光学式変位センサ及び該光学式変位センサにおける段差検出方法
【課題】段差候補となる期間を検出してから、ベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変位量の変動、時間方向の変位量の変動の影響を低減し、より確実に段差を検出することができる光学式変位センサ及び該光学式変位センサにおける段差検出方法を提供する。
【解決手段】受光器の出力に基づいて検出対象物の変位量を算出し、所定のタイミングでサンプリングする。前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出し、算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する。段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出し、段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する。
【解決手段】受光器の出力に基づいて検出対象物の変位量を算出し、所定のタイミングでサンプリングする。前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出し、算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する。段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出し、段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式変位センサ及び該光学式変位センサにおける段差検出方法に関する。特に、検出対象物に照射した投射光の、検出対象物表面で反射した反射光を受光する受光器の出力に基づいて検出対象物表面の段差を検出する光学式変位センサ及び該光学式変位センサにおける段差検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出対象物に光を照射して検出対象物の有無、検出対象物の所望の形状等を検出するセンサとして、光電センサの他に光学式変位センサが良く用いられている。光学式変位センサは、検出対象物に照射した投射光の、検出対象物表面で反射した反射光に基づいて検出対象物の変位量を算出し、算出した変位量が予め定められた閾値以上、又は予め定められた上限閾値と下限閾値との間であるか等を判定し、判定結果に基づいて検出対象物の有無、検出対象物の所望の形状等を検出する。
【０００３】
一般に、センサを用いた検出対象物の検出は、センサ及び検出対象物の少なくともいずれか一方を相対的に移動させることにより行われ、例えばセンサを装置乃至設備に固定し、検出対象物をベルトコンベア等の搬送装置で移動させることにより行われる。変位センサは、変位センサと検出対象物との相対的な変位量を検出する。例えば、紙葉類の段差、金属板の段差等の検出対象物による変位量を基準とした場合のベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変動量が比較的大きいとき等は、紙葉類の段差、金属板の段差等による変動であるのか、ベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変動であるのか、変位センサにより区別することが困難である。
【０００４】
そこで、特許文献１では、変位センサの検出信号を微分処理することで、段差の存在による急峻な変位量の変動と振動による比較的緩やかな変位量の変動とを区別するようにして段差を検出している。また、特許文献２では、段差において、上段と下段とで受光波形の特徴が一気に遷移することを利用して段差を検出している。さらに、特許文献３では、変位センサの検出信号の波形の山と谷とを判別し、検出対象物の個数をカウントしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２７１９４５号公報
【特許文献２】特開２００８−１４５１５９号公報
【特許文献３】特開２００５−１０８０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、変位の微分値は、検出対象物の搬送速度に大きく依存している。例えば１ｍｍの段差を検出したい場合、変位の微分値の単位は「ｍｍ／秒」又は「ｍｍ／サンプリング」等となる。したがって、特許文献１では、段差判別のための閾値に時間、速度等の単位が含まれるため、閾値の設定は設定者にとって直感的なものではなく、設定することが困難であるという問題があった。また、搬送速度が変化した場合には同じ検出対象物であったとしても微分値が変化し、適切な閾値を設定することが困難であった。特に、検出動作にデジタル処理が含まれる場合、サンプリングのタイミングによっては、微分値が半分になるおそれもあり、安定して検出することが困難であった。さらに、変位の微分値を算出するためには変動の緩急の基準となるパラメータとしてカットオフ周波数、サンプリング周波数等を閾値とは別に設定する必要があり、斯かる周波数の設定も設定者にとって直感的なものではなく容易ではない。
【０００７】
特許文献２では、段差の上段と下段との受光波形が一気に遷移することを利用して段差を検出しているが、段差が微小である場合、段差の上段と下段との受光波形の分離が困難であるおそれがある。また、段差の垂直側面がやや上向きに傾いている場合等は変位量が徐々に増加するため、受光波形が一気に遷移せず段差を検出することが困難であった。
【０００８】
さらに、特許文献３では、変位量を示す波形の山と谷とがはっきりしている場合でなければ段差を検出することが困難であり、そもそも微分の特長部分も欠落してしまい、従来の微分機能を用いない変位センサと同様に、例えば紙葉類の段差、金属板の段差等の検出対象物による変位量を基準とした場合のベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変動量が比較的大きいとき等は、紙葉類の段差、金属板の段差等による変動であるのか、ベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変動であるのか、変位センサにより区別することが困難であった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変位量の変動、時間方向の変位量の変動の影響を低減し、より確実に段差を検出することができる光学式変位センサ及び該光学式変位センサにおける段差検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために第１発明に係る光学式変位センサは、検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する差分値算出手段と、算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、前記段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出する差分積算手段と、前記段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第２発明に係る光学式変位センサは、第１発明において、前記段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値を表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第３発明に係る光学式変位センサは、第１又は第２発明において、前記段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値をゼロにリセットするリセット手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
次に、上記目的を達成するために第４発明に係る光学式変位センサは、検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する差分値算出手段と、算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、前記段差期間と判別された期間における基準変位を特定する基準変位特定手段と、現在の変位と前記基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第５発明に係る光学式変位センサは、第４発明において、前記段差期間と判別された期間において前記基準変位を現在の変位にリセットするリセット手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第６発明に係る光学式変位センサは、第１乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記判別手段は、前記タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値以上であると判断された期間を段差期間であると判別するようにしてあることを特徴とする。
【００１６】
また、第７発明に係る光学式変位センサは、第１乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記判別手段は、前記タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値より小さいと判断された期間であっても、直前の所定期間内でいずれかの差分値が第二の閾値以上であると判断した場合には、段差期間であると判別するようにしてあることを特徴とする。
【００１７】
また、第８発明に係る光学式変位センサは、第１乃至第７発明のいずれか１つにおいて、前記変位量を出力することを停止する停止指示を受け付ける停止指示受付手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第９発明に係る光学式変位センサは、第１乃至第８発明のいずれか１つにおいて、前記出力手段は、前記判別信号を、一定の時間幅を有するワンショットパルス信号として出力するようにしてあることを特徴とする。
【００１９】
次に、上記目的を達成するために第１０発明に係る光学式変位センサは、検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、前記変位量の変動に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の一方を表す第１代表値と、該段差期間の直前の非段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の他方を表す第２代表値とに基づいて段差代表値を算出する段差算出手段と、前記段差期間と判別された期間ごとに算出した段差代表値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
次に、上記目的を達成するために第１１発明に係る段差検出方法は、検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおける段差検出方法において、所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する工程と、算出した変位量の差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する工程と、前記段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出する工程と、前記段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する工程と、段差であるか否かに関する判別信号を出力する工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
次に、上記目的を達成するために第１２発明に係る段差検出方法は、検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおける段差検出方法において、所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する工程と、算出した変位量の差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する工程と、前記段差期間と判別された期間における基準変位を特定する工程と、現在の変位と前記基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別する工程と、段差であるか否かに関する判別信号を出力する工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
第１発明及び第１１発明では、所定のタイミングでサンプリングして取得する受光器の受光信号に基づいて検出対象物の変位量を算出し、算出した変位量の差分値に基づいて段差候補となる段差期間と段差期間とならない非段差期間とを判別する。段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出し、段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別し、段差であるか否かに関する判別信号を出力する。変位量が比較的大きく変動した時点から段差期間であると判別し、段差期間における変位量が第一の閾値以上である場合に段差であると判別することにより、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても、一旦段差候補であるか否かを判別することで段差を確実に検出することができるとともに、段差判別閾値（第一の閾値）によってさらに判別することにより、段差以外による変動を排除することができる。したがって、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても、確実に段差を検出することが可能となる。
【００２３】
第２発明では、段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値を表示することにより、従来は読み取ることが困難であった段差の大きさを視認することが容易となる。
【００２４】
第３発明では、段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値をゼロにリセットすることにより、所望の位置における段差の高さを確実に検出することが可能となる。
【００２５】
第４発明及び第１２発明では、所定のタイミングでサンプリングして取得する受光器の受光信号に基づいて検出対象物の変位量を算出し、算出した変位量の差分値に基づいて段差候補となる段差期間と段差期間とならない非段差期間とを判別する。段差期間と判別された期間における基準変位を特定し、現在の変位と基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別し、段差であるか否かに関する判別信号を出力する。変位量が比較的大きく変動した時点から段差期間であると判別し、段差期間における変位量が第一の閾値以上である場合に段差であると判別することにより、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても、一旦段差候補であるか否かを判別することで段差を確実に検出することができるとともに、現在の変位と基準変位との差分値を段差判別閾値（第一の閾値）と比較して段差を判別することにより、段差以外による変動を排除することができる。したがって、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても確実に段差を検出することが可能となる。
【００２６】
第５発明では、段差期間と判別された期間において基準変位を現在の変位にリセットすることにより、所望の位置における段差の高さを確実に検出することが可能となる。
【００２７】
第６発明では、タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値以上であると判断された期間を段差期間であると判別することにより、変位量の変動が搬送装置の振動によるものであるか段差によるものであるかを判断する閾値を適切に設定することにより、段差が微小であっても確実に検出することが可能となる。
【００２８】
第７発明では、タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値より小さいと判断された期間であっても、直前の所定期間内でいずれかの差分値が第二の閾値以上であると判断した場合には、段差期間であると判別する。これにより、途中でノイズが入った場合等であっても、段差ではないと誤って判別することを回避することが可能となる。
【００２９】
第８発明では、変位量を出力することを停止する停止指示を受け付けることにより、明らかに出力することが不要となる期間を任意に設定することが可能となる。
