JP3636084B2

JP3636084B2 - 変位計測装置

Info

Publication number: JP3636084B2
Application number: JP2001077162A
Authority: JP
Inventors: 俊孝佐藤
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP2002277238A

Description

【０００１】
この発明は、対象物との距離などを光学的に計測することが可能な変位計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の変位センサは、図９に示すように、検出部５１と信号処理部５２とで構成されている。検出部５１には投光および受光の各光学系が組み込まれ、対象物８０へ検出光ｆを照射して得られた反射光を受光して対象物８０との距離Ｄに応じた検出信号ｉを生成する。この検出信号ｉは信号処理部５２に取り込まれて信号処理され、マイクロコンピュータのＣＰＵ５３が所定の処理を実行して対象物８０との距離Ｄを算出する。なお、図中のｐは、検出部５０の投光タイミングを決めるタイミング信号である。
【０００３】
この種の変位センサ５０は、それ単独で用いられる他、複数台を組み合わせて用いられる。後者の用法では、複数台の変位センサ間でタイミング信号などの信号を伝達したりするため、各変位センサ５０の信号処理部５２には信号伝達のためのコネクタが設けられている。
【０００４】
この信号伝達用のコネクタは、図１０に示すように、親機６０となる変位センサには１個、子機７０となる変位センサには２個設けられる。子機７０は他の子機７０より信号の伝達を受け、他の子機７０または親機６０へ信号を伝達することができる。一方、親機６０は子機７０より信号の伝達を受けるのみである。
【０００５】
親機６０は、機体６１の一側面に開口部６２が形成され、その開口部６２にコネクタ６３を先端が外部へ突出しないように臨ませている。子機７０は、機体７１の一側面に開口部７２が形成され、その開口部７２にコネクタ７３を先端が外部に突出しないように臨ませるとともに、機体７１の他側面に、親機６０の開口部６２または他の子機７０の開口部７２に挿入し得るようにコネクタ７４が突設してある。このコネクタ７４は、親機６０のコネクタ６３および子機７０のコネクタ７３に接続することが可能に構成されている。
対象物との距離を１台で計測する場合は、親機６０の方を使用すればよく、この場合に、親機６０は機体６１の表面からの出っ張りがないので、計測の邪魔にならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の変位センサは、親機６０と子機７０との区別があるため、ユーザは変位センサの購入時に親機か子機かを選定する必要がある。また、購入後に設備やアプリケーションの変更などがありかつ、親機と子機との設置個数に変更が生じたとき、親機と子機とに過不足が生じるおそれがあり、前記の変更に対応できない。また、販売元では親機と子機との両方を在庫にもつ必要があり、在庫管理が煩雑である。
【０００７】
この発明は、上記問題に着目してなされたもので、変位センサを単独で用いる場合は出っ張りがなく、使い勝手が良好であり、一方、複数台を組み合わせて用いる場合は親機と子機との区別がなく、自在に組み合わせて使用できる在庫管理の容易な変位計測装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明による変位計測装置は、少なくとも対象物との距離を光学的に計測することが可能であって単独または複数台組み合わせて用いることが可能な少なくとも２個の変位センサと、中間に介在して２個の変位センサを電気的かつ機構的に接続する少なくとも１個の変位センサ接続用の中継ユニットとから成るものである。
