JP5216603B2

JP5216603B2 - 連設型センサシステム、ネットワークユニット、及びセンサユニット

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Description

本発明は、被検知対象物の状態監視などを行う連設型センサシステム及びそのセンサシステムに用いるネットワークユニット、及びセンサユニットに関する。

自動化された製造ラインでは、ワークの加工などを確実に行うために、ワークの加工状態を監視しつつ製造が行われる。従って自動化された製造ラインでは、ワーク（被検知対象物）の近傍に加工状態を監視するセンサを多数配置し、各センサの判別信号を監視しつつワークの加工が行われる。

このようなセンサシステムにおいては、多数のセンサとセンサの制御機器との配線が面倒であるため、これらの機器をユニット化し、各ユニットを物理的に連結することによって各ユニットを接続し、各ユニット間の配線を同時に完了させる連設型センサシステムが活用されている。連設型センサシステムでは、ワークの近傍に多数のセンサユニットを連設して設置し、各センサユニットに接続された光ファイバなどのセンサヘッドをワークの監視部位の近傍に近接させて多数配設し、各センサユニットから出力される検知信号をネットワークユニットを介して上位制御装置で監視する連設型センサシステムが知られている。

特許文献１は各センサユニットからネットワークユニットへリアルタイムでセンサの判別信号を伝えると共に、その他のセンサ情報を伝送する方策として、パラレル伝送と、シリアル伝送による２系統の伝送路を有する連設型センサシステムが記載されている。

この構成によれば、各センサユニットのセンサの検知信号を各々独立してパラレル伝送路を通じてネットワークユニット側へ伝送するので、センサの検知信号を遅延なくネットワークユニット側へ伝送でき、ワークの稼働を高速に行うことができる。またセンサの受光量や閾値などの種々のセンサ情報をデジタルデータとしてネットワークユニット側へ伝送して上位制御装置で集中管理したり、あるいは、上位制御装置やネットワークユニットから各センサユニットへ指令信号を伝送して各センサユニットのセンサヘッドの発光タイミングの制御や設定の変更を行うような集中制御を行うことができる。

また特許文献２には複数のセンサアンプとセンサアンプ管理装置がデータ通信によって連結されたセンサシステムが提案されている。

特開２００４−２９５２７６号公報特開２００３−９７９８３号公報

特許文献１に記載された構成では、パラレル伝送ラインを通じて各センサユニットの判別信号をネットワークユニットを介して遅延なく上位制御装置へ伝送できるが、センサユニットの数が多くなるにつれて配線数も多くなるため、接続可能なセンサ数には限界があった。

また特許文献２に示すように、センサの判別信号をシリアル信号で伝送するものとすれば、判別信号を上位制御装置に送出するまでに時間遅れが生じる。従って上位制御機器で各センサの判別信号を用いることが難しくなるという欠点があった。

しかるに連設型センサシステムにおいては、センサユニットから信号取得の即時性が要求される場合のほかに、センサユニットからの信号と他の信号との同期ずれをなくすことで足りる場合がある。例えば上位制御装置が連設型センサシステムに接続され、種々の制御対象を制御する場合においては、各センサユニットの判別信号が得られる時間が認識できれば上位制御装置のアプリケーションを通じて制御対象を制御する際の同期ずれをなくす処理が可能となる場合がある。

本発明は、このような可能性に着目してなされたもので、センサの検知信号と、その時間情報を同時にネットワークユニットで保持し、上位制御装置からの要求に応じてその情報を提供できる連設型センサシステム、及びこのセンサシステムに用いられるネットワークユニット及びセンサユニットを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の連設型センサシステムは、上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を接続して構成される連設型センサシステムであって、前記各センサユニットは、検出対象から検出した物理量に応じた検出信号を出力するセンサ部と、前記検出信号を予め定められた閾値と比較して判別信号を生成し、前記ネットワークユニットに送信する制御部と、隣接する前記ネットワークユニット及びセンサユニットのいずれかと接続する接続手段と、少なくとも判別信号を伝送する伝送手段と、を有するものであり、前記ネットワークユニットは、隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、現在時刻を出力する時間計測部と、少なくとも判別信号を受信する伝送手段と、前記各センサユニットより送られてきた判別信号の時刻情報を記憶するテーブルメモリと、前記連結されているセンサユニットから送られてきたセンサの判別信号を受信し、センサ判別信号に対して前記時間計測部より得られる現在時刻情報を前記テーブルメモリに保持する制御部と、を具備するものである。

ここで前記センサユニットの伝送手段は、複数ビットの信号で形成されるシリアル信号を送受信するシリアル伝送手段であり、前記ネットワークユニットの伝送手段は、複数ビットの信号で形成されるシリアル信号を送受信するシリアル伝送手段としてもよい。

ここで前記各センサユニットの伝送手段は、前記制御部が出力する判別信号を並列的に前記ネットワークユニットに伝送するパラレル伝送手段であり、前記ネットワークユニットの伝送手段は、前記制御部が出力する判別信号を並列的に受信するパラレル伝送手段であり、前記ネットワークユニットの制御部は、前記センサユニットの制御部で生成された判別信号をパラレル伝送手段の各信号ラインの信号変化に基づいて検出して前記テーブルメモリを更新するようにしてもよい。

