TWI715133B - Photoelectric sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本發明是有關於一種具備關於對象物的狀態的判定功能的光電感測器。 The present invention relates to a photoelectric sensor having a function of determining the state of an object.
先前,作為檢測有無對象物的感測器,而使用一種朝對象物照射光而檢測透射對象物的光、或檢測由對象物進行的遮光、或檢測由對象物反射的光的光電感測器。又,於檢測不是有無對象物、而是對象物的狀態時,有時使用一種利用相機拍攝對象物,並進行圖像分析的視覺感測器。 Conventionally, as a sensor for detecting the presence or absence of an object, a photoelectric sensor that irradiates light on the object to detect light transmitted through the object, or detect light shielding by the object, or detect light reflected by the object . In addition, when detecting the state of the object instead of the presence or absence of an object, a vision sensor that captures the object with a camera and performs image analysis is sometimes used.
關於光電感測器,例如於下述專利文獻1中,記載有一種光電感測器,構成為將相當於背景位準的檢測值儲存為零重置(zero reset)基準值,藉此可將任意的檢測值利用以背景位準為基準的相對值來顯示。
Regarding a photoelectric sensor, for example,
又,於下述專利文獻2中,記載有一種檢查方法,即:利用雷射光掃描鋼板表面,算出代表反射光波形的多個特徵量,並添加於預先學習所述特徵量的類神經網路而進行有/無瑕疵的輸出。
In addition, the following
[現有技術文獻] [Prior Art Literature]
[專利文獻] [Patent Literature]
[專利文獻1]日本專利特開2001-124594號公報 [Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2001-124594
[專利文獻2]日本專利特開平2-298840號公報 [Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 2-298840
有時需要檢測如下的對象物的狀態,即:與利用普及的一個光電感測器即可進行的有無對象物的檢測相比要難,但是尚未達到需要與光電感測器相比為大型且高價的視覺感測器的多種能力的程度。例如,於辨識形狀或樣子大不相同的對象物時,僅單純地檢測對象物的有無並不夠,但尚未達到需要視覺感測器的多種能力的程度。 Sometimes it is necessary to detect the state of an object that is more difficult than the detection of the presence or absence of an object that can be performed with a popular photoelectric sensor, but it has not yet reached the need to be larger and larger than a photoelectric sensor. The degree of multiple capabilities of expensive visual sensors. For example, when recognizing objects with very different shapes or appearances, it is not enough to simply detect the presence or absence of the object, but it has not yet reached the level that requires multiple capabilities of the visual sensor.
此處,考量藉由組合先前的光電感測器與如專利文獻1所示的分析受光量波形的方法,而能夠原理性地判定對象物的狀態。然而,由於無法獲得用於僅獲取判定所需的部分(與專利文獻2中的瑕疵的大小對應的部分)的波形的適當的觸發(trigger),故於完成較判定所需的部分更長時間範圍的波形的獲取後進行波形分析,對於應用於例如在搬送生產線上接連搬運而來的對象物則缺乏即時(real time)性。
Here, it is considered that the state of the object can be determined in principle by combining the conventional photoelectric sensor and the method of analyzing the received light amount waveform as shown in
因此,本發明提供一種利用簡易的構成,時間延遲少地判定對象物的狀態的光電感測器。 Therefore, the present invention provides a photoelectric sensor that can determine the state of an object with a simple structure and a small time delay.
本揭示的一個態樣的光電感測器包括:投光部,向供對 象物來到的檢測範圍射出光;受光部,獲取基於光的受光的時間序列的訊號值;先進先出(First In First Out,FIFO)記憶體,依據所獲取的順序排序而儲存規定數目的訊號值,且藉由新獲取的訊號值週期性地更新規定數目的訊號值;預測部,藉由包含規定的參數(parameter)的預測模型,基於在第一時間範圍獲取的訊號值,而預測在較第一時間範圍為後的第二時間範圍獲取的訊號值;以及判定部,以每進行一次或多次FIFO記憶體的更新時而進行一次的頻率,基於由預測部預測的訊號值、與和第二時間範圍對應的儲存於FIFO記憶體的訊號值的一致度,而判定對象物的狀態。 One aspect of the photoelectric sensor of the present disclosure includes: a light projection part, Light is emitted from the detection range where the object comes; the light-receiving part obtains the signal value of the time series based on the light-receiving light; the First In First Out (FIFO) memory stores a specified number of items according to the order of acquisition. Signal value, and periodically update a specified number of signal values with the newly acquired signal value; the predicting part uses a prediction model containing specified parameters to predict based on the signal value acquired in the first time range The signal value acquired in the second time range that is later than the first time range; and the determination unit, at a frequency that is performed every time the FIFO memory is updated one or more times, based on the signal value predicted by the prediction unit, The degree of agreement with the signal value stored in the FIFO memory corresponding to the second time range is used to determine the state of the object.
根據所述態樣,以每進行一次或多次FIFO記憶體的更新時而進行一次的頻率,基於由預測部預測的訊號值、與和較第一時間範圍為後的第二時間範圍對應的儲存於FIFO記憶體的訊號值的一致度,而判定對象物的狀態,藉此可利用簡易的構成,時間延遲少地判定在搬送生產線上接連搬運而來的對象物的狀態。 According to the aspect, the frequency is performed once every time the FIFO memory is updated one or more times, based on the signal value predicted by the predicting unit and corresponding to the second time range that is later than the first time range The degree of coincidence of the signal values stored in the FIFO memory is used to determine the state of the object. This allows a simple structure to determine the state of the objects successively conveyed on the conveying line with less time delay.
