光電センサ
【課題】様々な表面加工がされている物体、あるいは、様々な包装で包まれている物体についても、精度よく物体の検出を行う技術を提供することを課題とする。
【解決手段】センサヘッドは、光を照射して、その反射光をラインセンサで受光する。そして、ラインセンサの出力から受光量分布を得る。受光量分布に、複数の極大値が検出された場合（ステップＳ２３でＮＯ）には、多重反射が発生していると判断し、物体が存在すると判定する。極大値が検出されない場合（ステップＳ２３でＮＯ）にも、状態が変化したことから物体が存在すると判定する。また、極大値の数が１つであっても、ピークの位置が閾値の範囲を超えていれば（ステップＳ２４でＮＯ）、物体が存在すると判定する。さらに、受光波形の幅が規定範囲内を超えている場合（ステップＳ２５でＮＯ）にも、物体が存在すると判定する。
【解決手段】センサヘッドは、光を照射して、その反射光をラインセンサで受光する。そして、ラインセンサの出力から受光量分布を得る。受光量分布に、複数の極大値が検出された場合（ステップＳ２３でＮＯ）には、多重反射が発生していると判断し、物体が存在すると判定する。極大値が検出されない場合（ステップＳ２３でＮＯ）にも、状態が変化したことから物体が存在すると判定する。また、極大値の数が１つであっても、ピークの位置が閾値の範囲を超えていれば（ステップＳ２４でＮＯ）、物体が存在すると判定する。さらに、受光波形の幅が規定範囲内を超えている場合（ステップＳ２５でＮＯ）にも、物体が存在すると判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の検出を行う光電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体に光を照射し、物体からの反射光を受光することで、物体の検出を行う光電センサと呼ばれる機器が存在する。光電センサを用いて物体を検出する方法としては、いくつかの手法がとられている。１つの方法としては、受光素子が受光する反射光の受光量が所定の閾値を上回った場合に、物体が存在すると判断する方法である（受光量判断型）。
【０００３】
別の方法としては、反射光に基づいて対象物の変位を測定し、変位に基づいて物体を検出する方法である（距離判断型）。具体的には、受光量分布の重心位置を測定可能な受光素子を用い、その重心位置の変位を測定し、変位が所定の閾値を上回った場合に、物体が存在すると判断する方法である。
【０００４】
距離判断型について図を用いて説明する。図２３は、距離設定型の光電センサ１００により変位を測定する原理を示す図である。光電センサ１００の投光部１０１から照射された光は、反射面１１０ａあるいは反射面１１０ｂで反射して受光部１０２において受光されるものとする。
【０００５】
図２４は、受光部１０２を示す図である。受光部１０２は、受光レンズ１０３と受光素子１０４を備えている。反射光は、受光レンズ１０３を介して受光素子１０４において受光される。そして、この反射光が受光素子１０４上でスポットを形成する位置は、光の反射位置によって異なる。たとえば、図２３において光電センサ１００に近い側の反射面１１０ａで光が反射している場合には、反射光１１１ａは、受光素子１０４の位置１０４ａ付近にスポットを形成する。これに対して、反射面１１０ｂで反射している反射光１１１ｂは、位置１０４ｂにスポットを形成する。
【０００６】
図２５（ａ）,（ｂ）は、それぞれ反射光１１１ａ,１１１ｂにより受光素子１０４に形成された受光量分布を示している。このように、光の反射位置によってスポットの形成位置が異なるので、これを利用して変位（光の反射位置あるいは反射面の変位と言っても良い。）を測定することができるのである。そして、図２３および図２５に示すように、変位が閾値Ｔｈ０を超えた場合に、制御出力をＯＮとして物体が存在すると判定するのである。
【０００７】
図２６は、光電センサ１００により物体１２０の検出を行っている様子を示している。図に示すように、光電センサ１００は、ベルトコンベア１２１上を流れる物体１２０に光１３０を照射し、その反射光を受光し、図２３ないし図２５で説明した原理を利用して変位を測定する。
【０００８】
図２７は、光電センサ１００が受光する反射光の受光量分布に基づいて測定した変位の変化を表している。変位とは、上述したように、投光位置から反射位置までの距離と考えればよい。あらかじめ閾値Ｔｈ０が決められており、この閾値Ｔｈ０よりも変位が小さくなった場合（反射面までの距離が近づいた場合）、検出信号をＯＮとし、閾値Ｔｈ０よりも変位が大きくなった場合（反射面までの距離が遠ざかった場合）、検出信号をＯＦＦとするのである。つまり、物体１２０が通過する際には、光の反射位置が光電センサ１００に近づくことになるので、この変位に基づいて物体１２０の検出を行っているのである。
【０００９】
多くの対象物に対しては、上記のいずれの方法（受光量判断型、距離判断型）であっても、ある程度の物体の検出精度が得られる。しかし、光沢の高い物体などにおいては、物体の検出が困難である。
【００１０】
たとえば、図２８（ａ）に示すように、物体の表面１４０が鏡面状態である場合には、受光部１０２に複数の経路を経た光が入射することになる。図中、破線は、正反射されて受光部１０２に入射する光を示している。つまり、投光部１０１が映り込んでいるような場合である。このため、図２８（ｂ）に示すように、受光量分布には、本来のピークｐ１０とは別の位置に小さなピークｐ２０が形成される。これにより、重心位置ｇ１０は、本来の位置より右にずれて誤って認識されることになる。つまり、変位を誤って測定することになる。
【００１１】
また、図２９（ａ）に示すように、物体の表面１４１に光沢がある場合には、光が乱反射するという問題がある。図２９は、乱反射の影響なく受光部１０２において反射光を入射した場合であり、この場合には、図２９（ｂ）に示すように、ピークｐ１０のみが現れ、その重心位置ｇ２０も一致し、問題ない。
【００１２】
ところが、図３０（ａ）あるいは図３１（ａ）に示すように、乱反射が発生し、複数の経路を経た光が受光部１０２に入射する場合がある。この場合には、図３０（ｂ）あるいは図３１（ｂ）に示すように、重心位置ｇ３０,ｇ４０が、本来のピークｐ１０の位置からずれて認識されるという問題がある。つまり、本来のピークｐ１０とは別に、小さなピークｐ３０,ｐ４０が形成されるために、重心位置が左右にずれるのである。また、図３０,図３１から分かるように、乱反射によって、重心位置が右にも左にもずれることがあるため、予測が困難であり、変位を測定することができない。
【００１３】
このような問題を解決する方法として、受光量の分布を解析し、ピーク位置を判定した上で変位を求める方法がある。この方法を用いるためには、たとえば、ＣＣＤなどの受光素子が用いられる。受光量分布を解析し、正しいと思われるピーク位置を決定し、このピーク位置から変位量を求めるのである。
【００１４】
下記特許文献１は、受光量分布を解析することで、ピーク位置を判定する方法を開示している。具体的には、閾値を設けて、その閾値よりも低いピーク位置を捨てることで、雑音成分を除去して、本来のピーク位置を判定しようとするものである。
【００１５】
【特許文献１】特開平１０−２６７６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記のように、受光量分布を解析してピーク位置が正しく算出されれば、正確な変位が求まるため、物体の検出精度も高くなる。しかし、受光量分布を解析する方法も完全とは言えない。たとえば、紙の箱や木材であれば検出精度も高いであろうが、図３２ないし図３８で示したような物体は、検出が困難である。つまり、図３２ないし図３８で示したような物体については、光の乱反射の度合いが大きいため、必ずしも、極大値の高いピークが真のピークとは限らないからである。また、受光量分布が非常に複雑になると、ピーク自体を検出することも難しいからである。
【００１７】
図３２は、光沢度の高い包装１５１で包まれている物体１５０を示している。図３３は、透明度の高い包装１５３で包まれている物体１５２を示している。図３４は、鏡面加工された物体１５４を示しており、図３５は、複雑な形状の半透明の物体１５５を表している。これら図３２ないし図３５で示した物体は、物体や包装の表面で乱反射する光の量が多く、受光量分布を解析して、真のピークを判定することは困難である。つまり、物体表面あるいは包装の表面で多重反射が発生するために、受光量分布の解析自体が困難である。
【００１８】
また、図３６（ａ）,（ｂ）に示すように、ボールベアリング１５６などの金属加工品について、その表裏を判別したい場合などにおいて、変位を正確に測定することが困難であった。あるいは、図３７に示すように、金属加工された物体１５７の加工部１５７ａの有無を判別したい場合や、図３８に示すように、積層されているガラス基板１５８の端面の位置を検出する処理においても、変位を正確に測定することが困難であった。
【００１９】
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、どのような表面加工がされている物体に対しても、あるいは、どのような包装で包まれている物体についても、精度よく物体の検出を行う技術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】
【００２０】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、投光手段と、少なくとも一方向に配列された複数の受光素子によって、前記投光手段により照射された光の反射光を受光する受光手段と、前記受光手段から得られた受光量分布に基づいて、前記投光手段により照射された光を反射させた対象の変位相当量を求める手段と、前記受光量分布に基づいて、多重反射の有無を検出する多重反射検出手段と、前記多重反射検出手段により検出された多重反射の有または無の少なくともいずれか一方を示す情報を外部に出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光電センサにおいて、前記多重反射検出手段は、前記受光量分布に複数のピークが存在する場合及び／または所定の閾値以上の受光量が得られた領域が所定範囲以上存在する場合、多重反射が発生していると判定することを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、前記出力手段は、前記光電センサに設けられた多重反射の有無を表示する表示灯であることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、求めた変位相当量と設定された閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別する物体判別手段、を備え、前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は前記物体判別手段の判別結果を示す信号を出力し、多重反射が検出された場合は多重反射が検出されたことを示す信号を出力することを特徴とする。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、求めた変位相当量と設定された閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別する物体判別手段、を備え、前記出力手段は、前記光電センサに設けられた多重反射の有無を表示する表示灯であり、さらに多重反射が検出されない場合は前記物体判別手段の判別結果を示す信号を出力し、多重反射が検出された場合は多重反射が検出されたことを示す信号を出力することを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、前記判別結果を示す信号のうち一の信号と、多重反射が検出されたことを示す信号とが同じであることを特徴とする。