JP3513079B2 - 距離センサ - Google Patents

距離センサ

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JP3513079B2
JP3513079B2 JP2000153144A JP2000153144A JP3513079B2 JP 3513079 B2 JP3513079 B2 JP 3513079B2 JP 2000153144 A JP2000153144 A JP 2000153144A JP 2000153144 A JP2000153144 A JP 2000153144A JP 3513079 B2 JP3513079 B2 JP 3513079B2
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、被検出物との距離
を光学的手段によって測定する反射型の距離センサに関
する。 【0002】 【従来の技術】図6は、一般的な反射型距離センサの光
学系を中心とする構成例を示すものである。即ち、駆動
回路1によりLED2などの投光素子を駆動させて発光
させ、その光を、投光レンズ3を介して被検出物4に投
光させる。すると、被検出物4の表面で反射された光
は、受光レンズ5を介して一次元位置検出素子であるP
SD(Positon Sensitive Device)6の受光面に照射され
る。 【0003】PSD6は、受光面の受光位置に応じて強
度が変化する2つの受光信号A(NEAR),B(FAR) を出力
するようになっている。即ち、距離センサから被検出物
4までの距離が変化すると、PSD6の受光面における
反射光の受光位置が一次元的に変化するので、2つの受
光信号A,Bの大きさに基づいて被検出物4までの距離
が検出可能となる。 【0004】斯様な距離センサは、例えば、工場の搬送
ラインにおいて順次搬送されてくる製品に部品を取付
け,圧入した後の寸法チェック,部品の高さ(公差)検
出,ねじ締めが良好に行われていることのチェックなど
に使用される。 【0005】図7は、距離センサの電気的構成を詳細に
示すものである。投光側において、駆動回路1は、駆動
用アンプ7とNPN型のトランジスタ8とで構成されて
おり、LED2は、電源とトランジスタ8のコレクタと
の間に接続されている。また、トランジスタ8のエミッ
タは、グランドに接続されている。 【0006】駆動用アンプ7の入力端子には、CPU
(マイクロコンピュータ)9から所定周期で出力される
投光パルス信号が与えられるようになっており、駆動用
アンプ7の出力端子は、トランジスタ8のベースに接続
されている。そして、CPU9は、駆動用アンプ7のゲ
インを制御することでトランジスタ8のベース電流を変
化させて、LED2の投光量が制御可能となっている。 【0007】一方、受光側において、PSD6の一方(N
EAR 側)の出力端子6Aには、I−V変換部10A,可
変ゲインアンプ11A,サンプルホールド回路12A及
びA/Dコンバータ13Aが直列に接続されており、A
/Dコンバータ13Aの出力データはCPU9に与えら
れている。尚、PSD6の他方(FAR側)の出力端子6B
側も同様に構成されており、図6では符号に“B”を付
して示している。また、以降において特にA,Bの区別
を付ける必要がない場合には、符号にはこれらを付さず
に記載する。 【0008】サンプルホールド回路12A及び12Bの
出力端子は、加算器14の2つの入力端子に夫々接続さ
れており、その加算器14の出力端子は、A/Dコンバ
ータ15の入力端子に接続されている。A/Dコンバー
タ15の出力データは、A/Dコンバータ13A,13
Bと同様にCPU9に与えられている。尚、サンプルホ
ールド回路12は、アナログスイッチ12a,コンデン
サ12b及びボルテージ・フォロワ(オペアンプ)12
cによって構成されている。 【0009】そして、CPU9は、可変ゲインアンプ1
1にゲインコントロール信号を与えてそれらのゲインを
制御すると共に、サンプルホールド回路12のアナログ
スイッチ12aにS/H信号を与えて、可変ゲインアン
プ11からの出力信号のレベルをホールドさせる。 【0010】サンプルホールド回路12は、S/H信号