於所述態樣中,當一致度高於規定值時,判定部可判定為對象物的狀態是特定的狀態。 In the above aspect, when the degree of coincidence is higher than a predetermined value, the determination unit may determine that the state of the object is a specific state.
於所述態樣中,預測模型可為藉由機器學習而生成的模型。 In the above aspect, the predictive model may be a model generated by machine learning.
根據所述態樣,藉由已學習模型,基於在第一時間範圍獲取的訊號值,而預測在較第一時間範圍為後的第二時間範圍獲 取的訊號值,藉此可提高訊號值的預測精度,從而可更靈活地判定在搬送生產線上接連搬運而來的對象物的狀態。 According to the aspect, by using the learned model, based on the signal value obtained in the first time range, it is predicted to obtain the signal value in the second time range after the first time range. The signal value obtained can improve the prediction accuracy of the signal value, thereby making it possible to more flexibly determine the state of objects that are successively conveyed on the conveying line.
於所述態樣中,亦可更包括基於訊號值生成預測模型的動作控制部。 In the above aspect, it may further include an action control unit that generates a predictive model based on the signal value.
根據所述態樣,由於光電感測器可自己生成預測模型,故無需自外部獲取預測模型,而可使用對應於實際的對象物而生成的預測模型。 According to this aspect, since the photoelectric sensor can generate the prediction model by itself, it is not necessary to obtain the prediction model from the outside, and the prediction model generated corresponding to the actual object can be used.
於所述態樣中,動作控制部可於繼時間序列的訊號值的變動比較小的穩定期後顯現時間序列的訊號值的變動比較大的變動期時,基於屬於變動期的訊號值生成預測模型。 In the above aspect, the action control unit can generate a forecast based on the signal value belonging to the variable period when the time-series signal value changes relatively large after the stable period after the time-series signal value changes relatively small. model.
根據所述態樣,可自訊號值中選擇性地使用藉由對象物而產生的訊號值,生成預測模型。 According to the aspect, the signal value generated by the object can be selectively used from the signal value to generate a prediction model.
於所述態樣中,動作控制部能夠將預測模型輸出至外部。 In the above aspect, the motion control unit can output the prediction model to the outside.
根據所述態樣,由於可在其他光電感測器中使用所生成的預測模型,故無需針對在同樣的對象物及設置狀況下使用的多個光電感測器的每一個重覆生成預測模型。 According to the above aspect, since the generated prediction model can be used in other photoelectric sensors, there is no need to repeatedly generate a prediction model for each of a plurality of photoelectric sensors used under the same object and installation conditions .
於所述態樣中,動作控制部能夠將時間序列的訊號值輸出至外部。 In the above aspect, the action control unit can output the time-series signal value to the outside.
根據所述態樣,可將訊號值輸出至外部,從而由外部設備生成預測模型。藉此,光電感測器自身無需具有與生成預測模型的處理相關的計算資源。 According to the aspect, the signal value can be output to the outside, so that the external device generates a prediction model. In this way, the photoelectric sensor itself does not need to have computing resources related to the process of generating the predictive model.
於所述態樣中,亦可更包括自外部獲取預測模型的動作控制部。 In the above aspect, it may further include an action control unit that obtains the prediction model from the outside.
根據所述態樣,藉由沿用由其他裝置、例如由其他光電感測器生成的預測模型,而可將預測模型的生成省略。 According to the above aspect, by using the prediction model generated by other devices, such as other photoelectric sensors, the generation of the prediction model can be omitted.
根據本發明,提供一種利用簡易的構成,時間延遲少地判定對象物的狀態的光電感測器。 According to the present invention, there is provided a photoelectric sensor capable of judging the state of an object with a simple structure and a small time delay.
1:檢測系統 1: Detection system
10:光電感測器 10: Photoelectric sensor
10a:檢測範圍 10a: detection range
11:投光部 11: Projection Department
11a:投光元件 11a: Projection element
11b:驅動電路 11b: Drive circuit
12:受光部 12: Light receiving part
12a:受光元件 12a: Light receiving element
12b:放大器 12b: amplifier
12c:取樣/保持電路 12c: sample/hold circuit
12d:A/D轉換器 12d: A/D converter
13:處理部 13: Processing Department
13a:動作控制部 13a: Motion control section
13b:FIFO記憶體 13b: FIFO memory
13c:預測值儲存部 13c: Predicted value storage unit
13d:判定部 13d: Judgment Department
13e:預測部 13e: Forecast Department
14:操作部 14: Operation Department
15:輸出部 15: Output section
20:控制器 20: Controller
30:電腦 30: Computer
40:機器人 40: Robot
50:搬送裝置 50: Conveying device
100:對象物 100: Object
P:預測值 P: predicted value
q1~q8:段 q1~q8: segment
q0:初段 q0: Early stage
q9:最末段 q9: last paragraph
r0~r3:訊號值、值、預測值 r0~r3: signal value, value, predicted value
s0~s3:訊號值 s0~s3: signal value
S1、S2:對象物的形狀 S1, S2: The shape of the object
S10~S15:步驟 S10~S15: steps
t0~t10:時間 t0~t10: time
W1、W2、W3:波形 W1, W2, W3: Waveform
圖1是表示包含本發明的實施形態的光電感測器的檢測系統的概要的圖。 Fig. 1 is a diagram showing an overview of a detection system including a photoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.