ここで前記テーブルメモリは、前記各センサユニット毎に、判別信号とその判別信号に変化した時刻とを保持するようにしてもよい。

ここで前記テーブルメモリは、前記各センサユニット毎に、判定信号の立上り時刻と立下り時刻との組を保持するようにしてもよい。

ここで前記テーブルメモリは、前記各センサユニット毎に、判別信号と判定信号の立上り時刻と立下り時刻との組を保持するようにしてもよい。

この課題を解決するために、本発明の連設型センサシステムは、上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を接続して構成される連設型センサシステムであって、前記各センサユニットは、隣接する前記ネットワークユニット及びセンサユニットのいずれかと接続する接続手段と、検出対象から検出した物理量に応じた検出信号を出力するセンサ部と、現在時刻を出力する時間計測部と、前記検出信号を予め定められた閾値と比較して判別信号を生成し、判別信号と前記時間計測部より得られる現在時刻とを送信する制御部と、前記制御部が出力する判別信号と現在時刻を含み、複数ビットの信号で形成されるシリアル信号を送受信するシリアル伝送手段と、を有するものであり、前記ネットワークユニットは、隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、前記センサユニットの判別信号と時間情報とを複数ビットの信号で形成されるシリアル信号として直列的に送受信するシリアル伝送手段と、前記各センサユニットより送られてきた判別信号の時刻情報を記憶するテーブルメモリと、前記連結されているセンサユニットから送られてきた判別信号とその判別信号の変化した時刻情報とを前記テーブルメモリに保持する制御部と、を具備するものである。

この課題を解決するために、本発明のネットワークユニットは、上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を接続して構成される連設型センサシステムに用いられるネットワークユニットであって、隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、前記センサユニットの判別信号を含み、複数ビットの信号で形成されるシリアル信号を直列的に送受信するシリアル伝送手段と、前記各センサユニットより送られてきた判別信号と時刻情報を記憶するテーブルメモリと、前記連結されているセンサユニットから送られてきたセンサの判別信号を受信し、センサの判別信号と現在時刻情報を前記テーブルメモリに保持する制御部と、を具備するものである。

この課題を解決するために、本発明のネットワークユニットは、上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を接続して構成される連設型センサシステムに用いられるネットワークユニットであって、隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、前記各センサユニットよりパラレル伝送ラインを介して伝送されてきた判別信号を並列的に受信するパラレル伝送手段と、現在時刻を出力する時間計測部と、前記各センサユニットより送られてきた判別信号と前記時間計測部の時刻情報とを記憶するテーブルメモリと、前記連結されているセンサユニットから送られてきたセンサの判別信号を受信し、センサの判別信号と現在時刻情報を前記テーブルメモリに保持する制御部と、を具備するものである。

この課題を解決するために、本発明のセンサユニットは、上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を接続して構成される連設型センサシステムに用いられるセンサユニットであって、隣接する前記ネットワークユニット及びセンサユニットのいずれかと接続する接続手段と、検出対象から検出した物理量に応じた検出信号を出力するセンサ部と、現在時刻を出力する時間計測部と、前記検出信号を予め定められた閾値と比較して判別信号を生成し、判別信号と前記時間計測部より得られる現在時刻とを送信する制御部と、前記制御部が有する判別信号を含み、複数ビットの信号で形成されるシリアル信号を送受信するシリアル伝送手段と、を具備するものである。

ここに、本発明でいう判別信号とは、センサの検出信号に基づく信号を予め定められた閾値と比較して得られた二値化された信号を指す。

本発明による連設型センサシステムにおいては、各センサユニットの判別信号がシリアル伝送手段を介してネットワークユニット側へ伝送される。このときデータを更新する時刻情報を同時に保持しておくことによって、判別信号の時刻を知ることができる。従って、ネットワークユニットまたは上位制御装置において、各センサユニットの動作状態を集中管理することが可能となる。ネットワークユニットは、伝送されて来た情報に基づいて各センサユニットの動作状態を管理することが可能となる。また、上位制御装置へ必要なデータを送出して各センサユニットの動作状態を集中管理することも可能である。

本発明のセンサユニットとしては、透過型や反射型の光電センサユニットが考えられ、光電センサの場合にはセンサユニットから光ファイバを物体検知領域にまで延出するファイバセンサが好適である。ファイバセンサでは、センサユニットにセンサヘッドを接続する必要があり、センサヘッドの接続構造やユニット内部の発光素子、受光素子の専有面積が大きい。従って、１台のセンサユニットは、一つのセンサヘッドを有する構成が好適である。またセンサユニットとして、近接センサや圧力センサ、超音波センサなど他の形式のセンサユニットであってもよい。

本発明において、隣接するユニット間を接続する接続手段にはユニット間を物理的に接続する接続手段及び信号伝送を行うための信号接続手段が含まれる。信号伝送を行うための信号接続手段として、電気的接続によって信号伝送を行う接続手段や、光の送受信によって信号伝送を行う接続手段を採用することが可能である。

連設型センサシステムにおいて、パラレル伝送ラインは、各センサユニットに同一数の接続端子を配列した一対のコネクタにより形成することができる。この場合、上流側のコネクタの各接続端子と下流側のコネクタの各接続端子は各々対応付けられており、センサの判別信号は上流側に配列される接続端子の一つに与えられると共に、下流側の各接続端子は判別信号が接続された接続端子を除く上流側の接続端子に対して、所定の規則に基づいて順次対応をずらせて接続することによりパラレル伝送ラインを構成することができる。

本願の請求項１〜１０の発明による連設型センサシステムでは、ネットワークユニットにシリアル伝送手段を通じて得られる判別信号の時刻情報が保持されている。この信号は一旦テーブルメモリに保持され、上位制御装置からの要求に応じて上位制御装置に転送することができる。これにより上位制御装置側で各センサユニットの動作状態を集中管理することができる連設型センサシステムを提供できる。

また請求項３，１３〜１５の発明によれば、各センサユニットから出力されるセンサの判別信号は、パラレル伝送ラインを介して各々独立して遅延することなくネットワークユニットへ伝送され、ネットワークユニットは、伝送されて来た各センサユニットの判別信号を参照して被検知対象物の加工状況を判別することができる。

