WO2018142898A1 - 光電センサ - Google Patents
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- H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
Definitions
- This invention relates to a photoelectric sensor for detecting the presence or absence of an object.
- a plurality of photoelectric sensors are connected in order to detect an object (part or product) flowing on a production line such as a semiconductor device.
- an optical fiber type photoelectric sensor using an optical fiber is used (for example, see Patent Document 1).
- the light emitted from the light emitting element is guided by an optical fiber to irradiate the detection area, and the light passing through the detection area is guided to the light receiving element by the optical fiber to detect the presence or absence of an object.
- the optical fiber is not used in a straight line but is used by being bent according to the installation location. For this reason, there has been a problem that the optical fiber is disconnected or the amount of light varies, so that the object cannot be detected accurately.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a photoelectric sensor that can detect the presence or absence of an object without using an optical fiber.
- the photoelectric sensor according to the present invention is provided in pairs with a plurality of light emitting elements that emit light converted from an input transmission signal, a light receiving element that receives light, and is provided for each light emitting element.
- a first signal transmission cable that transmits an input transmission signal and outputs it to a light emitting element connected to one end, and a received signal indicating light received by the light receiving element provided for each light receiving element and connected to one end Selected by a second signal transmission cable for transmitting signals, a selection unit for selecting a pair of first signal transmission cable and second signal transmission cable for input / output of signals, a signal generation unit for generating transmission signals, and a selection unit
- a switching unit that outputs the transmission signal generated by the signal generation unit to the first signal transmission cable that is generated and inputs the reception signal transmitted by the second signal transmission cable selected by the selection unit; Based on the input received signal by section, characterized by comprising a object detecting unit that detects the presence or absence of an object.
- the presence or absence of an object can be detected without using an optical fiber.
- FIG. 3A and 3B are perspective views showing an example of a method of connecting the light emitting element and the signal transmission cable according to Embodiment 1 of the present invention
- FIG. 3A is a diagram showing a state in which the optical lens and the film portion are removed.
- FIG. 3B is a diagram showing an appearance. It is a figure which shows an example of the connection method of the signal transmission cable and switching part in Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows an example of the transmission signal produced
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a photoelectric sensor 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
- the photoelectric sensor 1 detects the presence / absence of an object (part or product) flowing on a production line such as a semiconductor device.
- a transmission type is shown.
- the photoelectric sensor 1 includes a plurality of light emitting elements 101, a plurality of light receiving elements 102, a plurality of signal transmission cables (first signal transmission cables) 103, and a plurality of signal transmission cables (second signal transmission cables). ) 104 and the main body 105.
- the main body unit 105 includes a switching unit 106, an amplifier unit 107, a control unit 108, a communication unit 109, and a display unit 110.
- 104 (104-1 to 104-N) is provided.
- the light emitting element 101 is a sensor element such as a chip LED or a photo IC that emits light obtained by converting the transmission signal according to a transmission signal transmitted by the signal transmission cable 103 to which the light emitting element 101 is connected. Further, a chip resistor or a protective diode is connected as necessary.
- the light receiving element 102 is a sensor element such as a photodiode that is provided in a pair with the light emitting element 101 and receives light. Further, a chip resistor or a protective diode is connected as necessary.
- the light receiving element 102 is disposed to face the paired light emitting elements 101 with a detection region for detecting the presence or absence of an object interposed therebetween.
- a reception signal indicating the light received by the light receiving element 102 is output to the signal transmission cable 104 to which the light receiving element 102 is connected.
- the received signal consists of a change in current or voltage value.
- the signal transmission cable 103 is provided for each light emitting element 101, the light emitting element 101 is connected to one end, and the other end is connected to the switching unit 106 (main body unit 105).
- the signal transmission cable 103 includes a signal line 1031, a ground line 1032, and an insulator 1033 that covers the signal line 1031 and the ground line 1032 (see FIG. 3). Further, a power supply line (not shown) is added as necessary.
- the signal transmission cable 103 transmits the transmission signal output from the switching unit 106 and outputs the transmission signal to the light emitting element 101.
- the transmitted signal consists of a change in current or voltage value.
- the signal transmission cable 104 is provided for each light receiving element 102, the light receiving element 102 is connected to one end, and the other end is connected to the switching unit 106 (main body unit 105).
- the signal transmission cable 104 includes a signal line 1041 (not shown), a ground line 1042 (not shown), and an insulator 1043 (not shown) that covers the signal line 1041 and the ground line 1042.
- the signal transmission cable 104 transmits a reception signal indicating the light received by the light receiving element 102 and outputs the received signal to the switching unit 106.
- the switching unit 106 inputs and outputs signals between the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 selected by the selection unit 1083 described later of the control unit 108. That is, the switching unit 106 first outputs a transmission signal generated by a signal generation unit 1084 described later of the control unit 108 and amplified by the amplifier unit 107 to the signal transmission cable 103 selected by the selection unit 1083. Thereafter, the switching unit 106 inputs the received signal transmitted by the signal transmission cable 104 selected by the selection unit 1083. The reception signal input by the switching unit 106 is output to the amplifier unit 107.
- the amplifier unit 107 amplifies the transmission signal generated by the signal generation unit 1084 based on the signal transmission cable 103 selected by the selection unit 1083. At this time, the amplifier unit 107 may convert a transmission signal that is a voltage into a current. The amplification amount for each signal transmission cable 103 in the amplifier unit 107 is set to an appropriate value based on the positional relationship between the light emitting element 101 and the light receiving element 102 by a PC or the like. The transmission signal amplified by the amplifier unit 107 is output to the switching unit 106. The amplifier unit 107 amplifies the received signal input by the switching unit 106 after removing noise by filtering or the like. At this time, the amplifier unit 107 may convert a received signal, which is a current, into a voltage. The reception signal amplified by the amplifier unit 107 is output to the control unit 108.
- the amplifier unit 107 is mainly composed of an analog circuit.
- the control unit 108 controls the switching unit 106, the amplifier unit 107, the communication unit 109, and the display unit 110.
- the control unit 108 is realized by a processing circuit such as a system LSI or a CPU that executes a program stored in a memory or the like.
- the control unit 108 includes a storage unit 1081, a mode setting unit 1082, a selection unit 1083, a signal generation unit 1084, a signal demodulation unit 1085, and an object detection unit 1086.
- the storage unit 1081 stores information for configuring a bit string used in the signal generation unit 1084.
- the storage unit 1081 stores information indicating the ID of each signal transmission cable 103 as the information. Further, the storage unit 1081 may store information indicating a bit string that is different for each signal transmission cable 103 in place of the above information. Note that the storage unit 1081 is not an essential component and may be removed from the control unit 108.
- the mode setting unit 1082 sets the operation mode of the photoelectric sensor 1 to the adjustment mode or the normal mode in response to an input by a user who uses the photoelectric sensor 1.
- the adjustment mode is a mode for positioning the light emitting element 101 and the light receiving element 102.
- the control unit 108 applies only to the signal transmission cable 103 connected to the light emitting element 101 until the positioning of the specific light emitting element 101 and the light receiving element 102 paired with the light emitting element 101 is completed.
- the switching unit 106 is controlled so that the transmission signal continues to be output and the light reception results of all the light receiving elements 102 can be observed.
- the normal mode is a mode for detecting the presence or absence of an object in the detection area.
- control unit 108 selects the target signal transmission cables 103 one by one at a preset timing and order, outputs a transmission signal to the signal transmission cable 103, and the light emitting element.
