JP2010165077A - 連設型センサシステム、ネットワークユニット、及びセンサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】連設型センサシステムにおいて、各センサユニットの判別信号と判別信号に関連するセンサ情報とのタイミングのずれをなくするようすること。
【解決手段】ネットワークユニット１０と複数のセンサユニット３０−１〜３０−１６で連設型センサシステムが構成され、これらの間はシリアル伝送ライン４１、パラレル伝送ライン４２で接続される。各センサユニットはネットワークユニット１０からのコマンドに応じて判別信号及びこれと同一タイミングでのセンサ情報とをシリアル伝送ライン４１を介してネットワークユニット１０に伝送する。これによりネットワークユニット１０は同一タイミングでの判別信号とセンサ情報とを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検知対象物の状態監視などを行う連設型センサシステム及び連設型センサシステムに用いるネットワークユニット、及びセンサユニットに関する。

自動化された製造ラインでは、ワークの加工などを確実に行うために、ワークの加工状態を監視しつつ製造が行われる。従って自動化された製造ラインでは、ワーク（被検知対象物）の近傍に加工状態を監視するセンサを多数配置し、各センサの判別信号を監視しつつワークの加工が行われる。

このようなセンサシステムにおいては、多数のセンサとセンサの制御機器との配線が面倒であるため、これらの機器をユニット化し、各ユニットを物理的に連結することによって各ユニットを接続し、各ユニット間の配線を同時に完了させる連設型センサシステムが活用されている。連設型センサシステムでは、ワークの近傍に多数のセンサユニットを連設して設置し、各センサユニットに接続された光ファイバなどのセンサヘッドをワークの監視部位の近傍に近接させて多数配設し、各センサユニットから出力される検知信号をネットワークユニットを介して上位制御装置で監視する連設型センサシステムが知られている。

また各センサユニットからネットワークユニットへリアルタイムでセンサの判別信号を伝えると共に、その他のセンサ情報を伝送する方策として、パラレル伝送と、シリアル伝送による２系統の伝送路を有する連設型センサシステムが特許文献１に記載されている。

この構成によれば、各センサユニットのセンサの判別信号（オンオフ信号）を各々独立してパラレル伝送路を通じてネットワークユニット側へ伝送するので、センサの判別信号を遅延なくネットワークユニット側へ伝送でき、ワークの稼働を高速に行うことができる。またセンサの受光量や閾値などの種々のセンサ情報をシリアル伝送ラインを介してネットワークユニット側へ伝送して上位制御装置で集中管理したり、あるいは、上位制御装置やネットワークユニットから各センサユニットへ指令信号を伝送して、各センサユニットのセンサヘッドの発光タイミングの制御や設定の変更を行うような集中制御を行うことができる。

特開２００４−２９５２７６号公報

しかしながら特許文献１に記載された構成では、センサの判別信号を遅延なくネットワークユニット側へ伝送できるが、センサの種々の情報をシリアル信号で伝送する際には時間遅れが生じる。従ってセンサ情報と判別信号との同期をとることができず、センサ情報と判別信号とに矛盾が生じることがあるという欠点があった。例えばセンサユニットが透過型光電センサのユニットとすると、物体検知領域にワークがなく受光側に十分な受光量が検知されているにもかかわらず、判別信号はワーク有りの状態である可能性があった。

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、各センサの判別信号をネットワークユニット側へ高速に伝送してワークの加工の高速化を図りつつ、しかも、各センサの判別信号と同期したセンサ情報をネットワークユニット側へ伝送できる連設型センサシステム、及びこのセンサシステムに用いられるネットワークユニット及びセンサユニットを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の連設型センサシステムは、上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を物理的に接続して構成される連設型センサシステムであって、前記各センサユニットは、検出対象から検出した物理量に応じた検出信号を出力するセンサ部と、前記検出信号を予め定められた閾値と比較して判別信号を生成すると共に、前記ネットワークユニットからのコマンドを受信し、前記判別信号と前記検出信号に関連するセンサ情報とをシリアル信号として送信する制御部と、隣接する前記ネットワークユニット又はセンサユニットと接続する接続手段と、シリアル信号を送受信するシリアル伝送手段と、前記各センサユニットの前記制御部で生成された判別信号を夫々並列的に伝送するパラレル伝送ラインと、を有するものであり、前記ネットワークユニットは、隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、前記センサユニットに送出するコマンドと、前記センサユニットから送信された判別信号及びセンサ情報とを、夫々シリアル信号として直列的に送受信するシリアル伝送手段と、前記連結されているセンサユニットに対して、その時点での判別信号とセンサ情報とを要求し、前記シリアル伝送手段を介して送られてきた判別信号及びセンサ情報を受信する制御部と、前記シリアル伝送手段を介して前記センサユニットから送られてきた判別信号及びセンサ情報の組を保持する第１領域と、前記パラレル伝送ラインを介して前記センサユニットより送られてきた各センサユニットからの判別信号を保持する第２領域と、を有するメモリと、を具備するものである。

この課題を解決するために、本発明の連設型センサシステムは、上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を物理的に接続して構成される連設型センサシステムであって、前記各センサユニットは、検出対象から検出した物理量に応じた検出信号を出力するセンサ部と、前記検出信号を予め定められた閾値と比較して判別信号を生成すると共に、前記ネットワークユニットからのコマンドを受信し、前記判別信号と前記検出信号に関連するセンサ情報とをシリアル信号として送信する制御部と、隣接する前記ネットワークユニット又はセンサユニットと接続する接続手段と、シリアル信号を送受信するシリアル伝送手段と、前記各センサユニットの前記制御部で生成された判別信号を夫々並列的に伝送するパラレル伝送ラインと、を有するものであり、前記ネットワークユニットは、隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、前記センサユニットに送出するコマンドと、前記センサユニットから送信された判別信号及びセンサ情報とを、夫々シリアル信号として直列的に送受信するシリアル伝送手段と、前記連結されているセンサユニットに対して、その時点での判別信号とセンサ情報とを要求し、前記シリアル伝送手段を介して送られてきた判別信号及びセンサ情報を受信する制御部と、前記シリアル伝送手段を介して前記センサユニットから送られてきた判別信号及びセンサ情報の組を保持するメモリと、を具備し、前記パラレル伝送ラインを介して得られた各センサユニットからの判別信号をそのまま上位制御装置に出力するものである。

