JP2004205319A - 金属判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製被測定物に対し、非接触状態下で、その種類の正確な判別を可能とする。
【解決手段】発振部３は、近接した金属製被測定物に対して周波数の異なる高周波信号を切り換え発射する。レベル検出部７は、高周波信号発射による発振部５の動作レベル変化を検出する。データ記録部１１は、事前に、テスト用被測定物に対して複数の高周波信号を切り換え発射してそのレベル検出部７から得られた個々の事前検出レベルを、被測定物の種類とその高周波信号毎に対応させて格納する。判別部９は、実測時に、被測定物に対して高周波信号を切り換え発射してレベル検出部から得られた実測検出レベルを、高周波信号毎にデータ記録部内の事前検出レベルとを比較し、その実測検出レベルが最も近い事前検出レベルに対応する種類を示す判別信号を出力する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属判別装置に係り、特に金属物の具体的種類の判別又は区別が可能な金属判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非接触状態で金属物を判別する金属判別装置としては、図示はしないが、例えば、高周波信号を発生する発振部からその高周波信号を金属製の被測定物に向けて発射すると、被測定物の種類に応じてその高周波信号レベルが変化する点に着目し、その高周波信号レベルを検出して基準レベルと比較し、被測定物の有無を判別する構成が提案されている。
【０００３】
この種の特許文献１をあげれば、実用新案登録第３００１７０１号公報がある。
【０００４】
この特許文献１は、渦電流式センサーの下方に所定の隙間をおいて搬送コンベアを設置し、この搬送コンベアに載置した被判別金属片が渦電流式センサーの下を通過する際、渦電流式センサーから被判別金属片の種類によって異なる電気信号を出力させ、これをセンサーカウンタで標準値と比較判断することによって金属、特に純金の真偽を判別しようとしたものと考えられる。
【０００５】
【特許文献１】
実用新案登録第３００１７０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の金属判別装置では、金属製の被測定物に向けて発射した際の発振部における高周波信号レベルを検出し、これと基準レベルとを比較して被測定物の有無を判別するが、一般に、被測定物の有無や種類によって変化する高周波信号レベルが小さいから、実際には、被測定物の有無を判別し難く、誤判別も生じ易い。
【０００７】
ましてや、被測定物の種類によって検出レベルが少しずつ種々に変化し、事実上、被測定物の種類の判別は困難であった。特許文献１についても同様である。
【０００８】
そこで、本発明者は種々の金属製被測定物とこれに発射する高周波信号について実験を繰り返した結果、種々の金属製被測定物とこれに発射する高周波信号の周波数の間に着目すべき関係のある点を見いだし、本発明を完成させた。
【０００９】
本発明はそのような課題を解決するためになされたもので、非接触状態下で、金属製被測定物の種類の正確な判別が可能な金蔵判別装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明は、近接した検出位置に置かれた金属製被測定物に対して周波数の異なる複数の高周波信号を切り換え発射する発振部と、その高周波信号の発射に伴う発振部の動作レベル変化を検出するレベル検出部と、事前にその検出位置に置かれた金属製のテスト用被測定物に対してそれらの高周波信号を切り換え発射してそのレベル検出部から得られた個々の事前検出レベルを、そのテスト用被測定物の種類および高周波信号毎に対応させて格納されるデータ記録部と、実測時にその検出位置に置かれた被測定物に対してそれらの高周波信号を切り換え発射してレベル検出部から得られた実測検出レベルを、その高周波信号毎にデータ記録部内の事前検出レベルとを比較し、その実測検出レベルが最も近い事前検出レベルに対応するテスト用被測定物の種類を示す判別信号を出力する判別部とを具備している。