- the switching unit 106 is controlled so that a light reception result by the light receiving element 102 paired with 101 can be observed.
- the selection unit 1083 selects the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 for inputting and outputting signals.
- the selection unit 1083 selects a specific signal transmission cable 103 and all the signal transmission cables 104.
- the selection unit 1083 switches to the next signal transmission cable 103.
- the selection unit 1083 selects the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 while switching between the pair of signal transmission cables 103 in a preset time interval and order.
- Switching between the N pair of signal transmission cables 103 and 104 is performed by, for example, providing a selection time of 1 ms for the pair of signal transmission cables 103 and signal transmission cables 104 and emitting the light emitting element 101 via the signal transmission cable 103. It is conceivable to set the time to be about 0.3 ms. When the cable length of the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 is several meters, a propagation delay time of several ns is generated with respect to the cable length of 1 m. Can be given. In the above description, the selection unit 1083 switches the pair of the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 at a preset time interval and order.
- the selection unit 1083 selects the next signal transmission cable 103 and signal transmission cable 104 when an object can be detected using the selected pair of signal transmission cable 103 and signal transmission cable 104. You may do it. Signals indicating the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 selected by the selection unit 1083 are output to the signal generation unit 1084, the switching unit 106, and the amplifier unit 107.
- the signal generation unit 1084 generates a transmission signal.
- the transmission signal generated by the signal generation unit 1084 is output to the amplifier unit 107.
- a transmission signal is transmitted as a signal.
- a unique signal may be used for each cable 103. That is, the signal generation unit 1084 generates an on / off signal of several bits including a bit string unique to the signal transmission cable 103 as a transmission signal based on the signal transmission cable 103 selected by the selection unit 1083.
- the signal generation unit 1084 performs the above-described on / off by modulating the bit string obtained from the information stored in the storage unit 1081.
- a signal can be generated.
- the bit string may be configured by adding an error detection code such as CRC (Cyclic Redundancy Check).
- the signal demodulator 1085 demodulates the received signal amplified by the amplifier 107. At this time, the signal demodulation unit 1085 compares the bit string of the reception signal amplified by the amplifier unit 107 with the bit string used when the signal generation unit 1084 generates the transmission signal. The signal demodulating unit 1085 determines that the light emitting element 101 that is the output destination of the transmission signal is the light emitting source when both the bit strings completely match or match at a certain ratio or more. The received signal demodulated by this signal demodulating unit 1085 (the light emitting element 101 is determined to be the light emitting source) is output to the object detecting unit 1086. The signal generation unit 1084 and the signal demodulation unit 1085 are synchronized with each other.
- the signal demodulation unit 1085 receives a reception signal corresponding to the transmission signal within a predetermined time. If not detected, the fact is notified to the object detection unit 1086.
- the transmission signal is not a signal unique to each signal transmission cable 103, the signal demodulator 1085 is unnecessary and may be removed from the controller 108. In this case, it is sufficient that the object detection unit 1086 can identify the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 selected by the selection unit 1083.
- the object detection unit 1086 detects the presence or absence of an object based on the received signal demodulated by the signal demodulation unit 1085 when the photoelectric sensor 1 is in the normal mode. That is, the object detection unit 1086 has an object such as a transparent body in the detection area when it is determined based on the received signal demodulated by the signal demodulation unit 1085 that the light receiving element 102 whose light reception level is equal to or less than the threshold exists. Judge. If the signal demodulator 1085 notifies that the corresponding received signal is not detected, it is determined that there is an object in the detection area. A signal indicating the presence / absence of an object detected by the object detection unit 1086 is output to at least one of the communication unit 109 and the display unit 110. When the photoelectric sensor 1 is in the adjustment mode, the control unit 108 outputs the reception signal output from the signal demodulation unit 1085 to the display unit 110 as it is.
- the communication unit 109 communicates with an external device. Note that the connection between the communication unit 109 and the external device may be wired (RS-485 or Ethernet (registered trademark)) or wireless.
- the communication unit 109 transmits the signal output from the control unit 108 to the external device, and receives the signal transmitted from the external device.
- the display unit 110 performs display according to the signal output by the control unit 108.
- the display unit 110 displays the light reception level of the light indicated by the reception signal.
- the object detection unit 1086 of the control unit 108 outputs a signal indicating the presence / absence of an object
- the display unit 110 displays the presence / absence of the object.
- the light emitting element 101 and the signal transmission cable 103 are electrically connected via a circuit board 111 on which wiring is formed. That is, the light emitting element 101 is connected to the circuit board 111 by soldering or bonding, and the signal transmission cable 103 has one end of the signal line 1031 and the ground line 1032 connected to the circuit board 111 by soldering or bonding.
- an optical lens 112 is mounted on the light emitting element 101. Further, the light emitting element 101, one end of the signal transmission cable 103, and the circuit board 111 are covered with a coating portion 113.
- connection between the light emitting element 101 and the signal transmission cable 103 is not limited to the above.
- the light emitting element 101 may be connected to the male side of a commercially available connector, and the signal transmission cable 103 may be connected to the female side.
- the light emitting element 101 can be easily attached to and detached from the signal transmission cable 103, and when the light emitting element 101 deteriorates, only the light emitting element 101 can be replaced without changing the wiring of the signal transmission cable 103.
- connection method between the light emitting element 101 and the signal transmission cable 103 is shown.
- connection method between the light receiving element 102 and the signal transmission cable 104 is the same, and the description thereof is omitted.
- a multiplexer IC 1061 that realizes the switching unit 106 and a male side 1062 of a plurality of connectors are connected on the substrate.
- the multiplexer IC 1061 is controlled by the control unit 108.
- the female side 1034 of the connector is connected to the other ends of the signal line 1031 and the ground line 1032 of the signal transmission cable 103.
- the multiplexer IC 1061 and the signal transmission cable 103 are electrically connected.
- the signal transmission cable 103 can be easily attached to and detached from the switching unit 106 (main body unit 105).
- connection method between the signal transmission cable 103 and the switching unit 106 is shown.
- connection method between the signal transmission cable 104 and the switching unit 106 is the same, and the description thereof is omitted.
- FIG. 5 shows a case where the signal generation unit 1084 sequentially generates and outputs transmission signals to the three systems of light emitting elements 101 (101-1 to 101-3) at preset time intervals.
- the selection unit 1083 selects the signal transmission cable 103-1 and the signal transmission cable 104-1 as cables for inputting and outputting signals. Then, the signal generation unit 1084 generates a transmission signal f1 for the light emitting element 101-1 connected to the signal transmission cable 103-1. In FIG. 5, the signal generation unit 1084 generates a several-bit on / off signal as the transmission signal f1. Then, the signal generation unit 1084 outputs the generated transmission signal f1 to the signal transmission cable 103-1 via the amplifier unit 107 and the switching unit 106 during the time T1.
- the light emitting element 101-1 emits light obtained by converting the transmission signal f1
- the light receiving element 102-1 receives light
- the control unit 108 controls the signal transmission cable 104-1, the switching unit 106, and the amplifier unit 107.
- the received signal is detected via
- the selection unit 1083 selects the signal transmission cable 103-2 and the signal transmission cable 104-2 as cables for inputting and outputting signals. Then, the signal generation unit 1084 generates a transmission signal f2 for the light emitting element 101-2 connected to the signal transmission cable 103-2. In FIG. 5, the bit string of the transmission signal f2 is different from the bit string of the transmission signal f1. Then, the signal generation unit 1084 outputs the generated transmission signal f2 to the signal transmission cable 103-2 via the amplifier unit 107 and the switching unit 106 during time T2.
