DE68912382T2

DE68912382T2 - Fremdstoffdetektor.

Info

Publication number: DE68912382T2
Application number: DE1989612382
Authority: DE
Inventors: Shinichi Inoue; Kazuo Nakayama
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2009-04-14
Also published as: DE68912382D1; EP0337783B1; EP0337783A2; EP0337783A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Detektor zum Erfassen von Zwischenprodukten in Rohmaterialien oder in eingepackten Enderzeugnissen von Nahrungsprodukten oder zum Erfassen des Vorhandenseins von Materialien wie Metallen und anderen Fremdstoffen in pharmazeutischen Produkten. Die Erfindung betrifft auch einen Detektor zum Erfassen einer Qualität eines aktuellen Produkts, die sich von der natürlichen oder standardmäßigen Qualität unterscheidet.
Für Hersteller wie für Nahrungsmittelproduzenten und Pharmaziehersteller kann das Vorhandensein von Fremdstoffen in Rohmaterialien zur Beschädigung der Verarbeitungsausrüstung führen. Auch stellt das Vorhandensein von Fremdstoffen in fertiggestellten Erzeugnissen Probleme hinsichtlich der Sicherheit der Produkte und der Gesundheit. Aus diesem Grund werden seit langem Detektoren zu Untersuchungen zum Zeitpunkt verwendet, zu dem Rohmaterialien für Nahrungserzeugnisse oder pharmazeutische Erzeugnisse der Verarbeitungsausrüstung zugeführt werden, und um verpackte Endprodukte zum Versandzeitpunkt zu untersuchen, um zu ermitteln, ob Fremdstoffe in den Produkten vorhanden sind oder nicht.
Wie in den Fig. 15 und 16 dargestellt, ist diese Art von Detektor aus dem Stand der Technik mit einer Primärspule 3 versehen, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, wenn ein elektrischer Strom hoher Frequenz zugeführt wird. Zwei Sekundärspulen 4 und 5 sind innerhalb dieses elektromagnetischen Felds angeordnet. Diese Spulen 4 und 5 sind in einander entgegengesetzten Richtungen gewickelt, und sie sind in Reihe geschaltet. Der Detektor verwendet die folgende Erscheinung, die auftritt, wenn der zu untersuchende Gegenstand durch die Primärspule 3 und die Sekundärspulen 4 und 5 hindurchgeführt wird, wie dies durch einen Pfeil 31 angezeigt wird. Wenn Eisen im untersuchten Gegenstand vorhanden ist, steigt die magnetische Flußdichte an. Die in der Sekundärspule 4 induzierte Spannung, die näher am Punkt ist, an dem der Gegenstand durchläuft, wird höher als die induzierte Spannung in der anderen Sekundärspule 5. Auch wenn ein Nichteisenmetall im Gegenstand vorhanden ist, führt der innerhalb des Nichteisenmetalls auftretende Wirbelstrom zu einem Verlust an magnetischen Kraftlinien. Infolgedessen wird die in der Sekundärspule 4 induzierte Spannung kleiner als die in der Sekundärspule 5 induzierte Spannung.
Einige Nahrungserzeugnisse können Wasser oder Salz enthalten, die ein relativ großes Signal erzeugen, obwohl sie keine Fremdstoffe enthalten. Dieses Signal repräsentiert die Produkteigenschaft des Materials. Wenn Fremdstoffe aus Eisen oder Nichteisen in diesen Materialien enthalten sind, führt die Kombination des von diesen Fremdstoffen und der oben angegebenen Produkteigenschaft herrührenden Signals zu einem zusammengesetzten Signal. Da jedoch das vom Fremdstoff herrührende Signal klein ist, wenn wenig Fremdstoff vorhanden ist, besteht nur ein kleiner Unterschied zwischen dem Signal, das durch die Produkteigenschaft des Produkts selbst erzeugt wird und der Kombination dieses Signals und desjenigen, das durch den Fremdstoff hervorgerufen wird. Dies erschwert es, den Fremdstoff festzustellen.
Angesichts der Berücksichtigung von Problemen wie diesen wurden Detektoren wie derjenige vorgeschlagen, der in der japanischen vorläufigen Patentveröffentlichung Sho. 57-198880 beschrieben ist. Bei diesem Detektor wird das Schwingungssignal von einem Oszillator über einen Phaseneinsteller verstärkt, um die Primärspule zu erregen. Der Unterschied zwischen den Induktionsspannungen, die in den zwei Sekundärspulen erzeugt werden, wenn das Produkt hindurchläuft, wird als Erfassungssignal verwendet. Dieses Signal wird zunächst verstärkt und dann in zwei Ausgangssignale aufgeteilt. Eines dieser Ausgangssignale wird unter Verwendung eines Zerhackers erfaßt, der mit dem vorstehend genannten Schwingungssignal synchronisiert ist, um ein gleichphasiges Ausgangssignal zu erhalten. Darüber hinaus wird das andere dieser Ausgangssignale durch einen Zerhacker erfaßt, der mit einer Phasendifferenz von 90º in bezug auf das oben angegebene Schwingungssignal versehen ist, um ein um 90º phasenversetztes Ausgangssignal zu erhalten. Bei diesem Verfahren läuft jedes der erhaltenen Ausgangssignale durch sein eigenes Filter und wird unabhängig vom anderen durch einen Pegelkomparator verglichen. Jedoch ist bei dieser Art Detektor das erfaßte und gleichgerichtete Signal (wie das in den Fig. 2B und 2C dargestellte) zu einem einzigen (einzige Reihe) Signal geformt, das entweder Positiv-Negativ-Spitzenwerte oder Negativ-Positiv-Spitzenwerte für jedes Produktlos aufweist. Da demgemäß das Erfassungssignal zwei Spitzenwerte für jedes Produktlos aufweist, müssen die erste Hälfte des Signals und die zweite Hälfte des Signals als Einzelsignal identifiziert werden. Wenn jedoch die Produkte kontinuierlich mit relativ kurzen Abständen zugeführt werden, ist es schwierig, die einzelnen Signale für jedes Materiallos genau zu identifizieren.
Im Hinblick darauf wurde in der japanischen Patentveröffentlichung Sho. 62-53071 eine Technologie zum Verarbeitung von Signalen beschrieben, die kontinuierlich eingegeben werden. Bei diesem Verfahren sind ein Komparator für ein Signal positiver Polarität und ein Komparator für ein Signal negativer Polarität für die erfaßten und gleichgerichteten Eingangssignale vorhanden. Z. B. werden Eingangssignale, die positive Polarität über einen positiven Bezugswert aufweisen, zunächst in den Komparator für Signale positiver Polarität eingegeben. Eingangssignale, die negative Polarität negativer als ein negativer Bezugswert aufweisen, werden dann in den Komparator für Signale negativer Polarität eingegeben. Das Ausgangssignal eines Monoflops, das mit dem Ausgangssignal des Komparators für Signale positiver Polarität über einen Zeitgeber geschaffen wird, und das vom Komparator für Signale negativer Polarität ausgegebene Signal werden dann beide durch eine UND-Stufe verarbeitet. Ein Fremdstoff wird als Ergebnis dieser Verarbeitung durch diesen Typ von Ausgangssignal erfaßt. Bei diesem Verfahren existiert, weil das identifizierte Signal nur Information darüber gibt, daß ein Fremdstoff erfaßt wurde, keine quantitative Information wie Information, die den Typ oder die Menge an Fremdstoff anzeigt.
Die veröffentlichte internationale Patentanmeldung Nr. WO-A- 85 00 122 beschreibt ein System zum Sortieren von Gegenständen, wobei ein elektromagnetisches Erfassungssignal erzeugt wird, das anschließend digitalisiert und durch eine Gewichtungsfunktion gewichtet wird, die abhängig von der Charakteristik eines Sensor gewählt ist.
Die veröffentlichte europäische Patentanmeldung Nr. EP-A- 0 208 214 beschreibt ein System zum Erfassen von Verunreinigungen in Backwaren, wobei das Ausgangssignal eines elektromagnetischen Sensors digitalisiert wird. Jedoch besteht in diesem Dokument kein Vorschlag zum Gewichten der digitalisierten Werte.
US-A-3,457,500 beschreibt ein analoges System zum Verarbeiten von Signalen bei einer Bohrlochvermessungseinrichtung. Während der Verarbeitung werden die Analogsignale durch ein Netzwerk zum Hinzufügen einer Gewichtung gewichtet.
Die veröffentlichte internationale Patentanmeldung Nr. WO-A- 88 03 273, die nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde und in der nur Deutschland, Italien und das Vereinigte Königreich unter den in der vorliegenden Anmeldung benannten Staaten bestimmt sind, beschreibt Geräte zum Erfassen eines Gegenstandes wie eines solchen aus Metall oder anderer Verunreinigungen in einem Nahrungserzeugnis. Bei diesem System werden Signale erzeugt, die einen elektromagnetischen Parameter des Gegenstandes anzeigen, und das sich ergebende Signal wird digitalisiert. Es besteht kein Vorschlag, die digitalisierten Signale zu gewichten.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wäre wünschenswert, einen Detektor zum Erfassen des Vorhandenseins von Metallen und anderen Fremdstoffen anzugeben, der ein Erfassungssignal liefert, das getrennt und klar selbst dann identifiziert werden kann, wenn die Signale kontinuierlich mit relativ kurzen Abständen eingegeben werden, und der darüber hinaus Erfassungssignale liefert, die quantitative Information enthalten.
Es wäre ferner erwünscht, einen Fremdstoffdetektor anzugeben, der das frühere schwierige Problem des Identifizierens jedes einzelnen erfaßten Signals überwindet, wenn die Signale intermittierend als Doppelwellen-Erfassungssignale auftreten, und zwar dadurch, daß jedes Signal als einfach identifizierbarer Signalverlauf erstellt wird.
Es wäre ferner erwünscht, einen Fremdstoffdetektor anzugeben, der Erfassungssignale verwendet, die von einem Doppelwellensignal mit zwei Polaritäten in ein Signal mit einem einzigen Maximalwert umgewandelt werden können. Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Fremdstoffdetektor anzugeben, der ein Erfassungssignal verwendet, das quantitative Information behält, wie sie zum Erfassen und/oder Identifizieren von Fremdstoffen nach der Signalverarbeitung und -wandlung erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird ein Detektor zum Erfassen einer Eigenschaft eines Gegenstandes angegeben, mit:
- einer Einrichtung zum Liefern eines Signals, das für einen elektromagnetischen Parameter des Gegenstands repräsentativ ist;
- einer Einrichtung zum Umwandeln des Signals in eine Reihe digitaler Werte;
- einer Einrichtung zum Gewichten der digitalen Werte;
- einer Einrichtung zum Ermitteln eines repräsentativen Werts für den Gegenstand aus den gewichteten Digitalwerten; und
