CN1306267C

CN1306267C - 金属异物检测方法及其装置

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Publication number: CN1306267C
Application number: CNB028031601A
Authority: CN
Inventors: 近藤信一
Original assignee: TOK ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: Dirk Sales Corp
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2007-03-21
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: EP1429140A1; JPWO2003027659A1; KR100543992B1; US7102347B2; KR20030062414A; EP1429140A4; US20040046550A1; US20050206373A1; JP3857271B2; CN1476535A; WO2003027659A1; US6958603B2

Abstract

本发明的金属异物检测方法及其装置，用于检测利用铝等导电性包装材料进行包装的食品、药品、工作材料等被检测物中混入的金属异物。通过向线图(10、11)内施加电压或者供给电流，使其产生微小磁场，把对微小磁场进行响应的金属异物所产生的检测磁场，作为线圈(10、11)的检测电压或检测电流检测出来，对检测信号进行输出。对该检测信号进行解析，检测出金属异物。微小磁场，施加到线圈(10、11)上的电压或者供给的电流很微小，而且利用了构成线圈(10、11)的铁心的磁场特性的非线性部分。

Description

金属异物检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及检测混入到被检测物中的金属异物用的金属异物检测方法。其详细内容是涉及检测混入到用铝等导电性包装材料所包装的食品、医药品、工业用材料等被检测物中的金属异物用的金属异物检测方法。更详细地说是涉及用蒸发淀积铝或铝箔等制作的包装容器、袋内的被检测物中的金属异物检测用的金属异物检测方法及其装置。

背景技术

在食品、药品等检测对象物的制作工序等中，在检测对象物中有时会混入以金属碎片等为主的异物。为了保证检测对象物的安全性，必须从混入了金属异物的检测对象物中将其排除，所以，检测该金属异物是不可缺少的。

采用耐腐蚀性良好的不锈钢的产品，主要广泛应用于厨房器具、建材、家电设备、汽车用零件、乳类制品酿造罐、化学设备、保冷设备等方面。尤其以食品容器、食品生产线、食品制造设备等为主的食品方面的各种设备的结构零件及容器等，很多是不锈钢制的。该不锈钢的磨损粉末、零件混入到食品中是不可避免的，不锈钢是这种钢的总称，是耐蚀性良好的合金钢。

不锈钢可大致划分为：奥氏体(austennite)系不锈钢、马氏系(martensite)系不锈钢、铁素体(ferrite)系不锈钢。已知这些不锈钢具有磁性，利用这一特性，各种不锈钢也可以作为金属异物进行检测。

[过去的检测技术]

过去，经常采用一种检测线圈，这是利用把铜线缠绕到铁心上的结构的检测线圈来发生磁场，当金属物通过该磁场时检测出其对磁场的影响，以此来检测金属物。详细情况是：其结构是由用于产生磁场的磁场发生线圈、以及用于接收该磁场的磁场接收线圈而构成的，把该磁场发生线圈和磁场接收线圈布置成对置状态，使被检测物在其中间通过，检测出金属异物。

磁场接收线圈接收流入到金属物中的涡流所产生的磁场。对接收线圈来说，强的磁场容易接收。图6表示构成接收线圈的铁心的磁滞回线(磁化的强度——磁化力)的B-H特性图(“磁通密度”与“磁场”)。为了利用上述磁场发生线圈来检测金属异物，一般使用该磁滞回线的线性区域P₂或者平缓区域P₃。

通过强磁场来产生大的磁通，大的涡流流入到被检测物中所包含的金属物中，于是磁场接收线圈接收由该涡流所产生的大磁场。上述磁场发生线圈大都是向被检测物发送1MHz～333kHz频带的电磁波，设置在被检测物的相反一侧的磁场接收线圈检测该电磁波，能确定金属异物。

电磁波由通过被检测物的成分、反射的成分、以及被吸收的成分构成。当被检测物减小时尽量发生强的电磁波，以提高检测灵敏度。因此，可能提高电磁波的频率，随着频率的提高，反射成分的比例会增大，相反，接收灵敏率会降低。

食品、药品等在制造工序中大都是经过包装处理后发货的，包装是用纸、铝等为主的各种材料制作的。但是，利用过去的检测线圈，很难检测出铝袋或者用薄膜等导电性材料制作的包装袋或容器内的食品中的金属异物。因为若该磁场增强，则容器内产生涡流，很难检测出容器内的金属异物。

因此，检测包装袋、容器内的金属异物采用X射线装置。利用X射线装置把X射线照射到被检测物上，在其相反一侧放上投影用的薄膜(film)或检测器，对透过了被检测物的X射线进行接收。对接收的图像进行处理，判定出金属异物。也就是说，使强的X射线透过用导电性材料制作的包装袋后对其进行接收，对该接收的X射线所表示的图像数据进行图像处理，检测出金属异物加以判定。

该检测方法，检测精度差(例如，大约能检测出6mm、8mm左右的螺栓、螺母)。并且，对该X射线装置进行操作的操作员也担心受X射线辐射。再者，还存在X射线装置体积大，维护费用高等许多问题。并且，在封入食品等的包装袋等情况下，因为其边缘部分和中央部分的厚度不同，所以，由于随厚度的不同，X射线的透射量不一样。因此，即使采用相同强度的X射线来照射包装袋的边缘部分和中心部分，透射后的X射线强度各不相同，所以很难精确地检测出金属异物。

