JP5562199B2

JP5562199B2 - 光電センサ

Info

Publication number: JP5562199B2
Application number: JP2010229502A
Authority: JP
Inventors: 晋西坂
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: JP2012083195A

Description

この発明は、受光量の変化に基づいて検出対象物を検出する光電センサに関するものである。

受光量の時間当たりの変化量（即ち、微分値）を検出する微分検出型光電センサでは、検出対象物の有無を判定するための閾値として適切な値を設定する必要がある。一般的にユーザは、検出対象物の検出状態を光電センサの表示器にデジタル表示された微分値で確認し、それに応じた閾値を模索して設定している。

ユーザによる閾値設定を支援する表示機能として、例えば特許文献１のホールド表示機能がある。ただし、特許文献１に係る光電センサは微分値の大小ではなく受光量の大小に応じて検出対象物の有無を判定する構成である。この光電センサは、閾値設定に有用な情報として、所定期間中の受光量の最大値、最小値などをホールド表示する。

特許４００９８３８号公報

微分検出型の光電センサの場合、閾値として、受光量の変化が最も小さいワーストケース（遮光率の最も悪かった検出対象物）を想定した値を設定することが望ましい。
しかしながら、電子部品通過検出などのシステムにおいて、高速に通過する微小な検出対象物を検出する場合には、以下の事項などが問題となって、微分値表示値による状況把握が困難になる課題があった。
・通過時間が極端に短い（０．１ミリ秒以下）
・通過時の検出対象物の姿勢によって遮光量が異なるため微分値が一定でない
・検出対象物未検知の状態であっても、回路の自己ノイズによって微分値がゼロとならない

また、上記特許文献１の構成を微分検出型光電センサに適用してそのボトムホールド表示をさせる場合、例えば検出対象物を１０００個通過させると各々の微分値のうちの最大の微分値を保持して表示することになる。この最大の微分値とは、ベストケース（遮光率の最も良かった検出対象物）の微分値である。従って、閾値設定に重要な情報となるワーストケースの値をユーザが知ることができないという課題があった。対策として、検出対象物が１個通過する都度、最大微分値を確認する方法があるが、信頼のあるデータ点数を確保するためには多大な労力が必要となる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の検出対象物のうちから遮光率の最も悪かった検出対象物の最悪値、即ち、複数の検出対象物についてのワーストケースを求めることができ、ひいては閾値設定が容易な微分検出型の光電センサを提供することを目的とする。

この発明の請求項１に係る光電センサは、検出領域に投光する投光部と、検出領域を通過した光を受光し、受光量に基づいた出力を行う受光部と、受光部の出力の単位時間当たりの変化量を求める変化量演算部と、変化量演算部が求めた変化量を所定の閾値と比較し、検出領域における検出対象物の有無を判定する検出部と、変化量演算部が求めた変化量のうち、１個の検出対象物当たりの最大変化量を決定する最大変化量決定部と、最大変化量決定部が求めた最大変化量のうち、最も小さい値を決定する最悪値決定部とを備え、検出部は、検出対象物を検出したタイミングから所定時間のワンショット出力を開始し、最大変化量決定部は、最大変化量をホールド値として保持し、変化量演算部により新たな変化量が求められたタイミングがワンショット出力中の場合、当該変化量とホールド値とを比較し、当該変化量がホールド値以上であれば、当該変化量でホールド値を更新し、ワンショット出力が終了した時点でのホールド値を最大変化量とするものである。

この発明の請求項２に係る光電センサは、最悪値決定部が記憶部を有し、最大変化量決定部から最大変化量が与えられると当該記憶部に記憶している最大変化量と比較してより小さい方の値に上書きするものである。

この発明の請求項３に係る光電センサは、最悪値決定部が記憶部を有し、最大変化量決定部から与えられる最大変化量を記憶していき、複数の最大変化量間で比較して最も小さい値を求めるものである。

この発明の請求項４に係る光電センサは、最悪値決定部が決定した値を出力する出力部を備えるものである。

この発明の請求項１から請求項３によれば、検出対象物当たりの最大変化量を決定すると共に、複数の検出対象物の最大変化量のうちの最も小さい値を決定するようにしたので、複数の検出対象物のうちから遮光率の最も悪かった検出対象物の最悪値を求めることができる。

