(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持面上の計測対象物に支持面に向かう方向から光を照射するとともに、前記計測対象物からの反射光を所定大きさの受光面を具備する受光手段により受光し、前記受光面上の反射光像の位置に基づき計測対象物までの距離を計測する変位センサにおいて、
前記支持面から光の反射位置までの距離が既知の物体を計測したときの計測値を基準計測値として、前記既知の距離をオフセット値として、それぞれメモリ内に記憶するとともに、前記計測対象物について、前記支持面から光の反射位置までの適正な距離を示す数値を判定基準値として前記メモリ内に記憶しておき、
前記計測対象物について得た計測値を前記基準計測値およびオフセット値に基づき支持面から光の反射位置までの距離を示すデータに変換した後、この変換後のデータを前記判定基準値と比較してその比較結果を出力することを特徴とする変位センサにおける出力方法。
【請求項２】
支持面上の計測対象物に支持面に向かう方向から光を照射するとともに、前記計測対象物からの反射光を所定大きさの受光面を具備する受光手段により受光し、前記受光面上の反射光像の位置に基づき計測対象物までの距離を計測する変位センサにおいて、
前記支持面から光の反射位置までの距離が既知の物体を計測したときの計測値を基準計測値として、前記既知の距離をオフセット値として、それぞれメモリ内に記憶するとともに、複数種の計測対象物について、それぞれ前記支持面から光の反射位置までの適正な距離を示す数値を判定基準値として前記メモリ内に記憶しておき、
計測対象物について得た計測値を前記基準計測値およびオフセット値に基づき支持面から光の反射位置までの距離を示すデータに変換した後、この変換後のデータを前記計測対象物に対応する判定基準値と比較してその比較結果を出力することを特徴とする変位センサにおける出力方法。
【請求項３】
支持面上の計測対象物に支持面に向かう方向から光を照射するとともに、前記計測対象物からの反射光を所定大きさの受光面を具備する受光手段により受光し、前記受光面上の反射光像の位置に基づき計測対象物までの距離を計測する変位センサであって、
大きさが既知の物体を計測する際に、その物体について支持面から光の反射位置までの距離を示す数値の入力を受け付ける入力手段と、
前記大きさが既知の物体を計測したときの計測値を基準計測値として、前記入力された既知の距離をオフセット値として、それぞれメモリ内に記憶する登録手段と、
前記計測対象物について得られた計測値を、前記基準計測値およびオフセット値を用いて前記支持面から光の反射位置までの距離を示すデータに変換する変換処理手段と、
前記計測対象物について、前記支持面から光の反射位置までの適正な距離を示す数値の入力を受け付けて、その数値を判定基準値としてメモリ内に記憶する判定基準設定手段と、
前記計測対象物について、前記変換処理後のデータを前記判定基準値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果を出力する出力手段とを具備して成る変位センサ。
【請求項４】
支持面上の計測対象物に支持面に向かう方向から光を照射するとともに、前記計測対象物からの反射光を所定大きさの受光面を具備する受光手段により受光し、前記受光面上の反射光像の位置に基づき計測対象物までの距離を計測する変位センサであって、
大きさが既知の物体を計測する際に、その物体について支持面から光の反射位置までの距離を示す数値の入力を受け付ける入力手段と、
前記大きさが既知の物体を計測したときの計測値を基準計測値として、前記入力された既知の距離をオフセット値として、それぞれメモリ内に記憶する登録手段と、
前記計測対象物について得られた計測値を、前記基準計測値およびオフセット値を用いて前記支持面から光の反射位置までの距離を示すデータに変換する変換処理手段と、
複数種の計測対象物について、それぞれ前記支持面から光の反射位置までの適正な距離を示す数値の入力を受け付けて、各数値を判定基準値としてメモリ内に記憶する判定基準設定手段と、
前記複数の判定基準値のいずれかを選択する選択手段と、
