JP3944020B2

JP3944020B2 - 光電センサ

Info

Publication number: JP3944020B2
Application number: JP2002223561A
Authority: JP
Inventors: 数博大塚
Original assignee: サンクス株式会社
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004061430A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出領域に光を投射する投光部と、検出領域からの透過光又は反射光を受光する受光部とを備えて、物体の有無により変化する受光部での受光レベルと閾値との比較に基づいて検出動作を行う光電センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光電センサには、閾値を自動的に設定するティーチング機能を備えたものがある。そのティーチング機能の従来の方法についていわゆる反射型センサを例に挙げて説明する。反射型センサでは、例えば、並設した投光部及び受光部を、物体が順次通過する検出領域に向けて配置する。検出領域に物体があるときは投光部からの光が物体に反射して受光部に返されて高い受光レベルを示すのに対して、物体がないときは投光部から光は受光部に返されなくなり相対的に低い受光レベルを示す。従ってこの受光レベルと所定の閾値との比較に基づき物体検出が可能になるのである。
【０００３】
ここで、閾値を設定するには、この配置状態でティーチング機能をオン動作させる。すると、図７（Ａ）左図に示すように、受光部での受光レベルを所定の測定時間取り込んで、取得された受光レベルの最大値Ａと最小値Ｂとを抽出し、これらの中間レベルＣを閾値として設定するよう動作する。従って、ティーチング機能をオン動作させるだけで自動的に閾値を設定することができるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば上記測定時間中に外乱ノイズにより受光レベルが一時的に大きく変化することがある。例えば、図７（Ａ）右図に示すように外乱ノイズにより物体があるときの受光レベルが一時的に高くなると、そのときの受光レベルを最大値Ａ’として抽出してしまう。そうすると、閾値は正常状態で物体があるときの受光レベルＡに近接したレベルＣ’に設定されてしまい、物体があるにもかかわらず物体なしと判定する誤動作を引き起こし易くなってしまう。
【０００５】
また、例えば検出領域を通過する複数の物体が様々な形状或いは反射率のものである場合や、例えば周囲からの外乱光が受光部に不規則的に入光する場合には、図７（Ｂ）に示すように、物体があるときとないときとのそれぞれの受光レベルにバラツキが生じてしまうことがある。そうすると、従来のものでは、取り込まれた受光レベルの最大値Ｄと最小値Ｅとの中間レベルＦに閾値を設定しまう。従って、閾値は検出領域に３番目の物体が通過した後の物体が存在状態での受光レベル（同図で４番目の谷となるレベル）に近接したレベルＦに設定されてしまい、やはり上記同様の誤動作を引き起こし易くなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、外乱ノイズや外乱光による影響を抑制し、また種々の物体を検出する場合であってもそれぞれを正確に検出できる最適な閾値を設定することが可能な光電センサを提供するところにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る光電センサは、検出領域に向けて光を出射する投光部と、検出領域からの透過光又は反射光を受光する受光部とを備えて、検出領域内の物体の有無により変化する受光部での受光レベルを閾値と大小比較してその比較結果に基づき物体を検出する光電センサであって、検出領域に物体を通過させたときの受光部での受光レベルに基づき閾値を自動的に設定するティーチング手段を備えたものにおいて、ティーチング手段は、検出領域に検出対象となる物体を通過させたときの受光部での受光レベルに基づき検出領域内に物体があるときの受光レベルと、物体がないときの受光レベルとの中間レベルに仮閾値を設定する仮閾値設定手段と、所定の測定時間内において検出領域に検出対象となる複数の物体を順次通過させたときの受光部での受光レベルを取り込んで、その受光レベルに基づき検出領域内に物体があるとき及び物体がないときの物体有無レベルを順次取得する物体有無レベル取得手段と、物体有無レベル取得手段によって取得された物体有無レベルのうち、仮閾値より高いものの中で最小レベルの物体有無レベルと、仮閾値より低いものの中で最大レベルの物体有無レベルとの中間レベルに閾値を設定する閾値設定手段とを備え、前記物体有無レベル取得手段は、前記受光レベルの所定単位時間内の変動幅が所定範囲内となったときの受光レベルを前記物体有無レベルとして順次取得するところに特徴を有する。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１の構成によれば、検出領域内に物体が通過したときの受光部での受光レベルに基づき物体があるときとないときの受光レベルの中間レベルに仮閾値が設定される。また、物体有無レベル取得手段により検出領域に物体があるとき及びないときの物体有無レベルが順次取得され、それらのうち、仮閾値設定手段に設定されている仮閾値より高いものの中で最小レベルの物体有無レベルと、仮閾値より低いものの中で最大レベルの物体有無レベルとの中間レベルに閾値が設定される。
【００１０】
ここで、例えば図１（Ａ）中、仮閾値が物体があるときとないときの正常時の受光レベルの間のいずれかのレベルＸに設定されているとする。ここで、一時的な外乱ノイズにより受光レベルの最大値が一時的に大きくなる場合であっても、本発明の構成によれば、この仮閾値Ｘに最も近い上下１つずつの物体有無レベルＡ，Ｂの中間レベルＣに正式な閾値が設定される。従って、外乱ノイズによる影響を排除して最適な閾値の設定を行うことができ安定した物体検出が可能になる。
【００１１】
また、同図（Ｂ）に示すように検出対象の物体の形状や反射率等の相違や外乱光等の影響により受光レベルにバラツキが生じる場合であっても、本発明の構成によればやはり仮閾値Ｘに最も近い上下１つずつの物体有無レベルＧ，Ｈの中間レベルＹに正式な閾値が設定される。これにより、各種物体通過により変化する受光レベルに対して、それとの大小関係が余裕をもって反転するような最適な閾値に設定することができやはり安定した物体検出が可能になる。
【００１２】
検出領域に物体があるときとないときの受光レベルは、その物体の幅や次の物体との配置間隔に応じた時間だけ所定の変動幅に収まるある程度安定したレベルを示すと考えられる。そこで、請求項１の構成では、物体有無レベル取得手段の１つの方法として、受光レベルの所定単位時間内の変動幅が所定範囲内となったときの受光レベルを順次取得することで物体有無レベルを取得することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について反射型センサ１０を例に挙げて図１ないし図６を参照しつつ説明する。
【００１４】
本発明に係る反射型センサ１０は、図２に示すように、例えばベルトコンベアを順次流れる物体Ｗを検出するためのものであって、ベルトコンベアの側方に配置されるヘッド部１１と、それに導出された信号線に連なり検出箇所から離間した位置に配置可能なセンサ本体１２とからなる。このうち、ヘッド部１１は、ベルトコンベア上の物体Ｗの通過領域に向けて並設される投光素子１３及び受光素子１４と、それぞれに連なる図示しない投光回路及び受光回路とを収容してなる。また、センサ本体１２には、投光回路に対して駆動信号を与えて投光素子１３を発光させ、受光回路を介して受光素子１４からの受光信号レベルを取り込む投受光動作を実行させると共に、後述する制御動作を行うＣＰＵ１５、例えば「検出モード」や「ティーチングモード」等のモード切替など各種の操作を行う操作部１６、メモリ１７と出力回路１８とが備えられている。
【００１５】
