JP7100826B2 - 検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物の到来を検出する検出装置に関する。

従来、対象物の到来を検出する検出方法として、検出範囲（検出対象領域）に光を照射して、対象物による光の遮蔽を検出したり、対象物により反射した光を検出したりする方法が用いられている。また、他の検出方法として、検出範囲に超音波を当て、超音波の反射を用いる方法も知られている。これら既存の検出方法では、受光量、超音波受信強度のような物理量に対応する信号値の大きさを閾値と比較して対象物の有無に対応する出力信号を得、出力信号の変化によって対象物の到来を判定することがある。ここで、物理量に対応する信号値の大きさは、検出装置の投光部（送信部）と受光部（受信部）との位置関係、対象物の種類及び対象物と検出装置との位置関係によって変動するため、検出装置を設置した後にユーザが閾値を設定しなければならない場合が多い。

ユーザによる閾値の設定について、例えば下記特許文献１には、ワークを検出エリアに配置した状態でＳＥＴキーを押し、ワークを検出エリアから取り除いた状態でＳＥＴキーを再び押し、各キーの操作に応じて測定された２種類の受光量を用いて閾値を設定することが記載されている。

また、下記特許文献２に記載の光電センサでは、環境要因に追従し、光量の判定基準となる閾値を自動調整するにあたり、受光量現在値データとして、光電センサが入光判定をしてから一定期間の受光量変動プロファイルを測定している。そして、受光量が最大値において一定になる期間があるか否かを判定して、一定になる期間がある場合に測定した受光量現在値データを有効なものとしている。

特開２００７－１３９４９４号公報 特開２００９－３００１１１号公報

特許文献１及び２に記載のように、従来、検出装置の閾値を使用状況に応じて設定することを前提として、ユーザによる閾値設定を容易にしたり、当初設定した閾値を経時的に再調整する負担を軽減したりする、という方向で開発が行われてきた。

しかしながら、従来の技術では、検出装置の閾値を使用状況に応じて設定するユーザの負担は取り除くことができなかった。

そこで、本発明は、閾値を使用状況に応じて設定するユーザの負担を無くして対象物の到来を検出することができる検出装置を提供する。

本開示の一態様に係る検出装置は、検出範囲に対象物が到来したか否かに応じて値が変化する物理量に対応する信号値に基づいて、検出範囲に対象物が到来したことを検出する検出装置であって、物理量を逐次信号値に変換する測定部と、所定数の信号値を測定部から取得した順に順序付けて記憶するための記憶領域を備え、第１周期で、記憶している所定数の信号値を測定部から新たに取得した信号値により更新する記憶部と、更新を１回または複数回行う毎に一度の頻度で、記憶部に記憶されている所定数の信号値が到来条件を満たすか否かを判定することを到来条件を満たすまで継続する処理と、更新を１回または複数回行う毎に一度の頻度で、記憶部に記憶されている所定数の信号値が区分条件を満たすか否かを判定することを区分条件を満たすまで継続する処理とを交互に繰り返す判定部と、を備え、到来条件は、検出範囲に対象物が到来したときに生じる所定数の信号値を識別するための条件であり、区分条件は、検出範囲に１つの対象物が到来した後、その次の対象物が到来するまでの間に現れる所定の波形を構成する所定数の信号値を識別するための条件である。

この態様によれば、閾値を使用状況に応じて設定するユーザの負担を無くして対象物の到来を検出することができる。

上記態様において、到来条件は、所定数の信号値が立ち上がり波形又は立ち下がり波形を構成することを識別するための条件であり、区分条件は、所定数の信号値がその大きさが一定であるとみなせる波形を構成することを識別するための条件であってもよい。

上記態様において、到来条件は、所定数の信号値が立ち上がり波形又は立ち下がり波形を構成することを識別するための条件であり、区分条件は、所定数の信号値と基準値との差の絶対値が、許容値よりも小さいことを識別するための条件であってもよい。

上記態様において、到来条件は、所定数の信号値が立ち上がり波形を構成すること及び所定数の信号値が立ち下がり波形を構成することのいずれか一方を識別するための条件であり、区分条件は、所定数の信号値が立ち上がり波形を構成すること及び所定数の信号値が立ち下がり波形を構成することのいずれか他方を識別するための条件であってもよい。

上記態様において、到来条件を、所定数の信号値が立ち上がり波形を構成することを識別するための条件とするか、所定数の信号値が立ち下がり波形を構成することを識別するための条件とするかについての選択を受け付ける操作部をさらに備えてもよい。

