WO2012014521A1

WO2012014521A1 - 変位センサ

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Publication number: WO2012014521A1
Application number: PCT/JP2011/056431
Authority: WO
Inventors: 滝政　宏章; 雄介飯田; 英義中村; 星文一柳
Original assignee: オムロン株式会社
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-02-02
Also published as: KR20120092192A; JP5218494B2; EP2600103B9; CN102713510A; CN102713510B; US20120303317A1; EP2600103A4; EP2600103B1; KR101426630B1; EP2600103A1; JP2012032305A; US8805643B2

Abstract

　変位センサ（１）を動作させる上での条件を示すパラメータとして、応答時間の目標値および検出誤差の許容値の少なくとも一方の入力を受け付けて、ワークのモデルを用いたティーチング処理を実行する。ティーチング処理時のＣＰＵ（１１０）は、投光部（１０１）および受光部（１０２）による検出処理を繰り返しながら最大露光時間を決定すると共に、変位量の計測データのばらつきを算出し、最大露光時間および計測データのばらつきを用いた演算処理により、入力されたパラメータの値に適した移動平均演算のデータ数を導出する。このデータ数はメモリ（１１１）に登録され、通常の動作モードにおける移動平均演算に用いられる。

Description

変位センサ

　本発明は、光学的な検出処理により対象物の変位量を検出する変位センサに関する。

　三角測距の原理に基づく変位センサは、レーザーダイオード等の発光素子を含む投光部と、ＰＳＤ，ＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の受光素子を含む受光部とを具備し、投光部から検出対象物に向けて光を出射すると共に検出対象物からの反射光を受光部により受光する処理（以下、これを「検出処理」という、）と、受光素子における反射光の受光結果に基づいて変位量を計測する計測処理とを繰り返し実行しながら、受光部における反射光の入射位置に基づき変位量を計測する。

　このほか、変位センサには、投光から受光までの時間の長さを用いるＴＯＦ（Time　of　Flight）方式を適用したセンサ、投光した光と受光した反射光との位相差を利用する位相差測距方式を適用したセンサ、ＰＮ符号により強度変調を施した光を投光し、その光と反射光との相関演算結果を用いた計測を行うＰＮコード式測距方式を適用したセンサなどがある。

　これら従来の変位センサの中に、検出を安定させるために、毎回の計測データを得る都度、そのデータおよび過去の所定回数分の計測データを用いた移動平均演算を実行し、この演算により得られた平均値を検出データとして出力するものがある（たとえば特許文献１を参照。）。

　さらに特許文献１には、本処理に先立ち、対象物のモデルを用いたティーチング処理により、上記の移動平均演算のデータ数を、ユーザの求める精度を得るのに適した値に設定する機能を有する変位センサが開示されている（特許文献１の請求項６，段落００５２～００５７，図６を参照。）。

　また、変位センサで安定した計測を行うには、検出処理の時間を調整する必要がある。たとえば、三角測距方式の変位センサでは、受光部により生成された受光量信号のピークを明確にするために十分な強度の受光量信号を得る必要があるが、受光量信号の強度は検出対象のワークの反射率によって変動する。このため、従来の変位センサでは、発光素子の発光強度や受光量信号の増幅ゲインを調整するほか、受光量信号の強度に応じて投光処理の時間、または投光・受光の双方にかかる所要時間を調整するようにしている（たとえば特許文献２の段落００２１を参照。）。

特許第３４０９１１７号公報特開２００８－５８１９５号公報

　この明細書では、ステップ応答を行う変位センサにおいて、検出処理が行われてからその検出処理により検出された変位量を反映した出力（表示も含む。）が終了するまでの時間を「応答時間」と呼ぶ。計測データの移動平均演算が行われる場合には、検出処理が行われてから、その検出処理により検出された変位量を用いた複数回の移動平均演算の最後の演算結果が出力されるまでの時間が、応答時間に相当することになる。

　高速のＣＰＵが搭載された変位センサでは、計測処理や移動平均演算を極めて短い時間で行うことができるので、１回の検出処理に必要な処理時間と移動平均演算の対象となるデータ数との乗算により得られる時間を、応答時間にほぼ匹敵する時間と考えることができる。

　移動する物体を検出する場合など、検出が可能な時間に制限が設けられている場合には、その制限時間に応じて応答時間の長さを調整する必要がある。応答時間を短くするには、移動平均演算のデータ数を少なくする必要があるが、移動平均演算のデータ数が減少すると、検出データの精度が悪くなる可能性がある（検出データの誤差が大きくなる）。

　すなわち、移動平均演算のデータ数の調整において、応答時間と検出データの精度とはトレードオフの関係にある。

　応答時間は、移動平均演算のデータ数のほか、検出処理の処理時間の長さによっても変動する。すなわち、移動平均演算のデータ数が固定されている場合には、処理時間を長くすれば応答時間が長くなる。逆に、処理時間を短くすると、それに応じて応答時間も短くなる。

　一方、検出データの精度は、計測データのばらつきの度合いに影響される。計測データのばらつきは、センサの性能のほか、周囲の光ノイズの度合いや検出対象物の凹凸度合いなどによっても変動する。

　変位センサが使用される現場では、その現場の生産目標や変位センサを使用する目的などに応じて移動平均演算のデータ数を設定する必要がある。たとえば、ベルトコンベア上を搬送される物品の段差を検出するために変位センサを使用する場合には、その物品の大きさや移動速度に応じて、当該物品がセンサの検出対象位置を通過する間に適切な数の検出データが得られるように応答時間の目標値を定め、その目標値を満たすように、移動平均演算のデータ数を求める必要がある。また、そのデータ数による移動平均演算の結果が現場が必要とする精度を満たしているかどうかを、確認する必要がある。

　しかしながら、現場のユーザ、特に初心者は、移動平均演算という演算処理の概念や、移動平均演算のデータ数が応答時間や検出データの精度に及ぼす影響の関係を把握しづらく、設定が困難な場合がある。また検出処理に適した処理時間や計測データのばらつきは、検出対象物の状態や周囲の環境によって変動するので、どの事例にもあてはまるようなノウハウ的な設定を行うのも困難である。このため、現場の殆どのユーザは試行錯誤で設定作業を行っており、そのためにユーザの労力が多大なものになっている。

　上記の問題に関して、特許文献１に記載されたティーチング処理では、測定処理に必要な精度についてユーザの指定を受け付け、対象物のモデルに対する検出処理および計測処理を繰り返しながら、データ数を種々に変更して移動平均演算を実行し、この演算結果のばらつきが指定された精度に適合するものになるようなデータ数を求めるので、ユーザの負担を軽減することができる。しかし、この特許文献１に記載のティーチング処理では、応答時間の長さを考慮せずに、検出精度を確保することのみを目標として移動平均演算のデータ数を定めているため、不十分である。

　本発明は上記の問題点に着目し、実際の検出対象物のモデルに対する検出処理や計測処理の結果に基づき、移動平均演算のデータ数に関して、ユーザが目標とする応答時間や検出データの精度を確保するのに必要な値を演算により自動的に求め、登録できるようにすることを課題とする。

　本発明による変位センサは、対象物に光を投光すると共にその光に対する対象物からの反射光を受光する検出処理と、前記反射光の受光結果に基づき対象物の変位量を計測する計測処理と、計測データの移動平均演算とを繰り返し実行しながら、移動平均演算により得た平均値による検出データを出力するもので、移動平均演算のデータ数を登録するための登録手段と、応答時間に関する条件を表すパラメータおよび検出データの精度に関する条件を表すパラメータを入力するための入力手段と、移動平均演算のデータ数を登録手段に登録するティーチングモードを実行するティーチングモード実行手段とを、さらに具備する。また、ティーチングモード実行手段には、以下の設定処理手段、データ数導出手段、および登録処理手段が含まれる。

　設定処理手段は、検出処理と計測処理とをそれぞれ複数回実行すると共に、検出処理の処理時間を設定する処理と、計測処理により得られた計測データのばらつきを求める処理とを実行する。

　データ数導出手段は、応答時間に関する条件を表すパラメータおよび検出データの精度に関する条件を表すパラメータの少なくとも一方が入力手段に入力され、設定処理手段による処理が実行されたことを条件として、設定処理手段による処理の結果を用いた演算処理により、入力されたパラメータの値に適した移動平均演算のデータ数を求める。

