光学测量装置的制作方法

本发明关于光学测量装置，特别地，关于可与工业网络连接的光学测量装置。

背景技术：

在大多生产现场中使用的机械和设备，通常，被含有由可编程控制器(programmablelogiccontroller，以下也称为"plc")构成的控制装置的控制系统控制。

plc与一个或多个远程io端子之间的通信，也存在plc作为管理通信整体的主站而发挥作用，并利用轮询方式实现通信的情况。例如，特开2007-312043号公报记载了，作为远程io系统中的主站/从站间的通信方式，例如有同步广播方式和轮询方式这两种通信方式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开第2007-312043号公报

近年来，在工业自动化的现场，一般构建有用于发送控制指令和数据信号的网络(也被称为现场总线)。作为这样的网络的一例，有ethercat(注册商标)。ethercat是一种高同步性的现场总线，其优势在于能够使所有从站以1μs以下的抖动同步。各从站，在该同步时刻接受从主站发出的输出信号(控制信号)，将从外部获取的值反映为输入到主站的输入信号(测量值、状态信号等)。

另一方面，存在可通过内部同步而连续测量的光学测量装置。在将这样的光学测量装置与ethercat连接的情况下，与ethercat连接的设备之间的同步成为了问题。为实现高精度测量，重要的是何时获取被从各设备输入到plc的信号反映的数据。

通常，光学测量装置中，为了得到测量值，必须在一段时间内接收光。即，测量时间中包括用于接收光的时间。因此，光学测量装置中，测量时刻与输出测量结果的时刻不同步。因此，主站装置难以判断从光学测量装置输出的数据反映了在哪个时刻测量的结果。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种进行测量的光学测量装置，以能够使主站装置根据输入至主站装置的测量值来判别测量时刻。

本发明一个方面的光学测量装置，其构成为具有使主站装置以及从站装置之间的时刻同步的同步功能且可由与工业网络连接。光学测量装置包括：接口部，其接收从主站装置以一定的通信周期发送到工业网络的同步信号；测量部，其根据测量周期进行光学测量。测量部根据由接口部进行的同步信号的接收，使测量时刻与通信周期同步。

根据上述结构中，能够提供一种光学测量装置，其执行测量以使主站装置根据输入至主站装置的测量值来判别测量时刻。由于光学测量装置的测量周期与工业网络的通信周期同步，因此，在主站装置内部，能够掌握从光学测量装置输入的测量值是在哪个通信周期获得的值。因此主站装置能够判别光学测量装置的测量时刻。

优选地，测量部对在通信周期内的多个测量周期进行测量所获得的多个值执行计算处理并计算出测量值。

根据上述结构，能够从光学测量装置输出高精度的测量值。

优选地，测量周期为通信周期的1/n或n倍，其中，所述n为1以上的整数。

根据上述结构，没有间隙地连续测量成为了可能。此外，光学测量装置可以输出所有连续测量得到的多个值。或者，光学测量装置也可以通过上述计算处理算出测量值，并输出该算出的测量值。

优选地，测量部在从同步信号的接收开始经过补偿时间后，开始测量。

根据上述结构，能够将光学测量装置的测量结果的发送到主站装置的输入时刻与从其他的从站装置输入到主站装置的输入时刻整合。

优选地，光学测量装置为光学式位移传感器。

根据上述结构，主站装置通过从光学式位移传感器获取的测量值，能够掌握光学式位移传感器的测量时刻。

可参照附图理解本发明的上述以及其他目的、特征、方面及优点，可通过如下的关于本发明的详细说明来了解。

附图说明

图1为示出本实施方式的测量系统100的构成例的示意图。

图2为用于说明经由ethercat的从站的同步的示意性框图。

图3为用于说明ethercat中的时刻同步功能的示意图。

图4为用于说明与现场总线连接的光学测量装置的测量周期与ethercat的通信周期不同步时的课题的时序图。

图5为用于说明通常的光学位移传感器的处理流程的时序图。

图6为示出了本实施方式的光学测量装置的详细构成的框图。

图7为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第一例的时序图。

图8为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第二例的时序图。

图9为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第三例的时序图。

图10为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第四例的时序图。

图11为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第五例的时序图。

图12为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第六例的时序图。

图13为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第七例的时序图。

图14为示意性地示出包含本实施方式的光学测量装置3的多个从站装置之间的同步的时序图。

图15为由本实施方式的光学测量装置3执行的一系列处理的流程图。

具体实施方式

参照附图详细说明本发明的实施方式。图中的相同或相当部分标上相同的符号并省略对其的说明。

<a.控制系统的构成例>

图1为示出本实施方式的测量系统100的构成例的示意图。参照图1，测量系统100包括：plc1、现场总线2、光学测量装置3和伺服电机4。

plc1、光学测量装置3以及伺服电机4被现场总线2连接。现场总线2传送与plc1交换的各种数据。作为现场总线2，可使用各种工业以太网络(注册商标)。作为工业以太网络，例如有ethercat、profinet(注册商标)等。在以下说明中，以ethercat为代表来说明现场总线2。