前記計測対象物について、前記変換処理後のデータを前記選択された判定基準値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果を出力する出力手段とを具備して成る変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、計測対象物に光を照射したときの反射光を用いて計測対象物までの距離を計測する光学式の変位センサに関するもので、特に、この種の変位センサにおいて、平面上に支持された計測対象物を計測する場合に、その計測結果を用いた判別処理の結果を出力する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学式の変位センサは、レーザーダイオードなどの光源、およびＰＳＤ，ＣＣＤなどによる受光部が組み込まれたセンサヘッドや、センサヘッドからの信号を処理するコントローラなどを具備する。コントローラでは、受光部からの信号を処理して受光面における反射光像の位置を計測した後、三角測距の原理に基づき、センサヘッドから観測対象までの距離を計測するようにしている。
【０００３】
この種のセンサには、計測結果をそのまま出力する機能のほか、所定の計測値の出力を「ゼロ」に置き換える機能が組み込まれたものがある。この「ゼロリセット機能」によれば、たとえば平面上に支持された計測対象物の高さを計測する場合、良品モデルを計測して得られた結果を基準計測値として、この計測結果の出力をゼロリセットすることにより、以後の計測結果を基準計測値に対する過不足量として出力することができ、各計測対象物の高さの適否を簡単に判別することができる。
【０００４】
さらにこの種のセンサには、前記基準計測値に対する過不足量を所定の判定基準値と比較することにより各計測対象物の長さの適否を判別する機能や、その判別結果を出力する機能が設定されている場合がある。
たとえば工場の製造ラインで製品のサイズの適否を検査するのに上記の機能を用いる場合、各製品を検査用ステージのような平面上に順に導いて、計測したい部位を縦方向にして設置し、上方から計測する。縦方向に設置された部位の長さが適正でない場合は、前記基準計測値に対する過不足量が判定基準から大幅にはずれた値となるから、サイズの適否判別を自動的に行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の計測対象物の長さの適否判別処理においては、計測対象物が複数種あり、かつ各計測対象物の大きさが種毎に異なる場合は、計測対象物の種類が変わる毎に、良品モデルを計測してその計測値をゼロリセットする処理を行わなければならない。しかし、このような方法では種毎にモデルを用意する必要があり、処理が煩雑になるという問題が生じる。
【０００６】
この発明は上記問題点に着目してなされたもので、計測対象物の長さの適否を判別する処理を、計測対象物に対応するモデルを用いた設定処理を行わずに実行できるようにすることにより、適否判別処理のための設定にかかる手間を大幅に削減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明では、支持面上の計測対象物に支持面に向かう方向から光を照射するとともに、前記計測対象物からの反射光を所定大きさの受光面を具備する受光手段により受光し、前記受光面上の反射光像の位置に基づき計測対象物までの距離を計測する変位センサにおいて、支持面から光の反射位置までの距離が既知の物体を計測したときの計測値を基準計測値として、前記既知の距離をオフセット値として、それぞれメモリ内に記憶しておき、計測対象物について得た計測値を前記基準計測値およびオフセット値に基づき支持面から光の反射位置までの距離を示すデータに変換するようにした。
【０００８】
前記光は、レーザーダイオードなどの光源から出射されたものである。受光手段は、ＰＳＤや１次元または２次元配列された受光素子による受光面を具備し、受光面から所定距離範囲内にある計測対象物からの反射光を受光するように設置される。受光面上の反射光像の位置は、センサヘッドと光の反射位置との距離によって変動するから、三角測距の原理によりセンサヘッドから計測対象物までの距離を求めることができる。
【０００９】
計測対象物を支持する「支持面」とは、最適な態様では、計測対象物を下方位置で支持する水平面である。ただし、たとえば計測対象物が垂直な壁面に接している場合には、支持面を垂直方向に沿って配置された平面とすることもできる。また計測対象物が他の手段（たとえば把持手段）によって特定の位置に固定支持されるのであれば、計測対象物に接する仮想の平面を「支持面」と考えることもできる。
