JP2005114551A - 多光軸光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 干渉を検知しても動作を停止等させることなく、適切に当該干渉を回避して、動作を継続させることのできる多光軸光電センサを提供すること。
【解決手段】 複数の投光器が配列された投光センサヘッドと、複数の受光器が配列された受光センサヘッドとを有し、各光軸毎に投光期間並びに受光サンプリング期間を同期させて所定の周期で検出光の投光を行うことにより所定エリアへの物体侵入有無を監視する多光軸光電センサにおいて、投光期間直近の所定の２つの期間についてそれぞれ受光サンプリングを行い、外乱光の入光有無を判定する外乱光有無判定手段と、外乱光有無判定手段により確認された入光有りの回数を２つの期間別にカウントするカウント手段と、一定期間内に前記２つの期間のいずれかで所定回数を超える入光数がカウントされたときには、それが前記２つの期間のいずれかに基づいて、予定された次回の同期タイミングを変更することにより、以降の周期の位相をずらす周期変更手段と、を設ける。
【選択図】 図１６

Description

この発明は、例えば、ライトカーテンやエリアセンサとしての用途に好適な多光軸光電センサに係り、特に、相互干渉回避対策の施された多光軸光電センサに関する。

多光軸光電センサは一般に、一方側には複数の投光素子が配列された投光センサヘッド（投光器）が、対向する側には同数の受光素子が配列された受光センサヘッド（受光器）が配置されて構成される。ライトカーテンとして使用される場合には、検出対象領域（危険領域）に物体が侵入すると、投光器からの検出光が受光器手前で遮蔽又は反射されるため、受光器における受光量が部分的又は全体に亘り変化し（受光量が減衰し）、それにより物体侵入が検出される。また、エリアセンサとして使用される場合には、検出対象領域に物体が侵入すると、いずれかの光軸が侵入物体により遮蔽されるため、該当する１又は２以上の受光素子における受光量が減衰し、それにより所定領域（エリア）への物体侵入が検出される。

ところで、上述のような多光軸光電センサは、現場においては近接して複数台が設置されるような場合が多々あり、このような場合には、所謂相互干渉の発生が懸念される。そこで、昨今では、そのような相互干渉への対策が施された多光軸光電センサが種々提案されている。具体的には、非投光期間中に所定回数の受光サンプリングを行い、この受光サンプリング期間中に幾度かの受光が確認されたときには、相互干渉が発生している（外乱光が入光している）ものとして、警告灯を表示させたり、センサの動作を停止等させるものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平５−７５４２１号公報 特開平１１−２６０２１５号公報

しかしながら、上述のような相互干渉防止対策の施された多光軸光電センサは、相互干渉を検知（発見）することそのものに重点が置かれているため、干渉を検知すると警告灯を表示させたり、センサの動作を停止等させるのみであり、干渉が発生したときの具体的回避策までは施されていない。すなわち、干渉を検知したときに自動的に当該干渉を回避して動作を継続させることのできるものではなかった。

この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、干渉を検知しても動作を停止等させることなく、適切に当該干渉を回避して、動作を継続させることのできる多光軸光電センサを提供することにある。

この発明のさらに他の目的乃至作用効果については、以下の明細書の記載を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。

上記問題点を解決するための本発明の多光軸光電センサは、複数の投光器が配列された投光センサヘッドと、複数の受光器が配列された受光センサヘッドとを有し、各光軸毎に投光期間並びに受光サンプリング期間を同期させて所定の周期で検出光の投光を行うことにより所定エリアへの物体侵入有無を監視する多光軸光電センサを前提とする。尚、ここでいう多光軸光電センサには、所定エリアへの物体侵入が検知されたときには外部制御対象機器の動作停止信号を生成するライトカーテンや、遮光が検知された１又は２以上の光軸に基づいて、所定エリア内における物体の侵入位置を検知するエリアセンサが含まれる。

そして、本発明の多光軸光電センサには、投光期間直近の所定の２つの期間についてそれぞれ受光サンプリングを行い、外乱光の入光有無を判定する外乱光有無判定手段と、外乱光有無判定手段により確認された入光有りの回数を２つの期間別にカウントするカウント手段と、一定期間内に前記２つの期間のいずれかで所定回数を超える入光数がカウントされたときには、それが前記２つの期間のいずれかに基づいて、予定された次回の同期タイミングを変更することにより、以降の周期の位相をずらす周期変更手段とが設けられている。

本発明の多光軸光電センサでは、投光期間の直近の２つの非投光期間中に受光サンプリングを行い、それぞれのオンオフ認定結果を得ている。このため、自身のセンサと他の隣接センサとの投受光周期の差により、自身の投光タイミングに時間的に前から近づきつつある他のセンサの投光タイミングの到来と、時間的に後から近づいてくる他のセンサの投光タイミングの到来とを識別することができる。そのため、その識別結果に応じて、その後の投光タイミング（投受光同期）を適宜前後へ移動させることができる。そのため、干渉を検知乃至予知した場合にも、動作を停止等させることなく、適切に当該干渉を回避して、動作を継続させることが可能となる。

本発明において、好ましくは、前記２つの期間は、投光期間の直前と直後にそれぞれ設定される。このような態様によれば、他のセンサの検出光が自身のセンサの投光タイミングと完全に一致してしまう（干渉が発生してしまう）前に、その旨を検知乃至予知できるから、干渉を未然に防止し、かつ、適切に当該干渉を回避して、動作を継続させることが可能となる。