この態様によれば、対象物の到来によって、信号値が増大する場合と、信号値が減少する場合とに応じて、適切に到来条件を設定することができる。

上記態様において、到来条件及び区分条件の少なくともいずれかを外部機器から取得する取得部をさらに備えてもよい。

この態様によれば、外部機器により設定された到来条件及び区分条件の少なくともいずれかを取得することで、条件設定を簡略化することができる。

上記態様において、判定部は、機械学習により生成されたパラメータにより特定され、所定数の信号値を入力し、所定数の信号値が到来条件を満たすことに関する出力又は区分条件を満たすことに関する出力を行う学習済みモデルを備えてもよい。

この態様によれば、機械学習によって生成された到来条件又は区分条件を利用することができる。

上記態様において、学習済みモデルを外部機器から取得する取得部をさらに備えてもよい。

この態様によれば、外部機器により生成された学習済みモデルを取得することで、学習処理を省略することができる。

上記態様において、到来条件が満たされたことを示す信号を出力する出力部をさらに備えてもよい。

この態様によれば、到来条件が満たされたと判定されたことを外部に通知することができる。

本発明によれば、閾値を使用状況に応じて設定するユーザの負担を無くして対象物の到来を検出することができる検出装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係る検出装置を含む検出システムの概要を示す図である。 第１実施形態に係る検出装置の機能ブロックを示す図である。 第１実施形態に係る検出装置の動作を説明する図である。 第１実施形態に係る検出装置により実行される対象物の到来検出処理のフローチャートである。 第１実施形態に係る検出装置により実行される自動調整動作のフローチャートである。 第２実施形態に係る検出装置により実行される対象物の到来検出処理のフローチャートである。 第３実施形態に係る検出装置により実行される対象物の到来検出処理のフローチャートである。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」と表記する。）を、図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

［第１実施形態］
［構成例］
図１及び２を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る検出装置１０の構成の一例について説明する。図１は、第１実施形態に係る検出装置１０を含む検出システム１の概要を示す図である。検出システム１は、検出装置１０と、コントローラ２０と、コンピュータ３０と、ロボット４０と、搬送装置５０とを備える。

検出装置１０は、検出範囲１０ａに対象物１００が到来したか否かに応じて値が変化する物理量に対応する信号値に基づいて、検出範囲１０ａに対象物１００が到来したことを検出する装置である。検出装置１０は、例えば透過形の光電センサであったり、回帰反射形の光電センサであったり、拡散反射形の光電センサであったりしてよい。検出装置１０が透過形又は回帰反射形の光電センサで構成される場合、対象物１００が検出装置１０の検出範囲１０ａに到来すると、検出される光量が減少する。なお、本実施形態では、説明を具体的にするために検出装置１０が反射形の光電センサで構成される例について説明するが、以下の説明は、「受光量」をセンサの種類に応じて他の物理量に置き換え、変動要因等をセンサの検出原理に応じて読み替えることにより、検出装置１０が任意のセンサで構成される場合に一般化できる。

対象物１００は、検出装置１０による検出の対象となる物であり、例えば生産される製品の完成品であったり、部品等の未完成品であったりしてよい。

コントローラ２０は、ロボット４０及び搬送装置５０を制御する。コントローラ２０は、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）で構成されてよい。コントローラ２０は、検出装置１０からの出力により対象物１００が到来したことを検知し、ロボット４０を制御する。

コンピュータ３０は、検出装置１０、コントローラ２０及びロボット４０の設定を行う。また、コンピュータ３０は、コントローラ２０から、コントローラ２０による制御の実行結果を取得する。さらに、コンピュータ３０は、検出装置１０により検出範囲１０ａに対象物１００が到来したか否かを判定するためのアルゴリズム（学習済みモデル）において用いられるパラメータを機械学習により生成する学習装置を含んでよい。アルゴリズム（学習済みモデル）の種類には、例えばニューラルネットワークや決定木がある。

ロボット４０は、コントローラ２０による制御に従って、対象物１００を操作したり加工したりする。ロボット４０は、例えば対象物１００をピックアップして別の場所に移動させたり、対象物１００を切削したり、組み立てたりしてよい。

搬送装置５０は、コントローラ２０による制御に従って、対象物１００を搬送する装置である。搬送装置５０は、例えばベルトコンベアであってよく、コントローラ２０により設定された速度で対象物１００を搬送してよい。

図２は、本実施形態に係る検出装置１０の構成を示す図である。検出装置１０は、投光部１１、受光部１２、処理部１３、操作部１４、出力部１５及び取得部１６を備える。

＜投光部＞
投光部１１は、対象物１００が到来する検出範囲１０ａに向けて光を出射する。投光部１１は、投光素子１１ａ及び駆動回路１１ｂを含んでよい。投光素子１１ａは、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザダイオードで構成されてよく、駆動回路１１ｂは、投光素子１１ａを発光させるための電流を制御する。駆動回路１１ｂは、投光素子１１ａを間欠的に、例えば０．１ｍｓ周期でパルス発光させてよい。投光素子１１ａから出射した光は、図示しないレンズ又は光ファイバを介して、検出範囲１０ａに照射されてよい。

