JP4730898B2 - 光電センサ - Google Patents

Description

本発明は光電センサに関するものである。

例えば特許文献１に見られる光電センサは、透過型と反射型とに大別されるが、投光器から投射した光で検出エリアを作り、この検出エリアを通過することに伴う受光量の変化に基づいてワークの有無を検出する。このように、光電センサは、光を投射し、また、光を受けることによって機能することから、例えば、振動などによる光軸の変位、投光部や受光部の汚れや投光部の光源が発する光量の低下などの経時的な変化により検出状態が不安定になる傾向にある。

これに対して、従来の光電センサでは、光電センサを再度調整し直す、例えば透過型であればワーク有り（遮光状態）を基準として、このときの受光量をゼロにシフトさせるゼロシフト機能を使って表示部に表示される数値を補正するなどによって対処していた。
特開平９−１６７９５３号公報

しかしながら、光電センサの再調整では、再調整するタイミングが遅くなると誤検出の原因となる。ゼロシフトでは、ゼロシフトを行うタイミングを外部から入力する必要があり、ゼロシフトのためのプログラムが必要になるなど煩雑さを有していた。

本発明の目的は、受光量の経時的な変化があったとしても安定した検出状態を維持することのできる光電センサを提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明の第１の観点によれば、
光を投射して検出エリアを生成し、該検出エリアをワークが通過することに伴って変化する受光量としきい値とを比較することによりＯＮ又はＯＦＦ信号を生成する光電センサにおいて、
前記受光量に基づいて前記ワークが前記検出エリアに存在する状態又は存在しない状態のいずれか一方を判定する判定手段と、
該判定手段により前記一方の状態と判定した場合には、前記一方の状態を基準状態として、受光量の経時的変化を象徴的に示す代表値に関連して前記しきい値を補正し、前記判定手段により前記他方の状態と判定した場合には、前記しきい値を一定に保つしきい値補正手段とを有することを特徴とする光電センサを提供することにより達成される。

本発明の好ましい実施の形態では、前記代表値が、前記ワークが前記検出エリアに存在しているとき又は該検出エリアから離れたときの受光量の平均値、受光量の最大値、受光量の最小値から選択され、該選択された代表値によって前記しきい値が補正される。このようなしきい値の補正は、ワークが検出エリアに存在しないとき又は存在するときのいずれか一方の状態のときに、毎回の検出値のサンプリング時に常に連続して実行させるのが好ましい。

本発明の第１の観点による発明によれば、ワークが前記検出エリアに存在しているとき又は該検出エリアから離れたときの受光量の平均値、受光量の最大値、受光量の最小値などの受光量の経時的変化を象徴的に示す代表値に関連した補正、例えば、前記ワークが前記検出エリアに存在しているとき又は該検出エリアから離れたときの受光量の平均値に対する初期のしきい値の比率を求め、前記ワークが前記検出エリアに存在しているとき又は該検出エリアから離れたときの受光量の平均値に前記比率を乗算することにより行われる。このように受光量の経時的な変化に対応したしきい値の補正が行われるため、光電センサは初期状態の安定した検出を維持することができる。

上述した技術的課題は、本発明の第２の観点によれば、
光を投射して検出エリアを生成し、該検出エリアをワークが通過することに伴って変化する受光量としきい値とを比較することによりＯＮ又はＯＦＦ信号を生成する光電センサにおいて、
前記受光量に基づいて前記ワークが前記検出エリアに存在する状態又は存在しない状態のいずれか一方を判定する判定手段と、
該判定手段により前記一方の状態と判定した場合には、前記一方の状態を基準として、受光量の経時的変化を象徴的に示す代表値に関連して前記受光量の現在値を補正し、前記判定手段により前記他方の状態と判定した場合には、前記しきい値を一定に保つしきい値補正手段とを有することを特徴とする光電センサを提供することにより達成される。

