JPWO2015186259A1

JPWO2015186259A1 - センサシステムの制御方法

Info

Publication number: JPWO2015186259A1
Application number: JP2016525659A
Authority: JP
Inventors: 輝西脇
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: CN106415326A; JP6138368B2; DE112014006728B4; DE112014006728T5; CN106415326B; KR20160139032A; US10078153B2; WO2015186259A1; US20170090067A1

Abstract

実施の形態のセンサシステムの制御方法は、検出物の存在に応じて物理量を得るセンサを複数個有し、前記物理量にゲインパラメータを乗じたセンシングレベルに基づいて前記検出物の有無を判定するセンサシステムの制御方法であって、ワークが複数の前記センサのいずれの検知範囲にも存在しない場合は、前記センシングレベルが複数の前記センサの間で平準化するように前記ゲインパラメータを調整する。

Description

本発明は、複数のセンサを有するセンサシステムの制御方法に関する。

従来、光電センサなど各種センサのセンシングレベルの閾値等のパラメータの自動調整については、個々のセンサにおいて行われていた。しかし、生産現場の同一とみなせる環境、例えば、生産設備の周辺、同一のライン上、工場内の限定されたエリアにおいては、補用品および使用方法の統一や、大量購入による価格低下のコストメリットを考慮して、同じ製品型式の同種のセンサを複数配置して使用することが一般的である。

特開２００４−１０１４４６号公報特開２０００−３５３１０号公報特開２００４−３２０３７２号公報

同一とみなせる環境で同種のセンサを複数使用した状況下において、個々のセンサについてパラメータの自動調整を行った場合、パラメータ調整が発生した要因やタイミングなどについてセンサネットワークを含んだシステム上にフィードバックがされない。そのため、あるセンサに対してパラメータの調整がされても、他のセンサに対してはそのパラメータの調整内容を反映できず、非効率な部分が生じる。また、パラメータ調整の履歴が残らないため、生産設備や周辺環境に生じた問題について、原因究明や分析に役立てることができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異物の検知等による生産設備の頻繁な停止を防止し、生産設備の稼働率向上と保全工数の削減に寄与することが可能なセンサシステムの制御方法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、検出物の存在に応じて物理量を得るセンサを複数個有し、前記物理量にゲインパラメータを乗じたセンシングレベルに基づいて前記検出物の有無を判定するセンサシステムの制御方法であって、ワークが複数の前記センサのいずれの検知範囲にも存在しない場合は、前記センシングレベルが複数の前記センサの間で平準化するように前記ゲインパラメータを調整することを特徴とする。

本発明にかかるセンサシステムの制御方法によれば、異物の検知等による生産設備の頻繁な停止を防止し、生産設備の稼働率向上と保全工数の削減に寄与することが可能となるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係るセンサシステムの構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る表示手段の表示画面の様子の一例を示す図である。図３は、本発明の実施の形態２に係るセンサシステムの構成を示す図である。

以下に、本発明にかかるセンサシステムの制御方法の実施の形態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に係るセンサシステム１００の構成を示す図である。センサシステム１００は、例えばファイバセンサなどの複数の光電センサ３１〜３４からなるセンサネットワークおよび制御装置１を備える。センサシステム１００はさらに制御装置１に接続されたモニタなどの表示手段２を備える。制御装置１は、ＰＬＣ等の制御機器である。光電センサ３１〜３４は、それぞれが、投光部と受光部を備える。即ち、光電センサ３１は投光部１１と受光部２１を備え、光電センサ３２は投光部１２と受光部２２を備え、光電センサ３３は投光部１３と受光部２３を備え、光電センサ３４は投光部１４と受光部２４を備える。

センサシステム１００は、例えば生産ライン５０に適用される。具体的には、生産ライン５０上にセンサシステム１００の検出対象であるワーク５１，５２が流れ、光電センサ３１〜３４によって検知されるようになっている。生産ライン５０も制御装置１によって制御される。センサシステム１００は、生産ライン５０上に流れるワーク５１，５２の位置と個数を、複数の光電センサ３１〜３４によって監視する。

