JP3173683U - 光電センサ用インタフェースアダプタ及びセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光電センサ、特にレーザスキャナのためのインタフェースアダプタを提供する。
【解決手段】光電センサ１００は、その検出光１０６、１１２のための光通過部１２６を備えるケーシング１２４に収納され、インタフェースアダプタ２００は光電センサ１００との通信のための光学的インタフェース２０６及びパラメータ設定装置との通信のための標準インタフェース２１４を備えている。インタフェースアダプタ２００の形状は光電センサ１００のケーシングのうち光通過部１２６を取り囲む領域１２８、１３０に適合しており、その結果、インタフェースアダプタ２００を光電センサ１００に位置固定的に結合することができるとともに、インタフェースアダプタ２００と光電センサ１００との間の通信のために見通し線が光通過部１２６を通って形成されている。
【選択図】図１

Description

本考案は、請求項１のプレアンブルに記載の光電センサ用インタフェースアダプタに関する。

光電センサ用インタフェースアダプタの機能を十分に利用し、該センサをその使用場所において設計通りの用途に適合させるために、多くの場合、該センサに予めデータを与えるためのパラメータ設定が必要である。逆に、パラメータ設定の際又はその後の運用の際には、メンテナンスや診断のためにセンサからデータを読み出して表示する必要がある。これら２つの課題に対処するため、実際の作業では、センサと外部の診断・パラメータ設定装置との間にデータリンクが作り出される。そこでは、パーソナルコンピュータ、ノート型コンピュータ、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話など、標準のインタフェースを通じて接続される機器が重要な役割を果たす。また、データリンクは製造工程の間にも必要であり、しかも複数の製造ステップの中で何度もデータリンクを行うことが多い。

公知の有線接続型インタフェースには、ＲＳ２３２、ＲＳ４２２又はＵＳＢといったシリアルインタフェースや、イーサネット（登録商標）等の別種のインタフェースがある。これらはプラグや締結具等を介した物理的且つ電気的な接続を必要とする。プラグ方式の場合、センサの製造コストが高くなり、センサの使用頻度の低さからするとコストパフォーマンスの点で不利である。また防水や防塵の点でも問題が生じる。プラグの挿抜回数には上限があり、挿抜を繰り返すとプラグが急速に摩耗する。更に、設備や機械内におけるセンサの組み込み位置によっては、プラグ又はプラグ接続部が隠れてしまい、メンテナンス等の作業の際に使いにくかったり、全く使えなかったりすることがある。

代替手段として、ＷＬＡＮやブルートゥース、赤外線インタフェースといった標準の無線接続がある。これらには、操作に対する安全性に劣る、工業的な環境ではノイズの影響を受ける、あるいはそれ自身の無線発信器が使用場所で許容されないようなノイズを発生する、といった問題がある。

光遮断装置に対して光学的にパラメータ設定を行うためのインタフェースが特許文献１に開示されている。このインタフェースでは、光電的な通信ユニットを有する外部のインタフェース要素が光遮断装置の透明なカバー板に向けて保持される。前記外部のインタフェース要素に含まれる永久磁石の作用により光遮断装置のリードスイッチが作動し、それによって光遮断装置の別の光電的な通信ユニットが作動することでデータ交換が可能となる。同時に、光遮断装置の調整用リーダを所定の時間だけ作動させることも可能である。

この光遮断装置では通信のために透明なカバー板を特別に装備する必要がある。更に、データ交換の間、手で、又は他の取り付け手段により、外部のインタフェース要素をカバー板の上に保持しておかなければならない。最後に、この外部のインタフェース要素によって調整用リーダを作動させる必要があるが、この調整用リーダを光遮断装置に組み込む必要があるため、それだけ光遮断装置の製造コストが高くなる。

DE 100 46 863 C2

本考案が解決しようとする課題は、無線方式で光電センサのパラメータ設定や診断を行う技術を更に改良することである。

上記課題は、本願請求項１に記載のインタフェースアダプタ、又は該インタフェースアダプタと光電センサを含む、請求項７に記載のセンサ装置により解決される。本考案は、センサとの結合を光学的なものにするという考えを基礎としている。そのために、センサのケーシングに適合した形状を有するインタフェースアダプタが用いられる。これにより、データ交換の間にインタフェースアダプタとセンサの間に安定的な結合を簡単に作り出すことができる。インタフェースアダプタは落下やずれ等が生じないように位置が固定される。これにより光通信のための見通し線が維持される。光学的な情報をセンサの内部に送り込むため、センサに元々設けられている検出光（つまり、センサが自ら発する照明光や、センサにより検知される光）用の光通過部を利用する。光学的なインタフェースアダプタを通じたデータ交換のための波長は検出光の波長と一致させることが好ましく、少なくとも、前記光通過部が該検出光のスペクトル及び光学的なインタフェースアダプタのスペクトルのいずれに対しても透明であることが好ましい。前記光通過部は、センサの光電的な作用原理のために元々存在しているものである。従って、センサのケーシングに対して、例えば追加の光通過部やプラグ接続部を設ける等、構造的な適合化を行う必要はない。