【００１１】
そして、本発明において、上記判別部には、その高周波信号の切り換え毎に、レベルの最も近い同じテスト用被測定物の数が過半数以上あるとき、当該テスト用被測定物の種類を示すその判別信号を出力する機能を設けることが可能である。
【００１２】
また、本発明において、上記判別部には、その高周波信号の切り換え毎に、そのテスト用被測定物の事前検出レベルとのレベル差を算出し、同じテスト用被測定物毎のレベル差を累積して最も小さい累積値に対応する当該テスト用被測定物の種類を示すその判別信号を出力する機能を設けることも可能である。
【００１３】
さらに、本発明において、上記発振部には、その高周波信号の切り換え毎に、レベルの等しい高周波信号を発射する機能を設けることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る金属判別装置の実施の形態を示すブロック図である。
図１において、電源部１は、発振部３の駆動部５、レベル検出部７、判別部９およびデータ記録部１１に所定の直流電源を供給する公知のものである。
【００１６】
駆動部５は、これに接続されたコイルＬとコンデンサＣ、Ｃ１、Ｃ２からなるＬＣ共振回路Ｔを駆動して後述する複数の高周波信号を発振し、それら高周波信号を外部へ発射するものであり、コイルＬ、コンデンサＣ、Ｃ１、Ｃ２、後述するスイッチＳＷ１、ＳＷ２とともに発振部３を形成し、レベル検出部７に接続されている。
【００１７】
コイルＬにはタップｔが設けられており、共振回路Ｔは、それらコイルＬと、このタップｔとコイルＬの他端との間に接続されたコンデンサＣやＣ１と、コイルＬの一端と他端との間に接続されたコンデンサＣ２とから形成されており、コイルＬのタップｔおよび他端が駆動部５に接続されている。
【００１８】
共振回路Ｔは、コンデンサＣ１、Ｃ２とコイルＬの他端間に直列に接続されたスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフによって発振周波数が切り換えられるようになっている。
【００１９】
すなわち、スイッチＳＷ１、ＳＷ２が共にオフ（開放）の状態では、最も高い周波数の高周波信号ｆ１が、例えばスイッチＳＷ１がオン（閉）の状態では２番目に高い周波数の高周波信号ｆ２が、スイッチＳＷ２のオン（閉）の状態では３番目に高い周波数の高周波信号ｆ３が、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がともにオン（閉）の状態では最も低い周波数の高周波信号ｆ４が発振されるようになっている。
【００２０】
駆動部５は、判別部９からの後述する制御信号Ｓ１、Ｓ２により、スイッチＳＷ１、ＳＷ２が切り換えられても、一定の強さの高周波信号ｆ１〜ｆ４を発振するようにして共振回路Ｔを駆動制御している。
【００２１】
なお、一定の強さの高周波信号ｆ１〜ｆ４を発振しても、後述するように、被測定物２５との関係では動作レベルが変化する。
【００２２】
発振部３は、具体的には例えば図２に示すように、薄い底蓋１３を有するステンレス製のカップ状ケース１５と、このケース１５内側にて底蓋１３に載置された磁性体製のつぼ型コア１７と、絶縁ボビン１９に巻かれそのコア１７にはめ込まれたコイルＬとを有して形成されている。
【００２３】
発振部３は、底蓋１３を下に向けた状態で、載置台２３に載置した被測定物２５にケース１５を向け、上述した高周波信号ｆ１〜ｆ４を発射するようになっている。
【００２４】
図２中の符号２１は、例えば上述した駆動部５その他を形成する回路基板であり、図２中のケース１５、コア１７、絶縁ボビン１９は図１では図示されていない。
【００２５】
