(57)【要約】【課題】システムの信頼性と安全性を大幅に向上させる安全近接センサ装置（システム）を提供する。【解決手段】本近接センサは第１系統の非接触センサ部と、センサ制御部と、光通信部と、第２系統の非接触センサ部と、センサ制御部と、光通信部と、を備え、各系統それぞれのセンサ制御部は、それぞれの非接触センサ部のセンサ検出信号から検出物の位置、距離、速度、振動等の動作に対応してそれぞれの光通信部を連繋または独立制御することが可能になっている構成。【選択図】図１
2009009491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１系統の非接触センサ部と、センサ制御部と、光通信部と、
第２系統の非接触センサ部と、センサ制御部と、光通信部と、
を備え、
各系統それぞれのセンサ制御部は、同一のＣＰＵ／ＦＰＧＡモジュールのハードウエアおよびソフトウエアであり、それぞれの非接触センサ部のセンサ検出信号から検出物の位置、距離、速度、振動等の動作に対応してそれぞれの光通信部を連繋または独立して制御することが可能になっている、ことを特徴とする近接センサ。
【請求項２】
上記各系統それぞれの光通信部は、発光デバイスからなり、上記各系統それぞれのセンサ制御部は、それぞれの系統の発光デバイスを発光制御して受信側に動作光送信信号を２系統送信し、受光デバイスを合わせもっている場合は双方向通信制御し、当該受信側がリアルタイムに安全チェックおよび処理を可能とした、ことを特徴とする請求項１に記載の近接センサ。
【請求項３】
上記各系統それぞれの光通信部は、動作表示用の発光デバイスと、動作光送信用の発光デバイスとを備え、
上記各系統それぞれのセンサ制御部は、それぞれの系統の発光デバイスを発光制御して動作表示制御と、受信側に動作光送信信号を送信し、受光デバイスを合わせもっている場合は双方向通信制御とを行い、当該受信側が２系統の動作光送信信号でリアルタイムに安全チェックおよび処理を可能とした、ことを特徴とする請求項１に記載の近接センサ。
【請求項４】
当該近接センサの電源としてソーラセルを実装したことを特徴とする請求項１または２に記載の近接センサ。
【請求項５】
上記非接触センサ部の位置、距離、速度、振動等の動作に対応して発光部または受発光部の発光表示態様制御データおよび動作光通信態様制御データを事前に外部から書き換え可能に記憶する記憶部を備える、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の近接センサ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の近接センサと、この近接センサの光通信部と無線または光ファイバを経由して光通信するコントローラと、を備えたことを特徴とする近接センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出物を非接触で検出する非接触センサ部と、非接触センサ部のセンサ信号から検出物の位置および距離および速度および振動等の動作に対応して所要の制御をするセンサ制御部とを備えた近接センサならびに該近接センサを用いた近接センサシステムに関するものである。
【０００２】
本発明の近接センサは近接スイッチと称するものも含む概念である。
【背景技術】
【０００３】
近接センサには検出物の導電度、電気容量、磁気などの電磁気特性や反射率、吸収率などの光学特性や環境温湿度など、検出項目の距離や位置や速度や振動など、に対応するために多種多用なセンサがある。また実機に取り付ける場合に位置、距離、角度、光軸などを適切に調整し、環境電磁界などの影響を最小にするために、自己診断し、結果を発光ダイオード（ＬＥＤ）の明滅や点滅パターン発光および有色発光で動作表示する技術が下記特許文献１等に開示されている。
【特許文献１】特開２００６−９２４８６号公報：平成１８年４月６日（２００６．４．６）公開
