JP5310680B2 - 変位センサ - Google Patents
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Description
この特許文献1には、画像中に現れた受光量のピーク値(具体的には各水平ラインの濃度最大値の平均値)に対する当該ピーク値の最適値の比率を求め、その比率に基づいて検出処理の感度を決めるパラメータ(増幅回路のゲイン、レーザダイオードの発光時間および発光強度、CCDのシャッタ時間)を調整することが記載されている。
図7(1)は、複数の部品201が搭載された基板200の搬送経路の上方に変位センサ300を配置して、移動中の基板200に対する計測を行う例を示す。図7(2)は、上記の処理により得られる計測値の時間軸に沿った変化を、グラフとして示す。なお、ここに示す計測値は、センサ300から検出対象物までの距離を所定の基準面から見た高さに置き換えたもので、グラフ中の値の低い箇所は基板200を対象にした計測値を示し、グラフ中の値の高い箇所は部品201を対象にした計測値を示す。
たとえば、基板200より部品201の方が反射率が高いものとすると、基板200に合わせて感度を高く設定している状態下で検出対象が部品201に替わった場合には、大幅に増加した反射光が高い感度で検出されるため、受光量データが飽和するおそれがある。また、部品201に合わせて感度を低く設定している状態下で検出対象が基板200に替わると、受光量データの値が非常に低くなり、反射光の入射の有無を認識するのが困難になる。
なお、上記の感度の調整は、毎回の検出処理に応じて実行されるのが望ましいが、特定の信号処理部による受光量データが適正値を含む所定の数値範囲に含まれる間は、実質的な感度調整処理をスキップしてもよい。
感度調整手段は、選択された受光量データのピーク値と、特定の信号処理部に適用された倍率に対する前記選択された受光量データを生成した信号処理部に適用された倍率との比率とに基づき、特定の信号処理部による受光量データのピーク値と適正値との相対関係を求める。また、計測手段は、特定の信号処理部による受光量データを用いて撮像素子において受光量のピーク値が得られた位置を特定し、この特定された位置に基づき変位量を計測する。
この実施例の変位センサ1は、検出対象のワークWに対してレーザビームL1を投光すると共にこのレーザビームL1に対するワークWからの反射光L2を受光し、三角測距の原理に基づき、センサ1からワークWの表面までの距離を変位量として計測する。この処理のために、センサ1の筐体10の内部には、図2に示す発光素子11および撮像素子12や、処理回路が搭載された制御基板などが設けられる。
この変位センサ1の投光部101は、発光素子11としてレーザダイオードを使用する。投光部1には、このほか、図示しない投光用のレンズや発光素子11の駆動回路が含まれる。受光部102には、受光用のレンズ(図示せず。)、2次元の撮像素子12(CMOSまたはCCDを使用する。)、および撮像素子12から出力される画像信号(反射光の受光量を示す画像となるので、以下では「受光量信号」という。)を処理する受光回路13が含まれる。
撮像素子12からの出力ラインは2つに分かれ、一方のラインは信号処理部C1に接続され、他方のラインは信号処理部C3に接続される。
信号処理部C2には、アンプ22とピークホールド回路32とAD変換回路42とが含まれる。アンプ22のゲインは約100倍に設定される。信号処理部C1のアンプ21,23により増幅された受光量信号は、このアンプ22によりさらに増幅されて、ピークホールド回路32に入力される。ピークホールド回路32でホールドされた最大レベルの受光量信号はAD変換回路42によりディジタル変換される。この変換処理により抽出されたピーク値はCPU14に入力される。
なお、信号処理部C2,C3のAD変換回路42,43は、CPU14と同じチップに一体化することも可能である。
この処理は、センサ1に電源が投入されて、CPU14およびFPGA15が起動することにより開始される。まず、最初のステップAでは、CPU14により感度調整に係る各パラメータg,q,tが初期設定される。その後は、CPU14とFPGA15との協働により、ステップB,C,Dによる無限ループを繰り返す。
この実施例のCPU14の内部メモリには、感度の調整処理のために、基準ピーク値P1の適正範囲を示す数値範囲(最適値Rを含む。)が登録されている。ステップD1では直前の計測処理に用いられた基準ピーク値P1をこの適正範囲と照合し、P1が適正範囲を逸脱している場合に、感度の調整処理を行うようにしている。
