JP3513079B2 - 距離センサ - Google Patents
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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。
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。
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)
- (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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|---|---|---|---|
| JP2000153144A JP3513079B2 (ja) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | 距離センサ |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2015175735A (ja) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | 株式会社日立ハイテクファインシステムズ | レール変位量検出器及びレール変位量検出方法 |
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2000
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| JP2001330432A (ja) | 2001-11-30 |
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