請求項４，８，１６の発明によれば、各センサユニットから出力されるセンサの判別信号の現在の出力状態と変化した時刻とが示されているため、ネットワークユニットは、伝送されて来た各センサユニットの判別信号が変化した過去の時刻をそのまま保持しておくことができる。またこのネットワークユニットを介してこの情報を上位制御装置に入することができる。

また請求項５，６，９，１０，１７，１８の発明によれば、各センサユニットの判別信号の立上り及び立下り時刻の情報を得ることができる。上位制御装置はこの情報を用いてタイミング制御などの処理を行うことができる。

請求項１１〜１８に記載の発明によれば、この連設型センサシステムに好適に使用可能なネットワークユニットを提供できる。

請求項１９に記載の発明によれば、この連設型センサシステムに好適に使用可能なセンサユニットを提供できる。

図１は本発明の第１の実施の形態による連設型センサシステムの全体の構成図である。図２は第１の実施の形態によるネットワークユニットのブロック構成図である。図３（ａ）は第１の実施の形態によるネットワークユニットを一方の側面から見た状態の斜視図、図３（ｂ）は（ａ）のネットワークユニットを反対側の側面から見た状態の斜視図である。図４Ａは本発明の第１の実施の形態によるテーブルメモリの一例を示す図である。図４Ｂは本発明の第２の実施の形態によるテーブルメモリの一例を示す図である。図４Ｃは本発明の第３の実施の形態によるテーブルメモリの一例を示す図である。図４Ｄは本発明の第４の実施の形態によるテーブルメモリの一例を示す図である。図５は第１の実施の形態によるセンサユニットのブロック構成図である。図６（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るセンサユニットを一方の側面から見た状態の斜視図、図６（ｂ）は（ａ）のセンサユニットを反対側の側面から見た状態の斜視図である。図７は本発明の各実施の形態に係る連設型センサシステムの全体構成を示す斜視図である。図８は本発明の第１の実施の形態による各センサユニットの出力変化、データ転送コマンドのタイミング、上位制御装置からの転送要求のタイミングを示すタイムチャートを示す図である。図９は本発明の第１の実施の形態による連設型センサシステムの使用例を示す図である。図１０は本発明の第５の実施の形態による連設型センサシステムの全体の構成図である。図１１は本発明の第５の実施の形態による連設型センサシステムのネットワークユニットの構成を示すブロック構成図である。図１２は本発明の第５の実施の形態によるテーブルメモリの一例を示す図である。図１３は本発明の第５の実施の形態による連設型センサシステムのセンサユニットの構成を示すブロック構成図である。図１４は本発明の第６の実施の形態による連設型センサシステムのセンサユニットの構成を示すブロック構成図である。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による連設型センサシステムの全体構成を示す図である。連設型センサシステム１は、ネットワークユニット１０に少なくとも１つ、ここでは１６個のセンサユニット３０−１〜３０−１６を一連に連結して構成されている。これらのユニットは少なくとも２本のラインから成るシリアル伝送ライン４１で電気的に接続される。以下ではネットワークユニット１０に向かう方向を上流方向、センサユニット３０−１６に向かう方向を下流方向という。ネットワークユニット１０は、センサユニット３０−１〜３０−１６から伝送される信号を集約しつつ上位制御装置４２との間で必要な信号を伝送する機能を有するものであり、上位制御装置４２にフィールドバス４３を介して接続されている。

次に各ユニットについて詳細に説明する。図２はネットワークユニット１０の内部構成を示すブロック図、図３（ａ），（ｂ）はネットワークユニット１０を示す相異なる方向からの斜視図である。

図２に示すように、ネットワークユニット１０は、制御部１１内に上位インターフェイス（ＩＦ）１１ａ、シリアル通信部１１ｂを備えて構成されている。またネットワークユニット１０の制御部１１には、表示部１２、操作部１３、テーブルメモリ１４Ａ、時間計測部１５、及びコネクタ１６，１７，１８が接続されている。

制御部１１は、シリアル伝送ライン４１を介してセンサユニットとの間でシリアル信号を送受信する機能を有する。

上位インターフェイス１１ａはコネクタ１８を介して上位制御装置４２からのコマンドを受け取り、保持しているデータを上位制御装置４２に転送するためのインターフェイスである。

シリアル通信部１１ｂはコネクタ１６のシリアル伝送ライン４１に接続され、連設型センサシステムに接続される各センサユニットとの間でシリアル通信を行うもので、シリアル伝送手段を構成している。

テーブルメモリ１４Ａはこのネットワークユニット１０に接続される多数のセンサユニットの判別信号（オンオフ信号）と時刻情報をテーブルとして保持するものである。テーブルメモリ１４Ａは図４Ａに示すように各センサユニットの現在の判別信号を要求する更新時刻とこの時刻に各センサユニットから得られる判別信号を保持する領域を有している。ここで各センサユニット３０−１〜３０−１６を＃１〜＃１６で示している。

時間計測部１５はテーブルメモリ１４Ａに保持すべきデータを収集したタイミングなどの時刻情報を制御部１１に供給するものである。

コネクタ１６は５個の接続端子を備え、このうち接続端子１６ａ，１６ｂはシリアル伝送ライン４１に接続される端子である。接続端子１６ｃはタイミング信号用の接続端子である。また接続端子１６ｄ，１６ｅは電源供給用の端子であり、電源供給用のコネクタ１７に接続されている。

ネットワークユニット１０のコネクタ１６は、センサユニット３０−１との電気的な接続手段を構成しており、シリアル伝送ライン４１を介してシリアル信号の送受信を行うと共に、タイミング信号を送出する機能と、各センサユニットに電源供給を行う機能を兼ね備えている。

