(57)【要約】【課題】ハードウェアを追加することなく、センサヘッドとコントローラ間の適切な通信速度を自動的に決定する。【解決手段】センサは、物理情報を取得するセンサヘッド（投光器１ａ、受光器１ｂ）と、ケーブル３，４を介してセンサヘッドと接続され、センサヘッドから送信された信号を処理するコントローラ２とを備える。コントローラ２は、センサヘッドにコマンドを送信してセンサヘッドからのレスポンスを受信するまでの応答時間を測定する応答時間測定部２８と、応答時間に基づいて、センサヘッドとコントローラとを接続するケーブル４の長さを推定するケーブル長推定部２９と、ケーブル長推定部２９が推定したケーブル長に応じて、センサヘッドとコントローラ間の通信速度を設定する通信速度設定部３２とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理情報を取得するセンサヘッドと、ケーブルを介して前記センサヘッドと接続され、前記センサヘッドから送信された信号を処理するコントローラとを備えたセンサにおいて、
前記コントローラは、
前記センサヘッドにコマンドを送信して前記センサヘッドからのレスポンスを受信するまでの応答時間を測定する応答時間測定手段と、
前記応答時間に基づいて、前記センサヘッドと前記コントローラとを接続するケーブルの長さを推定するケーブル長推定手段と、
前記ケーブル長推定手段が推定したケーブル長に応じて、前記センサヘッドと前記コントローラ間の通信速度を設定する通信速度設定手段とを備えることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のセンサにおいて、
前記コントローラは、さらに、前記センサヘッドから受信した信号の波形に基づいて、通信の信号品質が許容範囲に入っているかどうかを判定する信号品質測定手段を備え、
前記通信速度設定手段は、信号品質が許容範囲に入っていないと判定された場合に、前記センサヘッドと前記コントローラ間の通信速度を再設定することを特徴とするセンサ。
【請求項３】
請求項２記載のセンサにおいて、
前記信号品質測定手段は、前記センサヘッドからの信号に含まれるプリアンブルのパルス幅が所定の許容範囲に収まっている場合、信号品質が許容範囲に入っていると判定し、パルス幅が許容範囲から外れている場合、信号品質が許容範囲に入っていないと判定することを特徴とするセンサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記コントローラは、さらに、前記センサヘッドと前記コントローラ間の通信にエラーが発生したかどうかを判定するエラー判定手段を備え、
前記通信速度設定手段は、通信エラーが発生したと判定された場合に、前記センサヘッドと前記コントローラ間の通信速度を再設定することを特徴とするセンサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記通信速度設定手段は、複数チャンネルの前記センサヘッドが前記コントローラに接続されている場合に、チャンネル毎に適切な通信速度を求め、これらの通信速度のうち最も遅い通信速度に、各チャンネルの通信速度を合わせるように設定することを特徴とするセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理情報を取得するセンサにおいて、センサヘッドとコントローラ間の通信速度を自動的に決定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物体のエッジの位置を検出するエッジセンサや物体を撮影する画像センサなどのセンサが知られている。このようなセンサは、センサヘッドと、センサヘッドで取得した情報を処理するコントローラとから構成され、センサヘッドとコントローラとがシリアルインターフェースで接続されている。製品の生産工程でセンサを使用する場合、生産設備においてセンサヘッドが多種多様な環境で設置されることから、センサヘッドとコントローラ間の通信ケーブルの長さは一意でなく、設置環境に応じたケーブル長が選択される。
【０００３】
いかなる通信においても、通信経路長と通信速度はトレードオフの関係にあり、加えて温度やノイズ等の外部環境によっても、センサヘッドとコントローラ間の通信の信号品質は影響を受ける。ユーザーはセンサヘッドとコントローラ間のケーブル長に応じて適切な通信速度を選択することになるが、温度や電波など、他の物理的要因によっても信号品質が変わるので、単純にケーブル長のみで通信速度を決めることはできず、通信設定はユーザーにとって煩わしい作業であった。
【０００４】
