JP6388754B1 - 信号処理装置、センサ装置および信号処理方法 - Google Patents

Abstract

検出対象物で反射された光に基づいて計測される変位量のノイズを低減する処理を実行する信号処理装置であって、入力信号に対して移動平均演算を実施して入力信号に含まれるノイズ成分を低減する移動平均演算部（１７）と、入力信号に含まれるノイズ成分をデジタル信号処理により低減する無限インパルス応答フィルタ（１８）と、を備え、無限インパルス応答フィルタのフィルタ係数は、移動平均演算部および無限インパルス応答フィルタに同一の信号を入力した場合に移動平均演算部が出力する第１の演算結果と無限インパルス応答フィルタが出力する第２の演算結果との差に基づいて決定される。

Description

本発明は、測定対象の物体に対してレーザ光を投光し、その反射光に基づいて物体の変位量を求めるレーザ変位センサ装置において信号処理を行う信号処理装置に関する。

レーザ変位センサ装置は、測定対象物により反射されたレーザ光の強度を繰り返し測定し、各測定結果に基づいて測定対象物の変位量を算出する。光強度の測定結果にはノイズが含まれるため算出した変位量にもノイズが含まれる。変位量に含まれるノイズは、同じ対象物の変位量を繰り返し測定した場合の各変位量のばらつきとして現れる。そのため、レーザ変位センサ装置は、変位量の算出結果を移動平均することにより、ノイズが低減された変位量を求める。移動平均の計算では、特許文献１などで説明されているように、時系列のデジタル信号に対し、ある特定の期間にわたって算術平均を連続して行う。例えば、レーザ変位センサ装置は、６４回分のデータを加算して６４で割ることにより移動平均を求め、これを測定対象物の変位量とする。

特開２００２−２８０９９７号公報

移動平均を使用してノイズを低減する場合、ノイズの低減性能は、移動平均を実施する対象区間の長さ、すなわち移動平均の対象のデータ数に依存する。具体的には、移動平均の対象のデータ数を多くするとノイズの低減性能が向上する。しかしながら、移動平均の対象のデータ数を多くすると、演算時間も長くなるという問題がある。例えば、光強度から求めた変位量に対して移動平均を実行せずに最終的な変位量とする場合と、光強度から求めたＮ個の変位量を対象として移動平均を実行して最終的な変位量を算出する場合とを比較すると、移動平均を行って得られた変位量のばらつきは、移動平均を行わない場合のほぼ１／√Ｎとなるが、応答時間はＮ倍となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、応答時間が増大するのを防止しつつ測定性能を向上させることが可能なレーザ変位センサ装置を実現する信号処理装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、検出対象物で反射された光に基づいて計測される変位量のノイズを低減する処理を実行する信号処理装置である。信号処理装置は、入力信号に対して移動平均演算を実施して入力信号に含まれるノイズ成分を低減する移動平均演算部と、入力信号に含まれるノイズ成分をデジタル信号処理により低減する無限インパルス応答フィルタと、を備える。また、無限インパルス応答フィルタのフィルタ係数は、移動平均演算部および無限インパルス応答フィルタに同一の信号を入力した場合に移動平均演算部が出力する第１の演算結果と無限インパルス応答フィルタが出力する第２の演算結果との差に基づいて決定される。

本発明にかかる信号処理装置は、応答時間が増大するのを防止しつつ測定性能を向上させることが可能なレーザ変位センサ装置を実現できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置の構成例を示す図 実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置が備えるＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタの構成図 実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置が備えるＩＩＲフィルタの係数の例を示す図 実施の形態１にかかる外部装置の表示部が表示する画面の一例を示す図 実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置の変位量計測部および移動平均演算部を実現するハードウェアを示す図 実施の形態２にかかるレーザ変位センサ装置の構成例を示す図 実施の形態３にかかるレーザ変位センサ装置の構成例を示す図 実施の形態３にかかる信号処理部に含まれる各スイッチの設定パターンを示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる信号処理装置、センサ装置および信号処理方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる信号処理装置を備えたセンサ装置であるレーザ変位センサ装置の構成例を示す図である。図１では、レーザ変位センサ装置１に加えて、レーザ変位センサ装置１に接続して使用される外部装置２についても記載している。

レーザ変位センサ装置１は、レーザ素子１０、撮像素子１１、変位量計測部１２、投光及び受光制御部１３、システム制御部１４、レンズ１５、コントローラ１６、移動平均演算部１７、ＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタ１８および出力部１９を備える。移動平均演算部１７およびＩＩＲフィルタ１８は信号処理装置としての信号処理部５１を構成する。

レーザ素子１０は、変位量を検出する対象物である検出対象３に投光するレーザ光を発光する。撮像素子１１は、検出対象３で反射された光を受光する。変位量計測部１２は、撮像素子１１が受光した光の強度に基づいて検出対象３の変位量の計測値を求める。投光及び受光制御部１３は、レーザ素子１０および撮像素子１１を制御する。システム制御部１４は、変位量計測部１２、投光及び受光制御部１３、移動平均演算部１７およびＩＩＲフィルタ１８を制御する。レンズ１５は、検出対象３で反射された光を集光して撮像素子１１に入射させる。コントローラ１６は、通信線を介して接続される外部装置２との間で各種情報を送受信するための通信用のコントローラである。コントローラ１６は、外部装置２への出力情報をシステム制御部１４から受け取るとこれを外部装置２へ送信し、外部装置２から情報を受信するとこれをシステム制御部１４に受け渡す。移動平均演算部１７は、検出対象３の変位量の計測値に対して移動平均演算を実施する。ＩＩＲフィルタ１８は、移動平均演算部１７で算出された変位量の平均値に対してフィルタ処理を実行してノイズ成分を低減する。出力部１９は、ＩＩＲフィルタ１８でノイズ成分が低減された後の変位量の平均値を出力する。

また、外部装置２は、表示部２１、制御部２２および専用ツール２３を備え、レーザ変位センサ装置１の動作パラメータの設定および確認、レーザ変位センサ装置１による計測結果の確認などをユーザが行う場合に使用される。レーザ変位センサ装置１の動作パラメータとしては、移動平均演算部１７が実行する移動平均演算の対象データ数、ＩＩＲフィルタ１８のフィルタ係数などが例示できる。外部装置２は、パーソナルコンピュータなどで実現可能である。

表示部２１は、レーザ変位センサ装置１の動作パラメータ、レーザ変位センサ装置１による計測結果などを表示する。制御部２２は、外部装置２を構成する各部を制御する。専用ツール２３は、レーザ変位センサ装置１と通信する機能を有し、レーザ変位センサ装置１の動作パラメータの設定、設定済の動作パラメータの確認などをユーザが行う場合に使用される。

次に、本実施の形態にかかるレーザ変位センサ装置１の全体動作について説明を行う。レーザ変位センサ装置１は、レーザ素子１０から検出対象３に向けてレーザ光を照射し、レンズ１５を介して検出対象３からの反射光を撮像素子１１で受光する。撮像素子１１は、光電変換素子が複数配列された構成となっており、光電変換素子の各々は、受光した光を受光強度に応じた電圧値に変換して出力する。これにより、受光位置と受光強度の分布の情報を得られる。変位量計測部１２は、受光位置と受光強度の分布の情報を用いて受光強度のピーク位置を算出し、さらに、算出したピーク位置を用いた三角測距を行うことにより検出対象３との変位量を求める。変位量計測部１２は、求めた変位量を移動平均演算部１７に出力する。

変位量計測部１２が出力する変位量はノイズを求むため、移動平均演算部１７は、ノイズ低減のための移動平均計算を行う。具体的には、移動平均演算部１７は、時系列のデジタル信号として入力された信号である変位量に対し、ある特定の時点の値から連続して複数回前までの信号に対して算術平均を行うことにより、変位量計測部１２からの入力信号である変位量に含まれるノイズ成分を低減する。移動平均演算部１７は、例えば、３２回分の変位量を加算し、これを３２で割って平均値を求める。移動平均演算部１７は、変位量の平均値を算出すると、これをＩＩＲフィルタ１８に出力する。

