本發(fā)明關(guān)于光學(xué)測量裝置，特別地，關(guān)于可與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接的光學(xué)測量裝置。

背景技術(shù)：

在大多生產(chǎn)現(xiàn)場中使用的機械和設(shè)備，通常，被含有由可編程控制器(programmablelogiccontroller，以下也稱為"plc")構(gòu)成的控制裝置的控制系統(tǒng)控制。

plc與一個或多個遠程io端子之間的通信，也存在plc作為管理通信整體的主站而發(fā)揮作用，并利用輪詢方式實現(xiàn)通信的情況。例如，特開2007-312043號公報記載了，作為遠程io系統(tǒng)中的主站/從站間的通信方式，例如有同步廣播方式和輪詢方式這兩種通信方式。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開第2007-312043號公報

近年來，在工業(yè)自動化的現(xiàn)場，一般構(gòu)建有用于發(fā)送控制指令和數(shù)據(jù)信號的網(wǎng)絡(luò)(也被稱為現(xiàn)場總線)。作為這樣的網(wǎng)絡(luò)的一例，有ethercat(注冊商標)。ethercat是一種高同步性的現(xiàn)場總線，其優(yōu)勢在于能夠使所有從站以1μs以下的抖動同步。各從站，在該同步時刻接受從主站發(fā)出的輸出信號(控制信號)，將從外部獲取的值反映為輸入到主站的輸入信號(測量值、狀態(tài)信號等)。

另一方面，存在可通過內(nèi)部同步而連續(xù)測量的光學(xué)測量裝置。在將這樣的光學(xué)測量裝置與ethercat連接的情況下，與ethercat連接的設(shè)備之間的同步成為了問題。為實現(xiàn)高精度測量，重要的是何時獲取被從各設(shè)備輸入到plc的信號反映的數(shù)據(jù)。

通常，光學(xué)測量裝置中，為了得到測量值，必須在一段時間內(nèi)接收光。即，測量時間中包括用于接收光的時間。因此，光學(xué)測量裝置中，測量時刻與輸出測量結(jié)果的時刻不同步。因此，主站裝置難以判斷從光學(xué)測量裝置輸出的數(shù)據(jù)反映了在哪個時刻測量的結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種進行測量的光學(xué)測量裝置，以能夠使主站裝置根據(jù)輸入至主站裝置的測量值來判別測量時刻。

本發(fā)明一個方面的光學(xué)測量裝置，其構(gòu)成為具有使主站裝置以及從站裝置之間的時刻同步的同步功能且可由與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接。光學(xué)測量裝置包括：接口部，其接收從主站裝置以一定的通信周期發(fā)送到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的同步信號；測量部，其根據(jù)測量周期進行光學(xué)測量。測量部根據(jù)由接口部進行的同步信號的接收，使測量時刻與通信周期同步。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)中，能夠提供一種光學(xué)測量裝置，其執(zhí)行測量以使主站裝置根據(jù)輸入至主站裝置的測量值來判別測量時刻。由于光學(xué)測量裝置的測量周期與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通信周期同步，因此，在主站裝置內(nèi)部，能夠掌握從光學(xué)測量裝置輸入的測量值是在哪個通信周期獲得的值。因此主站裝置能夠判別光學(xué)測量裝置的測量時刻。

優(yōu)選地，測量部對在通信周期內(nèi)的多個測量周期進行測量所獲得的多個值執(zhí)行計算處理并計算出測量值。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠從光學(xué)測量裝置輸出高精度的測量值。

優(yōu)選地，測量周期為通信周期的1/n或n倍，其中，所述n為1以上的整數(shù)。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，沒有間隙地連續(xù)測量成為了可能。此外，光學(xué)測量裝置可以輸出所有連續(xù)測量得到的多個值。或者，光學(xué)測量裝置也可以通過上述計算處理算出測量值，并輸出該算出的測量值。

優(yōu)選地，測量部在從同步信號的接收開始經(jīng)過補償時間后，開始測量。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒐鈱W(xué)測量裝置的測量結(jié)果的發(fā)送到主站裝置的輸入時刻與從其他的從站裝置輸入到主站裝置的輸入時刻整合。

優(yōu)選地，光學(xué)測量裝置為光學(xué)式位移傳感器。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，主站裝置通過從光學(xué)式位移傳感器獲取的測量值，能夠掌握光學(xué)式位移傳感器的測量時刻。