この発明の請求項４によれば、最悪値決定部が決定した値を出力するようにしたので、ユーザは出力される最悪値を参考にして容易に閾値を設定できる。

この発明の実施の形態１に係る光電センサの構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る光電センサの設置例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る光電センサの動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係る光電センサの動作を説明するためのグラフである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光電センサの構成を示すブロック図であり、設置例を図２に示す。この光電センサは微分検出型であり、投光部１、受光部２、変化量演算部３、検出部４、最大変化量決定部５、最悪値決定部６、記憶部７、および出力部８を備えることとする。

投光部１と受光部２とは、検出領域９を間に挟んで対向するように配置される。投光部１から投光された光は検出領域９を通過して、受光部２で受光される。投光部１は発光ダイオード（ＬＥＤ：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）などの発光素子を有し、他方の受光部２はフォトダイオードなどの受光素子を有する構成である。または、発光素子および受光素子に光ファイバを接続してファイバ型光電センサにしてもよい。

投光部１と受光部２とは別体に構成しても、一体に構成してもよい。また、検出対象物１０が微小な電子部品などの場合、検出領域９に光透過性のパイプなどを設置して、パイプ内に検出対象物１０を落下させる構成にしてもよい。さらに、図２では、投光部１と受光部２とを対向配置する透過型光電センサを例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば投光部１と受光部２とを同じ側に配置し、対向位置に反射部材を配置する反射型光電センサなどにしてもよい。

変化量演算部３、検出部４、最大変化量決定部５、最悪値決定部６、記憶部７および出力部８は電子回路などで構成される。特に出力部８は、表示器を有して検出部４および最悪値決定部６の出力を表示したり、外部出力端子を有して前記出力を外部出力したりできる。なお、表示器はどのような形態であってもよく、例えば７セグメント式のデジタル数値表示器を用いる。

これら変化量演算部３、検出部４、最大変化量決定部５、最悪値決定部６、記憶部７および出力部８は、投光部１および受光部２（または受光部２のみ）と一体に構成してもよいし、別体に構成してもよい。さらに、出力部８の表示器を別体で構成してもよい。

次に、図３に示すフローチャートおよび図４のグラフを用いて、光電センサの動作を説明する。
投光部１が検出領域９に向けて投光を開始し、受光部２が検出領域９を通過した光を受光する（ステップＳＴ１）。図４（ａ）に、受光部２の受光量を示す。グラフの横方向は時間、縦方向は受光量を示し、検出領域９を検出対象物１０が通過するとその検出対象物１０によって投光が遮光され、受光量が低下する。

変化量演算部３は、受光部２から入力される受光量のサンプリング時間当たりの変化量、即ち、微分値を求める（ステップＳＴ２）。変化量演算部３は、変化量に代えて、変化率を求めてもよい。図４（ｂ）に、変化量演算部３が演算した変化量のグラフを示す。グラフの横方向は時間、縦方向は変化量を示す。Ｔｈは、検出対象物１０の有無を判定するために用いる閾値であり、ユーザにより設定される値である。

以下では、変化量演算部３がサンプリングのタイミング毎に変化量を算出して、順次ステップＳＴ３以降の処理を行うものとする。
検出部４には閾値Ｔｈが与えられ、この閾値Ｔｈと変化量演算部３から入力される受光量の変化量とを比較して、検出対象物１０の有無を判定する（ステップＳＴ３）。検出部４は、変化量が閾値Ｔｈより小さければ（ステップＳＴ４“ＹＥＳ”）、検出領域９を通過する光が検出対象物１０に遮蔽されていないと判断して、検出対象物１０が存在しないと判定する。一方、受光量の変化量が閾値Ｔｈ以上になれば（ステップＳＴ４“ＮＯ”）、検出部４は、検出領域９を通過する光が検出対象物１０に遮蔽されていると判断して、検出対象物１０が存在すると判定する。続いて検出部４は、検出対象物１０を検出したタイミングから所定時間のワンショット出力を開始する（ステップＳＴ５）。図４（ｃ）に、検出部４のワンショット出力のグラフを示す。図示例では、所定時間Ｔ_{ｏｎｅｓｈｏｔ}（例えば１〜１０ミリ秒）だけオン状態が維持するパルス信号が検出部４から出力されている。

検出部４のワンショット出力は最大変化量決定部５および出力部８へ出力される。出力部８は、ワンショット出力が入力されると、表示および／または外部出力によってユーザに検出対象物１０の検出を知らせる。

