JP2011237287A

JP2011237287A - 金属検出装置

Info

Publication number: JP2011237287A
Application number: JP2010109126A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Kuchii; 武文口井; Tsutomu Nakai; 努中井; Hideaki Tamaoki; 秀昭玉置; Kazuki Doi; 一起土井
Original assignee: EMINET CO Ltd
Current assignee: EMINET CO Ltd
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】金属製のテストピースを通過経路に実際に通過させることなく金属検出機能の異常をより確実に検出する。
【解決手段】金属検出装置は、樹脂ペレットを通過させる通過経路Ｒの周りに通過方向に対してほぼ直交する平面状に配置され、発振電流を流した状態で通過経路Ｒを導電体が通過した場合にインピーダンス変化が生じるスパイラルコイル１２５と、両端が電気的に接続された第１の状態と、両端が電気的に接続されていない第２の状態とに切替可能に設けられたテストコイル１２１とを備え、スパイラルコイル１２５に生じるインピーダンス変化に基づいて、金属異物の混入の有無を判定する。テストコイル１２１は、第１の状態において、通過経路Ｒを導電体が通過した場合と同等のインピーダンス変化をスパイラルコイル１２５に生じさせるように設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂に混入した金属異物を検出する金属検出装置に関するものである。

特許文献１には、米穀等の被検査体中に混入した金属片等の異物を検出するための金属検出装置が開示されている。この金属検出装置は、中心部を被検査体の通過経路とする平面状のスパイラルコイルを備え、上記通過経路を導電体が通過した場合に渦電流損によるスパイラルコイルのインピーダンス変化を検出する。

特許文献２には、被検査体を通過させる通過経路に磁界を発生させる送信コイルと、前記送信コイルにより発生された磁界を受けるように差動接続された受信コイルと、当該受信コイルの出力信号を検波する検波器とを備え、検波器の検波結果に基づいて、金属異物の混入の有無を判定する金属検出装置が開示されている。この金属検出装置では、受信コイルの出力信号を検波する検波器に対し、金属製のテストピースが前記通過経路を通過したときと同一の信号レベルを有する校正信号が印加されるようになっている。この校正信号の印加時に金属異物有りと判定されるか否かを確認することにより、実際に金属製のテストピースを通過経路に通過させることなく、検波器及び検波器よりも出力側の回路の異常の有無を確認することができる。

特開平８−１６０００４号公報特開２００１−９１６６３号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたような渦電流損を利用して金属を検出する金属検出装置においても、金属製のテストピースを通過経路に通過させることなく金属検出機能の異常の有無を判定したいという要望がある。

また、上記特許文献２では、検波器に印加された校正信号の影響は検波器及び検波器よりも出力側の回路のみに及ぶので、検波器及び検波器よりも出力側の回路の異常の有無は確認できるが、送信コイル及び受信コイルの異常の有無は確認できない。したがって、金属検出機能の異常を確実に検出することができない。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、その目的とするところは、渦電流損を利用する金属検出装置において、金属製のテストピースを通過経路に通過させることなく金属検出機能の異常をより確実に検出することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、樹脂中の金属異物を検出する金属検出装置であって、前記樹脂を通過させる通過経路の周りに通過方向に対してほぼ直交する平面状に配置され、発振電流を流した状態で前記通過経路を導電体が通過した場合にインピーダンス変化が生じるスパイラルコイルと、両端が電気的に接続された第１の状態と、両端が電気的に接続されていない第２の状態とに切替可能に設けられたテストコイルと、前記スパイラルコイルに生じるインピーダンス変化に基づいて、金属異物の混入の有無を判定する判定部とを備え、前記テストコイルは、前記第１の状態において、前記通過経路を導電体が通過した場合と同等のインピーダンス変化を前記スパイラルコイルに生じさせるように設けられていることを特徴とする。

これにより、テストコイルを第１の状態にしたとき、すなわちテストコイルの両端を電気的に接続したときに、異物混入有りと判定されるか否かを確認することにより、金属製のテストピースを通過経路に通過させることなく、スパイラルコイル及び判定部の異常の有無を確認できる。このように、判定部の異常だけでなく、スパイラルコイルの異常を検出できるので、金属検出機能の異常を確実に検出できる。