可參照附圖理解本發(fā)明的上述以及其他目的、特征、方面及優(yōu)點，可通過如下的關(guān)于本發(fā)明的詳細說明來了解。

附圖說明

圖1為示出本實施方式的測量系統(tǒng)100的構(gòu)成例的示意圖。

圖2為用于說明經(jīng)由ethercat的從站的同步的示意性框圖。

圖3為用于說明ethercat中的時刻同步功能的示意圖。

圖4為用于說明與現(xiàn)場總線連接的光學(xué)測量裝置的測量周期與ethercat的通信周期不同步時的課題的時序圖。

圖5為用于說明通常的光學(xué)位移傳感器的處理流程的時序圖。

圖6為示出了本實施方式的光學(xué)測量裝置的詳細構(gòu)成的框圖。

圖7為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第一例的時序圖。

圖8為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第二例的時序圖。

圖9為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第三例的時序圖。

圖10為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第四例的時序圖。

圖11為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第五例的時序圖。

圖12為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第六例的時序圖。

圖13為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第七例的時序圖。

圖14為示意性地示出包含本實施方式的光學(xué)測量裝置3的多個從站裝置之間的同步的時序圖。

圖15為由本實施方式的光學(xué)測量裝置3執(zhí)行的一系列處理的流程圖。

具體實施方式

參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。圖中的相同或相當部分標上相同的符號并省略對其的說明。

<a.控制系統(tǒng)的構(gòu)成例>

圖1為示出本實施方式的測量系統(tǒng)100的構(gòu)成例的示意圖。參照圖1，測量系統(tǒng)100包括：plc1、現(xiàn)場總線2、光學(xué)測量裝置3和伺服電機4。

plc1、光學(xué)測量裝置3以及伺服電機4被現(xiàn)場總線2連接?，F(xiàn)場總線2傳送與plc1交換的各種數(shù)據(jù)。作為現(xiàn)場總線2，可使用各種工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)(注冊商標)。作為工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，例如有ethercat、profinet(注冊商標)等。在以下說明中，以ethercat為代表來說明現(xiàn)場總線2。

伺服電機4使工作臺5移動。雖然圖中未示出，但伺服電機4包括編碼器。編碼器的值相當于表示工作臺5的位置的數(shù)據(jù)。位置數(shù)據(jù)經(jīng)由現(xiàn)場總線2被輸入到plc1。

光學(xué)測量裝置3測量放置于工作臺5上的測量對象51的位移。光學(xué)測量裝置3包括：傳感器控制器11、傳感器頭部12和光纜13。傳感器頭部12經(jīng)由光纜13連接至傳感器控制器11。

來自傳感器控制器11的控制信號通過光纜13被傳送到傳感器頭部12。如后所述，傳感器頭部12具有光投射部以及光接收部。光投射部向工作臺5照射光束，光接收部接收從工作臺5反射的反射光。從光接收部輸出信號，該信號通過光纜13被傳送至傳感器控制器11。傳感器控制器11基于來自傳感器頭部12的信號計算出測量值。傳感器控制器11經(jīng)由現(xiàn)場總線2向plc1發(fā)送測量值。

通過伺服電機4移動工作臺5，由此，測量對象51的表面被光學(xué)測量裝置3掃描。因此，光學(xué)測量裝置3沿著工作臺5的移動方向，可測量從傳感器頭部12到測量對象51的表面的位移。其結(jié)果是，光學(xué)測量裝置3可測量沿著工作臺5的移動方向的測量對象51的表面形狀。

本實施方式中，從伺服電機4輸入到plc1的位置數(shù)據(jù)(編碼器值)與從光學(xué)測量裝置3輸入到plc1的測量值之間的同步性得以保證。因此，由于可準確關(guān)聯(lián)位置信息和測量值(位移信息)，能夠得到關(guān)于測量對象51的表面形狀的更加高精度的信息。

<b.現(xiàn)場總線>

圖2為用于說明經(jīng)由ethercat的從站的同步的示意性框圖。參照圖2，控制系統(tǒng)sys由主站裝置1a、從站裝置3-1～3-3、連接主站裝置1a和從站裝置3-1～3-3的現(xiàn)場總線2構(gòu)成。

主站裝置1a負責從站裝置3-1～3-3的控制。從站裝置3-1～3-3的分別高速傳送ieee802.3標準的ethernet(注冊商標)幀。如圖2所示，幀21從主站裝置1a發(fā)送，依次經(jīng)過從站裝置3-1～3-3。幀21在從站裝置3-3折回并返回到主站裝置1a。幀21可包含控制指令以及數(shù)據(jù)。

ethercat中，自幀21從主站裝置1a發(fā)送的時間點到幀21返回到主站裝置1a的時間點期間為一個周期。各從站裝置在幀21通過時，動態(tài)(on-the-fly)執(zhí)行輸入輸出處理。因此，在一個周期內(nèi)完成全部的輸入輸出處理。