ここで前記ネットワークユニットの前記制御部は、前記シリアル伝送手段を介して所定のセンサユニットに判別信号及びセンサ情報を要求するデータ転送コマンドを送出するようにしてもよい。

ここで前記ネットワークユニットと前記各センサユニットとの間に接続される同期信号ラインを更に有し、前記ネットワークユニットの前記制御部は、前記所定のセンサユニットに対し、前記同期信号ラインを介して判別信号及びセンサ情報を要求するようにしてもよい。

ここで前記制御部は、連結されている全てのセンサユニットに対して要求信号を送出するようにしてもよい。

ここで前記制御部は、あらかじめ定めたセンサユニットに対して要求信号を送出するようにしてもよい。

ここで前記センサ情報は、検出対象の検出信号、そのピークホールド値及びボトムホールド値、判別のための閾値、余裕度のうちのいずれかとしてもよい。

ここで前記ネットワークユニットの前記接続手段は、信号上の接続を行うコネクタを含んで構成され、前記センサユニットの前記接続手段は、信号上の接続を行うコネクタを含んで構成され、前記ネットワークユニット及び前記センサユニットの接続手段により各ユニットが接続されることで、各ユニットに跨ってシリアル伝送ライン及びパラレル伝送ラインが形成されるようにしてもよい。

ここに、本発明でいう判別信号とは、センサの検出信号に基づく信号を予め定められた閾値と比較して得られた二値化された信号を指す。

本発明による連設型センサシステムにおいては、各センサユニットのセンサの検出に関する情報と判別信号とがシリアル伝送手段を介してネットワークユニット側へ伝送される。シリアル伝送されるセンサの検出に関する情報（センサ情報）にセンサの判別信号を加えておくことによって、センサ情報の検出に関する情報と判別信号との同期をとることができる。従って、ネットワークユニットまたは上位制御装置において、伝送されるシリアル信号を適宜の間隔でサンプリングしつつデータの表示などを行うことにより、各センサユニットの動作状態を集中管理することが可能となる。ネットワークユニットは、伝送されて来た情報に基づいて各センサユニットの動作状態を管理することが可能となる。また、上位制御装置へ必要なデータを送出して各センサユニットの動作状態を集中管理することも可能である。

本発明のセンサユニットとしては、透過型や反射型の光電センサユニットが考えられ、光電センサの場合にはセンサユニットから光ファイバを物体検知領域にまで延出するファイバセンサが好適である。ファイバセンサでは、センサユニットにセンサヘッドを接続する必要があり、センサヘッドの接続構造やユニット内部の発光素子、受光素子の専有面積が大きい。従って、１台のセンサユニットは、一つのセンサヘッドを有する構成が好適である。

センサユニットとして光電センサを用いる場合には、検出信号は受光量である。またセンサとして近接センサや圧力センサ、超音波センサなど他の形式のセンサユニットであってもよく、これらの場合は、センサの検出信号は夫々ワークまでの距離、圧力量、音量レベルなどである。

本発明において、隣接するユニット間を接続する接続手段にはユニット間を物理的に接続する接続手段及び信号伝送を行うための信号接続手段が含まれる。信号伝送を行うための信号接続手段として、電気的接続によって信号伝送を行う接続手段や、光の送受信によって信号伝送を行う接続手段を採用することが可能である。

連設型センサシステムにおいて、パラレル伝送ラインは、各センサユニットに同一数の接続端子を配列した一対のコネクタにより形成することができる。この場合、上流側のコネクタの各接続端子と下流側のコネクタの各接続端子は各々対応付けられており、センサの判別信号は上流側に配列される接続端子の一つに与えられると共に、下流側の各接続端子は判別信号が接続された接続端子を除く上流側の接続端子に対して、所定の規則に基づいて順次対応をずらせて接続することによりパラレル伝送ラインを構成することができる。

本願の請求項１〜８の発明によれば、シリアル伝送手段を通じて得られる判別信号とセンサ情報との同時性が確保されている。この信号は一旦メモリに保持され、上位制御装置からの要求に応じて上位制御装置に転送することができ、上位制御装置側では矛盾のない信号が得られる連設型センサシステムを提供できる。

また、各センサユニットから出力されるセンサの判別信号は、パラレル伝送ラインを介して各々独立して遅延することなくネットワークユニットへ伝送され、ネットワークユニットは、伝送されて来た各センサの判別信号を参照して被検知対象物の加工状況を判別することができる。

請求項２の発明によれば、各センサユニットから出力されるセンサの判別信号はネットワークユニットを介して上位制御装置に入力されるため、判別信号をリアルタイムで上位制御装置に伝えることができる。

また請求項５，１３のネットワークユニットでは、接続されている全てのセンサユニットから同一のタイミングでの判別信号とセンサ情報とを得ることができる。更に請求項６及び１４のネットワークユニットでは、所定のセンサユニットより同一のタイミングでの判別信号とセンサ情報とを得ることができる。