＜受光部＞
受光部１２は、光の受光に基づく時系列の信号値を取得する。受光部１２は、受光素子１２ａ、増幅器１２ｂ、サンプル／ホールド回路１２ｃ及びＡ／Ｄ変換器１２ｄを含んでよい。受光素子１２ａは、フォトダイオードによって構成されてよく、受光量を電気的な出力信号に変換する。受光部１２は、検出範囲１０ａにおいて反射又は透過した光を、図示しないレンズ又は光ファイバを介して受光素子１２ａに入射させてよい。増幅器１２ｂは、受光素子１２ａの出力信号を増幅する。サンプル／ホールド回路１２ｃは、投光部１１によるパルス発光のタイミングに同期して、増幅器１２ｂにより増幅された受光素子１２ａの出力信号を保持する。これにより外乱光の影響が低減される。Ａ／Ｄ変換器１２ｄは、サンプル／ホールド回路１２ｃにより保持されたアナログの信号値をデジタル値である受光量の値に変換する。受光部１２は、物理量（受光量）を逐次信号値に変換する測定部の一例である。

＜処理部＞
処理部１３は、動作制御部１３ａ、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）メモリ１３ｂ及び判定部１３ｃを含む。処理部１３は、例えば、マイクロプロセッサ、メモリ及びメモリに格納されたプログラム等から構成されるコンピュータとして構成されてよい。

動作制御部１３ａは、後述する判定処理の他、検出装置１０全体の動作を統括制御してよい。

ＦＩＦＯメモリ１３ｂは、所定数の信号値を受光部１２から取得した順に順序付けて記憶するための記憶領域を備え、第１周期で、記憶している所定数の信号値を受光部１２から新たに取得した信号値により更新する。ここで、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶される信号値の数、すなわち所定数は、任意であるが、例えば３程度であってよい。ＦＩＦＯメモリ１３ｂは、専用のハードウェアによって実現できるほか、処理部１３のメモリ上に処理部１３のプログラムに従って実現されてもよい。その場合、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの後段への信号値のシフトは、格納されているデータの物理的なシフトではなく、メモリ上のアクセス箇所の更新によって行うことができる。

判定部１３ｃは、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新を１回または複数回行う毎に一度の頻度で、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が到来条件を満たすか否かを判定することを到来条件を満たすまで継続する処理と、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新を１回または複数回行う毎に一度の頻度で、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が区分条件を満たすか否かを判定することを区分条件を満たすまで継続する処理とを交互に繰り返す。ここで、到来条件は、検出範囲１０ａに対象物１００が到来したときに生じる所定数の信号値を識別するための条件であり、区分条件は、検出範囲１０ａに１つの対象物が到来した後、その次の対象物が到来するまでの間に現れる所定の波形を構成する所定の信号値を識別するための条件である。区分条件による識別の対象となる所定の波形としては、その波形が現れた後は次の対象物が到来するまでの間に到来条件が満たされることがないような波形が選ばれる。なお、検出範囲１０ａに到来する対象物は、同じ種類の別の対象物のみならず、種類の異なる対象物であってよい。

判定部１３ｃは、到来条件を満たすと判定した後、対象物１００が検出範囲１０ａを通過する間に信号値の大きさが変動する場合であっても、区分条件が満たされない限り、再び到来条件を満たすと判定することがなく、誤検出が防がれる。このようにして、閾値を使用状況に応じて設定するユーザの負担を無くして対象物１００の到来を検出することができる。

＜操作部＞
操作部１４は、検出装置１０の操作を行うためのものであり、操作スイッチ、表示器等を含んでよい。操作部１４は、判定部１３ｃにより用いる到来条件の選択を受け付けてよい。

＜出力部＞
出力部１５は、到来条件が満たされたことを示す信号を出力する。これにより、検出装置１０によって到来条件が満たされたと判定されたことを外部に通知することができる。また、出力部１５は、判定部１３ｃによる判定結果を含む様々なデータの出力を行ってよい。出力部１５は、最も簡単には判定部１３ｃによる判定結果の２値出力を行ってよい。出力部１５は、大量のデータの出力を行える通信機能を備えていてもよい。また、出力部１５は、到来条件及び区分条件を、外部機器に出力してもよい。

＜取得部＞
取得部１６は、到来条件及び区分条件の少なくともいずれかを外部機器から取得する。外部機器により設定された到来条件及び区分条件の少なくともいずれかを取得することで、条件設定を簡略化することができる。また、取得部１６は、学習済みモデルを外部機器から取得してもよい。外部機器により生成された学習済みモデルを取得することで、学習処理を省略することができる。１つの通信部が出力部１５と取得部１６とを兼ねるようにしてもよい。