【００３０】
第９発明では、判別信号を、一定の時間幅を有するワンショットパルス信号として出力することにより、一定の時間、判別結果を表示することができ、測定値を視認しやすくすることができる。
【００３１】
第１０発明では、所定のタイミングでサンプリングして取得する受光器の受光信号に基づいて検出対象物の変位量を算出し、変位量の変動に基づいて段差候補となる段差期間と段差期間とならない非段差期間とを判別する。段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の一方を表す第１代表値と、段差期間の直前の非段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の他方を表す第２代表値とに基づいて段差代表値を算出する。段差期間と判別された期間ごとに算出した段差代表値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別することにより、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても、一旦段差候補であるか否かを判別することで段差を確実に検出することができるとともに、段差候補期間内の各サンプリング値の代表値と段差判別閾値（第一の閾値）とを比較して段差をさらに判別することにより、段差以外による変動を排除することができる。したがって、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても確実に段差を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても、一旦段差候補であるか否かを判別することで段差を確実に検出することができるとともに、段差候補期間内の各サンプリング値の代表値と段差判別閾値（第一の閾値）とを比較して段差をさらに判別することにより、段差以外による変動を排除することができる。したがって、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても確実に段差を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る三角測距方式の光学式変位センサの測定ヘッド部の構成例を示す三面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサのコントローラ部の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサの演算部の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。
【図７】途中でノイズが入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。
【図８】紙葉類を重ねて搬送する場合の変位量の変動を示す図である。
【図９】途中で測定レンジを外れた場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。
【図１０】リセット入力が入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。
【図１１】タイミング入力が入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。
【図１２】第一の閾値の自動設定方法を説明するための模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る光学式変位センサの構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る光学式変位センサの演算部の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態に係る光学式変位センサについて、図面を参照しながら説明する。なお、参照する図面を通じて、同一又は同様の構成又は機能を有する要素については、同一又は同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサの構成を示す模式図である。図１に示すように本実施の形態１に係る光学式変位センサ１は、照射した投射光Ｌ１がワーク（検出対象物）Ａ１の表面で反射した反射光Ｌ２に基づいて、ワークＡ１の有無、ワークＡ１の所望の形状等を検出する変位センサである。光学式変位センサ１は、測定ヘッド部２、伝送ケーブル３及びコントローラ部４からなる変位検出装置であり、作業台Ａ２上に載置されたワークＡ１の有無、ワークＡ１の所望の形状等を検出する。
【００３６】
測定ヘッド部２は、ワークＡ１に投射光Ｌ１を照射する投光器１１と、投射光Ｌ１がワークＡ１の表面で反射した反射光Ｌ２を受光する受光器１４とで、後述する測定部２３を構成しており、受光器１４の出力に基づいて投光器１１の出力調整を行う。測定ヘッド部２は、例えば、ワークＡ１の製造ライン上に配置され、直下方向に投射光Ｌ１を照射する。
【００３７】
伝送ケーブル３は、電力供給線として測定ヘッド部２に電力を供給するとともに、受光器１４の出力をコントローラ部４へ伝送し、制御信号をコントローラ部４から測定ヘッド部２へ伝送する通信線として機能する。通信方式としては、ＲＳ４８５通信の他、ＲＳ４２２通信、ＲＳ２３２通信、ＬＶＤＳ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等、データ通信することが可能な方式であればなんでも良い。また、伝送ケーブル３を用いて通信する代わりに無線で通信しても良い。
【００３８】
コントローラ部４は、受光器１４で受光した反射光Ｌ２の受光スポットの位置を検出し、検出した結果に基づいてワークＡ１の有無の判別、変位量の算出等を行う。コントローラ部４の筐体における一面には、各種操作キー、ワークＡ１の有無、結果等を表示するための表示部等が配置されている。
【００３９】
なお、受光器１４の出力に基づく受光スポットの位置の検出は、図示しないＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：プラグラマブルロジックコントローラ）などの外部機器から入力されるタイミング信号をトリガとして行われるように構成しても良い。
【００４０】
図２は、本発明の実施の形態１に係る三角測距方式の光学式変位センサ１の測定ヘッド部２の構成例を示す三面図である。測定ヘッド部２は、投光器１１、投光レンズ１２、受光レンズ１３及び受光器１４を備え、筐体の側面にＬＥＤ表示灯１５ａ〜１５ｃからなるヘッドインジケータ１５が配置されている。
【００４１】
投光器１１は、投射光Ｌ１を生成する光源装置であり、ＬＤ（レーザーダイオード）、ＬＥＤ等の発光素子で構成されている。投光レンズ１２は、投光器１１から照射された投射光Ｌ１を集光するための集光レンズであり、投光器１１よりもワークＡ１側に配置されている。投光レンズ１２を透過した投射光Ｌ１は、筐体前面に設けられた矩形状の投光窓２ａを介してワークＡ１に照射される。
【００４２】
受光レンズ１３は、ワークＡ１に照射された投射光Ｌ１がワークＡ１の表面で反射した反射光Ｌ２を受光器１４上に集光するための集光レンズであり、反射光Ｌ２は、筐体前面に設けられた受光窓２ｂを介して入射される。受光器１４は、ワークＡ１からの反射光Ｌ２を受光する複数の受光素子が線状に配置され、各受光素子から受光量に応じた信号が出力される。具体的には、複数の受光要素が直線上に配置されたラインＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）が受光器１４として用いられている。もちろん、ラインＣＣＤに限定されるものではなく、ＣＭＯＳ等の他の撮像素子やＰＳＤを用いても良い。
【００４３】
投光器１１からワークＡ１に照射された光は、ワークＡ１の表面で反射され、ワークＡ１上における照射点の高さ、すなわち作業台Ａ２からの距離に応じて受光器１４上の異なる位置に集光する。なお、照射点の高さの変化による受光器１４上における受光スポットの位置の変化が判別可能であれば、複数の受光素子が面状に配置された撮像素子を受光器１４として用いても良い。
【００４４】
ＬＥＤ表示灯１５ａは、投射光Ｌ１の出力状態を示す表示灯であり、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）で構成されている。ＬＥＤ表示灯１５ａは、例えば投射光Ｌ１が照射中である場合に緑色に点灯し、照射中でない場合に消灯する。ＬＥＤ表示灯１５ｂは、コントローラ部４のセンサ出力状態を示す表示灯であり、例えばセンサ出力がオン状態である場合に消灯し、オフ状態である場合に赤色に点灯する。
【００４５】
ＬＥＤ表示灯１５ｃは、ワークＡ１上における多重反射の有無を示す表示灯であり、例えばワークＡ１の表面で反射した反射光Ｌ２に多重反射によるものを含む場合に緑色に点灯し、多重反射によるものを含まない場合に消灯する。
【００４６】
図３は、本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサ１のコントローラ部４の構成を示す平面図である。コントローラ部４は、匡体の一面に各種のＬＥＤ表示灯２４、２５、２７、２８と、７セグメントＬＥＤ表示部２６とで構成された表示部２１を備えている。ＬＥＤ表示灯２４は、投射光Ｌ１の照射状態を示す表示灯であり、ＬＥＤで構成されている。ＬＥＤ表示灯２４は、例えば投射光Ｌ１が照射中である場合に緑色に点灯し、照射中でない場合に消灯する。
【００４７】
ＬＥＤ表示灯２５は、コントローラ部４のセンサ出力状態を示す表示灯であり、例えばセンサ出力がオン状態である場合に消灯し、オフ状態である場合に赤色に点灯する。ＬＥＤ表示灯２７は、動作モードを示す表示灯である。
【００４８】
ＬＥＤ表示灯２８は、ワークＡ１上における多重反射の有無を示す表示灯であり、例えばワークＡ１の表面で反射した反射光Ｌ２に多重反射によるものを含む場合に緑色に点灯し、多重反射によるものを含まない場合に消灯する。
【００４９】
７セグメントＬＥＤ表示部２６は、変位量等を文字で表示する表示装置であり、表示部２１内の中央に配置された６つの７セグメントＬＥＤで構成されている。各７セグメントＬＥＤは、筐体の一面で長手方向に配列されている。
【００５０】
図４は、本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサ１の構成を示すブロック図であり、コントローラ部４内の機能ブロックの一例も示されている。測定ヘッド部２は、測定部２３、及びコントローラ部４とデータ通信する通信部２２で構成されている。コントローラ部４は、各種の演算処理を実行する演算部４１、必要な情報を記憶する記憶部４２、測定ヘッド部２とデータ通信する通信部４３、表示部２１、及びコントローラ間通信部４６により構成されている。
【００５１】
演算部４１は、マイコン、ＣＰＵ等で構成される。記憶部４２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等で構成され、段差候補となる期間、すなわち段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）４２１、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）４２２、段差期間内での変位量の最大値を示すピークホールド値４２３、基準変位４２４を、それぞれ記憶する。
【００５２】
また、コントローラ間通信部４６は、光学式変位センサ１を２台以上用いる場合に、コントローラ部４同士で情報を交換する。コントローラ間の通信にＣＡＮ通信、光通信等を用いるが、特にこれに限定されるものではなく、互いにデータ通信することができれば、特に限定されるものではない。
【００５３】
演算部４１の変位量算出部４１１は、図１に示す受光器１４の各受光素子の受光量に基づいて受光器１４上における受光スポットの位置、例えば１次元位置を検出し、検出した結果に基づいてワークＡ１の変位量を算出する。具体的には、受光素子が検出した受光量が受光素子ごとに判別され、各受光素子の配列方向に関する受光量の１次元位置の分布から受光スポットが抽出される。抽出された受光スポットのピーク位置又は重心位置に基づいて変位量が算出される。変位量として、ワークＡ１上における照射点の、投射光Ｌ１の光軸方向における位置が算出される。
【００５４】
サンプリング部４１２は、変位量算出部４１１により算出された変位量を所定のタイミングでサンプリングし、差分値算出部４１３は、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する。ここで、「前回サンプリングした変位量」とは、直前のタイミングでサンプリングした変位量だけでなく、所定回前にサンプリングした変位量であっても良い。また、複数のタイミングでサンプリングした変位量から算出した、複数の変位量を代表する代表変位量も本発明における「前回サンプリングした変位量」に含まれる。また、差分値は、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との単純な差としても良いし、前回サンプリングした時刻と今回サンプリングした時刻との時間差を考慮した値としても良い。
【００５５】
段差期間判別部（判別手段）４１４は、算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する。より具体的には、変位量の変動を捕捉し、変動する期間を段差とて認識する方法であるが、ノイズ等の段差以外による変動と段差による変動とを区別して、段差を認識する必要がある。しかし、正確に段差を判別するための適切な閾値を設定することが困難であるため、段差期間判別部４１４は、ノイズ等の段差以外による変動も含め、差分値が第二の閾値よりも大きい期間を段差期間と判別する。また、段差期間を安定して判別できるように変位量の変動があったタイミングを段差期間の開始タイミング（段差期間開始時点）と判別し、変位量の変動が落ち着いたとみなすことができるタイミングを段差期間の終了タイミングと判別するようにしている。ここで、「変位量の変動が落ち着いたとみなすことができる」とは、例えば差分値が第二の閾値を超えない期間が所定時間又は所定サンプリング回数連続することを意味する。なお、変位量の変動には、正方向と負方向との２方向があるが、段差とみなす変動の方向はユーザによる設定等により正方向又は負方向が予め定められており、変位量の変動の絶対値が大きくても段差とみなす変動の方向と逆方向の場合には、段差であると判別するべき変位量の変動はないとみなしている。
【００５６】
基準変位特定部４１５は、段差期間と判別された期間における基準変位を特定し、段差判別部４１６は、現在の変位と基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別する。具体的には、段差期間開始時点の現在の変位を基準変位として特定する。出力部４１７は、段差であるか否かに関するＯＮ状態／ＯＦＦ状態の判別信号を出力し、表示部２１に表示する。すなわち、段差の変位量を、測定値として７セグメントＬＥＤ表示部２６で構成された表示部２１に表示させる。出力部４１７は、段差であるか否かに関する判別信号に加え、表示部２１に表示される段差の変位量を示すアナログ信号を出力するようにしても良い。
【００５７】
以下、上述した構成の光学式変位センサ１の動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサ１の演算部４１の処理手順を示すフローチャートである。
【００５８】
図５において、光学式変位センサ１の演算部４１は、所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ５０１）、現在の変位を基準変位に設定する（ステップＳ５０２）。その後、演算部４１は、次の所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ５０３）、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する（ステップＳ５０４）。
【００５９】
演算部４１は、算出した差分値が、第二の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ５０５）。演算部４１が、差分値が第二の閾値より小さいと判断した場合（ステップＳ５０５：ＮＯ）、演算部４１は、現在の変位を新たな基準変位に設定し（ステップＳ５０６）、処理をステップＳ５０３へ戻して上述した処理を繰り返す。
【００６０】
