JP3608701B2

JP3608701B2 - 金属検出装置

Info

Publication number: JP3608701B2
Application number: JP18158997A
Authority: JP
Inventors: 信之黒崎; 正純鈴木; 正明外山; 守石原; 良夫宮原
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1997-07-07
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2017-07-07
Also published as: JPH1123725A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属を検出する金属検出装置に関し、例えば、被検査物内に含まれる金属製の異物を検出する金属検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検査物内に含まれる金属製の異物（以下、金属異物）を検出する金属検出装置が広く利用されている。このような金属検出装置の一例を図８を参照して説明する。
【０００３】
図８は、従来例としての金属検出装置を説明する図である。同図において、１は交流信号を出力する発振器、２は発振器１に接続されている送信コイルである。６は、被検査物Ｗを搬送する搬送手段としての搬送ベルトである。
【０００４】
送信コイル２は、発振器１からの交流信号により交流磁界を発生する。送信コイル２が発生させた交流磁界は、２つの受信コイル３ａ，３ｂにより検出される。
【０００５】
送信コイル２と２つの受信コイル３ａ，３ｂとの位置関係は、送信コイル２からの交流磁界による磁束を２つの受信コイル３ａ，３ｂにて等しく鎖交させるべく、被検査物Ｗの搬送方向軸上に配置され、且つ２つの受信コイル３ａ，３ｂが送信コイル２の前後に配置されている。そして、このような位置関係に配置された送信コイル２及び２つの受信コイル３ａ，３ｂの中を被検査物Ｗを通過させると、磁界分布は変化する。
【０００６】
そこで、コントローラ５は、２つの受信コイル３ａ，３ｂにより検出された交流磁界による交流信号に基づいて、被検査物Ｗ内の金属異物の有無を判断する。
【０００７】
また、例えば市販のヨーグルト等の包装容器のように非磁性体金属であるアルミ箔を使用して容器に蓋（包装部分Ｔ）をしてある被検査物について、その被検査物中の金属異物の検出に、上記のような金属検出装置を採用する場合を考える。蓋材であるアルミ箔の表面には、送信コイル２からの磁力線によりその磁力線を減少させる方向に渦電流が発生するが、この場合、送信コイル２が発生する交流磁界の磁力線の方向は周期的に交互に反転し、アルミ箔による不平衡出力が大きく作用することになる。受信コイル３ａ，３ｂは、金属異物の検出のためには不必要な該不平衡出力をも検出してしまうため、結果として、被検査物中に含まれる微少な金属の検出が困難になるという問題がある。そこで、この問題を解決するため、アルミ箔等の包装材による影響が小さい直流磁界を用いた金属異物の検出手法が、例えば特開昭５１−１４１６５５等に提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の直流磁界を用いた金属検出装置においては、金属異物が鉄等の強磁性体金属の場合、その透磁率が高いことに起因して検出が良好に行われる。しかしながら、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス等の強磁性体ではない金属（以下、本願では説明の便宜上、「非磁性体金属」と称する）製の異物の場合、交流磁界を使用した場合のように渦電流が流れないために検出感度が非常に低く、混入した非磁性体金属の金属異物の大きさがかなり大きいものでないと検出が困難であるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、被検査物中の金属異物の有無を高感度で検出可能な金属検出装置及び金属検出方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る金属検出装置は以下の構成を特徴とする。
【００１１】
即ち、磁界を発生する送信コイルと、その送信コイルが発生する磁界を検出する受信コイルとを備え、該磁界中に被検査物を配置したときの磁界の変化に基づいて、該被検査物に含まれる金属異物を検出する金属検出装置であって、
前記被検査物を、前記送信コイルの長手方向外側の磁界領域に配置し、搬送する搬送手段を備え、
前記受信コイルを、前記送信コイルと前記被検査物との間であり、且つ前記搬送手段側の前記送信コイルの長手方向の端部が前記受信コイルの中央部付近に位置し、前記送信コイルと前記受信コイルとが互いに略直交しＴ字型を構成するように配置し、
