JP2019117130A

JP2019117130A - 透過型光電センサ

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Publication number: JP2019117130A
Application number: JP2017251636A
Authority: JP
Inventors: 匡史河田; Tadashi Kawada; 藤田　雅博; Masahiro Fujita; 雅博藤田
Original assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-07-18
Also published as: CN109974589A; KR102045688B1; KR20190079505A; CN109974589B

Abstract

【課題】投光器と受光器の光軸の調整作業を簡略化し得る透過型光電センサを提供する。【解決手段】投光器側設置面に固定手段で固定され、投光器側設置面に沿う一次元方向のライン光を出力する投光器と、投光器側設置面と同一面方向に延設される受光器側設置面に固定手段で固定され、投光器から出力される前記ライン光を、該ライン光と同方向の一次元方向に受光可能な受光素子で受光する受光器と、受光素子で受光したライン光の受光レベルに基づいて、投光器と受光器との間に位置する被検査物の変位を検出するコントローラとを備えた透過型光電センサにおいて、受光素子９は、投光器１から出力されるライン光Ｌの投光幅Ａを含み、該投光幅より広い幅の受光可能領域ＡＲｐを備えた。【選択図】図７

Description

本発明は、例えばレーザ光を出力する投光器と、投光器から出力される光を受信する受光器を備えた透過型光電センサに関するものである。

透過型光電センサは、センサヘッドとして、レーザ光を出力する投光器と、レーザ光を受信する受光器を備えている。そして、投光器と受光器が対向して設置され、受光器でのレーザ光の受光レベルをコントローラで検出することにより、被検査物の変位を検出する。

投光器には、レーザ光を出力する投光素子と、投光素子からの光をライン状すなわち一次元方向に変換するレンズが搭載され、その投光器のケースが設置面にネジで固定される。受光器には、受光素子としてＣＭＯＳが一次元方向に搭載され、その受光器のケースが設置面にネジで固定される。

このとき、投光器及び受光器は、投光素子と受光素子が互いに対向し、かつ同方向に延びるように設置面に固定される。
そして、投光器から出力されるレーザ光を受光器で受光し、その受光レベルをコントローラで判定することにより、投光器と受光器との間で搬送される被検査物の変位が検出される。

このような透過型光電センサに類似する先行技術として、特許文献１，２が知られている。

特開２００８−２７５４６２号公報特開２０１６−１５１５４３号公報

上記のような透過型光電センサでは、投光器から出力されるレーザ光の投光幅が受光器の受光可能領域内すなわち受光セルの設置範囲内に位置するように、投光器及び受光器を設置面に固定する必要がある。受光器の受光可能領域が投光幅から外れると、被検査物の変位を正常に検出することができない。

投光器と受光器を設置面に固定する際には、投光器の投光幅が受光器の受光可能領域内に位置するように光軸調整を行った状態で、投光器及び受光器を設置面にネジで固定する。

ところが、ネジで固定する際に、投光器と受光器の光軸が一次元方向にずれる場合があり、この場合には光軸調整をやり直す必要があるため、光軸調整作業が煩雑であった。
特許文献１，２には、透過型光電センサの光軸ずれを検出する構成が開示されているが、光軸ずれを補正する機能は開示されていない。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は投光器と受光器の光軸の調整作業を簡略化し得る透過型光電センサを提供することにある。

上記課題を解決する透過型光電センサは、投光器側設置面に固定手段で固定され、前記投光器側設置面に沿う一次元方向のライン光を出力する投光器と、前記投光器側設置面と同一面方向に延設される受光器側設置面に固定手段で固定され、前記投光器から出力される前記ライン光を、該ライン光と同方向の一次元方向に受光可能な受光素子で受光する受光器と、前記受光素子で受光した前記ライン光の受光レベルに基づいて、前記投光器と前記受光器との間に位置する被検査物の変位を検出するコントローラとを備えた透過型光電センサにおいて、前記受光素子は、前記投光器から出力される前記ライン光の投光幅を含み、該投光幅より広い幅の受光可能領域を備えたことを特徴とする。