制御装置１は、光電センサ３１〜３４のそれぞれについて、投光部１１〜１４と受光部２１〜２４との間に検出物が無く、受光部２１〜２４それぞれにおける物理量である受光量に対応したセンシングレベルが予め定めた閾値以上の場合は、ＯＮ、即ち受光状態になっていると判断する。センシングレベルは、センサの検出対象を相対的に表した数値である。光電センサ３１〜３４の検出対象は光であり、後述する近接センサの検出対象は磁気またはインピーダンスである。センシングレベルは、受光状態であるＯＮの閾値および非受光状態であるＯＦＦの閾値に対して、充分にマージンを持たせた値をそれぞれ１００および０と定義する。センサごとのセンシングレベルは、制御装置１において例えば光電センサ３１〜３４の受光量それぞれに光電センサ３１〜３４ごとに与えられたゲインパラメータを乗じることにより得られる。ゲインパラメータは、センサの利得の増幅率を設定するパラメータである。光電センサ３１〜３４を例にすれば、増幅率を大きく設定することで、少ない受光量でもセンシングレベルを１００として検知することができる。例えば、投光部１１〜１４それぞれから発した光の光量のうち受光部２１〜２４それぞれが通常ならば受光し得る最大量の光量が受光部２１〜２４で受光されているときは、光電センサ３１〜３４はＯＮ、即ち受光状態であると制御装置１は判断し、投光部１１〜１４と受光部２１〜２４との間に検出物が無いと判断する。

一方、投光部１１〜１４それぞれから発した光がワーク５１，５２によって遮られ、受光部２１〜２４それぞれにおける受光量に対応したセンシングレベルが予め定めた閾値を下回っているときは、光電センサ３１〜３４の当該光電センサはＯＦＦ、即ち非受光状態であると制御装置１は判断し、当該光電センサの投光部と受光部との間にワーク５１，５２が存在することを検知する。図１では、光電センサ３２，３４の投光部１２，１４と受光部２２，２４との間にワーク５１，５２が存在する様子が示されている。図２は、表示手段２の表示画面の様子の一例を示している。各光電センサごとにセンシングレベルと閾値の関係、および後述するゲインパラメータを含んだパラメータ設定値の一覧が示されている。

しかし、光電センサ３３のように投光部１３と受光部２３との間に、例えば信号である光を減衰させる現象など、物理量である受光量を低下させるような事象が発生した場合は、ワーク５１，５２の存在とは関係なくセンシングレベルの低下が発生する。物理量である受光量を低下させるような事象とは、例えば、空気中のほこり、水蒸気などの異物が投光部１３と受光部２３との間に生じた場合、投光部１３或いは受光部２３のレンズが汚れた場合、投光部１３から受光部２３に発せられる光の光軸がずれた場合などが考えられる。

このような場合、投光部１３と受光部２３との間にワーク５１，５２が存在しなくても、センシングレベルが予め定めた閾値の値を下回った場合には制御装置１は光電センサ３３をＯＦＦ、即ち非受光状態と判定してしまう。制御装置１により光電センサ３３がＯＦＦ、即ち非受光状態と判定されると、制御装置１が行うプログラムに基づいた動作シーケンスの上で異常と判断されることになる。すなわち、ＰＬＣ等の制御機器が実行するプログラム上、このタイミングでは存在しない箇所にワークが存在すると判定されるので異常が発生したと判断され、生産ライン５０の停止が発生し生産活動が滞ることになる。センシングレベルを低下させるような事象が継続した場合は、生産ライン５０の頻繁な停止につながる。

そこで、本実施の形態にかかるセンサシステムの制御方法においては、光電センサ３１〜３４それぞれのセンシングレベルの値を制御装置１が常時収集し、その情報を元に光電センサ３１〜３４それぞれのゲインパラメータを常時、自動調整する。具体的には、投光部１１〜１４と受光部２１〜２４との間に検出物が存在しない場合において、受光部２１〜２４それぞれにおける受光量に対応するセンシングレベルがほぼ同じ値となるように、投光部１１〜１４から発する光の光量、或いは受光部２１〜２４において受光した光量からセンシングレベルへ変換するときのゲインを調節する。即ち、光電センサ３１〜３４の検知範囲に検出物が存在しない場合は、光電センサ３１〜３４のセンシングレベルが均一化するように各光電センサ３１〜３４で検出物の存在に応じて得られる物理量からセンシングレベルへの変換を調節する。即ち、各光電センサ３１〜３４間でセンシングレベルが平準化されるようにゲインパラメータを調節する。ここで、光電センサ３１〜３４のゲインパラメータは、受光部２１〜２４での上記ゲインなどである。