この後はステップD7に進み、感度調整値Vの値に基づいて、各パラメータg,q,tを調整する。
この実施例のセンサ1Aにも、図2の例と同様に、発光素子11を含む投光部101、撮像素子12を含む受光部102、CPU14、FPGA15、および入出力インターフェース16が含まれる。ただし、受光部102には、先の実施例とは異なる構成の受光回路13Aが設けられる。
撮像素子12の各画素から出力された受光量信号は、可変ゲインアンプ30を介して各信号処理部E1〜E5に入力され、それぞれのアンプ51〜55およびAD変換回路61〜65により処理される。これによりFPGA15には、受光量の波形の振幅が異なる5枚の画像が入力されることになる。
また、ピーク値P3を適正範囲と照合しない場合でも、ピーク値P3が最適値R付近にある場合には、ステップD11においてピーク値P3が選択され、ステップD12で求められる感度調整値Vが1に近い値となる。したがって、値1に対する感度調整値Vの差が所定の許容値以内となったことをもって、ステップD13をスキップしてもよい。
11 発光素子
12 撮像素子
13,13A 受光回路
14 CPU
15 FPGA
101 投光部
102 受光部
C1〜C3,E1〜E5 信号処理部
Claims (4)
- 検出用の光を投光する投光部と、投光部からの光に対する対象物からの反射光を受光して、その受光状態を示す受光量データを生成する受光部と、前記投光部および受光部による検出処理を繰り返しながら、毎回の検出処理により得た受光量データを用いて対象物の変位量を計測する計測手段と、前記検出処理における感度を調整する感度調整手段とを具備する変位センサであって、
前記受光部には、受光素子と、この受光素子から出力される受光量信号にそれぞれ異なる倍率を適用して前記受光量データを生成する複数の信号処理部とが含まれており、
前記計測手段は、前記複数の信号処理部のうちの特定の信号処理部により生成された受光量データを用いて前記変位量の計測処理を実行し、
前記感度調整手段は、前記検出処理に応じて前記複数の信号処理部により生成された受光量データの中から所定の許容値より高く、かつ飽和していない受光量データを1つ選択し、前記特定の信号処理部に適用された倍率に対する前記選択された受光量データを生成した信号処理部に適用された倍率の比率と当該選択された受光量データとに基づき、前記特定の信号処理部により生成された受光量データの値とあらかじめ定められた適正値との相対関係を求め、この相対関係に基づいて以後の検出処理における感度を調整する、
ことを特徴とする変位センサ。 - 前記感度調整手段は、前記特定の信号処理部による受光量データの値が前記許容値から飽和レベルまでの範囲にある場合には当該受光量データを選択し、前記特定の信号処理部による受光量データの値が前記許容値を下回る場合には特定の信号処理部よりも高い倍率が適用された信号処理部による受光量データを選択し、前記特定の信号処理部による受光量データが前記飽和レベルに達している場合には特定の信号処理部よりも低い倍率が適用された信号処理部による受光量データを選択する、請求項1に記載された変位センサ。
- 前記感度調整手段は、前記複数の信号処理部により生成された受光量データのうち、前記適正値に最も近い受光量データを選択する、請求項1に記載された変位センサ。
- 請求項1〜3のいずれかに記載された変位センサであって、
前記受光素子として複数の画素を有する撮像素子が設けられ、
前記特定の信号処理部において前記撮像素子の全画素の受光量を表す受光量データが生成されると共に、その他の信号処理部において前記撮像素子の各画素の受光量のうちの少なくともピーク値を表す受光量データが生成され、
前記感度調整手段は、選択された受光量データのピーク値と、前記特定の信号処理部に適用された倍率に対する前記選択された受光量データを生成した信号処理部に適用された倍率の比率とに基づき、前記特定の信号処理部による受光量データのピーク値と前記適正値との相対関係を求め、
前記計測手段は、前記特定の信号処理部による受光量データを用いて前記撮像素子において受光量のピーク値が得られた位置を特定し、この特定された位置に基づき前記変位量を計測する、変位センサ。
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