この構成により、投光器と受光器の光軸ずれに対する許容度が向上する。
また、上記の透過型光電センサでは、前記コントローラは、前記受光素子の前記受光可能領域の中から、前記ライン光を基準レベル以上の受光レベルで受光する受光領域を検出し、該受光領域の範囲内であらかじめ設定された範囲の有効領域を設定する第一の設定手段を備えることが好ましい。

この構成により、実行モード時に、有効領域以外の受光可能領域に入射する外乱光の影響が抑制される。
また、上記の透過型光電センサでは、前記コントローラは、前記有効領域の範囲を調整する第二の設定手段を備えることが好ましい。

この構成により、必要に応じて、有効領域ＡＲ２を狭く設定することにより、投光器１及び受光器２の光軸のずれに対する許容度が向上する。
また、上記の透過型光電センサでは、前記コントローラは、前記受光領域のエッジを検出するエッジ検出手段と、検出された前記エッジを前記有効領域から除外するように設定する第三の設定手段を備えることが好ましい。

この構成により、受光領域のエッジを有効領域から除外可能となる。
また、上記の透過型光電センサでは、前記コントローラは、前記有効領域が前記受光可能領域内に収まらないとき、エラーを表示するエラー表示手段を備えることが好ましい。

この構成により、有効領域が受光可能領域を外れる場合には、表示画面にエラーが表示されるので、有効領域の誤設定が抑制される。
また、上記の透過型光電センサでは、前記受光器に、前記ライン光を取り込んで前記受光素子に供給する受光窓を備え、前記受光素子の前記一次元方向の中心を、前記受光窓の前記一次元方向の中心に対しオフセットし、前記コントローラは、前記受光窓の端部との距離が近い前記受光素子の一方の端部に位置する前記受光セルから受光信号を順次読み出す。

この構成により、実行モードにおいて、受光素子の各セルから受光レベルを読み出すとき、受光窓の中心との距離が近い側の端部から受光レベルが順次読み出されるので、有効領域の受信レベルを読み出すまでの時間が短縮される。また、有効領域の受信レベルを読み出した後の各セルからの受光レベルの読み出しが省略できるので、繰り返し読み出す際の読み出し時間も短縮可能となる。

本発明の透過型光電センサによれば、投光器と受光器の光軸の調整作業を簡略化することができる。

透過型光電センサを示す斜視図。受光器を示す斜視図。受光器内の受光素子を示す斜視図。コントローラを示す正面図。透過型光電センサの電気的構成を示すブロック図。透過型光電センサの動作を示すフローチャート。受光素子で検出する受光レベルを示す説明図。有効領域の設定動作を示す説明図。有効領域の設定動作を示す説明図。

以下、透過型光電センサの一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す透過型光電センサは、投光器１と、受光器２と、コントローラ３を備える。投光器１及び受光器２は、同一の外形寸法を備えたケース４，５を備える。ケース４，５は、例えば厚さが１０ｍｍの直方体で形成され、その直方体の対角位置の隅部において、ケース４，５を厚さ方向に貫通する取付孔６を備えている。そして、取付孔６に挿通されるネジにより、ケース４，５の厚さ方向の一方の側面４ａ，５ａが取付面にそれぞれ固定される。ケース４，５を固定する投光器側設置面及び受光器側設置面は、同一面の一部をなす平面である。

投光器１のケース４には、側面４ａに直交する側面のうち、長辺方向の一方の側面に投光窓７が形成されている。投光窓７は、ケース４の長手方向に沿って長方形状に開口されている。また、側面４ａに直交する側面のうち、短辺方向の一方の側面からケーブル４ｂが延設されて、コントローラ３に接続されている。

投光器１のケース４内には、レーザ光を出力する投光素子が投光窓７の長手方向に沿って一次元方向に並べて搭載されている。そして、投光素子から出力される一次元方向のレーザ光（ライン光）Ｌが投光窓７から出射される。