前記搬送手段側の前記送信コイルの長手方向の端部より発生する前記磁界領域における磁力線は、前記搬送手段側の前記端部の上方において前記搬送手段と略平行であり、かつ、前記被検査物を搬送する方向と略平行であることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る金属検出装置の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。はじめに、本実施形態の金属検出装置の装置構成の概要を図１を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態としての金属検出装置の構成を説明する図である。
【００２４】
図中、１は交流信号を出力する発振器、２は発振器１に接続されている送信コイルである。６は、後述する検出ヘッド４の開口部に、被検査物Ｗを搬送し、配置する配置手段としての搬送ベルトである。Ｗは、例えばヨーグルト等の包装容器のように、内容物が納められた容器にアルミニウム等の非磁性体金属製の包装部分（以下、包装部分Ｔ）により蓋をしてある被検査物である。コントローラ５は、受信コイル３に誘起された信号に基づいて被検査物Ｗ内の金属異物の有無を判定するコントローラである。
【００２５】
送信コイル２は、発振器１からの交流信号により交流磁界を発生する。送信コイル２が発生させた交流磁界は、受信コイル３により検出される。ここで、送信コイル２と受信コイル３とは、同図に示すようにＴ字型に配置されており、送信コイル２が受信コイル３に対して垂直に、且つ受信コイル３の略中央に送信コイル２の一端が位置するように配置されている。
【００２６】
本実施形態において、搬送ベルト６により被検査物Ｗが図５の矢印方向に移動すると、送信コイル２が発生させる交流磁界の分布が、受信コイル３の周辺において変化する。そこで、この変化を、受信コイル３に誘起された信号の変化としてコントローラ５にて検出することにより、被検査物Ｗ内の金属異物の有無を判断する。ここで、コントローラ５の検出回路の一例を図２を参照して説明する。
【００２７】
図２は、本発明の一実施形態としてのコントローラのブロック構成図である。
【００２８】
図中、５１は送信コイル３にて誘起された信号を増幅する増幅器である。５５は、発振器１からの発振信号である交流信号の所定域の位相を変化させ、検波信号を検波回路５２に供給する移相回路である。ここで、所定域には、被検査物Ｗ自体が交流磁界の印加により発生させる信号の影響を低減できる位相を予め設定すればよい。被検査物Ｗがその素材に応じて発生する信号は、被検査物Ｗ内の金属異物を検出する上で必要ないものであるからである。５２は、増幅器５１の出力信号を、移相回路５５からの検波信号に基づいて同期検波する検波回路である。５３は、検波回路５２の出力信号から被検査物Ｗの搬送速度Ｖに応じて所定の低周波帯域だけを通過させるフィルタ回路である。５４は、フィルタ回路５３の出力信号の電圧レベルが所定の基準レベルより大きいか否かを判断することにより被検査物Ｗ内の金属異物の有無を判定し、金属異物の有無を表わす判定信号を外部装置に出力する判定回路である。ここで、所定の基準レベルには、被検査物Ｗに金属異物が含まれていない場合のフィルタ回路の出力信号よりある程度大きな値を設定すればよい。
【００２９】
次に、被検査物Ｗ、送信コイル２及び受信コイル３等の位置関係を図３を参照して説明する。
【００３０】
図３は、本発明の一実施形態としての金属検出装置の検出ヘッドの構造を示す斜視図である。
【００３１】
図中、Ｔ型に配置された送信コイル２及び受信コイル３は、同図に示すように、ロの字型の開口部を有する検出ヘッド４内に収納されている。また、被検査物Ｗを搬送する搬送ベルト６が、検出ヘッド４の開口部を貫通するように配置されている。また、被検査物Ｗは、図３に示すように搬送ベルト６により、包装部分Ｔが受信コイル３と略平行な位置関係を保ちながら搬送される。
【００３２】
ここで、本実施形態による異物検出において必要な条件は、被検査物Ｗ及びその包装部分Ｔが受信コイル３を挟んで送信コイル２の反対側に配置されること、且つ包装部分Ｔと受信コイル３との間に被検査物Ｗの容器及び金属異物が混入しているかもしれない内容物が位置することである。
【００３３】
上述した位置関係において、被検査物Ｗを、搬送ベルト６により検出ヘッド４の開口部を通過させると、その被検査物Ｗ中に金属異物が混入していなくても、非磁性体金属としての包装部分Ｔの影響によって磁界の分布に変化が生じ、その結果、受信コイル３からは不平衡信号が出力される。
【００３４】
図４は、本発明の一実施形態としての送信コイルが発生する磁界の様子を説明する図であり、同図は、図１に示した送信コイル２が発生する磁界のうち、搬送ベルト６の搬送面に平行な２辺が発生する磁界を、側方から模式的に示した図である。同図に示すように、破線に囲まれた領域において、送信コイル２の発生する交流磁界は略平行な状態となる（以下、平行磁界と言う）。
【００３５】
