特開 2024-23798 変位スイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024023798

(43)【公開日】2024-02-21

(54)【発明の名称】変位スイッチ

(51)【国際特許分類】

   G01V 8/12 20060101AFI20240214BHJP

【ＦＩ】

G01V8/12 A

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023216339

(22)【出願日】2023-12-22

(62)【分割の表示】P 2020071367の分割

【原出願日】2020-04-10

(71)【出願人】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100098187

【弁理士】

【氏名又は名称】平井 正司

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 宗太郎

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 智之

(57)【要約】

【課題】しきい値を自動設定するチューニングモードにおいて、安定した運用が可能なしきい値の設定が可能な状態であることをユーザに直感的に認識又は確認させる。
【解決手段】三角測距センサ200を安定して運用可能なしきい値を設定できる段差が仮に0.5mmであるとき、検出する第１点と第２点との間の段差（距離差）が0.5mmよりも大きいときには、安定的に運用可能なしきい値の自動設定が可能である。ＯＥＬＤ１２はチューニング時に「0.5mm」が現在値「199.9」の隣に表示する。
【選択図】図14

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出領域に向けて測定光を投光する投光部と、
前記検出領域からの前記測定光を光電変換して、受光信号を生成する受光部と、
前記受光部により生成された前記受光信号に基づいて検出対象の変位を測定する測定部と、
前記測定部により測定された変位を表示する表示部と、
第１の取り込み指示に従うタイミングで前記測定部により測定される変位を取得して、取得された変位に基づいて第１基準位置を決定し、第２の取り込み指示に従うタイミングで前記測定部により測定される変位を取得して、取得された変位に基づいて第２基準位置を決定し、当該第１基準位置と当該第２基準位置とに基づいてしきい値を設定する設定部と、
前記設定部により決定された第１基準位置と、前記測定部により測定された変位とに基づいて、当該第１基準位置からの相対変位を算出する算出部とを備え、
前記表示部は、前記設定部により前記第１基準位置が決定された後、前記第２基準位置を決定する際に、前記算出部により算出された前記相対変位を前記表示部に表示することを特徴とする変位スイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変位を検出してＯＮ/ＯＦＦ信号を出力する変位スイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

変位スイッチは、光電変換を行うイメージセンサを含むタイプと、イメージセンサを含まないタイプの２種類があり、様々な用途に対応して使い分けられている。変位スイッチには、具体的には、近接スイッチ、接触式スイッチ、超音波式スイッチなどの他に、三角測距式センサ、ＴＯＦ（Time Of Flight）、光電スイッチなどが含まれる。これらは、検出対象物の高さ、検出対象物の表面の凹凸、検出対象物の有無などの検出に適用される。

【0003】

特許文献１は、７セグメント表示部を備えた光電スイッチを開示している。光電スイッチは、７セグメント表示部に隣接して複数の操作ボタンを有し、ユーザが複数の操作ボタンを使い分ける又は各操作ボタンを短押し、長押しすることにより、しきい値、現在値、ピークホールド値などの表示を切り替えることができる。

【0004】

この光電スイッチは、しきい値の自動設定に関する機能として、２点チューニングモードとフルオートチューニングモードなどを有している。２点チューニングモードでは、ユーザが第１回目の操作ボタンを操作した時点での第１検出値と、第２回目の操作ボタンを操作した時点での第２検出値とが取り込まれる。そして、第１検出値と第２検出値との間の例えば中間の値がしきい値として設定され、この自動設定されたしきい値が７セグメント表示部に数値表示される。

【0005】

フルオートチューニングモードは、例えば複数の検出対象物が搬送ラインを走行する状態でしきい値を自動設定するのに用いられる。すなわち、フルオートチューニングモードでは、複数の検出値を取り込み、この複数の検出値の分布の中で最大値（ピーク値）と最小値（ボトム値）との間の例えば中間の値がしきい値として自動設定される。そして、このしきい値が７セグメント表示部に数値表示される。

【0006】

特許文献２は、表示部としてドットマトリックス方式のディスプレイを採用した光電スイッチを開示している。ドットマトリックス方式のディスプレイの典型的としてカラー液晶ディスプレイを開示し、変形例として有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ）を挙げている。

【0007】

特許文献３は、複数のスイッチ本体をＤＩＮレールに固定する形式の光電スイッチを開示している。「ＤＩＮ」とはドイツ規格協会の略称である。ＤＩＮレールは、周囲が開放した露出した場所に固定的に配置され、そして、ＤＩＮレールに数多くのスイッチ本体が隣り合わせで固定される。このことから、この種の光電スイッチは「連設型光電スイッチ」と呼ばれている。ＤＩＮレールを設置するのに都合の良い場所にスイッチ本体が設置されることからＤＩＮレールに固定したスイッチ本体は、検出部を構成するヘッド部から距離的に離れて配置される。

【0008】

連設型光電スイッチにおいて、スイッチ本体には７セグメント表示部又はドットマトリックス表示部が配置されている。この表示部には現在値及び／又はしきい値などが表示される。このスイッチ本体の表示を確認したいときには、ユーザはヘッド部から比較的離れた位置のＤＩＮレールに固定されているスイッチ本体にアクセスする必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１３－１２７９４３号公報

【特許文献2】特開２０１５－８１８７０号公報

【特許文献3】特開２０１９－６１８８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

変位スイッチは、上述したように、検出対象物(ワーク)の高さ、ワークの表面の凹凸、ワークの有無など「段差」の検出に用いられる。例えば薄いシートの「有る」/「無し」を検出する場合、この薄いシートが変位スイッチの検出能力の限界を越えた薄さであったときには、安定した運用が可能なしきい値を自動設定することが事実上困難であるにも関わらずしきい値が自動設定され、そして、表示される。ユーザは、表示部にしきい値が表示されたのを見て、この自動設定されたしきい値の下で安定した運用が可能であると信じて実際に運用してしまう。

【0011】

本発明の目的は、しきい値を自動設定するチューニングモードにおいて、安定した運用が可能なしきい値の設定が可能な状態であることをユーザが直感的に認識又は確認できる変位センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記の技術的課題は、本発明によれば、
検出領域に向けて測定光を投光する投光部と、
前記検出領域からの前記測定光を光電変換して、受光信号を生成する受光部と、
前記受光部により生成された前記受光信号に基づいて検出対象の変位を測定する測定部と、
前記測定部により測定された変位を表示する表示部と、
第１の取り込み指示に従うタイミングで前記測定部により測定される変位を取得して、取得された変位に基づいて第１基準位置を決定し、第２の取り込み指示に従うタイミングで前記測定部により測定される変位を取得して、取得された変位に基づいて第２基準位置を決定し、当該第１基準位置と当該第２基準位置とに基づいてしきい値を設定する設定部と、
前記設定部により決定された第１基準位置と、前記測定部により測定された変位とに基づいて、当該第１基準位置からの相対変位を算出する算出部とを備え、
前記表示部は、前記設定部により前記第１基準位置が決定された後、前記第２基準位置を決定する際に、前記算出部により算出された前記相対変位を前記表示部に表示することを特徴とする変位スイッチを提供することにより達成される。

【0013】

本発明の作用効果及び他の目的は以下の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施例の光学式三角測距センサを説明するための図である。

【図2】実施例の光学式三角測距センサの一部を構成する本体部を所望の位置に固定できることを説明するための図であり、本体部はＯＥＬＤを含む。

【図3】実施例の光学式三角測距センサのヘッド部と本体部とを接続する中継ケーブル及び本体部の出力ケーブルが本体部の基板に対して半田付けされていることを説明するための図である。

【図4】実施例の光学式三角測距センサの一部を構成するヘッド部が内蔵する構成要素を説明するための図である。

【図5】図２に図示の本体部の模式図であり、本体部の設置面を説明するための図である。

【図6】本体部の輪郭形状の第１変形例を説明するための図である。

【図7】本体部の輪郭形状の第２変形例を説明するための図である。

【図8】本体部に組み付けたアタッチメントで設置面を形成する例を説明するための図である。

【図9】ヘッド部の内部構造を説明するためのブロック図である。

【図10】本体部の内部構造を説明するためのブロック図である。

【図11】ヘッド部、本体部に含まれる電源回路を説明するための図である。

【図12】ヘッド部が出射する緑色のレーザ光の強度及びパワーを制限する制御を説明するためのフローチャートである。

【図13】しきい値を自動設定するチューニングでの処理を説明するための図である。

【図14】チューニング実行中の表示を説明するための図であり、(I)は運用時の表示を示し、(II)はチューニング中の表示を示す。

【図15】２点チューニングモードでの処理を説明するためのフローチャートである。

【図16】フルオート(自動)チューニングモードでの処理を説明するためのフローチャートである。

【図17】基準値更新処理を説明するためのフローチャートである。

【図18】運用時の変位測定において「高さモード」と「距離モード」とがユーザの選択によって設定可能であり、ユーザの選択を視覚的に容易するための画面表示例を説明するための図である。