　登録処理手段は、データ数導出手段による処理結果に基づき前記移動平均演算のデータ数を決定して登録手段に登録する。

　上記構成の変位センサによれば、検出対象物のモデルをセンサからの光の照射位置に対応させてティーチングモードを開始すると、設定処理手段により検出処理と計測処理とがそれぞれ複数回実行され、検出処理の処理時間が適切な長さに設定されると共に、計測データのばらつきが導出される。また、応答時間に関する条件を表すパラメータおよび検出データの精度に関する条件を表すパラメータのうちの少なくとも一方が入力されることにより、そのパラメータの値と設定処理手段の処理結果とを用いた演算処理が実行されて、移動平均演算のデータ数が導出され、このデータ数を登録手段に登録することが可能になる。

　したがってユーザが、変位センサを使用する目的や現場の生産目標等に応じて、応答時間や検出データの精度に関する条件を定め、これらの条件を表すパラメータをセンサに入力してティーチングモードを実行することによって、上記の条件を満足するのに適した移動平均演算のデータ数をセンサで自動的に導出して登録することが可能になる。

　上記の変位センサの好ましい一実施態様では、入力手段は、応答時間に関する条件を表すパラメータとして当該応答時間の目標値を表す数値を入力すると共に、検出データの精度に関するパラメータとして検出データの誤差の許容値を表す数値を入力する。

　また、この実施態様におけるデータ数導出手段は、演算処理として、検出処理の処理時間と移動平均演算のデータ数と応答時間との関係を表す第１演算式と、計測データのばらつきと移動平均演算のデータ数と検出データの誤差との関係を表す第２演算式とのうちの少なくとも一方の演算式を用いた演算を実行する。たとえば、応答時間の目標値が入力された場合には、入力された値および設定処理手段により調整された検出処理の処理時間を第１演算式にあてはめることにより、移動平均演算のデータ数を算出する。また、検出データの誤差の許容値が入力された場合には、入力された値および設定処理手段により求められた計測データのばらつきを第２演算式にあてはめることにより、移動平均演算のデータ数を算出する。

　より好ましい実施態様では、データ数導出手段は、応答時間の目標値および検出データの誤差の許容値の双方のパラメータが入力手段に入力されたとき、いずれか一方のパラメータを優先的に選択して、その選択されたパラメータに対応する演算式に当該パラメータにつき入力された値と設定処理手段の処理結果とを適用して移動平均演算のデータ数を求める第１の演算を実行した後に、選択されなかったパラメータに対応する演算式に第１の演算により求められた移動平均のデータ数と設定処理手段の処理結果とを適用して当該パラメータの値を求める第２の演算を実行する。登録処理手段は、前記選択されなかったパラメータの第２の演算により求められた値が入力手段に入力された値に適合しているか否かを判別し、適合していると判断したときに、第１の演算により求められた移動平均のデータ数を前記登録手段に登録する。

　上記の態様によれば、ユーザが応答時間の目標値および検出データの誤差の許容値の各パラメータを入力した場合には、これら双方のパラメータが示す条件に適合するような移動平均演算のデータ数を設定すると共に、優先されたパラメータが示す条件にとって最適なデータ数を設定することができる。

　ここで優先するパラメータの選択は、ユーザの選択操作により行われるのが望ましいが、たとえば、応答時間に関する条件を優先するように、データ数導出手段の動作を定義してもよい。また、ユーザの選択操作に応じてパラメータを選択する場合には、その操作を受け付けるための手段は、必ずしもセンサ本体に設ける必要はない。たとえば、センサの外部の機器で選択操作を受け付けて、選択結果を示す信号をセンサに入力するようにしてもよい。

　さらに他の態様の変位センサには、選択されなかったパラメータの第２の演算により求められた値が入力手段に入力された値に適合していないと登録処理手段が判断したときに、当該パラメータの第２の演算により求められた値を表示のために出力する出力手段が設けられる。この出力は、センサに設けられた表示部または表示部を有する外部機器に対して行うことができる。

　上記の態様によれば、優先的に選択されたパラメータに基づいて移動平均演算のデータ数を設定すると、選択されなかった方のパラメータに関してユーザが指定した条件を満たすことができなくなる場合には、選択されなかったパラメータの値がどの程度になるかを、ユーザに報知することができる。よって、ユーザは、報知された値によりパラメータを修正することにより、移動平均演算のデータ数を確定したり、報知された値を参照して各パラメータの値を変更して、ティーチングモードを再実行するなどの措置をとることができる。

　さらに、本発明の他の好ましい実施態様の変位センサには、ティーチングモードにおける処理の開始を指示する信号を入力するための信号入力手段が設けられると共に、この信号の入力に応じて設定処理手段が動作する。このようにすれば、変位センサから投光された光が検出対象物のモデルに照射される状態、すなわち検出処理の準備が整ったときに、信号入力手段に信号を入力すれば、検出処理の処理時間、計測データのばらつきについて、検出対象物に対する処理結果を反映したデータを得ることができる。

　より好ましい態様の変位センサでは、処理の開始を指示する信号が入力される都度、設定処理手段とともにデータ導出手段および登録処理手段が動作する。また、登録処理手段は、２回目以降の信号の入力に対し、その入力に応じた設定処理手段およびデータ数導出手段の処理により導出されたデータ数と、１つ前の信号入力に応じて登録手段に登録されたデータ数とを用いて移動平均のデータ数の最適な値を決定する。

　上記の態様によれば、複数種の対象物を検出したり、検出対象物に反射率の異なる複数の部位が含まれている場合には、各対象物のモデルまたは１つのモデルの中の各部位をセンサからの光の照射位置に順に対応させて、その都度、処理の開始を支持する信号を入力することにより、モデル毎または部位毎に、移動平均演算のデータ数を得ることができる。登録処理手段は、毎回のデータ数を用いて、応答時間や検出データの精度の条件を満たす範囲で、移動平均のデータ数を適切な値に設定することができる。

　複数種の対象物や反射率の異なる複数の部位を処理することを想定する場合の他の実施態様として、ティーチングモードにおける処理の終了を指示する信号を入力するための第２の信号入力手段を設けてもよい。この実施態様では、処理の開始を指示する信号が入力される都度、設定処理手段およびデータ数導出手段が動作すると共に、処理の終了を指示する信号の入力に応じて登録処理手段が動作する。また、登録処理手段は、処理の終了を指示する信号が入力されるまでの間に処理の開始を指示する信号が複数回入力されたとき、この信号の毎回の入力に応じてデータ数導出手段により導出された各移動平均のデータ数を用いて、移動平均のデータ数の最適な値を決定する。

　第２の信号入力手段を設ける場合の他の実施態様では、処理の開始を指示する信号が入力されたことに応じて設定処理手段およびデータ数導出手段が動作すると共に、処理の終了を指示する信号の入力に応じて登録処理手段が動作する。また、設定処理手段およびデータ数導出手段は、処理の開始を指示する信号が入力されてから処理の終了を指示する信号が入力されるまでの間に複数回の処理を実行することが可能である。さらに、登録処理手段は、処理の終了を指示する信号が入力されるまでの間にデータ数導出手段により移動平均のデータ数が複数導出されたとき、これらのデータ数を用いて移動平均のデータ数の最適な値を決定する。

　上記２つの態様の変位センサには、処理の開始を指示する信号および処理の終了を指示する信号を発生させるための操作部を設けることができる。この場合、ユーザは、検出対象物または検出対象の部位がセンサからの光が照射される位置に対応していることを確認しながら処理の開始を指示する操作を行うと共に、すべてのモデルまたはすべての部位に対する処理が終了したことに応じて終了を指示する操作を行うことによって、移動平均演算のデータ数の適切な値を定め、登録することができる。

　ただし、信号入力手段に入力される信号は、上記の操作部により発生させる場合に限らず、外部機器（パーソナルコンピュータ、ＰＬＣ、他のセンサなど）から入力することも可能である。たとえば、検出対象物を移動させながらティーチングモードを実行する場合には、検出対象物のモデルが変位センサの検出エリアに入ったことを他のセンサなどにより検出し、その検出信号を、処理の開始を指示する信号として入力し、その入力に応じて設定処理手段を動作させてもよい。

　つぎに、本発明の他の観点に基づく変位センサは、対象物に光を投光すると共にその光に対する対象物からの反射光を受光する検出処理と、反射光の受光結果に基づき対象物の変位量を計測する計測処理と、計測データの移動平均演算とを繰り返し実行しながら、移動平均演算により得た平均値により検出データを出力することを前提として、移動平均演算のデータ数を登録するための登録手段と、移動平均演算のデータ数を登録手段に登録するティーチングモードを実行するティーチングモード実行手段とを具備する。

