JP4186216B2 - センサシステム、処理装置および拡張ユニット - Google Patents

Description

本発明は、センサ検出部の出力を処理して所要のデータを得ることができるセンサシステムおよびこのセンサシステムに好適な処理装置および拡張ユニットに関する。

センサ、例えば、光学式の変位センサでは、光源からの光を、投光光学系を介して検出対象物体の表面に照射し、検出対象物体の表面に生じた光像を、受光用光学系を介して別の角度から位置検出素子で受光し、位置検出素子の出力に基づき、三角測距演算により物体の高さなどが計測される。

かかる変位センサを用いて、生産ラインにおける各種の検出対象物体の厚みや数などの計測が行われている(例えば、特許文献１参照)。

変位センサの出力には、ノイズが含まれており、このため、従来では、ノイズを抑制するために、変位センサの出力信号を積算して平均化処理したり、あるいは、特定の周波数以上あるいは以下の信号成分をカットするようにフィルタをかけるようにしている。
特開２００３-３３７９８８号公報

しかしながら、上述のように平均化処理を行ってノイズを抑制しようとすると、例えば、高さが僅かに変化する段差部分を検出したいような場合には、段差部分にも平均化処理が行われるために、検出が困難になってしまう。

また、フィルタをかける場合には、特定の周波数を、何Ｈｚに設定すればよいかが明確でなく、試行錯誤的に行わざるを得ないといった難点がある。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、センサの出力から所要のデータを容易に得られるようにすることを目的としている。

本発明のセンサシステムは、センサ検出部と、該センサ検出部の出力から取得した計測データを、設定値に応じてフィルタ処理して処理データを算出するフィルタ処理部を有する処理装置と、該処理装置から出力される前記計測データおよび前記処理データを波形表示する表示部を有するとともに、前記処理装置に対する前記設定値を設定するために操作される操作部を有する表示装置とを備えるセンサシステムであって、前記処理装置は、前記表示装置から得られた前記設定値に応じて設定値を更新し、前記フィルタ処理部は、前記計測データを前記設定値に応じてフィルタ処理して前記処理データを算出し、前記表示装置は、前記表示部に、前記計測データの時間領域グラフと前記処理データの時間領域グラフとを、いずれも時間目盛りと振幅目盛りのグラフで波形表示するとともに、前記操作部による前記設定値として、前記計測データの表示波形に基づく除去対象信号の振幅および時間幅を設定するための設定領域および該設定領域に設定される設定値を表示し、前記処理装置の前記フィルタ処理部は、前記表示部の前記設定領域に設定された前記除去対象信号の振幅および時間幅に基づく波形の傾きを用いて、前記計測データに対して、ローパスフィルタ処理およびハイパスフィルタ処理の少なくともいずれか一方のフィルタ処理を行なって前記処理データを算出する。

本発明によると、センサ検出部の出力から取得される計測データが、表示装置に波形表示されるので、表示された波形に基づいて、処理装置や拡張ユニットに対して計測データを処理するための設定値を設定することができ、処理装置や拡張ユニットは、設定値に応じた処理が可能となる。これによって、計測データの処理に必要な設定値を、計測データの波形を見て容易に適切に設定できることになる。

また、計測データと、計測データを設定値に応じて処理することで得られた処理データとを波形表示できるので、処理データの波形と、処理前の計測データの波形とを比較して、適切な設定値を容易に設定できる。計測データの波形と処理データの波形は同時に表示しても良い。

また、本発明によると、表示装置には、フィルタ処理される前の計測データと、設定値に応じてフィルタ処理された後の処理データとを波形表示できるので、フィルタ処理の前後の波形を比較して適切なフィルタ処理のための設定値を容易に設定できる。フィルタ処理の前後の波形は同時に表示しても良い。

表示画面にはこの設定値を読み取り易くするために、座標の目盛りや座標軸方向の間隔を測定するためのカーソルを表示することもできる。

更に、本発明によると、表示部に表示される計測データの波形に基づいて、例えば、フィルタ処理によって除去すべき信号や抽出すべき信号を、その振幅(レベル)や時間幅で容易に設定することができる。

本発明によると、表示装置から計測データの波形に基づいて、設定値の設定を行うことによって、フィルタ処理部は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、あるいは、バンドパスフィルタとして処理を行うことができる。

本発明の他の実施態様においては、前記フィルタ処理部は、前記ハイパスフィルタのフィルタ処理では、時間的に前後する計測データの差を、前記操作部による設定に応じた減算方向で算出するものである。

この実施態様によると、ハイパスフィルタのフィルタ処理では、時間的に前後する計測データの差を算出するための減算方向を選択できるので、フィルタ処理前の計測データの信号の極性が、例えば、負であっても、前記選択によって、フィルタ処理後の計測データの信号の極性を、例えば、正にすることができる。

本発明の更に他の実施態様においては、前記フィルタ処理部は、前記ハイパスフィルタのフィルタ処理では、前記算出される減算結果が負であるときには、ゼロレベルの信号を出力するものである。

この実施態様によると、ハイパスフィルタとしての処理では、時間的に前後する計測データの減算結果が負であるときには、ゼロレベルの信号としているので、フィルタ処理後の計測データの信号が、正および負の両側に出力されることがない。

本発明の他の実施態様においては、前記処理装置あるいは拡張ユニットは、処理した後の計測データの信号波形の時間幅が、前記操作部で設定された時間幅未満であるときには、前記信号波形の時間幅を、設定された前記時間幅に保持する波形保持部を有するものである。

この実施態様によると、処理後の計測データの信号波形の時間幅が短くても設定した時間幅の波形とされるので、抽出した信号が見易いものとなる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記処理装置あるいは拡張ユニットは、前記センサ検出部の出力から取得した前記計測データを蓄積するデータ蓄積部を備え、前記表示装置の前記操作部によって設定された設定値に応じて、前記データ蓄積部に蓄積した計測データを処理可能である。

