JP5826535B2 - 変位センサシステム、センサ用コントローラ及び表示制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物の変位を光学的に測定する技術に関する。

例えば下記特許文献１には、光源からの光を測定対象物に照射し、その反射光をイメージセンサで受光して、当該反射光のイメージセンサにおける受光位置に基づき光源及びイメージセンサから測定対象物までの距離を測定する光学式変位計が開示されている。このような光学式変位計は、移動機構により、光源からの光の照射方向に交差する方向に測定対象物を相対的に移動させることで、各移動位置に対応するイメージセンサでの受光位置に基づき測定対象物の表面形状を測定する形状測定に利用されることがある。

特開２００１−５０７１１公報

ところで、複数の測定対象物を、移動機構により順次移動させつつ、光学式変位計で測定された測定対象物ごとの変位に応じた複数の波形を、表示装置の表示画面上で互いに比較したい場合がある。例えば、複数の測定対象物が同じ型番の製品である場合、表示画面に表示された複数の波形を視覚的に比べることにより、製造ばらつきや欠陥品等を抽出することができる。

しかし、上記波形の比較は作業者の目で行うため、作業者にとって簡易且つ正確に比較させる必要がある。

本明細書では、複数の測定対象物それぞれの形状に応じた波形の比較を、作業者に簡易且つ正確にさせることが可能な技術を開示する。

本明細書によって開示される変位センサシステムは、相対的に移動する複数の測定対象物に順次、光を照射する投光部と、前記各測定対象物からの反射光を受光する受光面を有し、その反射光の前記受光面上での受光位置に応じた位置信号を出力する位置検出部と、表示画面を有する表示部と、前記位置検出部から出力された前記位置信号に基づき、前記複数の測定対象物それぞれの形状に対応した複数の信号波形それぞれについて当該信号波形のうち基準レベルを示す部位である基準部位を抽出する抽出処理、及び、前記抽出処理で抽出された前記基準部位同士を一致させた状態で、前記複数の信号波形を前記表示画面に表示させる表示処理を実行する制御部と、を備える。

この発明によれば、複数の信号波形が、基準レベルを示す基準部位同士を一致させた状態で表示部の表示画面に表示される。従って、複数の信号波形を、基準部位同士を一致させない状態で表示させる構成に比べて、複数の信号波形の比較を、作業者に簡易且つ正確にさせることができる。

上記変位センサシステムでは、作業者に前記基準レベルを任意の値に設定させる設定部を備えてもよい。
この発明によれば、作業者が設定する基準レベルの値に応じて、複数の信号波形の表示パターンを変更させることができる。

上記変位センサシステムでは、作業者の入力操作を受け付ける操作部を備え、前記制御部は、前記抽出処理において、前記複数の信号波形を前記表示画面に表示させ、前記複数の信号波形の横方向における位置関係を、前記操作部での入力操作に応じて任意に決定し、その決定された位置関係にある前記複数の信号波形の交差部位の信号レベルを、前記基準レベルとして設定してもよい。
この発明によれば、作業者が表示画面上で複数の信号波形の位置関係を任意に変更することにより、複数の信号波形を比較する基準となる基準レベル及び基準部位を決定することができる。

上記変位センサシステムでは、メモリを備え、前記制御部は、設定された前記基準レベルを前記メモリに記憶し、これ以降の前記抽出処理において前記メモリに記憶された前記基準レベルを読み出して前記基準部位を抽出してもよい。
この発明によれば、一度、基準レベルを設定した後は、これ以降の抽出処理ごとに基準レベルを設定する必要がなく、メモリに記憶されている基準レベルを利用することができる。

センサ用コントローラは、相対的に順次移動する複数の測定対象物それぞれの形状に応じた位置信号を出力する変位センサと通信可能に接続されるセンサ用コントローラであって、表示画面を有する表示部と、前記変位センサから出力された前記位置信号に基づき、前記複数の測定対象物それぞれの形状に対応した複数の信号波形それぞれについて当該信号波形のうち基準レベルを示す部位である基準部位を抽出する抽出処理、及び、前記抽出処理で抽出された前記基準部位同士を一致させた状態で、前記複数の信号波形を前記表示画面に表示させる表示処理を実行する制御部と、を備える。