図３は、第１実施形態に係る検出装置１０の動作を説明する図である。処理部１３は、第１周期で、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの各ステージに記憶されている信号値を１つ後方のステージにシフトして、Ａ／Ｄ変換器１２ｄから出力された受光量のデジタル値を先頭のステージに記憶する。図３では、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの先頭のステージに記憶された最新の信号値をｓ２と表し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの中間のステージに記憶された２番目に新しい信号値をｓ１と表し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの最終段のステージに記憶された最も過去の信号値をｓ０と表している。本例では、ＦＩＦＯメモリ１３ｂは３段であるから、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する場合、直前まで中間のステージに格納されていた信号値が最終段のステージにシフトされ、直前まで先頭のステージに格納されていた信号値が中間のステージにシフトされ、最新の信号値は先頭のステージに格納される。なお、同図では、原理を説明するために、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの段数を３段としているが、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの段数はさらに多くてもよい。

ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新を行う第１周期は、投光部１１のパルス発光及びＡ／Ｄ変換器１２ｄによる変換の周期（第２周期とする）と同じであってもよいし、第２周期の整数倍のように異なっていてもよい。例えば、第２周期は、検出装置１０に固有の値（例えば０．１ｍｓ）に固定されていてもよい。第１周期は、図１に示すコンピュータ３０からコントローラ２０経由で設定可能であってもよい。第１周期は、同時に処理したい信号値波形の範囲がＦＩＦＯメモリ１３ｂに収まるように決められる必要がある。第１周期は、第２周期よりも長い場合が多く、例えば１ｍｓであってよい。

判定部１３ｃは、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの複数の段に格納されている信号値が到来条件を満たすか否かの判定、又は区分条件を満たすか否かの判定を第１周期で行い、判定結果を第１周期で動作制御部１３ａに対して出力する。

到来条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値が立ち上がり波形又は立ち下がり波形を構成することを識別するための条件であってよい。より具体的には、最も過去の信号値をｓ０と表し、２番目に新しい信号値をｓ１と表し、最新の信号値をｓ２と表すとき、到来条件は、ｓ０＜ｓ１＜ｓ２、かつ、（ｓ２－ｓ０）＞許容値であってよい。ここで、許容値は、対象物１００が検出範囲１０ａに到来していない状態において想定される受光量の揺らぎを表す値であってよい。すなわち、到来条件は、信号値が時間の経過とともに単調増加し、最新の信号値と最も過去の信号値との差が、通常時における信号値の揺らぎよりも大きく、ノイズに起因する差ではないとみなせる条件である。

また、区分条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値がその大きさが一定であるとみなせる波形を構成することを識別するための条件であってよい。すなわち、区分条件は、信号値が、ノイズに起因する変化を除いて一定であるとみなせる条件であってよい。例えば、ｓ０，ｓ１，ｓ２のうちの最大値と最小値との差の絶対値が許容値よりも小さい場合に信号値の大きさが一定であるとみなすことができる。

あるいは、区分条件は、ｓ０，ｓ１，ｓ２と基準値との差の絶対値がそれぞれ許容値よりも小さいことであってよい。すなわち、区分条件は、｜ｓ０－基準値｜＜許容値、かつ、｜ｓ１－基準値｜＜許容値、かつ、｜ｓ２－基準値｜＜許容値であってよい。ここで、基準値は、対象物１００が検出範囲１０ａに到来していない状態における受光量の平均値を表す値であってよい。

このような区分条件を設定することで、対象物の到来に起因する信号値により構成される波形と、次の対象物の到来に起因する信号値により構成される波形とが、大きさが一定である波形あるいは基準値との差が小さい波形を挟んで測定されるという波形のパターンを利用して、相前後して到来する対象物に起因する信号値を区別することができる。

判定部１３ｃは、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された信号値が更新される度に、ｓ０＜ｓ１＜ｓ２、かつ、（ｓ２－ｓ０）＞許容値という条件（到来条件）を満たすか否かを判定し、満たすまで同じ条件の判定を続ける。そして、到来条件を満たした場合、判定部１３ｃは、ＦＩＦＯメモリ１３ｂがその後更新される度に、ｓ０，ｓ１，ｓ２のうちの最大値と最小値との差の絶対値が許容値よりも小さいという条件、又はｓ０，ｓ１，ｓ２と基準値との差の絶対値がそれぞれ許容値よりも小さいという条件（区分条件）を満たすか否かを判定し、満たすまで同じ条件の判定を続ける。このように、判定部１３ｃは、到来条件の充足を待つ処理と区分条件の充足を待つ処理とを交互に繰り返す。このようにして、ある時点における信号値と閾値とを比較するのではなく、所定数の信号値により構成される波形が所定の条件を満たすか否かに基づいて、検出範囲１０ａに対象物１００が到来したことの判定を行うことができる。このため、閾値を使用状況に応じて設定するユーザの負担を無くして対象物の到来を検出することができる。さらに、信号値の大きさが一定である波形又は信号値と基準値との差が小さい波形を検出することによって、次の対象物の到来を待つ段階に移行することができる。