- einer Einrichtung zum Vergleichen des repräsentativen Werts mit einem Bezugswert, um dadurch die Eigenschaft zu erfassen;
dadurch gekennzeichnet, daß:
- die Eigenschaft das Vorliegen eines Fremdstoffs ist; und
- die Gewichtungseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie die Digitalwerte dadurch gewichtet, daß sie sie in eine Reihe gewichteter Digitalwerte mit einem einzigen Maximalwert der Amplitude umwandelt.
Andere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Detektors;
Fig. 2a - 2c zeigen Analogsignale an verschiedenen Stellen im Detektor;
Fig. 3 zeigt ein Digitalsignal von einem der A/D-Umsetzer im Detektor;
Fig. 4a - 4c sind graphische Wiedergaben verschiedener Gewichtungsfunktionen;
Fig. 5 zeigt ein gewichtetes Digitalsignal von einer der Gewichtungsstufen im Detektor;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer Form einer Gewichtungsstufe für den Detektor;
Fig. 7 zeigt die Verarbeitungsschritte für die in der Stufe von Fig. 6 ausgeführte Gewichtung;
Fig. 8 ist ein zweiachsiges Koordinatensystem, das Vektoren zeigt, die Meßwerte und Metallarten repräsentieren;
Fig. 9a zeigt ein Signal, das von einem der Glätter/Filter im Detektor ausgegeben wird, wenn zwei Gegenstände aufeinanderfolgend durch den Meßgrößenaufnehmer geführt werden;
Fig. 9b zeigt ein gewichtetes Signal, wie es durch Gewichten des Signals von Fig. 9a erhalten wird;
Fig. 10a und 10b sind Blockdiagramme anderer Formen der Gewichtungsstufe für den Detektor;
Fig. 11a zeigt die Überwachung gewichteter Digitalwerte zum Erhalten eines Primärwerts;
Fig. 11b ist das Flußdiagramm eines Programms zum Ermitteln eines primären (maximalen) Werts;
Fig. 12 zeigt ein Diagramm, das Probentestdaten für Gegenstände mit einem Materialeffekt wiedergibt;
Fig. 13 zeigt ein Diagramm, das Probentestdaten für Gegenstände ohne Materialeffekt wiedergibt;
Fig. 14 ist ein Flußdiagramm für ein Programm zum Ermitteln und Anzeigen, ob Primärwerte außerhalb eines durch Probentestdaten vorgegebenen Bereichs liegen; und
Fig. 15 und 16 zeigen schematisch herkömmliche elektromagnetische Meßgrößenaufnehmer aus dem Stand der Technik.
Entsprechende Bezugszeichen kennzeichnen in den verschiedenen Darstellungen der Zeichnungen entsprechende Teile.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 erzeugt ein Oszillator 1 ein sinusförmiges elektrisches Wechselstromsignal mit einer Frequenz, die innerhalb eines Bereichs von 30 bis 400 kHz (Hochfrequenzstrom) wählbar ist. Ein Verstärker 2 verstärkt das sinusförmige Signal vom Oszillator 1 und führt es dann der Primär- oder Erregerspule 3 eines Meßgrößenaufnehmers zu, der im wesentlichen ein Differenzaufnehmer ist. Die Spule 3 erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld. Die zwei Sekundär- oder Erfassungsspulen 4 und 5 des Aufnehmers sind dicht bei dieser Primärspule 3 angeordnet, eine auf jeder Seite, innerhalb des elektromagnetischen Wechselfelds und mit diesem gekoppelt, so daß sie koaxial zur Primärspule 3 sind, wie in Fig. 15 dargestellt. Die Spulen 3 bis 5 können auch in parallelen Ebenen angeordnet sein, wie in Fig. 16 dargestellt. Die Spulen 4 und 5 bilden eine Einrichtung zum Erstellen eines Erfassungssignals, das einen elektromagnetischen Parameter des untersuchten Gegenstandes repräsentiert. Durch Verbinden dieser Sekundärspulen 4 und 5 in solcher Weise, daß sie differenzmäßig arbeiten (so, daß die induzierten Spannungen oder induzierten Ströme einander aufheben), wird eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Unterschiede in den induzierten Signalen gebildet, die in diesen zwei Sekundärspulen auftreten.
Die Ausgangsleitung aus den Sekundärspulen 4 und 5 ist mit einem Verstärker 6 verbunden. Die Ausgangsseite dieses Verstärkers 6 ist im wesentlichen aufgeteilt und mit der Eingangsseite von Multiplizierer/Detektoren 7A und 7B verbunden. Diese Multiplizierer/Detektoren 7A und 7B sind im wesentlichen dieselben wie die Vier-Quadranten-Detektoren oder Produktdetektoren, die in FM-Empfängern verwendet werden.
Eines dieser Signale, das nach dem Verstärker 2 abgeteilt wird, wird zur Verwendung als Bezugssignal mit derselben Phase in den Multiplizierer/Detektor 7A eingegeben. Das abgetrennte Signal wird weiter aufgeteilt und durch einen Phasenschieber 8 phasenmäßig um 90º zur Eingabe als Bezugssignal in den anderen multiplizierenden Detektor 7B eingegeben.
Die jeweilige Ausgangsseite der Multiplizierer/Detektoren 7A und 7B ist über einen Glätter und Filter 9A bzw. einen Glätter und Filter 9B mit der Eingangsseite von Abtast/Haltestufen 11A bzw. 11B verbunden, die die Signale zeitweilig in einem Speicher abspeichern. Die Ausgangsseite dieser Abtast/Halte-Stufen 11A und 11B sind mit A/D-Umsetzern 12A bzw. 12B verbunden, die die Analogsignale in Digitalsignale umwandeln. Die Ausgangsseite dieser A/D-Umsetzer 12A und 12B sind über Gewichtungsstufen 14A bzw. 14B mit einer Steuervorrichtung (Berechnungsvorrichtung) 15 verbunden, die eine Einrichtung zum Erkennen des Primärwerts der Digitalsignale und zum Identifizieren von Fremdstoffen sowie des Materialeffekts eines Gegenstandes bildet. Die Steuervorrichtung 15 ist mit einer Eingangsschnittstelle 15A zum Eingeben der vorstehend genannten Signale, einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 15B wie einem Mikroprozessor, der die Eingangssignale verarbeitet, und einer Ausgangsschnittstelle 15C zum Ausgeben der Ergebnisse der Verarbeitung versehen.
Die Steuervorrichtung 15 ist mit einer Zeitsteuerstufe 16 und einer Programmsteuerstufe 17 verbunden. Zum Steuern des zeitlichen Ablaufs ist die Zeitsteuerstufe 16 mit den A/D- Umsetzern 12A und 12B, den Abtast/Halte-Stufen 11A und 11B und den Gewichtungsstufen 14A und 14B verbunden. Die Programmsteuerstufe 17 ist mit einem Wählschalter 18 zum Auswählen des Betriebsmodus mit den drei Einstellungen: "Probentest", "Gleichungsberechnung" und "Betrieb" versehen.
Die Ausgangsschnittstelle 15C der Steuervorrichtung 15 ist mit einer Alarmeinrichtung 19 wie einer Lampe oder einem Summer versehen, die eine Warnanzeige ausgibt, wenn ein Fremdstoff erfaßt wird, und sie ist mit einem R/Φ-Anzeiger 20 versehen, der die Größe der Daten und den Phasenwinkel anzeigt. Die Daten und der Phasenwinkel repräsentieren die magnetischen Eigenschaften (Parameter) oder den Typ des Materialeffekts des Gegenstands, d. h. den Typ des Fremdstoffs (Metall, Eisen oder Nichteisenmetall usw.), der im Gegenstand erfaßt wurde. Darüber hinaus ist die Programmsteuerstufe 17 mit einer Ausführungstaste 21 versehen, die den Betrieb der Steuervorrichtung auslöst, und mit einer Stopptaste 22, die den Betrieb der Steuervorrichtung 15 beendet.
Die Programmsteuerschaltung 17 ist auch mit einem Probenmodus-Wählschalter 23 verbunden, um den Probenmodus zwischen den Modi "M" und "N" umzuschalten. Eine Bereichs-Koeffizienteneinstellvorrichtung 24 ist zum Spezifizieren des Bereichs der Koeffizienten der Erkennungsgleichung mit der Eingangsschnittstelle 15A der Steuervorrichtung 15 verbunden.
Obwohl Einzelheiten später erläutert werden, wird darauf hingewiesen, daß die Gewichtungsstufen 14A und 14B jeweils in Fig. 6 dargestellt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Gewichtungsstufen 14A und 14B n-1 Stufen von Verzögerungskomponenten 941 auf, die geeignet abhängig vom Abtastzeitintervall T gewählt werden und die kaskadenförmig jeweils von der Eingangsseite zur Ausgangsseite geschaltet werden. Die Leitung zum Eingang jeder Verzögerungskomponente 141 ist aufgeteilt. Ein Zweig der Unterteilung ist mit der nächsten Verzögerungskomponente verbunden. Der andere Zweig der Unterteilung und die Ausgangsseite der letzten Verzögerungskomponente sind mit den zugehörigen Koeffizientenmultiplizierern 142o bis 142n-1 verbunden. Jede der Ausgangsseiten der verschiedenen Koeffizientenmultiplizierer 142o bis 142n-1 ist mit einem Summierglied wie einem Zähler 143 verbunden. Unter Verwendung digitaler Berechnung ist es auch möglich, daß die Gewichtungsstufe aus einem Mikrocomputer besteht, der Funktionen aufweist, die dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Gewichtungsstufe entsprechen.
Wie es später erläutert wird, ist das Verfahren, wie es von den Gewichtungsstufen 14A und 14B zum Zuordnen von Koeffizienten zu den Koeffizientenmultiplizierern 142o bis 142n-1 verwendet wird, eine Verteilung mit ungerader Funktion. Eine Verteilung mit ungerader Funktion ist eine Funktion, die zum Ursprung symmetrisch ist. Z. B. ist Y = sin Θ mit -π < Θ < π eine ungerade Funktion. Der Ursprung ist die Schnittstelle der X- und Y-Ebene eines X-Y-Koordinatensystems. Anders gesagt, weist jede Gewichtungsstufe eine Koeffizientenverteilung auf, bei der die Koeffizienten den Koeffizientenmultiplizierern in solcher Weise zugeordnet sind, daß der Ursprungspunkt der ungeraden Funktion beim mittleren Koeffizientenmultiplizierer der der Reihe nach angeordneten Koeffizientenmultiplizierer 142o bis 142n-1 oder nahe dabei liegt, oder sie weist eine ähnliche Koeffizientenverteilung auf.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Gewichtungskoeffizienten eine Verteilung auf, die den zeitlichen Änderungen des erfaßten Signals entspricht, wenn ein typisches Material wie Eisen durch die Primär- und Sekundärspulen läuft. Z. B. kann die Verteilung der Koeffizienten ein Signalverlauf sein, der aus einem Aufwärtsdreieck und einem Abwärtsdreieck besteht, ähnlich wie in Fig. 4A dargestellt, oder es kann eine Sinuswelle eines Zyklus sein, ähnlich wie in Fig. 4B dargestellt, oder es kann ein Signalverlauf sein, der aus zwei Rechtecken besteht, wie der in Fig. 4C dargestellte, oder es kann eine Verteilungskonfiguration ähnlich diesen Signalverläufen sein. Die Gewichtungskoeffizienten für jede Signalform sind den zwei Gewichtungsstufen 14A und 14B vorab zugeordnet.