本発明により、金属製のテストピースを通過経路に通過させることなく、スパイラルコイル及び判定部の異常の有無を確認できる。このように、判定部の異常だけでなく、スパイラルコイルの異常を検出できるので、金属検出機能の異常を確実に検出できる。また、金属製のテストピースを通過させる必要がないので、製造中の樹脂に誤ってテストに使用した金属異物を混入させる恐れがない。

本発明の実施形態に係る金属検出装置の正面図である。本発明の実施形態に係る通過経路周辺部の断面図である。本発明の実施形態に係るスパイラルコイルの平面図である。本発明の実施形態に係る金属検出システムを示すブロック図である。本発明の実施形態に係る駆動部を実現する回路の例を示す回路図である。本発明の実施形態に係る検出部を実現する回路の例を示す回路図である。本発明の実施形態に係る渦電流方式金属検出部を実現する回路の例を示す回路図である。本発明の実施形態に係るＣＰＵにより取得されるデータを示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る金属検出装置１００の外観を示す。該金属検出装置１００は、筐体１０４を備え、該筐体１０４の上方には、上部が開口したホッパー１０６が被検査体としての樹脂ペレットを投入するために設けられている。

上記筐体１０４の内部には、図２に示す検出装置本体部１０２と図示しない回路基板とが収容されている。

上記検出装置本体部１０２は、セラミック（非磁性体）製の円筒部材１０１を備え、該円筒部材１０１の内部空間が、ホッパー１０６に投入された被検査体を自然落下により通過させる通過経路Ｒとなる。該円筒部材１０１の外側面には、上下方向中程より若干上方寄りに、全周に亘って一定の幅で凹部１０３が形成されている。該凹部１０３内には、上下方向全体に亘って駆動コイル１０５が巻き付けられている。

また、上記円筒部材１０１の外側には、凹部１０３及び該凹部１０３の上下近傍を囲むように環状部材１０７が固定されている。この環状部材１０７の内側面の上下方向中程には、上記凹部１０３に嵌合する凸部１０９が全周に亘って形成されている。上記凸部１０９の突出長さＬ１は、上記凹部１０３の深さＬ２よりも上記駆動コイル１０５の厚さ程度短くなっている。

また、上記環状部材１０７の上面には、プリント基板１１１が板面を当該上面に沿わせた状態で一体に締結されている。プリント基板１１１には、第１のスパイラルコイル１１３が通過経路Ｒ（通過方向）に対してほぼ直交する平面状に銅箔により形成されている。

同様に、上記環状部材１０７の下面には、プリント基板１１５が板面を当該下面に沿わせた状態で一体に締結されている。プリント基板１１５には、第２のスパイラルコイル１１７が通過経路Ｒ（通過方向）に対してほぼ直交する平面状に銅箔により形成されている。

第１及び第２のスパイラルコイル１１３，１１７は、それぞれ、図３に示すように、それぞれ外周側端部近傍の５箇所に信号取り出し口１１９を有している。第１及び第２のスパイラルコイル１１３，１１７の内周側端部同士は互いに接続されている。

また、上記円筒部材１０１の外側面における上記環状部材１０７の下方には、該環状部材１０７と離間してテストコイル１２１が１周巻き付けられている。

また、上記円筒部材１０１の上記テストコイル１２１の下方には、テストコイル１２１と離間してプリント基板１２３が板面を上下方向に向けて円筒部材１０１周りに配設されている。プリント基板１２３には、第３のスパイラルコイル１２５が通過経路Ｒ（通過方向）に対してほぼ直交する平面状に銅箔により形成されている。つまり、第３のスパイラルコイル１２５は、渦巻きの中心部を上記円筒部材１０１（通過経路Ｒ）が該第３のスパイラルコイル１２５によって構成される平面を横切って通過するように固定配置されている。

さらに、上記円筒部材１０１の下方には、下方に向かって直径が徐々に短くなる断面環状の筒状部材１２７が、上側開口を上記円筒部材１０１の下側開口に対向させた状態で配設されている。当該筒状部材１２７の上側開口近傍の側壁には、回転可能な１本の軸部材１２９が当該側壁に対して略垂直に固定されており、この軸部材１２９の回転により上記筒状部材１２７が下側開口を真下に向けた第１の状態から、下側開口を斜め下に向けた第２の状態（図２において仮想線で示す）へ回動するようになっている。

