JP2010513897A - 物体検出器装置および方法 - Google Patents

Abstract

物体検出器装置を提供する。前記物体検出器装置は、繰り返し運動を有する物体から信号を受信するように構成された受信機であって、前記信号は前記物体の前記繰り返し運動の周波数に依存した周波数で繰り返すことを特徴とする受信器を備える。前記物体検出器装置は、前記受信器で受信した信号を、サンプリング・パラメータの第１の組によって、第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングし、前記第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいた出力を発生するように構成されている解析器を更に備える。前記解析器はまた、前記受信器で受信した信号を、サンプリング・パラメータの前記第１の組とは異なるサンプリング・パラメータの第２の組を用いて、第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングし、前記第２のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて出力を発生するように動作可能である。

Description

本発明は、物体の存在を検出する物体検出器装置と方法に関し、特に、本発明は、回転している切削工具のような繰り返し運動を有する物体の存在を検出するための物体検出器装置に関する。

繰り返し運動を有する物体は、物体からの信号を受信する検出器デバイスによって検出出来る。例えば、検出器デバイスは、信号をデータのパターンとして記録し、記録されたデータのパターンと以前に記録されたデータのパターンとを比較することが出来る。記録されたデータのパターンと以前に記録されたデータのパターンとの間に相関があれば、そのとき、検出器デバイスは、物体が検出されたと判定することが出来る。回転している切削工具を検出するためのこのような検出器デバイスは、特許文献１に記述されている。

しかしながら、このような既知の検出器デバイスでは、検出すべき物体の運動は、特定の、所定の周波数で繰り返すことが必要である。

国際公開第０６／０２７５７７号パンフレット

ある範囲の異なる周波数に亘って物体を検出することが出来ることが重要であることがある。或る状況では、物体を１つの特定の所定の周波数で繰り返させることが可能ではないか、または望ましくないという理由のためである。

更に、たとえ物体の運動を所要の周波数で繰り返させることが可能であったとしても、物体は、通常は異なる周波数で動作するはずである。従って、検出できるように物体の動作周波数を変化させる間の遅延が存在するであろう。また、物体の速度をその正常な動作周波数に戻すのにも遅延が存在するであろう。

従って、一態様では、本発明は、繰り返し運動を有する物体からの信号を受信するように構成された受信器であって、信号が、物体の繰り返し運動の周波数に依存している周波数で繰り返している受信器と、受信器によって受信された信号をサンプリング・パラメータの第１の組によって、第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングし、第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて出力を発生するように構成された解析器とを備え、解析器は、受信器によって受信された信号を、サンプリング・パラメータの第１の組とは異なるサンプリング・パラメータの第２の組を用いて、第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングし、第２のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つ以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて出力を発生するように動作することを特徴とする物体検出器装置を提供する。

受信器によって受信された信号を、少なくとも２つの異なるサンプリング・パラメータを用いてサンプリングすることが出来るということは、物体検出器装置が、運動の少なくとも２つの異なる周波数での繰り返し運動で動く物体を検出することが出来るようにする。例えば、物体が回転している物体であれば、このときは、本発明は、物体検出器装置が、回転している物体を少なくとも２つの異なる回転速度で検出できるようにする。従って、本発明は、現行の物体検出器装置よりもより広い範囲の繰り返し運動周波数で用いることが出来る。更に、検出のために物体の繰り返し運動の周波数を変えねばならないときは、周波数を変える際の遅延を、１つの特定の周波数で繰り返して動いている物体を検出することが出来る物体検出器装置よりも少なくすることが出来る。

繰り返し運動は、回転運動であってもよい。例えば、物体検出器装置は、回転している物体からの信号を受信し、信号は、物体の回転速度に依存する周波数で繰り返すことを特徴とするように構成することが出来る。繰り返し運動は、往復運動であってもよい。例えば、物体検出器装置は、振動する物体からの信号を受信し、信号は、振動の周波数に依存する周波数で繰り返すことを特徴とするように構成することが出来る。物体は、直線的に振動していてもよい。物体は、軸の周りに振動していてもよい。代替として、物体は、軸に沿って振動していてもよい。

少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組のデータは、過去に使われたデータであってもよい。当然のことながら、過去に使われたデータは、物体検出器装置の動作の前に記録され、蓄積されたデータとすることができる。この場合、少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組は、所定の周波数で繰り返し運動をしている物体を表すデータを含むことが出来る。これは、物体検出器装置の動作中は、物体を検出するために記録される必要があるのは、サンプリングされたデータの１組だけであるので、物体の迅速な検出を可能にする。

好適には、少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組の中のデータは、サンプリングされたデータの組の中の信号をサンプリングするほぼ直前に、受信器によって受信された信号のサンプリングされたデータである。従って、物体を検出するために物体検出器装置の動作中は、少なくとも２つのサンプリングされたデータの組が記録される必要がある。すなわち、少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組が記録される必要があり、次に第１の（または第２の）データの組が記録される必要がある。物体検出器装置が、過去に使われたデータを蓄積するための容量を持つ必要はないので、これは有利である。更に、物体検出器装置が、動作の前に物体が作り出すデータのパターンを知る必要はない。

第１のサンプリングされたデータの組と比較される少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組は、第２のサンプリングされたデータの組と比較される少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組と同じであってもよい。例えば、少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組が過去に使われたデータであるときに、第１と第２のサンプリングされたデータの組は次いで、共に、２つのうちのどちらかが過去に使われたデータと整合するかどうかを見るために同一の過去に使われたデータとすることが出来る。

好適には、第１のサンプリングされたデータの組が比較される少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組は、第２のサンプリングされたデータの組が比較される少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組と異なる。特に、好適には、データを少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組にサンプリングするために用いられたサンプリング・パラメータは、信号を、以前にサンプリングされたデータの組と比較されるサンプリングされたデータの組にサンプリングするために用いられるサンプリング・パラメータと同じである。従って、好適には、第１のデータの組が、少なくとも１つの第１の以前にサンプリングされたデータの組と比較され、かつ、第２のデータの組が、少なくとも１つの第１の以前にサンプリングされたデータの組とは異なる、少なくとも１つの第２の以前にサンプリングされたデータの組と比較される。

第１のサンプリングされたデータの組へサンプリングされた信号と第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングされた信号とは同じ信号であってよい。例えば、第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングされた信号は、第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングされた信号と同じ物体から受信したものであってよい。

更に、第１のサンプリングされたデータの組へサンプリングされた信号は、第２のデータの組へサンプリングされた信号と同じ時間帯に亘ってとられた同じ信号であってもよい。従って、解析器は、受信器によって受信された信号を第１のサンプリングされたデータの組へサンプリングし、および信号を第２のサンプリングされたデータの組へサンプリングするように構成することが出来る。第１および第２のデータの組への信号のサンプリングは、ほぼ同時に行うことが出来る。解析器は、それ故に、異なる２組のサンプリング・パラメータを用いて並行して物体から受信した信号を解析することが出来る。

解析器は、受信器に結合してよい。解析器と受信器とは、単一のユニットとして実現することが出来る。随意に、解析器は、受信器とは別のユニットとして、受信器との通信が出来る状態で供給することが出来る。

解析器は、アナログ信号処理回路網を備えてよい。随意的に、解析器は、ディジタル信号処理回路網を備えてよい。当然のことながら、解析器は、アナログおよびディジタル信号処理回路網の両方を備えてもよい。解析器は、ハード・ワイヤードであってもよい。随意的に、解析器は、プログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）のようなプログラマブル・ロジック、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル・アレイ・ロジック（ＰＡＬ）、およびアンコミッテッド・ロジック・アレイ（ＵＬＡ）のようなプログラムド・ゲート・アレイ（ＰＧＡ）を備えてもよい。解析器の少なくとも一部は、例えば、プロセッサのように電子回路網上を走るソフトウェア経由で実装してもよい。適当なプロセッサは、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のようなマイクロ・プロセッサと、プログラマブル・インテリジェント・コンピュータ（ＰＩＣ）マイクロコントローラのようなマイクロコントローラとを含む。

解析器は、受信器によって受信された信号をサンプリングするためのサンプラーを備えてもよい。解析器は、サンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組とを比較するための比較器を備えてもよい。解析器は、第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも第２のサンプリングされたデータの組とをサンプリングするための個別のサンプラーを備えてもよい。解析器は、第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも第２のサンプリングされたデータの組との比較をするための個別の比較器を備えてもよい。随意的に、同じサンプラーと比較器を、サンプリングされたデータの組の各々をサンプリングして比較するために用いることが出来る。当然のことながら、サンプラーと比較器とは、アナログまたはディジタル回路網またはその組み合わせ、または、実際、以前に言及したタイプの回路網のいずれかであってよい。特に、サンプラーと比較器とは、サンプリングおよびサンプリングされたデータの組を比較するために構成されたプロセッサによって供給することが出来る。