図６は、時系列のサンプリング値（各タイミングでサンプリングされた変位量）の変動とその他の値の関係を示す図である。上段のグラフは、サンプリング値の遷移を示すグラフであり、その直下の数値は各タイミングにおけるサンプリング値を示すものである。図６では、１０、１５、１０、２５、４０、５５、７０・・・の順でサンプリング値が遷移している様子が示されている。前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値はこれに対応して、不定、５、−５、１５、１５、１５、１５・・・となる（図示せず）。図６では、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）を‘５０’、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）を‘９’としている。また、ワンショット出力時の時間６１を８ｍｓとしている。
【００６１】
図６に示すように、サンプリングを開始して最初の３回は、直前のサンプリング値（前回のサンプリング値）との差分値が第二の閾値‘９’より小さい‘５’、‘−５’又は不定であることから、ステップＳ５０５により、非段差期間又は不定であると判別される。なお、図６に示すとおり「段差期間フラグ」は、‘１’が段差期間中を、‘０’が非段差期間中を、‘−’が不定であることを、それぞれ示す。「基準変位」は、非段差期間中はそれぞれの時点での変位、すなわちサンプリングされた値が変更される都度更新される。これにより、緩やかな変動に対して基準変位を追従させることができ、段差以外による変位量の変動の影響を低減することができる。
【００６２】
４回目におけるサンプリング値の差分値（前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値）は‘１５’であり、第二の閾値‘９’以上であるので、３回目以降の期間が段差期間であると判別され、段差期間である旨を示すフラグを立てる（「段差期間フラグ」を‘０’から‘１’に変更する）とともに、「基準変位」の追従を中断する、つまり「基準変位」は、直前である３回目のサンプリング値‘１０’に維持される。換言すると、「基準変位」は、段差期間中、該段差期間の直前の非段差期間における各サンプリング値を代表する値、この例では非段差期間の最後のサンプリング値‘１０’に維持されることになる。図６に示される「差分値」は、サンプリング値から基準変位を減じた値であり、「基準変位」が、不定、１０、１５、１０、１０、１０、１０・・・と遷移しているため、「差分値」は、不定、不定、−５、１５、３０、４５、６０・・・と遷移している。
【００６３】
図５に戻って、光学式変位センサ１の演算部４１が、差分値が第二の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ５０５：ＹＥＳ）、その後、演算部４１は、所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ５０７）、直前の所定回数内、例えば５回以内にサンプリングした変位量との差分値のいずれかが第二の閾値以上であるか否かを判断する、つまりステップＳ５０５における直近５回の判断のうち１回でもＹＥＳと判断したか否かにより変位量の変動が落ち着いたとみなすことができるか否かを判断する（ステップＳ５０８）。演算部４１が、直前の所定サンプリング回数内のいずれかの差分値が第二の閾値以上であると判断した場合、つまり変位量の変動がまだ落ち着いていないと判断した場合（ステップＳ５０８：ＹＥＳ）、演算部４１は、サンプリングした変位量と基準変位との差分値を算出し、差分値が既にピークホールド値として記憶部４２に記憶されている値を超えている場合には、算出した差分値をピークホールド値として記憶部４２に記憶し、差分値が既にピークホールド値として記憶部４２に記憶されている値を超えていない場合には、記憶部４２に記憶されているピークホールド値を更新せず（ステップＳ５０９）、処理をステップＳ５０７へ戻して上述した処理を繰り返す。
【００６４】
演算部４１が、直前の所定サンプリング回数内の各差分値がすべて第二の閾値より小さいと判断した場合、つまり変位量の変動が落ち着いたと判断した場合（ステップＳ５０８：ＮＯ）、記憶してあるピークホールド値が基準変位からの最大変動量に相当するため、段差による変動であるか否かを判別するために、演算部４１は、記憶してあるピークホールド値が第一の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ５１０）。演算部４１が、記憶してあるピークホールド値が第一の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ５１０：ＹＥＳ）、演算部４１は、段差である旨を示す判別信号をワンショット出力する（ステップＳ５１１）。演算部４１が、記憶してあるピークホールド値が第一の閾値より小さいと判断した場合（ステップＳ５１０：ＮＯ）、演算部４１は、記憶してあるピークホールド値を０（ゼロ）にリセットし（ステップＳ５１２）、処理をステップＳ５０３へ戻して上述した処理を繰り返す。
【００６５】
図６に示すピークホールド値は、非段差期間においては０（ゼロ）であり、段差期間においては、サンプリング値又は差分値（サンプリング値から基準変位を減じた値）が増加するに従い１５、３０、４５、６０、７５、９０と増加していき、その後、サンプリング値又は差分値（サンプリング値から基準変位を減じた値）が減少した場合であっても、該段差期間における最大値である‘９０’が維持される。換言すれば、段差期間における各サンプリング値の中から該段差期間を代表するサンプリング値を求めるものであり、この例では段差期間の最大サンプリング値‘１００’が該段差期間の各サンプリング値を代表するサンプリング値に相当する。そして、段差期間を代表するサンプリング値と該段差期間の直前の非段差期間を代表するサンプリング値に基づいて該段差期間における段差を示す段差代表値を求めるものであり、この例では、段差期間の最大サンプリング値‘１００’と該段差期間の直前の非段差期間における各サンプリング値を代表する値である基準変位‘１０’との差分‘９０’が該段差期間の段差代表値に相当する。
【００６６】
図６に示す「カウント数」は、段差期間中に前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値が第二の閾値‘９’より小さい場合にカウントアップされ、該差分値が第二の閾値‘９’以上であると０（ゼロ）にリセットされる。すなわち、該差分値が連続して第二の閾値‘９’より小さいか否かを判定している。図６の例では、サンプリング値（サンプリングした変位量）が・・・８５、１００、１００、６０、０、０、０、０、０、０、１５・・・と遷移しているため、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値（図示しない）は・・・１５、１５、０、−４０、−６０、０、０、０、０、０、１５・・・と遷移しており、カウント数は、・・・０、０、１、２、３、４、０、０、０、０、０・・・と遷移する。なお、この例では、段差期間が終了したと判断するための連続回数を４回とした例であり、カウント数が‘４’となったタイミングを段差期間が終了したタイミングと判断している。なお、この例では、非段差期間におけるカウント数を０（ゼロ）としている。
【００６７】
段差期間の開始から終了までのタイミングが確定することにより、段差期間における各サンプリング値を代表する値、該段差期間における段差を代表する段差代表値が確定する。ピークホールド値（段差期間における段差を代表する段差代表値）と段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）とを比較し、図６の例では、ピークホールド値（段差期間における段差を代表する段差代表値）‘９０’が段差判別閾値（第一の閾値）‘５０’以上であるので、該段差期間における変位量の変動は段差によるものであると判断する。この場合、ピークホールド値（段差期間における段差を代表する段差代表値）‘９０’を測定値として定め、定められた測定値は次の段差期間の確定により測定値が定められるまで値が保持される。また、図６の例では、段差期間が確定した場合であっても、ピークホールド値（段差期間における段差を代表する段差代表値）が段差判別閾値（第一の閾値）よりも小さい場合、測定値は更新されていないが、更新されるように構成しても良いことは言うまでもない。
【００６８】
測定値は表示部２１に表示させるとともに、ピークホールド値（段差期間における段差を代表する段差代表値）と段差判別閾値（第一の閾値）とを比較し、段差期間における変位量の変動は段差によるものであると判断した場合、ワンショット出力時の時間である８ｍｓの間、段差である旨を示す判別信号を出力する（ＯＮ状態）。判別信号の出力時間（ＯＮ状態の時間）が８ｍｓを超えた場合、判別信号は自動的にＯＦＦ状態となる。
【００６９】
図７は、途中でノイズが入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。図７でも図６と同様、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）を‘５０’、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）を‘９’としている。また、ワンショット出力時の時間を８ｍｓとしている。なお、図７における「サンプリング値」等の用語の定義は、特に再定義しない限り図６における用語の定義と同一である。
【００７０】
図７の２つ目の山に示すように、サンプリングの途中でノイズが入ることにより、差分値が段差判別閾値‘５０’を挟んで大きく上下動している。従来は、変位量の変動がノイズによる変動であるのか段差による変動であるのかを区別するための閾値を適切に設定することが困難であり、例えば閾値の設定が不適切である場合、ピークホールド値‘７０’の状態では段差による変動であると判断してしまうおそれがあった。それに対して、本実施の形態１では、直近所定回の差分値に基づいて、サンプリング値の差分値が安定するまで段差期間であると判別することがない。つまり、第二の閾値は段差らしきものが存在する段差期間とそれ以外の期間である非段差期間とを判別するだけであるので、ノイズにより変位量が変動する期間も含めて段差期間としても良く、閾値として精緻な値の設定は要求されない。そして、基準変位からの各段差期間における最大変動量であるピークホールド値により最終的に各段差期間の変動が段差によるものであったか否かを判断することで、段差を正確に判別することができる。また、サンプリング値の差分値が安定した以後のピークホールド値‘１０５’を出力として表示する。
【００７１】
図６及び図７において、段差期間の終了は、直前のサンプリング値との各差分値が段差期間閾値より小さい値が所定回数連続するか否かで判断している。したがって、カウント数が‘４’になった時点でカウント数をリセットし、段差期間である旨を示すフラグを０（ゼロ）にする。そして、記憶してあるピークホールド値を測定値として表示部２１に表示させる。また、ワンショット出力時の時間である８ｍｓの間、段差である旨を示す判別信号を出力する（ＯＮ状態）。８ｍｓを超えた場合、判別信号は自動的にＯＦＦ状態となる。さらに、判別信号を出力する出力線に加え、表示部２１に表示される段差の変位量を示すアナログ信号を出力する出力線を設けてもよい。
【００７２】
なお、表示部２１に表示される段差の変位量は、次に段差が検出されるまで更新されることなく維持されるので、微分値、変位量等の表示値が瞬時に更新されることがなく、測定値を確実に表示することができる。したがって、従来は読み取ることが困難であった段差の大きさを視認することが容易となる。
【００７３】
図８は、紙葉類を重ねて搬送する場合の変位量の変動を示す図である。図８（ａ）に示すように、紙葉類８３がベルトコンベア８２により重なって搬送される場合であっても、判別信号をワンショット出力とすることで、例えば図８（ｂ）に示すように、段差による変位量８１の立ち上がり変動が比較的急峻で、立ち下り変動が比較的緩やかな場合であっても、確実に各段差を検出することができる。
【００７４】
途中で測定レンジを外れた場合、サンプリング値を取得することはできない。この場合、測定レンジに戻ってきた時点で基準変位を設定し直す必要が生じる。図９は、途中で測定レンジを外れた場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。図９でも、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）を‘５０’、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）を‘９’としている。また、ワンショット出力時の時間を８ｍｓとしている。なお、図９における「サンプリング値」等の用語の定義は、特に再定義しない限り図６における用語の定義と同一である。
【００７５】
図９の２つ目の山に示すように、サンプリング途中９１でサンプリング値が測定レンジから外れたために、サンプリング値が取得できていない。この場合、サンプリング値の取得が再開された時点から、再度基準変位を設定し直すことで対応するので、サンプリング値の取得を再開してしばらくは差分値を取得することができない。したがって、測定値を出力しないので異常値を出力することがない。
【００７６】
また、基準変位を現在の変位に設定し直すのに、リセット入力を用いても良い（リセット手段）。この場合、リセット入力が入った時点における変位を基準変位として設定する。図１０は、リセット入力が入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。図１０でも、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）を‘５０’、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）を‘９’としている。また、ワンショット出力時の時間を８ｍｓとしている。なお、図１０における「サンプリング値」等の用語の定義は、特に再定義しない限り図６における用語の定義と同一である。
【００７７】
図１０のリセット入力のパルス波形に示すように２つ目の山で順次サンプリング値を取得し、差分値を算出している途中でリセット入力が入った場合、リセット入力が入った時点の現在の変位‘４５’を基準変位に設定する。この場合、記憶されるピークホールド値が小さくなるので、出力される値も小さくなる。
【００７８】
さらに、タイミング入力を受け付けることにより、所望のタイミングで取得したサンプリング値を無視し、出力を停止することもできる（停止指示受付手段）。図１１は、タイミング入力が入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。図１１でも、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）を‘５０’、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）を‘９’としている。また、ワンショット出力時の時間を８ｍｓとしている。なお、図１１における「サンプリング値」等の用語の定義は、特に再定義しない限り図６における用語の定義と同一である。
【００７９】
図１１のタイミング入力のパルス波形に示すように、オン状態である期間１１１の段差に基づいて取得したサンプリング値を無視し、オフ状態になった時点で、その時点のサンプリング値を基準変位‘１００’として設定している。これにより、測定値を出力する必要がない部分については、タイミング入力を入れることで測定値が出力されないようにすることができる。
【００８０】
なお、光学式変位センサ１は、ユーザの指示に応じて測定した変位量に基づく第一の閾値を設定できるように構成しても良い。より具体的には、光学式変位センサ１は、段差の下段に対応する変位量をユーザの指示に応じて測定し、次に段差の上段に対応する変位量をユーザの指示に応じて測定することで、段差の上段に対応する変位量と段差の下段に対応する変位量との中間の値を第一の閾値として自動的に設定することができる。
【００８１】
図１２は、第一の閾値の自動設定方法を説明するための模式図である。図１２（ａ）に示すように、まずワークＡ１の段差の下段に対応する変位量１２２を取得し、ユーザがＳＥＴボタン等を操作することにより記憶される。次に図１２（ｂ）に示すように、ワークＡ１の段差の上段に対応する変位量１２３を取得し、ユーザがＳＥＴボタン等を操作することにより記憶される。そして、図１２（ｃ）に示すように、ワークＡ１の段差の上段に対応する変位量１２３と段差の下段に対応する変位量１２２との中間の値を第一の閾値１２１として設定する。なお、自動的に設定した後、ユーザにより第一の閾値を任意の値に調整することが可能に構成しても良いことは言うまでもない。
【００８２】
また、第二の閾値を、第一の閾値と一定の関係を持たせることで、第一の閾値を設定した場合に自動的に第二の閾値が決定するように構成しても良い。例えば、第一の閾値の１０分の１の値を第二の閾値として設定する。
【００８３】
第二の閾値は、段差期間の継続時間、サンプリング回数等に応じて調整することができるようにしても良いし、サンプリング周期の設定に連動して調整することができるように構成しても良い。例えば、サンプリング周期が短い場合には第一の閾値の１０分の１の値を、サンプリング周期が長い場合には第一の閾値の３分の１の値を、それぞれ第二の閾値として設定する。