各変位センサは、距離の算出データと投光タイミングを決めるタイミング信号との少なくとも一方を伝達するための第１、第２のコネクタが機体に組み込まれ、機体の両側面にはそれぞれ開口部が形成され、一方の開口部には他の変位センサへ中継ユニットを介して信号を伝達するための第１のコネクタの先端を、他方の開口部には他の変位センサより中継ユニットを介して信号の伝達を受けるための第２のコネクタの先端を、それぞれ外部へ突出しないように臨ませるとともに、各開口部は開閉可能な蓋によってそれぞれ塞ぐことが可能に形成されている。
前記中継ユニットは、透明部を有する中空の板状体の内部に埋設された基板の両面に互いに導通させたコネクタをそれぞれ支持した支持体を有し、前記支持体の一方の面には一方のコネクタが前記変位センサの一方の開口部へ挿入されかつ前記変位センサの第１のコネクタに接続されることが可能なように突設され、前記支持体の他方の面には他方のコネクタが前記変位センサの他方の開口部へ挿入されかつ前記変位センサの第２のコネクタに接続されることが可能なように突設されており、前記板状体の内部に、各コネクタと変位センサのコネクタとが導通したときに点灯動作させる発光体が前記透明部をとおして視認し得るように配設されている。
【０００９】
この発明による変位センサは、それ単独で用いれば、対象物との距離を光学的に計測することが可能であり、複数台を組み合わせて用いれば、対象物の表面の段差や対象物の厚みなども光学的に計測することが可能となる。
第１、第２の各コネクタを介して他の変位センサとの間で伝達される信号は、例えば、距離の算出データや投光タイミングを決めるタイミング信号などであり、第１、第２の各コネクタは、使用目的や用法に応じて、距離の算出データまたはタイミング信号、或いはその両方を伝達する。複数の変位センサを組み合わせて用いる場合において、投光位置が接近していると、光の相互干渉が発生するが、これを防止するには、各変位センサの投光タイミングをずらせる必要があり、そのために変位センサ間でタイミング信号を伝達することが必要となる。
【００１０】
変位センサは、典型的には、対象物に投光して得られる反射光を受光して対象物との距離に応じた検出信号を生成する検出部と、前記検出信号を入力して信号処理することにより対象物との距離を算出する信号処理部とで構成される。検出部と信号処理部とは異なる機体に搭載して両者をコード線で接続するのが一般的であるが、検出部と信号処理部とを同じ機体に搭載することも可能である。検出部と信号処理部との機体が別の変位センサでは、信号処理部の機体に第１、第２の各コネクタが設けられる。
【００１１】
この発明の一実施態様においては、機体の内部には、検出信号を処理して対象物との距離を算出する第１の演算と、その距離の算出データと第２のコネクタを介して他の変位センサより伝達された距離の算出データとから対象物の段差や厚みなどの所定の物理量を算出する第２の演算とを実行するための回路が組み込まれる。
【００１２】
各開口部は、塵芥の進入を防止するために、開閉可能な蓋により塞がれるが、蓋の紛失を防止するために、蓋は取外しが不能に構成されることが望ましい。蓋を開閉可能とするには種々の態様があり、例えば、蓋をスライド可能に取り付けたり、蓋の一端をヒンジで止めたりする。
【００１３】
上記した構成の変位センサを単独で用いる場合は、機体の表面に出っ張りがないので、計測の邪魔となる部分がなく、使い勝手が良好である。また、親機と子機との区別がないので、ユーザは変位センサの購入時に親機か子機かを選定する必要がない。さらに、変位センサを複数台を組み合わせて用いる場合は、複数の変位センサを自在に組み合わせて使用でき、設備やアプリケーションの変更などがあっても、その変更に容易に対応できる。さらにまた、販売元では１種類の変位センサを在庫すればよく、在庫管理が容易である。
【００１４】
変位センサを複数台組み合わせて用いるときに、２個の変位センサを専用の中継ユニットを用いて電気接続する。
この発明による中継ユニットは、互いに導通させた２個のコネクタをそれぞれ支持した支持体の一方の面に一方のコネクタが前記変位センサの一方の開口部へ挿入されかつ前記変位センサの第１のコネクタに接続されることが可能なように突設され、前記支持体の他方の面には他方のコネクタが前記変位センサの他方の開口部へ挿入されかつ前記変位センサの第２のコネクタに接続されることが可能なように突設されて成る。
