JP2005127740A - Beat synchronous and multiple optical axis transmission type photoelectric switch - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はワイド領域を通過する物体の検出に有効な多光軸光電スイッチに関するもので、更に詳しくは複数の投光素子と受光素子を対向させて順次駆動するための新規な同期手段を用いた多光軸光電スイッチに関するものである。 The present invention relates to a multi-optical axis photoelectric switch effective for detecting an object passing through a wide area, and more specifically, a novel synchronizing means for sequentially driving a plurality of light projecting elements and light receiving elements facing each other is used. The present invention relates to a multi-optical axis photoelectric switch.
多光軸光電スイッチは、複数の投光素子と受光素子を対向させて同期方式により順次駆動させることが検出における必須条件となっている。そしてこの同期方式としては最も確実且つ信頼性に優れている同期ケーブル式が一般的であったが、図10Aに示すように、このケーブル式は投光側と受光側との間を検出ライン100を跨いで同期ケーブル101を連結しなければならないと言う配線上の問題があった。
In the multi-optical axis photoelectric switch, it is an indispensable condition for detection that a plurality of light projecting elements and light receiving elements are opposed to each other and sequentially driven by a synchronous method. As the synchronization method, a synchronous cable type that is most reliable and excellent in reliability has been generally used. As shown in FIG. 10A, this cable type has a detection line 100 between the light projecting side and the light receiving side. There is a wiring problem that the
そこで近年、ケーブル同期方式に変わる技術として、投光側と受光側を光信号により同期させる光同期方式が用いられるようになってきた(例えば、特許文献1参照)。この一般的な光同期方式は、図10Bに示すように、同期用光信号102を介して投光側と受光側を同期させるものであるため、正規の同期用の光でない外光が同期用受光素子に入った場合に誤作動を生ずるおそれがある。
Therefore, in recent years, an optical synchronization method in which the light projecting side and the light receiving side are synchronized by an optical signal has been used as a technology that replaces the cable synchronization method (see, for example, Patent Document 1). In this general optical synchronization method, as shown in FIG. 10B, the light emitting side and the light receiving side are synchronized via the synchronization
このような一般的な光同期方式の欠点を克服するため、投光素子からの同期用の光を受光素子で受光し積分することによって外乱光と区別し同期させる方式が開発されているが(例えば、特許文献2参照)、この方式では上記のような外乱光による同期不調は解消されるものの回路的に極めて複雑となり、さらに何らかの原因で一度誤動作すると、以後すべての同期が狂ってしまうという致命的な欠陥があった。
本発明の目的は、上記のような同期ケーブル方式及び光同期方式の問題点を一挙に解決するため、投光側の周期に対し受光側の受光タイミングを積極的にずらせることによって投光側と受光側が一致する現象(一般的に「ビート同期」と呼ばれている)を利用した多光軸光電スイッチを提供しようとするものである。 The object of the present invention is to positively shift the light reception timing on the light receiving side with respect to the cycle on the light projecting side in order to solve the problems of the synchronous cable method and the optical synchronization method as described above. It is intended to provide a multi-optical axis photoelectric switch utilizing a phenomenon (generally called “beat synchronization”) in which the light receiving side and the light receiving side coincide.
