DE10212382A1

DE10212382A1 - Versetzungssensor

Info

Publication number: DE10212382A1
Application number: DE10212382A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Inoue; Toshinori Sato; Hiroyuki Inoue
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: JP2002286413A; CN1376894A; JP3565178B2; US6879407B2; US20020148983A1; CN1211638C; DE10212382B4

Abstract

Ein Versetzungssensor umfasst einen Lichtsensor zum Senden von Licht an ein Zielobjekt, einen Detektor zum Empfangen von reflektiertem Licht von einem Zielobjekt und zum Erzeugen eines Nachweissignals, das vom Abstand zum Zielobjekt abhängt, einen Signalprozessor zum Berechnen des Abstandes zum Zielobjekt anhand des Nachweissignals. Der Signalprozessor empfängt von einem anderen Sensor ein Datenelement, das einen Abstandswert darstellt, der von letzterem berechnet wurde, und führt eine spezifizierte Berechnung unter Verwendung auch des Ergebnisses der berechnung mit dem berechneten Abstand, der von ihm selbst erhalten wurde, und dem berechneten Abstandsdatenelement durch, und gibt das Ergebnis der Berechnung aus.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft einen Versetzungssensor zur optischen Messung des Abstands zu einem Zielobjekt. Insbe sondere betrifft diese Erfindung einen derartigen Versetzungssensor, der dazu geeignet ist, zusammen mit einem anderen Versetzungssensor verwendet zu werden, um die Stufenhöhe oder die Dicke eines Zielobjektes zu messen.

Fig. 12 zeigt einen Versetzungssensor 50 nach dem Stand der Technik einer Art, die einen Detektor 60 und einen Signalprozessor 70 umfasst. Der Detektor 60 enthält einen Lichtsender 70 und einen Lichtempfänger 62. Der Lichtsender 62 umfasst eine Lichtquelle 64 wie z. B. eine Laserdiode, die eingerichtet ist, angesteuert von einem Impuls einer Treiberschaltung 63 Nachweislicht f auszu senden, und eine Lichtprojektionslinse 65 zum Bündeln des Nachweislichts f so, dass es auf das Zielobjekt 80 einfällt. Der Lichtempfänger 62 enthält eine Lichtempfangslinse 66 zum Sammeln von vom Zielobjekt 80 reflektiertem Nachweislicht f und ein eindimensionales Positionsnachweiselement 67 wie z. B. eine PSD oder eine CCD zur Bündelung des von der Lichtempfangslinse gesammelten Lichts. Dieses Positionsnachweiselement 67 ist so eingerichtet, dass es ein Nachweissignal i gemäß der Versetzung der Bündelungsposition gegenüber einer Bezugsposition ausgibt. Da die Beziehung zwischen dem Abstand zum Zielobjekt 80 und dieser Versetzung nichtlinear ist, führt der Signalprozessor 70 eine Korrekturberechnung zur Korrektur dieser Nichtlinearität aus.

Der Signalprozessor 70 umfasst einen Abtast-Halte- Kreis 71, für den Empfang des Nachweissignals i vom Positionsnachweiselement 67 und einen Analog-Digital- Wandler 72, zur Umwandlung des vom Abtast-Halte-Kreis 71 empfangenen Signals in ein digitales Signal. Das umgewandelte Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 72 wird von der CPU 73 eines Mikrocomputers empfangen. Die CPU 73 führt Verfahren wie z. B. die Korrektur der Nicht linearität, auf die oben Bezug genommen wurde, aus und berechnet den Abstand D zum Zielobjekt 80. Der berechnete Abstandswert d wird als ein analoges Signal über einen Digital-Analog-Wandler 74 und eine Ausgabeschaltung 75 ausgegeben. Die CPU 73 vergleicht auch den berechneten Abstandswert d mit einem spezifizierten Schwellenwert, erzeugt ein Beurteilungssignal auf der Grundlage dieses Vergleichs und gibt dieses Beurteilungssignal aus.

Mit einem derart aufgebauten Versetzungssensor kann der Abstand zu einem Zielobjekt leicht gemessen werden, er kann aber selbst nicht leicht die Stufenhöhe oder die Dicke eines Objektes messen. Fig. 13 zeigt eine Vorrichtung, die zwei Versetzungssensoren 50A und 50B mit einer Berechnungssteuerung 51 kombiniert und dazu in der Lage ist, die Stufenhöhe oder die Dicke eines Zielobjektes zu messen. Zu diesem Zweck werden die Detektoren 60A und 60B der Versetzungssensoren 50A und 50B auf der gleichen Höhe über dem Zielobjekt 80 angeordnet. Der Detektor 60A des ersten Versetzungssensors 50A ist über dem höheren Teil 81 der Stufe H angeordnet und gibt darauf Nachweislicht aus, um Nachweislicht iA zu empfangen. Der Detektor 60B des zweiten Versetzungssensors 50B ist über dem unteren Teil 82 von Stufe H angeordnet und gibt darauf Nachweislicht aus, um Nachweislicht iB zu empfangen. Die Signalprozessoren 70A beziehungsweise 70B des ersten und des zweiten Versetzungssensors 50A und 50B berechnen die Abstände D1 und D2 zum höheren und zum unteren Teil 81 und 82 der Stufe H. Die berechneten Daten d1 und d2 für die Abstände D1 und D2 werden von der Berechnungssteuerung 51 empfangen, die ihre Differenz als die Stufenhöhe H berechnet und ihren berechneten Wert h ausgibt.