伺服电机4使工作台5移动。虽然图中未示出，但伺服电机4包括编码器。编码器的值相当于表示工作台5的位置的数据。位置数据经由现场总线2被输入到plc1。

光学测量装置3测量放置于工作台5上的测量对象51的位移。光学测量装置3包括：传感器控制器11、传感器头部12和光缆13。传感器头部12经由光缆13连接至传感器控制器11。

来自传感器控制器11的控制信号通过光缆13被传送到传感器头部12。如后所述，传感器头部12具有光投射部以及光接收部。光投射部向工作台5照射光束，光接收部接收从工作台5反射的反射光。从光接收部输出信号，该信号通过光缆13被传送至传感器控制器11。传感器控制器11基于来自传感器头部12的信号计算出测量值。传感器控制器11经由现场总线2向plc1发送测量值。

通过伺服电机4移动工作台5，由此，测量对象51的表面被光学测量装置3扫描。因此，光学测量装置3沿着工作台5的移动方向，可测量从传感器头部12到测量对象51的表面的位移。其结果是，光学测量装置3可测量沿着工作台5的移动方向的测量对象51的表面形状。

本实施方式中，从伺服电机4输入到plc1的位置数据(编码器值)与从光学测量装置3输入到plc1的测量值之间的同步性得以保证。因此，由于可准确关联位置信息和测量值(位移信息)，能够得到关于测量对象51的表面形状的更加高精度的信息。

<b.现场总线>

图2为用于说明经由ethercat的从站的同步的示意性框图。参照图2，控制系统sys由主站装置1a、从站装置3-1～3-3、连接主站装置1a和从站装置3-1～3-3的现场总线2构成。

主站装置1a负责从站装置3-1～3-3的控制。从站装置3-1～3-3的分别高速传送ieee802.3标准的ethernet(注册商标)帧。如图2所示，帧21从主站装置1a发送，依次经过从站装置3-1～3-3。帧21在从站装置3-3折回并返回到主站装置1a。帧21可包含控制指令以及数据。

ethercat中，自帧21从主站装置1a发送的时间点到帧21返回到主站装置1a的时间点期间为一个周期。各从站装置在帧21通过时，动态(on-the-fly)执行输入输出处理。因此，在一个周期内完成全部的输入输出处理。

图3为用于说明ethercat中的时刻同步功能的示意图。参照图3，主站装置1a以及从站装置3-1、3-2、3-3、3-4各自具有时钟。该时钟成为确定在各装置中的处理的执行时刻等的基准。更具体地，主站装置1a以及从站装置3-1、3-2、3-3、3-4中，分别具有周期性地生成成为同步基准的时刻信息的定时器来作为时钟。主站装置1a的时钟为基准，从站装置3-1～3-4与主站装置1a的时钟同步。更具体地，各从站装置3-1～3-3基于在现场总线2上周期性地传输的帧(参照图2)，随时校正由各自的定时器所产生的时间偏差。由此，能够将全部从站装置的抖动偏差控制在1μs内。

<c.测量周期与通信周期不同步时的课题>

图4为用于说明与现场总线连接的光学测量装置的测量周期与ethercat的通信周期不同步时的课题的时序图。参照图4，通常，光学测量装置(例如光学位移传感器)中，根据光学测量装置本身的测量周期进行拍摄。光学测量装置输出以通信周期计的每一循环的测量值。

图5为用于说明通常的光学位移传感器的处理流程的时序图。参照图5，首先，点亮照明并进行拍摄处理。接着，进行检测光接收位置的处理。例如，为了检测光接收位置，在拍摄元件中指定光接收强度最大的位置(指定位于该位置的像素)。接着，例如执行滤波、平均值计算等计算出测量值的处理。计算出测量值后，输出测量结果。

返回到图4，拍摄时刻根据测量周期来确定。但例如，存在为了算出测量值而反复多次进行位移的测量的情况。因此，拍摄时刻和输出测量值(更新测量结果)的时刻不同。不限定于光学位移传感器，只要是光学测量装置中，就会引起拍摄时刻和输出测量值(更新测量结果)的时刻的不同的问题。