尚、「適切に当該干渉を防止」とあるが、具体的には、一定期間内における投光期間の直前の入光数が所定数を超えたときには、次回の同期タイミングを予定されたそれより所定時間遅れさせ、一定期間内における投光期間の直後の入光数が所定数を超えたときには、次回の同期タイミングを予定されたそれより所定時間早めるようにするのが好ましい。このように設定すれば、適当に同期タイミングを変更する場合に比して、確実に干渉を回避することができる。

また、本発明において、好ましくは外乱光有無判定手段は、全光軸を対象として投光期間の直前及び直後における入光有無を判定し、周期変更手段は、いずれか１つの光軸に対応する外乱光の入光数が所定回数を超えたことを条件として、全光軸についての次回の同期タイミングを一律に変更するようにされる。

すなわち、多光軸光電センサにおいては、いずれか１つの光軸でも干渉を検知乃至予知したときには、他の光軸への干渉が生じることも想定される。そのため、そのような場合には、全光軸についての次回の同期タイミングを一律に変更することにより、そのような懸念が排除される。また、一般に、多光軸光電センサにおいては、各光軸の投受光周期が所定の間隔づつずらされて設定されている。このため、１つの光軸のみの投受光周期を変更することは設計的にも煩雑であるため、１つの光軸に対応する外乱光の入光数が所定回数を超えたような場合には、全光軸についての次回の同期タイミングを一律に変更する方が容易である。

本発明において、好ましくは、外乱光有無判定手段は、投光期間の直前のみの受光サンプリングと、投光期間の直後のみの受光サンプリングとを、１周期毎に交互に繰り返すように設定される。センサの応答速度を問わずに、干渉発生検知（予知）の速さを重視するのであれば、１周期毎に投光期間の直前と直後の両方で受光サンプリングするのが好ましいのであるが、このような態様によれば、センサの応答時間を短縮することができるというメリットが得られる。

本発明において、好ましくは、カウント手段は、投光期間の直前と直後における連続入光数をそれぞれカウントする直前入光カウンタ及び直後入光カウンタを有し、カウント手段の各カウンタは、１周期毎に到来する監視対象周期において入光が確認されたときにはカウンタ値が歩進される一方、監視対象周期において入光が確認されないときには、カウンタ値がリセットされるようにする。

このような態様によれば、直前入光カウンタ或いは直後入光カウンタにより連続して所定回数入光が確認されたときのみ、同期タイミングの変更が実行されるから、回路内部で発生するノイズや蛍光灯ノイズ等の単発ノイズを干渉光と見なして直ちに同期タイミングを変更してしまうといったような不要な対応動作を防止することができる。

本発明において、好ましくは、同期タイミングが複数周期に亘り連続して変更された回数をカウントする連続変更回数カウント手段と、連続変更回数が所定回数を超えたときには、センサ動作を停止する手段と、が更に設けられる。

すなわち、本発明の多光軸光電センサにあっては、繰り返し連続して同期タイミングを変更しているにもかかわらず、依然として干渉が検知されるような場合も想定される。このような状況は、何らかの原因により干渉回避が不可能な状態にあり、多光軸光電センサとしての正常な検出動作を実行できていないとみなすことができるから、直ちにセンサの動作を停止することで、そのような不具合を回避することができる。

以上の説明で明らかなように、本実施の形態によれば、干渉を検知しても動作を停止等させることなく、適切に当該干渉を回避して、動作を継続させることのできる多光軸光電センサを提供することができる。

以下に、本発明に係る多光軸光電センサの好適な実施の一形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下の実施の形態は本発明の一例を示すものに過ぎず、言うまでもなく、本発明の要旨は特許請求の範囲によってのみ規定されるものである。

本実施形態の多光軸光電センサ１００の構成が図１の外観図に示されている。同図に示されるように本実施形態の多光軸光電センサは、投光センサヘッド１と受光センサヘッド２とが通信用ケーブル１０１で接続されて構成されている。また、通信用ケーブル１０１には、接続コネクタ１０２を介して、外部設定器３が連結されている。尚、図示は省略されているが、接続コネクタ１０２と投光センサヘッド１との間には、電源供給用の配線ボックス等が介在されている。

外部設定器３は、複数の押しボタンスイッチで構成される操作部３ａと、液晶ディスプレイで構成される表示部３ｂとを有している。本実施形態では、この外部設定器３を介して、投光センサヘッド１からの投光量、受光センサヘッド２における受光信号増幅率並びに受光判定しきい値の設定が可能とされている。また、表示部３ｂには、そのときどきの投光用、受光量或いは受光判定しきい値等が表示される。

本実施形態の多光軸光電センサの本体部（センサヘッド）の回路構成が図２に示されている。同図に示されるように、投光センサヘッド１は、投光素子、電流制御回路及び光軸選択回路を含むｎ個の投光器１１（１１1〜１１n）と、それら投光器１１の駆動信号等を生成するＣＰＵ１２と、受光センサヘッド２との通信並びに外部設定器３との通信を行うための通信回路１３と、上位装置（この例ではＰＬＣ）との通信を行うためのＩ／Ｏインターフェース１４とを有している。

また、受光センサヘッド２は、受光素子を含む光電変換部、受光素子からの受光信号を増幅するプリアンプ並びに光軸選択回路を含む受光器２１（２１1〜２１n）と、メインアンプ、フィルタ（コムフィルタ）並びにＡ／Ｄ変換器を含む信号処理部２２と、受光器２１の駆動信号等を生成すると共に信号処理部２２からの信号に基づいて検出判定のための演算を行うＣＰＵ２３と、投光センサヘッド１との通信並びに外部設定器３との通信を行うための通信回路２４と、上位装置（この例ではＰＬＣ）との通信を行うためのＩ／Ｏインターフェース２５とを有している。