Fig. 14 zeigt die in Fig. 13 gezeigte Vorrichtung, wie sie verwendet wird, um die Dicke eines Zielobjektes (auch durch Bezugszahl 80 angegeben) zu messen. Die Detektoren 60A und 60B des ersten und des zweiten Versetzungssensors 50A und 50B sind so angeordnet, dass sie einander gegen überzuliegen und das Zielobjekt 80 zwischen sich nehmen. Der Detektor 60A des ersten Versetzungssensors 50A projiziert Licht auf die eine Oberfläche des Zielobjektes 80, und der Detektor 60B des zweiten Versetzungssensors 50B projiziert Licht auf die andere Oberfläche des Zielobjektes 80, um Nachweissignale iA und iB zu erhalten. Die Signalprozessoren (gezeigt bei 70A und 70B in Fig. 13) der Versetzungssensoren 50A und 50B berechnen die Abstände D1 und D2 zu den entsprechenden Oberflächen des Zielobjektes 80. Die berechneten Daten d1 und d2 für diese Abstände D1 und D2 werden von der Berechnungssteuerung (gezeigt bei 51 in Fig. 13) empfangen und berechnen die Dicke T des Ziel objektes 80 durch Subtraktion der Summe aus d1 und d2 vom bekannten Abstand K zwischen den Detektoren 60A und 60B. Die berechneten Daten für die Dicke T werden dann ausge geben.

Fig. 15 zeigt eine weitere Vorrichtung, die dazu in der Lage ist, die Stufenhöhe und die Dicke eines Zielobjektes sowie den Abstand zu diesem zu messen, und ein Paar von Detektoren 60A und 60B und einen Signalprozessor 90 aufweist. Dieser Signalprozessor 90 enthält Signalprozessorschaltungen 91a und 91b, die den Signalprozessoren 70A und 70B entsprechen, die oben mit Bezug auf Fig. 13 beschrieben wurden, und eine Berechnungsschaltung 92, die der Berechnungssteuerung 51 entspricht, die oben mit Bezug auf Fig. 13 beschrieben wurde.

Wenn die Stufenhöhe H eines Zielobjektes 80 mit dieser Vorrichtung gemessen wird, verarbeiten die Signalverar beitungsschaltungen 91a und 91b die Nachweissignale iA und iB der Detektoren 60A und 60B, um die Abstände D1 und D2 zum oberen und zum unteren Teil 81 und 82 von Stufe H zu berechnen, und die Berechnungsschaltung 92 berechnet die Differenz zwischen den Abstandsdaten d1 und d2 für die Abstände D1 und D2 und gibt den Unterschied h aus.

Mit der in Fig. 13 und 14 gezeigten Vorrichtung kann nicht nur der Abstand zu einem Zielobjekt, sondern auch die Stufenhöhe und die Dicke des Zielobjektes gemessen werden. Andererseits ist, da zwei Versetzungssensoren 50A und 50B und eine Berechnungssteuerung 51 erforderlich sind, die Vorrichtung teuer und erfordert einen verhältnismäßig großen Raum für ihre Installation.

Die in Fig. 15 gezeigte Vorrichtung ist insofern vor teilhaft, als ein einziger Signalprozessor 90 erforderlich ist, um die Funktion des Empfangs von Nachweissignalen des Detektorenpaares 60A und 60B und der Berechnung eines Ab standes und die Funktion der Berechnung der Stufenhöhe und der Dicke aus zwei berechneten Abstandsdaten zu liefern und somit insofern, als kein großer Platz für ihre Installation erforderlich ist. Für einen Benutzer, der nur daran interessiert ist, den Abstand zu einem Zielobjekt zu mes sen, ist die Vorrichtung jedoch unnötig teuer, da zwei Detektoren nicht benötigt werden und der Signalprozessor 90 mit unnötigen Funktionen ausgestattet ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher angesichts des Obigen eine Aufgabe dieser Erfindung, einen verhältnismäßig preiswerten und kompakten Versetzungssensor zu schaffen, der dazu in der Lage ist, auch die Stufenhöhe oder die Dicke eines Zielobjektes zu messen.

Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen derartigen Versetzungssensor mit einem Signalprozessor auszustatten, der dazu in der Lage ist, die Stufenhöhe oder die Dicke eines Zielobjektes sowie den Abstand zu diesem zu berechnen.

Ein diese Erfindung verkörpernder Versetzungssensor, mit dem die obengenannten und andere Aufgaben gelöst werden können, kann dadurch gekennzeichnet sein, dass er einen Lichtsender zum Senden von Licht an ein Zielobjekt, einen Detektor zum Empfangen von reflektiertem Licht vom Zielobjekt und zum Erzeugen eines Nachweissignals, das vom Abstand zum Zielobjekt abhängt, sowie einen Signalprozessor zum Berechnen des Abstandes zum Zielobjekt anhand des Nachweissignals aufweist, wobei der Signalprozessor dazu dient, ein berechnetes Abstandsdatenelement zu empfangen, das durch einen anderen Sensor gewonnen wurde, um eine spezifizierte Berechnung mit dem berechneten Abstand, der durch ihn selbst gewonnen wurde, und dem berechneten Abstandsdatenelement durchzuführen und das Ergebnis dieser Berechnung auszugeben.

Der "Detektor" wird gemäß der Position des Ziel objektes angeordnet. Er kann einen eindimensionalen Posi tionsdetektor wie z. B. eine PSD oder eine CDD aufweisen. Der "Signalprozessor" muss nicht in irgendeiner Beziehung zur Position des Zielobjektes angeordnet sein, da es seine Funktion ist, den Abstand zum Zielobjekt durch die Verar beitung eines Nachweissignals zu berechnen. Somit sind der Detektor und der Signalprozessor im allgemeinen getrennte Komponenten und können durch ein Kabel miteinander verbunden sein, aber nichts steht dem entgegen, dass sie integriert innerhalb eines einzigen Gehäuseaufbaus ausgebildet sind.

