DE3850625T2

DE3850625T2 - System für Feststellung von verstreutem Metall in Waren.

Info

Publication number: DE3850625T2
Application number: DE3850625T
Authority: DE
Inventors: Takashi Abe
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1987-08-25
Filing date: 1988-08-17
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2008-08-18
Also published as: US4949037A; KR890004164A; DE3850625D1; JPS6454281A; EP0308073A3; EP0308073A2; KR900005621B1; EP0308073B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Feststellen von verstreutem Metall in zu untersuchenden Waren und im besonderen ein System, das imstande ist, Fremdmetall in Waren ungeachtet der Veränderungen von Einstellbedingungen, wie Veränderungen der Zusammensetzung der zu prüfenden Waren, Veränderung der Umgebungsbedingung, z. B. Temperaturänderung usw., sicher zu ermitteln.
Wie allgemein bekannt ist, werden feine Fremdmetallstücke oder -partikel in Waren oder Produkten, wie z. B. Schinken, Wurst, Miso (Sojabohnenpastete) usw., durch das fluoroskopische Verfahren, das induzierte Spannungsverfahren oder das veränderliche Induktionsverfahren ermittelt. Bei dem fluoroskopischen Verfahren wird Fremdmetall in Waren mit Hilfe von weichen Röntgenstrahlen oder einem Radioisotop nachgewiesen. Gemäß dem Verfahren der induzierten Spannung wird eine Ware durch ein Gleichstrom-Magnetfeld geführt, in dem eine Detektorspule angeordnet ist. Wenn ein Fremdstück oder -stücke mit magnetischer Substanz, z. B. Eisen, in der Ware vorhanden sind, wird in der Detektorspule eine induzierte Spannung erzeugt. Nach dem Verfahren der veränderlichen Induktion wird eine Ware durch ein Wechselstrom-Magnetfeld geführt, in dem eine Detektorspule angeordnet ist. Wenn ein magnetisches Fremdstück oder -stücke, wie z. B. ein Eisenstück oder -stücke oder ein nichtmagnetisches Fremdstück oder -stücke, wie z. B. ein rostfreies Stück oder Stücke in der Ware vorhanden sind, ändern sich die in der Detektorspule erzeugten induzierten Spannungen. Fluoroskopische Metallnachweisvorrichtungen werden allgemein nicht verwendet, weil sie teuer sind und nur bei einer begrenzten Art von Objekten angewandt werden können. Metallnachweisvorrichtungen nach dem Verfahren der induzierten Spannung können andererseits die nichtmagnetischen Stücke nicht mit hoher Empfindlichkeit nachweisen, so daß ihre Anwendungsbereiche begrenzt sind. Konventionell wird daher das veränderliche Induktionsverfahren allgemein für Metallnachweisvorrichtungen angewandt.
Die Metallnachweisvorrichtung nach dem veränderlichen Induktionsverfahren beruht auf dem folgenden Nachweisprinzip. Im Nachweisteil 1 einer Metallnachweisvorrichtung wird, wie in Fig. 1A gezeigt, ein alternierendes Signal aus dem Oszillator S&sub0; an eine Magnetfeld-Erzeugungsspule P angelegt, worauf von der Spule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Eine erste und zweite Spule S&sub1; und S&sub2; sind der Spule P gegenüberliegend angeordnet, so daß im wesentlichen gleiche von der Spule P gelieferte magnetische Kraftlinien die Spulen S&sub1; und S&sub2; durchlaufen, wodurch im wesentlichen gleiche induzierte Spannungen E&sub1; und E&sub2; durch das magnetische Wechselfeld erzeugt werden. Die Ware W wird mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit mit Hilfe einer Transportvorrichtung (nicht gezeigt) zwischen der Magnetfeld-Erzeugungsspule P und den so angeordneten Nachweisspulen S&sub1; und S&sub2; hindurchgeführt. Nachdem sie ein Magnetfeld zwischen den Spulen P und S&sub1; durchlaufen hat, durchläuft die Ware W daher ein Magnetfeld zwischen den Spulen P und S&sub2;. Wenn die Ware W kein Fremdmetall enthält, verändern sich, trotz des Durchlaufs der Ware, die Magnetfelder zwischen den Spulen P und S&sub1; und zwischen den Spulen P und S&sub2; praktisch nicht, und es werden im wesentlichen gleiche induzierte Spannungen E&sub1; und E&sub2; von der ersten und zweiten Nachweisspule S&sub1; und S&sub2; erzeugt. Wenn andererseits die Ware W Fremdmetall enthält, ändern sich jedesmal, wenn die Ware die Magnetfelder durchläuft, die magnetischen Kraftlinien der Magnetfelder zwischen den Spulen P und S&sub1; und P und S&sub2;, und es werden verschiedene induzierte Spannungen E&sub1; und E&sub2; von den Spulen S&sub1; uns S&sub2; erzeugt. Daher wird, wenn Eisen, eine magnetische Substanz, in der Ware W vorhanden ist, der Weg der magnetischen Kraftlinien, die die erste Nachweisspule S&sub1; durchlaufen, durch das Eisen verändert, wodurch die magnetischen Kraftlinien verstärkt werden, wenn die Ware durch die Spule S&sub1; läuft. Als Folge nimmt die von der Spule S&sub1; ermittelte induzierte Spannung E&sub1; auf einen Pegel zu, der höher ist die von der Spule S&sub2; ermittelte induzierte Spannung E&sub2;.
