(57)【要約】【課題】実際のセンサの環境に応じて、その出力の使用が可能となる時期を簡単に判断できるようにする。【解決手段】ヘッド部２には検出コイルが、プリアンプ部４には発振回路がそれぞれ収容されている。アンプ部３では、電源が投入されると、発振回路の発振振幅の変化量を抽出する処理を、抽出された変化量が所定の基準値を下回る値になるまで実行する。そして変化量が基準値を下回ると、上面の表示部３５に、出力が安定したことを示す情報を表示するとともに、外部機器用の接続コネクタから、前記表示に連動してオン状態となる信号を出力する。【選択図】  図１
2004233159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の検出対象に感応する検出部を具備し、この検出部からの検出信号を用いた計測処理の結果を出力するセンサであって、
前記検出信号または計測処理結果について、所定期間毎に変化量またはその変化の度合を抽出する抽出手段と、
抽出された変化量または変化の度合を所定の基準値と比較する比較手段と、
前記変化量または変化の度合が基準値以下の値となったとき、前記計測処理結果が安定したことを所定の表示態様により示す表示手段とを具備して成るセンサ。
【請求項２】
所定の検出対象に感応する検出部を具備し、この検出部からの検出信号を用いた計測処理の結果を出力するセンサであって、
前記検出信号または計測処理結果について、所定期間毎に変化量またはその変化の度合を抽出する抽出手段と、
抽出された変化量または変化の度合を所定の基準値と比較する比較手段と、
前記変化量または変化の度合が基準値以下の値となったとき、前記計測処理結果が安定したことを示す信号を送出する信号出力手段とを具備して成るセンサ。
【請求項３】
所定の検出対象に感応する検出部を具備し、この検出部からの検出信号を用いた計測処理の結果を出力するセンサであって、
前記検出信号または計測処理結果について、所定期間毎に変化量またはその変化の度合を抽出する抽出手段と、
抽出された変化量または変化の度合を所定の基準値と比較する比較手段と、
前記変化量または変化の度合が基準値以下の値となるまで、前記計測処理結果が安定していないことを所定の表示態様により示す表示手段とを具備して成るセンサ。
【請求項４】
所定の検出対象に感応する検出部を具備し、この検出部からの検出信号を用いた計測処理の結果を出力するセンサであって、
前記検出信号または計測処理結果について、所定期間毎に変化量またはその変化の度合を抽出する抽出手段と、
抽出された変化量または変化の度合を所定の基準値と比較する比較手段と、
前記変化量または変化の度合が基準値以下の値となるまで、前記計測処理結果が安定していないことを示す信号を送出する信号出力手段とを具備して成るセンサ。
【請求項５】
前記検出部は、物体検出用の磁界または電界を生成するための発振回路と、この発振回路の発振状態を検出するための回路とを含んでおり、前記検出部からの検出信号を用いて物体の有無判別処理または被検出物体までの距離を計測する処理を行って、その結果を出力する請求項１〜４のいずれかに記載されたセンサ。
【請求項６】
前記検出部は、発振回路を具備する差動トランスを含んでおり、前記検出部からの検出信号を用いて被検出物体までの距離を計測する処理を行って、その結果を出力する請求項１〜４のいずれかに記載されたセンサ。
【請求項７】
前記検出部は、光を照射するための発光素子と、前記照射光またはその反射光を受光するための受光素子と、前記発光素子の出力ゲインを調整するためのゲイン調整回路とを含んでおり、前記受光素子からの出力を用いて、物体の有無判別処理または被検出物体までの距離を計測する処理を行って、その結果を出力する請求項１〜４のいずれかに記載されたセンサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載されたセンサであって、
前記基準値を入力するための入力手段、または、基準値の設定を指示する操作に応じて前記抽出手段により抽出された変化量または変化の度合を取り込み、その値に基づき基準値を設定する設定手段を具備して成るセンサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載されたセンサであって、
前記抽出手段により抽出された変化量またはその変化の度合が前記基準値以下の値になる前に、前記検出信号または計測処理結果が前記基準値の示す変化量より大きい所定のしきい値を越える変化を示したとき、前記比較手段による比較処理を中止する処理中止手段を具備して成るセンサ。
【請求項１０】
所定の検出対象に感応する検出部を具備し、この検出部からの検出信号を用いた計測処理の結果を出力するセンサを、コントローラに接続して成るシステムであって、
前記センサは、
前記コントローラから前記計測処理結果が安定したか否かを示す信号の送信要求を受け付ける信号入力手段と、
前記コントローラからの送信要求に応じて、前記検出信号または計測処理結果について、所定期間毎に変化量またはその変化の度合を抽出する抽出手段と、
抽出された変化量または変化の度合を所定の基準値と比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づき、前記計測処理結果が安定したこと、または計測処理結果が安定していないことを示す信号を前記コントローラに返送する返信手段とを具備し、
前記コントローラは、前記センサに前記送信要求を行った後、この送信要求に対する前記センサからの返信に応じてこのセンサにおける計測処理結果が安定したか否かを判別し、安定したと判別したとき、センサからの前記計測処理結果にかかる出力を用いた処理を開始する制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光、磁気、振動、温度など、所定の検出対象に感応する検出部を具備し、この検出部からの検出信号を用いて所定の物理量を計測したり、その検出信号または物理量の大きさを所定のしきい値と比較するなどして、その処理結果を出力するセンサに関する。また、この発明は、これらのセンサからの出力を用いて所定の駆動系に対する制御を実行する制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、近接式の変位センサは、検出コイル、発振回路、および発振回路の発振振幅を電圧信号として検出する検波回路などを具備しており、検出された発振振幅の大きさを被検出物体までの距離に変換して出力するように設定されている。