圖3為用于說明ethercat中的時刻同步功能的示意圖。參照圖3，主站裝置1a以及從站裝置3-1、3-2、3-3、3-4各自具有時鐘。該時鐘成為確定在各裝置中的處理的執(zhí)行時刻等的基準。更具體地，主站裝置1a以及從站裝置3-1、3-2、3-3、3-4中，分別具有周期性地生成成為同步基準的時刻信息的定時器來作為時鐘。主站裝置1a的時鐘為基準，從站裝置3-1～3-4與主站裝置1a的時鐘同步。更具體地，各從站裝置3-1～3-3基于在現(xiàn)場總線2上周期性地傳輸?shù)膸?參照圖2)，隨時校正由各自的定時器所產(chǎn)生的時間偏差。由此，能夠?qū)⑷繌恼狙b置的抖動偏差控制在1μs內(nèi)。

<c.測量周期與通信周期不同步時的課題>

圖4為用于說明與現(xiàn)場總線連接的光學(xué)測量裝置的測量周期與ethercat的通信周期不同步時的課題的時序圖。參照圖4，通常，光學(xué)測量裝置(例如光學(xué)位移傳感器)中，根據(jù)光學(xué)測量裝置本身的測量周期進行拍攝。光學(xué)測量裝置輸出以通信周期計的每一循環(huán)的測量值。

圖5為用于說明通常的光學(xué)位移傳感器的處理流程的時序圖。參照圖5，首先，點亮照明并進行拍攝處理。接著，進行檢測光接收位置的處理。例如，為了檢測光接收位置，在拍攝元件中指定光接收強度最大的位置(指定位于該位置的像素)。接著，例如執(zhí)行濾波、平均值計算等計算出測量值的處理。計算出測量值后，輸出測量結(jié)果。

返回到圖4，拍攝時刻根據(jù)測量周期來確定。但例如，存在為了算出測量值而反復(fù)多次進行位移的測量的情況。因此，拍攝時刻和輸出測量值(更新測量結(jié)果)的時刻不同。不限定于光學(xué)位移傳感器，只要是光學(xué)測量裝置中，就會引起拍攝時刻和輸出測量值(更新測量結(jié)果)的時刻的不同的問題。

由于現(xiàn)場總線的通信周期與測量周期不同步，plc中，無法判定從光學(xué)測量裝置發(fā)送的測量值是在何時測量的結(jié)果。本實施方式中，為解決上述課題，光學(xué)測量裝置能使測量周期與現(xiàn)場總線的通信周期同步。由此，在主站裝置(plc)的內(nèi)部，能夠掌握從光學(xué)測量裝置輸入的測量值是在哪個通信周期中獲取到的值。因此，plc能夠判定光學(xué)測量裝置的測量時刻。

<d.光學(xué)測量裝置的構(gòu)成>

圖6為示出了本實施方式的光學(xué)測量裝置的詳細構(gòu)成的框圖。參照圖6，傳感器控制器11包括：接口部31、測量部32以及時鐘33。測量部32包括：光投射接收控制部41、傳感器控制部42以及計算部43。

接口部31負責對到現(xiàn)場總線2的輸入/輸出。接口部31通過在現(xiàn)場總線2傳送的幀21(參照圖2)，接收來自plc1的sync信號，并將測量值發(fā)送到plc1。sync信號是每個通信周期產(chǎn)生的信號，是用于使測量周期與通信周期同步的同步信號。另一方面，接口部31將從計算部43輸出的測量值經(jīng)由現(xiàn)場總線2發(fā)送至plc1。

測量部32對光學(xué)測量裝置3進行集中化的控制，從而根據(jù)測量周期光學(xué)性地測量對象51的位移。投射接收控制部41響應(yīng)于sync信號，發(fā)出用于使測量開始的控制信號。相應(yīng)地，傳感器控制部42以及計算部43執(zhí)行測量處理。

時鐘33產(chǎn)生時鐘信號，該時鐘信號用于確定在光學(xué)測量裝置3中執(zhí)行的處理的時刻?；谠摃r鐘信號來確定測量周期。但，時鐘信號不限定于在傳感器控制器11的內(nèi)部產(chǎn)生的。時鐘信號也可以是從外部供給到傳感器控制器11的。