この実施態様によると、センサ検出部の出力から取得した計測データに対して処理を行うだけではなく、データ蓄積部に蓄積した計測データに対して処理することもできるので、表示装置において、例えば、設定値を変更してその変更した値が適切であるか否かを波形表示して確認するときには、データ蓄積部に蓄積した計測データに対して、変更した設定値に応じた処理を行って表示装置に波形表示することが可能となり、これによって、設定値を変更してその効果を波形表示して確認するような場合に、センサ検出部で検出して計測データを新たに取得する必要がない。

本発明の他の実施態様においては、処理装置は、前記センサ検出部の出力から前記計測データを取得するアンプユニットと、該アンプユニットに接続されるとともに、前記設定値に応じて前記計測データを処理する拡張ユニットとを備えている。

この実施態様によると、アンプ分離型センサのアンプユニットに、拡張ユニットを接続することにより、アンプユニットからの計測データに対して、設定値に応じた処理を行うことが可能となる。

本発明によると、センサ検出部の出力から取得される計測データが、表示装置に波形表示されるので、表示された波形に基づいて、処理装置や拡張ユニットに対して計測データを処理するための設定値を設定することができ、処理装置や拡張ユニットは、設定値に応じた処理が可能となる。これによって、計測データの処理に必要な設定値を、計測データの波形を見て容易に適切に設定できることになる。

以下に、本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係るセンサシステムを示す概略構成図であり、このセンサシステムは、ロールシート３０の継ぎ目を検出してその継ぎ目部分からロールシート３０を引き出すためのアプリケーションに適用した例を示している。なお、ロールシート３０の継ぎ目の検出に限らず、缶やパイプなどの継ぎ目の検出にも同様に適用できるのは勿論である。

このセンサシステムは、アンプ分離型変位センサのセンサヘッドユニット９の出力から計測データを取得するとともに、該計測データをフィルタ処理する処理装置３１と、該処理装置３１から与えられる計測データおよびフィルタ処理後の計測データを波形表示するとともに、前記フィルタ処理のフィルタ特性などの設定を行なう表示装置としてのパソコン２６とを備えている。

センサ検出部としてのセンサヘッドユニット９は、後述のようにして測定対象物であるロールシート３０の表面までの距離に対応した出力を与える。

処理装置３１は、アンプ分離型変位センサのセンサヘッドユニット９に接続されたアンプユニット２と、該アンプユニット２に隣接結合された拡張ユニット１とを備えている。

表示装置としてのパソコン２６は、拡張ユニット１接続されている。

図２は、処理装置３１を構成する拡張ユニット１とアンプユニット２との隣接結合状態を示す斜視図であり、図５は、分離した状態の斜視図であり、図６は、拡張ユニット１の斜視図である。これらの図に示されるように、拡張ユニット１とアンプユニット２とは、この例ではＤＩＮレール３を介して隣接結合状態で１列に連装される。

この例では、拡張ユニット１のケース４とアンプユニット２のケース５とは同一の規格を有する。それらのケース４，５はＤＩＮレール３と直交する方向へやや細長い直方体形状の形態を有する。すなわち、拡張ユニット１のケース４は、前面４ａと、後面４ｂと、左側面４ｃと、右側面４ｄと、上面４ｅと、底面４ｆとが設けられ、六面体の箱状形態を有する。

同様に、アンプユニット２のケース５は、前面５ａと、後面５ｂと、左側面５ｃと、右側面５ｄと、上面５ｅと、底面５ｆとが設けられ、六面体の形態を有する。

アンプユニット２の前面５ａからは、第１の電気コード６が引き出されている。この第１の電気コード６には、外部入力線、外部出力線、電源線などが含まれている。外部入力線は例えばＰＬＣ等からアンプユニット２に対して各種の指令を外部から与えるためのものであり、外部出力線はアンプユニット２の内部で生成されたスイッチング出力やアナログ出力などを外部の例えばＰＬＣ等へ出力するためのものであり、電源線はアンプユニット２の内部回路に対する電源を供給するためのものである。

アンプユニット２の後面５ｂから引き出された第２の電気コード７には、センサヘッドユニット９との間で信号をやりとりする各種の信号線が含まれている。これらの信号線の中には、センサヘッドユニット９において生成された受光光量信号などが含まれている。この第２の電気コード７の先端には丸形コネクタ８が取り付けられている。この丸形コネクタ８は、センサヘッドユニット９から引き出された電気コード１２の先端に取り付けられた同様な丸形コネクタ１３と結合される。

センサヘッドユニット９の斜視図が図３に示されている。同図に示されるセンサヘッドユニット９は、直方体状のケース１０を有する。ケース１０の前面側には投受光窓１１が設けられ、また後面側からは電気コード１２が引き出され、その先端には丸形コネクタ１３が取り付けられている。そして、この丸形コネクタ１３と先ほどの丸形コネクタ８とが結合される。このようにアンプ分離型の光電センサにあっては、丸形コネクタ１３と丸形コネクタ８とを着脱することによって、必要に応じ、アンプユニット２とセンサヘッドユニット９とを分離することができる。なお、当業者にはよく知られているように、センサヘッドユニット９内には、図４に示されるように、光源９ａ、投光光学系９ｂ、受光光学系９ｃ、位置検出素子９ｄ、図示しない投光用並びに受光用回路等が内蔵されている。そして、投光用回路への入力信号や受光用回路からの出力信号等が電気コード１２を流れることとなる。センサヘッドユニット９は、三角測距法の原理で測定対象物の表面（Ｓ１，Ｓ２）までの距離（Ｌ１，Ｌ２）を計測することができる。

