JP2010122127A - 光学式変位センサシステム、コンソール、コントローラ、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】光学式変位センサを用いて対象物までの距離を簡単に且つ精度良く測定する。
【解決手段】測定対象物に光を投光して、イメージセンサで反射光を受光し、各画素での受光信号出力値を取得する。表示画面上に受光信号出力波形を表示して、表示画面上での画素位置の範囲（有効画素範囲）を設定し、有効画素範囲内での最大受光信号出力値が所定の基準出力値と一致するように検出感度を変更する。そして得られた検出感度を用いて測定対象物の変位を測定する。こうすれば、たとえ測定しようとする箇所から十分な強度の反射光が受光できない場合でも、その箇所を含むように有効画素範囲を設定することで、適切な検出感度を用いて精度良く測定することが可能となる。
【選択図】図７

Description

本発明は、測定対象物に向けて光を投光して反射光を受光することにより、該測定対象物との距離、または該測定対象物の変位を光学的に測定する技術に関する。

測定対象物に向けてレーザ光を照射することにより、該測定対象物までの距離、あるいは該測定対象物の変位などを計測する光学式変位センサが知られている。この光学式変位センサでは、測定対象物の表面にレーザ光を照射することによって形成したレーザ光のスポットを、一次元のイメージセンサを用いて検出し、三角測量の原理を用いて測定対象物の表面までの距離を検出している。

ここで測定対象物は種々の表面状態を取ることが考えられ、例えば光を反射し難い表面であった場合には、レーザ光のスポットをイメージセンサで検出しても、十分な光強度のピークとして検出することができないので、測定精度が低下してしまう。

そこで、イメージセンサが十分な光強度のピークを検出することができるようにレーザ光の光量をフィードバック制御したり、あるいはイメージセンサの感度をフィードバック制御したりすることによって、測定対象物までの距離や測定対象物の変位を精度良く測定しようとする技術が開発されている。また、測定対象物の表面が透明な材質で形成されている場合や、測定対象物の表面形状によっては、イメージセンサで複数のピークが検出される場合も起こり得る。このような場合でも、測定対象物までの距離や変位を精度良く測定可能とするために、例えば予め設定された測定モードに応じて何れか一方のピークのみをフィードバック制御して測定する技術や、複数のピーク毎にフィードバック制御を行う技術などが提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特開２００１−１５９５１６号公報 特開２００６−０３００９５号公報

しかし、提案されている技術では、必ずしも全ての場合について、測定対象物までの距離あるいは変位を精度良く計測できるわけではないという問題があった。例えば、測定対象物に設けられたガラス窓の向こう側にある物体表面までの距離を測定する場合、レーザ光によるスポットは、ガラス窓の表面、ガラス窓の裏面、および物体表面の３箇所に形成され、これに対応してイメージセンサでも３つのピークが検出されるが、それぞれの表面の状態に応じて各ピークの高さは大きく変化する。そして、光学式変位センサは所定の基準値以上の出力値が、ある範囲以上連続して発生したときにピークと認識するので、２つのピークしか検出できない場合も起こり得る。もちろん、レーザ光の光量を増加（あるいはイメージセンサの感度を増加）させれば、隠れているピークを検出することが可能となるが、それまで検出できていた２つのピークが飽和して１つのピークになってしまうことが起こり得る。更には、物体表面の形状によっては、表面で反射した光が別の箇所の表面にもスポットを形成し、このスポットをイメージセンサで検出してしまう場合も起こり得る。これらのような場合には、イメージセンサで検出されたピークの個数が、予定された個数と一致しないので、提案された技術を適用しても、測定対象物までの距離あるいは変位を精度良く測定することはできない。

この発明は上記のような事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、どのような測定対象物であっても、測定対象物までの距離あるいは変位を精度良く且つ簡単に測定可能な光学式変位センサを提供するところにある。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の光学式変位センサシステムは次の構成を採用した。すなわち、
測定対象物に光を投光する投光動作を行う投光部と、前記投光部の光が前記測定対象物で反射した反射光を受光するために複数の画素が列状に配列されたイメージセンサを有し前記イメージセンサの各画素での受光量に対応する受光信号を出力する受光動作を行う受光部と、所定の検出感度に基づいて前記投光動作および前記受光動作を行い該検出感度に応じて前記受光部から出力される受光信号の出力値を前記イメージセンサの画素毎に記憶する受光信号出力値記憶手段とを備え、記憶した該受光信号の出力値を基に前記測定対象物の変位を測定する光学式変位センサシステムであって、
前記受光信号出力値記憶手段に画素毎に記憶された前記受光信号の出力値と、前記受光信号の出力値が得られた画素位置との対応関係を表す受光信号出力波形を表示する受光信号出力波形表示手段と、
外部操作可能な入力部を備え、該入力部の入力に基づいて有効画素範囲を設定する有効画素範囲設定手段と、
前記有効画素範囲の各画素について、前記受光信号出力値記憶手段に記憶されている前記出力値の中から最大受光信号出力値を検出する最大受光信号出力値検出手段と、
前記最大受光信号出力値が所定の基準出力値と一致するように、前記検出感度を調整する検出感度調整手段と
を備えることを要旨とする。

このような本発明の光学式変位センサシステムにおいては、測定対象物に光を投光して、測定対象物からの反射光をイメージセンサで受光することにより、測定対象物の変位を測定する。測定に際しては、イメージセンサの各画素での受光信号出力値を取得して、所定の表示画面上に受光信号出力波形を表示する。光学式変位センサシステムの操作者は表示画面上の受光信号出力波形を確認することで、各画素の画素位置と、その画素での受光信号出力値との対応関係を容易に把握することが可能である。本発明の光学式変位センサシステムは、受光信号出力波形を表示画面上に表示すると、外部操作可能な入力部によって設定された有効画素範囲を取得する。そして、有効画素範囲内での最大受光信号出力値が所定の基準出力値と一致するように、検出感度を変更する。このときに変更する検出感度としては、各画素の受光信号出力値に影響を与えるものであればよく、例えば、パルス幅、パルスの波高値、イメージセンサの電荷蓄積時間、受光部の増幅回路の増幅率などを変更することができる。こうして設定された検出感度を用いて測定対象物の変位を測定する。