傳感器頭部12經(jīng)由光纜13接收來自傳感器控制部42的控制信號。傳感器頭部12包括光投射部34和光接收部35。

光投射部34根據(jù)控制信號向工作臺5投射光。光接收部35接收由工作臺5或測量對象51反射的光。雖然圖中未示出，但光接收部35也可以包括拍攝元件。光接收部35根據(jù)控制信號，輸出表示光接收部35接收到的光量的光接收信號。光接收信號經(jīng)由光纜13發(fā)送到測量部32。計算部43基于由光接收信號表示的受光量計算出測量值。

此外，光學(xué)測量裝置3為光學(xué)位移傳感器時，位移的測量方式不受特別地限定。位移的測量方式可以是例如白色共焦點方式，也可以是三角測量方式。

<e.測量周期與通信周期同步的例子>

圖7為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第一例的時序圖。參照圖6以及圖7，光學(xué)測量裝置3響應(yīng)于sync信號的接收并開始測量。在光學(xué)測量裝置3的內(nèi)部，響應(yīng)于sync信號的接收，產(chǎn)生用于測量的中斷處理。因此，圖7及以后的圖中，sync信號的接收被記為“sync中斷”。

光學(xué)測量裝置3與sync中斷同步地開始測量。在接下來的通信周期內(nèi)將其測量結(jié)果從光學(xué)測量裝置3發(fā)送至plc1。其結(jié)果是，在plc1的內(nèi)部更新測量結(jié)果。

在圖7所示的例子中，測量開始的時刻與sync中斷的發(fā)生時刻同步。sync中斷在每個通信周期發(fā)生。因此，光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步。

圖8為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第二例的時序圖。參照圖7以及圖8，在從sync中斷發(fā)生開始經(jīng)過了補償時間后的時間點，開始測量。在該方面如圖8所示的例子與圖7的例子不同。測量結(jié)果在下一個通信周期內(nèi)被從光學(xué)測量裝置3發(fā)送到plc1，在plc1的內(nèi)部測量結(jié)果被更新。

通過設(shè)定補償時間，例如，能夠?qū)⒐鈱W(xué)測量裝置3的測量結(jié)果的發(fā)送到plc1的輸入時刻與從其他的從站設(shè)備發(fā)送到plc1的輸入時刻整合。補償時間可以是定值，也可以是變化的值。需要說明的是，圖7的的例子可以被看作是將補償時間設(shè)定為0時的例子。

圖9為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第三例的時序圖。參照圖6以及圖9，以sync中斷為起點，在一個通信周期內(nèi)執(zhí)行多次測量處理。即，一個通信周期內(nèi)包含多次測量周期。關(guān)于測量處理的次數(shù)，例如可以是用戶任意設(shè)定的，也可以是測量部32設(shè)定的。

在一個通信周期內(nèi)得到多個測量值。例如計算部43對多個測量值執(zhí)行預(yù)定的處理，從而算出代表值。代表值在下一個通信周期被從光學(xué)測量裝置3發(fā)送至plc1。

這樣的代表值例如可以是多個測量值的平均值，也可以是多個測量值中的最大值、最小值或中值。此外，代表值也可以是基于多個測量值的微分值?；蛘撸嬎悴?3也可以通過對多個測量值實施濾波處理來確定代表值。需要說明的是，計算部43不被限定于輸出多個測量值的代表值。計算部43也可以輸出全部的多個測量值。

圖10為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第四例的時序圖。參照圖9以及圖10，在從sync中斷發(fā)生開始經(jīng)過了補償時間后的時間點，開始測量。在該方面如圖10所示的例子與圖9的例子不同?？梢詫⑷我獾难舆t時間設(shè)定為補償時間。由此，能夠與想要測量的時刻相吻合，從而可實施光學(xué)測量裝置3的測量。

圖11為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第五例的時序圖。參照圖11，測量周期處于為通信周期的1/n倍的關(guān)系(n為1以上的整數(shù))。即設(shè)通信周期為t，則測量周期為t/n。

光學(xué)測量裝置3構(gòu)成為測量周期滿足上述關(guān)系。由此，能夠無間隙地連續(xù)測量。光學(xué)測量裝置3可以輸出由連續(xù)測量而得到的所有數(shù)據(jù)，也可以輸出多個測量值中的代表值。

即使將測量周期設(shè)定為通信周期的1/n倍，n個周期的測量周期的長度與1個周期的通信周期之間也存在產(chǎn)生時間誤差的可能性。因此，在每個sync中斷中優(yōu)選進行對該誤差的校正。