SIGNALERFASSUNG UND -VERARBEITUNG (GEWICHTUNGSVERARBEITUNG)

Das Folgende ist eine Erläuterung des Inhalts des im Speicher der Steuervorrichtung 15 gespeicherten Programms. Eine Erläuterung der Ausführung des Programms und der Betriebsvorgänge der verschiedenen oben angegebenen Komponenten bei Ausführung des Programms wird ebenfalls beschrieben.
Wenn ein Eisen enthaltender Gegenstand durch die Primärspule 3 und die Sekundärspulen 4 und 5 zur Untersuchung hindurchgeführt wird (oder nahe daran vorbeibewegt wird), ändert sich die zwischen der Primärspule 3 und den Sekundärspulen 4 und 5 erzeugte elektromagnetische Induktion, wenn der untersuchte Gegenstand hindurchläuft. Als Differenzausgangssignal der Sekundärspulen 4 und 5 wird eine induzierte Spannung (Erfassungssignal Cxy) erzeugt, das eine Form aufweist, wie sie in Fig. 2a dargestellt ist.
Dieses Erfassungssignal Cxy wird durch den Verstärker 6 verstärkt und dann in die Multiplizierer/Detektoren 7A und 7B eingegeben. Dasjenige Erfassungssignal, das in den Multiplizierer/Detektor 7A eingegeben wird, wird durch Multiplikation mit einem Bezugssignal erfaßt, das eine Phase aufweist, die dieselbe wie diejenige des vom Oszillator 1 erzeugten Signals ist. Dieses vom Detektor 7A erfaßte Signal (als gleichphasiges Erfassungssignal X&sub1; bezeichnet) weist einen Signalverlauf auf, wie er in Fig. 2b dargestellt ist. Indessen wird das in den Multiplizierer/Detektor 7B eingegebene Erfassungssignal Cxy durch Multiplikation mit einem Bezugssignal mit einer Phase erfaßt, die um 90º gegenüber der Phase des vom Oszillator 1 erzeugten Signals verschoben ist. Das vom Detektor 7B erfaßte Signal (als phasenverschobenes Erfassungssignal Y&sub1; bezeichnet) weist einen Signalverlauf wie den in Fig. 2b dargestellten auf.
Die Erfassungssignale X&sub1; und Y&sub1; werden durch die entsprechenden Glätter/Filter 9A und 9B verarbeitet, so daß es gefilterte Signale X&sub2; und Y&sub2; mit Signalverläufen werden, wie sie in Fig. 2c dargestellt sind. Das gefilterte Signal X&sub2; entspricht der Signalkomponente des Differenzsignals, das in Phase mit dem Signal des Oszillators 1 ist, und das gefilterte Signal Y&sub2; entspricht der Signalkomponente des Differenzsignals, die eine Phasenverschiebung von 90º gegenüber dem Signal des Oszillators 1 aufweist.
Die gefilterten Signale werden zeitweilig durch die entsprechenden Abtast/Halte-Stufen 11A und 11B im Speicher abgelegt. Jedes der gespeicherten Signale (die Analogsignale sind) wird durch den zugehörigen A/D-Umsetzer 12A und 12B in ein digitales Signal umgewandelt.
Die Abtast/Halte-Stufen 11A und 11B sowie die A/D-Umsetzer 12A und 12B werden alle synchron durch die Zeitsteuerstufe 16 betrieben. Die Analogsignale werden in regelmäßigen Intervallen in Digitalsignale umgewandelt und dann in die zugehörigen Gewichtungsstufen 14A und 14B gegeben. In den Gewichtungsstufen 14A und 14B wird, wie dies oben erläutert wurde und untenstehend im einzelnen erklärt wird, eine Gewichtungsberechnung (Verarbeitung), die durch eine Zeitverteilung gekennzeichnet ist, ausgeführt, und die verarbeiteten Ausgangssignale X&sub3; und Y&sub3; werden der Eingangsschnittstelle 15A der Steuervorrichtung 15 zugeführt.
Gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel ist das verarbeitete Ausgangssignal X&sub2;, wenn es in die Gewichtungsstufe 14A eingegeben wird, eine diskrete Reihe von Signalen X(0), X(T), X(2T), ..., X((n-1)T) mit Abtastzeitintervallen T. (Der Bequemlichkeit halber verwendet diese Erläuterung null als Zeitpunkt für das erste Signal).
Jede der Gewichtungsstufen 14A und 14B weist eine Übertragungsfunktion auf, die eine Reihe ist, die als Polynombeziehung für Z&supmin;¹ vom Grad n-1 ausgedrückt werden kann, wie in der folgenden Gleichung (1) dargestellt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Gewichtungsstufen 14A und 14B ist in Fig. 6 dargestellt. Koeffizienten K&sub0;, K&sub1;, K&sub2;, ..., Kn-1 entsprechen einem Abtasten des in Fig. 4A dargestellten Signalverlaufs, der die zeitlichen Änderungen des Signals wiedergibt, wie es erfaßt wird, wenn ein typisches Material wie Eisen durch die Primär- und Sekundärspulen geführt wird. Ein typischer Signalverlauf für Eisen ist in Fig. 3 dargestellt. Das Abtastintervall für die Koeffizienten K&sub0;, K&sub1;, K&sub2; usw., die in Fig. 4A dargestellt sind, ist dasselbe wie das Abtastzeitintervall T (siehe Fig. 3). Wenn ein Eingangssignal mit einem Signalverlauf wie dem in Fig. 3 dargestellten Verlauf in eine Schaltung mit der Übertragungsfunktion der Gleichung (1) mit den auf diese Weise bestimmten Koeffizienten eingegeben wird, oder in eine Schaltung, für die die Koeffizienten so bestimmt sind, daß diese Schaltung derjenigen äquivalent ist, die den in Fig. 6 dargestellten Aufbau aufweist, wird eine zeitliche Reihe von Daten (Ausgangssignalen) erhalten, wie die, die in Fig. 5 dargestellt ist.
Für die oben angegebenen Gewichtungskoeffizienten ist es möglich, eine Konfiguration mit einer Verteilung zu verwenden, die aus einem Aufwärtsdreieck und einem Abwärtdreieck besteht, ähnlich wie in Fig. 4a dargestellt, oder einen Sinusverlauf eines Zyklus, ähnlich wie in Fig. 4b dargestellt, oder eine Konfiguration mit einer Verteilung, die aus zwei Rechtecken besteht, wie in Fig. 4c dargestellt, oder eine Konfiguration, die einem dieser Signalverläufe ähnlich ist. Anders gesagt, ist jede Konfiguration zulässig, solange die Verteilung der Gewichtungskoeffizienten eine begrenzte Breite in bezug auf die Zeit hat. Diese Breite entspricht dem Rang (dem oben angebenen Rang n-1) der oben angegebenen Übertragungsfunktion, und es ist eine ungerade Funktion, bei der der in der Mitte der Reihe angeordnete Teil der Ursprungspunkt ist.
Wie oben erläutert, ist es mit der gerade beschriebenen Gewichtungskoeffizientenkonfiguration und einem Eingangssignal, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, möglich, ein Ausgangssignal X&sub3; mit im wesentlichen derselben Verteilungskonfiguration zu erhalten, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Das Signal Y&sub3; kann auch für das Signal Y durch Verarbeitung in derselben Weise erhalten werden, wie oben für das Signal X beschrieben.
Unabhängig davon, welche der obigen Konfigurationen zur Gewichtungsverarbeitung (Fig. 4a - 4c) verwendet wird, erzeugt ein Eingangssignal mit den in Fig. 3 dargestellten Polaritäten das in Fig. 5 dargestellte Ausgangssignal mit einer Konfigurationscharakteristik, die über die Zeit eine Reihe von Wechseln durchläuft, die dem folgenden ähnlich sind: 0 negatives Ausgangssignal Minimalwert Anstieg 0 Anstieg Maximalwert Abfall 0 Abfall Minimalwert Anstieg 0.
Das in Fig. 5 dargestellte Ausgangssignal weist die folgenden Eigenschaften auf: (1) die Amplitude des Maximalwerts ist ungefähr das Doppelte derjenigen des Minimalwerts; (2) die Polarität des Minimalwerts ist derjenige des Maximalwerts entgegengesetzt; dieser Minimalwert erscheint ungefähr in einem Intervall t&sub1; doppelt, vor und nach dem Maximalwert; und (3) die Daten des Ausgangssignals, die dem zentralen Maximalwert vorangehen und folgen, sind symmetrisch oder ungefähr symmetrisch zum Maximalwert.
Umgekehrt wird dann, wenn die Polaritäten des Eingangssignals zu denen, die in Fig. 3 dargestellt sind, umgekehrt sind, ein Ausgangssignal X&sub3; oder Y&sub3; erhalten, das Polaritäten aufweist, die den oben beschriebenen genau entgegengesetzt sind.
Anders gesagt, weist das Ausgangssignal aus der Gewichtungseinrichtung, an die ein Eingangssignal, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, angelegt wird, die Charakteristik eines Ausgangssignals mit einer diskreten Zeitreihe auf, die so verteilt ist, daß es sich um eine gerade Funktion handelt, bei der der Ursprungspunkt den Maximalwert aufweist, wenn der Zeitpunkt, zu dem das gewichtete Zeitreihensignal den Maximalwert aufweist, als Ursprungspunkt für die Zeit festgelegt wird.
Die Dauer der Pulsübertragsfunktion zur Gewichtung ist am bevorzugtesten im wesentlichen dieselbe wie die Zeitspanne, in der ein typisches Material wie Eisen durch die Spulen läuft.
Die Maximalwerte der Signale X&sub3; und Y&sub3; werden durch einen Identifizierabschnitt gelesen und als Primärwerte Xm und Ym verwendet, die repräsentative Werte für die Signale (Signalwerte) sind. Die in Fig. 6 dargestellte Schaltung, die eine tatsächliche Schaltung zum Realisieren der oben beschriebenen Gewichtungsstufe ist, ist eine Schaltung vom nichtrekursiven Typ. Sie ist allgemein als FIR-Filter (Filter mit endlicher Impulsantwort) bekannt, und eine Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren, mit der sie die Koeffizienten zuordnet.
Eine detaillierte Erläuterung der Funktionen der in Fig. 6 dargestellten Schaltung ist die folgende. Diese Schaltung weist den oben beschriebenen Aufbau auf. Die von der Eingangsseite der Schaltung eingegebenen Signale laufen durch die Koeffizientenmultiplizierer 142o - 142n-1, und sie werden in den Zähler 143 eingegeben, von dem die Summe ausgegeben wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel repräsentieren m&sub0;, m&sub1;, m&sub2;, m3, ... mn-1 in Fig. 6 Zwischenspeicherorte für die Daten. Es ist zu beachten, daß für jeden Verzögerungskomponentenblock eine Verzögerung um die Abtastzeit T besteht. Bei dieser Erfindung sind die Koeffizienten K&sub0;, K&sub1;, ..., Kn-1 durch eine Verteilung zugeordnet wie die, die in Fig. 4a dargestellt ist.
Die Einzelheiten der Gewichtungsberechnung können unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm von Fig. 6 und die Tabelle von Fig. 7 erläutert werden. Wenn das erste Eingangssignal X(0) in m&sub0; eingegeben wird, wird X(0) mit dem Koeffizienten K&sub0; des Koeffizientenmultiplizierers 142&sub0; multipliziert, und [X(0) K&sub0;] wird vom Zähler 143 ausgegeben.
Zum zweiten Abtastzeitpunkt wird der Datenwert X(0) von m&sub0; nach m&sub1; verschoben, und der Datenwert X(T) wird in m&sub0; eingegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird der Datenwert X(0) mit dem Koeffizienten K&sub1; des Mulitplizierers 142&sub1; multipliziert, und der Datenwert X(T) wird mit dem Koeffizienten K&sub0; multipliziert, die Summe wird durch den Zähler 143 addiert, und [X(0) K&sub1;+X(T) K&sub0;] wird ausgegeben.