【００１５】
前記支持体には種々の形態が考えられるが、中空の板状体の内部に基板が埋設されたものを用いる。前記基板の両面にはコネクタがそれぞれ支持される。この支持体によれば、一方のコネクタを一方の変位センサの第１のコネクタに、他方のコネクタを他方の変位センサの第２のコネクタに、それぞれ接続すると、２個の変位センサは支持体を中間に挟んだ形態で安定して保持される。
また、前記支持体として透明部を有する中空の板状体を用い、その内部に、コネクタと変位センサのコネクタとが導通したときに点灯動作させる発光体を前記透明部をとおして視認し得るように配設する。なお、前記の中空の板状体は全体が透明であってもよい。
【００１７】
上記の変位計測装置では、変位センサを２台組み合わせるときは中継ユニットを１個使用する。変位センサを３台組み合わせるときは中継ユニットを２個使用する。このように、変位センサをｎ台（ただしｎは２以上）組み合わせるには、（ｎ−１）個の中継ユニットが必要である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施例である変位センサ１の構成を示すもので、検出部２と信号処理部３とで構成されている。検出部２と信号処理部３とは別体であり、それぞれがケーブルを介して電気接続されている。検出部２は、駆動回路２３と、光源２４および投光レンズ２５を含む投光光学系２１と、受光レンズ２６および位置検出素子２７を含む受光光学系２２とを含んでいる。
【００１９】
投光光学系２１の光源２４は駆動回路２３によりパルス駆動されて検出光ｆを発生する。検出光ｆは投光レンズ２５で集光されて対象物８０へ照射される。対象物８０での検出光ｆの反射光は受光レンズ２６で集光される。集光された光はＰＳＤやＣＣＤのような１次元の位置検出素子２７に結像するもので、位置検出素子２７からは基準位置に対する結像位置の変位量に応じた検出信号ｉが出力される。なお、対象物８０との距離と前記変位量との関係は非線形であるため、信号処理部３では、距離の算出のために非線形補正処理が実行される。
【００２０】
信号処理部３は、サンプルホールド回路３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、マイクロコンピュータのＣＰＵ３３、Ｄ／Ａコンバータ３４、および出力回路３５を含む他、表示部３６および設定部３７を含んでいる。前記表示部３６は物体の段差や厚みなどの算出データや演算式などを表示し、前記設定部３７はしきい値などを設定するのに操作される。
【００２１】
前記サンプルホールド回路３１では検出信号ｉの信号レベルがサンプルホールドされ、その出力がＡ／Ｄコンバータ３２によりデジタル量に変換される。前記ＣＰＵ３３は、前記した非線形補正などの所定の処理を実行して対象物８０との距離Ｄを算出する。その算出データｄはＤ／Ａコンバータ３４によりアナログ信号に変換されて出力回路３５より出力される。
また、ＣＰＵ３３は距離の算出データｄを前記設定値３７により設定された所定のしきい値と比較し、前記算出データｄがしきい値以上であれば、たとえば「遠い」を表す「１」の判定結果データを、しきい値より小さければ、「近い」を表す「０」の判定結果データを、それぞれ出力する。
【００２２】
前記ＣＰＵ３３は、上記した距離を算出する機能に加えて、自己が算出した距離の算出データｄを他の変位センサの信号処理部へ出力する機能、他の変位センサの信号処理部が算出した距離の算出データｄを入力する機能、他の変位センサの信号処理部より取り込んだ距離の算出データと自己が算出した距離の算出データとから物体の段差や厚みなどを算出する演算を実行してその演算結果を出力する機能、他の変位センサよりその変位センサの投光タイミングに応じたタイミング信号ｐを取り込み、その取り込んだタイミング信号ｐとは異なるタイミングのタイミング信号ｑを生成する機能、自己が生成したタイミング信号ｑを検出部２または他の変位センサへ出力する機能を備えている。
【００２３】