この種の変位センサでは、一般に、電源投入直後には、内部回路の温度の急激な変化に伴って発振回路を形成する素子の物理量が変動し、回路の特性が変化するため、図７に示すように、電源投入から所定時間ｔ０が経過するまでの間は、出力レベルが急峻に変化する。さらに、この急峻な変化がおさまった後も、回路の温度が安定するまでのセンサの出力には、メーカーの保証する分解能（以下、これを「規定の分解能」という。）を上回るばらつきが生じる。
【０００３】
図７において、枠Ｐ内の拡大図は、センサの出力の変化の大きさを示したものであり、この出力のばらつきの大きさが分解能である。時間ｔのように、センサの出力に分解能を越える変化が生じている間は、計測精度が大幅に低下することになる。特に、センサに精密な計測処理を行わせる場合には、出力の変化が分解能の範囲に入るまで、その出力を採用するのを差し控える必要がある。図７中、ｔで示す期間は、前記出力の変化が分解能の範囲に入るまでに要する時間を示すもので、以下、このｔに相当する時間を「ウォーミングアップ時間」と呼ぶ。
【０００４】
センサの製造元では、同一規格にかかる複数のセンサについて、それぞれ電源投入後の出力変化を測定し、その測定結果をもとに統計的な余裕度を加えるなどして、推奨のウォーミングアップ時間を決定し、これをユーザーに提示するようにしている。このメーカー推奨のウォーミングアップ時間が経過してからのセンサ出力を採用するようにすれば、まず確実に、規定する分解能を持ったセンサ出力を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同一規格のセンサであっても、出力が安定するまでに要する時間には、大きなばらつきがある。また、同じセンサであっても、設置環境や電源投入時の温度によって、出力が安定するまでの時間は異なるものとなる。推奨のウォーミングアップ時間は、これらセンサ間のばらつきや、取り付け環境による変動を考慮して、どのセンサにも適用可能になるように十分な余裕度を含めて設定されるため、多くの場合、センサが実際に必要とするウォーミングアップ時間より長いものとなる。
【０００６】
図８は、前記した発振回路を具備する変位センサにおいて、センサ間におけるウォーミングアップ時間のばらつきの一例を示す。図中、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は、それぞれ同一規格の３個のセンサの出力特性を示し、ｔ１，ｔ２，ｔ３は、これらのセンサについて、分解能を満たす出力が得られるまでに必要な時間長さを示す。また、Ｔは、これらのセンサについて設定された推奨のウォーミングアップ時間を示す。
【０００７】
また、Ｑ４は、前記３個のセンサのいずれかを所定期間使用し、内部の温度が低下しないうちに電源を再投入した場合の出力特性である。この場合のセンサの出力は、電源投入直後も規定の分解能に近い精度を示しており、出力が安定するまでに要する時間ｔ４も、通常の時間ｔ１〜ｔ３よりも大幅に短いものとなる。
【０００８】
従来、個々のセンサについて、実際に出力が安定するまでの時間を提示するような試みはされていないため、ユーザーは、推奨のウォーミングアップ時間Ｔを目安とするしかない。しかしながら、前記ｔ１，ｔ２，ｔ３に示すように、実際には、推奨のウォーミングアップ時間Ｔより短い時間で、ウォーミングアップを終了できるから、センサ出力を使用できる状態になっているのに待機を続ける無駄時間が生じる。さらに、前記ｔ４に示すように、少し前まで使用していたセンサを再使用する場合には、きわめて短い時間で出力が安定するため、無駄時間はさらに長いものとなる。
【０００９】
このように、従来のセンサでは、その出力の使用を開始するまでの間に無駄時間が費やされており、起動時の処理効率の低下を招いている。
ここで、センサの出力が安定したかどうかを検出するには、オシロスコープなどの機器にセンサの出力を取り込んで、その出力レベルの変化量を計測する必要がある。しかしながら、このような方法は、構成が大がかりとなる上、センサ出力の細かい変化まで検出できるだけの精度が要求されるため、コスト高になる、という問題がある。また、外部機器を設置するためのスペースが必要になる、という問題もある。
【００１０】
また、ユーザー側の使用目的によっては、センサの出力が規定の分解能に達していなくとも、ある程度の分解能を満たしておれば、その出力を使用できる場合がある。しかしながら、従来のセンサやその周辺機器には、このようなユーザーの使用目的に適合する分解能が得られているかどうかを判断する手段は、なんら設けられておらず、利便性に欠ける、という問題がある。
【００１１】
この発明は、上記問題点に着目してなされたもので、センサ自体に、自己の計測処理結果が安定したかどうかを判断する機能や、その判断の結果を報知する機能を持たせることにより、センサからの出力の使用を、実際のセンサの環境に応じて開始できるようにすることを、目的とする。
【００１２】
またこの発明は、前記計測処理結果の安定にかかる判断の基準値を自由に設定できるようにすることにより、ユーザーが必要とする精度に応じた使用が可能となる時期を判断できるようにすることを、目的とする。
【００１３】
なお、下記特許文献１，２のように、温度などの周囲環境の変化に応じてセンサの出力を補償する、という技術思想を開示した従来文献はあるが、いずれの文献も、センサ自身の出力が安定したかどうかを検出したり、その状態を示すようなものではなく、この発明の目的を解決するには至っていない。
【００１４】
【特許文献１】
特開２０００−２９８１４５号  公報
【特許文献２】
特表２００１−５２１１５２号  公報
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかるセンサは、所定の検出対象に感応する検出部を具備し、この検出部からの検出信号を用いた計測処理の結果を出力するものである。
前記検出部は、所定の素子や電気回路などを用いて検出対象の変化を検出するものである。なお、検出対象は、具体的な物体のほか、温度、振動などの物理変化となる場合もある。検出された変化の状態は、電圧、電流、周波数などの変化として表すことができる。
【００１６】
「計測処理」とは、前記検出部からの検出信号を用いて、所定の物理量を示す数値を導き出す処理と考えることができる。たとえば、前記した近接式の変位センサにおいて、発振振幅を示す電圧から被検出物体までの距離を求める処理、光電式の変位センサにおいて、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＣＤなどの受光素子からの出力電圧を用いた三角測距により被検出物体までの距離を求める処理などが、これに相当する。これらの処理結果は、ディジタル信号による計測値として出力することができるほか、その計測値に比例した電圧信号として出力することもできる。