が与えられてアナログスイッチ12aがONすると、コ
ンデンサ12bが可変ゲインアンプ11の出力信号のレ
ベルで充電され、アナログスイッチ12aがOFFして
いる間は、コンデンサ12bの充電レベルを保持するよ
うになっている。そして、ボルテージ・フォロワ12c
の出力信号のレベルは、コンデンサ12bの充電レベル
と同一になる。 【0011】図8及び図9は、CPU9の制御内容を示
すフローチャートであり、図10は、フローチャートの
実行に伴う各信号の変化を示すタイミングチャートであ
る。尚、可変ゲインアンプ11のゲインは、初期状態で
最小(MIN)に設定されている。先ず、CPU9は、
駆動回路1に投光パルスを出力してLED2を発光させ
ると(ステップS1)、サンプルホールド回路12にS
/H信号を出力して、PSD6が出力している2つの受
光信号のレベル(可変ゲインアンプ11の出力レベル)
をホールドさせる(ステップS2)。 【0012】次に、CPU9は、A/Dコンバータ15
の出力データとして与えられる前記2つの受光信号レベ
ルの和Cを読み込んで(ステップS3)、その和Cが所
定範囲(略目標値)の下限値Lよりも小であるか否かを
判定する(ステップS4)。被検出物4が距離センサの
検出エリアにない時点(図10,)では反射光は受光
側に入光せず、受光信号レベルは“0”であるため、C
PU9は「NO」と判断して可変ゲインアンプ11のゲ
インを最大(MAX)まで上昇させる(ステップS
5)。以降、被検出物4が検出エリアに位置するまでこ
のままの状態が維持され、この間は、ステップS1〜S
5が繰り返し実行される。 【0013】そして、被検出物4が検出エリアに位置す
ると(図10,)、LED2からの投光が被検出物4
の表面で反射され、その反射光がPSD6によって受光
される。この時、可変ゲインアンプ11のゲインは最大
となっているため、CPU9がステップS3で読み込ん
だ受光信号レベルの和Cは飽和する。すると、CPU9
は、ステップS4において「NO」と判断して、和Cが
所定範囲の上限値Hよりも大であるか否かを判定する
(ステップS6)。 【0014】この場合、和Cは飽和しているのでCPU
9は「YES」と判断して、和Cが上限値H以下となる
まで、可変ゲインアンプ11のゲインを1段階ずつ低下
させる(ステップS7)。そして、図10の時点にお
いて和Cが上限値H以下になり(ステップS7,「N
O」)L<C<Hの範囲内に入ると、CPU9は、図9
に示す演算ルーチンを実行して(ステップS8)被検出
物4までの距離を検出する。 【0015】このように、受光信号の和Cが、L<C<
H,の範囲内に入った場合に距離を検出するのは、被検
出物4の表面の状態によって反射率にばらつきが生じる
ことがあり、和Cのレベルが飽和した場合には演算ルー
チンにおける距離検出が不能となるからである。 【0016】演算ルーチンにおいて、CPU9は、受光
信号AとBとの差分値Dを得ると(ステップT1)、そ
の差分値Dを和Cで除すことによって検出距離信号Xを
求める(ステップT2)。そして、ステップS8の演算
ルーチンを終了すると、ステップS1に戻る。 【0017】そして被検出物4が距離センサの検出エリ
アを外れると(図10,)、時点と同様に反射光が
受光側に入光しなくなるため、CPU9は、再びステッ
プS4で「YES」と判断して、可変ゲインアンプ11
のゲインを最大まで上昇させる。 【0018】 【発明が解決しようとする課題】即ち、以上述べたよう
に、CPU9は、被検出物4が距離センサの検出エリア
を外れる毎に可変ゲインアンプ11のゲインを最大に設
定し、次に、被検出物4が検出エリア内に到来すると、
可変ゲインアンプ11のゲインを段階的に低下させ、受
光信号の和Cが、L<C<Hの範囲内に入るまで待って
距離を検出している。そのため、被検出物4が検出エリ
アに入ってから距離を検出するまでの時間が長くならざ
るを得ず、搬送ラインにおける搬送速度を、距離センサ
の検出時間に応じて制限しなければならないという問題
があった。 【0019】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、被検出物が検出エリアに位置してか