ネットワークユニット１０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように直方体形状のケース２１に部材を収容したユニットであり、その側壁に１つのセンサユニットを連結して用いられる。

図３（ａ）に示すように、ケース２１の上面にはコネクタ１８が設けられている。コネクタ１８はプログラマブルコントローラやコンピュータなどの上位制御装置４２を接続するコネクタである。ケース２１の長手方向の一端には、図示しない電源供給線を接続するねじ式の端子から成るコネクタ１７が設けられている。又ケース２１の上面には表示部１２や操作部１３の操作スイッチが設けられる。

図３（ｂ）に示すようにケース２１の一方の側面には、前述したコネクタ１６が設けられている。コネクタ１６は５個の接続端子を有し、このうちの２個の接続端子は下流側シリアル伝送ライン４１に接続され、残りはタイミング用、及び電源用の接続端子である。

また、ケース２１の一方の側面には、長手方向両端部に近接して係合凹部２２ａ，２２ｂが設けられている。この係合凹部２２ａ，２２ｂは、後述するセンサユニット３０−１に設けられた係合突起を嵌入させて係合するもので、ユニット同士を連結する際の位置決めと接続を行う物理的な接続手段を構成している。

次に、センサユニットについて説明する。本実施の形態では１６台のセンサユニット３０−１から３０−１６が連結されているが、各センサユニットは同一の構成であるので、センサユニット３０−１につき図面に基づいて説明する。図５はセンサユニット３０−１の内部構成を示すブロック図である。図６（ａ）はセンサユニット３０−１を一方の側面から見た状態の斜視図であり、図６（ｂ）はセンサユニット３０−１を反対側の側面から見た状態の斜視図である。本実施の形態のセンサユニット３０−１は、投光用及び受光用の一対の光ファイバをセンサヘッドとする光電センサとし、受光用の光ファイバの受光量に応じた検出信号を生成し、この検出信号を所定の閾値で二値化した判別信号を出力する機能を有する。

センサユニット３０−１は、図５に示すように、１チップのゲートアレイＧやマイクロプロセッサを用いて形成した制御部３１を有している。制御部３１はタイミング制御部３１ａ、判定部３１ｂ、シリアル通信部３１ｃを内部に備えている。また制御部３１には、発光部３２、受光部３３、表示部３４、操作部３５、出力トランジスタＱ１及びコネクタ３６，３７が接続されている。

タイミング制御部３１ａは、接続端子３６ｃにタイミング信号が伝送されたときに発光部３２にタイミング信号を与えると共に、所定時間、例えば略１０μｓ経過した後に、接続端子３７ｃにタイミング信号を出力するものである。

判定部３１ｂは受光量を所定の閾値により弁別してオン／オフの二値化された判別信号に変換するものである。センサの判別信号は出力用トランジスタＱ１及び出力ライン３８を介して外部に直接出力される。

シリアル通信部３１ｃはコネクタ３６，３７のシリアル伝送ライン４１に接続され、連設型センサシステムに接続されるネットワークユニット１０との間でシリアル通信を行うもので、シリアル伝送手段を構成している。

発光部３２はタイミング制御部３１ａからのタイミング信号に基づいて発光素子を駆動するものである。発光素子からの光は光ファイバ３２ａを介して伝送されて先端から光を輻射する。光ファイバ３２ａから輻射される光は物体検知領域を介して光ファイバ３３ａに入射し、受光部３３に導かれる。受光部３３は入射光を電気信号に変換し、増幅するものである。

ここで発光部３２、受光部３３、光ファイバ３２ａ，３３ａは、検出対象から検出した物理量に応じて検出信号を出力するセンサ部を構成している。

コネクタ３６は、ネットワークユニット１０のコネクタ１６及び隣接するセンサユニットのコネクタ３７と同一形状のコネクタで形成されており、互いに接続可能となっている。またコネクタ３６はシリアル伝送ライン４１の上流側に接続される２個の接続端子３６ａ，３６ｂ、タイミング信号用の接続端子３６ｃ及び電源供給用の接続端子３６ｄ，３６ｅを備えている。

コネクタ３７はシリアル伝送ライン４１の下流側に接続される２個の接続端子３７ａ，３７ｂを有する。コネクタ３６の接続端子３６ａ，３６ｂと、コネクタ３７の接続端子３７ａ，３７ｂとの間は各々直接接続されてシリアル伝送ライン４１が形成されている。

コネクタ３６の接続端子３６ｃはタイミング制御部３１ａを介してコネクタ３７の接続端子３７ｃに接続されている。また、コネクタ３６の接続端子３６ｄ，３６ｅとコネクタ３７の接続端子３７ｄ，３７ｅとの間は各々直接接続され、センサユニット３０−１の内部に電源を供給すると共に、下流のセンサユニットに電源を供給する。

センサユニット３０−１は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、幅が狭いケース５１に部材を収容したユニットである。ケース５１の上面には、４桁の７セグメントＬＥＤ表示器で形成された表示部３４や各種のスイッチから成る操作部３５が設けられている。表示部３４はセンサの受光量と設定閾値や、受光量と余裕度などの値を同時にデジタル表示可能である。

ケース５１の上部には、上面全面を覆う着脱自在のカバーが設けられるが、図６では省略している。またケース５１の長手方向端部には、光ファイバ３２ａ，３３ａを装着するヘッド装着孔５２ａ，５２ｂと、光ファイバ３２ａ，３３ａを固定する固定レバーが設けられている。