由于现场总线的通信周期与测量周期不同步，plc中，无法判定从光学测量装置发送的测量值是在何时测量的结果。本实施方式中，为解决上述课题，光学测量装置能使测量周期与现场总线的通信周期同步。由此，在主站装置(plc)的内部，能够掌握从光学测量装置输入的测量值是在哪个通信周期中获取到的值。因此，plc能够判定光学测量装置的测量时刻。

<d.光学测量装置的构成>

图6为示出了本实施方式的光学测量装置的详细构成的框图。参照图6，传感器控制器11包括：接口部31、测量部32以及时钟33。测量部32包括：光投射接收控制部41、传感器控制部42以及计算部43。

接口部31负责对到现场总线2的输入/输出。接口部31通过在现场总线2传送的帧21(参照图2)，接收来自plc1的sync信号，并将测量值发送到plc1。sync信号是每个通信周期产生的信号，是用于使测量周期与通信周期同步的同步信号。另一方面，接口部31将从计算部43输出的测量值经由现场总线2发送至plc1。

测量部32对光学测量装置3进行集中化的控制，从而根据测量周期光学性地测量对象51的位移。投射接收控制部41响应于sync信号，发出用于使测量开始的控制信号。相应地，传感器控制部42以及计算部43执行测量处理。

时钟33产生时钟信号，该时钟信号用于确定在光学测量装置3中执行的处理的时刻。基于该时钟信号来确定测量周期。但，时钟信号不限定于在传感器控制器11的内部产生的。时钟信号也可以是从外部供给到传感器控制器11的。

传感器头部12经由光缆13接收来自传感器控制部42的控制信号。传感器头部12包括光投射部34和光接收部35。

光投射部34根据控制信号向工作台5投射光。光接收部35接收由工作台5或测量对象51反射的光。虽然图中未示出，但光接收部35也可以包括拍摄元件。光接收部35根据控制信号，输出表示光接收部35接收到的光量的光接收信号。光接收信号经由光缆13发送到测量部32。计算部43基于由光接收信号表示的受光量计算出测量值。

此外，光学测量装置3为光学位移传感器时，位移的测量方式不受特别地限定。位移的测量方式可以是例如白色共焦点方式，也可以是三角测量方式。

<e.测量周期与通信周期同步的例子>

图7为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第一例的时序图。参照图6以及图7，光学测量装置3响应于sync信号的接收并开始测量。在光学测量装置3的内部，响应于sync信号的接收，产生用于测量的中断处理。因此，图7及以后的图中，sync信号的接收被记为“sync中断”。

光学测量装置3与sync中断同步地开始测量。在接下来的通信周期内将其测量结果从光学测量装置3发送至plc1。其结果是，在plc1的内部更新测量结果。

在图7所示的例子中，测量开始的时刻与sync中断的发生时刻同步。sync中断在每个通信周期发生。因此，光学测量装置3的测量周期与通信周期同步。

图8为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第二例的时序图。参照图7以及图8，在从sync中断发生开始经过了补偿时间后的时间点，开始测量。在该方面如图8所示的例子与图7的例子不同。测量结果在下一个通信周期内被从光学测量装置3发送到plc1，在plc1的内部测量结果被更新。

通过设定补偿时间，例如，能够将光学测量装置3的测量结果的发送到plc1的输入时刻与从其他的从站设备发送到plc1的输入时刻整合。补偿时间可以是定值，也可以是变化的值。需要说明的是，图7的的例子可以被看作是将补偿时间设定为0时的例子。

图9为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第三例的时序图。参照图6以及图9，以sync中断为起点，在一个通信周期内执行多次测量处理。即，一个通信周期内包含多次测量周期。关于测量处理的次数，例如可以是用户任意设定的，也可以是测量部32设定的。

在一个通信周期内得到多个测量值。例如计算部43对多个测量值执行预定的处理，从而算出代表值。代表值在下一个通信周期被从光学测量装置3发送至plc1。

这样的代表值例如可以是多个测量值的平均值，也可以是多个测量值中的最大值、最小值或中值。此外，代表值也可以是基于多个测量值的微分值。或者，计算部43也可以通过对多个测量值实施滤波处理来确定代表值。需要说明的是，计算部43不被限定于输出多个测量值的代表值。计算部43也可以输出全部的多个测量值。

图10为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第四例的时序图。参照图9以及图10，在从sync中断发生开始经过了补偿时间后的时间点，开始测量。在该方面如图10所示的例子与图9的例子不同。可以将任意的延迟时间设定为补偿时间。由此，能够与想要测量的时刻相吻合，从而可实施光学测量装置3的测量。