- the light emitting element 101-2 emits light converted from the transmission signal f2
- the light receiving element 102-2 receives the light
- the control unit 108 controls the signal transmission cable 104-2, the switching unit 106, and the amplifier unit 107.
- the received signal is detected via After the time T2 has elapsed, the same processing is performed on the signal transmission cable 103-3.
- the signal can be obtained even in a narrow place where a normal photoelectric sensor cannot be installed.
- the transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 can be installed, and an object can be detected.
- the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 can transmit signals even if they are arbitrarily bent. Therefore, even when the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 are bent and used in accordance with the installation location, the object can be detected accurately with respect to the optical fiber photoelectric sensor.
- the light emitting element 101 deteriorates, it is only necessary to replace the light emitting element 101 or the signal transmission cable 103, and it is not necessary to replace the main body portion 105, so that the part replacement cost at the time of maintenance can be reduced.
- the light receiving element 102 deteriorates.
- the signal generation unit 1084 generates a transmission signal composed of a different bit string for each signal transmission cable 103, so that the control unit 108 indicates the light received by the light receiving element 102 in addition to the switching state in the switching unit 106. From the bit string of the received signal, it is possible to specify which light emitting element 101 emits the received light. Note that the signal generation unit 1084 outputs transmission signals in a time division manner for each signal transmission cable 103. Therefore, it is also possible to specify which light emitting element 101 emits the received light from the timing when the light receiving element 102 receives the light.
- the time T1 to T3 when the signal generation unit 1084 outputs the transmission signals f1 to f3 can be set by the control unit 108.
- the transmission time of the transmission signals f1 to f3 itself is set to about 0.2 to 0.3 ms
- the propagation delay time of the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104 is several ns with respect to the cable length of 1 m.
- the times T1 to T3 are about 1 ms.
- the selection unit 1083 causes the switching unit 106 to Even if a plurality of signal transmission cables 103 are selected at the same time, mutual interference does not occur.
- the signal demodulator 1085 has a function of demodulating a plurality of received signals.
- FIG. 6 shows the positional relationship between the three systems of light emitting elements 101 (101-1 to 101-3) and light receiving elements 102 (102-1 to 102-3).
- the distance L2 between the light emitting element 101-2 and the light receiving element 102-2 is longer than the distance L1 between the light emitting element 101-1 and the light receiving element 102-1. Therefore, even if the intensity of the transmission signal output to the light emitting element 101-1 is weaker than the intensity of the transmission signal output to the light emitting element 101-2, the light receiving element 102-1 can sufficiently receive light.
- FIG. 6 shows the positional relationship between the three systems of light emitting elements 101 (101-1 to 101-3) and light receiving elements 102 (102-1 to 102-3).
- the appropriate intensity of the transmission signal output to each light emitting element 101 differs depending on the positional relationship between the light emitting element 101 and the light receiving element 102. Therefore, after positioning the light emitting element 101 and the light receiving element 102, for example, using a PC, an amplification amount for the transmission signal output to each light emitting element 101 is set to the amplifier unit 107 based on the positional relationship. . As a result, object detection under optimum conditions becomes possible.
- the same number of display windows 1101 (1101-1 to 1101-N) as the number of switching in the switching unit 106 are provided, and the light receiving level at each light receiving element 102 is displayed with a gauge.
- the display unit 110 is mainly used when positioning the light emitting element 101 and the light receiving element 102.
- the control unit 108 determines that the signal transmission cable 103 connected to the light emitting element 101 until the positioning of the specific light emitting element 101 and the light receiving element 102 paired with the light emitting element 101 is completed.
- the switching unit 106 is controlled so that the transmission signal can be continuously output only, and the light reception results of all the light receiving elements 102 can be observed.
- the display part 110 displays the light reception level in each light receiving element 102. FIG. Thereby, as shown in FIG. 7, the light reception result in each light receiving element 102 with respect to light emission by the specific light emitting element 101 can be observed. Therefore, the presence or absence of mutual interference by the plurality of light emitting elements 101 can be determined, and each light emitting element 101 and each light receiving element 102 can be optimally installed without mutual interference.
- the display unit 110 is based on, for example, a signal indicating the presence / absence of an object output by the object detection unit 1086, and when there is no object, the level gauge of the display window 1101 is displayed. Is set to 0%, and when there is an object, the level gauge of the display window 1101 is set to 100%.
- a plurality of light emitting elements 101 that emit light converted from an input transmission signal, and a light receiving element that is provided in pairs with the light emitting elements 101 and receives light.
- 102 and a signal transmission cable 103 that is provided for each light emitting element 101, transmits an input transmission signal, and outputs it to the light emitting element 101 connected to one end, and is provided for each light receiving element 102 and connected to one end.
- a signal transmission cable 104 for transmitting a reception signal indicating light received by the light receiving element 102, a pair of signal transmission cables 103 for inputting and outputting signals, and a selection unit 1083 for selecting the signal transmission cable 104, and generating a transmission signal Output the transmission signal generated by the signal generation unit 1084 to the signal transmission cable 103 selected by the signal generation unit 1084 and the selection unit 1083,
- a switching unit 106 for inputting a reception signal transmitted by the signal transmission cable 104 selected by the selection unit 1083; an object detection unit 1086 for detecting the presence or absence of an object based on the reception signal input by the switching unit 106; Therefore, the presence or absence of an object can be detected without using an optical fiber.
- the photoelectric sensor 1 Conventionally, a plurality of photoelectric sensors are connected and used. In this case, there is a problem that communication between the photoelectric sensors is complicated and the speed cannot be increased, and that the wiring of the power supply line and the signal line is complicated.
- the photoelectric sensor 1 according to the first embodiment a configuration in which a plurality of sensor elements (the light emitting element 101 and the light receiving element 102) are connected to the single main body 105 via the signal transmission cable 103 and the signal transmission cable 104. It is said. As a result, it is possible to speed up the processing for sensing in each sensor element, and it is also easy to route the wiring.
- the photoelectric sensor 1 is a transmissive type.
- the present invention is not limited to this, and the photoelectric sensor 1 may be of a reflective type.
- the pair of light emitting element 101 and light receiving element 102 and the pair of signal transmission cable 103 and signal transmission cable 104 can be integrated together.
- the pair of light emitting element 101 and light receiving element 102 are housed in a casing, and the pair of signal transmission cable 103 and signal transmission cable 104 are covered with a coating portion.
- FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a photoelectric sensor system according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 8, the photoelectric sensor system includes a plurality of photoelectric sensors 1 and an integrated server 2.
- the photoelectric sensor 1 is the same sensor as in the first embodiment.
- the communication unit 109 communicates with another photoelectric sensor 1 or the integrated server 2 provided in the photoelectric sensor system.
- a signal generation control unit 1087 is added to the control unit 108 in the first embodiment shown in FIG.
- the signal generation control unit 1087 controls the operation timing of the signal generation unit 1084 based on the signal received by the communication unit 109. That is, based on the signal received by the communication unit 109, the signal generation control unit 1087 moves the object from the installation location of the other photoelectric sensor 1 where the object is detected to the location where the photoelectric sensor 1 is installed.
- the flow timing is determined, and the signal generation unit 1084 is operated according to the timing.
