JP3096788B2 - 金属検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁界中を被検査体が通
過したときの磁界変化によって、被検査体に金属が混入
しているか否かを判定する金属検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】食品等の生産ラインでは、製品に金属が
混入しているか否かを、ライン上で検査するために、図
６に示す金属検出装置１が用いられている。

【０００３】この種の金属検出装置１は、信号発生器２
からの正弦波信号で送信コイル３を励磁して、被検査体
の搬送路Ｃへ交番磁界を発生させる。

【０００４】そして、搬送路Ｃに沿って並んだ２つの受
信コイル４、５で磁界をほぼ等量ずつ受ける。２つの受
信コイル４、５は、抵抗Ｒを介して差動接続され、それ
ぞれのコイルに誘起された信号の不平衡成分が増幅器６
で増幅され、検波回路７で検波される。

【０００５】したがって、被検査体が磁界中にないとき
には、差動出力（不平衡）出力は小さく、検波出力も小
さい。

【０００６】ところが、例えば鉄金属が混入された被検
査体Ｗが一方の受信コイル４に近づくと、この受信コイ
ル４側の磁束密度が増加し、他方側の受信コイル５の磁
束密度が減少して、受信コイル４の電圧が受信コイル５
の電圧より大となる。また、さらに被検査体Ｗが進んで
受信コイル５側に近づくと、受信コイル４側の磁束密度
が減少し、受信コイル５側の磁束密度が増加して受信コ
イル５の電圧が受信コイル４の電圧より大となる。

【０００７】このため、検波出力は、図７の（ａ）に示
すように被検査体の通過にともなって、ほぼ正弦状に変
化する。この変化の大きさは、金属の磁界に与える影
響、即ち、混入金属の大きさに依存している。

【０００８】従って、検波出力を、コンパレータ８によ
って所定の基準値Ｖｒと比較すれば、同図の（ｂ）に示
すように、金属有りを示す判定信号を出力することがで
きる。

【０００９】しかして、このような構成の金属検出装置
では、磁界に対する２つの受信コイル４、５の平衡度が
高い程、基準値Ｖｒを小さくすることができ、混入金属
に対する感度を高くすることができる。

【００１０】このため、従来の金属検出装置では、送信
コイル３に対する受信コイル４、５の相対位置を、両受
信コイル４、５の誘起電圧が等しくなるように調整した
後に、各コイル間の位置が変わらないように、コイル枠
（図示せず）等を含めて接着固定するようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように、磁界に対して受信コイルを予め平衡した状態に
位置決め固定しても、温度の変化や外部からの衝撃によ
るコイル間の僅かな位置ずれを防ぐことはできない。

【００１２】したがって、高い検出感度を長期間維持す
るためには、定期的に各コイルの位置調整を行なうか、
あるいは、適当な大きさの金属片を、両受信コイルが平
衡状態となる位置に取付ける等の極めて煩雑な作業が必
要であった。

【００１３】本発明は、この課題を解決した金属検出装
置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の金属検出装置は、被検査体の通過経路に磁
界を発生する磁界発生手段と、前記被検査体の通過経路
に沿って並んで配置され、前記磁界発生手段によって発
生する磁界をほぼ等量ずつ受け、該磁界の変化をそれぞ
れ検出する１対の磁界センサとを有し、前記磁界中を被
検査体が通過したときの前記１対の磁界センサの不平衡
出力の大きさに基づいて、通過した被検査体に金属が含
まれているか否かを判定する金属検出装置において、前
記磁界中に被検査体が無いときの前記１対の磁界センサ
の不平衡出力の大きさを検出するバランスずれ検出手段
と、前記磁界発生手段が発生する磁界中にさらに磁界を
発生させて、前記バランスずれ検出手段によって検出さ
れた不平衡出力をゼロに近づけるバランス用磁界発生手
段とを設けている。

【００１５】

【作用】このように構成したため、本発明の金属検出装
置では、磁界発生手段が発生する磁界に対して、１対の
磁界センサが不平衡な状態であっても、その不平衡出力
がバランスずれ検出手段によって検出され、バランス用
磁界発生手段が発生する磁界によって、その不平衡出力
をゼロに近づけることができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。

【００１７】図１は、一実施例の金属検出装置２０の構
成を示す図である。

【００１８】この金属検出装置２０の磁界発生手段は、
基準信号発生器２１から出力される所定周波数の矩形波
信号をフィルタ２２によって正弦波に変換し、この正弦
波を電力増幅器２３で増幅して送信コイル２４を励磁
し、被検査体Ｗの搬送路Ｃへ交番磁界を発生している。