図６（ａ）に示すようにケース５１の一方の側面には、コネクタ３６が設けられている。また、ケース５１の一方の側面には、長手方向両端部に近接して係合突起５３ａ，５３ｂが設けられている。この係合突起５３ａ，５３ｂは、ネットワークユニット１０の係合凹部２２ａ，２２ｂに嵌入させて係合するもので、ネットワークユニットとの連結の際の位置決めと接続を行う物理的な接続手段を構成している。コネクタ３６は上流側のネットワークユニット１０又はセンサユニットと電気的に接続する接続手段を構成している。

図６（ｂ）に示すようにケース５１の他方の側面にはコネクタ３６と対称な位置にコネクタ３７が設けられている。また、ケース５１の他方の側面には、長手方向両端部に近接して係合凹部５４ａ，５４ｂが設けられている。この係合凹部５４ａ，５４ｂは、下流のセンサユニットに設けられた係合突起を嵌入させて係合するもので、センサユニット同士の連結の際の位置決めと接続を行う物理的な接続手段を構成している。コネクタ３７は下流側のセンサユニットと電気的に接続する接続手段を構成している。

本実施の形態のセンサユニット３０−１は、検知動作に加えて、操作部３５の各スイッチ操作によって動作状態の切換設定が可能である。例えば、表示部３４による表示データやセンサユニット３０−１の動作モードを切換設定することができる。また受光部３３への入光時または遮光時のいずれでオン信号を出力するかを切換えることができる。また、シリアル伝送ライン４１を介して伝送されるコマンドに基づいて表示部３４の表示データを変更したり、動作モードを切換えることができる。

次に、ネットワークユニットとセンサユニットを組み合わせて形成される連設型センサシステム１の構成及びその動作について説明する。本実施の形態の連設型センサシステム１は、ネットワークユニット１０及び少なくとも１つのセンサユニットを組み合わせて種々に形成可能であるが、ここでは図１及び図７のように、１台のネットワークユニット１０と１６台のセンサユニット３０−１（＃１）〜３０−１６（＃１６）とが連結して接続されているものとする。ネットワークユニット１０とセンサユニット３０−１とを連結することによりコネクタ１６とコネクタ３６とが接続される。また各センサユニットのコネクタ３７と隣接するセンサユニットのコネクタ３６とが接続される。

本実施の形態の連設型センサシステム１において、ネットワークユニット１０のコネクタ１８にはケーブルを介して上位制御装置４２が接続され、コネクタ１７には直流電源が接続される。各センサユニットは夫々図示しない光ファイバがワークの監視位置にまで延ばされている。図７に示すネットワークユニット１０にはコネクタ１８が２つ設けられているが、これは上位制御装置４３との接続がデージーチェーン接続を前提とした通信システムである場合の例を示しており、一方のコネクタ１８は上位制御装置４３又は上位側の他のネットワークユニット１０と接続され、他方のコネクタ１８は下位側の他のネットワークユニットと接続されるか未接続なままで使用される。なお、本発明は、デージーチェーン接続に限られず、図２、図３に示すマルチドロップ接続等の他の通信システムに適用できることは言うまでもない

このような構成の連設型センサシステム１において、シリアル信号の伝送に際し、各センサユニットに固有のアドレスが設定される。アドレス設定は各センサユニットに設けたＤＩＰスイッチなどで行うようにしたり、センサユニット毎に接続状態を認識して自動的にアドレス設定を行うことができる。

連設型センサシステム１において、次のようにしてワークの監視制御が行われる。ネットワークユニット１０の制御部１１よりタイミング信号が隣接するセンサユニット３０−１に送出されると、センサユニット３０−１のタイミング制御部３１ａに伝送される。

センサユニット３０−１では、タイミング制御部３１ａにタイミング信号が伝送されて来ると、制御部３１は発光部３２を発光させ、受光部３３にワークの有無により異なったレベルの受光信号が得られる。受光信号は判定部３１ｂに設定された閾値で二値化される。センサユニット３０−１は判別信号を出力トランジスタＱ１、出力ライン３８を通じて外部に出力する。この判別信号と受光量とは、次にタイミング信号が得られるまで保持される。

そして、タイミング制御部３１ａはタイミング信号を受信してから所定時間（例えば１０μｓ）経過した後に、端子３７ｃより隣接するセンサユニットにタイミング信号を伝える。このように、各センサユニットで所定時間ずつ遅延されたタイミング信号がバケツリレー式に下流側のセンサユニットへ伝送される。これにより、下流側に向かうにつれて各センサユニットは所定時間ずつ遅延して発光することになるため、光電センサ間の相互干渉を防止することができる。

ネットワークユニット１０は各センサユニットに共通のＩＤコードを付して、シリアル伝送ライン４１を介して全てのセンサユニットに対してデータ転送コマンドを送出する。このコマンドの送出時には時間計測部１５からの時刻情報を更新時刻としてテーブルメモリ１４Ａに保持しておく。そうすればシリアル伝送ライン４１を介して各センサユニットから応答が得られる。この受信のタイミングは夫々異なっているが、得られるデータ自体は同期している。即ち全センサユニットを通じて同一のタイミングでの判別信号を得ることができる。ネットワークユニット１０は判別信号をテーブルメモリ１４Ａに保持する。図４Ａはこうして得られたテーブルメモリ１４Ａのメモリマップを示しており、データを更新した更新時刻と各センサユニットから得られた判別信号が保持される。

各センサユニットから応答が得られた後、ネットワークユニット１０は再びデータ転送コマンドを送出して同様の処理を行う。このように周期的にデータ転送コマンドを送出することにより常に最新の出力状態をテーブルメモリ１４Ａに保持しておくことができる。データ転送コマンドの送出の周期は短いことが好ましいが、シリアル伝送ライン４１を通じて全センサユニットから判別信号のデータが得られる時間以上とする必要がある。