このようにして測定対象物の変位を測定してやれば、測定しようとする箇所から十分な強度の反射光が受光できない場合でも、その箇所を含むように有効画素範囲を設定することで、適切な検出感度を設定して精度良く測定を行うことが可能となる。また、有効画素範囲を設定するに際しては、表示画面上に表示された受光信号出力波形を確認しながら設定することで、適切な有効画素範囲を簡単に設定することが可能となる。

尚、検出感度を変更するに際して、測定対象物の投光する光量を増減させれば、ノイズによる影響を受けることなく、安定して精度良い測定を行うことが可能となる。また、測定対象物に対してパルス状の光を投光する場合には、パルス時間幅を変更することによって、光量を増減させることとしても良い。パルス時間幅は、容易且つ精度良く変更可能であり、しかも、パルス時間幅と光量とは比例関係が成立することから、パルス時間幅を変更してやれば、簡単に且つ精度良く光量を増減させることが可能となる。

また、上述した本発明の光学式変位センサシステムでは、次のようにして設定された有効画素範囲を取得することとしても良い。すなわち、外部操作可能な入力部によって一の画素位置が入力されると、その画素位置を基準とする所定の画素位置の範囲を、有効画素範囲として設定することとしてもよい。

こうすれば、光学式変位センサシステムの操作者は、少なくとも１つの画素位置を指定するだけで有効画素範囲を設定することができるので、簡単に有効画素範囲を設定することが可能となる。

また、上述した本発明の光学式変位センサシステムは、イメージセンサで得られた受光信号出力波形を表示画面に表示させ、外部操作可能な入力部によって設定された有効画素範囲を取得している。従って、このような点に着目すれば、本発明は、以下のようなコンソール、あるいはコンソール上で動作するプログラムとして把握することも可能である。すなわち、本発明のコンソールは、
測定対象物に光を投光する投光動作を行う投光部と、前記投光部の光が前記測定対象物で反射した反射光を受光するために複数の画素が列状に配列されたイメージセンサを有し前記イメージセンサの各画素での受光量に対応する受光信号を出力する受光動作を行う受光部と、所定の検出感度に基づいて前記投光動作および前記受光動作を行い該検出感度に応じ前記受光部から出力される受光信号の出力値を前記イメージセンサの画素毎に記憶する受光信号出力値記憶手段と、指定された有効画素範囲の前記受光信号出力値から最大受光信号出力値を検出する最大受光信号出力値検出手段と、該最大受光信号出力値に基づいて前記検出感度を調整する検出感度調整手段とを備え、前記測定対象物の変位を測定する光学式変位センサシステムにおけるコンソールであって、
前記受光信号出力値記憶手段に画素毎に記憶された前記受光信号の出力値と、前記受光信号の出力値が得られた画素位置との対応関係を表す受光信号出力波形を表示する受光信号出力波形表示手段と、
外部操作可能な入力部を備え、該入力部の入力に基づき有効画素範囲を設定し、前記最大受光信号出力値検出手段に出力する有効画素範囲設定手段と
を備えることを要旨とする。

また、上記のコンソール上で動作する本発明のプログラムは、
測定対象物に光を投光する投光動作を行う投光部と、前記投光部の光が前記測定対象物で反射した反射光を受光するために複数の画素が列状に配列されたイメージセンサを有し前記イメージセンサの各画素での受光量に対応する受光信号を出力する受光動作を行う受光部と、所定の検出感度に基づいて前記投光動作および前記受光動作を行い該検出感度に応じ前記受光部から出力される受光信号の出力値を前記イメージセンサの画素毎に記憶する受光信号出力値記憶手段と、指定された有効画素範囲の前記受光信号出力値から最大受光信号出力値を検出する最大受光信号出力値検出手段と、該最大受光信号出力値に基づいて前記検出感度を調整する検出感度調整手段とを備え、前記測定対象物の変位を測定する光学式変位センサシステムに対して、有効画素範囲を指定するための機能をコンピュータを用いて実現するためのプログラムであって、
前記受光信号の出力値を、該出力値が得られた画素位置の情報とともに受信する第１の機能と、
前記受信した受光信号の出力値と、該受光信号の出力値が得られた画素位置との対応関係を表す受光信号出力波形を表示する第２の機能と、
前記表示された受光信号出力波形に基づいて指定された前記有効画素範囲の設定を取得する第３の機能と、
前記取得した前記有効画素範囲の設定を前記光学式変位センサシステムに対して出力する第４の機能と
をコンピュータを用いて実現することを要旨とする。

このような本発明のコンソールあるいはプログラムを用いれば、表示画面上に表示された受光出力波形に基づいて、有効画素範囲を適切に且つ簡単に設定することができる。そして、こうして設定された有効画素範囲内での最大受光信号出力値が基準出力値となるように検出感度を変更することで、たとえ、測定しようとする箇所から十分な強度の反射光が受光できない場合でも、精度良く測定することが可能となる。

また、上述した本発明の光学式変位センサシステムは、受光出力波形に基づいて設定された有効画素範囲内での最大受光信号出力値に着目して、検出感度を変更している。従って、このような点に着目すれば、本発明は、以下のようなコントローラとして把握することも可能である。すなわち、本発明のコントローラは、
測定対象物に光を投光する投光動作を行う投光部と、前記投光部の光が前記測定対象物で反射した反射光を受光するために複数の画素が列状に配列されたイメージセンサを有し前記イメージセンサの各画素での受光量に対応する受光信号を出力する受光動作を行う受光部とを備え、所定の検出感度に基づいて前記投光動作および前記受光動作を行い、該検出感度は外部操作による入力で指定する有効画素範囲に基づいて設定され、前記イメージセンサの画素毎での受光量に対応する受光信号の出力値を基に前記測定対象物の変位を測定する光学式変位センサシステムにおけるコントローラであって、
前記イメージセンサの各画素での受光量に対応する受光信号の出力値を前記イメージセンサの画素毎に読み出して記憶する受光信号出力値記憶手段と、
前記有効画素範囲の各画素についての前記受光信号出力値の中から最大受光信号出力値を検出する最大受光信号出力値検出手段と、
前記最大受光信号出力値が所定の基準出力値と一致するように、前記検出感度を調整する検出感度調整手段と
を備えることを要旨とする。

