JPH0423846B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は送信部と受信部が分離され、その間の
物体の通過を検出する分離型の無接点スイツチに
関するものである。

従来技術とその問題点 光や超音波を利用して物体を検出する無接点ス
イツチには、送信部と受信部が一体に形成された
反射型や溝型の無接点スイツチと、送信部及び受
信部が物体を検出する位置を介して対向して配置
される透過型等の分離型無接点スイツチがある。
送受信部が一体となつた無接点スイツチでは、通
常受信信号に重畳される雑音成分を除去するため
に送信部をパルス駆動し、受信部を送信部に同期
させてパルス波に対応して得られる受信信号成分
のみを取り出す同期方式が用いられている。とこ
ろが分離型の無接点スイツチでは、送信部と受信
部が分離して配置されるために同期方式にしよう
とすれば送受信部間に同期信号用ケーブルを配設
する必要があり、構造が複雑になるという問題点
がある。従つて多くの場合非同期式が採用されて
いるが非同期式では雑音の影響を受け易く、その
影響をできるだけ、除くために受信部の応答時間
を遅くするといつた対策が施されている。このよ
うな場合に一体型の無接点スイツチのように高速
応答ができず、物体の検出が遅れるという問題が
あつた。

発明の目的 本発明はこのような分離型無接点スイツチの問
題点を解消するものであつて、同期信号用のケー
ブルを用いることなく受信部側で送信信号に基づ
いて同期信号を発生させ、同期式として動作させ
ることができる無接点スイツチを提供するもので
あり、特に電源投入時に誤りなく送信信号の周期
を測定するようにした無接点スイツチを提供する
ものである。

発明の構成と効果 本発明は所定周期でパルス駆動される信号を受
信する受信素子と、電源投入して所定時間の経過
後受信素子から得られる受信信号の所定範囲内に
ある周期を測定すると共に、当該周期の信号と実
質的に同一周期の信号を引続き受信したときに開
始測定周期とする開始周期測定手段と、開始周期
測定手段による周期測定後、所定時間毎に受信素
子から得られる受信信号の周期を測定する断続周
期測定手段と、開始周期測定手段及び断続周期測
定手段により測定した最新の周期を有する同期信
号を発生させる同期信号発生手段と、同期信号発
生手段により発生する同期信号により受信素子の
受信出力を検知する出力手段と、を具備すること
を特徴とするものである。

このような特徴を有する本発明によれば、送信
部から受信部に同期信号を伝送する必要がなくし
かも同期信号を伝送した場合と同様に雑音の影響
を受けにくく誤動作することがない無接点スイツ
チを得ることが可能である。又電源投入時にはあ
らかじめ記憶してある所定範囲内の周期を測定周
期とすると共に、引き続いて実質的に同一の周期
の受信信号を受信した時にのみ測定周期として、
以後それと同一の同期信号を発生させるようにし
ているので電源投入時にも周期を正確に測定する
ことが可能となる。又受信部側では受信信号に基
づいて同期信号を発生させているが、その同期信
号は所定時間毎に更新して前回測定した周期デー
タと入れ変えるようにしているので温度変化等に
よる送信パルスの周期の変動に追従することが可
能となり、安定した同期信号を得ることが可能と
なる。

実施例の説明 第１図は本発明による無接点スイツチの一実施
例を示すブロツク図である。本実施例を透過型の
光電スイツチとすると投光部には発光ダイオード
等の投光素子１とその投光素子１をパルス状に駆
動する投光回路２が設けられる。そしてこの投光
部と所定間隔を隔てて受光部が設けられる。受光
部の前面には投光素子の光を受光して電気信号に
変換するフオトトランジスタやフオトダイオード
等の受光素子３が設けられ、その出力は受光回路
４に与えられる。受光回路４は受光素子３に得ら
れた受光信号を増幅するものであつて、その出力
は直流分を遮断するカツプリングコンデンサ５を
介してコンパレータ６に与えられる。コンパレー
タ６は所定のスレツシユホールドレベルにより受
光信号を弁別して受光信号を整形し方形波信号と
するものであつて、その出力は本発明による同期
信号発生部７とゲート回路８に与えられる。同期
信号発生部７はマイクロプロセツシングユニツト
（以下MPUという）９とその演算処理手順及び一
時的なデータを保持するメモリ１０を有してお
り、コンパレータ６の出力はＩ／Ｏポート１１を
介してMPU９に与えられる。同期信号発生部７
は又MPU９を駆動するクロツク発生器１３、及
びそのクロツクを計数し受光回路４より得られる
パルスの周期を測定するカウンタ１４を有してい
る。同期信号発生部７は後述するように受光信号
に含まれているパルスの周期を設定することによ
つて疑似的な同期信号を発生するものであつて、
MPU９が発生する同期信号出力はＩ／Ｏポート
１２を介してゲート回路８に与えられる。ゲート
回路８はその同期信号とコンパレータ６より与え
られる受光信号との論理積を出力回路１５に与え
るものである。出力回路１５はゲート回路８より
所定数の出力パルスが与えられた場合にのみ物体
検知信号を出力するものである。