ら、距離を検出するまでに要する時間をより短くするこ
とができる距離センサを提供することにある。 【0020】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の距離センサは、被検出物に投光する投光手
段と、前記投光の前記被検出物による反射光を該被検出
物との距離に応じた受光点で受光するように設けられ、
その受光点の位置に応じた第1及び第2の受光信号を出
力する受光手段と、前記第1及び第2の受光信号を増幅
する一対の増幅手段と、この増幅手段により増幅された
第1及び第2の受光信号を受けて、これらの受光信号の
和が略目標値となるように前記投光手段の投光量または
前記増幅手段の増幅率を制御する制御手段と、前記第1
及び第2の受光信号の和が略目標値となる場合の第1及
び第2の受光信号に基づいて、前記被検出物までの距離
を演算する演算手段とを備えてなるものにおいて、前記
制御手段は、前記受光信号の和が略目標値となる場合の
前記投光手段の投光量または前記増幅手段の増幅率を記
憶手段に記憶させ、前記投光量または前記増幅率を最大
に設定しても前記受光信号の和が前記目標値を下回って
いる場合には、その和が変化するまでの間、前記投光量
または前記増幅率を前記記憶手段に記憶させた値に設定
するように構成されていることを特徴とする。 【0021】即ち、被検出物が検出エリア内に位置して
いない状態では、受光手段が反射光を受光することがな
いので、投光手段の投光量や増幅手段の増幅率を最大に
設定しても受光信号の和が目標値を下回る状態になる。
その場合に、制御手段は、前記投光量または前記増幅率
を記憶手段に記憶させた値に設定するので、投光量また
は増幅率は、被検出物が検出エリア内に位置している場
合と同じレベルとなる。 【0022】そして、次回に被検出物が検出エリア内に
位置することで受光手段が反射光を受光すると、その時
点で前記投光量または前記増幅率は記憶手段に記憶させ
た値に設定されているので、受光信号の和は略目標値と
なる。従って、制御手段は距離の検出を直ちに開始する
ことができるようになる。 【0023】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図1乃至図5を参照して説明する。尚、図6乃至図7と
同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異な
る部分についてのみ説明する。本実施例の構成は、図6
及び図7に示すものと略同様であり、電気的構成を示す
図5においては、CPU9に代わるCPU(制御手段)
21における処理内容が異なっている。 【0024】即ち、図1のフローチャートにおいては、
ステップS6においてCPU21が「NO」と判断した
場合、ステップS8の演算ルーチンを実行する以前に、
CPU21は、その時点の可変ゲインアンプ(増幅手
段)11のゲイン(増幅率)をゲインSTRとして内部
のRAM(記憶手段)21aに記憶させる(ステップS
9)。 【0025】また、図4に示すタイミングチャートにお
いても、各信号の変化は時点〜までは図10に示す
タイミングチャートと同様であるが、上述したステップ
S9は時点で実行される。 【0026】CPU21は、ステップS8の実行後は、
図2に示すステップS10〜S13を実行するが、これ
らの処理内容はステップS1〜S4と同じである。そし
て、図4の時点において被検出物4が距離センサの検
出エリアを外れて、LED(投光手段)2からの投光を
PSD(受光手段)6が受光できなくなった場合、CP
U21は、ステップS13で「YES」と判断してステ
ップS14に移行し、現在の可変ゲインアンプ11のゲ
インが最大に設定されているか否かを判断する。ゲイン
が最大でなければ(「NO」)、その時点でステップS
5と同様にゲインを最大に設定する(ステップS1
5)。それから、ステップS10に戻る。 【0027】すると、CPU21は、次回の投光周期で
はステップS14で「YES」と判断してステップS1
6に移行し、ステップS9でRAM21に記憶させたゲ
インSTRを読み出して可変ゲインアンプ11に設定す