請求項９〜１４に記載の発明によれば、この連設型センサシステムに好適に使用可能なネットワークユニットを提供できる。

請求項１５，１６に記載の発明によれば、この連設型センサシステムに好適に使用可能なセンサユニットを提供できる。

図１は本発明の第１の実施の形態による連設型センサシステムの全体の構成図である。 図２は第１の実施の形態によるネットワークユニットのブロック構成図である。 図３（ａ）は第１の実施の形態によるネットワークユニットを一方の側面から見た状態の斜視図、図３（ｂ）は（ａ）のネットワークユニットを反対側の側面から見た状態の斜視図である。 図４Ａは本発明の第１，第２の実施の形態によるテーブルメモリの一例を示す図である。 図４Ｂは本発明の第１，第２の実施の形態によるテーブルメモリの他の例を示す図である。 図５は第１の実施の形態によるセンサユニットのブロック構成図である。 図６（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るセンサユニットを一方の側面から見た状態の斜視図、図６（ｂ）は（ａ）のセンサユニットを反対側の側面から見た状態の斜視図である。 図７は本発明の第１，第２の実施の形態に係る連設型センサシステムの全体構成を示す斜視図である。 図８は本発明の第１の実施の形態によるテーブルメモリの使用状態を示す図である。 図９は本発明の第１の実施の形態によるテーブルメモリの使用状態を示す図である。 図１０は本発明の第１の実施の形態によるテーブルメモリの使用状態を示す図である。 図１１は本発明の第２の実施の形態による連設型センサシステムのネットワークユニットの構成を示すブロック構成図である。 図１２は本発明の第２の実施の形態による連設型センサシステムのセンサユニットの構成を示すブロック構成図である。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による連設型センサシステムの全体構成を示す図である。連設型センサシステム１は、ネットワークユニット１０に少なくとも１つ、ここでは１６個のセンサユニット３０−１〜３０−１６を一連に連結して構成されている。これらのユニットはシリアル伝送ライン４１及びパラレル伝送ライン４２で電気的に接続される。又シリアル伝送ライン４１は少なくとも２本のシリアル伝送ラインを含んで構成される。パラレル伝送ライン４２は各センサユニットより１本分の信号線が接続されており、少なくとも１６本のラインで形成される。以下ではネットワークユニット１０に向かう方向を上流方向、センサユニット３０−１６に向かう方向を下流方向という。ネットワークユニット１０は、センサユニット３０−１〜３０−１６から伝送される信号を集約しつつ上位制御装置４３との間で必要な信号を伝送する機能を有するものであり、上位制御装置４３にフィールドバス４４を介して接続されている。

次に各ユニットについて詳細に説明する。図２はネットワークユニット１０の内部構成を示すブロック図、図３（ａ），（ｂ）はネットワークユニット１０を示す相異なる方向からの斜視図である。

図２に示すように、ネットワークユニット１０は、制御部１１内に上位インターフェイス（ＩＦ）１１ａ、シリアル通信部１１ｂ及び出力判定受信部１１ｃを備えて構成されている。またネットワークユニット１０の制御部１１には、表示部１２、操作部１３、テーブルメモリ１４、時間計測部１５、及びコネクタ１６，１７，１８が接続されている。

本実施の形態の制御部１１は、パラレル伝送ライン４２より伝送される信号を受信して保持し、要求に応じて上位制御装置４３へ出力する機能を有する。また制御部１１は、シリアル伝送ライン４１を介してセンサユニットとの間でシリアル信号を送受信する機能を有する。

上位インターフェイス１１ａはコネクタ１８を介して上位制御装置４３からのコマンドを受け取り、保持しているデータを上位制御装置４３に転送するためのインターフェイスである。

シリアル通信部１１ｂはコネクタ１６のシリアル伝送ライン４１に接続され、連設型センサシステムに接続される各センサユニットとの間でシリアル通信を行うもので、シリアル伝送手段を構成している。

出力判定受信部１１ｃはパラレル伝送ライン４２より得られた各センサユニットの判別信号を受信してテーブルメモリ１４に保持するものである。

テーブルメモリ１４はこのネットワークユニット１０に接続される多数のセンサユニットの判別信号（オンオフ信号）とセンサ情報を保持する記憶媒体（メモリ）であり、具体的には、ＲＡＭやＥＥＰＲＯＭのような揮発性あるいは不揮発性の書き換え可能メモリで構成され、センサユニットの判別信号（オンオフ信号）とセンサ情報を所定の格納位置で記憶するように設定されたものがテーブルメモリ１４に相当する。テーブルメモリ１４は図４Ａに示すように第１領域１４−１と第２領域１４−２とを有している。ここで各センサユニット３０−１〜３０−１６を＃１〜＃１６で示している。第１領域１４−１はシリアル伝送ライン４１より伝送されてきた判別信号とこれに同期したセンサ情報とを保持する領域である。第２領域１４−２はパラレル伝送ライン４２を介して伝送されてきた各センサユニットの現時点での判別信号を保持する領域である。このシリアル伝送ラインより転送された判別信号とセンサ情報とは同一のタイミングの信号であり、第２領域に保持される判別信号のタイミングとは異なっている。ここでセンサ情報は、例えばセンサユニットが光電センサの場合にはその受光量などである。

時間計測部１５はテーブルメモリ１４に保持すべきデータを収集したタイミングなどの時間情報を制御部１１に供給するものである。図４Ｂは時間計測部１５より出力した時間情報を付したテーブルメモリ１４の例を示す。

コネクタ１６は多数の接続端子を備え、このうち接続端子１６ａ〜１６ｐはパラレル伝送ライン４２に接続される端子である。接続端子１６ｑ，１６ｒはシリアル伝送ライン４１に接続される端子である。接続端子１６ｓはタイミング信号線用の接続端子である。また接続端子１６ｔ，１６ｕは電源供給用の端子であり、電源供給用のコネクタ１７に接続されている。

ネットワークユニット１０のコネクタ１６は、センサユニット３０−１との電気的な接続手段を構成しており、シリアル伝送ライン４１、パラレル伝送ライン４２を介してシリアル信号とパラレル信号の送受信を行うと共に、タイミング信号を送出する機能と、各センサユニットに電源供給を行う機能を兼ね備えている。

ネットワークユニット１０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように直方体形状のケース２１に部材を収容したユニットであり、その側壁に１つのセンサユニットを連結して用いられる。

