JP2008298653A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】様々な生産ラインに応じた被検出物の検出を可能にしつつも誤判定を抑制し得る設定を自動的に行うことができる光電センサを提供する。
【解決手段】周期可変手段を構成する設定部３１及び信号生成部３２により投光素子１１の投光周期を可変しながら、判別手段としての判別部３５によって比較部３３から出力されるハイレベルの受光パルス信号の連続回数と評価回数との比較結果に基づいてワークＷの検出が可能な周期が判別され、投光周期が判別部３５にて判別された周期に設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電センサに関するものである。

従来、各種の製品を生産する生産ラインにて搬送されるワーク（被検出物）を検出するために例えば反射型の光電センサが用いられている。このような光電センサでは、ワークがセンサの検出領域を通過すると、投光素子から所定の投光周期で投光されたパルス光がワークにて反射される。そして、その反射されたパルス光を受光した受光素子により光電変換された信号に基づく受光信号レベルが例えばハイレベルとなり、これによりワークが検出される。このような光電センサでは、ノイズ等の影響によりハイレベルの受光信号が出力されてワークが検出領域を通過していないにも関わらず検出状態と判定されてしまう誤判定を防ぐために、受光信号レベルが連続してハイレベルとなる連続回数が所定の評価回数に達したときにはじめて検出状態と判定されるようになっている。

しかしながら、生産ラインに流すワークが替わりその搬送速度が速くしたときにも同じ光電センサを用いた場合、ワークが検出領域を通過する間に評価回数未満のパルス光しか投光されないがために、当然、ワークが検出領域を通過してもハイレベルの受光信号の連続回数が所定の評価回数に達することはなく、その結果、ワークの検出ができないといった不具合が生じる虞があった。

そこで、例えば特許文献１に記載の光電センサでは、ワークが検出領域を移動する間に投光可能なパルス光の数を自動的に検出し、その数を評価回数として設定するようになっている。これにより、移動速度が速いワークに対しても検出領域を通過する間に評価回数以上のパルス光を投光することができるため、様々な生産ラインに応じたワークの検出が可能となる。
特開平１０−１５４４４９号公報

しかしながら、ワークを非常に高速で流す生産ラインに上記特許文献１のような光電センサを用いたとき、ワークが検出領域を移動する間に顕著に少ない数（例えば１回）のパルス光しか投光できず、その結果、評価回数が少なく設定されてしまうことがある。そのように設定されると、前述のノイズ等の影響による誤判定を招く虞がある。

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、様々な生産ラインに応じた被検出物の検出を可能にしつつも誤判定を抑制し得る設定を自動的に行うことができる光電センサを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被検出物に所定の周期でパルス光を投光する投光手段と、前記投光手段から投光されたパルス光を受光し、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、前記受光手段から出力された受光信号レベルと閾値とを前記周期に基づくタイミングで比較し、同じ比較結果が所定回数連続するときに前記被検出物の検出状態を示す検出結果を出力する検出手段とを備えた光電センサであって、前記投光手段の投光周期を変更可能な周期可変手段と、前記周期を設定する設定モードにおいて、前記周期可変手段により前記投光手段の投光周期を可変しながら、同じ比較結果が前記所定回数連続するかに基づいて前記被検出物の検出が可能な前記周期を判別する判別手段とを備え、前記投光手段の投光周期を前記判別手段にて判別された周期に設定することをその要旨とする。

この発明では、周期を設定する設定モードにおいて、周期可変手段により投光手段の投光周期を可変しながら、判別手段によって同じ比較結果が所定回数（評価回数）連続するかに基づいて被検出物の検出が可能な周期が判別され、投光周期が判別手段にて判別された周期に設定される。このため、評価回数を使用環境等に応じた所定値以上に保った状態で、移動速度が速い被検出物に対しても検出領域を通過する間に評価回数以上のパルス光を投光することができる。従って、様々な生産ラインに応じた被検出物の検出を可能にしつつも誤判定を抑制し得る設定を自動的に行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光電センサにおいて、前記判別手段は、前記検出手段の検出結果に基づき前記被検出物の検出が可能な前記周期を判別することをその要旨とする。

この発明では、判別手段は、検出手段の検出結果に基づき被検出物の検出が可能な周期を判別するため、判別手段が同じ比較結果の連続回数をカウントする機能を備える必要をなくすことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記被検出物の検出が可能な前記周期の中での最長の周期を前記判別手段にて判別することをその要旨とする。