一方、ネットワークユニット１０は、上位制御装置４２からの問い合わせに応じて、更新時刻及び各センサユニットの判別信号をテーブルメモリ１４Ａから読み出し、上位ＩＦ１１ａ及びコネクタ１８を介して上位制御装置４２へ伝送する。上位制御装置４２では判別信号と更新時刻の情報を用いて必要な処理を行うことができる。

例えば図８（ａ）は各センサユニット３０−１〜３０−１６の判別信号の変化を示しており、夫々のセンサユニットが異なったタイミングでオン又はオフに変化する。ネットワークユニット１０は図８（ｂ）に示すように周期的なタイミングt1, t2, ・・・でデータ転送コマンドを送出する。こうすれば破線で示すタイミングでの各センサユニットの状態がテーブルメモリ１４Ａに保持される。従って上位制御装置４２からネットワークユニット１０に図８（ｃ）に示すように時刻tXにデータの要求があれば、その時点のテーブルメモリ１４Ａの内容を上位制御装置４２に転送することができる。即ち図８（ｂ）に示すようにネットワークユニット１０がデータ転送コマンドを送出した最新の更新時刻t3での各センサユニットの判別信号が上位制御装置４２に得られることとなる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態による連設型センサシステムについて説明する。この実施の形態においてはテーブルメモリ１４Ｂに保持するデータ内容が異なっているが、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。この実施の形態ではネットワークユニット１０より各センサユニットにデータ転送コマンドを送出しない。各センサユニットは判定部３１ｂにより判別信号に変化があったときに、シリアル伝送ライン４１を通じてオン又はオフの判別信号をネットワークユニット１０に伝送するものとする。ネットワークユニット１０の制御部１１はいずれかのセンサユニットから判別信号の変化が伝送されたときに、テーブルメモリ１４Ｂにオン又はオフのいずれかの状態と共に、時間計測部１５より得られるその時点で得られる時刻を変化時刻として同時に書き込んでおく。こうすれば図４Ｂに示すテーブルメモリ１４Ｂを生成することができる。この場合には現在の出力状態と変化した時刻とが示されているため、変化した過去の時刻をそのまま保持しておくことができる。

一方、ネットワークユニット１０は、上位制御装置４２からの問い合わせに応じて、更新時刻及び各センサユニットの判別信号をテーブルメモリ１４Ｂから読み出し、上位ＩＦ１１ａ及びコネクタ１８を介して上位制御装置４２へ伝送する。上位制御装置４２では判別信号と更新時刻の情報を用いて必要な処理を行うことができる。

この実施の形態では、上位制御装置４２はセンサユニットの出力が変化してから所定時間後に何らかの処理を行う場合に、タイミングを調整することができる。例えば図９に示すように、搬送ライン１００を図中右方向に搬送されているワーク１０１が検出点Ｐ１を通過してからTo秒後に、テーブル１０２により分岐させる場合について説明する。検出点Ｐ１を通過したことがリアルタイムで検出できれば、その時点からTo経過後にテーブル１０２を回転させれば搬送ライン１００より搬送ライン１０３にワーク１０１を転送することができる。しかし上位制御装置４２はネットワークユニット１０からテーブルメモリ１４Ｂの情報を受信して認識するため、認識は現在の時刻（tX）と変化時刻（tc）との差（Δt＝tX−tc）だけ遅れる。従って上位制御装置４２は現在の時刻（tX）からテーブル１０２を回転させるまでの間隔をTo−Δt後とすれば、正確なタイミングでテーブル１０２を回転させることができる。

（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態による連設型センサシステムについて説明する。この実施の形態においてはテーブルメモリ１４Ｃに保持するデータ内容が異なっているが、その他の構成は第２の実施の形態と同様である。この実施の形態では各センサユニットは判定部３１ｂにより判別信号に変化があれば、シリアル伝送ライン４１を通じてオン又はオフの判別信号をネットワークユニット１０に伝送するものとする。ネットワークユニット１０の制御部１１はセンサユニットの判別信号の変化を受信したときにテーブルメモリ１４Ｃを更新する。より具体的には図４Ｃに示すように各センサユニットの出力がオンとなった立上り時刻と、オフとなった立下り時刻とを保持しておく。そしてシリアル伝送ライン４１を通じて更に出力状態に変化があったことが転送されれば、テーブルメモリ１４Ｃの立上り、又は立下り時刻を書き換える。こうすればセンサユニットの最近の２回の出力変化、即ち立上り時刻と立下り時刻とが認識でき、現在のセンサユニットの出力状態は現在時刻により近い時刻を示す状態であると識別することができる。従って上位制御装置４２からの問い合わせに応じて出力が変化した過去２回の正確な時刻と現在の出力状態とを転送することができる。

この実施の形態では図９に示すタイミング制御を第２の実施の形態と同様に行うことができる。また搬送ライン１００の搬送速度が既知でワーク１０１の長さが未知である場合には、立上り時刻と立下り時刻との差に基づいてワーク１０１の長さを算出することができる。またワーク１０１の長さが既知の場合には、立上り時刻と立下り時刻との差に基づいて搬送ライン１００の搬送速度を算出することもできる。

（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態による連設型センサシステムについて説明する。この実施の形態は前述した第２及び第３の実施の形態を組み合わせたものであり、テーブルメモリ１４Ｄに保持するデータ内容が異なっているが、その他の構成、及び効果は第２又は第３の実施の形態と同様である。第４の実施の形態では、テーブルメモリ１４Ｄには図４Ｄに示すように各センサユニットの出力結果と立上り時刻、立下り時刻とを同時に保持するものである。この場合にはセンサの出力結果や立上り時刻、立下り時刻が識別できるため、上位制御装置４２からの問い合わせに応じて直ちに必要な情報を提供することができる。