　ティーチングモード実行手段には、設定処理手段、特定手段、および登録処理手段が含まれる。

　特定手段は、設定処理手段により設定された検出処理の処理時間に基づき、変位センサの応答時間と移動平均演算のデータ数との関係を表す第１の関数を特定すると共に、設定処理手段により求められた計測データのばらつきに基づき、検出データの誤差と移動平均演算のデータ数との関係を表す第２の関数を特定する。さらに、これらの関数に基づき、移動平均のデータ数とこのデータ数に対応する応答時間と当該データ数に対応する検出データの誤差との組み合わせを、少なくとも１組特定する。

　登録処理手段は、特定手段により特定された応答時間および検出データの精度の組み合わせを表示して選択操作に待機するとともに、表示されたいずれかの組み合わせが選択されたとき、その選択された組み合わせに対応する移動平均のデータ数を登録手段に登録する。

　上記構成の変位センサによれば、センサからの光が照射されるように対象物のモデルを設置してティーチングモードを実行することにより、検出処理の処理時間が設定されると共に計測データのばらつきが求められる。さらに、これらに基づき特定された２つの関数を用いて、移動平均演算のデータ数とそのデータ数により実現する応答時間および検出データの誤差の組み合わせが少なくとも１組特定され、各組の応答時間および検出データの誤差が表示される。ユーザがこの表示の中から好ましいと思われる組み合わせを選択することにより、選択された組み合わせに対応する移動平均演算のデータ数が登録手段に登録される。

　本発明によれば、検出対象物の実物モデルに対する検出処理や計測処理の結果に基づいて、移動平均演算のデータ数を、応答時間や検出データの精度がユーザが必要とする条件を満たすのに必要な値に自動的に設定することが可能になる。よって、ユーザに負担をかけることなく、変位センサの使用に必要な設定処理を容易に行うことができる。

変位センサのセンサヘッドの外観を示す斜視図である。変位センサの電気構成を示すブロック図である。応答時間を優先する場合のティーチング処理の手順を示すフローチャートである。検出精度を優先する場合のティーチング処理の手順を示すフローチャートである。複数のワークを対象とし、応答時間を優先する場合のティーチング処理の手順を示すフローチャートである。応答時間と移動平均演算のデータ数との関係を示す関数と、検出誤差と移動平均演算のデータ数との関係を示す関数とを例示したグラフである。

　図１は本発明が適用される変位センサの一実施例にかかるセンサヘッドの外観を示し、図２は当該変位センサの電気構成を示す。

　この実施例の変位センサ１は、検出対象のワークＷに対し、センサヘッド１０からレーザビームＬ１を投光すると共にこのレーザビームＬ１に対するワークＷからの反射光Ｌ２を受光し、三角測距の原理に基づきワークＷの表面の変位量を計測する。なお、変位量として計測されるのはセンサヘッド１０からの距離であり、検出データとしても距離を表す数値を出力することができる。また、ワークＷの支持面などの基準面までの距離をあらかじめ登録しておけば、計測された距離を基準面から見た高さに置き換えて、この高さを検出データとして出力することもできる。

　センサヘッド１０には、図２に示す投光部１０１、受光部１０２、ＣＰＵ１１０、メモリ１１１などが組み込まれている。また、図示を省略しているが、センサヘッド１０には、ケーブル１１を介してアンプ部と呼ばれる補助筐体が接続されており、このアンプ部に、図２に示す表示部１２１、操作部１２２、入出力インターフェース１２３などが設けられている。ただし、センサヘッド１０とアンプ部との分離は必ずしも必要ではなく、図２に示した構成すべてを１つの筐体に設けるようにしてもよい。

　投光部１０１には、発光素子１０３としてレーザダイオード（ＬＤ）が設けられるほか、投光制御回路１０４が設けられる。投光制御回路１０４は、ＣＰＵ１１０からの指令に基づき、発光素子１０３の発光強度や発光時間を調整しながら発光素子１０３を駆動する。

　受光部１０２には、撮像素子１０５としてＣＭＯＳが設けられるほか、この撮像素子１０５により生成された画像信号を処理するための信号処理回路１０６やＡ／Ｄ変換回路１０７が設けられる。信号処理回路１０６は、ＣＰＵ１１０からの指令に基づき、撮像素子１０５の動作のタイミングを制御すると共に、撮像素子１０５が生成した画像を取り込んでＡ／Ｄ変換回路１０７に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１０７によりディジタル変換された画像は、計測処理のためにＣＰＵ１１０に入力される。

　メモリ１１１は、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリであって、プログラムのほか、ＣＰＵ１１０の各動作を定義するための設定データや、後記するティーチングモードにより導出された移動平均演算のデータ数や最大露光時間などが保存される。また、このメモリ１１１には、毎回の計測データを移動平均演算のために保存するバッファとしての機能も設定される。

　ＣＰＵ１１０は、メモリ１１１内のプログラムや設定データに基づき、投光部１０１にレーザビームＬ１を出射させると共に、その出射のタイミングに合わせて受光部１０２を動作させて、ワークＷからの反射光Ｌ２を受光させる。これにより撮像素子１０５における反射光Ｌ２の入射状態を表す画像が生成される。

　上記の投光処理および受光処理をまとめて、以下では「検出処理」という。
　ＣＰＵ１１０は、投光部１０１および受光部１０２に検出処理を繰り返し実行させるとともに、毎回の検出処理で生成された画像を処理して、この画像中の反射光像を検出する。さらにＣＰＵ１１０は、反射光像で最大の受光量が得られている位置（受光量のピーク）の座標を検出し、この座標に基づきワークＷの変位量を計測する。

　さらに、この実施例では、出力を安定させるために、計測データの移動平均演算を実行し、その演算により得た平均値またはこの平均値を前述の基準面から見た高さに置き換えた数値を、検出データとして表示部１２１に表示する。

　表示部１２１には、上記の検出データが表示されるほか、後記するティーチングモードにおいて、ユーザにより入力された数値や仮設定された数値などを表示する。操作部１２２は、ティーチングモードに切り替える操作やティーチングの開始を指示する操作を受け付けるほか、ティーチングの条件となるパラメータの入力を受け付けるように設定される。

　入出力インターフェース１２３は、パーソナルコンピュータやＰＬＣなどの外部機器に接続される。外部機器が接続された場合には、上記の操作部１２２により行われるのと同様の設定操作や入力操作を外部機器で行って、その操作内容を変位センサ１のＣＰＵ１１０に伝送することができる。また、ティーチングモードにおける設定結果や通常の動作モードで得られた検出データを、入出力インターフェース１２３を介して外部機器に出力し、外部機器で表示を行うこともできる。

　また、この実施例の変位センサ１には、ワークＷに対する計測処理を安定して実施できるように、毎回の受光量の強度に基づいて露光時間を調整する機能が設定されている。この調整処理は、ＣＰＵ１１０、投光制御回路１０４、信号処理回路１０６の協働により実施される。

　ここで露光時間とは、投光部１０１がレーザビームＬ１を発光している期間と受光部１０２が反射光Ｌ２を受光している期間とを包含する期間の長さをいう。この実施例では、投光部１０１および受光部１０２のそれぞれの動作期間を一致させているが、これに限らず、投光部１０１の動作期間を受光部１０２の動作期間よりやや長めに設定して、投光部１１０からの投光が開始された後に受光部１１０の受光処理を開始し、受光処理が終了した後に投光処理を終了するように制御する場合もある。また、採用されるケースは少ないが、受光部１０２の動作期間の方を投光部１０１の動作期間よりも長くする場合もある。

　上記の露光時間は、検出対象のワークＷの反射率が低くなるほど長くなるように調整される。露光時間が長くなると、毎回の計測データが得られる周期も長くなり、これが応答時間の長さに影響を及ぼす。

　また、受光部１０２が生成した画像データには、センサの性能、センサの周囲の光ノイズ、ワークＷの凹凸や振動（振動はワークＷが移動する場合に発生する。）などに起因するゆらぎが生じる。このゆらぎにより計測データにばらつきが生じ、これが検出データの精度に影響を及ぼす。

　さらに、この実施例では、移動平均演算の結果を検出データとして出力するので、応答時間は移動平均演算のデータ数によっても変動する。また、この移動平均演算のデータ数によって検出精度も変動する。