解析器は、信号を第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングするために構成された第１の回路網、および、第１の回路網と並行して動作し、信号を第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングするように構成された第２の回路網を備えることが出来る。各々のサンプリング・パラメータによって信号をサンプリングする個別の回路網は、第１のサンプリングされたデータの組と第２のサンプリングされたデータの組とを発生する異なるサンプリング・パラメータを用いて信号をサンプリングするステップを交互にする単一の回路よりもより効率的に動作することが出来る。当然のことながら、第１の回路網と第２の回路網とは、アナログまたはディジタル回路網、またはその組み合わせ、または、実際、以前に言及したタイプの回路網のいずれかであってよい。好適には、第１の回路網は第１のプロセッサであり、第２の回路網は、第２のプロセッサである。

好適には、第１の回路網は、第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組とを比較して、比較に基づいて出力を発生するように構成される。好適には、第２の回路網は、第２のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組とを比較して、比較に基づいて出力を発生するように構成される。比較のために異なる回路網を用いることは、第１のデータの組および第２のデータの組と、少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較を交互にするような単一の回路を持つ場合に比べて遥かに効率がよい。

好適には、解析器は、第１のサンプリング・パラメータと第２のサンプリング・パラメータとは異なるサンプリング・パラメータの少なくとも第３の組を用いて、受信器によって受信した信号を、少なくとも第３のサンプリングされたデータの組にサンプリングし、少なくとも第３のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて出力を発生するように動作できる。解析器が用いることが出来るサンプリング・パラメータの組が多ければ多いほど、検出可能な繰り返し運動の異なる周波数を持つ物体の数は多くなる。

より好適には、解析器は、信号を第３のデータの組にサンプリングするように構成された少なくとも第３の回路網を備える。好適には、第３の回路網は、第３のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組とを比較し、比較に基づいて出力を発生するように構成される。

好適には、解析器は、第１のデータの組および第２のデータの組とそれらのそれぞれの以前にサンプリングされたデータの組との比較のいずれか１つまたは全てが、物体が検出されたことを示す出力信号をもたらすときに、物体検出信号を出力するように構成される。従って、サンプリング・パラメータの１つが物体の繰り返し運動の周波数で動いている物体を検出するために適当である限り、物体検出信号は出力される。より好適には、解析器は、第１の回路網と第２の回路網からの出力のＯＲ出力を出すＯＲゲートを備える。

第２のサンプリングされたデータの組へサンプリングされた信号は、第１のデータの組へサンプリングされた信号とは異なる信号であってもよい。特に、第２のサンプリングされたデータの組へサンプリングされた信号は、第１のデータの組へサンプリングされた信号に引き続いて、受信器によって受信された信号であってもよい。第２のサンプリングされたデータの組へサンプリングされた信号と第１のデータの組へサンプリングされた信号とは、同じ物体からであってもよい。随意的に、第２のサンプリングされたデータの組へサンプリングされた信号と第１のデータの組へサンプリングされた信号とは、異なる物体からであってもよい。

これは、物体検出器装置を、第１の周波数をもって運動している物体を第１に検出するように構成し、つぎに、引き続き、異なる第２の周波数をもって運動している物体を検出するように構成することを可能にするので有利である。第２の周波数を持つ物体は、第１の周波数で運動している物体と同じ物体であってもよいし、異なる物体であってもよい。それ故に、一度に１つの信号をサンプリングして処理する単一の回路だけを用いて、異なる周波数で動作している同じまたは異なる物体を検出することが可能である。

解析器は、信号を第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングし、引き続き、信号を第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングするように構成された回路網を備えることが出来る。

解析器は、サンプリング・パラメータの異なる所定の組を次々と繰り返してもよい。解析器は、物体が検出されたことを示す出力が解析器によって発生されるまで、サンプリング・パラメータの異なる所定の組を繰り返してもよい。例えば、解析器は、第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較の結果が、物体が検出されたことにならない場合のみ、受信器によって受信した信号を、サンプリング・パラメータの第２の組を用いてサンプリングするように構成してもよい。これは、並列処理をする必要なく、複数の可能な周波数の中の１つをもって運動する物体の自動検出を可能にする。

物体検出器装置は、サンプリング・パラメータの第１の組と第２の組の少なくとも１つを設定できる入力機構を備えることが出来る。これは、物体検出器装置が動作する前にサンプリング・パラメータを判定しておく必要はないので有利と成り得る。更に、これは、サンプリング・パラメータを物体検出器装置の動作中に変えられるようにする。

入力機構は、利用者が、手動でサンプリング・パラメータの第１の組と第２の組の少なくとも１つを入力することが出来るような利用者入力デバイスを備えることが出来る。

好適には、入力機構は、物体の繰り返し運動の周波数を判定するために動作するフィードバック・デバイスを備える。好適には、入力機構および解析器の少なくとも１つは、物体の繰り返し運動の判定された周波数に基づいて、サンプリング・パラメータの第１の組と第２の組の少なくとも１つを判定するように構成される。これは、解析器が、物体の運動の周波数で運動しているところの物体を首尾よく検出するのに必要な正しいサンプリング・パラメータを自動的に採用することが出来るので有利である。

フィードバック機構は、物体の運動の周波数を示す、物体を駆動している機械からの信号を受信するように構成されてもよい。

随意的に、フィードバック機構は、物体の運動の周波数を検出するように構成されてもよい。フィードバック機構は、受信器によって受信したマーカ信号の周波数を判定するように構成されてもよい。マーカ信号は、物体または物体を繰り返しの運動で動かす機械の一部分のどちらかの上のマーカによって作られてもよい。フィードバック機構は、マーカ信号の判定された周波数から繰り返し運動の周波数を計算するように構成されてもよい。好適には、マーカ信号は光信号である。当然のことながら、任意の所定の数のマーカが提供されてもよい。好適には、マーカは、物体の繰り返し運動のサイクル毎に１つのマーカ信号（例えば、回転または振動ごとに１つのマーカ信号)を提供するように構成される。

好適には、解析器は、フィードバック機構を備える。好適には、受信器は、マーカ信号を受信するように構成される。より好適には、解析器は、解析器が、受信器によって受信した信号を解析して物体の存在を判定する物体検出モードと、解析器が、受信器によって受信した信号を解析して物体の運動の周波数を判定するフィードバック・モードとで選択的に動作するように構成される。

マーカ信号は、受動的マーカ特徴物によって作られてもよい。例えば、マーカ特徴物は、光信号を反射してもよい。光信号は、赤外から紫外の範囲の任意の信号であってよい。好適には、光信号は、可視の信号である。光信号は、周辺光の反射でもよい。随意的に、物体検出器装置は、反射されるべき光信号を送信する光信号源を備えてもよい。マーカ信号は、能動的マーカ特徴物によって作られてもよい。例えば、マーカ特徴物は、光を送信してもよい。例えば、マーカ特徴物は、ＬＥＤであってもよい。

サンプリングされたデータの組は、各々が受信器によって受信した特定の時点での信号の特性を表す複数のデータ・エントリを備えることが出来る。好適には、特性は、受信器によって受信した信号の強度である。好適には、信号のサンプルは、サンプリングされたデータの組の１つのデータ・エントリに対応する。

好適には、サンプリング・パラメータは、サンプリング速度を含む。従って、好適には、第１のデータの組へサンプリングされた信号は、信号が第２のデータの組へサンプリングされる速度とは異なる速度でサンプリングされる。好適には、サンプリング速度は、一定の時間の間にとられるサンプルの数である。

物体が回転しているときは、好適には、所定の回転速度をもつ物体を検出するためのサンプリング速度は、物体の１回転の間にすべての数のサンプルがとられるようなものである。好適には、所定の回転速度をもつ物体を検出するためのサンプリング速度は、物体の各回転の間に３６以下のサンプルが取れるようなものであり、より好適には、２４以下の、特に好適には、１２以下のサンプルが取れることである。好適には、所定の回転速度をもつ物体を検出するためのサンプリング速度は、物体の各回転の間に６以上のサンプルが取れるようなものである。

サンプリング・パラメータは、サンプリングされたデータの組の中のデータ・エントリの数を含むことが出来る。好適には、サンプリングされたデータの組には３６以下のデータ・エントリが存在し、より好適には、サンプリングされたデータの組に２４以下のデータ・エントリが存在し、特に好適には、サンプリングされたデータの組に１２以下のデータ・エントリが存在する。好適には、サンプリングされたデータの組に６以上のデータ・エントリが存在し、特に好適には、サンプリングされたデータの組に１０以上のデータ・エントリが存在する。最も好適には、サンプリングされたデータの組に１２のデータ・エントリが存在する。