第２図はメモリ１０のメモリマツプを示す図で
ある。本図においてリードオンリメモリ等の固定
記憶領域にMPU９の演算処理手順を記憶するプ
ログラム領域を有し、更に投光部より与えられる
信号の周期は経年変化やその周囲の温度、電圧等
により異なるので、その最少値T01、最大値
T02、及び一旦測定した周期が温度変化等によつ
て徐々に微少時間だけ変動すると考えられるの
で、その変動時間に応じた偏差ΔTの記憶領域に
有している。更に書換え可能な記憶領域に同期信
号発生部７で発生する同期信号の信号幅の1/2の
時間をΔT′として記憶し、測定した周期Ti、周期
計測時に用いられ周期を計測する範囲を定める測
定開始時間Ts、測定終了時間Teを記憶する領域
と測定時の同期信号時間を定める測定時同期信号
時間TT領域及び同期信号計数カウンタＮの領域
が設けられる。

次に本実施例の動作についてフローチヤート及
び波形図を参照しつつ説明する。フローチヤート
において引出し線を用いて示す番号はMPU９の
動作ステツプ又はサブルーチンを示すものであ
る。第３図は動作開始以後のMPU９の処理を示
すフローチヤートであり、第４図、第５図は電源
投入後の各部の波形を示す波形図である。これら
の図において動作を開始するとまずルーチン２０
においてMPU９の初期処理、即ちＩ／Ｏポート
１１，１２の入出力の定義、MPU９内のプログ
ラムカウンタの設定、スタツクポインタの設定等
の処理を行い、そのためのリセツト時間が終了す
るとステツプ２１に進んでコンパレータ６より
Ｉ／Ｏポート１１を介して入力信号が得られるか
どうかをチエツクする。前述したように投光回路
２は投光素子１をパルス状に駆動しており、投光
素子１と受光素子３とが光軸を合わせて設置され
ている場合にはその間を遮る物体がなければ受光
素子３に受光信号が得られ、受光信号は第４図
ｂ，ｃに示すように受光回路４によつて増幅され
コンパレータ６により方形波信号に変換されてい
る。従つて受光信号に基づいてMPU９に入力信
号が与えられる。第４図ｃに示すようにリセツト
時間の経過後、時刻t1に入力信号があればステツ
プ22に進んでカウンタ１４によりクロツク発生器
１３のクロツク信号の計数を開始する。そしてス
テツプ23においてカウンタ１４により計数を開始
した後、メモリ１０に記憶してある予期される周
期の最小値T01の時間の経過を待ち受け、その時
間T01が経過すれば更にコンパレータ６よりＩ／
Ｏポート１１を介して入力が与えられるかどう
か、及びカウンタ１４の計数値が予想される周期
の最大値T02に達したかどうかをチエツクする
（ステツプ24、25）。周期の最大値T02以上となつ
ても入力が得られない場合には投光素子１と受光
素子３間を物体が通過し光を遮断していると考え
られるのでステツプ21に戻つて同様の処理を繰り
返し、周期の最大値T02に達する以前の時刻t2に
コンパレータ６より入力が与えられればステツプ
24を介してステツプ26に進み、その時のカウンタ
１４の計数値T11を測定した周期としてメモリ１
０の測定周期領域Ｔに書き込む。そしてステツプ
27において再びカウンタ１４をリセツトして周期
の計数を開始すると共に、記憶したこの測定周期
T11から微少偏差ΔTを減算した値、及び偏差ΔT
を加算した値を夫々周期の測定開始時間Ts、及
び測定終了時間Teとして夫々メモリ10に記憶し
ておく（ステツプ28、29）。そしてステツプ30に
進みカウンタ１４の計数値が測定開始時間Tsの
値に達したかどうかをチエツクする。測定開始時
間Tsに達した場合にはステツプ31、32に進んで
コンパレータ６より入力を待ち受け、再びコンパ
レータ６の出力によつて周期測定を行う。このよ
うに続けて周期測定を行うのは電源投入時に測定
した周期が誤つていれば、以後全ての動作におい
て誤つた、同期信号を出力することとなつて正常
な動作が期待できないので正確な周期を測定して
おく必要があるためである。そしてカウンタ１４
の計数値が測定終了時間Teに達するまでの時間
t3にコンパレータ６より入力が与えられれば、ス
テツプ33に進んでその時のカウント値T12を電源
投入後に測定した周期として測定周期領域Ｔに書
き込む。そしてステツプ34において再びカウンタ
１４をリセツトして計数を開始し、ステツプ35、
36において周期の測定開始時間Ts，測定終了時
間Teを同様に測定しておく。そしてステツプ37
に進み周期を測定するパルス間隔を定めるソフト
ウエアカウンタである同期信号計数カウンタＮを
０とする。更にステツプ38にカウンタ１４の計数
値がTi（最初のループではT12）となるかどうか
をチエツクし、Tiとなればカウンタ１４をリセ
ツトすると共に再び計数を開始し（ステツプ39）、
同期パルスを出力する。出力回路１５がコンパレ
ータ出力６の立ち下がりによつてトリガされるも
のとすると、同期パルスはその立ち下がり位置を
含む出力パルスを形成するようにし、そのパルス
をＩ／Ｏポート１２を介してゲート回路８に与え
る。ステツプ40においてこの同期パルスを発生さ
せるとステツプ41と進んで同期信号計数カウンタ
Ｎをインクリメントし、ステツプ42に進んでその
同期信号計数カウンタＮが所定値、例えば７とな
るかどうかをチエツクする。これが所定値でなけ
ればステツプ38に戻つて同様の処理を繰り返し、
同期信号発生部７より疑似的な同期信号を発生さ
せる。そして同期信号計数カウンタＮが設定値、
例えば７となればルーチン４３に進んで再び投光
回路２より得られる受光信号の周期を測定する。