また、各光電センサ３１〜３４における物理量である受光量を投光部１１〜１４から発する光の光量を調節することにより変化させることが出来る。従って、光電センサ３１〜３４の検知範囲に検出物が存在しない場合において、光電センサ３１〜３４のセンシングレベルが均一化するように、各光電センサ３１〜３４の物理的なパラメータである投光部１１〜１４から発する光の光量を調節することも可能である。この場合は、以下の説明においてゲインパラメータの代わりに投光部１１〜１４から発する光の光量を調節する。

具体的にはゲインパラメータを調整するやり方は、例えば、投光部１１〜１４と受光部２１〜２４との間に検出物が存在しない場合において、光電センサ３１〜３４のセンシングレベルが９０、１００、７０、１００（単位は、％或いは任意単位）であった場合は、制御装置１は、光電センサ３１のゲインパラメータを受光部２１のセンシングレベルが１００、即ち、１００／９０倍となるように調整し、光電センサ３３のゲインパラメータを受光部２３のセンシングレベルが１００、即ち、１００／７０倍となるように調整する。この場合、上記した予め定めた閾値は例えば５０である。即ち、センシングレベルが５０以上の場合は、制御装置１は当該光電センサはＯＮ、即ち受光状態になっていると判断し、センシングレベルが５０未満の場合は、制御装置１は当該光電センサはＯＦＦ、即ち非受光状態になっていると判断する。

また、例えば、生産ライン５０上において制御装置１の動作シーケンスにおいては、排他的論理で動作する場合がある。排他的論理で動作するとは、複数の工程、例えば、Ａ工程、Ｂ工程、…があって、各工程においてワークがそれぞれ１つずつ存在する場合は、各工程の間のコンベア上などにはワークは存在しないように動作することである。

具体的には、光電センサ３１はコンベア上の物体を検出するように設置され、光電センサ３２はＡ工程にあるワーク５１を検出するように設置され、光電センサ３３はコンベア上の物体を検出するように設置され、光電センサ３４はＢ工程にあるワーク５２を検出するように設置されている。この場合、光電センサ３２及び３４がワーク５１及び５２を検出しているときには、光電センサ３１及び３３は何も検出しないはずであるという排他性が成立している。従って、光電センサ３２及び３４がワーク５１及び５２を検出しているときに光電センサ３３のセンシングレベルが１００未満である場合は、１００となるように制御装置１が上記ゲインパラメータを調整する。

また、調整の対象となる複数の光電センサが担当する範囲にワークが１つしか存在しないことが明らかな場合であって、あるタイミングでそのワークがいずれかの光電センサで検出される位置に存在することが分かっている場合は、センシングレベルが最も小さい光電センサのみがＯＦＦ、即ち非受光状態で、調整の対象となる他の光電センサはＯＮ、即ち受光状態であると判断する。この場合ＯＮであるはずの光電センサのセンシングレベルが１００未満である場合は、１００となるように制御装置１が上記ゲインパラメータを調整する。

また、制御装置１が行う動作シーケンスを記述したプログラムなどに基づいて、調整の対象となる複数の光電センサが担当する範囲に存在するワークの個数が明らかな場合もある。この場合に、あるタイミングでそれらのワークが全ていずれかの光電センサで検出される位置に存在することが分かっているときは、センシングレベルが小さい方から順に光電センサのみがＯＦＦ、即ち非受光状態で、調整の対象となる他の光電センサはＯＮ、即ち受光状態であると判断する。この場合ＯＮであるはずの光電センサのセンシングレベルが１００以下である場合は、１００となるように制御装置１が上記ゲインパラメータを調整する。

すなわち、複数の光電センサのセンシングレベルを大きい値の方から順に並べて、光電センサの数から存在することが判明しているワークの数を引いた数だけ選択し、選択された光電センサのみを調整の対象とする。

また、上記では、ワークの存在と無関係なセンシングレベルの低下に対してゲインパラメータを調整するとしたが、センシングレベルに対して設定した予め定めた閾値を調整することによっても実質的に同様な効果を得ることが可能である。具体的には、例えば光電センサ３１を例にとれば、投光部１１と受光部２１との間に検出物が存在しない場合において、光電センサ３１のセンシングレベルが９０（単位は、％或いは任意単位）であった場合は、制御装置１は、光電センサ３１の閾値を９０／１００倍となるように調整すればよい。即ち、検出物が存在しない場合のセンシングレベルと閾値の比が各センサ間でほぼ同じ値となって均一化するように閾値を調整する。