表示制御プログラムは、相対的に順次移動する複数の測定対象物それぞれの形状に応じた位置信号を出力する変位センサを有する変位センサシステムと通信可能に接続され、表示画面を有する表示部を備える情報処理装置が有するコンピュータに、前記変位センサから出力された前記位置信号に基づき、前記複数の測定対象物それぞれの形状に対応した複数の信号波形それぞれについて当該信号波形のうち基準レベルを示す部位である基準部位を抽出する抽出処理と、前記抽出処理で抽出された前記基準部位同士を一致させた状態で、前記複数の信号波形を前記表示画面に表示させる表示処理と、を実行させる。

本発明によれば、複数の測定対象物それぞれの形状に応じた波形の比較を、作業者に簡易且つ正確にさせることができる。

一実施形態に係る変位センサシステムの全体構成を示す概要図 ワーク形状比較処理を示すフローチャート 複数の信号波形の表示パターンの一例を示す模式図（その１） 基準レベル設定画面を示す模式図 複数の信号波形の表示パターンの一例を示す模式図（その２）

一実施形態を図１〜図５を参照しつつ説明する。

１．変位センサシステムの全体構成
図１は、：変位センサシステム１０の全体構成を示す概要図である。この変位センサシステム１０は、変位センサ１１と、当該変位センサ１１と信号ケーブルを介して接続されるセンサ用コントローラ１２とを備える。同図には、変位センサ１１の下方に、複数のワークＷを、所定方向、具体的には同図に示す白抜き矢印方向に、順次搬送する搬送機構が有するベルト１３が示されている。複数のワークＷは、測定対象物の一例であり、本実施形態では、同じ規格で製造された複数の電子部品である。

（１）変位センサ
変位センサ１１は、投光素子としてのレーザダイオード（ＬＤ）１５と、そのレーザダイオード１５を駆動するためのＬＤ駆動回路１６と、レーザダイオード１５から発せられたレーザ光Ｌ１をワークＷ表面上に照射させる投光レンズ１７とを備えている。これらのレーザダイオード１５、ＬＤ駆動回路１６及び投光レンズ１７は、投光部の一例である。

また、変位センサ１１は、受光レンズ１８と、その受光レンズ１８を透過したレーザ光Ｌ２を受光する位置検出素子としてのＣＣＤリニアセンサ１９と、そのＣＣＤリニアセンサ１９を駆動するためのＣＣＤ駆動回路２０とを備えている。これらの受光レンズ１８、ＣＣＤリニアセンサ１９及びＣＣＤ駆動回路２０が位置検出部の一例である。

レーザダイオード１５から発せられたレーザ光Ｌ１は、投光レンズ１７を透過してワークＷ上に照射される。そして、このワークＷ上での拡散反射光Ｌ２は、受光レンズ１８を透過してＣＣＤリニアセンサ１９に入射する。このＣＣＤリニアセンサ１９において各画素に蓄積された電荷は、ＣＣＤ駆動回路２０によって読み出され、時系列の電圧信号ＳＧ１に変換される。

ＣＣＤ駆動回路２０が所定の転送用クロックをＣＣＤリニアセンサ１９に与えることにより、ＣＣＤリニアセンサ１９は、各画素に蓄積された電荷を１画素ずつ順番に転送する。そして、ＣＣＤ駆動回路２０は、全画素の蓄積電荷に対応する時系列の電圧信号ＳＧ１を出力する。