Wenn ein Nichteisenmetall in der Ware vorhanden ist, wird in dem Metall, wie in Fig. 1C gezeigt, ein Wirbelstrom erzeugt, und ein elektromagnetischer Fluß wird als Energie verbraucht, um den Wirbelstrom zu erzeugen, so daß die magnetischen Kraftlinien, die die erste Nachweisspule S&sub1; durchlaufen, vermindert werden. Die von der Spule S&sub1; ermittelte induzierte Spannung E&sub1; wird daraufhin auf einen Pegel reduziert, der niedriger ist als die von der zweiten Nachweisspule S&sub2; ermittelte induzierte Spannung E&sub2;. Wenn die Ware W Fremdmetall enthält, wird daher eine Differenz zwischen den induzierten Spannungen E&sub1; und E&sub2; von der ersten und zweiten Nachweisspule S&sub1; und S&sub2; erzeugt, während die Ware den Nachweisteil 1 durchläuft. Eine Differenzspannung, die der Differenz zwischen den zwei induzierten Spannungen entspricht, wird als ein Unsymmetriesignal ausgegeben, und das Fremdmetall in der Ware kann durch Ermitteln des Unsymmetriesignals nachgewiesen werden.
EP-A-208,214 offenbart einen Metalldetektor wie er z. B. in einer Bäckerei benutzt werden kann, der einen einstellbaren Phasenschieber besitzt, um eine Einstellung des Detektors für unterschiedliche Produkte zu ermöglichen. Die Anordnung ist automatisch und soll das Problem eines Bedieners überwinden, der, anstelle die Phase zu verändern, lediglich die Empfindlichkeit der Detektors einstellt.
Wenn sich bei der oben beschriebenen Metallnachweisvorrichtung das Material oder die Bestandteile der Ware, die Umgebungstemperatur oder die Induktivitäten der ersten und zweiten Nachweisspule S&sub1; und S&sub2; verändern, ändern sich die Einstellbedingungen, so daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung herabgesetzt wird. Daher kann Fremdmetall nicht genau nachgewiesen werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Metallnachweissystem zur Verfügung zu stellen, das, ungeachtet der Veränderungen von Einstellbedindungen, einschließlich der Umgebung, seine beste Empfindlichkeit automatisch ohne Abgleich aufrechterhalten kann, so daß eine Verminderung seiner Metallnachweisfähigkeit verhindert werden kann.
Erfindungsgemäß wird ein System zum Nachweis von Streumetall in einer Ware zur Verfügung gestellt, umfassend:
eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes und zum Anlegen des magnetischen Wechselfeldes an eine zu prüfende Ware;
eine Einrichtung zum Ermitteln des erzeugten Magnetfeldes und zum Liefern eines Ermittlungssignals einer Phase;
eine Einrichtung zum Ändern der Phase des Ermittlungssignals von einer ersten Phase in eine zweite Phase, und
eine Einrichtung zum Vergleichen des Ermittlungssignals mit einem ersten Bezugspegel, um dadurch zu bestimmen, ob sich Streumetall in der Ware befindet;
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (72, 74) zur Verfügung gestellt wird zum automatischen Verändern der Phase des Ermittlungssignals und Vergleichen der resultierenden Ermittlungssignale mit dem ersten Bezugspegel, um zu bestimmen, welches resultierende Ermittlungssignal, dessen Pegel nicht höher ist als der erste Bezugspegel, am wenigsten von einer Änderung in der Phase beeinflußt wird, wobei die automatische Einrichtung die Phasenänderungseinrichtung (40, 48) veranlaßt, die Phase anzunehmen, die die geringste Änderung in dem Ermittlungssignal darstellt, um dadurch die Nachweisgenauigkeit des Systems zu optimieren.
Diese Erfindung kann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung besser verstanden werden, wenn sie mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird, in denen:
Fig. 1A bis 1C Zeichnungen sind, um das Prinzip eines auf dem Verfahren der veränderlichen Induktion basierenden Systems zum Nachweis von Streumetall in Waren zu veranschaulichen;
Fig. 2 ein Blockschaltbild ist, das ein System zum Nachweis von Streumetall in Waren gemäß einer Ausführung der Erfindung zeigt;
Fig. 3A bis 3N Wellenformen von Signalen für verschiedene Teile des in Fig. 2 gezeigten Blockschaltbildes zeigen;
Fig. 4A und 4B Graphiken sind, die die Beziehungen zwischen einer mit Hilfe einer in Fig. 2 gezeigten Abstimm- und Phasenschieberschaltung eingestellten Phase und dem Pegel eines Ermittlungssignals zeigen, das erhalten wird, wenn die Ware kein Streumetall enthält;
Fig. 5 ein Flußdiagramm ist, das eine Funktionsroutine des in Fig. 2 gezeigten Systems zeigt;
Fig. 6A bis 6E Zeitdiagramme sind, die Funktionen einer in Fig. 2 gezeigten CPU und einer Spitzenhalteschaltung zeigen;
Fig. 7 ein Flußdiagramm ist, das ein Unterprogramm für eine automatische Phaseneinstellfunktion der in Fig. 2 gezeigten CPU zeigt, und
Fig. 8 ein Blockschaltbild ist, das ein System zum Nachweis von Streumetall in Waren gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung zeigt.
In einem System zum Nachweis von Streumetall in einer Ware W gemäß einer in Fig. 2 gezeigten Ausführung der Erfindung ist der Nachweisteil 10 mit einer Warentransportvorrichtung 12, z. B. einer Fördervorrichtung versehen, die dazu dient, die Ware W entlang dem Transportweg P zu transportieren. Ein magnetisches Wechselfeld wird von der Magnetfeld-Erzeugungsspule 14 an den Weg P angelegt. Gegenüber der Spule 14 sind eine erste und zweite Nachweisspule 16 und 18 angeordnet. Ferner ist ein Warendurchgangsdetektor 11 vorhanden, der den Durchgang der Ware W zwischen der Spule 14 und den Spulen 16 und 18 ermittelt. Der Detektor 11 umfaßt z. B. eine lichtemittlerende Diode 13, eine ihr quer über den Durchgang P gegenüberliegende Photodiode 15 und einen mit diesen Dioden verbundenen Durchgangs-Signalgenerator 