従来、通信速度を決定する手段として、一方の装置から他方の装置に電圧検出信号線を介して基準電圧を出力し、電圧検出信号線を一巡して戻ってくる基準電圧の降下を検出することで通信速度を決定する通信速度自動決定回路が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−９３６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術では、通信速度決定用の電圧検出信号線を通信経路と別に設ける必要があり、また基準電圧出力と電圧降下検出のためのアナログ回路を作りこむ必要があり、ハードウェア設計の難易度が上がってしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、通信速度決定のための特別なハードウェアを追加することなく、センサヘッドとコントローラ間の適切な通信速度を自動的に決定することができるセンサ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】
【０００８】
本発明は、物理情報を取得するセンサヘッドと、ケーブルを介して前記センサヘッドと接続され、前記センサヘッドから送信された信号を処理するコントローラとを備えたセンサにおいて、前記コントローラは、前記センサヘッドにコマンドを送信して前記センサヘッドからのレスポンスを受信するまでの応答時間を測定する応答時間測定手段と、前記応答時間に基づいて、前記センサヘッドと前記コントローラとを接続するケーブルの長さを推定するケーブル長推定手段と、前記ケーブル長推定手段が推定したケーブル長に応じて、前記センサヘッドと前記コントローラ間の通信速度を設定する通信速度設定手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のセンサの１構成例において、前記コントローラは、さらに、前記センサヘッドから受信した信号の波形に基づいて、通信の信号品質が許容範囲に入っているかどうかを判定する信号品質測定手段を備え、前記通信速度設定手段は、信号品質が許容範囲に入っていないと判定された場合に、前記センサヘッドと前記コントローラ間の通信速度を再設定することを特徴とするものである。
また、本発明のセンサの１構成例において、前記信号品質測定手段は、前記センサヘッドからの信号に含まれるプリアンブルのパルス幅が所定の許容範囲に収まっている場合、信号品質が許容範囲に入っていると判定し、パルス幅が許容範囲から外れている場合、信号品質が許容範囲に入っていないと判定することを特徴とするものである。
また、本発明のセンサの１構成例において、前記コントローラは、さらに、前記センサヘッドと前記コントローラ間の通信にエラーが発生したかどうかを判定するエラー判定手段を備え、前記通信速度設定手段は、通信エラーが発生したと判定された場合に、前記センサヘッドと前記コントローラ間の通信速度を再設定することを特徴とするものである。
また、本発明のセンサの１構成例において、前記通信速度設定手段は、複数チャンネルの前記センサヘッドが前記コントローラに接続されている場合に、チャンネル毎に適切な通信速度を求め、これらの通信速度のうち最も遅い通信速度に、各チャンネルの通信速度を合わせるように設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コントローラが、センサヘッドにコマンドを送信してセンサヘッドからのレスポンスを受信するまでの応答時間を測定し、応答時間に基づいて、センサヘッドとコントローラとを接続するケーブルの長さを推定し、推定したケーブル長に応じて、センサヘッドとコントローラ間の通信速度を設定することにより、特別なハードウェアを追加することなく、適切な通信速度を自動的に決定することができる。
【００１１】
また、本発明では、信号品質測定手段を設けることにより、周囲温度や外部の電波などの環境に応じて、適切な通信速度を自動的に決定することができる。
【００１２】
また、本発明では、エラー判定手段を設けることにより、通信状況に応じて適切な通信速度を自動的に決定することができる。
【００１３】
また、本発明では、複数チャンネルのセンサヘッドがコントローラに接続されている場合に、チャンネル毎に適切な通信速度を求め、これらの通信速度のうち最も遅い通信速度に、各チャンネルの通信速度を合わせるように設定することにより、各チャンネルの同期をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るセンサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るセンサの通信速度決定処理を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るセンサの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るセンサの構成を示すブロック図である。本実施の形態では、センサの１例として透過型のエッジセンサの例で説明する。センサは、センサヘッドと、コントローラ２とから構成される。センサヘッドは、投光器１ａと、受光器１ｂとから構成される。