この第２の観点の発明の好ましい実施の形態では、前記代表値が、前記ワークが前記検出エリアに存在しているとき又は該検出エリアから離れたときの受光量の平均値であり、前記補正手段が、該平均値から前記しきい値及び前記現在値を減算する補正を行い、補正後のしきい値及び現在値を比較してＯＮ又はＯＦＦ信号が出力される。

このように本発明の第２の観点による発明にあっては、このように受光量の経時的な変化に対応した受光量の現在値及びしきい値の補正が行われるため、光電センサは初期状態の安定した検出を維持することができる。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

図１は、本発明を適用した光電センサを示す。図示の光電センサ１００は、光ファイバを通じて投受光する形式の光電センサである。光電センサ１００は、幅狭の比較的細長いボックス状のケーシング１１を有し、ケーシング１１の一端面から光ファイバ１４、１５が外部に延出しており、光電センサ１００への電源供給及び典型的にはＰＬＣ（図示せず）への出力は、ケーシング１１の他端面から延出するケーブル１６を通じて行われる。

ケーシング１１の細長い矩形の上面１１ａには、長手方向に横並びに隣接して配置された第１、第２の表示部１７、１８が設けられている。第１、第２の表示部１７、１８は、共に、横並びに隣接して配置された４つセクション（４桁）を有し、各セクションは７セグメントＬＥＤで構成されている。

ケーシング１１の上面１１ａには、また、出力切替ボタン１９、モード切替スイッチ（Ｍキー）２０、スイング式の上下調整スイッチ２１、スライド式の動作モードセレクタスイッチ２２、セットキースイッチ（ＳＥＴキー）２３、動作表示灯２４が設けられている。

モード切替スイッチ（Ｍキー）２０は、これを３秒以上押し続ける（長押し）ことにより、第１、第２の表示部１７、１８の画面の表示モードを切り替えることができ、表示モードとしては、検出動作中の表示モード（運用モード）と、各種の設定を行うための表示モード（設定モード）とを有する。Ｍキー２０を３秒よりも短い時間押すと（短押し）、表示モードを切り替えることなく、第１、第２の表示部１７、１８の画面を切り替えることができる。

スイング式の上下調整スイッチ２１は、アップ（△）側を押すと例えばしきい値を大きくする方向に調整することができ、ダウン（▽）側を押すとしきい値を小さくする方向に調整することができる。また、この上下調整スイッチ２１は、設定モード中では、パラメータの選択や設定数値の調整に用いられる。

スライド式の動作モードセレクタスイッチ２２は２接点を有し、この動作モードセレクタスイッチ２２を操作することにより、予め設定されている動作モードと、複数の他の動作モードからユーザが任意に選択した動作モードとの切替えを行うことができる。光電センサ１００で選択可能な複数の動作モードを例示すれば以下のとおりであるが、各種の動作モードは、受光量の大小に違いがあり、この受光量を増加させるのに、例えば、(i)受光の周期を長く設定してパルス発光のデュティーを小さくする代わりに投光電流を増加させることで投光量を増加させる、(ii)受光した信号を複数回加算することによって受光量を大きくすると共にS/Nも向上させる手法を採用することができる。

(1)ファインモード：このファインモードは、例えばベアリングの刻印の有無を検出するのに適するように受光量が設定されており、微小な刻印の有無による僅かな光量変化を的確に判別することができるという特徴を備えている。

(2)ターボモード：ファインモードよりも実質的に受光量が増大する設定になっており、例えば台紙上のシールの検出するのに適している。

(3)スーパーターボモード：ターボモードよりも更に実質的に受光量が増大する設定になっている。このスーパーターボモードは、例えば発光素子又は発光素子からの光を導くファイバ及び/又は受光素子又は受光素子に光を導くファイバとワークＷとを離間させた状態でワークＷの有無を検出するのに適している。

(4)ウルトラターボモード：スーパーターボモードよりも更に実質的に受光量が増大する設定になっており受光感度は、ここに列挙の選択肢の動作モードのなかで最大である。このウルトラターボモードは、例えば、スーパーターボモードよりも遠く離れたワークＷの有無を検出する、或いは、埃、汚れなどの多い悪環境下でワークＷを検出する際に用いるのに適している。