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報等に開示されている近接センサにおいては動作表示部を備えていたとしても近接センサを設置箇所に取り付けた後は、当該動作表示部は近接センサの不具合時や故障時以外等は用いられないので、高信頼性かつ安全な近接センサシステムを実現する場合は近接センサを２つ設置する。また、近接センサではその形状およびコスト面から安全かつ高速大容量で検出物の動作情報伝送を行うことは実現が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による近接センサは、第１系統の非接触センサ部と、センサ制御部と、光通信部と、第２系統の非接触センサ部と、センサ制御部と、光通信部と、を備え、各系統それぞれのセンサ制御部は、それぞれの非接触センサ部のセンサ検出信号から検出物の位置、速度、距離、振動等の動作に対応してそれぞれの光通信部を連繋または独立して制御することが可能になっていることを特徴とするものである。
【０００６】
上記近接センサでは近接スイッチも含むものである。
【０００７】
上記近接センサは誘導形、磁気形、容量形、超音波形、光電形、等に限定されない。
【０００８】
本発明では、近接センサの非接触センサ部、センサ制御部、光通信部を２系統にして動作状態を連繋または独立に２重光通信し、動作表示発光部を個別または共用または連繋して、受信側で検出状態の監視や解析や制御を行い、センサの不具合をリアルタイムで判断して、近接センサシステムの安全を確保することができる。
【０００９】
好ましくは発光デバイスにおいて動作表示用、動作光送信用としては例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成することができる。動作表示用の発光デバイスとしては有機エレクトロルミネセンス（有機ＥＬ）で構成することができる。
【００１０】
好ましくは、上記光通信部は、チップ構成または樹脂モールド構成の受発光デバイスで構成し、動作光通信を双方向通信可能とし、スイッチまたはセンサを含むシステムのリアルタイムでのフィードバック制御機能を可能にし、従来の近接センサ装置にくらべて高度な精密制御および安全制御ができるようにしてもよい。
【００１１】
好ましくは、上記光通信部は、可視光線発光をする電球形状の発光ダイオード、シート状の有機エレクトロルミネセンス、レーザダイオードまたは赤外線発光ダイオードで構成することができる。
【００１２】
好ましくは、当該近接センサにソーラセルを実装し発電し電源にすることである。
【００１３】
好ましくは、検出および解析プログラムと、上記非接触センサ部の検出動作に対応して発光部または受発光部の発光表示態様データおよび動作光通信制御データを書き換え可能に記憶する記憶部を備える。
【００１４】
本発明第４によるセンサ装置は、上記近接センサと、この近接センサの光通信部と空間または液間または光ファイバを経由して光通信する受光コントローラと、を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
なお、上記非接触センサ部は、検出物の位置偏差、距離偏差、速度偏差、振動範囲等を非接触で検出するセンサヘッド部、ヘッドのコイルを要素の一つとする発振回路部で構成することができる。なお上記非接触センサ部は誘導型であるが、磁気型、容量型、超音波型、光電型、等に限定されない。
【００１６】
また、本発明の近接センサでは、光通信部、非接触センサ部、センサ制御部等をＣＰＵ／ＦＰＧＡモジュールのハードウエアおよびファームウエアで制御すると共に、外部パソコン、ＰＬＣ等とシリアル通信で接続するＵＳＢまたはＲＳ４８５を備えることができる。
【００１７】
なお、光通信部を平面発光および円筒状発光で３６０度死角なし動作表示および動作光通信する有機ＥＬで構成することができる。
【００１８】
なお、空間および液間または光ファイバを経由してフォトダイオード等の受光デバイスを内蔵したアンプまたはセンサコントローラを含めたシステム構成による近接センサ装置の遠隔動作状態監視やフィードバック制御に用いることができる。
【００１９】
なお、光通信部を可視光線発光ＬＥＤや有機ＥＬ等で、動作表示を人間の認識可能な０．１秒以上の長い周期の種々な明滅パターンおよび点滅パターンおよび有色発光データを、人間が認識不可能な高速点滅等によるＰＷＭ（パルス幅変調）やＰＣＭ（パルスコード変調）パルスをキャリア（搬送波）として変調した動作光通信を同一発光デバイスで動作させることができる。