このような本発明のコントローラによれば、受光信号出力波形に基づいて、外部操作可能な入力部を用いて有効画素範囲を設定すると、有効画素範囲内での最大受光信号出力値が基準出力値となるように、検出感度を変更する。このようにして変更された検出感度を用いて測定対象物の変位を測定してやれば、測定しようとする箇所から十分な強度の反射光が受光できない場合でも、適切な検出感度を用いて精度良く測定を行うことが可能となる。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．本実施例のフィードバック範囲設定処理：
Ｃ．変形例：

Ａ．装置構成 ：
図１は、本実施例の光学式変位センサシステム１０の全体構成を示す説明図である。図示されるように、光学式変位センサシステム１０は、測定対象物Ｗに向けてレーザ光を照射するとともに反射光を受光するセンサヘッド１００と、センサヘッド１００に接続されて全体の動作を制御するコントローラ２００と、コントローラ２００に接続されて測定結果を操作者に表示したり、操作者によって設定された操作内容をコントローラ２００に出力したりする機能を有するコンソール３００などから構成されている。また、コンソール３００に替えて、いわゆるパーソナルコンピュータ３５０をコントローラ２００に接続して用いることも可能である。

センサヘッド１００は、大きく分けると測定対象物Ｗに光を投光する投光部１１０と、測定対象物Ｗからの反射光を受光する受光部１２０とから構成されている。このうち、投光部１１０は、レーザ光を放出するレーザダイオード１１４と、レーザダイオード１１４を駆動するレーザ駆動回路１１２と、レーザダイオード１１４から放出されたレーザ光を集光して測定対象物Ｗへと投光するレンズ群（投光レンズ系１１６）などから構成されている。レーザダイオード１１４はレーザ駆動回路１１２の駆動形態に応じて、パルス状に光を出射するパルス光、あるいは連続して光を出射するビーム光などの形態で、レーザ光を発生させることが可能である。更に、パルス光を発生させる場合には、レーザ駆動回路１１２を用いてパルス光の強度や、パルス時間幅を変更することが可能であり、ビーム光を発生させる場合には、ビーム光の強度を変更することが可能となっている。

また、受光部１２０には、微細な受光素子を一列に配列して構成された一次元のイメージセンサ１２６が搭載されている。受光素子は、受け取った光の光量（光強度×時間）に応じて電荷を発生させる機能を有しており、各素子で発生した電荷を読み出せば、受光量の分布を知ることができる。尚、１つ１つの受光素子は、受光量に関する情報が得られる最小単位となっており、このことに対応して、イメージセンサの１つ１つの受光素子は、「画素」と呼ばれている。更に、受光部１２０には、測定対象物Ｗからの反射光を受け取ってイメージセンサ１２６の各受光素子に集光させるためのレンズ群（受光レンズ系１２４）や、イメージセンサ１２６を駆動するイメージセンサ駆動回路１２２、イメージセンサ１２６で読み出したアナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換器１２８なども搭載されている。尚、イメージセンサ１２６としては、いわゆるＣＣＤ方式のセンサや、ＣＭＯＳ方式のセンサなどを用いることができる。

コントローラ２００は、データ受取部２０２と、最大受光信号出力値検出部２０４と、検出感度設定部２０６と、受光信号出力値記憶部２０８と、データ出力部２１０などから構成されている。尚、これら各部は、コントローラ２００の機能を便宜的に分類したものに過ぎず、必ずしも各部が別体の部品となっている必要はない。例えば、これら各部の一部については、専用の論理回路などを用いて実現し、残りの部分については、ＣＰＵやメモリなどを用いてソフトウェア的に実現することとしても良い。もちろん、全ての各部を、それぞれ専用の論理回路で実現しても良いし、全ての各部をソフトウェア的に実現しても良い。

受光信号出力値記憶部２０８は、イメージセンサ１２６によって得られたセンサデータを記憶する。ここでセンサデータとは、イメージセンサ１２６の各画素について、受光量に対応する出力値（受光信号出力値）が記述されたデータである。イメージセンサ１２６の各画素での受光量がそのまま受光信号出力値として記述される場合もあれば、各画素の受光量に一定の係数が乗算された値が、受光信号出力値として記述される場合もある。

データ出力部２１０は、受光信号出力値記憶部２０８に記憶されているセンサデータを読み出して、コンソール３００（あるいはパーソナルコンピュータ３５０）の表示画面３０２に、センサデータの出力波形（受光信号出力波形）のデータを出力する。光学式変位センサシステム１０の操作者は、表示画面３０２に表示された受光信号出力波形を確認することで、各画素で得られた受光信号出力値の分布を直ちに了解することができる。詳細には後述するが、操作者は表示画面３０２に表示された受光信号出力波形を見ながら、コンソール３００（あるいはパーソナルコンピュータ３５０）に設けられた各種の操作ボタン３０４を操作することにより、表示されている画素範囲の中から一部の範囲を選択して、有効な画素範囲（有効画素範囲）として設定する。

コントローラ２００のデータ受取部２０２は、コンソール３００（あるいはパーソナルコンピュータ３５０）に設定された有効画素範囲を取得して、最大受光信号出力値検出部２０４に供給する。最大受光信号出力値検出部２０４は、有効画素範囲内の各画素についての受光信号出力値を受光信号出力値記憶部２０８から読み出して、それら受光信号出力値の中で最も値の大きな受光信号出力値（最大受光信号出力値）を検出し、検出感度設定部２０６に出力する。