【図19】「高さモード」を選択したときの画面表示の一例として数値表示される画面を説明するための図である。

【図20】「距離モード」を選択したときの画面表示の一例として数値表示される画面を説明するための図である。

【図21】「高さモード」でのバー表示の画面を示す図である。

【図22】「距離モード」でのバー表示の画面を示す図である。

【図23】実施例の三角測距センサがビューポートを通してワークに臨む適用例を示す図である。

【図24】正常時の受光波形を説明するための図である。

【図25】外乱となるピークが現れた受光波形を説明するための図である。

【図26】ユーザの操作に基づいてマスク領域を設定する処理を説明するためのフローチャートである。

【図27】しきい値や外乱となるピークを表示画面に描画する例を説明するための図である。

【図28】近距離側マスク領域設定の描画と、ユーザの操作により設定変更があったときにユーザの操作に応じてマスク領域が変化することを説明するための図である。

【図29】遠距離側マスク領域設定の描画と、ユーザの操作により設定変更があったときにユーザの操作に応じてマスク領域が変化することを説明するための図である。

【図30】マスク領域設定表示画面を示し、(I)は、外乱ピークの数を示す丸印を表示する数値表示の第１表示モードの第１パターンであり、(II)は、外乱ピークの数を示す丸印を省いた数値表示の第１表示モードの第２パターンであり、(III)は、マスク領域を斜線で絵画的に表示する第２表示モードを示す。

【図31】図２６のステップＳ５４の表示処理を説明するためのフローチャートである。

【図32】自動でマスク領域を設定する処理を説明するためのフローチャートである。

【図33】ジャイロセンサによってヘッド部の取付姿勢に変化が現れたことを検知する処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【図34】ジャイロセンサが検知した変位を表示する表示画面である。

【図35】ジャイロセンサが検知した変位を表示する表示画面において、ジャイロセンサが動作中であることを３コマの描画で表示する例を説明するための図である。

【図36】ジャイロセンサが検知した変位を表示する表示画面であって、クラス分けした中からユーザが選択したクラスをキャラクタによって表示した表示画面である。

【図37】ジャイロセンサが検出した角速度がしきい値を越えているときのアラーム表示及び何時それを検知したか経過時間を表示する例を示す図である。

【図38】実施例の光学式三角測距センサの一部を構成するヘッド部と本体部との接続に関し、対のヘッド部と本体部とが正常に連携動作することを表示するペアリング表示例である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0015】

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。図１は、実施例の変位スイッチを示し、より具体的には光学式三角測距センサ２００を示す。図１を参照して、三角測距センサ２００は、第１、第２の筐体２、４に分けて構成され、第１、第２の筐体２、４は中継ケーブル６によって接続されている。少なくとも第１の筐体２は一般的に合成樹脂よりも強度、剛性に優れた金属で構成されるのが好ましい。第２筐体４は、金属で構成されていてもよいし、合成樹脂で構成されていてもよい。

【0016】

一般的な三角測距センサに含まれる構成要素のうち、三角測距に必要とされる光学部品及びこれに関連した素子、電源基板などの構成要素群は第１筐体２に収容され、それ以外のドットマトリックスディスプレイ、例えば有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ）などの構成要素群が第２筐体４に収容されている。これにより、第１筐体１を小型化することができる。説明を分かり易くするために、第１筐体２を「ヘッド部」と呼び、第２筐体４を「本体部」と呼ぶ。

【0017】

図２は本体部４を示す。本体部４は、幾分扁平な断面略矩形の細長い外形形状を有し、その長手方向一端に位置するヘッド側端４aと、長手方向他端部に位置する出力側端４ｂとを有している。また、本体部４の４つの面で構成される側面は、比較的幅広の第１側面４cと、この第１側面４cに隣接した幅狭の第２側面４dを含んでいる。

【0018】

本体部４には出力ケーブル８が接続され、本体部４から出力ケーブル８を通じて判定信号つまりＯＮ/ＯＦＦ信号がＰＬＣなどの制御機器１０(図１)に向けて出力される。中継ケーブル６及び出力ケーブル８は共に屈曲可能な可撓性を備え、図１に示すように中継ケーブル６を折り返して束ねることにより、ヘッド部２と本体部４との距離を任意に調整することができる。図２を参照して、本体部４は、ヘッド側端４a及び出力側端４ｂから夫々長手方向に突出した周方向に延びる溝状の首部Ｎを有し、この首部Ｎの周面は好ましくは円形である。首部Ｎに結束バンドＢを掛け渡すことで、ヘッド部２に近い、例えば３０cm程度離れた任意の設置場所ＩＬに固定することができる。

【0019】

首部Ｎの配置位置に関する変形例として、首部Ｎの代わりに、ヘッド側端４a及び出力側端４ｂの近傍に結束バンドＢを受け入れる溝を本体部４に設けてもよい。幅広の第１側面４cにはＯＥＬＤ１２が配設されている。また、この第１側面４cには、ＯＥＬＤ１２を挟んで一端側に第１表示灯１４が配設され、他端側にＳＥＴボタン１６が配設されている。ＳＥＴボタン１６は例えばしきい値の自動設定（ティーチングモード）など動作モードを選択するのに用いられる。幅狭の第２側面４dには、ＵＰボタン１８とＤＯＷＮボタン２０とが隣接して配置され、また、モードボタン２２が配設されている。ＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、２０は例えばしきい値を調整したりメニューを選択したりするのに用いられる。モードボタン２２は三角測距センサ２００の動作モードを切り替えるのに用いられる。上述したＳＥＴボタン１６を第１側面４cではなくて、幅狭の第２側面４dに配置してもよい。

【0020】

図３は、中継ケーブル６及び出力ケーブル８が本体部４に対して半田付けされることにより連結されていることを説明するための図である。参照符号Ｃは本体部基板３６の接点を示す。具体的には、中継ケーブル６はフレキシブル基板３８に接続され、フレキシブル基端３８は本体部基板３６に半田付けされている。他方、出力ケーブル８は鉛直の中継基板４０又はフレキシブル基板を介して本体部基板３６に半田付けされる。このような構成を採用することにより、本体部４の長手方向の寸法を小さくすることができる。フレキシブル基板を使って中継ケーブル６及び出力ケーブル８を本体部基板３６に半田付けすることにより、中継ケーブル６及び出力ケーブル８の端部の取付に関する自由度を与えることができる。他方、鉛直の中継基板４０を使って出力ケーブル８を半田付けすることにより、出力ケーブル８の姿勢を一意に固定することができる。なお、出力ケーブル８は、本体部４に対してコネクタ（図示せず）を使って接続するようにしてもよい。同様に、中継ケーブル６も本体部４に対してコネクタ（図示せず）を使って接続するようにしてもよい。

【0021】

図４は、ヘッド部２の内部に配設される要素を説明するための図である。ヘッド部２は、このヘッド部２の設置姿勢の変化を検出するためのモーションセンサ５０を含んでいる。モーションセンサ５０の代表例がジャイロセンサであり、他の例として加速度センサ、地磁気センサを挙げることができる。モーションセンサ５０はヘッド部２と一体的に設置されている。具体的には、モーションセンサ５０はヘッド部２との関係で相対変位しないようにヘッド部２に組み付けられている。これにより、ヘッド部２が外力を受けてヘッド部２の設置姿勢が変化し、光軸変位が発生したことをモーションセンサ５０によって敏感に検知することができる。

【0022】

光軸変位について図４を参照して説明する。投光部５２から出射された光は投光レンズ５４によって集光され、ワークＷの表面にスポットを形成する。ヘッド部２が何らかの原因で設置姿勢が変化すると、投光部５２から出射された光の光軸Ｌaxは軸振れし、ワークＷの表面のスポットの位置が変化する。この現象が「光軸変位」である。ヘッド部２に設置されたモーションセンサ５０は、ヘッド部２と相対変位不能にヘッド部２に組み付けられている。ヘッド部２の姿勢変化はモーションセンサ５０によって検知することができる。このことは、モーションセンサ５０によってスポットの位置が変化したことを検知できることを意味する。また、ヘッド部２の姿勢変化は投光の光軸Ｌaxに軸振れを伴うことから、ワークＷの表面のスポットが所望の位置から変化したか否かをユーザが目視で確認することで、ヘッド部２の姿勢変化が発生していることを知ることができる。すなわち、「光軸の変位」は、ヘッド部２つまり投光部５２の光軸Ｌaxの変位のことであり、モーションセンサ５０の光軸変位発生信号と共にワークＷのスポットの位置が適正位置に位置しているか否かを目視で確認できることは適正な運用において重要である。