- the integration server 2 collects signals transmitted by the communication unit 109 of each photoelectric sensor 1 and manages each photoelectric sensor 1. For example, the integrated server 2 notifies each photoelectric sensor 1 of signals collected from each photoelectric sensor 1. At this time, the integrated server 2 transmits the signal to a specific photoelectric sensor 1, and the photoelectric sensor 1 receiving the signal receives only information related to itself and transmits the signal to the adjacent photoelectric sensor 1. To do. Thereafter, the signal is transmitted from the integrated server 2 to each photoelectric sensor 1 by passing the signal by each photoelectric sensor 1.
- the photoelectric sensor 1 installed for each manufacturing process can understand the flow of the process, can determine the timing at which the object should be detected, and can save power.
- the photoelectric sensor according to the present invention is configured to detect the presence or absence of an object without using an optical fiber. Suitable for use.
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Abstract
光電センサ1は、送信信号を変換した光を発光する複数の発光素子101と、発光素子101と対となって設けられ、光を受光する受光素子102と、発光素子101毎に設けられ、送信信号を伝送し、発光素子101に出力する信号伝送ケーブル103と、受光素子102毎に設けられ、受光素子102により受光された光を示す受信信号を伝送する信号伝送ケーブル104と、信号の入出力を行う一対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を選択する選択部1083と、送信信号を生成する信号生成部1084と、選択された信号伝送ケーブル103に生成された送信信号を出力し、選択された信号伝送ケーブル104により伝送された受信信号を入力する切替え部106と、切替え部106により入力された受信信号に基づいて、物体の有無を検出する物体検出部1086とを備えた。
Description
この発明は、物体の有無を検出する光電センサに関する。
従来から、例えば半導体装置等の製造ライン上を流れる物体(部品又は製品等)を検出するため、複数の光電センサを連結して用いている。また、光電センサの設置箇所が狭い場合、光ファイバを用いた光ファイバ型光電センサが用いられる(例えば特許文献1参照)。この光ファイバ型光電センサでは、発光素子により発光された光を光ファイバで導いて検出領域に照射し、検出領域を通過した光を光ファイバで受光素子まで導き、物体の有無を検出する。この光ファイバ型光電センサを用いることで、通常の光電センサでは設置できない狭い箇所であっても光ファイバを設置可能であり、物体検出が可能となる。
しかしながら、通常、光ファイバは直線のまま使用されるのではなく、設置箇所に応じて折り曲げられて使用される。そのため、光ファイバの断線や光量の変動が生じ、正確に物体検出ができないという課題があった。
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、光ファイバを用いずに、物体の有無を検出できる光電センサを提供することを目的としている。
この発明に係る光電センサは、入力された送信信号を変換した光を発光する複数の発光素子と、発光素子と対となって設けられ、光を受光する受光素子と、発光素子毎に設けられ、入力された送信信号を伝送し、一端に接続された発光素子に出力する第1信号伝送ケーブルと、受光素子毎に設けられ、一端に接続された受光素子により受光された光を示す受信信号を伝送する第2信号伝送ケーブルと、信号の入出力を行う一対の第1信号伝送ケーブル及び第2信号伝送ケーブルを選択する選択部と、送信信号を生成する信号生成部と、選択部により選択された第1信号伝送ケーブルに信号生成部により生成された送信信号を出力し、当該選択部により選択された第2信号伝送ケーブルにより伝送された受信信号を入力する切替え部と、切替え部により入力された受信信号に基づいて、物体の有無を検出する物体検出部とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、上記のように構成したので、光ファイバを用いずに、物体の有無を検出できる。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
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1の構成例を示す図である。
光電センサ1は、例えば半導体装置等の製造ライン上を流れる物体(部品又は製品等)の有無を検出する。以下では、光電センサ1が透過形である場合を示す。この光電センサ1は、図1に示すように、複数の発光素子101、複数の受光素子102、複数の信号伝送ケーブル(第1信号伝送ケーブル)103、複数の信号伝送ケーブル(第2信号伝送ケーブル)104及び本体部105を備えている。また、本体部105には、切替え部106、アンプ部107、制御部108、通信部109及び表示部110が搭載されている。図1では、N系統の発光素子101(101-1~101-N)、受光素子102(102-2~102-N)、信号伝送ケーブル103(103-1~103-N)及び信号伝送ケーブル104(104-1~104-N)を備えた場合を示している。
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1の構成例を示す図である。
光電センサ1は、例えば半導体装置等の製造ライン上を流れる物体(部品又は製品等)の有無を検出する。以下では、光電センサ1が透過形である場合を示す。この光電センサ1は、図1に示すように、複数の発光素子101、複数の受光素子102、複数の信号伝送ケーブル(第1信号伝送ケーブル)103、複数の信号伝送ケーブル(第2信号伝送ケーブル)104及び本体部105を備えている。また、本体部105には、切替え部106、アンプ部107、制御部108、通信部109及び表示部110が搭載されている。図1では、N系統の発光素子101(101-1~101-N)、受光素子102(102-2~102-N)、信号伝送ケーブル103(103-1~103-N)及び信号伝送ケーブル104(104-1~104-N)を備えた場合を示している。
発光素子101は、当該発光素子101が接続された信号伝送ケーブル103により伝送された送信信号に応じ、当該送信信号を変換した光を発光するチップLED又はフォトIC等のセンサ素子である。また必要に応じて、チップ抵抗又は保護ダイオード等も接続される。
受光素子102は、発光素子101と対となって設けられ、光を受光するフォトダイオード等のセンサ素子である。また必要に応じて、チップ抵抗又は保護ダイオード等も接続される。なお、受光素子102は、物体の有無を検出する検出領域を挟んで、対となる発光素子101に対向配置される。この受光素子102により受光された光を示す受信信号は、当該受光素子102が接続された信号伝送ケーブル104に出力される。受信信号は電流又は電圧の値の変化から成る。
信号伝送ケーブル103は、発光素子101毎に設けられ、一端に発光素子101が接続され、他端が切替え部106(本体部105)に接続される。信号伝送ケーブル103は、信号ライン1031、グランドライン1032、及び、信号ライン1031及びグランドライン1032を被膜する絶縁体1033を有している(図3参照)。また必要に応じて、電源ライン(不図示)も追加される。この信号伝送ケーブル103は、切替え部106により出力された送信信号を伝送して発光素子101に出力する。送信信号は電流又は電圧の値の変化から成る。
信号伝送ケーブル104は、受光素子102毎に設けられ、一端に受光素子102が接続され、他端が切替え部106(本体部105)に接続される。信号伝送ケーブル104は、信号ライン1041(不図示)、グランドライン1042(不図示)、及び、信号ライン1041及びグランドライン1042を被膜する絶縁体1043(不図示)を有している。この信号伝送ケーブル104は、受光素子102により受光された光を示す受信信号を伝送して切替え部106に出力する。