検出感度設定部２０６は、最大受光信号出力値検出部２０４で検出された最大受光信号出力値を受け取ると、予め設定されている基準出力値と比較する。そして、最大受光信号出力値が基準出力値よりも小さければ、イメージセンサ１２６の各画素で得られる受光信号出力値が大きくなるように検出感度を変更する。変更する検出感度としては、例えばレーザダイオード１１４から出射されるレーザ光の光量を増加させてもよいし、レーザダイオード１１４からパルス状のレーザ光を出射するのであればパルス時間幅を長くしても良い。これらはレーザ駆動回路１１２の動作を制御することによって実現することができる。あるいは、イメージセンサ１２６での電荷の蓄積時間を長くしても良いし、電荷を読み出す際に電圧値を変換してもよい。これらはイメージセンサ駆動回路１２２の動作を制御することによって実現することができる。逆に、最大受光信号出力値が基準出力値よりも大きい場合には、イメージセンサ１２６の各画素で得られる受光信号出力値が小さくなるように検出感度を変更する。

こうして検出感度が変更されたら、新たな検出感度の下で再び受光信号出力値を取得して、先に設定された有効画素範囲内での最大受光信号出力値を検出する。そして、検出感度設定部２０６は、新たに検出された最大受光信号出力値を基準出力値と比較して、最大受光信号出力値が基準出力値よりも小さければ最大受光信号出力値が大きくなるように、逆に、最大受光信号出力値が基準出力値よりも大きければ最大受光信号出力値が小さくなるように、再び検出感度を変更する。こうして最終的に、最大受光信号出力値が基準出力値と一致したら、その検出感度を用いて、測定対象物Ｗまでの距離あるいは測定対象物Ｗの変位を測定する。

図２は、本実施例の光学式変位センサシステム１０を用いてガラスやアクリルなどの透明窓を有する測定対象物Ｗまでの距離を測定する様子を示した説明図である。センサヘッド１００内のレーザダイオード１１４から投光レンズ系１１６を介して出射されたレーザ光は、測定対象物Ｗの透明窓を透過して、測定対象物Ｗの底部に到達する。その結果、透明窓の表面側のＡ点と、透明窓の裏面側のＢ点と、測定対象物Ｗの底面のＣ点の３箇所にレーザ光によるスポットが形成される。そして、これらＡ点、Ｂ点、Ｃ点で反射した光は、センサヘッド１００内の受光レンズ系１２４を介してイメージセンサ１２６によって受光される。その結果、イメージセンサ１２６で検出される受光量（もしくは受光信号出力値）の分布は、ａ点、ｂ点、ｃ点の３箇所にピークを有する分布が得られることになる。このうち、ａ点のピークは測定対象物ＷのＡ点に形成されたスポットに対応し、ｂ点のピークはＢ点に形成されたスポットに対応し、ｃ点のピークはＣ点のスポットに対応する。

このように、イメージセンサ１２６の画素上でピークが得られる位置はセンサヘッド１００からの距離に対応しており、従って、イメージセンサ１２６でのピーク位置を検出することによって、測定対象物Ｗまでの距離を測定することが可能となる。もっとも、イメージセンサ１２６のａ点、ｂ点、ｃ点で得られるピークの高さは、測定対象物ＷのＡ点、Ｂ点、Ｃ点での表面状態に応じて大きく変動し得る。更に、Ａ点での反射率はＢ点およびＣ点に形成されるスポットの明るさに影響を与え、Ｂ点での反射率はＣ点に形成されるスポットの明るさに影響を与える。もちろん、Ｃ点での反射率が十分に高ければ、Ａ点やＢ点での反射率がよっぽど高くない限り、Ｃ点に形成されるスポットは十分に高くなる。更に、測定対象物Ｗの上でレーザ光が照射される位置が僅かに移動しただけで、Ａ，Ｂ，Ｃ各点での反射率は大きく変動し得る。

図３は、コンベアー上を搬送される測定対象物Ｗまでの距離を検出する様子を示した説明図である。このような場合は、各測定対象物Ｗの個体差の影響も受けて、Ａ，Ｂ，Ｃ各点での反射率は大きく変動し得る。図３（ｂ）には、上述した種々の要因で、イメージセンサ１２６で検出されるピークが変動する様子が示されている。例えば、破線で表した出力波形であれば、ａ点、ｂ点、ｃ点のピークを比較的容易に認識することが可能である。しかし、実線で表した出力波形では、ｃ点のピークはノイズレベルに埋もれてしまい、ピークがあることをほとんど認識することが困難となっている。もちろん、ｃ点のピークが高くなるように検出感度を変更することは可能であるが、図３に例示したようなケースでは、実際にはそれほど容易なことではない。

図４は、検出感度を変更することによって受光信号出力波形が変化する様子を示した説明図である。図４（ａ）には、ａ点のピークの受光信号出力値が、基準出力値となるように検出感度を設定した場合の出力波形が示されている。基準出力値とは、測定対象物Ｗまでの距離を精度良く計測するために推奨される受光信号出力値である。図４（ａ）に示した場合は、ｃ点のピークがノイズレベルに埋もれてしまうので、２つのピークしか検出することができないので、このような状態では、測定対象物Ｗ上のＡ点、Ｂ点、Ｃ点の中の何れの２点が計測されているのかを特定することが困難である。従って、図３（ｂ）に示したようにコンベアー上を次々と搬送されてくる測定対象物Ｗの検査を、精度良く行うことはできない。

図４（ｂ）は、ｃ点のピークの受光信号出力値が基準出力値となるように検出感度を設定した場合の受光信号出力波形が示されている。図示されているように、ｃ点でのピークは明確になっているが、ａ点のピークおよびｂ点のピークが飽和して繋がっている。このような場合も、結果的には２つのピークしか検出することができないので、コンベアー上を次々と搬送される測定対象物Ｗの検査を、精度良く行うことはできない。