【００１９】搬送路Ｃに沿って並んだ２つの受信コイル
２５、２６は、交番磁界の変化を検出するための１対の
磁界センサとして、交番磁界をほぼ等しく受ける。

【００２０】受信コイル２５、２６は抵抗Ｒを介して差
動接続され、両コイルの誘起信号の不平衡出力は、増幅
器２７で増幅され、第１の検波回路２８および後述する
バランスずれ検出部３４へ出力されている。

【００２１】一方、基準信号発生器２１からの矩形波信
号は、第１の移相器２９で所定位相遅延され、第１の検
波回路２８へ入力されている。第１の検波回路２８は、
移相器２９からの矩形波信号によって増幅器２７の出力
を同期検波する。

【００２２】なお、移相器２９による位相遅延量は、金
属の混入していない被検査体（以下、良品と記す）が磁
界中を通過する際の誘起信号の位相ずれによる検波出力
が小さく、しかも混入金属による位相ずれによる検波出
力が大きくなる最適値に予め決められている。

【００２３】第１の検波回路２８の出力信号は、ＬＰＦ
（低域通過フィルタ）３０によって、搬送波成分（基準
信号発生器２１の出力周波数成分）が除去され、Ａ／Ｄ
変換器３１に入力される。

【００２４】Ａ／Ｄ変換器３１は、検波出力を高速にサ
ンプリングして、各サンブリング値に対応したディジタ
ル信号を、レベル判定手段３２へ出力する。

【００２５】レベル判定手段３２は、検波出力と基準値
Ｖｒとを比較して、被検査体に金属が混入しているか否
かを判定する。

【００２６】一方、バランスずれ検出部３４は、磁界中
に被検査体がないときの増幅器２７の出力を検出するた
めに、第２の検波回路３５、ＬＰＦ３６およびＡ／Ｄ変
換器３７で構成されている。第２の検波回路３５は、第
１の検波回路２８と同様に、基準信号発生器２１の矩形
波信号を第２の移相器３３で所定位相遅延させた信号に
よって増幅器２７の出力を同期検波する。なお、第２の
移相器３３の移相量は、第２の検波回路３５への矩形波
信号の位相と、被検査体が磁界中にないときの一方の受
信コイルに誘起される信号の位相とが一致するように予
め設定されている。

【００２７】第２の検波回路３５の検波出力は、ＬＰＦ
３６によって搬送波成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器３７
でディジタル信号に変換される。

【００２８】このディジタル化された検波出力は、通過
変動検出手段３８およびスイッチ３９へ出力される。

【００２９】通過変動検出手段３８は、この検波出力が
被検査体の通過によって変動している間、スイッチ３９
を開成させ、それ以外の期間中はスイッチ３９を閉成さ
せて、検波出力をバランス用磁界発生部４０の補正制御
手段４１へ入力させる。

【００３０】この通過変動検出手段３８による通過変動
の検出は、図２に示すように、被検査体の通過によっ
て、検波出力が所定範囲±Ｖｓを越えたことを検出して
スイッチ３９を開らき、この検出時から、被検査体が完
全に磁界中を通過するのに必要な時間Ｔａが経過した後
に再び検波出力の大きさを調べ、その値が所定範囲±Ｖ
ｓに戻っているときにはスイッチ３９を閉じ、所定範囲
に戻っていないときには、次の被検査体の通過中である
と判定して、さらにＴａ時間スイッチ３９を開成させ
る。

【００３１】バランス用磁界発生部４０の補正制御手段
４１は、スイッチ３９から受けた検波出力をゼロに近づ
けるように、後述する第３の移相器４２と可変減衰器
（あるいは利得可変増幅器）４３の移相量と減衰量を制
御する。

【００３２】第３の移相器４２には、送信コイル２４を
励磁している信号と等しい周波数の正弦波信号がフィル
タ２２から入力されており、この信号が移相され、可変
減衰器４３でその振幅が調整されて電力増幅器４４へ送
られ、その出力によってバランス磁界発生コイル４５が
励磁されている。

【００３３】このバランス磁界発生コイル４５は、一方
の受信コイル２６に近接して配置されており、前記補正
制御手段４１の制御によって、両受信コイル２５、２６
の誘起信号を、互いに逆相で、振幅が完全に等しくなる
ためのバランス磁界を発生する。

【００３４】図３は、補正制御手段４１の処理手順を示
すフローチャートであり、以下、このフローチャートに
従って金属検出装置の動作を説明する。

【００３５】予め、２つの受信コイル２５、２６は、送
信コイル２４が発生する磁界に対して、一方の受信コイ
ル２５の方が僅かに磁束密度が高い状態で運転が開始さ
れると、補正制御手段４１は、可変減衰器４３の減衰量
を最大にして、バランス磁界発生コイル４５から磁界が
発生しない状態にする（ステップ１）。