【００１７】
このほか、この明細書でいう計測処理には、前記検出信号を所定のしきい値と比較する処理も含むものとする。たとえば、近接スイッチや光電スイッチにおいて物体の有無を検出するための処理が、これに相当する。この場合の計測処理結果は、オン／オフを示す２値の信号として出力することができる。
【００１８】
また、この明細書でいうところの「計測処理結果の安定」とは、センサの周囲環境が変化していないときの計測処理結果が、処理目的に適した精度を持つものになった状態をいうものとする。
【００１９】
この発明にかかるセンサは、前記検出信号または計測処理結果について、所定期間毎に変化量またはその変化の度合を抽出する抽出手段と、抽出された変化量または変化の度合を所定の基準値と比較する比較手段と、前記変化量または変化の度合が基準値以下の値となったとき、前記計測処理結果が安定したことを所定の表示態様により示す表示手段とを具備して成る。
【００２０】
上記において、抽出手段、比較手段は、それぞれ専用の回路により構成することができるが、これら手段の処理を実行するためのプログラムが組みこまれたコンピュータとして一体化することもできる。表示手段は、出力が安定したことを示す情報を表示するための表示器と、この表示器に前記情報を表示させる表示制御部（これも前記コンピュータに設定することができる。）とにより構成することができる。なお、前記表示器は単に表示灯にしてもよい。
【００２１】
抽出手段が変化量を抽出する場合には、たとえば、前記所定期間毎に検出信号または計測処理結果をサンプリングし、このサンプリング値と前回のサンプリング値との差を変化量として抽出することができる。または、期間内に複数回のサンプリングを行い、その中の最大値と最小値との差を変化量として算出してもよい。また、変化量として、複数のサンプリング値における分散を求めてもよい。
【００２２】
変化の度合とは、前記検出信号または計測処理結果の示す大きさが時間軸に対して変化する度合と考えることができる。たとえば、変化量として、前記所定の期間毎に、検出信号または計測処理結果をサンプリングして、前回のサンプリング値との差を求める場合、その変化量と１段階前に抽出された変化量との差を、前記変化の度合として求めることができる。
【００２３】
比較手段が変化量またはその変化の度合と対比する基準値は、このセンサの計測処理結果が安定したとみなされるときの出力レベル（センサから外部への出力、または検出部からの内部出力のいずれでもよい。）のばらつき度合に基づき設定することができる。たとえば、センサがあらかじめ設定された規定の分解能にあるときの変化量またはその変化の度合を、基準値とすることができる。ただし、基準値は、これに限らず、後記する態様に示すように、外部からの入力などに基づき、ユーザーの所望する任意の値を設定することもできる。また、前記規定の分解能に基づく値に所定の係数を掛けた値を基準値としてもよい。
【００２４】
なお、前記比較手段による比較処理を、変化量またはその変化の度合のいずれに対して行うかは、センサにおける電源投入時の計測処理結果に生じる変化の傾向による。一般に、センサには、電源投入時の検出信号が一定の値に向かって収束するものと、検出信号の変化は続くが、一定の度合をもって変化する方向に向かうものとがある。前者のセンサでは、前記比較手段を変化量に基づく比較処理を行うように設定し、後者のセンサでは、変化量の変化の度合に基づく比較処理を行うように設定するのが望ましい。
【００２５】
上記構成のセンサによれば、センサ内において、その計測処理結果が安定したかどうかを判別し、安定したと見なし得る状態になった時点で、表示灯を点灯したり、所定の情報を表示するなどして、ユーザーにセンサ出力の使用が可能になった旨を報知することができる。よって、ユーザーは、推奨のウォーミングアップ時間が経過するまで待機しなくとも、使用するセンサが計測処理に適した状態になると同時にセンサの出力の使用を開始することができ、電源投入時の待ち時間を大幅に削減することができる。また、一連の処理は、すべてセンサにおいて行われるから、外部機器を使用する必要がなく、多大なコストを要する虞もない。しかも、ユーザーは、センサの使用が可能であるかどうかを、センサの設置位置の近傍で確認することができる。
【００２６】
つぎに、この発明にかかるセンサには、前記表示手段の動作に代えて、出力が安定したことを示す信号を送出する信号出力手段を具備させることができる。この信号の送出先を、前記計測処理結果を取り込んで処理する装置とすれば、センサの出力が安定化すると同時に、このセンサ出力を使用した処理を自動的に開始することが可能となる。
【００２７】
さらに、この発明では、前記表示手段を、前記変化量またはその変化の比率が基準値以下の値となるまで、計測処理結果が安定していないことを所定の表示態様より示すように、構成を変更することができる。この場合、ユーザーは、表示手段における表示が消失したことをもって、センサの出力を使用できる状態になったことを認識することができる。
【００２８】
さらに、前記信号出力手段についても、同様の趣旨により、前記変化量またはその変化の比率が基準値以下の値となるまで、計測処理結果が安定していないことを示す信号を送出するように、構成を変更することができる。
【００２９】
つぎに、この発明にかかるセンサの好ましい態様では、前記検出部は、物体検出用の磁界または電界を生成するための発振回路と、この発振回路の発振状態を検出する回路とを含んでおり、前記検出部からの検出信号を用いて物体の有無判別処理、または被検出物体までの距離を計測する処理を行って、その結果を出力するように構成される。なお、発振状態の変化は、発振振幅の変化のほか、周波数や位相の変化として取り出すことができる。
【００３０】
上記態様にかかるセンサは、たとえば、近接式の変位センサとして構成することができる。近接式の変位センサは、検出コイルと発振回路とを含む検出部を具備し、コイルからの高周波磁界を金属製の被検出物体に作用させ、被検出物体から発生した渦電流磁界の作用によって発振回路の発振状態が変化する現象を利用して、被検出物体までの距離を検出する。
【００３１】