図２に示すように、受光器２のケース５には、側面５ａに直交する側面のうち、長辺方向の一方の側面に受光窓８が形成されている。受光窓８は、投光窓７と同一の大きさ及び形状で、ケース５の長手方向に沿って長方形状に開口されている。また、側面５ａに直交する側面のうち、短辺方向の一方の側面からケーブル５ｂが延設されて、コントローラ３に接続されている。

そして、投光器１と受光器２は、投光窓７と受光窓８が互いに対向するように設置面にネジあるいは他の固定手段で固定される。
図３に示すように、受光器２のケース５内には、レーザ光を受光する受光素子９が受光窓８に沿って取付けられている。受光素子９は、ＣＭＯＳによって構成される。レーザ光を受光可能とした受光素子９の受光可能領域ＡＲｐは、受光窓８の長手方向の幅より広く形成され、その受光可能領域ＡＲｐの長手方向の中心位置Ｘは、受光窓８の長手方向の中心Ｙとは一致しない。図３においては、受光領域の長手方向の中心位置Ｘが受光窓８の長手方向の中心Ｙより下方にオフセットされ、受光素子９の一方の端部９ａ（図３においては上端）と受光窓８の上端との距離Ｄ１が受光素子９の他方の端部９ｂ（図３においては下端）と受光窓８の下端との距離Ｄ２より短くなっている。

受光素子９は、図示しない受光回路に接続され、当該受光回路、フレキシブルケーブル２６、コネクタ２７を介してケーブル５ｂに接続されている。受光素子９の受光信号がケーブル５ｂを介してコントローラ３に出力される。

図４に示すように、コントローラ３は直方体状のケース１０の前面に、表示画面１１と、ｌｅｆｔキー１２、ｒｉｇｈｔキー１３、ｕｐキー１４、ｄｏｗｎキー１５、ｅｎｔｅｒキー１６、ｅｘｉｔキー１７、プリセットキー１８と、出力表示灯１９ａ〜１９ｃ及び入力表示灯２０ａ、プリセット表示灯２０ｂが設けられている。

ｌｅｆｔキー１２、ｒｉｇｈｔキー１３、ｕｐキー１４、ｄｏｗｎキー１５、ｅｎｔｅｒキー１６、ｅｘｉｔキー１７、プリセットキー１８は、各種設定を行う場合に使用される。出力表示灯１９ａ〜１９ｃ及び入力表示灯２０ａ、プリセット表示灯２０ｂは、コントローラ３の入出力状態を表示し、表示画面１１は、設定モード時の設定内容、非検査物の変位を検出する実行モード時の測定状況、あるいはエラー表示等が表示される。

コントローラ３のケース１０の長手方向の一方側面にはケーブル２８が接続されている。ケーブル２８は、投光器１及び受光器２から延設されるケーブル４ｂ，５ｂをまとめてコントローラ３に接続するものであり、投光器１及び受光器２がコントローラ３に電気的に接続される。

図５は、投光器１、受光器２及びコントローラ３の電気的構成を示す。投光器１の投光手段２１はレーザダイオード及びその駆動部で構成され、受光器２の受光手段２２は受光素子９としてのＣＭＯＳと、受光素子９の受信信号をＣＰＵ２３に出力する出力部で構成される。

コントローラ３には、ＣＰＵ２３が内蔵されるとともに、表示部２４及び操作部２５が設けられている。表示部２４は、表示画面１１と各表示灯１９ａ〜１９ｃ，２０及びその駆動部を含み、操作部２５は、各キー１２〜１８を含む。

ＣＰＵ２３は、あらかじめ設定されたプログラムに基づいて動作して、設定モードでは操作部２５で設定された設定内容を表示部２４に表示させ、投光手段２１を駆動してレーザ光Ｌを出力させる。そして、受光手段２２の受光信号に基づいて設定動作を行う。

また、実行モードでは投光手段２１を駆動してレーザ光Ｌを出力させ、受光手段２２の受光信号に基づいて、被検査物の測定結果を判定し、その判定結果を表示部２４に表示する。