Zum dritten Abtastzeitpunkt wird der Datenwert X(0) von m&sub1; nach m&sub2; verschoben, der Datenwert X(T) wird von m&sub0; nach m&sub1; verschoben, und der Datenwert X(2T) wird in m&sub0; eingegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird der Datenwert X(0) mit dem Koeffizienten K&sub2; des Multiplizierers 142&sub2; multipliziert, der Datenwert X(T) wird mit dem Koeffizienten K&sub1; multipliziert, der Datenwert X(2T) wird mit dem Koeffizienten K&sub0; multipliziert. All diese werden durch den Zähler 143 addiert, und [X(0) K&sub2;+X(T) K&sub1;+X(2T) K&sub0;] wird ausgegeben.
Eine Zusammenfassung des Gewichtungsverarbeitungsablaufs und der Ausgabeergebnisse, wie sie auftreten, wenn ein Signal mit einer Signalform, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, verarbeitet wird, ist in Fig. 7 dargestellt. Es ist zu beachten, daß in Fig. 7 die Speicherorte (Adressen) und die Ausgangssignale, die zu jedem Zeitpunkt auftreten, horizontal aufgelistet sind und die Zeiten vertikal aufgelistet sind. Die Verschiebungen der Daten, die zu jedem Zeitpunkt auftreten, werden aufgrund der Eingabe eines Zeitsteuersignals von der in Fig. 1 dargestellten Zeitsteuerstufe 16 ausgeführt. Dies erfolgt synchron mit dem Betrieb der Abtast/Halte-Stufen 11A und 11B sowie der A/D-Umsetzer 12A und 12B.
So kann, wenn die DAten in den Speicheradressen m&sub0;, m&sub1;, m&sub2;, ..., mn-2, mn-1 als jeweils Dx&sub0;, Dx&sub1;, Dx&sub2;, ..., Dx-2 bzw. Dxn-1 ausgedrückt werden, das Ausgangssignal X&sub3; der Gewichtungsstufe durch die folgende Gleichung (2) aufgefunden werden.
Auf ähnliche Weise kann das Ausgangssignal Y&sub3; durch die folgende Gleichung (2)' gefunden werden:
Bei einem Gewichtungskoeffizienten mit dem Signalverlauf, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, sind die Absolutwerte der Gewichtungsstufe alle identische Werte, und die Polaritäten sind einfach positiv und negativ. Es ist möglich, den Ausgangswert dadurch zu erhalten, daß eine Gewichtungsstufe vom nichtrekursiven Typ verwendet wird, wie sie in Fig. 11a dargestellt ist. Die Gewichtungsstufe vom nichtrekursiven Typ entspricht einer Mitkopplungsschaltung. Diese Schaltung führt einen einfachen Gewichtungsprozeß aus. Zu diesem Prozeß gehört das Substrahieren und Addieren der verschiedenen Werte, die von der Eingangsseite her durch jede der Verzögerungskomponenten laufen und an der Ausgangsseite der letzten Verzögerungskomponente herauskommen. Diese Summe wird dann einmal mit dem Koeffizienten K multipliziert. Diese Übertragungsfunktion kann durch die folgende Gleichung (1)' wiedergegeben werden:
wobei n eine gerade Zahl ist.
Fig. 10a ist ein Beispiel für n = 10, und wenn die Daten in den Speicheradressen m&sub0;, m&sub1;, m&sub2;, m&sub3;, ..., mn jeweils mit Dx&sub0;, Dx&sub1;, Dx&sub2;, Dx&sub3;, ..., bzw. Dx&sub9; wiedergegeben werden, kann das Ausgangssignal X&sub3; der Gewichtungsstufe durch die folgende Gleichung (3) wiedergegeben werden:
mit
K = 1/n = 1/10.
Auf ähnliche Weise kann Y&sub3; durch die folgende Gleichung (3)' ausgedrückt werden:
Gewichtungsberechnungen für das in Fig. 10a dargestellte Ausführungsbeispiel können auf Grundlage der Gleichung (3) oder (3)' von einem Standardmikroprozessor ausgeführt werden. Die Berechnungen auf Grundlage der Gleichung (2) oder (2)' für das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel können unter Verwendung z. B. eines 16-Bit-Mikroprozessors oder eines käuflich erhältlichen Multiplizierer/Akkumulators ausgeführt werden, der für Digitalberechnungen geschaffen ist. Da das Programm durch Fachleute leicht zu verstehen ist, wird hier eine Erläuterung dazu weggelassen.
Anstatt die oben angegebene Gewichtungsstufe vom nichtrekursiven Typ zu verwenden, ist es auch möglich, eine Gewichtungsstufe zu verwenden, die aus einem nichtrekursiven und einem rekursiven Typ besteht. Eine Gewichtungsstufe vom rekursiven Typ entspricht einer Rückkopplungsschaltung. In diesem Fall wird die Gleichung (1)' modifiziert, um die folgende Gleichung (1)'' zu erhalten:
Dabei ist angenommen, daß n = 2l gilt.
Die obige Gleichung (1)'' kann mit der in Fig. 10b dargestellten Schaltung ausgewertet werden, die Schaltungen a und b vom nichtrekursiven Typ und eine Schaltung c vom rekursiven Typ aufweist. Wenn l = 5 ist, ist das durch die Schaltung unter Verwendung der Gleichung (1)'' erhaltene Ergebnis dasselbe wie dasjenige, das durch die in Fig. 10a dargestellte Schaltung erhalten wird. So ist es für eine Schaltung, die sowohl eine Schaltung vom rekursiven Typ als auch eine Schaltung vom nichtrekursiven Typ aufweist, möglich, dieselbe Funktion auszuführen wie eine Schaltung vom nichtrekursiven Typ. Es ist auch möglich, eine Schaltung mit einer Übertragungsfunktion zu realisieren, die derjenigen der Gleichung (1)' äquivalent ist, und zwar durch andere Ausführungsbeispiele, als sie in den Fig. 10a und 10b dargestellt sind.
Die obige Erläuterung verwendet Eisen als erfaßten Stoff (Fremdstoff), und sie basiert auf den Fig. 2a bis 2c. Die folgende Erläuterung basiert auf Fig. 8, und sie betrifft Erfassungssignale für verschiedene andere Materialien, die als Fremdstoffe erfaßt werden. Der Phasenwinkel des Erfassungssignals für Eisen ist im allgemeinen um ungefähr 90º gegenüber dem des Schwingungssignals verzögert, und die Ausgangsempfindlichkeit ist hoch. Demgegenüber ist die Phasendifferenz für das Erfassungssignal für rostfreien Stahl in bezug auf das Schwingungssignal nicht sehr groß.
Nun sei unter Verwendung von Eisen z. B. die Komponente des Erfassungssignals, die in Phase mit dem Schwingungssignal ist, mit X bezeichnet, und die Komponente, die eine Phasenverzögerung von 90º gegenüber dem Schwingungssignal aufweist, sei mit Y bezeichnet. Wenn beide Komponenten als positive Werte angenommen werden, wie in den Fig. 2b und 2c dargestellt, ist die Y-Komponente des Erfassungssignals für Eisen größer als die X-Komponente. Für einige Arten rostfreien Stahls (in Fig. 8 mit "SUS&sub1;" bezeichnet) sind die X- Komponente und die Y-Komponente beide positive Werte. Für andere Arten rostfreien Stahls (in Fig. 8 mit SUS&sub2; bezeichnet) ist die X-Komponente ein positiver Wert und die Y-Komponente ist ein negativer Wert. Unter den verschiedenen Arten von Materialien für erfaßte Stoffe erzeugen manche nacheilende Signale wie Eisen, und andere erzeugen vorauseilende Signale.
Wie oben beschrieben, treten, wenn ein einen Fremdstoff wie Eisen enthaltendes Erzeugnis durch den Detektor geführt wird, Erfassungssignale auf, wie sie in den Fig. 2b und 2c dargestellt sind. Jedes dieser Signale weist einen Signalverlauf mit zwei Polaritäten, positiv und negativ (oder negativ und positiv) für ein einziges Untersuchungsobjekt auf. Wenn zwei Objekte dicht beieinander nacheinander hindurchgeführt werden, weist das Erfassungssignal Y&sub2; z. B. vier Spitzenwerte wie P&sub1;', P&sub2;', P&sub3;' und P&sub4;' auf, wie sie in Fig. 9a dargestellt sind. In diesem Fall sollten P&sub1;', P&sub2;', P&sub3;' und P&sub4;' für jedes der zwei Untersuchungsobjekte als getrennte Paare identifiziert werden. Wenn nicht eine spezielle Erkennungsschaltung getrennt für dieses Signal Y&sub2; vorhanden ist, ist es nicht möglich, die getrennten Signalgruppierungen zu erkennen. So können P&sub2;' und P&sub3;' als ein Paar identifiziert werden. Wenn dies auftritt, weil die Polaritäten in entgegengesetzten Phasen liegen, kann eine unzutreffende Erkennung auftreten. Aufgrund der Erkennungsgleichung und des R/Φ-Anzeigers 20 kann ein völlig anderes Material auf Grundlage der berechneten Daten erkannt werden. Der R/Φ-Anzeiger 20 wird später beschrieben.
Ein Signal Y&sub3; (dasselbe gilt auch für das Signal Y), wie es in Fig. 9 dargestellt ist, wird als Ergebnis der von der Gewichtungsstufe ausgeführte Gewichtungsberechnung korrekt erkannt. Der Spitzen- oder Maximalwert P&sub1;'', wie er in Fig. 9b dargestellt ist, entspricht dem Paar P&sub1;' und P&sub2;' in Fig. 9a, und der Spitzenwert P&sub3;'' entspricht dem Paar P&sub3;' und P&sub4;' in Fig. 9a. So ist es selbst dann, wenn ein kontinuierlicher Fluß von Erzeugnissen durch den Detektor vorliegt, möglich, daß die Signale immer in einer den Erzeugnissen entsprechenden Konfiguration erkannt werden.
Wenn das von den Gewichtungsstufen 14A und 14B zum Zuordnen von Koeffizienten zu den Koeffizientenmultiplizierern 142&sub0; und 142n-1 verwendete Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine ungerade Verteilung ist wie eine solche, wie sie in den Fig. 4a, 4b oder 4c dargestellt ist, entspricht der mittlere Koeffizientenmultiplizierer dem Ursprungspunkt dieser ungeraden Funktion, und diese weist eine punktsymmetrische Verteilung in bezug auf diesen Ursprungspunkt auf. Die Signalübertragungscharakteristiken der Gewichtungsstufen sind den Charakteristiken eines Bandpaßfilters mit einem Durchlaßband ähnlich, das im oder nahe beim Frequenzbereich liegt, der die Frequenz eines wellenförmigen Signals enthält, das erzeugt wird, wenn ein typisches Material wie Eisen durch die Spulen hindurchläuft. Die Gewichtungsstufen sind wirksam, um jegliche Effekte von unerwünschten Störsignalen zu unterdrücken. Die im Eingangssignal vorhandene Gleichspannungskomponente wird durch die Gewichtungsmultiplikation völlig beseitigt.
Das Differenzsignal Cxy der Sekundärspulen 4 und 5 kann Rest-Wechselspannungssignale mit bestimmter Amplitude als Ergebnis eines Ungleichgewichts betreffend die Differenz zwischen den Spulensignalen aufweisen, oder es können andere Gründe hierfür vorliegen. In diesem Fall führen diese Restsignale zu Gleichspannungskomponenten, die in den Ausgangssignalen X&sub2; und Y&sub2; auftreten, die durch die Multiplizierer/Detektoren 7A und 7B sowie die Glätter/Filter 9A und 9B geleitet wurden. Die A/D-gewandelten Signale enthalten immer noch Gleichspannungskomponenten, jedoch werden diese Signale in die Gewichtungsstufen 14A und 14B eingegeben, wo die Gewichtung die Gleichspannungskomponenten beseitigt. Die restlichen Wechselspannungssignale beeinflussen die Ausgangssignale X&sub3; und Y&sub3; der Gewichtungsstufen 14A und 14B nicht. Obwohl vorhandene Detektoren eine Schaltung aufweisen, die so arbeitet, daß sie das Restsignal beseitigt, wie die in Fig. 5 der oben genannten japanischen vorläufigen Patentveröffentlichung Sho. 57-198880 dargestellt Ausgleichsschaltung, ist beim hier beschriebenen Verfahren diese Art Zusatzschaltung überflüssig.

