JPH083068Y2

JPH083068Y2 - 光電スイッチ

Info

Publication number: JPH083068Y2
Application number: JP1990063827U
Authority: JP
Inventors: 健司松尾
Original assignee: サンクス株式会社
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2005-06-15
Also published as: JPH0423334U

Description

【考案の詳細な説明】［考案の目的］（産業上の利用分野）本考案は異常診断機能を有する光電スイッチに関す
る。

（従来の技術）この種の光電スイッチとしては、例えば実開昭56−15
8041号公報に示されたものがある。これは、第９図に示
すように、投光器１の投光素子２に隣接してチェック用
の受光素子３を取り付け、受光器４の受光素子５に隣接
してチェック用の投光素子６を取り付け、チェック用の
受光素子３を受光回路７およびチェック用スイッチ８を
介して受光検出回路９に接続すると共に、チェック用の
投光素子６をチェック用スイッチ10を介して投光回路11
に接続した構成である。

この構成で、被検出物体が存在するにも関わらず光電
スイッチから検出信号が出力されない等の異常が発生し
た場合には、次のように診断することができる。まず、
例えばチェック用スイッチ８をオンさせて受光検出回路
９の出力状態を見てみる。このとき受光検出回路９がチ
ェック用の受光素子３への入光状態を検出しなければ、
投光回路11から投光素子２への経路に異常があると推測
される。また、逆にチェック用スイッチ10をオンさせて
受光検出回路９の出力状態を見たとき、受光検出回路９
が受光素子３への入光状態を検出しなければ、検出用の
受光素子５から受光回路12の経路に異常があると推測さ
れる。

（考案が解決しようとする課題）しかしながら、上記構成では、光電スイッチに異常が
発生した場合に、それが作業者によって発見されれば異
常箇所の診断は可能であるが、光電スイッチ自らが異常
を検出することはできない。例えば、光電スイッチが工
場の製造ラインに設けられている場合において、毎日始
業前に、チェック用スイッチ8,10をオンさせて光電スイ
ッチの診断をすることが考えられる。しかしながら、こ
のチェックでたとえ正常と判断されて製造ラインを起動
させたとしても、その後に光電スイッチに異常が発生し
た場合には、異常発生時点でこれを直ちに検出すること
ができないから、作業者が製造ラインで多量の不良品が
発生していることを見付ける等して始めて光電スイッチ
に異常が発生していたことが判明することになる。この
ため、従来の光電スイッチでは、これを設置した製造ラ
インを無人運転させることが困難になる等の問題があっ
た。

そこで、本考案の目的は、被検出物体の検出動作中に
発生した異常も自ら検出することができる光電スイッチ
を提供するにある。

［考案の構成］（課題を解決するための手段）本考案の光電スイッチは、投光素子及びこれから投射
された光を受けるように設けられる受光素子と、この受
光素子からの光電変換信号を増幅する受光アンプと、投
光素子から光を投射している場合において受光アンプか
らの受光信号に基づきその受光素子への入光状態にある
か非入光状態にあるかをヒステリシス特性をもって判断
することにより被検出物体の検出動作をおこなう判定手
段と、受光アンプを強制的に受光素子への入光状態と同
等な状態にする強制入光手段および前記受光アンプを強
制的に前記受光素子への非入光状態と同等な状態にする
強制遮光手段と、受光アンプが受光素子への入光状態に
あるか非入光状態にあるかに応じてその逆となるように
強制入光手段または強制遮光手段を動作させるチェック
手段と、このチェック手段の作動に応じて判定手段の出
力が反転するか否かに基づいて異常を検出する異常検出
手段と、被検出物体の検出動作の実行中において前記チ
ェック手段を周期的に作動させるタイマ手段と、チェッ
ク手段の作動後にその作動時とは逆である強制入光手段
または強制遮光手段を動作させることにより判定手段に
おけるヒステリシス状態をチェック手段の作動前の状態
に戻すヒステリシス復帰手段とを具備したところに特徴
を有する。

この構成で、判定手段は受光信号を積分してそれが所
定の基準レベルに達したことを条件に受光素子への入光
状態と判定するように構成されている場合、チェック手
段の作動時における基準レベルをそれ以外の時よりも低
くなるように構成することが好ましい。