上記筐体１０４の下方には、第１の状態の筒状部材１２７の下側開口に対応する位置に第１の開口部（図示せず）が形成されているとともに、第２の状態の筒状部材１２７の下側開口に対応する位置に第２の開口部（図示せず）が形成されている。そして、第１の開口部周縁には、第１の排出管部１３３が筐体１０４の外側に向けて突設され、第２の開口部周縁には、第２の排出管部１３５が筐体１０４の外側に向けて突設されている。第１の排出管部１３３の内部空間が、異物を含まない樹脂ペレットを排出するための第１の排出経路となり、第２の排出管部１３５の内部空間が、異物を含む樹脂ペレットを排出するための第２の排出経路となる。

上記駆動コイル１０５と、第１〜第３のスパイラルコイル１１３，１１７，１２５と、テストコイル１２１と、上記図示しない回路基板とで、図４に示す金属検出システム４００が構成される。

金属検出システム４００は、差動方式金属検出部４０１と渦電流方式金属検出部４０２とテスト回路４０３と温度センサー４２０とＣＰＵ４０４とを有する。

差動方式金属検出部４０１は、駆動部４０５と検出部４０６とを備え、上記駆動部４０５は、コルピッツ発振回路４０７と、誤差増幅回路４０８と、電流源回路４０９とを備えている。

上記コルピッツ発振回路（三素子発振回路）４０７は、三素子のうちの一つであるコイルとして上記駆動コイル１０５を含む。

上記誤差増幅回路４０８は、コルピッツ発振回路４０７により生成された発振信号と基準電圧との差を増幅する。

上記電流源回路４０９は、コルピッツ発振回路４０７に入力される電流の値を調節する。

駆動部４０５は、例えば図５に示すような回路により実現できる。

上記検出部４０６は、上記第１及び第２のスパイラルコイル１１３，１１７と、第１増幅回路４１０と、検波回路４１１と、第２増幅回路４１２とを備えている。

第１増幅回路４１０は、第１のスパイラルコイル１１３のいずれか１つの信号取り出し口１１９と、第２のスパイラルコイル１１７のいずれか１つの信号取り出し口１１９とに接続され、第１及び第２のスパイラルコイル１１３，１１７に生じた誘起電圧の差を示す信号を増幅し、増幅信号を出力する。この第１増幅回路４１０の増幅率は可変である。

検波回路４１１は、第１増幅回路４１０により出力された増幅信号に対して検波を行い、復調信号を出力する。

第２増幅回路４１２は、検波回路４１１により出力された復調信号を増幅して出力する。この第２増幅回路４１２の出力は、第１及び第２のスパイラルコイル１１３，１１７に生じた電圧の差に基づく信号となる。

検出部４０６は、例えば図６に示すような回路により実現できる。

図６において、第１増幅回路４１０は、アナログ掛け算器４１０ａ、及び演算増幅器４１０ｂにより構成されている。

渦電流方式金属検出部４０２は、コルピッツ発振回路４１３、検波回路４１４、増幅回路４１５、微分回路４１６、及び電流源回路４１７を備えている。

コルピッツ発振回路４１３は、三素子のうちの一つのコイルとして上記第３のスパイラルコイル１２５を含む。第３のスパイラルコイル１２５には、発振電流が流れる。

検波回路４１４は、第３のスパイラルコイル１２５に流れる高周波電流により発生した電圧信号に対して検波を行い、復調信号を出力する。この復調信号は、第３のスパイラルコイル１２５を通過する金属により変動する。

増幅回路４１５は、検波回路４１４により出力された復調信号を増幅し、信号成分に含まれる高周波成分の除去と直流成分を取り除いた金属異物の検出信号を微分回路４１６に出力する。また、検波回路４１４のＤＣ電圧信号をＣＰＵ４０４に出力する。

微分回路４１６は、増幅回路４１５により出力された増幅信号に対して微分を行い、金属異物による信号電圧の変動分のみを検出信号として出力する。この検出信号は、第３のスパイラルコイル１２５のインピーダンスの変化率に応じた値となる。

電流源回路４１７は、前記コルピッツ発振回路４１３を流れる電流を生成する。

渦電流方式金属検出部４０２は、例えば図７に示すような回路により実現できる。

ＣＰＵ４０４は、検出部４０６の第２増幅回路４１２により出力された復調信号のレベルとＤＣ電圧信号とに基づいて、第１増幅回路４１０の増幅率と検波回路４１１のバイアス電圧とを調整する。