【0023】

ヘッド部２は、投光部５２、投光レンズ５４、受光レンズ５６、ミラー５８、撮像素子６０を有し、これらの要素で三角測距のための光路が形成されている。撮像素子６０はリニアイメージセンサで構成され、撮像素子６０には電荷蓄積素子が含まれる。この撮像素子６０と受光回路６２で受光部６４が構成されている。投光部５２は好ましくは緑色レーザ光を発する半導体レーザ光源（InGaN／GaNの窒化ガリウム系）で構成される。ヘッド部２は、検出対象の検出領域に向けて測定光である緑色レーザ光を投光する。ワークに照射されたスポット光の状態は検出精度に影響する。集光したスポット光であるほど検出精度が良い。緑色のレーザ光は赤色よりもスポット光の状態が優れている。後に説明するように緑色は比視感度に優れている。この特性を利用して、緑色レーザ光の強度、パワーを制限してもスポット光の視認性を確保することができる。ワークの所望の位置に投光ビームが照射されていることをユーザが目視で確認できることは検出を適正に実行する上で望ましいことは言うまでもない。

【0024】

投光部５２から出射した緑色レーザ光は投光レンズ５４、投光窓６６を通じてワークに達する。ワークの表面で反射した反射光は、受光窓６７、受光レンズ５６を通り、ミラー５８で屈折されて受光部６４で受け取られる。すなわち、受光部６４は、ワークの検出領域から反射した緑色レーザ光を受光し、これを光電変換して受光信号を生成する。投光部５２、受光部６４は、ヘッド部２に内蔵されたプロセッサ６８によって制御される。

【0025】

図１、図４から分かるように、ヘッド部２は、比較的薄い略直方体の形状を有し、幅狭の第１の側面２aに上記の投光窓６６、受光窓６７が配置されている。投光窓６６と受光窓６７の間には例えば赤色、緑色の２色のＬＥＤで構成された第１動作表示灯７０が配設されている。第１動作表示灯つまり前面動作表示灯７０は、赤色、緑色、赤と緑の混色である黄色で点灯又は点滅することができる。

【0026】

ヘッド部２の長手方向の第１、第２の端２b、２cのうち、投光窓６６から離れた第２の端２cと、上記第１の側面２aと対抗する第２の側面２dとの間の角部２eは切り欠かれた形状を有し、この角部２eは４５°の傾斜面で構成されている。この角部２eに中継ケーブル６が通過する孔が形成され、孔は止水部材７２で水の侵入が阻止される。止水部材７２に直に隣接してヘッド部２の内部には上記第１動作表示灯７０と同じ色の２色のＬＥＤ７４が配置されている。止水部材７２は光を透過する導光部材で構成され、ＬＥＤ７４と導光止水部材７２によって第２の動作表示灯７６が構成されている。第１、第２の動作表示灯７０、７６は、ＯＮ/ＯＦＦ出力信号に同期して黄色又は緑色で点灯され、また、例えば赤色の点滅によってエラー表示される。

【0027】

ヘッド部２の設置において、投受光窓６６、６８が位置する第１側面２a及び中継ケーブル６が位置する角部２eは露出した状態に置かれるのが通常である。実際の運用において、露出した状態に置かれる第１側面２a及び角部２eに第１、第２の表示灯７０、７６を配置することで第１、第２の動作表示灯７０、７６をヘッド部２の外形輪郭から突出させる必要はない。換言すれば、ヘッド部２の外形輪郭の小型化を阻害する第１、第２の動作表示灯７０、７６を突出した形態にする必要無しに、ユーザに第１、第２の表示灯７０、７６の点灯、点滅を認識させることができる。

【0028】

上述したように、４５°の傾斜面で構成された角部２eに中継ケーブル６が接続されている。また、導光止水部材７２によって第２動作表示灯７６が構成されている。したがって、角部２eに配置した第２動作表示灯７６は、ヘッド部２の外形輪郭を規定する第２の端２c、第２の側面２dの延長線Ｌ１、Ｌ２の内側に位置している(図４)。換言すれば、第２表示灯７６は、延長線Ｌ１、Ｌ２から外部に突出していない。これにより、第２動作表示灯７６の存在によって小型化したヘッド部２の外形寸法は拡大しない。小型化を意識しないのであれば、第１、第２表示灯７０、７６はヘッド部２の外形輪郭から突出した形態であってもよい。

【0029】

図２を参照して前述したように、本体部４の溝状の首部Ｎに結束バンドＢを掛け渡すことで、本体部４をヘッド部２に近い任意の場所ＩＬに固定することができる。図５は本体部４を断面した模式図である。本体部４は正方形状または長方形状の断面形状を有している。ＯＥＬＤ１２を設置した第１側面４cと、ＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、２０等を設置した幅狭の第２側面４dとは互いに直角に交わっている。第１側面４cと対抗する第３側面４e、第２側面４dと対抗する第４側面４fは平らな面で構成され、この第３側面４e、第４側面４fは設置面を構成している。この第３側面４e及び／又は第４側面４fを設置場所に当接させた状態で、ヘッド部２の近傍であって比較的平らな任意の場所ＩＬ(例えば柱)に上記結束バンドＢを使って固定することがきる。

【0030】

図６は、本体部４の断面形状の第１変形例を示す。図６から分かるように、ＯＥＬＤ１２を設置した第１側面４cと、ＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、２０等を設置した幅狭の第２側面４dとは互いに９０°よりも大きな角度で交わっていても良い。

【0031】

図７は、本体部４の断面形状の第２変形例を示す。図７から分かるように、上述した設置面を構成する第３、第４の側面４e、４fを３つ以上の面、図示例では３つの平らな面４g～４iで構成してもよい。この第２変形例によれば、３つの面４g～４iが夫々設置面を構成する。

【0032】

図８は、本体部４の断面形状の第３変形例を示す。第３変形例は本体部４が楕円の断面形状を有し、この楕円の本体部４にアタッチメントＡＴを組み付けて、アタッチメントＡＴで設置面を形成してもよいことを例示している。図示のアタッチメントＡＴは、２つの平面輪郭を有する設置面Ｓf(1)、Ｓf(2)を含んでいるが、設置面の数は任意である。

【0033】

図９は、ヘッド部２の制御系を説明するためのブロック図である。投光部５２を構成する緑色レーザダイオード（ＬＤ）５２０が発するレーザ光はフォトダイオード（モニタＰＤ）５２２で監視され、このモニタＰＤ５２２の出力電流はI/V変換回路５２４、A/D変換回路５２６を経て投光制御回路６８０に入力される。緑色ＬＤ５２０はＬＤ駆動回路５３０によって制御され、このＬＤ駆動回路５３０は投光制御回路６８０によって制御される。ＬＤ駆動回路５３０は電流制御回路５３２、投光スイッチ回路５３４を含む。投光制御回路６８０からD/A変換回路５３６を経て制御信号が電流制御回路５３２に入力され、また、投光制御回路６８０から投光スイッチ回路５３４に制御信号が入力される。これにより、緑色ＬＤ５２０は所定の周期で且つ所定のパワーでレーザ光を投光する。ＬＤ駆動回路５３０に過電流が流れたときには過電流検知回路５３８によって検知され、過電流検知回路５３８の検知情報は投光制御回路６８０に供給される。これにより投光制御回路６８０は過電流を抑制する制御が実行される。

【0034】

受光部６４を構成する受光回路６２の受光情報はA/D変換回路６４０を経てプロセッサ６８に入力される。プロセッサ６８は、投光制御部６８０、ピーク受光量検出部６８２、ピーク位置検出部６８４、距離算出部６８６、距離判定部６８８、出力部６９０を構成する。A/D変換回路６４０から出力された受光情報はピーク受光量検出部６８２及びピーク位置検出部６８４に入力される。ピーク受光量検出部６８２は受光情報に基づいてピーク受光量を検出し、このピーク受光量は投光制御部６８０に入力されて投光制御に反映される。ピーク位置検出部６８４は、入力された受光情報に基づいて受光量のピーク位置を検出すると共にピーク位置の変位を測定する。この情報は距離算出部６８６に供給される。距離算出部６８６は、ピーク位置の変位に基づいてワークの検出変位を算出する。この変位の算出には、ピーク位置と距離との対応関係を示すテーブル６９２が参照される。算出した検出変位は、距離判定部６８８において、メモリに保存されている判定しきい値６９４から読み込んだしきい値と対比することによって、判定用のしきい値よりも大きいか否かの判定に用いられる。この判定に関連したデータや後の説明するＯＥＬＤ１２の表示に必要な受光情報を含む測定情報（判定しきい値を含む）は出力部６９０、通信部８０を通じて本体部４に供給される。

【0035】

前述したモーションセンサ５０を構成するジャイロセンサの出力は光軸変位検知部６９６に入力される。光軸変位検知部６９６は、メモリ参照部６９８からしきい値を読み込み、ジャイロセンサの出力がしきい値以上のときに光軸変位検知信号を生成し、この光軸変位検知信号を出力部６９０に供給する。この光軸変位検知信号は通信部８０を通じて本体部４に供給され、ＯＥＬＤ１２の表示に反映される。

【0036】

図１０は、本体部４の制御系を説明するためのブロック図である。本体部４は、プロセッサ２４、入力回路２６、出力回路２８、電源回路３０、メモリ３２、通信部３４を含んでいる。図示の操作部４０２は、ＳＥＴボタン１６、ＵＰボタン１８、ＤＯＷＮボタン２０、モードボタン２２を意味している。ユーザは操作部４０２を操作することにより、チューニング設定、マスク設定、ジャイロセンサ(モーションセンサ５０)のしきい値設定、本体部４の出力論理の設定、クリア入力などを行うことができる。ユーザが操作部４０２を操作すると操作受付部２４０でこの操作が受け付けられ、ユーザが例えば光軸変位しきい値や距離判定しきい値を変更する操作を行うとメモリ３２に保存されている光軸変位しきい値、距離判定しきい値が更新される。