（第５の実施の形態）
次に本発明の第５の実施の形態による連設型センサシステムについて説明する。前述した第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態の連設型センサシステムは、図１０に示すようにネットワークユニット６０に少なくとも１つ、ここでは１６個のセンサユニット７０−１〜７０−１６を一連に接続して構成される。そしてネットワークユニット６０と、センサユニット７０−１〜７０−１６との間に、シリアル伝送ライン４１に加えてパラレル伝送ライン４４を設けたものである。こうすればパラレル伝送ライン４４を用いてリアルタイムで判別信号をネットワークユニット６０に伝えることができる。パラレル伝送ライン４４は各センサユニットより１本分の信号線が接続されており、少なくとも１６本のラインで形成される。

次に本実施の形態のネットワークユニット６０について図１１を用いて説明する。制御部６１は、第１の実施の形態の制御部１１の機能に加えてパラレル伝送ライン４４より伝送される信号を受信し、テーブルメモリ１４Ｅを更新して保持し、要求に応じて上位制御装置４２へ出力する機能を有する。制御部６１の出力判定受信部１１ｃは、パラレル伝送ライン４４より得られた各センサユニットの判別信号を受信してテーブルメモリ１４Ｅに保持するものである。テーブルメモリ１４Ｅは第１の実施の形態のテーブルメモリ１４Ａと同一の記録内容を保持する領域１４−１に加えて、第２の領域１４−２を有している。図１２はこのテーブルメモリ１４Ｅの一例を示す。またコネクタ６６は前述した第１の実施の形態のコネクタ１６の接続端子１６ａ〜１６ｅと同一の機能を有する接続端子６６ａ〜６６ｅに加えて、パラレル伝送ライン４４の下流側に接続される１６個の接続端子６６ｆ〜６６ｕを備えている。

この実施の形態においてもネットワークユニット６０に１６台のセンサユニット７０−１から７０−１６が連結されているが、各センサユニットは同一の構成であるので、センサユニット７０−１につき図面に基づいて説明する。図１３はセンサユニット７０−１を示している。コネクタ７６は前述した第１の実施の形態のコネクタ３６の接続端子３６ａ〜３６ｅと同一の機能を有する接続端子７６ａ〜７６ｅに加えて、パラレル伝送ライン４４の上流側に接続される１６個の接続端子７６ｆ〜７６ｕを備えている。接続端子７６ｆ〜７６ｕの中で端部に位置する接続端子７６ｆは、出力トランジスタＱ２のコレクタに接続されている。

一方コネクタ７７は前述した第１の実施の形態の接続端子３７ａ〜３７ｅと同一の機能を有する接続端子７７ａ〜７７ｅに加えて、パラレル伝送ライン４４の下流側に接続される１６個の接続端子７７ｆ〜７７ｕを備えている。また、コネクタ７７の接続端子７７ｆはコネクタ７６の接続端子７６ｇに接続され、コネクタ７７の接続端子７７ｇはコネクタ７６の接続端子７６ｈに接続される。同様に、コネクタ７７の接続端子７７ｔはコネクタ７６の接続端子７６ｕに接続される。このように下流側パラレル接続部と上流側パラレル接続部との間は、接続端子が一つずつずれて配線接続され、これらがパラレル伝送ライン４４を構成している。

この実施の形態では、各センサユニットは夫々ワークの検知を行い、判別信号をパラレル伝送ライン４４を介して各々独立してネットワークユニット６０へ伝送する。一方ネットワークユニット６０は、パラレル伝送ライン４４を通じて転送されてきた判別信号をテーブルメモリ１４Ｅの第２領域１４−２に保持する。この実施の形態では上位制御装置からの要求に応じてテーブルメモリ１４Ｅの第２領域１４−２の判別信号を上位機器に転送するようにすれば、より高速に判別情報を伝送することができる。

この実施の形態ではテーブルメモリ１４Ｅの第１領域は第１の実施の形態と同様に更新時刻に同期した各センサユニットの判別状態であり、第２領域１４−２は現時点での判別状態となる。

またパラレル伝送ライン４４から得られる現時点での判別信号を一旦テーブルメモリ１４Ｅの第２領域１４−２に保持するようにしているが、テーブルメモリ１４Ｅに第２領域１４−２を設けず、上位制御装置４２にパラレル信号のままで直接伝送するようにしてもよい。この場合には現時点での各センサユニットの判別信号をリアルタイムで上位制御装置４２に伝送することができる。

尚、第５の実施の形態は第1の実施の形態にパラレル伝送ラインを加えたものとなっているが、第２〜第４の実施の形態にパラレル伝送ラインを加えてもよいことはいうまでもない。

（第６の実施の形態）
尚前述した実施の形態では、ネットワークユニット１０側に時間計測部を設けているが、第２〜第５の実施の形態においては各センサユニットに夫々時間計測部を設けるようにしてもよい。図１４は第２の実施の形態を変形させた第６の実施の形態によるセンサユニット８０−１の一例を示すブロック図である。本図に示すように制御部３１には時間計測部３９が接続されている。制御部３１は判別信号が変化したときに時間計測部３９の時刻情報を同時にシリアル通信部３１ｃを介して伝送するものとする。これを受けてネットワークユニット１０では図４Ｂに示すように変化の時刻をテーブルメモリ１４Ｂに保持しておく。この場合にはネットワークユニット１０には時間計測部が不要となり、ネットワークユニット１０の処理が容易となる。

第６の実施の形態と同様に、第３の実施の形態を変形させて各センサユニットに時間計測部を設けてもよい。制御部３１は判別信号が変化したときに時間計測部３９の時刻情報を同時にシリアル通信部３１ｃを介して伝送するものとする。これを受けてネットワークユニットでは、図４Ｃに示すように立下り時刻と立上り時刻とをテーブルメモリ１４Ｃに保持することができる。