Verschiedene physikalische Größen können durch den Signalprozessor gewonnen werden. Ein Beispiel für derartige physikalische Größen ist die Höhe einer Stufe auf einem Zielobjekt. Dies kann durch die Berechnung der Differenz zwischen dem berechneten Abstandsdatenelement, das von einem anderen Versetzungssensor gemessen wurde, und dem Abstandswert, der von ihm selbst erhalten wurde, durchgeführt werden. Bei einer derartigen Anwendung korrigiert der Signalprozessor die berechneten Daten über den Abstand zum Zielobjekt unter Verwendung eines berechneten Abstandsdatenelementes vom anderen Sensor und des Abstandes, der durch ihn selbst berechnet wurde, unter Verwendung einer Standardplatte, die eine ebene Oberfläche aufweist, oder unter Verwendung eines berechneten Abstandsdatenelementes eines anderen Sensors und des Abstands, der von ihm selbst berechnet wurde, durch die Messung der Höhe dieser Stufe auf dem Zielobjekt.

Eine weitere Anwendung liegt darin, die Dicke eines Zielobjektes zu gewinnen, indem vom Abstand zwischen dem anderen Sensor und ihm selbst das berechnete Abstands datenelement, das durch den anderen Sensor gewonnen wurde, und der Abstand, der von ihm selbst berechnet wurde, subtrahiert werden. In einer derartigen Anwendung ist es vorzuziehen, die berechneten Daten über den Abstand zum Zielobjekt durch Verwendung des berechneten Abstands datenelementes des anderen Sensor und des Abstandes, der von ihm selbst berechnet wurde, unter Verwendung einer Standardplatte, die eine bekannte Dicke aufweist, zu korrigieren.

Somit ist der Signalprozessor dazu eingerichtet, berechnete Abstandsdaten (Elemente) von einem anderen Versetzungssensor zu erhalten, aber der "andere Sensor" muss lediglich dazu in der Lage sein, ein derartiges Daten element auszugeben, das den berechneten Abstand darstellt ("berechnetes Abstandsdatenelement"). Es wird bevorzugt, dass der Signalprozessor sowohl die Funktion der Ausgabe von berechneten Abstandsdaten auf einen anderen Versetzungssensor als auch diejenige des Empfangs von be rechneten Abstandsdaten von einem anderen Versetzungssensor aufweist. Wenn beide dieser Funktionen auch beim anderen Sensor vorgesehen werden, werden die beiden miteinander zu verbindenden Versetzungssensoren, ähnlich, und die Unter scheidung zwischen einem Haupt- und einem Untersystem entfällt.

Bei dem, was hier als die berechneten Abstandsdaten bezeichnet wird, kann es sich um durch die Verarbeitung der Ausgabe eines Positionsnachweiselements gewonnene analoge Daten handeln, bevor sie in einen Abstand verwandelt werden, um digitale Daten nach einer Analog-Digital- Wandler, oder um analoge oder digitale Daten, die in einen Abstand umgewandelt worden sind.

Der Signalprozessor führt eine spezifizierte Berech nung auf der Grundlage eines berechneten Abstandsdaten elementes und eines berechneten Abstandes, der von ihm selbst gewonnen wurde, durch. Diese "spezifizierte Berechnung" dient zur Gewinnung der Größe der Höhe einer Stufe auf dem Zielobjekt oder der Dicke des Zielobjektes. Die Formel für die Berechnung wird vorbereitend festgelegt. Die zu berechnende physikalische Größe kann von der Stufenhöhe und der Dicke verschieden sein. Der Grad der Oberflächenebenheit beispielsweise kann durch Anordnen einer Vielzahl derartiger Versetzungssensoren über dem Zielobjekt und die Messung der Abstände von ihnen zur Zieloberfläche des Objektes gemessen werden.

Der Versetzungssensor kann vorzugsweise mit einer Anzeigevorrichtung zur Anzeige, dass Berechnungen der oben erklärten Art durchgeführt werden, ausgestattet sein. Eine digitale Anzeigevorrichtung dient vorzugsweise zur Anzeige von Messergebnissen oder einer zu verwendenden Formel, aber dies soll nicht den Umfang der Erfindung einzuschränken.

Ein Versetzungssensor gemäß dieser Erfindung kann einzeln dazu verwendet werden, den Abstand zu einem Zielobjekt zu messen. Wenn die Höhe einer Stufe auf der Oberfläche eines Zielobjektes oder die Dicke eines Ziel objektes gemessen werden soll, wird ein weiterer Versetzungssensor, der dazu in der Lage ist, mindestens berechnete Abstandsdaten auszugeben, in Kombination ver wendet.

Wenn Versetzungssensoren wie beschrieben einzeln ver wendet werden, sind sie praktisch, da keine außen hervorstehenden Komponente vorhanden sind. Da es keinen Unterschied zwischen einem Haupt- und einem Untersystem gibt, wie oben erklärt, muss der Benutzer keine Auswahl treffen, wenn er einen Kauf tätigt. Wenn zwei oder mehr von ihnen zusammen verwendet werden, können sie frei kombiniert werden. Vom Standpunkt eines Vertreibers ist es praktisch, da nur Sensoren einer Art auf Lager gehalten werden müssen.