サンプリング・パラメータは、第１のサンプリングされたデータの組と第２のサンプリングされたデータの組とが比較されるところの、多くの以前にサンプリングされたデータの組を含むことが出来る。そのとき必要な相関の数が大きいほど、解析器の信頼性が大きくなるが、解析器から出力を得るのにかかる時間が長くなる。

サンプリングされたデータが比較されるところの、以前にサンプリングされたデータの組の最適数は、物体の繰り返し運動の周波数に依存することが出来る。周波数が高いほど、所定の時間間隔の間に記録される以前にサンプリングされたデータの組の数は多くなる。

サンプリングされたデータが比較される、以前にサンプリングされたデータの組の最適数は、物体検出器装置の動作環境に依存することが出来る。動作環境が汚いほど、そのとき、物体が偶然に検出されるのを避けるために、必要であるデータの組は多くなる。

好適には、サンプリングされたデータの組は、少なくとも２つの以前にサンプリングされたデータの組と比較される。或る状況では、好適には、サンプリングされたデータの組は、少なくとも３つの以前にサンプリングされたデータの組と比較され、より好適には、少なくとも４つの以前にサンプリングされたデータの組と比較される。好適には、サンプリングされたデータの組は、８個以下の以前にサンプリングされたデータの組と比較され、より好適には、６個以下の以前にサンプリングされたデータの組と比較され、特に好適には、５個以下の以前にサンプリングされたデータの組と比較される。

好適には、解析器は、清潔環境モードと汚染環境モードのどちらかで動作することが出来る。好適には、汚染環境モードでサンプリングされたデータが比較される、以前にサンプリングされたデータの組の数は、清潔環境モードの場合のそれの２倍である。

サンプリング・パラメータは、解析器が動作するのは清潔環境モードであるか汚染環境モードであるかを含むことが出来る。物体の傍に削り屑や液体などの汚染物がありそうな場合には、オペレータは解析器を汚染環境モードで動作するように設定したいと望むこととなる。例えば、これは、物体が冷却剤を浴びせられるときの場合のこととなる。

好適には、サンプリングされたデータの組は、バイナリ・データを含む。サンプリングされたデータの組の各データ・エントリは、任意の数のビットを含むことが出来る。随意的に、２ビット以上のデータを各データ・エントリに蓄積できる。そのような場合には、受信器での信号の強度を記録することが出来るだろう。好適には、サンプリングされたデータの組の各データ・エントリは、１ビットだけのデータを含む。従って、データの各セクションは２つの値の１つだけを持つことが出来る。これは、３つ以上の考えられる値を比較しなければならない場合より比較するのが簡単である。

好適には、サンプリングされたデータの組の中の各データ・エントリは、解析器によってとられた１つのサンプルを表す。好適には、サンプリングされたデータは、スクロール式に第１と第２のデータの組に加えられる。好適には、解析器は、サンプリングされたデータをサンプリングされたデータの組の１端に加えるように構成される。好適には、サンプリングされたデータの組が一杯の場合は、解析器は、新しくサンプリングされたデータが加わる都度、最も古いサンプリングされたデータをサンプリングされたデータの組から取り除くように構成される。好適には、第１と第２のサンプリングされたデータの組は、最初に入ったものは最初に出るという規則を守る。

好適には、サンプリングされたデータの組から取り除かれる最古のサンプリングされたデータは、少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組に動かされる。従って、好適には、以前にサンプリングされたデータの組は、そのそれぞれの第１と第２のサンプリングされたデータの組から取り除かれたデータで満たされる。

Ｘがサンプリングされたデータの組の中のデータ・エントリの数を表すとして、Ｘ個のサンプルがとられる毎に、第１のサンプリングされたデータの組と第２のサンプリングされたデータの組は、それらの以前にサンプリングされたデータの組と比較することが出来る。この場合、サンプリングされたデータの組の中のデータが新しいデータと完全に置き換わる毎に、比較が行われる。

第１のサンプリングされたデータの組と第２のサンプリングされたデータの組は、そのそれぞれの少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組と、より高頻度で比較することが出来る。好適には、少なくとも（Ｘ−１）個のサンプルがとられる毎に、第１のサンプリングされたデータの組と第２のサンプリングされたデータの組とが、そのそれぞれの少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組と比較される（ここでＸは、サンプリングされたデータの組の中のデータ・エントリの数を表す。)。

より好適には、第１のサンプリングされたデータの組と第２のサンプリングされたデータの組が、新しいサンプルがサンプリングされたデータの組に加わる毎に、そのそれぞれの少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組と比較される。従って、第１のデータの組と第２のデータの組とが、そのそれぞれの少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組と比較される速度は、サンプリング速度と同じにすることが出来る。

これは、第１のサンプリングされたデータの組と第２のサンプリングされたデータの組の中の、 および／またはそのそれぞれの少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組の中の誤りビットの迅速な削除を可能にする。誤りビットは、物体の特徴物を検出したことを不正確に示すビットとすることが出来る。そのような誤りビットは、例えば、電子回路における不正確さによって、または、物体の特徴物のように見える汚れの検出によって引き起こされる可能性がある。

好適には、受信器は、電磁波（ＥＭＲ）を受信するために構成される。 従って、好適には、受信器は、ＥＭＲ受信器を備える。好適には、受信器は、物体から光信号を受信するように構成される。従って、好適には、受信器は、光受信器を備える。光信号は、赤外から紫外までの範囲の任意の信号であってよい。好適には、光信号は、可視の信号である。光信号は、反射された周辺光であってもよい。当然のことながら、適当な光受信器は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、イメージ・センサ、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、および相補的金属−酸化膜―半導体（ＣＭＯＳ）検出器を含む。

好適には、物体検出器装置は、信号を送信するように構成された送信器を備える。この場合、受信器によって受信した信号は、好適には、送信された信号の少なくとも部分反射である。当然のことながら、物体によって反射された信号の全てが、受信器によって検出されるとは限らず、信号のいくらかは、散乱され、受信器では検出できないこととなる。好適には、送信器は、光信号を送信するように構成される。より好適には、送信器は、レーザ・ビームを送信するように構成される。当然のことながら、適当な光送信器は、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザ・ダイオードのような様々な光源を含む。

送信器と受信器は、独立に操作可能な個別のユニット内にあってもよい。好適には、送信器と受信器は、単一のユニットの中にある。

受信器は、物体から反射された光信号の強度を判定するために構成することが出来る。好適には、送信器は、物体から反射される光信号の判定された強度に応じて、送信器から放出される光信号の強度を制御するように構成される。好適には、物体から反射される光の判定された強度が所定の閾値の上であるときは、送信器は、送信器から放出される光信号の強度を低減するように構成される。好適には、物体から反射された光の判定された強度が所定の閾値以下のときは、送信器は、送信器から放出される光信号の強度を増加させるように構成される。

物体は、切削工具であってもよい。例えば、物体は、ドリルビットであってもよい。

好適には、サンプリングされたデータの組のデータ・エントリの全てが同じ値を持つときには、解析器は、物体が検出されたことを示す信号を出力しないように構成される。

本発明の第２の態様によれば、繰り返し運動を有する物体からの信号を受信するように構成された受信器であって、信号は物体の繰り返し運動の周波数に依存している周波数で繰り返している受信器と、サンプリング・パラメータの第１の組によって信号を第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングし、第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて第１の出力信号を発生し、サンプリング・パラメータの第１の組とは異なるサンプリング・パラメータの第２の組を用いて、同時に信号を第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングして、第２のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて第２の出力信号を発生するように構成された解析器とを備えた物体検出器装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、繰り返し運動を有する物体からの信号を受信するように構成された受信器であって、信号は物体の繰り返し運動の周波数に依存している周波数で繰り返している受信器と、サンプリング・パラメータの第１の組によって受信器によって受信した第１の信号をサンプリングして、第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて第１の出力信号を発生するように構成された解析器であって、サンプリング・パラメータの第１の組とは異なるサンプリング・パラメータの第２の組により、第１の信号に引き続いて受信器によって受信した第２の信号を引き続きサンプリングして、第２のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて第２の出力信号を発生するように構成可能な解析器とを備えた物体検出器装置が提供される。

本発明の第４の態様によれば、繰り返し運動を有する物体からの信号を受信するように構成された受信器であって、信号は物体の繰り返し運動の周波数に依存している周波数で繰り返す受信器と、サンプリング・パラメータの第１の組によって信号を第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングし、第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされているデータの組との比較に基づいて第１の出力信号を発生するように構成された解析器と、サンプリング・パラメータの第１の組が解析器へ入力できるような入力機構とを備えた物体検出器装置が提供される。