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、前記物体判別手段は、求めた変位相当量と二の前記閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別するものであって、前記判別結果を示す二値信号のうち求めた変位相当量が二の前記閾値の間にあると判別された時の信号と、多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、さらに、外部からの指示に基づいて変位相当量を取得し、当該取得された変位相当量を含む範囲と含まない範囲とを判別するための前記閾値を設定する閾値設定手段、を備え、前記判別結果を示す二値信号のうち前記取得された変位相当量を含む範囲を示す信号と多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、前記物体判別手段は、求めた変位相当量と二の前記閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別するものであって、前記光電センサは、さらに、外部からの指示に基づいて変位相当量を取得し、当該取得された変位相当量を含む範囲と含まない範囲とを判別するための二の前記閾値を設定する閾値設定手段を備え、前記判別結果を示す二値信号のうち求めた変位相当量が二の前記閾値の間にあると判別された時の信号と多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、請求項４ないし請求項９のいずれかに記載の光電センサにおいて、前記受光量分布からピークが検出されない場合にも、物体を検出したと判定することを特徴とする。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、多重反射が検出されているときに求めた変位相当量に換えて多重反射を検出する直前に算出した変位相当量を現在の変位として出力する手段、を備えることを特徴とする。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、請求項１に記載の光電センサにおいて、前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は変位相当量を表示し、多重反射が検出された場合は、多重反射が検出されたことを表示する表示部であることを特徴とする。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、請求項１に記載の光電センサにおいて、前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は変位相当量を表示し、多重反射が検出された場合は、多重反射が検出される直前に算出した変位相当量と多重反射が検出されたことを表示する表示部であることを特徴とする。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１２に記載の光電センサにおいて、前記受光量分布に複数のピークが存在する場合、近距離側のピークに基づいて変位相当量を求めることを特徴とする。
【００３４】
請求項１５記載の発明は、請求項１２に記載の光電センサにおいて、前記受光量分布に複数のピークが存在する場合、極大値が最も大きいピークに基づいて変位を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の光電センサは、受光量分布に基づいて、多重反射の有無を検出し、多重反射の有無に関わる信号を出力する。これにより、多重反射の発生の有無に応じた制御を実行することが可能である。
【００３６】
本発明の光電センサは、受光量分布における真のピークを特定することなく、物体検出を行うことができる。完全ではないアルゴリズムによって真のピークを推定する場合には、誤った変位を用いて、誤った物体検出結果を出力する場合があるが、本発明においては、真のピークを特定する処理自体を必要としないので、物体検出の精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る光電センサ１の外観図である。光電センサ１は、センサヘッド２とアンプユニット３から構成されている。センサヘッド２は、アンプユニット３にケーブル４を介して接続されている。また、アンプユニット３には、外部とデータを交換するためのケーブル５が接続されている。このセンサヘッド２が、たとえば、製品の製造ラインに設置されることで、搬送される製品の検出や、製品の加工部分の検出などを行う。
【００３８】
図２（ａ）は、センサヘッド２の正面図であり、図２（ｂ）は、背面図である。センサヘッド２の正面には、物体に対して光を照射する投光部２１と、反射光を受光する受光部２３が配列されている。また、背面には、表示灯２７が設けられている。表示灯２７は、複数のＬＥＤ２７ａ〜２７ｃで構成されている。ＬＥＤ２７ａは、電源ＯＮのときに点灯し、ＬＥＤ２７ｂは、後で詳しく説明するが、多重反射を検出した場合に点灯する。ＬＥＤ２７ｃは、複数のＬＥＤからなり、変位量を表す用途などに用いられる。
【００３９】
図３は、アンプユニット３の平面図である。アンプユニット３の装置表面には、設定部３１および表示灯３５が設けられている。設定部３１は、十字カーソルや複数のボタンなどからなり、光電センサ１に対する設定操作などを行うことができる。表示灯３５は、数値を表示する７セグＬＥＤ３５ａと、複数のＬＥＤからなり、変位量を表す用途などに用いられるＬＥＤ３５ｂで構成されている。
【００４０】
図４は、センサヘッド２およびアンプユニット３の機能ブロック図である。センサヘッド２は、投光部２１、投光処理部２２、受光部２３、増幅部２４、Ａ／Ｄ変換部２５、主制御部２６、表示灯２７、通信部２８を備えている。
【００４１】
投光部２１は、たとえばレーザダイオードであり、投光処理部２２により、駆動制御されることで、光を照射する。受光部２３は、本実施の形態においては、ＣＣＤを用いている。受光部２３は、複数の受光素子を備えており、これら受光素子は、投光部２１から照射された光の反射光を受光する。受光部２３は、反射光を受光すると、光電変換を行うことで、受光量をアナログ信号として出力する。増幅部２４は、受光部２３から出力されたアナログ信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部２５は、増幅部２４から出力されたアナログ信号をデジタル変換し、主制御部２６に出力する。
【００４２】
主制御部２６は、センサヘッド２の全体制御を行う処理部であり、ＣＰＵ、メモリ、ＣＰＵ上で動作するソフトウェアなどから構成される。主制御部２６は、投光処理部２２に対して指示信号を送り、投光量の調整などを行う。また、主制御部２６は、受光部２３から出力された信号を受け取って本発明の特徴である各種のソフトウェア処理を実行する。
【００４３】
ここで、受光部２３は、少なくとも一方向に複数の受光素子が配列されたセンサである。本実施の形態では、１次元のＣＣＤラインセンサを用いている。これにより、受光した反射光の直線上の光量分布情報を得ることが可能であり、主制御部２６がＡ／Ｄ変換部２５から入力するデジタル信号は、１次元の受光量分布を示す信号である。主制御部２６は、この信号を利用して物体の検出処理等を実行するのである。なお、受光部２３として、２次元センサを用いても良い。
【００４４】
表示灯２７は、図２でも示したように、各種の情報を表示する表示部である。通信部２８は、ケーブル４を介してアンプユニット３と通信を行い、データの送受信を行う。
【００４５】
アンプユニット３は、設定部３１、外部入出力部３２、記憶部３３、主制御部３４、表示灯３５、通信部３６を備えている。設定部３１は、アンプユニット３に対する各種の設定操作を行うためのものであり、図３に示すように、十字カーソルなどから構成される。外部入出力部３２は、光電センサ１の検出結果、測定結果などをケーブル５を介して外部に出力するためのインタフェースである。また、外部から設定情報などを入力するためのインタフェースである。記憶部３３は、設定情報などを記憶している。主制御部３４は、ＣＰＵ、メモリ、ＣＰＵ上で動作するソフトウェアなどから構成され、アンプユニット３の全体制御を行う。表示灯３５は、図３に示すように、７セグＬＥＤ３５ａとＬＥＤ３５ｂから構成されている。通信部３６は、センサヘッド２の通信部２８との間で通信を行い、センサヘッド２から検出情報などを受信するほか、センサヘッド２に対する制御信号を送信する。
【００４６】
次に、センサヘッド２における物体検出に関わる処理の流れについて説明する。図５は、設定処理のフローチャートである。設定処理とは、物体の検出処理に先立って、精度よく物体を検出するための準備処理である。
【００４７】
まず、ワーク（基準）の距離を記憶する（ステップＳ１１）。図６（ａ）は、センサヘッド２から光１０を照射し、基準面１１からの反射光を受光している様子を示している。そして、この受光量の分布は、図６（ｂ）のようになり、ピーク位置ｐ１が現れるため、このピーク位置ｐ１を、基準位置ｂｐとして設定する。たとえば、センサヘッド２を図６（ａ）の状態で固定しながら、アンプユニット３に設けられた設定ボタン（設定部３１）を押下することにより、基準位置ｂｐが設定される。基準位置ｂｐは、主制御部２６内の記憶手段に記憶される。なお、物体がない状態を基準とするのであれば、物体が搬送される搬送経路の路面が基準面１１となる。あるいは、物体表面の凹部を検出する場合などにおいては、物体表面の平坦部分（凹部がない面）が基準面１１となる。
【００４８】
また、この基準面１１を設定する操作を行う場合には、多重反射が発生していないことを確認する。上記のように、センサヘッド２の表示灯２７には、多重反射の発生を通知するＬＥＤ２７ｂが設けられている。したがって、このＬＥＤ２７ｂが点灯していない状態で基準面１１を設定する。
【００４９】
次に、記憶した基準位置ｂｐの上下に閾値が設定される（ステップＳ１２）。ピークの位置が、基準位置ｂｐから閾値を超えてずれた場合に、物体ありと判断される。図７（ａ）,（ｂ）に示すように、基準位置ｂｐの上下に閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂが設定され、同様に、主制御部２６内の記憶手段に記憶される。なお、この閾値の値（幅）は、あらかじめ設定部３１を操作して設定されていてもよいし、外部入出力部３２を介して外部から入力したデータにより予め設定されていてもよい。あるいは、設定部３１を操作して自由に変更しながら設定するようにしてもよい。
【００５０】
次に、図８を参照しながら、物体検出の処理の流れについて説明する。図５で説明した設定処理が完了後、実際に、センサヘッド２の下を物体が搬送されてくる。そして、同様に、センサヘッド２は、投光部２１から光を照射して、受光部２３において反射光を受光する。これにより、主制御部２６が光量分布情報を得る。図８は、この光量分布情報を得た後、主制御部２６において行われる処理の流れである。
【００５１】
まず、イメージセンサ上極大値のある位置を探索する（ステップＳ２１）。つまり、主制御部２６は、光量分布情報からピークの位置を探索する。次に、主制御部２６は、極大値の個数を探索する（ステップＳ２２）。つまり、ピークの個数を計測する。そして、主制御部２６は、極大値の個数が１個であるか否かを判定し（ステップＳ２３）、極大値の個数が１個でない場合、つまり、極大値の個数が０個であるか２個以上である場合には、ステップＳ２７に移行し、制御出力をＯＮにする。つまり、物体を検出したという制御出力を行う。
【００５２】
この判断の根拠について説明する。まず、極大値の個数が２個以上である場合とは、投光部２１から照射された光が物体表面で乱反射し、受光部２３に複数の経路を経た反射光が入射したことを意味する。ここで、図５ないし図７を用いて説明した設定処理時には、乱反射が発生していない環境で基準位置ｂｐおよび閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂを設定している。つまり、極大値の個数は１である状態で設定を行っている。
【００５３】
これに対して、極大値の個数が２個以上になった場合とは、多重反射が発生していることを意味しており、設定時とは異なる状態になっていると判断できる。これにより、変位量などを測定あるいは解析することなく、直ちに物体有りと判断するようにしているのである。
【００５４】