一般に、電気通信技術でビート法と呼ばれる方式は、ヘテロダイン受信機において二つの異なる周波数の電圧を検波器に与え、差の周波数(ビート周波数)の出力を取り出すことを言うが、これを各周波数の周期(TM1及びTM2)信号から見れば、周波数差f1〜f2からなるビート周波数fbの逆数であるビート周期1/fb=αTM1=βTM2を設定し、このTM1周期信号がα回繰り返され、同時にTM2周期信号がβ回繰り返されるビート周期を単位時間内においてfb回形成し、ビート周期ごとにTM1とTM2との固有の時間関係を繰り返すことを意味する。
In general, the method called the beat method in telecommunications technology refers to applying a voltage of two different frequencies to a detector in a heterodyne receiver and taking out the output of the difference frequency (beat frequency). viewed from the period (TM1 and TM2) signal, to set the
従って、本発明における多光軸光電スイッチの「ビート同期」とは、投光側からのパルス列による投光を検波・受光する受光側が上記のようなビート周期1/fb=αTM1=βTM2内において少なくとも1回(1期間)だけは一致受光する現象を利用して同期作動させることを言う。
Therefore, “beat synchronization” of the multi-optical axis photoelectric switch in the present invention means that the light receiving side that detects and receives the light projection by the pulse train from the light projecting side is within the
上記の課題を解決するため、本発明は多光軸透過形光電スイッチにおいて、光軸数に応じたパルス数の投光パルス列で構成される投光期間と、投光休止期間とを含む投光周期TM1を繰り返し周波数f1で発生させ、前記投光パルス列に対応して同一間隔(周期)Tで発生する受光パルス列により構成される受光可能期間と、独自の受光休止期間とからなる受光周期TM2を繰り返し周波数f2(≠nf1、又は≠f1/n:但し、n=1以上の整数)で、前記周波数f1と独立して発生させることにより、これらの周波数の差f1〜f2からなるビート周波数fbによるビート周期1/fb=αTM1=βTM2を設定し、このビート周期内で少なくとも一つの投光周期TM1内の投光期間と、少なくとも一つの受光周期TM2内の受光可能期間とが実質的に同期するように構成したものである。
In order to solve the above problems, the present invention relates to a multi-optical axis transmission type photoelectric switch, which includes a light projection period composed of a light projection pulse train having a number of pulses corresponding to the number of optical axes, and a light projection suspension period. A period TM1 is generated at a repetition frequency f1, and a light receiving period TM2 including a light receiving period constituted by light receiving pulse trains generated at the same interval (cycle) T corresponding to the light projecting pulse train and a unique light receiving pause period is set. By generating the repetition frequency f2 independently of the frequency f1 at a repetition frequency f2 (≠ nf1, or ≠ f1 / n, where n = 1 or more), a beat frequency f b consisting of a difference between these frequencies f1 to f2 Is set to beat
本発明はさらに、前記投光及び受光期間の同期時間帯における物体非検知出力により、受光部が前記ビート周期以上持続するパルス信号を発生し、このパルス信号の有無によって物体の存否を検出することを特徴とするものである。 The present invention further generates a pulse signal in which the light receiving unit lasts for the beat period or more based on the object non-detection output in the synchronized time period of the light projection and light reception periods, and detects the presence or absence of the object based on the presence or absence of the pulse signal. It is characterized by.
上記の構成による効果を図1に従って考察すると、本発明の多光軸透過形光電スイッチにおいて、投光側Aでは光軸数(この場合、2個とする)に応じたパルス数の投光パルス列で構成される投光期間Laと、投光休止期間Lbとを含む投光周期TM1を繰り返し周波数f1で発生させ、受光側Bでは前記投光パルス列に対応して同一間隔(周期)Tで発生する受光パルス列により構成される受光可能期間Raと、独自の受光休止期間Rbとからなる受光周期TM2を繰り返し周波数f2(≠nf1、又は≠f1/n:但し、n=1以上の整数であり、この理由については後述する)で、前記周波数f1と独立して発生させる。 Considering the effect of the above configuration in accordance with FIG. 1, in the multi-optical axis transmission type photoelectric switch of the present invention, the light projecting pulse train having the number of pulses corresponding to the number of optical axes (in this case, two) on the light projecting side A A light projection period TM1 including a light projection period La and a light projection suspension period Lb is generated at a repetition frequency f1, and the light receiving side B is generated at the same interval (period) T corresponding to the light projection pulse train. A light receiving period TM2 consisting of a light receiving period Ra constituted by a light receiving pulse train and a unique light receiving pause period Rb, and a frequency f2 (≠ nf1, or ≠ f1 / n: where n = 1 or an integer greater than or equal to The reason for this will be described later), and is generated independently of the frequency f1.