Wenn zwei oder mehr dieser Versetzungssensoren in Kombination verwendet werden, kann eine Verbindereinheit dieser Erfindung zwischen einem Paar von ihnen verwendet werden. Eine Verbindereinheit gemäß dieser Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass sie eine Grundplatte die einander gegenüberliegende Oberflächen aufweist, und zwei Verbinderstücke, die elektrisch miteinander verbunden sind und von der Grundplatte gehaltert werden, umfasst, wobei jede aus einer entsprechenden Fläche der Grundplatte hervorsteht, wobei eines der Verbinderstücke elektrisch mit einem der Verbinder eines der Versetzungssensoren verbunden ist, wobei das andere der Verbinderstücke elektrisch mit einem der Verbinder des anderen Versetzungssensors verbunden ist.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines diese Erfindung verkörpernden Versetzungssensors,

Fig. 2 ist eine externe Schrägansicht des in Fig. 1 gezeigten Signalprozessors,

Fig. 3 ist eine externe Schrägansicht von zwei Signal prozessoren, die miteinander verbunden sind,

Fig. 4 ist eine externe Schrägansicht von zwei Signal prozessoren, die miteinander auf eine andere Weise ver bunden sind,

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm von zwei Signalprozessoren, die miteinander gemäß dieser Erfindung verbunden sind, um eine Stufenhöhe eines Zielobjektes zu messen,

Fig. 6 ist ein Flussdiagramm der Steuerung durch eine CPU, wenn zwei Versetzungssensoren verbunden sind,

Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm, um den zeitlichen Ablauf der Lichtprojektion von zwei Sensoren zu zeigen,

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm von zwei Signalpro zessoren, die miteinander verbunden sind, um die Dicke eines Zielobjektes zu messen,

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm einer diese Erfindung verkörpernden Versetzungsmessvorrichtung, mit einer Vielzahl von Versetzungssensoren, die in Stufen verbunden sind,

Fig. 10 ist eine auseinandergezogene Schrägansicht einer Verschiebungsmessvorrichtung mit zwei Versetzungs sensoren, verbunden mit einer Verbindereinheit,

Fig. 11 ist eine Schnittansicht der Verbindereinheit der Fig. 10,

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm eines Versetzungssensors nach dem Stand der Technik,

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm zur Wiedergabe eines bekannten Verfahrens der Verwendung von zwei Versetzungs sensoren zur Messung der Höhe einer Stufe auf einem Objekt,

Fig. 14 ist ein Blockdiagramm zur Wiedergabe eines bekannten Verfahrens der Verwendung von zwei Versetzungs sensoren zur Messung der Dicke eines Objektes,

Fig. 15 ist ein Blockdiagramm einer bekannten Vorrichtung zur Messung der Höhe einer Stufe auf einem Objekt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt einen diese Erfindung verkörpernden Versetzungssensor 1, aufweisend einen Detektor 2 und einen Signalprozessor 3. Der Detektor 2 und der Signalprozessor 3 sind getrennte Komponenten und sind elektrisch durch ein Kabel miteinander verbunden. Der Detektor 2 umfasst ein Licht aussendendes optisches System ("Lichtsender") 21, welches eine Treiberschaltung 23, eine Lichtquelle 24 und eine Lichtprojektionslinse 25 aufweist, sowie ein licht empfangendes optisches System ("Lichtempfänger") 22, welches eine Lichtempfangslinse 26 und ein Positionsnach weiselement 27 aufweist. Die Lichtquelle 24 des Lichtsenders 21 erzeugt Nachweislicht f durch ein Impulssignal der der Treiberschaltung 23. Dieser Aufbau des Detektors 2 ist der gleiche, der oben mit Bezug auf Fig. 12 erklärt wurde.

Der Signalprozessor 3 umfasst einen Abtast-Halte-Kreis (S/H) 31, einen Analog-Digital-Wandler 32, eine CPU 33, einen Digital-Analog-Wandler 34, eine Ausgabeschaltung 35, eine Anzeigevorrichtung 36 und eine Eingabevorrichtung 37. Die Anzeigevorrichtung 36 wird dazu verwendet, berechnete Daten wie z. B. die Stufenhöhe und die Dicke eines Zielobjektes und eine Formel anzuzeigen. Die Eingabevorrichtung 37 wird dazu verwendet, Schwellenwerte oder dergleichen einzustellen. Die CPU 33 verarbeitet das vom Detektor erhaltene Nachweissignal i und berechnet den Abstand D zu einem Zielobjekt 80. Das berechnete Datenelement d für den Abstand D wird in ein analoges Signal umgewandelt und von der Ausgabevorrichtung 35 ausgegeben. Die CPU 33 vergleicht auch des berechnete Datenelement d mit einem spezifizierten Schwellenwert, der über die Eingabevorrichtung eingestellt wurde. Wenn das berechnete Datenelement d größer als der Schwellenwert ist, wird das Beurteilungsergebnissignal "1" ausgegeben, das z. B. "weit" angibt. Wenn das berechnete Datenelement d kleiner als der Schwellenwert ist, wird das Beurteilungsergebnissignal "0" ausgegeben, das "nahe" angibt.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Funktionen der Technologie nach dem Stand der Technik ist die CPU 33 ferner mit der Funktion der Ausgabe des berechneten Datenelementes d für den Abstand, das durch sie selbst gewonnen wurde, an den Signalprozessor eines anderen Versetzungssensors und der Funktion der Berechnung der Stufenhöhe oder der Dicke eines Zielobjektes aus einem berechneten Abstandsdatenelement, das vom Signalprozessor eines anderen Versetzungssensors gewonnen wurde, und einem berechneten Datenelement, das durch sie selbst gewonnen wurde, und der Ausgabe des Ergebnisses einer derartigen Berechnung ausgestattet. Die CPU 33 ist ferner mit der Funktion des Empfangs eines Zeitsignals p von einem anderen Versetzungssensor, das dem zeitlichen Ablauf der Lichtemmision durch diesen anderen Sensor entspricht, der Funktion der Erzeugung eines weiteren Zeitsignals q, das einem anderen zeitlichen Ablauf entspricht, und der Funktion der Ausgabe eines derartigen Zeitsignals, das durch sie selbst erzeugt wurde, an den Detektor 2 oder an einen anderen Versetzungssensor ausgestattet.