【００１０】
「光の反射位置」とは、前記計測対象物において光源からの光が照射されて受光部へと反射する位置をいう。
「支持面から光の反射位置までの距離」は、前記支持面に直交する方向における計測対象物の長さと言い換えることができる。たとえば計測対象物が下方位置の水平面で支持されている場合は、前記距離は計測対象物の高さに相当する。ただし、計測対象物の光源に対向する部分が平坦でない場合は、前記長さは最大の長さとならない場合がある。
【００１１】
この発明によれば、大きさが既知の物体について得られた計測値Ｄ０が基準計測値として、支持面から前記物体における光の反射位置までの距離Ｈ０がオフセット値として、それぞれ設定されるので、計測対象物について得た計測値Ｄを前記支持面から光の反射位置までの距離に変換するには、基準計測値Ｄ０から計測値Ｄを減算した値（Ｄ０＜Ｄの場合は負の値となる。）にオフセット値Ｈ０を加算すればよい。なお、前記オフセット値Ｈ０は、物体の既知の大きさから割り出されたデータであり、前記物体に対する計測処理の前または後にユーザーにより入力される。
【００１２】
一般に、変位センサにおいては、理論上は、光学系と支持面との距離から計測値を差し引くという方法で計測対象物の長さを求めることができる。しかしながら支持面と光学系との位置関係はセンサの設置条件によって変動する上、支持面がセンサの計測可能領域より遠くに位置する場合もあるので、計測対象物の長さを実際に求めるのは困難である。
これに対し、この発明によれば、光学系と支持面との位置関係に関わらず、計測対象物の長さを簡単に求めることができる。また大きさが既知の任意の物体を用いて基準計測値およびオフセット値を設定すればよいので、計測対象物のモデルを用意できない場合でも支障なく計測を行うことができる。
【００１３】
さらにこの発明では、計測対象物について、支持面から光の反射位置までの適正な距離を示す数値を判定基準値としてメモリ内に記憶しておき、前記変換処理により得た支持面から光の反射位置までの距離を示すデータを、計測対象物に対応する判定基準値と比較し、その比較結果を出力するようにしている。
【００１４】
前記判定基準値は、計測対象物の良好なサイズに基づく数値であり、たとえばユーザが入力した数値をセンサ内部で受け付けてメモリ内に登録する。したがって上記の方法においては、計測対象物について得られた計測値が、計測対象物の長さを示すデータに変換された後、この変換後のデータをメモリ内の判定基準値と比較することによって、長さの適否が判別されることになる。
なお判定基準値は１つの数値に限らず、良品と判別できる長さの範囲を示す上限値および下限値を設定してもよい。
【００１５】
上記方法によれば、計測に先立ち、大きさが既知の任意の物体を用いて基準計測値およびオフセット値を設定しておけば、計測対象物については、メモリ内に判定基準値を示す数値を入力するだけでよい。したがって長さの適否判別を行う際には、計測対象物の種類が代わっても、判定基準値を設定し直すだけで対応することができる。
【００１６】
さらに計測対象物が複数種ある場合には、各計測対象物につき、それぞれ支持面から光の反射位置までの適正な距離を示す数値を判定基準値としてメモリ内に記憶しておき、前記変換処理により得た支持面から光の反射位置までの距離を示すデータを、計測対象物に対応する判定基準値と比較し、その比較結果を出力するようにしてもよい。この場合、ユーザーが処理中の計測対象物に対応する判定基準値を選択することにより、選択された判定基準値による判別処理を実行するようにすればよいから、計測対象物の種類が代わる場合には判定基準値を選択し直すだけでよくなり、設定処理はさらに簡単化される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施例にかかる光学式変位センサの外観を示す。
この変位センサは、制御主体であるコントローラ２に、センサヘッド１，モニタ３，コンソール４などをケーブル接続した構成をとる。センサヘッド１には、レーザーダイオードによる光源や２次元配列されたＣＣＤによる受光部などが組み込まれており、計測対象物８にレーザービームを照射するとともに、このビーム照射に同期するタイミングで計測対象物８からの反射ビームの受光状態を示すビデオ信号を生成し、コントローラ２に出力する。