しかし、上述したように、空気中のほこりなどの周辺環境に応じてセンサのゲインパラメータ或いは閾値などの各種パラメータを変更し、且つその状態を継続しつづけた場合、ワークの位置・個数検出、異物の検出といったセンサ本来の機能が果たせなくなるおそれもある。従って、そのためゲインパラメータ、物理的なパラメータ、或いは閾値などの調整値に上限値及び下限値を設けて調整範囲を定め、それを超えた変動が生じた場合には制御装置１は異常が発生したと判断し、表示手段２を介して使用者に対して異常の発生を通知する。また、上限値及び下限値を超えた回数が予め定めた時間内に予め定めた回数以上発生した場合、或いは上限値及び下限値を超えている時間が予め定めた時間を超えた場合に異常が発生したと判断するようにしてもよい。

さらに、制御装置１はゲインパラメータ或いは閾値の調整値のログを収集する。ログを収集することにより、ゲインパラメータ或いは閾値の変動に時間的な周期性等の一定のパターンが見られた場合にも異常が発生していると判断するようにしてもよい。また、制御装置１の動作シーケンス上の予め定めたタイミングに相当する時刻にゲインパラメータ或いは閾値の変動が発生している場合にも異常が発生していると判断するようにしてもよい。例えば、制御装置１或いは生産ライン５０などが設置された使用環境において、電気的ノイズが制御装置１或いは生産ライン５０に与える影響を使用者が認識し、ノイズ源の除去や制御装置１或いは生産ライン５０の設置箇所の変更などを適正に行うことが可能となる。このようにゲインパラメータ或いは閾値の調整値のログを利用して、生産設備の異常の原因の解明やメンテナンス時期の予測をすることが可能となる。

センサシステムを備えた生産設備の異常を予防して保全するためのメンテナンスは、その実施頻度を高くするほど効果は大きくなる。しかし、メンテナンスを行うことになった場合は、作業工数が増大したり、設備の停止により生産効率が低下したりするなどの問題が発生する。本実施の形態にかかるセンサシステムの制御方法によれば、センサおよびセンサネットワークを含む制御機器の使用時に、同一システムで使用されている同種のセンサのセンシングレベルの値を常時モニタし、ゲインパラメータ、物理的なパラメータ、或いは閾値等のパラメータにフィードバックすることで環境に応じて包括的に自動調整する。これにより、メンテナンスの頻度を最適化することが可能となり、生産設備の頻繁な停止を防止し、保全作業の効率化を実現して生産設備の稼働率の向上を実現することが可能になる。

そして、本実施の形態にかかるセンサシステムの制御方法によれば、ゲインパラメータ或いは閾値の調整値に異常が発生した場合にユーザに報知を行う。さらに調整値のログを収集してパラメータ調整の履歴を残すことで、設備に異常が発生した際の原因究明や保全作業の効率化に役立てることが可能となる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係るセンサシステム２００の構成を示す図である。センサシステム２００は、複数のセンサ４１〜４７からなるセンサネットワークおよび制御装置１を備える。実施の形態１においては、センサネットワークを構成するセンサは光電センサであるとして説明したが、検出物の存在に応じて物理量を得るセンサであればこれに限定されない。

例えば、複数のセンサ４１〜４７は、それぞれが近接センサであってもよい。近接センサは動作時には常に発振しており、検出物が近づくと物理量であるエネルギーゲインが低下することにより物体を検知する。近接センサは、発振周波数により検出物に反応する反応距離が変化する。従って、発振回路のコイルのインダクタンスＬやキャパシタの容量Ｃを調整することにより発振周波数が変化し、それに応じて反応距離が変化する。

近接センサを用いた場合は、例えば、エネルギーゲインにゲインパラメータを乗じた値がセンシングレベルになる。また、各近接センサにおいて、発振回路の物理的なパラメータであるコイルのインダクタンスＬやキャパシタの容量Ｃを調整することにより物理量であるエネルギーゲインを変化させることが可能である。従って、実施の形態１と同様なセンサシステムの制御が複数の近接センサからなるセンサネットワークに対しても実現可能である。

さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかるセンサシステムの制御方法は、センサシステムを備えた生産設備に有用であり、特に、ワークが移動する生産ラインに設置された同種のセンサからなるセンサネットワークを有するセンサシステムの制御に適している。