図３（ａ）に示すように、ケース２１の上面にはコネクタ１８が設けられている。コネクタ１８はプログラマブルコントローラやコンピュータなどの上位制御装置４３を接続するコネクタである。ケース２１の長手方向の一端には、図示しない電源供給線を接続するねじ式の端子から成るコネクタ１７が設けられている。又ケース２１の上面には表示部１２や操作部１３の操作スイッチが設けられる。

図３（ｂ）に示すようにケース２１の一方の側面には、前述したコネクタ１６が設けられている。コネクタ１６は２１個の接続端子を有し、このうち１６個の接続端子は下流側パラレル伝送ライン４２に接続される。この内の２個の接続端子は下流側シリアル伝送ライン４１に接続され、残りはタイミング用、及び電源用の接続端子である。

また、ケース２１の一方の側面には、長手方向両端部に近接して係合凹部２２ａ，２２ｂが設けられている。この係合凹部２２ａ，２２ｂは、後述するセンサユニット３０−１に設けられた係合突起を嵌入させて係合するもので、ユニット同士を連結する際に位置決めと物理的に接続するための接続手段を構成している。

次に、センサユニットについて説明する。本実施の形態では１６台のセンサユニット３０−１から３０−１６が連結されているが、各センサユニットは同一の構成であるので、センサユニット３０−１につき図面に基づいて説明する。図５はセンサユニット３０−１の内部構成を示すブロック図である。図６（ａ）はセンサユニット３０−１を一方の側面から見た状態の斜視図であり、図６（ｂ）はセンサユニット３０−１を反対側の側面から見た状態の斜視図である。本実施の形態のセンサユニット３０−１は、投光用及び受光用の一対の光ファイバをセンサヘッドとする光電センサとし、受光用の光ファイバの受光量に応じた検出信号を生成し、この検出信号を所定の閾値で二値化した判別信号を出力する機能を有する。

センサユニット３０−１は、図５に示すように、１チップのゲートアレイＧやマイクロプロセッサを用いて形成した制御部３１を有している。制御部３１はタイミング制御部３１ａ、判定部３１ｂ、シリアル通信部３１ｃを内部に備えている。また制御部３１には、発光部３２、受光部３３、表示部３４、操作部３５、出力トランジスタＱ１，Ｑ２及びコネクタ３６，３７が接続されている。

タイミング制御部３１ａは、端子３６ｓにタイミング信号が伝送されたときに発光部３２にタイミング信号を与えると共に、所定時間、例えば略１０μｓ経過した後に、端子３７ｓにタイミング信号を出力するものである。

判定部３１ｂは受光量に応じた所定の閾値によりオン／オフの二値化された判別信号に変換するものである。センサの判別信号は出力用トランジスタＱ１を介してパラレル伝送ライン４２に出力され、また出力用トランジスタＱ２及び出力ライン３８を介して外部に直接出力される。

シリアル通信部３１ｃはコネクタ３６，３７のシリアル伝送ライン４１に接続され、連設型センサシステムに接続されるネットワークユニット１０との間でシリアル通信を行うもので、シリアル伝送手段を構成している。

発光部３２はタイミング制御部３１ａからのタイミング信号に基づいて発光素子を駆動するものである。発光素子からの光は光ファイバ３２ａを介して伝送されて先端から光を輻射する。光ファイバ３２ａから輻射される光は物体検知領域を介して光ファイバ３３ａに入射し、受光部３３に導かれる。受光部３３は入射光を電気信号に変換し、増幅するものである。

ここで発光部３２、受光部３３、光ファイバ３２ａ，３３ａは、検出対象から検出した物理量に応じて検出信号を出力するセンサ部を構成している。

コネクタ３６は、ネットワークユニット１０のコネクタ１６及び隣接するセンサユニットのコネクタ３７と同一形状のコネクタで形成されており、互いに接続可能となっている。コネクタ３６はパラレル伝送ライン４２の上流側に接続される１６個の接続端子３６ａ〜３６ｐを備えている。接続端子３６ａ〜３６ｐの中で端部に位置する接続端子３６ａは、出力トランジスタＱ１のコレクタに接続されている。またコネクタ３６はシリアル伝送ライン４１の上流側に接続される２個の接続端子３６ｑ，３６ｒ、タイミング信号用の接続端子３６ｓ及び電源供給用の接続端子３６ｔ，３６ｕを備えている。

一方コネクタ３７はパラレル伝送ライン４２の下流側に接続される１６個の接続端子３７ａ〜３７ｐを備えている。また、コネクタ３７の接続端子３７ａはコネクタ３６の接続端子３６ｂに接続され、コネクタ３７の接続端子３７ｂはコネクタ３６の接続端子３６ｃに接続される。同様に、コネクタ３７の接続端子３６ｏはコネクタ３６の接続端子３６ｐに接続される。このように下流側パラレル接続部と上流側パラレル接続部との間は、接続端子が一つずつずれて配線接続され、これらがパラレル伝送ライン４２を構成している。

コネクタ３７はシリアル伝送ラインの下流側に接続される２個の接続端子３７ｑ，３７ｒを有する。コネクタ３６の接続端子３６ｑ，３６ｒと、コネクタ３７の接続端子３７ｑ，３６ｒとの間は各々直接接続されてシリアル伝送ライン４１が形成されている。

コネクタ３６の接続端子３６ｓはタイミング制御部３１ａを介してコネクタ３７の接続端子３７ｓに接続されている。また、コネクタ３６の接続端子３６ｔ，３６ｕとコネクタ３７の接続端子３７ｔ，３７ｕとの間は各々直接接続され、センサユニット３０−１の内部に電源を供給すると共に、下流のセンサユニットに電源を供給する。

センサユニット３０−１は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、幅が狭いケース５１に部材を収容したユニットである。ケース５１の上面には、４桁の７セグメントＬＥＤ表示器で形成された表示部３４や各種のスイッチから成る操作部３５が設けられている。表示部３４はセンサの受光量と設定閾値や、受光量と余裕度などの値を同時にデジタル表示可能である。