また、変位センサ１１は、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）によって構築された制御回路２１、出力回路２２を備えている。制御回路２１は、後述するワーク形状比較処理において、ＬＤ駆動回路１６に駆動信号ＳＧ２を与えてレーザダイオード１５に投光動作をさせる一方で、所定の設定サンプリング周期でＣＣＤ駆動回路２０を駆動させてＣＣＤリニアセンサ１９の各画素の蓄積電荷を転送させる受光動作を実行させて、ＣＣＤ駆動回路２０からの電圧信号ＳＧ１をＡ／Ｄ変換して受ける。また、制御回路２１は、上記設定サンプリング周期Ｔごとに、ＣＣＤ駆動回路２０から受ける各電圧信号ＳＧ１に基づく測定信号ＳＧ３を、出力回路２２を介して順次、センサ用コントローラ１２に与える。なお、この測定信号ＳＧ３が位置信号の一例である。

以上の構成により、変位センサ１１では、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上における拡散反射光Ｌ２の受光位置Ｐが、変位センサ１１からワークＷの照射スポットＱまでの距離によって移動する。制御回路２１は、受光位置Ｐを、電圧信号ＳＧ１を解析して検出することによりワークＷの高さ変位を測定することできる。

（２）センサ用コントローラ
センサ用コントローラ１２は、例えばＦＰＧＡによって構築された制御回路３０、操作パネル３１、メモリ３２及び表示部３３を備えている。制御回路３０は、制御部の一例であり、後述するワーク形状比較処理を実行する。操作パネル３１は、変位センサ１１やセンサ用コントローラ１２の各動作条件などの各種設定を行うためのものであり、設定部及び操作部の一例である。メモリ３２には、ワーク形状比較処理を実行するためのプログラム等が記憶されており、不揮発性メモリであることが好ましい。表示部３３の例としては、液晶ディスプレイ、ＬＣＤが挙げられる。

また、センサ用コントローラ１２には、ワークセンサ４０が有線または無線により通信可能に接続されている。ワークセンサ４０の検出領域は、変位センサ１１の測定領域に対して、ベルト１３の搬送方向の上流側に配置されている。ワークセンサ４０は、検出領域内にてワークＷを検出するごとに、検出信号ＳＧ４を出力する。

２．ワーク形状比較処理
図２はワーク形状比較処理を示すフローチャートである。例えば作業者が操作パネル３１にてワーク形状比較の実行指示を入力すると、制御回路３０は、図２に示すワーク形状比較処理を実行する。また、変位センサ１１は、図示しない電源スイッチがオンされると、制御回路２１は、変位センサ１１に前述した投光動作及び受光動作を繰り返し実行させ、設定サンプリング周期ごとに、ＣＣＤ駆動回路２０からの電圧信号ＳＧ１を受けて、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上の全画素から最大受光量の画素を検出し、このピーク画素の位置に対応した測定信号ＳＧ３を、センサ用コントローラ１２へ出力する。なお、制御回路２１は、センサ用コントローラ１２の制御回路３０からの指示をトリガとして、上記投光動作及び受光動作等を開始してもよい。

制御回路３０は、まずワークカウント値Ｋをゼロに初期化し（Ｓ１）、ワークセンサ４０がワークＷを検出したかどうかを判断する（Ｓ２）。制御回路３０は、ワークセンサ４０から検出信号ＳＧ４を受けると、ワークＷを検出したと判断し（Ｓ２：ＹＥＳ）、ワークカウント値Ｋに１を加算する（Ｓ３）。制御回路３０は、ワークＷの検出時またはその所定時間経過時をトリガとして、ワークＷ１つ分に対応する測定信号ＳＧ３を、変位センサ１１から取得する取得処理を開始する（Ｓ４）。

具体的には、制御回路３０は、ワークＷの検出時等から設定時間だけ経過するまで、変位センサ１１が出力する測定信号ＳＧ３を取得し、当該測定信号ＳＧ３に応じた測定データをメモリ３２に時系列で順次格納していく。なお、設定時間は、ワークＷの搬送方向における長さに応じて設定されており、予めメモリ３２に記憶されている。なお、Ｓ３の処理とＳ４の処理の順番は逆であってもよい。