この発明では、被検出物を検出可能な周期が複数ある場合に、その中の最も長いものが投光周期に設定される。ここで、投光周期が短い場合と長い場合とでは投光手段の劣化は当然短い場合の方が顕著になるが、これを防ぐために一般には、投光周期が短くすればするほど、投光手段に流す投光させるための投光電流を少なくされ、これにより検出感度（検出距離）が悪化する。即ち、この発明では、設定可能であるとともに被検出物の検出が可能な周期の中で、耐ノイズ性能が最も向上するような最適な周期に投光周期を設定することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記周期可変手段により前記投光周期をスタート値からエンド値まで所定の可変幅で順次可変しながら、前記被検出物の検出が可能な前記周期を前記判別手段にて判別することをその要旨とする。

この発明では、投光周期をスタート値からエンド値まで所定の可変幅で順次可変しながら、容易に被検出物の検出が可能な周期を判別することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記判別手段は、２分検索法により前記被検出物の検出が可能な前記周期を判別することをその要旨とする。

この発明では、２分検索法により容易に被検出物の検出が可能な周期が判別することができる。
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の光電センサにおいて、前記周期可変手段により前記投光周期をスタート値からエンド値まで第１の可変幅で順次可変しながら、前記第１の可変幅にて設定可能であるとともに前記被検出物を検出可能な前記周期の中での最長の周期、及び前記被検出物を検出不能な前記周期の中での最短の周期を前記判別手段にて判別する第１ステップを行った後、その第１ステップで判定した前記各周期の間の範囲において第１の可変幅よりも細かい第２の可変幅で前記投光周期を前記周期可変手段により順次可変しながら、前記第２の可変幅にて設定可能であるとともに前記被検出物の検出が可能な前記周期の中で最長の周期を前記判別手段にて判別する第２ステップを行うことをその要旨とする。

この発明では、被検出物を検出可能な周期が複数ある場合に、その中の最も長いものが投光周期に設定されるため、耐ノイズ性能が最も向上するような最適な周期に投光周期を設定することができる。また、その最適な周期を第１ステップにて大まかに調べた後、第２ステップで細かに調べて判別するため、その判別までに要する時間を短縮することが可能である。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記周期可変手段は、指数関数的に設定された可変幅で前記投光手段の投光周期を可変することをその要旨とする。

この発明によれば、周期可変手段によって可変される投光周期の可変幅は、指数関数的に設定される。即ち、投光周期が比較的短い範囲では細かい可変幅で、反対に投光周期が長い範囲では粗い可変幅で可変される。このため、投光周期が長い範囲においては不必要に細かい可変幅で可変しないので、投光周期の設定を効率的に行うことができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記周期可変手段は、前記投光周期の長短に応じて短い範囲では細かく、長い範囲では粗くなるように連続的に又は段階的に設定された可変幅で前記投光手段の投光周期を可変することをその要旨とする。

この発明では、可変される投光周期の可変幅は、投光周期の長短に応じて短い範囲では細かく、長い範囲では粗くなるように連続的に又は段階的に設定される。このため、投光周期が長い範囲においては不必要に細かい可変幅で可変しないので、投光周期の設定を効率的に行うことができる。

従って、上記記載の発明によれば、様々な生産ラインに応じた被検出物の検出を可能にしつつも誤判定を抑制し得る設定を自動的に行うことができる。

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に示す本実施の形態の光電センサ１は、一定速度で順次搬送されるワークＷの搬送経路（図１の矢印方向に沿う経路）の脇に配置されている。この光電センサ１は該搬送経路を横切るようにパルス光を投光する投光素子１１と、投光素子１１から投光されワークＷにて反射された光を受光する受光素子１２とを備え、該受光素子１２での受光量に基づいて搬送されるワークＷの有無を検出するものである。尚、光電センサ１は、ワークＷの少なくとも一部が光電センサ１の検出領域を通過するように設けられている。

光電センサ１は、上記投光素子１１を有する投光回路２１と、上記受光素子１２を有する受光回路２２と、これら投光回路２１及び受光回路２２と電気的に接続されてワークＷの検出動作を行う制御回路２３とを備えてなる。本実施の形態では、投光回路２１が投光手段を、受光回路２２が受光手段をそれぞれ構成している。

制御回路２３は、投光素子１１の投光周期を設定するための周期可変手段を構成する設定部３１と、該設定部３１及び投光回路２１と電気的に接続された周期可変手段を構成する信号生成部３２と、受光回路２２と電気的に接続された比較部３３とを備えている。また、制御回路２３は、比較部３３からの受光信号に基づいてワークＷの検出を行う検出手段としてのカウント部３４と、該カウント部３４及び信号生成部３２と電気的に接続された判別手段としての判別部３５とを備えている。