ケース５１の上部には、上面全面を覆う着脱自在のカバーが設けられるが、図６では省略している。またケース５１の長手方向端部には、光ファイバ３２ａ，３３ａを装着するヘッド装着孔５２ａ，５２ｂと、光ファイバ３２ａ，３３ａを固定する固定レバーが設けられている。

図６（ａ）に示すようにケース５１の一方の側面には、コネクタ３６が設けられている。また、ケース５１の一方の側面には、長手方向両端部に近接して係合突起５３ａ，５３ｂが設けられている。この係合突起５３ａ，５３ｂは、ネットワークユニット１０の係合凹部２２ａ，２２ｂに嵌入させて係合するもので、ネットワークユニットとの連結の際の位置決めと接続を行う物理的な接続手段を構成している。コネクタ３６は上流側のネットワークユニット１０又はセンサユニットと電気的に接続する接続手段を構成している。

図６（ｂ）に示すようにケース５１の他方の側面にはコネクタ３６と対称な位置にコネクタ３７が設けられている。また、ケース５１の他方の側面には、長手方向両端部に近接して係合凹部５４ａ，５４ｂが設けられている。この係合凹部５４ａ，５４ｂは、下流のセンサユニットに設けられた係合突起を嵌入させて係合するもので、センサユニット同士の連結の際の位置決めと接続を行う物理的な接続手段を構成している。コネクタ３７は下流側のセンサユニットと電気的に接続する接続手段を構成している。

本実施の形態のセンサユニット３０−１は、検知動作に加えて、操作部３５の各スイッチ操作によって動作状態の切換設定が可能である。例えば、表示部３４による表示データやセンサユニット３０−１の動作モードを切換設定することができる。また受光部３３への入光時または遮光時のいずれでオン信号を出力するかを切換えることができる。また、シリアル伝送ライン４１を介して伝送されるコマンドに基づいて表示部３４の表示データを変更したり、動作モードを切換えることができる。

次に、ネットワークユニットとセンサユニットを組み合わせて形成される連設型センサシステム１の構成及びその動作について説明する。本実施の形態の連設型センサシステム１は、ネットワークユニット１０及び少なくとも１つのセンサユニットを組み合わせて種々に形成可能であるが、ここでは図１及び図７のように、１台のネットワークユニット１０と１６台のセンサユニット３０−１（＃１）〜３０−１６（＃１６）とが連結して接続されているものとする。ネットワークユニット１０とセンサユニット３０−１とを連結することによりコネクタ１６と３６とが接続される。また各センサユニットのコネクタ３７と隣接するセンサユニットのコネクタ３６とが接続される。

本実施の形態の連設型センサシステム１において、ネットワークユニット１０のコネクタ１８にはケーブルを介して上位制御装置４３が接続され、コネクタ１７には直流電源が接続される。各センサユニットは夫々図示しない光ファイバがワークの監視位置にまで延ばされている。図７に示すネットワークユニット１０にはコネクタ１８が２つ設けられているが、これは上位制御装置４３との接続がデージーチェーン接続を前提とした通信システムである場合の例を示しており、一方のコネクタ１８は上位制御装置４３又は上位側の他のネットワークユニット１０と接続され、他方のコネクタ１８は下位側の他のネットワークユニットと接続されるか未接続なままで使用される。なお、本発明は、デージーチェーン接続に限られず、図２、図３に示すマルチドロップ接続等の他の通信システムに適用できることは言うまでもない。

このような構成の連設型センサシステム１において、シリアル信号の伝送に際し、各センサユニットに固有のアドレスが設定される。アドレス設定は各センサユニットに設けたＤＩＰスイッチなどで行うようにしたり、センサユニット毎に接続状態を認識して自動的にアドレス設定を行うことができる。

連設型センサシステム１において、次のようにしてワークの監視制御が行われる。ネットワークユニット１０の制御部１１よりタイミング信号が隣接するセンサユニット３０−１に送出されると、センサユニット３０−１のタイミング制御部３１ａに伝送される。

センサユニット３０−１では、タイミング制御部３１ａにタイミング信号が伝送されて来ると、制御部３１は発光部３２を発光させ、受光部３３にワークの有無により異なったレベルの受光信号が得られる。受光信号は判定部３１ｂにより設定された閾値で二値化され、判別信号として出力トランジスタＱ１を通じ、パラレル伝送ライン４１を介して独立してネットワークユニット１０へ伝送される。ネットワークユニット１０は出力判定受信部１１ｃを介して判別信号を受信し、テーブルメモリ１４の第２領域１４−２にセンサユニット３０−１からの現時点でのオンオフ信号を保持する。またセンサユニット３０−１は判別信号を出力トランジスタＱ２、出力ライン３８を通じて外部にも出力する。この判別信号と受光量とは、各々、次にタイミング信号に基づく判別信号あるいは受光量により更新されるまでセンサユニット３０−１内で維持される。

そして、タイミング制御部３１ａはタイミング信号を受信してから所定時間（例えば１０μｓ）経過した後に、端子３７ｓより隣接するセンサユニットにタイミング信号を伝える。このように、各センサユニットで所定時間ずつ遅延されたタイミング信号がバケツリレー式に下流側のセンサユニットへ伝送される。これにより、下流側に向かうにつれて各センサユニットは所定時間ずつ遅延して発光することになるため、光電センサ間の相互干渉を防止することができる。各センサユニットは夫々ワークの検知を行い、判別信号をパラレル伝送ライン４２を介して各々独立してネットワークユニット１０へ伝送する。

これにより、各センサユニットの判別信号は、遅延することなくネットワークユニット１０へ伝送される。ネットワークユニット１０はこのデータをテーブルメモリ１４の第２領域１４−２に保持する。こうすれば上位制御装置４３からの問い合わせに応じて、第２領域１４−２から読み出して各センサユニットの現時点で判別信号を伝送することができる。