動作制御部１３ａは、到来条件及び区分条件を外部に出力可能であってよい。これにより、設定した到来条件及び区分条件を他の検出装置で用いることができ、同様の対象物及び設置状態で使用される複数の検出装置ごとに到来条件及び区分条件の設定を繰り返す必要が無くなる。

また、動作制御部１３ａは、到来条件及び区分条件を外部から取得可能であってよい。これにより、到来条件及び区分条件の設定を簡略化することができる。

図４は、第１実施形態に係る検出装置１０により実行される対象物１００の到来検出処理のフローチャートである。検出装置１０は、はじめに投光量及び受光アンプゲインの自動調整動作を行う（Ｓ１０）。自動調整動作の詳細については、次図を用いて詳細に説明する。自動調整動作によって、対象物１００が検出範囲１０ａに到来していない状態における受光量の平均値を表す基準値と、対象物１００が検出範囲１０ａに到来していない状態における受光量の揺らぎを表す許容値とが定められる。

自動調整動作（Ｓ１０）の後、検出装置１０は、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する（Ｓ１１）。なお、自動調整動作（Ｓ１０）は省略されてもよく、前回の調整結果を用いて処理を再開する場合には、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する処理（Ｓ１１）から開始してもよい。

その後、検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が第１区分条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１２）。ここで、第１区分条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値がその大きさが一定であるとみなせる波形を構成するという条件であってよい。あるいは、第１区分条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値と基準値との差の絶対値が、許容値よりも小さいことを識別するための条件であってよい。

ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が第１区分条件を満たさない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、検出装置１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ１１）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が第１区分条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１２）。このように、検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が第１区分条件を満たすまで、信号値の取得、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新及び第１区分条件の判定を繰り返す。

一方、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が第１区分条件を満たす場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、検出装置１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ１３）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が第１到来条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１４）。ここで、第１到来条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形又は立ち下がり波形を構成することを識別するための条件であってよい。

ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が第１到来条件を満たさない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、検出装置１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ１３）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が第１到来条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１４）。このように、検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が第１到来条件を満たすまで、信号値の取得、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新及び第１到来条件の判定を繰り返す。

一方、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が第１到来条件を満たす場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、検出装置１０は、対象物１００の到来を検出したことを出力する（Ｓ１５）。その後、判定処理を終了しない場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する処理を行い（Ｓ１１）、再び第１区分条件の判定を行う。一方、判定処理を終了する場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、対象物１００の到来検出処理が終了する。

図５は、第１実施形態に係る検出装置１０により実行される自動調整動作のフローチャートである。同図では、図４に示す自動調整動作（Ｓ１０）の詳細を示す。この自動調整動作は、基準値を用いる第１区分条件を採用する場合の動作であり、対象物１００が検出範囲１０ａに１０秒間に１回以上の頻度で到来し、かつ、対象物１００が検出範囲１０ａ内に存在しない時間（背景検出状態の期間）の割合が５０％以上である場合に実行するのが好適である。第１区分条件に基準値を用いない場合（ｓ０，ｓ１，ｓ２のうちの最大値と最小値との差の絶対値が許容値よりも小さいという条件を第１区分条件とする場合）は、自動調整動作として投光量及び受光アンプゲイン調整を行えば足りる。検出装置１０は、はじめに、投光量及び受光アンプゲインを調整する（Ｓ１０１）。例えば、信号値のフルレンジが０～５Ｖの場合、検出装置１０は、自動調整動作の開始後１０秒間に取得された信号値の最大値が４Ｖ以内でなるべく大きくなるように、投光量及び受光アンプゲインを調整してよい。

その後、検出装置１０は、信号値の頻出レンジを特定する（Ｓ１０２）。検出装置１０は、例えば、感度調整後の１０秒間に取得された信号値について区分幅０．５Ｖでヒストグラムを作成し、最頻出区分およびその上下１区分ずつを合わせた信号値範囲を「頻出レンジ」としてよい。

検出装置１０は、取得数、信号値総和、最大値及び最小値を初期化し（Ｓ１０３）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新して、判定部１３ｃに信号値ｓ０，ｓ１，ｓ２を取得する（Ｓ１０４）。そして、検出装置１０は、信号値ｓ０，ｓ１，ｓ２がいずれも頻出レンジの範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。信号値ｓ０，ｓ１，ｓ２がいずれも頻出レンジの範囲内である場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、検出装置１０は、信号値の取得数と信号値の総和を更新し（Ｓ１０６）、新たに取得した信号値がそれまでの最大値より大きい場合には最大値を更新し、新たに取得した信号値がそれまでの最小値より小さい場合には最小値を更新する（Ｓ１０７）。なお、ここでいう「取得数」はステップＳ１０６を処理するごとにインクリメントされ、「総和」、「最大値」及び「最小値」は、ｓ２に格納されている最新信号値を用いて求められる。「最大値」及び「最小値」は、最新更新時点での暫定最大値及び暫定最小値を意味する。一方、信号値ｓ０，ｓ１，ｓ２いずれか１つでも頻出レンジの範囲内でない場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、取得数、信号値の総和、最大値及び最小値を更新せずに、その後の処理に進む。