随意的に、入力機構は、利用者が手動でサンプリング・パラメータの第１の組を入力できるように構成することが出来る。

随意的に、入力機構は、利用者が手動で物体の繰り返し運動の周波数を入力できるように構成することが出来る。この場合、入力機構と解析器の少なくとも１つを、利用者によって入力された物体の繰り返し運動の周波数に基づいてサンプリング・パラメータの第１の組を判定して設定するように構成することが出来る。

好適には、入力機構は、物体の繰り返し運動の周波数を判定するように動作できるフィードバック機構を備える。入力機構と解析器の少なくとも１つを、物体の繰り返し運動の判定された周波数に基づいてサンプリング・パラメータの第１の組を判定して設定するように構成することが出来る。

フィードバック機構を、物体の繰り返し運動の周波数を示す、物体を駆動している機械からの信号を受信するように構成することが出来る。フィードバック・デバイスを、そのような信号を連続して受信し、物体の繰り返し運動の周波数の変化に合わせてサンプリング・パラメータの第１の組を連続して計算するように構成してもよい。

フィードバック機構を、物体の繰り返し運動の周波数を検出するように構成してもよい。フィードバック機構は、受信器によって受信したマーカ信号の周波数を判定してもよい。マーカ信号を、物体または物体を繰り返しの様式で動かす機械の一部分のどちらかの上のマーカによって作ってもよい。フィードバック機構は、つぎに、マーカ信号の判定された周波数から繰り返し運動の周波数を計算してもよい。

好適には、解析器は、フィードバック機構を備える。好適には、受信器は、マーカ信号を受信するように構成される。より好適には、解析器は、解析器が受信器によって受信した信号を解析して物体の存在を判定する物体検出モードと、解析器が受信器によって受信した信号を解析して物体の運動の周波数を判定するフィードバック・モードとで選択的に動作するように構成される。好適には、物体検出器装置は、解析器が物体検出モードとフィードバック・モードとの間を選択的に切り替えることを可能にするモード選択器を備える。好適には、モード選択器は、利用者によって操作できる。これは、例えば、物体検出器装置上のスイッチ経由、または、例えば、コンピュータのプログラム経由としてもよい。

好適には、マーカ信号は、光信号である。マーカ信号を、受動的なマーカ特徴物によって作ってもよい。例えば、マーカ特徴物は、光信号を反射してもよい。光信号は、赤外から紫外の範囲内の任意の信号であってもよい。好適には、光信号は、可視の信号である。光信号は、反射された周辺光であってもよい。随意的に、物体検出器装置は、反射される光を送信する光信号源を備えてもよい。マーカ信号は、能動的なマーカ特徴物によって作られてもよい。例えば、マーカ特徴物は、光を送信してもよい。例えば、マーカ特徴物は、ＬＥＤであってもよい。

好適には、入力機構は、物体の繰り返し運動の判定された周波数に基づいてサンプリング・パラメータの第１の組を判定するように構成される。

本発明の第５の態様によれば、上記のように物体検出器装置を取り込んでいる機械工具装置が提供される。

本発明の第６の態様によれば、物体の存在を検出する方法であって、（ｉ）繰り返し運動を有する物体から信号を受信するステップであって、信号は、物体の繰り返し運動の周波数に依存した周波数で繰り返しているステップと、（ｉｉ）受信した信号を、サンプリング・パラメータの第１の組によって第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングして、第１のサンプリングされたデータの組と第１の以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて出力信号を発生するステップと、（ｉｉｉ）受信した信号を、サンプリング・パラメータの第１の組とは異なるサンプリング・パラメータの第２の組によって第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングして、第２のサンプリングされたデータの組と第２の以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて出力信号を発生するステップとを備えることを特徴とする方法を提供する。

当然のことながら、本発明の方法は、上記した実施形態によって動作するように構成されてもよい。例えば、第２のサンプリングされるデータの組にサンプリングされる信号は、第１のデータの組にサンプリングされる信号に引き続いて受信器によって受信した信号であってもよい。好適には、第１のサンプリングされるデータの組にサンプリングされる信号は、第２のサンプリングされるデータの組にサンプリングされる信号と同じ信号である。受信された信号をサンプリング・パラメータの第２の組によってサンプリングするステップは、サンプリング・パラメータの第１の組によって受信された信号をサンプリングするステップと実質的に同時に起こってもよい。

方法は、（ｉ）に引き続いて、（ｉｉ）の前に、サンプリング・パラメータの第２の組を入力するステップと、サンプリング・パラメータの第２の組を用いるために解析器を再構成するステップを備えることが出来る。

方法は、物体の繰り返し運動の周波数を判定するステップを備えることが出来る。この場合、方法は、物体の繰り返し運動の判定された周波数に基づいて、サンプリング・パラメータの第１の組と第２の組の中の少なくとも１つを判定するステップを更に備えることが出来る。

方法は、物体の運動の周波数を示す、物体を駆動している機械からの信号を受信するステップを備えることが出来る。随意的に、方法は、物体の運動の周波数を判定するステップを備えることが出来る。方法は、受信器によって受信したマーカ信号の周波数を判定するステップを備えることが出来る。マーカ信号は、物体または物体を繰り返しの様式で運動させる機械の一部分のどちらかの上のマーカによって作られてもよい。方法は、マーカ信号の判定された周波数から繰り返し運動の周波数を計算するステップを更に備えてもよい。

本発明の実施形態は、例示にしか過ぎない形式で、以下の図面を参照して記述される。

切削工具検出器として用いる本発明による物体検出器装置を示す図である。 図１に示された物体検出器装置の内部の概略図である。 本発明による物体検出器装置の代替の構成を示す図である。 本発明による物体検出器装置の代替の構成を示す図である。 図１および図２に示された物体検出器装置に用いられる回路網のブロック回路図である。 図５ａ、図５ｂ、および図５ｃは、図４に示された回路網の図的表現を示す図である。 図５ｄ、図５ｅ、図５ｆ、および図５ｇは、図４に示された回路網の図的表現を示す図である。 図４に示された回路網の代替の動作の図的表現を示す図である。 本発明の代替の利用を示す図である。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明による物体検出器装置１０、機械など（図示せず）にデバイスを固定するための取り付け金具８０、および物体検出器装置１０によって検出されるべき工具３０の一部分を示す。

図２に示すように、物体検出器装置１０は、レーザ・ダイオードの光送信器（レーザ）１２を含む筐体２６と、送信器の集束レンズ１４と、受信器レンズ１６と、フォトダイオードの光受信器（フォトダイオード）１８と、解析器回路網２０とを備える。物体検出器装置１０は、出力線２８を経由して機械工具制御器５０に電気的に結合される。機械工具制御器５０は、工具３０の動作を制御する機械工具の動作を制御する。

使用状態では、レーザ１２によって送信された光は、工具３０が出力光路５２に沿って期待される点にほぼ集束される。工具３０が存在するときは、送信された光の少なくとも一部分は、反射光路５４に沿って反射される。反射された光５４は、次いで、受信器レンズ１６によってフォトダイオード１８上に集束される。

機械加工の環境では、破片の粒子が光路５２、５４とレンズ１４、１６を不明瞭にする。これを緩和するためには、物体検出器装置１０は、送信器集束レンズ１４の場所に空気供給器２２を備える。空気供給器２２は、筐体２６の中から開口２４を通して機械加工環境へ空気が連続して流れるように空気の連続した流れを供給する。この連続した陽圧は、破片が筐体２６に入り込み、また筐体の部分に付着し、光路５２に沿ってレーザ―フォトダイオード光送信器１２により送信されたレーザの伝播を邪魔するのを防ぐ助けになる。

破片の問題を更に緩和するために、受信器レンズ１６を必要な大きさの約２倍にする。従って、受信器レンズ１６の表面の半分まで粒子や油の膜で覆われてもよく、信号が適切に受信できるように、なお十分な表面の面積が残っている。このように、反射された信号が、最適の反射光路５４からずれてもなお受信できるように、系は、冗長に作られている。

記述される実施形態では、検出器デバイス１０は、物体の存在を検出するための解析器回路網２０を含む。解析器回路網２０は、筐体内に搭載される。当然のことながら、解析器回路網２０は、筐体２４の外に、作業環境から遠くに離れて置かれてもよい。フォトダイオード光受信器１８で受信した光の強度を示す信号は、信号が物体の存在を示すかどうかを判定する解析器回路網２０へ伝わる。解析器回路網２０は、信号が物体が存在していることを示すと判定するとき、次いで、物体検出信号を出力線２８に沿って機械工具制御器５０へ出力する。解析器回路網２０とその動作は、図４と関連して以下により詳しく記述されるであろう。