　具体的に、応答時間や検出精度と移動平均演算のデータ数との関係を式として示すと、以下のＡ式およびＢ式のようになる。

　Ａ式の「最大露光時間（ＳＴ）」は、露光時間の調整処理により設定される露光時間の最大値である。Ｂ式の「計測データのばらつき（Ｖ）」は、たとえば、複数回の検出処理およびこれに伴う計測処理により得られた計測データの中の最大値と最小値との差として求めることができる。または各計測データ間の分散もしくは標準偏差をばらつきＶとすることもできる。また、計測処理の都度、その処理により得た計測データと一段階前の計測データとの偏差を求め、過去に得た偏差の中の最大値をばらつきＶとしてもよい（たとえばＶの初期値を０とし、Ｖより大きな偏差が得られる都度、その偏差によりＶの値を書き換える。）。

　この実施例の変位センサでは、ユーザのモード切替操作により、移動平均演算のデータ数Ｎを登録するためのティーチングモードを実行することができる。このティーチングモードを利用する際には、ユーザは、応答時間ＲＴとして好ましいと思われる値（目標値）および検出誤差Ｄとして許容できる値（許容値）の少なくとも一方を入力すると共に、検出対象のワークＷの実物モデル（以下、「ワークモデル」という。）をセンサヘッド１０の真下に設置し、操作部１２２または外部機器を用いてティーチング開始操作を行う。これにより、ワークモデルに対する検出処理や計測処理が実行され、最大露光時間ＳＴが決定されると共に計測データのばらつきＶが算出される。また、ＳＴおよびＶの各値をあてはめたＡ式およびＢ式に基づき、移動平均演算のデータ数Ｎとして、ユーザが入力した目標値や許容値が示す条件を満たすのに必要な数値が導出される。導出されたデータ数Ｎは、表示部１２１に表示されると共に、メモリ１１１に登録される。

　上記の登録処理が完了して、ティーチングモードから通常の動作モードに切り替えられると、ＣＰＵ１１０は、検出処理および計測処理を実行しながら、毎回、最新の計測データから過去に遡って計Ｎ個の計測データを読み出し、これらの平均値を算出する。そして、算出された平均値またはこの平均値を基準の面から見た高さデータに置き換えたものを、検出データとして出力する。

　この実施例のティーチングモードでは、応答時間に関する条件を示すパラメータとして応答時間の目標値ＲＴ０を、検出精度に関する条件を示すパラメータとして検出誤差の許容値Ｄ０を、それぞれ入力することができるが、Ａ式およびＢ式に示したように、これらの条件はトレードオフの関係にある。このため、この実施例では、応答時間ＲＴに関する条件を優先する状態をデフォルトの設定とし、検出精度に関する条件も入力されている場合には、まずＡ式に基づき、移動平均演算のデータ数Ｎとして、応答時間ＲＴを目標値ＲＴ０に近い値にするのに必要な値を求めた後に、Ｂ式に基づき、データ数Ｎによる移動平均演算により生じる検出誤差Ｄがユーザの入力した許容値Ｄ０以下であるか否かを判別する。ここで検出誤差Ｄが許容値Ｄ０以下であれば、データ数Ｎが登録される。

　一方、データ数Ｎによる検出誤差Ｄがユーザの入力した許容値Ｄ０を上回る場合には、データ数Ｎは登録されないが、許容値Ｄ０に対する差が僅差である場合（後記するしきい値δ１により判別される。）には、後記する修正操作によって、データ数Ｎを登録することもできる。

　図３は、上記のデフォルトの設定に応じたティーチングモードにおける処理手順を示す。この処理手順は、デフォルトの設定状態下で応答時間の目標値ＲＴ０および検出誤差の許容値Ｄ０の双方が入力された場合のほか、応答時間の目標値ＲＴ０のみが入力された場合にも適用される。

　また、この処理手順は、ユーザが、センサヘッド１０の下方にレーザビームＬ１が適切に照射されるようにワークモデルを設置した後に、処理の開始指示操作を行うことを前提とする。この操作が行われると、ステップＳ１が「ＹＥＳ」となり、投光部１０１および受光部１０２による検出処理が開始される（ステップＳ２）。

　図３には明記していないが、検出処理は、その後も繰り返し実行される。また、検出処理の都度、受光部１０２からの画像に表された反射光Ｌ２の強度（受光量のピーク値、または反射光像全体の受光量の積分値）に基づき露光時間が調整され、これが次の検出処理に適用される。この例では、露光時間が安定するまでの期間をステップＳ３として、毎回の露光時間の中から最大露光時間ＳＴを決定する。以後の検出処理でも引き続き露光時間の調整が行われるが、その調整は最大露光時間ＳＴを超えない範囲で実施される。

　ステップＳ４では、応答時間の目標値として入力された値ＲＴ０およびステップＳ３で定められた最大露光時間ＳＴをＡ式にあてはめ、このＡ式を実行することにより、移動平均演算のデータ数Ｎを算出する。なお、Ｎは整数であり、演算結果に小数点以下の値が含まれた場合には、これらの値は切り捨てられる。また、計測処理や移動平均演算の時間による影響を考慮して、データ数Ｎを算出された値より若干小さい値に補正してもよい。

　算出されたＮの値が１以上であれば（ステップＳ５が「ＹＥＳ」）、検出誤差の許容値Ｄ０が入力されているかどうかをチェックする。Ｄ０が入力されていない場合（ステップＳ６が「ＮＯ」）には、上記の演算により求めたデータ数Ｎを表示部１２１に表示すると共に、メモリ１１１に登録し、これをもって処理を終了する。

　一方、検出誤差の許容値Ｄ０が入力されている場合（ステップＳ６が「ＹＥＳ」）には、ステップＳ７に進み、複数回の検出処理および計測処理を実行し、これらの処理により得られた計測データのばらつきＶを算出する。

　なお、この例では、ステップＳ７の処理の時点で計測処理を行って、計測データのばらつきＶを求めているが、これに限らず、ステップＳ２で検出処理を開始したときに計測処理も開始し、露光時間の調整処理に並行して計測データのばらつきＶを求めてもよい。ただし、この場合のばらつきＶは少し粗めの値となる。

　つぎに、ステップＳ８では、計測データのばらつきＶとステップＳ４で求めたデータ数ＮとをＢ式にあてはめて、検出誤差Ｄを算出し、この検出誤差Ｄをユーザにより入力された許容値Ｄ０と比較する（ステップＳ９）。ここでＤがＤ０以下であれば（ステップＳ９が「ＹＥＳ」）、ステップＳ１０に進み、データ数Ｎの表示および登録を行い、処理を終了する。

　算出された検出誤差ＤがＤ０より大きい場合（ステップＳ９が「ＮＯ」）には、両者の差をあらかじめ定めたしきい値δ１と比較し、差の値がδ１以下であれば、検出誤差Ｄの値を表示部１２１に表示する（ステップＳ１１）。

　ここで、ユーザが検出誤差Ｄの値を受け入れられると考えて、許容値Ｄ０をＤに修正する操作を行った場合（ステップＳ１３が「ＹＥＳ」）には、ステップＳ１０に進む。これにより、ステップＳ４で算出されたデータ数Ｎが表示され、登録される。

　一方、ユーザが表示された許容値Ｄの値を受け入れられないと考えてキャンセル操作を行った場合（ステップＳ１３が「ＮＯ」）には、ステップＳ１４に進み、表示部１２１の表示をエラー表示に切り替え、処理を終了する。

　なお、ステップＳ１０やステップＳ１４では、より詳細な表示を行ってもよい。たとえばステップＳ１０においては、データ数Ｎと共に、最大露光時間ＳＴ、計測データのばらつきＶ、検出誤差Ｄの各値を表示することができる。ステップＳ１４では、エラーを示すメッセージのほか、算出されたデータ数Ｎを表示したり、検出誤差Ｄと許容値Ｄ０とを対応づけた表示を行うことが可能である。このような詳細な表示を行う場合には、外部機器による表示を採用してもよい。

　上記の処理によれば、移動平均演算のデータ数Ｎとして、応答時間ＲＴをユーザが入力した目標値ＲＴ０に近い長さにするのに必要な値を自動的に導出することができるので、ユーザが検出誤差の許容値Ｄ０を指定していない場合には、導出されたデータ数Ｎを速やかに登録することができる。また、検出精度の許容値Ｄ０が入力されている場合でも、導出されたデータ数Ｎにより実現する検出精度Ｄが許容値Ｄ０以下となる場合には、速やかにデータ数Ｎを登録することができる。