【００２０】
また、光通信の情報量は動作表示と同じ情報量と少ないが、光通信部を動作表示での明滅パターンおよび点滅パターン発光をそのまま光通信にもちいることができる。
【００２１】
また、光通信部に受光デバイスを追加搭載し、動作光通信を双方向通信にし、近接センサシステムをリアルタイムでフィードバック制御を行うことが可能になり、従来の近接センサ装置にくらべて高度な精密制御および安全制御ができる。
【００２２】
また、ソーラセルを実装し、光受信側または他に適切な光源を設置し、アンプ内蔵型および外付の近接センサに必要な電力を供給し、近接センサをバッテリレスで完全無線化することができる。
【００２３】
動作表示用ＬＥＤや有機ＥＬで発電効率の良いデバイスを実装し、別途ソーラセルを実装しないで、動作表示休止時に給電することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、２系統の動作光通信機能により、リアルタイムの動作監視・解析・判断・制御ができ、信頼性・安全性が大幅に強化される。また発光による表示だけでなく光通信、光発電と受光の４つを意識した機能、安全、コスト、形状、の近接センサが設計できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る近接センサならびに、それを備えた近接センサシステムを説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態の誘導形近接センサと、２系統受光コントローラとのブロック構成を示す。実施の形態の近接センサにおいては、検出位置が図示両矢印向きに変位する検出物１に近接して、それぞれ検出コイル３ａ，３ｂ内蔵の２系統センサヘッド（実装は一体）５ａ，５ｂが設置される。この近接センサは２系統センサヘッド５ａ，５ｂに対応して２系統の発振回路部７ａ，７ｂをそれぞれ備える。センサヘッド５ａ，５ｂそれぞれは非接触センサ部の少なくとも一部を構成する。非接触センサ部には発振回路部７ａ，７ｂそれぞれを含めてもよい。
【００２７】
一方の発振回路部７ａはセンサヘッド５ａ、５ｂ内蔵の検出コイル３ａに、発振回路部７ｂはセンサヘッド５ａ、５ｂ内蔵の検出コイル３ｂに個別接続される。各発振回路部７ａ，７ｂはそれぞれＣＰＵ／ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）モジュールにより構成した演算・処理部９に接続される。コイル３ａ，３ｂ、発振回路およびＣＰＵ／ＦＰＧＡのパラメータによってセンサヘッド５ａ，５ｂを発振させ、センサヘッド５ａ、５ｂのインピーダンスの変化および発振状態を検出し、発振回路部７ａ，７ｂのプリアンプを経由して演算・処理部９に入力される。検出コイル３ａ，３ｂにはコア有り、コア無し、を含む。
【００２８】
演算・処理部９は、独立２系統のセンサ制御部の一例として、センサヘッド５ａ，５ｂ、発振回路部７ａ，７ｂに対応して、メモリ、検出回路、周辺回路、その他をそれぞれもった連繋および独立２系統のハードウエアおよび発振、ドライブ、表示、補正等をプログラムされたそれぞれ連繋および独立２系統のソフトウエアで構成される。演算・処理部９には外部パソコンまたはＰＬＣ１５等へのＵＳＢ通信入出力コネクタ１７が接続され、これによって演算・処理部９は外部パソコンまたはＰＬＣ１５等と各種通信を行うことができるようになっている。
【００２９】
また、演算・処理部９からは上記各系統のセンサ検出信号を有色発光表示回路１１ａ，変調回路・出力回路１３ａ，１３ｂに出力する。またソーラセル（太陽電池）１９実装の近接センサの場合は近接センサ各部に電源供給するための発電回路部２１を内蔵する。ソーラセル１９や発電回路部２１はそれぞれ上記２系統に対応して独立して設けることができる。
【００３０】
以上の演算・処理部９には、連繋または独立２系統に対応して２個の同期・整合された２つの有色発光動作表示回路１１ａ，１１ｂと、独立２系統に対応してセンサ検出信号を変調出力する２つの変調・出力回路１３ａ，１３ｂと、が接続される。一方の有色発光動作表示回路１１ａは動作表示部としての一方の動作表示用発光デバイス１４ａに接続され、他方の有色発光動作表示回路１１ｂは動作表示部としての他方の動作表示用発光デバイス１４ｂに接続される。また、一方の変調・出力回路１３ａは光出力デバイスとしての一方の動作光送信用発光デバイス１６ａに接続され、他方の変調・出力回路１３ｂは光出力デバイスとしての他方の動作光送信用発光デバイス１６ｂに接続される。