制御回路３０は、上記測定処理を終了すると、ワークカウント値Ｋが上限値Ｎ、例えば４であるかどうかを判断し（Ｓ５）、ワークカウント値Ｋが上限値Ｎ未満であると判断すれば（Ｓ５：ＮＯ）、Ｓ２に戻る。一方、制御回路３０は、ワークカウント値Ｋが上限値Ｎであると判断すれば（Ｓ５：ＹＥＳ）、メモリ３２に、基準レベルが既に設定済かどうかを判断する（Ｓ６）。制御回路３０は、基準レベルが設定済でなければ（Ｓ６：ＮＯ）、メモリ３２に格納されたワークＷごとの測定データ群を読み出して、各ワークＷに対応する複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４を、表示部３３の表示画面３３Ａに同時に表示させる（Ｓ７）。

図３は、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４の表示パターンの一例を示す模式図である。また、当該表示画面３３Ａには、第１設定モードと第２設定モードのアイコンが表示されている。前述したように、各信号波形Ｖ１〜Ｖ４は、いずれもワークＷの検出時等をトリガとして取得された測定信号ＳＧ３に基づき形成されたものである。しかし、ベルト１３の搬送速度のバラツキや、ベルト１３上でのワークＷの位置ずれ等により、同図に示すように、各信号波形Ｖ１〜Ｖ４のピーク位置は、時間軸においてばらつく。このため、作業者は、図３に示す表示画面３３Ａでは、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４の波形、換言すれば、複数のワークＷの形状を比較することが難しい。

作業者が操作パネル３１を操作して、第１設定モードのアイコンを選択すると（Ｓ８：ＹＥＳ）、制御回路３０は、図４に示す基準レベル設定画面５０を表示画面３３Ａに表示させる（Ｓ９）。この基準レベル設定画面５０には、基準レベルの値と、基準時間の値とをそれぞれ任意に入力可能な入力欄５０Ａ，５０Ｂが表示されている。なお、基準レベルの入力範囲を、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４の波形のうち、ピーク値が最も低い波形の当該ピーク値以下に制限することが好ましい。なお、基準レベルは、信号波形のうち勾配が大きい部位に対応するレベルを設定することが好ましい。また、基準レベルは、一の信号波形のピーク値に設定してもよい。

作業者により操作パネル３１にて基準レベル及び基準時間の値が入力されると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、制御回路３０は、基準レベル及び基準時間の入力値を、メモリ３２に記憶する（Ｓ１１）。次に、制御回路３０は、図５に示すように、当該基準レベル及び基準時間の値を基準として、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４を表示画面３３Ａに同時に表示させる（Ｓ１２）。具体的には、制御回路３０は、信号波形Ｖ１〜Ｖ４ごとに、基準レベルを示す部位である基準部位Ｘ１〜Ｘ４をそれぞれ抽出する抽出処理を実行する。

続いて、制御回路３０は、各基準部位Ｘ１〜Ｘ４が基準時間で一致するように、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４を、時間軸方向においてスライド移動させ、基準部位Ｘ１〜Ｘ４が一致した状態で、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４を表示画面３３Ａに表示させる表示処理を実行する。これにより、作業者は、図３の表示パターンに比べて、図５の表示パターンにより、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４の波形を比較し易くなる。図５の例では、信号波形Ｖ４が、他の信号波形Ｖ１〜Ｖ３と大きく相違する。従って、作業者は、信号波形Ｖ４に対応するワークＷが欠陥品である可能性が高いと判断することができる。

制御回路３０は、作業者の入力操作により図５の終了アイコンが押下されると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、表示部３３の画面表示を終了し、本ワーク形状比較処理を終了する。一方、作業者が操作パネル３１を操作して、第２設定モードのアイコンを選択すると（Ｓ８：ＮＯ）、制御回路３０は、図示しない波形移動画面を表示させる。この波形移動画面の例としては、例えば図３の表示画面に対し、第１設定モード、第２設定モードのアイコンの代わりに、各波形の選択ボタン、波形を左に移動させる左ボタン、波形を右に移動させる右ボタン、確定ボタンが表示されたものが挙げられる。