圖2是表示本實施形態的光電感測器的構成的圖。 Fig. 2 is a diagram showing the configuration of the photoelectric sensor of the present embodiment.
圖3是表示本實施形態的光電感測器的處理部的構成的一例的圖。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the processing unit of the photoelectric sensor of the present embodiment.
圖4是本實施形態的光電感測器的學習模式及判定模式的處理的流程圖。 Fig. 4 is a flowchart of processing in the learning mode and the determination mode of the photoelectric sensor of the present embodiment.
圖5a是表示於本實施形態的光電感測器的第n循環(cycle)測定的訊號值的一例的圖。 Fig. 5a is a diagram showing an example of signal values measured in the nth cycle (cycle) of the photoelectric sensor of the present embodiment.
圖5b是表示於本實施形態的光電感測器的第n+1循環測定的訊號值的一例的圖。 Fig. 5b is a diagram showing an example of signal values measured in the n+1 cycle of the photoelectric sensor of this embodiment.
圖6是表示於本實施形態的光電感測器的第n循環測定的訊號值的其他例的圖。 Fig. 6 is a diagram showing another example of signal values measured in the n-th cycle of the photoelectric sensor of the present embodiment.
圖7是表示本實施形態的光電感測器的處理部的構成的其他例的圖。 Fig. 7 is a diagram showing another example of the configuration of the processing unit of the photoelectric sensor of the present embodiment.
以下,基於圖式,對於本發明的一方面的實施形態(以下表述為「本實施形態」)進行說明。又,在各圖中,標注有同一符號的要素具有同一或同樣的構成。 Hereinafter, based on the drawings, an embodiment of one aspect of the present invention (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described. In addition, in each figure, elements denoted with the same reference numerals have the same or the same configuration.
[構成例] [Configuration example]
參照圖1至圖3,對於本實施形態的光電感測器10的構成的一例進行說明。圖1是表示包含本實施形態的光電感測器10的檢測系統1的概要的圖。檢測系統1包括:光電感測器10、控制器(controller)20、電腦(computer)30、機器人(robot)40、以及搬送裝置50。
1 to 3, an example of the configuration of the
光電感測器10是基於所獲取的訊號值,檢測對象物100來到光電感測器10的檢測範圍10a,並判定所述對象物100的狀態的裝置。光電感測器10可為反射型光電感測器,或透射型光電感測器,或回歸反射型光電感測器。又,光電感測器10亦可為位移感測器,朝對象物100投射雷射光束,基於三角測距原理而獲得與至對象物100的距離對應的訊號值。又,光電感測器10還可為測距感測器,基於由對象物100反射的光的往復時間而獲得與至對象物100的距離對應的訊號值。於本說明書中,「訊號值」除了包含受光量的值以外,亦包含與至對象物100的距離對應的訊號值。
The
對象物100是成為由光電感測器10進行的檢測的對象的物品,例如可為所生產的產品的完成品,或者為零件等未完成品。圖1例示的對象物100是於基座上帶有凸起的形狀的對象物。又,作為不同類型的對象物,設為雖具有相同基座但未帶有凸起的形狀的對象物混入而被搬送。當光電感測器10例如是反射型光電感測器時,若對象物100來到光電感測器10的檢測範圍10a,則檢測到的反射光量增加。又,當對象物100為於基座上帶有凸起的形狀時,若於檢測範圍10a存在對象物100的凸起,則反射光量進一步增加。
The
控制器20控制機器人40及搬送裝置50。控制器20例如可由可程式化邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)構成。控制器20藉由來自光電感測器10的輸出而檢知對象物100來到,進而,對應於所判定的對象物100的狀態而控制機器人40。
The
電腦30對光電感測器10、控制器20、及機器人40進行設定。又,電腦30自控制器20獲取由控制器20進行的控制的執行結果。進而,電腦30可包含學習裝置,藉由機器學習生成用於由光電感測器10判定對象物100的狀態的判定模型。此處,判定模型例如可由類神經網路(neural network)構成,或可由決策樹構成。
The
機器人40依照控制器20的控制,對於對象物100進行操作或加工。機器人40例如可拾取對象物100並將其移動至別的場所,或將對象物100進行切削或組裝。又,機器人40可根據於
對象物100是否具有凸起而改變加工內容或移動目的地。
The
搬送裝置50是依照控制器20的控制,將對象物100進行搬送的裝置。搬送裝置50例如可為帶式輸送機(belt conveyor),可於由控制器20設定的速度下將對象物100進行搬送。
The conveying
圖2是表示本實施形態的光電感測器10的構成的圖。光電感測器10包括:投光部11、受光部12、處理部13、操作部14、以及輸出部15。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of the
<投光部> <Projection Department>
投光部11向供對象物100來到的檢測範圍10a射出光。投光部11可包含投光元件11a、以及驅動電路11b。投光元件11a可由LED(Light Emitting Diode,發光二極體)或雷射二極體構成,驅動電路11b控制用於使投光元件11a發光的電流。驅動電路11b可使投光元件11a斷續地、例如以0.1ms週期脈衝發光。自投光元件11a射出的光可經由未圖示的透鏡或光纖(fiber),朝檢測範圍10a照射。
The
<受光部> <Light receiving part>