并且，也提出了用检测线圈来判定金属种类的方案。特开平3-18143号公报中公开的检测装置，采用谐振电路能判定通过检测线圈附近的金属的种类，从谐振电路输出的电压随铜、铝、铁等金属的不同而变化，所以，能判定金属的种类。并且，特开2000-329858号公报公开了具有由谐振电路构成的磁性检测器的金属异物检测装置。

但是，过去提出的用检测线圈的金属异物检测方法，若金属异物金属碎片减小到数毫米，则检测灵敏度降低。并且，很难检测出由铝等导电性材料制作的包装袋、容器内的金属异物。这是因为用导电性材料制作的包装袋、容器所产生的信号大于金属异物所产生的信号，二者无法进行区别。

发明内容

本发明是在以上的技术背景下发明的，其目的如下。

本发明的目的在于提供利用磁场来检测用导电性材料制作的包装袋、容器中的金属异物所用的金属异物检测方法及其装置。

本发明的另一目的在于提供能以高灵敏度来检测由铝等导电性材料制作的包装袋、容器中的小尺寸的金属异物所用的金属异物检测方法及其装置。

本发明的再另一个目的在于提供一种为了以高灵敏度来检测上述小尺寸的金属异物，配备了能有效检测微小磁场的检测电路或信号处理电路的金属异物检测方法及其装置。

本发明的金属异物检测装置的优点在于：检测检测线圈、变频电源和可变电阻所构成的桥式电路的设定Q值较大能以高灵敏来检测金属异物。通过设定较大的Q值，检测电路的电流产生很大的相位偏移，能以高灵敏度来检测产生微小磁场的金属异物。

本发明的金属异物检测装置的另一优点，其效果是尤其能检测用铝等导电性材料制作的包装袋、容器中的金属异物。检测电路的谐振状态，能利用可变电阻和变频电源来调整供给频率，获得大的Q值，能对整个电路顺利地进行调整。

本发明的一种金属异物检测方法，包括：

传送工序，用于为检测在制造过程中混入到包装内的被检测物中的金属异物，用传送路来传送上述被检测物；以及

金属异物检测工序，用于使设置在上述传送路的中途、由在铁心上缠绕导线的结构的线圈所制成的检测部产生磁场，检测混入到上述被检测物中的金属异物，

其特征在于还包括：

检测信号输出工序，用于通过对一个上述线圈加电压或供给电流而产生微小磁场，把对上述微小磁场进行响应的、来自上述金属异物的检测磁场作为上述线圈的检测电压或检测电流进行检测，输出检测信号；以及

信号解析工序，用于对信号进行解析，通过解析上述检测信号，判定上述金属异物，

上述铁心由导电材料构成，

上述微小磁场的产生，是由于施加在上述线圈上的上述电压或提供的上述电流是微小的，而且，利用了构成上述线圈的上述铁心的、表示磁滞回线的磁化特性内的非线性部分，该非线性部分是表示磁化特性的磁通密度和磁场都在0附近的微小值的部分，

上述电流或电压的工作频率为数百Hz至数十kHz，上述金属异物通过上述线圈附近时，使上述频率发生变化。

上述检测部，由于上述金属异物对上述检测磁场产生影响，使线圈状态发生变化，输出上述检测信号即可。上述被检测物具有用导电性材料制作的包装，由上述微小磁场所产生的上述导电性材料的涡流是很小的涡流，它不会对流过上述线圈的电压或电流产生实质性的影响。

上述信号解析工序，对上述检测信号进行解析，通过取倒相信号和上述检测信号之和，消去上述检测信号中的上述交流励磁电源所产生的信号，上述倒相信号使交流励磁电源进行倒相，该电源使上述线圈中产生的上述微小磁场，通过取出一定阈值以上的信号，对上述检测信号中的上述被检测物所产生的磁场信号进行分离。

上述金属异物检测工序由第1检测工序和第2检测工序构成，这两个工序布置成在被检测物通过上述第1检测工序后，再通过上述第2检测工序，在上述第1检测工序和上述第2检测工序上同时检测出的上述检测信号，利用上述信号解析工序进行消去即可。

利用这种消去方法，能够除掉从周围设备等中产生的杂波的影响。在上述金属异物检测工序之前，在上述传送路中，可以具有这样的磁化工序，该工序具有由磁铁要素构成的、用于对上述金属异物进行磁化的磁铁增强器。磁铁增强器能对金属异物进行磁化，使来自金属异物的检测磁场更准确可靠。

上述包装无论是铝金属、铬、锰等顺磁性材料、或铜、银、金等反磁性材料的金属中的那一种均可。上述金属异物也可以是奥氏系不锈钢或马氏系不锈钢材料等的合金。上述线圈在数百Hz到数十kHz的低频下工作。低频，在上述包装表面上不易产生涡流，被检测物中的金属异物的检测灵敏度较高。

上述检测部具有第1线圈和第2线圈，其中还有：包括上述第1线圈的振荡电路、即第1电路、以及包括上述第2线圈的振荡电路，即第2电路，上述第1电路和上述第2电路并联连接。

用于检测上述被检测物的一面的上述第1线圈、以及与这一面相对置的、用于检测上述被检测物的另一面的上述第2线圈，可以布置成与上述被检测物的前进方向形成一定的角度，上述第1线圈和第2线圈按一定的角度进行布置。