その後、検出装置１０は、取得数が取得数上限に達したか否かを判定する（Ｓ１０８）。取得数上限は、例えば１０００であってよい。これは、例えばＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新周期が０．１ｍｓの場合、取得数が更新されない期間もあるので、１００ｍｓ以上の期間にわたって信号値を取得することに相当する。取得数が取得数上限に達していない場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、検出装置１０は、Ｓ１０４からＳ１０７までの処理を繰り返す。一方、取得数が取得数上限に達した場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、検出装置１０は、信号値の総和を取得数で割った値を基準値とし、最大値と最小値の差を２で割った値を許容値とする（Ｓ１０９）。以上により、自動調整動作が終了する。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る検出装置１０により実行される対象物１００の到来検出処理のフローチャートである。第２実施形態に係る検出装置１０は、判定部１３ｃにより用いられる到来条件及び区分条件が第１実施形態の場合と異なる。具体的には、本実施形態において、到来条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値が立ち上がり波形を構成すること及び所定数の信号値が立ち下がり波形を構成することのいずれか一方を識別するための条件であり、区分条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値が立ち上がり波形を構成すること及び所定数の信号値が立ち下がり波形を構成することのいずれか他方を識別するための条件であってよい。また、第２実施形態に係る検出装置１０は、到来条件を、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値が立ち上がり波形を構成することを識別するための条件とするか、所定数の信号値が立ち下がり波形を構成することを識別するための条件とするかについての選択を受け付ける点で第１実施形態の場合と異なる。

検出装置１０は、はじめに投光量及び受光アンプゲインの自動調整動作を行う（Ｓ２０）。なお、本実施形態では、対象物１００が検出範囲１０ａに到来していない状態における受光量の平均値を表す基準値と、対象物１００が検出範囲１０ａに到来していない状態における受光量の揺らぎを表す許容値とは設定されなくてもよい。

検出装置１０は、到来条件として立ち上がり波形を用いるか、立ち下がり波形を用いるかについての選択を受け付ける（Ｓ２１）。これにより、対象物１００の到来によって、信号値が増大する場合と、信号値が減少する場合とに応じて、適切に到来条件を設定することができる。なお、自動調整動作（Ｓ２０）は省略されてもよく、前回の調整結果を用いて処理を再開する場合には、到来条件として立ち上がり波形を用いるか、立ち下がり波形を用いるかの選択を受け付ける処理（Ｓ２１）から開始してもよい。また、選択の結果を保持して、処理を再開する場合には、以下のＳ２２以降の処理から開始してもよい。

その後、検出装置１０は、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する（Ｓ２２）。検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２３）。ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形の条件を満たさない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、検出装置１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ２２）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２３）。このように、検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形の条件を満たすまで、信号値の取得、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新及び立ち上がり波形の条件の判定を繰り返す。

一方、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形の条件を満たす場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、検出装置１０は、到来条件として立ち上がり波形の条件を用いると選択されている場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、対象物１００の到来を検出したことを出力する（Ｓ２５）。一方、到来条件として立ち上がり波形の条件を用いると選択されていない場合（Ｓ２４：ＮＯ）、検出装置１０は、出力を行わずに次の処理に進む。

その後、検出装置１０は、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する（Ｓ２６）。検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２７）。ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形の条件を満たさない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、検出装置１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ２６）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２７）。このように、検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形の条件を満たすまで、信号値の取得、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新及び立ち下がり波形の条件の判定を繰り返す。

一方、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形の条件を満たす場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、検出装置１０は、到来条件として立ち下がり波形の条件を用いると選択されている場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、対象物１００の到来を検出したことを出力する（Ｓ２９）。一方、到来条件として立ち上がり波形の条件を用いると選択されていない場合（Ｓ２８：ＮＯ）、検出装置１０は、出力を行わずに次の処理に進む。

その後、判定処理を終了しない場合には（Ｓ３０：ＮＯ）、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する処理を行い（Ｓ２２）、再び立ち上がり波形の条件の判定を行う。一方、判定処理を終了する場合には（Ｓ３０：ＹＥＳ）、対象物１００の到来検出処理が終了する。