信号生成部３２は、設定部３１から出力される所定の投光周期に応じたデータ信号に基づいて、投光素子１１をパルス点灯させるための投光パルス信号（図２及び図３参照）を投光回路２１に出力する。投光回路２１はその投光パルス信号を受けて投光素子１１を所定の投光周期でパルス点灯させる。即ち、設定部３１及び信号生成部３２により投光素子１１の投光周期が変更可能となっている。本実施の形態では、投光周期の設定可能な範囲の最小値は１０μｓ、最大値は５００ｍｓであり、その投光周期の設定可能範囲内において所定の可変ピッチ（可変幅）で多段階的に変更可能となっている。

投光素子１１からの出射光が、検出可能領域に進入したワークＷで反射されて受光素子１２にて受光されると、受光素子１２はその入射光を光電変換して受光回路２２に出力し、受光回路２２はその電気信号を増幅して比較部３３に出力する。即ち、比較部３３には受光素子１２での受光量に応じたレベルの受光信号（アナログ信号）が入力される。尚、受光回路２２は投光パルス信号に基づき投光素子１１のパルス点灯と同じ周期で受光信号を出力する。

比較部３３は、受光回路２２からの受光信号のレベルと予め設定された閾値とを投光周期に基づくタイミングで比較し、ハイレベル若しくはローレベルの受光パルス信号をカウント部３４に比較結果として出力する。本実施の形態では、比較部３３は受光信号のレベルが閾値以上のときにハイレベルの受光パルス信号を出力し、閾値以下のときにローレベルの受光パルス信号を出力する（図２及び図３参照）。

カウント部３４は、比較部３３から出力されるハイレベル及びローレベルの受光パルス信号の連続回数をそれぞれカウントする。そして、カウント部３４は、ハイレベルの受光パルス信号の連続回数が所定の評価回数（本実施の形態では４回）に達したときにハイレベルの出力信号（検出状態を示す検出結果）を出力する。また、ローレベルの受光パルス信号の連続回数が前記評価回数に達したときにローレベルの出力信号（非検出状態を示す検出結果）を出力する。カウント部３４の出力信号は、図示しない出力回路及び前記判別部３５のそれぞれに出力される。尚、ハイレベル及びローレベルのカウント値は、評価回数にそれぞれ達したとき、又は受光パルス信号のレベルが反転したときにクリアされる。また、上記所定の評価回数はノイズ等の影響による誤検出を防ぐために使用環境を考慮した値に設定されている。

このような光電センサ１では、設定可能な投光周期の中での、ワークＷの移動速度及び移動方向に沿った長さに応じた最適な投光周期（以下、最適周期）を設定するための「投光周期設定モード」が用意されており、このモードを実行して設定された最適な投光周期にてワークＷの検出を行うことで好適な検出を行うことができる。以下に「投光周期設定モード」について説明する。
［投光周期設定モード］
図示しないコントローラ等からの投光周期設定モードの選択によるモード選択信号が制御回路２３に入力されると、信号生成部３２は設定部３１からの信号に基づいて投光素子１１の投光周期を段階的に可変するように投光パルス信号を出力し、投光回路２１はそのパルス信号に基づき投光素子１１をパルス点灯させる。このとき、信号生成部３２は投光周期を可変する毎にその投光周期に応じたデータを判別部３５に出力する。投光素子１１の投光周期は設定可能範囲の最小値（スタート値）から最大値（エンド値）の間において所定の可変ピッチで段階的に設定されるとともに、その設定される各投光周期で投光する時間は、各投光周期に応じたワークＷを検出可能な所定時間にそれぞれ設定されている。本実施の形態では、投光周期を可変する上記可変ピッチは指数関数的に（即ち、投光周期の長短に応じて短い範囲では細かく、長い範囲では粗くなるように連続的に又は段階的に）設定されるとともに、可変する間隔が粗い第１可変ピッチと該間隔が細かな第２可変ピッチとの２つのパターンが用意されている。

まず、第１ステップとして第１可変ピッチで投光周期を設定可能な最小値から長くしていく。本実施の形態では、投光周期を１０μｓ→５０μｓ→２５０μｓ→１ｍｓ→５ｍｓ→２５ｍｓ→１２５ｍｓ→５００ｍｓの順に設定する。このとき、判別部３５はカウント部３４からの出力信号及び信号生成部３２からの投光周期に応じたデータに基づき、カウント部３４の出力信号がハイレベルからローレベルに反転する投光周期（以下、反転周期）を検出し、その反転周期に応じた信号を設定部３１に出力する。例えば、投光周期が１０μｓ〜１ｍｓまでのときはカウント部３４の出力信号がハイレベルであって、投光周期を５ｍｓにした段階でローレベルに反転した場合、判別部３５はこの５ｍｓ（反転周期）に応じた信号を出力する。尚、投光周期が最小値（１０μｓ）のときにカウント部３４の出力がローレベルとなった場合、又は上記のいずれの投光周期でもカウント部３４の出力がローレベルにならない場合、判別部３５はエラー出力をし、図示しない表示装置にエラー表示がなされる。