また、上記態様にかかるセンサは、電極と発振回路とを含む検出部を具備し、電極と被検出物体との静電容量の変化に伴う発振状態の変化に基づき、被検出物体までの距離を計測する静電容量型センサとして構成することもできる。
【００３２】
さらに、上記態様のセンサは距離計測用の用途のセンサに限らず、発振回路の発振振幅、周波数などを所定のしきい値と比較して、物体の有無を判別する用途のセンサ（いわゆる近接スイッチ）とすることもできる。
【００３３】
上記態様のセンサは、発振回路の発振振幅や周波数などを検出信号として使用して、計測処理を行い、その処理結果を出力するものであるが、電源投入直後には、温度変化による発振回路の特性の変化の影響を受けて出力に規定の分解能以上の変化が生じるようになる。この種のセンサでは、発振回路の温度変化が収まって発振状態が安定すると、検出信号または計測値の変化量のばらつきが小さくなったり、一定の度合で変化するようになる。この発明によれば、センサの表示または出力により、計測処理結果が安定した状態になったかどうかを確認することができるから、距離計測や高精度の物体有無判別処理に適した精度のセンサ出力が得られる時期を、容易に判断することができる。
【００３４】
つぎに、この発明にかかるセンサの他の好ましい態様では、前記検出部は、発振回路を具備する差動トランスを含んでおり、前記検出部からの検出信号を用いて被検出物体までの距離を計測する処理を行って、その結果を出力するように構成される。
この態様によるセンサは、いわゆる接触式の変位センサである。検出部には、差動トランスの検出用コイルに誘起された電圧の差を検出するための信号処理回路なども含むことができる。なお、差動トランスには、コアおよび一対の検出用コイルが含まれるが、このほかに一次コイルが設けられる場合もある。
【００３５】
上記態様によるセンサでは、発振回路は、差動トランスの検出用コイルに誘起起電力を発生させるための駆動源として使用される。よって、電源投入時に発振回路の温度が不安定な状態にある間は、コイルに生じる電圧も不安定となり、検出信号または計測値の変化量のばらつきが大きくなったり、ランダムな度合で変化する。この後、発振回路の温度が安定するに伴い、変化量が小さくなったり、一定の度合で変化するようになる。この発明では、安定した状態になったかどうかをセンサの表示または出力により確認することができるから、距離計測に適したセンサ出力が得られる時期を、容易に判断することができる。
【００３６】
他の好ましい態様にかかるセンサは、前記検出部として、光を照射するための発光素子と、前記照射光またはその反射光を受光するための受光素子と、前記発光素子の出力ゲインを調整するためのゲイン調整回路とを含んでおり、受光素子からの出力を用いて、物体の有無判別処理または被検出物体までの距離を計測する処理を行って、その結果を出力するように構成される。
【００３７】
上記態様のセンサは、発光素子と受光素子とを対向配備した透過型の光電スイッチ、または発光素子より被検出物体に向けて光を照射し、受光素子により被検出物体からの反射光を受光するようにした反射型の光電スイッチとして構成することができる。また、被検出物体からの反射光を用いてその物体までの距離を計測する光電式の変位センサとして構成することもできる。なお、発光素子としては、発光ダイオードやレーザーダイオードを使用することができる。また、受光素子としては、フォトダイオードのほか、ＣＣＤやＰＳＤなどを使用することができる。また、ゲイン調整回路は、発光素子の発光出力を一定にするためのＡＰＣ回路（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）とすることができる。
【００３８】
上記態様のセンサでは、ゲイン調整回路により発光状態の安定化をはかりながら、受光素子の受光量を用いた計測処理を行うが、電源投入直後には、ゲイン調整回路の温度変化の影響によって、発光素子の発光量も不安定となるため、受光量も不安定となり、センサ出力の変化が大きくなる。一方、ゲイン調整回路の温度変化が収まると、発光素子の発光量が安定する。このとき、計測に適した受光量を確保できるようになって、検出信号または計測値の変化量が小さくなったり、一定の度合で変化するようになる。この発明では、安定した状態になったかどうかをセンサの表示または出力により確認することができるから、距離計測や物体の有無判別処理に適した精度のセンサ出力が得られる時期を、容易に判断することができる。
【００３９】
さらに、この発明にかかるセンサには、前記基準値を入力するための入力手段、または、基準値の設定を指示する操作に応じて前記抽出手段により抽出された変化量または変化の度合を取り込み、その値に基づき基準値を設定する設定手段を具備させることができる。
基準値の入力手段、基準値の設定を指示する操作のための手段は、所定の操作スイッチにより構成することができる。また、タッチパネル付きの表示器を用いて、画像によるスイッチを示し、操作を受け付けるようにしてもよい。
【００４０】
上記入力手段を導入する場合には、ユーザーが自身の計測の目的に応じた分解能を基準値として入力することにより、検出信号または計測処理結果がこの入力値に適合するレベルにまで安定したときに、出力が安定した旨の表示または出力が行われるから、前記目的に応じた計測処理を開始することが可能となる。
また、設定手段を導入する場合には、ユーザーの計測の目的に応じた分解能が得られている状態下で指定操作を行うことにより、その時点での変化量または変化の度合が取り込まれ、その取り込まれた値に基づき基準値を設定することができる。よって、この場合にも、センサ出力がユーザーの所望の分解能に達した時点から、その出力の使用を開始することが可能となり、利便性を大幅に高めることができる。なお、この指定操作により基準値を設定する場合のセンサには、ユーザーが現時点での分解能を確認した上で指定操作を行うことができるように、分解能を示す情報（数値、グラフなど）を表示する表示器を設けるのが望ましい。
【００４１】
さらに、この発明にかかるセンサには、前記抽出手段により抽出された変化量またはその変化の度合が前記基準値以下の値になる前に、前記検出信号または計測処理結果が前記基準値の示す変化量より大きい所定のしきい値を越える変化を示したとき、前記比較手段による比較処理を中止する処理中止手段を具備させることができる。
【００４２】
前記基準値は、センサ出力が安定したかどうかを判断するためのものであるから、前記したようにセンサの望ましい分解能、またはユーザーの目的とする分解能に応じた値に設定する必要がある。したがって、基準値は、通常の計測値が開始されたときに検出対象によってひきおこされる変化量や変化の度合よりもはるかに小さい値となるのが望ましい。