图11为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第五例的时序图。参照图11，测量周期处于为通信周期的1/n倍的关系(n为1以上的整数)。即设通信周期为t，则测量周期为t/n。

光学测量装置3构成为测量周期满足上述关系。由此，能够无间隙地连续测量。光学测量装置3可以输出由连续测量而得到的所有数据，也可以输出多个测量值中的代表值。

即使将测量周期设定为通信周期的1/n倍，n个周期的测量周期的长度与1个周期的通信周期之间也存在产生时间误差的可能性。因此，在每个sync中断中优选进行对该误差的校正。

图12为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第六例的时序图。参照图12，测量周期处于为通信周期的n倍的关系(n为1以上的整数)。即，将通信周期设为t，则测量周期为t×n。光学测量装置3构成为测量周期满足上述关系。由此，能够无间隙地连续测量。光学测量装置3可以输出由连续测量而得到的所有数据，也可以输出多个测量值中的代表值。

图13为示意性地示出本实施方式的光学测量装置3的测量周期与通信周期同步的第七例的时序图。参照图11以及图13，在从sync中断发生开始经过了补偿时间后的时间点，开始测量。在该方面如图13所示的例子与图11的例子不同。与图10相同地，可以将任意的延迟时间设定为补偿时间。由此，能够与想要测量的时刻相吻合，从而实施光学测量装置3的测量。此外，在如图12所示的例子中，也可以将任意的延迟时间设定为补偿时间，以使在从sync中断发生开始经过了补偿时间后的时间点开始测量。

<f.多个从站装置间的同步>

图14为示意性地示出包含本实施方式的光学测量装置3的多个从站装置之间的同步的时序图。需要说明的是，含有多个从站装置的测量系统的结构基本上与如图1所示的结构相同。图1中，相对于本实施方式的光学测量装置3的数量为1，在以下所说明的例子中，本实施方式的光学测量装置3的数量为3。需要说明的是，图14所示的“传感器1”，“传感器2”以及“传感器3”，也可以含有至少1个光学测量装置3和其他的传感器。

参照图14，从3个传感器到plc的输入，以及从伺服电机到plc的输入与通信周期同步。进一步，3个传感器各自的测量周期处于为通信周期的1/n的关系。在该例中，通信周期为125μs，测量周期为25μs。即测量周期是通信周期的1/5。

在各时刻t1、t2、t3发生sync中断。在从时刻t1到时刻t2期间以及时刻t2到时刻t3期间，3个传感器分别进行5次测量。plc在下个通信周期获取该测量结果。

通过像这样使光学测量装置3的测量时刻与通信周期同步，如图1所示，plc1能够准确地关联来自伺服电机4的位置数据和来自光学测量装置3的测量值。因此，能够获得精度更高的形状信息。

<g.同步处理的流程>

图15为由本实施方式的光学测量装置3执行的一系列处理的流程图。参照图6以及图15，从发生sync中断起开始测量处理。步骤s1中，光学测量装置3直到经过补偿时间都处于待机状态。补偿时间为0时(例如图7所示的例子)，实际上跳过步骤s1的处理。

在步骤s2中，光学测量装置3执行测量处理。具体地，按照图5所示的顺序执行处理。

在步骤s3中，光学测量装置3计算出测量值。在进行多次测量的情况下，计算部43执行用于计算出由滤波处理等得出的代表值的处理。

在步骤s4中，光学测量装置输出测量结果(测量值)。接口部31在一下个通信周期内，通过在现场总线2中传输的帧21，将测量值发送到plc1。

在光学测量装置3中，为了得到测量值，必须在一定时间内执行投射光和拍摄处理。本实施方式中，光学测量装置3从sync中断起开始测量。sync中断在每个ethercat的通信周期发生。因此，测量时刻根据通信周期而被确定。对于光学测量装置3，虽然具有光学测量装置3本身的测量周期，但在plc1侧能够判定输入的测量值为何时的测量值。

上述各例子中，虽然在测量时刻的下一个通信周期将测量值输入到plc1，但本实施方式不被限定于此。也可以在更下一个通信周期将测量值输入到plc1。本实施方式中，由于测量时刻与通信周期同步，plc1能够掌握输入到plc1内部的测量值是哪个通信周期期间获得的。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本申请中记载的实施方式仅用于示例，并不限定本发明。本发明的范围由权利要求的范围示出，在与权利要求的范围等同的意思以及范围内的所有的改变均包含在内。