Erkennung des Primärwerts durch die zentrale Verarbeitungseinheit

Der "Primärwert" ist der repräsentative Wert für die elektromagnetischen Eigenschaften eines untersuchten Gegenstands. Die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 15B verfügt über ein Programm, wie es durch das Flußdiagramm von Fig. 11B veranschaulicht ist, um die Primärwerte der Signale X&sub3; und Y&sub3; zu erkennen, wie sie von den Gewichtungsstufen 14A und 14B ausgegeben werden.
Fig. 11a ist eine Wiedergabe eines erfaßten und gewichteten Signals X&sub3; über eine vorgegebene Zeitspanne.
Um den Primärwert zu erkennen, ist es erforderlich, die repräsentativen zeitlichen Änderungen des Signals X&sub3; für einen Signalverlauf zu erkennen wie den, wie er in Fig. 5 dargestellt ist. Die Überwachungsspanne sollte das Drei- bis Fünffache des Zeitintervalls t&sub1; der zwei Spitzenwerte sein, die auftreten, wenn ein durch die Spulen geführter Fremdstoff ein Erfassungssignal wie das in Fig. 3 dargestellte erzeugt. Es wird dauernd ungefähr die Anzahl 2n+1 Datensignale für X&sub3; (oder Y&sub3;) überwacht, die während dieser Zeitspanne erhalten werden.
Z. B. werden, wie dies in der folgenden Tabelle 1 dargestellt ist, die Signale X&sub3; in der Reihenfolge vom neuesten Datenwert bis zum ältesten Datenwert überwacht und unter einer Reihe von Speicheradressen abgespeichert. Tabelle 1 Adressen Daten
Die zentrale Datenadresse in diesem Fall ist n, und zu diesein Zeitpunkt ist der Datenwert Xi-n unter dieser Adresse abgespeichert. Wenn ein neuer Datenwert eingegeben wird, verschieben sich die vorigen Daten in der Reihenfolge von links nach rechts. Der neue Datenwert wird dann unter der Adresse 0 eingegeben, und der älteste Datenwert wird verworfen. Auch wird der Datenwert unter der zentralen Adresse n überwacht, und wenn der Absolutwert dieses Datenwerts der einzige Maximalwert unter den zwei 2n+1 Einzeldaten zu diesem Zeitpunkt ist, wird dieser Datenwert Xi-n als Primärwert erkannt.
Wenn der den Maximalwert anzeigende Datenwert Xi-n an einer Position liegt, wie sie durch den Kreis A in Fig. 11a gekennzeichnet ist, und wenn ein Vergleich anzeigt, daß ein identischer Wert Xi-n+α im Kreis A liegt, wird die folgende Gleichung dazu verwendet, zu überprüfen, ob sich der identische Wert speziell in der Nähe der zentralen Adresse befindet oder nicht:
0 { α δ, Xi-n+α = Xi-n ?
Dabei ist angenommen, daß δ ein Wert ist, der die Grenze für die Nähe zur zentralen Adresse festlegt.
Dann werden, wenn ermittelt wird, daß der identische Wert in der Nähe der zentralen Adresse liegt, die Y-Signalwerte Yi-n und Yi-n+α, die den Positionen der Daten Xi-n und Xi-n+α entsprechen, verglichen, und wenn festgestellt wird, daß Yi-n ≥ Yi-n+α ist, wird bestimmt, daß Xi-n der Primärwert Xm ist.
Auch wird bestimmt, daß der zugehörige Wert Yi-n der Primärwert für das Signal Y ist. Umgekehrt wird dann, wenn sich herausstellt, daß der Wert Yi-n+α größer ist als der Wert Yi-n, der Wert Xi-n nicht als Primärwert bestimmt. Wenn dies auftritt, wird dieser Wert Maximalwert und wird so als Primärwert Ym bestimmt, da der Datenwert Yi-n+α anschließend zur zentralen Adresse verschoben wird, und zwar α-mal das Abtastintervall später.
Zu jedem Zeitpunkt wird ein neuer Datenwert mit den festgelegten Zeitintervallen hinzugefügt, jede der Positionen (Adressen) wird um eine Stelle verschoben, und der älteste Datenwert Yi-2n wird verworfen.
Der Primärwert Xm weist die folgenden Eigenschaften auf.
Zunächst wird, selbst wenn ein Signal mit der Anzahl 2N Spitzenwerten in die Gewichtungsstufen 14A oder 14B als Ergebnis eines Hindurchleitens der Anzahl N Gegenstände nacheinander durch die Spulen erhalten wird, dieses in ein Primärwertsignal mit der Anzahl N Spitzenwerte umgewandelt. Der Gegenstand wird leicht dadurch identifiziert und erkannt, daß das oben beschriebene Primärwert-Erkennungsprogramm verwendet wird, und es besteht keine Gefahr, daß ein Fehlersignal auftritt.
Zweitens ist, wenn das Signal X&sub2; oder Y&sub2; ein Signal mit umgekehrter Phase gegenüber der in Fig. 2c dargestellten Signalverlauf ist, das Ausgangssignal X&sub3; oder Y&sub3; der Gewichtungsstufe ein Signal, das gegenüber dem in Fig. 5 darge stellten umgekehrte Polarität aufweist.
So sind die aus den Signalen X&sub3; und Y&sub3; unter Verwendung des Primärwert-Erkennungsprogramms (in Fig. 11b dargestellt) erhaltenen Primärwerte Xm und Ym ein Paar nützlicher und genauer Signaldaten. Die Daten enthalten positive oder negative Polaritäten, numerische Daten und Charakteristiken für jede Art von Material, das einen Fremdstoff darstellt. Elektrisch leitende oder dielektrische Fremdstoffe oder solche mit hohem Frequenzverlust können zweidimensional in einem der vier Quadranten des X-Y-Koordinatensystems identifiziert und verarbeitet werden. Auch diese Primärwertsignale enthalten alle elektrischen Daten, die aus dem Vorhandensein von Fremdstoffen herrühren und darauf bezogen sind, selbst für Produkte (Untersuchungsobjekte), die extrem geringe Mengen an Eisen, rostfreiem Stahl, Messing oder anderen Fremdstoffen enthalten. Die Primärwertsignale enthalten auch alle Daten der beiden Signale, die die Produkteigenschaften repräsentieren, sowie Signale, die von Fremdstoffen herrühren, selbst in Fällen, bei denen das Erzeugnis selbst leitende Materialien enthält wie bei Erzeugnissen, die große Mengen an Wasser oder Salz enthalten, oder wenn die Verpackungsmaterialien leitend sind.
So erlaubt selbst in jedem der gerade beschriebenen Fälle dieses Verfahrens zusammen mit der Erkennungsverarbeitung im später zu erläuternden Abschnitt für detaillierte Erkennung genaue Erkennung von Fremdstoffen, die bisher nur schwierig unter Verwendung zuvor verfügbarer Verfahren identifiziert (erfaßt) werden konnten.