投光周期TM1と受光周期TM2との時間差Rcは、ビート同期のための蓄積時間であり、ここではTM1−TM2=Rc=T/2としてあるが、Rc=任意時間でよく、TM1とTM2の大小関係も自由である。図1の場合、受光周期TM2は投光周期TM1よりRcだけ短いため、TM1時間に対しRcだけ早く進み、TM1の繰り返しを追っかけてビート同期することになる。図示の例では、TM1=4T、TM2=3.5Tであるため、たまたま同期していた最初のn1周期からTM1についてはn7周期が過ぎたときαTM1=7×4T=28T、TM2についてはn8周期が過ぎたときβTM2=8×3.5T=28Tという最小公倍数で一致し、それぞれ次のn8周期及びn9周期において同期することになる。(但し、投光期間Laは、図のごとく投光パルスPに続く破線で示した投光余裕時間(t0)1個分だけ受光可能期間Raより短いため、両期間La、Raの同期とは、それらの開始時間差に0〜t0の余裕を有することが明らかである。従って、投光周期と受光周期との時間差Rcが、この余裕時間t0より短い場合には、第ni周期と次の第nj周期というように2以上の連続周期にわたって同期が成立することがあり得る。) The time difference Rc between the light projection period TM1 and the light reception period TM2 is an accumulation time for beat synchronization. Here, TM1−TM2 = Rc = T / 2, but Rc = arbitrary time may be used. Large and small relationships are also free. In the case of FIG. 1, since the light receiving period TM2 is shorter than the light projecting period TM1 by Rc, it advances faster by Rc with respect to TM1 time, and beat synchronization is performed following the repetition of TM1. In the example shown in the figure, TM1 = 4T and TM2 = 3.5T, so when the n7 period has passed for TM1 from the first n1 period that happened to be synchronized, αTM1 = 7 × 4T = 28T, and n8 period for TM2 When the time elapses, they coincide with the least common multiple of βTM2 = 8 × 3.5T = 28T, and are synchronized in the next n8 period and n9 period, respectively. (However, since the light projection period La is shorter than the light receiving period Ra by one light projection margin time (t0) indicated by a broken line following the light projection pulse P as shown in the figure, the synchronization between both periods La and Ra is It is apparent that there is a margin of 0 to t0 in the difference between the start times, and therefore, when the time difference Rc between the light projection period and the light receiving period is shorter than the margin time t0, the ni period and the next period (Synchronization may be established over two or more consecutive periods such as nj periods.)
この関係を、周知の周波数差(ビート周波数)検波に当てはめて検証すると、ここではビート周波数fb=f2−f1=1/TM2−1/TM1であることから、fb=(1/3.5T)−1/4T=1/28Tとなり、fbはビート周期28Tの逆数となることが明らかである。逆に、TM2>TM1(f1>f2)の場合には、受光周期TM2が投光周期TM1よりRcだけ長いため、TM1時間に対しRcだけ遅く進み、TM1の繰り返しを待ってビート同期し、結局、ビート周波数fb=f1〜f2の関係に従うことになる。
When this relationship is verified by applying well-known frequency difference (beat frequency) detection, since the beat frequency f b =
なお、ビート周波数fbがゼロであるということはf1=f2、従ってTM1=TM2であって、これらの周期に係る投光側と受光側とが独立に駆動される限り、偶然に一致する場合を除き、両周期の時間差を埋める作用が生じないため、持続的な同期をとることは不可能である(この態様については図を参照して後述する)。また、この場合も含め、ビート周波数fbがf1又はf2の整数倍であってはならないという、前述した繰り返し周波数f2の条件(f2≠nf1、又は≠f1/n:但し、n=1以上の整数)は、nf1=f2、あるいはf1=nf2という規則的な関係が成立すれば、f1=f2の場合と同様な同期不可能性を生ずるが故に守られなければならないことが明らかである。 Incidentally, the fact that the beat frequency f b is zero is a f1 = f2, therefore TM1 = TM2, unless the light projecting side according to these periods and the light-receiving side are driven independently, when coincidental Except for, the effect of filling the time difference between the two periods does not occur, so it is impossible to achieve continuous synchronization (this mode will be described later with reference to the drawings). Further, including this case, that the beat frequency f b is not an integer multiple of f1 or f2, the conditions of a repetition frequency f2 described above (f2 ≠ nf1, or ≠ f1 / n: where, n = 1 or more It is clear that if a regular relationship of nf1 = f2 or f1 = nf2 is established, the integer) must be protected because the same incompatibility occurs as in the case of f1 = f2.