たとえば、図９に示すような場合が想定される。図９（ａ）に示すように、物体が光沢度の高い包装１２ａで包まれている場合、多重反射が発生する。そして、図９（ｂ）に示すように、複数の極大値が探索される。この場合には、多重反射が発生しているという判断とあわせて、物体が検出されたという判断を行うのである。
【００５５】
一方、極大値の個数が０個の場合にも、状態が変化していると判断できる。つまり、設定時には、極大値の個数が１個であったわけであり、明らかに状態が変化していることから物体を検出したと判断するのである。
【００５６】
たとえば、図１０に示すような場合が想定される。図１０（ａ）に示すように、物体が光沢度の高い包装１２ａで包まれている場合、投光部２１から照射された光１０は、受光部２３に戻ることなく乱反射している。この場合、図１０（ｂ）に示すように、極大値が探索されないので、物体が検出されたという判断を行うのである。
【００５７】
再びフローチャートに戻る。極大値の個数が１個である場合には、次に、極大値の位置が設定距離範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。つまり、ピークの位置が、図５のステップＳ１２で設定した閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂの範囲内に入っているか否かを判定する。そして、設定範囲内ではない場合には、ステップＳ２７に移行し、制御出力をＯＮにする。つまり、物体を検出したという制御出力を行う。
【００５８】
これは、極大値の個数は１個であるが、閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂの範囲から外れているわけであり、光の反射面が移動したことを表しているからである。たとえば、物体が光沢度の小さいものであって、多重反射が発生しないような物体であるならば、明らかに光の反射面が移動しており、物体の存在が明白である。これに対して、図１１に示すように、物体が、やはり、光沢度の高い包装１２ａで包まれている場合であっても、いくつかの反射光が重なり合って偶然極大値が１つになる場合がある。しかし、この場合にも、極大値の位置が、閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂの範囲から外れていれば、状態が変化していることが明白であるので、物体を検出したと判断するのである。
【００５９】
極大値の位置が設定距離範囲内にある場合、受光波形の幅が規定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２５）。受光波形の幅が規定範囲内にない場合には、ステップＳ２７に移行し、制御出力をＯＮにする。つまり、多重反射が発生しているとして、物体を検出したという制御出力を行う。
【００６０】
受光波形の幅が規定範囲内にない場合について図１２を参照して説明する。図１２（ａ）に示すように、物体が光沢度の高い包装１２ａに包まれており、投光部２１から照射された光１０は、包装１２ａで多重反射している。そして、多重反射した光が、比較的同じような角度で受光部２３に入射している。この場合、受光量の分布は図１２（ｂ）のようになる。つまり、複数の山が重なりあって、幅の長い分布となっている。一般には、図６等で示したように、受光量分布の形状はピークに向かって細くなっていくため、たとえば、極大値の５０％の光量であれば、その分布幅はある程度予測することが可能である。したがって、その予測した幅を設定しておけば、その幅を超えるような受光量分布が得られた場合には、やはり、状態が変化していると判断することができる。これにより、物体を検出したと判断するのである。
【００６１】
受光波形の幅が規定範囲内にある場合には、ステップＳ２６に移行し、制御出力をＯＦＦにする。つまり、物体は検出されなかったとする制御出力を行うのである。つまり、極大値の個数が１であり、極大値の位置が設定範囲内にあり、受光波形の幅が規定範囲内にあるということは、多重反射が発生せず、極大値が基準位置ｂｐから大きくずれることなく、さらに、波形も変化していない、ということであるので、物体は検出していないと判断するのである。たとえば、図１３（ａ）で示すように、物体の検出処理中、センサヘッド２の下には物体が存在していない。この場合には、図１３（ｂ）に示すように、受光量分布は、設定処理時の受光量分布（図６（ｂ））と近似しており、物体を検出していないと判断するのである。
【００６２】
このように、本実施の形態の光電センサ１によれば、第一に、多重反射が検出されれば、即座に物体ありと判定する。これにより、複数のピークが存在する場合に、どのピークを選択して変位を決定するかという煩雑な処理を不要とすることができる。また、どのピークを選択するかという処理は、判断を誤る場合が生じるが、本実施の形態によれば、物体の有無を判断するうえでは、それら判断を排除することで、物体の検出精度を高くすることができる。
【００６３】
また、ピークの数が０となった場合や、受光波形の幅が規定範囲内にない場合にも、物体ありと判定する。これにより、複雑な受光波形を解析して、推定により変位を求めるといった煩雑な処理を不要とし、即座に物体の有無を判断することが可能である。
【００６４】
従来、物体の検出を行う光電センサにおいては、受光量分布から、どのピークを真のピークとして選択するかという点に注力されていた。つまり、複雑な受光波形を得た場合にも、様々なアルゴリズムを駆使して、真のピークを見つけることを模索し、推定した真のピークから変位を求め、さらに、変位と閾値との比較から物体の有無を判定していた。これに対して、本実施の形態の光電センサ１は、複雑な波形解析を行うことなく、極大値の個数のみによって、物体の有無を判定する。あるいは、波形の幅によって物体の有無を判定するようにした。これにより、複雑な処理をすることなく、精度の高い物体検出が可能となっているのである。
【００６５】
図１４ないし図１９は、本実施の形態の光電センサ１を用いて様々な物体の有無を検出する実施例である。
【００６６】
図１４は、透明度の高い包装に包まれた物体１２ｂの検出例を示す図である。図１４（ａ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、物体は存在しないと判断される。図１４（ｂ）では、ピークが複数探索されるので、物体ありと判断される。図１４（ｃ）では、偶然、ピークが１つになっているが、ピークの位置が設定範囲を超えており、やはり、物体ありと判断される。
【００６７】
図１５は、鏡面加工された物体１２ｃの検出例を示す図である。図１５（ａ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、物体は存在しないと判断される。図１５（ｂ）では、ピークが探索されないので、物体ありと判断される。図１５（ｃ）では、偶然、ピークが１つになっているが、ピークの位置が設定範囲を超えており、やはり、物体ありと判断される。
【００６８】
図１６は、形状の複雑な半透明の物体１２ｄの検出例を示す図である。図１６（ａ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、物体は存在しないと判断される。図１６（ｂ）では、ピークが複数探索されるので、物体ありと判断される。図１６（ｃ）では、偶然、ピークが１つになっているが、ピークの位置が設定範囲を超えており、やはり、物体ありと判断される。
【００６９】
図１７は、裏面が上に向いているベアリング１２ｅの検出例を示す図である。この場合、図１７（ｄ）に示すように、ベアリング１２ｅを裏側に向けた状態の裏面（底面）を基準面１１として設定処理が行われる。つまり、図５で説明した設定処理においては、図６で示すように、物体が置かれていない搬送路上を基準面１１として設定を行った。これに対して、裏向きのベアリング１２ｅを検出する場合には、ベアリング１２ｅを裏向きに置いた状態で、裏面を基準面１１として設定処理が行われる。したがって、裏面の上下位置に閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂが設定される。
【００７０】
図１７（ａ）および図１７（ｂ）では、ピークが複数探索されるので、ベアリング１２ｅは裏向きではないと判断される。図１７（ｃ）では、偶然、ピークが１つになっているが、ピークの位置が設定範囲を超えており、やはり、ベアリング１２ｅは裏向きではないと判断される。図１７（ｄ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、ベアリング１２ｅが裏向きであると判定される。
【００７１】
図１８は、金属加工製品１２ｆの金属加工部１２ｇの検出例を示す図である。この場合、図１８（ｃ）に示すように、金属加工部１２ｇがない部分を基準面１１として設定処理が行われる。
【００７２】
図１８（ａ）では、ピークが複数探索されるので、金属加工部１２ｇが存在すると判断される。図１８（ｂ）では、偶然、ピークが１つになっているが、ピークの位置が設定範囲を超えており、やはり、金属加工部１２ｇが存在すると判断される。図１８（ｃ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、金属加工部１２ｇは存在しないと判断される。
【００７３】
図１９は、ガラス基板端面の位置決め検出例を示す図である。この場合、図１９（ａ）に示すように、ガラス基板１２ｈの端面を基準面１１として設定処理が行われる。
【００７４】
図１９（ａ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、ガラス基板の端面であると判断される。図１９（ｂ）では、ピークが複数探索されるので、ガラス基板の端面でないと判断される。
【００７５】
このように、本実施の形態の光電センサ１によれば、あらゆる形状の物体、あらゆる包装に包まれた物体であっても、精度よくその有無を検出することが可能である。また、金属加工品や鏡面加工された製品の加工部分の検出も精度よく行うことが可能である。
【００７６】
次に、本発明の光電センサ１の付加機能について説明する。付加機能は、表示に関する機能である。図２、図３で説明したように、センサヘッド２およびアンプユニット３には、それぞれ表示灯２７,３５が備わっている。この表示灯２７,３５を用いて各種の情報表示を行う。
【００７７】
まず、センサヘッド２において、主制御部２６が多重反射を検出した場合、主制御部２６は、ＬＥＤ２７ｂの点灯制御を行う。これにより、ユーザは、ＬＥＤ２７ｂの点灯を見て即座に多重反射が発生していることを認識することが可能である。上述したように、基準面１１を設定する際には、このＬＥＤ２７ｂの表示を参考にすればよい。また、主制御部２６は、算出した変位量をＬＥＤ２７ｃの点灯幅で表現する。つまり、変位量が大きくなるとＬＥＤ２７ｃの点灯幅を長くすることで、ユーザに対して変位量の感覚的な情報を提供するようにしている。
【００７８】
また、主制御部２６は、上記のアルゴリズムによって物体の検出を行った後、物体の有無に関する情報と、変位情報をアンプユニット３に転送する。アンプユニット３では、主制御部３４が、センサヘッド２から受け取った情報に基づいて表示灯３５の表示制御を行う。
【００７９】
主制御部３４は、７セグＬＥＤ３５ａに対して変位情報の表示制御を行う。つまり、センサヘッド２の投光部２１から反射面までの距離情報が表示される。また、算出した変位量をＬＥＤ３５ｂの点灯幅で表現する。つまり、変位量が大きくなるとＬＥＤ３５ｂの点灯幅を長くすることで、ユーザに対して変位量の感覚的な情報を提供するようにしている。
【００８０】
上述したように、物体の有無を検出するためには、本発明では、真のピークを推定する必要はなかった。しかし、ユーザに対して参考情報として変位情報を表示するために、主制御部２６は、変位を測定している。たとえば、多重反射が検出されない場合はＬＥＤ３５ａにより変位情報を表示し、多重反射が検出された場合は、ＬＥＤ２７ｂを点灯させるようにすればよい。
【００８１】
主制御部２６による変位測定方法について説明する。まず、ピークが１つしか存在しない場合には、そのピーク位置に基づいて通常の方法で変位が測定される。つまり、図２３ないし図２５を用いて説明したものと同様の原理で変位を測定する。
【００８２】