このＣＰＵ３３には、自己が算出した距離の算出データｄと自己が生成したタイミング信号ｑとを他の変位センサの信号処理部へ伝達するためのコネクタ５と、他の変位センサの信号処理部が算出した距離の算出データｄとその変位センサの投光タイミングに応じたタイミング信号ｐとの伝達を受けるためのコネクタ６とが電気接続されている。
【００２４】
図２および図３は、変位センサ１における信号処理部３の外観を示すもので、図２はカバー４０を閉じた状態を、図３はカバー４０を開いた状態を、それぞれ示す。
図示例の信号処理部３は、機体４が合成樹脂製の中空体により形成されており、その機体４の内部に上記した各回路が実装された基板（図示せず。）が組み込まれて成る。機体４の上面には前記表示部３６を構成する複数の表示器３８と前記設定部３７を構成する複数の押釦３９とが配置され、表示部３６および設定部３７上には開閉可能なカバー４０が被せられている。機体４の端面からはコード線７が引き出され、このコード線７の先端に検出部２に電気接続されるコネクタ８が装着されている。
【００２５】
機体４の両側面には開口部４１がそれぞれ形成されている。各開口部４１には各コネクタ５，６を先端が外部へ突出しないように臨ませてある。各開口部４１は塵芥が進入しないように開閉可能な蓋４４によってそれぞれ塞がれている。各開口部４１の上下位置にはガイド溝４２，４３が形成してあり、このガイド溝４２，４３に蓋４４の上下縁をスライド可能に係合させている。なお、蓋４４は紛失しないように機体４から取り外せないようになっている。
【００２６】
一方のコネクタ６は、他の変位センサの信号処理部が算出した距離の算出データｄとその変位センサの投光タイミングに応じたタイミング信号ｐとをＣＰＵ３３に取り込むために、他の変位センサの信号処理部と電気接続される。他方のコネクタ５は、自己が算出した距離の算出データｄと自己が生成したタイミング信号ｑとを他の変位センサの信号処理部へ伝達するために、他の変位センサの信号処理部と電気接続される。
【００２７】
図４および図５は、２個の距離センサ１Ａ，１Ｂの信号処理部３Ａ，３Ｂを板状の中継ユニット９を介して電気的かつ機構的に接続する状態を示す。
前記中継ユニット９は２個の信号処理部３Ａ，３Ｂの中間に介在し、一方の信号処理部３Ａのコネクタ５と他方の信号処理部３Ｂのコネクタ６とを電気接続させる。中継ユニット９は、互いに導通させた２個のコネクタ９１，９２を支持するための支持体９０の両面に、各コネクタ９１，９２を反対向きに突設して成る。各コネクタ９１，９２は各変位センサ１Ａ，１Ｂの各開口部４１内へ挿入し得るように突設され、一方のコネクタ９１は変位センサ１Ａのコネクタ５に、他方のコネクタ９２は変位センサ１Ｂのコネクタ６に、それぞれ接続することが可能になっている。
【００２８】
中継ユニット９の支持体９０は、図６に示すように、中空の板状体９３の内部に基板９４が埋設されて成る。前記基板９４の両面にはそれぞれコネクタ９１，９２が支持され、各コネクタ９１，９２の先端部が板状体９３の表面より突出させている。なお、前記板状体９３を透明の合成樹脂材で形成し、板状体９３の内部にＬＥＤのような発光体を配設して、コネクタ９１，９２と変位センサ１Ａ，１Ｂのコネクタ５，６とが導通したときに点灯動作させるようにしてもよい。
【００２９】
図７は、２個の変位センサ１Ａ，１Ｂを用いて物体の段差Ｈを計測している状態を示す。
各変位センサ１Ａ，１Ｂの検出部２Ａ，２Ｂは対象部８０の上方の同一高さに位置決め固定されている。一方の変位センサ１Ａの検出部２Ａは段差Ｈの高位置８１へ、他方の変位センサ１Ｂの検出部２Ｂは段差Ｈの低位置８２へ、それぞれ投光して個々の検出信号ｉＡ，ｉＢを得る。各変位センサ１Ａ，１Ｂの信号処理部３Ａ，３Ｂでは、それぞれのＣＰＵ３３Ａ，３３Ｂが段差Ｈの高位置８１および低位置８２との距離Ｄ１，Ｄ２を算出する。
【００３０】
各変位センサ１Ａ，１Ｂの信号処理部３Ａ，３Ｂは、一方の変位センサ１Ａのコネクタ５が他方の変位センサ１Ｂのコネクタ６に電気接続されている。この電気的な結合によって一方の変位センサ１ＡのＣＰＵ３３Ａで算出された距離Ｄ１の算出値ｄ１とその変位センサ１Ａの投光タイミングに応じたタイミング信号ｐとが他方の変位センサ１ＢのＣＰＵ３３Ｂに伝達される。