【００８４】
なお、第二の閾値をユーザが設定することが可能に構成されている場合、表示部２１に各段差期間の継続時間、サンプリング回数、あるいは各段差期間における前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値の最大値と最小値とを表示できるように構成し、ユーザに対して第二の閾値の設定に役立つ情報を表示させても良い。
【００８５】
また、判別した段差の数をカウントする段差カウント機能を備えても良い。
【００８６】
なお、測定ヘッド部２とコントローラ部４とが分離した分離型の光学式変位センサについて説明したが、本発明は測定ヘッド部２とコントローラ部４とが一体となった一体型の光学式変位センサへも適用することが可能である。
【００８７】
以上のように本実施の形態１によれば、変位量が第二の閾値以上であると判断した時点から段差期間であると判別し、段差期間における変位量が第一の閾値以上である場合に段差であると判別することにより、ベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変位量の変動、時間方向の変位量の変動等の影響を低減し、より確実に段差を検出することが可能となる。
【００８８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光学式変位センサ１の構成は実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより、詳細な説明は省略する、本実施の形態２は、段差であるか否かを判別するのに、基準変位とサンプリング値との差分値を用いるのではなく、今回のサンプリング値と直前のサンプリング値との差分値を積算して用いる点で実施の形態１とは相違する。
【００８９】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る光学式変位センサ１の構成を示すブロック図であり、コントローラ部４内の機能ブロックの一例も示されている。測定ヘッド部２は、測定部２３、及びコントローラ部４とデータ通信する通信部２２で構成されている。コントローラ部４は、各種の演算処理を実行する演算部４１、必要な情報を記憶する記憶部４２、測定ヘッド部２とデータ通信する通信部４３、表示部２１、及びコントローラ間通信部４６により構成されている。
【００９０】
演算部４１は、マイコン、ＣＰＵ等で構成される。記憶部４２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等で構成され、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）４２１、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）４２２、段差期間内における変位量の最大値を示すピークホールド値４２３を、それぞれ記憶する。
【００９１】
また、コントローラ間通信部４６は、光学式変位センサ１を２台以上用いる場合に、コントローラ部４同士で情報を交換する。コントローラ間の通信にＣＡＮ通信、光通信等を用いるが、特にこれに限定されるものではなく、互いにデータ通信することができれば、特に限定されるものではない。
【００９２】
演算部４１の変位量算出部４１１は、図１に示す受光器１４の各受光素子の受光量に基づいて受光器１４上における受光スポットの位置、例えば１次元位置を検出し、検出した結果に基づいてワークＡ１の変位量を算出する。具体的には、受光素子が検出した受光量が受光素子ごとに判別され、各受光素子の配列方向に関する受光量の１次元位置の分布から受光スポットが抽出される。抽出された受光スポットのピーク位置又は重心位置に基づいて変位量が算出される。変位量として、ワークＡ１上における照射点の、投射光Ｌ１の光軸方向における位置が算出される。
【００９３】
サンプリング部４１２は、変位量算出部４１１により算出された変位量を所定のタイミングでサンプリングし、差分値算出部４１３は、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する。段差期間判別部（判別手段）４１４は、算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する。
【００９４】
より具体的には、変位量の変動を捕捉し、変動する期間を段差とて認識する方法であるが、ノイズ等の段差以外による変動と段差による変動とを区別して、段差を認識する必要がある。しかし、正確に段差を判別するためには判別するための適切な閾値を設定することが困難であるため、段差期間判別部４１４は、ノイズ等の段差以外による変動も含め、差分値が第二の閾値よりも大きい期間を段差期間と判別する。また、段差期間を安定して判別できるように変位量の変動があったタイミングを段差期間の開始タイミング（段差期間開始時点）と判別し、変位量の変動が落ち着いたとみなすことができるタイミングを段差期間の終了タイミングと判別するようにしている。ここで、「変位量の変動が落ち着いたとみなすことができる」とは、例えば差分値が第二の閾値を超えない期間が所定時間又は所定サンプリング回数連続することを意味する。なお、変位量の変動には、正方向と負方向との２方向があるが、段差とみなす変動の方向はユーザによる設定等により正方向又は負方向が予め定められており、変位量の変動の絶対値が大きくても段差とみなす変動の方向と逆方向の場合には、検出すべき段差による変位量の変動はないとみなしている。
【００９５】
差分積算部４１８は、段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出し、段差判別部４１６は、段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する。出力部４１７は、段差であるか否かに関するＯＮ／ＯＦＦの判別信号を出力し、表示部２１に表示する。すなわち、段差の変位量を、測定値として７セグメントＬＥＤ表示部２６で構成された表示部２１に表示させる。
【００９６】
以下、上述した構成の光学式変位センサ１の動作について説明する。図１４は、本発明の実施の形態２に係る光学式変位センサ１の演算部４１の処理手順を示すフローチャートである。
【００９７】
図１４において、光学式変位センサ１の演算部４１は、所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ１４０１）、次の所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ１４０２）、直前にサンプリングした変位量（前回サンプリングした変位量）と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する（ステップＳ１４０３）。
【００９８】
演算部４１は、算出した差分値が、第二の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４０４）。演算部４１が、差分値が第二の閾値より小さいと判断した場合（ステップＳ１４０４：ＮＯ）、演算部４１は、処理をステップＳ１４０２へ戻して上述した処理を繰り返す。
【００９９】
演算部４１が、差分値が第二の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ１４０４：ＹＥＳ）、演算部４１は、算出した差分値を積算する（ステップＳ１４０５）。ここで、変位量の変動があったタイミングを段差期間の開始タイミング（段差期間開始時点）と判別し、差分値は直前にサンプリングした変位量（前回サンプリングした変位量）に基づいて算出されるので、該段差期間の直前の非段差期間における最後のサンプリング値が該段差期間の直前の非段差期間における各サンプリング値を代表する値に相当する。
【０１００】
演算部４１は、次の所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ１４０６）、直前の所定回数内、例えば５回以内にサンプリングした変位量との差分値のいずれかが第二の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４０７）。演算部４１が、直前の所定回数内にサンプリングした変位量に基づくいずれかの差分値が第二の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ１４０７：ＹＥＳ）、演算部４１は、算出した差分値をさらに積算し（ステップＳ１４０８）、積算した積算値をピークホールド値として記憶部４２に記憶し（ステップＳ１４０９）、処理をステップＳ１４０６へ戻して上述した処理を繰り返す。なお、算出した差分値を積算した積算値は、中間で取得したサンプリング値が順次相殺され、最初と最後に取得したサンプリング値に相当するが、最初のサンプリング値は該段差期間の直前の非段差期間における最後のサンプリング値であり、最後のサンプリング値は該段差期間における最大のサンプリング値に相当するものであるから、算出した差分値を積算した積算値のピークホールド値は、段差代表値に相当する。
【０１０１】
演算部４１が、直前の所定回数内にサンプリングした変位量に基づく差分値がすべて第二の閾値より小さいと判断した場合（ステップＳ１４０７：ＮＯ）、演算部４１は、記憶してあるピークホールド値が第一の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４１０）。演算部４１が、記憶してあるピークホールド値が第一の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ１４１０：ＹＥＳ）、演算部４１は、段差である旨を示す判別信号をワンショット出力する（ステップＳ１４１１）。演算部４１が、記憶してあるピークホールド値（段差代表値）が第一の閾値より小さいと判断した場合（ステップＳ１４１０：ＮＯ）、演算部４１は、記憶してある積算値及びピークホールド値を０（ゼロ）にリセットし（ステップＳ１４１２）、処理をステップＳ１４０２へ戻して上述した処理を繰り返す。
【０１０２】
実施の形態２においても、図９乃至図１１と同様に、測定レンジを外れた場合であっても測定を継続することができ、リセット入力、タイミング入力を活用することができる。
【０１０３】
以上のように本実施の形態２によれば、変位量を差分値の積算値として求めることができ、求めた変位量が第二の閾値以上であると判断した時点から段差期間であると判別し、段差期間における変位量が第一の閾値以上である場合に段差であると判別することにより、変位量の変動が搬送装置の振動によるものであるか段差によるものであるかを判断する閾値を比較的容易に設定することができ、段差が微小であっても確実に検出することが可能となる。また、測定値を確実に表示することができるので、従来は読み取ることが困難であった段差の大きさを視認することが容易となる。
【０１０４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変更、改良等が可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 光学式変位センサ
２ 測定ヘッド部
４ コントローラ部
１１ 投光器
１４ 受光器
２１ 表示部
４１ 演算部
４２ 記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式変位センサ及び該光学式変位センサにおける段差検出方法に関する。特に、検出対象物に照射した投射光の、検出対象物表面で反射した反射光を受光する受光器の出力に基づいて検出対象物表面の段差を検出する光学式変位センサ及び該光学式変位センサにおける段差検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出対象物に光を照射して検出対象物の有無、検出対象物の所望の形状等を検出するセンサとして、光電センサの他に光学式変位センサが良く用いられている。光学式変位センサは、検出対象物に照射した投射光の、検出対象物表面で反射した反射光に基づいて検出対象物の変位量を算出し、算出した変位量が予め定められた閾値以上、又は予め定められた上限閾値と下限閾値との間であるか等を判定し、判定結果に基づいて検出対象物の有無、検出対象物の所望の形状等を検出する。
【０００３】
一般に、センサを用いた検出対象物の検出は、センサ及び検出対象物の少なくともいずれか一方を相対的に移動させることにより行われ、例えばセンサを装置乃至設備に固定し、検出対象物をベルトコンベア等の搬送装置で移動させることにより行われる。変位センサは、変位センサと検出対象物との相対的な変位量を検出する。例えば、紙葉類の段差、金属板の段差等の検出対象物による変位量を基準とした場合のベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変動量が比較的大きいとき等は、紙葉類の段差、金属板の段差等による変動であるのか、ベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変動であるのか、変位センサにより区別することが困難である。
【０００４】
そこで、特許文献１では、変位センサの検出信号を微分処理することで、段差の存在による急峻な変位量の変動と振動による比較的緩やかな変位量の変動とを区別するようにして段差を検出している。また、特許文献２では、段差において、上段と下段とで受光波形の特徴が一気に遷移することを利用して段差を検出している。さらに、特許文献３では、変位センサの検出信号の波形の山と谷とを判別し、検出対象物の個数をカウントしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２７１９４５号公報
【特許文献２】特開２００８−１４５１５９号公報
【特許文献３】特開２００５−１０８０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、変位の微分値は、検出対象物の搬送速度に大きく依存している。例えば１ｍｍの段差を検出したい場合、変位の微分値の単位は「ｍｍ／秒」又は「ｍｍ／サンプリング」等となる。したがって、特許文献１では、段差判別のための閾値に時間、速度等の単位が含まれるため、閾値の設定は設定者にとって直感的なものではなく、設定することが困難であるという問題があった。また、搬送速度が変化した場合には同じ検出対象物であったとしても微分値が変化し、適切な閾値を設定することが困難であった。特に、検出動作にデジタル処理が含まれる場合、サンプリングのタイミングによっては、微分値が半分になるおそれもあり、安定して検出することが困難であった。さらに、変位の微分値を算出するためには変動の緩急の基準となるパラメータとしてカットオフ周波数、サンプリング周波数等を閾値とは別に設定する必要があり、斯かる周波数の設定も設定者にとって直感的なものではなく容易ではない。
【０００７】
特許文献２では、段差の上段と下段との受光波形が一気に遷移することを利用して段差を検出しているが、段差が微小である場合、段差の上段と下段との受光波形の分離が困難であるおそれがある。また、段差の垂直側面がやや上向きに傾いている場合等は変位量が徐々に増加するため、受光波形が一気に遷移せず段差を検出することが困難であった。
【０００８】
さらに、特許文献３では、変位量を示す波形の山と谷とがはっきりしている場合でなければ段差を検出することが困難であり、そもそも微分の特長部分も欠落してしまい、従来の微分機能を用いない変位センサと同様に、例えば紙葉類の段差、金属板の段差等の検出対象物による変位量を基準とした場合のベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変動量が比較的大きいとき等は、紙葉類の段差、金属板の段差等による変動であるのか、ベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変動であるのか、変位センサにより区別することが困難であった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変位量の変動、時間方向の変位量の変動の影響を低減し、より確実に段差を検出することができる光学式変位センサ及び該光学式変位センサにおける段差検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために第１発明に係る光学式変位センサは、検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する差分値算出手段と、算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、前記段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出する差分積算手段と、前記段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第２発明に係る光学式変位センサは、第１発明において、前記段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値を表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第３発明に係る光学式変位センサは、第１又は第２発明において、前記段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値をゼロにリセットするリセット手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