投光センサヘッド１の回路構成の詳細が図３に示されている。同図に示されるように、各投光センサヘッド１は、赤外光（又は赤色光）を発光する投光素子１１１と、投光素子１１１を駆動するためのＣＰＵからの駆動信号（光軸選択信号）がベース端子に入力されるトランジスタ（光軸選択回路）１１２と、ＣＰＵ１２からの信号に基づき、投光素子１１１からの投光量調整を行うための電流制御回路１１３と、内部メモリを有するＣＰＵ１２と、ＣＰＵ１２からのｍ本の信号入力線とｎ本の出力線とが接続されたデコーダ１２０とを含んで構成されている。尚、同図では、ＣＰＵ１２に対して一体の投光器が接続されている様子が示されているが、実際には、同様の構成により、図２に示したようにＣＰＵ１２にはｎ個の投光器１１が信号線を介して接続されている。

同図から理解されるように、図２に示すｎ個の各投光器１１は、ＣＰＵ１２からの光軸選択信号（Ｓ１）により、トランジスタ１１２を介して選択的に駆動される。

また、電流制御回路１１３は、メイン抵抗１１３ａを介在させて、トランジスタ１１２に並列接続されるｎ個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を含んで構成される。尚、符号１１３Ｒ1，１１３Ｒ2，１１３Ｒ3〜１１３Ｒnは、メイン抵抗１１３ａと各ＦＥＴとの間に介在される異なる抵抗値を有する抵抗である。

それぞれのＦＥＴ（１１３Ｒ1，１１３Ｒ2，１１３Ｒ3〜１１３Ｒn）には、デコーダ１２０から駆動信号（Ｓ３）が入力されるようになっている。すなわち、ＣＰＵ１２から、デコーダ１２０に対しては、各信号線につき２ビットによる複数通り（２m通り)の信号入力（Ｓ２）が可能とされており、これにより、デコーダからは、ｎ個のＦＥＴを選択的に駆動するためのｎ通りの信号出力（Ｓ３）がなされる。このことから理解されるように、各投光器１１においては、ＦＥＴ（１１３Ｒ1，１１３Ｒ2，１１３Ｒ3〜１１３Ｒn）及び抵抗（１１３Ｒ1，１１３Ｒ2，１１３Ｒ3〜１１３Ｒn）を介して、投光量（投光電流値）をｎ通り選択することが可能とされている。尚、投光量の設定値は、外部設定器３を介して指定され、その値は、ＣＰＵ２１の内部メモリに格納される。

受光センサヘッド２の回路構成の詳細が図４に示されている。同図に示されるように、各投光センサヘッド２は、光電変換部２１ａ、プリアンプ２１ｂ及び光軸選択回路２１ｃを含む投光器２１と、プリアンプ２１からの受光信号を増幅するメインアンプ２２ａと、増幅された受光信号の中から検出光による受光信号成分を抽出する（後述するインバータ蛍光灯からのノイズ光に対応する信号成分を除去する）フィルタ２２ｂと、フィルタリング後の受光信号をＡ／Ｄ変換器２２ｃを通して受信し、この受光信号レベルに基づき検出判定処理を行うＣＰＵ２３とを主体として構成される。

ＣＰＵ２３は、内部メモリを有し、受光判定しきい値の設定値は、外部設定器３を介して指定され、この内部メモリに格納される。この受光判定しきい値と信号処理部２２からの受光信号（Ｓ４）との比較を行うことにより、検出判定処理を実行する。

また、ＣＰＵ２３からは、メインアンプ２２ａにおける受光信号増幅率を規定するためのｎビットの信号（Ｓ５）が出力される。すなわち、本実施形態では、このｎビットの信号（Ｓ５）に基づいて、メインアンプ２２においては、２n通りの受光信号増幅率を設定することが可能とされている。尚、この受光信号増幅率も、外部設定器３を介して設定されるものであり、その設定値はＣＰＵ２３の内部メモリに格納される。

また、ＣＰＵ２３からは、トランジスタ（図示せず）を有する光軸選択回路２１ｃを介して光電変換部２１における受光素子を選択的に駆動するための光軸選択信号（Ｓ６）と、受光信号の有効化（ゲート開）を指示するゲート制御信号（Ｓ７）とが出力されるようになっている。

更に、ＣＰＵ２３には、本発明の要部ともなる『前後干渉カウンタ機能』、『干渉連続発生カウンタ機能』を具備している。これらの詳細については後述する。

外部設定器３の回路構成の詳細が図５に示されている。同図に示されるように、外部設定器３は、図１に示した操作部３ａに対応する入力回路３１と、図１に示した表示部３ｂに対応する表示回路３２と、投光センサヘッド１並びに受光センサヘッド２との通信を行うための通信回路３３と、それら入力回路３１、表示回路３２、通信回路３３を統括制御するＣＰＵ３４とを有している。ＣＰＵ３４は、内部メモリを有しており、この内部メモリには、図６に示す変換テーブルが格納されている。尚、同図中符号３５で示されるのは、通信ケーブル用の接続端子である。

変換テーブルは、外部設定器３を介して、投光センサヘッド１からの投光量、受光センサヘッド２における受光信号増幅率並びに受光判定しきい値を一括して規定するために予め用意されるものである。変換テーブルでは、距離値に対して、投光量、受光信号増幅率、受光判定しきい値が一義的に対応付けられている。すなわち、この例では、外部設定器３には、投光センサヘッドと受光センサヘッド間の距離値が入力され、これにより、投光センサヘッド１からの投光量、受光センサヘッド２における受光信号増幅率並びに受光判定しきい値が特定される。