再び図２に戻って、拡張ユニット１の後面４ｂからは第３の電気コード１４が引き出され、この第３の電気コード１４の先端にはパソコン側の該当するコネクタと接続されるＲＳ-２３２Ｃコネクタ１５が取り付けられている。第３の電気コード１４内には、拡張ユニット１とパソコンＰＣとの間でデータのやりとりを行うための通信線が含まれている。

拡張ユニット１の前面４ａからは第４の電気コード１６が引き出されている。この第４の電気コード１６には、外部入力線、外部出力線、電源線などが含まれている。外部入力線はこの拡張ユニット１に対して各種の指令を外部のＰＬＣ等から与えるものであり、外部出力線はこの拡張ユニット内部で生成された各種の信号（詳細は後述する）を外部のＰＬＣ等へ出力するためのものであり、電源線は拡張ユニット１の内部回路に対する電源を供給するためのものである。図から明らかなように、拡張ユニット１のケース４のサイズは、ＲＳ-２３２Ｃコネクタ１５のサイズと比較して明らかなように、十分小型に設計されている。

拡張ユニット１の上面には開閉可能な透明カバー４ｇが設けられている。また、この透明カバー４ｇの下には、当該拡張ユニット１における各種の指令操作や動作表示などを行うための操作表示部２３が設けられている。

アンプユニット２の上面にも開閉可能な透明カバー５ｇが設けられている。また、この透明カバー５ｇの下には、当該アンプユニット２における各種の指令操作や動作表示などを行うための操作表示部２５が設けられている。

図２、図５および図６を参照して明らかなように、拡張ユニット１のケース４は比較的小型に構成されてはいるものの、ＤＩＮレール取付状態においてユーザと対面するその上面４ｅを有効に活用してここに操作表示部２３を配置しているのである。このような操作表示部２３の配置を可能としているのは、ケース４内にＲＳ-２３２Ｃコネクタ１５を無理やり組み込むことなく、このＲＳ-２３２Ｃコネクタ１５をケース４から引き出された第３の電気コード１４の先端に取り付けているからである。このような構成を採用すると、ＲＳ-２３２Ｃコネクタ１５に無理な力が掛かったとしても、そのような力が第３の電気コード１４によって干渉されるため、本体ケース４に損傷を与えることがない。逆に、拡張ユニット１のケース４にＲＳ-２３２Ｃコネクタ１５を固定的に取り付けたとすれば、コネクタの接続離脱作業に際し、ケース４側に無理な力が掛かって、ケースを破損させたり、コネクタの接続不良を発生させたりする虞れがある。

拡張ユニット１のケース４及びアンプユニット２のケース５の左右両側面には、スライド蓋１７及びスライド蓋１８が設けられている。これらのスライド蓋１７，１８を開くと、その内部にはコネクタ窓１９が臨み、その窓の中に隣接結合コネクタ２０が露出する。従って、拡張ユニット１とアンプユニット２とは相対向する側面に露出する隣接結合コネクタ２０，２２同士を噛み合わせることによって、電気的並びに機械的に結合される。この隣接結合コネクタ２０，２２は、後述する第１の伝送ライン（ＢＢ）並びに第２の伝送ライン（ＢＳ０，ＢＳ１）の双方を含んでいる。

拡張ユニット１とアンプユニット２とを隣接結合させると、図２に示されるように、拡張ユニット１の後面４ｂから引き出された第３の電気コード１４とアンプユニット２の後面５ｂから引き出された第２の電気コード７とは同一の方向へ引き出される結果となる。他方、アンプユニット２の前面５ａから引き出された第１の電気コード６と拡張ユニット１の前面４ａから引き出された第４の電気コード１６とは、ＤＩＮレール３と直交する方向で電気コード７，６とは反対の方向へと延びる結果となる。そのため、これらのユニット１，２を制御盤の盤面などにＤＩＮレール３を介して取り付ける場合においても、電気コード６，７，１４，１６が機能別に整理されて引き出される結果、その取り扱いが簡便なものとなる。なお、図２、図５、図６において、２１はＤＩＮレール３との結合を行うためのＤＩＮレール嵌合溝である。

拡張ユニット１の操作表示部２３の一例を示す構成図が図７に示されている。同図に示されるように、操作表示部２３には、第１の７セグメント表示器２３ａと、第２の７セグメント表示器２３ｂと、４方向シフトキーを構成する左方向キー２３ｃ，上方向キー２３ｄ，右方向キー２３ｅ，下方向キー２３ｆと、１個の押しボタンキー２３ｇとが設けられている。これらのキー２３ｃ〜２３ｇを適宜操作しつつ、第１並びに第２の７セグメント表示器２３ａ，２３ｂに様々なデータを表示させることによって、後述するフィルタ処理の選択や設定データの選択さらには各種の操作指令を与えることができる。

次に、図８、図９、及び図１０を参照しながら、拡張ユニット１並びにアンプユニット２の電気的なハードウェア構成について説明する。

図１に対応するセンサシステム全体のハードウェア構成図が図８に示されている。同図に示されるように、このセンサシステムには、表示装置としての例えばノート型のパソコン２６と、処理装置３１を構成する１台の拡張ユニット１およびこの拡張ユニット１に接続された１台のアンプユニット２とが含まれている。

パソコン２６と拡張ユニット１とは、先に説明したように、コネクタ１５並びに電気コード１４を介して結合される（図２参照）。

拡張ユニット１内にはドライバＩＣ１０１とＣＰＵ１０２とが含まれている。ドライバＩＣ１０１はＲＳ-２３２Ｃ通信をサポートする。ＣＰＵ１０２には、図示しないが当該
拡張ユニット１の機能を定義するファームウェアを格納するプログラムメモリと、プログラムメモリ内のファームウェアを実行するマイクロプロセッサとが含まれている。