次に、上記目的を達成するために第４発明に係る光学式変位センサは、検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する差分値算出手段と、算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、前記段差期間と判別された期間における基準変位を特定する基準変位特定手段と、現在の変位と前記基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第５発明に係る光学式変位センサは、第４発明において、前記段差期間と判別された期間において前記基準変位を現在の変位にリセットするリセット手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第６発明に係る光学式変位センサは、第１乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記判別手段は、前記タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値以上であると判断された期間を段差期間であると判別するようにしてあることを特徴とする。
【００１６】
また、第７発明に係る光学式変位センサは、第１乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記判別手段は、前記タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値より小さいと判断された期間であっても、直前の所定期間内でいずれかの差分値が第二の閾値以上であると判断した場合には、段差期間であると判別するようにしてあることを特徴とする。
【００１７】
また、第８発明に係る光学式変位センサは、第１乃至第７発明のいずれか１つにおいて、前記変位量を出力することを停止する停止指示を受け付ける停止指示受付手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第９発明に係る光学式変位センサは、第１乃至第８発明のいずれか１つにおいて、前記出力手段は、前記判別信号を、一定の時間幅を有するワンショットパルス信号として出力するようにしてあることを特徴とする。
【００１９】
次に、上記目的を達成するために第１０発明に係る光学式変位センサは、検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、前記変位量の変動に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の一方を表す第１代表値と、該段差期間の直前の非段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の他方を表す第２代表値とに基づいて段差代表値を算出する段差算出手段と、前記段差期間と判別された期間ごとに算出した段差代表値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
次に、上記目的を達成するために第１１発明に係る段差検出方法は、検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおける段差検出方法において、所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する工程と、算出した変位量の差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する工程と、前記段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出する工程と、前記段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する工程と、段差であるか否かに関する判別信号を出力する工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
次に、上記目的を達成するために第１２発明に係る段差検出方法は、検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおける段差検出方法において、所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する工程と、算出した変位量の差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する工程と、前記段差期間と判別された期間における基準変位を特定する工程と、現在の変位と前記基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別する工程と、段差であるか否かに関する判別信号を出力する工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
第１発明及び第１１発明では、所定のタイミングでサンプリングして取得する受光器の受光信号に基づいて検出対象物の変位量を算出し、算出した変位量の差分値に基づいて段差候補となる段差期間と段差期間とならない非段差期間とを判別する。段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出し、段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別し、段差であるか否かに関する判別信号を出力する。変位量が比較的大きく変動した時点から段差期間であると判別し、段差期間における変位量が第一の閾値以上である場合に段差であると判別することにより、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても、一旦段差候補であるか否かを判別することで段差を確実に検出することができるとともに、段差判別閾値（第一の閾値）によってさらに判別することにより、段差以外による変動を排除することができる。したがって、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても、確実に段差を検出することが可能となる。
【００２３】
第２発明では、段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値を表示することにより、従来は読み取ることが困難であった段差の大きさを視認することが容易となる。
【００２４】
第３発明では、段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値をゼロにリセットすることにより、所望の位置における段差の高さを確実に検出することが可能となる。
【００２５】
第４発明及び第１２発明では、所定のタイミングでサンプリングして取得する受光器の受光信号に基づいて検出対象物の変位量を算出し、算出した変位量の差分値に基づいて段差候補となる段差期間と段差期間とならない非段差期間とを判別する。段差期間と判別された期間における基準変位を特定し、現在の変位と基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別し、段差であるか否かに関する判別信号を出力する。変位量が比較的大きく変動した時点から段差期間であると判別し、段差期間における変位量が第一の閾値以上である場合に段差であると判別することにより、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても、一旦段差候補であるか否かを判別することで段差を確実に検出することができるとともに、現在の変位と基準変位との差分値を段差判別閾値（第一の閾値）と比較して段差を判別することにより、段差以外による変動を排除することができる。したがって、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても確実に段差を検出することが可能となる。
【００２６】
第５発明では、段差期間と判別された期間において基準変位を現在の変位にリセットすることにより、所望の位置における段差の高さを確実に検出することが可能となる。
【００２７】
第６発明では、タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値以上であると判断された期間を段差期間であると判別することにより、変位量の変動が搬送装置の振動によるものであるか段差によるものであるかを判断する閾値を適切に設定することにより、段差が微小であっても確実に検出することが可能となる。
【００２８】
第７発明では、タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値より小さいと判断された期間であっても、直前の所定期間内でいずれかの差分値が第二の閾値以上であると判断した場合には、段差期間であると判別する。これにより、途中でノイズが入った場合等であっても、段差ではないと誤って判別することを回避することが可能となる。
【００２９】
第８発明では、変位量を出力することを停止する停止指示を受け付けることにより、明らかに出力することが不要となる期間を任意に設定することが可能となる。
【００３０】
第９発明では、判別信号を、一定の時間幅を有するワンショットパルス信号として出力することにより、一定の時間、判別結果を表示することができ、測定値を視認しやすくすることができる。
【００３１】
第１０発明では、所定のタイミングでサンプリングして取得する受光器の受光信号に基づいて検出対象物の変位量を算出し、変位量の変動に基づいて段差候補となる段差期間と段差期間とならない非段差期間とを判別する。段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の一方を表す第１代表値と、段差期間の直前の非段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の他方を表す第２代表値とに基づいて段差代表値を算出する。段差期間と判別された期間ごとに算出した段差代表値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別することにより、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても、一旦段差候補であるか否かを判別することで段差を確実に検出することができるとともに、段差候補期間内の各サンプリング値の代表値と段差判別閾値（第一の閾値）とを比較して段差をさらに判別することにより、段差以外による変動を排除することができる。したがって、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても確実に段差を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても、一旦段差候補であるか否かを判別することで段差を確実に検出することができるとともに、段差候補期間内の各サンプリング値の代表値と段差判別閾値（第一の閾値）とを比較して段差をさらに判別することにより、段差以外による変動を排除することができる。したがって、段差による変位量の時間当たり又はサンプリング当たりの変動が比較的緩やかな場合であっても確実に段差を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る三角測距方式の光学式変位センサの測定ヘッド部の構成例を示す三面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサのコントローラ部の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサの演算部の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。
【図７】途中でノイズが入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。
【図８】紙葉類を重ねて搬送する場合の変位量の変動を示す図である。
【図９】途中で測定レンジを外れた場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。
【図１０】リセット入力が入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。
【図１１】タイミング入力が入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。
【図１２】第一の閾値の自動設定方法を説明するための模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る光学式変位センサの構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る光学式変位センサの演算部の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態に係る光学式変位センサについて、図面を参照しながら説明する。なお、参照する図面を通じて、同一又は同様の構成又は機能を有する要素については、同一又は同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサの構成を示す模式図である。図１に示すように本実施の形態１に係る光学式変位センサ１は、照射した投射光Ｌ１がワーク（検出対象物）Ａ１の表面で反射した反射光Ｌ２に基づいて、ワークＡ１の有無、ワークＡ１の所望の形状等を検出する変位センサである。光学式変位センサ１は、測定ヘッド部２、伝送ケーブル３及びコントローラ部４からなる変位検出装置であり、作業台Ａ２上に載置されたワークＡ１の有無、ワークＡ１の所望の形状等を検出する。
【００３６】
測定ヘッド部２は、ワークＡ１に投射光Ｌ１を照射する投光器１１と、投射光Ｌ１がワークＡ１の表面で反射した反射光Ｌ２を受光する受光器１４とで、後述する測定部２３を構成しており、受光器１４の出力に基づいて投光器１１の出力調整を行う。測定ヘッド部２は、例えば、ワークＡ１の製造ライン上に配置され、直下方向に投射光Ｌ１を照射する。
【００３７】
伝送ケーブル３は、電力供給線として測定ヘッド部２に電力を供給するとともに、受光器１４の出力をコントローラ部４へ伝送し、制御信号をコントローラ部４から測定ヘッド部２へ伝送する通信線として機能する。通信方式としては、ＲＳ４８５通信の他、ＲＳ４２２通信、ＲＳ２３２通信、ＬＶＤＳ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等、データ通信することが可能な方式であればなんでも良い。また、伝送ケーブル３を用いて通信する代わりに無線で通信しても良い。
【００３８】
コントローラ部４は、受光器１４で受光した反射光Ｌ２の受光スポットの位置を検出し、検出した結果に基づいてワークＡ１の有無の判別、変位量の算出等を行う。コントローラ部４の筐体における一面には、各種操作キー、ワークＡ１の有無、結果等を表示するための表示部等が配置されている。
【００３９】
なお、受光器１４の出力に基づく受光スポットの位置の検出は、図示しないＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：プラグラマブルロジックコントローラ）などの外部機器から入力されるタイミング信号をトリガとして行われるように構成しても良い。
【００４０】
図２は、本発明の実施の形態１に係る三角測距方式の光学式変位センサ１の測定ヘッド部２の構成例を示す三面図である。測定ヘッド部２は、投光器１１、投光レンズ１２、受光レンズ１３及び受光器１４を備え、筐体の側面にＬＥＤ表示灯１５ａ〜１５ｃからなるヘッドインジケータ１５が配置されている。
【００４１】
投光器１１は、投射光Ｌ１を生成する光源装置であり、ＬＤ（レーザーダイオード）、ＬＥＤ等の発光素子で構成されている。投光レンズ１２は、投光器１１から照射された投射光Ｌ１を集光するための集光レンズであり、投光器１１よりもワークＡ１側に配置されている。投光レンズ１２を透過した投射光Ｌ１は、筐体前面に設けられた矩形状の投光窓２ａを介してワークＡ１に照射される。
【００４２】