図３ａと３ｂは、本発明による物体検出器装置の代替の実施形態を示す。図３ａと３ｂでは、物体検出器装置１０２、２１８、２１８´は、送信器デバイス１００、２１２、２１２´とは別のデバイスとして提供される。レーザ・ダイオード光送信器１１２、送信器集束レンズ１１４、受信器レンズ１１６、およびフォトダイオード光受信器１１８が図３ａに示されている。

図３ａに示されるように、送信器デバイス１００と物体検出器装置１０２とは、お互いに垂直に変位している。

図３ｂでは、送信器デバイスと物体検出器装置の２組が備えられる。各組では、送信器／検出器の対は、実質的に同じ垂直面に在るが、工具３０の回転している軸の周りに半径方向に変位している。ある場合には、送信器２１２と検出器２１８の間の変位の角度は９０度未満である。他の場合には、送信器２１２´と検出器２１８´の間の変位の角度は９０度と１８０度との間である。

図４を参照すると、解析器回路網は、クロック発振器４２と分割回路４０とを備える。ディバイダ４０は、２つの同期した出力を発生する。第１の出力は、レーザ・ダイオード駆動器６３の制御のもとでレーザ１２をトリガーするための信号であり、第２の出力は、サンプリングと保持回路４４への信号である。分割回路からの信号は、約１２５ｋＨｚで動作する。この周波数で、レーザ１２は、機械操作者または観測者には弱いレーザ出力であると思われる速度で、定常的に発光のオンとオフを行う。このようにレーザ１２の平均光出力５２は、現行のレーザを保護なしで見る受容限界以下である。結果として、レーザ１２の出力５２は、操作者にとって安全である。

レンズ１６に戻る反射された光５４と周辺光とは、フォトダイオード１８で検出され、そのアナログ信号は２段増幅器４６／４８で増幅される。直流分再生器５０は、適当な電圧の周りの交流信号を例えば、周辺光のレベルの変化による揺動を停止させるために保持する。サンプリングと保持回路４４は、クロック分割回路４０からの同期した信号によってレーザ１２とほぼ同時にトリガーされる。増幅器４６／４８によって発生した信号は、レーザ光５２が１回光ったことを表す。

サンプリングと保持回路からの信号３７は、実際には、１つのサンプリングには約８μＳｅｃかかるが、周波数が高く（１２５ｋＨｚ）、図５ａに示すように連続して見える。

サンプリングと保持回路４４からの信号は、次に、低域フィルタ５６で濾波され不要な高周波雑音を取り去る。フィルタからの周期的アナログ信号は、次に、分割され、信号比較器５８と参照電圧発生回路網６０とに供給される。参照電圧発生回路網６０は、ピーク信号強度検出器６２とパーセント分割回路６４を備えている。

このように、参照電圧回路６０からの出力（Ｖｒｅｆ）は、低域フィルタ５６からのピーク・アナログ信号強度のパーセントである。この参照電圧Ｖｒｅｆは、アナログ信号３７と比較され、比較器５８は、アナログ信号が 参照電圧を超えるときだけ出力を発生する。

これが起こるのは、光検出器での光の量が異常に高いとき、すなわちレーザ光５４がフォトダイオード１８上に反射されるときだけである。比較器５８からの出力６６は、図５ｂに示される。

工具３０が回転していて、歯または他の不規則物を有する場合には、歯または他の不規則物が、光５２のパルスの中へ動きフォトダイオード１８によって検出される反射５４を引き起こすので、光検出器によって検出される光量は規則的にピークとなる。パルスは、頻繁に起こるので、回転している歯などは、検出解析器回路網２０によって見落とされることはない。

比較器５８からの出力は、ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８に送り込まれる。ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は、はじめにプログラミング入力線９１を経由して設定され、サンプリング速度と同期を保つためにクロック発振器４２からの入力をもつ。ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は、信号比較器５８から受信したディジタル信号６６を解析して、信号比較器５８からの信号が工具３０を検出したことを示すか否かを示す出力信号を発生する。ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８からの出力信号は、リレー駆動器７０と固体リレー（ＳＳＲ）７２を通して、単純２４ボルトのオン／オフ信号を備えたスキップ線として知られる線を経由して、機械工具制御器５０へ入力される。この信号は、次に、工具３０の動作を制御するために機械工具制御器５０によって用いられる。

以下により詳しく記述するように、異なるサンプリング・パラメータがＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８に入力できるように、ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は、サンプリング・パラメータ入力線９０をもつ。

信号３７の強度は、フォトダイオード１８で受信した光信号の強度に依存している。フォトダイオード１８で受信した光の強度が高すぎるか低すぎると、受信信号の中でピークを検出することは困難である。フォトダイオード１８で受信した光の強度は、レーザ１２の出力パワー、物体とフォトダイオード１８との間の距離、およびどれくらい物体が反射するかのような多くの異なる要因に依存することが出来る。

線６１は、ピーク信号強度検出器６２からのピーク信号強度を示す信号を、レーザ１２の動作を駆動するレーザ・ダイオード駆動器６３へ運ぶ。レーザ・ダイオード駆動器６３は、線６１から受信した信号を、好ましい上下の閾値限界値と比較する。線６１から受信した信号が上閾値限界値の上か下閾値限界値以下である場合は、次いで、レーザ・ダイオード駆動器６３は、ピーク信号強度が上下の閾値限界値以内になるようにレーザ１２の出力パワーを調節する。ここで記述する実施形態では、レーザ１２の出力パワーは、ピーク信号強度が出来るだけ４ボルトに近くなるようにレーザ・ダイオード駆動器によって制御される。従って、この場合、上下の閾値限界値は、それぞれ４．０１ボルトと３．９９ボルトである。

ここでは、ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８の動作が、図５ａから５ｅを参照してより詳しく説明されるであろう。

ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は、ＰＩＣマイクロコントローラを１つ備えることが出来るし、或いは、並行して動作することが出来る複数のＰＩＣマイクロコントローラを備えることが出来る。ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８の動作は、ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８が複数のＰＩＣマイクロコントローラを備え、検出されるべき工具３０が２００ｒｐｍで回転している実施形態に関してまず記述されるであろう。

ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は、信号比較器５８からの信号を受信し、その信号を各ＰＩＣマイクロコントローラへ提供する。 各ＰＩＣマイクロコントローラは、異なる回転速度で回転している工具を検出することが出来るように、信号比較器５８からの信号を異なるサンプリング基準を用いてサンプリングするように設定される。ここで記述する実施形態では、第１のＰＩＣマイクロコントローラは、２００ｒｐｍで回転している工具を検出するために設定され、第２のＰＩＣマイクロコントローラは、３００ｒｐｍで回転している工具を検出するために設定される。更に、第１と第２のＰＩＣマイクロコントローラ両方は、設定された回転速度で回転している工具の１回転につき１２個のサンプルを得るように設定される。

カッターの歯の数が１２の因数となっているだろうから、１回転当たり１２個のサンプルは、好適である。もしそうであれば、歯を検出する信号は、サンプル時間の縁ではなくサンプル時間の中途で起こる。結果として、歯を検出する信号が、検出の３回転以上の間に１つのサンプル位置から隣接するサンプル位置へ浮遊する危険性は減り、従って相関データがないために工具が検出されない機会は減る。

従って、第１のＰＩＣマイクロコントローラのサンプリング周期は約２５ｍＳであり、第２のＰＩＣマイクロコントローラのサンプリング周期は約 １６．６ｍＳである。

信号比較器５８からの信号が、信号比較器から第１のＰＩＣマイクロコントローラによってそのサンプリング周期内に受信される場合は、次いで第１のＰＩＣマイクロコントローラは、この事象をバイナリ“１”としてそのレジスタに記録し、他の場合はバイナリ“０”が記録される。同様に、信号比較器５８からの信号が、信号比較器から第２のＰＩＣマイクロコントローラによってそのサンプリング周期内に受信される場合は、次いで第２のＰＩＣマイクロコントローラは、この事象をバイナリ“１”としてそのレジスタに記録し、他の場合は、バイナリ“０”が記録される。

第１のＰＩＣマイクロコントローラの記録するステップは、図５ｃに示した第１の２４ビット・レジスタ７０にスクロール式に入って、１箇所で新しいデータを古いデータと常に置き換える。同様に、第２のＰＩＣマイクロコントローラの記録するステップは、図５ｆに示した第２の２４ビット・レジスタ７２にスクロール式に入って、１箇所で新しいデータを古いデータと常に置き換える。