17. Wenn die Ware W zwischen den Dioden 13 und 15 hindurchläuft, unterbricht sie einen von der Diode 13 in Richtung auf die Diode 15 abgestrahlten Lichtstrahl, so daß von dem Generator 17 ein Durchgangssignal erzeugt wird. Die erste und zweite Nachweisspule 16 und 18 sind so angeordnet, daß von der Magnetfeld-Erzeugungsspule 14 gelieferte magnetische Kraftlinien im wesentlichen gleich durch die Spulen 16 und 18 laufen, wenn zwischen der Spule 14 und den Spulen 16 und 18 keine Ware vorhanden ist. Somit werden in der ersten und zweiten Spule 16 und 18 im wesentlichen gleiche dielektrische Anfangsspannungen erzeugt. Die Felderzeugungsspule 14 ist mit einer Referenzsignalschaltung 20 zum Erzeugen eines Referenzsignals verbunden, um als Reaktion auf das Referenzsignal erregt zu werden. Die Schaltung 20 umfaßt einen Oszillator 22 zum Erzeugen eines Sinussignals, wie in Fig. 3A gezeigt, und einen Transformator 24, dessen Primärseite mit dem Oszillator verbunden ist. Eine Sekundärseite des Transformators 24 ist mit der Spule 14 verbunden, während seine andere Seite mit einem Komparator 26 und auch mit einem Komparator 28 über einen Phasenschieber 30 verbunden ist, der die Phase einer Sinuswelle zur Verwendung als das Referenzsignal um 90 verschiebt. Beide Komparatoren 26 und 28 dienen dazu, die Sinuswelle in eine Rechteckwelle umzuwandeln. Bei dieser Anordnung wird ein erstes Referenzsignal, wie in Fig. 3B gezeigt, an die Magnetfeld-Erzeugungsspule 14 und den Komparator 26 angelegt. Der Phasenschieber 30 liefert ein zweites Referenzsignal, dessen Phase um 90 von der des ersten Referenzsignals abweicht, gezeigt in Fig. 3C, und das zweite Referenzsignal wird an den Komparator 28 angelegt. Die Komparatoren 26 und 28 liefern weiter ein erstes und zweites Rechtecksignal, in die das erste und zweite Referenzsignal umgewandelt werden, wie in Fig. 3E bzw. 3F gezeigt.
Die erste und zweite Nachweisspule 16 und 18 sind in Reihe geschaltet. Die Verbindung zwischen ihnen ist geerdet, und die Reihenschaltung der Spulen 16 und 18 ist mit einem veränderbaren Widerstand 32 verbunden. Das heißt, die Spulen 16 und 18 sind einseitig geerdet, und eine Differenzspannung, die der Differenz zwischen den in den Spulen 16 und 18 erzeugten Erregerspannungen entspricht, wird am Schleifer des Widerstandes 32 erzeugt. Wenn die Ware W kein Streumetall enthält, werden im wesentlichen gleiche induzierte Spannungen in der ersten und zweiten Nachweisspule 16 und 18 erzeugt, und am Schleifer des des Widerstandes 32 liegt eine Spannung an, die praktisch null ist. Wenn sich in der Ware W irgendein Streumetall befindet, werden andererseits in den Spulen 16 und 18 induzierte Spannungen mit verschiedenen Pegeln erzeugt, und eine Differenzspannung mit veränderlichem Pegel wird am Schleifer des Widerstandes 32 erzeugt.
Der Schleifer des veränderbaren Widerstandes 32 ist mit einer Abstimm- und Phasenschieberschaltung 40 verbunden, die benutzt wird, um die Abstimm-Reaktanz, besonders die Kapazitanz, eines Abstimmkreises, der die Spulen 16 und 18 einschließt, auszuwählen. Die Schaltung 40 umfaßt den Kondensator 42 und eine Mehrzahl von Reihenschaltungen, die jeweils aus einem Kondensator 44 und einem Schaltelement 46 bestehen und mit dem Kondensator 42 parallel geschaltet sind. Die Kondensatoren 44 besitzen unterschiedliche Kapazitäten und die jeweiligen Gates der Schaltelemente 46, z. B. FETs, sind mit einem Schaltsignalgenerator 48 verbunden. Die Schaltelemente 46 werden zum Leiten gebracht, wenn sie ein Schaltsignal von dem Generator 48 empfangen, und einer der mit den Elementen 46 verbundenen Kondensatoren 44 wird als Abstimmkondensator ausgewählt. Die Abstimm- und Phasenschieberschaltung 40 liefert daher ein Ermittlungssignal, das einen Frequenzanteil besitzt, der mit einer mit Hilfe des Generators 48 eingestellten Impedanz gleichgeht, wie in Fig. 3D gezeigt.
Die Abstimm- und Phasenschieberschaltung 40 ist über einen Impedanzwandler 50 mit einem Verstärker 52 verbunden. Der Verstärker 50 ist mit einem ersten und zweiten Synchrondetektor 54 und 56 verbunden, die über die Bandpaßfilter 58 und 60 mit den Gleichrichtern 62 und 64 verbunden sind. Das Ermittlungssignal aus der Schaltung 40, wie in Fig. 3D gezeigt, wird durch den Verstärker 52 verstärkt und mit Hilfe des ersten und zweiten Rechtecksignals aus dem ersten und zweiten Komparator 26 und 28, wie in Fig. 3E und 3F gezeigt, in den Synchrondetektoren 54 und 56 demoduliert. Das ermittelte erste und zweite Demodulationssignal, wie in Fig. 3G und 3J gezeigt, werden mit Hilfe der Bandpaßfilter 58 und 60 gefiltert. Die Ausgänge der Filter 58 und 60, wie in Fig. 3H und 3K gezeigt, werden mit Hilfe der Gleichrichter 62 und 64 gleichgerichtet. Die Gleichrichter 62 und 64 liefern gleichgerichtete Ermittlungssignale, wie in Fig. 3I und 3L gezeigt.