【００１６】
エッジセンサの場合、投光器１ａから物体１００に向けてレーザ平行光を照射し、物体１００により遮られなかった平行光を、投光器１ａと対峙させて配置した受光器１ｂで受光し、コントローラ２が受光器１ｂにおける平行光の受光領域と非受光領域（遮光領域）との境界を物体１００のエッジの位置として検出する。
【００１７】
投光器１ａは、物体１００に向けてレーザ平行光を照射する投光処理部１０と、コントローラ２との通信を行うトランシーバ１１と、コントローラ２との通信用のケーブル３を装着するためのコネクタ１２とから構成される。
【００１８】
受光器１ｂは、投光器１ａからのレーザ平行光を受光して電気信号に変換して出力する１次元または２次元のイメージセンサ１３と、イメージセンサ１３の出力信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ１４と、イメージセンサ１３およびＡＤコンバータ１４の制御（例えばイメージセンサ１３の受光タイミングの制御や、ＡＤコンバータ１４のサンプリング動作に対する制御）を行うセンサ制御部１５と、コントローラ２との通信を制御する通信制御部１６と、コントローラ２との通信を行うトランシーバ１７と、コントローラ２との通信用のケーブル４を装着するためのコネクタ１８とから構成される。図１の例では、センサ制御部１５と通信制御部１６とはＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）１９内に搭載されている。
【００１９】
コントローラ２は、投光器１ａとの通信用のケーブル３を装着するためのコネクタ２０と、受光器１ｂとの通信用のケーブル４を装着するためのコネクタ２１と、投光器１ａとの通信を行うトランシーバ２２と、受光器１ｂとの通信を行うトランシーバ２３と、投光器１ａおよび受光器１ｂとの通信を制御する通信制御部２４と、受光器１ｂから送られた信号を基に物体１００のエッジの位置を検出するアプリケーション部２５とから構成される。
【００２０】
通信制御部２４は、投光器１ａの投光タイミング等の制御を行う投光制御部２６と、受光器１ｂから送られた信号（イメージセンサ１３の画素毎の受光量を示す信号）に対して所定の画像処理等を行うデータ処理部２７と、受光器１ｂにコマンドを送信して受光器１ｂからのレスポンスを受信するまでの応答時間を測定する応答時間測定部２８と、応答時間に基づいて、受光器１ｂとコントローラ２とを接続するケーブル４の長さを推定するケーブル長推定部２９と、受光器１ｂから受信した信号の波形に基づいて、通信の信号品質が許容範囲に入っているかどうかを判定する信号品質測定部３０と、受光器１ｂとコントローラ２間の通信にエラーが発生したかどうかを判定するエラー判定部３１と、ケーブル長推定部２９と信号品質測定部３０とエラー判定部３１の処理結果に基づいて、受光器１ｂとコントローラ２間の通信速度を設定する通信速度設定部３２とを備えている。
【００２１】
以下、本実施の形態の特徴的な動作について説明する。図２は本実施の形態のセンサの通信速度決定処理を説明するフローチャートである。本実施の形態では、センサヘッド（投光器１ａおよび受光器１ｂ）とコントローラ２間の適切な通信速度を、ケーブル長と信号品質で自動判定する。
【００２２】
なお、投光器１ａとコントローラ２との間では、コントローラ２から投光器１ａに対して投光タイミングを指示するコマンドを送信し、このコマンドに対して投光器１ａが応答する程度の簡単な通信が行われるだけなので、高速な通信は不要であり、予め適当な通信速度に設定しておけばよい。一方、受光器１ｂとコントローラ２との間では、受光器１ｂからデータ量の多い信号（イメージセンサ１３の画素毎の受光量を示す信号）をコントローラ２に高速に送る必要がある。したがって、本実施の形態で自動決定の対象となるのは、受光器１ｂとコントローラ２間の通信速度である。
【００２３】
最初に、コントローラ２の通信速度設定部３２は、センサの起動時に、予め登録されている複数の通信速度の値のうち、最も高速な通信速度を受光器１ｂとコントローラ２間の通信速度の初期値として設定する（図２ステップＳ１）。
【００２４】
コントローラ２の応答時間測定部２８は、設定された通信速度で、受光器１ｂに向けてケーブル長測定用のコマンドを送信する（図２ステップＳ２）。このコマンドは、トランシーバ２３とコネクタ２１とケーブル４とを介して投光器１ａに送信される。