次に、ピークの数が複数存在する場合には、第１の方法としては、近距離側のピークを選択する。つまり、センサヘッド２に近い側に存在するピークを真のピークと推定する。ただし、検出対象の物体の性質によっては、逆に、遠距離側のピークを選択するように設定してもよい。第２の方法としては、極大値の最も大きいピークを真のピークと推定する方法である。
【００８３】
これら第１の方法あるいは第２の方法は、そもそも完全に信頼のおける推定ではないというのが、本発明の前提であった。しかし、ここでは、参考情報として変位情報を表示するため、これらの方法をとり、なるべく真のピークを推定するようにしている。センサヘッド２には、ＬＥＤ２７ｂによって物体の検出の有無が表示されるので、この精度の高い情報とあわせて、参考情報としての変位情報をユーザに与えることで、利便性の高い構成となっている。
【００８４】
次に、本発明の変形例について説明する。上記の実施の形態において、光電センサ１は、多重反射を検出することで、物体の有無を判断した。この変形例では、多重反射の検出結果を利用しつつ、従来からの変位計測に基づく物体の検出を行う方法である。
【００８５】
図２０は、金属加工品１２ｉにおける金属加工部１２ｊの検出方法を示す図である。図２０（ａ）において、センサヘッド２は、金属加工部１２ｊのない平坦な部分に光１０を照射している。このときの多重反射は起こっていない。したがって、光量分布のピーク位置に基づいて変位を求めることができる。図２１において、領域Ｒａで示された部分が、図２０（ａ）において計測された変位である。
【００８６】
次に、図２０（ｂ）の状態に金属加工品１２ｉが移動すると、多重反射が発生する。このとき、光１０が様々な角度で反射して受光部２３において受光されるため、計測される変位量が細かく変動する。図２１において、領域Ｒｂが多重反射が発生している状態で計測されている変位を示している。
【００８７】
そして、図２０（ｃ）の位置に金属加工品１２ｉが移動すると、再び多重反射がなくなり、光量分布におけるピークも１つになる。この状態の変位は、図２１の領域Ｒｃに対応している。
【００８８】
このように、多重反射が発生している期間は、変位の計測結果に信頼性がない。そこで、この変形例では、直前の変位を維持するようにするのである。これにより、センサヘッド２より出力される変位は、図２２で表される。つまり、領域Ｒｂについては、領域Ｒａで計測した変位を維持するようにしているのである。したがって、ＬＥＤ３５ａには、多重反射が検出されていない場合は、算出した変位量を表示し、多重反射が検出された場合には、多重反射が検出される直前に算出した変位量を表示するようにすればよい。このとき、ＬＥＤ２７ｂを点灯させ、多重反射が検出されていることも合わせて通知すればよい。
【００８９】
そして、主制御部２６は、多重反射を検出すると、多重反射が発生する直前の変位を現在の変位として物体の有無を判断するのである。これにより、多重反射が発生している状態であっても、多重反射の影響をできるだけ除去して、物体の検出を行うことが可能である。
【００９０】
あるいは、多重反射が発生する直前の変位を現在の変位としてアンプユニット３に出力する。そして、アンプユニット３は、表示灯３５に現在の変位として出力するのである。また、アンプユニット３は、外部入出力部３２を介して、外部に変位を出力するようにしてもよい。また、上記の実施の形態で説明したように、多重反射の検出によって物体ありと判断する一方、変位については、多重反射発生前の値を維持し、ユーザに提供するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本実施の形態に係る光電センサの外観図である。
【図２】センサヘッドの正面図および背面図である。
【図３】アンプユニットの平面図である。
【図４】センサヘッドおよびアンプユニットのブロック図である。
【図５】設定処理のフローチャートである。
【図６】基準面の設定時の受光状態を示す図である。
【図７】基準面とともに設定される閾値の位置関係を示す図である。
【図８】物体検出処理のフローチャートである。
【図９】極大値が複数探索される受光状態と受光量分布を示す図である。
【図１０】極大値が探索されない受光状態と受光量分布を示す図である。
【図１１】ピークの位置が設定範囲内にない受光状態と受光量分布を示す図である。
【図１２】複数の山が重なり合う受光状態と受光量分布を示す図である。
【図１３】物体が存在しない場合の受光状態と受光量分布を示す図である。
【図１４】透明度の高い包装で包まれた物体の検出例を示す図である。
【図１５】鏡面物体の検出例を示す図である。
【図１６】形状が複雑な半透明物体の検出例を示す図である。
【図１７】金属加工品の表裏判別例を示す図である。
【図１８】金属加工部分の検出例を示す図である。
【図１９】ガラス基板の端面位置の検出例を示す図である。
【図２０】金属加工品からの反射光の状態を示す図である。
【図２１】金属加工品からの反射光から算出した変位量の変化を示す図である。
【図２２】多重反射の発生前の変位を維持した場合の変位量の変化を示す図である。
【図２３】従来技術における光電センサの変位測定方法を示す図である。
【図２４】受光部の詳細図である。
【図２５】ピーク位置と閾値との関係を示す図である。
【図２６】ベルトコンベア上を流れる物体を検出するシステム図である。
【図２７】光電センサが求めた変位と閾値との関係を示す図である。
【図２８】鏡面反射により受光量分布に複数のピークが発生する例を示す図である。
【図２９】光沢面反射により受光量分布に１つのピークが発生する例を示す図である。
【図３０】光沢面反射により受光量分布に複数のピークが発生する例を示す図である。
【図３１】光沢面反射により受光量分布に複数のピークが発生する例を示す図である。
【図３２】検出が困難な光沢度の高い包装で包まれた物体を示す図である。
【図３３】検出が困難な透明度の高い包装で包まれた物体を示す図である。
【図３４】検出が困難な鏡面物体を示す図である。
【図３５】検出が困難な形状の複雑な半透明物体を示す図である。
【図３６】表裏判定が困難な金属加工品を示す図である。
【図３７】加工部検出が困難な金属加工品を示す図である。
【図３８】端面位置の検出が困難な積層されたガラス基板を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 光電センサ
２ センサヘッド
３ アンプユニット
１０ （投光部より照射される）光
１１ 基準面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の検出を行う光電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体に光を照射し、物体からの反射光を受光することで、物体の検出を行う光電センサと呼ばれる機器が存在する。光電センサを用いて物体を検出する方法としては、いくつかの手法がとられている。１つの方法としては、受光素子が受光する反射光の受光量が所定の閾値を上回った場合に、物体が存在すると判断する方法である（受光量判断型）。
【０００３】
別の方法としては、反射光に基づいて対象物の変位を測定し、変位に基づいて物体を検出する方法である（距離判断型）。具体的には、受光量分布の重心位置を測定可能な受光素子を用い、その重心位置の変位を測定し、変位が所定の閾値を上回った場合に、物体が存在すると判断する方法である。
【０００４】
距離判断型について図を用いて説明する。図２３は、距離設定型の光電センサ１００により変位を測定する原理を示す図である。光電センサ１００の投光部１０１から照射された光は、反射面１１０ａあるいは反射面１１０ｂで反射して受光部１０２において受光されるものとする。
【０００５】
図２４は、受光部１０２を示す図である。受光部１０２は、受光レンズ１０３と受光素子１０４を備えている。反射光は、受光レンズ１０３を介して受光素子１０４において受光される。そして、この反射光が受光素子１０４上でスポットを形成する位置は、光の反射位置によって異なる。たとえば、図２３において光電センサ１００に近い側の反射面１１０ａで光が反射している場合には、反射光１１１ａは、受光素子１０４の位置１０４ａ付近にスポットを形成する。これに対して、反射面１１０ｂで反射している反射光１１１ｂは、位置１０４ｂにスポットを形成する。
【０００６】
図２５（ａ）,（ｂ）は、それぞれ反射光１１１ａ,１１１ｂにより受光素子１０４に形成された受光量分布を示している。このように、光の反射位置によってスポットの形成位置が異なるので、これを利用して変位（光の反射位置あるいは反射面の変位と言っても良い。）を測定することができるのである。そして、図２３および図２５に示すように、変位が閾値Ｔｈ０を超えた場合に、制御出力をＯＮとして物体が存在すると判定するのである。
【０００７】
図２６は、光電センサ１００により物体１２０の検出を行っている様子を示している。図に示すように、光電センサ１００は、ベルトコンベア１２１上を流れる物体１２０に光１３０を照射し、その反射光を受光し、図２３ないし図２５で説明した原理を利用して変位を測定する。
【０００８】
図２７は、光電センサ１００が受光する反射光の受光量分布に基づいて測定した変位の変化を表している。変位とは、上述したように、投光位置から反射位置までの距離と考えればよい。あらかじめ閾値Ｔｈ０が決められており、この閾値Ｔｈ０よりも変位が小さくなった場合（反射面までの距離が近づいた場合）、検出信号をＯＮとし、閾値Ｔｈ０よりも変位が大きくなった場合（反射面までの距離が遠ざかった場合）、検出信号をＯＦＦとするのである。つまり、物体１２０が通過する際には、光の反射位置が光電センサ１００に近づくことになるので、この変位に基づいて物体１２０の検出を行っているのである。
【０００９】
多くの対象物に対しては、上記のいずれの方法（受光量判断型、距離判断型）であっても、ある程度の物体の検出精度が得られる。しかし、光沢の高い物体などにおいては、物体の検出が困難である。
【００１０】
たとえば、図２８（ａ）に示すように、物体の表面１４０が鏡面状態である場合には、受光部１０２に複数の経路を経た光が入射することになる。図中、破線は、正反射されて受光部１０２に入射する光を示している。つまり、投光部１０１が映り込んでいるような場合である。このため、図２８（ｂ）に示すように、受光量分布には、本来のピークｐ１０とは別の位置に小さなピークｐ２０が形成される。これにより、重心位置ｇ１０は、本来の位置より右にずれて誤って認識されることになる。つまり、変位を誤って測定することになる。
【００１１】
また、図２９（ａ）に示すように、物体の表面１４１に光沢がある場合には、光が乱反射するという問題がある。図２９は、乱反射の影響なく受光部１０２において反射光を入射した場合であり、この場合には、図２９（ｂ）に示すように、ピークｐ１０のみが現れ、その重心位置ｇ２０も一致し、問題ない。
【００１２】
ところが、図３０（ａ）あるいは図３１（ａ）に示すように、乱反射が発生し、複数の経路を経た光が受光部１０２に入射する場合がある。この場合には、図３０（ｂ）あるいは図３１（ｂ）に示すように、重心位置ｇ３０,ｇ４０が、本来のピークｐ１０の位置からずれて認識されるという問題がある。つまり、本来のピークｐ１０とは別に、小さなピークｐ３０,ｐ４０が形成されるために、重心位置が左右にずれるのである。また、図３０,図３１から分かるように、乱反射によって、重心位置が右にも左にもずれることがあるため、予測が困難であり、変位を測定することができない。
【００１３】
このような問題を解決する方法として、受光量の分布を解析し、ピーク位置を判定した上で変位を求める方法がある。この方法を用いるためには、たとえば、ＣＣＤなどの受光素子が用いられる。受光量分布を解析し、正しいと思われるピーク位置を決定し、このピーク位置から変位量を求めるのである。
【００１４】
下記特許文献１は、受光量分布を解析することで、ピーク位置を判定する方法を開示している。具体的には、閾値を設けて、その閾値よりも低いピーク位置を捨てることで、雑音成分を除去して、本来のピーク位置を判定しようとするものである。
【００１５】