第５図はステツプ21〜36までの最初の周期を測
定する時間に受信信号にノイズが重畳された場合
の波形図である。本図ｃに示すように時刻t4にス
テツプ21において入力を検知した後、計数が開始
され最小値T01に時間の経過後ステツプ24，25に
おいて周期の終了を待ち受けている間の時刻t5に
受光回路４からの雑音によつてコンパレータ６が
出力を出した場合にその時のカウント値T13が測
定周期として測定周期領域Ｔに書き込まれる（ス
テツプ26）。そしてこの測定周期T13を基準とし
てステツプ28、29において周期の測定開始時間
Ts及び測定終了時間Teが演算され、測定開始時
間Tsが経過すればステツプ31、32に進んでコン
パレータより次の周期信号が与えられるかどうか
をチエツクする。しかしこの場合にはノイズによ
つて測定された誤つた周期T13によつて測定開始
時間Ts、測定終了時間Teが演算されているの
で、ステツプ31、32のループで周期の測定を検知
している時間帯にはコンパレータ６より入力が与
えられることはないと判断される。従つてこの場
合にはステツプ32を介してステツプ21に戻り再び
最初から周期測定が開始される。そして時刻t6に
入力があればその時点からカウンタ１４は計数を
開始し（ステツプ22）、予想される周期の最小値
T01と最大値T02間で得られる周期T14を測定周
期領域Ｔに書き込む。そしてこの時刻t7に正しい
コンパレータからの出力によつて測定が開始され
たものとすると、その測定した周期に基づいてス
テツプ28、29により測定開始時間Ts、測定終了
時間Teが演算されるので、Ts、Teの時間内に物
体によつて光が遮られない限りコンパレータ６よ
り出力が与えられる。従つてその場合にはステツ
プ31を介してステツプ33に進んで、その時刻t8の
周期測定値T15を測定した周期として測定周期領
域Ｔに書き込む。そして同様にして時刻t8以後ス
テツプ37〜43のループにおいて疑似同期信号を発
生させる。

ところでこうして電源投入時に測定した周期も
時間の経過と共に投光器の電圧変動や温度変化に
よつて僅かに変化することとなる。従つて所定時
間毎に周期を測定し直して正しい周期を持つた同
期信号を発生させるようにしている。