更に第６の実施の形態と同様に、第４の実施の形態を変形させて各センサユニットに時間計測部を設けてもよい。制御部３１は判別信号が変化したときに時間計測部３９の時刻情報を同時にシリアル通信部３１ｃを介して伝送するものとする。これを受けてネットワークユニットでは、図４Ｄに示すように現在の出力状態と立上り時刻及び立下り時刻とをテーブルメモリ１４Ｄに保持することができる。

更に第６の実施の形態と同様に、第５の実施の形態を変形させて各センサユニットに時間計測部を設けてもよい。

尚前述した各実施の形態の連設型センサシステムは、センサユニットを透過型光電センサユニットとしているが、反射型光電センサユニット、近接センサユニットなど他の形式のセンサユニットであってもよい。本発明は検出信号に基づいて判別信号を出力する種々のセンサユニットに適用することができる。

また各実施の形態では、ネットワークユニットに１６台のセンサユニットを接続した構成として述べたが、ネットワークユニット１０に任意の数のセンサユニットを接続して連設型センサシステムを構成することができる。

また本実施の形態では、ネットワークユニットにセンサユニットを連結する際に物理的に連結すると共に電気的にも接続するようにしているが、物理的な連結と信号上との接続とを切り離すようにしてもよい。例えばいくつかのセンサユニットを連結し、信号線で他のセンサユニットと接続するようにしてもよい。

尚前述した第１〜第４の実施の形態ではシリアル伝送ラインを用い、第５の実施の形態ではこれに加えてパラレル伝送ラインを用いているが、パラレル伝送ラインのみを用いて連設型センサシステムを構成することもできる。この場合はネットワークユニットに時間計測部を設け、パラレル伝送ラインを介して判別信号の変化を受信し、そのときの時刻を図４Ａ〜図４Ｄに示すようにテーブルメモリに保持しておく必要がある。

本発明は被検知対象物の状態監視を行う連設型センサシステム及びこのシステムに用いるネットワークユニットやセンサユニットに関し、判別信号の時刻が認識できるため、製造ラインでのワークの加工を行う連設型センサシステムに好適に使用することができる。

１連設型センサシステム
１０，６０ネットワークユニット
１１，３１，６１制御部
１１ａ上位インターフェイス
１１ｂシリアル通信部
１１ｃ出力判定受信部
１４Ａ〜１４Ｅテーブルメモリ
１５，３９時間計測部
１６，１７，１８，３６，３７，６６，７６，７７コネクタ
３０−１〜３０−１６，７０−１〜７０−１６，８０−１センサユニット
３１ａタイミング制御部
３１ｂ判定部
３１ｃシリアル通信部
３２発光部
３３受光部
４１シリアル伝送ライン
４２上位制御装置
４３フィールドバス
４４パラレル伝送ライン

Claims

上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニットおよび前記センサユニット同士を接続して構成される連設型センサシステムであって、
前記各センサユニットは、
検出対象から検出した物理量に応じた検出信号を出力するセンサ部と、
前記検出信号を予め定められた閾値と比較して判別信号を生成し、各々独立して前記ネットワークユニットに送信する制御部と、
隣接する前記ネットワークユニットおよびセンサユニットのいずれかと接続する接続手段と、
前記制御部が出力する判別信号を並列的に前記ネットワークユニットに伝送するパラレル伝送ラインからなる伝送手段と、を有するものであり、
前記ネットワークユニットは、
隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、
現在時刻を出力する時間計測部と、
前記各センサユニットより伝送された判別信号を並列的に受信するパラレル伝送手段とからなる伝送手段と、
前記各センサユニットより送られてきた判別信号と、前記時間計測部より得られる当該判別信号に変化した時刻情報とを、各センサユニットを識別するための識別子と関連付けて記憶するテーブルメモリと、
前記パラレル伝送手段を介して前記連結されているセンサユニットから各々独立して送られてきたセンサの判別信号を受信し、センサ判別信号に対して前記時間計測部より得られる現在時刻情報を前記テーブルメモリに保持するとともに、前記上位制御装置からの問い合わせに応じて、前記テーブルメモリに記憶された各センサユニットの識別子に関連付けられた判別信号及び時刻情報とを、フィールドバスを介して前記上位制御装置に送信する制御部と、を具備する連設型センサシステム。
前記テーブルメモリは、前記各センサユニット毎に、判別信号とその判別信号の立上り時刻と立下り時刻との組を保持する請求項１に記載の連設型センサシステム。
上位制御装置に接続されるネットワークユニットと、少なくとも１つのセンサユニットとを備え、前記ネットワークユニットといずれかの前記センサユニット及び前記センサユニット同士を接続して構成される連設型センサシステムに用いられるネットワークユニットであって、
隣接する前記いずれかのセンサユニットと接続する接続手段と、
前記各センサユニットよりパラレル伝送ラインを介して伝送されてきた判別信号を並列的に受信するパラレル伝送手段と、
現在時刻を出力する時間計測部と、
前記各センサユニットより送られてきた判別信号と、当該判別信号に変化した時刻情報とを、各センサユニットを識別するための識別子と関連付けて記憶するテーブルメモリと、
前記パラレル伝送手段を介して前記連結されているセンサユニットから各々独立して送られてきたセンサの判別信号を受信し、センサ判別信号に対して前記時間計測部より得られる現在時刻情報を前記テーブルメモリに保持するとともに、前記上位制御装置からの問い合わせに応じて、前記テーブルメモリに記憶された各センサユニットの識別子に関連付けられた判別信号及び時刻情報とを、フィールドバスを介して前記上位制御装置に送信する制御部と、を具備するネットワークユニット。