ＩＩＲフィルタ１８は、移動平均演算部１７から入力された変位量の平均値に対してデジタル信号処理を実行し、入力信号に残留しているノイズ成分を低減する。

ここで、既に説明したように、移動平均演算部１７で実行する移動平均の演算点数、すなわち加算する変位量の数を増やせば増やすほど、平均化によるノイズの低減効果は大きくなるが、演算点数を増やすと演算時間が増大し、演算結果が得られるまでの所要時間が大きくなる。

そのため、本実施の形態にかかるレーザ変位センサ装置１では、移動平均演算部１７が実行する移動平均の演算点数は適度な値に抑え、次段のＩＩＲフィルタ１８において、一回の演算で効果的にノイズを低減するフィルタ処理を実行する。ＩＩＲフィルタ１８は、図２に示した構成となっており、１回前の出力信号Ｘ_n-1と現在の入力信号Ｘ_nとの差分に対してノイズ低減のためのフィルタのパラメータである係数αを掛けた値と現在の入力信号とを加算した値を出力する。ＩＩＲフィルタ１８への入力信号と出力信号との関係を数式で表すと次式（１）となる。
Ｘ＝Ｘ_n＋α（Ｘ_n-1−Ｘ_n） …（１）

すなわち、ＩＩＲフィルタ１８は、系列のデジタル信号として入力される現在の入力信号Ｘ_nに対し、現在の信号とメモリに記憶されている１つ前の入力信号Ｘ_n-1との変動である差分に含まれるノイズを差し引く演算を行う。ここで、変動分である差分には、入力信号の実変動とノイズ成分とが含まれている。そのため、ＩＩＲフィルタ１８は、係数α（０≦α≦１）を設定し、変動分である差分にα倍の比率でノイズが含まれているものとし、現在の入力信号から、現在の入力信号と１つ前の入力信号との差分をα倍した値をノイズ成分として差し引き、ノイズ成分を低減する。αの設定値は、例えば、信号強度とノイズ成分強度を計測することでモデル化し、シミュレーションを行うことにより求めることができる。一例として、本実施の形態ではα＝０．９８とする。ここで、αは以下の考え方に基づいて設定される。

現在の補正後の変位量すなわちＩＩＲフィルタ１８から出力される値をＸ、現在の変位量すなわちＩＩＲフィルタ１８に入力される値をＸ_n，１つ前の補正後の変位量をＸ_n-1，２つ前の補正後の変位量をＸ_n-2，…，ｎ番前の補正後の変位量をＸ₁とした場合、次式（２）が成り立つ。
Ｘ＝（１−α）Ｘn＋（１−α）αＸ_n-1＋（１−α）α²Ｘ_n-2＋…
＋（１−α）αⁿＸ₂＋αⁿＸ₁ …（２）

一方、ｎ個のデータの移動平均の計算である単純な算術平均計算は次式（３）で表される。
Ｘ_mn＝（１/ｎ）（Ｘ_n＋Ｘ_n-1＋Ｘ_n-2＋…＋Ｘ₂＋Ｘ₁） …（３）

上記のＸ_mnとＸの差は次式（４）で表される。
Ｘ_mn−Ｘ＝（１/ｎ）（Ｘ_n＋Ｘ_n-1＋Ｘ_n-2＋…＋Ｘ₂＋Ｘ₁）
−（１−α）Ｘn＋（１−α）αＸ_n-1＋…＋（１−α）αⁿＸ₂＋αⁿＸ₁＝［（1/n−（１−α））］Ｘ_n＋［（1/n−（１−α）α）］Ｘ_n-1＋…＋［（1/n -（１−α）αⁿ）］Ｘ₂ ＋［（1/n -αⁿ）］Ｘ_１ …（４）