本考案には、簡単な操作で、センサとの無線データリンクを作り出すことができるという利点がある。このデータリンクは妨害的な放射を伴わず、工業的な環境で使用可能である。その際、光通過部が隠れてしまうことは原理的にありえず、どのような使用場所でも光通過部は常に外部からアクセス可能である。なぜなら、光通過部が隠れてしまうとセンサが作動しないからである。

本考案では、センサ側にはプラグは不要である。従って、液体等に対する密閉性の点で弱い箇所は存在しない。プラグの挿抜が繰り返されることはなくなり、また、インタフェースアダプタを結合しても負荷はほとんど生じない。このことは流れ作業における製造の間にも重要である。標準インタフェース上で光学的なデータを電気信号に変換することにより、一般のどのようなパラメータ設定機器でも接続可能となる。

本考案のインタフェースアダプタは、センサのケーシングのうち光通過部を取り囲む円筒状の部分の外径と一致する内径を有するリング状であることが好ましい。これは、両側の円形の面が開いているリングのような形状であってもよいし、一方の円形の面が閉じた帽子のような形状であってもよい。このようなリングをケーシングの円筒状の部分に装着すると、その部分に合うようにリングがたわみ、少なくとも追加のストッパーを使用すれば、リングの位置がずれることはない。リングを装着すると、該リングにより光学的なインタフェースが遮蔽されるため、周囲からの妨害の影響が最小限に抑えられる。

本考案のインタフェースアダプタは、少なくとも１つの調整用光源を有する調整補助手段を備えることが好ましい。これには、可視光スペクトル内で発光する調整用レーザが特に有用である。というのも、光電センサには可視光以外の波長領域の検出光（例えば赤外光や紫外光）を用いるものが多いからである。可視光以外の光を使うと、目視で方向を確認することができないため、調整作業が困難になる。パラメータ設定と調整は同じ作業工程に従って行われることが多いため、調整用光源をパラメータ設定の際にも利用できるようにすれば十分である。いずれにせよこの時点でインタフェースアダプタはセンサに位置固定的に結合されているため、インタフェースアダプタの調整用光源を介して調整を行うことができる。この構成によれば、可視光の波長領域内で動作する比較的高価な調整用光源を各センサに設ける必要がない。複数のセンサを調整する場合でも、その都度追加的なコストを発生させることなく、１つのインタフェースアダプタを繰り返し使用できる。

前記調整補助手段はリング状に配置された複数の調整用光源を備えることが好ましい。このようにすると、センサの監視面（例えばレーザスキャナの走査面）の調整が可能になる。

光学的インタフェースとしては赤外線インタフェースが好ましい。これに必要な部品は非常に安価であるため、簡単なセンサの場合でも製造コストはほとんど増加しない。仮にＵＳＢプラグ（これは本考案のインタフェースアダプタ及びその赤外線インタフェースを基礎とするセンサには不要であるが）を使えば、それだけで製造コストの増加幅は数倍になる。

本考案で用いられる標準インタフェースとしては有線インターフェース、特にシリアルインタフェース、ＵＳＢインタフェース、又はイーサネットインタフェースが好ましい。このようにすると、あらゆる一般的なパラメータ設定器具を問題なく接続することができる。あるいは、センサとインタフェースアダプタの結合中に出る妨害的な放射が許容範囲内であれば、ＷＬＡＮやブルートゥース、移動体通信（携帯電話など）といった無線インタフェースへの変換も考えられる。センサ専用の無線インタフェースの場合とは異なり、ここでは、光学的なデータリンクよりもコスト面で有利であることや、またパラメータ設定や診断の完了後に妨害的な放射を確実に遮断することが重要である。

光電センサを有するセンサ装置に本考案のインタフェースアダプタを組み込み、前記光電センサを該光電センサの検出光のための光通過部を備えるケーシングに収納し、該光電センサに光学的なインタフェースを設けると有利である。