【特許文献１】特開平１０−２６７６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記のように、受光量分布を解析してピーク位置が正しく算出されれば、正確な変位が求まるため、物体の検出精度も高くなる。しかし、受光量分布を解析する方法も完全とは言えない。たとえば、紙の箱や木材であれば検出精度も高いであろうが、図３２ないし図３８で示したような物体は、検出が困難である。つまり、図３２ないし図３８で示したような物体については、光の乱反射の度合いが大きいため、必ずしも、極大値の高いピークが真のピークとは限らないからである。また、受光量分布が非常に複雑になると、ピーク自体を検出することも難しいからである。
【００１７】
図３２は、光沢度の高い包装１５１で包まれている物体１５０を示している。図３３は、透明度の高い包装１５３で包まれている物体１５２を示している。図３４は、鏡面加工された物体１５４を示しており、図３５は、複雑な形状の半透明の物体１５５を表している。これら図３２ないし図３５で示した物体は、物体や包装の表面で乱反射する光の量が多く、受光量分布を解析して、真のピークを判定することは困難である。つまり、物体表面あるいは包装の表面で多重反射が発生するために、受光量分布の解析自体が困難である。
【００１８】
また、図３６（ａ）,（ｂ）に示すように、ボールベアリング１５６などの金属加工品について、その表裏を判別したい場合などにおいて、変位を正確に測定することが困難であった。あるいは、図３７に示すように、金属加工された物体１５７の加工部１５７ａの有無を判別したい場合や、図３８に示すように、積層されているガラス基板１５８の端面の位置を検出する処理においても、変位を正確に測定することが困難であった。
【００１９】
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、どのような表面加工がされている物体に対しても、あるいは、どのような包装で包まれている物体についても、精度よく物体の検出を行う技術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】
【００２０】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、投光手段と、少なくとも一方向に配列された複数の受光素子によって、前記投光手段により照射された光の反射光を受光する受光手段と、前記受光手段から得られた受光量分布に基づいて、前記投光手段により照射された光を反射させた対象の変位相当量を求める手段と、前記受光量分布に基づいて、多重反射の有無を検出する多重反射検出手段と、前記多重反射検出手段により検出された多重反射の有または無の少なくともいずれか一方を示す情報を外部に出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光電センサにおいて、前記多重反射検出手段は、前記受光量分布に複数のピークが存在する場合及び／または所定の閾値以上の受光量が得られた領域が所定範囲以上存在する場合、多重反射が発生していると判定することを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、前記出力手段は、前記光電センサに設けられた多重反射の有無を表示する表示灯であることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、求めた変位相当量と設定された閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別する物体判別手段、を備え、前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は前記物体判別手段の判別結果を示す信号を出力し、多重反射が検出された場合は多重反射が検出されたことを示す信号を出力することを特徴とする。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、求めた変位相当量と設定された閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別する物体判別手段、を備え、前記出力手段は、前記光電センサに設けられた多重反射の有無を表示する表示灯であり、さらに多重反射が検出されない場合は前記物体判別手段の判別結果を示す信号を出力し、多重反射が検出された場合は多重反射が検出されたことを示す信号を出力することを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、前記判別結果を示す信号のうち一の信号と、多重反射が検出されたことを示す信号とが同じであることを特徴とする。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、前記物体判別手段は、求めた変位相当量と二の前記閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別するものであって、前記判別結果を示す二値信号のうち求めた変位相当量が二の前記閾値の間にあると判別された時の信号と、多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、さらに、外部からの指示に基づいて変位相当量を取得し、当該取得された変位相当量を含む範囲と含まない範囲とを判別するための前記閾値を設定する閾値設定手段、を備え、前記判別結果を示す二値信号のうち前記取得された変位相当量を含む範囲を示す信号と多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、前記物体判別手段は、求めた変位相当量と二の前記閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別するものであって、前記光電センサは、さらに、外部からの指示に基づいて変位相当量を取得し、当該取得された変位相当量を含む範囲と含まない範囲とを判別するための二の前記閾値を設定する閾値設定手段を備え、前記判別結果を示す二値信号のうち求めた変位相当量が二の前記閾値の間にあると判別された時の信号と多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、請求項４ないし請求項９のいずれかに記載の光電センサにおいて、前記受光量分布からピークが検出されない場合にも、物体を検出したと判定することを特徴とする。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、多重反射が検出されているときに求めた変位相当量に換えて多重反射を検出する直前に算出した変位相当量を現在の変位として出力する手段、を備えることを特徴とする。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、請求項１に記載の光電センサにおいて、前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は変位相当量を表示し、多重反射が検出された場合は、多重反射が検出されたことを表示する表示部であることを特徴とする。
【００３２】
請求項１３記載の発明は、請求項１に記載の光電センサにおいて、前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は変位相当量を表示し、多重反射が検出された場合は、多重反射が検出される直前に算出した変位相当量と多重反射が検出されたことを表示する表示部であることを特徴とする。
【００３３】
請求項１４記載の発明は、請求項１２に記載の光電センサにおいて、前記受光量分布に複数のピークが存在する場合、近距離側のピークに基づいて変位相当量を求めることを特徴とする。
【００３４】
請求項１５記載の発明は、請求項１２に記載の光電センサにおいて、前記受光量分布に複数のピークが存在する場合、極大値が最も大きいピークに基づいて変位を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の光電センサは、受光量分布に基づいて、多重反射の有無を検出し、多重反射の有無に関わる信号を出力する。これにより、多重反射の発生の有無に応じた制御を実行することが可能である。
【００３６】
本発明の光電センサは、受光量分布における真のピークを特定することなく、物体検出を行うことができる。完全ではないアルゴリズムによって真のピークを推定する場合には、誤った変位を用いて、誤った物体検出結果を出力する場合があるが、本発明においては、真のピークを特定する処理自体を必要としないので、物体検出の精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る光電センサ１の外観図である。光電センサ１は、センサヘッド２とアンプユニット３から構成されている。センサヘッド２は、アンプユニット３にケーブル４を介して接続されている。また、アンプユニット３には、外部とデータを交換するためのケーブル５が接続されている。このセンサヘッド２が、たとえば、製品の製造ラインに設置されることで、搬送される製品の検出や、製品の加工部分の検出などを行う。
【００３８】
図２（ａ）は、センサヘッド２の正面図であり、図２（ｂ）は、背面図である。センサヘッド２の正面には、物体に対して光を照射する投光部２１と、反射光を受光する受光部２３が配列されている。また、背面には、表示灯２７が設けられている。表示灯２７は、複数のＬＥＤ２７ａ〜２７ｃで構成されている。ＬＥＤ２７ａは、電源ＯＮのときに点灯し、ＬＥＤ２７ｂは、後で詳しく説明するが、多重反射を検出した場合に点灯する。ＬＥＤ２７ｃは、複数のＬＥＤからなり、変位量を表す用途などに用いられる。
【００３９】
図３は、アンプユニット３の平面図である。アンプユニット３の装置表面には、設定部３１および表示灯３５が設けられている。設定部３１は、十字カーソルや複数のボタンなどからなり、光電センサ１に対する設定操作などを行うことができる。表示灯３５は、数値を表示する７セグＬＥＤ３５ａと、複数のＬＥＤからなり、変位量を表す用途などに用いられるＬＥＤ３５ｂで構成されている。
【００４０】
図４は、センサヘッド２およびアンプユニット３の機能ブロック図である。センサヘッド２は、投光部２１、投光処理部２２、受光部２３、増幅部２４、Ａ／Ｄ変換部２５、主制御部２６、表示灯２７、通信部２８を備えている。
【００４１】
投光部２１は、たとえばレーザダイオードであり、投光処理部２２により、駆動制御されることで、光を照射する。受光部２３は、本実施の形態においては、ＣＣＤを用いている。受光部２３は、複数の受光素子を備えており、これら受光素子は、投光部２１から照射された光の反射光を受光する。受光部２３は、反射光を受光すると、光電変換を行うことで、受光量をアナログ信号として出力する。増幅部２４は、受光部２３から出力されたアナログ信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部２５は、増幅部２４から出力されたアナログ信号をデジタル変換し、主制御部２６に出力する。
【００４２】
主制御部２６は、センサヘッド２の全体制御を行う処理部であり、ＣＰＵ、メモリ、ＣＰＵ上で動作するソフトウェアなどから構成される。主制御部２６は、投光処理部２２に対して指示信号を送り、投光量の調整などを行う。また、主制御部２６は、受光部２３から出力された信号を受け取って本発明の特徴である各種のソフトウェア処理を実行する。
【００４３】
ここで、受光部２３は、少なくとも一方向に複数の受光素子が配列されたセンサである。本実施の形態では、１次元のＣＣＤラインセンサを用いている。これにより、受光した反射光の直線上の光量分布情報を得ることが可能であり、主制御部２６がＡ／Ｄ変換部２５から入力するデジタル信号は、１次元の受光量分布を示す信号である。主制御部２６は、この信号を利用して物体の検出処理等を実行するのである。なお、受光部２３として、２次元センサを用いても良い。
【００４４】
表示灯２７は、図２でも示したように、各種の情報を表示する表示部である。通信部２８は、ケーブル４を介してアンプユニット３と通信を行い、データの送受信を行う。
【００４５】