　したがって、ユーザが、応答時間ＲＴおよび検出誤差Ｄの少なくとも前者に関して、現場の生産目標や変位センサの使用目的などに応じた条件を定めて、その条件を表す数値を入力することによって、センサの能力の範囲内で、ユーザの定めた条件に最も適したデータ数Ｎを自動的に導出して登録することが可能になる。よって、移動平均演算の概念やこの演算に用いられるデータ数Ｎが応答時間や検出精度に及ぼす影響をよく理解できていないユーザでも、自己が定めた条件を満たすように変位センサを動作させるのに最適な設定を行うことができる。

　さらに、導出されたデータ数Ｎでは、ユーザが希望する検出精度を得ることができない場合でも、実現可能な検出誤差Ｄが許容値Ｄ０から大きく離れておらず、ユーザが検出誤差Ｄを受け入れることができる場合には、許容値Ｄ０をＤに修正する操作を行うことによって、算出されたデータ数Ｎを登録することができる。これにより、センサの利便性を高めることができる。

　また、図３の処理によれば、算出された計測誤差Ｄと許容値Ｄ０との間にδ１を超える差がある場合（ステップＳ１１が「ＮＯ」）やステップＳ４で算出されたデータ数Ｎが１より小さい場合（ステップＳ５）には、エラー表示（ステップＳ１４）が実行される。したがって、データ数Ｎがユーザが希望する精度を確保できない場合や、センサの能力ではユーザの希望する条件をかなえることができない場合に、不適切な値のデータ数が登録されるのを防ぐことができる。

　また、上記のティーチング処理では、データ数Ｎと共に、ステップＳ３で決定された最大露光時間ＳＴを登録するのが望ましい。最大露光時間ＳＴを登録すれば、通常の動作モードで露光時間を調整する場合に、調整値が最大露光時間ＳＴを超えないように制御することができ、実際の応答時間を確実に目標値Ｒ０以内に収めることが可能になるからである。

　ただし、最大露光時間ＳＴの登録は必須のものではない。ティーチング処理において露光時間の調整を十分に実施してから最大露光時間ＳＴを決定するようにすれば、通常の動作モードにおける露光時間も、最大露光時間ＳＴまでの範囲に収まると考えられるからである。

　上記のデフォルトの設定では、応答時間ＲＴおよび検出誤差Ｄのうちの前者が優先されているが、ユーザは、検出誤差Ｄを優先するように設定を変更することもできる。図４は、この設定が変更された場合の処理手順を示す。

　この処理では、ユーザが少なくとも検出誤差の許容値Ｄ０を入力してから、レーザビームＬ１の照射位置にワークモデルを設置して開始指示操作を行うことが前提となる。開始指示操作が行われると（ステップＳ１０１が「ＹＥＳ」）、図３のステップＳ２～Ｓ４と同様に、検出処理が開始され、最大露光時間ＳＴが定められる（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）。さらに、計測データのばらつきＶが算出される（ステップＳ１０４）。

　つぎに、検出誤差の許容値Ｄ０とステップＳ１０４で算出されたばらつきＶとをＢ式にあてはめて、移動平均演算のデータ数Ｎを算出する（ステップＳ１０５）。なお、この演算結果に小数点以下の数値が含まれる場合には、その数値は切り上げられる。また、検出誤差を確実に許容値Ｄ０以下に収めるために、データ数Ｎの算出値を、若干の値を加えたものに補正してもよい。

　上記の処理により算出されたＮの値が１以上であれば（ステップＳ１０６が「ＹＥＳ」）、応答時間の目標値ＲＴ０が入力されているか否かをチェックする。目標値ＲＴ０が入力されていない場合には、ステップＳ１１０に進み、データ数Ｎを表示部１２１に表示すると共にメモリ１１１に登録し、処理を終了する。

　目標値ＲＴ０が入力されている場合（ステップＳ１０７が「ＹＥＳ」）には、上記の演算により算出されたデータ数Ｎと、ステップＳ１０３で決定された最大露光時間ＳＴとをＡ式にあてはめて、応答時間ＲＴを算出し（ステップＳ１０８）、このＲＴの値をユーザの入力した目標値ＲＴ０と比較する（ステップＳ１０９）。ここでＲＴがＲＴ０以下であれば（ステップＳ１０９が「ＹＥＳ」）、ステップＳ１１０に進み、データ数Ｎの表示および登録を実行し、処理を終了する。

　一方、算出された応答時間ＲＴが目標値ＲＴ０を上回る場合（ステップＳ１０９が「ＮＯ」）には、ステップＳ１１１において、両者間の差をあらかじめ定めたしきい値δ２と比較する。この差の値がδ２以下であれば（ステップＳ１１１が「ＹＥＳ」）、応答時間ＲＴの値を表示する（ステップＳ１１２）。この表示に対し、ユーザが目標値ＲＴ０をＲＴに修正する操作を行った場合（ステップＳ１１３が「ＹＥＳ」）には、ステップＳ１１０に移行して、データ数Ｎの表示および登録を実行する。一方、ユーザが修正操作をせずにキャンセル操作を行った場合（ステップＳ１１３が「ＮＯ」）には、ステップＳ１１４において表示部１２１の表示をエラー表示に切り替え、しかる後に処理を終了する。

　また、上記の応答時間ＲＴと目標値ＲＴ０との差がδ２を超える場合（ステップＳ１１１が「ＮＯ」）や、ステップＳ１０５で算出されたデータ数Ｎが１より小さくなった場合（ステップＳ１０６が「ＮＯ」）にも、ステップＳ１１４のエラー表示を実行する。

　なお、図４のステップＳ１１０やステップＳ１１４でも、図３のステップＳ１０やステップＳ１４に関して述べたのと同様に、より詳細な表示を行うことが可能である。

　また、図３および図４の例では、応答時間および検出精度の双方の条件が具体的に指定され、さらに優先された条件に基づいて導出されたデータ数Ｎが他方の優先されなかった条件を満足できなかった場合には、優先されなかった条件の基準を下げてデータ数Ｎを登録できるようにしたが、これに限らず、双方の条件を満足できない場合には、常にエラー表示を行うようにしてもよい。

　一方で、図３および図４の例のように、優先された条件に対してデータ数Ｎを最適な値に設定するのではなく、優先されなかったパラメータが示す条件が満たされるように、データ数Ｎを補正してもよい。ただし、その場合には、補正量をある程度の数値範囲内に限定するのが望ましい。また、補正後のデータ数と共に、そのデータ数により実現する応答時間や検出精度の値を表示するのが望ましい。

　つぎに、図３および図４の処理手順は、検出対象のワークが１種類である場合を想定したものであるが、現場によっては、１台の変位センサにより複数種のワークを処理する場合もある。この点を考慮して、上記の変位センサ１のティーチングモードには、複数種のワークを対象とする場合のティーチング処理の手順も含まれている。

　複数種のワークを対象としたティーチング処理では、ユーザは、ワーク毎にワークモデルを準備し、これらのワークモデルをレーザビームＬ１の照射位置に順にセットして開始指示操作を行う。また、最後に、ティーチング処理の終了を指示する操作を行う。ＣＰＵ１１０は、開始指示操作が行われる都度、その操作に応じて最大露光時間ＳＴを決定すると共に、入力されたパラメータが示す条件に応じた移動平均演算のデータ数Ｎを算出する。そして、終了を指示する操作に応じて、導出されたデータ数Ｎの値の中の１つを選択し、これをメモリ１１１に登録する。

　図５は、複数種のワークを対象とするティーチング処理における処理手順の例を示す。なお、この例では、応答時間を優先するデフォルトの設定が適用されるものとする。また、説明を簡単にするために、この図５では、応答時間の目標値ＲＴ０および検出誤差の許容値Ｄ０の双方が入力される場合の手順のみを示す。また、この例では、導出されたデータ数がこれらの入力値が示す条件を満たすものでない場合には、常にエラー表示（ステップＳ２１７）が実行される。

　以下、図５を参照して説明する。
　この処理では、最初のステップＳ２０１においてワークモデルの数を示すカウンタｉを初期値の０に設定し、開始指示操作に待機する。開始指示操作が行われると（ステップＳ２０２が「ＹＥＳ」）、検出処理を開始し（ステップＳ２０３）、検出処理の都度、受光量の強度に基づいて露光時間を調整しつつ、最大露光時間ＳＴｉを決定する（ステップＳ２０４）。