【0037】

データ受信部３４０を通じてヘッド部２から受け取った光軸変位検知信号は光軸変位制御部２４２に供給される。光軸変位制御部２４２が光軸変位検知信号を受け取ったときには、光軸変位検知信号を表示画面生成部２４４に供給する。表示画面生成部２４４は光軸変位検知信号を受け取ると、直ちにＯＥＬＤ１２に表示する表示画面を生成する。表示画面生成部２４４で生成した表示画面はディスプレイ制御部２５０に供給され、ディスプレイ制御部２５０は表示画面生成部２４４で生成した表示画面に基づいてＯＥＬＤ１２の描画を制御する。

【0038】

ヘッド部２から受け取った判定しきい値を含む受光情報を含む測定情報は表示画面生成部２４４によって受け取られる。表示画面生成部２４４は受光情報に基づいてＯＥＬＤ１２に表示する表示画面を生成する。表示画面生成部２４４で生成した表示画面はディスプレイ制御部２５０に供給され、ディスプレイ制御部２５０は表示画面生成部２４４で生成した表示画面に基づいてＯＥＬＤ１２の描画を制御する。

【0039】

データ受信部３４０を通じてヘッド部２から受け取った受光情報を含む測定情報、光軸変位検知信号は出力生成部２４６に供給される。出力生成部２４６は、ヘッド部２から受け取った受光情報に含まれる判定情報に基づいて、ユーザが設定可能な出力論理２４８に従って出力情報を生成する。この出力情報は出力回路２８を通じて出力ケーブル８を通じて外部機器に供給される。また、出力生成部２４６は光軸変位検知信号を受け取ったときには、出力回路２８を通じて警報信号を外部に供給してもよい。

【0040】

上述した出力情報は、上述したように本体部４で生成してもよいし、ヘッド部２で生成してもよい。ヘッド部２と本体部４とを連結する中継ケーブル６の存在によって、一般的には、ノイズの影響を受け易い。ヘッド部２で判定ＯＮ/ＯＦＦ信号を生成した場合において、中継ケーブル６を通じて本体部４に供給される判定ＯＮ/ＯＦＦ信号は二値化された信号であるためノイズの影響は受け難い。他方、本体部４で判定ＯＮ/ＯＦＦ信号を生成した場合には、この判定ＯＮ/ＯＦＦ信号をヘッド部で生成する必要がないためヘッド部２の回路基板が複雑になることを回避でき、小型化を目指すときにヘッド部２を小型にすることが可能である。

【0041】

図１１は、ヘッド部２、本体部４に含まれる電源回路を説明するための図である。本体部４は電源回路３０を内蔵している。電源回路３０は、２つの電源回路３０Ａ、３０Ｂを含む。一方の電源回路３０Ａは外部から受け取った電源の電圧を調整して、調整した電圧を他方の電源回路３０Ｂとヘッド部２に供給する。この他方の電源回路３０Ｂは電圧を調整してプロセッサ２４及びヘッド部２に供給する。ヘッド部２において、本体部４から受け取った電源によってモーションセンサ(ジャイロセンサ)５０及びプロセッサ６８が駆動され、また、緑色ＬＤ５２０が駆動される。ヘッド部２の第２電源回路７８は電圧を調整し、調整後の電圧はリニアレギュレータ８２によって安定化された後に、撮像素子６０、受光回路６２に供給される。

【0042】

図１２は、緑色レーザ光を発するＬＤ５２０(図９)の強度及びパワーを制限する制御を説明するためのフローチャートである。図１１を参照して、ステップＳ１で投光信号を生成する。この投光信号は予め定められた投光周期を有している。次のステップＳ２において、予め設定された電流量で緑色ＬＤ５２０を駆動する。緑色ＬＤ５２０の駆動制御はパルス幅で行ってもよい。次のステップＳ３において、受光部６４が受け取った受光量が予め規定した範囲内であるか否かを判別しＹＥＳであればステップＳ１に戻る。ステップＳ３において、ＮＯつまり受光量が規定の範囲を逸脱しているときには、ステップＳ４に移行してこの逸脱が所定回数以上連続しているか否かを判別する。このステップＳ４においてＹＥＳつまり逸脱が所定回数以上連続しているときには何らかの故障が発生しているとして緑色ＬＤ５２０への電源供給を停止する（Ｓ５）。ステップＳ４において、ＮＯのときには、ステップＳ６に進んで緑色ＬＤ５２０を制御する電流量及びパルス幅を調整してステップＳ２に戻る。

【0043】

上記ステップＳ３ないしＳ６は、緑色レーザ光の強度及びパワーを制限する実質的なリミッタを構成している。投光部５２が発する緑色レーザ光の強度及びパワーは、ワークに当たった緑色レーザ光のスポットの位置をユーザが目視で確認してもユーザに影響を及ぼさないレベルに制限される。この制限は安全規格の「クラス１」又は「クラス２」を念頭に置いて設定すればよい。緑色は波長が500nm～555nmであり、比視感度（明比視感度及び暗比視感度）が他の色よりも優れている。したがって、緑色レーザ光の強度及びパワーを上記のレベルに制限してもスポット光の視認性を確保できる。

【0044】

次に図１３を参照してチューニングに関連した処理を説明する。ヘッド部２において受光部６４で検出した受光量から判定用距離が算出され、この判定用距離は、チューニング対象であるしきい値と共に通信部８０、３４を通じて本体部４に供給される。本体部４では、表示画面生成部２４４で表示画面が生成され、この表示画面に基づいてディスプレイ制御部２５０（図１０）はＯＥＬＤ１２の描画の制御を実行する。

【0045】

＜反転表示＞
図１４の(I)は運用時におけるＯＥＬＤ１２の表示の一例を示す。図１４の(II)はチューニング時におけるＯＥＬＤ１２の表示の一例を示す。図中の数値「１９９．９mm」は現在値である。単位の「mm」はユーザの設定により「inch」に変更することができる。運用時（図１４(I)）とチューニング時（図１４(II)）とにおいて画面全体が反転表示するのが好ましい。ユーザは、ＯＥＬＤ１２の背景色を含む表示態様の違いに基づいて、今現在、運用時の表示モードであるかチューニング時の表示モードであるかを目視で瞬時に認識又は確認することができる。

【0046】

＜チューニングの安定度の表示＞
三角測距センサ２００の能力として、三角測距センサ２００を安定して運用可能なしきい値を設定できる段差が仮に0.5mmであるとき、検出する第１点と第２点との間の段差（距離差）が0.5mmよりも大きいときには、安定的に運用可能なしきい値の自動設定が可能である。このことをユーザに知らせるのに、三角測距センサ２００を安定して運用可能なしきい値を設定できる段差である「0.5mm」が現在値の隣に表示される（図１４の(II)）。これに加えて、現在値が許容段差よりも大きいことを示す不等号記号（＞）を表示してもよい。これによれば、ユーザは目視で直ちに運用上問題が発生しないしきい値の自動設定が行われることを認識又は確認できる。運用上問題が発生しないしきい値の自動設定が可能であることを意味する表示として、図１８を参照して後に説明する例えば円形のキャラクタ８５を表示させてもよい。

【0047】

＜２点チューニング＞
図１５は２点チューニングモードでの処理を説明するためのフローチャートである。ユーザがチューニングモードを選択するとステップＳ１１でワークの変位の算出が開始される。次のステップＳ１２において、ユーザがＳＥＴボタン１６（図２）を押し下げると（第１回目のＳＥＴボタン１６の押し下げ）、この第１の取り込み指示に従ってその時点での第１検出変位を取得して（Ｓ１３）、この第１検出変位を「第１基準値」として設定する（Ｓ１４）。

【0048】

ワークの変位を検出し続け、リアルタイムの検出変位を取得し続ける（Ｓ１５）。そしてリアルタイムの検出変位と基準値との差つまり「相対変位」を算出し（Ｓ１６）、これをＯＥＬＤ１２に表示する(Ｓ１７)。ユーザは、上記第１回目のＳＥＴボタン１６を押し下げた後、第２回目のＳＥＴボタン１６を押し下げる箇所までワークを移動させるとＯＥＬＤ１２の現在値が変化し続けることになる。ユーザはワーク表面上のスポット光を目視しながら第２回目のＳＥＴボタン１６を押し下げる箇所を探す。この間、ユーザがワークを移動させる過程において変化する上記相対変位をＯＥＬＤ１２の表示を見ることで確認することができる。

【0049】

次のステップＳ１８において、上記相対変位がチューニング成功可能な検出段差以上であるか否かを判別する。ここに、「チューニング成功」とは、三角測距センサ２００の能力との関係で、運用上支障が発生しないしきい値を自動設定できるという意味である。「チューニング成功」の限界値、上記の例の「0.5mm」は予めメモリ３２に記憶されているのが良い。