次に、上記のように構成された透過型光電センサの作用を説明する。
図６は、透過型光電センサを設置位置に設置して測定動作を開始するまでの手順を示す。

投光器１及び受光器２を設置位置にネジで固定するとともに、コントローラ３と接続した後、電源を投入して、まず光軸調整処理を行う（ステップ１）。光軸調整処理は、投光器１及び受光器２の各光軸が適正であるか否かを判定し、適正でない場合には各光軸の位置が適正となるように調整する作業を行う。

次いで、基準波形登録処理が行われる（ステップ２）。基準波形登録処理は、投光器１及び受光器２の設置時、あるいは再設置時に受光レベルの閾値やフィルタの設定等を行う。

次いで、実行モードの選択が行われ（ステップ３）、測定方向の選択が行われた後（ステップ４）、被検査物の変位を測定する測定動作が開始される。
次に、ステップ１の光軸調整処理について説明する。

図７において、投光器１から出射されるレーザ光Ｌは、投光窓７及び受光窓８を経て、受光素子９で受光される。レーザ光Ｌは、投光幅Ａの一次元方向のレーザ光として受光素子９で受光される。

受光素子９は、上記のように受光窓８の長手方向の幅より広い受光可能領域ＡＲｐで、一次元方向のレーザ光Ｌを受光可能とするように、ＣＭＯＳ（多数のセルが一列に配置）が設置されている。

受光素子９によるレーザ光Ｌの受光レベルＲＬは、投光幅Ａの両端部すなわちエッジＥＧでフレネル解析に起因するノイズＮＲＬが発生する。受光レベルＲＬにノイズＮＲＬが含まれると、被検査物の変位を検出する際に、正常に検出できないおそれがある。

そこで、受光素子９の受光領域ＡＲ１のうち、ノイズＮＲＬが発生しない領域を有効領域ＡＲ２として設定し、その有効領域ＡＲ２の受光レベルＲＬに基づいて被検査物の変位を検出するようにする必要がある。

光軸調整処理が開始されると、ＣＰＵ２３は、投光器１からレーザ光Ｌを出力させ、受光器２の受光素子９から出力される受信信号の受光レベルＲＬを判定する。この時、受光レベルＲＬは受光素子９の一端側、すなわち図３においては上端側のセルから順次読み出される。

図８に示すように、次いで、ＣＰＵ２３は多数の受光素子９から順次読み出した受信信号の受光レベルＲＬをあらかじめ設定されている基準レベルＳと比較し、受光レベルＲＬが基準レベルＳより高いときをＨレベルとする比較結果信号ＣＲを得る。比較結果信号ＣＲは、受光素子９の受光可能領域ＡＲｐのセルのうち、投光器１からのレーザ光Ｌを受光している領域に位置するセルを示し、ＣＰＵ２３はこれを受光領域ＡＲ１として認識する。

なお、図８に示す受光レベルＲＬは、受光素子９から順次読み出した受信信号の受光レベルを左から右に向かって表示している。
次いで、ＣＰＵ２３は受光レベルＲＬが基準レベルＳを超えるセル位置Ｐ１を特定し、セル位置Ｐ１からあらかじめ設定した所定数Ｘ１のセルを隔てたセル位置Ｐ２を特定する。

そして、セル位置Ｐ２からさらに所定数Ｘ２のセルを隔てたセル位置Ｐ３を特定し、セル位置Ｐ２とセル位置Ｐ３との間の領域を、有効領域ＡＲ２として設定する。そして、セル位置Ｐ３の比較結果信号ＣＲがＨレベルであれば、ＣＰＵ２３は有効領域ＡＲ２の設定が正常であると認識して、表示画面１１に「ＯＫ」と表示する。