操作部１６において物体検出のための「検出モード」に設定されているときには、ＣＰＵ１５により前記投受光動作を行われる。検出領域に物体Ｗがあるときは投光素子１３からの光が物体Ｗに反射して受光素子１４に返されて高い受光信号レベルがＣＰＵ１５に取り込まれる。これに対して、物体Ｗがないときは投光素子１３から光は受光素子１４に返されなくなり低い受光信号レベルがＣＰＵ１５に取り込まれることになる。そして、受光レベルが所定の閾値に比べて低いときは物体なしと判定し、所定の閾値より高いときは物体ありと判定して、ＣＰＵ１５から出力回路１８を介して検出信号が出力される。ここで、安定した物体検出を行うには、物体Ｗがあるときとないときとの受光信号レベルの中間レベルに閾値を設定することが望ましい。
【００１６】
さて、本実施形態の反射型センサ１０のティーチング機能について図３から図５に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
図２に示す配置状態で操作部１６にて「ティーチングモード」に切り換えてオン操作すると、ＣＰＵ１５により図３に示す制御内容が実行される。なお、本実施形態では、仮閾値をも物体有無レベルに基づいて自動設定する構成が適用されている。また、物体有無レベルの取得方法として請求項１の発明に相当する構成が用いられている。
【００１７】
＜仮閾値設定＞
まず、ステップＳ１で測定時間のカウントが開始され、ステップＳ２で図４に示す仮閾値設定ルーチンが実行される。このとき、ＣＰＵ１５は本発明の「閾値設定手段」及び「物体有無レベル取得手段」として機能する。まず、ステップＳ１１で所定の単位時間Ｔ内で例えば８回受光信号レベルをサンプリングし、その変動幅Ｐ及び平均値Ｑを算出する。なお、変動幅Ｐはサンプリングした受光信号レベルの最大レベルと最小レベルとの差によって算出される。次いでステップＳ１２で変動幅Ｐが所定の安定幅Ｌ以内であるかどうかを判定する。安定幅Ｌ以内であれば（ステップＳ１２で「ＹＥＳ」）、前記平均値Ｑが直前にメモリ１７の仮閾値設定用領域に記憶された「安定レベルＺn-1 」と異なるかどうかが判定され、異なれば（ステップＳ１３で「ＹＥＳ」）平均値Ｑを安定レベルＺn として記憶する。
【００１８】
一方、変動幅Ｐが安定幅Ｌより大きいとき（ステップＳ１２で「ＮＯ」）、又は、平均値Ｑが直前の安定レベルＺn-1 と略同レベルであるとき（ステップＳ１３で「ＮＯ」ときは再び上記ステップＳ１１に戻り上記の一連の処理（ステップＳ１１〜Ｓ１４）を繰り返す。そして、安定レベルの数が２つ記憶されたときに（ステップＳ１５で「ＹＥＳ」）、その２つの安定レベルの中間レベルを「仮閾値Ｘ」としてメモリ１７の仮閾値用領域に記憶する。
【００１９】
＜正式閾値設定＞
次に、正式な閾値の設定についは、図５に示す正式閾値ルーチンが実行される。このとき、ＣＰＵ１５は本発明の「閾値設定手段」及び「物体有無レベル取得手段」として機能する。まず、上述の仮閾値設定ルーチンと同様に、ステップＳ２１〜２３において、所定単位時間Ｔ内ので変動幅Ｐが安定幅Ｌ以内であるかどうかが判定され、平均値Ｑが直前に記憶された安定レベルＺn-1 と異なるかどうかが判定される。そして、ステップＳ２４でこの平均値Ｑが前記仮閾値Ｘ以上であればメモリ１７の高平均値用領域に、仮閾値Ｘより小さければ低平均値用領域に安定レベルＺn としてそれぞれ記憶する。そしてこれらの処理（ステップＳ２１〜Ｓ２４）を測定時間終了まで順次繰り返した後に、ステップＳ２６にて高平均値用領域に記憶された安定レベルの最小値と低平均値用領域に記憶された安定レベルの最大値とを抽出し、その中間レベルを正式閾値Ｙとしてメモリ１７の正式閾値用領域に書き込んで、これにてティーチングモードの動作が終了する。
【００２０】
次いで、上記ＣＰＵ１５の処理による本実施形態の反射型センサ１０の作用効果について図１（Ｂ）及び図６を用いて具体的に説明する。なお、図６中の波形は受光信号レベルの波形を示し、その波形に沿って同等間隔で配列された四角形は前記所定単位時間Ｔ毎の変動幅Ｐを示す。
ＣＰＵ１５に取り込まれる受光信号レベルの波形は、物体Ｗの形状、反射率や配置の向きの相違（図２参照）、或いは、周囲からの不規則的な外乱光の入光等によって図１（Ｂ）に示すようなバラツキのある波形を示す。
【００２１】