一方、前記しきい値は、前記検出対象によって生じる計測値の変化に対応するレベルに応じた値とするのが望ましい。たとえば、物体を検出するセンサであれば、「物体なし」時の信号レベルと「物体あり」時の信号レベルとの差に対応する変化量を、しきい値とすることができる。このようにすれば、検出信号または計測値がしきい値を越える変化を示したときに、変化量を基準値と比較する処理が中止されることになる。この比較処理を中止することにより、表示手段による表示や出力手段による信号出力も行われないことになる。
【００４３】
なお、上記態様において、「基準値の示す変化量」とは、前記比較手段が変化量に対する比較処理を行っている場合は、基準値そのものとすることができる。また、変化量の変化の度合に対する比較処理が行われる場合には、現時点の変化量に基準値分の変化を上乗せした値を、基準値の示す変化量とすることができる。
【００４４】
上記の態様は、物体の有無をおおまかに検出する場合のように、センサ出力のばらつきによる影響を受けにくい処理を行う場合に有効である。このように精密な計測処理を必要としないユーザーが、直ちにセンサの使用を開始した場合には、計測処理結果が安定したレベルに達するより前にしきい値を上回る変化が生じるので、使用の開始時期を判断するための処理はキャンセルされることになる。よって、ユーザーの目的とする処理に柔軟に対応することができる。
【００４５】
つぎに、この発明にかかる制御システムは、所定の検出対象に感応する検出部を具備し、この検出部からの検出信号を用いた計測処理の結果を出力するセンサを、コントローラに接続して成る。前記センサは、前記コントローラから前記計測処理結果が安定したか否かを示す信号の送信要求を受け付ける信号入力手段と、前記コントローラからの送信要求に応じて、前記検出信号または計測処理結果について、所定期間毎に変化量またはその変化の度合を抽出する抽出手段と、抽出された変化量または変化の度合を所定の基準値と比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づき、前記計測処理結果が安定したこと、または計測処理結果が安定していないことを示す信号を前記コントローラに返送する返信手段とを具備する。一方、コントローラは、前記センサに前記送信要求を行った後、この送信要求に対する前記センサからの返信に応じて前記計測処理結果が安定したか否かを判別し、安定したと判別したとき、センサからの前記計測処理結果にかかる出力を用いた処理を開始するように構成される。
【００４６】
なお、センサには、前記返信手段に加えて、前記した表示手段を設けることもできる。また、このセンサには、前記した各種態様を適用することができる。
コントローラは、ロボットなど、所定の装置の動作を制御するためのもので、パーソナルコンピュータやプログラマブルコントローラなどの装置により構成することができる。ただし、これに限らず、ロボットなどの作業用の装置の制御部をコントローラと考えることもできる。
【００４７】
上記の制御システムにおいて、センサは、コントローラからの送信要求に応じて、前記した変化量を抽出して基準値と比較する処理を開始し、計測処理結果が安定したレベルに達した時点で、コントローラにその旨を示す信号を返送する。または、この反対に、計測処理結果が安定するまでの間、コントローラに、計測処理結果が安定していないことを示す信号を返送する。コントローラは、この信号に応じて、センサの計測処理結果が安定したことを判断し、その計測処理結果を示すセンサからの出力を用いて、目的とする処理を開始する。
【００４８】
よって、コントローラは、センサの計測処理結果が安定すると、直ちに、人間の手を介することなく、その計測処理結果を用いた処理を開始することが可能となり、処理対象の信号の精度を確保して、高精度の処理を行うことができる。
【００４９】
このような制御システムによれば、電源投入直後に、センサ出力の安定を待って処理を開始できるようになるばかりでなく、通常の処理においても、周囲環境によりセンサ出力が不安定になる可能性がある場合には、センサに送信要求を行って、この要求に対する返信によりセンサの出力が安定しているかどうかを確認した上で、処理を進めることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明が適用された近接式の変位センサの外観を示す。この実施例の変位センサ１は、検出コイルＬ（図２に示す。）を含むヘッド部２と、制御回路を含むアンプ部３との間にプリアンプ部４を介装させて成る。プリアンプ部４には、高周波を発振させる発振回路４１やＥＥＰＲＯＭ４２（ともに図２に示す。）が収容され、また機体の上面には表示灯４３が配備される。なお、図中の４４は、プリアンプ部４を支持する支持部材である。
【００５１】
ヘッド部２とプリアンプ部４とは、シールドケーブル５により接続される。このシールドケーブル５には、高周波電流を流すための信号線が含まれており、前記検出用コイルＬは、この信号線に一体に設けられる。
【００５２】
プリアンプ部４とアンプ部３には、それぞれ多芯ケーブル６ａ，６ｂが取り付けられる。各多芯ケーブル６ａ，６ｂの先端にはそれぞれ中継用コネクタ７ａ，７ｂが設けられており、これらコネクタ７ａ，７ｂを接続することによって、プリアンプ部４とアンプ部３とは接続された状態になる。なお、これらの多芯ケーブル６ａ，６ｂには、電源の供給ラインを含む複数の信号線が含まれている。また、アンプ部３側の多芯ケーブル６ｂの長さは、アンプ部３の設置条件に応じて任意に設定することができる。
【００５３】
前記アンプ部３は、前記発振回路４１の発振振幅を距離を示す電圧信号に変換して出力する（以下、この距離を「検出距離」という。）もので、本体を形成するケース体３０の内部には、検出処理や信号出力のための回路が組み込まれる。さらにこのケース体３０の上面には、表示パネル３５１や表示灯３５２を含む表示部３５が設けられるほか、後記する操作部３６を構成する複数の操作スイッチ（図示せず。）が配備される。
【００５４】
前記表示パネル３５１は、検出距離をディジタル表示するのに用いられる。また表示灯３５２は、多色発光のＬＥＤを含むもので、被検出物体の有無を検出したことを報知するほか、種々の内容の報知をそれぞれ特定の色彩光によって報知するように設定されている。
【００５５】