【００３６】このとき、２つの受信コイル２５、２６に
は、図４の（ａ）に示すように、互いに逆相で振幅が僅
かに異なる誘起信号Ｖ₁ 、Ｖ₂ が発生する。

【００３７】このため、増幅器２７からは、同図の
（ｂ）に示すように、Ｖ₁ と同相の不平衡信号が出力さ
れ、この信号が同期検波されて、同図の（ｃ）に示すよ
うに、誘起信号Ｖ₁ 、Ｖ₂ の振幅差に対応した直流の検
波出力がＡ／Ｄ変換器３７によってディジタル信号に変
換される。

【００３８】この検波出力は、所定値Ｖｓより低いた
め、スイッチ３９が閉成され、補正制御手段４１へ入力
される。

【００３９】補正制御手段４１は、この検波出力の値Ｖ
ｕを受け、この値に対応した振幅の交流信号が電流増幅
器４４に出力されるように、可変減衰器４３の減衰量を
設定する（ステップ２）。なお、この減衰量は、例え
ば、送信コイル２４を励磁しない状態で、バランス磁界
発生コイル４５から磁界を発生させて受信コイル２６に
誘起信号を発生させ、その検波出力と減衰量との関係を
予め求めておき、Ｖｕに近い検波出力に対応した値にす
ればよい。

【００４０】次に、検波出力Ｖｕの値を監視しながら、
第３の移相器４２の移相量を可変し、その値Ｖｕが最小
となる移相量に設定する（ステップ３）。

【００４１】そして、この最小値がゼロでない場合に
は、検波出力を監視しながら、可変減衰器４３の減衰量
を微調整して、Ｖｕがゼロとなる減衰量に設定する（ス
テップ４、５）。

【００４２】この初期設定動作によって、受信コイル２
６には、同図の（ｄ）に示すように、送信コイル２４が
発生する磁界による誘起信号Ｖ₂ と同相で、受信コイル
２５側の誘起信号Ｖ₁ との振幅差に等しい振幅の誘起信
号Ｖ₃ がバランス磁界によって加わったことになり、２
つの受信コイル２５、２６は、磁界に対して完全に平衡
な状態となる。

【００４３】そして、温度や衝撃等の影響によって不平
衡信号が現れると、ステップ５の処理を行なってその不
平衡出力をゼロにする（ステップ６）。

【００４４】このようにして、増幅器２７からの不平衡
出力は、常にゼロに近づくように補正制御されているた
め、第１の検波回路２８の検波出力は、被検査体が磁界
を通過するまで現れない。

【００４５】したがって、レベル判定手段３２の判定基
準となる基準値Ｖｒも検波出力の雑音レベルに極めて近
い値に設定することができる。

【００４６】ここで、例えば、鉄金属の混入している被
検査体Ｗが磁界中に進入して、受信コイル２５上に達す
ると、受信コイル２５側の誘起信号Ｖ₁ が受信コイル２
６側の誘起信号Ｖ₂ ′より大となり、被検査体が受信コ
イル２６上に達すると、受信コイル２５側の誘起信号Ｖ
₁ より受信コイル２６側の誘起信号Ｖ₂ ′の方が大とな
る。

【００４７】このため、増幅器２７からは、例えば、図
５の（ａ）に示すような不平衡信号（Ｖ₁ −Ｖ₂ ′）が
出力され、第１の検波回路２８からは、同図の（ｂ）の
ように不平衡信号から被検査体自身の影響（波形の前後
部分）が抑圧された検波信号が出力される。また、第２
の検波回路３５は、その検波位相が第１の検波位相と異
なるため、同図の（ｃ）に示すような検波信号が出力さ
れる。

【００４８】第１の検波回路の検波出力は、基準値Ｖｒ
を越えるため、レベル判定手段３２から金属混入を示す
判定信号が出力される。

【００４９】また、第２の検波回路３５の検波出力も、
直ちに所定範囲±Ｖｓを越えるため、通過変動検出手段
３８によって、Ｔａ時間スイッチ３９が開成される。

【００５０】したがって、この被検査体通過による磁界
の変動期間中には、補正制御手段４１によるバランス磁
界の可変はなされず、バランス磁界は、変動検出の直前
の強さに保持される。

【００５１】そして、Ｔａ時間経過した後に、検波出力
の大きさが±Ｖｓの範囲内にあれば、スイッチ３９が閉
じて、再び磁界の補正制御がなされる。

【００５２】このように、この金属検出装置２０では、
被検査体が通過する期間を除いて、２つの受信コイル２
５、２６の平衡状態が常に保たれているため、常に高感
度に金属混入を検出できる。