アンプユニット３は、設定部３１、外部入出力部３２、記憶部３３、主制御部３４、表示灯３５、通信部３６を備えている。設定部３１は、アンプユニット３に対する各種の設定操作を行うためのものであり、図３に示すように、十字カーソルなどから構成される。外部入出力部３２は、光電センサ１の検出結果、測定結果などをケーブル５を介して外部に出力するためのインタフェースである。また、外部から設定情報などを入力するためのインタフェースである。記憶部３３は、設定情報などを記憶している。主制御部３４は、ＣＰＵ、メモリ、ＣＰＵ上で動作するソフトウェアなどから構成され、アンプユニット３の全体制御を行う。表示灯３５は、図３に示すように、７セグＬＥＤ３５ａとＬＥＤ３５ｂから構成されている。通信部３６は、センサヘッド２の通信部２８との間で通信を行い、センサヘッド２から検出情報などを受信するほか、センサヘッド２に対する制御信号を送信する。
【００４６】
次に、センサヘッド２における物体検出に関わる処理の流れについて説明する。図５は、設定処理のフローチャートである。設定処理とは、物体の検出処理に先立って、精度よく物体を検出するための準備処理である。
【００４７】
まず、ワーク（基準）の距離を記憶する（ステップＳ１１）。図６（ａ）は、センサヘッド２から光１０を照射し、基準面１１からの反射光を受光している様子を示している。そして、この受光量の分布は、図６（ｂ）のようになり、ピーク位置ｐ１が現れるため、このピーク位置ｐ１を、基準位置ｂｐとして設定する。たとえば、センサヘッド２を図６（ａ）の状態で固定しながら、アンプユニット３に設けられた設定ボタン（設定部３１）を押下することにより、基準位置ｂｐが設定される。基準位置ｂｐは、主制御部２６内の記憶手段に記憶される。なお、物体がない状態を基準とするのであれば、物体が搬送される搬送経路の路面が基準面１１となる。あるいは、物体表面の凹部を検出する場合などにおいては、物体表面の平坦部分（凹部がない面）が基準面１１となる。
【００４８】
また、この基準面１１を設定する操作を行う場合には、多重反射が発生していないことを確認する。上記のように、センサヘッド２の表示灯２７には、多重反射の発生を通知するＬＥＤ２７ｂが設けられている。したがって、このＬＥＤ２７ｂが点灯していない状態で基準面１１を設定する。
【００４９】
次に、記憶した基準位置ｂｐの上下に閾値が設定される（ステップＳ１２）。ピークの位置が、基準位置ｂｐから閾値を超えてずれた場合に、物体ありと判断される。図７（ａ）,（ｂ）に示すように、基準位置ｂｐの上下に閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂが設定され、同様に、主制御部２６内の記憶手段に記憶される。なお、この閾値の値（幅）は、あらかじめ設定部３１を操作して設定されていてもよいし、外部入出力部３２を介して外部から入力したデータにより予め設定されていてもよい。あるいは、設定部３１を操作して自由に変更しながら設定するようにしてもよい。
【００５０】
次に、図８を参照しながら、物体検出の処理の流れについて説明する。図５で説明した設定処理が完了後、実際に、センサヘッド２の下を物体が搬送されてくる。そして、同様に、センサヘッド２は、投光部２１から光を照射して、受光部２３において反射光を受光する。これにより、主制御部２６が光量分布情報を得る。図８は、この光量分布情報を得た後、主制御部２６において行われる処理の流れである。
【００５１】
まず、イメージセンサ上極大値のある位置を探索する（ステップＳ２１）。つまり、主制御部２６は、光量分布情報からピークの位置を探索する。次に、主制御部２６は、極大値の個数を探索する（ステップＳ２２）。つまり、ピークの個数を計測する。そして、主制御部２６は、極大値の個数が１個であるか否かを判定し（ステップＳ２３）、極大値の個数が１個でない場合、つまり、極大値の個数が０個であるか２個以上である場合には、ステップＳ２７に移行し、制御出力をＯＮにする。つまり、物体を検出したという制御出力を行う。
【００５２】
この判断の根拠について説明する。まず、極大値の個数が２個以上である場合とは、投光部２１から照射された光が物体表面で乱反射し、受光部２３に複数の経路を経た反射光が入射したことを意味する。ここで、図５ないし図７を用いて説明した設定処理時には、乱反射が発生していない環境で基準位置ｂｐおよび閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂを設定している。つまり、極大値の個数は１である状態で設定を行っている。
【００５３】
これに対して、極大値の個数が２個以上になった場合とは、多重反射が発生していることを意味しており、設定時とは異なる状態になっていると判断できる。これにより、変位量などを測定あるいは解析することなく、直ちに物体有りと判断するようにしているのである。
【００５４】
たとえば、図９に示すような場合が想定される。図９（ａ）に示すように、物体が光沢度の高い包装１２ａで包まれている場合、多重反射が発生する。そして、図９（ｂ）に示すように、複数の極大値が探索される。この場合には、多重反射が発生しているという判断とあわせて、物体が検出されたという判断を行うのである。
【００５５】
一方、極大値の個数が０個の場合にも、状態が変化していると判断できる。つまり、設定時には、極大値の個数が１個であったわけであり、明らかに状態が変化していることから物体を検出したと判断するのである。
【００５６】
たとえば、図１０に示すような場合が想定される。図１０（ａ）に示すように、物体が光沢度の高い包装１２ａで包まれている場合、投光部２１から照射された光１０は、受光部２３に戻ることなく乱反射している。この場合、図１０（ｂ）に示すように、極大値が探索されないので、物体が検出されたという判断を行うのである。
【００５７】
再びフローチャートに戻る。極大値の個数が１個である場合には、次に、極大値の位置が設定距離範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。つまり、ピークの位置が、図５のステップＳ１２で設定した閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂの範囲内に入っているか否かを判定する。そして、設定範囲内ではない場合には、ステップＳ２７に移行し、制御出力をＯＮにする。つまり、物体を検出したという制御出力を行う。
【００５８】
これは、極大値の個数は１個であるが、閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂの範囲から外れているわけであり、光の反射面が移動したことを表しているからである。たとえば、物体が光沢度の小さいものであって、多重反射が発生しないような物体であるならば、明らかに光の反射面が移動しており、物体の存在が明白である。これに対して、図１１に示すように、物体が、やはり、光沢度の高い包装１２ａで包まれている場合であっても、いくつかの反射光が重なり合って偶然極大値が１つになる場合がある。しかし、この場合にも、極大値の位置が、閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂの範囲から外れていれば、状態が変化していることが明白であるので、物体を検出したと判断するのである。
【００５９】
極大値の位置が設定距離範囲内にある場合、受光波形の幅が規定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２５）。受光波形の幅が規定範囲内にない場合には、ステップＳ２７に移行し、制御出力をＯＮにする。つまり、多重反射が発生しているとして、物体を検出したという制御出力を行う。
【００６０】
受光波形の幅が規定範囲内にない場合について図１２を参照して説明する。図１２（ａ）に示すように、物体が光沢度の高い包装１２ａに包まれており、投光部２１から照射された光１０は、包装１２ａで多重反射している。そして、多重反射した光が、比較的同じような角度で受光部２３に入射している。この場合、受光量の分布は図１２（ｂ）のようになる。つまり、複数の山が重なりあって、幅の長い分布となっている。一般には、図６等で示したように、受光量分布の形状はピークに向かって細くなっていくため、たとえば、極大値の５０％の光量であれば、その分布幅はある程度予測することが可能である。したがって、その予測した幅を設定しておけば、その幅を超えるような受光量分布が得られた場合には、やはり、状態が変化していると判断することができる。これにより、物体を検出したと判断するのである。
【００６１】
受光波形の幅が規定範囲内にある場合には、ステップＳ２６に移行し、制御出力をＯＦＦにする。つまり、物体は検出されなかったとする制御出力を行うのである。つまり、極大値の個数が１であり、極大値の位置が設定範囲内にあり、受光波形の幅が規定範囲内にあるということは、多重反射が発生せず、極大値が基準位置ｂｐから大きくずれることなく、さらに、波形も変化していない、ということであるので、物体は検出していないと判断するのである。たとえば、図１３（ａ）で示すように、物体の検出処理中、センサヘッド２の下には物体が存在していない。この場合には、図１３（ｂ）に示すように、受光量分布は、設定処理時の受光量分布（図６（ｂ））と近似しており、物体を検出していないと判断するのである。
【００６２】
このように、本実施の形態の光電センサ１によれば、第一に、多重反射が検出されれば、即座に物体ありと判定する。これにより、複数のピークが存在する場合に、どのピークを選択して変位を決定するかという煩雑な処理を不要とすることができる。また、どのピークを選択するかという処理は、判断を誤る場合が生じるが、本実施の形態によれば、物体の有無を判断するうえでは、それら判断を排除することで、物体の検出精度を高くすることができる。
【００６３】
また、ピークの数が０となった場合や、受光波形の幅が規定範囲内にない場合にも、物体ありと判定する。これにより、複雑な受光波形を解析して、推定により変位を求めるといった煩雑な処理を不要とし、即座に物体の有無を判断することが可能である。
【００６４】
従来、物体の検出を行う光電センサにおいては、受光量分布から、どのピークを真のピークとして選択するかという点に注力されていた。つまり、複雑な受光波形を得た場合にも、様々なアルゴリズムを駆使して、真のピークを見つけることを模索し、推定した真のピークから変位を求め、さらに、変位と閾値との比較から物体の有無を判定していた。これに対して、本実施の形態の光電センサ１は、複雑な波形解析を行うことなく、極大値の個数のみによって、物体の有無を判定する。あるいは、波形の幅によって物体の有無を判定するようにした。これにより、複雑な処理をすることなく、精度の高い物体検出が可能となっているのである。
【００６５】
図１４ないし図１９は、本実施の形態の光電センサ１を用いて様々な物体の有無を検出する実施例である。
【００６６】
図１４は、透明度の高い包装に包まれた物体１２ｂの検出例を示す図である。図１４（ａ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、物体は存在しないと判断される。図１４（ｂ）では、ピークが複数探索されるので、物体ありと判断される。図１４（ｃ）では、偶然、ピークが１つになっているが、ピークの位置が設定範囲を超えており、やはり、物体ありと判断される。
【００６７】
図１５は、鏡面加工された物体１２ｃの検出例を示す図である。図１５（ａ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、物体は存在しないと判断される。図１５（ｂ）では、ピークが探索されないので、物体ありと判断される。図１５（ｃ）では、偶然、ピークが１つになっているが、ピークの位置が設定範囲を超えており、やはり、物体ありと判断される。
【００６８】
図１６は、形状の複雑な半透明の物体１２ｄの検出例を示す図である。図１６（ａ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、物体は存在しないと判断される。図１６（ｂ）では、ピークが複数探索されるので、物体ありと判断される。図１６（ｃ）では、偶然、ピークが１つになっているが、ピークの位置が設定範囲を超えており、やはり、物体ありと判断される。
【００６９】