この実施例のセンサ１は、通常の距離を計測する制御モード（以下、これを「計測モード」という。）を実行するとともに、電源投入直後などに、自己の計測処理結果を示す出力（以下、これを単に「出力」という。）が安定した状態になるまで計測モードの開始に待機する制御モード（以下、これを「ウォーミングアップモード」と呼ぶ。）を実行するように設定されている。このウォーミングアップモードでは、発振回路４１の発振振幅のばらつきを監視することによって、出力が安定したかどうかを判別し、安定したと判断すると、前記表示部３５を用いて、ウォーミングアップの終了を報知するようにしている。また、図示しない外部機器用の接続コネクタからは、この表示に連動してオン状態となる信号（以下、この信号を「安定信号」と呼ぶ。）が出力される。
【００５６】
このウォーミングアップの終了の報知は、前記表示パネル３５１に所定の情報を表示したり、表示灯３５２に特定の色彩光を点灯させる方法によって行われるほか、プリアンプ４側の表示灯４３を用いて行うこともできる。また、ウォーミングアップの終了報知のみならず、出力が安定していない状態下でも、所定の情報表示または色彩光をもって、ウォーミングアップ中であることを報知することができる。なお、アンプ部３の上面は、通常は、透明のカバー３０ａにより覆われており、このカバー３０ａを介して表示を視認することができるようになっている。
【００５７】
図２は、前記近接センサ１の全体の回路構成を示す。
前記アンプ部３には、コンピュータによる制御部３１（ＣＰＵおよびメモリを含む。）、前記発振回路４１の発振振幅を電圧信号として取り出すための検波回路３２、この検波回路３２からの出力をディジタル変換するためのＡ／Ｄ変換回路３３が収容される。このほか、アンプ部３には、Ｄ／Ａ変換回路３４、検出距離出力回路３８１、安定信号出力回路３８２、判定結果出力回路３８３、外部信号入力部３９などが配備される。また、制御部３１には、前記ケース体３０の上面の表示部３５および操作部３６が接続される。さらに、このアンプ部３には、センサ１内の各回路の駆動用電源を生成するための電源回路３７が配備される。
【００５８】
Ｄ／Ａ変換回路３４は、制御部３１が求めた検出距離を電圧信号に変換するためのもので、検出距離出力回路３８１は、この電圧信号を増幅して出力する。一方、安定信号出力回路３８２は、前記安定信号を、判定結果出力回路３８３は、被検出物体の有無を判別した結果を、それぞれオン／オフを示す信号として出力する。なお、前記した外部機器用の接続コネクタには、これら３種類の出力回路３８１〜３８３および外部信号入力部３９のそれぞれに対応する接続端子が設けられる。
【００５９】
前記プリアンプ部４のＥＥＰＲＯＭ４２には、このセンサ１の型式を示す情報などが格納される。このＥＥＰＲＯＭ４２、および前記表示灯４３は、アンプ部３の制御部３１に接続される。
【００６０】
上記構成において、制御部３１のメモリには、発振振幅を距離に変換するための補正用テーブルが格納されている。制御部３１は、計測モードにおいては、Ａ／Ｄ変換回路３３からディジタル量の発振振幅（以下、これを「検出値」という。）を取り込むとともに、新たな検出値を含む過去所定数分の検出値を平均化する移動平均化処理を実行し、得られた平均値をもって前記補正用テーブルを照合することにより、検出距離を求める。求められた演算距離は、表示部３５およびＤ／Ａ変換回路３４より出力される。さらに、制御部３１は、前記検出距離を所定のしきい値と比較して、被検出物体の有無を判定し、「物体あり」と判別したときに、判定結果出力回路３８３よりオン状態の信号を出力する。
【００６１】
さらに、この実施例の制御部３１のメモリには、規格の異なる複数のセンサについて、それぞれ推奨のウォーミングアップ時間や規定の分解能が登録されている。制御部３１は、ウォーミングアップモード時には、プリアンプ部４のＥＥＰＲＯＭ４２に格納されたセンサ型式に基づき前記メモリからセンサ１の規格に応じた登録情報を選択し、これらを用いてウォーミングアップを終了する時期を判断する。
【００６２】
図３は、前記ウォーミングアップモードにおける一連の手順を示す。なお、図３では、表示パネル３５１を用いた文字表示により、ウォーミングアップに関する情報を詳細に報知するものとして説明する。
【００６３】
前記制御部３１は、電源投入に応じて、前記ＥＥＰＲＯＭ４２からセンサ型式を読み出した後、この型式に基づき、内部メモリからセンサ１の規格に応じた推奨のウォーミングアップ時間や分解能を読み出す。これらウォーミングアップ時間や分解能は、ウォーミングアップ処理を終了するタイミングの判別に使用されるもので、特に、分解能は、ＳＴ８に示す基準値として設定される。このような初期設定が終了した後に、図３の手順がスタートする。
【００６４】
この実施例のウォーミングアップモードは、ユーザーの処理目的によって選択的に実行されるもので、詳細な計測処理を必要としないユーザーは、最初に計測開始操作を行うことにより、ウォーミングアップモードを強制終了することができる。ここで、計測開始操作とは、操作部３６や外部信号入力部３９に何らかの変化が生じたときのように、ユーザーが意図的にウォーミングアップを終了させたいときに行う操作、と考えることができる。なお、この計測開始操作が行われなかった場合にも、実際に計測が実行されると、後記するＳＴ６の判定が「ＹＥＳ」となって、ウォーミングアップモードは強制終了される。
【００６５】
まず、ＳＴ１では、前記した計測開始操作をチェックする。ここで、計測開始操作が行われた場合には、ＳＴ１が「ＹＥＳ」となってＳＴ１２に進み、表示部３５に、ウォーミングアップが強制終了された旨を示す情報を表示して、処理を終了する。
【００６６】
計測開始操作が行われなかった場合は、ＳＴ１が「ＮＯ」となってＳＴ２に進み、前記表示部３５に、ウォーミングアップ中であることを示す情報を表示する。そして、つぎのＳＴ３において、所定の設定時間が経過するまで待機する。
【００６７】
この設定時間は、後記する変化量を求めるためにＡ／Ｄ変換回路３３からの検出値をサンプリングする間隔を示すものである。この設定時間が経過すると、ＳＴ４に進んで検出値を取得した後、つぎのＳＴ５で、この検出値と前回に取得した検出値との差を求める。なお、ここには図示していないが、初めて検出値を取得した場合には、このＳＴ５をスキップして、ＳＴ３に戻る。
【００６８】
ＳＴ６では、ＳＴ５で求めた差を所定のしきい値と比較する。このしきい値は、前記ウォーミングアップを強制終了するための判定基準となるもので、センサ１の検出エリアに被検出物体が入った場合の発振振幅の変動レベルに対応する値が設定される。ここで、２つの検出値間の差がしきい値より小さい場合には、ＳＴ６が「ＮＯ」となってＳＴ７に進み、今回取得の検出値を含む過去所定回数分の検出値における変化量を算出する。