(5)ハイスピードモード：ハイスピードモードは、上述した各種の運用モードよりも応答速度を高める設定になっており、比較的早く通過するワークＷを検出するのに適している。

ＳＥＴキー２３は、後に説明する自動チューニング及び/又はしきい値の自動設定に用いられる。しきい値の自動設定の基本は、ワークＷ（図３参照）を検出エリアに配置した状態で、ＳＥＴキー２３を押し、次いで、検出エリアからワークＷを取り除いた状態で、ＳＥＴキー２３を再び押すと、ワークＷが存在しているときの最大受光量と、ワークＷを取り除いたときの最小受光量との間の値（典型的には中間値）又は最大受光量に対して所定の比率を乗算した値がしきい値として自動的に設定される。

図２は、光電センサ１００のブロック図である。光電センサ１００は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などからなる発光素子を発光させるための投光処理部３０及び投光部３１を有し、また、フォトダイオードなどからなる受光素子に接続された受光部３２及び増幅部３３と、この増幅部３３で増幅した受光信号をデジタル変換して受光データとして出力するＡ/Ｄ変換部３４とを有する。

投光部３１、受光部３２を制御する主制御部３５はゲートアレイやＣＰＵで構成される。主制御部３５には、上述した各種の操作スイッチ又はボタン１９〜２３を含む操作部３６からの信号が供給される他、主制御部３５の処理で必要とされる設定値、例えば上述したしきい値などは設定部３７で設定され、また、記憶部３８との間でデータの授受を行って主制御部３５で処理したデータは第１、第２表示部１７、１８に供給され、また、生成したＯＮ／ＯＦＦ信号などは外部入出力部３９を通じて外部との信号の授受が行われる。

光電センサ１００は、図３に示すように、投光部３１と受光部３２とを対面して配置され、投光部３１から投射した光が形成する検出エリアをワークが通過することに伴う受光量の変化を取り込んで、しきい値と対比することによりワークＷの有無を検出して、ＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。

光電センサ１００は、初期の検出状態を維持できるように、しきい値を補正するしきい値補正手段を備えている。しきい値補正手段のその一例を図４を参照して具体的に説明すると、図４の波形５０は、検出値の経時的変化を示しており、また、ＯＮ、ＯＦＦ時の受光量に基づいて設定された又はユーザが設定したしきい値を二点鎖線５１で示してある。

しきい値補正手段は、光電センサ１００の例えば投光部３１と受光部３２との光軸調整を行った直後のＯＮ又はＯＦＦの状態を基準状態として、受光量の経時的変化を象徴的に示す代表値を生成する代表値生成手段を含む。代表値としては、図４に波線５２で示すＯＦＦ時（ワーク無し）の受光量の移動平均であってもよいし、他の代表値の例として、受光量の最大値、最小値、所定時間当たりのＯＦＦ時（ワーク無し）の受光量の平均値などを挙げることができる。

光電センサ１００は、図５に示すように、ユーザが設定又は自動設定されたしきい値（ステップＳ１０）に関し、このしきい値がＯＦＦ時の受光量の平均値（代表値）に対する比率を算出して（ステップＳ１１）、この比率を記憶（ステップＳ１２）する手段を含み、この比率を使ってしきい値の補正が行われる。すなわち、図６のステップＳ２０で検出値を取得し、次いで、ＯＦＦ時の受光量の平均値を生成し（ステップＳ２１）、このＯＦＦ時の受光量の平均値に対して上記の比率を乗算することによりしきい値の補正が行われる（ステップＳ２２）。このようにして補正したしきい値を図４の一点鎖線５３で示してある。