この拡張ユニット１のより詳細な内部構成を示す回路ブロック図が図９に示されている。同図に示されるように、拡張ユニット１内には、ＣＰＵ１０２と、アンプユニット側回路ボード１０３と、パソコンとの通信を実現するためのＲＳ-２３２Ｃドライバ１０１と、操作表示部２３を構成する操作部２３-１と表示部２３-２と、が含まれている。また、アンプ側の回路ボード１０３には、アンプとの接続コネクタ（右側）２２と、電流の流入防止回路（電源非投入時の）１０４とが含まれている。外部入力回路１０５は、外部入出力線を介してＰＬＣ等から到来する各種の指令を、ＣＰＵ１０２へ入力するために使用される。アナログ出力回路１０６は、当該拡張ユニット１内で生成された各種のアナログ出力を外部入出力線を介して外部へと出力するためのものである。外部出力回路１０７は、当該拡張ユニットで生成された各種の信号をＰＬＣ等へ通ずる外部入出力線へと出力するためのものである。

次に、図８に戻って、アンプユニット２の内部構成について説明する。アンプユニット２の内部には、当該アンプユニットの機能を定義するファームウェアを格納するプログラムメモリと、プログラムメモリ内のファームウェアを実行するマイクロプロセッサとを含むＣＰＵ２０１が含まれている。アンプユニット２内のＣＰＵ２０１は、伝送方向の異なる２本のシリアルバスラインＢＳ０，ＢＳ１を介して拡張ユニット１と結ばれている。加えて、拡張ユニット１内のＣＰＵ１０２と、アンプユニット２内のＣＰＵ２０１とは、バケツリレー方式でシリアルにデータを転送するシリアル伝送ラインＢＢによっても順に結ばれている。

シリアルバスラインＢＳ０，ＢＳ１は主としてコマンドやプログラムデータの送受信などに使用されるのに対し、バケツリレー方式でデータを伝送する伝送ラインＢＢは、アンプユニット内で生成された計測データを拡張ユニット１へと垂れ流し的に送り出すのに使用される。なお、この伝送ラインＢＢを使用したデータ転送に際しては、ハンドシェイク処理が併用される。

アンプユニット２の内部回路のより詳細な構成が図１０のブロック図に示されている。同図に示されるように、アンプユニット２の内部には、ＣＰＵ２０１と、電流の流入防止回路（電源非投入時の）２０２と、パソコンとの接続コネクタ２０３と、電源リセット回路２０６と、ＥＥＰＲＯＭ２０７と、外部入力回路２０８と、アナログ出力回路２０９と、外部出力回路２１０とが含まれている。

先に述べたように、ＣＰＵ２０１は、図示しないが、当該アンプユニットの機能を定義するファームウェアを格納するプログラムメモリと、プログラムメモリ内のファームウェアを実行するマイクロプロセッサとを含んでいる。アナログ出力回路２０９は、当該アンプユニット２内で生成された各種のアナログ出力を外部入出力線を介して外部へと出力するためのものである。外部出力回路２１０は、当該アンプユニットで生成されたＨＩＧＨ ，ＰＡＳＳ，ＬＯＷなどの判定出力を外部入出力線へと出力するものである。外部入力回路２０８は、外部入出力線を介して到来する各種の指令を、ＣＰＵ２０１へ入力するために使用される。

次に、拡張ユニット１並びにアンプユニット２のソフトウェア構成について説明する。

アンプユニット２の処理を概略的に示すフローチャートが図１１に示されている。アンプユニットの処理は、同図（ａ）に示される通常処理と、同図（ｂ）に示される計測判定処理とを含んでいる。

通常処理においては、同図（ａ）に示されるように、電源投入に続いてキー入力受付処理（ステップ１３０２）並びに外部入力受付処理（ステップ１３０３）を実行する。キー入力受付処理（ステップ１３０２）では、図１０に示される操作部２５-１からの信号をチェックすることによって、操作部２５-１において何らかのキー入力操作が行われたかどうかを判定する。外部入力受付処理（ステップ１３０３）では、外部入力回路２０８からの信号をチェックすることによって、外部入力線を介して何らかの指令が到来したかどうかを判定する。

続く入力対応処理（ステップ１３０４）は、以上のステップで受け付けられたキー入力若しくは外部入力に基づいて、様々な処理を実行する。

次に、計測判定処理では、同図（ｂ）に示されるように、投光処理（ステップ１３１２）並びに受光処理（ステップ１３１３）を実行して、検出対象物体に対してパルス光の照射を行い、続いて計測処理（ステップ１３１４）を実行する。この計測処理（ステップ１３１４）では、変位センサの固有アルゴリズムに従って、検出対象物体との距離（図４のＬ１，Ｌ２に相当）に相当する計測データを取得する。

続く計測データ転送処理（ステップ１３１５）では、上記の処理で得られた計測データを拡張ユニットへとＨＳ送信する。

続く判定処理（ステップ１３１６）では、計測処理（ステップ１３１４）で得られた計測データに対し、１若しくは２以上の判定基準値を適用して所定の判定処理を行い、計測対象物体である工業製品などの製品良否の判定等を行う。この判定は例えば、ＬＯＷ（低すぎ又は小さすぎ），ＰＡＳＳ（良），ＨＩＧＨ（高すぎ又は大きすぎ）等として行われる。

続く出力処理（ステップ１３１７）では、上記判定処理（ステップ１３１６）で得られた判定結果を、外部出力回路２１０へ与えることによって、外部出力線から判定出力を送り出す。

次に、拡張ユニットの処理を概略的に示すフローチャートが図１２に示されている。同図に示されるように、この拡張ユニットの処理の全体は、同図（ａ）に示される通常処理と、同図（ｂ）に示される上位割込処理と、同図（ｃ）に示されるＳＨ受信割込処理とを含んでいる。

まず、通常処理では、同図（ａ）に示されるように、電源投入により処理が開始され、アンプユニットの場合と同様にして、キー入力受付処理（ステップ１４０２）並びに外部入力受付処理（ステップ１４０３）を実行した後、入力対応処理（ステップ１４０４）並びにルーチン処理（ステップ１４０５）を実行する。これら２つの処理（ステップ１４０４，１４０５）は、キー入力や外部入力に応じた様々な処理を実行するものである。