ＣＰＵ１５は単位時間Ｔ内の変動幅Ｐを安定幅Ｌと順次比較していき、安定幅Ｌ以下になったとき（図６で最初に波形が平らになったとき）の受光レベルが第１安定レベルＺ1 として記憶される。次いで、次の単位時間Ｔでも変動幅Ｐは安定レベル以内となるがその平均値Ｑは前記第１安定レベルＺ1 と同等レベルであるから記憶されない。その後、受光レベルが安定幅Ｌを超える変動幅Ｐで減少し、再び平らになったときの単位時間Ｔ内の平均値Ｑが第２安定レベルＺ2 として記憶され、その中間レベルが仮閾値Ｘとして記憶されることになる。その後、順次安定レベルＺn を仮閾値Ｘより高いもの（図１でＺ3,Ｚ5,Ｚ7,Ｚ9...）と、低いもの（同図でＺ4,Ｚ6,Ｚ8,Ｚ10...）とに分けて記憶し、そのうち仮閾値Ｘに最も近い２つのレベルＺ5，Ｚ6の中間レベルに正式閾値Ｙが設定されることになる。この正式閾値Ｙは、いずれの物体Ｗの通過時の受光レベルに対しても余裕をもって大小関係が反転するレベルであり、これにより安定した物体検出が可能な最適な閾値に設定することができる。
【００２２】
また、本実施形態では所定単位時間Ｔ内での変動幅Ｐが安定幅Ｌ以下である場合のみ物体有無レベルとして記憶する構成としているので、例えば図６に示すように外乱ノイズが発生したときでも、その外乱ノイズによって受光信号レベルが大きく変動する場合には、そのときの受光レベルは安定レベル、つまり物体有無レベルとして記憶されない。逆に安定幅Ｌ以内に収まる程度の外乱ノイズであれば、たとえそのときの受光レベルを物体有無レベルとして記憶しこれに基づいて閾値が設定されたとしても閾値設定にそれほど影響はないと考えられる。つまり、本構成であれば物体有無レベルの取得にあたり一時的な外乱ノイズを事前に排除することができる。
【００２３】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、反射型センサ１０に適用した例を説明したが、これに限らず、検出領域を挟んで投光部及び受光部を配置する、いわゆる透過型センサに適用しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作用効果を説明するための受光レベルの波形図
【図２】本発明の一実施形態に係る反射型光電センサの部分的斜視図
【図３】ティーチング時の制御内容を示すフローチャート
【図４】仮閾値設定ルーチンを示すフローチャート
【図５】正式閾値設定ルーチンを示すフローチャート
【図６】受光信号レベルの波形図
【図７】従来説明のための受光レベルの波形図
【符号の説明】
１０…反射型センサ
１３…投光素子
１４…受光素子
１５…ＣＰＵ
１７…メモリ
Ｔ…単位時間
Ｗ…物体
Ｘ…仮閾値
Ｙ…正式閾値
Ｚn…安定レベル（物体有無レベル）

Claims

検出領域に向けて光を出射する投光部と、前記検出領域からの透過光又は反射光を受光する受光部とを備えて、前記検出領域内の物体の有無により変化する前記受光部での受光レベルを閾値と大小比較してその比較結果に基づき前記物体を検出する光電センサであって、
前記検出領域に前記物体を通過させたときの前記受光部での受光レベルに基づき前記閾値を自動的に設定するティーチング手段を備えたものにおいて、
前記ティーチング手段は、
前記検出領域に検出対象となる物体を通過させたときの前記受光部での前記受光レベルに基づき前記検出領域内に前記物体があるときの受光レベルと、前記物体がないときの受光レベルとの中間レベルに仮閾値を設定する仮閾値設定手段と、
所定の測定時間内において前記検出領域に検出対象となる複数の物体を順次通過させたときの前記受光部での受光レベルを取り込んで、その受光レベルに基づき前記検出領域内に前記物体があるとき及び前記物体がないときの物体有無レベルを順次取得する物体有無レベル取得手段と、
前記物体有無レベル取得手段によって取得された前記物体有無レベルのうち、前記仮閾値より高いものの中で最小レベルの物体有無レベルと、前記仮閾値より低いものの中で最大レベルの物体有無レベルとの中間レベルに前記閾値を設定する閾値設定手段とを備え、
前記物体有無レベル取得手段は、前記受光レベルの所定単位時間内の変動幅が所定範囲内となったときの受光レベルを前記物体有無レベルとして順次取得することを特徴とする光電センサ。