一方ネットワークユニット１０は、シリアル伝送ライン４１を通じてデータ転送コマンドによって特定のセンサユニットに対してデータの転送を要求する。例えばセンサユニット３０−１のＩＤを付してデータ転送コマンドを出すと、センサユニット３０−１では現時点での判別信号と受光量とをまとめてシリアル伝送ライン４１を介してネットワークユニット１０に転送する。このデータはテーブルメモリ１４の第１領域１４−１の＃１の領域に保持される。図８にハッチングで示すように、判別信号と受光量とは同一のタイミングで得られたものであり、受光量に基づいて判別信号、即ちオンオフの状態が決定されている。同様に第１領域１４−１の他の領域に保持されている各センサユニットの判別信号とこれに対応する受光量とは、夫々時間的に同一のタイミングで得られたものである。但し、判別信号とセンサ情報とをシリアル信号で伝送する際には時間遅れが生じるので、テーブルメモリ１４の第２領域１４−２に保持されているセンサユニット３０−１の判別信号とは必ずしも一致していない。

またネットワークユニット１０は複数のセンサユニットに対してデータ転送コマンドを転送することができる。例えばセンサユニット３０−１，３０−２，３０−４に対して夫々のセンサユニットのＩＤを付してデータ転送コマンドを送出すると、これらのセンサユニットは自己のＩＤを識別し、その時点での受光量とこの受光量に基づく判別信号とをネットワークユニット１０にシリアル伝送ライン４１を介して伝える。この受信のタイミングは夫々異なっているが、得られるデータ自体は同期している。即ち３つのセンサユニットを通じて同一のタイミングの判別信号と受光量とを得ることができる。図９は３台のセンサユニットで判別信号と受光量と同期していることをハッチングにて示している。

また接続されている全てのセンサユニットに対してデータ転送コマンドを送出してもよい。この場合には各センサユニットに共通のＩＤコードを付したコマンドとすることができる。そうすればシリアル伝送ライン４１を介して各センサユニットから応答が得られる。この受信のタイミングは夫々異なっているが、得られるデータ自体は同期している。即ち全センサユニットを通じて同一のタイミングの判別信号と受光量とを得ることができる。図１０はこうして得られたテーブルメモリ１４のメモリマップを示しており、ハッチングで示すように各センサユニットから得られる判別信号と受光量のデータは同一のタイミングのものである。

一方、ネットワークユニット１０は、上位制御装置４３からの問い合わせに応じて、各センサユニット及びセンサの判別信号と受光量とを第１領域１４−１から読み出し、上位ＩＦ１１ａ及びコネクタ１８を介して上位制御装置４３へ伝送する。このセンサの判別信号と受光量とは同一のタイミングで得られたものであるので、矛盾は生じていない。上位制御装置４３ではこの信号を適宜サンプリングして表示などの必要な処理を行うことができる。

以上のように、ネットワークユニット１０は、センサユニットに関する同一の状態変数を、状態変数の取得経路に対応して異なる状態変数として上位制御装置に公開する構成をとることで、上位制御装置では、取得経路に依存する夫々の長所を生かした制御や監視が可能となる。

ネットワークユニット１０は、接続された全てのセンサユニットに対してデータ転送コマンドを発行するように予め設定されていても良く、また、上位制御装置、ネットワークユニット１０およびセンサユニット３０の少なくとも何れか一つの装置により、データ転送コマンドを発行に関する条件を設定できるように構成しても良い。例えばセンサユニットの操作部や上位制御装置のユーザインタフェースによりデータ転送コマンドの発行対象か否かの選択指令を受け付けるように構成しても良く、転送対象データを受光量、余裕度、しきい値等から選択する選択指令を受け付けるように構成しても良い。また、同期を保証するデータ群の選択指令やデータ転送コマンドの発行頻度あるいは発行優先順位を受け付けるように構成しても良い。これにより必要なデータについてよりリアルタイム性の高いデータ通信が可能となる。

また、同期を保証するデータ群が予め設定された場合は、ネットワークユニット１０は、当該データ群に含まれる各データの同期が保証できるようにテーブルメモリ１４のメモリマップを更新する。例えば、上位制御装置より当該データ群に含まれるデータのうち少なくとも２つのデータについての問い合わせがあったときは、各データの同期状況を確認し、同期が取れていなければ同期が取れるのを待って、データを上位制御装置に伝送するように構成してもよく、テーブルメモリ１４にメモリマップとは別の記憶領域を設け、この記憶領域において予め設定されたデータ群についての同期を管理し、同期されたデータであることが確認できた段階で、メモリマップのデータ群を更新するように構成しても良い。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態による連設型センサシステムについて説明する。この実施の形態においてもネットワークユニット６０に１６台のセンサユニット７０−１〜７０−１６が接続されている。前述した第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。ネットワークユニット６０は図１１に示すように制御部６１に同期信号送信部１１ｄを有する。同期信号送信部１１ｄは特定のセンサユニット又は全てのセンサユニットに対して同期信号を出力するものであり、コネクタ１６には同期信号伝送用の端子１６ｖが追加して設けられる。

本実施の形態でも１６台のセンサユニット７０−１から７０−１６が連結されているが、各センサユニットは同一の構成であるので、センサユニット７０−１につき図面に基づいて説明する。図１２はセンサユニット７０−１を示しており、センサユニット７０−１のコネクタ３６，３７には夫々接続端子３６ｖ，３７ｖが追加され、これらの間に同期信号用のラインが直接接続され、更に同期信号ラインが制御部３１にも入力されている。その他の構成は前述した第１の実施の形態と同様である。