【００２５】
受光器１ｂの通信制御部１６は、コネクタ１８とトランシーバ１７とを介してコントローラ２からのコマンドを受信すると、このコマンドに対するレスポンスをコントローラ２に向けて送信する。このレスポンスは、トランシーバ１７とコネクタ１８とケーブル４とを介してコントローラ２に送信される。本実施の形態では、コントローラ２がマスター、センサヘッドがスレーブという関係性を持ち、コントローラ２からのコマンドをセンサヘッドが受信してレスポンスを返すという通信形態になっている。
【００２６】
コントローラ２の応答時間測定部２８は、コネクタ２１とトランシーバ２３とを介して受光器１ｂからのレスポンスを受信する。そして、応答時間測定部２８は、コマンドを送信してからレスポンスを受信するまでの応答時間を測定する（図２ステップＳ３）。
コントローラ２のケーブル長推定部２９は、応答時間測定部２８が測定した応答時間を基に、ケーブル４の長さを推定する（図２ステップＳ４）。ケーブル４中を伝搬する信号の伝搬速度は既知である。したがって、ケーブル長推定部２９は、測定された応答時間と既知の伝搬速度とからケーブル４の長さを推定することが可能である。
【００２７】
コントローラ２の通信速度設定部３２は、ケーブル長推定部２９が推定したケーブル長に適した通信速度になっているかどうかを判定し（図２ステップＳ５）、通信速度が不適切（ＮＧ）と判定した場合には、ケーブル長に適した通信速度になるように受光器１ｂとコントローラ２間の通信速度の値を再設定する（図２ステップＳ６）。
【００２８】
通信速度設定部３２には、予めケーブル長と通信速度とを対応付けて記憶するテーブル（不図示）が用意されている。通信速度設定部３２は、テーブルに登録された情報を基に、現在の通信速度が適切かどうかを判定することができ、現在の通信速度がケーブル長に対応する通信速度よりも高速の値になっており、通信速度が不適切と判定した場合には、ケーブル長に対応する通信速度の値をテーブルから取得して通信速度を再設定することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、予め複数の通信速度の値がテーブルに登録されているが、後述のように信号品質に基づく判定処理で通信速度を下げることがあるため、現在の通信速度がテーブルに登録された適正値（ケーブル長に対応する通信速度の値）になっていない場合があり得る。この場合、通信速度設定部３２は、現在の通信速度がケーブル長に対応する適正値以下の値であれば、通信速度が適切（ＯＫ）と判定する。
【００３０】
次に、コントローラ２の信号品質測定部３０は、現在の通信速度で、受光器１ｂに向けて信号品質測定用のコマンドを送信する（図２ステップＳ７）。上記と同様に、受光器１ｂの通信制御部１６は、コントローラ２からのコマンドを受信すると、このコマンドに対するレスポンスをコントローラ２に向けて送信する。
【００３１】
コントローラ２の信号品質測定部３０は、コネクタ２１とトランシーバ２３とを介して受光器１ｂからのレスポンスを受信すると（図２ステップＳ８）、受信した信号の品質が許容範囲に入っているかどうかを判定する（図２ステップＳ９）。コントローラ２とセンサヘッド間の通信はシリアル通信であり、特定のビットパターンから成るプリアンブルがセンサヘッド（ここでは受光器１ｂ）からのレスポンスの開始位置を示している。
【００３２】
信号品質測定部３０は、受光器１ｂからのレスポンスの先頭のプリアンブルをオーバーサンプリングし、このオーバーサンプリングで求めることができたプリアンブルの１ｂｉｔ毎のパルス幅が所定の許容範囲に収まっている場合には、信号品質が許容範囲に入っている（ＯＫ）と判定し、パルス幅が許容範囲から外れている場合には、信号品質が許容範囲に入っていない（ＮＧ）と判定する。
【００３３】
コントローラ２の通信速度設定部３２は、信号品質が許容範囲に入っていないと判定された場合、信号品質が許容範囲に入るように受光器１ｂとコントローラ２間の通信速度の値を再設定する（図２ステップＳ１０）。具体的には、通信速度設定部３２は、上記のテーブルに予め登録されている複数の通信速度の値のうち、現在よりも１段階遅い通信速度になるように受光器１ｂとコントローラ２間の通信速度の値を再設定する。
【００３４】
こうして、ステップＳ５，Ｓ９の判定結果が共にＯＫとなるまで、ステップＳ２〜Ｓ１０の処理が繰り返し実行され、ステップＳ９の判定結果がＯＫとなった時点で、通信速度の設定が終了する。
【００３５】