ＣＰＵ４０４は、増幅回路４１５により出力されたＤＣ電圧信号、微分回路４１６により出力された検出信号に基づいて、検出感度が最良となるように、検波回路４１４のバイアス電圧、及び電流源回路４１７により生成される電流の大きさを調整する。

また、ＣＰＵ４０４は、微分回路４１６により出力された検出信号に対してサンプリングを所定のサンプリング周期毎に行うことによりサンプリングデータＳａｍを取得し、過去３２個のサンプリングデータの平均値ＡｖＳａｍを上記サンプリング周期毎に算出する。そして、サンプリングデータＳａｍと前記平均値ＡｖＳａｍとの差Ｄｉｆを上記サンプリング周期毎に算出する。そして、過去５個分の差Ｄｉｆの積算値ＩｎｔＤｉｆ（最近の５サンプリング周期分）を上記サンプリング周期毎に算出する。

図８は、ＣＰＵ４０４により取得されたＳａｍ、ＡｖＳａｍ、Ｄｉｆ、及びＩｎｔＤｉｆを示す。

ＣＰＵ４０４は、積算値ＩｎｔＤｉｆが所定の第１の閾値を超えた場合には異物混入有りと判定する。また、ＣＰＵ４０４は、差動方式金属検出部４０１の検出部４０６の第２増幅回路４１２の出力が所定の第２の閾値を超えた場合にも異物混入有りと判定する。一方、当該積算値ＩｎｔＤｉｆが所定の第１の閾値を超えておらず、かつ差動方式金属検出部４０１の検出部４０６の第２増幅回路４１２の出力が所定の第２の閾値を超えていない場合には、異物混入無しと判定する。上記第１の閾値及び第２の閾値は可変であり、周囲温度に基づいてＣＰＵ４０４により自動的に調整される。

詳しくは、第１の閾値は以下の式によって算出される。

第１の閾値＝２５℃における判定基準＋（現在の温度−２５℃）×温度係数
ＣＰＵ４０４は、異物混入有りと判定すると、当該判定の時刻から所定時間経過後に、軸部材１２９を回転させることにより、筒状部材１２７を上記第１の状態から第２の状態に回動させる。前記所定時間は、ＣＰＵ４０４の判定から判定対象の被検査体が筒状部材１２７の下側開口に達するまでにかかる時間以下に設定される。

テスト回路４０３は、上記テストコイル１２１と、抵抗４１８と、ＣＰＵ４０４によってＯＮ／ＯＦＦが制御されるスイッチ４１９とを備えている。テストコイル１２１の位置、巻き数、及び抵抗４１８の抵抗値は、スイッチ４１９をＯＮにした場合に通過経路Ｒに金属を投入した場合と同等の変化が第３のスパイラルコイル１２５を貫く磁束に生じるように設定されている。

上記のように構成された金属検出装置１００では、通常の使用状態においては、テスト回路４０３のスイッチ４１９はＯＦＦに制御されている。この状態で、ホッパー１０６に投入された樹脂ペレット中に導電体が混入していると、第３のスパイラルコイル１２５に高周波電流が流れることにより発生された磁力線内にその導電体が入り、導電体に渦電流が生じる。これにより、渦電流損が生じ、第３のスパイラルコイル１２５の両端の電位差の振幅、すなわち第３のスパイラルコイル１２５のインピーダンスに変化が生じる。これにより、微分回路４１６により出力される検出信号のレベルが大きくなり、第１の閾値が適切な値に予め設定されていれば、積算値ＩｎｔＤｉｆが上記第１の閾値を超え、ＣＰＵ４０４が異物混入有りと判定する。

また、ホッパー１０６に投入された樹脂ペレット中に磁性体が混入していると、第１及び第２のスパイラルコイル１１３，１１７のうち、磁性体に近い側の一方の誘起電圧が他方の誘起電圧に比べて高くなる。したがって、第１及び第２のスパイラルコイル１１３，１１７に電位差が生じる。これにより、差動方式金属検出部４０１の検出部４０６の第２増幅回路４１２の出力が大きくなり、上記第２の閾値が適切な値に予め設定されていれば、第２増幅回路４１２の出力が第２の閾値を超え、ＣＰＵ４０４が異物混入有りと判定する。