この場合、前記光通過部は前面ガラスを備えることが好ましい。この前面ガラスはセンサの内部を保護する。更に、前記ケーシングが前記インタフェースアダプタと形状的に適合しているような部分領域を有し、該部分領域の一部又は全体が前記前面ガラスで構成されていることが好ましい。

前記光電センサは距離測定用レーザスキャナであることが好ましい。このようなセンサは頻繁に利用され、注意深いパラメータ設定及び調整が必要であるため、定期的にインタフェースアダプタが利用される可能性がある。

前記光電センサは、前記光通過部の箇所に円筒状の部分及び／又は円錐台状の部分を有する光学的な蓋体を備えることが好ましい。この蓋体は少なくとも部分的に前記前面ガラスと同一のものとすることができる。このような形状の蓋体は、最大３６０°の角度範囲にわたる光通過部を形成できるため、レーザスキャナに特に好適である。特別な実施形態においては、前記蓋体が円錐台状の部分と円筒状の部分を有し、前記円錐台状の部分がその狭い側の端部において前記円筒状の部分へと移行する形状となっている。インタフェースアダプタがリング状である場合、前記円筒状の部分にそのインタフェースアダプタを装着すると、該アダプタは前記蓋体の表面に沿ってリングの直径に応じた所定の高さまで正確に滑る。こうしてインタフェースアダプタは正しく位置決めされる。更にマーク、ノッチ、ストッパなどを追加することにより、インタフェースアダプタを周方向にも正しく装着し、センサ及びインタフェースアダプタの光学的なインタフェースが、光によるデータ通信に対して透過性を有する蓋体の壁のみを介してまっすぐに向き合うようにすることもできる。

前記インタフェースアダプタは、前記光電センサに対して着脱自在であることが好ましい。つまり、必要なときにだけ一時的にアダプタを結合してデータリンクを作り出すのである。このようにすれば、多数のセンサに対してインタフェースアダプタを順番に使用できるため、インタフェースアダプタの製造コストがほとんど無視できる。あるいは、貼着、係着、嵌入等によりアダプタを永続的に結合することも可能である。これは、機能的に見れば、標準インタフェースと調整補助手段（インタフェースアダプタ内に該手段がある場合）を光電センサに後付けで装備することを意味する。また、結合の形態を工程に合わせて選ぶこともできる。

前記光電センサの光学的インタフェースは、インタフェースアダプタが該光電センサに接続されていないときには待機状態に移行するか、待機状態に留まるように構成されることが好ましい。このようにすると、その都度の妨害的な放射が回避される上、無駄なエネルギ消費も無くなる。

前記光電センサの光学的インタフェースは、前記インタフェースアダプタの光学的インタフェースからの通信要求が確認されない限り、待機状態に移行するか、待機状態に留まるように構成されることが好ましい。この構成によっても、妨害的な放射及び電流消費量が最低限に抑えられる。というのも、インタフェースアダプタの結合の有無ではなく該アダプタからの通信要求の有無が動作条件となるからである、このようにすれば、たとえインタフェースアダプタが結合されていても、光学的なインタフェースが無駄に作動することがない。逆に、前記通信要求の信号を利用して、インタフェースアダプタの存在を高い信頼性で確認することができる。

以下、本考案について、更なる特徴及び利点をも考慮しつつ、模範的な実施形態に基づき、添付の図面を参照ながら詳しく説明する。図面の内容は以下の通りである。

インタフェースアダプタを備えるレーザスキャナの原理を示す断面図。 図１に示した、インタフェースアダプタを備えるレーザスキャナの装置の外形を示す三次元図。 図１及び図２に示した装置の概略平面図。

図１はインタフェースアダプタ２００を備えるレーザスキャナ１００の原理を示す断面図である。レーザスキャナ１００は、インタフェースアダプタ２００を通じてそのパラメータ設定や診断を行うことができる光電センサの一例である。このレーザスキャナ１００とインタフェースアダプタ２００から成る装置を改めて三次元的に示したものが図２であり、概略平面図で示したものが図３である。いずれの図においても同一の符号は同一の特徴部分を示している。

念のため、まず模範例として示されたこのレーザスキャナ１００の動作原理について以下に簡単に説明する。発光器１０２（例えばレーザ光源を備えるもの）から発する光が発光光学系１０４の作用により出射光線１０６となり、この光線が偏向ユニット１０８により監視領域１１０へ出射される。この領域に物体があれば、出射光線１０６は該物体により拡散反射される。拡散反射された光１１２は再びレーザスキャナ１００へ戻り、偏向ユニット１０８及び受光光学系１１４の作用により受光器１１６（例えばフォトダイオード）へと送られ、検出される。