具体的には、入力される距離値が５００ｍｍ〜５５０ｍｍの間にあるときは、投光量はＩ１、受光信号増幅率はＧ１、受光判定しきい値はＴｈ１と特定される。同様にして、外部設定器３に入力される距離値が５５１ｍｍ〜６５０ｍｍの間にあるときは、投光量はＩ２、受光信号増幅率はＧ２、受光判定しきい値はＴｈ２と特定される。尚、同図に示される距離値の例から明らかであるように、本実施形態では、センサヘッド間の距離は、５００ｍｍ〜１００００ｍｍの間で設定可能とされている。尚、図１１に“Ｍａｎｕａｌの表示値”とあるが、これは、外部設定器３に入力される距離値を、実質値（単位：メートル、センチ、ミリメートル）ではなく、距離相当のパラメータ値で入力する場合に用いられる値である。すなわち、本実施形態では、外部設定器３に入力する距離値として、実質値とパラメータ値との双方が利用可能とされている。尚、上述の各種設定値は、外部設定器３の操作を介して個々に微調整乃至変更可能とされている。

次に、本実施形態における投光周期並びに投光パルス生成の態様について図７乃至図８を参照しつつ説明する。

本実施形態では、設置環境下におけるインバータ蛍光灯による検出判定への影響を排除するための対策として、インバータ蛍光灯の点滅周期（蛍光灯ノイズ周期）ＴＮ内において少なくとも３回以上の投光を行うように仕組まれている。具体的には、投光センサヘッド１のＣＰＵ１２からは、想定されるもっとも短い蛍光灯ノイズの周期（例えば６０〜７０μｓｅｃ）と同程度の投光周期となるように駆動信号が各投光部１１に順次送られる。この駆動信号は、この例では、図７，８に示されるように３個のタイミング成分（投光パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３）を有する。これらの投光パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３により各投光部１１の投光素子１１１が駆動され、３個のパルス状検出光が所定間隔で対象領域へと投光される。対象領域を通過したパルス状検出光は、対応する光電変換部２１ａへと到達して光電変換並びに増幅されて、受光信号ＶＳ１、ＶＳ２、ＶＳ３が生成される。このとき同様に、インバータ蛍光灯によるノイズ信号ＶＮも生成される。

こうして生成された受光信号ＶＳとノイズ信号ＶＮとの関係が図９に示されている。同図に示されるように、３個の受光信号ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３の間隔は蛍光灯ノイズＶＮが存在することにより、両側に位置する２個の受光信号ＶＳ１，ＶＳ３が蛍光灯ノイズの位相０度並びに位相１８０度に一致した最悪の状況であっても、真ん中に位置する投光信号ＶＳ２については、ノイズ波形上の比較的変化の緩やかな位相９０度の部分に一致するように設定されている。

受光センサヘッド２のフィルタ２２ｂでは、既知の手法により受光信号ＶＳ、ＶＮをレベルシフトする。こうしてレベルシフトされた受光信号が図１０に示されている。図示される３個の受光信号ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３は、検出光が入光されている場合、第１のタイミングＴ１においては、本来いずれもしきい値Ｖｔｈを越えていなければならない。しかしながら、上述の最悪の状況にあっては、ノイズ波形の位相０度並びに９０度にタイミングが一致した受光信号ＶＳ１，ＶＳ２については、いずれもしきい値Ｖｔｈを越えるのに対して、ノイズ波形の位相１８０度にタイミングが一致した投光信号ＶＳ３については、その値がしきい値Ｖｔｈを越えることができない。一方、図示しないが、３個の受光信号ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３が、いずれもしきい値Ｖｔｈを越えてはいけないノイズ光ＬＮのみが入光されている場合を想定すると、位相９０度並びに１８０度にタイミングが一致した受光信号ＶＳ２，ＶＳ３については、その値がしきい値Ｖｔｈを越えることがないのに対して、位相０度にタイミングが一致した受光信号ＶＳ１については、その値がしきい値Ｖｔｈを越えることとなる。そこで、１ノイズ周期（ＴＮ）内で行われる３回の判定のうちで、２回以上がしきい値を越える場合にはオン認定、２回以上がしきい値を越えない場合にはオフ認定と多数決原理に従うものとすれば、インバータ蛍光灯による検出判定への影響を回避して信頼性の高いオンオフ判定結果が得られることが判る。

次に、本発明の要部となる相互干渉回避のための構成について、先ず、その概略を説明する。

図１１は相互干渉の発生の様子を説明するためのタイミングチャートである。同図（ａ）は一体の多光軸光電センサにおける任意の１光軸の投光タイミングを、同図（ｂ）はそれに隣接する多光軸光電センサにおける任意の１光軸の投光タイミングをそれぞれ示している。尚、この例では説明を容易とするために投光パルス生成は１周期につき１個とする。同図（ａ）に示される多光軸光電センサにおいては周期Ｔａで投光が行われているのに対し、同図（ｂ）に示される多光軸光電センサにおいては周期Ｔｂで投光が行われている。尚、このような投光周期の差は、ソフトウェア処理の内容の相違や、クロックのバラツキ等により生じる。ここでＴｂ＞Ｔａとすると、両者の投光タイミングの時間差分は、差分ａ、差分ｂ、差分ｃ、差分ｄと徐々にその差を狭めながら、やがては、同図（ｂ）に示される多光軸光電センサの投光タイミングが同図（ａ）に示される多光軸光電センサの投光タイミングに“追いつき”、相互干渉が発生する。尚、この現象は、換言すれば、同図（ａ）に示される多光軸光電センサの投光タイミングが同図（ｂ）に示される多光軸光電センサの投光タイミングに“追いつかれ”、相互干渉が発生するものとも言える。