上位割込処理は、同図（ｂ）に示されるように、上位（ＰＣ）からのコマンド受信により割込にて実行を開始され、例えばパソコンからのコマンドに応じた様々な処理を実行する。この処理の中には、後に詳述するように、フィルタ処理の設定値の受信および設定値の設定処理が含まれる。

ＳＨ受信割込処理は、同図（ｃ）に示されるように、アンプユニットからのＳＨ信号の受信によって割込により実行を開始されるものであり、その詳細についても、後に各種の機能説明と共に行うものとする。

次に、上述の図１に示したロールシートの継ぎ目の検出に適用して詳細に説明する。

変位センサ９の出力から取得される計測データは、図１３(ａ)の変位波形の概略図に示されるように、ロールシート３０の偏芯などによって、緩やかなうねりを含んだり、あるいは、ロールシート３０表面の傷などに起因する急峻な変化を含んでいる。すなわち、計測データには、低い周波数あるいは高い周波数のノイズを含んでおり、かかる計測データから検出しようとする継ぎ目(段差)に対応する信号を抽出するための閾値を設定するのは容易でない。

このため、変位センサの出力を積算して平均化処理したり、あるいは、特定の周波数以上あるいは以下の信号成分をカットするようにフィルタをかけることも考えられるが、上述のように平均化処理を行うと、高さが僅かに変化する継ぎ目部分にも平均化処理が行われるために、検出が困難となり、また、フィルタをかける場合には、特定の周波数を、何Ｈｚに設定すればよいかが明確でないといった難点がある。

そこで、この実施の形態では、先ず、計測データの変位波形を、パソコン２６の表示部に波形表示し、ユーザは、この変位波形に基づいて、拡張ユニット１によるフィルタ処理のフィルタ特性を設定し、これによって、拡張ユニット１は、パソコンで設定された設定値に応じたフィルタ処理を行うものであって、フィルタ処理後には、図１３(ｂ)に示される出力を得るものである。

パソコン２６からの設定は、図１４(ａ)の計測データの変位波形の概略図に示されるように、除去したい信号(ノイズ)の時間幅Ｔｎおよび振幅(レベル)Ｌｎ並びに検出したい信号の時間幅Ｔｓを設定する。

かかる設定は、上位割り込みとして拡張ユニット１に送信され、拡張ユニット１では、設定された値に応じて後述のようにフィルタ処理を行うものであり、これによって、設定された時間幅Ｔｎよりも小さく、かつ、振幅Ｌｎよりも大きなノイズを除去するとともに、設定された時間幅Ｔｓで変化する信号を抽出するものである。

なお、この実施の形態では、図１４(ｂ)に示されるように、フィルタ処理後の波形を、後述のように一定時間Ｄｓ保持する波形保持も行うようにしている。

次に、拡張ユニット１によるフィルタ処理の動作を詳細に説明する。

図１５(ａ)は、上述の図１２のルーチン処理１４０５に含まれる処理のフローチャートであり、設定値に応じたフィルタ処理を行って(ステップ１５０１)、パソコン２６に対して、フィルタ処理後の計測データを垂れ流し的に送信するものである(ステップ１５０２)。

また、図１５(ｂ)は、上述の図１２の上位割り込み処理１４１１に含まれる処理のフローチャートであり、パソコン２６からの設定値を受信し(ステップ１６０１)、上述のフィルタ処理における設定値とするものである(ステップ１６０２)。

図１６および図１７は、上述のフィルタ処理の詳細を示すフローチャートである。

図１６は、高域をカットするローパスフィルタとしての処理を示している。先ず、アンプユニット２から計測データＩＮＮを取り込み(ステップ１７０１)、今回取り込んだ入力ＩＮＮと前回の出力ＯＵＴＮ−１との差の絶対値が、変位波形の傾きに対応する上述の振幅Ｌｎ／時間幅Ｔｎよも小さいか否かを判断し(ステップ１７０２)、小さいときには、除去したい信号ではないとして、カウント値Ｃを０とし(ステップ１７０３)、今回の入力ＩＮＮを、今回の出力ＯＵＴＮとして計測データを更新する(ステップ１７０４)。

ステップ１７０２において、前記絶対値が、変位波形の傾きに対応するＬｎ／Ｔｎよも小さくないときには、カウント値Ｃに１を加算し(ステップ１７０５)、加算したカウント値Ｃが、設定された時間幅Ｔｎに対応する時間よりも大きくなったか否かを判断し(ステップ１７０６)、大きくないときには、設定された時間幅Ｔｎよりも短い除去したい信号である可能性があるので、前回の出力ＯＵＴＮ−１を今回の出力ＯＵＴＮとしてデータを更新せず(ステップ１７０７)、また、ステップ１７０６において、加算したカウント値Ｃが、設定された時間幅Ｔｎに対応する時間よりも大きくなったときには、設定された時間幅Ｔｎよりも長い信号、すなわち、除去したい信号ではないとして、今回の入力ＩＮＮを今回の出力ＯＵＴＮとしてデータを更新し(ステップ１７０８)、次の図１８に示される処理に移行する。

この図１６に示されるフィルタ処理によって、例えば、図１７(ａ)に示される入力ＩＮに対してフィルタ処理後の出力ＯＵＴは、図１７(ｂ)に示されるようになる。

すなわち、例えば、第１の信号Ｓ１は、変化が小さいので、除去したい信号でないとして、そのまま出力され、第２の信号Ｓ２は、変化が大きく、しかも、時間幅が設定された時間幅Ｔｎよりも大きいので、除去したい信号でないとして、設定された時間幅Ｔｎ分遅れて出力されるのに対して、第３の信号Ｓ３は、変化が大きく、しかも、時間幅が設定された時間幅Ｔｎよりも小さいので、除去したい信号、すなわち、ノイズとして除去されることになる。