上述磁铁增强器至少由2个结构部构成，该结构部布置在上述传送路的两侧而且互相对置的位置上，构成上述2个结构的各个磁铁要素可以把相同的磁极面向上述传送路进行布置。

本发明提供一种金属异物检测装置，包括：

传送装置，用于为检测在制造过程中混入到包装内的被检测物中的金属异物，用传送路来传送上述被检测物；以及

金属异物检测装置，用于使设置在上述传送路的中途、由在铁心上缠绕导线的结构的线圈所制成的检测部产生磁场，检测混入到上述被检测物中的金属异物，

其特征在于包括：

检测信号输出装置，用于通过对一个上述线圈加电压或供给电流而产生微小磁场，把对上述微小磁场进行响应的、来自上述金属异物的检测磁场作为上述线圈的检测电压或检测电流进行检测，输出检测信号；以及

信号解析装置，用于对信号进行解析，通过解析上述检测信号，判定上述金属异物，

上述铁心由导电材料构成，

上述微小磁场的产生，是由于加在上述线圈的上述电压或提供的上述电流是微小的，而且，利用了构成上述线圈的上述铁心的、表示磁滞回线的磁化特性内的非线性部分，该非线性部分是表示磁化特性的磁通密度和磁场都在0附近的微小值的部分，

上述信号解析装置，对上述检测信号进行解析，通过取倒相信号和上述检测信号之和，消去上述检测信号中的上述交流励磁电源所产生的信号，上述倒相信号使交流励磁电源进行倒相，该电源使上述线圈中产生的上述微小磁场，通过取出一定阈值以上的信号，对上述检测信号中的上述被检测物所产生的磁场信号进行分离。

上述金属异物检测装置由第1检测装置和第2检测装置构成，这两个装置布置成在被检测物通过上述第1检测装置后，再通过上述第2检测装置，在上述第1检测装置和上述第2检测装置上同时检测出的上述检测信号，利用上述信号解析装置进行消去即可。

在上述金属异物检测装置之前，在上述传送路中，可以布置由磁铁要素构成的磁铁增强器。该磁化装置能对金属异物进行磁化，提高检测的灵敏度。

上述包装无论是铝、铬、锰等顺磁性材料、或铜、银、金等反磁性材料的金属中的那一种均可进行检测。流入到线圈内的电流或电压是数百Hz到数十kHz的频率。当上述金属异物通过上述线圈附近时，上述频率发生变化。

用于检测上述被检测物的一面的上述第1线圈、以及与这一面相对置的、用于检测上述被检测物的另一面的上述第2线圈，也可以布置成与上述被检测物的前进方向形成一定的角度，上述第1线圈和第2线圈按一定的角度进行布置。

上述磁铁增强器至少由2个结构部构成，该结构部布置在上述传送路的两侧而且互相对置的位置上，构成上述2个结构部的各个磁铁要素可以把相同的磁极面向上述传送路进行布置。

以下首先说明本发明的金属异物的检测原理的概要。

[检测原理]

本发明的为检测金属异物用的检测电路示于图11(a)。它能从变频电源通过匹配变压器Tsr把电能供给到检测电路内。检测电路在结构上包括具有检测线圈的桥式电路。检测线圈作为平衡或非平衡桥式电路的一边。检测线圈是在铁心上缠绕线圈的结构。

该检测电路的具有最重要作用的元件是检测线圈。检测线圈同时具有两种作用：一种作用，利用从变频电源供应的交流电流，把交变磁场直接放射到线圈检测面的附近；另一种作用是，检测具有微小金属片的被检测物扰乱该交变磁场的磁场配置时的摇摆磁场，形成作为异物检测信号的输出。最后用放大器来放大从桥式电路来的输出，并将其输出到下一级电路内。

频率ω的电能从变频电源经过匹配变压器Tsr供给到桥式电路的电位器VR0两端。桥式电路利用匹配变压器Tsr与变频电源进行绝缘。在电位器VR0的一端上连接检测线圈的一端，检测线圈的另一端接地。

该检测电路可以用图11(b)所示的等效电路来表示。图11(b)所示的电容器C是检测线圈所具有的杂散电容，在图11(a)中未示出。为便于电路调整等，可以从外部向检测线圈上并联连接电容器。图11(b)的电感Lts是对匹配变压器Tsr的自感和互感进行次级侧换算后的电感。

图11(b)的等效电路，根据变频电源的功能构成，可以认为等效于图12(a)的恒流驱动电路或图12(b)的恒压驱动电路。图12(a)的恒流驱动电路假定是在从晶体管的集电极输出等供给电能的变频电源的情况下(恒流源)；图12(b)的恒压驱动电路，假定是用OP放大器等低输出阻抗电路来驱动本电路的情况下(恒压源)。

电感L和电容器C的值是由检测线圈的结构和材质等决定的一定值，若把电位器VR的值固定为任意值，使变频电源的频率ω进行变化，则该电路按某一频率ω₀进行谐振。电路的谐振特性大致情况，可利用常用的性能指数Q值(Quality factor value)来说明。

[特性计算]

谐振频率由式1表示，由L和C的比率决定的阻抗Z由式2表示。

例如，当VR为1kΩ，Z＝1kΩ时，性能指数Q值＝1。

f_{R} = \frac{1}{2 π \sqrt{LC}}

……(式1)

Z = \sqrt{\frac{L}{C}}

……(式2)

当Q值为较小的值时，可以用式3从需要的Q中计算出VR值。

VRQ·Z……(式3)

图17(a)的曲线1是一例子，它表示使VR分挡进行变化，以便按照从VR1到VR6的顺序来增大电阻值，相对于各频率划出图线。纵坐标用对数刻度来表示阻抗Z。在曲线1中，假定标准化频率4为谐振频率。从曲线1开始，当增大电阻VR值时，谐振特性曲线变尖锐。