受光部12獲取基於光的受光的時間序列的訊號值。受光部12可包含:受光元件12a、放大器12b、取樣/保持(sample/hold)電路12c、及類比/數位(analog/digital,A/D)轉換器12d。受光元件12a可由光電二極體(photodiode)構成,將受光量轉換為電性輸出訊號。受光部12可使於檢測範圍10a反射或透射的光經由未圖示的透鏡或光纖入射至受光元件12a。放大器12b將受光元件
12a的輸出訊號予以放大。取樣/保持電路12c與由投光部11發出的脈衝發光的時序同步地,保持經放大器12b放大的受光元件12a的輸出訊號。藉此降低干擾光的影響。A/D轉換器12d將由取樣/保持電路12c保持的類比訊號值轉換為作為數位值的受光量的值。
The
<處理部> <Processing Department>
處理部13包含:動作控制部13a、先進先出(First In First Out,FIFO)記憶體13b、預測值儲存部13c、判定部13d、以及預測部13e。處理部13例如可構成為電腦,所述電腦包含微處理器(microprocessor)、記憶體、以及保存於記憶體的程式(program)等。
The
動作控制部13a除了後述的操作預測模型的處理以外,亦統括控制光電感測器10整體的動作。
In addition to the processing of the operation prediction model described later, the
FIFO記憶體13b依據所獲取的順序排序而儲存規定數目的訊號值,且藉由新獲取的訊號值週期性地更新規定數目的訊號值。此處,儲存於FIFO記憶體13b的訊號值的數目,即規定數目為任意,例如可為100左右。FIFO記憶體13b除了由專用的硬體(hardware)實現以外,亦可在處理部13的記憶體上依照處理部13的程式而實現。此時,訊號值朝FIFO記憶體13b的後段的移位(shift)不是所保存的資料的物理方式的移位,而是可藉由更新記憶體上的存取部位而進行。
The
預測值儲存部13c至少暫時地儲存由預測部13e預測的預測值。此處,預測值既可在由預測部13e預測後緊接著用於判
定部13d的判定,亦可在由預測部13e預測後,在進行一次或多次FIFO記憶體13b的更新後用於判定部13d的判定。
The prediction
預測部13e藉由包含規定的參數的預測模型,基於在第一時間範圍獲取的訊號值,而預測在較第一時間範圍為後的第二時間範圍獲取的訊號值。此處,第一時間範圍及第二時間範圍並不是指固定的時刻的範圍(例如0時0分0秒至0時0分1秒)。第一時間範圍是具有規定的持續時間的時間範圍,而與時刻無關。第二時間範圍可為與第一時間範圍具有規定的時間關係(第一時間範圍結束後緊接著的時間範圍等)且持續規定時間的時間範圍。由預測部13e預測的第二時間範圍的訊號值的數目既可為單個,亦可為多個。
The
預測部13e可藉由利用機器學習生成的預測模型,基於在第一時間範圍獲取的訊號值,而預測在較第一時間範圍為後的第二時間範圍獲取的訊號值。預測模型可由已學習的類神經網路或決策樹構成。在預測模型為已學習的類神經網路時,預測模型所含的規定的參數可包含節點(node)間的加權參數或偏差(bias)值。藉由已學習模型,基於在第一時間範圍獲取的訊號值,而預測在較第一時間範圍為後的第二時間範圍獲取的訊號值,藉此可提高訊號值的預測精度,從而可更靈活地判定在搬送生產線上接連搬運而來的對象物100的狀態。
The
判定部13d以每進行一次或多次FIFO記憶體13b的更新時而進行一次的頻率,基於由預測部13e基於與第一時間範圍
對應的儲存於FIFO記憶體13b的訊號值而預測的訊號值、與和第二時間範圍對應的儲存於FIFO記憶體13b的訊號值的一致度,而判定對象物的狀態。例如,於對象物100是於基座帶有凸起的對象物時,預測部13e基於在第一時間範圍獲取的基座部分的訊號值,預測於第二時間範圍獲取的凸起部分的訊號值。然後,當於第二時間範圍實際獲取的訊號值與預測值的一致度為充分高時,判定部13d可判定為對象物100是於基座帶有凸起的狀態。如此般,以每進行一次或多次FIFO記憶體13b的更新時而進行一次的頻率,基於由預測部13e基於與第一時間範圍對應的儲存於FIFO記憶體13b的訊號值而預測的值、與和較第一時間範圍為後的第二時間範圍對應的儲存於FIFO記憶體13b的訊號值的一致度,而判定對象物100的狀態,藉此可利用簡易的構成,時間延遲少地判定在搬送生產線上接連搬運而來的對象物100的狀態。藉此,可利用與普及的光電感測器相近的簡易的構成,即無需圖像處理或另外的觸發機構,時間延遲少地判定對象物100的狀態。
The judging
更具體而言,當一致度高於規定值時,判定部13d可判定為對象物的狀態為特定的狀態。
More specifically, when the degree of coincidence is higher than a predetermined value, the
又,用於生成已學習模型的學習用資料可包含針對一種對象物於第一時間範圍獲取的訊號值與於第二時間範圍獲取的訊號值,但於混合搬送特定的多種對象物時,可包含針對多種對象物於第一時間範圍獲取的訊號值與於第二時間範圍獲取的訊號值。在混合搬送多種對象物時,已學習模型可基於由根據於第一 時間範圍獲取的訊號值而預測的於第二時間範圍獲取的訊號值的預測值所構成的波形、與和多種對象物對應的於第二時間範圍獲取的訊號值的一致度,而判定被搬送的對象物的狀態。 In addition, the learning data used to generate the learned model may include the signal value obtained in the first time range for one object and the signal value obtained in the second time range. However, when multiple specific objects are mixed and transported, Including the signal values obtained in the first time range and the signal values obtained in the second time range for a variety of objects. When multiple objects are mixed and transported, the learned model can be based on the first The waveform composed of the signal value obtained in the time range and the predicted value of the signal value obtained in the second time range predicted, and the degree of agreement with the signal values obtained in the second time range corresponding to multiple objects, and judged to be transported The state of the object.