受光レンズ１３は、ワークＡ１に照射された投射光Ｌ１がワークＡ１の表面で反射した反射光Ｌ２を受光器１４上に集光するための集光レンズであり、反射光Ｌ２は、筐体前面に設けられた受光窓２ｂを介して入射される。受光器１４は、ワークＡ１からの反射光Ｌ２を受光する複数の受光素子が線状に配置され、各受光素子から受光量に応じた信号が出力される。具体的には、複数の受光要素が直線上に配置されたラインＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）が受光器１４として用いられている。もちろん、ラインＣＣＤに限定されるものではなく、ＣＭＯＳ等の他の撮像素子やＰＳＤを用いても良い。
【００４３】
投光器１１からワークＡ１に照射された光は、ワークＡ１の表面で反射され、ワークＡ１上における照射点の高さ、すなわち作業台Ａ２からの距離に応じて受光器１４上の異なる位置に集光する。なお、照射点の高さの変化による受光器１４上における受光スポットの位置の変化が判別可能であれば、複数の受光素子が面状に配置された撮像素子を受光器１４として用いても良い。
【００４４】
ＬＥＤ表示灯１５ａは、投射光Ｌ１の出力状態を示す表示灯であり、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）で構成されている。ＬＥＤ表示灯１５ａは、例えば投射光Ｌ１が照射中である場合に緑色に点灯し、照射中でない場合に消灯する。ＬＥＤ表示灯１５ｂは、コントローラ部４のセンサ出力状態を示す表示灯であり、例えばセンサ出力がオン状態である場合に消灯し、オフ状態である場合に赤色に点灯する。
【００４５】
ＬＥＤ表示灯１５ｃは、ワークＡ１上における多重反射の有無を示す表示灯であり、例えばワークＡ１の表面で反射した反射光Ｌ２に多重反射によるものを含む場合に緑色に点灯し、多重反射によるものを含まない場合に消灯する。
【００４６】
図３は、本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサ１のコントローラ部４の構成を示す平面図である。コントローラ部４は、匡体の一面に各種のＬＥＤ表示灯２４、２５、２７、２８と、７セグメントＬＥＤ表示部２６とで構成された表示部２１を備えている。ＬＥＤ表示灯２４は、投射光Ｌ１の照射状態を示す表示灯であり、ＬＥＤで構成されている。ＬＥＤ表示灯２４は、例えば投射光Ｌ１が照射中である場合に緑色に点灯し、照射中でない場合に消灯する。
【００４７】
ＬＥＤ表示灯２５は、コントローラ部４のセンサ出力状態を示す表示灯であり、例えばセンサ出力がオン状態である場合に消灯し、オフ状態である場合に赤色に点灯する。ＬＥＤ表示灯２７は、動作モードを示す表示灯である。
【００４８】
ＬＥＤ表示灯２８は、ワークＡ１上における多重反射の有無を示す表示灯であり、例えばワークＡ１の表面で反射した反射光Ｌ２に多重反射によるものを含む場合に緑色に点灯し、多重反射によるものを含まない場合に消灯する。
【００４９】
７セグメントＬＥＤ表示部２６は、変位量等を文字で表示する表示装置であり、表示部２１内の中央に配置された６つの７セグメントＬＥＤで構成されている。各７セグメントＬＥＤは、筐体の一面で長手方向に配列されている。
【００５０】
図４は、本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサ１の構成を示すブロック図であり、コントローラ部４内の機能ブロックの一例も示されている。測定ヘッド部２は、測定部２３、及びコントローラ部４とデータ通信する通信部２２で構成されている。コントローラ部４は、各種の演算処理を実行する演算部４１、必要な情報を記憶する記憶部４２、測定ヘッド部２とデータ通信する通信部４３、表示部２１、及びコントローラ間通信部４６により構成されている。
【００５１】
演算部４１は、マイコン、ＣＰＵ等で構成される。記憶部４２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等で構成され、段差候補となる期間、すなわち段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）４２１、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）４２２、段差期間内での変位量の最大値を示すピークホールド値４２３、基準変位４２４を、それぞれ記憶する。
【００５２】
また、コントローラ間通信部４６は、光学式変位センサ１を２台以上用いる場合に、コントローラ部４同士で情報を交換する。コントローラ間の通信にＣＡＮ通信、光通信等を用いるが、特にこれに限定されるものではなく、互いにデータ通信することができれば、特に限定されるものではない。
【００５３】
演算部４１の変位量算出部４１１は、図１に示す受光器１４の各受光素子の受光量に基づいて受光器１４上における受光スポットの位置、例えば１次元位置を検出し、検出した結果に基づいてワークＡ１の変位量を算出する。具体的には、受光素子が検出した受光量が受光素子ごとに判別され、各受光素子の配列方向に関する受光量の１次元位置の分布から受光スポットが抽出される。抽出された受光スポットのピーク位置又は重心位置に基づいて変位量が算出される。変位量として、ワークＡ１上における照射点の、投射光Ｌ１の光軸方向における位置が算出される。
【００５４】
サンプリング部４１２は、変位量算出部４１１により算出された変位量を所定のタイミングでサンプリングし、差分値算出部４１３は、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する。ここで、「前回サンプリングした変位量」とは、直前のタイミングでサンプリングした変位量だけでなく、所定回前にサンプリングした変位量であっても良い。また、複数のタイミングでサンプリングした変位量から算出した、複数の変位量を代表する代表変位量も本発明における「前回サンプリングした変位量」に含まれる。また、差分値は、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との単純な差としても良いし、前回サンプリングした時刻と今回サンプリングした時刻との時間差を考慮した値としても良い。
【００５５】
段差期間判別部（判別手段）４１４は、算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する。より具体的には、変位量の変動を捕捉し、変動する期間を段差とて認識する方法であるが、ノイズ等の段差以外による変動と段差による変動とを区別して、段差を認識する必要がある。しかし、正確に段差を判別するための適切な閾値を設定することが困難であるため、段差期間判別部４１４は、ノイズ等の段差以外による変動も含め、差分値が第二の閾値よりも大きい期間を段差期間と判別する。また、段差期間を安定して判別できるように変位量の変動があったタイミングを段差期間の開始タイミング（段差期間開始時点）と判別し、変位量の変動が落ち着いたとみなすことができるタイミングを段差期間の終了タイミングと判別するようにしている。ここで、「変位量の変動が落ち着いたとみなすことができる」とは、例えば差分値が第二の閾値を超えない期間が所定時間又は所定サンプリング回数連続することを意味する。なお、変位量の変動には、正方向と負方向との２方向があるが、段差とみなす変動の方向はユーザによる設定等により正方向又は負方向が予め定められており、変位量の変動の絶対値が大きくても段差とみなす変動の方向と逆方向の場合には、段差であると判別するべき変位量の変動はないとみなしている。
【００５６】
基準変位特定部４１５は、段差期間と判別された期間における基準変位を特定し、段差判別部４１６は、現在の変位と基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別する。具体的には、段差期間開始時点の現在の変位を基準変位として特定する。出力部４１７は、段差であるか否かに関するＯＮ状態／ＯＦＦ状態の判別信号を出力し、表示部２１に表示する。すなわち、段差の変位量を、測定値として７セグメントＬＥＤ表示部２６で構成された表示部２１に表示させる。出力部４１７は、段差であるか否かに関する判別信号に加え、表示部２１に表示される段差の変位量を示すアナログ信号を出力するようにしても良い。
【００５７】
以下、上述した構成の光学式変位センサ１の動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式変位センサ１の演算部４１の処理手順を示すフローチャートである。
【００５８】
図５において、光学式変位センサ１の演算部４１は、所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ５０１）、現在の変位を基準変位に設定する（ステップＳ５０２）。その後、演算部４１は、次の所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ５０３）、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する（ステップＳ５０４）。
【００５９】
演算部４１は、算出した差分値が、第二の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ５０５）。演算部４１が、差分値が第二の閾値より小さいと判断した場合（ステップＳ５０５：ＮＯ）、演算部４１は、現在の変位を新たな基準変位に設定し（ステップＳ５０６）、処理をステップＳ５０３へ戻して上述した処理を繰り返す。
【００６０】
図６は、時系列のサンプリング値（各タイミングでサンプリングされた変位量）の変動とその他の値の関係を示す図である。上段のグラフは、サンプリング値の遷移を示すグラフであり、その直下の数値は各タイミングにおけるサンプリング値を示すものである。図６では、１０、１５、１０、２５、４０、５５、７０・・・の順でサンプリング値が遷移している様子が示されている。前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値はこれに対応して、不定、５、−５、１５、１５、１５、１５・・・となる（図示せず）。図６では、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）を‘５０’、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）を‘９’としている。また、ワンショット出力時の時間６１を８ｍｓとしている。
【００６１】
図６に示すように、サンプリングを開始して最初の３回は、直前のサンプリング値（前回のサンプリング値）との差分値が第二の閾値‘９’より小さい‘５’、‘−５’又は不定であることから、ステップＳ５０５により、非段差期間又は不定であると判別される。なお、図６に示すとおり「段差期間フラグ」は、‘１’が段差期間中を、‘０’が非段差期間中を、‘−’が不定であることを、それぞれ示す。「基準変位」は、非段差期間中はそれぞれの時点での変位、すなわちサンプリングされた値が変更される都度更新される。これにより、緩やかな変動に対して基準変位を追従させることができ、段差以外による変位量の変動の影響を低減することができる。
【００６２】
４回目におけるサンプリング値の差分値（前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値）は‘１５’であり、第二の閾値‘９’以上であるので、３回目以降の期間が段差期間であると判別され、段差期間である旨を示すフラグを立てる（「段差期間フラグ」を‘０’から‘１’に変更する）とともに、「基準変位」の追従を中断する、つまり「基準変位」は、直前である３回目のサンプリング値‘１０’に維持される。換言すると、「基準変位」は、段差期間中、該段差期間の直前の非段差期間における各サンプリング値を代表する値、この例では非段差期間の最後のサンプリング値‘１０’に維持されることになる。図６に示される「差分値」は、サンプリング値から基準変位を減じた値であり、「基準変位」が、不定、１０、１５、１０、１０、１０、１０・・・と遷移しているため、「差分値」は、不定、不定、−５、１５、３０、４５、６０・・・と遷移している。
【００６３】
図５に戻って、光学式変位センサ１の演算部４１が、差分値が第二の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ５０５：ＹＥＳ）、その後、演算部４１は、所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ５０７）、直前の所定回数内、例えば５回以内にサンプリングした変位量との差分値のいずれかが第二の閾値以上であるか否かを判断する、つまりステップＳ５０５における直近５回の判断のうち１回でもＹＥＳと判断したか否かにより変位量の変動が落ち着いたとみなすことができるか否かを判断する（ステップＳ５０８）。演算部４１が、直前の所定サンプリング回数内のいずれかの差分値が第二の閾値以上であると判断した場合、つまり変位量の変動がまだ落ち着いていないと判断した場合（ステップＳ５０８：ＹＥＳ）、演算部４１は、サンプリングした変位量と基準変位との差分値を算出し、差分値が既にピークホールド値として記憶部４２に記憶されている値を超えている場合には、算出した差分値をピークホールド値として記憶部４２に記憶し、差分値が既にピークホールド値として記憶部４２に記憶されている値を超えていない場合には、記憶部４２に記憶されているピークホールド値を更新せず（ステップＳ５０９）、処理をステップＳ５０７へ戻して上述した処理を繰り返す。
【００６４】
演算部４１が、直前の所定サンプリング回数内の各差分値がすべて第二の閾値より小さいと判断した場合、つまり変位量の変動が落ち着いたと判断した場合（ステップＳ５０８：ＮＯ）、記憶してあるピークホールド値が基準変位からの最大変動量に相当するため、段差による変動であるか否かを判別するために、演算部４１は、記憶してあるピークホールド値が第一の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ５１０）。演算部４１が、記憶してあるピークホールド値が第一の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ５１０：ＹＥＳ）、演算部４１は、段差である旨を示す判別信号をワンショット出力する（ステップＳ５１１）。演算部４１が、記憶してあるピークホールド値が第一の閾値より小さいと判断した場合（ステップＳ５１０：ＮＯ）、演算部４１は、記憶してあるピークホールド値を０（ゼロ）にリセットし（ステップＳ５１２）、処理をステップＳ５０３へ戻して上述した処理を繰り返す。
【００６５】
図６に示すピークホールド値は、非段差期間においては０（ゼロ）であり、段差期間においては、サンプリング値又は差分値（サンプリング値から基準変位を減じた値）が増加するに従い１５、３０、４５、６０、７５、９０と増加していき、その後、サンプリング値又は差分値（サンプリング値から基準変位を減じた値）が減少した場合であっても、該段差期間における最大値である‘９０’が維持される。換言すれば、段差期間における各サンプリング値の中から該段差期間を代表するサンプリング値を求めるものであり、この例では段差期間の最大サンプリング値‘１００’が該段差期間の各サンプリング値を代表するサンプリング値に相当する。そして、段差期間を代表するサンプリング値と該段差期間の直前の非段差期間を代表するサンプリング値に基づいて該段差期間における段差を示す段差代表値を求めるものであり、この例では、段差期間の最大サンプリング値‘１００’と該段差期間の直前の非段差期間における各サンプリング値を代表する値である基準変位‘１０’との差分‘９０’が該段差期間の段差代表値に相当する。
【００６６】
図６に示す「カウント数」は、段差期間中に前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値が第二の閾値‘９’より小さい場合にカウントアップされ、該差分値が第二の閾値‘９’以上であると０（ゼロ）にリセットされる。すなわち、該差分値が連続して第二の閾値‘９’より小さいか否かを判定している。図６の例では、サンプリング値（サンプリングした変位量）が・・・８５、１００、１００、６０、０、０、０、０、０、０、１５・・・と遷移しているため、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値（図示しない）は・・・１５、１５、０、−４０、−６０、０、０、０、０、０、１５・・・と遷移しており、カウント数は、・・・０、０、１、２、３、４、０、０、０、０、０・・・と遷移する。なお、この例では、段差期間が終了したと判断するための連続回数を４回とした例であり、カウント数が‘４’となったタイミングを段差期間が終了したタイミングと判断している。なお、この例では、非段差期間におけるカウント数を０（ゼロ）としている。
【００６７】