图17(b)的曲线2，表示相同的相位特性。若Q值增大，即VR值增大，则相对于频率的相位变化增大。在本发明中，从该曲线1和曲线2中可以看出，利用了当检测电路的Q设定值增大时，相位偏移增大的特性。电感L和杂散电容C是由检测线圈的材质和特性决定的一定值。电感L包括匹配变压器Tsr的次级换算电感、互感。

于是，通过改变供给电源的频率和可变电阻值VR，即可设定为大的Q值。实际上，根据被检测金属异物的大小、供给电源的频率，电路的其他元件、后级电路的特性和放大器的特性等来设定Q值。在检测电路的桥式电路为非平衡的情况下，检测电路即使在没有被检测金属异物时也经常保持在输出的状态下。该输出，在后级的电路内使电源频率的相位倒向，加以去除。它采用差动放大器等来进行。

并且本发明把流入到检测线圈内的电流设定到微小状态。也就是说，如图6所示，是构成检测线圈的铁心的B-H特性的P₁区域。该区是非线性的，磁场H、磁通密度B均为微小。通过使用该区，即使在被检测物中的金属异物很小的情况下，也能达到很高的检测灵敏度。

[关于微小磁场]

在一定温度下，假定在被检测物按一定的通过速度通过线圈的附近的情况下。这时，检测线圈电流发生变化的主要原因是被检测物的涡流、导磁率、介电常数、以及通过检测线圈附近的速度的高低等，估计其中金属异物的导磁率影响最大。因为，在被检测物中的金属异物是由导磁率高的材料制成的情况下，当把上述的微小电流供给到检测线圈内时，金属异物的导磁率对检测线圈的磁场变化有很大影响。

如表1的金属物的相对导磁率所示，即使金属也因其种类不同而相对导磁率差别很大。铁、不锈钢、镍、钴等金属的相对导磁率从数百到数万。并且，铝等的相对导磁率较小的金属中施加不产生涡流的微弱磁场时，用铝等包装的相对导磁率较大的金属反应较大，对检测线圈产生磁场有影响。

表1、金属物的相对导磁率

金属	导磁率(空气1)	金属	导磁率
金属	导磁率(空气1)	金属	导磁率	铝	1	不锈钢(奥氏系)	3～4～5(纯净材)
铜	1	不锈钢(不同成分的标准产品)	50～200	铝	1	不锈钢(奥氏系)	3～4～5(纯净材)
铜	1	不锈钢(不同成分的标准产品)	50～200	铁	500～20,000	镍	250
不锈钢(马氏系)	300～600	钴	300	铁	500～20,000	镍	250

本发明利用流入到检测线圈内的电流的相位偏移来检测金属异物。但也可以改为测量加在检测线圈内的电压或阻抗，以此检测金属异物。以下说明把流入到检测线圈内的电流作为检测信号的发明。

并且，本发明利用从变频电源向检测电路内供应的频率为数百Hz至数十kHz的音频区域。更详细地说，进行4.5kHz或7kHz左右的频率的电源供应。若利用这种低频率，则由于检测线圈中产生的交变磁场而使被检测金属物中产生的涡流很微小，由于涡流而对原交变磁场的影响减小，可忽略不计。

[相位偏移的分析]

在此说明相位偏移。在无源模拟电路的输出入上连接了有源电路的情况下，从信号传送和杂波发生的观点来看。必须捕捉驻波作为稳态现象。假定驱动器一侧的低输出阻抗被连接在接收器一侧的高输入阻抗电路上的情况。这相当于高增益的OP放大器之间用长布线进行连接的情况、以及像本发明实施方式的桥式的电路那样通过匹配变压器Tsr进行绝缘的、具有大电感的无源电路被连接的情况。

如果把终端电阻插入到接收机一侧，没有反射，那么，信号按一定的速度前进，根据测量点不同，依次产生相位偏移。但是，通常是电路元件之间进行连接，所以，不能成为终端，而且进行匹配(完全匹配)并不一定容易，因此产生反射。由于反射而使信号多次往返，所以，产生共鸣，发生驻波，信号按照该驻波的振幅，整体大幅度振动。这作为振幅调制。

这时，各部的信号一齐动作，各部的信号的相位相等，不会进行波动。这是驻波。发生这种共鸣的条件是与电路周围信号有关的信号线的长度为信号的1/4波长时或者是其奇数倍的频率。在该共鸣的本发明的检测部来说，为建立磁场所需的数kHz的检测线圈电压(或电流)按照该驻波(0.2Hz～2Hz)进行振幅调制。

附图说明

图1是金属异物检测装置1的概要图。

图2是表示传感器存放部4的结构例的图。

图3(a)、(b)、(c)是表示检测线圈10a的图。

图3(a)是正面图，图3(b)是平面图，图3(c)是图3(a)的A-A线的断面图。

图4是表示金属异物检测装置1的控制部5的结构的功能方框图。

图5是表示控制部5的数字计算机处理部27的动作例的流程图。

图6是表示B-H特性的图。

图7是表示实施方式2的检测线圈的布置例的平面简图、正面简图。

图8是表示实施方式3的磁铁增强器6的结构例的图。

图9表示包括检测线圈的实施方式1的检测电路的概要。

图10表示实施方式1的检测电路的频率特性。

图11(a)、(b)表示本发明的实施方式1的检测电路，图11(a)是检测电路的概要；图11(b)是其等效电路图。

图12(a)、(b)是表示对图11(b)的等效电路进行简化后的电路图。

图13表示实施方式6的电路图。

图14表示实施方式6的电路图。

图15表示实施方式6的电路图。

图16表示实施方式6的电路图。

图17(a)、(b)是表示图11的电路特性的曲线。

具体实施方式

[实施方式1]