次に、第２ステップとして、判別部３５から与えられた信号に基づき、設定すべき最適な投光周期が存在する範囲、即ち反転周期からその直前の段階の投光周期までの範囲において、第２可変ピッチで投光素子１１の投光周期を可変させる。本実施の形態では、上記のように反転周期が５ｍｓであった場合、投光周期を１ｍｓから０．５ｍｓ刻みで４，５ｍｓまで段階的に長くしていく。また、ここで、反転周期が５ｍｓ以外の場合についても詳述しておく。反転周期が５０μｓであった場合、投光周期を１０μｓから可変ピッチを５μｓで可変させる。反転周期が２５０μｓの場合は５０μｓから可変ピッチ２５μｓで、１ｍｓの場合は３００μｓから可変ピッチ１００μｓで９００μｓまで、２５ｍｓの場合は５ｍｓから可変ピッチ２．５ｍｓで可変させる。また、反転周期が１２５ｍｓの場合は２５ｍｓから可変ピッチ１２．５ｍｓで、５００ｍｓの場合は１５０ｍｓから可変ピッチ５０ｍｓで可変させる。

この第２可変ピッチでの検出において、判別部３５は、前記第１可変ピッチでの検出と同様に、カウント部３４からの出力信号に基づき反転周期を検出する。そして、判別部３５は反転周期の直前の段階の投光周期を最適周期として判別し、その最適周期に応じた信号を設定部３１に出力する。例えば、投光周期が１．５ｍｓ〜３ｍｓまでのときはカウント部３４の出力信号がハイレベルであって、投光周期を３．５ｍｓにした段階でローレベルに反転した場合、判別部３５は３ｍｓを最適周期として設定部３１に出力し、設定部３１は投光素子１１の投光周期をその最適周期に設定する。尚、図２における投光パルス信号は最適化される前のものであって、図３における投光パルス信号は、投光周期設定モードで投光周期が最適化されたものである。

このような光電センサ１では、ワークＷを検出するための評価回数を一定に保った状態で、投光周期設定モードにて自動的に投光素子１１の投光周期を最適周期に設定することができる。このため、例えばノイズ等の影響による誤検出を抑制しつつも、前記コントローラを操作して投光周期設定モードを実行するだけで搬送するワークＷが替わりその搬送速度を変更した場合等に応じて最適周期を設定することができる。

次に、本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）投光周期設定モードにおいて、周期可変手段を構成する設定部３１及び信号生成部３２により投光素子１１の投光周期を可変しながら、判別手段としての判別部３５によって比較部３３から出力されるハイレベルの受光パルス信号の連続回数と評価回数との比較結果に基づいてワークＷの検出が可能な周期が判別され、投光周期が判別部３５にて判別された周期に設定される。このため、評価回数を使用環境等に応じた所定値以上に保った状態で、移動速度が速い被検出物に対しても検出領域を通過する間に評価回数以上のパルス光を投光することができる。従って、様々な生産ラインに応じたワークＷの検出を可能にしつつも誤判定を抑制し得る設定を自動的に行うことができる。

（２）判別部３５は、カウント部３４の検出結果に基づきワークＷの検出が可能な周期を判別するため、判別部３５が同じ比較結果の連続回数をカウントする機能を備える必要をなくすことができる。

（３）ワークＷを検出可能な周期が複数ある場合に、その中の最も長いものが投光周期に設定されるため、耐ノイズ性能が最も向上するような最適な周期に投光周期を設定することができる。

（４）最適周期を第１ステップにて大まかに調べた後、第２ステップで細かに調べて判別するため、その判別までに要する時間を短縮することが可能である。
（５）設定部３１及び信号生成部３２によって可変される投光周期の可変ピッチは、指数関数的に設定される。即ち、投光周期が比較的短い範囲では細かい可変ピッチで、反対に投光周期が長い範囲では粗い可変ピッチで可変される。このため、投光周期が長い範囲においては不必要に細かい可変ピッチで可変しないので、投光周期の設定を効率的に行うことができる。

尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、判別部３５はカウント部３４からの出力信号に基づいてカウント部３４の出力信号の反転周期を判別したが、特にこれに限定されるものではなく、比較部３３から直接与えられる出力を受け、その比較部３３の比較結果の連続回数と評価回数との比較結果に基づいて判別するように構成してもよい。