ＣＰＵ４０４は異物混入有りと判定すると、当該判定の時刻から所定時間経過後に、軸部材１２９を回転させることにより、筒状部材１２７を上記第１の状態から第２の状態に回動させる。これにより、導電体や鉄が混じった樹脂ペレットは、第２の排出管部１３５から排出される。

また、ＣＰＵ４０４がテスト回路４０３のスイッチ４１９をＯＮにすると、テストコイル１２１に誘導電流が流れ、この結果、第３のスパイラルコイル１２５を貫く磁束に、通過経路Ｒに金属を投入した場合と同等の変化が生じる。したがって、テスト回路４０３のスイッチ４１９をＯＮにしたときにＣＰＵ４０４が異物混入有りと判定するか否かを確認することにより、第３のスパイラルコイル１２５が正常に機能し、かつ渦電流方式金属検出部４０２が適切な感度で動作しているか否かを確認することができる。

なお、本実施形態では、過去５個分の差Ｄｉｆの積算値ＩｎｔＤｉｆに代えて、例えば過去１０個分の差Ｄｉｆの積算値ＩｎｔＤｉｆ’（図８参照）を所定の第１の閾値と比較するようにしてもよい。

また、過去５個分の差Ｄｉｆの積算値ではなく、平均値に基づいて、異物の混入の有無を判定するようにしてもよい。

また、上記第１の閾値及び第２の閾値のいずれか一方のみが、周囲温度に基づいてＣＰＵ４０４により調整されるようにしてもよい。

また、第１の閾値は、必ずしも上記式により算出される値に限らず、周囲温度に応じた他の値であってもよい。例えば、第３のスパイラルコイル１２５のインピーダンスの変化率が、周囲温度の上昇に応じて低下する場合には、次の式により第１の閾値を算出するようにしてもよい。

第１の閾値＝２５℃における判定基準−（現在の温度−２５℃）×温度係数
また、ＣＰＵ４０４がさらに、差動方式金属検出部４０１の検出部４０６の第２増幅回路４１２の出力に対してサンプリングを所定のサンプリング周期毎に行うことによりサンプリングデータＳａｍ２を取得し、過去３２個のサンプリングデータの平均値ＡｖＳａｍ２を上記サンプリング周期毎に取得し、サンプリングデータＳａｍ２と前記平均値ＡｖＳａｍ２との差Ｄｉｆ２を上記サンプリング周期毎に算出し、過去５個分の差Ｄｉｆ２の積算値ＩｎｔＤｉｆ２（最近の５サンプリング周期分）を上記サンプリング周期毎に算出するようにしてもよい。そして、積算値ＩｎｔＤｉｆ２が第２の閾値を超えた場合に異物混入有りと判定し、積算値ＩｎｔＤｉｆが第１の閾値を超えておらず、かつ積算値ＩｎｔＤｉｆ２が第２の閾値を超えていない場合に、異物混入無しと判定するようにしてもよい。

また、本実施形態では、被検査体が樹脂ペレットであったが、樹脂ペレット以外の樹脂（樹脂材料）を被検査体とする場合にも本発明を適用できる。

また、本実施形態では、金属検出システム４００が、差動方式金属検出部４０１と渦電流方式金属検出部４０２との両方を有していた。しかし、差動方式金属検出部４０１を設けず、ＣＰＵ４０４が、渦電流方式金属検出部４０２の微分回路４１６により出力された検出信号のみに基づいて、異物混入の有無を判定するようにしてもよい。

本発明は、樹脂に混入した金属異物を検出する金属検出装置として有用である。

１００金属検出装置
１２５第３のスパイラルコイル（スパイラルコイル）
１２１テストコイル
４０４ＣＰＵ（判定部）
Ｒ通過経路

Claims

樹脂中の金属異物を検出する金属検出装置であって、
前記樹脂を通過させる通過経路の周りに通過方向に対してほぼ直交する平面状に配置され、発振電流を流した状態で前記通過経路を導電体が通過した場合にインピーダンス変化が生じるスパイラルコイルと、
両端が電気的に接続された第１の状態と、両端が電気的に接続されていない第２の状態とに切替可能に設けられたテストコイルと、
前記スパイラルコイルに生じるインピーダンス変化に基づいて、金属異物の混入の有無を判定する判定部とを備え、
前記テストコイルは、前記第１の状態において、前記通過経路を導電体が通過した場合と同等のインピーダンス変化を前記スパイラルコイルに生じさせるように設けられていることを特徴とする金属検出装置。