例如,於混合搬送第一種對象物與第二種對象物時,已學習模型根據於第一時間範圍獲取的訊號值預測於第二時間範圍獲取的訊號值,當所預測的訊號值與和第一種對象物對應的訊號值的一致度高於規定值時,判定部13d可判定為被搬送的對象物的狀態是第一種對象物的特定的狀態。又,已學習模型根據於第一時間範圍獲取的訊號值預測於第二時間範圍獲取的訊號值,當所預測的訊號值與和第二種對象物對應的訊號值的一致度高於規定值時,判定部13d可判定為被搬送的對象物的狀態是第二種對象物的特定的狀態。
For example, when the first object and the second object are mixed, the learned model predicts the signal value obtained in the second time range based on the signal value obtained in the first time range. When the predicted signal value and the sum When the degree of coincidence of the signal values corresponding to the first-type object is higher than the predetermined value, the
<操作部> <Operation part>
操作部14用於進行光電感測器10的操作,可包含操作開關、顯示器等。光電感測器10的操作者可利用操作部14,進行光電感測器10的動作模式的設定等的指示的輸入或動作狀態的確認。再者,本實施形態的光電感測器10作為動作模式可包括學習模式、以及判定模式,所述學習模式用於生成預測模型,所述判定模式用於利用所生成的預測模型來判定對象物100的狀態。
The operating
<輸出部> <Output section>
輸出部15進行包含由判定部13d作出的判定結果的各種資料的輸出。最簡單而言輸出部15可進行由判定部13d作出的判定結
果的二值輸出。再者,光電感測器10可包括通訊部來代替輸出部15,進行大量資料的輸入輸出。
The
圖3是表示本實施形態的光電感測器10的處理部13的構成的一例的圖。處理部13於第一週期將儲存於FIFO記憶體13b的各級(stage)的訊號值移位至後一級,而將自A/D轉換器12d輸出的受光量的數位值儲存於初段q0。再者,在此圖中,為了說明原理,而將FIFO記憶體13b的段數設為q0~q9此10段,但FIFO記憶體13b的段數亦可更多,例如可為100段左右。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the
進行FIFO記憶體13b的更新的第一週期,既可與由投光部11發出的脈衝發光的週期相同,亦可為不同。又,進行FIFO記憶體13b的更新的第一週期,既可與投光部11的脈衝發光及由A/D轉換器12d進行的轉換的週期(設為第二週期)相同,亦可為不同。例如,第二週期可固定為於光電感測器10固有的值(例如0.1ms)。第一週期能夠自圖1所示的電腦30經由控制器20進行設定。第一週期需要以欲同時處理的訊號值波形的範圍落入FIFO記憶體13b的方式而決定。第一週期大多較第二週期長,例如可為1ms。
The first period for updating the
預測部13e基於與第一時間範圍對應的儲存於FIFO記憶體13b的q6、q7、q8、及q9的訊號值s0、訊號值s1、訊號值s2、及訊號值s3,預測於第二時間範圍獲取的訊號值r0、訊號值r1、訊號值r2、及訊號值r3。判定部13d以每進行一次或多次FIFO記憶體13b的更新時而進行一次的頻率,基於由預測部13e預測
的值r0、值r1、值r2、及值r3、與和第二時間範圍對應的儲存於FIFO記憶體13b的q2、q3、q4、及q5的訊號值的一致度,而判定對象物100的狀態,並於第一週期將判定結果對於動作控制部13a輸出。
The
預測值儲存部13c儲存由預測部13e預測的值r0、值r1、值r2、及值r3。判定部13d算出所述預測值r0、預測值r1、預測值r2、及預測值r3、與儲存於FIFO記憶體13b的q2、q3、q4、及q5的訊號值的差的絕對值的總和,以所述值愈小則一致度愈大的方式算出一致度,在一致度大於規定的值時,可判定為對象物100的狀態是特定的狀態。
The predicted
