JP5128329B2 - 光電センサおよびその調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、投光部と受光部との間に形成された光路を横切る検出対象物によって変化する前記受光部での受光量から前記検出対象物が設定位置に存在する状態を検出する光電センサにおいて、前記受光量に対する判定閾値を高精度に調整し得る機能を備えた光電センサおよびその調整方法に関する。

投光部と受光部とを備えた光電センサを用いたセンシング技術の１つに、投光部と受光部との間に形成された光路を横切る検出対象物によって変化する前記受光部での受光量を判定して、前記検出対象物Ａが設定位置に存在する状態（到達した状態）を検出する位置検出がある［例えば特許文献１を参照］。具体的には、例えば図４に示すように検出対象物Ａの搬送路を横切る光路を形成して投光部１と受光部２とを対向させて配置し、上記光路を横切る検出対象物Ａにより遮られて変化する前記受光部２での受光量を比較器３にて所定の閾値と比較する。この閾値は、予め前記検出対象物Ａを検出すべき位置に応じて設定される。そして前記受光部２での受光量が増大して前記閾値を上回ったとき（ＬＯ；ライトオン）、または受光量が減少して前記閾値を下回ったとき（ＤＯ；ダークオン）、これを出力部４にて前記設定位置に検出対象物Ａが存在する（到達した）として判定するように構成される。
特許第３９１５４９７号公報

ところで前述した閾値は、専ら、検出対象物Ａをその検出位置に位置付けた状態での受光量を繰り返し検出し、その平均受光量として設定される。この閾値設定処理は光電センサに対する位置決めチューニングと称される。しかしながら前述した如く判定される受光量には、前記受光部２を構成する受光器２ａや増幅器２ｂ等において生じる自己発生ノイズが含まれることが否めず、検出誤差の要因となる。

具体的には前記受光量が低い状態から高い状態へと変化する場合、その受光量が前述した平均受光量（閾値）よりもノイズ分だけ低いレベルまで増大した時点で前記比較器３による判定出力がオンとなる。また逆に前記受光量が高い状態から低い状態へと変化する場合には、その受光量が前述した平均受光量（閾値）よりもノイズ分だけ高いレベルまで減少した時点で前記比較器３による判定出力がオンとなる。つまり位置決めチューニング時において求めた平均受光量（閾値）から前記ノイズ分だけずれた受光量にてその判定出力がオンとなると言う不具合がある。

ちなみに受光量にノイズが含まれている場合には、その受光量はその平均値に対して、例えば図５に示すような或る分布を持つ。これ故、検出対象物Ａの移動に伴って受光量が変化するような場合、上記分布により示される確率で上記受光量が前記閾値を超えることになる。この結果、図６に示すように平均受光量（特性ａ）を基準として位置Ｌoにおいて検出対象物Ａを検出する為の光量閾値ＴＨを設定したとしても、前記分布に起因する正（＋）または負（−）の受光量のずれ（特性ｂ,ｃ）が存在すると、これに伴って前記検出対象物Ａの検出位置Ｌ(+),Ｌ(-)にずれが生じると言う不具合が発生する。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、受光部において発生するノイズの影響を受けることなく受光量に対する判定閾値を高精度に調整して、その検出精度を簡易に高めることのできる機能を備えた光電センサおよびその調整方法を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る光電センサの調整方法は、投光部と受光部とを備え、前記受光部による受光量を所定の判定閾値で弁別して前記投光部と前記受光部とにより形成される光路を横切る検出対象物が予め定めた設定位置に存在する状態を検出する光電センサの前記判定閾値を調整するに際して、
<ａ> 前記検出対象物を前記設定位置に位置付けて前記受光量を繰り返し検出してその平均受光量を求める第１のステップと、
<ｂ> 前記平均受光量に所定のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、この初期設定した判定閾値を漸次変化させる第２のステップと、
<ｃ> 前記判定閾値の変化に伴って前記判定結果が変化したときの判定閾値を調整結果として求める第３のステップと
を備えたことを特徴としている。

ちなみに前記オフセットは、前記受光量に含まれるノイズ量の数倍として設定される。そして前記第２のステップは、前記受光量が前記判定閾値を上回るときに判定結果を求める第１モード（ＬＯモード）では、前記平均受光量に負のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、その判定閾値を漸増させ、逆に前記受光量が前記判定閾値を下回るときに判定結果を求める第２モード（ＤＯモード）では、前記平均受光量に正のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、その判定閾値を漸減させる処理からなる。