【００１８】
コントローラ２は、センサヘッド１により生成された画像を取り込んで、その画像上の反射光像の位置に基づき、前記センサヘッド１から計測対象物８までの距離を計測する。さらにコントローラ２は、詳細は後記するが、前記計測値を計測対象物８の高さを示すデータ（以下、「高さデータ」という。）に変換し、所定の判定基準値と比較することにより、計測対象物８の高さが適正であるか否かを判別し、その判別結果を示す信号を出力する。
【００１９】
モニタ３は、コントローラ２より前記受光部により生成された画像，前記高さデータ、ならびに高さの適否判別の結果などの伝送を受けて、これらデータを表示するほか、後記するＧＵＩシステム１７の入出力部として機能する。コンソール４は、前記ＧＵＩシステム１７に対し、各種の設定値などを入力するために用いられる。
【００２０】
図２は、センサヘッド１の光学系の構成を計測処理の原理とともに示す。
図２（１）において、５は光源となるレーザーダイオードを、６は前記受光部の２次元ＣＣＤを、７は受光用のレンズを、それぞれ示す。レーザーダイオード５から出射された光は、図示しないスリットや投光用のレンズを介して計測対象物８の上面に照射される。
【００２１】
計測対象物８からの反射光の一部は、前記受光用レンズ７を介して２次元ＣＣＤ６に導かれるが、この反射光の２次元ＣＣＤ６への結像位置は、前記計測対象物８の高さ位置によって変化する。
【００２２】
図２（２）は、計測対象物８が図２（１）のＡの位置にあるときに得られる画像、図２（３）は、計測対象物８が図２（２）のＢの位置にあるときに得られる画像であって、それぞれ前記レーザービームの反射光像９が現れている。
図２（２）（３）において、画像の左端および右端は、それぞれ後記する計測可能領域Ｓの上限、下限に対応する。この計測可能領域において、計測対象物８がセンサヘッド１に近づくほど、反射光像９は左側に移動し、計測対象物８がセンサヘッド１から遠ざかるほど、反射光像９は右側に移動する。よって画像上の反射光像の座標位置を三角測距の原理にあてはめることにより、センサヘッド１から計測対象物８までの距離（具体的には、例えばレーザーダイオード５から計測対象物８の上面までの距離）が算出されることになる。
【００２３】
図３は、前記コントローラ２の構成を示す。
この実施例のコントローラ２は、マイクロコンピュータによる制御部１０を主体とし、そのほか、センサヘッド１からのビデオ信号を受ける増幅回路１１，前記ビデオ信号をディジタル変換するためのＡ／Ｄコンバータ１２，外部機器１５とデータのやりとりを行うためのＩ／Ｏインターフェイス１３，Ｄ／Ａコンバータ１４などが組み込まれている。
【００２４】
前記制御部１０には、主要な処理を行うための計測・制御システム１６と、前記モニタ３の画面上にユーザーインターフェイスを展開するためのＧＵＩシステム１７が設定される。
計測・制御システム１６は、センサヘッド１にタイミング信号を伝送して、前記レーザーダイオード５や２次元ＣＣＤ６を同期したタイミングで駆動するほか、前記Ａ／Ｄコンバータ１２により前記反射光像９を含むディジタル画像を取り込んで、前記した計測処理や高さの適否判別処理を実行する。
【００２５】
前記高さの適否判別処理の結果は、ディジタル信号として、Ｉ／Ｏインターフェイス１３から外部機器１５に出力される。また前記高さデータは、同様にディジタル信号として出力されるほか、Ｄ／Ａコンバータ１４によりアナログ信号に変換された形態で外部機器１５に出力される。
なお、外部機器１５としては、プログラマブルコントローラやパーソナルコンピュータなどが用いられる。
【００２６】
前記ＧＵＩシステム１７は、主として、計測対象物８の適正な高さデータを入力したり、高さデータを求めるためのオフセット値を入力するために用いられる。
前記オフセット値は、既知の高さを持つモデルを計測した際に入力される。たとえば、モニタ３に前記モデルの計測結果などが表示された時点でコンソール４により所定の操作が行われると、モニタ３にオフセット値の入力用ウィンドウが表示される。このウィンドウにおいて、コンソール４の操作により、オフセット値としてモデルの既知の高さが入力されると、入力されたオフセット値は、前記モデルについて得られた計測値（以下、「基準計測値」という。）とともに、前記制御部１０内の図示しないメモリに登録される。