　つぎに、ステップＳ２０５では、応答時間の目標値ＲＴ０およびステップＳ２０４で定めた最大露光時間ＳＴｉをＡ式にあてはめて、移動平均演算のデータ数Ｎｉを算出する。続くステップＳ２０６では、十分な回数の検出処理および計測処理を実行して、毎回の計測処理により得た計測データ間のばらつきＶｉを算出する。なお、このばらつきＶｉは、ステップＳ２０４の処理と並列して求めることも可能である。

　この後、上記の処理により求めた最大露光時間ＳＴｉおよびデータ数Ｎｉ、ならびに計測データのばらつきＶｉをメモリ１１１に保存する（ステップＳ２０７）。ついで、カウンタｉをインクリメントする（ステップＳ２０８）。

　上記のステップＳ２０２～２０８のループが少なくとも１回実行された後に終了指示操作が行われると、ステップＳ２０９およびステップＳ２１０がそれぞれ「ＹＥＳ」となってステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１では、ステップＳ２０２～２０８のループが繰り返される間に保存されたデータ数の中の最小値Ｎ_ＭＩＮを特定する。

　上記の最小値Ｎ_ＭＩＮが１以上であれば（ステップＳ２１２が「ＹＥＳ」）、毎回のステップＳ２０６において算出された計測データのばらつきの中の最大値Ｖ_ＭＡＸを特定する（ステップＳ２１３）。そして、このＶ_ＭＡＸおよびステップＳ２１１で特定されたデータ数の最小値Ｎ_ＭＩＮをＢ式にあてはめて、検出誤差Ｄを算出し（ステップＳ２１４）、算出された値を許容値Ｄ０と比較する（ステップＳ２１５）。

　検出誤差Ｄが許容値Ｄ０以下であれば（ステップＳ２１５が「ＹＥＳ」）、上記の最小値Ｎ_ＭＩＮを登録するデータ数として表示すると共に当該データ数をメモリに登録する（ステップＳ２１６）。ついで、データ数Ｎ_ＭＩＮを導出したときの演算に用いられた最大露光時間をメモリ１１１に登録し（ステップＳ２１７）、処理を終了する。

　検出誤差Ｄが許容値Ｄ０を超えた場合（ステップＳ２１５が「ＮＯ」）には、条件を分けずにエラー表示（ステップＳ２１８）を行うが、これに限らず、図３のステップＳ１１～Ｓ１３と同様の処理を実行するようにしてもよい。

　開始指示操作がされることなく終了指示操作が行われた場合には、ｉ＝０となるため、ステップＳ２１０が「ＮＯ」となり、ステップＳ２１８に進んで、表示部１２２をエラー表示に切り替える。開始指示操作が１回しかされなかった場合には、ステップＳ２１１に進むが、この場合の以下の処理は、図３のＳ５以下の各ステップにより実行されるものと実質同様になる。

　上記したとおり、図５の処理手順では、ワーク毎に最大露光時間ＳＴｉおよび移動平均演算のデータ数Ｎｉを求めた後に、毎回のデータ数Ｎｉの中の最小値Ｎ_ＭＩＮを登録し、さらにこの最小値Ｎ_ＭＩＮを取得したときの演算に用いた最大露光時間を登録している。これは、応答時間ＲＴを目標値ＲＴ０以内に収めることを条件とする場合には、複数種のワークのうちで検出処理に要する時間が最も長くなるワーク（反射率が最も低いワーク）を基準に、上記の条件を満たすことができるような動作を定義する必要があるからである。

　上記のティーチング処理を終了して通常の動作モードに復帰すると、以後の検出処理では、登録された最大露光時間までの範囲で毎回の露光時間を調整すると共に、登録されたデータ数を用いて移動平均演算を実行する。この制御により、複数種のワークのいずれが検出対象となった場合でも、そのワークの反射率に応じて露光時間を調整することができ、その露光時間と登録されたデータ数とによって、応答時間ＲＴを目標値Ｒ０以内に収めることが可能になる。

　さらに図５に示した処理により登録されたデータ数によれば、複数種のワークのいずれが処理される場合でも、検出誤差Ｄを、ユーザが入力した許容値Ｄ０以下に収めることができる。

　応答時間に関する条件よりも検出精度に関する条件が優先される場合のティーチング処理に関しては、図示を省略するが、この場合にも、上記図５と同様の観点による手順が実行される。

　簡単に説明すると、図５と同様に、開始指示操作が行われる都度、検出処理を実行して、最大露光時間ＳＴｉを決定すると共に、計測データのばらつきＶｉを算出する。そして、ばらつきＶｉと検出誤差の許容値Ｄ０とをあてはめたＢ式を用いて、検出誤差Ｄを許容値Ｄ０以下にするのに必要な移動平均演算のデータ数Ｎｉを求める。

　すべてのワークモデルに対する処理が終了すると、いずれのワークに対しても検出誤差Ｄを許容値Ｄ０以下に収めることができるように、ワークモデル毎に求めたデータ数Ｎｉの中の最大値Ｎ_ＭＡＸを選択する。また、ワークモデル毎に求めた最大露光時間の中の最大値ＳＴ_ＭＡＸを特定し、Ｎ_ＭＡＸおよびＳＴ_ＭＡＸをＡ式にあてはめて応答時間ＲＴを算出する。そして、この応答時間ＲＴが目標値ＲＴ０以下であれば、データ数Ｎ_ＭＡＸをメモリ１１１に登録する。

　上記に説明したように、反射率の異なる複数種のワークが検出対象となる場合には、いずれのワークが処理される場合でもユーザにより指定された条件が確保できるように、ワーク毎に導出されたデータ数の中から最も厳しい基準に相当するデータ数を選択するのが望ましい。しかし、必ずしも、選択されたデータ数をそのまま登録する必要はない。たとえば、応答時間に関する条件が優先される場合には、ワーク毎に求めたデータ数の中の最小値を選択した後に、その最小値よりもさらに小さい値（ただし１以上の値）を登録してもよい。また、検出精度の許容値Ｄが優先される場合には、ワーク毎に求めたデータ数の中の最大値を選択するが、さらにその最大値よりも大きい値を登録してもよい。

　また、複数種のワークが検出対象となる場合のティーチング処理は、反射率の異なる複数の部位を含むワークを検出対象とする場合のティーチング処理にも適用することができる。

　なお、上記に説明した処理では、終了指示操作が実行されたことに応じて移動平均演算の最適なデータ数を求め、これを登録するようにしたが、これに限らず、ティーチングモードにおいて開始指示操作が行われる都度、その操作に応じて導出されたデータ数とその時点で登録されているデータ数とを用いて最適なデータ数を決定し、登録データを書き換えるようにしてもよい。たとえば、応答時間を優先する設定であれば、新たな開始指示操作に応じて導出されたデータ数が登録されているデータ数より小さい場合に、新たに導出されたデータ数に登録データを書き換えることができる。また、検出精度を優先する設定であれば、新たに導出されたデータ数が登録されているデータ数より大きい場合に、新たに導出されたデータ数に登録データを書き換えることができる。また、開始指示操作を最初の１回のみとして、終了指示操作が行われるまでの間に、移動平均演算のデータ数を導出する処理を複数回実行し、終了指示操作が行われたことに応じて、複数回の処理により得られたデータ数の中から最適な値を選択し、これを登録するようにしてもよい。

　ここまでに説明したように、この実施例の変位センサ１のティーチングモードでは、ユーザが応答時間の目標値ＲＴ０および検出誤差の許容値Ｄ０の少なくとも一方を入力すると共に、ワークのモデルをレーザビームＬ１が照射される位置に設置して開始指示操作を行うことを前提とする。これらの入力や開始指示操作は、操作部のほか、パーソナルコンピュータなどの外部機器で実施することも可能である。また、これらの操作に関して、音声などによるガイダンスを行うようにしてもよい。

　つぎに、ベルトコンベア等により連続的に搬送されるワークを変位センサ１の検出対象とする場合には、ティーチング処理においても、使用時と同じようにワークモデルを搬送しながら行いたいという要望がある。この場合には、ワークモデルを搬送しながら、レーザビームＬ１がワークモデルに照射されるタイミングを狙って開始指示操作を行えば良いが、その他の方法により処理の開始を指示する信号を自動的に入力したり、変位センサ１のＣＰＵ１１０でワークモデルに対する処理の開始時期を認識するようにしてもよい。