また、式（４）をグラフで表すと図３のようになり、直線に近似される係数が最適な係数となる。

式（４）で表したＸ_mnとＸの差が最小となるようにαを設定することで、図２に示した構成のＩＩＲフィルタ１８は、現出力値のみでｎ回分の算術平均計算に相当する値を得ることができる。すなわち、移動平均演算部１７およびＩＩＲフィルタ１８に同一の信号を入力した場合の移動平均演算部１７の出力信号とＩＩＲフィルタ１８の出力信号との差が最小となるようにαを設定する。αは、入力Ｘの関数であるが、簡略化して入力に拠らない定数として考えた場合、ｎ番目までのデータに対して、各Ｘ（＝Ｘ₁，Ｘ₂，…，Ｘ_n）の係数の差分の二乗平均が最小となるαを計算すると、例えば、ｎ＝５での最適なα＝０．７７となり、ｎ＝３０での最適なα＝０．９８となり、ｎ＝１００での最適なα＝０．９９となる。例えば、ＩＩＲフィルタ１８の前段の移動平均演算部１７が３０データを対象とした移動平均を求める場合はｎ＝３０であり、ＩＩＲフィルタ１８のフィルタ係数の設定値はα＝０．９８となる。なお、実際は、定数項と、入力の関数部分との積の形でαを設計する。

このようにＩＩＲフィルタ１８のフィルタ係数を適切に設定することにより、ＩＩＲフィルタ１８は、移動平均演算部１７から出力されるノイズ低減後の変位量のデータに対し、さらにノイズ低減を図ることができる。よって、移動平均演算部１７にて移動平均の計算時に過去の寄与を増やすために計算点数を必要以上に多く取らずとも、ＩＩＲフィルタ１８のフィルタ係数を適切に選ぶことにより移動平均演算部１７によるノイズ低減効果とＩＩＲフィルタ１８によるノイズ低減効果の関係の最適化を図り所望のノイズ低減性能が得られる信号処理部５１を実現できる。また、信号処理部５１は、移動平均演算部１７での処理だけを使用して同等のノイズ低減性能を実現する場合と比較して演算時間を短縮することができる。

αの値は固有の値として設定されていてもよいし、可変なパラメータとしてレーザ変位センサ装置１のコントローラ１６で適切な値に設定するようにしてもよい。また、コントローラ１６の代わりに、レーザ変位センサ装置１に接続された外部装置２の専用ツール２３を使用してαの値を設定するようにしてもよい。また、αは定数ではなく、Ｘ_n−Ｘ_n-1'を入力とする関数により適宜更新するようにしてもよい。この場合、より効果的にノイズを低減できるとともに、実際の変位量変動にも時間が遅れることなく追随できる。なお、Ｘ_n-1'はＸ_n-1をＩＩＲフィルタ１８で補正して得られる値である。

レーザ変位センサ装置１の出力部１９は、移動平均演算部１７による移動平均によるノイズ低減とＩＩＲフィルタ１８によるノイズ低減とを行った値を変位量の計測結果として出力する。

なお、ＩＩＲフィルタ１８の係数αに加えて、移動平均演算部１７における計算点数の設定、すなわち、移動平均演算部１７が平均値を求める際に使用するデータ数の設定を変更可能としてもよい。この場合、ユーザは、外部装置２の専用ツール２３を使用して係数αおよび計算点数の設定を変更する。図４は、外部装置２の専用ツール２３を使用して係数αおよび計算点数の設定を変更する場合に表示部２１が表示する画面の一例を示す図である。使用者は、図４に示した画面２１０のノイズ低減パラメータという項目２１１に係数αの設定値を入力し、移動平均積算回数という項目２１２に計算点数を入力する。図４では、係数αとして０．９８０を設定し、計算点数として３０を設定する例を示している。また、画面２１０は、レーザ変位センサ装置１が測定した最新の変位量を表示する項目２１３、および、現時点から過去の一定期間における変位量を表示する項目２１４を含んでいる。なお、図４では、μｍ単位で最新の変位量を表示している。ユーザは、項目２１３および２１４に表示された変位量の測定値を確認しながら係数αおよび計算点数の設定を変更することができる。よって、ユーザは、変更後の設定値を使用した場合に所望のノイズ低減効果が得られるか否かを即時に知ることができ、設定値の変更作業を効率的に行うことができる。