図１７は、裏面が上に向いているベアリング１２ｅの検出例を示す図である。この場合、図１７（ｄ）に示すように、ベアリング１２ｅを裏側に向けた状態の裏面（底面）を基準面１１として設定処理が行われる。つまり、図５で説明した設定処理においては、図６で示すように、物体が置かれていない搬送路上を基準面１１として設定を行った。これに対して、裏向きのベアリング１２ｅを検出する場合には、ベアリング１２ｅを裏向きに置いた状態で、裏面を基準面１１として設定処理が行われる。したがって、裏面の上下位置に閾値Ｔｈａ,Ｔｈｂが設定される。
【００７０】
図１７（ａ）および図１７（ｂ）では、ピークが複数探索されるので、ベアリング１２ｅは裏向きではないと判断される。図１７（ｃ）では、偶然、ピークが１つになっているが、ピークの位置が設定範囲を超えており、やはり、ベアリング１２ｅは裏向きではないと判断される。図１７（ｄ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、ベアリング１２ｅが裏向きであると判定される。
【００７１】
図１８は、金属加工製品１２ｆの金属加工部１２ｇの検出例を示す図である。この場合、図１８（ｃ）に示すように、金属加工部１２ｇがない部分を基準面１１として設定処理が行われる。
【００７２】
図１８（ａ）では、ピークが複数探索されるので、金属加工部１２ｇが存在すると判断される。図１８（ｂ）では、偶然、ピークが１つになっているが、ピークの位置が設定範囲を超えており、やはり、金属加工部１２ｇが存在すると判断される。図１８（ｃ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、金属加工部１２ｇは存在しないと判断される。
【００７３】
図１９は、ガラス基板端面の位置決め検出例を示す図である。この場合、図１９（ａ）に示すように、ガラス基板１２ｈの端面を基準面１１として設定処理が行われる。
【００７４】
図１９（ａ）では、ピークの数が１つであり、ピーク位置が設定範囲内にあり、かつ、受光波形の幅が規定範囲内であり、ガラス基板の端面であると判断される。図１９（ｂ）では、ピークが複数探索されるので、ガラス基板の端面でないと判断される。
【００７５】
このように、本実施の形態の光電センサ１によれば、あらゆる形状の物体、あらゆる包装に包まれた物体であっても、精度よくその有無を検出することが可能である。また、金属加工品や鏡面加工された製品の加工部分の検出も精度よく行うことが可能である。
【００７６】
次に、本発明の光電センサ１の付加機能について説明する。付加機能は、表示に関する機能である。図２、図３で説明したように、センサヘッド２およびアンプユニット３には、それぞれ表示灯２７,３５が備わっている。この表示灯２７,３５を用いて各種の情報表示を行う。
【００７７】
まず、センサヘッド２において、主制御部２６が多重反射を検出した場合、主制御部２６は、ＬＥＤ２７ｂの点灯制御を行う。これにより、ユーザは、ＬＥＤ２７ｂの点灯を見て即座に多重反射が発生していることを認識することが可能である。上述したように、基準面１１を設定する際には、このＬＥＤ２７ｂの表示を参考にすればよい。また、主制御部２６は、算出した変位量をＬＥＤ２７ｃの点灯幅で表現する。つまり、変位量が大きくなるとＬＥＤ２７ｃの点灯幅を長くすることで、ユーザに対して変位量の感覚的な情報を提供するようにしている。
【００７８】
また、主制御部２６は、上記のアルゴリズムによって物体の検出を行った後、物体の有無に関する情報と、変位情報をアンプユニット３に転送する。アンプユニット３では、主制御部３４が、センサヘッド２から受け取った情報に基づいて表示灯３５の表示制御を行う。
【００７９】
主制御部３４は、７セグＬＥＤ３５ａに対して変位情報の表示制御を行う。つまり、センサヘッド２の投光部２１から反射面までの距離情報が表示される。また、算出した変位量をＬＥＤ３５ｂの点灯幅で表現する。つまり、変位量が大きくなるとＬＥＤ３５ｂの点灯幅を長くすることで、ユーザに対して変位量の感覚的な情報を提供するようにしている。
【００８０】
上述したように、物体の有無を検出するためには、本発明では、真のピークを推定する必要はなかった。しかし、ユーザに対して参考情報として変位情報を表示するために、主制御部２６は、変位を測定している。たとえば、多重反射が検出されない場合はＬＥＤ３５ａにより変位情報を表示し、多重反射が検出された場合は、ＬＥＤ２７ｂを点灯させるようにすればよい。
【００８１】
主制御部２６による変位測定方法について説明する。まず、ピークが１つしか存在しない場合には、そのピーク位置に基づいて通常の方法で変位が測定される。つまり、図２３ないし図２５を用いて説明したものと同様の原理で変位を測定する。
【００８２】
次に、ピークの数が複数存在する場合には、第１の方法としては、近距離側のピークを選択する。つまり、センサヘッド２に近い側に存在するピークを真のピークと推定する。ただし、検出対象の物体の性質によっては、逆に、遠距離側のピークを選択するように設定してもよい。第２の方法としては、極大値の最も大きいピークを真のピークと推定する方法である。
【００８３】
これら第１の方法あるいは第２の方法は、そもそも完全に信頼のおける推定ではないというのが、本発明の前提であった。しかし、ここでは、参考情報として変位情報を表示するため、これらの方法をとり、なるべく真のピークを推定するようにしている。センサヘッド２には、ＬＥＤ２７ｂによって物体の検出の有無が表示されるので、この精度の高い情報とあわせて、参考情報としての変位情報をユーザに与えることで、利便性の高い構成となっている。
【００８４】
次に、本発明の変形例について説明する。上記の実施の形態において、光電センサ１は、多重反射を検出することで、物体の有無を判断した。この変形例では、多重反射の検出結果を利用しつつ、従来からの変位計測に基づく物体の検出を行う方法である。
【００８５】
図２０は、金属加工品１２ｉにおける金属加工部１２ｊの検出方法を示す図である。図２０（ａ）において、センサヘッド２は、金属加工部１２ｊのない平坦な部分に光１０を照射している。このときの多重反射は起こっていない。したがって、光量分布のピーク位置に基づいて変位を求めることができる。図２１において、領域Ｒａで示された部分が、図２０（ａ）において計測された変位である。
【００８６】
次に、図２０（ｂ）の状態に金属加工品１２ｉが移動すると、多重反射が発生する。このとき、光１０が様々な角度で反射して受光部２３において受光されるため、計測される変位量が細かく変動する。図２１において、領域Ｒｂが多重反射が発生している状態で計測されている変位を示している。
【００８７】
そして、図２０（ｃ）の位置に金属加工品１２ｉが移動すると、再び多重反射がなくなり、光量分布におけるピークも１つになる。この状態の変位は、図２１の領域Ｒｃに対応している。
【００８８】
このように、多重反射が発生している期間は、変位の計測結果に信頼性がない。そこで、この変形例では、直前の変位を維持するようにするのである。これにより、センサヘッド２より出力される変位は、図２２で表される。つまり、領域Ｒｂについては、領域Ｒａで計測した変位を維持するようにしているのである。したがって、ＬＥＤ３５ａには、多重反射が検出されていない場合は、算出した変位量を表示し、多重反射が検出された場合には、多重反射が検出される直前に算出した変位量を表示するようにすればよい。このとき、ＬＥＤ２７ｂを点灯させ、多重反射が検出されていることも合わせて通知すればよい。
【００８９】
そして、主制御部２６は、多重反射を検出すると、多重反射が発生する直前の変位を現在の変位として物体の有無を判断するのである。これにより、多重反射が発生している状態であっても、多重反射の影響をできるだけ除去して、物体の検出を行うことが可能である。
【００９０】
あるいは、多重反射が発生する直前の変位を現在の変位としてアンプユニット３に出力する。そして、アンプユニット３は、表示灯３５に現在の変位として出力するのである。また、アンプユニット３は、外部入出力部３２を介して、外部に変位を出力するようにしてもよい。また、上記の実施の形態で説明したように、多重反射の検出によって物体ありと判断する一方、変位については、多重反射発生前の値を維持し、ユーザに提供するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本実施の形態に係る光電センサの外観図である。
【図２】センサヘッドの正面図および背面図である。
【図３】アンプユニットの平面図である。
【図４】センサヘッドおよびアンプユニットのブロック図である。
【図５】設定処理のフローチャートである。
【図６】基準面の設定時の受光状態を示す図である。
【図７】基準面とともに設定される閾値の位置関係を示す図である。
【図８】物体検出処理のフローチャートである。
【図９】極大値が複数探索される受光状態と受光量分布を示す図である。
【図１０】極大値が探索されない受光状態と受光量分布を示す図である。
【図１１】ピークの位置が設定範囲内にない受光状態と受光量分布を示す図である。
【図１２】複数の山が重なり合う受光状態と受光量分布を示す図である。
【図１３】物体が存在しない場合の受光状態と受光量分布を示す図である。
【図１４】透明度の高い包装で包まれた物体の検出例を示す図である。
【図１５】鏡面物体の検出例を示す図である。
【図１６】形状が複雑な半透明物体の検出例を示す図である。
【図１７】金属加工品の表裏判別例を示す図である。
【図１８】金属加工部分の検出例を示す図である。
【図１９】ガラス基板の端面位置の検出例を示す図である。
【図２０】金属加工品からの反射光の状態を示す図である。
【図２１】金属加工品からの反射光から算出した変位量の変化を示す図である。
【図２２】多重反射の発生前の変位を維持した場合の変位量の変化を示す図である。
【図２３】従来技術における光電センサの変位測定方法を示す図である。
【図２４】受光部の詳細図である。
【図２５】ピーク位置と閾値との関係を示す図である。
【図２６】ベルトコンベア上を流れる物体を検出するシステム図である。
【図２７】光電センサが求めた変位と閾値との関係を示す図である。
【図２８】鏡面反射により受光量分布に複数のピークが発生する例を示す図である。
【図２９】光沢面反射により受光量分布に１つのピークが発生する例を示す図である。
【図３０】光沢面反射により受光量分布に複数のピークが発生する例を示す図である。
【図３１】光沢面反射により受光量分布に複数のピークが発生する例を示す図である。
【図３２】検出が困難な光沢度の高い包装で包まれた物体を示す図である。
【図３３】検出が困難な透明度の高い包装で包まれた物体を示す図である。
【図３４】検出が困難な鏡面物体を示す図である。
【図３５】検出が困難な形状の複雑な半透明物体を示す図である。
【図３６】表裏判定が困難な金属加工品を示す図である。
【図３７】加工部検出が困難な金属加工品を示す図である。
【図３８】端面位置の検出が困難な積層されたガラス基板を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 光電センサ
２ センサヘッド
３ アンプユニット
１０ （投光部より照射される）光
１１ 基準面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光手段と、
少なくとも一方向に配列された複数の受光素子によって、前記投光手段により照射された光の反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段から得られた受光量分布に基づいて、前記投光手段により照射された光を反射させた対象の変位相当量を求める手段と、
前記受光量分布に基づいて、多重反射の有無を検出する多重反射検出手段と、
前記多重反射検出手段により検出された多重反射の有または無の少なくともいずれか一方を示す情報を外部に出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする光電センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の光電センサにおいて、
前記多重反射検出手段は、前記受光量分布に複数のピークが存在する場合及び／または所定の閾値以上の受光量が得られた領域が所定範囲以上存在する場合、多重反射が発生していると判定することを特徴とする光電センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、