【0050】

ステップＳ１８においてＹＥＳ、つまり相対変位がチューニング成功可能な段差以上であるときには、ＯＥＬＤ１２の画面に、前述した三角測距センサ２００を安定して運用可能なしきい値を設定できる段差である「0.5mm」を表示し、また、好ましくは不等号記号を表示してもよい。ユーザは表示の現在値が上記段差「0.5mm」より遙かに大きい値を見ることでユーザはしきい値が余裕を持って設定可能であることを知ることできる。また、表示の現在値が上記段差「0.5mm」に近い値であるときには、現在値と「0.5」とを見比べて現在値が「0.5」よりも大きな値であれば、また、上述した不等号記号を見ることで、運用上支障のないしきい値が設定可能であることを知ることができる。これによりユーザは安心して第２回目のＳＥＴボタン１６を押下げて第２回目の取り込みを指示することができる。

【0051】

仮に、今現在の地点では、相対変位が上記「0.5mm」よりも小さいときには、ステップＳ１８においてＮＯと判断して、上記ステップＳ１９をジャンプする。ユーザは、ＯＥＬＤ１２の画面に上記段差「0.5mm」や不等号記号が表示されていないことから、２回目のＳＥＴボタン１６を押し下げるのを控えることができる。

【0052】

ユーザはＯＥＬＤ１２に「0.5mm」や不等号記号が表示されたら、安定したしきい値が設定可能であるとして、安心して第２回目のＳＥＴボタン１６を押下げることができる。必要であればスポット光が当たっている地点を目視で確認した上で第２回目のＳＥＴボタン１６を押下げることができる。この第２回目の押し下げがあるとステップＳ２０からＳ２１に進んで、第２回目のＳＥＴボタン１６を押下げた地点の第２検出変位を取得し、これを第２基準位置とする。そして、この第２基準位置と前述した第１基準値との差つまり段差の値を算出する（Ｓ２２）。次のステップＳ２３において、この段差の例えば半分の値をしきい値として設定する（Ｓ２３）。しきい値の設定アルゴリズムとしては、この手法に限られず、第１基準位置と第２基準位置の検出距離のいずれの場合も判定がＯＮとなるように上下限のしきい値を設けるようなものであってもよい。

【0053】

＜フルオートチューニング＞
ユーザは判定しきい値の設定に関し、上述した手動で行う２点チューニングと、自動で行うフルオートチューニングとを択一的に選択することができる。フルオートチューニングにおいては、ユーザがＳＥＴボタン１６を押し下げ続けている最中の検出変位を算出して、この検出変位を更新しながらピーク値（ヘッド部２から遠い側のピーク値）を「第１基準値」と決定し、ボトム値（ヘッド部２に近い側のピーク値）を「第２基準値」と決定して、第１基準値と第２基準値との中間値を「しきい値」として設定する。

【0054】

図１６はフルオートチューニングモードでの基本的な処理を説明するためのフローチャートである。フルオートチューニングモードでは、ステップＳ３１において、ユーザがＳＥＴボタン１６を押し下げると、ワーク変位の取得が行われる（Ｓ３２）。取得したワークの変位に基づいて第１、第２の基準値が決定され、この第１、第２の基準値が登録される（Ｓ３３）。そして、ユーザがＳＥＴボタン１６の押し下げを止めると、ステップＳ３４からステップＳ３５に進んで、登録されている第１、第２の基準値に基づいて判定用のしきい値が設定される。しきい値設定のアルゴリズムとしては、例えば、第１の基準値と第２の基準値の中間値をしきい値とするものや、第１の基準値と第２の基準値の判定がＯＮとなるようにしきい値を定めるものが挙げられる。他方、ＳＥＴボタン１６の押し下げ操作が継続しているときには、ステップＳ３４からステップＳ３６に進んで第１、第２の基準値を更新する処理が実行される。

【0055】

図１７は、上記ステップＳ３６（図１６）の基準値更新処理の一例を説明するためのフローチャートである。基準値更新処理では、ワークの変位の取得が継続的に行われ（Ｓ３６１）、検出したワークの変位と第１基準値を対比して（Ｓ３６２）、ワークの変位が第１基準値以上のときには、ステップＳ３６３において、検出したワークの変位に基づいて第１基準値の更新が行われる。

【0056】

また、ステップＳ３６４において、検出したワークの変位と第２基準値を対比して、ワークの変位が第２基準値以下のときには、ステップＳ３６５において、検出したワークの変位に基づいて第２基準値の更新が行われる。

【0057】

次のステップＳ３６６において、第１基準値と第２基準値との相対変位が算出され、この算出した相対変位に基づいてチューニング成功可能な変位であるか否かの判断が行われる（Ｓ３６７）、算出した相対変位がチューニング成功可能な変位以上であれば、ステップＳ３６８に進んで、安定した判定しきい値を設定できることを意味する円形のキャラクタ８５（図１９、図２０）がＯＥＬＤ１２に表示され、また、ＯＥＬＤ１２に第１基準値と第２基準値との相対変位が表示される（Ｓ３６９）。

【0058】

フルオートチューニングモードを選択したユーザは、ＯＥＬＤ１２に円形のキャラクタ８５が表示されたことを確認することで、フルオートチューニングで自動設定されたしきい値の下で安定した運用ができることを知ることができる。そして、キャラクタ８５が表示されたことを確認してＳＥＴボタン１６の押し下げをやめて、新たなワーク変位データの取得を止めることで、自動設定された判定しきい値の下で安定した運用を実現できる。

【0059】

光学式三角測距センサ２００は、ワークの変位の測定において、「高さモード」と「距離モード」とを有し、ユーザは高さモード又は距離モードを任意に設定することができる。「高さモード」では、載置した面（基準面）からのワークの変位つまり高さが計測される。基準面としてワークの設置面に代えて、例えばワークの上面を基準面として設定してもよい。基準面よりもワークの上面が高いワークを測定したときには、ＯＥＬＤ１２に「＋」のアイコンが表示され、基準面よりもワークの上面が低いときには、ＯＥＬＤ１２に「－」のアイコンが表示される。

【0060】

図１８は「高さモード」と「距離モード」との選択画面を示す。図１８の(I)は高さモードを意味し、図１８の(II)は距離モードを意味する。ＯＥＬＤ１２には、高さモード選択画面（図１８の(I)）と距離モード選択画面（図１８の(II)）が交互に表示される。高さモード選択画面（図１８の(I)）では、「０」（ゼロ）を付記した基準面からヘッド部２を意味するキャラクタ８４に向けて伸びる矢印が表示される。他方、距離モード選択画面（図１８の(II)）では、「０」（ゼロ）を付記したヘッド部キャラクタ８４から遠のく方向に向けて伸びる矢印が表示される。

【0061】

図１８の(I)及び図１９の(II)に示す高さモード選択画面に基づいてユーザが高さモードを選択したときの高さモードの表示画面を図１９の(I)に示す。図１９の(I)において、数値「１９９.９」は現在値を意味する。その左隣の「＋」のアイコンは、上述したように基準面よりもワークの上面が高い、つまり基準面よりもヘッド部２に近いことを意味する。数値「６７.８」は判定しきい値を意味する。また、この判定しきい値の下で、安定した運用が可能であること意味する上述した円形のキャラクタ８５が表示される。

【0062】

図１８の(II)及び図２０の(II)に示す距離モード選択画面に基づいてユーザが距離モードを選択したときの距離モードの表示画面を図２０の(I)に示す。図１９の(I)（高さモード）と図２０の(I)（距離モード）とを対比すると分かるように、距離モード（図２０の(I)では、センサヘッドの位置を基準としているため、「＋」のアイコン（図１９の(I)）が表示されない。

【0063】

図１９の(I)において、数値「１９９.９」は現在値を意味する。その左隣の「＋」のアイコンは、上述したように基準面よりもワークの上面が高い、つまり基準面よりもヘッド部２に近いことを意味する。数値「６７.８」は判定しきい値を意味する。また、この判定しきい値の下で、安定した運用が可能であること意味する上述した円形のキャラクタ８５が表示される。

【0064】

図１９の(I)の高さモード及び図２０の(I)の距離モードでは数値表示されているが、ユーザの選択により、これをバー表示に切り替えることができる。図２１は、高さモードにおけるバー表示を示す。図２２は、距離モードにおけるバー表示を示す。図２１、図２２に図示の数値「１２.３mm」は現在値を意味する。図２１の高さモードにおけるバー表示では、現在値「１２.３mm」の隣に「＋」のアイコンが表示される。この「＋」のアイコンは、上述したように基準面よりもワークの上面が高い、つまり基準面よりもヘッド部２に近いことを意味する。