このように、本実施の形態にかかるレーザ変位センサ装置１においては、変位量計測部１２が計測した変位量に含まれるノイズを、移動平均演算部１７による移動平均処理とＩＩＲフィルタ１８によるフィルタ処理との２段階の処理を使用して低減する。

移動平均によるノイズ低減は、移動平均を求める際のサンプル数を増やすほど効果があり、ガウス分布型のノイズを仮定すると演算サンプル数をＮ倍にすることで誤差成分（標準偏差）は概ね１／√Ｎとなる。しかしながら、演算サンプル数を増やすことは演算時間の増加を招くため、演算サンプル数を無意味に増やせず適度な数で止めることになり、誤差成分の低減効果を犠牲にすることになる。これに対して、本実施の形態にかかるレーザ変位センサ装置では移動平均による演算結果に対してＩＩＲフィルタをかけノイズ低減を行うため、移動平均の計算量を増やすことなくノイズ低減効果を向上させることが可能となる。移動平均だけを行いノイズを低減する場合と同等のノイズ低減性能を本実施の形態にかかるレーザ変位センサ装置で実現する場合、移動平均の実行回数を２／３〜１／２以下に低減できる。

ここで、レーザ変位センサ装置１の変位量計測部１２および移動平均演算部１７を実現するハードウェアについて説明する。レーザ変位センサ装置１の変位量計測部１２および移動平均演算部１７は、図５に示したプロセッサ１０１およびメモリ１０２により実現することができる。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等である。

変位量計測部１２および移動平均演算部１７は、それぞれに対応するプログラムをメモリ１０２から読み出してプロセッサ１０１が実行することにより実現できる。メモリ１０２はプロセッサ１０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

なお、変位量計測部１２および移動平均演算部１７を専用のハードウェアとしての処理回路により実現することも可能である。その場合、処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。変位量計測部１２および移動平均演算部１７の一方を専用のハードウェアで実現し、他方をプロセッサ１０１およびメモリ１０２で実現してもよい。

レーザ変位センサ装置１の投光及び受光制御部１３、システム制御部１４およびコントローラ１６についても、図５に示したプロセッサ１０１およびメモリ１０２により実現することが可能である。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２にかかるレーザ変位センサ装置の構成例を示す図である。実施の形態２にかかるレーザ変位センサ装置１ａは、図１に示した実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置１の信号処理部５１を信号処理部５２としたものである。レーザ変位センサ装置１ａの信号処理部５２以外の各部については実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置１と同様であるため、説明を省略する。

信号処理部５２は、変位量計測部１２から出力される変位量に対してノイズを低減するためのフィルタ処理を行うＩＩＲフィルタ１８と、ＩＩＲフィルタ１８から出力される変位量に対して移動平均演算を実施する移動平均演算部１７とを備える。実施の形態１で説明した信号処理部５１と実施の形態２にかかる信号処理部５２との違いは、フィルタ処理と移動平均演算とを実行する順番、すなわち移動平均演算部１７およびＩＩＲフィルタ１８の並び順である。信号処理部５１の移動平均演算部１７およびＩＩＲフィルタ１８が実行する各処理と、信号処理部５２の移動平均演算部１７およびＩＩＲフィルタ１８が実行する各処理とは同一である。

このように、本実施の形態にかかるレーザ変位センサ装置１ａにおいては、変位量計測部１２が計測した変位量に含まれるノイズを、ＩＩＲフィルタ１８によるフィルタ処理と移動平均演算部１７による移動平均処理との２段階の処理を使用して低減する。実施の形態２にかかるレーザ変位センサ装置１ａでは、ＩＩＲフィルタ１８を移動平均演算部１７の前段に配置しているため、実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置１と比較してノイズ低減効果は劣るが入力信号の変化に対する応答性がよくなるという特徴を有する。実施の形態２にかかるレーザ変位センサ装置１ａにおいても実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置１と同様に、移動平均の計算量を増やすことなくノイズ低減効果を向上させることが可能となる。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３にかかるレーザ変位センサ装置の構成例を示す図である。実施の形態３にかかるレーザ変位センサ装置１ｂは、図１に示した実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置１の信号処理部５１を信号処理部５３としたものである。レーザ変位センサ装置１ｂの信号処理部５３以外の各部については実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置１と同様であるため、説明を省略する。