切替え部106は、制御部108の後述する選択部1083により選択された信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104との間で信号の入出力を行う。すなわち、切替え部106は、まず、選択部1083により選択された信号伝送ケーブル103に対し、制御部108の後述する信号生成部1084により生成されてアンプ部107により増幅された送信信号を出力する。その後、切替え部106は、選択部1083により選択された信号伝送ケーブル104により伝送された受信信号を入力する。この切替え部106により入力された受信信号は、アンプ部107に出力される。
アンプ部107は、選択部1083により選択された信号伝送ケーブル103に基づいて、信号生成部1084により生成された送信信号を増幅する。このとき、アンプ部107は、電圧である送信信号を電流に変換する場合もある。なお、アンプ部107における信号伝送ケーブル103毎の増幅量は、PC等により、発光素子101及び受光素子102の位置関係に基づいて適切な値に設定される。このアンプ部107により増幅された送信信号は、切替え部106に出力される。また、アンプ部107は、切替え部106により入力された受信信号をフィルタリング等でノイズを除去した後に増幅する。このとき、アンプ部107は、電流である受信信号を電圧に変換する場合もある。このアンプ部107により増幅された受信信号は、制御部108に出力される。アンプ部107は、主にアナログ回路で構成される。
制御部108は、切替え部106、アンプ部107、通信部109及び表示部110を制御する。この制御部108は、システムLSI等の処理回路や、メモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU等により実現される。制御部108は、図2に示すように、記憶部1081、モード設定部1082、選択部1083、信号生成部1084、信号復調部1085及び物体検出部1086を備えている。
記憶部1081は、信号生成部1084で用いるビット列を構成するための情報を格納する。例えば、記憶部1081は、上記情報として、各信号伝送ケーブル103のIDを示す情報を格納する。また、記憶部1081は、上記情報に代えて、信号伝送ケーブル103毎に異なるビット列そのものを示す情報を格納してもよい。なお、記憶部1081は必須の構成ではなく、制御部108から取り除いてもよい。
モード設定部1082は、光電センサ1を使用する使用者による入力に応じ、光電センサ1の運用モードを調整モード又は通常モードに設定する。
調整モードは、発光素子101及び受光素子102の位置決めを行うためのモードである。この調整モードでは、制御部108は、ある特定の発光素子101及び当該発光素子101と対となる受光素子102の位置決めが完了するまでは、当該発光素子101に接続された信号伝送ケーブル103のみに送信信号を出力し続け、且つ、全ての受光素子102による受光結果が観測可能となるように切替え部106を制御する。
通常モードは、検出領域における物体の有無を検出するためのモードである。この通常モードでは、制御部108は、予め設定されたタイミング及び順序で、対象とする信号伝送ケーブル103を1つずつ選択して当該信号伝送ケーブル103に送信信号を出力し、且つ、当該発光素子101と対である受光素子102による受光結果が観測可能となるように切替え部106を制御する。
調整モードは、発光素子101及び受光素子102の位置決めを行うためのモードである。この調整モードでは、制御部108は、ある特定の発光素子101及び当該発光素子101と対となる受光素子102の位置決めが完了するまでは、当該発光素子101に接続された信号伝送ケーブル103のみに送信信号を出力し続け、且つ、全ての受光素子102による受光結果が観測可能となるように切替え部106を制御する。
通常モードは、検出領域における物体の有無を検出するためのモードである。この通常モードでは、制御部108は、予め設定されたタイミング及び順序で、対象とする信号伝送ケーブル103を1つずつ選択して当該信号伝送ケーブル103に送信信号を出力し、且つ、当該発光素子101と対である受光素子102による受光結果が観測可能となるように切替え部106を制御する。
選択部1083は、信号の入出力を行う信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を選択する。
光電センサ1が調整モードの場合には、選択部1083は、ある特定の信号伝送ケーブル103及び全ての信号伝送ケーブル104を選択する。また、上記信号伝送ケーブル103に接続された発光素子101及び当該発光素子101と対となる受光素子102の位置決めが完了した場合には、選択部1083は、次の信号伝送ケーブル103に切替える。
また、光電センサ1が通常モードの場合には、選択部1083は、予め設定された時間間隔及び順序で、一対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を切替えながら選択する。N対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104の切替えは、例えば一対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104に対して1msの選択時間を設け、信号伝送ケーブル103を介して発光素子101を発光させる時間を0.3ms程度とすること等が考えられる。信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104のケーブル長さが数mである場合、ケーブル長さ1mに対して数nsの伝搬遅延時間が発生する程度であるため、発光時間に対して選択時間に余裕を持たせることができる。
なお上記では、選択部1083は、予め設定された時間間隔及び順序で、一対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を切替えるものとした。しかしながら、これに限らず、選択部1083は、選択した一対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を用いて物体の検知ができた時点で次の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を選択するようにしてもよい。
この選択部1083により選択された信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を示す信号は、信号生成部1084、切替え部106及びアンプ部107に出力される。
光電センサ1が調整モードの場合には、選択部1083は、ある特定の信号伝送ケーブル103及び全ての信号伝送ケーブル104を選択する。また、上記信号伝送ケーブル103に接続された発光素子101及び当該発光素子101と対となる受光素子102の位置決めが完了した場合には、選択部1083は、次の信号伝送ケーブル103に切替える。
また、光電センサ1が通常モードの場合には、選択部1083は、予め設定された時間間隔及び順序で、一対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を切替えながら選択する。N対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104の切替えは、例えば一対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104に対して1msの選択時間を設け、信号伝送ケーブル103を介して発光素子101を発光させる時間を0.3ms程度とすること等が考えられる。信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104のケーブル長さが数mである場合、ケーブル長さ1mに対して数nsの伝搬遅延時間が発生する程度であるため、発光時間に対して選択時間に余裕を持たせることができる。
なお上記では、選択部1083は、予め設定された時間間隔及び順序で、一対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を切替えるものとした。しかしながら、これに限らず、選択部1083は、選択した一対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を用いて物体の検知ができた時点で次の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を選択するようにしてもよい。
この選択部1083により選択された信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を示す信号は、信号生成部1084、切替え部106及びアンプ部107に出力される。
信号生成部1084は、送信信号を生成する。この信号生成部1084により生成された送信信号は、アンプ部107に出力される。
また、受光素子102が外乱光の存在する場所に設置される場合や、受光素子102により受光された光の発光元である発光素子101を特定する必要がある場合には、送信信号を信号伝送ケーブル103毎に固有な信号としてもよい。すなわち、信号生成部1084は、選択部1083により選択された信号伝送ケーブル103に基づいて、送信信号として、当該信号伝送ケーブル103に固有なビット列から成る数ビットのオンオフ信号を生成する。この際、例えば、制御部108に記憶部1081が設けられている場合には、信号生成部1084は、当該記憶部1081に格納された情報から得られたビット列で変調を掛けることで、上記オンオフ信号を生成可能である。また、上記ビット列は、CRC(Cyclic Redundancy Check)等の誤り検出符号を付加して構成してもよい。