従って、nf1=f2、あるいはf1=nf2(但し、n=1以上の整数)の関係にある投光素子列が互いに独立して駆動される限り、両者が空間的に近接し、又は対向関係にあったとしても周期的且つ持続的な同期関係(ビート同期)が成立することはあり得ない。 Therefore, as long as the light projecting element arrays in the relationship of nf1 = f2 or f1 = nf2 (where n = 1 or greater) are driven independently of each other, they are spatially close to each other or are in an opposing relationship. Even if it exists, a periodic and continuous synchronization relationship (beat synchronization) cannot be established.
上記の通り、本発明においては投光側と受光側との間に同期用の回線や、同期専用の光軸を設けることなく、対応する投光素子と受光素子との同期的な作動状態をビート周期において周期的に確立するものである。 As described above, in the present invention, the synchronous operation state between the corresponding light projecting element and the light receiving element can be achieved without providing a synchronization line between the light projecting side and the light receiving side or a synchronization dedicated optical axis. It is established periodically in the beat cycle.
以下、図2〜図9を参照して本発明の好ましい実施形態につき説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図2は実施例における投光側の回路ブロックを示す図である。この図において、基準発振回路1は、セラミック発振子又は水晶発振子を含む基準周波数信号を発生する回路であり、分周及びタイミング回路2は、この基準周波数信号を受けて投光パルス幅tと投光パルス間隔T(図3参照)を生成する分周及びタイミング機能を有する。3は投光パルスを反転するインバータであり、4はこの反転出力をクロックタイミングとして受け取り、投光素子を順次発光させる出力を生ずるシフトレジスタ、5は各投光パルスとシフトレジスタ4からの順次発光用出力とを受けて投光素子列6の各素子を発光させるためのANDゲートである。
FIG. 2 is a diagram showing a circuit block on the light projecting side in the embodiment. In this figure, a
投光素子列6としては、ここでは、LED0、LED1、LED2、LED3からなる4個の発光ダイオードを用いた場合を示すが、勿論この数は設計に応じて自由に定められる。従って、この実施例においては対応する4個のANDゲート5の各々がシフトレジスタ4の、第1〜第4の歩進出力Q0、Q1、Q2、Q3を順次受け取って、分周及びタイミング回路2からの投光パルス時間tと一致したときに、順次これらのLEDが発光する。シフトレジスタ4は、仕様変更の自由度等のため、10進カウンタを用いるが、ここではQ6出力でリセットし、6進カウンタとして機能させる。
Here, a case where four light emitting diodes composed of LED0, LED1, LED2, and LED3 are used as the light projecting element array 6 is shown. Of course, this number is freely determined according to the design. Accordingly, in this embodiment, each of the corresponding four
図3は、図2の投光側回路の各部及びLED発光のタイミングを示すタイミングチャートである。図3において、Pは分周及びタイミング回路2から間隔Tで発せられる時間幅tの投光パルス、Q0、Q1、Q2、Q3は投光パルスPの直後(立下り)から開始し、次の投光パルスPが立下がるまでの時間(間隔Tに等しい)だけ持続する前述した歩進出力であり、Q6はリセットパルスであって、それが発せられた瞬間にシフトレジスタ4がリセットされるため、瞬時に終わることを示している。
FIG. 3 is a timing chart showing each part of the light projecting side circuit of FIG. 2 and LED light emission timing. In FIG. 3, P is a light projection pulse having a time width t emitted from the frequency division and
かくして、LED0、LED1、LED2、LED3は、それぞれシフトレジスタの歩進出力Q0、Q1、Q2、Q3の終期において、投光パルスPと一致した時間t内に発光し、その発光シーケンスを6Tごとに繰り返すことが明らかである。この実施例においては、発光シーケンスの時間幅(投光期間)は投光パルス周期T及びパルス時間幅tを単位とすれば3T+tであり、LED3の発光後3Tが経過してから、次の発光シーケンスが開始、すなわちLED0が発光することとなるが、この休止間隔は便宜的にはTの整数倍として(理論上は任意に)設定することができる。