【００３１】
上記の連繋、独立は演算・処理部９のプログラム（ファームウエア）による。
【００３２】
以上の構成からなる近接センサでは、２個の動作表示用発光デバイス１４ａ，１４ｂは近接センサの動作を連繋して発光し、２個の動作光送信用発光デバイス１６ａ，１６ｂは連繋または独立して、当該近接センサシステムを安全監視・制御する。近接センサの上位には安全ＰＬＣや安全コントローラが現存しており、この近接センサは、それらＰＬＣやコントローラを含めた安全近接センサシステムを実現するものである。
【００３３】
なお、１８は２系統受光コントローラであり、この２系統受光コントローラ１８は受光部１８ａ，１８ｂ、および２系統受光安全制御部１８ｃを備える。
【００３４】
また、フォトダイオード（ＰＤ）の追加や動作表示用発光デバイス１４ａ、１４ｂの代わりに受発光一体型デバイスを用いて動作光双方向通信を実現することにより、近接センサへのリアルタイム指示およびフィードバック制御を実現することができる。
【００３５】
２系統ソフトウエアとはＣＰＵを２つ実装してそれぞれの独立したソフトウエア、またはＣＰＵは単一でも発振ソフトウエア、検出ソフトウエア、とうの計算データの選択の方法や関数が異なる２つのプログラムにして同時に実行し、近接センサの異常時の検出を行うことが可能となるソフトウエア（ファームウエア）のことである。上記２系統により光送信されたデータをコントローラ１８で受光し、比較判断し、異常データ等をチェックすることができる。
【００３６】
演算・処理部９から、補正修正されデータ化した検出出力と、センサ検出信号に応答して有色発光することにより動作表示する有色発光動作表示回路１１ａ，１１ｂへのドライブ信号と、動作光通信のためのセンサ検出信号を変調する変調出力回路１６ａ，１６ｂへのドライブ信号と、が出力される。動作表示用発光デバイス１４ａ，１４ｂの発光色は特に限定されないが演算・処理部９のメモリにデータ化されている。動作光送信用発光デバイス１６ａ，１６ｂの発光形態は特に限定されないが、好ましい形態は赤外線発光ＬＥＤからの赤外線による発光形態である。
【００３７】
以上の構成を備えた近接センサにおいては、磁気形または容量形または超音波形または光電形においても、それぞれの形態は図１の構成から容易に展開できる。
【００３８】
上記近接センサではアンプ分離型では同軸ケーブル２３ａ，２３ｂでセンサヘッド５ａ，５ｂと発振回路部７ａ，７ｂとを接続する。
【００３９】
上記構成を備えた近接センサでは、検出コイル３ａ，３ｂや発振回路部７ａ，７ｂ、演算・処理部９内部ハードウエアおよびソフトウエア構造、等を独立２系統にして光受信側で近接センサの不具合とか検出物１の不具合とかをチェックできる形態であるので安全のために近接センサをわざわざ２個備える必要がなくなり、また、プログラマブルコントローラ等のコントローラを含む近接センサ装置でフィードバック制御による安全制御を安価でかつ無線で実現することができるようになる。
【００４０】
図２は本発明の誘導形近接センサの構造を示す。センサヘッド５ａ，５ｂは、ベース基板（プラットフォーム）２５にハンダやボンディング等で接続されている。このベース基板２５にはＬＳＩ（大規模集積回路）を含む図１構成の電子回路要素７ａ，７ｂ，１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂ，等の電子部品モジュール２７が実装されモールドされている。センサヘッド５はベース基板２５に同軸ケーブルで分離して接続してもよい。図２では、ベース基板２５に動作表示用発光デバイス１４ａ，１４ｂとしてのＬＥＤ２９ａ，２９ｂと、動作光送信用発光デバイス１６ａ，１６ｂとしてのＬＥＤ３１ａ，３１ｂが搭載されている。なお、ＬＥＤ２９ａ，２９ｂは単独有機ＥＬに置き換えた構造も含む。ＬＥＤ２９ａ，２９ｂは、その発光色を単色、多色切替可能としてもよい。
【００４１】