ここに記述する実施形態では、２個のＰＩＣマイクロコントローラがあるが、当業者には当然のことながら、同じ方法と技術は、任意の数のサブ処理ユニットに適用可能である。例えば、ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は、少なくとも３個のＰＩＣマイクロコントローラを備えることが出来る。

図５ｃの２４ビットレジスタ７０は、図５ａと５ｂに示した信号に対応する、工具３０の２回転分に対する第１のＰＩＣマイクロコントローラの記録するステップを示す。例示の目的で、２４ビット・レジスタ７０は、２つの１２ビット・レジスタ、すなわち第１のサブレジスタ７４と第２のサブレジスタ７６に分割される。第１のサブレジスタ７４は、第２のサブレジスタ７６に記録された工具３０の回転の前の工具３０の回転中に記録されたデータを表す。第１のサブレジスタ７４の中のデータは、第２のサブレジスタ７６から移される。

第１のサブレジスタ７４と第２のサブレジスタ７６のエントリは、図示のように排他的ＯＲ演算されて第１の結果レジスタ７８を得る。第１の結果レジスタ７８は、第１のサブレジスタ７４と第２のサブレジスタ７６の中のデータが一致するときだけ全て０である。すなわち同じデータのパターンを持つときだけ一致する。

回転している工具などが光をフォトダイオード１８上に、工具の各回転の期間の同じ時点で反射するときは、第１のサブレジスタ７４と第２のサブレジスタ７６は、同じデータのパターンを持つ。このように、ここで記述する実施形態では、第１の結果レジスタ７８は、工具が２００ｒｐｍで回転しているときは全て０を含む。

追加的に、第１のサブレジスタ７４と第２のサブレジスタ７６とが全て１または全て０を含むときに、第１の結果レジスタ７８は、全て０を含む。これは、工具が存在しないときか、光ビーム５２が常にフォトダイオード１８上に反射されている時か、または過剰な光がフォトダイオード１８に達している時に起こりうる。上記のいずれかの事象が工具検出器を誤ってトリガーさせることを避けるために、論理回路が用いられる。第１のサブレジスタ７４と第２のサブレジスタ７６とが、全て１または全て０を含むときは、論理０が第１のＡＮＤゲート８０に入れられる。第１のサブレジスタ７４と第２のサブレジスタ７６とが全て１または全て０でなく、かつ、第１の結果レジスタ７８が全て０の時だけ、第１のＡＮＤゲートは出力をトリガーする。

両レジスタが、フォトダイオード１８で受信された信号を表すデータで満たされるのに十分長く工具が送信光路５２に保持されると、第１のサブレジスタ７４と第２のサブレジスタ７６との比較が起こる。ここで記述される実施形態では、引き続きの比較は、第２のサブレジスタ７６の内容が工具の更なる完全な１回転からの新しいデータで置き換えられたときにだけ起こる。しかしながら、引き続く比較は、より頻繁に(またはより少ない頻度で)、行ってもよい。例えば、引き続く比較は、新しいデータ・エントリが第１のレジスタ７０に加わるたびに起こってもよい。

図５ｆの２４ビット・レジスタ７２は、図５ｄと５ｅに示した信号に対応する、工具３０の約１．５回転に対する第２のＰＩＣマイクロコントローラの記録するステップを示す。図５ｄと５ｅに示した信号は、図５ａと５ｂに示したのと同じ時間にとった正確に同じ信号であるが、例示の容易さのために本図に再現した。また例示の目的のために、２４ビット・レジスタ７２は、２つの１２ビット・レジスタ、すなわち第３のサブレジスタ８２と第４のサブレジスタ８４とに分割される。第３のサブレジスタ８２は第４のサブレジスタ８４に記録されたデータの前に記録されたデータを表す。第３のサブレジスタ８２のデータは、第４のサブレジスタ８４から移された。

第３のサブレジスタ８２と第４のサブレジスタ８４のエントリは、図示のように排他的ＯＲ演算され、第２の結果レジスタ８６を得る。第２の結果レジスタ８６は、第３のサブレジスタ８２と第４のサブレジスタ８４のデータが一致するときにのみ全て０となり、それらが順に同じデータのパターンを持つときのみ一致する。

図示された実施形態では、第２のＰＩＣマイクロコントローラのサンプリング速度は、この例では、信号５４を反射している工具３０の回転速度である２００ｒｐｍではなくて、３００ｒｐｍで回転している工具を検出するように構成される。従って、見てわかるように、サンプリング周期は短すぎて、工具が完全に１回転する前に、第３のレジスタ８２は満たされ、第４のレジスタ８４は満たされ始める。従って、図５ｆに示すように、第３のレジスタ８２と第４のレジスタ８４は、異なるデータのパターンを含み、第２の結果レジスタ８６は、全てOを含むものではない。従って、第２のＡＮＤゲート８８からの出力はない。

第１の結果レジスタ７８と同じように、第３のサブレジスタ８２と第４のサブレジスタ８４が全て１または全て０を含むときに、第２の結果レジスタ８６は全て０を含む。 従って、そのような事情が誤った信号を出力するのを防ぐための論理回路が用いられる。もし第３のサブレジスタ８２と第４のサブレジスタ８４が、全て１または全て０を含む場合は、次いで、第２のＡＮＤゲート８８で論理０が入れられる。第３のサブレジスタ８２と第４のサブレジスタ８４が、全て１ではない、または全て０ではなく、第２の結果レジスタ８６が全て０のときのみ、第２のＡＮＤゲート８８は出力をトリガーする。

第１のＰＩＣマイクロコントローラと第２のＰＩＣマイクロコントローラは、並行して動作する。図５ｇに示すように、第１のＡＮＤゲート８０と第２のＡＮＤゲート８８からの出力ＡとＢはＯＲ演算され、物体検出出力信号を得る。従って、解析器回路網２０が物体検出出力信号を出力するためには、唯一必要なことは、第１のＰＩＣマイクロコントローラと第２のＰＩＣマイクロコントローラのうちの１つが工具を成功して検出することである。

当然のことながら、第２のＰＩＣマイクロコントローラは、工具を検出し、工具３０の回転の周期が、第２のサブプロセッサ内の１つの１２ビット・レジスタを満たすためにかかる期間と同じであるときに、第２のＡＮＤゲート８８は、信号を出力する。従って、本実施形態では、第２のＰＩＣマイクロコントローラは、（１２個の１６．６ｍＳのサンプルに等しい回転の周期である)３００ｒｐｍで回転している工具を検出する。

解析器回路網２０から出力を発生するために、フォトダイオード１８によって受信される信号内に変化を生じさせる特徴物を有する回転物体が必要であることが前述の説明からわかるであろう。

代替の実施形態では、第１のサブレジスタ７４と第３のサブレジスタ８２の内容は、過去に使われたデータ源から選択された、あるいはダウン・ロードされた、以前に記録されたデータを含むことが出来る。本実施形態では、サブレジスタは、前記した様式で比較される。

ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８が、１個のＰＩＣマイクロコントローラだけを備える実施形態では、ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は、図５ａから５ｃと関連して上記し、図５ｄから５ｆと関連して上記したものと正確に同じ様式で動作する。しかしながら、異なる２つのサンプリング・パラメータによって並行して、信号比較器５８からの信号を解析できるというより、ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は、１度にサンプリング・パラメータの１組によって信号比較器５８からの信号を解析することが出来るだけである。

ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は、２００ｒｐｍのような第１の回転速度で回転している工具を検出するために初期設定することができる。この場合、サンプリング・パラメータは、信号比較器５８からの信号を１２ビット・レジスタへサンプリングすることとなり、ここではサンプリング周期は２５ｍＳである。そこで、ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は次いで、引き続き、３００ｒｐｍのような異なる回転速度で回転している工具を検出するために、異なるサンプリング・パラメータで設定されてもよい。これは、例えば、物体の回転速度を判定して、それを入力線９０を経由してＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８へ入力する機械工具制御器５０によって行われてもよい。ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８は、次いで、用いるべきサンプリング・パラメータを判定することが出来る。この場合、サンプリング・パラメータは、信号比較器５８からの信号を１２ビット・レジスタへサンプリングすることとなる。ここでサンプリング周期は１６．６ｍＳである。

同様に、ＰＩＣマイクロコントローラ・ユニット６８が、複数のＰＩＣマイクロコントローラを備える実施形態において、入力線９０を、複数のＰＩＣマイクロコントローラのうちの１つまたは複数によって用いられるサンプリング・パラメータを構成するために用いることが出来る。