（作用）投光素子から投射された光は受光素子に入光して光電
変換され、その光電変換信号は受光アンプによって増幅
される。判定手段では、この受光アンプからの受光信号
に基づきその受光素子への入光状態にあるか非入光状態
にあるかをヒステリシス特性をもって判断することによ
り被検出物体の検出動作が行われる。例えば、透過形に
構成されている場合、被検出物体が投光素子から受光素
子に至る光軸内に進入すると、受光素子への入光量が減
少して受光信号レベルが変化するから、これに基づき受
光素子が非入光状態になったこと、即ち被検出物体の光
軸内への進入が検出される。また、反射形に構成されて
いる場合、被検出物体が投光素子からの光の投射領域内
に進入すると、受光素子への入光量が増大して受光信号
レベルが変化するから、これに基づき受光素子が入光状
態になったこと、即ち被検出物体の進入が検出される。
このような検出動作はヒステリシス特性をもって行われ
るから、判定手段の検出出力にチャタリング現象が起こ
る虞はなく、安定的な検出動作が行われる。

一方、このような検出動作の実行中、タイマ手段によ
って周期的にチェック動作に入る。チェック動作が開始
されると、その時点で受光アンプが例えば受光素子への
入光状態にあるとすると、強制遮光手段が動作されて受
光アンプは強制的に受光素子への非入光状態と同等な状
態にされようとする。従って、ここで光電スイッチが正
常であれば、受光信号が変化して判定手段の出力が反転
する。しかし、異常が発生していれば判定手段の出力は
反転しないから、異常検出手段はこれに基づき異常が発
生していることを検出できる。また、チェック動作の開
始時点で受光アンプが逆に受光素子への非入光状態にあ
るとすると、強制入光手段が動作されて受光アンプは強
制的に受光素子への入光状態と同等な状態にされようと
するから、ここで光電スイッチが正常であれば、受光信
号が変化して判定手段の出力が反転する。しかし、ここ
で異常が発生していれば判定手段の出力は反転しないか
ら、異常検出手段はこれに基づき異常が発生しているこ
とを検出できる。

さらに、光電スイッチが正常な状態にあるときに上述
のチェック動作が実行されると、常に判定手段の出力が
反転するから、そのヒステリシス状態はチェック動作の
実行前の状態から反転することになる。しかし、本発明
では、ヒステリシス復帰手段が、チェック手段の作動後
にその作動時とは逆である強制入光手段または強制遮光
手段を動作させるようにしているから、それによってヒ
ステリシス状態が元に戻され、チェック動作はその後の
検出動作になんらの影響を与えず、正確な検出動作を続
けることができる。

（実施例）以下本考案を反射形光電スイッチに適用した第１実施
例について第１図ないし第５図を参照して説明する。

全体的構成は第３図に示してある。投光用発振回路21
はパルス状の投光信号S_Tを出力し、これが感度調整用の
可変抵抗器22を介して駆動用トランジスタ23のベースに
与えられる。この駆動用トランジスタ23のコレクタと電
源ラインV_DDとの間には検出用投光素子24およびチェッ
ク用投光素子25が直列接続されている。従って、投光用
発振回路21から投光信号S_Tが出力されると、駆動用トラ
ンジスタ23に可変抵抗器22における設定状態に応じたコ
レクタ電流が流れ、その電流値に応じた強さで各投光素
子24,25が間欠的に発光される。検出用投光素子24は被
検出物体の検出領域に光を投射するように設けられ、ま
た、チェック用投光素子25は被検出物体の有無とは関係
なく後述する受光素子28に直接的に光を入光させるよう
に設けられている。なお、チェック用投光素子25にはア
ナログスイッチ26が並列接続され、可変抵抗器22にはア
ナログスイッチ27が並列接続されている。後述する検出
動作時には、アナログスイッチ26は導通状態、アナログ
スイッチ27は非導通状態にされ、従って、そのときには
チェック用投光素子25は発光せず、検出用投光素子24の
みが可変抵抗器22における設定状態に応じた強さで発光
する。