図１において、レべル検出部７は、駆動部５が上述した高周波信号ｆ１〜ｆ４を切り換え発射することにより、その発射信号レベルの発射に応じた駆動部５の動作レベルを検出し、アナログ検出値として判別部９に出力するものである。
【００２６】
判別部９は、スイッチＳＷ３を介して停止モードａ、事前検出モードｂ、実測モードｃの動作設定機能、スイッチＳＷ４を介して被測定物２５の種類１、２、３、４を設定する機能、事前検出モードｂおよび実測モードｃ時に、オンオフ制御信号Ｓ１、Ｓ２を駆動部５およびスイッチＳＷ１、ＳＷ２に出力する機能、事前検出モードｂ時に、金属製のテスト用被測定物２５の種類に対応してレベル検出部７から得られた検出レベルをＡＤ変換して参照テーブルの形式で作成する機能の他、実測モードｃ時に、レベル検出部７からの検出レベルに基づき参照テーブルを参照し、該当する被測定物２５の種類を示す判別信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐｎを出力する機能を有している。
【００２７】
すなわち、判別部９は、スイッチＳＷ３によって停止モードａが選択されている状態下で、スイッチＳＷ４の選択端子１〜４に応じた被測定物２５の種類１〜４を設定する機能を有する。
【００２８】
被測定物２５の種類１〜４は、対応する単なる符号１〜４や、対応する「鉄・スチール（Ｆｅ）」、「アルミニウム（Ａｌ）」、「ステンレス（ＳＵＳ）」「真鍮（ＣｕＺｎ）」といった具体的名称である（図３参照）。
【００２９】
判別部９は、スイッチＳＷ３によって停止モードａから事前検出モードｂが選択されると、制御信号Ｓ１、Ｓ２の出力なしの状態、制御信号Ｓ１の出力状態、制御信号Ｓ２の出力状態、制御信号Ｓ１、Ｓ２の出力状態を所定の期間（例えば数秒間）毎に繰り返し、テスト用被測定物２５の種類について高周波信号ｆ１〜ｆ４の切り換えに対応してレベル検出部７から入力された事前検出レベルのデジタル電圧値Ｖを、それら高周波信号ｆ１〜ｆ４および被測定物２５の種類に対応する組合せで参照テーブルを作成する機能を有し、この参照テーブルをデータ記録部１１へ出力して格納させる機能を有している。被測定物２５の検出状態は図２に示すように行われる。
【００３０】
参照テーブルは、図３に示すように、被測定物２５の種類「鉄（Ｆｅ）」、「アルミニウム（Ａｌ）」、「ステンレス（ＳＵＳ）」「真鍮（ＣｕＺｎ）」について、発射する高周波信号ｆ１〜ｆ４毎の検出レベル（電圧値Ｖ）との組合せである。
【００３１】
判別部９は、スイッチＳＷ３によって実測モードｃが選択されると、データ記録部１１から上述した図３の参照テーブルを読み込むとともに、制御信号Ｓ１、Ｓ２の出力なしの状態、制御信号Ｓ１の出力状態、制御信号Ｓ２の出力状態、制御信号Ｓ１、Ｓ２の出力状態を、所定の期間毎に、高周波信号ｆ１〜ｆ４の切り換えに対応してレベル検出部７から実測検出レベルをデジタル電圧値にして入力し、その検出レベルを高周波信号ｆ１〜ｆ４に対応して参照テーブル中の事前検出レベルと比較し、実測検出レベルが最も近い事前検出レベルに対応するテスト用被測定物の種類を判別し、それを示す判別信号を出力する機能を有している。
【００３２】
判別部９により具体的な判別手法は、高周波信号の切り換え毎に、実測検出レベルの最も近い同じテスト用被測定物２５の数をカウントし、過半数以上をカウントした当該被測定物２５の種類を示す判別信号を出力する手法がある。
【００３３】
他方、高周波信号切り換え毎に、参照テーブルを参照してテスト用被測定物の事前検出レベルと実測検出レベルとのレベル差を算出し、同じテスト用被測定物毎のレベル差（値）を累積して最も小さい累積値に対応する被測定物２５の種類を示す判別信号を出力する構成も可能である。
【００３４】
判別部９は、図示はしないが、例えば比較演算機能を有するＣＰＵ、このＣＰＵの動作プログラムを格納したＲＯＭ、比較演算中のデータを一時的に格納したＲＡＭ、データの入出力インターフェースであるＩ／Ｏからなるマイクロコンピュータで構成されている。