動作控制部13a在執行由判定部13d實施的判定前,基於訊號值生成預測模型。例如,動作控制部13a可基於所獲取的訊號值執行學習模型的機器學習,生成已學習模型,並將所生成的已學習模型安裝於預測部13e。如此般,由於光電感測器10可自己生成預測模型,故無需自外部獲取預測模型,而可使用對應於實際的對象物而生成的預測模型。
The
動作控制部13a能夠將預測模型輸出至外部。藉此,由於可在其他光電感測器使用所生成的預測模型,故無需針對在同樣的對象物及設置狀況下使用的多個光電感測器的每一個重覆生成預測模型。因此,可高效地準備判定對象物的狀態的光電感測器。
The
動作控制部13a可於繼時間序列的訊號值的變動比較小
的穩定期後顯現時間序列的訊號值的變動比較大的變動期時,基於屬於變動期的訊號值生成預測模型。此處,時間序列的訊號值的變動比較小的穩定期在去除雜訊(noise)的影響的情況下,實質上可為時間序列的訊號值無變動的期間。又,時間序列的訊號值的變動比較大的變動期在去除雜訊的影響的情況下,實質上可為時間序列的訊號值有變動的期間。如此般,可自訊號值中選擇性地使用由對象物產生的訊號值而生成預測模型。再者,利用圖5a及圖5b說明時間序列的訊號值的變動比較小的穩定期、與時間序列的訊號值的變動比較大的變動期的具體例。
The
圖4是本實施形態的光電感測器10的學習模式及判定模式的處理的流程圖。首先,光電感測器10判定是否為進行預測模型的生成的學習模式(S10)。再者,可藉由操作部14進行學習模式及判定模式的切換。
FIG. 4 is a flowchart of processing in the learning mode and the determination mode of the
當光電感測器10為學習模式時(S10:是(YES)),光電感測器10獲取時間序列的訊號值,且生成預測模型(S11)。預測模型的生成可藉由動作控制部13a利用任意的機器學習的方法而進行。
When the
另一方面,當光電感測器10不是學習模式時(S10:否(NO)),即光電感測器10為判定模式時,光電感測器10藉由新的訊號值更新FIFO記憶體13b(S12),針對在第一時間範圍獲取的訊號值應用預測模型,藉此預測第二時間範圍的訊號值(S13)。然後,基於在第二時間範圍獲取的訊號值的實測值、與所預測的
訊號值的一致度而判定對象物100的狀態(S14)。
On the other hand, when the
其後,光電感測器10判定是否結束判定模式(S15)。判定模式的結束可於結束光電感測器10的作動時產生,或可於自判定模式切換為學習模式時產生。在不結束判定模式時(S15:否),光電感測器10再次獲取新的訊號值(S12),執行訊號值的預測(S13)與對象物100的狀態的判定(S14)。另一方面,在結束判定模式時(S15:是),結束學習模式及判定模式的處理。
After that, the
圖5a是表示於本實施形態的光電感測器10的第n循環測定的訊號值的一例的圖。又,圖5b是表示於本實施形態的光電感測器10的第n+1循環測定的訊號值的一例的圖。於圖5a及圖5b中,縱軸表示受光量的值,橫軸表示時間與和時間對應的FIFO記憶體13b的級。如兩幅圖所示,最新受光量的值(時間t9的值)儲存於FIFO記憶體13b的初段q0,最先受光量的值(時間t0的值)儲存於FIFO記憶體13b的最末段q9。在本例中,FIFO記憶體13b依據所獲取的順序排序而儲存10個訊號值。
Fig. 5a is a diagram showing an example of signal values measured in the n-th cycle of the
由虛線所示的對象物的形狀S1配合獲得各受光量的值的時序而示意性地表示對象物的形狀。根據對象物的形狀S1,可理解為對象物是於基座帶有凸起的形狀。 The shape S1 of the object indicated by the dotted line schematically represents the shape of the object in accordance with the timing of obtaining the value of each received light amount. According to the shape S1 of the object, it can be understood that the object has a convex shape on the base.