一方、受光素子28は、前記検出用投光素子24から投射
されて被検出物体にて反射した光が入射するようになっ
ており、ここからの光電変換信号S_OEは受光アンプ29に
て増幅される。受光アンプ29から出力される受光信号S_D
は比較回路30に入力され、ここで受光信号S_Dのレベルに
基づき二値化され、二値化されて得られる受光パルスは
次段の積分回路31に与えられる。積分回路31は所定数例
えば５個の受光パルスを連続して受けたことを条件に出
力信号S₁が「Ｈ」レベルになり、受光パルスが所定回数
例えば５回連続して途絶えたことを条件に出力信号S₁が
「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに反転する。従って、こ
の比較回路30および積分回路31は判定手段32を構成する
もので、受光素子28が入光状態にあるか非入光状態にあ
るかをヒステリシス特性をもって判断することにより被
検出物体の検出動作を行う。例えば、第５図に示すよう
に、判定手段32の出力信号S₁が「Ｌ」レベルにある場合
において（点Ａ）、受光信号S_Dのレベルが入光基準レベ
ルR_Iを５回連続して上回るようになると判定手段32の出
力信号S₁は「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに反転して被
検出物体の進入を検出する（点Ｂ）。この後、再び受光
素子28に検出用投光素子24からの光が入射しないように
なって受光信号S_Dのレベルが入光基準レベルR_Iを下回っ
ても直ちに出力状態は反転しないが（点Ｃ）、受光信号
S_Dのレベルがさらに遮光基準レベルR₂（R₁＞R₂）を連続
して５回下回るようになると、判定手段32の出力信号S₁
は初めて「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに反転すること
になる。

この判定手段32からの出力信号S₁は図示しないマイク
ロコンピュータを中心に構成された制御回路33に与えら
れる。この制御回路33は、次に述べる作用説明から明ら
かにされるように、判定手段32からの出力信号S₁に基づ
いて出力回路34おけるスイッチングを制御するのみなら
ず、前述のチェック用投光素子25および投光用発振回路
21と協働して強制入光手段および強制遮光手段として機
能し、またチェック手段、異常検出手段、タイマ手段と
して機能する。

（イ）タイマ手段としての機能光電スイッチに電源が投入されると、内部的な初期化
が行われた後、チェックタイマが起動し（第１図ステッ
プa1）、そのタイムアップが常に監視される（ステップ
a2）。チェックタイマがタイムアップしていない時に
は、後述するように検出動作の結果に応じた出力回路34
のスイッチングが繰り返され、チェックタイマが起動後
時間Ｄが経過してタイムアップすると、チェックタイマ
を再起動させた後（ステップa8）、後述するチェックル
ーチンＢに移行してリターンする。なお、チェックルー
チンＢの実行中は出力回路34のスイッチング状態は保持
される。

（ロ）出力回路34のスイッチング制御繰り返し起動されるチェックタイマがタイムアップし
ていない場合においては、まず判定手段32からの出力信
号S₁が参照される（ステップa3）。ここで、出力信号S₁
が「Ｌ」レベルにあれば、受光素子28は非入光状態にあ
ることを意味するから、出力回路34をオフ状態とし（ス
テップa4）、更に表示灯35を点灯させることなく（ステ
ップa5）ステップa2に戻る。この後、被検出物体が検出
用投光素子24の光投射領域内に進入して受光素子28が入
光状態になると、ステップa3で出力信号S₁が「Ｈ」レベ
ルにあると判断されるから、出力回路34をオン状態とし
（ステップa6）、表示灯35を点灯させる（ステップa
7）。

（ハ）チェック手段としての機能チェックルーチンＢに移行すると、まずその時点で判
定手段32からの出力信号S₁の状態、即ち受光素子28が入
光状態にあるか非入光状態にあるかが参照される（ステ
ップb1）。ここで、出力信号S₁が「Ｌ」レベル、即ち受
光素子28が非入光状態にあるときには、判定手段32から
の出力信号S₁が反転するように、即ち受光素子28が入光
状態になるように強制入光動作を行う（サブルーチン
Ｃ）。これは、制御回路33から所定時間t_jだけ強制入光
信号S₂を出力することにより、アナログスイッチ26を非
導通状態に、アナログスイッチ27を導通状態にしてチェ
ック用投光素子25を最大強度で発光させることにより実
行される（この時、同時に検出用投光素子24も最大強度
で発光する）。なお、上記時間t_jは、積分回路31におい
て積分に要する時間t_iを上回る時間として設定されてい
る。