前記出力手段は、前記光電センサに設けられた多重反射の有無を表示する表示灯であることを特徴とする光電センサ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、
求めた変位相当量と設定された閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別する物体判別手段、
を備え、
前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は前記物体判別手段の判別結果を示す信号を出力し、多重反射が検出された場合は多重反射が検出されたことを示す信号を出力することを特徴とする光電センサ。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、
求めた変位相当量と設定された閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別する物体判別手段、
を備え、
前記出力手段は、前記光電センサに設けられた多重反射の有無を表示する表示灯であり、さらに多重反射が検出されない場合は前記物体判別手段の判別結果を示す信号を出力し、多重反射が検出された場合は多重反射が検出されたことを示す信号を出力することを特徴とする光電センサ。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、
前記判別結果を示す信号のうち一の信号と、多重反射が検出されたことを示す信号とが同じであることを特徴とする光電センサ。
【請求項７】
請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、
前記物体判別手段は、求めた変位相当量と二の前記閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別するものであって、
前記判別結果を示す二値信号のうち求めた変位相当量が二の前記閾値の間にあると判別された時の信号と、多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする光電センサ。
【請求項８】
請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、さらに、
外部からの指示に基づいて変位相当量を取得し、当該取得された変位相当量を含む範囲と含まない範囲とを判別するための前記閾値を設定する閾値設定手段、
を備え、
前記判別結果を示す二値信号のうち前記取得された変位相当量を含む範囲を示す信号と多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする光電センサ。
【請求項９】
請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、
前記物体判別手段は、求めた変位相当量と二の前記閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別するものであって、
前記光電センサは、さらに、外部からの指示に基づいて変位相当量を取得し、当該取得された変位相当量を含む範囲と含まない範囲とを判別するための二の前記閾値を設定する閾値設定手段を備え、
前記判別結果を示す二値信号のうち求めた変位相当量が二の前記閾値の間にあると判別された時の信号と多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする光電センサ。
【請求項１０】
請求項４ないし請求項９のいずれかに記載の光電センサにおいて、
前記受光量分布からピークが検出されない場合にも、物体を検出したと判定することを特徴とする光電センサ。
【請求項１１】
請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、
多重反射が検出されているときに求めた変位相当量に換えて多重反射を検出する直前に算出した変位相当量を現在の変位として出力する手段、
を備えることを特徴とする光電センサ。
【請求項１２】
請求項１に記載の光電センサにおいて、
前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は変位相当量を表示し、多重反射が検出された場合は、多重反射が検出されたことを表示する表示部であることを特徴とする光電センサ。
【請求項１３】
請求項１に記載の光電センサにおいて、
前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は変位相当量を表示し、多重反射が検出された場合は、多重反射が検出される直前に算出した変位相当量と多重反射が検出されたことを表示する表示部であることを特徴とする光電センサ。
【請求項１４】
請求項１２に記載の光電センサにおいて、
前記受光量分布に複数のピークが存在する場合、近距離側のピークに基づいて変位相当量を求めることを特徴とする光電センサ。
【請求項１５】
請求項１２に記載の光電センサにおいて、
前記受光量分布に複数のピークが存在する場合、極大値が最も大きいピークに基づいて変位を求めることを特徴とする光電センサ。
【請求項１】
投光手段と、
少なくとも一方向に配列された複数の受光素子によって、前記投光手段により照射された光の反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段から得られた受光量分布に基づいて、前記投光手段により照射された光を反射させた対象の変位相当量を求める手段と、
前記受光量分布に基づいて、多重反射の有無を検出する多重反射検出手段と、
前記多重反射検出手段により検出された多重反射の有または無の少なくともいずれか一方を示す情報を外部に出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする光電センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の光電センサにおいて、
前記多重反射検出手段は、前記受光量分布に複数のピークが存在する場合及び／または所定の閾値以上の受光量が得られた領域が所定範囲以上存在する場合、多重反射が発生していると判定することを特徴とする光電センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、
前記出力手段は、前記光電センサに設けられた多重反射の有無を表示する表示灯であることを特徴とする光電センサ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、
求めた変位相当量と設定された閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別する物体判別手段、
を備え、
前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は前記物体判別手段の判別結果を示す信号を出力し、多重反射が検出された場合は多重反射が検出されたことを示す信号を出力することを特徴とする光電センサ。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、
求めた変位相当量と設定された閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別する物体判別手段、
を備え、
前記出力手段は、前記光電センサに設けられた多重反射の有無を表示する表示灯であり、さらに多重反射が検出されない場合は前記物体判別手段の判別結果を示す信号を出力し、多重反射が検出された場合は多重反射が検出されたことを示す信号を出力することを特徴とする光電センサ。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、
前記判別結果を示す信号のうち一の信号と、多重反射が検出されたことを示す信号とが同じであることを特徴とする光電センサ。
【請求項７】
請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、
前記物体判別手段は、求めた変位相当量と二の前記閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別するものであって、
前記判別結果を示す二値信号のうち求めた変位相当量が二の前記閾値の間にあると判別された時の信号と、多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする光電センサ。
【請求項８】
請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、さらに、
外部からの指示に基づいて変位相当量を取得し、当該取得された変位相当量を含む範囲と含まない範囲とを判別するための前記閾値を設定する閾値設定手段、
を備え、
前記判別結果を示す二値信号のうち前記取得された変位相当量を含む範囲を示す信号と多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする光電センサ。
【請求項９】
請求項４または請求項５に記載の光電センサにおいて、
前記物体判別手段は、求めた変位相当量と二の前記閾値とを比較することにより前記対象の状態を判別するものであって、
前記光電センサは、さらに、外部からの指示に基づいて変位相当量を取得し、当該取得された変位相当量を含む範囲と含まない範囲とを判別するための二の前記閾値を設定する閾値設定手段を備え、
前記判別結果を示す二値信号のうち求めた変位相当量が二の前記閾値の間にあると判別された時の信号と多重反射が検出されたことを示す二値信号とが異なることを特徴とする光電センサ。
【請求項１０】
請求項４ないし請求項９のいずれかに記載の光電センサにおいて、
前記受光量分布からピークが検出されない場合にも、物体を検出したと判定することを特徴とする光電センサ。
【請求項１１】
請求項１または請求項２に記載の光電センサにおいて、さらに、
多重反射が検出されているときに求めた変位相当量に換えて多重反射を検出する直前に算出した変位相当量を現在の変位として出力する手段、
を備えることを特徴とする光電センサ。
【請求項１２】
請求項１に記載の光電センサにおいて、
前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は変位相当量を表示し、多重反射が検出された場合は、多重反射が検出されたことを表示する表示部であることを特徴とする光電センサ。
【請求項１３】
請求項１に記載の光電センサにおいて、
前記出力手段は、多重反射が検出されない場合は変位相当量を表示し、多重反射が検出された場合は、多重反射が検出される直前に算出した変位相当量と多重反射が検出されたことを表示する表示部であることを特徴とする光電センサ。
【請求項１４】
請求項１２に記載の光電センサにおいて、
前記受光量分布に複数のピークが存在する場合、近距離側のピークに基づいて変位相当量を求めることを特徴とする光電センサ。
【請求項１５】
請求項１２に記載の光電センサにおいて、
前記受光量分布に複数のピークが存在する場合、極大値が最も大きいピークに基づいて変位を求めることを特徴とする光電センサ。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【公開番号】特開２００７−２２１４９１（Ｐ２００７−２２１４９１Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４０１０４（Ｐ２００６−４０１０４）
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【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１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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