また本発明に係る光電センサは、特に
<Ａ> 前記検出対象物を前記設定位置に位置付けた状態において前記受光量を繰り返し検出してその平均受光量を求める平均受光量算出手段と、
<Ｂ> この平均受光量算出手段にて求められた平均受光量に所定のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、この初期設定した判定閾値を漸次変化させる判定閾値可変手段と、
<Ｃ> この判定閾値可変手段による前記判定閾値の変化に伴って前記判定結果が変化したときの判定閾値を調整結果として決定する閾値設定手段と
を備えたことを特徴としている。

好ましくは前記判定閾値可変手段は、前記受光量が前記判定閾値を上回るときに判定結果を出力する第１モード（ＬＯモード）では、前記平均受光量に負のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、その判定閾値を漸増させる第１の閾値可変手段と、
前記受光量が前記判定閾値を下回るときに判定結果を出力する第２モード（ＤＯモード）では、前記平均受光量に正のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、その判定閾値を漸減させる第２の閾値可変手段とを備えて構成される。

尚、前記平均受光量に所定のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した際の前記受光部による受光量に対する判定結果が、前記検出対象物の存在を示すとき、前記オフセットの量を増大させて前記判定閾値の初期設定をやり直し、若しくは異常警報を出力することも有用である。

上記構成によれば、平均受光量に対して所定のオフセットを与えて初期設定した判定閾値を漸次変化させながら、その判定結果が得られた時点での判定閾値をその調整結果として求めるので、前述したノイズに起因する検出誤差を見込んで受光量に対する判定閾値を設定することができる。従って受光部において発生するノイズの影響を受けることのない判定閾値を高精度に、しかも簡易に設定することができ、その検出精度を高めることができる。

特に受光量が判定閾値を上回るときに判定結果を出力する第１モード（ＬＯモード）では、前記平均受光量に負のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、その判定閾値を漸増させながら判定閾値の調整を行うので、平均受光量よりもノイズ分だけ低い値に判定閾値を設定することができる。また受光量が前記判定閾値を下回るときに判定結果を出力する第２モード（ＤＯモード）では、前記平均受光量に正のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、その判定閾値を漸減させながら判定閾値の調整を行うので、平均受光量よりもノイズ分だけ高い値に判定閾値を設定することができる。つまりノイズに起因する誤差が顕著に生じる向きに判定閾値をずらすことができるので、その検出精度を簡易に高めることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る光電センサと、光電センサの位置決めチューニングを簡易に行い得る調整方法について説明する。
図１は本発明に係る位置決めチューニング機能を備えた光電センサの概略構成を示す図であり、図４に示した従来一般的な光電センサと同一部分には同一符号を付して示している。この光電センサが特徴とするところは、調整制御部５の管理の下で平均受光量算出手段６、判定閾値可変手段７および閾値設定手段８を駆動し、前記比較器３に与える光量閾値ＴＨを自動設定する機能を備える点にある。

調整制御部５は、光量センサの運用に先立って検出対象物Ａを予め設定された位置に、図示しない機械的手段を用いて高精度に位置合わせした状態で、位置決めチューニングの指示が与えられたときに起動される。すると調整制御手段５は、図２に示すチューニング処理を起動し、先ず前記平均受光量算出手段６を起動する。そして前記検出対象物Ａを前述した如く予め設定した位置に位置付けた状態において前記受光部２にて検出される受光量を前記平均受光量算出手段６に繰り返し取り込み、その平均受光量Ｘoを求めている〈ステップＳ１〉。

しかる後、前記調整制御部５は、前記判定閾値可変手段７を起動し、先ず前記平均受光量算出手段６にて求められた平均受光量Ｘoを取り込む。そして判定閾値可変手段７では上記平均受光量Ｘoに所定のオフセットΔＸを与え、これを位置合わせチューニングにおける初期判定閾値Ｘとして初期設定する〈ステップＳ３,Ｓ４〉。尚、上記オフセットΔＸは前記受光部２において発生するノイズ量を見込んで、例えばそのノイズ量の数倍程度として設定される。