於圖5a中由實線所示的波形W1是由在第n循環獲取且儲存於FIFO記憶體13b的訊號值構成的波形。又,於圖5b中由實線所示的波形W2是由在第n+1循環獲取且儲存於FIFO記憶體13b的訊號值構成的波形。如兩幅圖所示,於第n循環儲存於FIFO
記憶體13b的訊號值在第n+1循環下移位至後一段而儲存於FIFO記憶體13b。
The waveform W1 shown by the solid line in FIG. 5a is a waveform composed of the signal value obtained in the nth cycle and stored in the
由於在檢測範圍10a內存在一定的廣度,故在與對象物100的階差對應的時序附近接受來自階差的上表面與下表面兩個面的反射光,而構成波形W1及波形W2的訊號值成為中間性的值。中間性的受光量的值,在微小的獲取時序的不同下,易於產生大變動。因此,即便針對同一形狀的對象物100,每次受光量的值仍會變動。在判定模型的生成時,較佳為將對象物100搬送某程度的次數,重覆獲取受光量的值以獲得平均化效果。
Since there is a certain width in the
動作控制部13a可於繼時間序列的訊號值的變動比較小的穩定期後顯現時間序列的訊號值的變動比較大的變動期時,基於屬於變動期的訊號值生成預測模型。於圖5a的示例的情況下,時間序列的訊號值的變動比較小的穩定期是時間t0至t1,時間序列的訊號值的變動比較大的變動期是時間t2至t8。又,於圖5b的示例的情況下,時間序列的訊號值的變動比較小的穩定期是時間t8以後,時間序列的訊號值的變動比較大的變動期是時間t2至t7。動作控制部13a比較自FIFO記憶體13b的最末段向初段儲存於相鄰的級的值,當存在其差為臨限值以上的相鄰的級時,可判定為自相鄰的級中靠近初段側的級向初段儲存有屬於變動期的訊號值,亦可判定為自相鄰的級中靠近最末段側的級向最末段儲存有屬於穩定期的訊號值。具體而言,於圖5a的示例的情況下,動作控制部13a可比較儲存於最末段q9與第八段q8的值,由於其
差為0而為臨限值以下,故比較儲存於第八段q8與第七段q7的值,可判定為其差為2而為臨限值以上。此處,臨限值例如可為1。然後,動作控制部13a可判定為自所儲存的值的差為臨限值以上的第八段q8與第七段q7中靠近初段q0側的第七段q7向初段q0儲存有屬於變動期的訊號值,亦可判定為自第八段q8與第七段q7中靠近最末段側的第八段q8向最末段q9儲存有屬於穩定期的訊號值。
The
預測部13e藉由包含規定的參數的預測模型,基於在第一時間範圍獲取的訊號值,而預測在較第一時間範圍為後的第二時間範圍獲取的訊號值。於圖5a所示的示例的情況下,第一時間範圍為t0~t3,第二時間範圍為t4~t7。預測部13e基於在第一時間範圍t0~t3獲取且儲存於FIFO記憶體13b的q9~q6的訊號值,而預測於第二時間範圍t4~t7獲取的訊號值。當於判定模式下在動作時搬運而來的對象物100是具有凸起的對象物的情況下,在FIFO記憶體13b的特定的移位循環(第n循環)中,由在第一時間範圍(t0~t3)獲取的受光量的值構成的波形、與由預測模型生成時的受光量的值構成的波形的一致程度變高。若此,可減少誤差地預測於第二時間範圍(t4~t7)的受光量的值。然後,判定部13d以每進行一次或多次FIFO記憶體的更新時而進行一次的頻率,基於由預測部13e預測的值、與和第二時間範圍(t4~t7)對應的儲存於FIFO記憶體13b的訊號值(儲存於q5~q2的訊號值)的一致度,而判定對象物的狀態。在藉由預測部13e可減小誤差
地預測第二時間範圍(t4~t7)的受光量的值的情況下,一致度變高,而藉由判定部13d判定為對象物100是具有凸起的對象物。
The
另一方面,於圖5b所示的第n+1循環的示例的情況下,第一時間範圍為t1~t4,第二時間範圍為t5~t8。此時,輸入至預測部13e的訊號值亦是儲存於FIFO記憶體13b的q9~q6段的受光量的值。此時,由於輸入至預測部13e的受光量的值的波形與預測模型生成時的受光量的值的波形在時間上偏移,故無法進行正確的預測,而由預測部13e預測的值、與和第二時間範圍對應的儲存於FIFO記憶體13b的訊號值(儲存於q5~q2的訊號值)的一致度變小。因此,在第n+1循環中,判定部13d不將對象物100的狀態判定為具有凸起的對象物的狀態。
On the other hand, in the case of the n+1th cycle shown in FIG. 5b, the first time range is t1 to t4, and the second time range is t5 to t8. At this time, the signal value input to the
圖6是表示於本實施形態的光電感測器10的第n循環測定的訊號值的其他例的圖。在此圖中,縱軸表示受光量的值,橫軸表示時間與和時間對應的FIFO記憶體13b的級。
FIG. 6 is a diagram showing another example of the signal value measured in the n-th cycle of the
於圖6中由實線所示的波形W3是由在第n循環獲取且儲存於FIFO記憶體13b的訊號值構成的波形。又,由虛線所示的對象物的形狀S2配合獲得各受光量的值的時序而示意性地表示對象物的形狀。根據對象物的形狀S2,可理解為對象物是無凸起而僅為基座的形狀。
The waveform W3 shown by the solid line in FIG. 6 is a waveform composed of the signal value acquired in the nth cycle and stored in the
若將波形W3與圖5a所示的波形W1進行比較可知,於時間t4至t6的期間的受光量的值上存在差異。當於判定模式下在動作時被搬送的對象物是無凸起的對象物的情況下,若在FIFO記
憶體13b的某個移位循環下第一時間範圍(t0~t3)的受光量的值成為如圖6所示,則由於所述值與預測模型生成時的受光量的值實質上為相同,故於第二時間範圍(t4~t7)可獲得如利用一點鏈線所示的預測值P。若將所述預測值P與儲存於FIFO記憶體13b的q5~q2的實測值進行比較可知差異大、一致度小,故判定部13d可判定為所述對象物不是具有凸起的對象物。
Comparing the waveform W3 with the waveform W1 shown in FIG. 5a, it can be seen that there is a difference in the value of the received light amount during the period from time t4 to t6. When the object being transported during operation in the judgment mode is a non-protruding object, if the object is recorded in the FIFO
The value of the amount of light received in the first time range (t0~t3) under a certain shift cycle of the