ERKENNUNG DURCH DIE CPU (BEURTEILUNGSABSCHNITT)

Die zentrale Verarbeitungseinheit 15 beinhaltet ein Erkennungsprogramm. Das Folgende ist eine Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der von diesem Programm ausgeführten Erkennung.
In der folgenden Erläuterung wird die Auswirkung von Produkteigenschaften auf den Detektor beim Messen eines Materials mit ausgeprägter Produkteigenschaft als Materialeffekt bezeichnet.
Produkte können allgemein in solche klassifiziert werden, die Produkteigenschaften aufweisen, an die der Detektor angepaßt ist, und solche, für die dies nicht gilt. Der Materialeffekt weist allgemein eine Charakteristik auf, die jedem Einzelprodukt eigen ist, und einen Phasenwinkel, der jedem Produkt eigen ist. Obwohl die Größe des Vektors sich mit dem Volumen des Produkts ändert, ändert sich im allgemeinen der Phasenwinkel nicht stark.
Fig. 12 zeigt eine Ebene mit zwei Achsen und vier Quadranten, auf der die Punkte P&sub1; (Xm1, Ym1), P&sub2; (Xm2, Ym2) usw. die Primärwerte Xm und Ym für verschiedene Volumina von Produkten desselben Typs mit einem Materialeffekt, die jedoch keinen Fremdstoff enthalten, repräsentieren können. Selbst wenn Produkte desselben Typs sich etwas im Volumen oder Gewicht unterscheiden, sind diese Punkte in einem elliptischen Bereich D enthalten, und es besteht die Neigung, daß sie nahe dem zentralen Mittelwertpunkt Po (uX, uY) verteilt sind, der durch einen Vektor rs ausgehend vom Ursprungspunkt O&sub1; des Diagramms repräsentiert sein kann.
Die Primärwerte für Produkteinheiten desselben Typs und im wesentlichen desselben Volumens und Gewichts mit einem Materialeffekt, jedoch ohne Fremdstoffe, sind als Punkte innerhalb eines kleinen Kreisbereichs D' repräsentiert. Die Mitte von D' ist der Mittelwertpunkt wie der Punkt Po in Fig. 12, und zwar weil die Vektoren im wesentlichen konstante Größe und konstanten Winkel aufweisen.
Die Primärwerte für ein Produkt mit Materialeffekt, das winzige Teilchen Metall oder anderen Fremdstoff enthält, werden im Diagramm von Fig. 12 als Vektor ra an einem Punkt Pa (Xa, Ya) repräsentiert. Wenn der Vektor rs vom Vektor ra abgezogen wird, ergibt dies einen Abweichungsvektor Ra vom Mittelwertpunkt Po.
So legt der Bereich D die Verteilungsgrenze für Produkte ohne Fremdstoffe fest, und Daten außerhalb dieses Bereichs wie ein Vektor Ra werden als Daten beurteilt, die Fremdstoffe enthaltende Produkte repräsentieren.
Für Produkte, die weder einen Materialeffekt noch einen Fremdstoffeffekt aufweisen, tritt beinahe keine Signalverlaufcharakteristik, wie in Fig. 5 dargestellt, bei den gewichteten Signalen auf. In diesem Fall werden zufällige Störsignale, die von internen elektrischen Faktoren wie dem Betrieb des Verstärkers, des Signaldetektors oder eines Förderers herrühren, primäre Faktoren zum Bestimmen des Verteilungsbereichs D.
Wie in Fig. 13 dargestellt, sind diese Produkte durch Punkte P&sub1;, P&sub2; usw. innerhalb eines kreisförmigen Bereichs D im Diagramm dargestellt. Der zentrale Mittelwertpunkt Po des Bereichs D liegt extrem dicht beim Ursprung. Der Bereich D ist sehr viel kleiner als der für Produkte mit Materialeffekt.
In diesem Fall ist die Größe des Abweichungsvektors Ra ungefähr dieselbe wie diejenige des Signalvektors ra. Wegen der geringen Größe des Bereichs D erstrecken sich diese Vektoren, selbst wenn die absoluten Längen oder Größen derselben relativ klein sind, über den Bereich D hinaus. So ist es möglich, in diesem Fall sogar noch kleinere Fremdstoffteil- chen zu erfassen als bei Produkten mit Materialeffekt.
Wie früher erwähnt, ist der Wählschalter 18 mit einem Probentestmodus versehen. Es ist auch ein Probenmodus-Wählschalter 23 vorhanden, der die Auswahl entweder eines Modus "M" oder "N" für den Probentest erlaubt, für welche Modi die Eigenschaften untenstehend erläutert werden.

M (Materialeffekterfassung)-Probentestmodus:

Der Test eines Probenobjekts ohne Materialeffekt, wobei das Objekt keinen Fremdstoff enthält, verwendet die Primärwerte Xm und Ym, die Produkteigenschaften beinhalten. Die durch diesen Test erhaltenen Daten sind Daten, die die Produkteigenschaften zusammen mit zufälligen Schwankungen derselben enthalten, wie auch die Auswirkungen verschiedener kleiner Störsignale, die selbst nach dem Filtern verbleiben.

N (Störsignalerfassung)-Probentestmodus:

Dieser Test wird für Probenobjekte ausgeführt, die keine Produkteigenschaften aufweisen und die keinen Fremdstoff enthalten. Eine (nicht dargestellte) Durchleiterfassungseinrichtung unter Verwendung einer photoelektrischen Vorrichtung oder eines anderen Verfahrens kann vorhanden sein, um zu erfassen, wann ein verpackter Gegenstand durch die Spulen läuft, damit das Durchlaufsignal für eine Zeitspanne erzeugt wird, die der Zeitspanne 2t&sub1; entspricht. Die Zeitspanne 2t&sub1; ist die Summe einer Zeitspanne t&sub1;, die dem Durchlaufen des Untersuchungsobjekts durch die Mitte der Spulen vorausgeht, und der Zeitspanne t&sub1;, die auf das Durchlaufen durch die Mitte folgt. Während dieses Durchlaufsignal erzeugt wird, werden jeweils Paare gewichteter Werte X&sub3; und Y&sub3; als Daten Xn bzw. Yn in regelmäßigen Intervallen für eine bestimmte Anzahl von Abtastwerten unter den kontinuierlich gewichteten Werten entnommen. Z. B. werden 10 bis 20 gewichtete Werte für ein verpacktes Objekt entnommen. Diese Werte Xn und Yn werden als "Abtastsignale im Modus N" bezeichnet. Da im allgemeinen verschiedene Arten von Störsignalen ein Hauptfaktor betreffend Signale von Produkten darstellen, die keine Produkteigenschaft zeigen, sind die Probensignale für den Modus N ebenfalls für eine Zeitserie zufällig. Es ist möglich, die Charakteristik für die Amplitude, Verteilung usw. der ursprünglichen Zufallssignale aus den vielen Datensignalen geeignet zu entnehmen, wie sie dadurch erhalten werden, daß Entnahme mit bestimmten Intervallen erfolgt, wie oben beschrieben.
Der Wählschalter 18 ist auch mit einem Betriebsmodus für tatsächlichen Betrieb der Vorrichtung versehen. Während des Betriebs in diesem Modus werden Daten unter Verwendung der Primärwertsignale verarbeitet.
Ein Probentext wird dadurch ausgeführt, daß entweder der Modus M oder der Modus N gewählt wird. Um dies zu bewerkstelligen, ist ein Speicher innerhalb der CPU 15B vorhanden, um eine Anzahl von Abtastdaten Xm und Ym (Modus M) oder Xn oder Yn (Modus N) abzuspeichern, wie sie erhalten werden, wenn die Produktprobe durch die Spulen durchläuft. Ein Programm ist vorhanden, um jeden der folgenden Werte unter Verwendung dieser Abtastdaten zu berechnen:
uX: Mittelwert von Xm oder Xn
uY: Mittelwert von Ym oder Yn
x: Standardabweichung betreffend Xm oder Xn
y: Standardabweichung betreffend Ym oder Yn
xy: Kovarianz betreffend Xm oder Ym oder Xn oder Yn
: Korrelationskoeffizient, wie er durch xy( x y) repräsentiert wird
Da zu den oben angegebenen Symbolen detaillierte Erläuterungen im allgemeinen in Nachschlagewerken zur Statistik enthalten sind, werden sie hier weggelassen.
Bei der Beurteilungsverarbeitung wird eine Gleichung wie die folgende Gleichung (4), die ein Beispiel statistische Verteilungsfunktionen ist, wie sie in Nachschlagewerken zur Statistik gefunden werden, als Dichtefunktion für die statistische Verteilung der Daten verwendet. Diese Gleichung gilt sowohl für Untersuchungsobjekte mit Materialeffekt als auch für solche ohne einen solchen, solange die Daten als solche aus derselben Grundgesamtheit angesehen werden.
Bei diesem Verfahren existiert eine Gleichung, die {[2/(1+ )] d²} für die rechte Seite und den Exponenten der obigen Gleichung (4) für die linke Seite verwendet. Dies ergibt die folgende Gleichung (5), die die Grundgleichung zum Erhalten einer Erkennungsgleichung ist. Die Erkennungsgleichung ermittelt einen zuverlässigen oder zulässigen Bereich, innerhalb dem die Daten für Objekte ohne Fremdstoff liegen sollten.
Das "d" auf der rechten Seite der obigen Gleichung (5) wird als Bereichskoeffizient bezeichnet. Die in Fig. 1 dargestellte Bereichskoeffizient-Einstellvorrichtung 24 ist als Eingabevorrichtung für diesen Koeffizienten vorhanden.
Der Wert d entspricht im wesentlichen dem Zahlkoeffizienten in der Statistik, z. B.:
i) Für 2 , d = 2,
ii) Für 3 , d = 3,
Der Koeffizient d kann durch die Bedienperson abhängig vom Vertrauenswert ausgewählt werden.
Unter Verwendung der folgenden Definitionen:
können die Gleichungen (5) in die folgenden Gleichungen (8) und (8)' umgeschrieben werden:
Dabei repräsentiert X die Werte Xm oder Xn und Y repräsentiert die Werte Ym oder Yn.
Die Gleichung (8) kennzeichnet die Grenze, und die Gleichung (8)' ist die Erkennungsgleichung, die beurteilt, ob Daten im Bereich enthalten sind oder nicht.
Die Gleichung (8)' ist in dieser Vorrichtung in der Form eines Programms enthalten, und sie wird jedesmal dann berechnet, wenn Daten für ein Paar Eingangssignale X, Y eingegeben werden.
Theoretisch kann die Erkennungsgleichung (8)' dadurch von der Bedienperson festgelegt werden, daß diese geeignete Werte für A, B und C und den Bereichskoeffizienten d auswählt und eingibt, und zwar abhängig von der Eigenschaft des untersuchten Gegenstandes (d. h. Produkts) . Da es nicht einfach ist, geeignete Werte für A, B und C zu bestimmen, ist bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch dafür gesorgt, die Ermittlungsaufgabe für die Bedienperson zu vereinfachen.
Statt mit einer Einrichtung zum Eingeben der Werte A, B und C ist diese Vorrichtung mit einem Programm ausgestattet, durch das dann, wenn die Bedienperson den Wählschalter 18 zum Auswählen des Erkennungsgleichung-Berechnungsmodus verwendet, die beim Probentest erhaltenen und abgespeicherten Daten wieder aufgerufen werden. Die statistischen Größen uX, uY, x, y, usw. werden automatisch berechnet, und auch die Werte A, B und C werden automatisch berechnet. Da die Werte für die rechte Seite von Gleichung (8) unter Verwendung dieser automatisch berechneten Ergebnisse berechnet werden können, wenn der Wert d durch die Bedienperson über die Bereichskoeffizient-Einstellvorrichtung 24 eingegeben wird, erfordert das Programm darüber hinaus nur die Eingabe der Daten X, Y, um die Berechnung der Gleichung (8)' auszuführen, die im Speicher abgelegt ist. Auf diese Weise wird die automatische Berechnung der Erkennungsgleichung (8)' abgeschlossen.

BETRIEBSABLÄUFE

Der Aufbau und der Grundbetrieb dieses Detektors sind oben beschrieben, und das Folgende ist eine Erläuterung der Abläufe bei der Erfassung von Fremdstoffen. Verschiedene Vorbereitungsabläufe, wie sie untenstehend beschrieben werden, werden vor dem tatsächlichen Betrieb ausgeführt.
Die Bedienperson stellt den Wählschalter 18 in den Probentestmodus. Zu diesem Zeitpunkt wird der R/Φ-Anzeiger 20 automatisch in einen Modus eingestellt, der den Absolutwert r und den Phasenwinkel Θ eines Vektors r bezogen auf den Ursprung 01 (nicht dargestellt) im x-y-Koordinatensystem (Fig. 12 und 13) zeigt. Die Werte für r und Θ werden wie folgt berechnet und auf dem R/Φ-Anzeiger 20 angezeigt:
Zunächst wird ein Test ohne Probe ausgeführt, um den Störsignalpegel des Geräts zu überwachen, ohne daß Produkte durch die Spulen laufen, was dadurch erfolgt, daß die Werte auf dem R/Φ-Anzeiger 20 beobachtet werden. Danach wählt die Bedienperson für Produkttestbetrieb eine Anzahl von Proben aus, zu denen vorab ermittelt wurde, daß sie frei von Fremdstoffen sind, sie leitet sie durch die Spulen hindurch, liest die Werte auf dem Anzeiger 20 ab und ermittelt, ob die Werte gegenüber denjenigen ohne Probe angestiegen sind.
Wenn Daten auftreten, zu denen ermittelt wird, daß die Werte, die sie während des Produkttests zeigen, deutlich größer sind als der Störsignalpegel während des Betriebs ohne Produkt, wird beurteilt, daß es sich um Produkteigenschaften handelt, und der anschließende Probentest wird im Modus "M" ausgeführt. Falls nicht, wird der anschließende Probentest im Modus "N" ausgeführt.
Als Ergebnis des Testbetriebs stellt die Bedienperson den Probenmodus-Wählschalter 23 entweder auf den Modus "M" oder den Modus "N". Die Bedienperson betätigt die Ausführungstaste 21, wählt eine geeignet große Anzahl zu untersuchenden Objekten aus, für die zuvor ermittelt wurde, daß sie frei von Fremdstoffen sind, um diese als Proben zu verwenden, und dann führt sie den Ablauf für den Probentest aus. Im Ergebnis werden unabhängig vom verwendeten Modus die Daten für diese große Anzahl von Proben im internen Speicher abgelegt.
Wenn die Bedienperson den Wählschalter 18 auf den Modus zum Berechnen der Erkennungsgleichung schaltet und die Ausführungstaste 21 betätigt, werden unter Verwendung der beim probentest erhaltenen großen Datenmenge die Werte uX, uY, x, y, usw. bezogen auf diese Daten in der zuvor beschriebenen Weise berechnet. Ferner werden die verschiedenen Gleichungen für die Wert A, B und C berechnet, und die Koeffizienten für die linke Seite der Gleichung (8) werden ermittelt.
Wenn die Bedienperson einen geeigneten Bereichskoeffizienten d auswählt und ihn in die Bereichskoeffizient-Einstellvorrichtung 24 eingibt, wird die rechte Seite der Gleichung (8), die die Grenze des Bereichs festlegt, berechnet, und die Erkennungsgleichung (8)' wird ausgewertet. Dies beendet die Berechnung der Erkennungsgleichung.
Der tatsächliche Betrieb beginnt, sobald die Vorbereitungsabläufe abgeschlossen sind. Während des tatsächlichen Betriebs weist, wenn der Wählschalter 18 in den Betriebsmodus gestellt ist, die Programmsteuerschaltung 17 die CPU 15B an, das Programm zum Untersuchen von Objekten abzuarbeiten. Gleichzeitig wird der R/Φ-Anzeiger 20 automatisch in einen Modus gestellt, der den Absolutwert R und den Phasenwinkel Φ des (nicht dargestellten) Abweichungsvektors R vom Mittelwertpunkt Po im x-y-Koordinatensystem zeigt (Fig. 12 und 13).
Die Bedienperson betätigt die Ausführungstaste 21, damit Objekte durch die Spulen geführt werden. Dies bewirkt, daß eine Folge gewichteter Signale X&sub3; und Y&sub3; in die CPU 15B eingegeben wird, in der Paare von Primärwerten Xm und Ym durch das Programm von Fig. 11b erhalten werden. Selbst während diese Verarbeitung ausgeführt wird, dauert der Erfassungsbetrieb für Objekte an.
Wie im Flußdiagramm von Fig. 14 dargestellt, werden dann die folgenden Gleichungen (11) und (12) unter Verwendung der Primärwerte Xm und Ym berechnet, und die sich ergebenden Werte R und Φ werden durch den Anzeiger 20 angezeigt.
Die Werte A, B und C sowie {2/(1+ )} in Gleichung (8)' wurden bei den Vorbereitungsabläufen bestimmt. Wenn die Primärwerte Xm und Ym für ein besonderes Objekt für X und Y in Gleichung (8)' eingesetzt werden und sie die Gleichung erfüllen, wird daraus geschlossen, daß die Daten innerhalb des zuverlässigen Bereichs liegen, wie er mit den Proben bestimmt wurde.
Wenn die Gleichung nicht erfüllt ist, wird die Alarmeinrichtung 19 aktiviert, um warnend darauf hinzuweisen, daß das Objekt der Untersuchung nicht standgehalten hat, und eine (nicht dargestellte) Sortiervorrichtung am Ende der Linie wird dazu angewiesen, das Objekt auszusondern.
Wenn ein Objekt Material wie Wasser oder Salz mit einem Materialeffekt enthält, der sich vom zuvor erfaßten Materialeffekt unterscheidet, kann die Berechnung zu keinem Erfülltsein der Erkennungsgleichung führen. Dies ruft die Erzeugung eines Signals hervor, das anzeigt, daß das Objekt fehlerhaft ist. Daher ist dieses Verfahren ebenfalls zur Verwendung bei der Qualitätskontrolle wirkungsvoll.
Da die Probentestdaten automatisch berechnet werden, um die Beurteilungsbedingungen zu bestimmen, ist die Bestimmung dieser Beurteilungsbedingungen beinahe vollständig automatisch. Die Bedienperson muß nur Dinge berücksichtigen wie die Auswahl eines Vertrauensraums von 2a oder 3a, um den Bereichskoeffizienten festzulegen. Es besteht kein Erfordernis für Einstellungen, die geschickte Erfahrung erfordern wie die Phaseneinstellungen für das Anregungssignal oder das Bezugssignal zur Signalerfassung, wie dies bei Detektoren im Stand der Technik erforderlich ist. Auch ist es möglich, eine merkliche Verbesserung gegenüber Detektoren aus dem Stand der Technik betreffend die Erfassungsgenauigkeit für Fremdstoffe zu erzielen, die in Untersuchungsobjekten mit Materialeffekt vorhanden sind.
Wie oben beschrieben, ist es möglich, da es möglich ist, jedes Erfassungssignal selbst dann deutlich zu identifizieren, wenn der Detektor dauernd Erfassungssignale erzeugt, z. B. wenn er als Detektor für Pulver oder andere Objekte verwendet wird, die kontinuierlich fließen, genau die Anzahl vorhandener Fremdstoffteilchen aufzufinden. Darüber hinaus ist es, wenn die Transportgeschwindigkeit und die Erfassungsgeschwindigkeit bekannt sind, auch möglich, genau den Fremdstoffort zu finden.
Aus diesem Grund wird eine Beschädigung von Verarbeitungsausrüstung, die aus dem Vorhandensein von Fremdstoffen in Rohmaterialien oder dergleichen herrühren könnte, verhindert. Darüber hinaus wird auch der Versand von Erzeugnissen mit Fremdstoffen verhindert.
Es ist auch möglich, Fälle zu erfassen, bei denen sich die Qualität des Produkts von einem vorgegebenen Wert unter scheidet. Da die Erfassungssignale nicht nur Daten dazu enthalten, ob Fremdstoffe vorhanden sind oder nicht, sondern da sie auch quantitative Daten enthalten, wird darüber hinaus die Erfassung von Fremdstoffen oder von Qualitätsunterschieden leicht erzielt.
Da der Aufbau einfach ist, kann der Detektor darüber hinaus mit geringeren Kosten als bisherige Detektoren erstellt werden, und seine Wartung und Einstellung lassen sich leicht ausführen.
Da verschiedene Änderungen bei den obigen Konstruktionen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, ist beabsichtigt, daß alles in der obigen Beschreibung oder den beigefügten Zeichnungen dargestelltes Wissen nur als veranschaulichend und nicht in beschränkendem Sinn ausgelegt wird.