この際、判定閾値可変手段７は、光量センサによる検出モードが、前記受光部２による受光量が判定閾値を上回るときに前記検出対象物Ａを検出したとする第１モード（ＬＯモード）であるか、逆に前記受光量が判定閾値を下回るときに前記検出対象物Ａを検出したとする第２モード（ＤＯモード）であるかを判定する〈ステップＳ２〉。そしてＬＯモードのときには前記初期判定閾値Ｘを［Ｘ−ΔＸ］として初期設定し〈ステップＳ３〉、またＤＯモードのときには前記初期判定閾値Ｘを［Ｘ＋ΔＸ］として初期設定する〈ステップＳ４〉。

次いで判定閾値可変手段７は、第１モード（ＬＯモード）のときには上述した如く初期設定した判定閾値Ｘ［＝Ｘ−ΔＸ］を微少量δ（≪ΔＸ）ずつ漸増［Ｘ＝Ｘ＋δ］させながら〈ステップＳ５〉、前記比較器３において上記判定閾値Ｘにて前記受光部２による受光量を比較し、該受光量が判定閾値Ｘを上回るか否かを調べる〈ステップＳ６〉。そして判定閾値Ｘを上回る受光量が検出されたとき、判定閾値設定手段８においてそのときの判定閾値を位置合わせチューニングにおいて決定した判定閾値（チューニング結果）であるとして求め〈ステップＳ７〉、位置合わせチューニングを終了する。

これに対して第２モード（ＤＯモード）のときには、前記判定閾値可変手段７は、前述した如く初期設定した判定閾値Ｘ［＝Ｘ＋ΔＸ］を微少量δずつ漸減［Ｘ＝Ｘ−δ］させながら〈ステップＳ８〉、前記比較器３において上記判定閾値Ｘにて前記受光部２による受光量を比較し、該受光量が判定閾値Ｘを下回るか否かを調べる〈ステップＳ９〉。そして判定閾値Ｘを下回る受光量が検出されたとき、判定閾値設定手段８においてそのときの判定閾値を位置合わせチューニングにおいて決定した判定閾値（チューニング結果）であるとして求め〈ステップＳ１０〉、位置合わせチューニングを終了する。

尚、上述した如くして初期設定した初期判定閾値Ｘ［＝Ｘ±ΔＸ］の下で受光量を弁別した際、比較器３による判定結果が前記検出対象物の存在を示すときには、前記オフセットの量を増大させて、具体的には２倍のオフセット量を与えて前記判定閾値Ｘの初期設定をやり直したり、或いはその光学系が異常であるとして異常警報を出力することも有用である。

上述した如く光電センサの位置合わせチューニングを実行する本発明によれば、検出対象物Ａを予め定められた検出位置に設定した状態で検出される受光量の平均値（平均受光量）をベースとして、その平均受光量Ｘoに前記受光部２で発生するノイズ量を見込んだオフセットΔＸを与えて、必要に応じて２倍のオフセット２ΔＸを与えて判定閾値Ｘを初期設定した後、そのオフセットΔＸが減少させる向きに前記判定閾値Ｘを漸次変化させながら、その判定閾値Ｘにて受光量を比較判定し、検出対象物Ａが存在するとの判定結果が得られるときの判定閾値Ｘを求めるので、前記受光部２で発生するノイズ量を加味して前記検出対象物Ａを確実に検出し得る判定閾値を精度良く設定することができる。

即ち、図３にその概念を示すように受光部２で発生するノイズに起因して距離（検出位置）に対する受光量（信号量）が変化する場合であっても、その変化の程度に応じて判定閾値をＴＨ(+),ＴＨ(-)として設定することができるので、検出対象物Ａが距離（設定位置）Ｌoに位置付けられた状態を正確に検出することができる。特に受光量の確率論的な変位が位置検出に大きな影響を及ぼす向きを前述したＬＯモードとＤＯモードとに応じて考慮し、具体的には光量が低い状態から高い状態へと変化する場合には（ＬＯモード）、一般的には前記ノイズ分だけ低くなる判定閾値を補うように、また光量が高い状態から低い状態へと変化する場合には（ＤＯモード）、一般的には前記ノイズ分だけ高くなる判定閾値を補うようにその判定閾値を調整するので、ノイズの影響を受けることなく検出対象物Ａを高精度に検出することが可能となる。換言すれば高精度に光電センサを位置決めチューニングすることが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば前述したオフセットについては、平均受光量Ｘoに所定の係数を乗じることで前記平均受光量Ｘoを所定の比率だけ変位させて与えるようにしても良い。また初期設定した判定閾値に対する変位速度については、光電センサの検出速度（サンプリング周期）に比較して十分に遅く設定すれば問題はない。しかし検出対象物Ａの変位速度（移動速度）が早い場合には、その速度に応じて前記光電センサの検出速度（サンプリング周期）およびチューニング時の判定閾値の可変速度を速くすることが望ましい。