Thus, LED0, LED1, LED2, and LED3 emit light within the time t that coincides with the projection pulse P at the end of the shift register increment outputs Q0, Q1, Q2, and Q3, and the light emission sequence is performed every 6T. It is clear to repeat. In this embodiment, the time width (light projection period) of the light emission sequence is 3T + t when the light emission pulse period T and the pulse time width t are used as units, and the next light emission is performed after 3T has elapsed after the light emission of the
次に、図4を参照して受光側の実施回路について説明する。図4において、基準発振回路11は投光側の回路1と同様、セラミック発振子又は水晶発振子を含む基準周波数信号を発生する回路であり、分周及びタイミング回路12は、回路11からの基準周波数信号を受けて、ここでの最小時間単位τ(前記投光周期TM1と受光周期TM2との時間差Rcに対応する)、投光側のパルス間隔T=2τと同一時間幅の基準パルス間隔T及びその分周間隔を生成する。受光素子列13は、投光素子列6の各LED素子に対応して配置された4個のフォトダイオードPH0、PH1、PH2、PH3からなり、各フォトダイオードの出力は増幅器列14のAMP0、AMP1、AMP2、AMP3を介してアナログマルチプレクサ15の各入力に接続される。
Next, an implementation circuit on the light receiving side will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the
アナログマルチプレクサ15は分周及びタイミング回路12より、このマルチプレクサ15に供給されたタイミング信号a,b,cによって決定される受光可能期間内に、受光素子列13の各々から受光信号が入力された場合に受光出力dを発生し、これをコンパレータ16に供給する。コンパレータ16はこの入力dが一定の基準値以上であれば真受光出力eを発生し、アップカウンタ17のカウント入力として供給する。アップカウンタ17は四進カウンタであり、分周及びタイミング回路12よりタイミング信号cと同じリセット入力fを受け取る。アップカウンタ17からの四進出力gは、単安定マルチバイブレータ18のリトリガ入力として用いられ、その安定状態Qを表す出力h(ロー)はいずれかの光軸の遮光状態を表し、従ってトリガ出力h(ハイ)は透光状態(物体非検知)を表す。このような状態出力hは出力回路19に供給され、増幅された確実な出力zが生成される。
When the
上記の実施形態における受光側の実際の(投光側と独立した)回路動作を説明する前に、投光側と強制同期はされないが、互いに独立して同一の周期動作を行う場合の不都合について説明する。同一の周期動作とは、まずフォトダイオードPH0、PH1、PH2、PH3による、1光軸目から4光軸目までの各チャンネル間の受光信号取り込み周期を、投光素子の各チャンネル間の投光周期Tと同じくし、且つ4光軸目受光周期から1光軸目受光周期に戻る期間を2Tとしたものである。そこで図5に示すとおり、単安定マルチバイブレータ18のトリガー設定期間を投光側の全体周期6Tより1Tだけ長い7Tとした場合において、投光側の発光タイミングと受光側の受光信号取り込みタイミングが偶然にも同期しているものとする。
Before describing the actual circuit operation (independent of the light projecting side) on the light receiving side in the above embodiment, forcible synchronization with the light projecting side is not performed, but inconvenience when performing the same periodic operation independently of each other explain. The same periodic operation means that the period of receiving light signals between the channels from the first optical axis to the fourth optical axis by the photodiodes PH0, PH1, PH2, and PH3 is the light emission between the channels of the light projecting element. The period is the same as the period T, and the period from the 4th optical axis light receiving period to the 1st optical axis light receiving period is 2T. Therefore, as shown in FIG. 5, when the trigger setting period of the