[金属异物检测装置的结构]

图1表示金属异物检测装置1的概要。金属异物检测装置1用于检测和通知被检测物中的金属异物，尤其是包装食品的容器铝包装袋内的食品中混入的金属异物。金属异物检测装置1由传送带2、驱动用马达3、检测器收放部4、控制部5和磁铁增强器6等构成。传送带2是安装在带支脚的机架上的传送带装置，用于按一定速度来传送被检测物8。

传送带2利用其一边所设置的驱动用马达3来对环形带9进行旋转驱动，把被检测物8放置到该传送带9上进行传送。传送被检测物8的传送路中，在传送带9的长度方向的中央附近布置了检测器存放部4。检测器存放部4，内部安装了用于检测被检测物的金属异物的第1检测线圈10、第2检测线圈11、和光检测器7等。

来自检测器安放部4的输出信号，被送入到控制部5内。第1检测线圈10和第2检测线圈11具有相同的结构(详细说明以后进行)。控制部5对来自检测器安放部4的信号进行解析，对被检测物中有无金属异物进行判断，对其内容进行通知(报警声、显示等)。如图1所示在本实施方式中，控制部5被设置在检测器安放部4上。

由传送带2进行传送的被检测物8，通过磁铁增强器6，向检测器安放部4内传送。在检测器安放部4的前面(前进方向)布置了磁铁增强器6。磁铁增强器6是为了对被检测物中的金属异物进行磁化用的辅助磁化装置。当被检测物8通过磁铁增强器时，被检测物中的磁性物的磁化增强，所以，在检测器安放部4中的检测灵敏度提高。

光检测器7，布置在第1检测线圈10的前面，对被检测物进行传送，检测进入第1检测线圈10内的时间，把该检测信号送入到控制部5内。对驱动马达3进行起动，然后对传送带2的带9进行旋转驱动。这时，被检测物放置到带9一边的放置侧，将其传送到另一侧。被检测物在带9上进行传送的过程中，通过磁铁增强器6，被传送到检测器安放部4内。

然后，光检测器7检测出被检测物，把被检测物进入第1检测线圈10内的时间通知到控制器5内。控制器5接收来自光检测器7的通知，对被检测物通过第1检测线圈10和第2检测线圈11时的各检测线圈的输出信号进行解析，检测出被检测物中是否包含金属异物。在含有金属异物的情况下，输出这一意思的输出信号。该输出信号被传送到设置在金属异物检测装置1上或与其相连接的电动杆等上，利用该电动杆等来进行为排除含有金属异物的被检测物等所必须的处理。

控制部5不一定要设置在检测器安放部4上，也可以设置在能接收从检测器安放部4来的信号，进行该信号处理的环境中的任何地方。并且，为了掌握被驱动的带9的速度，必须由控制器5来接收驱动马达3的旋转速度等信号，光检测器7，只要是能检测出被检测物进入第1检测线圈10内时的定时信号，已知的任何形状、方式的均可使用。

图2表示检测器安放部4的概要。检测器安放部4由第1检测线圈10和第2检测线圈11构成，第1检测线圈10由位于带9的的上下两侧互相对置的检测线圈10a和检测线圈10b构成，同样，第2检测线圈11是检测线圈11a和检测线圈11b布置成互相对置的状态。

第1检测线圈10第2检测线圈11设置成沿带9，离开带的距离为L的状态。各个检测线圈10a、10b、11a、11b，如图3所示，形成细长的箱子形状，两者基本上相同，布置固定成与带9的面相平行，与带9的传送方向进行直交。

设置在第1检测线圈10的传送方向的前面一侧的光检测器7，是判定被检测物进入到第1检测线圈10内的时间所必须的。被检测物输入到第2检测线圈11内的定时，可以根据输入到第1检测线圈10内的时间、距离L、以及带9的传送速度来进行计算。带9的传送速度可根据驱动马达3的传动速度来计算。而且，该计算方法也并非本发明的要点，而且是已知的技术，所以其说明从略。

检测线圈10a、11a主要用于检测流过带9上的被检测物的上面部分，为了使被检测物能通过，在带9上面留出了一定间隙。检测线圈10b、11b主要用于检测被检测物的下部，它设置在带9的下部。

图3(a)和(b)表示检测线圈的结构。检测线圈10a、10b、11a和11b实质上是相同的结构，所以，仅举例说明检测线圈10a。检测线圈10a是细长的箱子形状，沿着断面结构E字形的导电性材料的芯子12的沟槽部，缠绕了线圈13。

图4是表示控制部5的概要的功能模块图。控制部5由以下各部分构成：振荡电路21、桥式电路22、铝信号消去电路23、放大相位变换电路24、放大/倒相电路25、波形处理部26、数字计算机处理部27、信号输出部28等。

振荡电路21是用于向控制部5、检测线圈10、11内供应交流电力的电路。振荡电路21通过变压器进行交流电的供给。其优点是：通过采用变压器，可以把电源电路和包括检测线圈10、11、桥式电路22在内的测量部分看作是独立的电路。桥式电路22是接收从检测线圈10、11来的信号的电路。

从桥式电路22来的信号被传送到铝信号消去电路23内，利用该铝信号消去电路23，来消去从其中所包含的性材料铝包装体来的信号。这时的信号处理，利用放大/倒相电路25的信号，按以下方法进行。放大/倒相电路25从振荡电路21的电流中取出放大，进行倒相。