Die Gleichrichter 62 und 64 sind über einen A/D-Wandler 66 mit einer Spitzenpegelhalte- und Vergleichsschaltung 68 verbunden, die mit dem Durchgangssignalgenerator 17 verbunden ist. Die Schaltung 68 empfängt ein digitales Ermittlungssignal, das ständig von dem Wandler 66 während des Zeitintervalls zwischen der Zeit T1, wenn ein bestimmtes Durchgangssignal, wie in Fig. 3M gezeigt, von dem Generator 17 geliefert wird, und der Zelt T2, wenn das nächste Durchgangssignal geliefert wird, geliefert wird. Wenn sie den Spitzenpegel des Ermittlungssignals erfaßt, hält ihn die Schaltung 68 fest. Jedesmal, wenn ein Durchgangssignal von dem Durchgangssignalgenerator 17 geliefert wird, wird der gehaltene Spitzenpegel des Ermittlungssignals mit einem vorbestimmten Pegel verglichen und dann gelöscht. Wenn das Ermittlungssignal von dem A/D-Wandler 66 den durch I und II in Fig. 3I und 3L angedeuteten vorbestimmten Pegel übersteigt, wird von der Spitzenhalte- und Vergleichsschaltung 68 bei der Zeit Ta kurz nach der Zeit T1, wie in Fig. 3N gezeigt, ein Streumetall-Signal geliefert. Als Reaktion auf dieses Streumetall-Signal wird eine Warenselektionsvorrichtung 70 betätigt. Folglich wird eine bis hinter den Warendetektor 11 transportierte Ware als eine metallbefallene beschädigte Ware vom Transportweg P abgewiesen, und die CPU 72 läßt die Anzeige 76 aufleuchten, um die Anwesenheit von Streumetall in der Ware anzuzeigen. Wenn die Ware kein Streumetall enthält, wird das während der Ermittlung jeder Ware in der Spitzenhalte- und Vergleichsschaltung 68 gehaltene Spitzenermittlungssignal durch die CPU 72 in dem Speicher 74 gespeichert.
Bei der oben beschriebenen Ausführung wird, es sei denn daß das durch den Nachweisteil 10 in der Ware W ermittelte Streumetall eine magnetische Substanz, z. B. Eisen ist, in den Nachweisspulen 16 und 18 des Teils 10 keine Phasenverzögrung im Bezug auf das Referenzsignal verursacht. Die Demodulation wird daher in dem ersten Synchrondetektor 54 mit Hilfe des ersten Rechtecksignals mit der gleichen Phase wie das Referenzsignal, wie in Fig. 3E gezeigt, aus dem erstem Komparator 26 durchgeführt. Wenn das durch den Nachweisteil 10 in der Ware W ermittelte Streumetall Eisen oder eine andere magnetische Substanz ist, wird andererseits in den Nachweisspulen 16 und 18 des Teils 10 eine Phasenverzögerung im Bezug auf das Referenzsignal hervorgerufen. Die Demodulation wird daher in dem zweiten Synchrondetektor 56 mit Hilfe des zweiten Rechtecksignals aus dem zweiten Komparator 28, dessen Phase der Phase des Referenzsignals um 90 nacheilt, wie in Fig. 3F gezeigt, durchgeführt. Mit dem in Fig. 2 gezeigten System kann daher ermittelt werden, ob sich Streumetall, magnetisch oder nichtmagnetisch, in der Ware befindet.
Das Folgende ist eine Beschreibung der automatischen Phaseneinstellung für den Betrieb des Schaltsignalgenerators 48.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten System kann die Anwesenheit von Streumetall in der Ware mit der besten Empfindlichkeit ermittelt werden, wenn in der Abstimm- und Phasenschieberschaltung 40 der Kondensator 44 mit der optimalen Kapazität ausgewählt wird. Wenn in der Schaltung 40 ein passender Kondensator 44 mit Hilfe des Schaltsignals von dem Schaltsignalgenerator 48 ausgewählt wird, können daher, trotz Veränderungen der Umgebungstemperatur oder des Materials oder der Bestandteile der Ware, die Nachweisspulen 16 und 18 mit hoher Empfindlichkeit auf die den Spulen 16 und 18 gegenüberliegende Magnetfeld-Erzeugungsspule 14 und die Felderzeugungsseite, einschließlich des Metalls in der Ware, abgestimmt werden. Folglich kann der Pegel des Ermittlungssignals, der erhalten wird, wenn die Ware Streumetall enthält, erhöht werden, so daß das Streumetall sicher nachgewiesen werden kann.
Wenn in der in Fig. 2 gezeigten Abstimm- und Phasenschieberschaltung 40 ein Kondensator 44 gegen einen anderen ausgetauscht wird, so daß sich die Kapazität ändert, ändert sich die Reaktanz oder Impedanz der Schaltung 40. Wenn sich die Impedanz ändert, dann ändert sich die Phase des Ermittlungssignals von der Schaltung 40. Der Wechsel des gewählten Kondensators 44 hat daher die Änderung der Phase des Ermittlungssignals zur Folge, und die Abstimm- und Phasenschieberschaltung 40 kann als eine Schaltung bezeichnet werden, die die Phase des Ermittlungssignals verschiebt.
Wenn die Phase oder der Phasenwinkel des Ermittlungssignals gemäß dem Material oder den Bestandteilen der Ware und der Umgebungstemperatur auf einen optimalen Wert eingestellt wird, arbeitet der Nachweisteil 10 mit der maximalen Empfindlichkeit, wie in Fig. 4A und 4B gezeigt, und Streumetall in der Ware kann sicher nachgewiesen werden. Fig. 4A und 4B zeigen die Einflüsse des Phasenwinkels auf das Ermittlungssignal, d. h. die Beziehungen zwischen dem Phasenwinkel und dem Pegel des Ermittlungssignals, der erhalten wird, wenn die Ware kein Streumetall enthält. Das Ermittlungssignal, das erzeugt wird, wenn die Ware kein Streumetall enthält, kann als Rauschen beim Ermitteln der Anwesenheit von Streumetall behandelt werden. Demnach wird, wenn die in Fig. 4A und 4B gezeigten Signalpegel zunehmen, die Nachweisfähigkeit oder Empfindlichkeit vermindert. Die Phasenwinkel (x)º und (x + Δx)º sind daher Phasenwinkel, die der maximalen Empfindlichkeit in Fig. 4A und Fig. 4B entsprechen. Wie der Vergleich zwischen Fig. 4A und 4B zeigt, wird der Phasenwinkel des Ermittlungssignals, der der maximalen Empfindlichkeit entspricht, gemäß dem Material der Ware oder den Bestandteilen und der Umgebungstemperatur verändert. Das in Fig. 2 gezeigte System unterliegt der automatischen Phaseneinstellung, so daß es, abhängig von dem Material oder den Bestandteilen und der Umgebungstemperatur die maximale Empfindlichkeit besitzt.