従来の多光軸光電センサにおける相互干渉対策は、単に、相互干渉の発生有無を検知するのみであったが、本発明では、この“追いつき”、“追いつかれ”に着目し、それぞれの場合に応じて適切に投光タイミングを変更することにより、干渉を検知（予知）しても動作を停止等させることなく、適切に当該干渉を回避して、動作を継続させるように構成している。

そのための構成として、本発明の多光軸光電センサにおいては、図１２に示されるように、各光軸（この例では（ａ）〜（ｃ）の３個のみを示す）の投光周期Ｔ毎に、投光期間（実線で示される３個の連続パルス）の直前と直後の非投光期間（点線で示される１個のパルス）に受光サンプリングを行って入光有無を判定することにより、時間的に“追いつき”または“追いつかれ”て発生しようとしている干渉を識別して検知するようにしている。尚、図１２で示される例では、投光期間の直前のみの受光サンプリングと、投光期間の直後のみの受光サンプリングとを、１周期毎に交互に繰り返しているが、これは、センサの応答時間を短縮するためである。応答速度を問わずに、干渉発生予知の速さを重視するのであれば、１周期毎に投光期間の直前と直後の両方で受光サンプリングするのが好ましい。

そして、投光期間の直前の受光サンプリングによる入光が連続して確認された場合には、自身の投光タイミングが隣接する他の多光軸光電センサの投光タイミングに、時間的に“追いつかれつつある”と考えられるから、この場合には、自身の全光軸についての次回の投光タイミングを図１３に示されるように、投光周期Ｔで規定される予定された投光タイミングｔよりも時間Ｔａ分だけ遅らせる（Ｔ＋Ｔａ）。但し、その後の投光周期Ｔはそのまま維持される。これにより、以降の投光周期の位相が時間的に前にずらされるから、追いつかれそうであった状況を脱して相互干渉が未然に防がれる上に、動作を停止等させることなくセンサ動作を継続させることができる。尚、同図中、縦の点線で挟まれる領域“Ｉ”は自己診断やセンサ間通信等に費やされる期間を示している。

一方、投光期間の直後の受光サンプリングによる入光が連続して確認された場合には、自身の投光タイミングが隣接する他の多光軸光電センサの投光タイミングに、時間的に“追いつきつつある”と考えられるから、この場合には、自身の全光軸についての次回の投光タイミングを図１４に示されるように、投光周期Ｔで規定される予定された投光タイミングｔよりも時間Ｔａ分だけ早める（Ｔ−Ｔａ）。但し、その後の投光周期Ｔはそのまま維持される。これにより、以降の投光周期の位相が時間的に後ろにずらされるから、追いつきそうであった状況を脱して相互干渉が未然に防がれる上に、動作を停止等させることなくセンサ動作を継続させることができる。尚、同図中、縦の点線で挟まれる領域“Ｉ”は自己診断やセンサ間通信等に費やされる期間を示している。

次に、上述の相互干渉回避を実現するための本実施形態の多光軸光電センサの動作内容全体の概略を図１５のゼネラルフローチャートに示す。

同フローチャートに示されるように、本実施形態の多光軸光電センサは、電源が投入されると、先ず、センサヘッド及び外部設定器のメモリの初期化等の起動処理が実行される（ステップ１５０１）。起動処理が終了すると、次いで検出処理が実行される。この検出処理では、先に図１３、図１４を参照して説明した投光タイミング調整処理（ステップ１５０２）と、投受光処理（ステップ１５０３）と、自己診断処理（１５０４）と、投光センサヘッド１、受光センサヘッド２並びに外部設定器３との間の通信又は受光センサヘッド２と他の多光軸光電センサ（多光軸光電センサが併設されるような場合）の受光センサヘッドとの通信を行う通信処理（ステップ１５０５）とを繰り返すことにより実行される。

尚、本実施形態では、通信処理（ステップ１５０５）の終了後に、異常有無確認（ステップ１５０６）と、受光判定しきい値、投光量、受光信号増幅率等の設定を行うための設定モードに移行するか否かの確認が行われる（ステップ１５０８）。ステップ１５０６で行われる異常有無確認では、ステップ１５０４の自己診断についての異常有無確認と、ステップ１５０５の通信処理についての異常確認と、ステップ１５０２のタイミング調整が所定回数以上連続して行われていないか（すなわち、繰り返しタイミング調整を行っても干渉を回避できていない場合）の確認が行われている。これらに異常が認められたときには（ステップ１５０６ＹＥＳ）、異常モードへと移行し（ステップ１５０７）、センサの動作が一時的にロックアウトされる。また、この例では、外部設定器３からの所定の設定開始信号の入力があったときに（ステップ１５０８ＹＥＳ）、設定モード（ステップ１５０９）へと移行する

まず、ステップ１５０３に示される投受光処理の詳細を図１６のフローチャートを参照しつつ説明する。尚、同図には、投光センサヘッド１における処理（ステップ１６０１、１６０２）と、受光センサヘッド２における処理（ステップ１６１１〜１６１９）とが並列的に示されている。同フローチャートには示されていないが、投受光処理に際しては、先ず、投光センサヘッド１においては、ＣＰＵ１２において、内部メモリから投光量の設定値（投光電流データ）が読み込まれ、これにより、図３に示したデコーダ１２０からのＦＥＴ駆動信号出力（Ｓ３）が決定される。一方、受光センサヘッド２においては、先ず、ＣＰＵ２３において、内部メモリから受光信号増幅率、及び受光判定しきい値の設定値が読み込まれ、これにより、図４に示したＣＰＵ２３からの受光信号増幅率指定信号（Ｓ５）及び受光判定しきい値が決定される。