【0065】

図２１、図２２において現在値を意味するバーＢrは、高さモードの表示（図２１）では基準面からヘッド部アイコン８４に向けて伸びている。他方、距離モードの表示（図２）では、ヘッド部アイコン８４からバーＢrが伸びている。図中、「Ｐ」を含む参照符号８８の縦ラインは、これまで取得した検出変位の最大値を示す。判定しきい値は、現在値のバーＢrを横断する方向に延びる縦ライン９０で表示される。ユーザがＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、２０を操作してしきい値の設定を変更したときには、このユーザの操作に追従して判定しきい値キャラクタ（縦ライン）９０が移動する。これにより、ユーザは、ＯＥＬＤ１２の現在値のバーＢr及び最大値Ｐの表示を見て、そして、判定しきい値キャラクタ９０の位置を確認しながら判定しきい値を微調整することができる。

【0066】

以上、しきい値設定に関し、２点チューニングとフルオートチューニングを説明したが、これに加えて三角測距センサ２００はＤＡＴＵＭチューニングの機能を有していてもよい。ＤＡＴＵＭチューニングはワークが存在しない状態でチューニングを実行して基準値を設定し、ＤＡＴＵＭチューニング実行時以外の状態となった場合に判定をＯＮする機能である。ＤＡＴＵＭチューニングに基づくＤＡＴＵＭ測定では、設定した基準値から変化があるか否かが検知される。そのため、ＤＡＴＵＭ測定によれば、反射光量の少ないワークや、多重反射するワークに対しても効果的に且つ迅速に検知することが可能である。ＤＡＴＵＭ測定に用いられる「基準値」は、ＤＡＴＵＭチューニングによって登録することができ、また、外部入力により更新されてもよい。

【0067】

＜検出範囲マスク表示＞
三角測距センサ２００は、外乱光による影響を抑制するためにマスク機能を有しており、マスク範囲をユーザが設定することができる。図２３を参照して、例えばビューポート１００を通じて投受光した場合、三角測距センサ２００には、ワークＷの表面で測定光が反射した第１の光Ｌ(1)と、ビューポート１００で反射した第２の光Ｌ(2)が入る。三角測距センサ２００から見てワークＷ、ビューポート１００との位置関係は、ワークＷの方がビューポート１００よりも遠い。このことから、受光部６４を構成する複数の撮像素子６０において、ワークＷからの反射光Ｌ(1)とビューポート１００からの反射光Ｌ(2)は異なる画素位置に結像する。

【0068】

図２４は正常時の受光波形を示す。参照符号Ｐ(1)は、ワークＷからの反射光Ｌ(1)によるピークであり、参照符号Ｐ(2)は、ビューポート１００からの反射光Ｌ(1)によるピークである。図２４から分かるように、ワークＷに関連したピークＰ(1)は、ビューポート１００に関連したピークＰ(2)に比べて高いことから、正常にワークの変位を測定することができる。

【0069】

図２５は異常時の受光波形を示す。図２５から分かるように、ビューポート１００に関連したピークＰ(2)は、ワークＷに関連したピークＰ(1)に比べて高いことから、ワークの変位を測定することは事実上不可能である。図２５において斜線で図示する画素範囲にマスクを設定することにより、ワークＷに関連したピークＰ(1)に基づいてワークの変位を測定することができる。

【0070】

＜ユーザによるマスク領域の設定＞
図２６は、マスク領域の設定に関する一連の処理の一例を説明するためのフローチャートである。図２７はマスク領域を設定する際のＯＥＬＤ１２の表示画面を示す。図２６において、受光波形とマスク領域に基づいて画像データを作成する（Ｓ４１）。ＯＥＬＤ１２の表示画面には、判定しきい値を意味する縦ライン９０と、受光ピーク１０２が表示され、また、ヘッド部キャラクタ８４が表示される。いま、ＯＥＬＤ１２の表示画面に第１、第２のピークＰ(O)、Ｐ(d)が現れていたとき、ユーザは、測定環境及びヘッド部２からの遠近を念頭においたときに、第２のピークＰ(d)が外乱光であることを認識することができる。換言すれば、第１のピークＰ(O)が測定光であることが理解できる。また、測定光と判定しきい値とが接近し過ぎているか否かを認識することができる。仮に、判定しきい値が接近し過ぎていると判断したときには、ＵＰ/ＤＯＷＮボタン１８、２０を操作することにより判定しきい値を調整することができる。この調整が行われたときには、ＯＥＬＤ１２に表示のリアルタイムに判定しきい値の縦ライン９０が移動する。

【0071】

ステップＳ４２において、ヘッド本体２に近い近距離側マスク領域を変更する操作が有るか否かを判定し、ＹＥＳ（操作有り）のときにはステップＳ４３に進んでユーザが行った操作部４０２（図１０）の操作に応じて近距離側マスク領域の変更が行われ、そして受光波形とマスク領域に基づいて画像データが更新される（Ｓ４４）。マスク領域の変更は、例えば0.1mm単位で行うことができる。ＯＥＬＤ１２の１列分の変位量と、最小変更可能量は必ずしも１対１対応しない。ここにＯＥＬＤ１２の１列分の変位量は、ＯＥＬＤ１２の表示部部分の大きさ（解像度）と最大検出可能範囲に依存することから、ＯＥＬＤ１２の１列分以上の変更の有無をプロセッサ６８が判断して、１列分以上変更があった場合のみマスク領域の表示を変更するようにしてもよい。

【0072】

受光波形の処理は、ピーク位置を取得し、取得したピーク位置をＯＥＬＤ１２のどの位置に描画すべきかを計算する。変形例として、三角測距センサ２００の最大検出可能範囲と受光波形のピーク受光量とに基づいて、受光波形をＯＥＬＤ１２の表示領域で正規化する処理が行われる。図２８において、ＯＥＬＤ１２の表示画面の斜線で図示の領域Ｍｓ(1)が近距離側マスク領域である。ユーザの操作部４０２の操作によって、リアルタイムに近距離側マスク領域Ｍｓ(1)が変化する。左側の(I)では、近距離側マスク領域Ｍｓ(1)の境界がヘッド部２から12.0mmであることを数値表示されている。右側の(II)では、近距離側マスク領域Ｍｓ(1)の境界がヘッド部２から30.0mmであることを数値表示されている。この数値もユーザの操作部４０２の操作に応じてリアルタイムに変化する。

【0073】

近距離側マスク領域の設定が終わると、ステップＳ４５からステップＳ４６に進んで画像データを更新する。マスク領域は、この実施例では設定されていない。後に説明するオートマスク領域設定機能を備えているときには、自動で設定したマスク領域を表示するようにしてもよい。次いで、ステップＳ４７において、ヘッド部２から遠い遠距離側マスク領域を変更する操作が有るか否かを判定し、ＹＥＳ（操作有り）のときにはステップＳ４８に進んでユーザが行った操作部４０２の操作に応じて遠距離側マスク領域の変更が行われ、そして画像データが直ちに更新される（Ｓ４９）。図２９を参照して、斜線で図示の領域Ｍｓ(2)が遠距離側マスク領域である。ユーザの操作部４０２の操作によって、リアルタイムに遠距離側マスク領域Ｍｓ(2)が変化する。左側の(I)では、遠距離側マスク領域Ｍｓ(2)の境界がヘッド部２から45.0mmであることを数値表示されている。右側の(II)では、遠距離側マスク領域Ｍｓ(2)の境界がヘッド部２から40.0mmであることを数値表示されている。この数値もユーザの操作部４０２の操作に応じてリアルタイムに変化する。

【0074】

近距離側マスク領域Ｍｓ(1)の境界を「下限」と呼び、遠距離側マスク領域Ｍｓ(2)の境界を「上限」と呼ぶと、ユーザはＯＥＬＤ１２の表示を見ながら上限及び下限を任意に指定することによって確実にマスクできるようにマスク領域の設定操作を行うことができる。

【0075】

後に図３２を参照して説明するマスク設定では、ピーク検出距離に基づいてマスク領域Ｍsが決定される。このように予め定められたアルゴリズムに基づいてマスク領域Ｍsが決定された後に、ユーザの操作により、マスク領域Ｍsを調整できるように構成するのがよい。

【0076】

近距離側マスク領域Ｍｓ(1)の境界の距離、例えば「12.0mm」の数値及び遠距離側マスク領域Ｍｓ(2)の境界の距離、例えば「45.0mm」の数値は、図２８、図２９から分かるように、横長のＯＥＬＤ１２の中央に寄せた位置に表示するのが好ましい。本体部４の小型化を目指した設計を行う場合、横長のＯＥＬＤ１２の縦横寸法は限定的である。このことから、ユーザが注目するマスク領域Ｍｓ(1)、(2)の境界の距離の数値をＯＥＬＤ１２の中央に寄せた位置に表示することで、ユーザにとって視認性が良い。

【0077】

図２６のフローチャートにおいて、遠距離側マスク領域の設定が終わると、ステップＳ５０からステップＳ５２に進んで撮像素子６０の各画素から受光量を取得し、マスク設定されていない領域から受光量のピーク位置（現在のピーク位置）を取得する。そして、現在のピーク位置としきい値とを比較する（Ｓ５３）。そして、次のステップＳ５４で表示処理が行われる。この表示処理について図３０、図３１に基づいて次に説明する。

