定モードと、設定された該参照数によって前記処理手段にて移動平均値を算出する信号処理モードとを切換可能な切換手段と、
前記設定モード時に、予め前記被検出物を検出領域内の異なる複数箇所に配置したときに前記イメージセンサから出力される各受光信号に基づき、該受光信号レベルが所定値以上となる画素における前記参照数を前記所定値以上となる画素数によって設定し、かつ、前記受光信号レベルが前記所定値以上とならない画素の前記参照数を、前記受光信号レベルが所定値以上となる画素に設定された参照数に基づいて設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された参照数を前記イメージセンサの検出領域と対応づけて記憶する記憶手段と、
を備え、
前記信号処理モード時において、前記処理手段は前記所定領域毎に前記記憶手段に記憶されたデータを用いて信号処理を行なうことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 2, wherein
Switching means capable of switching between a setting mode for setting the reference number and a signal processing mode for calculating a moving average value by the processing means according to the set reference number;
In the setting mode, based on each light reception signal output from the image sensor when the object to be detected is previously arranged at a plurality of different positions in the detection region, the reference in the pixel in which the light reception signal level is a predetermined value or more The number is set according to the number of pixels that are equal to or greater than the predetermined value, and the reference number of the pixels whose light reception signal level is not equal to or greater than the predetermined value is set to the pixel whose light reception signal level is equal to or greater than the predetermined value. Setting means for setting based on the number;
Storage means for storing the reference number set by the setting means in association with the detection area of the image sensor;
With
In the signal processing mode, the processing means performs signal processing using data stored in the storage means for each predetermined area.
請求項3に記載の変位センサにおいて、
前記複数箇所は、少なくとも前記検出領域の中心と、両端部を含むことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 3,
The plurality of locations include at least the center of the detection region and both ends.
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