一方、図９に示すように、セル位置Ｐ３が受光可能領域ＡＲｐから外れる場合には、有効領域ＡＲ２の設定は異常であると認識して、表示画面１１に「ＥＲＲ」と表示する。
また、ＣＰＵ２３は上記光軸調整処理に先立って、有効領域ＡＲ２の範囲、すなわちセル数を任意に設定する機能を備えている。

コントローラ３のｅｘｉｔキー１７を押すと、ＣＰＵ２３は設定モードに移行して、表示画面に「ＳＥＴ」と表示する。
次いで、ＣＰＵ２３は現在設定されている有効領域ＡＲ２のセル数、すなわち上記の所定数Ｘ２を表示する。この状態から、ｕｐキー１４あるいはｄｏｗｎキー１５を操作すると、所定数Ｘ２が増減される。

そして、所定数Ｘ２を所望の数に設定した後、ｅｎｔｅｒキー１６を押すと、ＣＰＵ２３は新たに設定された所定数Ｘ２を有効領域ＡＲ２とし、その所定数Ｘ２を数秒間点滅させて所定数Ｘ２が確定されたことを表示する。

次いで、ＣＰＵ２３は表示画面１１に「ＳＥＴ」の表示を再度行い、この状態でｅｘｉｔキー１７を押すと、実行モードに復帰する。なお、ｅｎｔｅｒキー１６を押すと、再度設定モードに移行する。

上記のような透過型光電センサでは、次に示す効果を得ることができる。
（１）受光素子９の受光可能領域ＡＲｐが、投光器１の投光幅Ａより広いので、投光器１及び受光器２をネジで取付面に固定する際に、その固定位置のずれにより、投光素子と受光素子９の光軸が、投光素子及び受光素子９の延びる一次元方向にずれても、投光幅Ａが受光素子９の受光可能領域ＡＲｐの範囲内に収まり易い。従って、投光器１と受光器２の固定位置の再調整、すなわち光軸の再調整が必要となる可能性を低くすることができる。

（２）設定モード時に、受光器２の受光素子９において、投光器１から出力されるレーザ光Ｌの受光レベルＲＬが基準レベルＳより大きくなる受光領域ＡＲ１の範囲内において、あらかじめ設定された範囲を有効領域ＡＲ２として設定することができる。そして、実行モードではその有効領域ＡＲ２の受光レベルＲＬに基づいて被検査物の変位を検出するので、有効領域ＡＲ２以外の受光可能領域ＡＲｐに入射する外乱光の影響による被検査物の誤検出を防止することができる。

（３）有効領域ＡＲ２の広さを任意に設定することができる。必要に応じて、有効領域ＡＲ２を狭く設定することにより、投光器１及び受光器２の固定位置のずれに対する許容度が向上する。従って、投光器１と受光器２の固定位置の再調整が必要となる可能性をさらに低くすることができる。

（４）有効領域ＡＲ２の設定時に、受光レベルＲＬが基準レベルＳ未満から基準レベルＳに達するセル位置Ｐ１を特定し、セル位置Ｐ１からあらかじめ設定した所定数Ｘ１のセルを隔てたセル位置Ｐ２からさらに所定数Ｘ２のセルを隔てたセル位置Ｐ３を特定する。そして、セル位置Ｐ２とセル位置Ｐ３との間の領域を、有効領域ＡＲ２として設定するので、受光領域ＡＲ１のエッジＥＧを有効領域ＡＲ２から除外することができる。従って、実行モードでは、エッジＥＧで発生するノイズＮＲＬの影響を除外して、被検査物の検出精度を向上させることができる。

（５）有効領域ＡＲ２の設定時に、設定しようとする有効領域ＡＲ２に受光レベルＲＬが基準レベルＳに達しないセル位置が存在する場合、あるいは有効領域ＡＲ２が受光可能領域ＡＲｐを外れる場合には、表示画面１１にエラーを表示することができる。従って、有効領域ＡＲ２の誤設定を抑制することができる。