铝信号消去电路23取得从桥式电路22的信号(检测电流)和从放大/倒相电路25来的倒相电流的和，消去交流电源的信号(原有的电流)。然后，仅取出一定阈值以上的信号，消去杂波信号。

然后，利用放大相位变换电路24来放大从铝信号消去电路23中输出的信号，进行相位变换调整处理，向波形处理部26内输出。在波形处理部26内对输入的信号进行波形整形，将其变换成数字信号，而且调整接收灵敏度，输出到数字计算机处理部27内。而且设置在铝信号消去电路23中的阈值处理也可以在波形处理部26中进行。这时变成为已变换成数字信号的信号的阈值处理。

数字计算机处理部27由存储电路、运算电路、放大比较/信号提取电路、传送带速度定时电路等构成。数字计算机处理部27从驱动马达3中接收马达的旋转速度信息，计算出带9的流动速度。并且，从光检测器7中接收被检测物的信号，获得被检测物通过检测线圈10、11的信息。

于是，数字计算机处理部27接收从波形处理部26来的数字信号，与上述带速度、被检测物通过信号等相结合，检测出被检测物中所包含的金属异物。数字计算机处理部27，在判断为已检测出了金属异物的情况下，向信号输出部28内输出金属异物信号。

图5是当数字计算机处理部27检测金属异物时的流程图。在数字计算机处理部27中，经常利用光检测器7的检测信号来判断金属异物。数字计算机处理部27在经过一定时间的待机之后(S1)，检查确认是否有来自光检测器7的信号(S2)。当被检测物通过光检测器7时(参见图2)，向控制部5输出被检测物正在通过的信号。该信号由数字计算机处理部27接收。

当具有被检测物正在通过的判断时(S2，是)，接收驱动马达3的旋转速度(S3)。利用该旋转速度来计算带9的传送速度(S4)。然后，接收从波形处理部26来的第1检测线圈10的数字信号(S5)，存储到存储器内(S6)。并且，同样，接收第2检测线圈11的数字信号(S7)，存储到存储器内(S8)。

对存储在存储器内的第1检测线圈10和第2检测线圈11的数字信号进行比较计算(S9)，判断被检测物中是否有异物(S10)。判断的结果，在判断为无异物的情况下(S10，否)，按规定时间进行待机(S1)。在判断为有异物的情况下(S10，是)，输出该意思的信号(S11)，这样，进行一连串的金属异物判断。

[检测电路的说明]

图9表示检测电路100。结合上述振荡电路、桥式电路、检测线圈10，来说明检测电路100。实际上，上述检测线圈10被用作为桥式电路101的一边。在该实施方式1中，有2个检测线圈10a、10b。检测线圈10利用供给的交流电流，直接把交变磁场放射到线圈检测面的附近，检测出具有微小金属片的被检测物8打乱该交变磁场的排列位置时的摇摆磁场，形成作为异物检测信号的输出。

检测电路100具有桥式电路101，检测线圈10被用作为非平衡桥式电路101的一边(臂)。从变频电源103通过匹配变压器103向该桥式电路101内供给频率ω的电能。包括检测线圈10的桥式电路101通过匹配变压器102与变频电源103进行绝缘。

检测电路100如图所示，由串联或并联连接的许多个电阻R1～R6构成。在电阻的一端上连接检测线圈10的一端，由10的另一端接地。通常时非检测时，检测线圈10a、10b取平衡(参见图10)，不能从输出104中输出信号。当包含在被检测物中的金属异物通过检测线圈10a、10b之间时，该状态发生改变，从输出104中对输出信号进行输出。

或者，当设定检测电路100时，也可以设定成即使在非检测时也从输出104中进行输出。在此情况下，桥式电路101为非平衡。在图10中表示包括检测线圈10a、10b的桥式电路101的频率特性。横坐标表示频率；纵坐标表示波的强度。检测线圈10a、10b由同一电感构成。但受到制造上的精度误差的影响，很少在完全相同的频率下工作。

并且，检测电路100的设定如上述原理中说明的那样，设定方法是：供给7kHz左右的低频电源，通过更改供给电源的频率和电阻值(R1～R6)来获得高Q值，若设检测线圈10a、10b的中心频率分别为ω₀₁、ω₀₂，则偏离量为Δω(＝|ω₀₁-ω₀₂|)。图10用曲线105来表示检测线圈10a的特性；用曲线106来表示检测线圈10b的特性。其和为曲线107。曲线107的中心频率为ω₀。

当金属异物未通过检测线圈10周围时，检测电路处于ω₀的状态。并且，当金属异物通过检测线圈10周围时，金属异物对检测线圈10的磁场产生影响，检测线圈10a、10b的频率ω₀₁、ω₀₂发生变化，检测电路整体的中心频率ω₀也发生变化。因此，检测信号从检测电路的输出端104中进行输出。

若这样利用2个电路，则与检测线圈10的磁场的微小变化相对应，中心频率ω₀的中心频率发生变动，能以高灵敏度检测出金属异物。而且，检测电路100仅具有检测线圈10a，也可检测金属异物。

[实施方式2](检测线圈的交叉布置)

图7是表示对检测线圈进行交叉布置的实施方式的图。本实施方式2与上述实施方式1基本相同，以下仅说明不同的部分，与实施方式1相同的部分的详细说明从略。本实施方式2的检测线圈的布配为交叉布置。