第６図はこの周期測定ルーチン４３を示すフロ
ーチヤートであり、第７図はその時の各部の波形
を示す波形図である。これらの図において時刻
t10よりこのルーチンが開始されるとまずステツ
プ50において偏差ΔTと通常の同期信号発生時の
同期信号幅の1/2の時間ΔT′との和を求めて測定
時同期信号時間TTとして記憶する。そしてステ
ツプ51においてカウンタ１４の計数値が既にメモ
リ１０にあらかじめ記憶してある周期の計測値Ｔ
（例えばこの値をToとする）であるかどうかをチ
エツクする。これが時刻t11においてToとなれば
ステツプ52に進んでカウンタ１４をリセツトする
と共に再び計数を開始し、同時にステツプ53にお
いて同期信号出力を“Ｈ”レベルとする。そして
ステツプ54、55においてコンパレータ６の出力が
立ち下がるかどうか、及びカウンタ１４の計数値
が測定時同期信号時間TTとなるかどうかをチエ
ツクする。先にコンパレータ６より出力が得られ
れば第７図ｂ，ｃに示すようにその同期信号発生
時間中に投光部より光信号が与えられたこととな
るので、時刻t12においてカウンタ１４の計数を
再開すると共に（ステツプ56）、ステツプ57にお
いて所定の微少時間T′の時間待ちを行つた後、
第７図ｃに示すようにステツプ58において同期出
力をＬレベルとし、ステツプ59に進んでカウンタ
値が測定開始時間Tsとなつかどうかをチエツク
する。時刻t13においてこれが測定開始時間Tsと
なれば同期出力を“Ｈ”とする（ステツプ60）。
続いてステツプ61、62に進んでカウンタ１４の計
数値が測定終了時間Teとなるまでにコンパレー
タ６より入力があるかどうかをチエツクする。第
７図ｂに示すようにコンパレータ６より入力があ
れば、その時刻t14のカウンタ１４の計数値を周
期測定値T1としてメモリ１０に記憶すると共に、
カウンタ１４をリセツトして再び計数を開始する
（ステツプ63、64）。そしてステツプ65、66におい
て所定の待時間T′後に同期信号出力を“Ｌ”レ
ベルに下げ、新に測定開始時間Ts、測定終了時
間Teを求めて（ステツプ67、68）ステツプ69に
進んでカウンタ値がＴ−ΔT′となつたかどうかを
チエツクする。これは測定した周期の終了時刻
t14を基準にして次の期間の周期を測定するため
のタイミングを取るものである。そして時刻t15
においてこの時刻に達すればステツプ70に進んで
カウンタ１４をリセツトすると共に再び計数を開
始し、第７図ｃに示すように同期パルスを出力し
てこのサブルーチンを終了する。そしてステツプ
37に戻つて同期信号計数カウンタＮを０としステ
ツプ38に進む。そうして第７図ａに示すようにカ
ウンタ値がルーチン４３で測定した周期測定値
T1となればそのカウンタ１４をリセツトして再
び計数を開始すると共にステツプ40において第７
図ｃに示すように同期信号パルスを発生し、周期
測定用カウンタＮをインクリメントする。以後同
様にして周期測定用カウンタＮが７に達するまで
ステツプ38〜42のループを繰り返して周期T1毎
に疑似同期信号を発生させ、第７図ｃに示す同期
信号とコンパレータ６の出力の論理積信号を出力
回路１５に与える。そしてステツプ42においてＮ
が７となれば周期測定ルーチン４３に進み、周期
測定ルーチンによつて第６図ｃに示すように次の
測定時刻における周期T2を測定して、以後その
周期T2によつて疑似同期信号を発生させる。

第８図は投光素子１から与えられる光が物体に
よつて遮断され、受光素子３によつて受光されな
くなつた場合の動作を示す波形図である。測定時
刻t20において第６図に示す周期測定ルーチンに
入つたとするとカウンタ１４の計数値がその前の
周期、例えばT1に達する時刻t21にカウンタ１４
がリセツトされて再び計数が開始される（ステツ
プ52）。そしてステツプ53において同期信号を出
力した後ステツプ54、55のループにおいてコンパ
レータからの出力を待ち受けるが、投光信号が受
光されずコンパレータより出力を与えられないの
で、カウンタ１４の計数値は測定時周期信号時間
TTに達しステツプ55を通つてステツプ72に進
む。ステツプ72では時刻t22に同期信号出力を
“Ｌ”レベルとし、又ステツプ73に進んで測定時
周期信号時間TTを偏差ΔTの倍の時間に設定し
直す。そうしてステツプ51に戻つて同様の処理を
繰り返す。そしてステツプ51においてカウンタ値
が前の周期T1に達すればステツプ52に進んで計
数を繰り返し同期信号を出力する。こうしてステ
ツプ51〜73のループを繰り返して既に測定してあ
る周期T1毎に第８図ｂに示すように同期信号を
出力しておくと共に、この間に測定開始のコンパ
レータ出力が確認されるのを待ち受ける。