続いて、最大変化量決定部５が、受変化量演算部３の求めた変化量のうち、１個の検出対象物１０当たりの最大変化量Ｖ_ｍａｘを決定する。
最大変化量決定部５は、今回のサンプリングタイミングがワンショット出力期間中か否かを確認する（ステップＳＴ６）。今回のサンプリングタイミングがワンショット出力中であれば（ステップＳＴ６“ＮＯ”）、最大変化量決定部５は今回のサンプリングタイミングで算出された変化量とホールド値を比較する（ステップＳＴ８）。このホールド値は、最大変化量決定部５が有するパラメータであり、最大変化量Ｖ_ｍａｘを一時的に保持する。ホールド値の推移は図４（ｂ）に細線で示す。

最大変化量決定部５は、今回のサンプリングタイミングの変化量がホールド値より小さければ（ステップＳＴ９“ＹＥＳ”）、ホールド値を更新せずにステップＳＴ１１へ進む。一方、この変化量がホールド値以上であれば（ステップＳＴ９“ＮＯ”）、最大変化量決定部５はホールド値をこの変化量に更新する。このように、最大変化量決定部５はワンショット出力期間中にホールド値をより小さい変化量に更新していき、ワンショット出力期間が終了した時点のホールド値を最大変化量Ｖ_ｍａｘとする。
他方、今回のサンプリングタイミングがワンショット出力期間中でなければ（ステップＳＴ６“ＹＥＳ”）、最大変化量決定部５は、ホールド値を最大変化量Ｖ_ｍａｘとして取得して、ホールド値をゼロに更新する。

続いて、最悪値決定部６が、最大変化量決定部５の求めた複数の検出対象物１０についての最大変化量Ｖ_ｍａｘのうち、最も小さい値を最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}に決定する。図４（ｂ）に最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}の一例を示す。
最大変化量Ｖ_ｍａｘがゼロの場合（ステップＳＴ１２“ＹＥＳ”）、即ち、検出対象物１０が未検出の場合、最悪値決定部６はそのまま処理を終了する。
一方、ホールド値から取得した最大変化量Ｖ_ｍａｘがゼロ以外の場合（ステップＳＴ１２“ＮＯ”）、即ち、検出対象物１０が検出された場合、最悪値決定部６はこの最大変化量Ｖ_ｍａｘを記憶部７が記憶している最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}と比較する（ステップＳＴ１３）。この記憶部７は、最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}を一時的に保持する記憶手段である。最悪値決定部６は、今回検出中の検出対象物１０の最大変化量Ｖ_ｍａｘが記憶部７の記憶している最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}以上であれば（ステップＳＴ１４“ＹＥＳ”）、最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}を上書き更新せずに処理を終了する。また、今回検出中の検出対象物１０の最大変化量Ｖ_ｍａｘが記憶部７の記憶している最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}より小さければ（ステップＳＴ１４“ＮＯ”）、最悪値決定部６は、記憶部７の記憶している最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}を最大変化量Ｖ_ｍａｘに上書き更新して処理を終了する。

光電センサは、以上の処理終了後、再びステップＳＴ１から次の検出対象物１０の検出動作を開始する。このように次々と検出動作を行っていき、最悪値決定部６が記憶部７の記憶する最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}をより小さい値の最大変化量Ｖ_ｍａｘに上書き更新していく。そして、所定個数（例えば１０００個）の検出対象物１０について検出動作が終了した時点で、最悪値決定部６は、記憶部７の記憶している最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}を出力部８へ出力する。

出力部８は、最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}が入力されると、表示および／または外部出力によって、所定個数の検出領域９のうちの最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}を知らせる。ユーザは、この最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}を確認することによって、遮光量が最も少なくなるワーストケースを想定した閾値Ｔｈを設定することができ、結果的に検出漏れ等の不具合を防止することができる。

なお、最悪値決定部６が出力部８に最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}を出力するタイミングは、上述したような所定個数すべての検出動作が終わったタイミングに限定されるものではない。
例えば、最悪値決定部６は、ステップＳＴ１５にて記憶部７を更新するタイミングで出力部８に最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}を出力してもよい。この構成の場合、最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}がより小さい値に更新される都度、出力部８の値が推移するので、ユーザは最悪値の推移を見ながら閾値Ｔｈを設定することができる。さらに、出力部８は最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}が入力されてから所定時間（例えば２〜５秒）、その値をホールド表示するようにしてもよい。そして、所定時間中に新たな最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}が入力されれば表示を更新し、一方、所定時間中に新たな入力がなければ所定時間後にゼロを表示して検出対象物１０が検出されていないことを通知する。