・上記実施の形態では、投光周期を可変する可変ピッチは指数関数的に設定されたが、これ以外に例えば、等間隔に設定してもよい。
・上記実施の形態では、投光周期は第１可変ピッチと第２可変ピッチとに分けて可変されたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば第２ピッチのみで可変してもよい。即ち、１つのステップで周期の判別を行ってもよい。投光周期が所定の可変ピッチで順次可変しながら、容易にワークＷの検出が可能な周期を判別することができる。

・上記実施の形態では、設定可能範囲の最小値をスタート値、最大値をエンド値としたが、反対に最大値をスタート値、最小値をエンド値としてもよい。また、設定可能な範囲における任意の値をスタート値としてもよい。

・上記実施の形態では、所定の可変ピッチで投光周期を可変しながらワークＷの検出が可能な周期を判別したが、これ以外に例えば、２分検索法により判別してもよい。この２分検索法による判別では、投光周期の設定可能な範囲内において、最適周期の存在し得る範囲の真ん中付近の周期に順次可変して最適周期が検出される。この構成によれば、２分検索法により容易にワークＷの検出が可能な周期が判別することができる。

・上記実施の形態では、本発明を反射型の光電センサ１に具体化したが、これ以外に例えば、透過型の光電センサでもよく、また、ファイバセンサやレーザーセンサ等でもよい。

本実施の形態における光電センサを示す概略構成図。 投光周期の設定前の光電センサの検出動作を示すタイミングチャート。 投光周期の設定後の光電センサの検出動作を示すタイミングチャート。

符号の説明

１…光電センサ、１１…投光素子、１２…受光素子、２１…投光手段を構成する投光回路、２２…受光手段を構成する受光回路、３１…周期可変手段を構成する設定部、３２…周期可変手段を構成する信号生成部、３４…検出手段としてのカウント部、３５…判別手段としての判別部。

Claims (8)

1. 被検出物に所定の周期でパルス光を投光する投光手段と、
   前記投光手段から投光されたパルス光を受光し、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、
   前記受光手段から出力された受光信号レベルと閾値とを前記周期に基づくタイミングで比較し、同じ比較結果が所定回数連続するときに前記被検出物の検出状態を示す検出結果を出力する検出手段と
   を備えた光電センサであって、
   前記投光手段の投光周期を変更可能な周期可変手段と、
   前記周期を設定する設定モードにおいて、前記周期可変手段により前記投光手段の投光周期を可変しながら、同じ比較結果が前記所定回数連続するかに基づいて前記被検出物の検出が可能な前記周期を判別する判別手段と
   を備え、前記投光手段の投光周期を前記判別手段にて判別された前記周期に設定することを特徴とする光電センサ。
2. 請求項１に記載の光電センサにおいて、
   前記判別手段は、前記検出手段の検出結果に基づき前記被検出物の検出が可能な前記周期を判別することを特徴とする光電センサ。
3. 請求項１又は２のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、
   前記被検出物の検出が可能な前記周期の中での最長の周期を前記判別手段にて判別することを特徴とする光電センサ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、
   前記周期可変手段により前記投光周期をスタート値からエンド値まで所定の可変幅で順次可変しながら、前記被検出物の検出が可能な前記周期を前記判別手段にて判別することを特徴とする光電センサ。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、
   前記判別手段は、２分検索法により前記被検出物の検出が可能な前記周期を判別することを特徴とする光電センサ。
6. 請求項３に記載の光電センサにおいて、
   前記周期可変手段により前記投光周期をスタート値からエンド値まで第１の可変幅で順次可変しながら、前記第１の可変幅にて設定可能であるとともに前記被検出物を検出可能な前記周期の中での最長の周期、及び前記被検出物を検出不能な前記周期の中での最短の周期を前記判別手段にて判別する第１ステップを行った後、
   その第１ステップで判定した前記各周期の間の範囲において第１の可変幅よりも細かい第２の可変幅で前記投光周期を前記周期可変手段により順次可変しながら、前記第２の可変幅にて設定可能であるとともに前記被検出物の検出が可能な前記周期の中で最長の周期を前記判別手段にて判別する第２ステップを行うことを特徴とする光電センサ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、
   前記周期可変手段は、指数関数的に設定された可変幅で前記投光手段の投光周期を可変することを特徴とする光電センサ。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、
   前記周期可変手段は、前記投光周期の長短に応じて短い範囲では細かく、長い範囲では粗くなるように連続的に又は段階的に設定された可変幅で前記投光手段の投光周期を可変することを特徴とする光電センサ。

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