また、逆に、チェックルーチンＢへの移行時点で、受
光素子28が入光状態にあるときには、判定手段32からの
出力信号S₁が逆となるように、即ち受光素子82が非入光
状態になるように強制遮光動作を行う（サブルーチン
Ｄ）。これは、制御回路33から投光用発振回路21に所定
時間t_jだけ強制遮光信号S₃を出力し、もって投光用発振
回路21を停止させて検出用投光素子24の発光を停止させ
ることにより実行される。

（ニ）異常検出手段としての機能強制入光動作または強制遮光動作を行った後は、その
結果、判定手段32の出力信号S₁が反転するか否かが判断
される（ステップb2,b3）。強制入光動作を行っても受
光素子28への入光状態とならない場合、即ち判定手段32
の出力信号S₁が「Ｈ」レベルにならない場合は、光電ス
イッチに何らかの異常が発生したものと見做すことがで
きる。また、強制遮光動作を行っても受光素子28が非入
光状態とならない場合、即ち判定手段32の出力信号S₁が
「Ｌ」レベルにならない場合は、やはり光電スイッチに
何らかの異常が発生したものと見做すことができる。そ
こで、このような場合には、制御回路33から警報回路36
に警報信号を出力する（ステップb4）。

また、強制入光動作または強制遮光動作を行った結
果、判定手段32の出力信号S₁が反転した場合には（ステ
ップb2にて「no」、ステップb3に「yes」）、光電スイ
ッチに異常はないと判断されるから、次のヒステリシス
復帰動作が行われる。

（ニ）ヒステリシス復帰手段としての機能ヒステリシス復帰動作は、チェックルーチンＢに移行
した直後に行われたものとは逆である強制入光動作また
は強制遮光動作を実行することにより判定手段32におけ
るヒステリシス状態をチェックルーチンＢに移行前の状
態に戻すことをいう。

例えば、チェックルーチンＢに移行した直後に強制入
光動作が行われた場合には強制遮光動作が実行され、逆
に、強制遮光動作が実行されていた場合には強制入光動
作が実行される。いずれの場合にも、各動作は時間t_jだ
け継続される。これにより積分回路31が動作してヒステ
リシス状態が反転するからである。

次に上記構成の作用を説明する。今、光電スイッチが
正常であって、且つ、被検出物が検出用投光素子24の投
光領域内に存在せず、受光素子28に反射光が入射してい
ないとする。ここで、第４図に示すように、時刻t₁にな
ってチェックルーチンＢに移行する時期になると、その
時点では受光素子28は非入光状態にあるから、制御回路
33から強制入光信号S₂が出力されて強制入光動作が実行
される。すると、強制入光動作の開始から時間t_iが経過
したところで積分が完了して判定手段32の出力信号S₁が
「Ｈ」レベル（入光状態）に反転するため、ステップb3
にて「yes」と判断され、次いで強制遮光動作が実行さ
れる。このため、強制遮光動作の開始から時間t_iが経過
したところで判定手段32の出力信号S₁が「Ｌ」レベル
（非入光状態）に反転し、判定手段32におけるヒステリ
シス状態がチェックルーチンＢへの移行直前の状態に戻
され、結局、チェックルーチンＢの実行の影響は何ら残
さずメインルーチンに戻ることになる。

このようなチェックルーチンＢは周期Ｄで繰り返さ
れ、強制入光動作または強制遮光動作を行ったにもかか
わらず判定手段32の出力信号S₁が反転しない場合には
（ステップb2にて「yes」、ステップb3にて「no」）、
前述したように制御回路33から警報回路36に警報信号を
出力する（ステップb4）。これにて、光電スイッチに異
常が発生したことを直ちに検出することができる。