【００３５】
データ記録部１１は、図３のような参照テーブルを記録格納する半導体記憶装置や磁気記憶装置であり、判別部９の管理下で動作するものである。
【００３６】
次に、上述した本発明の金属判別装置の動作を説明する。
【００３７】
まず、判別部９において、スイッチＳＷ３で停止モードａを選択した状態下で、スイッチＳＷ４の選択端子１を選択して被測定物２５に関して例えば「鉄（Ｆｅ）」を選定する。
【００３８】
ここで、図２に示すように、スチール（鉄）缶など種類が判明している被測定物２５を発振部３の下方に数ｍｍの固定した間隔で置いて、判別部９のスイッチＳＷ３で事前モードｂを選択する。
【００３９】
すると、判別部９から制御信号Ｓ１、Ｓ２の出力なしの状態、制御信号Ｓ１の出力状態、制御信号Ｓ２の出力状態および制御信号Ｓ１、Ｓ２の出力状態が、所定の期間毎に繰り返され、判別部９が、スチール（鉄）缶２５に対する高周波信号ｆ１〜ｆ４の切り換えに対応してレベル検出部７から入力された事前検出レベルのデジタル電圧値Ｖを、それら高周波信号ｆ１〜ｆ４および被測定物２５に対応した組合せで参照テーブル（図３）を作成する。
【００４０】
その後、スイッチＳＷ４の選択端子２を選択して「アルミニウム（Ａｌ）」を選定し、アルミ缶２５を発振部３の下方に置き、同様にして、判別部９が、アルミ缶２５に対して高周波信号ｆ１〜ｆ４の切り換えに対応して得られた事前検出レベルのデジタル電圧値Ｖを、それら高周波信号ｆ１〜ｆ４および被測定物２５に対応した組合せで参照テーブル（図３）に追加する。
【００４１】
以降、これを繰り返し、判別部９が図３に示した参照テーブルを作成し、データ記録部１１へ格納する。
【００４２】
その後、判別部９のスイッチＳＷ３を実測モードｃに選択すると、データ記録部１１から上述した図３の参照テーブルが読み込まれる一方、制御信号Ｓ１、Ｓ２の上述した出力状態が繰り返され、高周波信号ｆ１〜ｆ４の切り換えに対応して得られた実測検出レベルが判別部９に入力され、判別部９が参照テーブル中の事前検出レベルと実測検出レベルとを比較する。
【００４３】
このとき、判別部９では、高周波信号ｆ１〜ｆ４毎に実測検出レベルが最も近く同じテスト用被測定物２５の数をカウントする一方、テスト用被測定物２５の事前検出レベルとのレベル差を絶対値で算出し、同じテスト用被測定物毎のレベル差（絶対値）を累積して最も小さい累積値に対応する被測定物２５の種類を判別する。
【００４４】
そして、判別部９は、過半数以上をカウントした当該テスト用被測定物の種類を示す判別信号を出力する一方、カウント値が同数であった場合には、最も小さい累積値に対応するテスト用被測定物の種類を示す判別信号を出力する。
【００４５】
例えば、予め、ａ「Ｆｅ」、ｂ「Ａｌ」のみが設定された図３において、高周波信号ｆ１〜ｆ４毎の実測検出レベルが、その順で「５．００Ｖ」、「４．９０Ｖ」、「４．８５Ｖ」、「４．８０Ｖ」であった場合、高周波信号ｆ１〜ｆ４毎の事前検出レベルとのレベル差が近い方の金属種類は、「Ｆｅ」、「Ｆｅ」、「Ａｌ」、「Ｆｅ」となり、過半数以上をカウントした「Ｆｅ」を示す判別信号を判別部９が出力する。
【００４６】
他方、高周波信号ｆ１〜ｆ４毎の実測検出レベルが、その順で「５．００Ｖ」、「４．９２Ｖ」、「４．８５Ｖ」、「４．８０Ｖ」であった場合、高周波信号ｆ１〜ｆ４毎の事前検出レベルとのレベル差が近い方の金属種類は、「Ｆｅ」、「Ａｌ」、「Ａｌ」、「Ｆｅ」となってカウント値が同数となり、この場合には、高周波信号ｆ１〜ｆ４毎の事前検出レベルとのレベル差を絶対値で加算すると、「Ｆｅ」については「１．１」、「Ａｌ」については「１．０６」となり、最も小さい累積値に対応する「Ａｌ」を示す判別信号を出力する。
【００４７】
この例は説明を分かり易くするためのものであり、レベル差が近い金属種類の過半数のカウントやレベル差の絶対値の最小累積値により、該当する金属種類を正確に判別可能である。
【００４８】