この実施の形態では、あらかじめシリアル伝送ラインを通じて全センサユニットが同期信号に応答するように設定しておく。そしてネットワークユニット６０より同期信号ラインを通じて同期信号を送信する。センサユニット７０−１〜７０−１６は同期信号を受信すると夫々の判別信号と受光量とを同期した信号をシリアル伝送ライン４１を介してネットワークユニット６０に転送する。こうすれば同期信号を出力したタイミングでの判別信号と受光量とをテーブルメモリ１４の第１領域１４−１に保持することができる。これに代えてあらかじめシリアル伝送ライン４１を通じて所定のセンサユニットのみが同期信号に応答するように設定しておき、所定のセンサユニットに同期信号を転送してデータを収集するようにしてもよい。いずれの場合もデータ転送コマンドを用いる必要がないので、各センサユニットでコマンドを解釈する時間等を短縮することができ、同期信号に正確に一致したタイミングでの判別信号と受光量とが得られることとなる。

尚前述した第１，第２の実施の形態の連設型センサシステムは、センサユニットを透過型光電センサユニットとしているが、反射型光電センサユニット、近接センサユニットなど他の形式のセンサユニットであってもよい。本発明は検出信号に基づいて判別信号を出力する種々のセンサユニットに適用することができる。

また、第１，第２の実施の形態の連設型センサシステムでは、ネットワークユニットからのコマンド又は同期信号に応じて各センサユニットの判別信号と受光量とを伝送するようにしているが、受光量に限られず、判別信号と他のセンサの検出に関する情報とを送出してもよい。センサの検出に関する情報では、物理量に応じた検出信号だけでなく、そのピークホールド値、ボトムホールド値、検出量を判別してオンオフ信号とするための閾値、余裕度など検出信号に関連する種々の情報が含まれる。

また第１，第２の実施の形態では、ネットワークユニットに１６台のセンサユニットを接続した構成として述べたが、ネットワークユニット１０に任意の数のセンサユニットを接続して連設型センサシステムを構成することができる。

第１，第２の実施の形態においてデータ転送コマンドを転送する時間や同期信号を転送する時間などを時間計測部１５より得られる時刻とを同時テーブルメモリに保持するようにしてもよい。こうすれば図４Ｂに示すように同期したタイミングの時間信号も同時に得ることができる。またパラレル伝送ライン４２を通じて各センサユニットから判別信号を受信したタイミングでテーブルメモリ１４の第２領域１４−２にその受信した時刻を記録するようにしてもよい。

更に第１，第２の実施の形態では、パラレル伝送ライン４２から得られる現時点での判別信号を一旦テーブルメモリ１４の第２領域１４−２に保持するようにしているが、上位制御装置４３にパラレル信号のままで直接伝送するようにしてもよい。この場合には現時点での各センサユニットの判別信号をリアルタイムで上位制御装置４３に伝送することができる。更に直接パラレル信号のまま上位制御装置４３に伝送する場合には、パラレル伝送ライン４２より得られる判別信号を必ずしもテーブルメモリに一旦保持しておく必要はない。従ってテーブルメモリは図４Ａ又は図４Ｂに示す第１領域１４−１のみとすることができる。

また本実施の形態では、ネットワークユニットにセンサユニットを連結する際に物理的に連結すると共に電気的にも接続するようにしているが、物理的な連結と信号上との接続とを切り離すようにしてもよい。例えばいくつかのセンサユニットを連結し、信号線で他のセンサユニットと接続するようにしてもよい。

本発明は被検知対象物の状態監視を行う連設型センサシステム及びこのシステムに用いるネットワークユニットやセンサユニットに関し、判別信号とセンサ情報との同時性が確保された情報を得ることができ、製造ラインでのワークの加工を行う連設型センサシステムに好適に使用することができる。

１ 連設型センサシステム
１０，６０ ネットワークユニット
１１ 制御部
１１ａ 上位インターフェイス
１１ｂ シリアル通信部
１１ｃ 出力判定受信部
１１ｄ 同期信号送信部
１４ テーブルメモリ
１４−１ 第１領域
１４−２ 第２領域
１５ 時間計測部
１６，１７，１８，３６，３７ コネクタ
３０−１〜３０−１６，７０−１〜７０−１６ センサユニット
３１ 制御部
３１ａ タイミング制御部
３１ｂ 判定部
３１ｃ シリアル通信部
３２ 発光部
３３ 受光部
４１ シリアル伝送ライン
４２ パラレル伝送ライン
４３ 上位制御装置
４４ フィールドバス

Claims (16)