圖12為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第六例的時序圖。參照圖12，測量周期處于為通信周期的n倍的關(guān)系(n為1以上的整數(shù))。即，將通信周期設(shè)為t，則測量周期為t×n。光學(xué)測量裝置3構(gòu)成為測量周期滿足上述關(guān)系。由此，能夠無間隙地連續(xù)測量。光學(xué)測量裝置3可以輸出由連續(xù)測量而得到的所有數(shù)據(jù)，也可以輸出多個測量值中的代表值。

圖13為示意性地示出本實施方式的光學(xué)測量裝置3的測量周期與通信周期同步的第七例的時序圖。參照圖11以及圖13，在從sync中斷發(fā)生開始經(jīng)過了補償時間后的時間點，開始測量。在該方面如圖13所示的例子與圖11的例子不同。與圖10相同地，可以將任意的延遲時間設(shè)定為補償時間。由此，能夠與想要測量的時刻相吻合，從而實施光學(xué)測量裝置3的測量。此外，在如圖12所示的例子中，也可以將任意的延遲時間設(shè)定為補償時間，以使在從sync中斷發(fā)生開始經(jīng)過了補償時間后的時間點開始測量。

<f.多個從站裝置間的同步>

圖14為示意性地示出包含本實施方式的光學(xué)測量裝置3的多個從站裝置之間的同步的時序圖。需要說明的是，含有多個從站裝置的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本上與如圖1所示的結(jié)構(gòu)相同。圖1中，相對于本實施方式的光學(xué)測量裝置3的數(shù)量為1，在以下所說明的例子中，本實施方式的光學(xué)測量裝置3的數(shù)量為3。需要說明的是，圖14所示的“傳感器1”，“傳感器2”以及“傳感器3”，也可以含有至少1個光學(xué)測量裝置3和其他的傳感器。

參照圖14，從3個傳感器到plc的輸入，以及從伺服電機到plc的輸入與通信周期同步。進一步，3個傳感器各自的測量周期處于為通信周期的1/n的關(guān)系。在該例中，通信周期為125μs，測量周期為25μs。即測量周期是通信周期的1/5。

在各時刻t1、t2、t3發(fā)生sync中斷。在從時刻t1到時刻t2期間以及時刻t2到時刻t3期間，3個傳感器分別進行5次測量。plc在下個通信周期獲取該測量結(jié)果。

通過像這樣使光學(xué)測量裝置3的測量時刻與通信周期同步，如圖1所示，plc1能夠準確地關(guān)聯(lián)來自伺服電機4的位置數(shù)據(jù)和來自光學(xué)測量裝置3的測量值。因此，能夠獲得精度更高的形狀信息。

<g.同步處理的流程>

圖15為由本實施方式的光學(xué)測量裝置3執(zhí)行的一系列處理的流程圖。參照圖6以及圖15，從發(fā)生sync中斷起開始測量處理。步驟s1中，光學(xué)測量裝置3直到經(jīng)過補償時間都處于待機狀態(tài)。補償時間為0時(例如圖7所示的例子)，實際上跳過步驟s1的處理。

在步驟s2中，光學(xué)測量裝置3執(zhí)行測量處理。具體地，按照圖5所示的順序執(zhí)行處理。

在步驟s3中，光學(xué)測量裝置3計算出測量值。在進行多次測量的情況下，計算部43執(zhí)行用于計算出由濾波處理等得出的代表值的處理。

在步驟s4中，光學(xué)測量裝置輸出測量結(jié)果(測量值)。接口部31在一下個通信周期內(nèi)，通過在現(xiàn)場總線2中傳輸?shù)膸?1，將測量值發(fā)送到plc1。

在光學(xué)測量裝置3中，為了得到測量值，必須在一定時間內(nèi)執(zhí)行投射光和拍攝處理。本實施方式中，光學(xué)測量裝置3從sync中斷起開始測量。sync中斷在每個ethercat的通信周期發(fā)生。因此，測量時刻根據(jù)通信周期而被確定。對于光學(xué)測量裝置3，雖然具有光學(xué)測量裝置3本身的測量周期，但在plc1側(cè)能夠判定輸入的測量值為何時的測量值。

上述各例子中，雖然在測量時刻的下一個通信周期將測量值輸入到plc1，但本實施方式不被限定于此。也可以在更下一個通信周期將測量值輸入到plc1。本實施方式中，由于測量時刻與通信周期同步，plc1能夠掌握輸入到plc1內(nèi)部的測量值是哪個通信周期期間獲得的。

以上對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但本申請中記載的實施方式僅用于示例，并不限定本發(fā)明。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求的范圍示出，在與權(quán)利要求的范圍等同的意思以及范圍內(nèi)的所有的改變均包含在內(nèi)。