偏向ユニット１０８はモータ１１８に取り付けられており、該モータ１１８により連続的に回転駆動される。この回転動作の間、出射光１０６が平面を走査する。偏向ユニット１０８の角度位置は角度測定装置１２０により検出される。図示した装置では、模範例として、コード板の近傍にフォーク状の光遮断機を配置した角度測定装置１２０が用いられている。解析ユニット１２２が発光器１０２、受光器１１６、モータ１１８及び角度測定装置１２０と接続されている。解析ユニット１２２は、単一パルス、複数パルス又は位相遅延を利用した方法により、出射光線１０６の出射から拡散反射光１１２の受光までの所要時間を測定する。従って、このレーザスキャナ１００では、光の通過時間と一定の光速度から物体の距離が求まり、更に角度測定装置１２０により物体の方向が分かるから、物体の完全な位置が極座標の形で得られる。

レーザスキャナ１００はケーシング１２４に収納されている。ケーシング１２４の形状は図２の三次元図に分かりやすく示されている。光学的な蓋体１２６は、出射光１０６に対して透明で中心軸を取り囲むように配置された円錐台状の前面ガラス１２８と、円筒状の上置き部１３０とを備える。前面ガラス１２８を円錐台状にすることはレーザスキャナの場合に特に有利である。ただし、本考案はこれに限定されるものではない。

本考案では、レーザスキャナ１００がインタフェースアダプタ２００を介してパラメータ設定装置に結合される。そのために、インタフェースアダプタ２００は、前記円筒状の上置き部１３０の外径に適合した内径を有するリング状の上置き部２０２を備えている。これにより、インタフェースアダプタ２００を蓋体１２６の上にぴったりと装着し、該蓋体１２６の方向へ所望の距離だけ正確に滑らせることができる。図示したリング状の上置き部２０２の上側は閉じた円形の平面２０４になっているが、この平面がない形状にすることも可能である。更に、リング状の上置き部２０２は半径方向に一定の厚みを有している。これには安定性を高める効果がある。ただし、原理的には、単なる薄い帯状部材の両端を接合してリング状にしたものでも十分である。

レーザスキャナ１００には光学的なデータ通信のための発信器１３４及び受信器１３６を有する光学的インタフェース１３２が含まれている。このインタフェース１３２は解析ユニット１２２と接続されており、該解析ユニット１２２と外部の間のデータリンクを形成する。これに対応して、インタフェースアダプタ２００には、同様に発信器２０８と受信器２１０を有する光学的インタフェース２０６が含まれている。この光学的インタフェース２０６はデータを電気信号に変換し、その電気信号がケーブル２１２を通じて標準インタフェース２１４に送られる。標準インタフェース２１４（例えばＵＳＢインタフェース）はパラメータ設定装置に接続される。こうして、全体としてパラメータ設定装置とレーザスキャナ１００との間に双方向のデータリンクが形成される。更に、標準インタフェース２１４を通じてインタフェースアダプタ２００へ電流を供給することもできる。あるいは専用の電流供給路（図示せず）を設けてもよい。また、標準インタフェース２１４は、図のようにケーブル２１２で接続するのではなく、インタフェースアダプタの本体の内部に組み込んでもよい。

インタフェースアダプタ２００の形態が蓋体１２６の幾何形状に適合しているため、２つの光学的インタフェース１３２及び２０６の間の見通し線が前面ガラス１２８を通って確実に形成される。従って、レーザスキャナ１００とインタフェースアダプタ２００をしっかり固定して結合すれば、元々レーザスキャナ１００の検出光（即ち出射光線１０６及び拡散反射光１１２）のために存在する光通過部１２８を光学的なデータリンクにも利用できる。

インタフェースアダプタ２００が装着されていないこと、又は、光学的インタフェース２０６を通じてインタフェースアダプタ２００からの通信要求が来ないことが確認されると、解析ユニット１２２はレーザスキャナ１００の光学的インタフェース１３２を待機状態に切り換える。これにより、妨害光（迷光）の発生や無駄なエネルギ消費が回避される。