この例では、受光側の素子PH0は、最初の(A)周期で遮光されていて、次の(B)、(C)周期で入光、更にまた(D)周期で遮光されるものとする。フォトダイオードPH0、PH1、PH2、PH3は、同期/全入光条件であれば、LED0〜LED3の発光信号が受光応答可能なレベルである限り入光するが、相対するLEDの光に最も大きく感応し、斜め横に遠ざかるに従って小さくなる。それが、図4のPH0、PH1、PH2、PH3欄の(A)〜(D)における0,1,2,3のピーク波形の強弱に現れている。
In this example, the light receiving side element PH0 is shielded from light at the first (A) cycle, incident light at the next (B) and (C) cycles, and then from the light at the (D) cycle. . Photodiodes PH0, PH1, PH2, and PH3 are incident as long as the light emission signals of
まず、タイムチャートの周期(A)の部分では、PH0が光軸を遮断されているので、カウンター17ではPH1、PH2、PH3による3カウントしかされず、出力は出ない。周期(B)の部分では、全フォトダイオードの光軸入光となり、カウンター17のQ3出力gが発せられる。このQ3出力gをトリガ信号として単安定マルチバイブレータ18が作動し、出力zが発生する。
First, in the period (A) portion of the time chart, since PH0 is blocked from the optical axis, the
周期(C)の部分でも、全フォトダイオードの光軸入光となり、カウンター17のQ3出力gが発せられ、単安定マルチバイブレータ18がそのまま再トリガ作動する。次の周期(D)では再びPH0が遮光されるため、カウンター17のQ3出力gは発生せず、ほどなく終了する単安定マルチバイブレータ18の7T再トリガ出力がオフになると、出力回路19からの出力zも消滅する。
Even in the period (C), all the photodiodes are incident on the optical axis, the Q3 output g of the
結局、投光側と受光側との同期がとれた状態とは、アナログマルチプレクサ15のタイミング入力Cへのタイミング信号c(ロー)によって規定される受光許容期間内に、光軸一巡用投光パルス列が合致することである。この受光可能期間は(この場合4個の)投光パルス列の一連間隔より僅かに広げてあるが、投光側と強制同期されないで同一の周期動作を行う場合、上記のように投光側と偶然に同期する確率は極めて低く、両側のオン状態がそろった時点で同期しなければ、直ちに別のタイミングで模索しても同期する確率が極めて低いという条件は変わらない。この点に鑑み、本実施例では受光周期信号の受光休止期間を投光パルス列間隔Tの1/2(=τ)だけ異ならしめたことにより、出発点で同期していなくても、一定時間内に必ず同期状態が得られるようにしたものである。
Eventually, the state where the light projecting side and the light receiving side are synchronized means that the light projection pulse train for one round of the optical axis is within a light reception allowable period defined by the timing signal c (low) to the timing input C of the
前述した図4の受光側回路の実施例において、マルチプレクサ15のタイミング入力Aには、分周及びタイミング回路12より、この場合、5.5T時間、即ちT時間ごとのロー/ハイによる5Tと、1/2T=τ時間のハイからなる受光周期信号の基本タイミングaが供給され、タイミング入力Bには基本タイミングa中のT≦b<2T時間内のロー/ハイ持続信号にのみ応答する二分周ロー/ハイ信号(前記不等式中のb)が供給され、タイミング入力Cには基本タイミングaと、前記した変則的な二分周ロー/ハイ信号bとを合成して4Tからなる受光許容期間(ロー)と1.5Tからなる受光休止期間(ハイ)とが交互に現れる受光周期信号が供給される。
In the embodiment of the light receiving side circuit of FIG. 4 described above, the timing input A of the
このような受光周期信号は投光周期信号とは独立した位相と、明らかに異なった時間長を有するものである。なお、受光休止期間を1.5Tとせず、投光休止期間2Tより0.5T長い2.5Tとしてもよいし、別の任意の時間幅差を与えてもよいことは前述したとおりである。 Such a light reception period signal has a phase independent of the light projection period signal and a time length clearly different. As described above, the light reception pause period may not be 1.5T but may be 2.5T longer by 0.5T than the light projection pause period 2T, or another arbitrary time width difference may be given.