図４（ｃ）に示した受光信号出力波形が得られるように検出感度を設定してやれば、ａ点、ｂ点、ｃ点の３つのピークを検出することができる。しかし、前述したように、測定対象物Ｗの個体差によって各ピークの高さは変わるので、コンベアー上を搬送される測定対象物Ｗの一つ一つについて、図４（ｃ）に示すような受光信号出力波形が得られるように検出感度を調整することは現実的ではない。加えて、図４（ｃ）に示した場合では、ａ点、ｂ点、ｃ点の３つのピークについても基準出力値にはならないので、測定対象物Ｗの対応するＡ点、Ｂ点、Ｃ点までの距離を測定しても、測定精度は低下してしまう。

本実施例の光学式変位センサシステム１０では、図１を用いて前述した構成を採用しているために、このような測定対象物Ｗについても適切なフィードバック範囲を設定することで、測定対象物Ｗまでの距離を、容易に且つ精度良く検査することが可能となっている。以下では、本実施例の光学式変位センサシステム１０が適切なフィードバック範囲を設定する処理について説明する。

Ｂ．本実施例のフィードバック範囲設定処理 ：
図５は、本実施例の光学式変位センサシステム１０がフィードバック範囲を設定するために行う処理を示したフローチャートである。この処理は、例えばコンベアー上を搬送される測定対象物Ｗの検査中に、図３（ｂ）に例示するような受光信号出力波形の測定対象物Ｗが搬送されてきた場合に、光学式変位センサシステム１０のコントローラ２００によって実行される処理である。

図５に示されるように、フィードバック範囲設定処理では、先ず初めに、検出感度の設定を自動設定から固定設定に切り換える（ステップＳ１００）。自動設定では、イメージセンサ１２６の各画素で得られた受光信号出力値の中から最大受光信号出力値を検出し、その最大受光信号出力値が、予め設定された基準出力値と一致するようにフィードバック制御を行うことで、自動で検出感度を設定する。また、固定設定とは、予め設定されている複数の検出感度（固定検出感度）の中から何れかを選択して使用することを言う。本実施例の光学式変位センサシステム１０は、自動設定状態が標準となっているが、図５に示したフィードバック範囲設定処理のステップＳ１００では、標準として設定されている検出感度の自動設定を解除して、検出感度が固定に設定されている状態に切り換える。

次に、受光信号出力波形を確認しながら固定検出感度を選択する（ステップＳ１０２）。図１を用いて前述したように、本実施例の光学式変位センサシステム１０では、センサヘッド１００からのセンサデータに基づいて、コンソール３００の表示画面３０２に受光信号出力波形を表示することが可能である。そこで、表示画面３０２に表示された受光信号出力波形を確認することで、適切な固定検出感度を容易に選択することができる。

図６は、コンソール３００の表示画面３０２に受光信号出力波形を表示しながら固定検出感度を選択する様子を示した説明図である。図示されるように、コンソール３００のほぼ中央には大きな表示画面３０２が設けられており、その下部には、複数の操作ボタン３０４が設けられている。図６に例示のコンソール３００には、５つの操作ボタン３０４が設けられている。図６（ａ）は、予め設定されている固定検出感度の中の１つめの条件（固定検出感度１）に対応する受光信号出力波形が表示された様子を示している。図示されているように、固定検出感度１では、表示画面３０２に表示された受光信号出力波形には２つのピークしか認識することができない。

そこで、操作ボタン３０４の中の「切換」と表示された操作ボタン３０４を押すと、コンソール３００からコントローラ２００に対して、固定検出感度を切り換える旨の信号が送信される。図６中で、「切換」と表示された操作ボタン３０４に斜線を付すことによって、このボタンが押されたことを表している。コントローラ２００内の検出感度設定部２０６は、この信号を受け取ると、固定検出感度１を次の検出感度（固定検出感度２）に変更する。すると、新たな受光信号データが取得されて、コンソール３００の表示画面３０２に、固定検出感度２に対応する受光信号出力波形が表示される。

図６（ｂ）には、固定検出感度２に対応する受光信号出力波形がコンソール３００の表示画面３０２に表示された様子が示されている。この状態から、もう一度、「切換」と表示された操作ボタン３０４を押すと、図６（ｃ）に示したように、固定検出感度３に対応する受光信号出力波形がコンソール３００の表示画面３０２に表示される。更に、「切換」と表示された操作ボタン３０４を押すと、今度は、図６（ａ）に示したように、固定検出感度１に対応する受光信号出力波形が表示画面３０２に表示される。

図５に示したフィードバック範囲設定処理のステップＳ１０２では、以上に説明したように、コンソール３００の操作ボタン３０４を操作して、予め設定されている複数の固定検出感度の受光信号出力波形を、繰り返して表示画面３０２に表示させることにより、何れか１つの固定検出感度を選択する。固定検出感度を選択する際には、選択しようとする受光信号出力波形が表示されている状態で、「確定」と表示された操作ボタン３０４を押せばよい。ここでは、図６（ｃ）に示した固定検出感度３を選択したものとする。

尚、固定検出感度を選択する際には、複数の固定検出感度に対応する受光信号出力波形を切り換えて表示することで、測定可能な範囲内のどの辺りの位置にピークが存在するのかを、表示画面３０２の上で認識できれば十分である。例えば、図６に示した例では、３つのピークが存在すること、およびそれぞれのピークが存在する表示画面３０２上での大まかな位置が分かればよい。従って、固定検出感度は、それほど多種類の検出感度を設定しておかなくても十分である。

以上のようにして固定検出感度を選択したら、選択した固定検出感度に対応する受光信号出力波形を用いて、有効画素範囲を設定する（図５のステップＳ１０４）。ここで有効画素範囲とは、後述するように、受光信号出力値が基準出力値と一致するように検出感度のフィードバック制御を行う画素範囲である。有効画素範囲の設定も、コンソール３００の表示画面３０２に表示された受光信号出力波形を確認しながら、操作ボタン３０４を操作することによって行うことができる。