【００５３】なお、この実施例では、被検査体通過によ
る検波出力の変動を、通過変動検出手段３８によって検
出し、この変動期間中にバランス磁界を変化させないよ
うにしていたが、温度等による各コイルの相対的な位置
ずれは、被検査体の通過による変動期間に比べて十分長
いため、この通過変動の周波数に対して、十分低い周波
数成分のみを通過させるＬＰＦを、通過変動検出手段３
８とスイッチ３９の代わりに用いてもよい。この場合の
ＬＰＦは、ＬＰＦ３６を兼用してもよいし、補正制御手
段４１と可変減衰器４３との間に挿入してもよい。

【００５４】また、前記実施例では、被検査体が磁界中
にないときの不平衡信号の大きさを検出するために、同
期検波型の検波回路を用いていたが、これは本発明を限
定するものでなく、例えばダイオード等によるピーク検
波器を用いてもよいし、検波せずに、直接ディジタル信
号に変換してから、そのピーク値を検出するようにして
もよい。

【００５５】また、前記実施例では、被検査体が通過し
ている期間を除いて常時磁界の補正制御を行なっていた
が、タイマ回路を用いて一定時間毎に、あるいは温度セ
ンサを用いて一定温度変化毎に磁界のバランス補正を行
なうようにしてもよい。また、スイッチの操作によっ
て、随時バランス補正ができるようにしてもよい。

【００５６】また、前記実施例では、バランス磁界を発
生するバランス磁界発生コイル４５を、一方の受信コイ
ル２６側に近接させていたが、他方の受信コイル２５側
に設けてもよいし、送信コイル２４側に設けてもよい。

【００５７】なお、前記実施例では、被検査体を交番磁
界中に通過させていたが、永久磁石等による静磁界や脈
流磁界を用いた金属検出装置にも本発明を同様に適用で
きる（静磁界の場合には、補正制御手段４１による移相
可変制御が不要となる）。

【００５８】また、前記実施例のように、２つの受信コ
イル２５、２６を搬送路に沿って同一面に並べて送信コ
イル２４に対向させた対向形式の金属検出装置だけでな
く、２つの受信コイルを送信コイルの両側に同軸状に配
置し、各コイルの中に被検査体を通過させる同軸形式の
金属検出装置についても本発明を適用できる。

【００５９】この場合には、送信コイルと一方の受信コ
イルとの間にバランス磁界発生用のコイルを同軸状に配
置すればよい。また、磁界センサとしてコイル形式のも
のだけでなく、ホール素子等の磁気センサを用いてもよ
い。

【００６０】また、前記実施例のレベル判定手段３２
は、検波出力の＋側が基準値Ｖｒを越えるか否かを判定
していたが、混入金属が鉄金属あるいは非鉄金属のいず
れにも対応できるように、検波出力の＋側と−側とを区
別なく判定するようにしてもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属検出
装置は、磁界発生手段によって発生された磁界中に被検
査体がないときの一対の磁界センサの不平衡出力を検出
して、この不平衡出力をバランス磁界発生手段から発生
する磁界によってゼロに近づけることができる。このた
め、温度変化や衝撃等によって、磁界に対する磁界セン
サの位置ずれがあっても、磁界センサの位置調整等の煩
雑な作業をすることなく、その平衡状態を維持すること
ができ、混入金属を極めて高感度に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】一実施例の要部の動作を説明するためのタイミ
ング図である。

【図３】一実施例の要部の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図４】一実施例の動作を説明するための信号図であ
る。

【図５】一実施例の動作を説明するための信号図であ
る。

【図６】従来装置の構成を示すブロック図である。

【図７】従来装置の動作を示すタイミング図である。

【符号の説明】

２０ 金属検出装置 ２１ 基準信号発生器 ２４ 送信コイル ２５、２６ 受信コイル ２８ 第１の検波回路 ３２ レベル判定手段 ３４ バランスずれ検出部 ３５ 第２の検波回路 ３８ 通過変動検出手段 ４０ バランス用磁界発生部 ４１ 補正制御手段 ４２ 第３の移相器 ４３ 可変減衰器 ４５ バランス磁界発生コイル

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査体の通過経路に磁界を発生する磁界
   発生手段と、 前記被検査体の通過経路に沿って並んで配置され、前記
   磁界発生手段によって発生する磁界をほぼ等量ずつ受
   け、該磁界の変化をそれぞれ検出する１対の磁界センサ
   とを有し、 前記磁界中を被検査体が通過したときの前記１対の磁界
   センサの不平衡出力の大きさに基づいて、通過した被検
   査体に金属が含まれているか否かを判定する金属検出装
   置において、 前記磁界中に被検査体が無いときの前記１対の磁界セン
   サの不平衡出力の大きさを検出するバランスずれ検出手
   段と、 前記磁界発生手段が発生する磁界中にさらに磁界を発生
   させて、前記バランスずれ検出手段によって検出された
   不平衡出力をゼロに近づけるバランス用磁界発生手段と
   を設けたことを特徴とする金属検出装置。