また、受光素子102が外乱光の存在する場所に設置される場合や、受光素子102により受光された光の発光元である発光素子101を特定する必要がある場合には、送信信号を信号伝送ケーブル103毎に固有な信号としてもよい。すなわち、信号生成部1084は、選択部1083により選択された信号伝送ケーブル103に基づいて、送信信号として、当該信号伝送ケーブル103に固有なビット列から成る数ビットのオンオフ信号を生成する。この際、例えば、制御部108に記憶部1081が設けられている場合には、信号生成部1084は、当該記憶部1081に格納された情報から得られたビット列で変調を掛けることで、上記オンオフ信号を生成可能である。また、上記ビット列は、CRC(Cyclic Redundancy Check)等の誤り検出符号を付加して構成してもよい。
信号復調部1085は、アンプ部107により増幅された受信信号を復調する。この際、信号復調部1085は、アンプ部107により増幅された受信信号のビット列を、信号生成部1084で送信信号を生成する際に用いたビット列と比較する。そして、信号復調部1085は、両方のビット列が完全に一致又はある一定以上の割合で一致している場合に、当該送信信号の出力先である発光素子101を発光元と判断する。この信号復調部1085により復調された(発光素子101が発光元と判断された)受信信号は、物体検出部1086に出力される。また、信号生成部1084と信号復調部1085は、互いに同期をとっており、信号生成部1084が送信信号を出力した後、所定時間内に信号復調部1085で当該送信信号に対応する受信信号が検出されない場合には、その旨を物体検出部1086に通知する。なお、送信信号を信号伝送ケーブル103毎に固有な信号としない場合には、信号復調部1085は不要であり、制御部108から取り除いてもよい。この場合、物体検出部1086が選択部1083の選択した信号伝送ケーブル103と信号伝送ケーブル104を特定できればよい。
物体検出部1086は、光電センサ1が通常モードの場合において、信号復調部1085により復調された受信信号に基づいて、物体の有無を検出する。すなわち、物体検出部1086は、信号復調部1085により復調された受信信号に基づいて、受光レベルが閾値以下である受光素子102が存在すると判断した場合に、検出領域に透明体等の物体が有ると判断する。また、信号復調部1085により該当する受信信号が検出されないと通知された場合には、検出領域に物体が有ると判断する。この物体検出部1086により検出された物体の有無を示す信号は、通信部109又は表示部110のうちの少なくとも一方に出力される。
なお、制御部108は、光電センサ1が調整モードの場合には、信号復調部1085により出力された受信信号をそのまま表示部110に出力する。
なお、制御部108は、光電センサ1が調整モードの場合には、信号復調部1085により出力された受信信号をそのまま表示部110に出力する。
通信部109は、外部装置との間で通信を行う。なお、通信部109と外部装置との間の接続は、有線(RS-485又はイーサネット(登録商標)等)でも無線でもよい。この通信部109は、制御部108により出力された信号を外部装置に送信し、また、外部装置により送信された信号を受信する。
表示部110は、制御部108により出力された信号に応じた表示を行う。ここで、表示部110は、制御部108により受信信号が出力された場合には、当該受信信号が示す光の受光レベルを表示する。また、表示部110は、制御部108の物体検出部1086により物体の有無を示す信号が出力された場合には、当該物体の有無を表示する。
次に、発光素子101と信号伝送ケーブル103との接続方法の一例について、図3を参照しながら説明する。
発光素子101と信号伝送ケーブル103は、図3に示すように、配線が成された回路基板111を介して導通されている。すなわち、発光素子101は回路基板111上にはんだ付け又は接合により接続され、信号伝送ケーブル103は信号ライン1031及びグランドライン1032の一端が回路基板111上にはんだ付け又は接合により接続されている。また、発光素子101の上部には、光学レンズ112が装着される。また、発光素子101、信号伝送ケーブル103の一端及び回路基板111は、被膜部113により覆われる。
発光素子101と信号伝送ケーブル103は、図3に示すように、配線が成された回路基板111を介して導通されている。すなわち、発光素子101は回路基板111上にはんだ付け又は接合により接続され、信号伝送ケーブル103は信号ライン1031及びグランドライン1032の一端が回路基板111上にはんだ付け又は接合により接続されている。また、発光素子101の上部には、光学レンズ112が装着される。また、発光素子101、信号伝送ケーブル103の一端及び回路基板111は、被膜部113により覆われる。
なお、発光素子101と信号伝送ケーブル103との接続は上記に限らない。例えば、市販のコネクタのオス側に発光素子101が接続され、メス側に信号伝送ケーブル103が接続されてもよい。このような構成により、発光素子101を信号伝送ケーブル103に対して容易に着脱可能となり、発光素子101が劣化した場合に信号伝送ケーブル103の配線はそのままに発光素子101だけを交換可能となる。
また上記では、発光素子101と信号伝送ケーブル103との接続方法について示したが、受光素子102と信号伝送ケーブル104との接続方法についても同様であり、その説明を省略する。
次に、信号伝送ケーブル103と切替え部106との接続方法の一例について、図4を参照しながら説明する。
切替え部106では、基板上に、切替え部106を実現するマルチプレクサIC1061と、複数のコネクタのオス側1062とが接続されている。マルチプレクサIC1061は制御部108によって制御される。一方、信号伝送ケーブル103の信号ライン1031及びグランドライン1032の他端には、上記コネクタのメス側1034が接続されている。そして、メス側1034がオス側1062に接続されることで、マルチプレクサIC1061と信号伝送ケーブル103とが導通される。このような構成により、信号伝送ケーブル103を切替え部106(本体部105)に対して容易に着脱可能となる。
切替え部106では、基板上に、切替え部106を実現するマルチプレクサIC1061と、複数のコネクタのオス側1062とが接続されている。マルチプレクサIC1061は制御部108によって制御される。一方、信号伝送ケーブル103の信号ライン1031及びグランドライン1032の他端には、上記コネクタのメス側1034が接続されている。そして、メス側1034がオス側1062に接続されることで、マルチプレクサIC1061と信号伝送ケーブル103とが導通される。このような構成により、信号伝送ケーブル103を切替え部106(本体部105)に対して容易に着脱可能となる。
なお上記では、信号伝送ケーブル103と切替え部106との接続方法について示したが、信号伝送ケーブル104と切替え部106との接続方法についても同様であり、その説明を省略する。
次に、信号生成部1084により生成されて出力される送信信号の一例について、図5を参照しながら説明する。図5では、信号生成部1084が、予め設定された時間間隔で3系統の発光素子101(101-1~101-3)に順に送信信号を生成して出力する場合を示している。
この場合、まず、選択部1083は、信号の入出力を行うケーブルとして、信号伝送ケーブル103-1及び信号伝送ケーブル104-1を選択する。そして、信号生成部1084は、信号伝送ケーブル103-1に接続された発光素子101-1に対する送信信号f1を生成する。図5では、信号生成部1084は、送信信号f1として、数ビットのオンオフ信号を生成している。そして、信号生成部1084は、生成した送信信号f1を、時間T1の間にアンプ部107及び切替え部106を介して信号伝送ケーブル103-1に出力する。その後、発光素子101-1は送信信号f1を変換した光を発光し、受光素子102-1は光の受光を行い、制御部108は信号伝送ケーブル104-1、切替え部106及びアンプ部107を介して受信信号の検出を行う。
時間T1が経過した後、選択部1083は、信号の入出力を行うケーブルとして、信号伝送ケーブル103-2及び信号伝送ケーブル104-2を選択する。そして、信号生成部1084は、信号伝送ケーブル103-2に接続された発光素子101-2に対する送信信号f2を生成する。図5では、送信信号f2のビット列が、送信信号f1のビット列とは異なっている。そして、信号生成部1084は、生成した送信信号f2を、時間T2の間にアンプ部107及び切替え部106を介して信号伝送ケーブル103-2に出力する。その後、発光素子101-2は送信信号f2を変換した光を発光し、受光素子102-2は光の受光を行い、制御部108は信号伝送ケーブル104-2、切替え部106及びアンプ部107を介して受信信号の検出を行う。
時間T2が経過した後、信号伝送ケーブル103-3に対しても同様の処理を行う。
時間T2が経過した後、信号伝送ケーブル103-3に対しても同様の処理を行う。
このように、信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を用いて発光素子101及び受光素子102との間で信号の入出力を行うことで、通常の光電センサでは設置できない狭い箇所であっても信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を設置可能であり、物体検出が可能となる。また、信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104は、任意に折り曲げられても、信号の伝送が可能である。そのため、信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104が設置箇所に応じて折り曲げられて使用される場合でも、光ファイバ型光電センサに対し、正確に物体検出が可能となる。