Claims

1. Detektor zum Erfassen einer Eigenschaft eines Gegenstands mit:

- einer Einrichtung (1 - 9) , die ein Signal bereitstellt, das für einen elektromagnetischen Parameter des Gegenstands repräsentativ ist;

- einer Einrichtung (12A, 12B) zum Umwandeln des Signals in eine Reihe digitaler Werte;

- einer Einrichtung (14A, 14B) zum Gewichten der digitalen Werte;

- einer Einrichtung (15) zum Ermitteln eines repräsentativen Werts für den Gegenstand aus den gewichteten Digitalwerten; und

- einer Einrichtung (15) zum Vergleichen des repräsentativen Werts mit einem Bezugswert, um dadurch die Eigenschaft zu erfassen;

dadurch gekennzeichnet, daß:

- die Eigenschaft das Vorliegen eines Fremdstoffs ist; und

- die Gewichtungseinrichtung (14A, 14B)

die Digitalwerte dadurch gewichtet, daß sie sie in eine Folge gewichteter Digitalwerte mit einem einzigen Maximalwert der Amplitude umwandelt.

2. Detektor nach Anspruch 1, bei dem die das Parametersignal bereitstellende Einrichtung (1 - 9) folgendes aufweist:

- eine Einrichtung (1) zum Erzeugen eines Schwingungssignals;

- eine Einrichtung (3, 4, 5), die mit der Erzeugungseinrichtung (1) verbunden ist und eine Primärspule (3) und zwei Sekundärspulen (4, 5) aufweist, um ein elektromagnetisches Feld zum Erzeugen eines Differenzsignals zu erzeugen, wenn ein Gegenstand durch das elektromagnetische Feld hindurchläuft; und

- eine Einrichtung (6 - 9) zum Erfassen des Differenzsignals.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Gewichtungseinrichtung (14A, 14B) eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Multiplizieren jedes der Digitalwerte mit einer Reihe von Koeffizienten sowie eine Einrichtung zum Aufsummieren der mit der Reihe der koeffizientenmultiplizierten Digitalwerte nach jeder der aufeinanderfolgenden Multiplikationen aufweist, um eine Reihe gewichteter Digitalwerte zu erstellen.

4. Detektor nach Anspruch 3, bei dem die Reihe der Koeffizienten diskret in Form einer ungeraden Funktion in bezug auf einen Ursprung verteilt ist, bei dem es sich um den Term handelt, deren Rang im wesentlichen die Hälfte des höchsten Rangs ist.

5. Detektor nach Anspruch 4, bei dem die ungerade Funktion einen Signalverlauf aufweist, der im wesentlichen derselbe wie derjenige eines typischen Analogsignals ist, das beim Hindurchführen eines elektromagnetisch leitenden Gegenstands durch den Meßwertaufnehmer erfaßt wird.

6. Detektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gewichtungseinrichtung (14A, 14B) eine nichtrekursive Gewichtungseinrichtung aufweist.

7. Detektor nach Anspruch 6, bei dem die Gewichtungseinrichtung (14A, 14B) ferner eine rekursive Gewichtungseinrichtung aufweist.

8. Detektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Gegenstand bekannten Inhalt aufweist und der Detektor ferner eine Einrichtung (15) zum Ermitteln jedes Materialeffekts des Gegenstands aufweist.

9. Detektor nach Anspruch 8, ferner mit einer Einrichtung (15) zum Abspeichern des ermittelten Materialeffekts als Bezugswert.

10. Detektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, der so ausgebildet ist, daß er ein Störsignal erzeugt und er ferner eine Einrichtung (15) zum Ermitteln des erzeugten Störsignals aufweist.

11. Detektor nach Anspruch 10, ferner mit einer Einrichtung (15) zum Abspeichern des Störsignals als Bezugswert.

12. Detektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Ermittlungseinrichtung (15) eine Einrichtung (15) zum dauernden Überwachen einer vorgegebenen Anzahl der gewichteten Digitalwerte als Reihe und zum Ermitteln des Maximalwerts aus der Anzahl gewichteter Werte als Repräsentativwert für den untersuchten Gegenstand aufweist.

13. Detektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Vergleichseinrichtung (15) eine Einrichtung (15) zum Berechnen einer Erkennungsgleichung mit dem repräsentativen und dem Bezugswert aufweist.

14. Detektor nach Anspruch 2, bei dem die Erfassungseinrichtung (6 - 9) folgendes aufweist:

- einen Phasenschieber (8), der mit der Erzeugungseinrichtung (1) verbunden ist und so ausgebildet ist, daß er ein phasenverschobenes Schwingungssignal erzeugt;

- einen ersten Detektor (7A), der so ausgebildet ist, daß er ein erstes analoges Meßsignal entsprechend der Komponente des Differenzsignals erzeugt, die in Phase mit dem Schwingungssignal ist;

- einen zweiten Detektor (7B), der so ausgebildet ist, daß er ein zweites analoges Meßsignal entsprechend derjenigen Komponente des Differenzsignals erzeugt, die in Phase mit dem phasenverschobenen Schwingungssignal ist;

- wobei die Umwandlungseinrichtung (12A, 12B) so ausgebildet ist, daß sie das erste und das zweite analoge Meßsignal in eine erste bzw. eine zweite Reihe ditialer Werte umwandelt;

- wobei die Gewichtungseinrichtung (14A, 14B) so ausgebildet ist, daß sie die erste und die zweite Reihe digitaler Werte gewichtet; und

- wobei die Ermittlungseinrichtung (15) so ausgebildet ist, daß sie einen repräsentativen Wert für den Gegenstand aus der ersten und der zweiten Reihe der gewichteten Digitalwerte auswählt.

15. Detektor nach Anspruch 14, bei dem die Vergleichseinrichtung (15) so ausgebildet ist, daß sie jeden repräsentativen Wert mit einem jeweiligen Bezugswert mit Hilfe einer Erkennungsgleichung vergleicht, die mit jedem repräsentativen Wert zu berechnen ist;

- wobei die Gleichung mathematisch einen geschlossenen zweidimensionalen Raum festlegt, der ein Paar zweidimensionaler Bezugswerte und Paare zweidimensionaler Werte in der Nähe der Bezugswerte festlegt, und zwar als Bereich, in dem dieselben Arten von Gegenständen ohne Fremdstoffe verteilt sind.

16. Detektor nach Anspruch 15, bei dem der Bereich elliptisch ist.

17. Detektor nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, bei dem die Gleichung eine algebraische Gleichung mit einem Term zweiter Ordnung für jeden repräsentativen Wert aufweist.

18. Detektor nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Gleichung die folgende ist:

wobei A, B, C, uX, uY, und d geeignet ausgewählte Konstanten sind.

19. Detektor nach Anspruch 18, ferner mit einer Einrichtung (15) zum Bestimmen von A, B, C, uX, uY und als statistische Werte, die aus Probentestdaten für Gegenstände ohne Fremdstoffe berechnet wurden.

20. Detektor nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Gleichung die folgende ist:

wobei:

uX der Mittelwert von X ist;

uY der Mittelwert von Y ist;

x die Standardabweichung für X ist;

y die Standardabweichung für Y ist;

xy die Kovarianz für X und Y ist;

ein Korrelationskoeffizient ist, der als xy/( x y) ausgedrückt ist;

d geeignet gewählt ist.

21. Detektor nach Anspruch 20, ferner mit einer Einrichtung (15) zum Ermitteln von uX, uY, x, y und durch eine Berechnung aus Probentestdaten von Gegenständen ohne Fremdstoff.