【0078】

マスク設定表示画面は大別すると２つの表示モードが用意されている。図３０は、マスク設定表示画面の具体例を示す。図３０の(I)、(II)はマスク領域の境界を数値で表示する第１表示モードを示す。第１表示モード（図３０の(I)）は、しきい値「5.0」と、マスク領域の境界「12.3」と、近距離マスク領域を意味する「＋」と、安定した運用が可能な判定しきい値が設定されていることを意味する上述の円形のキャラクタ８５とを含む。図３０の(II)から分かるように、第１表示モード（図３０の(I)）から円形のキャラクタ８５の表示を省いてもよい。

【0079】

図３０の(III)はマスク領域を斜線で絵画的に表示する第２表示モードを示す。図示の表示例では、近距離側及び遠距離のマスク領域Ｍｓ(1)、マスク領域Ｍｓ(2)が設定されているときの表示である。第２表示モードでは、しきい値を意味する縦ラインのキャラクタ９０、ヘッド部２を意味するキャラクタ８４、外乱ピークを意味するキャラクタ１０２Ｐが表示される。ピークキャラクタ１０２Ｐはテレスコピックをイメージさせる形状で描画され、ピーク受光量の大小は段階的に上方に伸びるテレスコピック図形で表示される。これにより、ユーザはピークキャラクタ１０２Ｐの形状を見ることでピーク受光量の大小を感覚的に把握することができる。

【0080】

図３１は表示処理の一例を説明するためのフローチャートである。ステップＳ６１において、設定されている表示モードが判定され、第１表示モードが設定されているときには、ステップＳ６２に進んで受光波形のピークの数が１つであるか否かの判定が行われ、一つのときにはステップＳ６３に進んで、第１表示モードの第１パターンＡ（図３０(I)）に基づいて表示画面情報が生成される。上記ステップＳ６２において、受光波形のピークの数が複数の場合には、ステップＳ６４に進んで、第１表示モードの第２パターンＢ（図３０(II)）に基づいて表示画面情報が生成される。また、上記ステップＳ６１において、第２表示モードが設定されているときには、ステップＳ６６に進んで、第２表示モード（図３０(III)）に基づいて表示画面情報が生成される。次のステップＳ６５では、生成された表示画面情報に基づいてＯＥＬＤ１２に描画される。

【0081】

＜自動マスク領域設定＞
図３２は、自動でマスク領域を設定する処理の一例を説明するためのフローチャートである。マスク領域の自動設定は、ユーザの要求によりマスク領域を本体部４の内部処理で設定する場合に限らず、上述した手動によってユーザが設定したマスク領域を修正又は変更するのに適用される。

【0082】

図３２を参照して、ステップＳ７１において受光波形が取得され、次のステップＳ７２において、受光波形からピーク検出距離が取得される。次いでステップＳ７３において、ピーク検出距離に基づいて、当該部分をマスクすることのできるマスク領域Ｍsが決定される。例えば、近距離側のピーク検出位置に基づき、当該位置が検出範囲の中心となるようにマスク領域を自動的に決定する。そして、受光波形と現在のマスク領域Ｍsに基づいて画像データが生成される（Ｓ７４）。これにより、マスク領域Ｍsが自動的に設定される。ここに、マスク領域Ｍsは、その後、任意に上下限又はマスク領域の変更などマスク領域を設定変更することが可能であってもよい。

【0083】

次のステップＳ７５において、マスク領域を変更する指示があるか否かを判定し、マスク領域を変更する指示があれば、ステップＳ７６において、受光波形とマスク領域に基づいて画面データが更新される。次いで、ステップＳ７７において、マスク領域を変更する操作があるか否かを判定し、マスク領域を変更するユーザの操作があれば、操作量に応じてマスク領域が変更され（Ｓ７８）、そして、次のステップＳ７９において、受光波形とマスク領域に基づいて画面データが更新される。マスク領域Ｍsの設定が終わると、ステップＳ８０からステップＳ８１に進んでマスク領域Ｍsの画素が無効画素とされる。次のステップＳ８２において、有効画素の各画素から受光量を取得し、次のステップＳ８３において、有効画素の受光量に基づいて受光波形が生成される（Ｓ８３）。次にマスク設定されていない領域からピーク位置を取得し（Ｓ８４）、このピーク位置から変位を算出する（Ｓ８５）。次に、この有効画素の受光量から受光波形を生成し（Ｓ８６）、この受光波形からピーク位置を取得し（Ｓ８７）、このピーク位置としきい値を比較する（Ｓ８８）。そして、次のステップＳ８９で表示処理される。表示処理は図３０、図３１に基づいて前述したのと同じである。

【0084】

図３２を参照して説明したマスク自動設定は、高速応答を実現するときに効果的に用いられる。この高速応答を実現するためにマスク領域を自動設定する場合は、応答時間を担保するために、データの取得領域を制限する必要がある場合がある。この場合、ユーザによるマスク領域の変更は、例えば、自動的に設定されたマスク領域よりも、マスク領域が増加される方向、すなわち検出領域を狭める方向にのみ変更が可能であるような構成であってもよく、自動的に設定されたマスク領域を平行移動するようなものであってもよい。この場合、マスク設定された領域を無効画素とし、有効画素からの受光データを取得することによって応答時間を短縮することができる。

【0085】

三角測距センサ２００においてマスク設定時は、マスク領域の撮像画素を無効画素としてもよいし、マスク領域をピーク検出範囲から除外してもよい。無効画素を設定した場合、マスク領域からは受光量データを取得しない。この場合、マスク設定された領域を無効画素とし、無効画素となっていない画素、すなわち有効画素において取得される受光情報に基づいてピーク位置の取得し、当該ピーク位置に基づいてワークの変位などの測定を行っても良い。この場合、データを取得する領域が少なくなるので、高速応答を実現することが可能である。

【0086】

また、マスク設定時は、全ての画素において取得される受光情報に基づいてピーク位置を取得し、取得されたピーク位置がマスク領域内であるか否かに基づいて測定を行っても良い。すなわち、取得されたピーク位置がマスク領域ではなかった場合は、当該位置をピーク位置として取得する。一方、取得されたピーク位置がマスク領域であった場合は、当該位置をピーク位置として取得しないで、第２のピーク位置（すなわち受光量が２番目の位置）を取得し、この第２のピーク位置がマスク領域であるか否かを判定する。第２のピーク位置がマスク領域ではなかった場合は、当該位置がピーク位置として取得される。

【0087】

＜ジャイロセンサに関する表示＞
実施例の三角測距センサ２００は、モーションセンサの一例としてジャイロセンサ５０をヘッド部２に搭載され、このジャイロセンサ５０によって、ヘッド部２の設置姿勢の変化つまり光軸変位を検出する。この処理の一例を図３３に示すフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ９１は、三角測距センサ２００のメーカが出荷時に行う初期設定の工程である。この初期設定はユーザが行うようにしてもよい。この初期設定ではジャイロセンサのサンプリング周波数や検出レンジが設定される。設定したサンプリング周波数毎つまり所定時間毎にリセットされる。

【0088】

ステップＳ９２において、ジャイロセンサから３軸の角速度情報を取得する。次のステップＳ９３において、一定期間の３軸の角速度値を夫々平均して、３軸の現在の角速度情報を生成し、３軸の角速度情報から例えば最も大きな値を現在値とする（Ｓ９４）。次のステップＳ９５において、現在値がしきい値以上であるか否かを判別しＹＥＳつまり現在値がしきい値以上であるときには、ヘッド部２の光軸が変位して検出精度に影響を及ぼすとして、ステップＳ９６に進んで、ＯＮ出力及び経過時間表示のための計測を開始する。これにより、例えば動作表示灯７０、７６、１４が赤色で点滅する。これにより、ユーザはヘッド部２の設置に関して異常が発生したことを知ることができる。このＯＮ出力及び光軸変位が発生してからの経過時間は本体部４のＯＥＬＤ１２に表示される。この表示例は後に説明する。

【0089】

ステップＳ９６のＯＮ出力及び経過時間表示のための計測は、例えばＳＥＴボタン１６にクリア処理機能を割り付けている場合には、ユーザがＳＥＴボタン１６を押し下げてクリア操作するまで継続される（Ｓ９７、Ｓ９８）。このクリア処理は、ＰＬＣ１０（図１）等の外部機器からの信号入力によるクリア指示によって行ってもよい。経過時間のタイマのクリア処理は、カウントの停止とカウント値のリセットとを含む。

【0090】

図３４はユーザの選択によりＯＥＬＤ１２に表示されるジャイロバーモニタ表示の例を示す。図３４において参照符号１２０はジャイロセンサのキャラクタを示す。ジャイロキャラクタ１２０は互いに対抗する矢印付きの２つの円弧で構成され、ジャイロセンサが角速度を検出している最中は、図３５に図示するように例えば３つのコマが順次表示される。これにより２つの矢印付きの円弧がクルクルと回るキャラクタ１２０をユーザが見ることで、ジャイロセンサが角速度を検出している最中であることを知ることができる。