【００６９】
なお、この変化量は、前記所定回数分の検出値のうちの最大値と最小値との差により表される。また、ここには図示していないが、処理開始直後に、変化量を求めるのに必要な数分の検出値が得られていない場合には、ＳＴ７をスキップしてＳＴ３に戻る。
【００７０】
つぎのＳＴ８では、前記ＳＴ７で求めた変化量が基準値以下になっているかどうかをチェックする。検出値のばらつきが大きい状態下では、このＳＴ８の判定は「ＮＯ」となり、ＳＴ９を介してＳＴ３に戻る。
【００７１】
以下、同様にして、前記設定時間が経過する毎に新たな検出値を取り込んで変化量を算出し、これを基準値と比較する処理を繰り返す。この結果、所定の時点での変化量が前記基準値以下となると、ＳＴ８が「ＹＥＳ」となってＳＴ１０に進み、前記表示部３５に、ウォーミングアップの終了を示す情報を表示する。さらに、ＳＴ１１で、前記安定信号をオンに設定した後、ウォーミングアップモードを終了する。
【００７２】
なお、この実施例では、推奨のウォーミングアップ時間が経過するまで、ＳＴ８が「ＹＥＳ」とならなかった場合には、推奨のウォーミングアップ時間の経過をもってＳＴ１０に進み、ウォーミングアップの終了を示す情報を表示するようにしている。
【００７３】
また、ＳＴ４で取得した検出値と１つ前に取得した検出値との間にしきい値を上回る差が生じた場合には、ＳＴ６が「ＹＥＳ」となってＳＴ１２に進み、ウォーミングアップが強制終了されたことを示す情報を表示してから処理を終了する。
【００７４】
上記図３の手順によれば、ユーザーは、電源投入後、ウォーミングアップの終了を示す情報が表示されるまで待機し、この情報が表示された後に被検出物体をセンサ１の検出エリアに送るようにすると、センサ１の出力が安定した状態下で計測モードを開始することができる。ただし、電源投入直後に計測開始操作を行ったり、ウォーミングアップ期間を無視して被検出物体を検出エリアに送り込んだ場合には、ウォーミングアップモードが強制終了されて計測モードが開始される。この場合の計測モードは、センサ出力が安定していない状態で行われるので、高精度の計測を目的とするユーザーには適さないが、物体の有無判別を行うなど、比較的単純な処理を行う場合には十分な精度が得ることができる。よって、ユーザーは、自身の使用目的に応じて、ウォーミングアップモードを利用するか否かを選択することができる。
【００７５】
なお、上記図３において、検出値のサンプリング間隔となる設定時間（ＳＴ３において判別している時間）を、前記した移動平均処理に使用する複数の検出値を取り込むのに要する期間とすることもできる。この場合には、期間内に複数の検出値をサンプリングした上で、これら検出値の平均値をもって、ＳＴ４で取得する検出値とすることができる。また、変化量を求める対象は検出値に限らず、検出距離についての変化量を求めて、ウォーミングアップモードの終了時期を判別するようにしてもよい。
【００７６】
また、上記図３の手順では、所定期間内における検出値の変化量を抽出して規定値と比較することにより、出力が安定したかどうかを判別するようにしているが、これに代えて、検出値を取得する都度、この検出値と前回の検出値との差を求め、この差が規定値以下となる状態が所定回数連続したことをもって、検出値が安定したと判断するようにしてもよい。
【００７７】
また、電源投入後、発振回路などの温度が安定した後も、一定の度合で出力が変化するような特性を示すセンサについては、つぎの図４に示す手順により、ウォーミングアップモードを実行するのが望ましい。
【００７８】
図４の手順では、前記図３のＳＴ７，ＳＴ８に代えて、ＳＴ７´，ＳＴ８´を実行するようにしている。なお、ＳＴ７´，ＳＴ８´以外のステップについては、前記図３と同様であり、これらステップに図３と同じ符号を付すことにより、主要な処理にかかるステップのみに限定して説明する。
【００７９】
この図４の手順でも、設定時間が経過する都度、検出値を取得し、この検出値と前回取得した検出値との差を算出する（ＳＴ３〜５）。ここで、この差がしきい値以下であれば、ＳＴ６が「ＮＯ」となってＳＴ７´に進む。このＳＴ７´では、前記ＳＴ５で算出した検出値の差と１段階前に得た検出値の差との差分演算処理により、検出値の変化の度合を算出する。
【００８０】
ＳＴ８´では、前記変化の度合を所定の基準値と比較する。この実施例における基準値は、センサの計測処理結果が安定した状態にあるときに生じる検出値の変化の度合に基づいて設定されるものである。前記変化の度合が基準値以下になると、ＳＴ８´が「ＹＥＳ」となり、ＳＴ１０で「ウォーミングアップ終了」を表示した後、つぎのＳＴ１１で安定信号をオンにして、処理を終了する。
【００８１】
上記図４の手順によれば、センサ１の検出値がランダムな度合で変化する状態からほぼ一定の度合で変化する状態に移行したときに、ウォーミングアップの終了を示す情報が表示されるので、図３の制御によるセンサ１と同様に、この表示がなされた後に被検出物体をセンサ１の検出エリアに送ることにより、センサ１の出力が安定した状態下で計測モードを開始することができる。
また、この手順においても、電源投入後に計測開始操作が行われたり、ウォーミングアップモードが無視されて被検出物体が検出エリアに送り込まれた場合には、ウォーミングアップモードが強制終了されて計測モードが開始されるようになる。
【００８２】
ところで、上記図３，４の手順では、センサ１の出力が規定の分解能を満たす状態になったときの検出値の変化量またはそのときの変化の度合に基づいて、ウォーミングアップモードの終了時期を判別するための基準値を設定したが、これに代えて、操作部３６より、ユーザーの目的に応じた基準値を入力してもよい。また、基準値を設定するためのティーチングモードを設定し、このティーチングモードにおいて、前記表示部３５に、検出値または検出距離の変化量を表示し、ユーザーにこの変化量の表示を確認しながら目的に適合する変化量を指定させ、その指定された変化量またはその変化の度合をもって基準値としてもよい。
【００８３】
このように、ユーザー自身の処理目的に応じた出力状態になったときの検出値に基づいて基準値を設定すれば、ユーザーは、センサ１の出力が処理目的に適合するレベルに達したことを容易に判断して、センサ１の使用を開始することができ、利便性の高いセンサを提供することができる。
【００８４】