このしきい値の補正は、ワークが検出エリアに存在しないとき又は存在するときのいずれか一方の状態のときに、毎回の検出値のサンプリング時に常に連続して実行させるのが好ましい。また、後に説明する実施例でも同様であるが、ＯＮまたはＯＦＦの判定が一方の場合に上述した補正を行い、他方の場合には補正を行わないでしきい値を一定に保つようにしてもよいことは言うまでもない。

光電センサ１００は、しきい値を受光量の変化に応じた補正を行うことにより、図７に示すように、ステップＳ３０で取得した検出値と、補正後のしきい値とを比較して（ステップＳ３１）、ＯＮ又はＯＦＦを判定する（ステップＳ３２）。これにより、光電センサ１００の受光量に経時的な変化があったとしても安定した検出状態を維持することのできる。なお、ステップＳ３１とＳ３２を実行する手段を共通にしてもよい。

ちなみに、図４の下部に示す出力波形から分かるように、初期に設定したしきい値５１によってワークＷの有無を判別した場合、つまりしきい値を補正していない場合の出力は、検出値の経時的な変化によって誤検出が発生していることが分かるであろう。これに対して、図４の最も下に示す出力波形から分かるように、しきい値補正手段によってしきい値を補正した場合には、受光部３２の汚れや光軸ズレ、振動に伴う光軸のズレ、投光部３１の光量変化などの経時的な変化の影響を受けることなく安定した検出が実現できている。

上述した例では、ＯＦＦ時の受光量の平均値などの代表値に対する、設定されているしきい値の比率を使ってしきい値の補正を行うようにしたが、ＯＦＦ時の受光量の平均値などの代表値としきい値との差分値を求め、この差分値を使ってしきい値を補正するようにしてもよい。すなわち、図８に示すように、ステップＳ４０で検出値を取得し、次いで、ＯＦＦ時の受光量の平均値を生成し（ステップＳ４１）、このＯＦＦ時の受光量の平均値から上記の差分値を引くことによりしきい値の補正を行うようにしてもよい（ステップＳ４２）。

また、実施例の光電センサ１００は、上述したしきい値の補正に代えて検出値を補正するようにしてもよい。この検出値の補正を伴うワーク検出を具体的に説明すると、上述した代表値つまりＯＦＦ時（ワーク無し）の受光量の移動平均、受光量の最大値、最小値、所定時間当たりのＯＦＦ時（ワーク無し）の受光量の平均値などを求め、この代表値を使ってしきい値及び現在値（現在の受光量）を変換することを含む。

代表値としてＯＦＦ時の受光量の移動平均を採用した場合を例に説明すると、図９に示すように、検出値の補正手段は、移動平均値から現在値を減算して現在値を変換することを含む。また、同様に移動平均値からしきい値を減算してしきい値を変換することを含む。そして、この変換後のしきい値及び現在値を比較してＯＮ、ＯＦＦを出力する。

図１０及び図１１のフローチャートを参照して、具体的に説明すると、図１０において、先ずステップＳ４０で検出値を取得し、次いで、ＯＦＦ時（ワーク無し）の検出値の平均値を生成し（ステップＳ４１）、この平均値から現在値を減算して補正検出値を求める（ステップＳ４２）。同様に、図示を省いたが、設定されているしきい値を上記ステップＳ４１で求めた平均値から減算して補正しきい値を求める。そして、図１１において、ステップＳ５０で補正検出値及びしきい値を取得し、次いでステップＳ５１でしきい値と補正検出値とを比較して、ＯＮ又はＯＦＦ信号を出力する（ステップＳ５２）

このように現在値を補正した場合には、現在値は、光電センサ１００がＯＦＦ時（ワーク無し）の状態を基準（略ゼロ）としたその差としての値に変換されるため、これにより、受光部３２の汚れや光軸ズレ、振動に伴う光軸のズレ、投光部３１の光量変化などの経時的な変化に対して不感の状態で検出動作が行われることになり安定した検出が可能になる。