例えば作業者の入力操作により、各信号波形Ｖ１〜Ｖ４が図５に示す位置に移動され、確定ボタンが押下されると（Ｓ１６：ＹＥＳ）、制御回路３０は、このときの各信号波形Ｖ１〜Ｖ４の交差部位の高さの値及び時間を、基準レベル及び基準時間としてメモリ３２に記憶する（Ｓ１１）。

なお、制御回路３０は、基準レベルが設定済でも（Ｓ６：ＹＥＳ）、作業者が操作パネル３１にて基準レベルの変更指示を入力した場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、Ｓ７に進む。制御回路３０は、基準レベルが設定済で（Ｓ６：ＹＥＳ）、且つ、作業者が操作パネル３１にて基準レベルの変更指示を入力しない場合には（Ｓ１４：ＮＯ）、Ｓ１２に進む。

３．本実施形態の効果
本実施形態によれば、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４が、基準レベルを示す基準部位Ｘ１〜Ｘ４同士を一致させた状態で表示部３３の表示画面３３Ａに表示される。従って、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４を、基準部位同士１〜Ｘ４を一致させない状態で表示させる構成に比べて、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖの比較を、作業者に簡易且つ正確にさせることができる。

また、第１設定モードを選択すれば、作業者が設定する基準レベルの値に応じて、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４の表示パターンを変更させることができる。作業者は、基準レベルの値を適宜変更することにより、最も比較し易い表示パターンで複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４を表示させることができる。

また、第２設定モードを選択すれば、作業者が表示画面３３Ａ上で複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４の位置関係を任意に変更することにより、複数の信号波形Ｖ１〜Ｖ４を比較する基準となる基準レベル及び基準部位を決定することができる。更に、一度、基準レベルを設定した後は、これ以降の抽出処理ごとに基準レベルを設定する必要がなく、メモリ３２に記憶されている基準レベルを利用することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では変位センサ１１とセンサ用コントローラ１２とは、信号ケーブルを介して通信可能とされていた。しかし、これに限らず、変位センサ１１とセンサ用コントローラ１２とが無線通信可能とされた構成でもよい。また、変位センサシステム１０は、変位センサ１１とセンサ用コントローラ１２とが別体であったが、両者が１つの筺体により一体化されたものでもよい。また、変位センサシステム１０、具体的には、センサ用コントローラ１２に通信可能に接続される情報処理装置、例えばパーソナルコンピュータに、上記ワーク形状比較処理の一部または全部を実行させる構成でもよい。

（２）上記実施形態では、制御部の一例として、ＦＰＧＡによって構築された制御回路３０を例に挙げた。しかし、制御部は、これに限らず、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）など、他のハード回路で構成されたものや、１または複数のＣＰＵ，ＲＯＭ．ＲＡＭを有する構成でもよい。更に、制御部は、変位センサ１１に設けられた制御回路２１であって、当該制御回路２１で図２に示すワーク形状比較処理を実行してもよい。更に、制御部は、制御回路２１，３０を有して構成され、これらの制御回路２１，３０が協働して上記ワーク形状比較処理を実行する構成でもよい。

（３）上記実施形態では、ワークセンサ４０によるワークＷの検出時等をトリガとして、ワークＷ１つ分の測定信号ＳＧ３の取得を開始した。しかし、ワークセンサ４０を利用しない構成でもよい。例えば、複数のワークＷ分の測定信号ＳＧ３を継続して取得し、当該測定信号ＳＧ３の信号列を、上記設定時間ごとに区切ることで、各ワークＷの信号波形とする構成でもよい。また、変位センサ１１からの測定信号ＳＧ３の信号レベルが所定の閾値以上になったことをトリガとして、ワークＷ１つ分の測定信号ＳＧ３の取得を開始してもよい。