其详细情况是：第1检测线圈的检测线圈10a和检测线圈10b布置成按规定角度θ(从上面看的情况下)互相交叉的状态。检测线圈10a、10b布置成与带9成水平状态。分别与带9的传送方向形成(π-θ/2)(＝θ′)的角度以及(π+θ)/2(＝θ′+θ)的角度(参见图7)。并且，这些布置即使方向相反也可以。

第2检测线圈的检测线圈11a和检测线圈11b的布置是相同的，其说明从略。这样，若交叉布置检测线圈，则无论被检测物中包含的金属异物向哪个方向流动，均能很好地检测。

例如，金属异物大多是细长形状，当其与检测线圈相平行或者相垂直地通过时，检测灵敏度降低。在此情况下，若利用使检测线圈交叉的形式来进行检测，则无论向哪个方向通过，也都能很好地进行检测。

[实施方式3](磁铁增强器的结构)

本实施方式3基本上与实施方式1或2相同，以下仅说明不同的部分，与实施方式1或2相同的部分的详细说明从略。图8表示磁铁增强器6的结构。磁铁增强器6由磁铁要素6a和磁铁要素6b构成。磁铁要素6a和磁铁要素6b设置在带9的上下两侧，把相同的磁极N分别布置在面向带9的方向上。被检测物8本身应通过磁铁要素6a和磁铁要素6b。

而且，该磁铁要素6a和磁铁要素6b也可以由许多个磁铁要素6构成。并且，如果磁铁要素6a和磁铁要素6b被布置在传送被检测物的传送路的两侧，并且把相同的磁极布置在面向传送路的状态下，那么，无论如何进行布置和设置均可。这样，若布置磁铁增强器6，则通过了磁铁增强器6的被检测物中所混入的金属异物，在两侧的磁铁要素6a、6b的磁场推斥作用下，倒向带9的传送方向上，容易用检测器安放部4进行检测。

[实施方式4](频率·波形的解析)

本实施方式4基本上与实施方式1～3相同，以下仅说明不同的部分，与实施方式1～3相同的部分的详细说明从略。在图4所示的数字计算机处理部27中，也可以利用傅里叶变换等方法，来对构成数字信号的频率·波形进行解析，对这些频率·波形的起因进行判定，检测出金属异物。因此，需要预先准备的有关该频率·波形的解析数据。

并且，在数字计算机处理部27中，同样地也可以用铝信号消去电路23来消除交流电源(交流励磁电源)信号。被输入到铝信号消去电路23内的信号，变换成数字信号，输入到数字计算机处理部27内。然后，对该数字信号按每个频率进行分波，消去交流电源，杂波等引起的信号。来自被检测物的杂波信号也同样可以通过对频率·波形的解析而消除。

[实施方式5]

图13～16表示上述金属异物检测装置1的电路的实际结构例。该实施方式5的电路信号是用模拟电路进行处理的电路例。也可以对从桥式电路22中输出的信号进行数字化，然后，对上述铝信号消去、相位变换、波形整成、灵敏度调整等，全部或部分地进行数字式的计算机处理。

以下仅说明电路的重要部分的概要。图13表示交流电源109和检测电路110以及相位变换电路111。交流电源109是图4所示的振荡电路21。同样，检测电路110是与检测线圈10、11和桥式电路22相结合的电路，倒相电路111是放大/倒相电路25。(参见图4)。

图14表示差动放大器112、波形整形电路113。差动放大电路112是铝信号消去电路23和放大/相位变换电路24，波形整形电路113是波形处理部26。(参见图4)。检测电路110是接收从被检测物8来的信号的检测电路，该信号向输出“1”进行输出，从图14的“1”输入到差动放大电路112内。

图13所示的相位变换电路111取出从交流电源109来的信号，对相位进行调整，从“2”中输出。这是图14的“2”，输入到差动放大电路112内。差动放大电路112用于从接收的信号，即检测电路110输出的信号中消除交流电源109产生的信号。从差动放大电路112中仅取出被检测物产生的信号，经过电路113进行波形整形后加以输出。

图15和图16是用于对被检测物信号进行解析的电路，进行模拟处理。该部分也可以进行数字化，由计算机进行处理。图15表示：整流电路114、放大电路115、整流电路116、放大电路117、直流电源切断电路118、波形处理电路119。图16表示灵敏度调整电路120、波形阈值电路121、放大电路121。

整流电路114、116是用于对信号进行整流，对波形进行整形的电路。放大电路115、117、122是用于进行信号放大的电路。直流电源切断电路118是用于切断信号内所包含的直流信号的电路。灵敏度调整电路120是用于调整被检测物的检测灵敏度的电路。通过改变该电路的电阻值，即可设定检测灵敏度。波形阈值电路121是用于调整输出信号电平的电路。

本发明能检测用铝蒸发淀积或铝箔等导电性包装材料进行包装的被检测物中混入的磁性体金属异物。其能够利用的领域是检测被检测物冷冻食品、谷物等食品材料、医药品、工业用材料等内混入的磁性体金属异物。

Claims

1、一种金属异物检测方法，包括：

其特征在于还包括：

上述铁心由导电材料构成，

上述微小磁场的产生，是由于施加在上述线圈上的上述电压或提供的上述电流是微小的，而且，利用了构成上述线圈的上述铁心的、表示磁滞回线的磁化(B-H)特性内的非线性部分，该非线性部分是表示磁化(B-H)特性的磁通密度(B)和磁场(H)都在0附近的微小值的部分，

2、如权利要求1所述金属异物检测方法，其特征在于：上述检测部，由于上述金属异物来的上述检测磁场对上述微小磁场产生影响，使施加给上述线圈的电压或流过上述线圈的上述电流发生变化，输出上述检测信号。