図6は図4の受光側回路によって生成されるタイムチャートであり、フォトダイオードPH0、PH1、PH2、PH3は、すべて入光状態にあるものとする。このタイムチャートの最初の周期(E)では受光信号とマルチプレクサ15に伝達される受光許容期間cローとが一致しないため、マルチプレクサ15からの受光信号dとしては3光軸分しか取出せない。ところが、受光休止期間が1.5Tで投光休止期間2Tより0.5Tだけ短いため、周期(F)、(G)では4光軸の受光信号とマルチプレクサ15のタイミングが合い、各受光許容期間cロー内において4光軸分の受光信号d,eをとりだすことができる。
FIG. 6 is a time chart generated by the light receiving side circuit of FIG. 4, and it is assumed that the photodiodes PH0, PH1, PH2, and PH3 are all in the light incident state. In the first period (E) of this time chart, the light reception signal and the light reception allowable period c low transmitted to the
しかし、次の周期(H)ではタイミングがずれ、4光軸の最後PH3受光信号は受光休止期間cハイに重なるため、マルチプレクサ15からの受光出力dのピークは出なくなる。従って、カウンター17のQ3出力gは発生せず、単安定マルチバイブレータ18は再トリガされない。この場合、単安定マルチバイブレータ18は直前の周期(G)におけるカウンター17のQ3出力gで再トリガされているため、その時点からトリガ設定期間だけ物体不存在状態を表すハイ状態を持続することになる。
However, in the next period (H), the timing is shifted and the last PH3 light reception signal of the four optical axes overlaps with the light reception pause period c high, so that the peak of the light reception output d from the
本発明によれば、単安定マルチバイブレータ18のトリガ設定期間を、投光周期6T=12τより定まる整数N1=12と、受光周期5.5T=11τより定まる整数N2=11との最小公倍数N=132にN1=12を加えた時間数144[τ]、従って光軸間周期Tの72倍とする。すなわち、ある位相関係において重複する所定の投光周期6Tと所定の受光周期5.5Tは、 (N/2)T=66T後に、その位相関係を必ず再現することになり、図6で言えば、略同期した周期(F)、(G)と同じ状態の周期が現れることになる。
According to the present invention, the trigger setting period of the
ここで、図6の周期(G)における略同期状態は4光軸目がかろうじて受光許容期間cロー内に残存していたものであり、僅かな差で周期(F)のみしか実質同期していなかった場合も十分に起こり得る。このような(周期Gで再トリガされていない)場合において、単安定マルチバイブレータ18のトリガ設定期間を(N/2)T=66Tとして、次の特定位相周期(F’≒F)に安定状態(ロー)に戻すと、この復帰時とカウンター17のQ3出力gとが重複してチャタリングが生じやすくなる。従って、上記の通り単安定マルチバイブレータ18のトリガ設定期間を (N/2)T=66Tに(N1)T/2=6Tだけ加えて72Tとしたものである。
Here, the substantially synchronized state in the period (G) in FIG. 6 is that the fourth optical axis barely remains in the light reception allowable period c low, and only the period (F) is substantially synchronized with a slight difference. If not, it can happen well. In such a case (not retriggered in period G), the trigger setting period of the
物体非検知でトリガされた状態を72T持続していく間に、その終了直前の周期(66T経過)で順当に投光側と受光側が同期すると、この時やはり物体非検知であれば、単安定マルチバイブレータ18は再トリガされ、更にこの状態を72T持続しようとする。逆にこの時、物体を検知してトリガされなければ、単安定マルチバイブレータ18は待機状態となり、順当には66Tごとに訪れる投/受光同期サイクルにおいて物体非検知(全光軸受光)となれば、前述のようにして単安定マルチバイブレータ18がトリガされることになる。
While the state triggered by object non-detection continues for 72T, if the light-emitting side and the light-receiving side synchronize properly in the cycle immediately before the end (66T elapses), if the object is not detected at this time, it is monostable. The
以上述べた例においては、図3のように各光軸間の周期を一定の値Tとし、最後の光軸から第1の光軸に戻る間隔を3Tとした。図7は図3のタイミングパルス信号tとシフトレジスタ4の歩進出力Q0〜Q3とから,実施例におけるLED発光タイミングを作図したものであり、光軸数4において発光パルス時間t=2μ[秒]、T=10μ[秒]としたものである。
In the example described above, the period between the optical axes is set to a constant value T as shown in FIG. 3, and the interval from the last optical axis to the first optical axis is set to 3T. FIG. 7 shows the LED light emission timing in the embodiment from the timing pulse signal t of FIG. 3 and the step outputs Q0 to Q3 of the
上記の時間数値を採用した場合、応答速度は
・ 10μ×66(=6T×11)=660μ[秒]
となる。しかし、実用的にはノイズ対策のため、3回連続して入光と認められたときのみ出力オンとし、逆に3回連続して遮光と認められたときのみ出力オフとする。従って、実応答速度は660μ×3=1.986[ミリ秒]となり、十分高速な検査ライン等に対処することができる。
When the above time value is adopted, the response speed is: 10μ × 66 (= 6T × 11) = 660μ [sec]
It becomes. However, practically, for noise countermeasures, the output is turned on only when the light is continuously received three times, and the output is turned off only when the light is continuously blocked three times. Accordingly, the actual response speed is 660 μ × 3 = 1.986 [milliseconds], and it is possible to cope with a sufficiently high-speed inspection line or the like.