次いで、投光センサヘッド１及び受光センサヘッド２において、通信用ケーブル１０１を通じて、投光センサヘッド１と受光センサヘッド２との間の同期をとるための同期通信が行われる（ステップ１６０１，ステップ１６１１）。

次いで、受光センサヘッド２においては、その後の投受光処理（ステップ１６０２、ステップ１６１３）における干渉チェックのための受光サンプリングを投光期間の直前に行うか直後に行うかの確認を行う（ステップ１６１２）。この確認はＣＰＵ２３の内部メモリに書き込まれる干渉チェックフラグを見ることで行われる。

次いで、光軸の数だけループ処理が行われる。投光センサヘッド１においては、先に決定された投光量と規定の連続投光数（３回）を前提として、各投光器１１を順次選択的に駆動させることにより、各投光器１１からの投光が行われる（ステップ１６０２）。これが全光軸分終了するまで繰り返される。

一方、受光センサヘッド２においては、先に決定された受光信号増幅率を前提として、各受光器２１の受光サンプリングゲートを各々４回分（オンオフ判定用３回＋干渉チェック用１回）選択的に順次開放し、各受光器２１からの受光信号を順次取り込む。受光信号は、Ａ／Ｄ変換器２２ｃによりＡ／Ｄ変換されて、ＣＰＵ２３に取り込まれる。ＣＰＵ２３では、取り込まれた受光信号と、先に決定された受光判定しきい値とを比較することにより、受光判定処理（各光軸における受光有無の判定）を実行する（ステップ１６１３）。より詳細には、この判定処理は、投光器からの投光に同期した３回分の受光サンプリングにより得られる受光信号を、それぞれ受光判定しきい値と比較し、３回の判定のうちで、２回以上がしきい値を越える場合にはオン認定、２回以上がしきい値を越えない場合にはオフ認定と多数決原理に従って最終的な受光判定を行う。尚、このとき、同時に、干渉チェック用の受光サンプリングにより得られる受光信号についてもオンオフ認定が行われる。この結果は、後述する相互干渉データ処理（ステップ１６１５）で使用される。

尚、この例では、ライトカーテンを用途としているため、受光判定処理（ステップ１６１３）において、何れかの光軸において受光が確認されなかったとき（オフ認定のとき）には、それに応じた所定動作（例えば、制御対象機器の停止信号の生成）が実行される（出力制御処理、ステップ１６１４）。また、この多光軸光電センサがエリアセンサを用途とする場合には、受光判定処理（ステップ１６１３）において、受光が確認されなかった光軸に基づいて、それに応じた所定動作（例えば、物体侵入エリアを特定するための信号生成）が実行される（出力制御処理、ステップ１６１４）。尚、これら受光判定処理後の出力制御処理については当業者にとって自明であるからここでの詳細説明は省略する。

続くステップ１６１５では、相互干渉データ処理が実行される。この相互干渉データ処理では、先のステップ１６１３で得られた干渉チェック用の受光サンプリングによるオンオフ認定結果が使用される。

相互干渉データ処理の詳細が図１７のフローチャートにより示されている。この処理では、先ず、先のステップ１６１３で得られた干渉チェック用の受光サンプリングによるオンオフ認定結果が確認される。ここで、干渉有り（オン認定）の場合には（ステップ１７０１ＹＥＳ）、次いで、その受光サンプリングが投光期間の直前のものか直後のものかの識別が干渉チェックフラグを見て行われる（ステップ１７０２）。次いで、ＣＰＵ２３において前後干渉カウンタ機能が使用される。すなわち、受光サンプリングが投光期間の直前のものであった場合には（ステップ１７０２前）、前干渉カウンタＮ２が＋１歩進される（ステップ１７０３）。一方、受光サンプリングが投光期間の直後のものであった場合には（ステップ１７０２後）、後干渉カウンタＮ３が＋１歩進される（ステップ１７０４）。これに対し、先のステップ１６１３で得られた干渉チェック用の受光サンプリングによるオンオフ認定結果がオフ認定（干渉無し）の場合には（ステップ１７０１ＮＯ）、次いで、その受光サンプリングが投光期間の直前のものか直後のものかの識別が干渉チェックフラグを見て行われる（ステップ１７０５）。次いで、ＣＰＵ２３において前後干渉カウンタ機能が使用される。すなわち、受光サンプリングが投光期間の直前のものであった場合には（ステップ１７０５前）、前干渉カウンタＮ２がリセット（クリア）される（ステップ１７０６）。一方、受光サンプリングが投光期間の直後のものであった場合には（ステップ１７０５後）、後干渉カウンタＮ３がリセット（クリア）される（ステップ１７０４）。このように、前後干渉カウンタは、投光期間の直前か直後の受光サンプリングの結果、複数周期連続してオン認定が行われた場合にのみ歩進される。これは、単発のノイズ等は干渉光として認定しないための対応である。

図１６のフローチャートに戻り、ステップ１６１３〜ステップ１６１５で示されるループ処理が終了されると、受光センサヘッドにおいては、ＣＰＵ２３の内部メモリ内の干渉チェックフラグの書き換え（反転）が行われる（ステップ１６１６）。これにより、次回のループ処理における干渉チェック用の受光サンプリングの投光期間に対する前後位置が反転されることとなる。