Fig. 2 zeigt eine Außenansicht des Signalprozessors 3 des Versetzungssensors 1, welcher ein Gehäuse 4 und eine Grundplatte (nicht gezeigt) aufweist, auf der die ver schiedenen Schaltungen, die oben beschrieben wurden, angebracht sind. Eine Vielzahl von Anzeigeeinheiten 38, umfassend die obenerwähnte Anzeigevorrichtung 36, und eine Vielzahl von Tastschaltern 39, umfassend die obenerwähnte Eingabevorrichtung 37, sind auf der oberen Fläche des Gehäuses 4 angeordnet. Ein Deckel 40, der geöffnet oder geschlossen werden kann, deckt die Anzeigevorrichtung 36 und die Eingabevorrichtung 37 ab. Eine Leitungsschnur 7 erstreckt sich von einer Seitenfläche des Gehäuses 4, und ein Verbinder 8 ist am entgegengesetzten Ende dieser Leitungsschnur 7 für eine elektrische Verbindung angebracht.

Auf beiden Seitenflächen des Gehäuses 4 befinden sich Öffnungen 41 für Verbinder 5 und 6 zur Signalübertragung. Jede Öffnung 41 ist mit einer öffnenbaren Tür 44 versehen, um zu verhindern, dass Staubpartikel eindringen. Führungsnuten 42 und 43 sind am oberen und unteren Teil jeder Öffnung 41 vorgesehen, so dass die Tür 44 entlang dieser gleiten kann, wobei die Ober- und Unterkante in sie eingreift. Die Tür 44 ist so ausgebildet, dass sie nicht vom Gehäuse 4 entfernt werden kann, so dass sie nicht verlegt oder verloren werden kann.

Einer der Verbinder (etwa 6) ist elektrisch mit dem Signalprozessor eines anderen Versetzungssensors verbunden, um das berechnete Abstandsdatenelement d, das durch den Signalprozessor dieses anderen Versetzungssensors gewonnen wurde, und das Zeitsignal p, das dem zeitlichen Ablauf der Lichtprojektion von diesem anderen Sensor entspricht, zu empfangen und in die CPU 33 zu übernehmen. Der andere Verbinder (etwa 5) ist elektrisch mit dem Signalprozessor für den anderen Versetzungssensor verbunden, um an den letzteren das berechnete Abstandsdatenelement d, das durch ihn selbst gewonnen wurde, und ein Zeitsignal q, das durch ihn selbst erzeugt wurde, auszugeben.

Eine derartiger Anschluss der Signalprozessoren von zwei Versetzungssensoren kann ausgeführt werden wie in Fig. 3 gezeigt, indem zwischen ihnen eine ebene Verbindereinheit 9 eingefügt wird, so dass die zwei Versetzungssensoren körperlich vereinigt werden. Obwohl in Fig. 3 nicht sichtbar, steht ein Paar von miteinander verbundenen Verbinderstücken in zueinander entgegengesetzten Richtungen aus der Verbindereinheit 9 hervor, die mit den Verbinder 5 und 6 der benachbarten Versetzungssensoren verbunden sind. Alternativ können die beiden Versetzungssensoren mit Hilfe eines Kabels 10 elektrisch verbunden sein, wie in Fig. 4 gezeigt.

Fig. 5 zeigt ein Verfahren zur Messung einer Stufen höhe H eines Zielobjektes mit Hilfe von zwei Versetzungssensoren 1A und 1B. Die Detektoren 2A und 2B der beiden Versetzungssensoren 1A und 1B sind auf der gleichen Höhe über dem Zielobjekt 80 angebracht. Der Detektor 2A eines der Versetzungssensoren (1A) sendet Licht an eine höhere Position 81 des Zielobjektes 80, und der Detektor 2B des anderen der Versetzungssensoren (1B) sendet Licht an eine tiefere Position 82 des Zielobjektes 80. Wenn die Nachweissignale iA und iB dadurch empfangen werden, berechnen die CPUs 33A und 33B der Signalprozessor 3A und 3B der Versetzungssensoren 1A und 1B die Abstände D1 und D2 von den entsprechenden Detektoren 2A und 2B zum höheren und zum tieferen Teil 81 und 82 des Zielobjektes 80.

Da der Verbinder 5 des ersten Versetzungssensors 1A mit dem Verbinder 6 des zweiten Versetzungssensors 1B elektrisch verbunden ist, werden sowohl das berechnete Abstandsdatenelement d1 für den Abstand D1, das durch die CPU 33A gewonnen wurde, als auch ein Zeitsignal p, das der Lichtemission des entsprechenden Versetzungssensors (1A) entspricht, von der CPU 33B des anderen (zweiten) Versetzungssensors 1B empfangen.