そのため、本発明に係る金属判別装置は、被測定物２５の種類によって変化する動作レベルが小さくても、高周波信号ｆ１〜ｆ４を切り換えて被測定物２５に向けて発射し、高周波信号ｆ１〜ｆ４毎の発振部３の複数の動作レベル変化から被測定物２５の種類を特定するから、被測定物２５の種類によって検出レベルが種々に変化しても、その特定が可能となる。
【００４９】
図４〜図７は、上述した本発明において、高周波信号ｆ１〜ｆ４の発振周波数を２２．２ＫＨｚ、１４．６ＫＨｚ、９．１ＫＨｚおよび５ＫＨｚで切り換え、図２に示す発振部３の下方に、「鉄（Ｆｅ）」、「アルミニウム（Ａｌ）」、「ステンレス（ＳＵＳ）」「真鍮（ＣｕＺｎ）」の被測定物２５を配置するとともに、各々の被測定物２５について、ケース１５の底蓋１３と被測定物２５との間隔（距離）を変化させた場合につき、レベル検出部７から得られた検出レベル電圧値Ｖを表にした実験例であり、図８〜図１１はそれら実験例による検出レベル電圧値Ｖをグラフ化したものである。
【００５０】
なお、高周波信号ｆ１〜ｆ４の発振周波数は、回路などの浮遊容量などの関係から、単純にコンデンサＣ、Ｃ１、Ｃ２を切り換えた場合の計算値とはなっていない。
【００５１】
これら図４〜図１１の表やグラフによれば、高周波信号ｆ１〜ｆ４の発振周波数に対して、被測定物２５の種類Ｆｅ、ＳＶＳ、Ａｌ、ＣｕＺｎの間で異なる検出レベル差が生じるので、複数のレベル差の組合せによって金属製の被測定物２５の種類を特定できることが分かる。
【００５２】
特に、発振部３の先端と被測定物２５との間の間隔を１〜３ｍｍといった数ｍｍの範囲では、その差異が顕著であるから、発振部３と被測定物２５間を数ｍｍに設定すれば、確実な特定検出の可能であることが分かる。
【００５３】
上述した構成では、データ記録部１１を判別部９と別個に形成したが、データ記録部１１を判別部９内に内蔵する構成も可能である。
【００５４】
上述した本発明の構成では、異なる４個の種類の金属製の被測定物２５を判別する例を説明したが、本発明はこれに限定されず、２個以上の金属製被測定物２５の判別が可能である。
【００５５】
特に、２個以上の金属製の被測定物２５の判別では、ほぼ確実に判別可能であるし、この場合、飲料用のアルミ缶とスチール（鉄）缶の判別が容易となるから、資源回収の過程でそれらアルミ缶とスチール缶の分別が簡単となり、リサイクリに寄与できる。
【００５６】
さらにまた、本発明の金属判別装置は、製造ラインにおいて、供給部品を入れたパレットなどに対して内容物に応じた金属片を付着させ、その金属片の種類を判別することで、パレットの内容物を自動的に判別できるから、製造の自動化に寄与できる。
【００５７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明に係る金属判別装置は、近接した検出位置に置かれた被測定物に対して周波数の異なる複数の高周波信号を発振部から切り換え発射し、それら高周波信号の発射に伴う発振部の動作レベル変化をレベル検出部で検出し、事前にその検出位置に置かれたテスト用被測定物に対してそれら複数の高周波信号を切り換え発射してそのレベル検出部から得られた個々の事前検出レベルを、そのテスト用被測定物の種類および高周波信号毎に対応させてデータ記録部に格納させるとともに、実測時に置かれた被測定物に対してそれら高周波信号を切り換え発射してレベル検出部から得られた実測検出レベルを、判別部にｈて、その高周波信号毎にデータ記録部内の事前検出レベルとを比較し、その実測検出レベルが最も近い事前検出レベルに対応するテスト用被測定物の種類を示す判別信号を出力する構成としたので、非接触状態下で、金属製被測定物の種類の正確な判別が可能となる。
そして、上記判別部に、その高周波信号の切り換え毎に、その実測検出レベルの最も近い同じテスト用被測定物の数が過半数以上あるとき、当該テスト用被測定物の種類を示す判別信号を出力する機能を設ける構成では、被測定物の種類の比較や判別演算が簡単となり、判別が早くなる。