また、発光素子101が劣化した場合に、発光素子101又は信号伝送ケーブル103より先のみを交換するだけでよく、本体部105の交換は不要であるため、メンテナンス時における部品交換コストを低減できる。受光素子102が劣化した場合にも同様である。
また、信号生成部1084が信号伝送ケーブル103毎に異なるビット列から成る送信信号を生成することで、制御部108は、切替え部106での切替え状況に加え、受光素子102により受光された光を示す受信信号のビット列から、当該受光された光がどの発光素子101により発光された光であるかを特定可能となる。
なお、信号生成部1084では、信号伝送ケーブル103毎に時分割に送信信号を出力している。そのため、受光素子102により光が受光されたタイミングから、当該受光された光がどの発光素子101により発光された光であるかを特定することもできる。
なお、信号生成部1084では、信号伝送ケーブル103毎に時分割に送信信号を出力している。そのため、受光素子102により光が受光されたタイミングから、当該受光された光がどの発光素子101により発光された光であるかを特定することもできる。
また、信号生成部1084が送信信号f1~f3を出力する時間T1~T3は、制御部108で設定可能である。例えば、送信信号f1~f3自体の送信時間を0.2~0.3ms程度とし、信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104の伝搬遅延時間がケーブル長さ1mに対して数nsであることを考慮すると、時間T1~T3は1ms程度等とすることが考えられる。これにより、信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104のケーブル長さによる遅延等を考慮した時間T1~T3を設定可能となる。
なお、複数の信号伝送ケーブル104の間隔が十分離れているか、又は信号生成部1084が生成する送信信号を信号伝送ケーブル103毎に固有の信号にしておけば、選択部1083は切替え部106に対して複数の信号伝送ケーブル103を同時に選択しても、相互干渉を起こすことが無くなる。その場合、信号復調部1085は複数の受信信号を復調できる機能を有することとなる。
なお、複数の信号伝送ケーブル104の間隔が十分離れているか、又は信号生成部1084が生成する送信信号を信号伝送ケーブル103毎に固有の信号にしておけば、選択部1083は切替え部106に対して複数の信号伝送ケーブル103を同時に選択しても、相互干渉を起こすことが無くなる。その場合、信号復調部1085は複数の受信信号を復調できる機能を有することとなる。
次に、発光素子101及び受光素子102の位置関係の一例について、図6を参照しながら説明する。図6では、3系統の発光素子101(101-1~101-3)及び受光素子102(102-1~102-3)の位置関係を示している。
図6では、発光素子101-1と受光素子102-1との間の距離L1に対し、発光素子101-2と受光素子102-2との間の距離L2が長い。そのため、発光素子101-1に出力する送信信号の強度は、発光素子101-2に出力する送信信号の強度に対して弱くても、受光素子102-1は十分に受光が可能である。しかしながら、図6のように、発光素子101-1と発光素子101-2との間の距離W1が近い場合には、相互干渉を生じる可能性があるため、非常に強い送信信号を発光素子101-2に出力するのは望ましくない。一方で、図6では、発光素子101-3と発光素子101-2との間の距離W2は離れており、且つ、発光素子101-3と受光素子102-3との間の距離L3は非常に離れている。そのため、発光素子101-3に出力する送信信号の強度は強くすることが望ましい。
図6では、発光素子101-1と受光素子102-1との間の距離L1に対し、発光素子101-2と受光素子102-2との間の距離L2が長い。そのため、発光素子101-1に出力する送信信号の強度は、発光素子101-2に出力する送信信号の強度に対して弱くても、受光素子102-1は十分に受光が可能である。しかしながら、図6のように、発光素子101-1と発光素子101-2との間の距離W1が近い場合には、相互干渉を生じる可能性があるため、非常に強い送信信号を発光素子101-2に出力するのは望ましくない。一方で、図6では、発光素子101-3と発光素子101-2との間の距離W2は離れており、且つ、発光素子101-3と受光素子102-3との間の距離L3は非常に離れている。そのため、発光素子101-3に出力する送信信号の強度は強くすることが望ましい。
このように、各発光素子101に出力する送信信号の適切な強度は、発光素子101及び受光素子102の位置関係により異なる。そこで、発光素子101及び受光素子102の位置決めを行った後、例えばPCを用いて、その位置関係に基づいて、アンプ部107に対して各発光素子101に出力する送信信号に対する増幅量を設定する。これにより、最適な条件での物体検出が可能となる。
次に、表示部110による表示例について図7を参照しながら説明する。
図7に示す表示部110では、切替え部106における切替え数と同数の表示窓1101(1101-1~1101-N)が設けられ、各受光素子102での受光レベルをゲージで表示している。
図7に示す表示部110では、切替え部106における切替え数と同数の表示窓1101(1101-1~1101-N)が設けられ、各受光素子102での受光レベルをゲージで表示している。
この表示部110は、主に発光素子101及び受光素子102の位置決めを行う際に使用される。位置決めを行う場合には、制御部108は、ある特定の発光素子101及び当該発光素子101と対となる受光素子102の位置決めが完了するまでは、当該発光素子101に接続された信号伝送ケーブル103のみに送信信号を出力し続け、且つ、全ての受光素子102による受光結果が観測可能となるように切替え部106を制御する。そして、表示部110は、各受光素子102での受光レベルを表示する。これにより、図7に示すように、特定の発光素子101による発光に対する各受光素子102での受光結果を観測できる。よって、複数の発光素子101による相互干渉の有無を判断でき、各発光素子101及び各受光素子102を相互干渉のない最適な設置とすることができる。
また、光電センサ1が通常モードである場合には、表示部110は、例えば、物体検出部1086により出力された物体の有無を示す信号に基づき、物体が無い場合には表示窓1101のレベルゲージを0%とし、物体が有る場合には表示窓1101のレベルゲージを100%とする。
以上のように、この実施の形態1によれば、入力された送信信号を変換した光を発光する複数の発光素子101と、発光素子101と対となって設けられ、光を受光する受光素子102と、発光素子101毎に設けられ、入力された送信信号を伝送し、一端に接続された発光素子101に出力する信号伝送ケーブル103と、受光素子102毎に設けられ、一端に接続された受光素子102により受光された光を示す受信信号を伝送する信号伝送ケーブル104と、信号の入出力を行う一対の信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を選択する選択部1083と、送信信号を生成する信号生成部1084と、選択部1083により選択された信号伝送ケーブル103に信号生成部1084により生成された送信信号を出力し、当該選択部1083により選択された信号伝送ケーブル104により伝送された受信信号を入力する切替え部106と、切替え部106により入力された受信信号に基づいて、物体の有無を検出する物体検出部1086とを備えたので、光ファイバを用いずに、物体の有無を検出できる。
また、従来では、複数の光電センサを連結して用いている。この場合、各光電センサの通信が煩雑となり高速化ができず、また、電源ライン及び信号ラインの配線の引き回しが煩雑になるという課題があった。
それに対し、実施の形態1に係る光電センサ1では、単一の本体部105に複数のセンサ素子(発光素子101及び受光素子102)を信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を介して接続する構成としている。その結果、各センサ素子でのセンシングに対する処理の高速化を図ることができ、また、配線の引き回しも容易となる。
それに対し、実施の形態1に係る光電センサ1では、単一の本体部105に複数のセンサ素子(発光素子101及び受光素子102)を信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を介して接続する構成としている。その結果、各センサ素子でのセンシングに対する処理の高速化を図ることができ、また、配線の引き回しも容易となる。
なお上記では、光電センサ1が透過形である場合を示した。しかしながら、これに限らず、光電センサ1は反射型でもよい。また、反射型の場合には、対となる発光素子101及び受光素子102と、対となる信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104を、それぞれ一体にまとめることが可能である。この場合、対となる発光素子101及び受光素子102は筐体に収納され、対となる信号伝送ケーブル103及び信号伝送ケーブル104は被膜部により覆われる。
実施の形態2.