る(図4,)。尚、ステップS13の時点において、
被検出物4が距離センサの検出エリア内に位置すること
で受光信号の和Cが下限値L以上となると(「N
O」)、ステップS17〜S20が実行されるが、これ
らの処理はS6〜S9と同様である。 【0028】次に、CPU21は、図3に示すステップ
S21に移行し、その時点での受光信号の和CをC′と
してRAM21aに記憶させる。続くステップS22〜
S24の処理内容はステップS1〜S3と同じであり、
ステップS25においては、その時点での受光信号の和
CがステップS21でRAM21aに記憶させたC′に
等しいか否かを判断する。両者が等しければ(「YE
S」)ステップS21に戻るようになっており、即ち、
受光信号の和Cが変化しなければ、ステップS21〜S
25を繰り返し実行する。 【0029】そして、次の被検出物4が検出エリア内に
位置すると(図4,)、受光信号の和Cが上昇するの
で(ステップS25,「NO」)、CPU21は、ステ
ップS26に移行してステップS4と同様の判断を行
い、和Cが下限値L以上であれば(「NO」)ステップ
S28に移行してステップS6と同様の判断を行う。 【0030】この時、可変ゲインアンプ11のゲインは
STRに設定されているので、被検出物4表面の反射率
が前回と同等であれば、和Cは、L<C<Hの範囲内に
あるので、CPU21は、ステップS26,S28にお
いて何れも「NO」と判断する。そして、その時点にお
ける可変ゲインアンプ11のゲインをSTRとしてRA
M21aに記憶させて更新すると(ステップS30)、
図9に示す演算ルーチンを実行して距離検出信号Xを求
める(ステップS31)。それからステップS10に戻
る。 【0031】また、ステップS26において、被検出物
4表面の反射率が前回よりも低く、和Cが下限値L未満
であれば(「YES」)ステップS27に移行して可変
ゲインアンプ11のゲインを上昇させてからステップS
10に移行する。尚、この場合は、ステップS5のよう
にゲインをいきなり最大に設定する必要はなく、より小
さい値で上昇させるようにする。また、ステップS28
において、被検出物4表面の反射率が前回よりも高く、
和Cが上限値Hを超えた場合は(「YES」)ステップ
S29に移行して、可変ゲインアンプ11のゲインを低
下させてからステップS10に移行する。 【0032】以上のように本実施例によれば、CPU2
1は、受光信号の和Cが所定範囲(目標値)内(L<C
<H)となる場合の可変ゲインアンプ11のゲインをR
AM21aに記憶させ、ゲインを最大に設定しても受光
信号の和Cが下限値Lを下回っている(=C′)場合に
は、その和Cが変化するまでの間、可変ゲインアンプ1
1のゲインをRAM21aに記憶させた値に設定するよ
うにした。 【0033】即ち、被検出物4が検出エリア内に位置し
ていない状態で、可変ゲインアンプ11のゲインは被検
出物4が検出エリア内に位置している場合と同じレベル
に維持される。そして、次回に被検出物4が検出エリア
内に位置することでPSD6が反射光を受光すると、従
来とは異なり受光信号の和Cが飽和することなく、その
時点で和Cは略所定範囲内となる。 【0034】よって、CPU21は、和Cが所定範囲内
となるまでゲインを段階的に低下させて調整を行う必要
が殆どなく、距離の検出を直ちに開始することができ
る。また、被検出物4表面の反射率が前回と異なるため
和Cが所定範囲外となった場合でも、短時間で所定範囲
内となるように制御することができる。 【0035】従って、被検出物4が検出エリア内に位置
してから距離の検出が完了するまでの時間を従来よりも
短縮して高速化することができるので、搬送ラインによ
る被検出物4の搬送速度をより速く設定することができ
る。よって、本実施例の距離センサを使用することで生
産効率を向上させることも可能となる。 【0036】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、以下のような変形また
は拡張が可能である。可変ゲインアンプ11のゲイン制
御をより速く収束させるため、受光信号の和Cが所定範
囲内(L<C<H)に入った場合のゲインをRAM21