当然のことながら、入力線９０は、機械工具制御器に接続される必要は必ずしもなくて、利用者が、物体の回転速度を入力するか、または、用いるべきサンプリング・パラメータを直接入力することが出来る入力デバイスに接続されてもよい。更に、入力線９０は、ＰＩＣマイクロコントローラを、工具の回転速度を判定し、引き続き、用いるべき適当なサンプリング・パラメータを計算するフィードバック・モードで動作させることが出来るスイッチまたは他のデバイスに接続してもよい。検出されるべき物体上の反射性特徴物の数が既知の場合、例えば、工具上の反射性の溝の数が既知の場合には、ＰＩＣマイクロコントローラは、工具自身によって反射された光を解析することによって工具の回転速度を判定するように構成されてもよい。他方、代替的な例では、親工具（master tool）を機械加工の工具のチャックに装荷してもよい。親工具は、例えば、レーザ１２によって送信された光をフォトダイオード１８上に、回転ごとに１回反射する単一の反射性のマーカを有してもよい。更に、反射性のマーカは、機械工具自身の回転している部分の上に備えられてもよい。従って、反射された光の周波数を判定することによって、機械工具によって回転される物体の回転速度を判定することが出来る。当然のことながら、マーカは、反射性である必要はない。マーカは、例えば、フォトダイオード１８によって検出可能な光信号を送信するように構成されたＬＥＤまたは他の光源であってもよい。

機械冷却材の液滴が工具検出器の近くの環境に充満しているときは、これらの液滴が、工具が発見されたとする信号を誤ってトリガーすることを引き起こす可能性がある。誤ったトリガーを減らすために、データの相関を３回転以上にわたって実行することが出来る。これを、図６に関連して説明する。

図６では、データの整合するパターンが、工具の３回転（ａ、ｂ、およびｃ）にわたって探索される。３６ビット・レジスタ９２内のデータの３つの部分ａ´、ｂ´、およびｃ´に相関するデータ（すなわち整合する１または０）が見つけられると、工具が見つけられたとする信号を発生するために、図５ｃと５ｆに示された論理回路が用いられる。４回転以上が用いられてもよい。相関データの判定は、１回転ごとに１回なされる。

図６に示す方法では、回転あたり１２個のサンプルが用いられる。すなわち、５ｍＳ毎に１個である。約１０００ｒｐｍで回転している（ドリルの歯のような）２つ歯工具が検出されている。アナログ信号９４が閾値Ｖｒｅｆより上に上昇すると、バイナリ１がレジスタ９２の現在位置に挿入される。前と同様に、レジスタは、新しいデータをスクロールし、最も古いデータを押し出す。第１の信号９４ａが受信されると、サンプルの中央が信号９４ａを受け取った時点で起こるように内部のクロックがリセットされる。すなわち次のサンプルが２．５ｍＳ後にスタートする（そして、７．５ｍｓ後に終了する。）。

この例では、６０ｍＳ（１回転）の間に受信された信号がないときには、このような調節が発生し、次いで、６０ｍＳの間に集められるデータがなくなるまで１２番目のサンプルの後に起こるすべての信号９４ｂ、ｃがとられる。

このように、歯が再度回ってくるが工具が正確に１０００ｒｐｍで回転してはいないときは、歯と工具検出器は、回転ごとに再度同期がとられる。このことは、歯の反射によって起こるデータのパターンは、１回転から別の１回転の間にレジスタ位置１から１２へドリフトすることはないが、各回転時点での工具とのクロックの再同期によって各回転の間同じレジスタ位置に留まる、ことを意味する。このように、回転数を増加することは、工具の検出において、誤ったトリガーの発生または工具が検出されないことが発生するのを低減するために用いることが出来る。

機械工具の全てが回転している工具を持つわけではない。旋盤は、一般には非回転工具と回転する工作物保持チャックを持つ。図７は、切削工具は回転しないが、動作する工具上に試料をもたらす物体が回転する旋盤などで用いる本発明の実施形態を示す。検出器１０が、平面図で示されていて、搭載器８０によって旋盤上の主軸台２００に固定され、旋盤チャック２０２の方に向けられている。旋盤チャック２０２は、矢印Ａの方向に回転する。上記したように、チャックが回転すると、チャック上の反射性の特徴物２０６は、検出器１０の中の解析器回路網２０からの出力信号を発生させる。しかしながら、切削工具２０４がビーム５２または５４の中に持ち込まれると、出力信号は停止する。結果として、切削工具２０４の存在または不在は、解析器回路網２０からの出力信号の状態から判定することが出来る。光ビーム５２が、旋盤工具がそのビームに入ると予想される点に集束されると、より大きな精度を得ることが出来る。

本実施形態では、工具はビームと相互作用をするときにパターンを供給するので、パターンの発生は、工具が存在することを意味するのではなくて寧ろ、その逆の事情である。工具が存在することを示すのは、チャックによって発生するパターンの不在である。それぞれの場合、パターンを発生するか、パターンを曖昧にするようなデータ流の変化が工具の存在を示す。

更に、本発明は、回転していない物体を検出するために用いることが出来る。例えば、光路５２に出入りする物体のような一定の周波数で振動する物体を検出することが出来る。光検出器１８によって検出される光量は、物体が光路５２中へ動くときに規則的にピークになり、フォトダイオード１８によって検出される反射５４を起こさせる。

例として、非回転物体は、１Ｈｚで振動していて、この物体は、毎秒１回、光路５２の中に入る。図６を参照すると、信号９４は、フォトダイオード１８によって受信した信号を表すことが出来る。信号９４におけるピークは、送信された光路５２の中へ入っており、光路５４に沿って光を反射して戻すような物体の存在を表し、波の谷は光路５２からの物体の不在を表す。

ここで記述される実施形態では、ＰＩＣマイクロコントローラは、１Ｈｚで振動する物体を検出するために設定される。 特に、ＰＩＣマイクロコントローラは、約１６６ｍＳごとに１回信号９４をサンプリングするように設定され、物体の振動毎に６個のサンプルがとられる。更に、各レジスタは、１２ビットの長さであるので、２回の振動全体が各レジスタａ´、ｂ´、およびｃ´に記録される。ＰＩＣマイクロコントローラは、１Ｈｚで振動している物体を検出するように正しく設定されているので、 各ａ´、ｂ´、およびｃ´は、バイナリ“ｌ”をそれらのレジスタの同じ場所に含む。従って、上記の方法を用いたこれら３つのレジスタの比較は、物体が存在することの判定を導くことになる。ＰＩＣマイクロコントローラが、３Ｈｚで振動する物体のような異なる周波数で振動する物体を検出するように設定された場合には、バイナリ“１”は、３個のレジスタの各々の異なる位置に位置し、物体の非検出が導かれる。

ここまでに記述した実施形態では、工具またはチャックのような物体から反射された光は、受信器へ向けられる。代替の例では、物体から放出された光を、受信器へ向けることが出来る。例えば、物体は、ＬＥＤを備えることが出来る。

機械工具制御器５０内のソフトウェアは、（回転工具または非回転旋盤型工具のいずれかの）工具が検出されたときに、機械切削プログラムが機械加工工程を実行することを知らせるために用いることが出来る。

本発明の範囲内である多くの変形が、当業者には容易に明らかであろう。例えば、工具以外の物体の検出は、検出されるべき物体または物体の近くのある部分が動いている限りは、可能である。

レーザ光が記述されたが、任意の可視のまたは非可視の光が、周囲光を含む任意の光源から与えられてもよい。３６ビットまでのバイナリ・レジスタが記述されたが、他のサイズが可能であり、また、必ずしもバイナリ・データを用いなくてもよい。

上記を促進する形で、工具から反射された光に対応する信号を送るためのユニットを備えることが出来る。このように、検出器の近傍に工具を持っていく必要なく、工具検出器は、機械工具上に取り付けられチェックされる。ユニットは、単純な回転鏡、または他の反射性の表面を備えることが出来るが、好適には、工具検出器によって送られた同様のパルスに応答してレーザ光のパルスを発生する固体の配列である。

Claims (30)