信号処理部５３は、実施の形態１で説明した移動平均演算部１７およびＩＩＲフィルタ１８と、スイッチ４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂとを備える。この信号処理部５３は、スイッチ４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂの設定を変更することにより、移動平均演算部１７とＩＩＲフィルタ１８との接続関係を変更することが可能である。また、信号処理部５３は、移動平均演算部１７およびＩＩＲフィルタ１８と外部の変位量計測部１２および出力部１９との接続関係を変更することも可能である。スイッチ４１Ａおよび４１Ｂは同時に制御され、一方が閉じた状態（ＯＮ状態）、他方が開いた状態（ＯＦＦ状態）に設定される。同様に、スイッチ４２Ａおよび４２Ｂは同時に制御され、一方が閉じた状態、他方が開いた状態に設定される。スイッチ４３Ａおよび４３Ｂは同時に制御され、一方が閉じた状態、他方が開いた状態に設定される。すなわち、同時に制御される２つのスイッチの両方が閉じた状態になることはなく、また、両方が開いた状態になることもない。スイッチ４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂは、移動平均演算部１７とＩＩＲフィルタ１８との接続関係を変更する切替部である。

図８は、信号処理部５３に含まれる各スイッチの設定パターンを示す図である。本実施の形態では、各スイッチを図８に示したパターン＃１〜＃４のいずれかに従って設定するする。ユーザは、外部装置２の専用ツール２３を使用して各スイッチの設定を変更できるものとする。

図８に示したパターン＃１では、スイッチ４１Ａ、４２Ａおよび４３ＡをＯＮに設定し、残りのスイッチをＯＦＦに設定する。この場合、変位量計測部１２から信号処理部５３に入力される信号は、まず、移動平均演算部１７で処理され、次に、ＩＩＲフィルタ１８で処理され、信号処理部５３から出力される。パターン＃１に従った設定の場合、信号処理部５３が実施する処理は、実施の形態１にかかるレーザ変位センサ装置１の信号処理部５１が実施する処理と同一である。

図８に示したパターン＃２では、スイッチ４１Ｂ、４２Ｂおよび４３ＢをＯＮに設定し、残りのスイッチをＯＦＦに設定する。この場合、変位量計測部１２から信号処理部５３に入力される信号は、まず、ＩＩＲフィルタ１８で処理され、次に、移動平均演算部１７で処理され、信号処理部５３から出力される。パターン＃２に従った設定の場合、信号処理部５３が実施する処理は、実施の形態２にかかるレーザ変位センサ装置１ａの信号処理部５２が実施する処理と同一である。

図８に示したパターン＃３では、スイッチ４１Ａおよび４３ＢをＯＮに設定し、残りのスイッチをＯＦＦに設定する。この場合、変位量計測部１２から信号処理部５３に入力される信号は、移動平均演算部１７で処理された後、信号処理部５３から出力される。パターン＃３に従った設定の場合、信号処理部５３は、移動平均演算部１７のみを使用して、入力信号である変位量に含まれるノイズを低減する。

図８に示したパターン＃４では、スイッチ４１Ｂおよび４３ＡをＯＮに設定し、残りのスイッチをＯＦＦに設定する。この場合、変位量計測部１２から信号処理部５３に入力される信号は、ＩＩＲフィルタ１８で処理された後、信号処理部５３から出力される。パターン＃４に従った設定の場合、信号処理部５３は、ＩＩＲフィルタ１８のみを使用して、入力信号である変位量に含まれるノイズを低減する。