また、メインルーチンを実行して検出動作が行われて
いる場合において、被検出物が近接したときには、反射
光が受光素子28に入射するため、判定手段32の出力信号
S₁が「Ｈ」レベルになる。このため、ステップa3で「ye
s」となるから、出力回路34がオン状態となり（ステッ
プa6）、表示灯35が点灯されて（ステップa7）、被検出
物の近接を報知する。この間の遅れ時間は積分回路31に
おける受光パルスの積分のための時間t_iに略等しい。

次に、被検出物体が接近して比較回路30から受光パル
スが出力され始めた直後に、チェックルーチンＢに移行
した場合を考える（第４図時刻t₂参照）。この場合に
は、やはり時刻t₂から時間t_iだけ遅れた時点t₄で判定手
段33からの出力信号S₁が「Ｈ」レベルに変化するが、そ
の直前である時刻t₃に既にチェックルーチンＢに移行し
てしまっている。このため、直ちに出力回路34がオン状
態にはならず、強制遮光動作が開始され（時刻t₅）、こ
の強制遮光動作の開始から時間t_iだけ遅れた時点t₆で判
定手段32が非入光状態と判断して出力信号S₁が「Ｌ」レ
ベルに変化して元のヒステリシス状態に復帰してからメ
インルーチンに戻る。従って、メインルーチンに戻って
から更に時間t_iだけ遅れた時点t₇で判定手段32が入光状
態と判断して（実際には被検出物体が存在するため）出
力信号S₁が「Ｈ」レベルに変化し、これにて出力回路34
がオン状態になる。この場合、被検出物体の接近からは
約４t_iの時間だけ遅れることになるが、本来、時間t_iは
極めて短く、全体の遅れ時間でも実際には約3msec程度
であるから、実用上の問題はない。

以上述べたように、本実施例によれば、光電スイッチ
に異常が発生すれば直ちに警報信号にて報知できるか
ら、これが無人製造ラインに設置されている場合でも、
不良品を多量に製造してしまう前に、ラインを自動的に
止めたり、代替の光電スイッチに切り替える等の処置に
よって迅速に対応することができる。また、上述のよう
に周期的にチェックルーチンＢに移行して常時異常を監
視する構成でありながら、チェックルーチンＢの最後に
判定手段32のヒステリシス状態を当初の状態に戻すよう
にしているから、チェックルーチンＢの実行の影響は残
らず、常に正確に検出動作を行わせることができる。

第６図は本考案を透過形の光電スイッチに適用した第
２実施例を示す。強制入光手段としてチェック用投光素
子41とチェック用投光回路42とを設け、制御回路33から
の強制入光信号S₂によってチェック用投光素子41を発光
させてその光を受光素子28に入射させるようにし、一
方、強制遮光手段として受光素子28の光入射経路に液晶
シャッター43を設けて制御回路33からの強制遮光信号S₃
によって受光素子28の光を遮るようにしたものである。
その他の点は上記第１実施例と同様であって同一部分に
は同一符号を付してあり、第１実施例と同様な効果を奏
することは勿論である。

第７図は本考案の第３実施例を示し、強制遮光手段と
して受光素子28の光電変換信号を無効化するトランジス
タ51を設けた点が第１実施例または第２実施例と相違す
る。その他の点は前記第１実施例と同様であって同一部
分には同一符号を付してあり、第１実施例と同様な効果
を奏することは勿論である。

第８図は本考案の第４実施例を示す。前記各実施例と
の相違は、積分回路31における積分動作の基準レベルを
切り替えるためのオアゲート61を設けたところにある。
例えば、検出動作の実行時に例えば５回の受光パルスを
受けたときに受光素子28への入光状態であると判断する
ように構成している場合には、チェックルーチンＢに移
行したときには積分動作の基準レベルを下げて例えば３
回の受光パルスを受けたときに入光状態であると判断す
るようにするのである。この様にすれば、チェックルー
チンＢの実行時における積分のための時間t_iを短くする
ことができるから、応答性を極力損なうことなく異常の
自己検出が可能となる。