この際、光電センサに前記検出対象物Ａの変位速度（移動速度）を計測するモードを設け、実際に検出対象物Ａを変位させたときの前記受光部２による受光量の変化速度から前記検出対象物Ａの変位速度（移動速度）を求めることも可能である。そして計測した変化速度に応じて前述したチューニング時の判定閾値の変化条件を変えるようにしても良い。更には前述した位置決めチューニングを複数回繰り返し実施し、これによって求められる判定閾値の平均値を最終的なチューニング結果とすることも有用である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る光電センサの要部概略構成図。 本発明の一実施形態に係る光電センサの調整方法（チューニング手順）の一例を示す図。 本発明の位置決めチューニングによって設定される判定閾値の概念を示す図。 光電センサの一般的な概略構成図。 受光部におけるノイズに起因する検出位置のずれ分布を示す図。 ずれ分布に起因する検出位置のずれを概念的に示す図。

符号の説明

１ 投光部
２ 受光部
２ａ 受光器
２ｂ 増幅器
３ 比較器
４ 出力部
５ 調整制御部
６ 平均受光量算出手段
７ 判定閾値可変手段
８ 判定閾値設定手段

Claims (7)

1. 投光部と受光部とを備え、前記受光部による受光量を所定の判定閾値で弁別して前記投光部と前記受光部とにより形成される光路を横切る検出対象物が予め定めた設定位置に存在する状態を検出する光電センサの前記判定閾値を調整するに際して、
   前記検出対象物を前記設定位置に位置付けて前記受光量を繰り返し検出してその平均受光量を求める第１のステップと、
   前記平均受光量に所定のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、この初期設定した判定閾値を漸次変化させる第２のステップと、
   前記判定閾値の変化に伴って前記判定結果が変化したときの判定閾値を調整結果として求める第３のステップと
   を備えたことを特徴とする光電センサの調整方法。
2. 前記オフセットは、前記受光量に含まれるノイズ量の数倍として設定される請求項１に記載の光電センサの調整方法。
3. 前記第２のステップは、前記受光量が前記判定閾値を上回るときに判定結果を求める第１モードでは、前記平均受光量に負のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、その判定閾値を漸増させ、前記受光量が前記判定閾値を下回るときに判定結果を求める第２モードでは、前記平均受光量に正のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、その判定閾値を漸減させるものである請求項１に記載の光電センサの調整方法。
4. 前記第２のステップは、前記平均受光量に所定のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した際の前記受光部による受光量に対する判定結果が、前記検出対象物の存在を示すとき、前記オフセットの量を増大させて前記判定閾値の初期設定をやり直し、若しくは異常警報を出力する請求項１に記載の光電センサの調整方法。
5. 投光部および受光部と、前記受光部による受光量を所定の判定閾値で弁別して前記投光部と前記受光部とにより形成される光路を横切る検出対象物が予め定めた設定位置に存在する状態を検出する判定部とを具備した光電センサにおいて、
   前記検出対象物を前記設定位置に位置付けた状態において前記受光量を繰り返し検出してその平均受光量を求める平均受光量算出手段と、
   この平均受光量算出手段にて求められた平均受光量に所定のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、この初期設定した判定閾値を漸次変化させる判定閾値可変手段と、
   この判定閾値可変手段による前記判定閾値の変化に伴って前記判定結果が変化したときの判定閾値を調整結果として決定する閾値設定手段と
   を備えたことを特徴とする光電センサ。
6. 前記判定閾値可変手段は、前記受光量が前記判定閾値を上回るときに判定結果を出力する第１モードでは、前記平均受光量に負のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、その判定閾値を漸増させる第１の閾値可変手段と、
   前記受光量が前記判定閾値を下回るときに判定結果を出力する第２モードでは、前記平均受光量に正のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した後、その判定閾値を漸減させる第２の閾値可変手段とからなる請求項５に記載の光電センサ。
7. 前記判定閾値可変手段は、前記平均受光量に所定のオフセットを与えて前記判定閾値を初期設定した際の前記受光部による受光量に対する判定結果が、前記検出対象物の存在を示すとき、前記オフセットの量を増大させて前記判定閾値の初期設定をやり直す機能、若しくは異常警報を出力する機能を備える請求項５に記載の光電センサ。

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