このように、本実施の形態にかかるレーザ変位センサ装置１ｂは、移動平均演算部１７およびＩＩＲフィルタ１８と、これらの接続関係を変更するための複数のスイッチ４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂを備える。これにより、変位量計測部１２で計測した変位量に含まれるノイズを低減する処理の構成を柔軟に変更することができる。

本実施の形態では、説明を容易にするため、信号処理部５３が１段のＩＩＲフィルタ１８および１段の移動平均演算部１７を備える構成について説明したが、それぞれを複数段とし、複数段のＩＩＲフィルタと複数段の移動平均演算部とを備える構成としてもよい。この場合、信号処理部５３は、複数段のＩＩＲフィルタと複数段の移動平均演算部との接続関係を変更するためのフィルタ、ＩＩＲフィルタの段数を変更するためのフィルタ、移動平均演算部の段数を変更するためのフィルタを備える。これにより、信号処理部５３は、レーザ変位センサ装置１ｂの測定対象の条件および環境の少なくとも１つに合わせてノイズ低減処理の組み合わせを変えることができる。またこの時、移動平均演算部とＩＩＲフィルタの段数は同じである必要はない。また、信号処理部５３は、レーザ変位センサ装置１ｂの測定対象のノイズの種類および特性の少なくとも１つに応じて、ミディアンフィルタ等の他のデジタルフィルタが任意の位置に挿入された構成であってもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１ａ，１ｂ レーザ変位センサ装置、２ 外部装置、１０ レーザ素子、１１ 撮像素子、１２ 変位量計測部、１３ 投光及び受光制御部、１４ システム制御部、１５ レンズ、１６ コントローラ、１７ 移動平均演算部、１８ ＩＩＲフィルタ、１９ 出力部、２１ 表示部、２２ 制御部、２３ 専用ツール、４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ スイッチ、５１，５２，５３ 信号処理部。

Claims (7)

1. 検出対象物で反射された光に基づいて計測される変位量のノイズを低減する処理を実行する信号処理装置であって、
   入力信号に対して移動平均演算を実施して前記入力信号に含まれるノイズ成分を低減する移動平均演算部と、
   入力信号に含まれるノイズ成分をデジタル信号処理により低減する無限インパルス応答フィルタと、
   を備え、
   前記無限インパルス応答フィルタのフィルタ係数は、前記移動平均演算部および前記無限インパルス応答フィルタに同一の信号を入力した場合に前記移動平均演算部が出力する第１の演算結果と前記無限インパルス応答フィルタが出力する第２の演算結果との差に基づいて決定される、
   ことを特徴とする信号処理装置。
2. 前記フィルタ係数は、前記第１の演算結果と前記第２の演算結果との差がゼロに近づくように決定されることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記変位量を前記移動平均演算部への入力信号とし、前記移動平均演算部からの出力信号を前記無限インパルス応答フィルタへの入力信号とする、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
4. 前記変位量を前記無限インパルス応答フィルタへの入力信号とし、前記無限インパルス応答フィルタからの出力信号を前記移動平均演算部への入力信号とする、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
5. 前記移動平均演算部と前記無限インパルス応答フィルタとの接続関係を変更する切替部、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
6. 検出対象物に対してレーザ光を照射するレーザ素子と、
   前記検出対象物で反射された光の受光強度に基づいて前記検出対象物の変位量を計測する変位量計測部と、
   請求項１から５のいずれか一つに記載の信号処理装置と、
   を備えることを特徴とするセンサ装置。
7. 検出対象物で反射された光に基づいて計測される変位量のノイズを低減する信号処理方法であって、
   移動平均演算部が、入力信号に対して移動平均演算を実施して前記入力信号に含まれるノイズ成分を低減するステップと、
   無限インパルス応答フィルタが、入力信号に含まれるノイズ成分をデジタル信号処理により低減するステップと、
   を含み、
   前記無限インパルス応答フィルタのフィルタ係数は、前記移動平均演算部および前記無限インパルス応答フィルタに同一の信号を入力した場合に前記移動平均演算部が出力する第１の演算結果と前記無限インパルス応答フィルタが出力する第２の演算結果との差に基づいて決定される、
   ことを特徴とする信号処理方法。

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