また、上記判別部に、その高周波信号の切り換え毎に、そのテスト用被測定物の事前検出レベルとのレベル差を算出し、同じテスト用被測定物毎のレベル差を累積して最も小さい累積値に対応するテスト用被測定物の種類を示す判別信号を出力する機能を設ける構成では、たとえテスト用被測定物の事前検出レベルとのレベル差が異なったり小さくなっても、被測定物の種類のより正確な判別が可能となる。
さらに、その高周波信号の切り換え時にレベルの等しい高周波信号を発射する機能を上記発振部に設ける構成では、より安定した検出動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属判別装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１中の発振部の具体的構成を示す断面図である。
【図３】本発明における参照テーブルの例を示す図である。
【図４】本発明の金属判別装置に係る実験例を示す図である。
【図５】本発明の金属判別装置に係る実験例を示す図である。
【図６】本発明の金属判別装置に係る実験例を示す図である。
【図７】本発明の金属判別装置に係る実験例を示す図である。
【図８】本発明の金属判別装置に係る実験例を示すグラフである。
【図９】本発明の金属判別装置に係る実験例を示すグラフである。
【図１０】本発明の金属判別装置に係る実験例を示すグラフである。
【図１１】本発明の金属判別装置に係る実験例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 電源部
３ 発振部
５ 駆動部
７ レベル検出部
９ 判別部
１１ データ記録部
１３ 底蓋
１５ ケース
１７ コア
１９ 絶縁ボビン
２１ 回路基板
２３ 載置台
２５ 被測定物
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｌ コイル
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４ スイッチ
Ｔ 共振回路
ｔ タップ

Claims (4)

1. 近接した検出位置に置かれた金属製の被測定物に対して周波数の異なる複数の高周波信号を切り換え発射する発振部と、
   前記高周波信号の発射に伴う前記発振部の動作レベル変化を検出するレベル検出部と、
   事前に前記検出位置に置かれた金属製のテスト用被測定物に対して複数の前記高周波信号を切り換え発射して前記レベル検出部から得られた個々の事前検出レベルを、前記テスト用被測定物の種類および前記高周波信号毎に対応させて格納されるデータ記録部と、
   実測時に前記検出位置に置かれた被測定物に対して複数の前記高周波信号を切り換え発射して前記レベル検出部から得られた実測検出レベルを、前記高周波信号毎に前記データ記録部内の前記事前検出レベルとを比較し、前記実測検出レベルが最も近い前記事前検出レベルに対応する前記テスト用被測定物の種類を示す判別信号を出力する判別部と、
   を具備することを特徴とする金属判別装置。
2. 前記判別部は、前記高周波信号の切り換え毎に、前記実測検出レベルの最も近い同じ前記テスト用被測定物の数が過半数以上あるとき、当該テスト用被測定物の種類を示す前記判別信号を出力するものである請求項１記載の金属判別装置。
3. 前記判別部は、前記高周波信号の切り換え毎に、前記テスト用被測定物の事前検出レベルとのレベル差を算出し、同じ前記テスト用被測定物毎のレベル差を累積して最も小さい累積値に対応する前記テスト用被測定物の種類を示す前記判別信号を出力するものである請求項１記載の金属判別装置。
4. 前記発振部は、前記高周波信号の切り換え毎に、レベルの等しい前記高周波信号を発射するものである請求項１、２又は３項記載の金属判別装置。

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