Fig. 6 zeigt die Steuerung durch die CPU 33B des zweiten Versetzungssensors 1B. Zunächst erhält die CPU 33B das Nachweissignal iB vom zugehörigen Detektor 2B über den Abtast-Halte-Kreis und den Analog-Digital-Wandler, die dazu gehören (Schritt ST1), und führt eine spezifizierte Verarbeitung wie z. B. eine Nichtlinearitätskorrektur aus, wie oben erklärt, um den Abstand D2 zum Zielobjekt 80 zu berechnen (Schritt ST2). Als nächstes wird das berechnete Datenelement d1 für den Abstand D1, das durch die CPU 33A des ersten Versetzungssensors 1A gewonnen wurde, empfangen (Schritt ST3-1). Gleichzeitig wird ein Zeitsignal p, das der Zeit der Lichtemission des ersten Versetzungssensors 1A entspricht, empfangen (Schritt St3-2).

Als nächstes subtrahiert die CPU 33B das Datenelement d1, das vom ersten Versetzungssensor 1A erhalten wurde, vom Abstandsdatenelement d2 für den Abstand D2, das durch sie selbst berechnet wurde, um die Stufenhöhe H zu berechnen (Schritt ST4-1). Gleichzeitig wird ein weiteres Zeitsignal q, das einer anderen Zeit als derjenigen des empfangenen Zeitsignals p entspricht, erzeugt und an den Detektor 2B ausgegeben (Schritt ST4-2). Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Zeitsignal p vom ersten Versetzungssensor 1A, das von der CPU 33B hereingenommen wurde, und dem Zeitsignal q, das von ihr selbst erzeugt wurde. Sie sind verschieden, um eine gegenseitige Störung zu vermeiden.

Als nächstes bewirkt die CPU 33B das berechnete Datenelement h für die Stufenhöhe H und die Formel für ihre Berechnung auf der Anzeigevorrichtung 36 (Schritt ST5). Das berechnete Höhendatenelement h wird mit einem Schwellenwert verglichen, der über die Eingabevorrichtung 37 eingestellt wird (Schritt ST6), und das Ergebnis des Vergleichs, das angibt, ob die Stufe klein oder groß ist, wird zusammen mit dem Datenelement h selbst ausgegeben (Schritt ST7).

In der obigen Darstellung wird bevorzugt, eine "Lehr"- Routine, wie unten gezeigt, durchzuführen, bevor die Mes sungen vorgenommen werden.

Zum Beispiel werden die Detektoren 2A und 2B von zwei Versetzungssensoren 1A und 1B über einer Standardgrund platte angeordnet, die eine horizontale ebene Fläche auf weist, und danach werden diese beiden Versetzungssensoren 1A und 1B dazu verwendet, die Abstände zur Oberfläche der Grundplatte zu messen. Die berechneten Daten d₀₁ und d₀₂ werden im Signalprozessor 3B des zweiten Sensors 1B gespeichert. Wenn diese zwei berechneten Werte nicht über einstimmen, wird davon ausgegangen, dass ihr Unterschied den Fehler bei der Positionierung der beiden Detektoren 2A und 2B darstellt. Wenn der Signalprozessor 3B des zweiten Versetzungssensors 1B dazu verwendet wird, die Stufenhöhe H zu messen, werden die berechneten Daten d1 und d2 für den Abstand zum Zielobjekt 80 oder das berechnete Datenelement h für die Stufenhöhe H um diesen Fehler korrigiert.

Es muss nicht erst erwähnt werden, dass das "Lehren" auf viele verschiedene Arten ausgeführt werden kann. Es kann z. B. durch die Verwendung einer Standardstufenplatte durchgeführt werden, die eine Stufe mit einer bekannten Höhe aufweist. In diesem Fall werden zwei Versetzungssensoren ähnlich dazu verwendet, die Abstände zum höheren und zum unteren Teil der Grundplatte zu berechnen, und die Stufenhöhe wird aus den berechneten Daten für diese Abstände berechnet. Die Differenz zwischen diesen berechneten Daten und der tatsächlichen Höhe der Stufe wird dazu verwendet, den berechneten Wert für die gemessene Stufenhöhe zu korrigieren.

In dem oben beschriebenen Beispiel wurden zwei Versetzungssensoren 1A und 1B dazu verwendet, die Stufen höhe eines Zielobjektes 80 zu messen, zwei Versetzungssensoren 1A und 1B können aber auch dazu verwendet werden, die Dicke eines Zielobjektes 80 zu messen, wie in Fig. 8 gezeigt. Es ist auch möglich, die Signalprozessoren 3A-3D von mehr als zwei Versetzungssensoren 1A-1D zu verbinden, wie in Fig. 9 gezeigt, um den Durchschnitt, den höchsten Wert und den niedrigsten Wert der Abstände D1-D4 von ihren Detektoren 2A-2D zu einem Zielobjekt 80 zu gewinnen.

Um das in Fig. 8 gezeigte Messverfahren ausführlicher zu erklären, werden die Detektoren 2A und 2B von zwei Versetzungssensoren 1A und 1B einander gegenüberliegend angeordnet, wobei ein Zielobjekt 80 dazwischen eingefügt wird. Der Detektor 2A des ersten Versetzungssensors 1A projiziert Licht auf eine Oberfläche 80a des Zielobjektes 80, und der Detektor 2B des zweiten Versetzungssensors 2B projiziert Licht auf die gegenüberliegende Oberfläche 80b des Zielobjektes 80, um Nachweissignale iA und iB zu gewinnen. Die CPUs 33A und 33B der Signalprozessoren 3A und 3B der Versetzungssensoren 1A und 1B berechnen die Abstände D1 und D2 zu den Oberflächen 80a und 80b des Zielobjektes 80. Die Signalprozessoren 3A und 3B der zwei Versetzungssensoren 1A und 1B können, wie in Fig. 5 gezeigt, verbunden werden, und die Routine für die Steuerung des zweiten Versetzungssensors 1B durch die CPU 3B ist dieselbe wie diejenige, die in Fig. 6 gezeigt ist, außer dass die Formel für die Berechnung verschieden ist. Auch in diesem Beispiel wird es vorgezogen, eine Art von Lehrroutine durchzuführen, die oben beschrieben wurde. Zum Beispiel können die zwei Versetzungssensoren 1A und 1B vorbereitend dazu verwendet werden, die Dicke einer Standardplatte mit einer bekannten Dicke auf dieselbe Weise wie oben beschrieben zu messen, und der Unterschied zwi schen der berechneten Dicke und der echten Dicke wird dazu verwendet, um die berechnete Dicke des Zielobjektes 80 zu korrigieren.