図３から分かるように、本考案の一実施形態では、複数の調整用レーザ２１６ａ〜ｄから成る追加的な調整補助手段がインタフェースアダプタに組み込まれている。調整用レーザ２１６ａ〜ｄは目視により調整を行うためのものであり、従って可視光スペクトル領域で動作する。これは、出射光線１０６が赤外光や紫外光のように人間の目に見えない光である場合に特に有用である。インタフェースアダプタ２００がレーザスキャナ１００と位置固定的に結合されているため、調整用レーザ２１６ａ〜ｄはレーザスキャナ１００の調整に関する信頼できる情報をもたらす。調整用レーザ２１６ａ〜ｄはインタフェースアダプタ２００の他の部分と同じ方法で電流を供給されることが好ましい。当然のことながら、各要素の接続や結合の形態は図に示した模範例とは異なるものとすることができる。調整用レーザ２１６ａ〜ｄへの要求はインタフェースアダプタ２００上に設けられた専用のスイッチ（図示せず）を通じて、又はパラメータ設定装置を通じて送られる。そのためにインタフェースアダプタ２００に操作部や制御用電子装置を追加することも考えられる。

Claims (13)

1. 光電センサ（１００）、特にレーザスキャナのためのインタフェースアダプタ（２００）であって、
   前記光電センサ（１００）が該光電センサ（１００）の検出光（１０６、１１２）のための光通過部（１２６）を備えるケーシング（１２４）に収納され、
   該インタフェースアダプタ（２００）が前記光電センサ（１００）との通信のための光学的インタフェース（２０６）及びパラメータ設定装置との通信のための標準インタフェース（２１４）を備えており、
   該インタフェースアダプタ（２００）の形状が前記光電センサ（１００）のケーシングのうち前記光通過部（１２６）を取り囲む領域（１２８、１３０）に適合しており、その結果、該インタフェースアダプタ（２００）を前記光電センサ（１００）に位置固定的に結合することができるとともに、該インタフェースアダプタ（２００）と該光電センサ（１００）との間の通信のために見通し線が前記光通過部（１２６）を通って形成されていること
   を特徴とするインタフェースアダプタ（２００）。
2. 前記光電センサ（１００）のケーシングのうち光通過部（１２６）を取り囲む円筒状の部分（１３０）の外径と一致する内径を有するリング状（２０２）の形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のインタフェースアダプタ（２００）。
3. 少なくとも１つの調整用光源（２１６ａ〜ｄ）を有する調整補助手段、特に可視光スペクトル領域で動作する調整用レーザを備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のインタフェースアダプタ（２００）。
4. 前記調整補助手段が、リング状に配置された複数の調整用光源（２１６ａ〜ｄ）を備えることを特徴とする請求項３に記載のインタフェースアダプタ（２００）。
5. 前記光学的インタフェース（２０６）が赤外線インタフェースであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のインタフェースアダプタ（２００）。
6. 前記標準インタフェース（２１４）が有線インタフェース、特にシリアルインタフェース、ＵＳＢインタフェース又はイーサネットインタフェースであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のインタフェースアダプタ（２００）。
7. 光電センサ（１００）及び請求項１〜６のいずれかに記載のインタフェースアダプタ（２００）を備え、前記光電センサ（１００）が該光電センサ（１００）の検出光（１０６、１１２）のための光通過部（１２６）を備えるケーシング（１２４）に収納されているとともに光学的インタフェース（１３２）を備えることを特徴とするセンサ装置（１００、２００）。
8. 前記光通過部（１２６）が前面ガラス（１２８）を備えることを特徴とする、請求項７に記載のセンサ装置（１００、２００）。
9. 前記光学センサ（１００）が距離測定用レーザスキャナであることを特徴とする、請求項７又は８に記載のセンサ装置（１００、２００）。
10. 前記光電センサ（１００）が前記光通過部（１２６）の箇所に円筒状の部分（１３０）及び／又は円錐台状の部分（１２８）を有する光学的な蓋体（１２６）を備えることを特徴とする、請求項７〜９のいずれかに記載のセンサ装置（１００、２００）。
11. 前記インタフェースアダプタ（２００）が前記光電センサ（１００）に対して着脱自在であることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれかに記載のセンサ装置（１００、２００）。
12. 前記光電センサ（１００）の光学的インタフェース（１３２）が、インタフェースアダプタ（２００）が該センサ（１００）に接続されていないときには待機状態に移行するか、待機状態に留まるように構成されていることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれかに記載のセンサ装置（１００、２００）。
13. 前記光電センサ（１００）の光学的インタフェース（１３２）が、前記インタフェースアダプタ（２００）の光学的インタフェース（２０６）からの通信要求が確認されない限り、待機状態に移行するか、待機状態に留まるように構成されていることを特徴とする、請求項７〜１２のいずれかに記載のセンサ装置（１００、２００）。

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