このようにして、高域のノイズをカットすることができる。

次に、図１８に示されるハイパスフィルタとしてのフィルタ処理によって、低域をカットする。

先ず、時間幅Ｔｓを判定し(ステップ１８０１)、Ｔｓ＝０であるときには、ハイパスフィルタとしてのフィルタ処理の設定は行われておらず、この場合は、次の処理に移行する。Ｔｓ＞０であるときには、今回取り込んだ入力ＩＮＮから時間幅Ｔｓ前に相当する入力ＩＮＮ−Ｔｓを減算して出力ＯＵＴＮを算出してステップ１８０３に移行する。また、ステップ１８０１において、Ｔｓ＜０であるときには、時間幅Ｔｓ前に相当する入力ＩＮＮ−Ｔｓから今回取り込んだ入力ＩＮＮを減算して出力ＯＵＴＮを算出してステップ１８０３に移行する(ステップ１８０４)。

このように、設定される時間幅Ｔｓの正負に応じて、減算方向を異ならせるのは、入力される計測データが、プラスあるいはマイナスのいずれの極性であっても、常に、プラスの極性として出力できるようにするためである。

ステップ１８０３においては、算出した出力ＯＵＴＮが正であるか否かを判断し、正であるときには、算出した出力ＯＵＴＮを、今回の出力ＯＵＴＮとしてデータを更新する(ステップ１８０５)。また、ステップ１８０３においては、算出した出力ＯＵＴＮが正でないときには、今回の出力ＯＵＴＮを０としてデータを更新して次の処理に移行する(ステップ１８０５)。

このように算出された出力ＯＵＴＮが正であるか否かに応じて、今回の出力ＯＵＴＮを、算出された出力ＯＵＴＮあるいは０としてデータを更新するのは、プラスの極性のみの出力を得るためである。

この図１８に示されるフィルタ処理によって、例えば、図１９ (ａ)に示される入力ＩＮと図１９(ｂ)に示される時間幅Ｔｓ前の入力ＩＮとの間で減算を行ったフィルタ処理後の出力ＯＵＴは、図１９(ｃ)に示されるようになる。

すなわち、偏芯などによる緩やかな傾斜が除去された出力が得られるとともに、設定された時間幅Ｔｓで変化する信号を抽出することができ、しかも、マイナスの極性の出力は、０レベルとして出力されることになる。

このようして低域がカットされて対象とする信号が抽出される。

さらに、この実施の形態では、以上のようにしてフィルタ処理された計測データに対して、抽出した信号の時間幅が短い場合に、表示波形を一定時間保持できるようにしている。

すなわち、図２０は、この波形保持のフローチャートであり、図２１は、波形保持を示す波形図であり、図２１(ａ)は波形保持されていない入力波形を示し、同図(ｂ)は波形保持された出力波形を示している。

上述の図１８のフィルタ処理に引き続いて、図２０に示されるように、今回の入力ＩＮＮから前回の出力ＯＵＴＮ−１を減算した値が正であるか否かを判断し(ステップ１９０１)、正であるときには、データが立ち上がっているとして、カウント値Ｃ＝０とし(ステップ１９０２)、今回の入力ＩＮＮを、今回の出力ＯＵＴＮとしてデータを更新して判定処理に移行する(ステップ１９０３)。

ステップ１９０１において、前記減算した値が正でないときには、データが変化していない、あるいは、データが立ち下がっているとしてカウント値Ｃに１を加算し(ステップ１９０４)、加算したカウント値Ｃが、一定時間Ｄｓより大きいか否かを判断し(ステップ１９０５)、大きくないときには、前回の出力ＯＵＴＮ−１を、今回の出力ＯＵＴＮとしてデータを更新することなく、波形を保持して判定処理に移行する(ステップ１９０６)。また、ステップ１９０５において、加算したカウント値Ｃが一定時間Ｄｓよりも大きいときには、一定時間Ｄｓの波形保持は終了したとして、今回の入力ＩＮＮを、今回の出力ＯＵＴＮとしてデータを更新して判定処理に移行する(ステップ１９０７)。

このようにして、図２１(ａ)に示される時間幅の小さい信号が、図２１(ｂ)に示されるように、一定時間Ｄｓの波形保持がされた出力となる。

以上のように、拡張ユニット１では、図２２に示されるように、アンプユニット２から入力される計測データに対して、上述の図１６に示されるローパスフィルタとしての処理を行って高域をカットし、次に、上述の図１８に示されるハイパスフィルタとしての処理を行って低域をカットし、さらに、上述の図２０に示される波形保持の処理を行った後に、閾値と比較する判定処理が行われる。

図２３は、以上のフィルタ処理および波形保持のシミュレーション波形を示す図であり、同図(ａ)は、フィルタ処理および波形保持の処理が施される前の計測データの波形を示し、同図(ｂ)は、フィルタ処理および波形保持の処理が施された後の計測データの波形を示している。なお、同図(ｂ)は、同図(ａ)に比べてやや時間軸を広げて示している。

同図(ａ)に示される緩やかな変化が除去されて同図(ｂ)に示される平坦な出力になるとともに、高周波のノイズが除去されて検出すべき信号Ｓが抽出されて一定時間波形保持されて信号Ｓ’として出力されることになる。

次に、パソコン２６による波形表示およびフィルタ特性の設定について説明する。

図２４は、パソコン２６の表示画面を示すものであり、同図において、ラインＡは、拡張ユニット１から入力されるフィルタ処理前の計測データを示し、ラインＢは、拡張ユニット１によってフィルタ処理された後の計測データを示し、ラインＣは設定された閾値を示しており、計測データの下方には、マスク入力および判定出力であるＰＡＳＳを併せて示している。