Fig. 10 zeigt ausführlicher, wie die zwei Signalprozessoren 3A und 3B der zwei Sensoren 1A und 1B sowohl mechanisch als auch elektrisch mit der ebenen Verbindereinheit 9, die dazwischen eingefügt ist, verbunden werden können. Die Bezugszahlen 191 und 192 geben ein Paar von Verbinderstücken an, die jeweils miteinander verbunden sind und sich in zueinander entgegengesetzten Richtungen von der Verbindereinheit 9 weg erstrecken. Sie erstrecken sich so weg, dass jedes von ihnen in die Öffnung 41 eingeführt werden kann, die im entsprechenden der Sensoren 1A oder 1B ausgebildet ist, so dass das Verbinderstück 191 mit dem Verbinder 5 von Sensor 1A und das Verbinderstück 192 mit dem Verbinder 6 von Sensor 1B verbunden werden kann. Die Verbindereinheit 9 weist einen Halterungsaufbau 90 auf, der ein hohles flaches Glied 193 umfasst, das eine Grundplatte 194 aufweist, die im Innern zum Haltern der Verbinderstücke 191 und 192 auf ihren beiden Oberflächen verlegt ist, so dass die Spitzen dieser Verbindungsstücke 191 und 192 aus den äußeren Oberflächen des hohlen Gliedes 193 nach außen hervorstehen. Dieses hohle Glied 193 kann zumindest teilweise ein transparentes synthetisches Harz material umfassen, und ein Lichtemissionselement wie z. B. eine LED 195 kann im Innern angeordnet sein, die aufleuchten soll, wenn die Verbinderstücke 191 und 192 erfolgreich mit den Verbindern 5 und 6 der Sensoren 1A und 1B verbunden sind.

Claims

1. Ein Versetzungssensor, welcher aufweist:
einen Lichtsender zum Senden von Licht auf ein Zielobjekt hin;
einen Detektor zum Empfangen von reflektiertem Licht vom Zielobjekt und zum Erzeugen eines Nachweissignals, das vom Abstand zum Zielobjekt abhängt; und
einen Signalprozessor zum Berechnen des Abstandes zum Zielobjekt anhand des Nachweissignals, wobei der Signalprozessor dazu dient, ein berechnetes Ab standsdatenelement zu empfangen, das von einem anderen Sensor gewonnen wurde, um eine spezifizierte Berechnung mit dem berechneten Abstand, der von ihm selbst erhalten wurde, und dem berechneten Abstandsdatenelement durchzuführen und das Ergebnis der Berechnung auszugeben.

2. Der Versetzungssensor nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor die Höhe einer Stufe auf dem Zielobjekt berechnet, indem er den Unterschied zwischen dem Abstand, der von ihm selbst berechnet wurde, und dem berechneten Abstandsdatenelement über den Abstand zur Stufe berechnet.

3. Der Versetzungssensor nach Anspruch 2, wobei der Signalprozessor die berechneten Daten über den Abstand zum Zielobjekt unter Verwendung eines berechneten Abstandsdatenelementes vom anderen Sensor und des berechneten Abstandes von ihm selbst unter Verwendung einer Standardplatte, die eine ebene Oberfläche aufweist, korrigiert.

4. Der Versetzungssensor nach Anspruch 2, wobei der Signalprozessor die berechneten Daten über den Abstand zum Zielobjekt unter Verwendung eines berechneten Abstandsdatenelementes von anderen Sensor und des berechneten Abstandes von ihm selbst durch die Messung der Höhe der Stufe auf dem Zielobjekt korrigiert.

5. Der Versetzungssensor nach Anspruch 2, wobei das Zielobjekt eine erste Oberfläche und eine zweite Ober fläche aufweist, die zueinander entgegengesetzt liegen, wobei der andere Sensor mit dazwischen angeordnetem Zielobjekt entgegengesetzt zu ihm selbst weist und wobei der Signalprozessor die Dicke des Zielobjektes berechnet, indem er vom Abstand zwischen dem anderen Sensor und ihm selbst das berechnete Abstandsdatenelement, das vom anderen Sensor gewonnen wurde, und den berechneten Abstand, der von ihm selbst gewonnen wurde, subtrahiert.

6. Der Versetzungssensor nach Anspruch 5, wobei der Signalprozessor die berechneten Daten über den Abstand zum Zielobjekt durch die Verwendung eines berechneten Abstandsdatenelementes vom anderen Sensor und eines berechneten Abstandes von ihm selbst unter Verwendung einer Standardplatte, die eine bekannte Dicke aufweist, korrigiert.

7. Der Versetzungssensor nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor eine Ausgabevorrichtung zur Ausgabe des berechneten Abstandes, der von ihm selbst gewonnen wurde, an einen anderen Signalprozessor eines anderen Versetzungssensors umfasst.