図７は、表示画面３０２に表示された受光信号出力波形を確認しながら、操作ボタン３０４を操作して有効画素範囲を設定する様子を示した説明図である。前述したようにして固定検出感度を選択すると、表示画面３０２の左端に表示された下限値設定バー３０６ａが移動可能な状態となる。そして、光学式変位センサシステム１０の操作者は、表示画面３０２に表示された受光信号出力波形を見ながら、（＋）と表示された操作ボタン３０４を押し続けることによって、下限値設定バー３０６ａを画面上で右方向に移動させ、これによって、有効画素範囲の下限値をより大きな値に変更することができる。また、画面上で下限値設定バー３０６ａを左方向に移動させたい場合には、（−）と表示された操作ボタン３０４を押し続ければよい。図７（ａ）には、（＋）と表示された操作ボタン３０４を押し続けることによって、下限値設定バー３０６ａを表示画面３０２上で右方向に移動させた後、一旦、固定する様子が表されている。

こうして表示画面３０２の上で下限値設定バー３０６ａを所望の位置に移動させたら、「選択」と表示された操作ボタン３０４を押すと、下限値設定バー３０６ａの位置が、その位置で一旦固定されると同時に、今度は、上限値設定バー３０６ｂが移動可能となる。上限値設定バー３０６ｂは、表示画面３０２の右端に表示されている。上限値設定バー３０６ｂについても、下限値設定バー３０６ａと同様に、（＋）あるいは（−）と表示された操作ボタン３０４を押し続けることによって、表示画面３０２の任意の位置に移動させることができる。但し、上限値が下限値よりも小さくなると矛盾が生じるので、上限値設定バー３０６ｂは、下限値設定バー３０６ａの左側に移動させることはできない。従って、光学式変位センサシステム１０の操作者が、上限値設定バー３０６ｂを下限値設定バー３０６ａよりも画面上の左側に移動させようとした場合には、（−）と表示された操作ボタン３０４の操作を、コンソール３００の内部的な処理によって一時的に無効とする。あるいは、上限値設定バー３０６ｂが画面上で左方向に移動するに伴って、既に設定されている下限値設定バー３０６ａの位置も左方向に変更するようにしてもよい。

こうして上限値設定バー３０６ｂについても、表示画面３０２上の所望の位置に移動させたら、「選択」と表示された操作ボタン３０４を押すことによって、上限値設定バー３０６ｂの位置を一旦固定する。これにより、有効画素範囲の上限値が一旦、設定されることになる。図７（ｂ）には、（−）と表示された操作ボタン３０４を押し続けることによって、上限値設定バー３０６ｂを表示画面３０２上で左方向に移動させた後、一旦、固定する様子が表されている。上限値設定バー３０６ｂの位置を固定すると、再び、下限値設定バー３０６ａが移動可能な状態となるので、（＋）あるいは（−）と表示された操作ボタン３０４を操作することによって、下限値設定バー３０６ａの位置（すなわち下限値の設定）を修正することも可能である。

このような操作を繰り返して、下限値設定バー３０６ａおよび上限値設定バー３０６ｂを所望の位置に設定したら、「確定」と表示された操作ボタン３０４を押すことによって、これら下限値設定バー３０６ａおよび上限値設定バー３０６ｂの位置を最終的に確定する。その結果、有効画素範囲が設定されることになる。図７（ｃ）には、「確定」と表示された操作ボタン３０４が押されることによって、有効画素範囲３０６が設定された様子が示されている。以上に説明したように、本実施例の光学式変位センサシステム１０では、コンソール３００の表示画面３０２センタ出力波形を表示して、その上で下限値設定バー３０６ａおよび上限値設定バー３０６ｂを設定することができる。このため操作者は、受光信号出力波形を手懸かりとして、適切な有効画素範囲３０６を簡単に設定することが可能である。

尚、上述した説明では、有効画素範囲の下限値および上限値を設定することとしたが、より簡便には、次のようにして有効画素範囲を設定しても良い。すなわち、表示画面３０２の画面上で１点を指定して、その指定された点を基準として、有効画素範囲を設定しても良い。例えば、指定された点を中心として所定幅の範囲を有効画素範囲として設定しても良い。あるいは、指定された点を下限値として、所定幅だけ隔たった点を上限値とする有効画素範囲を設定しても良い。もちろん、逆に、指定された点を上限値として、所定幅だけ隔たった点を下限値とする有効画素範囲を設定することも可能である。

以上のようにして有効画素範囲３０６を設定したら（図５のステップＳ１０４）、設定した有効画素範囲内での受光信号出力値が、基準出力値となるように検出感度のフィードバック制御を行う（ステップＳ１０６）。フィードバック制御を行うために変更する検出感度としては、各画素の受光信号出力値を増減させる検出感度であればよく、種々の検出感度を変更することができる。例えば、前述したように、測定対象物Ｗに照射するレーザ光の強度を変更しても良いし、パルス状のレーザ光を照射する場合にはレーザ光の強度あるいはパルス時間幅を変更しても良い。更には、イメージセンサ１２６の電荷蓄積時間を変更してもよいし、センサヘッド１００の受光部１２０内の各種設定値を変更することにより、回路的なゲインを変更するようにしてもよい。尚、回路的なゲインを変更する方法は、ノイズレベルも増大させるので、できればレーザ光の強度や、パルス時間幅、イメージセンサ１２６の電荷蓄積時間などを変更することが望ましい。また、レーザ光の強度を増減させることは、それほど容易なことではない。従って、パルス状のレーザ光を照射することとしてパルス時間幅を変更したり、あるいは、イメージセンサ１２６の電荷蓄積時間を変更したりする方が、より望ましい。

図８は、有効画素範囲３０６で検出感度のフィードバック制御を行うことによって得られた受光信号出力波形を示した説明図である。図示されているように、有効画素範囲３０６内にあった小さなピークが基準出力値となるように検出感度が変更されている。その結果、図６に例示したように、他の大きなピークがあるためにノイズレベルに埋もれてしまう小さなピークも適切に認識して、測定対象物Ｗまでの距離を精度良く測定することが可能となる。そこで、このような目的とする受光信号出力波形が得られることを確認したら、コンソール３００上の「確定」と表示された操作ボタン３０４を押すことによって、図５に示したフィードバック範囲設定処理を終了する。