次いで、投受光ループ処理の結果に基づく補助出力が生成される（ステップ１６１７）。この補助出力は、ＰＬＣ等の上位機器に、センサのオンオフ認定の状態を複数周期毎に通知するためのものであるが、発明の要部とは直接関係しないため、ここでの詳細説明は省略するものとする。

次いで、ステップ１６１８に示される相互干渉判定処理が実行される。相互干渉判定処理の詳細内容が図１８のフローチャートにより示されている。相互干渉判定処理では、まず、先のステップ１６１５で歩進・リセット等された前後干渉カウンタについて、全光軸を対象として検証が行われる。第１に、全光軸に対応する前干渉カウンタＮ２の値が確認される（ステップ１８０１）。ここで１つの光軸でも前干渉カウンタＮ２の値が“５”に達していると（５回連続して投光期間の直前の受光サンプリングでオン認定がされていると）（ステップ１８０１ＹＥＳ）、ＣＰＵ２３の内部メモリの所定領域に前干渉発生フラグＦ１に“１”が書き込まれる（ステップ１８０２）。すなわち、この状態は、自身の何れかの光軸についての投光タイミングが、他のセンサの投光タイミングに追いつかれつつあり、干渉を受けている、あるいは干渉を受ける直前の状態にあることを意味している。この前干渉フラグＦ１は、図１５で示したタイミング調整処理（ステップ１５０２）において使用される。その詳細については後述する。

続くステップ１８０３では、全光軸についての前干渉カウンタＮ２をリセットして処理は一旦終了する。

一方、先のステップ１８０１において、いずれの光軸に対応する前干渉カウンタＮ２の値が“５”に達していない場合には、次いで、全光軸に対応する後干渉カウンタＮ３の値が確認される（ステップ１８０４）。ここで１つの光軸でも後干渉カウンタＮ３の値が“５”に達していると（５回連続して投光期間の直後の受光サンプリングでオン認定がされていると）（ステップ１８０４ＹＥＳ）、ＣＰＵ２３の内部メモリの所定領域に後干渉発生フラグＦ２に“１”が書き込まれる（ステップ１８０２）。すなわち、この状態は、自身の何れかの光軸についての投光タイミング他のセンサの投光タイミングに追いつきつつあり、相互干渉を受けている、或いは受ける直前の状態にあることを意味している。この後干渉フラグＦ２は、図１５で示したタイミング調整処理（ステップ１５０２）において使用される。その詳細については後述する。

次に、図１５のフローチャートに戻り、タイミング調整処理について説明する。このタイミング調整処理は、各投受光ループ処理の先頭で行われるものである。タイミング調整処理の詳細が図１９のフローチャートにより示されている。

タイミング調整処理では、ＣＰＵ２３の内部メモリに書き込まれた前干渉発生フラグＦ１、並びに後干渉発生フラグＦ２についての確認が行われる。ここで、前干渉発生フラグＦ１＝“１”の場合には（ステップ１９０１ＹＥＳ）、自身の何れかの光軸についての投光タイミングが、他のセンサの投光タイミングに追いつかれつつあり、干渉を受けている、あるいは干渉を受ける直前の状態にあると判断し、先に図１３で示したように、次回の投光タイミング（投受光同期タイミング）を時間Ｔａ分遅らせるための処理を行う（ステップ１９０２）。その後、前干渉発生フラグを“０”に書き換え（ステップ１９０３）、更に、干渉連続発生カウンタＰを＋１歩進させ、処理は一旦終了する。尚、この干渉連続発生カウンタＰは、図１５のステップ１５０６で示される異常検出処理の際、参照されるものである。詳細は後述する。

一方、タイミング調整処理において、後干渉発生フラグＦ２＝“１”の場合には（ステップ１９０１ＮＯ，ステップ１９０５ＹＥＳ）、自身の何れかの光軸についての投光タイミング他のセンサの投光タイミングに追いつきつつあり、相互干渉を受けている、或いは受ける直前の状態にあると判断し、先に図１４で示したように、次回の投光タイミング（投受光同期タイミング）を時間Ｔａ分早めるための処理を行う（ステップ１９０６）。その後、後干渉発生フラグを“０”に書き換え（ステップ１９０７）、更に、干渉連続発生カウンタＰを＋１歩進させ（ステップ１９０８）、処理は一旦終了する。尚、この干渉連続発生カウンタＰは、図１５のステップ１５０６で示される異常検出処理の際、参照されるものである。詳細は後述する。尚、前後干渉フラグの何れもが“０”である場合には（ステップ１９０１ＮＯ、ステップ１９０５ＮＯ）、干渉連続発生カウンタＰはリセットされる（ステップ１９０９）。

図１５のフローチャートに戻り、投受光処理（ステップ１５０３）が終了すると、次いで、先に説明した自己診断処理（ステップ１５０４）、通信処理（１５０５が行われ、その後、異常有無確認（ステップ１５０６）が行われる。ステップ１５０６で行われる異常有無確認では、ステップ１５０４の自己診断についての異常有無確認と、ステップ１５０５の通信処理についての異常確認と、ステップ１５０２のタイミング調整が所定回数以上連続して行われていないか（すなわち、繰り返しタイミング調整を行っても干渉を回避できていない場合）の確認が行われている。

ここで、ステップ１５０２のタイミング調整が所定回数以上連続して行われていないかについては、先に図１９のフローチャートを参照して説明した干渉連続発生カウンタＰの値が参照される。この値がこの例では“５”に達していると、干渉を回避できていない（５回連続してタイミング調整を行っているにも拘わらず干渉が検知され続けている）状態が発生しているものとして、異常モードへと移行し、センサがロックアウトされる。