コントローラ２のエラー判定部３１は、イメージセンサ１３で取得した信号を受光器１ｂが送信してコントローラ２が受信する通常通信（図２ステップＳ１１）の処理において、通信エラーが発生したかどうかを常時判定する（図２ステップＳ１２）。通信エラーを検出する技術は周知なので、詳細な説明は省略する。
通信エラーが発生した場合には、ステップＳ２に戻って通信速度が再設定される。
【００３６】
以上のように、本実施の形態では、ケーブル長と信号品質に基づいて受光器１ｂとコントローラ２間の通信速度を自動的に決定することができる。投光器１ａと受光器１ｂの構成は従来のエッジセンサと同じであり、コントローラ２の応答時間測定部２８とケーブル長推定部２９と信号品質測定部３０とエラー判定部３１と通信速度設定部３２とはソフトウェアで実現することができる。したがって、本実施の形態では、特別なハードウェアを追加することなく、適切な通信速度を自動的に決定することができる。なお、本実施の形態の通信速度の自動決定機能はユーザーからの要求に応じてオフにすることも可能である。更に、応答時間測定と通信品質判定の順番を逆にすることも可能である。また、一度のコマンド送信（図２ステップＳ２）とレスポンス受信（図２ステップＳ３）により、応答時間測定と通信品質判定を連続して行っても良く、即ち、二度目のコマンド送信（図２ステップＳ７）とレスポンス受信（図２ステップＳ８）を省略しても良い。
【００３７】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、透過型のエッジセンサの例で説明しているが、本発明を反射型のエッジセンサに適用することも可能である。反射型のエッジセンサの構成を図３に示す。図１と同様の構成には同一の符号を付してある。
【００３８】
第１の実施の形態と異なる点は、投光処理部１０と受光処理部（イメージセンサ１３、ＡＤコンバータ１４、センサ制御部１５、通信制御部１６）とが１つのセンサヘッド１ｃの内部に収められており、コントローラ２との間の通信を１つのトランシーバ１７とコネクタ１８とケーブル４とを介して行う点である。投光処理部１０から物体１００に向けて照射されたレーザ光は物体１００で反射して、イメージセンサ１３で受光される。その他の構成は第１の実施の形態で説明したとおりであり、通信速度決定処理も図２で説明したとおりである。こうして、反射型のエッジセンサに本発明を適用することができる。
【００３９】
第１、第２の実施の形態では、センサヘッドが１チャンネル分（第１の実施の形態の場合には１組の投光器１ａと受光器１ｂで１チャンネル、第２の実施の形態の場合には１つのセンサヘッド１ｃで１チャンネル）設けられている例で説明しているが、これに限るものではなく、複数チャンネルのセンサヘッドがコントローラ２に接続されているセンサに本発明を適用してもよい。この場合、コントローラ２は、各チャンネルのイメージセンサ１３で得られた信号を基に物体１００のエッジの位置を検出することになる。
【００４０】
複数チャンネルのセンサヘッドがコントローラ２に接続されている場合、コントローラ２は図２で説明した処理をチャンネル毎に実行するが、通信速度設定部３２は、図２の処理で求めた各チャンネルの通信速度のうち、最も遅い通信速度に、各チャンネルの通信速度を合わせるようにすればよい。
【００４１】
また、第１、第２の実施の形態では、センサの例としてエッジセンサを例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、他のセンサに本発明を適用することも可能である。他のセンサの例としては、物体を撮影する画像センサがある。画像センサは、例えば図３に示した構成から投光処理部１０を除いた構成に相当する。
【００４２】
第１、第２の実施の形態で説明したコントローラ２の通信制御部２４とアプリケーション部２５とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、センサヘッドとコントローラ間の通信速度を決定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ａ…投光器、１ｂ…受光器、１ｃ…センサヘッド、２…コントローラ、３，４…ケーブル、１０…投光処理部、１１，１７，２２，２３…トランシーバ、１２，１８，２０，２１…コネクタ、１３…イメージセンサ、１４…ＡＤコンバータ、１５…センサ制御部、１６，２４…通信制御部、１９…ＣＰＬＤ、２５…アプリケーション部、２６…投光制御部、２７…データ処理部、２８…応答時間測定部、２９…ケーブル長推定部、３０…信号品質測定部、３１…エラー判定部、３２…通信速度設定部。
【図１】
2017091040.tif 000003
【図２】
2017091040.tif 000004
【図３】
2017091040.tif 000005