先ず、拡張ユニット１から入力される計測データがラインＡに示されるように波形表示される。この波形表示に基づいて、ユーザは、上述の図１４(ａ)で説明したように、除去したい信号Ｓ５の振幅(レベル)Ｌｎおよび時間幅Ｔｎ並びに検出したい信号Ｓ６の時間幅Ｔｓを設定する。この設定は、表示画面の右側の各設定領域３５〜３７に、操作部としてのキーボードを操作して除去信号レベル、除去信号時間および検出信号時間としてそれぞれ設定される。

また、上述の図１４(ｂ)で説明したように波形保持時間Ｄｓを、設定領域８に信号保持時間として設定する。

このようにして設定された設定値を、拡張ユニット１に送信し、拡張ユニット１は、送信された設定値に応じたフィルタ処理を上述のように行ってフィルタ処理後の計測データを、パソコン２６に送信する。

これによって、パソコン２６には、フィルタ処理によって、高周および低周のノイズが除去された計測データが、ラインＢに示されるように表示されることになる。

このフィルタ処理後の計測データの波形に基づいて、判定の閾値を、表示画面の右側の設定領域３９に設定し、対応した閾値がラインＣとして表示されることになる。

この設定された閾値は、拡張ユニット１に送信されて判定処理に用いられる。

上述の実施の形態では、ロールシート３０の継ぎ目を検出してその継ぎ目部分からロールシート３０を引き出すためのアプリケーションに適用したものであったが、例えば、図２５に示されるように、投光系の光学系４０ａと受光系の光学系４０ｂとを有する透過型のレーザセンサを用いてガラス基板４１上に、平行光による光カーテン４２を形成してガラス片などの異物４３を検出するアプリケーションに適用することもできる。なお、矢符は、レーザセンサの移動方向を示している。

図２６は、このレーザセンサの出力から取得された計測データおよびフィルタ処理後の計測データを示すものである。

この例では、ガラス基板４１上に、サイズの異なるガラス片を人為的に配置して計測した場合を示している。

同図(ａ)に示されるガラス基板４１の反りなどによる計測データの緩やかな変化が、同図(ｂ)に示されるように除去されるとともに、高周波のノイズが除去され、さらに、プラスの極性の信号として出力される。

本発明は、上述のアプリケーションに限らず、例えば、図２７(ａ)に示されるようなウェハ４４の端面の欠け４５の検出や図２７(ｂ)に示されるようなセラミック板４６のＶ溝４７の検出やゴム板の継ぎ目の検出などの各種のアプリケーションに適用できるのは勿論である。

また、本発明の他の実施の形態として、拡張ユニット１には、図２８に示されるように、データ蓄積部１０２ａを設け、アンプユニット２からの計測データを蓄積できるようにし、パソコン２６からの設定の際には、このデータ蓄積部１０２ａから読み出した計測データに対してフィルタ処理を行ってパソコン２６に送信するようにしてもよい。これによって、パソコン２６で設定値を変更してノイズの除去効果を確認する際に、センサヘッドユニット９による計測を行う必要がない。

本発明のセンサシステムの構成を示す図である。 拡張ユニット（外部入出力線、及びＲＳ２３２Ｃケーブル付）とアンプユニットとの隣接結合状態を示す斜視図である。 変位センサ用のセンサヘッドユニットの斜視図である。 変位センサの計測原理の説明図である。 拡張ユニット（外部入出力線付）とアンプとの分離状態を示す斜視図である。 拡張ユニットの説明図である。 拡張ユニットの操作・表示部の構成図である。 センサシステム全体のハードウェア構成図である。 拡張ユニットのハードウェア構成を示すブロック図である。 アンプユニットのハードウェア構成を示すブロック図である。 アンプユニットの処理を概略的に示すフローチャートである。 拡張ユニットの処理を概略的に示すフローチャートである。 フィルタ処理前および処理後の計測データの波形図である。 波形に基づく振幅および時間幅の設定および波形の保持を説明するための波形図である。 図１２のルーチン処理および上位割り込み処理のフローチャートである。 ハイパスフィルタ処理のフローチャートである。 ハイパスフィルタ処理を示す波形図である。 ローパスフィルタ処理のフローチャートである。 ローパスフィルタ処理を示す波形図である。 波形保持のフローチャートである。 波形処理を示すフローチャートである。 拡張ユニットの処理の流れを説明するための図である。 フィルタ処理の前後のシミュレーション波形図である。 パソコンの表示画面を示す図である。明図である。 本発明の他の適用例を示す図である。 図２５の適用例のフィルタ処理の前後の波形図である。 本発明の他の適用例を示す図である。 本発明の他の実施の形態の拡張ユニットのハードウェア構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 拡張ユニット
２ アンプユニット
３ ＤＩＮレール
９ センサヘッドユニット
２６ パソコン（ＰＣ）
３１ 処理装置

Claims (16)