このように、本実施形態では、投光期間の直前と直後の非投光期間中に受光サンプリングを行い、直前と直後のそれぞれのオンオフ認定結果に基づいて、その後の投光タイミング（投受光同期）を適宜前後へ移動させているため、干渉を検知乃至予知しても動作を停止等させることなく、適切に当該干渉を回避して、動作を継続させることを可能としている。

尚、上記実施形態では、インバータ蛍光灯ノイズの影響を排除するために投光周期の到来毎に３発の連続投光を行ったが、投光が単発の場合であっても、本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、３発連続投光（投光期間）の直前と直後における受光サンプリングを行っているが、非投光時における受光サンプリング（干渉チェック）は、３発投光（複数投光）の合間に介在させることもできる。

本発明の多光軸光電センサの外観図（全体構成図）である。 本発明の多光軸光電センサの本体部（投受光センサヘッド）の回路構成を示す図である。 投光センサヘッドの回路構成の詳細を示す図である。 受光センサヘッドの回路構成の詳細を示す図である。 外部設定器の回路構成を示す図である。 変換テーブル内容の一例を示す図である。 蛍光灯ノイズの波形と投光パルスとの関係を示す図である。 投光パルスの発生タイミングと蛍光灯ノイズ周期との関係を示す図である。 蛍光灯ノイズと受光信号との関係を示す図である。 レベルシフト後の受光信号としきい値との関係を示す図である。 相互干渉の発生の様子を説明するための図である。 投受光タイミングの一例を示す図である。 タイミング調整の例を示す図（その１）である。 タイミング調整の例を示す図（その２）である。 本発明の多光軸光電センサの動作内容の全体を示すフローチャートである。 投受光処理の詳細を示すフローチャートである。 相互干渉データ処理の詳細を示すフローチャートである。 相互干渉判定処理の詳細を示すフローチャートである。 タイミング調整処理の詳細を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 投光センサヘッド
２ 受光センサヘッド
３ 外部設定器
３ａ 操作部
３ｂ 表示部
４ ＰＬＣ
１０ ケーブル
１１ 投光器
１２ ＣＰＵ
１３ 通信用回路
１４ Ｉ／Ｏ
２１ 受光器
２２ 信号処理部
２３ ＣＰＵ
２４ 通信用回路
２５ Ｉ／Ｏ
３１ 入力回路
３２ 表示回路
３３ 通信回路
３４ ＣＰＵ
１００ 多光軸光電センサ
１０１ 通信用ケーブル
１０２ 通信用ケーブル接続コネクタ
１１１ 投光素子
１１２ 選択回路
１１３ 電流制御回路
１２０ デコーダ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 投光パルス
ＴＮ 蛍光灯ノイズ周期
ＶＳ 受光信号

Claims (9)

1. 複数の投光器が配列された投光センサヘッドと、複数の受光器が配列された受光センサヘッドとを有し、各光軸毎に投光期間並びに受光サンプリング期間を同期させて所定の周期で検出光の投光を行うことにより所定エリアへの物体侵入有無を監視する多光軸光電センサであって、
   投光期間直近の所定の２つの期間についてそれぞれ受光サンプリングを行い、外乱光の入光有無を判定する外乱光有無判定手段と、
   外乱光有無判定手段により確認された入光有りの回数を２つの期間別にカウントするカウント手段と、
   一定期間内に前記２つの期間のいずれかで所定回数を超える入光数がカウントされたときには、それが前記２つの期間のいずれかに基づいて、予定された次回の同期タイミングを変更することにより、以降の周期の位相をずらす周期変更手段と、
   を有する多光軸光電センサ。
2. ２つの期間は、投光期間の直前と直後にそれぞれ設定されている、ことを特徴とする１に記載の多光軸光電センサ。
3. 外乱光有無判定手段は、全光軸を対象として投光期間の直前及び直後における入光有無を判定し、
   周期変更手段は、いずれか１つの光軸に対応する外乱光の入光数が所定回数を超えたことを条件として、全光軸についての次回の同期タイミングを一律に変更する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の多光軸光電センサ。
4. 周期変更手段は、一定期間内における投光期間の直前の入光数が所定数を超えたときには、次回の同期タイミングを予定されたそれより所定時間遅れさせ、一定期間内における投光期間の直後の入光数が所定数を超えたときには、次回の同期タイミングを予定されたそれより所定時間早める、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の多光軸光電センサ。
5. 外乱光有無判定手段は、投光期間の直前のみの受光サンプリングと、投光期間の直後のみの受光サンプリングとを、１周期毎に交互に繰り返すことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の多光軸光電センサ。
6. カウント手段は、投光期間の直前と直後における連続入光数をそれぞれカウントする直前入光カウンタ及び直後入光カウンタを有し、
   カウント手段の各カウンタは、１周期毎に到来する監視対象周期において入光が確認されたときにはカウンタ値が歩進される一方、監視対象周期において入光が確認されないときには、カウンタ値がリセットされる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の多光軸光電センサ。
7. 同期タイミングが複数周期に亘り連続して変更された回数をカウントする連続変更回数カウント手段と、
   連続変更回数が所定回数を超えたときには、センサ動作を停止する手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の多光軸光電センサ。
8. 所定エリアへの物体侵入が検知されたときには、外部制御対象機器の動作停止信号を生成するライトカーテンである、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の多光軸光電センサ。
9. 遮光が検知された１又は２以上の光軸に基づいて、所定エリア内における物体の侵入位置を検知するエリアセンサである、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の多光軸光電センサ。

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