図３は、本実施の形態の近接センサによる動作光通信において光受信側を含めた近接センサシステムを示し、矢印Ａは本発明の近接センサ、矢印Ｂは伝送媒体の空間または液間や光ファイバ、矢印Ｃは光受信部である。図３に示す近接センサにおいては、ＣＰＵ／ＦＰＧＡモジュールからなり、メモリ、検出回路、周辺回路等のハードウェアと、発振、ドライブ、表示、補正等をプログラムされたソフトウエア（ファームウエア）と、を含む演算処理部９と、センサ検出信号の変調と出力とを担当する回路１３ａ，１３ｂと、可視光ＬＥＤや有機ＥＬ等からなり動作表示する、点線ブロックで示す動作表示用発光デバイス１４ａ，１４ｂと、可視光やレーザダイオード（ＬＤ）や赤外線発光ＬＥＤからなる動作光送信用発光デバイス１６ａ，１６ｂとで構成される。光受信部側はフォトダイオード（ＰＤ）などの受光デバイス４７ａ，４７ｂと、光分波や復調回路や処理回路等からなる復調・処理回路４９ａ，４９ｂで構成されている。動作光送信用発光デバイス１６ａ，１６ｂからの出力光は空間や液間を点線５１ａ，５１ｂで示す空間または液間または光ファイバ５３ａ，５３ｂで受光デバイス４７ａ，４７ｂ側に伝送する。
【００４２】
図３の近接センサ側にフォトダイオード（ＰＤ）をもちいた受光部（図示なし）、発光側に赤外ＬＤ（レーザダイオード）を用いた送信部（図示なし）を内蔵して双方向通信をおこない、リアルタイムでの近接センサへの指令やリアルタイムフィードバック機能を有した高機能な近接センサシステムを構成できる。
【００４３】
図３では近接センサは、動作表示用発光デバイス１４ａ，１４ｂである可視光ＬＥＤや有機ＥＬ等で動作表示すると共に、動作光送信用発光デバイス１６ａ，１６ｂであるＬＤや赤外ＬＥＤ等で近接センサヘッドからの検出状態を示す情報を処理変調して動作光通信する。そして、この動作光通信は、無線５１ａ，５１ｂや光ファイバ５３ａ，５３ｂで、受光デバイス４７ａ，４７ｂと復調・処理回路４９ａ，４９ｂ等を備える受光コントロールデバイス側に行う。受光コントロールデバイスでは、受光デバイス４７ａ，４７ｂで近接センサＡ側と動作光通信する。受光デバイス４７ａ，４７ｂはフォトダイオード等からなり、このフォトダイオードにより光通信情報を受光し、復調・処理回路４９ａ，４９ｂではその光通信情報を復調処理する。このようにしてシステム内に配備した近接センサヘッドからの情報を光通信し、これによって近接センサ装置の状態監視や制御に用いることができる。
【００４４】
なお、演算・処理部９に、検出および解析プログラムと、動作表示用発光デバイス１４ａ，１４ｂや動作光送信用発光デバイス１６ａ，１６ｂの発光態様データおよび動作光通信態様制御データ、を事前に外部操作で書き換え可能に記憶する記憶部を設けてもよい。
【００４５】
以上説明したように本実施の形態では、動作光通信機能により、リアルタイムの動作監視・解析・判断ができ、信頼性・安全性が大幅に強化される。また発光による表示だけでなく光通信、光発電と受光の４つを意識した機能、安全、コスト、形状の近接センサを提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る近接センサと、２系統受光コントローラとを含めた近接センサシステムのブロック構成を示す図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態に係る近接センサの構造を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態に係る近接センサと、光受信部とを含めた近接センサシステムのブロック構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  検出物
３ａ，３ｂ  検出コイル
５ａ，５ｂ  センサヘッド
７ａ，７ｂ  発振回路部
９  演算・処理部
１１ａ，１１ｂ  有色発光動作表示回路
１３ａ，１３ｂ  変調回路、出力回路
１４ａ，１４ｂ  動作表示用発光デバイス
１６ａ，１６ｂ  動作光送信用発光デバイス
【図１】
2009009491.tif 000003
【図２】
2009009491.tif 000004
【図３】
2009009491.tif 000005