8. Der Versetzungssensor nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor ein Zeitsignal empfängt, das der Zeit der Lichtemission von einem anderen Versetzungssensor entspricht, ein anderes Zeitsignal einer anderen Zeit, die von der empfangenen Zeit verschieden ist, erzeugt, und das erzeugte andere Zeitsignal an den Detektor ausgibt.

9. Der Versetzungssensor nach Anspruch 2, wobei der Signalprozessor ein Zeitsignal empfängt, das der Zeit der Lichtemission von einem anderen Versetzungssensor entspricht, ein anderes Zeitsignal einer anderen Zeit das die von der empfangenen Zeit verschieden ist, erzeugt, und das erzeugte andere Zeitsignal an den Detektor ausgibt.

10. Der Versetzungssensor nach Anspruch 5, wobei der Signalprozessor ein Zeitsignal empfängt, das der Zeit der Lichtemission von einem anderen Versetzungssensor entspricht, ein anderes Zeitsignal einer anderen Zeit, die von der empfangenen Zeit verschieden ist, erzeugt, und das erzeugte andere Zeitsignal an den Detektor ausgibt.

11. Der Versetzungssensor nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor eine Anzeigevorrichtung umfasst, die anzeigt, dass eine spezifizierte Berechnung gerade durchgeführt wird.

12. Der Versetzungssensor nach Anspruch 1, welcher ferner aufweist:
ein Gehäuse, das darin den Lichtsender, den Detektor und den Signalprozessor enthält, wobei das Gehäuse Öffnungen in verschiedenen Oberflächen des Gehäuses aufweist;
einen ersten Verbinder zur Übertragung von Signalen an einen anderen Versetzungssensor;
einen zweiten Verbinder zum Empfang von Signalen von einem anderen Versetzungssensor, wobei Enden des ersten und des zweiten Verbinders an diese Öffnungen angrenzen, ohne sich durch diese nach außen zu erstrecken; und
Türen, die geöffnet werden können und die Öffnungen abdecken;
wobei der Signalprozessor dazu dient, den berechneten Abstand über den ersten Verbinder auf den anderen Versetzungssensor zu übertragen und das berechnete Abstandsdatenelement vom anderen Versetzungssensor durch den zweiten Verbinder zu empfangen.

13. Der Versetzungssensor nach Anspruch 12, wobei der erste Verbinder und der zweite Verbinder jeweils dazu dienen, mindestens eines aus einer Gruppe, bestehend aus dem berechneten Abstandsdatenelement und einem Zeitsignal, das die Zeit der Lichtemission vom Lichtsender bestimmt, zu übertragen.

14. Der Versetzungssensor nach Anspruch 12, welcher ferner aufweist eine Verbindereinheit, die ein ebenes Glied mit zueinander entgegengesetzten Flächen aufweist, wobei die Verbindereinheit ein erstes Ver binderstück und ein zweites Verbinderstück aufweist, die vom ebenen Glied gehaltert werden und in zueinander entgegengesetzten Richtungen von den zueinander entgegengesetzten Flächen des ebenen Gliedes abragen, wobei jedes der Verbinderstücke eingerichtet ist, in eine der Öffnungen eingeführt zu werden, wobei das erste Verbinderstück elektrisch mit dem ersten Verbinder verbunden ist, wobei das zweite Verbinderstück elektrisch mit einem Verbinder des anderen Versetzungssensors verbunden ist.

15. Der Versetzungssensor nach Anspruch 14, wobei das ebene Glied der Verbindereinheit hohl ist und darin eine Grundplatte enthält, wobei die Verbinderstücke von der Platte gehaltert werden und sich aus dem ebenen Glied heraus erstrecken.

16. Der Versetzungssensor nach Anspruch 15, wobei das hohle ebene Glied mindestens teilweise ein transparentes Material umfasst, das ein Lichtsendeelement aufweist, wobei das Lichtsendeelement Licht aussendet, wenn jedes der Verbinderelemente elektrisch mit einem entsprechenden der Verbinder des Versetzungssensor verbunden ist.

17. Eine Versetzungsmessvorrichtung, welche aufweist:
zwei Versetzungssensoren, bestehend aus einem ersten Versetzungssensor und einem zweiten Versetzungssensor, wobei jeder eingerichtet ist, den Abstand zu einem Zielobjekt optisch zu messen; und
eine Verbindereinheit, zur elektrischen Verbindung der beiden Versetzungssensoren;
wobei jeder der Versetzungssensoren aufweist:
einen ersten Verbinder zur Übertragung von Signalen auf den anderen der Versetzungssensoren;
einen zweiten Verbinder, zum Empfangen von Signalen, die vom anderen Versetzungssensor übertragen wurden;
ein Gehäuse, das darin den ersten Verbinder und den zweite Verbinder enthält und Öffnungen auf zueinander entgegengesetzten Seiten aufweist, wobei der erste Verbinder und der zweite Verbinder jeweils an einer entsprechenden der Öffnungen angeordnet ist, ohne sich durch diese herauszustrecken; und
Türen, die geöffnet werden können, wobei jede eine entsprechende der Öffnungen verschließt;
wobei die Verbindereinheit aufweist:
eine Grundplatte, die zueinander entgegengesetzte Oberflächen aufweist; und
zwei Verbinderstücke, die elektrisch miteinander verbunden sind und von einer Grundplatte gehaltert werden, wobei sich jedes von einer entsprechenden der Oberflächen der Grundplatte wegerstreckt, wobei eines der Verbinderstücke elektrisch mit dem ersten Verbinder des ersten Versetzungssensors verbunden ist, wobei das andere der Verbinderstücke elektrisch mit dem zweiten Verbinder des zweiten Versetzungssensors verbunden ist.