Bei der Funktionsroutine für den Metallnachweis wird, wie zuvor erwähnt, der Spitzenwert des Digitalsignals aus dem A/D-Wandler 66 in der Spitzenhalte- und Vergleichsschaltung 68 in Schritt 101 gehalten, wie in dem Flußdiagramm von Fig. 5 gezeigt. Wenn in Schritt 102 der Durchgang der Ware durch den Warendurchgangsdetektor 11 nicht ermittelt wird, wird in der Schaltung 68 weiterhin der Spitzenwert aktualisiert. Wenn der Detektor 11 den Durchgang ermittelt, wird in Schritt 103 durch die Schaltung 68 der Spitzenwert mit einem vorbestimmten Streumetallpegel verglichen. Wenn die Ware W Streumetall enthält, wird in Schritt 108 ein Metallnachweissignal von der Schaltung 68 geliefert, der in der Schaltung 68 gehaltene Spitzenwert wird in Schritt 104 gelöscht, und ein anderer Spitzenwert wird wieder in der Schaltung 68 gehalten. Wenn die Ware W kein Streumetall enthält, wird in Schritt 105 bestimmt, ob die CPU 72 die Funktion der automatischen Phaseneinstellung ausführt. Wenn die Ausführung dieser Funktion ermittelt wird, wird in Schritt 106 der Ablauf ohne Änderung fortgesetzt. Wenn festgestellt wird, daß die CPU die automatische Phaseneinstellung nicht ausführt, wird in Schritt 107 bestimmt, ob diese Funktion begonnen werden kann. Da sich die Umgebungstemperatur oder das Material oder die Bestandteile der Ware möglicherweise verändert haben, wird die automatische Phaseneinstellung mit jedem Ablauf einer vorbestimmten Zeit gestartet. Wenn der Zeitpunkt für den Beginn der Funktion für die Einstellung erreicht ist, wird die Funktion in Schritt 106 gestartet. Wenn der Startzeitpunkt noch nicht erreicht ist, wird der Spitzenwert in Schritt 104 gelöscht.
Bei der Bedienung für die automatische Phaseneinstellung wird zuerst ein Kondensator 44 oder Phasenwinkel (x)º gemäß der Ware, der Umgebungstemperatur usw. mit Hilfe der in Fig. 2 gezeigten Tastatur 78 ausgewählt. Dann werden der Zeitpunkt für den Start der automatischen Phaseneinstellung und andere Bedingungen eingegeben und als Anfangseinstellbedingungen im Speicher 74 gespeichert. Danach wird der vorerwähnte Vorgang zur Fehlerprüfung gestartet, und ein Startsignal der automatischen Phaseneinstellung wird bei Zeit T0 geliefert, wie in Fig. 6 gezeigt, so daß die Funktion für die automatische Phaseneinstellung begonnen wird. Darauf wird ein Signal von den Gleichrichtern 62 und 64 an die Spitzenhalte- und Vergleichsschaltung 68 angelegt, und sein Spitzenwertsignal, gezeigt in Fig. 6A, wird in der Schaltung 68 gehalten. Wenn die Ware kein Streumetall enthält, wird das Spitzensignal von der Schaltung 68 über die CPU 72 dem Speicher 74 geliefert, um darin als Datum für den ersten Modus (x) jedesmal gespeichert zu werden, wenn ein Durchgangssignal von dem Durchgangssignalgenerator 17 bei Zeit T1, T2 oder T3, wie in Fig. 6B gezeigt, geliefert wird.
Wenn die Prüfung einer vorbestimmten Zahl von Waren, z. B. drei Waren, wie in Fig. 6B gezeigt, beendet ist, weist die CPU 72 den Schaltsignalgenerator 48 an, den Kondensator 44 so auszuwählen, daß das Ermittlungssignal den Phasenwinkel (x + Δx)º besitzt. Bei Zeit T4 wird vom Generator 48 ein Schaltsignal geliefert. Als Folge wird das Ermittlungssignal mit dem Phasenwinkel (x + Δx)º erzeugt, und seine Spitzenwerte werden aufeinanderfolgend als Daten für den zweiten Modus (x + Δx)º im Speicher 74 gespeichert. Bei Zeit T5 wird ferner der Kondensator 44 so gewählt, daß das Ermittlungssignal einen Phasenwinkel (x + 2Δx)º oder (x - Δx)º besitzt. Das Ermittlungssignal wird daher mit dem Phasenwinkel (x + 2Δx)º oder (x - Δx)º erzeugt, und seine Spitzenwerte werden aufeinanderfolgend als Daten für den dritten Modus (x + 2Δx)º oder (x - Δx)º im Speicher 74 gespeichert.
Nachdem die Spitzenwerte für den ersten, zweiten und dritten Modus, (x), (x + Δx) und (x + 2Δx) oder (x - Δx) gesammelt sind, wird der Phasenwinkel (x + Δx)º, der dem Mindestwert des am wenigsten beeinflußten Ermittlungssignals entspricht, das erzeugt wird, wenn die Ware kein Streumetall enthält, durch Vergleichsrechnung ermittelt. Danach wird ein Endesignal der automatischen Phaseneinstellung bei Zeit Tp, wie in Fig. 6E gezeigt, erzeugt, worauf die Funktion der automatischen Phaseneinstellung beendet ist. Bei Zeit T6 wird ein Schaltsignal geliefert, um einen bestimmten Kondensator 44 so auszuwählen, daß das Ermittlungssignal mit dem Phasenwinkel (x + Δx)º erzeugt wird. Während des vorbestimmten Zeitabschnitts Tc zwischen der Zeit T6 und T7 wird der Metallnachweisvorgang fortgesetzt, wobei der gewählte Kondensator durchweg benutzt wird.