その他、本考案は上記し且つ図面に示す各実施例に限
定されるものではなく、以下の通りに種々の変更が可能
である。

（イ）光電スイッチの異常発生時には警報出力をオン状
態とするに限らず、これに加えてまたは代えて、異常警
報灯を点灯させるようにしても良い。

（ロ）制御回路33はマイクロコンピュータを利用せずに
論理回路を組み合わせていわゆるハード的に構成するよ
うにしても良い。

（ハ）上記各実施例では、検出動作の実行時に、ステッ
プa3にて判定手段32の出力信号S₁が反転したと判断され
たときは直ちに出力回路34をオン状態に反転させるよう
にしたが、これに限られず、このステップa3に相当する
判断を連続して２回以上繰り返し、各判断ステップで連
続して判定手段32の出力信号S₁が「Ｈ」レベルにあると
判断されたことを条件に出力回路34をオン状態に反転さ
せるようにしてもよい。これにより、外部ノイズによる
誤動作を一層確実に防止することができるようになる。

（ニ）また、チェックルーチンの実行時にあっても、本
実施例では１回の判断ステップ（ステップb1）の判断結
果によって強制遮光動作又は強制入光動作のいずれを実
行するかを決定するようにしているが、この判断ステッ
プを連続して繰り返して同一の判断結果が得られた方を
基準として強制遮光動作又は強制入光動作のいずれかを
決定するようにしてもよい。さらに、警報信号の出力に
際しては、前記第１実施例のように１回のチェックルー
チンの実行によって異常が検出されたことを条件（ステ
ップb2,b3）とするに限らず、チェックルーチンを複数
回実行した結果、連続して異常が検出されたときに初め
て警報信号を出力するようにしてもよい。

（ホ）チェック用投光素子25や可変抵抗器22をバイパス
する手段としてアナログスイッチ26,27を利用したが、
これに代えてトランジスタ等の他のスイッチング素子を
利用してもよい。

［考案の効果］以上述べたように、本考案の光電スイッチによれば、
異常発生時には自らこれを検出することができ、しか
も、それでいながら通常の検出動作には悪影響を与える
ことがなく正確な検出を行うことができるという優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本考案の第１実施例を示し、第１
図は全体のフローチャート、第２図はチェックルーチン
のフローチャート、第３図はブロック図、第４図はタイ
ミングチャート、第５図は判定手段のヒステリシス特性
を示す特性図である。第６図は本考案の第２実施例を示
す第３図相当図、第７図は同第３実施例を示す要部のブ
ロック図、第８図は同第４実施例を示す要部のブロック
図、第９図は従来例を示すブロック図である。図面中、24は検出用投光素子（投光素子）、25はチェッ
ク用投光素子、28は受光素子、30は比較回路、31は積分
回路、32は判定手段、33は制御回路（チェック手段、異
常検出手段、タイマ手段、ヒステリシス復帰手段）であ
る。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】投光素子及びこれから投射された光を受け
るように設けられる受光素子と、この受光素子からの光電変換信号を増幅する受光アンプ
と、前記投光素子から光を投射している場合において前記受
光アンプからの受光信号に基づきその受光素子への入光
状態にあるか非入光状態にあるかをヒステリシス特性を
もって判断することにより被検出物体の検出動作をおこ
なう判定手段と、前記受光アンプを強制的に前記受光素子への入光状態と
同等な状態にする強制入光手段および前記受光アンプを
強制的に前記受光素子への非入光状態と同等な状態にす
る強制遮光手段と、前記受光アンプが前記受光素子への入光状態にあるか非
入光状態にあるかに応じてその逆となるように前記強制
入光手段または強制遮光手段を動作させるチェック手段
と、このチェック手段の作動に応じて前記判定手段の出力が
反転するか否かに基づいて異常を検出する異常検出手段
と、前記被検出物体の検出動作の実行中において前記チェッ
ク手段を周期的に作動させるタイマ手段と、前記チェック手段の作動後にその作動時とは逆である前
記強制入光手段または強制遮光手段を動作させることに
より前記判定手段におけるヒステリシス状態を前記チェ
ック手段の作動前の状態に戻すヒステリシス復帰手段と
を具備してなる光電スイッチ。
【請求項２】前記判定手段は積分動作を行って積分レベ
ルが所定の基準レベルに達したことを条件に前記受光素
子への入光状態と判定するように構成されると共に、前
記チェック手段の作動時における前記基準レベルはそれ
以外の時よりも低くなるように構成されていることを特
徴とする請求項１記載の光電スイッチ。