3、如权利要求1或2所述的金属异物检测方法，其特征在于：上述被检测物具有用导电性材料制作的包装，由上述微小磁场所产生的上述导电性材料的涡流是很小的涡流，它不会对流过上述线圈的电压或电流产生实质性的影响。

4、如权利要求1或2所述的金属异物检测方法，其特征在于：上述信号解析工序，对上述检测信号进行解析，通过取倒相信号和上述检测信号之和，消去上述检测信号中的上述交流励磁电源所产生的信号，上述倒相信号使交流励磁电源进行倒相，该电源使上述线圈中产生上述微小磁场，通过取出一定阈值以上的信号，对上述检测信号中的上述被检测物所产生的磁场信号进行分离。

5、如权利要求1或2所述的金属异物检测方法，其特征在于：上述金属异物检测工序由第1检测工序和第2检测工序构成，这两个工序布置成在被检测物通过上述第1检测工序后，再通过上述第2检测工序，在上述第1检测工序和上述第2检测工序上同时检测出的上述检测信号，利用上述信号解析工序进行消去。

6、如权利要求1或2所述的金属异物检测方法，其特征在于：在上述金属异物检测工序之前，在上述传送路中，具有这样的磁化工序，该工序具有由磁铁要素构成的、用于对上述金属异物进行磁化的磁铁增强器。

7、如权利要求1或2所述的金属异物检测方法，其特征在于：上述包装是顺磁性材料、或反磁性材料的金属。

8、如权利要求1或2所述的金属异物检测方法，其特征在于：上述金属异物是奥氏系不锈钢或马氏系不锈钢材料。

9、如权利要求1或2所述的金属异物检测方法，其特征在于：上述检测部具有第1线圈和第2线圈，并由包括上述第1线圈的振荡电路、即第1电路、以及包括上述第2线圈的振荡电路，即第2电路构成，上述第1电路和上述第2电路并联连接。

10、如权利要求6所述的金属异物检测方法，其特征在于：上述磁铁增强器至少由2个结构部构成，该结构部配置在上述传送路的两侧而且互相对置的位置上，构成上述2个结构部的各个磁铁要素把相同的磁极面向上述传送路进行配置。

11、如权利要求9所述的金属异物检测方法，其特征在于：用于检测上述被检测物的一面的上述第1线圈、以及与这一面相对置的、用于检测上述被检测物的另一面的上述第2线圈，配置成与上述被检测物的前进方向形成规定的角度，上述第1线圈和第2线圈按规定的角度进行配置。

12、一种金属异物检测装置，包括：

其特征在于包括：

上述铁心由导电材料构成，

上述微小磁场的产生，是由于加在上述线圈的上述电压或提供的上述电流是微小的，而且，利用了构成上述线圈的上述铁心的、表示磁滞回线的磁化(B-H)特性内的非线性部分，该非线性部分是表示磁化(B-H)特性的磁通密度(B)和磁场(H)都在0附近的微小值的部分，

13、如权利要求12所述的金属异物检测装置，其特征在于：上述检测部，由于上述金属异物来的上述检测磁场对上述微小磁场产生影响，使施加给上述线圈的电压或流过上述线圈的上述电流发生变化，输出上述检测信号。

14、如权利要求12或13所述的金属异物检测装置，其特征在于：上述被检测物是用导电性材料制作的包装，由上述微小磁场所产生的上述导电性材料的涡流是很小的涡流，它不会对流过上述线圈的电压或电流产生实质性的影响。

15、如权利要求12或13所述的金属异物检测装置，其特征在于：上述信号解析装置，对上述检测信号进行解析，通过取倒相信号和上述检测信号之和，消去上述检测信号中的上述交流励磁电源所产生的信号，上述倒相信号使交流励磁电源进行倒相，该电源使上述线圈中产生上述微小磁场，通过取出一定阈值以上的信号，对上述检测信号中的上述被检测物所产生的磁场信号进行分离。

16、如权利要求12或13所述的金属异物检测装置，其特征在于：上述金属异物检测装置由第1检测装置和第2检测装置构成，这两个装置配置成在被检测物通过上述第1检测装置后，再通过上述第2检测装置，在上述第1检测装置和上述第2检测装置上同时检测出的上述检测信号，利用上述信号解析装置进行消去。

17、如权利要求12或13所述的金属异物检测装置，其特征在于：在上述金属异物检测装置前，在上述传送路中，可配置由磁铁要素构成的磁铁增强器。

18、如权利要求12或13所述的金属异物检测装置，其特征在于：上述包装是顺磁性体或反磁性体的金属。

19、如权利要求17所述的金属异物检测装置，其特征在于：上述磁铁增强器至少由2个结构部构成，该结构部配置在上述传送路的两侧而且互相对置的位置上，构成上述2个结构部的各个磁铁要素把相同的磁极面向上述传送路配置。

20、如权利要求12或13所述的金属异物检测装置，其特征在于：上述检测部具有第1线圈和第2线圈，并由包括上述第1线圈的振荡电路、即第1电路、以及包括上述第2线圈的振荡电路，即第2电路构成，上述第1电路和上述第2电路并联连接。

21、如权利要求20所述的金属异物检测装置，其特征在于：用于检测上述被检测物的一面的上述第1线圈、以及与这一面相对置的、用于检测上述被检测物的另一面的上述第2线圈，配置成与上述被检测物的前进方向形成规定的角度，上述第1线圈和第2线圈按规定的角度进行布置。