Die automatische Phaseneinstellung wird gemäß der in Fig. 7 gezeigten Routine ausgeführt. Nach dem Beginn des Vorgangs in Schritt 200 wird in Schritt 202 der Zähler für den automatischen Einstellmodus um 1 erhöht, um einen neuen Modus zu bestimmen. In der Anfangsstufe wird ein Nullmodus erhöht, um den ersten Modus (x) zu bestimmen. Nachdem der erste Modus (x) bereit ist, wird er erhöht, um den zweiten Modus (x + $x) zu bestimmen. Dann wird in Schritt 204 ermittelt, ob die Zahl für die in jedem Modus zu ermittelnden Ermittlungssignale von der Zahl der bereits ermittelten Ermittlungssignale überschritten wird. Das heißt, wie zuvor mit Verweis auf Fig. 6A bis 6E erwähnt, die Zahl der in jedem Modus oder für jeden Phasenwinkel zu ermittelnden Ermittlungssignale ist 3, die mit dem Zählwert für die ermittelten und im Speicher 74 gespeicherten Ermittlungssignale verglichen wird. Im ersten Modus (x) ist z. B. der im Speicher 74 gespeicherte Zählwert 3 oder weniger, so daß das Programm von Schritt 204 zu Schritt 206 geht. Im zweiten Modus (x + Δx) oder dritten Modus (x + 2Δx) oder (x - Δx) ist andererseits der im Speicher 74 gespeicherte Zählwert 3 oder mehr, so daß das Programm von 204 zu 216 geht. In Schritt 206 werden die Spitzenwerte des ersten und zweiten Ermittlungssignals, erhalten, wenn kein Streumetall als Objekt der Ermittlung, ob magnetisch oder nichtmagnetisch, in der Ware enthalten ist, als erste und zweite Additionsdaten addiert. In Schritt 208 wird ermittelt, ob die im ersten Modus (x) benötigten Ermittlungssignale, d. h. drei erste und zweite Ermittlungssignale, erhalten werden. Wenn die benötigten Ermittlungssignale nicht erhalten werden, geht der Vorgang der automatischen Phaseneinstellung über den Schritt 210 zu dem in Fig. 5 gezeigten Hauptprogramm. Wenn die benötigten Ermittlungssignale erhalten werden, wird dem Schaltsignalgenerator 48 von der CPU 72 ein Steuersignal geliefert, um den Generator 48 zu veranlassen, ein Schaltsignal zu erzeugen, und der Modus wird in Schritt 212 umgeschaltet. Danach geht der Ablauf der automatischen Phaseneinstellung über den Schritt 214 zu dem in Fig. 5 gezeigten Hauptprogramm.
Im erstem Modus (x) werden drei erste und zweite Ermittlungssignale gezählt und im Speicher 74 gespeichert. Im zweiten Modus (x + Δx) ist daher der im Speicher 74 gespeicherte Zählwert drei oder mehr, so daß der Ablauf der automatischen Phaseneinstellung von Schritt 204 zu Schritt 216 geht. In Schritt 216 wird ermittelt, ob der Zählwert im Speicher 74 mehr als das Zweifache der Zahl der in jedem Modus zu ermittelnden Ermittlungssignale beträgt. Im zweiten Modus (x + Δx) übersteigt der Zählwert niemals diese doppelte Anzahl, so daß das Programm zu Schritt 218 geht. Im dritten Modue (x + 2Δx) hingegen übersteigt der Zählwert die doppelte Anzahl, so daß das Programm zu Schritt 244 geht.
In Schritt 218 werden die Spitzenwerte des ersten und zweiten Ermittlungssignals, die erhalten werden, wenn im zweiten Modus (x + Δx) die Ware kein Streumetall enthält, als dritte und vierte Additionsdaten addiert. In Schritt 220 wird ermittelt, ob die im zweiten Modus benötigten Ermittlungssignale, d. h. drei erste und zweite Ermittlungssignale, erhalten werden. Wenn die benötigten Ermittlungssignale nicht erhalten werden, geht das Programm über Schritt 222 zum Hauptprogramm in Fig. 5 zurück. Wenn die benötigten Ermittlungssignale erhalten werden, wird in Schritt 224 ermittelt, ob das Objekt der Ermittlung Eisen oder Nichteisenmetall ist. Die ersten und dritten Additionsdaten für Eisen werden in Schritt 234 verglichen, während die zweiten und vierten Additionsdaten für Nichteisenmetall in Schritt 226 verglichen werden. Beim Vergleich der ersten und dritten Additionsdaten für Eisen wird in Schritt 236 ermittelt, ob die ersten Additionsdaten des erstem Modusses (x) kleiner sind als die dritten Additionsdaten des zweiten Modusses (x + Δx). Desgleichen wird beim Vergleich der zweiten und vierten Additionsdaten für Nichteisenmetall in Schritt 228 ermittelt, ob die zweiten Additionsdaten des ersten Modusses (x) kleiner sind als die vierten Additionsdaten des zweiten Modusses (X + Δx). Wenn die ersten Additionsdaten des ersten Modusses (x) kleiner sind als die dritten Additionsdaten des zweiten Modusses (X + Δx), oder wenn die zweiten Additionsdaten des ersten Modusses kleiner sind als die vierten Additionsdaten des zweiten Modusses, wird (X - Δx)º als Phasenwinkel des dritten Modusses gewählt. Darauf wird dem Schaltsignalgenerator 48 von der CPU 72 ein Steuersignal geliefert, so daß die Ermittlungssignale den Phasenwinkel (x - Δx)º haben, und der Modus wird in Schritt 238 umgeschaltet. Danach kehrt das Programm über den Schritt 240 zu dem Hauptprogramm in Fig. 5 zurück. Wenn die ersten Additionsdaten des ersten Modusses (x) nicht kleiner sind als die dritten Additionsdaten des zweiten Modusses (X + Δx), oder wenn die zweiten Additionsdaten des ersten Modusses nicht kleiner sind als die vierten Additionsdaten des zweiten Modusses, wird (x + 2Δx) als Phasenwinkel des dritten Modusses gewählt. Darauf wird dem Schaltsignalgenerator 48 von der CPU 72 ein Steuersignal geliefert, so daß die Ermittlungssignale den Phasenwinkel (x + 2Δx)º haben, und der Modus wird in Schritt 230 umgeschaltet. Danach kehrt das Programm über Schritt 232 zu dem Hauptprogramm in Fig. 5 zurück.