1. 上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を物理的に接続して構成される連設型センサシステムであって、
   前記各センサユニットは、
   検出対象から検出した物理量に応じた検出信号を出力するセンサ部と、
   前記検出信号を予め定められた閾値と比較して判別信号を生成すると共に、前記ネットワークユニットからのコマンドを受信し、前記判別信号と前記検出信号に関連するセンサ情報とをシリアル信号として送信する制御部と、
   隣接する前記ネットワークユニット又はセンサユニットと接続する接続手段と、
   シリアル信号を送受信するシリアル伝送手段と、
   前記各センサユニットの前記制御部で生成された判別信号を夫々並列的に伝送するパラレル伝送ラインと、を有するものであり、
   前記ネットワークユニットは、
   隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、
   前記センサユニットに送出するコマンドと、前記センサユニットから送信された判別信号及びセンサ情報とを、夫々シリアル信号として直列的に送受信するシリアル伝送手段と、
   前記連結されているセンサユニットに対して、その時点での判別信号とセンサ情報とを要求し、前記シリアル伝送手段を介して送られてきた判別信号及びセンサ情報を受信する制御部と、
   前記シリアル伝送手段を介して前記センサユニットから送られてきた判別信号及びセンサ情報の組を保持する第１領域と、前記パラレル伝送ラインを介して前記センサユニットより送られてきた各センサユニットからの判別信号を保持する第２領域と、を有するメモリと、を具備する連設型センサシステム。
2. 上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を物理的に接続して構成される連設型センサシステムであって、
   前記各センサユニットは、
   検出対象から検出した物理量に応じた検出信号を出力するセンサ部と、
   前記検出信号を予め定められた閾値と比較して判別信号を生成すると共に、前記ネットワークユニットからのコマンドを受信し、前記判別信号と前記検出信号に関連するセンサ情報とをシリアル信号として送信する制御部と、
   隣接する前記ネットワークユニット又はセンサユニットと接続する接続手段と、
   シリアル信号を送受信するシリアル伝送手段と、
   前記各センサユニットの前記制御部で生成された判別信号を夫々並列的に伝送するパラレル伝送ラインと、を有するものであり、
   前記ネットワークユニットは、
   隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、
   前記センサユニットに送出するコマンドと、前記センサユニットから送信された判別信号及びセンサ情報とを、夫々シリアル信号として直列的に送受信するシリアル伝送手段と、
   前記連結されているセンサユニットに対して、その時点での判別信号とセンサ情報とを要求し、前記シリアル伝送手段を介して送られてきた判別信号及びセンサ情報を受信する制御部と、
   前記シリアル伝送手段を介して前記センサユニットから送られてきた判別信号及びセンサ情報の組を保持するメモリと、を具備し、前記パラレル伝送ラインを介して得られた各センサユニットからの判別信号をそのまま上位制御装置に出力する連設型センサシステム。
3. 前記ネットワークユニットの前記制御部は、前記シリアル伝送手段を介して所定のセンサユニットに判別信号及びセンサ情報を要求するデータ転送コマンドを送出する請求項１又は２記載の連設型センサシステム。
4. 前記ネットワークユニットと前記各センサユニットとの間に接続される同期信号ラインを更に有し、
   前記ネットワークユニットの前記制御部は、前記所定のセンサユニットに対し、前記同期信号ラインを介して判別信号及びセンサ情報を要求する請求項１又は２記載の連設型センサシステム。
5. 前記制御部は、連結されている全てのセンサユニットに対して要求信号を送出する請求項３又は４記載の連設型センサシステム。
6. 前記制御部は、あらかじめ定めたセンサユニットに対して要求信号を送出する請求項３又は４記載の連設型センサシステム。
7. 前記センサ情報は、検出対象の検出信号、そのピークホールド値及びボトムホールド値、判別のための閾値、余裕度のうちのいずれかである請求項１〜６のいずれか１項記載の連設型センサシステム。
8. 前記ネットワークユニットの前記接続手段は、信号上の接続を行うコネクタを含んで構成され、
   前記センサユニットの前記接続手段は、信号上の接続を行うコネクタを含んで構成され、
   前記ネットワークユニット及び前記センサユニットの接続手段により各ユニットが接続されることで、各ユニットに跨ってシリアル伝送ライン及びパラレル伝送ラインが形成される請求項１〜７のいずれか１項記載の連設型センサシステム。
9. 上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を物理的に接続して構成される連設型センサシステムに用いられるネットワークユニットであって、
   隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、
   前記センサユニットに送出するコマンド、前記センサユニットから送信された判別信号及びセンサ情報と、を夫々シリアル信号として直列的に送受信するシリアル伝送手段と、
   前記連結されているセンサユニットに対して、その時点での判別信号とセンサ情報とを要求し、前記シリアル伝送手段を介して送られてきた判別信号及びセンサ情報を受信する制御部と、
   前記シリアル伝送手段を介して前記センサユニットから送られてきた判別信号及びセンサ情報の組を保持する第１領域と、前記パラレル伝送ラインを介して前記センサユニットより送られてきた各センサユニットからの判別信号を保持する第２領域と、を有するメモリと、を具備するネットワークユニット。
10. 上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を物理的に接続して構成される連設型センサシステムに用いられるネットワークユニットであって、
    隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、
    前記センサユニットに送出するコマンド、前記センサユニットから送信された判別信号及びセンサ情報と、を夫々シリアル信号として直列的に送受信するシリアル伝送手段と、
    前記連結されているセンサユニットに対して、その時点での判別信号とセンサ情報とを要求し、前記シリアル伝送手段を介して送られてきた判別信号及びセンサ情報を受信する制御部と、
    前記シリアル伝送手段を介して前記センサユニットから送られてきた判別信号及びセンサ情報の組を保持するメモリと、を具備し、前記パラレル伝送ラインを介して得られた各センサユニットからの判別信号をそのまま上位制御装置に出力するネットワークユニット。
11. 前記ネットワークユニットの前記制御部は、前記シリアル伝送手段を介して所定のセンサユニットに判別信号及びセンサ情報を要求するデータ転送コマンドを送出する請求項９又は１０記載のネットワークユニット。
12. 前記ネットワークユニットと前記各センサユニットとの間に接続される同期信号ラインを更に有し、
    前記ネットワークユニットの前記制御部は、前記所定のセンサユニットに対し、前記同期信号ラインを介して判別信号及びセンサ情報を要求する請求項９又は１０記載のネットワークユニット。
13. 前記制御部は、連結されている全てのセンサユニットに対して要求信号を送出する請求項１１又は１２記載のネットワークユニット。
14. 前記制御部は、あらかじめ定めたセンサユニットに対して要求信号を送出する請求項１１又は１２記載のネットワークユニット。
15. 上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を物理的に接続して構成される連設型センサシステムに用いられるセンサユニットであって、
    検出対象から検出した物理量に応じて検出信号を出力するセンサ部と、
    前記検出信号を予め定められた閾値と比較して判別信号を生成し、前記ネットワークユニットからのコマンドを受信し、前記判別信号とセンサ情報とをシリアル信号として送信する制御部と、
    隣接する前記ネットワークユニット又はセンサユニットと接続する接続手段と、
    シリアル信号を送受信するシリアル伝送手段と、
    前記各センサユニットの前記制御部で生成された判別信号を夫々並列的に伝送するパラレル伝送ラインと、有することを特徴とするセンサユニット。
16. 前記センサ情報は、検出対象の検出信号、そのピークホールド値及びボトムホールド値、判別のための閾値、余裕度のうちのいずれかである請求項１５記載のセンサユニット。

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