以上より、実施の形態１に係る光電センサは、検出領域９に投光する投光部１と、検出領域９を通過した光を受光し、受光量に基づいた出力を行う受光部２と、受光部２の出力の単位時間当たりの変化量（または変化率）を求める変化量演算部３と、変化量演算部３が求めた変化量を閾値Ｔｈと比較し、検出領域９における検出対象物１０の有無を判定する検出部４と、変化量演算部３が求めた変化量のうち、１個の検出対象物１０当たりの最大変化量Ｖ_ｍａｘを決定する最大変化量決定部５と、最大変化量決定部５が求めた最大変化量Ｖ_ｍａｘのうち、最も小さい値を最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}に決定する最悪値決定部６と、最悪値決定部６が決定した最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}を出力する出力部８とを備えるように構成した。このため、複数の検出対象物のうちから遮光率の最も悪かった検出対象物の最悪値を求めることができる。また、この最悪値は閾値設定に有用な情報であるため、ユーザは容易に閾値設定できるようになる。

なお、上記実施の形態１では、最悪値決定部６が記憶部７を有し、最大変化量決定部５から最大変化量Ｖ_ｍａｘが与えられると、記憶部７に記憶している最大変化量Ｖ_ｍａｘと比較してより小さい方の値に上書きするようにして、最終的に、記憶部７が記憶している最大変化量Ｖ_ｍａｘを最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}にする構成としたが、これに限定されるものではない。
例えば、図３に示すステップＳＴ７、ステップＳＴ９“ＹＥＳ”、またはステップＳＴ１０のいずれかにて求めた検出対象物１０の最大変化量Ｖ_ｍａｘを記憶部７に記憶していき、最悪値決定部６は所定個数（例えば１０００個）の検出対象物１０について検出動作が終了した時点で、記憶部７に記憶されている所定個数分の最大変化量Ｖ_ｍａｘ間で比較して、最も小さい値を求めて最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}にする構成でもよい。この構成の場合には、所定個数の検出対象物１０の検出動作終了後に最悪値Ｖ_{ｗｏｒｓｔ}が出力部８に入力され、ユーザに通知されることになる。
どちらの構成であっても、複数の検出対象物のうちから遮光率の最も悪かった検出対象物の最悪値を求めることができ、ひいては、ユーザが容易に閾値設定できるようになる。

また、上記実施の形態１の変化量演算部３が、図４（ｂ）のグラフについて正負が反転した変化量を求める場合には、最大変化量決定部５は検出対象物１０当たりの変化量の最小値（最小変化量）を求め、最悪値決定部６は複数の検出対象物１０の最小変化量のうち、最も大きい値を求めて最悪値とすればよい。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１投光部
２受光部
３変化量演算部
４検出部
５最大変化量決定部
６最悪値決定部
７記憶部
８出力部
９検出領域
１０検出対象物

Claims

検出領域に投光する投光部と、
前記検出領域を通過した光を受光し、受光量に基づいた出力を行う受光部と、
前記受光部の出力の単位時間当たりの変化量を求める変化量演算部と、
前記変化量演算部が求めた変化量を所定の閾値と比較し、前記検出領域における検出対象物の有無を判定する検出部と、
前記変化量演算部が求めた変化量のうち、１個の検出対象物当たりの最大変化量を決定する最大変化量決定部と、
前記最大変化量決定部が求めた最大変化量のうち、最も小さい値を決定する最悪値決定部とを備え、
前記検出部は、検出対象物を検出したタイミングから所定時間のワンショット出力を開始し、
前記最大変化量決定部は、最大変化量をホールド値として保持し、前記変化量演算部により新たな変化量が求められたタイミングが前記ワンショット出力中の場合、当該変化量と前記ホールド値とを比較し、当該変化量が前記ホールド値以上であれば、当該変化量で前記ホールド値を更新し、前記ワンショット出力が終了した時点でのホールド値を最大変化量とすることを特徴とする光電センサ。
前記最悪値決定部は記憶部を有し、前記最大変化量決定部から最大変化量が与えられると当該記憶部に記憶している最大変化量と比較してより小さい方の値に上書きすることを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
前記最悪値決定部は記憶部を有し、前記最大変化量決定部から与えられる最大変化量を記憶していき、複数の最大変化量間で比較して最も小さい値を求めることを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
前記最悪値決定部が決定した値を出力する出力部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光電センサ。