【００３１】
なお、上記実施例では、２個の変位センサ１Ａ，１Ｂを用いて物体８０の表面の段差Ｈを計測しているが、図８に示すように、２個の変位センサ１Ａ，１Ｂの検出部２Ａ，２Ｂを物体８０を挟んで対向させることにより距離Ｄ１，Ｄ２から、Ｄ２物体８０の厚みＴを計測することもできる。また、２個以上の変位センサを多段に接続して用いることにより物体との距離の平均値、最大値、最小値などを計測することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、機体の表面に出っ張りがないので、計測の邪魔となる部分がなく、使い勝手が良好な変位センサが得られる。また、親機と子機との区別がないので、ユーザは変位センサの購入時に親機か子機かを選定する必要がない。さらに、変位センサを複数台を組み合わせて用いる場合は、複数の変位センサを自在に組み合わせて使用でき、設備やアプリケーションの変更などがあっても、その変更に容易に対応できる。さらにまた、販売元では１種類の変位センサを在庫すればよく、在庫管理が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である変位センサの構成を示すブロック図である。
【図２】変位センサの信号処理部の外観を示すカバーを閉じた状態の斜視図である。
【図３】変位センサの信号処理部の外観を示すカバーを開いた状態の斜視図である。
【図４】２個の変位センサの信号処理部を中継ユニットを用いて接続する状態を示す分解斜視図である。
【図５】２個の変位センサの信号処理部を接続した状態を示す斜視図である。
【図６】中継ユニットの支持体の断面図である。
【図７】２個の変位センサを用いて物体の段差を計測している状態を示すブロック図である。
【図８】２個の変位センサを用いて物体の厚みを計測している状態を示すブロック図である。
【図９】従来の変位センサの構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の変位センサを２台接続する状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ変位センサ
２，２Ａ，２Ｂ検出部
３，３Ａ，３Ｂ信号処理部
４機体
５，６コネクタ
９中継ユニット
３３，３３Ａ，３３ＢＣＰＵ
４１開口部
４４蓋
９１，９２コネクタ

Claims

少なくとも対象物との距離を光学的に計測することが可能であって単独または複数台組み合わせて用いることが可能な少なくとも２個の変位センサと、中間に介在して２個の変位センサを電気的かつ機構的に接続する少なくとも１個の変位センサ接続用の中継ユニットとから成る変位計測装置であって、
各変位センサは、距離の算出データと投光タイミングを決めるタイミング信号との少なくとも一方を伝達するための第１、第２のコネクタが機体に組み込まれ、機体の両側面にはそれぞれ開口部が形成され、一方の開口部には他の変位センサへ中継ユニットを介して信号を伝達するための第１のコネクタの先端を、他方の開口部には他の変位センサより中継ユニットを介して信号の伝達を受けるための第２のコネクタの先端を、それぞれ外部へ突出しないように臨ませるとともに、各開口部は開閉可能な蓋によってそれぞれ塞ぐことが可能に形成されており、
前記中継ユニットは、透明部を有する中空の板状体の内部に埋設された基板の両面に互いに導通させたコネクタをそれぞれ支持した支持体を有し、前記支持体の一方の面には一方のコネクタが前記変位センサの一方の開口部へ挿入されかつ前記変位センサの第１のコネクタに接続されることが可能なように突設され、前記支持体の他方の面には他方のコネクタが前記変位センサの他方の開口部へ挿入されかつ前記変位センサの第２のコネクタに接続されることが可能なように突設されており、前記板状体の内部に、各コネクタと変位センサのコネクタとが導通したときに点灯動作させる発光体が前記透明部をとおして視認し得るように配設されて成る変位計測装置。