段差期間の開始から終了までのタイミングが確定することにより、段差期間における各サンプリング値を代表する値、該段差期間における段差を代表する段差代表値が確定する。ピークホールド値（段差期間における段差を代表する段差代表値）と段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）とを比較し、図６の例では、ピークホールド値（段差期間における段差を代表する段差代表値）‘９０’が段差判別閾値（第一の閾値）‘５０’以上であるので、該段差期間における変位量の変動は段差によるものであると判断する。この場合、ピークホールド値（段差期間における段差を代表する段差代表値）‘９０’を測定値として定め、定められた測定値は次の段差期間の確定により測定値が定められるまで値が保持される。また、図６の例では、段差期間が確定した場合であっても、ピークホールド値（段差期間における段差を代表する段差代表値）が段差判別閾値（第一の閾値）よりも小さい場合、測定値は更新されていないが、更新されるように構成しても良いことは言うまでもない。
【００６８】
測定値は表示部２１に表示させるとともに、ピークホールド値（段差期間における段差を代表する段差代表値）と段差判別閾値（第一の閾値）とを比較し、段差期間における変位量の変動は段差によるものであると判断した場合、ワンショット出力時の時間である８ｍｓの間、段差である旨を示す判別信号を出力する（ＯＮ状態）。判別信号の出力時間（ＯＮ状態の時間）が８ｍｓを超えた場合、判別信号は自動的にＯＦＦ状態となる。
【００６９】
図７は、途中でノイズが入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。図７でも図６と同様、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）を‘５０’、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）を‘９’としている。また、ワンショット出力時の時間を８ｍｓとしている。なお、図７における「サンプリング値」等の用語の定義は、特に再定義しない限り図６における用語の定義と同一である。
【００７０】
図７の２つ目の山に示すように、サンプリングの途中でノイズが入ることにより、差分値が段差判別閾値‘５０’を挟んで大きく上下動している。従来は、変位量の変動がノイズによる変動であるのか段差による変動であるのかを区別するための閾値を適切に設定することが困難であり、例えば閾値の設定が不適切である場合、ピークホールド値‘７０’の状態では段差による変動であると判断してしまうおそれがあった。それに対して、本実施の形態１では、直近所定回の差分値に基づいて、サンプリング値の差分値が安定するまで段差期間であると判別することがない。つまり、第二の閾値は段差らしきものが存在する段差期間とそれ以外の期間である非段差期間とを判別するだけであるので、ノイズにより変位量が変動する期間も含めて段差期間としても良く、閾値として精緻な値の設定は要求されない。そして、基準変位からの各段差期間における最大変動量であるピークホールド値により最終的に各段差期間の変動が段差によるものであったか否かを判断することで、段差を正確に判別することができる。また、サンプリング値の差分値が安定した以後のピークホールド値‘１０５’を出力として表示する。
【００７１】
図６及び図７において、段差期間の終了は、直前のサンプリング値との各差分値が段差期間閾値より小さい値が所定回数連続するか否かで判断している。したがって、カウント数が‘４’になった時点でカウント数をリセットし、段差期間である旨を示すフラグを０（ゼロ）にする。そして、記憶してあるピークホールド値を測定値として表示部２１に表示させる。また、ワンショット出力時の時間である８ｍｓの間、段差である旨を示す判別信号を出力する（ＯＮ状態）。８ｍｓを超えた場合、判別信号は自動的にＯＦＦ状態となる。さらに、判別信号を出力する出力線に加え、表示部２１に表示される段差の変位量を示すアナログ信号を出力する出力線を設けてもよい。
【００７２】
なお、表示部２１に表示される段差の変位量は、次に段差が検出されるまで更新されることなく維持されるので、微分値、変位量等の表示値が瞬時に更新されることがなく、測定値を確実に表示することができる。したがって、従来は読み取ることが困難であった段差の大きさを視認することが容易となる。
【００７３】
図８は、紙葉類を重ねて搬送する場合の変位量の変動を示す図である。図８（ａ）に示すように、紙葉類８３がベルトコンベア８２により重なって搬送される場合であっても、判別信号をワンショット出力とすることで、例えば図８（ｂ）に示すように、段差による変位量８１の立ち上がり変動が比較的急峻で、立ち下り変動が比較的緩やかな場合であっても、確実に各段差を検出することができる。
【００７４】
途中で測定レンジを外れた場合、サンプリング値を取得することはできない。この場合、測定レンジに戻ってきた時点で基準変位を設定し直す必要が生じる。図９は、途中で測定レンジを外れた場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。図９でも、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）を‘５０’、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）を‘９’としている。また、ワンショット出力時の時間を８ｍｓとしている。なお、図９における「サンプリング値」等の用語の定義は、特に再定義しない限り図６における用語の定義と同一である。
【００７５】
図９の２つ目の山に示すように、サンプリング途中９１でサンプリング値が測定レンジから外れたために、サンプリング値が取得できていない。この場合、サンプリング値の取得が再開された時点から、再度基準変位を設定し直すことで対応するので、サンプリング値の取得を再開してしばらくは差分値を取得することができない。したがって、測定値を出力しないので異常値を出力することがない。
【００７６】
また、基準変位を現在の変位に設定し直すのに、リセット入力を用いても良い（リセット手段）。この場合、リセット入力が入った時点における変位を基準変位として設定する。図１０は、リセット入力が入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。図１０でも、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）を‘５０’、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）を‘９’としている。また、ワンショット出力時の時間を８ｍｓとしている。なお、図１０における「サンプリング値」等の用語の定義は、特に再定義しない限り図６における用語の定義と同一である。
【００７７】
図１０のリセット入力のパルス波形に示すように２つ目の山で順次サンプリング値を取得し、差分値を算出している途中でリセット入力が入った場合、リセット入力が入った時点の現在の変位‘４５’を基準変位に設定する。この場合、記憶されるピークホールド値が小さくなるので、出力される値も小さくなる。
【００７８】
さらに、タイミング入力を受け付けることにより、所望のタイミングで取得したサンプリング値を無視し、出力を停止することもできる（停止指示受付手段）。図１１は、タイミング入力が入った場合の、時系列のサンプリング値の変動とその他の値の関係を示す図である。図１１でも、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）を‘５０’、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）を‘９’としている。また、ワンショット出力時の時間を８ｍｓとしている。なお、図１１における「サンプリング値」等の用語の定義は、特に再定義しない限り図６における用語の定義と同一である。
【００７９】
図１１のタイミング入力のパルス波形に示すように、オン状態である期間１１１の段差に基づいて取得したサンプリング値を無視し、オフ状態になった時点で、その時点のサンプリング値を基準変位‘１００’として設定している。これにより、測定値を出力する必要がない部分については、タイミング入力を入れることで測定値が出力されないようにすることができる。
【００８０】
なお、光学式変位センサ１は、ユーザの指示に応じて測定した変位量に基づく第一の閾値を設定できるように構成しても良い。より具体的には、光学式変位センサ１は、段差の下段に対応する変位量をユーザの指示に応じて測定し、次に段差の上段に対応する変位量をユーザの指示に応じて測定することで、段差の上段に対応する変位量と段差の下段に対応する変位量との中間の値を第一の閾値として自動的に設定することができる。
【００８１】
図１２は、第一の閾値の自動設定方法を説明するための模式図である。図１２（ａ）に示すように、まずワークＡ１の段差の下段に対応する変位量１２２を取得し、ユーザがＳＥＴボタン等を操作することにより記憶される。次に図１２（ｂ）に示すように、ワークＡ１の段差の上段に対応する変位量１２３を取得し、ユーザがＳＥＴボタン等を操作することにより記憶される。そして、図１２（ｃ）に示すように、ワークＡ１の段差の上段に対応する変位量１２３と段差の下段に対応する変位量１２２との中間の値を第一の閾値１２１として設定する。なお、自動的に設定した後、ユーザにより第一の閾値を任意の値に調整することが可能に構成しても良いことは言うまでもない。
【００８２】
また、第二の閾値を、第一の閾値と一定の関係を持たせることで、第一の閾値を設定した場合に自動的に第二の閾値が決定するように構成しても良い。例えば、第一の閾値の１０分の１の値を第二の閾値として設定する。
【００８３】
第二の閾値は、段差期間の継続時間、サンプリング回数等に応じて調整することができるようにしても良いし、サンプリング周期の設定に連動して調整することができるように構成しても良い。例えば、サンプリング周期が短い場合には第一の閾値の１０分の１の値を、サンプリング周期が長い場合には第一の閾値の３分の１の値を、それぞれ第二の閾値として設定する。
【００８４】
なお、第二の閾値をユーザが設定することが可能に構成されている場合、表示部２１に各段差期間の継続時間、サンプリング回数、あるいは各段差期間における前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値の最大値と最小値とを表示できるように構成し、ユーザに対して第二の閾値の設定に役立つ情報を表示させても良い。
【００８５】
また、判別した段差の数をカウントする段差カウント機能を備えても良い。
【００８６】
なお、測定ヘッド部２とコントローラ部４とが分離した分離型の光学式変位センサについて説明したが、本発明は測定ヘッド部２とコントローラ部４とが一体となった一体型の光学式変位センサへも適用することが可能である。
【００８７】
以上のように本実施の形態１によれば、変位量が第二の閾値以上であると判断した時点から段差期間であると判別し、段差期間における変位量が第一の閾値以上である場合に段差であると判別することにより、ベルトコンベア等の搬送装置の振動等による変位量の変動、時間方向の変位量の変動等の影響を低減し、より確実に段差を検出することが可能となる。
【００８８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光学式変位センサ１の構成は実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより、詳細な説明は省略する、本実施の形態２は、段差であるか否かを判別するのに、基準変位とサンプリング値との差分値を用いるのではなく、今回のサンプリング値と直前のサンプリング値との差分値を積算して用いる点で実施の形態１とは相違する。
【００８９】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る光学式変位センサ１の構成を示すブロック図であり、コントローラ部４内の機能ブロックの一例も示されている。測定ヘッド部２は、測定部２３、及びコントローラ部４とデータ通信する通信部２２で構成されている。コントローラ部４は、各種の演算処理を実行する演算部４１、必要な情報を記憶する記憶部４２、測定ヘッド部２とデータ通信する通信部４３、表示部２１、及びコントローラ間通信部４６により構成されている。
【００９０】
演算部４１は、マイコン、ＣＰＵ等で構成される。記憶部４２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等で構成され、段差期間であるか否かを判別する段差期間閾値（第二の閾値）４２１、段差であるか否かを判別する段差判別閾値（第一の閾値）４２２、段差期間内における変位量の最大値を示すピークホールド値４２３を、それぞれ記憶する。
【００９１】
また、コントローラ間通信部４６は、光学式変位センサ１を２台以上用いる場合に、コントローラ部４同士で情報を交換する。コントローラ間の通信にＣＡＮ通信、光通信等を用いるが、特にこれに限定されるものではなく、互いにデータ通信することができれば、特に限定されるものではない。
【００９２】
演算部４１の変位量算出部４１１は、図１に示す受光器１４の各受光素子の受光量に基づいて受光器１４上における受光スポットの位置、例えば１次元位置を検出し、検出した結果に基づいてワークＡ１の変位量を算出する。具体的には、受光素子が検出した受光量が受光素子ごとに判別され、各受光素子の配列方向に関する受光量の１次元位置の分布から受光スポットが抽出される。抽出された受光スポットのピーク位置又は重心位置に基づいて変位量が算出される。変位量として、ワークＡ１上における照射点の、投射光Ｌ１の光軸方向における位置が算出される。
【００９３】
サンプリング部４１２は、変位量算出部４１１により算出された変位量を所定のタイミングでサンプリングし、差分値算出部４１３は、前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する。段差期間判別部（判別手段）４１４は、算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する。
【００９４】
より具体的には、変位量の変動を捕捉し、変動する期間を段差とて認識する方法であるが、ノイズ等の段差以外による変動と段差による変動とを区別して、段差を認識する必要がある。しかし、正確に段差を判別するためには判別するための適切な閾値を設定することが困難であるため、段差期間判別部４１４は、ノイズ等の段差以外による変動も含め、差分値が第二の閾値よりも大きい期間を段差期間と判別する。また、段差期間を安定して判別できるように変位量の変動があったタイミングを段差期間の開始タイミング（段差期間開始時点）と判別し、変位量の変動が落ち着いたとみなすことができるタイミングを段差期間の終了タイミングと判別するようにしている。ここで、「変位量の変動が落ち着いたとみなすことができる」とは、例えば差分値が第二の閾値を超えない期間が所定時間又は所定サンプリング回数連続することを意味する。なお、変位量の変動には、正方向と負方向との２方向があるが、段差とみなす変動の方向はユーザによる設定等により正方向又は負方向が予め定められており、変位量の変動の絶対値が大きくても段差とみなす変動の方向と逆方向の場合には、検出すべき段差による変位量の変動はないとみなしている。
【００９５】
差分積算部４１８は、段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出し、段差判別部４１６は、段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する。出力部４１７は、段差であるか否かに関するＯＮ／ＯＦＦの判別信号を出力し、表示部２１に表示する。すなわち、段差の変位量を、測定値として７セグメントＬＥＤ表示部２６で構成された表示部２１に表示させる。
【００９６】
以下、上述した構成の光学式変位センサ１の動作について説明する。図１４は、本発明の実施の形態２に係る光学式変位センサ１の演算部４１の処理手順を示すフローチャートである。
【００９７】
図１４において、光学式変位センサ１の演算部４１は、所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ１４０１）、次の所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ１４０２）、直前にサンプリングした変位量（前回サンプリングした変位量）と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する（ステップＳ１４０３）。
【００９８】
演算部４１は、算出した差分値が、第二の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４０４）。演算部４１が、差分値が第二の閾値より小さいと判断した場合（ステップＳ１４０４：ＮＯ）、演算部４１は、処理をステップＳ１４０２へ戻して上述した処理を繰り返す。
【００９９】