１制御装置、２表示手段、１１〜１４投光部、２１〜２４受光部、３１〜３４光電センサ、５０生産ライン、５１，５２ワーク、４１〜４７センサ、１００，２００センサシステム。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ライン上を移動するワークの存在に応じて物理量を得るセンサを前記ライン上に複数個有し、前記物理量にゲインパラメータを乗じたセンシングレベルに基づいて前記ワークの有無を判定し、前記ワークが複数の前記センサのいずれかの検知範囲に存在する場合は前記センサの検知範囲の外の前記ライン上には前記ワークが存在しないように前記センサが設置されているセンサシステムの制御方法であって、前記ワークが複数の前記センサのいずれの検知範囲にも存在しないと判定された場合は、前記センシングレベルをモニタして前記センシングレベルが複数の前記センサの間で平準化するように前記ゲインパラメータを調整することを特徴とする。

また、制御装置１が行う動作シーケンスを記述したプログラムなどに基づいて、調整の対象となる複数の光電センサが担当する範囲に存在するワークの個数が明らかな場合もある。この場合に、あるタイミングでそれらのワークが全ていずれかの光電センサで検出される位置に存在することが分かっているときは、センシングレベルが小さい方から順に光電センサがＯＦＦ、即ち非受光状態で、調整の対象となる他の光電センサはＯＮ、即ち受光状態であると判断する。この場合ＯＮであるはずの光電センサのセンシングレベルが１００未満である場合は、当該センシングレベルが１００となるように制御装置１が上記ゲインパラメータを調整する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ライン上を移動するワークの存在に応じて検知範囲における物理量を得るセンサを前記ライン上に複数個有し、前記物理量にゲインパラメータを乗じたセンシングレベルに基づいて前記検知範囲における前記ワークの有無を判定し、前記ワークがいずれかの前記検知範囲に存在する場合は全ての前記検知範囲を除く前記ライン上には前記ワークが存在しないように前記センサが設置されているセンサシステムの制御方法であって、前記ワークがいずれの前記検知範囲にも存在しないと判定された場合は、前記センシングレベルをモニタして前記センシングレベルが複数の前記センサの間で平準化するように前記ゲインパラメータを調整することを特徴とする。

Claims

検出物の存在に応じて物理量を得るセンサを複数個有し、前記物理量にゲインパラメータを乗じたセンシングレベルに基づいて前記検出物の有無を判定するセンサシステムの制御方法であって、
ワークが複数の前記センサのいずれの検知範囲にも存在しない場合は、前記センシングレベルが複数の前記センサの間で平準化するように前記ゲインパラメータを調整する
ことを特徴とするセンサシステムの制御方法。
検出物の存在に応じて物理的なパラメータに基づいて物理量を得るセンサを複数個有し、前記物理量を変換したセンシングレベルに基づいて前記検出物の有無を判定するセンサシステムの制御方法であって、
ワークが複数の前記センサのいずれの検知範囲にも存在しない場合は、前記物理量が複数の前記センサの間で平準化するように前記物理的なパラメータを調整する
ことを特徴とするセンサシステムの制御方法。
検出物の存在に応じて物理量を得るセンサを複数個有し、前記物理量を変換したセンシングレベルと前記センサ毎の閾値との比較に基づいて前記検出物の有無を判定するセンサシステムの制御方法であって、
ワークが複数の前記センサのいずれの検知範囲にも存在しない場合は、前記センシングレベルと前記閾値の比が複数の前記センサの間で平準化するように前記閾値を調整する
ことを特徴とするセンサシステムの制御方法。
前記センサ毎の前記センシングレベルの値が大きい方から、前記センサの数から複数の前記センサの検知範囲に存在する前記ワークの数を引いた値の数の前記センサを調整対象とする
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサシステムの制御方法。
調整後の前記ゲインパラメータが調整範囲を超えた場合は、使用者に異常の発生を通知する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサシステムの制御方法。
調整後の前記物理的なパラメータが調整範囲を超えた場合は、使用者に異常の発生を通知する
ことを特徴とする請求項２に記載のセンサシステムの制御方法。
調整後の前記閾値が調整範囲を超えた場合は、使用者に異常の発生を通知する
ことを特徴とする請求項３に記載のセンサシステムの制御方法。
前記調整の結果を記録し、前記記録に基づいて、使用者に異常の発生を通知する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサシステムの制御方法。