（６）受光素子９の受光可能領域ＡＲｐの長手方向の中心位置Ｘは、受光窓８の長手方向の中心Ｙとは一致しない位置にオフセットされ、受光素子９の受光可能領域ＡＲｐの一方の端部９ａと受光窓８の端部９ａ側の端部との距離Ｄ１が受光素子９の他方の端部９ｂと受光窓８の端部９ｂ側の端部との距離Ｄ２より短くなっている。従って、実行モードにおいて、受光素子９の各セルから受光レベルＲＬを読み出すとき、受光窓８の中心Ｙとの距離が近い側の端部９ａから受光レベルＲＬが順次読み出されるので、有効領域ＡＲ２の受光レベルＲＬを読み出すまでの時間を短縮することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・投光器１及び受光器２をネジ以外の固定手段で設置面に固定してもよい。
・投光器１から出力される光は、レーザ光以外の光としてもよい。

・受光素子９としてＣＭＯＳを二次元のものを使用してもよい。その場合でも、ライン状の一次元領域のみが使用される。
・投光素子から出力されるライン状の光は、一次元のみならず、僅かな幅を持った帯状の光も含まれる。

・「ＯＫ」「ＥＲＲ」の表示は、その他の文字、記号、コード等による表示でもよいし、表示灯の点灯、点滅、表示色の変化等による表示でもよい。
・投光器１と受光器２の外形寸法は同一でなくてもよい。

１…投光器、２…受光器、３…コントローラ（第一の設定手段、第二の設定手段、第三の設定手段、エッジ検出手段、エラー表示手段）、８…受光窓、９…受光素子、１１…エラー表示手段（表示画面）、Ｌ…ライン光（レーザ光）、ＡＲｐ…受光可能領域、ＡＲ１…受光領域、ＡＲ２…有効領域、Ａ…投光幅、ＲＬ…受光レベル、Ｓ…基準レベル、ＥＧ…エッジ。

Claims

投光器側設置面に固定手段で固定され、前記投光器側設置面に沿う一次元方向のライン光を出力する投光器と、
前記投光器側設置面と同一面方向に延設される受光器側設置面に固定手段で固定され、前記投光器から出力される前記ライン光を、該ライン光と同方向の一次元方向に受光可能な多数の受光セルを備えた受光素子で受光する受光器と、
前記受光素子で受光した前記ライン光の受光レベルに基づいて、前記投光器と前記受光器との間に位置する被検査物の変位を検出するコントローラと
を備えた透過型光電センサにおいて、
前記受光素子は、前記投光器から出力される前記ライン光の投光幅を含み、該投光幅より広い幅の受光可能領域を備えたことを特徴とする透過型光電センサ。
請求項１に記載の透過型光電センサにおいて、
前記コントローラは、
前記受光素子の前記受光可能領域の中から、前記ライン光を基準レベル以上の受光レベルで受光する受光領域を検出し、該受光領域の範囲内であらかじめ設定された範囲の有効領域を設定する第一の設定手段を備えたことを特徴とする透過型光電センサ。
請求項２に記載の透過型光電センサにおいて、
前記コントローラは、
前記有効領域の範囲を調整する第二の設定手段を備えたことを特徴とする透過型光電センサ。
請求項２又は３に記載の透過型光電センサにおいて、
前記コントローラは、
前記受光領域のエッジを検出するエッジ検出手段と、
検出された前記エッジを前記有効領域から除外するように設定する第三の設定手段を備えたことを特徴とする透過型光電センサ。
請求項３又は４に記載の透過型光電センサにおいて、
前記コントローラは、
前記有効領域が前記受光可能領域内に収まらないとき、エラーを表示するエラー表示手段を備えたことを特徴とする透過型光電センサ。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の透過型光電センサにおいて、
前記受光器に、前記ライン光を取り込んで前記受光素子に供給する受光窓を備え、前記受光素子の前記一次元方向の中心を、前記受光窓の前記一次元方向の中心に対しオフセットし、前記コントローラは、前記受光窓の端部との距離が近い前記受光素子の一方の端部に位置する前記受光セルから受光信号を順次読み出すことを特徴とする透過型光電センサ。