本実施形態に係る検出装置１０によれば、対象物１００の検出範囲１０ａへの到来時に立ち上がり波形が検出されるのであれば検出範囲１０ａからの退出時には立ち下がり波形が検出されることが多く、検出範囲１０ａへの到来時に立ち下がり波形が検出されるのであれば退出時には立ち上がり波形が検出されることが多いという波形のパターンを利用して、相前後して到来する対象物１００に起因する信号値を区別することができる。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態に係る検出装置１０により実行される対象物１００の到来検出処理のフローチャートである。第３実施形態に係る検出装置１０は、第２実施形態の場合と同様、所定数の信号値が立ち上がり波形を構成することと立ち下がり波形を構成することとを識別するが、いずれが識別された場合にも、どちらの識別がされたのかについての情報を含む外部出力を行う。いずれの外部出力を対象物到来の出力として扱うかはユーザに任される。すなわち、ユーザによって対象物到来出力として扱われる外部出力に対応する識別条件が到来条件となり、他方の識別条件が区分条件となる。

検出装置１０は、はじめに投光量及び受光アンプゲインの自動調整動作を行う（Ｓ４０）。なお、本実施形態では、対象物１００が検出範囲１０ａに到来していない状態における受光量の平均値を表す基準値と、対象物１００が検出範囲１０ａに到来していない状態における受光量の揺らぎを表す許容値とは設定されなくてもよい。また、本実施形態では、検出装置１０は、到来条件として立ち上がり波形を用いるか、立ち下がり波形を用いるかについての選択を受け付けなくてもよい。また、自動調整動作（Ｓ４０）は省略されてもよく、前回の調整結果を用いて処理を再開する場合には、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する処理（Ｓ４１）から開始してもよい。

その後、検出装置１０は、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する（Ｓ４１）。検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ４２）。ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形の条件を満たさない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、検出装置１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ４１）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ４２）。このように、検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形の条件を満たすまで、信号値の取得、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新及び立ち上がり波形の条件の判定を繰り返す。

一方、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち上がり波形の条件を満たす場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、検出装置１０は、立ち上がり波形を検出したことを外部に出力する（Ｓ４３）。このような出力を取得したコンピュータ３０等の外部機器は、対象物１００が検出範囲１０ａに到来したと判定したり、異なる対象物に起因する信号値を区別する条件が満たされたと判定したりしてよい。

その後、検出装置１０は、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する（Ｓ４４）。検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ４５）。ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形の条件を満たさない場合（Ｓ４５：ＮＯ）、検出装置１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ４４）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ４５）。このように、検出装置１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形の条件を満たすまで、信号値の取得、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新及び立ち下がり波形の条件の判定を繰り返す。

一方、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形の条件を満たす場合（Ｓ４５：ＹＥＳ）、検出装置１０は、立ち下がり波形を検出したことを外部に出力する（Ｓ４６）。このような出力を取得したコンピュータ３０等の外部機器は、対象物１００が検出範囲１０ａに到来したと判定したり、異なる対象物に起因する信号値を区別する条件が満たされたと判定したりしてよい。

その後、判定処理を終了しない場合には（Ｓ４７：ＮＯ）、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する処理を行い（Ｓ４１）、再び立ち上がり波形の条件の判定を行う。一方、判定処理を終了する場合には（Ｓ４７：ＹＥＳ）、対象物１００の到来検出処理が終了する。

［変形例］
いずれの実施形態においても、判定部１３ｃは、機械学習により生成されたパラメータにより特定され、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値を入力し、所定数の信号値が到来条件を満たすことに関する出力又は区分条件を満たすことに関する出力を行う学習済みモデルを備えてもよい。学習済みモデルによって所定数の信号値が到来条件を満たすことに関する出力を行う場合、学習済みモデルは、教師有り学習によって、到来条件を満たす信号値を事前に学習していてよい。その場合、教師有り学習に用いる学習データは、さまざまな種類の対象物１００について測定される可能性がある立ち上がり波形又は立ち下がり波形を含んでよい。また、学習済みモデルによって所定数の信号値が区分条件を満たすことに関する出力を行う場合、学習済みモデルは、教師有り学習によって、区分条件を満たす信号値を事前に学習していてよい。その場合、教師有り学習に用いる学習データは、対象物１００が検出範囲１０ａに存在しない場合に測定された信号値により構成される大きさが一定である波形であってよい。学習データは、実際に測定された信号値でなくてもよく、人により又は何らかのアルゴリズムにより生成された信号値であってもよい。学習済みモデルは、所定数の信号値が到来条件を満たすことの確度を出力したり、所定数の信号値が区分条件を満たすことの確度を出力したりしてもよい。

このように、機械学習によって生成された到来条件又は区分条件を利用することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