aに記憶させるようにしたが、CPU21の処理速度が
十分速い場合には、受光信号の和Cが所定値(目標値)
となるように制御しても良い。CPU21の外部におい
て受光信号の和Cをハードウエアによって得る構成に代
えて、和Cを、CPU21の内部において、ソフトウエ
アにより受光信号A,Bから演算して求めても良い。可
変ゲインアンプ11のゲインを変化させるものに限ら
ず、LED2の投光量を変化させても良い。 【0037】 【発明の効果】本発明の距離センサによれば、制御手段
は、受光信号の和が略目標値となる場合の投光手段の投
光量または増幅手段の増幅率を記憶手段に記憶させ、前
記投光量または前記増幅率を最大に設定しても受光信号
の和が目標値を下回っている場合には、その和が変化す
るまでの間、前記投光量または前記増幅率を記憶手段に
記憶させた値に設定する。 【0038】即ち、被検出物が検出エリア内に位置して
いない状態では、増幅手段の増幅率または投光手段の投
光量は、被検出物が検出エリア内に位置している場合と
同じレベルに設定されるので、次回に被検出物が検出エ
リア内に位置することで受光手段が反射光を受光する
と、その受光信号の和は略目標値となる。従って、制御
手段は、被検出物までの距離の検出を従来よりも高速に
行うことができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例を示すものであり、CPUに
よる制御内容のフローチャート(その1) 【図2】CPUによる制御内容のフローチャート(その
2) 【図3】CPUによる制御内容のフローチャート(その
3) 【図4】フローチャートの実行に伴う各信号の変化を示
すタイミングチャート 【図5】距離センサの電気的構成を詳細に示す図 【図6】一般的な反射型距離センサの光学系を中心とす
る構成例を示す図 【図7】従来技術を示す図5相当図 【図8】図1相当図 【図9】演算処理ルーチンのフローチャート 【図10】図4相当図 【符号の説明】 2はLED(投光手段)、4は被検出物、6はPSD
(受光手段)、11は可変ゲインアンプ(増幅手段)、
21はCPU(制御手段)、21aはRAM(記憶手
段)を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−18776(JP,A) 特開 平4−190108(JP,A) 特開 平3−276010(JP,A) 特開 平3−179210(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30 102 G02B 7/28 - 7/40 G03B 13/32 - 13/36

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 被検出物に投光する投光手段と、 前記投光の前記被検出物による反射光を該被検出物との
    距離に応じた受光点で受光するように設けられ、その受
    光点の位置に応じた第1及び第2の受光信号を出力する
    受光手段と、 前記第1及び第2の受光信号を増幅する一対の増幅手段
    と、 この増幅手段により増幅された第1及び第2の受光信号
    を受けて、これらの受光信号の和が略目標値となるよう
    に前記投光手段の投光量または前記増幅手段の増幅率を
    制御する制御手段と、 前記第1及び第2の受光信号の和が略目標値となる場合
    の第1及び第2の受光信号に基づいて、前記被検出物ま
    での距離を演算する演算手段とを備えてなる距離センサ
    において、 前記制御手段は、前記受光信号の和が略目標値となる場
    合の前記投光手段の投光量または前記増幅手段の増幅率
    を記憶手段に記憶させ、前記投光量または前記増幅率を
    最大に設定しても前記受光信号の和が前記目標値を下回
    っている場合には、その和が変化するまでの間、前記投
    光量または前記増幅率を前記記憶手段に記憶させた値に
    設定するように構成されていることを特徴とする距離セ
    ンサ。
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