演算部４１が、差分値が第二の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ１４０４：ＹＥＳ）、演算部４１は、算出した差分値を積算する（ステップＳ１４０５）。ここで、変位量の変動があったタイミングを段差期間の開始タイミング（段差期間開始時点）と判別し、差分値は直前にサンプリングした変位量（前回サンプリングした変位量）に基づいて算出されるので、該段差期間の直前の非段差期間における最後のサンプリング値が該段差期間の直前の非段差期間における各サンプリング値を代表する値に相当する。
【０１００】
演算部４１は、次の所定のタイミングで変位量をサンプリングし（ステップＳ１４０６）、直前の所定回数内、例えば５回以内にサンプリングした変位量との差分値のいずれかが第二の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４０７）。演算部４１が、直前の所定回数内にサンプリングした変位量に基づくいずれかの差分値が第二の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ１４０７：ＹＥＳ）、演算部４１は、算出した差分値をさらに積算し（ステップＳ１４０８）、積算した積算値をピークホールド値として記憶部４２に記憶し（ステップＳ１４０９）、処理をステップＳ１４０６へ戻して上述した処理を繰り返す。なお、算出した差分値を積算した積算値は、中間で取得したサンプリング値が順次相殺され、最初と最後に取得したサンプリング値に相当するが、最初のサンプリング値は該段差期間の直前の非段差期間における最後のサンプリング値であり、最後のサンプリング値は該段差期間における最大のサンプリング値に相当するものであるから、算出した差分値を積算した積算値のピークホールド値は、段差代表値に相当する。
【０１０１】
演算部４１が、直前の所定回数内にサンプリングした変位量に基づく差分値がすべて第二の閾値より小さいと判断した場合（ステップＳ１４０７：ＮＯ）、演算部４１は、記憶してあるピークホールド値が第一の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４１０）。演算部４１が、記憶してあるピークホールド値が第一の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ１４１０：ＹＥＳ）、演算部４１は、段差である旨を示す判別信号をワンショット出力する（ステップＳ１４１１）。演算部４１が、記憶してあるピークホールド値（段差代表値）が第一の閾値より小さいと判断した場合（ステップＳ１４１０：ＮＯ）、演算部４１は、記憶してある積算値及びピークホールド値を０（ゼロ）にリセットし（ステップＳ１４１２）、処理をステップＳ１４０２へ戻して上述した処理を繰り返す。
【０１０２】
実施の形態２においても、図９乃至図１１と同様に、測定レンジを外れた場合であっても測定を継続することができ、リセット入力、タイミング入力を活用することができる。
【０１０３】
以上のように本実施の形態２によれば、変位量を差分値の積算値として求めることができ、求めた変位量が第二の閾値以上であると判断した時点から段差期間であると判別し、段差期間における変位量が第一の閾値以上である場合に段差であると判別することにより、変位量の変動が搬送装置の振動によるものであるか段差によるものであるかを判断する閾値を比較的容易に設定することができ、段差が微小であっても確実に検出することが可能となる。また、測定値を確実に表示することができるので、従来は読み取ることが困難であった段差の大きさを視認することが容易となる。
【０１０４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変更、改良等が可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 光学式変位センサ
２ 測定ヘッド部
４ コントローラ部
１１ 投光器
１４ 受光器
２１ 表示部
４１ 演算部
４２ 記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、
所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、
前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する差分値算出手段と、
算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、
前記段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出する差分積算手段と、
前記段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、
段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項２】
前記段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１記載の光学式変位センサ。
【請求項３】
前記段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値をゼロにリセットするリセット手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の光学式変位センサ。
【請求項４】
検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、
所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、
前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する差分値算出手段と、
算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、
前記段差期間と判別された期間における基準変位を特定する基準変位特定手段と、
現在の変位と前記基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、
段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項５】
前記段差期間と判別された期間において前記基準変位を現在の変位にリセットするリセット手段を備えることを特徴とする請求項４記載の光学式変位センサ。
【請求項６】
前記判別手段は、前記タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値以上であると判断された期間を段差期間であると判別するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学式変位センサ。
【請求項７】
前記判別手段は、前記タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値より小さいと判断された期間であっても、直前の所定期間内でいずれかの差分値が第二の閾値以上であると判断した場合には、段差期間であると判別するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学式変位センサ。
【請求項８】
前記変位量を出力することを停止する停止指示を受け付ける停止指示受付手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学式変位センサ。
【請求項９】
前記出力手段は、前記判別信号を、一定の時間幅を有するワンショットパルス信号として出力するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学式変位センサ。
【請求項１０】
検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、
所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、
前記変位量の変動に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、
段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の一方を表す第１代表値と、該段差期間の直前の非段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の他方を表す第２代表値とに基づいて段差代表値を算出する段差算出手段と、
前記段差期間と判別された期間ごとに算出した段差代表値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、
段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項１１】
検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおける段差検出方法において、
所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する工程と、
算出した変位量の差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する工程と、
前記段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出する工程と、
前記段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する工程と、
段差であるか否かに関する判別信号を出力する工程と
を含むことを特徴とする段差検出方法。
【請求項１２】
検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおける段差検出方法において、
所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する工程と、
算出した変位量の差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する工程と、
前記段差期間と判別された期間における基準変位を特定する工程と、
現在の変位と前記基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別する工程と、
段差であるか否かに関する判別信号を出力する工程と
を含むことを特徴とする段差検出方法。
【請求項１】
検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、
所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、
前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する差分値算出手段と、
算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、
前記段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出する差分積算手段と、
前記段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、
段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項２】
前記段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１記載の光学式変位センサ。
【請求項３】
前記段差期間と判別された期間において算出した差分値の積算値をゼロにリセットするリセット手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の光学式変位センサ。
【請求項４】
検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、
所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、
前回サンプリングした変位量と今回サンプリングした変位量との差分値を算出する差分値算出手段と、
算出した差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、
前記段差期間と判別された期間における基準変位を特定する基準変位特定手段と、
現在の変位と前記基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、
段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項５】
前記段差期間と判別された期間において前記基準変位を現在の変位にリセットするリセット手段を備えることを特徴とする請求項４記載の光学式変位センサ。
【請求項６】
前記判別手段は、前記タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値以上であると判断された期間を段差期間であると判別するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学式変位センサ。
【請求項７】
前記判別手段は、前記タイミングごとに差分値が第二の閾値以上であるか否かを判断し、第二の閾値より小さいと判断された期間であっても、直前の所定期間内でいずれかの差分値が第二の閾値以上であると判断した場合には、段差期間であると判別するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学式変位センサ。
【請求項８】
前記変位量を出力することを停止する停止指示を受け付ける停止指示受付手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学式変位センサ。
【請求項９】
前記出力手段は、前記判別信号を、一定の時間幅を有するワンショットパルス信号として出力するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学式変位センサ。
【請求項１０】
検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおいて、
所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する変位量算出手段と、
前記変位量の変動に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する判別手段と、
段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の一方を表す第１代表値と、該段差期間の直前の非段差期間に取得した変位量に基づく段差の上段又は下段の他方を表す第２代表値とに基づいて段差代表値を算出する段差算出手段と、
前記段差期間と判別された期間ごとに算出した段差代表値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する段差判別手段と、
段差であるか否かに関する判別信号を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする光学式変位センサ。
【請求項１１】
検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおける段差検出方法において、
所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する工程と、
算出した変位量の差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する工程と、
前記段差期間と判別された期間における差分値の積算値を算出する工程と、
前記段差期間と判別された期間ごとに算出した積算値の最大値と第一の閾値とを比較して段差であるか否かを判別する工程と、
段差であるか否かに関する判別信号を出力する工程と
を含むことを特徴とする段差検出方法。
【請求項１２】
検出対象物に投射光を照射し、該検出対象物で反射した反射光を、受光器を用いて受光して検出対象物の変位量を取得する光学式変位センサにおける段差検出方法において、
所定のタイミングでサンプリングして取得する前記受光器の受光信号に基づいて前記検出対象物の変位量を算出する工程と、
算出した変位量の差分値に基づいて段差期間と非段差期間とを判別する工程と、
前記段差期間と判別された期間における基準変位を特定する工程と、
現在の変位と前記基準変位との差分値を第一の閾値と比較して段差であるか否かを判別する工程と、
段差であるか否かに関する判別信号を出力する工程と
を含むことを特徴とする段差検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１２７８６５（Ｐ２０１２−１２７８６５Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８０８９８（Ｐ２０１０−２８０８９８）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]