Wenn sich in Schritt 216 entscheidet, daß der Zählwert im Speicher 74 mehr als das Zweifache der Zahl der in jedem Modus zu ermittelnden Ermittlungssignale beträgt, und wenn der dritte Modus (x + 2Δx) oder (x - Δx) betreten wird, werden in Schritt 244 die Spitzenwerte des ersten und zweiten Ermittlungssignals, die erhalten werden, wenn im dritten Modus (x + 2Δx) oder (x - Δx) kein Streumetall in der Ware enthalten ist, als fünfte und sechste Additionsdaten addiert. In Schritt 246 wird ermittelt, ob die im dritten Modus (x + 2Δx) oder (x - Δx) benötigten Ermittlungssignale, d. h. drei erste und zweite Ermittlungssignale, erhalten werden. Wenn die benötigten Ermittlungssignale nicht erhalten werden, kehrt das Programm über Schritt 248 zum Hauptprogramm in Fig. 5 zurück. Wenn die benötigten Ermittlungssignale erhalten werden, wird in Schritt 250 ermittelt, ob das Objekt der Ermittlung Eisen oder Nichteisenmetall ist. Die ersten, dritten und fünften Daten für Eisen werden in Schritt 256 verglichen. In Schritt 258 wird der Modus, der den kleinsten der ersten, dritten und fünften Additionsdaten für Eisen entspricht, ermittelt, d. h. die Phase wird eingestellt. Darauf wird dem Schaltsignalgenerator 48 von der CPU 72 ein Steuersignal geliefert, so daß die Ermittlungssignale den eingestellten Phasenwinkel besitzen, der Modus wird umgeschaltet, und der umgeschaltete Modus wird für eine vorbestimmte Dauer beibehalten. Desgleichen werden in Schritt 252 die zweiten, vierten und sechsten Additionsdaten für Nichteisenmetall verglichen. In Schritt 254 wird der Modus, der den kleinsten der zweiten, vierten und sechsten Additionsdaten für Nichteisenmetall entspricht, ermittelt, d. h. der Phasenwinkel wird eingestellt. Darauf wird dem Schaltsignalgenerator 48 von der CPU 72 ein Steuersignal geliefert, so daß die Ermittlungssignale den eingestellten Phasenwinkel besitzen, der Modus wird umgeschaltet, und der umgeschaltete Modus wird für eine vorbestimmte Dauer beibehalten.
In Schritt 260 werden die kleinsten Additionsdaten verarbeitet, um einen Mittelwert zu gewinnen, und der Referenzwert des Streumetallpegels wird auf ein Mehrfaches, z. B. auf das Zweifache, des Mittelwertes eingestellt. Danach wird der Ermittlungssignal-Zählwert im Speicher 74 gelöscht, und es werden, nach Ablauf der vorbestimmten Zelt, Vorbereitungen für den nächsten Zyklus der automatischen Phaseneinstellung getroffen. Ebenso kehrt das Programm für die automatische Phaseneinstellung über Schritt 264 zum Hauptprogramm in Fig. 5 zurück. Bei der oben beschriebenen Ausführung wird die automatische Phaseneinstellung in drei Modi, d. h. im ersten, zweiten und dritten Modus, ausgeführt. Alternativ kann jedoch ein weiterer Modus für einen weiteren Phasenwinkel zusätzlich ausgeführt werden. Gemäß der obigen Ausführung werden ferner die Spitzenpegel von drei Ermittlungssignalen in jedem Modus erhalten. Es versteht sich jedoch, daß die Spitzenpegel einer beliebigen Zahl von Ermittlungssignalen in jedem Modus gewonnen werden können. In dem zweiten Modus kann einer der zu schaltenden Phasenwinkel (x + Δx) und (X - Δx) aus dem vorangehenden automatischen Phaseneinstellvorgang bestimmt werden. Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung wird ferner die Kapazität auf der Nachweisspulenseite gewählt. Jedoch kann, wie in Fig. 8 gezeigt, alternativ die Phase des auf der Signalerzeugungsseite erzeugten Referenzsignals gewählt werden. Bei der Anordnung von Fig. 8 ist eine Phaseneinstellschaltung 40 zum Einstellen der Phase eines Magnetfeld-Erzeugungsstromes zwischen der Magnetfeld-Erzeugungsspule 14 und dem Referenzsignalgenerator 20, der einen Oszillator enthält, angeordnet. Der Schaltsignalgenerator 48 wird als Reaktion auf ein Steuersignal von der CPU 72 aktiviert, und in der Schaltung 40 wird eine geeignete Kapazität gemäß einem Signal von dem Generator 48 gewählt. Die Spule 14 kann daher mit einem Magnetfeld-Erzeugungsstrom mit einer passenden Phase versorgt werden. In diesem Fall ist die Phaseneinstellschaltung 40 auf der Seite der Felderzeugungsspule 14 vorgesehen, so daß die Abstimm- und Phasenschieberschaltung auf der Seite der Nachweisspulen 16 und 18 nicht vorgesehen werden muß. Die in Fig. 8 gezeigte Schaltung unterscheidet sich von der Schaltung in Fig. 2 nur in der Anordnung der Phaseneinstellschaltung 40. Die Erstere arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Letztere, d. h. in der mit Verweis auf Fig. 2 beschriebenen Weise. In der in Fig. 2 oder 8 gezeigten Schaltung 40 wird die Phase des Nachweissignals durch Auswählen des internen Kondensators bestimmt. Es versteht sich jedoch, daß Induktivitäten, z. B. Spulen, anstelle der Kondensatoren ausgewählt werden können, so daß die Induktanz verändert werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen System zum Nachweis von Streumetall in Waren kann der Pegel der Nachweissignale, die gewonnen werden, wenn die Ware Streumetall enthält, ungeachtet der Veränderungen der Umgebungstemperatur oder des Materials oder der Bestandteile der Waren, relativ zu dem Störpegel angehoben werden. Das System kann somit auf Einstellbedingungen für die höchste Empfindlichkeit abgeglichen werden und kann daher verstreutes Metall, wenn vorhanden, in den Waren sicher nachweisen.