上記実施例の変形として、各光軸間の周期をそれぞれ異ならせてもよい。図8に示す例では、第1の周期Tに対し、第2の周期T1はその1.5倍、第3の周期T2は2.0倍とし、更に第1周期への復帰時間をTとしたものである。図7の基本例と同様、この変形例においても投光パルスを時間幅tの矩形波又は略矩形波としたが、図9に示すように投光波形Wを、高周波数でオン/オフを繰り返すバースト波としてもよい。 As a modification of the above embodiment, the periods between the optical axes may be different. In the example shown in FIG. 8, the second period T1 is 1.5 times that of the first period T, the third period T2 is 2.0 times, and the return time to the first period is T. It is a thing. Similar to the basic example of FIG. 7, in this modified example, the light projection pulse is a rectangular wave or a substantially rectangular wave having a time width t, but the light projection waveform W is turned on / off at a high frequency as shown in FIG. It may be a repeated burst wave.
以上述べたとおり、本発明における多光軸光電スイッチの「ビート同期」とは、投光側からのパルス列による投光を独立して検波・受光する受光側が、投光周期TM1=1/f1、受光周期TM2=1/f2において生ずるビート周波数fb=f1〜f2の関係より得られたビート周期1/fb=αTM1=βTM2内で、少なくとも1回(1期間)だけは一致受光する現象を利用して同期作動させるものである。
As described above, “beat synchronization” of the multi-optical axis photoelectric switch in the present invention means that the light receiving side that independently detects and receives the light projection by the pulse train from the light projecting side is the light projecting period TM1 = 1 / f1, The phenomenon of coincident light reception at least once (one period) within the
従って、本発明においては投光側と受光側との間に同期用の回線や、同期専用の光軸を設けることなく、対応する投光素子と受光素子との同期的な作動状態をビート周期において周期的に確立するものであるため、回路構成が簡単で低コストで製造可能である。 Therefore, in the present invention, the synchronous operation state between the corresponding light projecting element and the light receiving element is set to the beat cycle without providing a synchronization line between the light projecting side and the light receiving side or an optical axis dedicated for synchronization. Therefore, the circuit configuration is simple and can be manufactured at low cost.
逆に、nf1=f2、あるいはf1=nf2(但し、n=1以上の整数)の関係にある投光素子列が互いに独立して駆動される限り、両者が空間的に近接し、又は対向関係にあったとしても周期的且つ持続的な同期関係(ビート同期)は、絶対に成立しないと言う条件を利用して、近接しながらも互いに独立したビート同期関係を維持しなければならない輻輳した複数対の光電スイッチ系を設置できる等、その産業上の利用価値は極めて高いものがある。 On the contrary, as long as the light projecting element arrays in the relationship of nf1 = f2 or f1 = nf2 (where n = 1 or greater) are driven independently from each other, the two are spatially close to each other or are opposed to each other Even if it is, the periodic and continuous synchronization relationship (beat synchronization) is a congested multiple that must maintain a beat synchronization relationship that is independent of each other while being close by using the condition that it never holds The industrial utility value is extremely high, such as the installation of a pair of photoelectric switch systems.
P 投光パルス
La 投光期間
Lb 投光休止期間
Ra 受光期間
Rb 受光休止期間
Rc 蓄積時間
TM1 投光周期
TM2 受光周期
1 基準発振回路
2 分周及びタイミング回路
3 インバータ
4 シフトレジスタ
5 ANDゲート
6 投光素子列
LED0、LED1、LED2、LED3 発光ダイオード
11 基準発振回路
12 分周及びタイミング回路
13 受光素子列
PH0、PH1、PH2、PH3 フォトダイオード
14 増幅器列
15 アナログマルチプレクサ
16 コンパレータ
17 アップカウンタ
18 単安定マルチバイブレータ
19 出力回路
P Light emission pulse La Light emission period Lb Light emission pause period Ra Light reception period Rb Light reception pause period Rc Storage time TM1 Light emission period TM2
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