　たとえば、ワークの搬送路の変位センサ１より上流の位置に、光電スイッチや近接スイッチなどの検出手段を設け、開始指示操作の代わりに検出手段からの信号を入力することができる。また、複数種のワークが検出対象となる場合には、各ワークにワークの種別などを記憶したＲＦＩＤタグを取り付けると共に、検出手段としてＲＦＩＤ用のリーダライタを設けてもよい。

　また、変位センサ１のＣＰＵ１１０において、検出処理と毎回の検出処理により得た受光量の一段階前の受光量に対する偏差を求める処理とを繰り返し、偏差が予め設定したしきい値を超えたときを、ワークモデルに対する処理の開始時期として判断してもよい。また、センサヘッド１０からワークの支持面までの距離が基準の距離として登録されている場合には、検出処理および計測処理を繰り返し、計測データが有意な差をもって基準の距離より短くなったときを処理の開始時期としてもよい。

　また、変位センサ１からのレーザビームＬ１がベルトコンベアの表面に照射されたときに受光部１０２に殆ど反射光が入射しない場合には、ある程度の受光量が得られている状態から受光量が０に近い値に変化したことをもって、ワークモデルに対する処理を終了する時期になったと判断してもよい。また、ベルトコンベアからの反射光が受光部１０２に入射する場合には、センサヘッド１０からコンベアの面までの距離を基準の距離として登録し、計測データが基準の距離に復帰したことをもって、ワークモデルに対する処理を終了する時期になったと判断してもよい。

　また、ベルトコンベア等により複数種のワークモデルを順に搬送しながらティーチング処理を行う場合には、ワークモデルの搬送に応じて検出処理および計測処理を繰り返し、これらの処理により得た計測データの履歴の中からティーチング処理に使用するデータ（各ワークモデルに対応する計測データ）を選択してもよい。たとえば、計測データの変化を示すグラフをコンピュータ等の外部機器の表示部に表示し、ユーザがマウス等の入力機器により、グラフ中の各ワークモデルに対応する範囲をそれぞれ個別に指定することによって、ワークモデル毎にそのモデルに対応する計測データを得ることができる。

　反射率の異なる複数の部位を有するワークが検出対象となる場合には、ワークの搬送経路の下流側の端縁および各部位間の境界位置を、各部位より反射率の高い材料（たとえばアルミニウム）による薄膜でマーキングし、受光部１０２における受光量に薄膜の反射率に相当するピークが現れる都度、検出対象の部位が変更されたと判断して、移動平均演算のデータ数を求めてもよい。

　また、受光部１０２にカラー画像用の撮像素子を導入すると共に、あらかじめ検出対象のワークの色彩を登録しておき、検出処理を繰り返しながら、受光部１０２から入力された画像中の画像に登録された色彩による領域が含まれる状態になったことをもって、ワークモデルに対する処理の開始時期であると判断してもよい。また、受光部１０２にカラー画像用の撮像素子が導入された場合には、前出の薄膜によるマーキングに代えて、特定の色彩によるマーキングを設定し、その色彩を検出するようにしてもよい。

　さらに、応答時間の目標値ＲＴ０に関しては、ユーザによる直接の数値入力に限らず、ワークの移動速度やワークの搬送方向に沿う幅長さの入力を受け付けて、これらの値から目標値ＲＴ０を算出するようにしてもよい。同様に、円盤状または円筒状の物体を回転させている間にその物体の外周面の変位量を検出する目的で変位センサを設置する場合には、物体の回転速度や直径の入力を受け付けて、これらの値から応答時間の目標値ＲＴ０を割り出すようにしてもよい。なお、この種の演算は、センサで行う場合に限らず、外部機器で行ってもよい。

　移動平均演算のデータ数を登録した後に、その登録に基づき、ワークモデルに対するテスト計測を行うと共に、ユーザが指定した条件が満たされているかどうかを確認できるように、実際の応答時間や検出データを表示してもよい。さらに、この場合には、表示された応答時間や検出データの精度の変更を指定する操作に応じて、移動平均演算の登録されたデータ数を修正してもよい。

　つぎに、上記構成の変位センサ１には、ティーチング処理により導出した移動平均演算のデータ数Ｎを外部機器に出力する機能や、これとは反対に外部機器からデータ数Ｎを入力してメモリ１１１に登録する機能を設けることもできる。このようにすれば、１つのベルトコンベア上の複数の箇所に変位センサ１が配置される場合など、複数の変位センサ１が共通のワークを検出対象とする場合に、いずれか１台のセンサ１で導出したデータ数Ｎを外部機器を介して他のセンサ１に転送することができる。この方法によれば、複数の変位センサ１のうちの１台のみに対してティーチング処理をすることにより、そのティーチング処理により導出されたデータ数Ｎを全ての変位センサ１に登録することができるので、ティーチング処理に関するユーザの労力を大幅に削減することが可能になる。

　なお、センサ間で通信をすることを可能とすれば、上記のデータ数Ｎの受け渡しも、外部機器を介さずに、センサ間で直接やりとりすることができる。

　つぎに、ここまでに説明したティーチング処理では、応答時間の目標値ＲＴ０および検出誤差の許容値Ｄ０の少なくとも一方をユーザが指定し、その指定された条件に適した移動平均演算のデータ数Ｎを導出するようにしたが、目標値ＲＴ０や許容値Ｄ０を指定することなく、ワークモデルをレーザビームＬ１の照射位置に設置して検出処理や計測処理などを実行することによって、移動平均演算のデータ数Ｎとして適切な値を自動的に割り出し、登録することも可能である。

　この場合にも、レーザビームＬ１の照射位置にワークモデルを設置し、開始指示操作または外部からの信号の入力に応じて検出処理および計測処理を開始する。また、毎回の受光量の強度に基づき露光時間の調整処理を行いながら、最大露光時間ＳＴを定め、計測データのばらつきＶを算出する。

　ここで、最大露光時間ＳＴおよび計測データのばらつきＶをそれぞれＡ式およびＢ式に適用すれば、図６に示すように、移動平均演算のデータ数Ｎと応答時間ＲＴとの関係を表す関数ｆ_Ａと、移動平均演算のデータ数Ｎと検出誤差Ｄとの関係を表す関数ｆ_Ｂとを特定することができる。よって、たとえば、Ｎ，ＲＴ，Ｄにつき、関数ｆ_Ａのグラフと関数ｆ_Ｂのグラフとの交点の座標に相当する値Ｎ_Ｋ，ＲＴ_Ｋ，Ｄ_Ｋを求め、Ｎ_Ｋを登録対象のデータ数として表示すると共に、ＲＴ_ＫおよびＤ_Ｋを、データ数Ｎ_Ｋによる移動平均演算を実行した場合の応答時間および検出精度として表示する。ユーザがこの表示内容を確認して登録操作を行うと、Ｎ_Ｋの値がメモリ１１１に登録される。

　または、上記のＮ_Ｋのほか、Ｎ_Ｋから所定数Ｅを差し引いた値（Ｎ_Ｋ－Ｅ）およびＮ_ＫにりＥを加えた値（Ｎ_Ｋ＋Ｅ）の３つの数値を登録候補として設定し、Ｎ_Ｋを応答時間および検出精度のバランスがとれた設定値とし、Ｎ_Ｋ－Ｅを応答時間を優先した場合の設定値とし、Ｎ_Ｋ＋Ｅを検出精度を優先した場合の設定値として、それぞれ対応する応答時間および検出精度と組み合わせて表示し、いずれかの組み合わせをユーザに選択させるようにしてもよい。

　また、データ数は必ずしも表示する必要はなく、各データ数に対応する応答時間と検出精度とを組み合わせたものを表示して、選択操作を受け付けてもよい。また、ここで表示された応答時間や検出精度より高い値または低い値を指定する操作を受け付けて、応答時間および検出精度の表示を変更すると共に、変更された表示が選択されたときに、その表示に対応するデータ数を登録するようにしてもよい。

　最後に、これまでは、三角測距の原理に基づき変位量を計測するタイプの変位センサに関して、検出処理の処理時間（最大露光時間）や計測データのばらつきに基づく演算処理により移動平均演算のデータ数を導出することについて説明したが、他の方式により変位量を計測する変位センサにおいても、同様のティーチングモードを実行することにより移動平均演算のデータ数を求めることが可能であることを説明する。