第９図は測定開始時にのみコンパレータ出力が
与えられた場合のコンパレータ６の出力と同期信
号の波形を示す図である。本図において測定時刻
t30に第４図の周期測定ルーチンに入つたものと
すると、ステツプ50を介してステツプ51において
その時の既に測定してある周期T4に達したかど
うかをチエツクし、更にステツプ54、55において
その同期信号時間内にコンパレータ６より出力が
与えられるかどうかをチエツクする。コンパレー
タ出力があれば、第７図において説明した周期測
定の開始処理と同様にしてステツプ56から60にお
いて時刻t31に測定開始時点の同期信号を終了さ
せると共に、測定開始時間Tsによつて時刻t33に
次の同期信号を発生させる。そしてステツプ61、
62において周期測定終了時点のコンパレータ出力
が得られるかどうかをチエツクする。このときカ
ウント値が測定終了時間Teに達しても出力が得
られない場合には時刻t34にステツプ62に介して
ステツプ74に進み、カウンタ１４の計数を開始す
る。そしてステツプ75において同期信号出力をＬ
レベルに下げ、ステツプ76に進んで測定時周期信
号時間TTを偏差ΔTの倍の時間に設定し、ステ
ツプ77においてカウンタ１４の計数値がＴ−
2ΔTとなるまで待ち受ける。この場合には時刻
t33からt34の間にコンパレータ６より出力が与え
られなかつたの測定をし直す必要がある。従つて
ステツプ77においてカウンタ１４の値が所定値に
達した場合にはステツプ52に戻つて測定開始の時
点から処理を再開する。このように測定開始及び
測定終了の同期信号出力時間中にコンパレータ出
力が得られる場合には正しい測定周期として周期
を計測し、それ以外の場合にはこれらが確認され
るまで同様の処理を繰り返す。そして周期が測定
されればこの周期測定ルーチン４３を終了して第
５図の主ルーチンに戻る。

次に第１０図は受光素子３に迷光が重畳され、
受光回路４はそのノイズを含んだ受光信号を出力
した場合の動作を示す波形図である。第１０図ａ
に示すように時刻t71とt81間に雑音が重畳された
場合にはコンパレータ６も同様にして雑音を含ん
だ成形信号を出力する。しかし同期信号発生部７
は受光信号が与えられるべき時間幅２ΔT′だけの
パルスを同期信号として発生しているので、この
時間帯を除く時間に雑音が与えられてもゲート回
路８には論理積信号が得られず、出力回路１５に
出力が伝わることはない。尚同期信号の出力パル
スの間に雑音が加わつた場合には雑音を本来の信
号と見なして周期の測定が行われるで、周期測定
がずれることとなる。しかしながらこのずれはあ
らかじめ定められている偏差ΔTの範囲内にある
ため、誤つて測定した周期に基づいて同期信号を
発生させてもそのまま正しい同期信号として処理
を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による無接点スイツチの構成を
示すブロツク図、第２図はメモリ１０のメモリマ
ツプ、第３図は本発明による無接点スイツチの同
期信号発生処理を示すフローチヤート、第４図、
第５図は電源投入時の周期を測定する場合におけ
る各部の波形を示す波形図、第６図は周期測定ル
ーチンを示すフローチヤート、第７図、第８図及
び第９図は周期を測定する場合における各部の波
形を示す波形図、第１０図は受光信号に雑音が重
畳された場合の各部の波形を示す波形図である。 １……投光素子、２……投光回路、３……受光
素子、４……受光回路、６……コンパレータ、７
……同期信号発生部、８……ゲート回路、９……
MPU、１０……メモリ、１４……カウンタ、１
５……出力回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定周期でパルス駆動される信号を受信する
   受信素子と、 電源投入して所定時間の経過後前記受信素子か
   ら得られる受信信号の所定範囲内にある周期を測
   定すると共に、当該周期の信号と実質的に同一周
   期の信号を引続き受信したときに開始測定周期と
   する開始周期測定手段と、 前記開始周期測定手段による周期測定後、所定
   時間毎に前記受信素子から得られる受信信号の周
   期を測定する断続周期測定手段と、 前記開始周期測定手段及び断続周期測定手段に
   より測定した最新の周期を有する同期信号を発生
   させる同期信号発生手段と、 前記同期信号発生手段により発生する同期信号
   により前記受信素子の受信出力を検知する出力手
   段と、を具備することを特徴とする無接点スイツ
   チ。 ２ 前記受信素子は受光素子であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の無接点スイツ
   チ。 ３ 前記受信素子は超音波受信素子であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の無接点ス
   イツチ。