［附記１］
検出範囲（１０ａ）に対象物（１００）が到来したか否かに応じて値が変化する物理量に対応する信号値に基づいて、前記検出範囲（１０ａ）に前記対象物（１００）が到来したことを検出する検出装置（１０）であって、
前記物理量を逐次前記信号値に変換する測定部（１２）と、
所定数の前記信号値を前記測定部（１２）から取得した順に順序付けて記憶するための記憶領域を備え、第１周期で、記憶している所定数の前記信号値を前記測定部（１２）から新たに取得した前記信号値により更新する記憶部（１３ｂ）と、
前記更新を１回または複数回行う毎に一度の頻度で、前記記憶部（１３ｂ）に記憶されている前記所定数の前記信号値が到来条件を満たすか否かを判定することを前記到来条件を満たすまで継続する処理と、前記更新を１回または複数回行う毎に一度の頻度で、前記記憶部（１３ｂ）に記憶されている前記所定数の前記信号値が区分条件を満たすか否かを判定することを前記区分条件を満たすまで継続する処理とを交互に繰り返す判定部（１３ｃ）と、を備え、
前記到来条件は、前記検出範囲（１０ａ）に前記対象物（１００）が到来したときに生じる前記所定数の前記信号値を識別するための条件であり、
前記区分条件は、前記検出範囲（１０ａ）に１つの対象物（１００）が到来した後、その次の対象物（１００）が到来するまでの間に現れる所定の波形を構成する前記所定数の前記信号値を識別するための条件である、
検出装置（１０）。

１…検出システム、１０…検出装置、１０ａ…検出範囲、１１…投光部、１１ａ…投光素子、１１ｂ…駆動回路、１２…受光部、１２ａ…受光素子、１２ｂ…増幅器、１２ｃ…サンプル／ホールド回路、１２ｄ…Ａ／Ｄ変換器、１３…処理部、１３ａ…動作制御部、１３ｂ…ＦＩＦＯメモリ、１３ｃ…判定部、１４…操作部、１５…出力部、１６…取得部、２０…コントローラ、３０…コンピュータ、４０…ロボット、５０…搬送装置、１００…対象物

Claims (7)

1. 検出範囲に対象物が到来したか否かに応じて値が変化する物理量に対応する信号値に基づいて、前記検出範囲に前記対象物が到来したことを検出する検出装置であって、
   前記物理量を逐次前記信号値に変換する測定部と、
   所定数の前記信号値を前記測定部から取得した順に順序付けて記憶するための記憶領域を備え、第１周期で、記憶している所定数の前記信号値を前記測定部から新たに取得した前記信号値により更新する記憶部と、
   前記更新を１回または複数回行う毎に一度の頻度で、前記記憶部に記憶されている前記所定数の前記信号値が到来条件を満たすか否かを判定することを前記到来条件を満たすまで継続する処理と、前記更新を１回または複数回行う毎に一度の頻度で、前記記憶部に記憶されている前記所定数の前記信号値が区分条件を満たすか否かを判定することを前記区分条件を満たすまで継続する処理とを交互に繰り返す判定部と、を備え、
   前記到来条件は、前記検出範囲に前記対象物が到来したときに生じる前記所定数の前記信号値が立ち上がり波形又は立ち下がり波形を構成することを識別するための条件であり、
   前記区分条件は、前記検出範囲に１つの対象物が到来した後、その次の対象物が到来するまでの間に現れる所定の波形を構成する前記所定数の前記信号値と基準値との差の絶対値が、許容値よりも小さいことを識別するための条件であり、
   前記基準値は、所定期間において前記測定部から新たに取得した信号値の頻出レンジが特定され、前記記憶部に記憶されている前記所定数の信号値が前記特定された頻出レンジの範囲内である場合、前記所定期間に取得された信号値の総和を取得数で割った値に設定される、
   検出装置。
2. 前記許容値は、所定期間において前記測定部から新たに取得した信号値の頻出レンジが特定され、前記記憶部に記憶されている前記所定数の信号値が前記特定された頻出レンジの範囲内である場合、前記所定期間に取得された信号値の最大値と最小値との差を２で割った値に設定される、
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記到来条件を、前記所定数の前記信号値が立ち上がり波形を構成することを識別するための条件とするか、前記所定数の前記信号値が立ち下がり波形を構成することを識別するための条件とするかについての選択を受け付ける操作部をさらに備える、
   請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記到来条件及び前記区分条件の少なくともいずれかを外部機器から取得する取得部をさらに備える、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の検出装置。
5. 前記判定部は、機械学習により生成されたパラメータにより特定され、前記所定数の前記信号値を入力し、前記所定数の前記信号値が前記到来条件を満たすことに関する出力又は前記区分条件を満たすことに関する出力を行う学習済みモデルを備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。
6. 前記学習済みモデルを外部機器から取得する取得部をさらに備える、
   請求項５に記載の検出装置。
7. 前記到来条件が満たされたことを示す信号を出力する出力部をさらに備える、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の検出装置。

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