1. センサ検出部と、該センサ検出部の出力から取得した計測データを、設定値に応じてフィルタ処理して処理データを算出するフィルタ処理部を有する処理装置と、該処理装置から出力される前記計測データおよび前記処理データを波形表示する表示部を有するとともに、前記処理装置に対する前記設定値を設定するために操作される操作部を有する表示装置とを備えるセンサシステムであって、
   前記処理装置は、前記表示装置から得られた前記設定値に応じて設定値を更新し、前記フィルタ処理部は、前記計測データを前記設定値に応じてフィルタ処理して前記処理データを算出し、
   前記表示装置は、前記表示部に、前記計測データの時間領域グラフと前記処理データの時間領域グラフとを、いずれも時間目盛りと振幅目盛りのグラフで波形表示するとともに、前記操作部による前記設定値として、前記計測データの表示波形に基づく除去対象信号の振幅および時間幅を設定するための設定領域および該設定領域に設定される設定値を表示し、
   前記処理装置の前記フィルタ処理部は、前記表示部の前記設定領域に設定された前記除去対象信号の振幅および時間幅に基づく波形の傾きを用いて、前記計測データに対して、ローパスフィルタ処理およびハイパスフィルタ処理の少なくともいずれか一方のフィルタ処理を行なって前記処理データを算出することを特徴とするセンサシステム。
2. 前記処理装置の前記フィルタ処理部は、前記ハイパスフィルタのフィルタ処理では、時間的に前後する計測データの差を、前記操作部による設定に応じた減算方向で算出する請求項１記載のセンサシステム。
3. 前記処理装置の前記フィルタ処理部は、前記ハイパスフィルタのフィルタ処理では、前記算出される減算結果が負であるときには、ゼロレベルの信号を出力する請求項２記載のセンサシステム。
4. 前記処理装置は、処理した後の計測データの信号波形の時間幅が、前記操作部で設定された時間幅未満であるときには、前記信号波形の時間幅を、設定された前記時間幅に保持する波形保持部を有する請求項１〜３のいずれかに記載のセンサシステム。
5. 前記処理装置は、前記センサ検出部の出力から取得した前記計測データを蓄積するデータ蓄積部を備え、前記表示装置の前記操作部によって設定された設定値に応じて、前記データ蓄積部に蓄積した計測データを処理可能である請求項１〜４のいずれかに記載のセンサシステム。
6. センサ検出部の出力から計測データを取得して、前記計測データを設定値に応じてフィルタ処理部でフィルタ処理を行うことにより処理データを算出し、前記計測データおよび前記処理データを表示装置に出力するとともに、前記表示装置から出力される設定値に応じて設定値を更新する処理装置であって、
   前記表示装置は、前記計測データの時間領域グラフと前記処理データの時間領域グラフとを、いずれも時間目盛りと振幅目盛りのグラフで波形表示するとともに、前記設定値として、前記計測データの表示波形に基づく除去対象信号の振幅および時間幅を設定するための設定領域および該設定領域に設定される設定値を表示する表示部と、前記設定値を設定するために操作される操作部とを有するものであり、
   前記フィルタ処理部は、前記表示部の前記設定領域に設定された前記除去対象信号の振幅および時間幅に基づく波形の傾きを用いて、前記計測データに対して、ローパスフィルタ処理およびハイパスフィルタ処理の少なくともいずれか一方のフィルタ処理を行なって前記処理データを算出することを特徴とする処理装置。
7. 前記フィルタ処理部は、前記ハイパスフィルタのフィルタ処理では、時間的に前後する計測データの差を、前記表示装置の前記操作部による設定に応じた減算方向で算出する請求項６記載の処理装置。
8. 前記フィルタ処理部は、前記ハイパスフィルタのフィルタ処理では、前記算出される減算結果が負であるときには、ゼロレベルの信号を出力する請求項７記載の処理装置。
9. 前記処理を行った後の計測データの信号波形の時間幅が、前記表示装置の前記操作部で設定された時間幅未満であるときには、前記信号波形の時間幅を、設定された前記時間幅に保持する波形保持部を有する請求項６〜８のいずれかに記載の処理装置。
10. 前記センサ検出部の出力から取得した前記計測データを蓄積するデータ蓄積部を備え、前記表示装置の前記操作部によって設定された設定値に応じて、前記データ蓄積部に蓄積した計測データを処理可能である請求項６〜９のいずれかに記載の処理装置。
11. 前記センサ検出部の出力から前記計測データを取得するアンプユニットと、該アンプユニットに接続されるとともに、前記設定値に応じて前記計測データを処理する拡張ユニットとを備える請求項６〜１０のいずれかに記載の処理装置。
12. センサ検出部の出力から計測データを取得するアンプユニットに接続されて、該アンプユニットから与えられる前記計測データを、設定値に応じてフィルタ処理部でフィルタ処理を行うことにより処理データを算出する拡張ユニットであって、
    前記計測データおよび前記処理データを表示装置に出力するとともに、
    前記表示装置から出力される設定値に応じて設定値を更新するものであり、
    前記表示装置は、前記計測データの時間領域グラフと前記処理データの時間領域グラフとを、いずれも時間目盛りと振幅目盛りのグラフで波形表示するとともに、前記設定値として、前記計測データの表示波形に基づく除去対象信号の振幅および時間幅を設定するための設定領域および該設定領域に設定される設定値を表示する表示部と、前記設定値を設定するために操作される操作部とを有するものであり、
    前記フィルタ処理部は、前記表示部の前記設定領域に設定された前記除去対象信号の振幅および時間幅に基づく波形の傾きを用いて、前記計測データに対して、ローパスフィルタ処理およびハイパスフィルタ処理の少なくともいずれか一方のフィルタ処理を行なって前記処理データを算出することを特徴とする拡張ユニット。
13. 前記フィルタ処理部は、前記ハイパスフィルタのフィルタ処理では、時間的に前後する計測データの差を、前記表示装置の前記操作部による設定に応じた減算方向で算出する請求項１２記載の拡張ユニット。
14. 前記フィルタ処理部は、前記ハイパスフィルタのフィルタ処理では、前記算出される減算結果が負であるときには、ゼロレベルの信号を出力する請求項１３記載の拡張ユニット。
15. 前記処理を行った後の計測データの信号波形の時間幅が、前記表示装置の前記操作部で設定された時間幅未満であるときには、前記信号波形の時間幅を、設定された前記時間幅に保持する波形保持部を有する請求項１２〜１４のいずれかに記載の拡張ユニット。
16. 前記アンプユニットからの前記計測データを蓄積するデータ蓄積部を備え、前記表示装置の前記操作部によって設定された設定値に応じて、前記データ蓄積部に蓄積した計測データを処理可能である請求項１２〜１５のいずれかに記載の拡張ユニット。

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