実施の形態1では単体の光電センサ1を用いた場合を示した。それに対し、実施の形態2では、複数の光電センサ1を有する光電センサシステムについて説明する。
図8はこの発明の実施の形態2に係る光電センサシステムの構成例を示す図である。
光電センサシステムは、図8に示すように、複数の光電センサ1及び統合サーバ2を備えている。
実施の形態1では単体の光電センサ1を用いた場合を示した。それに対し、実施の形態2では、複数の光電センサ1を有する光電センサシステムについて説明する。
図8はこの発明の実施の形態2に係る光電センサシステムの構成例を示す図である。
光電センサシステムは、図8に示すように、複数の光電センサ1及び統合サーバ2を備えている。
光電センサ1は、実施の形態1と同様のセンサである。なお、通信部109は、光電センサシステムに設けられた他の光電センサ1又は統合サーバ2との間で通信を行う。
また、実施の形態2における制御部108では、図9に示すように、図2に示す実施の形態1における制御部108に対し、信号生成制御部1087を追加している。この信号生成制御部1087は、通信部109により受信された信号に基づいて、信号生成部1084の動作タイミングを制御する。すなわち、信号生成制御部1087は、通信部109により受信された信号に基づいて、物体が検出された他の光電センサ1の設置箇所から、自身の光電センサ1が設置された箇所に上記物体が流れるタイミングを判断し、そのタイミングに応じて信号生成部1084を動作させる。
また、実施の形態2における制御部108では、図9に示すように、図2に示す実施の形態1における制御部108に対し、信号生成制御部1087を追加している。この信号生成制御部1087は、通信部109により受信された信号に基づいて、信号生成部1084の動作タイミングを制御する。すなわち、信号生成制御部1087は、通信部109により受信された信号に基づいて、物体が検出された他の光電センサ1の設置箇所から、自身の光電センサ1が設置された箇所に上記物体が流れるタイミングを判断し、そのタイミングに応じて信号生成部1084を動作させる。
統合サーバ2は、各光電センサ1の通信部109により送信された信号を収集し、各光電センサ1を管理する。例えば、統合サーバ2は、各光電センサ1から収集した信号を各光電センサ1に通知する。この際、統合サーバ2は、ある特定の光電センサ1に対し上記信号を送信し、当該信号を受け取った光電センサ1は自身に関係する情報のみを受け取り、隣接する光電センサ1に上記信号を送信する。以降、各光電センサ1で上記信号の受け渡しを行うことで、統合サーバ2から各光電センサ1に対して上記信号を通知する。
これにより、光電センサ1同士又は光電センサ1と統合サーバ2との間で相互に通信可能となる。その結果、例えば、製造工程毎に設置された光電センサ1が、工程の流れを理解し、自己が物体検出すべきタイミングを判断可能となり、省電力化が可能となる。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
この発明に係る光電センサは、光ファイバを用いずに、物体の有無を検出できるよう構成したので、例えば製造ライン上を流れる物体(部品又は製品等)を検出する光電センサ及び光電センサシステム等に用いるのに適している。
1 光電センサ
2 統合サーバ
101 発光素子
102 受光素子
103 信号伝送ケーブル(第1信号伝送ケーブル)
104 信号伝送ケーブル(第2信号伝送ケーブル)
105 本体部
106 切替え部
107 アンプ部
108 制御部
109 通信部
110 表示部
111 回路基板
112 光学レンズ
113 被膜部
1031 信号ライン
1032 グランドライン
1033 絶縁体
1034 コネクタのメス側
1041 信号ライン
1042 グランドライン
1043 絶縁体
1061 マルチプレクサIC
1062 コネクタのオス側
1081 記憶部
1082 モード設定部
1083 選択部
1084 信号生成部
1085 信号復調部
1086 物体検出部
1087 信号生成制御部
1101 表示窓
2 統合サーバ
101 発光素子
102 受光素子
103 信号伝送ケーブル(第1信号伝送ケーブル)
104 信号伝送ケーブル(第2信号伝送ケーブル)
105 本体部
106 切替え部
107 アンプ部
108 制御部
109 通信部
110 表示部
111 回路基板
112 光学レンズ
113 被膜部
1031 信号ライン
1032 グランドライン
1033 絶縁体
1034 コネクタのメス側
1041 信号ライン
1042 グランドライン
1043 絶縁体
1061 マルチプレクサIC
1062 コネクタのオス側
1081 記憶部
1082 モード設定部
1083 選択部
1084 信号生成部
1085 信号復調部
1086 物体検出部
1087 信号生成制御部
1101 表示窓
Claims (10)
- 入力された送信信号を変換した光を発光する複数の発光素子と、
前記発光素子と対となって設けられ、光を受光する受光素子と、
前記発光素子毎に設けられ、入力された送信信号を伝送し、一端に接続された前記発光素子に出力する第1信号伝送ケーブルと、
前記受光素子毎に設けられ、一端に接続された前記受光素子により受光された光を示す受信信号を伝送する第2信号伝送ケーブルと、
信号の入出力を行う一対の前記第1信号伝送ケーブル及び前記第2信号伝送ケーブルを選択する選択部と、
送信信号を生成する信号生成部と、
前記選択部により選択された前記第1信号伝送ケーブルに前記信号生成部により生成された送信信号を出力し、当該選択部により選択された前記第2信号伝送ケーブルにより伝送された受信信号を入力する切替え部と、
前記切替え部により入力された受信信号に基づいて、物体の有無を検出する物体検出部と
を備えた光電センサ。 - 前記選択部は、予め設定された時間間隔で、信号の入出力を行う一対の前記第1信号伝送ケーブル及び前記第2信号伝送ケーブルを切替えながら選択する
ことを特徴とする請求項1記載の光電センサ。 - 前記信号生成部は、前記選択部により選択された前記第1信号伝送ケーブルに基づいて、当該第1信号伝送ケーブルに固有なビット列から成る送信信号を生成する
ことを特徴とする請求項1記載の光電センサ。 - 前記選択部、前記信号生成部、前記切替え部及び前記物体検出部は本体部に搭載され、
前記第1信号伝送ケーブル及び前記第2信号伝送ケーブルは、他端が前記本体部に対して着脱可能である
ことを特徴とする請求項1記載の光電センサ。 - 前記発光素子は前記第1信号伝送ケーブルの一端に対して着脱可能である
ことを特徴とする請求項1記載の光電センサ。 - 前記受光素子は前記第2信号伝送ケーブルの一端に対して着脱可能である
ことを特徴とする請求項1記載の光電センサ。 - 対となる前記発光素子及び前記受光素子を収納する筐体と、
対となる前記第1信号伝送ケーブル及び前記第2信号伝送ケーブルを覆う被膜部とを備えた
ことを特徴とする請求項1記載の光電センサ。 - 前記選択部により選択された前記第1信号伝送ケーブルに基づいて、前記信号生成部により生成された送信信号を増幅するアンプ部を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の光電センサ。 - 前記切替え部により入力された受信信号又は前記物体検出部により検出された物体の有無を示す表示を行う表示部を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の光電センサ。 - 前記物体検出部により検出された物体の有無を示す信号を外部装置に送信し、外部装置により送信された信号を受信する通信部を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の光電センサ。
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-
2018
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