1. 物体検出器装置であって、
   繰り返し運動を有する物体から信号を受信するように構成された受信器であって、前記信号は、前記物体の前記繰り返し運動の周波数に依存した周波数で繰り返している受信器と、
   前記受信器によって受信した信号をサンプリング・パラメータの第１の組によって第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングし、前記第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて出力を発生するように構成された解析器と
   を備え、
   前記解析器は、前記受信器によって受信した信号を、前記サンプリング・パラメータの第１の組とは異なるサンプリング・パラメータの第２の組を用いて第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングし、前記第２のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて出力を発生するように動作することができることを特徴とする物体検出器装置。
2. 請求項１に請求の物体検出器装置において、前記第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングされた信号は、前記第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングされた信号と同じ信号であることを特徴とする物体検出器装置。
3. 請求項２に請求の物体検出器装置において、前記解析器は、前記信号を前記第１のサンプリングされたデータの組へサンプリングし、前記信号を前記第２のサンプリングされたデータの組へ実質的に同時にサンプリングするように動作できることを特徴とする物体検出器装置。
4. 請求項２または３に請求の物体検出器装置において、前記信号を前記第１のサンプリングされたデータの組へサンプリングするように構成された第１の回路網と、前記第１のプロセッサと並行して動作し、前記信号を前記第２のサンプリングされたデータの組へサンプリングするように構成された第２の回路網を更に備えることを特徴とする物体検出器装置。
5. 請求項４に請求の物体検出器装置において、前記第１のプロセッサは、前記第１のサンプリングされたデータの組と前記第１の以前にサンプリングされたデータの組とを比較し、物体が、前記比較に基づいて検出されたことがあるかどうかを示す出力信号を発生するように構成され、前記第２のプロセッサは、前記第２のサンプリングされたデータの組と前記第２の以前にサンプリングされたデータの組とを比較して、物体が前記比較に基づいて検出されたことがあるかどうかを示す出力信号を発生するように構成されることを特徴とする物体検出器装置。
6. 請求項５に請求の物体検出器装置において、物体検出信号は、前記第１のプロセッサと第２のプロセッサのどちらかまたは両方が、検出中の物体を示す信号を出力するときに出力されることを特徴とする物体検出器装置。
7. 請求項１に請求の物体検出器装置において、前記第２のサンプリングされたデータの組へサンプリングされた前記信号は、前記第１のデータの組へサンプリングされた前記信号とは異なる信号であることを特徴とする物体検出器装置。
8. 請求項７に請求の物体検出器装置において、前記第２のサンプリングされたデータの組へサンプリングされた前記信号は、前記第１のデータの組へサンプリングされた前記信号に引き続き、前記受信器によって受信された信号であることを特徴とする物体検出器装置。
9. 請求項８に請求の物体検出器装置において、前記信号を前記第１のサンプリングされたデータの組へサンプリングし、引き続き前記信号を前記第２のサンプリングされたデータの組へサンプリングするように構成された回路網を更に備えることを特徴とする物体検出器装置。
10. 先行する請求項のいずれかに請求の物体検出器装置において、前記解析器によって用いられる前記サンプリング・パラメータを変えることができる入力機構をさらに備えることを特徴とする物体検出器装置。
11. 請求項１０に請求の物体検出器装置において、前記入力機構は、前記物体の前記繰り返し運動の前記周波数を判定し、繰り返し運動の判定された周波数に基づいて、前記解析器によって用いられる第１のサンプリング・パラメータおよび／または第２のサンプリング・パラメータを変化させるように動作可能なフィードバック・デバイスを備えることを特徴とする物体検出器装置。
12. 先行する請求項のいずれかに請求の物体検出器装置において、前記受信器によって受信した信号を、前記サンプリング・パラメータの第１の組とサンプリング・パラメータの第２の組とは異なる少なくとも第３のサンプリング・パラメータの組を用いて少なくとも第３のサンプリングされたデータの組へサンプリングし、前記第３のサンプリングされたデータの組と以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて物体検出信号を出力するように動作可能であることを特徴とする物体検出器装置。
13. 先行する請求項のいずれかに請求の物体検出器装置において、前記サンプリング・パラメータは、サンプリング速度を含むことを特徴とする物体検出器装置。
14. 先行する請求項のいずれかに請求の物体検出器装置において、前記サンプリング・パラメータは、第１および第２のサンプリングされた信号と比較される以前にサンプリングされたデータの組の数を含むことを特徴とする物体検出器装置。
15. 先行する請求項のいずれかに請求の物体検出器装置において、前記サンプリングされたデータの組は、バイナリ・データを含むことを特徴とする物体検出器装置。
16. 先行する請求項のいずれかに請求の物体検出器装置において、前記受信器は、物体から光信号を受信するように構成されることを特徴とする物体検出器装置。
17. 先行する請求項のいずれかに請求の物体検出器装置において、信号を送信するように構成された送信器であって、前記受信器によって受信される前記信号は、送信された信号の少なくとも部分反射である送信器を更に備えることを特徴とする物体検出器装置。
18. 先行する請求項のいずれかに請求の物体検出器装置において、検出されるべき前記物体は、切削工具であることを特徴とする物体検出器装置。
19. 先行する請求項のいずれかに請求の物体検出器装置において、前記繰り返し運動は、回転であることを特徴とする物体検出器装置。
20. 繰り返し運動を有する物体から信号を受信するように構成された受信器であって、前記信号は、前記物体の前記繰り返し運動の周波数に依存した周波数で繰り返している受信器と、
    前記受信器に結合した解析器であって、前記信号をサンプリング・パラメータの第１の組によって第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングして、前記第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて第１の出力信号を発生し、同時に前記信号を前記サンプリング・パラメータの第１の組とは異なるサンプリング・パラメータの第２の組を用いて第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングして、前記第２のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて第２の出力信号を発生するように構成された解析器と
    を備えることを特徴とする物体検出器装置。
21. 繰り返し運動を有する物体から信号を受信するように構成された受信器であって、前記信号は、前記物体の前記繰り返し運動の周波数に依存した周波数で繰り返している受信器と、
    前記受信器に結合した解析器であって、前記受信器によって受信した第１の信号をサンプリング・パラメータの第１の組によってサンプリングして、前記第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて第１の出力信号を発生するように構成され、前記第１の信号に引き続いて前記受信器によって受信した、第２の信号を、前記サンプリング・パラメータの第１の組とは異なるサンプリング・パラメータの第２の組によって引き続きサンプリングして、第２のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて第２の出力信号を発生するように構成することが出来る解析器と
    を備えることを特徴とする物体検出器装置。
22. 繰り返し運動を有する物体から信号を受信するように構成された受信器であって、前記信号は、前記物体の前記繰り返し運動の周波数に依存した周波数で繰り返している受信器と、
    前記受信器に結合した解析器であって、前記信号をサンプリング・パラメータの第１の組によって第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングして、前記第１のサンプリングされたデータの組と少なくとも１つの以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて第１の出力信号を発生するように構成された解析器と、
    前記サンプリング・パラメータの第１の組を前記解析器へ入力できる入力機構と
    を備えることを特徴とする物体検出器装置。
23. 請求項２２に請求の物体検出器装置において、前記入力機構は、前記物体の前記繰り返し運動の前記周波数を判定するように動作可能であるフィードバック・デバイスを備えることを特徴とする物体検出器装置。
24. 請求項２３に請求の物体検出器装置において、前記入力機構は、前記物体の前記繰り返し運動の判定された周波数に基づいて前記サンプリング・パラメータの第１の組を判定するように構成されることを特徴とする物体検出器装置。
25. 先行する請求項のいずれかに請求された物体検出器装置を組み込んだ機械工具装置。
26. 物体の存在を検出する方法であって、前記方法は、
    （ｉ）繰り返し運動を有する物体から信号を受信するステップであって、前記信号は、前記物体の前記繰り返し運動の周波数に依存した周波数で繰り返しているステップと、
    （ｉｉ）受信した前記信号を、サンプリング・パラメータの第１の組によって第１のサンプリングされたデータの組にサンプリングして、前記第１のサンプリングされたデータの組と第１の以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて出力信号を発生するステップと、
    （ｉｉｉ）受信した前記信号を、前記サンプリング・パラメータの第１の組とは異なるサンプリング・パラメータの第２の組によって第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングして、前記第２のサンプリングされたデータの組と第２の以前にサンプリングされたデータの組との比較に基づいて出力信号を発生するステップと
    を備えることを特徴とする方法。
27. 請求項２６に請求の方法において、前記第１のサンプリングされたデータの組へサンプリングされた前記信号は、前記第２のサンプリングされたデータの組へサンプリングされた前記信号と同じ信号であることを特徴とする方法。
28. 請求項２７に請求の方法において、前記サンプリング・パラメータの第２の組によって前記受信した信号をサンプリングするステップは、前記サンプリング・パラメータの第１の組によって前記受信した信号をサンプリングするステップと実質的に同時に起こることを特徴とする方法。
29. 請求項２７に請求の方法において、前記第２のサンプリングされたデータの組にサンプリングされた前記信号は、第１のデータの組にサンプリングされた前記信号に引き続き前記受信器によって受信された信号であることを特徴とする方法。
30. 請求項２９に請求の方法において、ステップ（ｉ）に引き続き、かつステップ（ｉｉ）の前に、前記サンプリング・パラメータの第２の組を入力するステップと、前記サンプリング・パラメータの第２の組を用いるために前記解析器を再構成するステップとを更に備えることを特徴とする方法。

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