Claims

1. System zum Nachweis von verstreutem Metall in einer Ware (W), umfassend:

eine Einrichtung (14, 20) zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes und zum Anlegen des magnetischen Wechselfeldes an eine zu prüfende Ware;

eine Einrichtung (16, 18, 32, 54, 56) zum Ermitteln des erzeugten Magnetfeldes und zum Liefern eines Ermittlungssignals einer Phase;

eine Einrichtung (40, 48) zum andern der Phase des Ermittlungssignals von einer ersten Phase in eine zweite Phase, und

eine Einrichtung (68) zum Vergleichen des Ermittlungssignals mit einem ersten Bezugspegel, um dadurch zu bestimmen, ob sich Streumetall in der Ware befindet;

dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (72, 74) zur Verfügung gestellt wird zum automatischen Verändern der Phase des Ermittlungssignals und Vergleichen der resultierenden Ermittlungssignale mit dem ersten Bezugspegel, um zu bestimmen, welches resultierende Ermittlungssignal, dessen Pegel nicht höher ist als der erste Bezugspegel, am wenigsten von einer Änderung in der Phase beeinflußt wird, wobei die automatische Einrichtung die Phasenänderungseinrichtung (40, 48) veranlaßt, die Phase anzunehmen, die die geringste Änderung in dem Ermittlungssignal darstellt, um dadurch die Nachweisgenauigkeit des Systems zu optimieren.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weiter umfassend eine Einrichtung (12), um eine zu prüfende Ware (W) entlang einem Transportweg zu transportieren.

3. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weiter umfassend eine Einrichtung (11), um den Durchgang der Ware (W) durch das Magnetfeld zu ermitteln und um ein Durchgangssignal zu liefern.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14, 20) zum Erzeugen des magnetischen Wechselfeldes eine Einrichtung (20) zum Erzeugen eines Bezugssignals und eine Magnetfeld- Erzeugungsspule (14) umfaßt, die adaptiert ist, um als Reaktion auf das Bezugssignal erregt zu werden.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14, 20) zum Erzeugen des magnetischen Wechselfeldes eine Einrichtung (30, 38) zum andern der Phase des Bezugssignals umfaßt.

6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16, 18, 32, 54, 56) zum Ermitteln des Magnetfeldes eine erste und zweite Spule (16, 18) umfaßt, die in dem Magnetfeld angeordnet und adaptiert sind, um ein durch das Magnetfeld induziertes erstes und zweites induziertes Spannungssignal zu liefern.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16, 18, 32, 54, 56) zum Ermitteln des Magnetfeldes eine Einrichtung (32) umfaßt, um eine der Differenz zwischen dem ersten und zweiten induzierten Spannungssignal gleichwertige Differenzspannung als ein Ermittlungssignal zu liefern.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (40, 48) zum andern der Phase des Ermittlungssignals von der ersten Phase in die zweite Phase eine Einrichtung (44, 46) umfaßt, die mit der ersten und zweiten Ermittlungsspule verbunden und adaptiert ist, um die Differenzspannung in ein Ermittlungssignal der ersten oder zweiten Phase umzuwandeln.

9. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungseinrichtung (16, 18, 32, 54, 56) eine Detektoreinrichtung (54) umfaßt, um den Ausgang von der Phasenänderungseinrichtung (40, 48) und das Bezugssignal zu empfangen und ein resultierendes Signal zu liefern.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (54, 56) eine Einrichtung (30, 28) umfaßt, um die Phase des Bezugssignals um 90 zu verschieben und durch Kombinieren des Ausgangs von der Phasenänderungseinrichtung (40, 48) mit dem Bezugssignal ein weiteres resultierendes Signal mit der verschobenen Phase zu liefern.

11. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (68) zum Vergleichen des Bezugspegels und des Ermittlungssignals eine Einrichtung (68) umfaßt, um den Spitzenpegel des Ermittlungssignals zu halten.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (72, 74) zum Vergleichen der Ermittlungssignale der ersten und zweiten Phase eine Einrichtung (72) umfaßt, um die Spitzenpegel der Ermittlungssignale zu berechnen und den in der Vergleichseinrichtung (68) gehaltenen Spitzenpegel auf der Basis der Ergebnisse der Berechnung zu aktualisieren.

13. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (72, 74) zum Vergleichen der Ermittlungssignale der ersten und zweiten Phase zu vorbestimmten Zeiten betrieben wird.

14. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenänderungseinrichtung (40, 48) imstande ist, drei Phasenänderungen zu veranlassen, und die Einrichtung (72, 74) zum Vergleichen der Ermittlungssignale Ermittlungssignale der ersten, zweiten und dritten Phase, deren Pegel nicht höher sind als der erste Bezugspegel, sammelt und die Ermittlungssignale vergleicht, um zu bestimmen, welches Signal am wenigsten durch die Änderungen in der Phase beeinflußt wird.

15. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (72, 74) zum Vergleichen der Ermittlungssignale eine Mehrzahl von Ermittlungssignalen der ersten und zweiten Phase, deren Pegel nicht höher sind als der erste Bezugspegel, addiert und die resultierende erste und zweite Summe vergleicht, um zu bestimmen, welches Signal am wenigsten durch eine Änderung in der Phase beeinflußt wird.

16. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (72, 74) zum Vergleichen der Ermittlungssignale der ersten und zweiten Phase betrieben wird, nachdem eine vorbestimmte Zahl von Waren das System durchlaufen haben.