実施例の光電センサの斜視図である。 実施例の光電センサのブロック図である。 実施例の光電センサの投光部及び受光部との間を通過することに伴う受光量の変化を説明するための図である。 経時的な変化に伴う受光量の変化に対してしきい値を補正することにより安定した検出が実現可能な状態を説明するための図である。 設定されたしきい値を補正するのに必要とされる比率を求める手順を示すフローチャートである。 ＯＦＦ時（ワーク無し）の受光量の平均値を求めて、この平均値によりしきい値を補正する手順を示すフローチャートである。 補正しきい値を使った検出の手順を説明するためのフローチャートである。 しきい値補正に関する変形例の手順を説明するためのフローチャートである。 経時的な変化に伴う受光量の変化に対して現在値及びしきい値を補正することにより安定した検出が実現可能な状態を説明するための図である。 現在値を補正する手順を示すフローチャートである。 補正した現在値及びしきい値を使った検出の手順を説明するための図である。

符号の説明

１００ 光電センサ
３１ 光電センサの投光部
３２ 光電センサの受光部

Claims (11)

1. 光を投射して検出エリアを生成し、該検出エリアをワークが通過することに伴って変化する受光量としきい値とを比較することによりＯＮ又はＯＦＦ信号を生成する光電センサにおいて、
   前記受光量に基づいて前記ワークが前記検出エリアに存在する状態又は存在しない状態のいずれか一方を判定する判定手段と、
   該判定手段により前記一方の状態と判定した場合には、前記一方の状態を基準状態として、受光量の経時的変化を象徴的に示す代表値に関連して前記しきい値を補正し、前記判定手段により前記他方の状態と判定した場合には、前記しきい値を一定に保つしきい値補正手段とを有することを特徴とする光電センサ。
2. 前記代表値が、前記一方の状態の受光量の平均値、受光量の最大値、受光量の最小値から選択され、該選択された代表値によって前記しきい値が補正される、請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記しきい値補正手段は、前記判定手段により前記一方の状態と判定した場合には、前記受光量のサンプリング毎に前記しきい値を補正する、請求項１に記載の光電センサ。
4. 前記しきい値補正手段は、前記一方の状態における受光量の平均値から前記しきい値を減算することにより前記しきい値を補正する、請求項２に記載の光電センサ。
5. 前記しきい値補正手段は、前記一方の状態における受光量の平均値に対する初期の前記しきい値の比率を求め、前記一方の状態における受光量の平均値に前記比率を乗算することにより前記しきい値を補正する、請求項２に記載の光電センサ。
6. 前記判定手段は、受光量としきい値とを比較することによりＯＮ又はＯＦＦ信号を生成する手段と共通である、請求項１に記載の光電センサ。
7. 光を投射して検出エリアを生成し、該検出エリアをワークが通過することに伴って変化する受光量としきい値とを比較することによりＯＮ又はＯＦＦ信号を生成する光電センサにおいて、
   前記受光量に基づいて前記ワークが前記検出エリアに存在する状態又は存在しない状態のいずれか一方を判定する判定手段と、
   該判定手段により前記一方の状態と判定した場合には、前記一方の状態を基準として、受光量の経時的変化を象徴的に示す代表値に関連して前記受光量の現在値を補正し、前記判定手段により前記他方の状態と判定した場合には、前記しきい値を一定に保つしきい値補正手段とを有することを特徴とする光電センサ。
8. 前記代表値が、前記一方の状態の受光量の平均値、受光量の最大値、受光量の最小値から選択され、該選択された代表値によってしきい値が補正される、請求項７に記載の光電センサ。
9. 前記しきい値補正手段は、前記判定手段により前記一方の状態と判定した場合には、前記受光量のサンプリング毎に前記しきい値を補正する、請求項７に記載の光電センサ。
10. 前記しきい値補正手段は、前記一方の状態における受光量の平均値から前記しきい値を減算することにより前記しきい値を補正する、請求項８に記載の光電センサ。
11. 前記判定手段は、受光量としきい値とを比較することによりＯＮ又はＯＦＦ信号を生成する手段と共通である、請求項７に記載の光電センサ。

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