【００２７】
一方、適正な高さデータは、複数種の計測対象物８毎に個別に入力できるように設定されている。入力された高さデータは、前記高さの適否判別処理のための判定基準値としてメモリ内に登録される。
なお検査を行う際には、登録された判定基準値の中から検査対象に対応する判定基準値が選択される。また検査の途中で対象物が代わる都度、ユーザーは、ＧＵＩシステム１７を介して判定基準値の設定を変更する必要がある。
【００２８】
図４は、前記高さデータを求める方法を模式的に示す。
図中のＰは、前記したモデルであって、Ｄ０は前記基準計測値を、Ｈ０はオフセット値として入力されるモデルの既知の高さを、それぞれ示す。また図中のＳは、前記図２に示した光学系による計測可能領域、すなわち２次元ＣＣＤ６に反射光が入射し得る領域である。
【００２９】
前記制御・計測システム１６は、各計測対象物（図中、符号８１，８２で示す。）に対し、それぞれ前記した原理に基づき、センサヘッド１から計測対象物８１，８２までの距離Ｄ１，Ｄ２を算出する。さらに制御・計測システム１６は、前記基準計測値Ｄ０から算出された距離Ｄ１，Ｄ２を減算した値ｄ１，ｄ２を算出し、これら減算結果ｄ１，ｄ２（ｄ１＜０，ｄ２＞０となる。）に前記オフセット値Ｈ０を加算することにより、各計測対象物８１，８２の高さＨ１，Ｈ２を算出する。
【００３０】
いま図４において、計測対象物８１，８２が異なる種類のワークであると仮定すると、これら計測対象物８１，８２の高さの適否を判定するための判定基準値は異なるものとなる。従来のゼロリセット機能により基準計測値をゼロに置き換える方法によれば、計測対象物が代わる毎に、新たな計測対象物について、良品のモデルを用いて基準計測値を設定し直し、その基準計測値に対応する値をゼロリセットする必要がある。
【００３１】
これに対し、この実施例では、計測対象物８１に対する判別処理から計測対象物８２に対する判別処理に移行する場合に、新たなモデルによる計測処理やオフセット値の再設定を行う必要はなく、判定基準値を変更するだけで良いから、検査の効率を大幅に向上することができる。またオフセット値の設定に使用するモデルＰが計測対象物８１，８２とは種類の異なるワークのモデルであっても、高さが既知であれば、なんら問題は生じない。
【００３２】
このように計測対象物にとらわれずに任意のモデルを用いてオフセット値を一度登録すれば、以後は、計測対象物に応じてしきい値の設定を変更するだけで高さの適否判別処理を続行することができる。
しかもモニタ３上に、各計測対象物の高さデータを表示することができるので、ユーザーは、計測対象物の具体的な高さを簡単に把握することができ、センサの利便性も大幅に向上する。
【００３４】
【発明の効果】
この発明では、光学式の変位センサにおいて、計測値を用いて計測対象物の長さの適否を判別する場合に、計測対象物について、支持面から光の反射位置までの適正な距離を判定基準値として登録することにより、良品モデルの計測による設定処理を行う必要がなくなり、この種の設定処理にかかる手間を大幅に削減することができる。また計測対象物の種類が代わる場合も判定基準値を設定し直すだけで対応でき、速やかにつぎの判別処理に移行できるから、処理効率を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例にかかる光学式変位センサの外観を示す説明図である。
【図２】センサの光学系の構成および計測処理の原理を示す説明図である。
【図３】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図４】高さデータを求める方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１  センサヘッド
２  コントローラ
３  モニタ
４  コンソール
５  レーザーダイオード
６  ２次元ＣＣＤ
１０  制御部
１５  外部機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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