圖7是表示本實施形態的光電感測器10的處理部13的構成的其他例的圖。此圖所示的處理部13的構成的示例與圖3所示的處理部13的構成的示例相比,於下述方面不同,即:與第一時間範圍對應的FIFO記憶體13b的級、與和第二時間範圍對應的FIFO記憶體13b的級重疊,進而,動作控制部13a將時間序列的受光量的值輸出至外部,且將由外部電腦基於所述時間序列的受光量的值而生成的預測模型輸入,除此以外的構成為共通。
FIG. 7 is a diagram showing another example of the configuration of the
在本例中,每進行一次或多次FIFO記憶體13b的更新時,預測部13e更新儲存於預測值儲存部13c的預測值。儲存於預測值儲存部13c的預測值是根據於作為第一時間範圍與第二時間範圍的時間差的4個移位循環前儲存於FIFO記憶體13b的q9~q6段的受光量的值而獲得的預測值。由於將在所述4個移位循環的期間儲存於FIFO記憶體13b的q0~q3的受光量的值替換為第二時間範圍的值,故可正確地進行判定。藉由此種構成,FIFO記憶體13b的所需段數變少。相反,於預測部13e中,需要設置FIFO記憶體,用於在自求解預測值至藉由所述預測值更新預測值
儲存部13c為止的期間預先儲存預測值,但由於存在將用於受光量的值的FIFO記憶體13b用於每隔多段進行預測或判定的情況,故在此種情況下所需段數的削減效果大。如此般,使用靠近FIFO記憶體13b的初段的部分來進行預測,時間延遲變得更小。
In this example, every time the
動作控制部13a亦可能夠將時間序列的訊號值輸出至外部。輸出至外部的訊號值亦可為儲存於FIFO記憶體13b的訊號值。可將訊號值輸出至外部,而由外部設備生成預測模型。藉此,光電感測器自身無需具有與生成預測模型的處理相關的計算資源。
The
動作控制部13a可自外部獲取預測模型。動作控制部13a可獲取由外部的電腦生成的預測模型,或可獲取由其他光電感測器生成的預測模型。藉由沿用由其他裝置、例如由其他光電感測器生成的預測模型,而可將預測模型的生成省略。
The
再者,動作控制部13a亦可無需將時間序列的訊號值輸出至外部,而將於其他光電感測器中生成的模型、或由外部電腦基於由其他光電感測器獲取的時間序列的訊號值而生成的模型輸入而使用。
Furthermore, the
以上所說明的實施形態是用於容易地進行本發明的理解的實施形態,而不是限定本發明而解釋的實施形態。實施形態所包括的各要素及其配置、材料、條件、形狀、及尺寸等並不限定於所例示的內容,而是可適當變更。另外,可部分地置換或組合由不同的實施形態所示的諸個構成。 The embodiment described above is an embodiment for easy understanding of the present invention, and is not an embodiment explained to limit the present invention. The various elements included in the embodiment and their arrangement, materials, conditions, shapes, dimensions, etc. are not limited to the exemplified contents, but can be changed as appropriate. In addition, it is possible to partially replace or combine the configurations shown in different embodiments.
[附記] [Supplement]
一種光電感測器(10),具備:投光部(11),向供對象物(100)來到的檢測範圍(10a)射出光;受光部(12),獲取基於所述光的受光的時間序列的訊號值;FIFO記憶體(13b),依據所獲取的順序排序而儲存規定數目的所述訊號值,且藉由新獲取的所述訊號值週期性地更新規定數目的所述訊號值;預測部(13e),藉由包含規定的參數的預測模型,基於在第一時間範圍獲取的所述訊號值,而預測在較所述第一時間範圍為後的第二時間範圍獲取的所述訊號值;以及判定部(13d),以每進行一次或多次所述FIFO記憶體(13b)的更新時而進行一次的頻率,基於由所述預測部(13e)預測的值、與和所述第二時間範圍對應的儲存於所述FIFO記憶體(13b)的所述訊號值的一致度,而判定所述對象物(100)的狀態。 A photoelectric sensor (10) is provided with: a light projecting unit (11) that emits light to a detection range (10a) where an object (100) comes; a light receiving unit (12) that obtains light-receiving light based on the light Time series signal value; FIFO memory (13b) stores a predetermined number of the signal values according to the acquired order, and periodically updates the predetermined number of the signal values with the newly acquired signal value ; The prediction unit (13e), based on the signal value obtained in the first time range, by a prediction model that includes prescribed parameters, and predicts all the values obtained in a second time range that is later than the first time range The signal value; and the determination unit (13d), at a frequency that is performed every time the FIFO memory (13b) is updated one or more times, based on the value predicted by the prediction unit (13e), and The second time range corresponds to the degree of coincidence of the signal values stored in the FIFO memory (13b) to determine the state of the object (100).
1:檢測系統 1: Detection system
10:光電感測器 10: Photoelectric sensor
10a:檢測範圍 10a: detection range
20:控制器 20: Controller
30:電腦 30: Computer
40:機器人 40: Robot
50:搬送裝置 50: Conveying device
100:對象物 100: Object
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