こうしてフィードバック範囲を設定した後は、フィードバック範囲（有効画素範囲）の受光信号出力値が基準出力値となるように、投光部１１０や受光部１２０での検出感度をフィードバック制御して調整することにより、図３に示すようにコンベアー上を搬送される測定対象物Ｗを、自動的に検査することが可能となる。

Ｃ．変形例 ：
上述した実施例では、フィードバック範囲（有効画素範囲）を設定した後は、そのフィードバック範囲内で変位の測定を行う測定モードに切り換わるものとして説明した。しかし、フィードバック範囲を設定した後も、そのフィードバック範囲内でフィードバック制御を行いながら、測定可能な全ての範囲で、測定対象物Ｗまでの距離を測定すれば、より一層便利である。

図９は、変形例の光学式変位センサシステム１０で、設定した範囲で検出感度のフィードバック制御を行いながら、測定可能な全ての範囲で測定対象物Ｗまでの距離を測定する様子を示した説明図である。図９（ａ）は、測定可能な全範囲の中で、最大受光信号出力値が基準出力値となるように、検出感度をフィードバック制御して得られた受光信号出力波形を示している。図示されるように、全フィードバック範囲を対象としてフィードバック制御を行ったのでは、ａ点およびｂ点の２つのピークは認識できるが、３つめのピークは明確に認識することはできない。

そこで、上述した実施例のようにして、有効画素範囲を設定し、有効画素範囲内の最大受光信号出力値が基準出力値となるように、検出感度をフィードバック制御することで、３つめのピークも検出することができる。変形例の光学式変位センサシステム１０では、このときの有効画素範囲の設定を、測定可能な全範囲を対象に検出されたピーク位置に対する相対位置として記憶しておく。図９に示した例では、ａ点のピーク位置を基準として、有効画素範囲の下限値および上限値の位置を、基準に対する相対的な位置として記憶しておく。尚、測定可能な全範囲に対する有効画素範囲の絶対位置を記憶しておくようにしても良い。例えば、有効画素範囲の下限値の画素位置、および上限値の画素位置を記憶しておくことも可能である。

そして、測定可能な全範囲を対象としてａ点およびｂ点のピークを検出して、それらピークに対応する距離を測定したら、今度は測定モードを切り換えて、ａ点のピーク位置を基準にフィードバック範囲（有効画素範囲）を設定した後、フィードバック範囲（有効画素範囲）の最大受光信号出力値が基準出力値となるようにフィードバック制御することで、ｃ点のピークに対応する距離を測定する。こうして、全てのピークに対応する距離を測定したら、測定対象物Ｗを搬送して、新たな測定対象物Ｗについて同様な処理を行う。

以上に説明した変形例の光学式変位センサシステム１０では、一旦、有効画素範囲を設定した後は、測定モードを切り換えて全てのピークを検出することで、次々と搬送されてくる測定対象物Ｗまでの距離を自動で測定することが可能となる。

また、上述した実施例では、何れも一次元のイメージセンサを用いて測定対象物Ｗの変位を測定する場合について説明した。しかし、二次元のイメージセンサを用いて、二次元の画素の範囲を指定し、その範囲内における最大の受光信号出力値を検出して、その検出した出力値が基準出力値となるように、検出感度のフィードバック制御を行うようにしても良いことはもちろんである。

更に、上述した実施例では、コントローラ２００に対して有効画素範囲を設定する操作は、コンソール３００を用いて行うものとして説明した。しかし、図１においても説明したように、パーソナルコンピュータ３５０の画面上で受光信号出力波形を確認しながら、有効画素範囲を設定することとして、パーソナルコンピュータ３５０に接続されて、測定対象物Ｗの変位を測定する光学式変位センサシステム２０を構成することも可能である。図１０には、パーソナルコンピュータ３５０に接続された光学式変位センサシステム２０の構成が示されている。

以上、本発明について各種の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。

例えば、センサヘッド１００や、コントローラ２００、コンソール３００などを別体の装置として光学式変位センサシステム１０を構成するのではなく、図１１に例示されるように、これらを一体に組み込んで光学式変位センサシステム３０を構成しても良いことは言うまでもない。更には、図１２または図１３に例示するような光学式変位センサシステム４０、あるいは光学式変位センサシステム５０に対しても、本発明を好適に適用することが可能である。

本実施例の光学式変位センサシステム１０の全体構成を示す説明図である。 本実施例の光学式変位センサシステム１０を用いてガラスやアクリルなどの透明窓を有する測定対象物Ｗまでの距離を測定する様子を示した説明図である。 コンベアー上を搬送される測定対象物Ｗまでの距離を検出する様子を示した説明図である。 検出感度を変更することによって受光信号出力波形が変化する様子を示した説明図である。 本実施例の光学式変位センサシステム１０がフィードバック範囲を設定するために行う処理を示したフローチャートである。 コンソール３００の表示画面３０２に受光信号出力波形を表示しながら固定検出感度を選択する様子を示した説明図である。 表示画面３０２に表示された受光信号出力波形を確認しながら操作ボタン３０４を操作して有効画素範囲を設定する様子を示した説明図である。 有効画素範囲３０６でフィードバック制御を行うことによって得られた受光信号出力波形を示した説明図である。 変形例の光学式変位センサシステム１０で、設定した範囲で検出感度のフィードバック制御を行いながら、測定可能な全ての範囲で測定対象物Ｗまでの距離を測定する様子を示した説明図である。 パーソナルコンピュータ３５０に接続された光学式変位センサシステム２０の構成を示す説明図である。 センサヘッドや、コントローラ、コンソールなどを一体に組み込んで構成した光学式変位センサシステム３０の構成を示す説明図である。 変形例の光学式変位センサシステム４０の構成を示す説明図である。 他の変形例の光学式変位センサシステム５０の構成を示す説明図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０…光学式変位センサシステム、
１００…センサヘッド、 １１０…投光部、 １１２…レーザ駆動回路、
１１４…レーザダイオード、 １１６…投光レンズ系、 １２０…受光部、
１２２…イメージセンサ駆動回路、 １２４…受光レンズ系、
１２６…イメージセンサ、 ２００…コントローラ、
２０２…データ受取部、 ２０４…最大受光信号出力値検出部、
２０６…検出感度設定部、 ２０８…受光信号出力値記憶部、
２１０…データ出力部、 ３００…コンソール、 ３０２…表示画面、
３０４…操作ボタン、 ３０６…有効画素範囲、 ３０６ａ…下限値設定バー、
３０６ｂ…上限値設定バー、 ３５０…パーソナルコンピュータ、
Ｗ…測定対象物