【0091】

図３６のジャイロバーモニタ表示において、参照符号１２２はバー形式で示す現在値を示す。この現在値バーは左から右に延びる程、大きな値であることを意味している。参照符号１３６はしきい値を示す縦ラインである。図示のバーモニタ表示において、参照符号１２６は、ヘッド部２がこれまでに取得した角度変化（光軸変位）の最大値を示す縦ラインのキャラクタを示す。しきい値を示す縦ラインのキャラクタ１３６との差別化のために、最大値ライン１２６に例えば「Ｐ」というキャラクタ１２８を表示するのが好ましい。

【0092】

光軸変位に関するしきい値はユーザがＵＰボタン１８及び／又はＤＯＷＮボタン２０を操作することにより変更することができる。この変更はリアルタイムに、しきい値表示ライン１２４に反映され、しきい値を例えば大きくする操作が行われたときにはしきい値キャラクタ１２４の縦ラインが左に移動する。

【0093】

ユーザのしきい値変更を簡便化するために、しきい値の大小の設定レベルを例えば５段階のクラスに分けて、僅かな光軸変位に敏感に反応するクラス１から比較的鈍感に反応するクラス５の中からユーザが選択できるようにするのが好ましい。ユーザが選択したクラスを例えば「１」乃至「５」のキャラクタ１３０で表示するのが好ましい。図３６の表示例は、しきい値ラインキャラクタ１２４の上にクラスキャラクタ１１０を表示する例を示す。図示のしきい値ラインキャラクタ１２４の上の「５」のクラスキャラクタ１１０は、ユーザが選択したクラスが「５」であることを示している。

【0094】

ジャイロセンサ５０が検出した角速度に基づいて算出した変位量がしきい値よりも大きいときには、異常発生（光軸変位発生）の異常発生信号が生成されて出力され、又は、異常発生信号の出力に代えて、好ましくはＯＥＬＤ１２の表示が通常の運用表示から図３７に図示のアラーム表示に直ちに切り替わる。アラーム表示は「位置ずれ検知」を文字で表示した第１アラーム表示モードと、ジャイロセンサが検出した角速度に基づく変位量がしきい値以上であることを検出した時点からの経過時間を表示する第２アラーム表示モードを含む。この第１、第２のアラーム表示モードを交互に表示するのが好ましい。

【0095】

＜ペアリング表示＞
図３８はペアリングに関連した表示例を示す。この表示例は、実施例の三角測距センサ２００に限定されない。一般的に変位センサに適用可能である。ペアリングとは、対を構成するヘッド部２と本体部４とが正常に連携動作することを意味する。ヘッド部２と本体部４とのペアリング中は、「ＰＡＩＲＩＮＧ」の文字表示と共にヘッド部のキャラクタ８４が表示され、ペアリングに成功すると「ＰＡＩＲＩＮＧ」の文字が強調されると共にヘッド部のキャラクタ８４に正常に連携動作することを意味するキャラクタ１４０が表示される。これをユーザが見ることで対のヘッド部２と本体部４とが正常にペアリングされたことを確認できる。例えば、数多くのヘッド部２が設置される環境下において、本体部４のＯＥＬＤ１２に上記のペアリング表示を行うことで、対のヘッド部２と本体部４との対応に関する混乱を防止できる。

【符号の説明】

【0096】

２００ 光学式三角測距センサ
２ 三角測距センサのヘッド部
４ 三角測距センサの本体部
６ 中継ケーブル
８ 出力ケーブル
１２ ＯＥＬＤ（表示部）
５２ 投光部
６４ 受光器
６８４ ピーク位置検出部（測定部）

【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】

【手続補正書】

【提出日】2024-01-17

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0001】

本発明は、検出対象の変位を測定する三角測距変位センサに関する。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

変位スイッチは、上述したように、検出対象物(ワーク)の高さ、ワークの表面の凹凸、ワークの有無など「段差」の検出に用いられる。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0011】

本発明の目的は、高速応答性を実現できる三角測距変位センサを提供することにある。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0012】

上記の技術的課題は、本発明によれば、
検出領域に向けて測定光を投光する投光部と、
前記検出領域で反射した前記測定光を複数の画素で光電変換して、各画素に対応した受光信号を示す受光波形を生成する受光部と、
前記受光部により生成された前記受光波形のピークに基づいて検出対象の変位を測定する測定部と、
しきい値と前記測定部が測定した前記検出対象の変位との比較に基づいて判定信号を生成する判定部と、
細長のドットマトリクスディスプレイと、
前記測定部が測定した検出対象の変位と前記しきい値とを前記ドットマトリクスディスプレイの長手方向に沿って横並びに表示する表示画面を生成し、前記ドットマトリクスディスプレイにマスク領域を表示する際に、前記ドットマトリクスディスプレイの長手方向に沿って前記受光波形のピークの位置とマスク領域とを表示する表示画面を生成する表示生成部と、を備え、
前記測定部は前記マスク領域以外の前記受光波形のピークに基づいて検出対象の変位を測定することを特徴とする三角測距変位センサを提供することにより達成される。

【手続補正5】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

検出領域に向けて測定光を投光する投光部と、
前記検出領域で反射した前記測定光を複数の画素で光電変換して、各画素に対応した受光信号を示す受光波形を生成する受光部と、
前記受光部により生成された前記受光波形のピークに基づいて検出対象の変位を測定する測定部と、
しきい値と前記測定部が測定した前記検出対象の変位との比較に基づいて判定信号を生成する判定部と、
細長のドットマトリクスディスプレイと、
前記測定部が測定した検出対象の変位と前記しきい値とを前記ドットマトリクスディスプレイの長手方向に沿って横並びに表示する表示画面を生成し、前記ドットマトリクスディスプレイにマスク領域を表示する際に、前記ドットマトリクスディスプレイの長手方向に沿って前記受光波形のピークの位置とマスク領域とを表示する表示画面を生成する表示生成部と、を備え、
前記測定部は前記マスク領域以外の前記受光波形のピークに基づいて検出対象の変位を測定することを特徴とする三角測距変位センサ。

【請求項2】

前記表示生成部は、前記受光波形のピークの位置とともに当該受光波形のピークの位置に対応する位置に前記しきい値を示すしきい値キャラクタを表示し、表示される当該しきい値キャラクタが当該しきい値の設定変更に追従して前記ドットマトリクスディスプレイの長手方向に沿って移動する表示画面を生成する、請求項１に記載の三角測距変位センサ。

【請求項3】

前記表示生成部は、前記受光波形のピークの位置とともに設定可能なマスク領域を表示し、表示される当該マスク領域が当該マスク領域の設定変更に追従して前記ドットマトリクスディスプレイの長手方向に沿って変化する表示画面を生成する、請求項１に記載の三角測距変位センサ。

【請求項4】

前記表示生成部は、前記設定可能なマスク領域とともに当該マスク領域の境界を示す数値を表示し、表示される当該マスク領域が当該マスク領域の設定変更に追従して当該境界を示す数値が変化する表示画面を生成する、請求項３に記載の三角測距変位センサ。

【請求項5】

前記投光部と前記受光部とが配置されるヘッド部をさらに備え、
前記表示生成部は、前記マスク領域として、前記ヘッドに近い近距離側マスク領域と、前記ヘッドから遠い遠距離側マスク領域とを表示する表示画面を生成する、請求項３に記載の三角測距変位センサ。

【請求項6】

前記表示生成部は、前記マスク領域とともに前記ヘッド部を示すヘッド部キャラクタを対応する位置に表示する表示画面を生成する、請求項４に記載の三角測距変位センサ。

【請求項7】

前記受光波形のピークに基づいて前記マスク領域を設定する自動マスク設定手段をさらに備える、請求項１に記載の三角測距変位センサ。

【請求項8】

前記自動マスク設定手段は、前記受光波形のピークのうち近距離側の受光波形のピークに基づいて前記マスク領域を設定する、請求項７に記載の三角測距変位センサ。

【請求項9】

前記自動マスク設定手段により設定されたマスク領域を、ユーザ操作に従って変更するマスク変更手段をさらに備える、請求項８に記載の三角測距変位センサ。

【請求項10】

前記表示生成部は、前記受光波形のピークの位置を段階的に上方に伸びるテレスコピック図形で表示する表示画面を生成する、請求項１に記載の三角測距変位センサ。

【請求項11】

前記表示生成部は、前記受光波形のピークの位置とともに当該受光波形のピークの位置に対応する位置に前記しきい値を示すしきい値キャラクタを表示し、表示される当該しきい値キャラクタが当該しきい値の設定変更に追従して前記ドットマトリクスディスプレイの長手方向に沿って移動する表示画面を生成する、請求項１０に記載の三角測距変位センサ。

【請求項12】

前記投光部と前記受光部とが配置されるヘッド部をさらに備え、
前記表示生成部は、前記マスク領域として、前記ヘッドに近い近距離側マスク領域と、前記ヘッドから遠い遠距離側マスク領域とを表示する表示画面を生成する、請求項１１に記載の三角測距変位センサ。