　たとえば、ＴＯＦ方式の変位センサでは、検出され得る距離の長さによって検出処理の処理時間を調整する必要があるため、たとえば、ワークモデルの最も低い部位が検出されている状態下で検出処理の処理時間を調整することにより、処理時間を決定すると共に、計測データのばらつきを求めればよい。その後は、上記の各実施例と同様の方法により移動平均演算のデータ数Ｎを求め、調整された処理時間と共に登録することができる。

　位相差測距方式やＰＣコード測距方式の変位センサでは、反射光の受光量信号に含まれる波の振幅を十分な大きさにするために、三角測距方式の変位センサと同様に露光時間を調整する必要がある。また、露光時間が長くなるほど反射光の受光量信号に含まれる波の数が増えて、より安定した計測処理が可能になる。このため、この種の変位センサのティーチング処理では、調整処理により露光時間が安定した後に検出処理および計測処理を所定回数実行し、その間の計測データのばらつきを求めるのが望ましい。この場合にも、露光時間の調整が行われる間に最大露光時間を決定し、この最大露光時間と計測データのばらつきとを用いて移動平均演算のデータ数Ｎを求めて登録することができる。

　Ｗ　ワーク、　１　変位センサ、　１０１　投光部、　１０２　受光部、　１０３　発光素子、　１０４　投光制御回路、　１０５　撮像素子、　１０６　信号処理回路、　１０７　Ａ／Ｄ変換回路、　１１０　ＣＰＵ、　１１１　メモリ、　１２１　表示部、　１２２　操作部、　１２３　入出力インターフェース

Claims

　対象物に光を投光すると共にその光に対する対象物からの反射光を受光する検出処理と、前記反射光の受光結果に基づき対象物の変位量を計測する計測処理と、前記計測データの移動平均演算とを繰り返し実行しながら、移動平均演算により得た平均値による検出データを出力する変位センサにおいて、
　前記移動平均演算のデータ数を登録するための登録手段と、変位センサの応答時間に関する条件を表すパラメータおよび検出データの精度に関する条件を表すパラメータを入力するための入力手段と、前記移動平均演算のデータ数を前記登録手段に登録するティーチングモードを実行するティーチングモード実行手段とを具備し、
　前記ティーチングモード実行手段は、
　前記検出処理と計測処理とをそれぞれ複数回実行すると共に、前記検出処理の処理時間を設定する処理と、前記計測処理により得られた計測データのばらつきを求める処理とを実行する設定処理手段と、
　前記応答時間に関する条件を表すパラメータおよび検出データの精度に関する条件を表すパラメータの少なくとも一方が入力手段に入力され、前記設定処理手段による処理が実行されたことを条件として、前記設定処理手段による処理の結果を用いた演算処理により、前記入力されたパラメータの値に適した移動平均演算のデータ数を求めるデータ数導出手段と、
　前記データ数導出手段による処理結果に基づき前記移動平均演算のデータ数を決定して前記登録手段に登録する登録処理手段とを具備する、変位センサ。
　前記入力手段は、前記応答時間に関する条件を表すパラメータとして当該応答時間の目標値を表す数値を入力すると共に、検出データの精度に関するパラメータとして検出データの誤差の許容値を表す数値を入力し、
　前記データ数導出手段は、前記演算処理として、前記検出処理の処理時間と移動平均演算のデータ数と応答時間との関係を表す第１演算式と、計測データのばらつきと移動平均演算のデータ数と検出データの誤差との関係を表す第２演算式とのうちの少なくとも一方の演算式を用いた演算を実行する、請求項１に記載された変位センサ。
　前記データ数導出手段は、前記応答時間の目標値および検出データの誤差の許容値の双方のパラメータが入力手段に入力されたとき、いずれか一方のパラメータを優先的に選択して、その選択されたパラメータに対応する演算式に当該パラメータにつき入力された値と前記設定処理手段の処理結果とを適用して移動平均演算のデータ数を求める第１の演算を実行した後に、選択されなかったパラメータに対応する演算式に前記第１の演算により求められた移動平均のデータ数と前記設定処理手段の処理結果とを適用して当該パラメータの値を求める第２の演算を実行し、
　前記登録処理手段は、前記選択されなかったパラメータの前記第２の演算により求められた値が前記入力手段に入力された値に適合しているか否かを判別し、適合していると判断したときに、前記第１の演算により求められた移動平均のデータ数を前記登録手段に登録する、請求項２に記載された変位センサ。
　前記選択されなかったパラメータの前記第２の演算により求められた値が前記入力手段に入力された値に適合していないと登録処理手段が判断したときに、当該パラメータの第２の演算により求められた値を表示のために出力する出力手段が、さらに含まれる、請求項３に記載された変位センサ。
　前記ティーチングモードにおける処理の開始を指示する信号を入力するための信号入力手段がさらに設けられると共に、この信号の入力に応じて前記設定処理手段が動作する、請求項１に記載された変位センサ。
　前記処理の開始を指示する信号が入力される都度、前記設定処理手段とともにデータ数導出手段および登録処理手段が動作し、
　前記登録処理手段は、２回目以降の信号の入力に対し、その入力に応じた設定処理手段およびデータ数導出手段の処理により導出されたデータ数と、１つ前の信号入力に応じて前記登録手段に登録されたデータ数とを用いて移動平均のデータ数の最適な値を決定する、請求項５に記載された変位センサ。
　前記ティーチングモードにおける処理の終了を指示する信号を入力するための第２の信号入力手段がさらに設けられ、
　前記処理の開始を指示する信号が入力される都度、前記設定処理手段およびデータ数導出手段が動作すると共に、前記処理の終了を指示する信号の入力に応じて前記登録処理手段が動作し、
　前記登録処理手段は、前記処理の終了を指示する信号が入力されるまでの間に前記処理の開始を指示する信号が複数回入力されたとき、この信号の毎回の入力に応じてデータ数導出手段により導出された各移動平均のデータ数を用いて、移動平均のデータ数の最適な値を決定する、
請求項５に記載された変位センサ。
　前記ティーチングモードにおける処理の終了を指示する信号を入力するための第２の信号入力手段がさらに設けられ、
　前記処理の開始を指示する信号が入力されたことに応じて前記設定処理手段およびデータ数導出手段が動作すると共に、前記処理の終了を指示する信号の入力に応じて前記登録処理手段が動作し、
　前記設定処理手段およびデータ数導出手段は、前記処理の開始を指示する信号が入力されてから処理の終了を指示する信号が入力されるまでの間に複数回の処理を実行することが可能であって、前記登録処理手段は、前記処理の終了を指示する信号が入力されるまでの間に前記データ数導出手段により移動平均のデータ数が複数導出されたとき、これらのデータ数を用いて移動平均のデータ数の最適な値を決定する、
請求項５に記載された変位センサ。
　前記処理の開始を指示する信号および処理の終了を指示する信号を発生させるための操作部がさらに設けられている、請求項７または８に記載された変位センサ。
　対象物に光を投光すると共にその光に対する対象物からの反射光を受光する検出処理と、前記反射光の受光結果に基づき対象物の変位量を計測する計測処理と、前記計測データの移動平均演算とを繰り返し実行しながら、移動平均演算により得た平均値による検出データを出力する変位センサにおいて、
　前記移動平均演算のデータ数を登録するための登録手段と、前記移動平均演算のデータ数を前記登録手段に登録するティーチングモードを実行するティーチングモード実行手段とを具備し、
　前記ティーチングモード実行手段は、
　前記検出処理と計測処理とをそれぞれ複数回実行すると共に、前記検出処理の処理時間を設定する処理と、前記計測処理により得られた計測データのばらつきを求める処理とを実行する設定処理手段と、
　前記設定処理手段により設定された検出処理の処理時間に基づき、変位センサの応答時間と移動平均演算のデータ数との関係を表す第１の関数を特定すると共に、前記設定処理手段により求められた計測データのばらつきに基づき、検出データの誤差と移動平均演算のデータ数との関係を表す第２の関数を特定し、これらの関数に基づき、移動平均のデータ数とこのデータ数に対応する応答時間と当該データ数に対応する検出データの誤差との組み合わせを、少なくとも１組特定する特定手段と、
　前記特定手段により特定された応答時間および検出データの精度の組み合わせを表示して選択操作に待機するとともに、表示されたいずれかの組み合わせが選択されたとき、その選択された組み合わせに対応する移動平均のデータ数を前記登録手段に登録する登録処理手段とを具備する、変位センサ。