Claims (5)

1. 測定対象物に光を投光する投光動作を行う投光部と、前記投光部の光が前記測定対象物で反射した反射光を受光するために複数の画素が列状に配列されたイメージセンサを有し前記イメージセンサの各画素での受光量に対応する受光信号を出力する受光動作を行う受光部と、所定の検出感度に基づいて前記投光動作および前記受光動作を行い該検出感度に応じて前記受光部から出力される受光信号の出力値を前記イメージセンサの画素毎に記憶する受光信号出力値記憶手段とを備え、記憶した該受光信号の出力値を基に前記測定対象物の変位を測定する光学式変位センサシステムであって、
   前記受光信号出力値記憶手段に画素毎に記憶された前記受光信号の出力値と、前記受光信号の出力値が得られた画素位置との対応関係を表す受光信号出力波形を表示する受光信号出力波形表示手段と、
   外部操作可能な入力部を備え、該入力部の入力に基づいて有効画素範囲を設定する有効画素範囲設定手段と、
   前記有効画素範囲の各画素について、前記受光信号出力値記憶手段に記憶されている前記出力値の中から最大受光信号出力値を検出する最大受光信号出力値検出手段と、
   前記最大受光信号出力値が所定の基準出力値と一致するように、前記検出感度を調整する検出感度調整手段と
   を備える光学式変位センサシステム。
2. 前記有効画素範囲設定手段は、前記入力部によって一の画素位置が入力されると、該画素位置を基準とする所定の範囲を前記有効画素範囲として設定する請求項１に記載の光学式変位センサシステム。
3. 測定対象物に光を投光する投光動作を行う投光部と、前記投光部の光が前記測定対象物で反射した反射光を受光するために複数の画素が列状に配列されたイメージセンサを有し前記イメージセンサの各画素での受光量に対応する受光信号を出力する受光動作を行う受光部と、所定の検出感度に基づいて前記投光動作および前記受光動作を行い該検出感度に応じ前記受光部から出力される受光信号の出力値を前記イメージセンサの画素毎に記憶する受光信号出力値記憶手段と、指定された有効画素範囲の前記受光信号出力値から最大受光信号出力値を検出する最大受光信号出力値検出手段と、該最大受光信号出力値に基づいて前記検出感度を調整する検出感度調整手段とを備え、前記測定対象物の変位を測定する光学式変位センサシステムにおけるコンソールであって、
   前記受光信号出力値記憶手段に画素毎に記憶された前記受光信号の出力値と、前記受光信号の出力値が得られた画素位置との対応関係を表す受光信号出力波形を表示する受光信号出力波形表示手段と、
   外部操作可能な入力部を備え、該入力部の入力に基づき有効画素範囲を設定し、前記最大受光信号出力値検出手段に出力する有効画素範囲設定手段と
   を備えるコンソール。
4. 測定対象物に光を投光する投光動作を行う投光部と、前記投光部の光が前記測定対象物で反射した反射光を受光するために複数の画素が列状に配列されたイメージセンサを有し前記イメージセンサの各画素での受光量に対応する受光信号を出力する受光動作を行う受光部とを備え、所定の検出感度に基づいて前記投光動作および前記受光動作を行い、該検出感度は外部操作による入力で指定する有効画素範囲に基づいて設定され、前記イメージセンサの画素毎での受光量に対応する受光信号の出力値を基に前記測定対象物の変位を測定する光学式変位センサシステムにおけるコントローラであって、
   前記イメージセンサの各画素での受光量に対応する受光信号の出力値を前記イメージセンサの画素毎に読み出して記憶する受光信号出力値記憶手段と、
   前記有効画素範囲の各画素についての前記受光信号出力値の中から最大受光信号出力値を検出する最大受光信号出力値検出手段と、
   前記最大受光信号出力値が所定の基準出力値と一致するように、前記検出感度を調整する検出感度調整手段と
   を備えるコントローラ。
5. 測定対象物に光を投光する投光動作を行う投光部と、前記投光部の光が前記測定対象物で反射した反射光を受光するために複数の画素が列状に配列されたイメージセンサを有し前記イメージセンサの各画素での受光量に対応する受光信号を出力する受光動作を行う受光部と、所定の検出感度に基づいて前記投光動作および前記受光動作を行い該検出感度に応じ前記受光部から出力される受光信号の出力値を前記イメージセンサの画素毎に記憶する受光信号出力値記憶手段と、指定された有効画素範囲の前記受光信号出力値から最大受光信号出力値を検出する最大受光信号出力値検出手段と、該最大受光信号出力値に基づいて前記検出感度を調整する検出感度調整手段とを備え、前記測定対象物の変位を測定する光学式変位センサシステムに対して、有効画素範囲を指定するための機能をコンピュータを用いて実現するためのプログラムであって、
   前記受光信号の出力値を、該出力値が得られた画素位置の情報とともに受信する第１の機能と、
   前記受信した受光信号の出力値と、該受光信号の出力値が得られた画素位置との対応関係を表す受光信号出力波形を表示する第２の機能と、
   前記表示された受光信号出力波形に基づいて指定された前記有効画素範囲の設定を取得する第３の機能と、
   前記取得した前記有効画素範囲の設定を前記光学式変位センサシステムに対して出力する第４の機能と
   をコンピュータを用いて実現させるプログラム。

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