（４）上記実施形態では、作業者が基準レベルを設定する例を説明した。しかし、制御回路３０が、ピーク値が最も低い波形の当該ピーク値や、最大値と最小値との間の値、例えば中心値を、基準レベルとして自動で設定する構成でもよい。

（５）上記実施形態では、第１設定モードと第２設定モードを選択して実行する例を説明した。しかし、第１設定モード及び第２設定モードのいずれか１つだけを実行する構成でもよい。

１０：変位センサシステム １１：変位センサ １２：センサ用コントローラ １５：レーザダイオード １６：ＬＤ駆動回路 １７：投光レンズ １８：受光レンズ １９：ＣＣＤリニアセンサ １９ａ：受光面 ２０：ＣＣＤ駆動回路 ３０：制御回路 ３１：操作パネル ３２：メモリ ３３：表示部 ３３Ａ：表示画面 ＳＧ３：測定信号 Ｘ１〜Ｘ４：基準部位 Ｖ１〜Ｖ４：信号波形 Ｗ：ワーク

Claims (6)

1. 相対的に移動する複数の測定対象物に順次、光を照射する投光部と、
   前記各測定対象物からの反射光を受光する受光面を有し、その反射光の前記受光面上での受光位置に応じた位置信号を出力する位置検出部と、
   表示画面を有する表示部と、
   前記位置検出部から出力された前記位置信号に基づき、前記複数の測定対象物それぞれの形状に対応した複数の信号波形それぞれについて当該信号波形のうち、任意の値に設定可能である基準レベルを示す部位である基準部位を抽出する抽出処理、及び、
   前記抽出処理で抽出された前記基準部位同士を一致させた状態で、前記複数の信号波形を前記表示画面に表示させる表示処理を
   実行する制御部と、を備える変位センサシステム。
2. 請求項１に記載の変位センサシステムであって、
   作業者に前記基準レベルを任意の値に設定させる設定部を備える、変位センサシステム。
3. 請求項１に記載の変位センサシステムであって、
   作業者の入力操作を受け付ける操作部を備え、
   前記制御部は、
   前記抽出処理において、前記複数の信号波形を前記表示画面に表示させ、前記複数の信号波形の横方向における位置関係を、前記操作部での入力操作に応じて任意に決定し、その決定された位置関係にある前記複数の信号波形の交差部位の信号レベルを、前記基準レベルとして設定する、変位センサシステム。
4. 請求項２または３に記載の変位センサシステムであって、
   メモリを備え、
   前記制御部は、設定された前記基準レベルを前記メモリに記憶し、これ以降の前記抽出処理において前記メモリに記憶された前記基準レベルを読み出して前記基準部位を抽出する、変位センサシステム。
5. 相対的に順次移動する複数の測定対象物それぞれの形状に応じた位置信号を出力する変位センサと通信可能に接続されるセンサ用コントローラであって、
   表示画面を有する表示部と、
   前記変位センサから出力された前記位置信号に基づき、前記複数の測定対象物それぞれの形状に対応した複数の信号波形それぞれについて当該信号波形のうち、任意の値に設定可能である基準レベルを示す部位である基準部位を抽出する抽出処理、及び、
   前記抽出処理で抽出された前記基準部位同士を一致させた状態で、前記複数の信号波形を前記表示画面に表示させる表示処理を実行する制御部と、を備えるセンサ用コントローラ。
6. 相対的に順次移動する複数の測定対象物それぞれの形状に応じた位置信号を出力する変位センサを有する変位センサシステムと通信可能に接続され、表示画面を有する表示部を備える情報処理装置が有するコンピュータに、
   前記変位センサから出力された前記位置信号に基づき、前記複数の測定対象物それぞれの形状に対応した複数の信号波形それぞれについて当該信号波形のうち、任意の値に設定可能である基準レベルを示す部位である基準部位を抽出する抽出処理と、
   前記抽出処理で抽出された前記基準部位同士を一致させた状態で、前記複数の信号波形を前記表示画面に表示させる表示処理と、
   を実行させる、表示制御プログラム。
   
   
   

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