なお、上記したウォーミングアップモードは、近接式の変位センサ１に限らず、図５に示すような差動トランス式の変位センサ１Ａに適用することもできる。このセンサ１Ａは、一対の検出コイルＬ１，Ｌ２およびコア２１を含むヘッド部２Ａと、信号変換回路４５を含むプリアンプ部４Ａと、アンプ部３とを、順に接続して構成される。なお、アンプ部３は、前記センサ１で使用されるのと同様のものであり、各部に図２と同様の符号を付けることにより、詳細な説明を省略する。また、プリアンプ部４ＡのＥＥＰＲＯＭ４２および表示灯４３も、前記センサ１のプリアンプ部４に設けられたものと同様であるので、同じく、詳細な説明を省略する。
【００８５】
前記ヘッド部２Ａの各コイルＬ１，Ｌ２は、直列に接続される。前記コア２１は、ここでは図示していないが、先端に測定子を備えた可動シャフトに連設されており、この可動シャフトの変位に伴って、各コイルＬ１，Ｌ２の内部を軸方向に沿って往復動するように設定される。
【００８６】
前記プリアンプ部４Ａ内の信号変換回路４５には、各コイルＬ１，Ｌ２に交流電流を流すための発振回路のほか、各コイルＬ１，Ｌ２に誘起された電圧を増幅するための増幅回路、増幅後の信号を直流変換するためのＡＣ−ＤＣ変換回路、ＡＣ−ＤＣ変換後の電圧の差を求めるための差動増幅回路などが含まれる。なお、前記アンプ部３側の検波回路３２は、差動増幅回路の出力端子に接続される。
【００８７】
上記構成において、前記した測定子が非接触物体に接することにより、可動シャフトおよびコア２１が変位すると、前記コイルＬ１，Ｌ２には、コア２１の変位量に応じた電圧が誘起される。各コイルＬ１，Ｌ２間における誘起電圧の差は、前記信号変換回路４４内の差動増幅回路および検波回路３２により検出された後、Ａ／Ｄ変換回路３３によりディジタル変換され、検出値として制御部３１に入力される。
【００８８】
制御部３１のメモリには、差動トランス方式の変位センサに適合する補正用テーブルが格納されている。制御部３１は、このテーブルに前記検出値を照合するなど、近接式の変位センサ１におけるのと同様の方法による計測モードを実行することにより、被検出物体までの距離を計測したり、物体の有無を判別して、その処理結果を出力する。さらに、制御部３１は、この計測モードに先立ち、前記図３または図４に示したウォーミングアップモードを実行することにより、センサ１Ａの出力が計測処理に適したレベルにまで安定した時点でその旨を報知することができる。
【００８９】
ところで、上記のセンサ１，１Ａによれば、前記安定信号によって外部機器に処理開始時期を認識させ、自動的に処理を開始させることができる。
図６は、所定の作業を行うロボット９の動作を制御するシステムにおいて、前記センサ１，１Ａの出力に応じて処理を自動化する場合の構成を示す。図中の８は、前記ロボット９を制御するコントローラである。ロボット９は、たとえば，センサ１，１Ａにより検出された物体に他の部品を取り付ける作業を行うもので、コントローラ８は、センサ１からの検出距離に基づき、ロボット９のマニピュレータの位置や角度を制御する処理などを行う。
【００９０】
前記センサ１，１Ａとコントローラ８とは、ケーブルを介して接続される。コントローラ８は、センサ１，１Ａの外部信号入力部３９に、ウォーミングアップ実行コマンドを出力する。一方、センサ１，１Ａは、ウォーミングアップ実行コマンドに応じてウォーミングアップモードを開始し、ウォーミングアップモードが終了した際には、コントローラ８に対し、前記安定信号を出力するように設定されている。なお、センサ１，１Ａからは、このほかに検出距離が出力されるが、この検出距離は、制御モードの種類に関わらず、常時、出力することが可能である。
【００９１】
上記において、センサ１，１Ａの制御部３１は、前記ウォーミングアップ実行コマンドに応じてウォーミングアップモードを開始し、前記変化量が基準値以下となったところで安定信号をオン状態とする。コントローラ８は、センサ１，１Ａにウォーミングアップ実行コマンドを出力した後は、安定信号がオンとなるまで待機し、安定信号がオンとなると、その時点からの検出距離を取り込んでロボット９を制御する処理を開始するように設定される。
【００９２】
なお、上記の制御システムにおいては、コントローラ８は、システムに電源が投入された直後のみならず、ロボット９の稼働を開始した後も、適宜、ウォーミングアップ実行コマンドを出力することによって、安定した状態下での検出距離を処理することができる。したがって、温度変化のほか、機械的な振動などによってセンサ出力が一時的に不安定になる場合でも、ウォーミングアップ実行コマンドによってセンサ出力の状態を確認した上でその検出距離を処理することができ、きわめて精度の高い制御を実行することができる。
【００９３】
【発明の効果】
この発明によれば、センサ自体に、自己の出力が安定したかどうかを判断する機能や、その判断の結果を報知する機能を持たせたので、実際のセンサの環境に応じて、その出力の使用が可能となる時期を簡単に判断することができ、センサの利便性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明が適用された近接式の変位センサの構成を、ウォーミングアップ終了の報知例とともに示す斜視図である。
【図２】センサの構成を示すブロック図である。
【図３】ウォーミングアップモードにおける制御手順を示すフローチャートである。
【図４】ウォーミングアップモードにおける他の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】差動トランス式の変位センサの構成を示すブロック図である。
【図６】変位センサを用いた制御システムの例を示すブロック図である。
【図７】典型的なセンサの出力特性を示す説明図である。
【図８】センサ間での出力特性に差があることを示す説明図である。
【符号の説明】
１，１Ａ  センサ
２，２Ａ  ヘッド部
３  アンプ部
４，４Ａ  プリアンプ部
８  コントローラ
３１  ＣＰＵ
３２  検波回路
３３  Ａ／Ｄ変換回路
３５  表示部
３６  操作部
３８１  検出距離出力回路
３８２  安定信号出力回路
４１  発振回路
４４  信号変換回路
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２  コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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