本実施形態においては、受信コイル３の略中央に送信コイル２の一端を配置しているので、被検査物Ｗが周囲に存在しない待機状態において、送信コイル２の発生する磁束密度は送信コイルを中心として左右で略均等になる。従って、待機状態において、受信コイル３には起電力が誘起されず、受信コイル３からの出力は０である。しかしながら、金属異物が混入している被検査物Ｗが、搬送ベルト６により平行磁界の領域を通過すると、被検査物Ｗ内の金属異物の影響により、送信コイル２が発生させる交流磁界の分布が受信コイル３の周辺において大きく変化する。即ち、金属異物が混入している被検査物Ｗの位置が、図４の送信コイル２を境にして、左側に位置する場合と、右側に位置する場合とでは明らかに受信コイル３に誘起される信号波形が異なる。また、この時の信号は、前述の包装部分Ｔによって生じる不平衡信号と比較して大きなレベルの信号である。そこで、この信号の変化をコントローラ５にて検出することにより、被検査物Ｗ内の金属異物の有無を判断すればよい。
【００３６】
本実施形態では、平行磁界の領域中を被検査物Ｗを通過させる。その様子を図５に示す。
【００３７】
図５は、本発明の一実施形態としての被検査物に加えられる平行磁界を説明する図である。
【００３８】
図中、送信コイル２が発生する交流磁界のうち、図４の平行磁界の領域だけを矢印で示す（尚、矢印の方向は交流磁界による磁力線の向きを示す）。被検査物Ｗは、同図に示すように平行磁界の中を通過するため、包装部分Ｔにおける磁界強度の変化を小さくすることができる。従って、送信コイル２及び受信コイル３、並びに被検査物Ｗの位置関係を上述した構成することにより、従来のように送信コイル及び受信コイルを同軸上に配置し、それらのコイルの中に被検査物を通して検出する場合と比較して、非磁性体金属である包装部分Ｔが発生させる不平衡出力の影響を顕著に低減できる。
【００３９】
即ち、交流磁界の向きと包装部分Ｔとを略平行にすることができるため、包装部分Ｔを鎖交する磁束を略ゼロにすることができる。これにより、非磁性体金属としての包装部分Ｔの影響により生じる受信コイル３からの不平衡出力を低減できる。
【００４０】
また、一般に、金属異物は、その自重により被検査物Ｗの底部に位置することが予想される。本実施形態では、金属異物が混入しているかもしれない内容物の位置を、包装部分Ｔの位置よりも送信コイル２に対して近くに位置させた。また、平行磁界の強度は、送信コイル２から遠ざかるに従って弱くなる。これにより、内容物の位置において金属異物の検出に必要十分な磁界の強度を確保することと、そして包装部分Ｔの周囲では底部に比較して弱い交流磁界とすることができるため、包装部分Ｔの影響により生じる受信コイル３からの不平衡出力の低減と金属異物の高精度な検出が可能となる。
【００４１】
＜参考例＞
図６は、参考例１としての金属検出装置の構成を説明する図である。本参考例において上述した実施形態と異なるのは、まず、送信コイル２と２つの受信コイル３ａ，３ｂとを使用し、２つの受信コイル３ａ，３ｂの間に送信コイル２を配置することである。本参考例では、受信コイル３ａ，３ｂから２つの出力を得るため、コントローラ５の増幅器に差動増幅器を用いる。
【００４２】
そして、本参考例において金属異物を検出するために必要な位置関係としては、図６に示すように、送信コイル２と２つの受信コイル３ａ，３ｂを搬送ベルト６の下側で同一軸上に配置し、且つ２つの受信コイル３ａ，３ｂを送信コイル２の両側に等間隔で配置する。これは、被検査物Ｗが存在しないときに、２つの受信コイル３ａ，３ｂにそれぞれ誘起される信号の差により、差動増幅器の出力信号が生じることを防ぐためである。また、被検査物Ｗの包装部分Ｔと各コイルの軸心とを平行に位置させることである。そして、送信コイル２及び受信コイル３ａ，３ｂの外側と、包装部分Ｔとの間に被検査物Ｗの容器及び金属異物が混入しているかもしれない内容物を位置させることである。
【００４３】
このような装置構成によっても図１の金属検出装置の場合と同様に、包装部分Ｔによる影響を低減して高精度な異物検出が可能となる。
【００４４】
図７は、参考例２としての金属検出装置の構成を説明する図である。本参考例は、２つの送信コイル２と受信コイル３とを使用し、２つの送信コイル２ａ，２ｂの間に受信コイル３を配置する。また、各コイルと被検査物Ｗの包装部分Ｔに必要な位置関係は図６の参考例１の場合と同様のため、説明を省略する。
【００４５】
尚、上述した各金属検出装置において、図面上に示した送信コイル及び受信コイルの形状は、何れも４角形のコイルとしたが、これに限られるものではなく、例えば円形形状等であってもよいことは言うまでもない。また、上述した各実施形態では、交流磁界を使用したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、直流磁界を使用してもよいことは言うまでもない。
【００４６】
＜本実施形態の効果＞
このように、上述した実施形態に係る金属検出装置によれば、包装部分Ｔに略平行な磁界分布にできるため、包装部分Ｔにて鎖交する磁力線による不平衡出力を低減できる。更に、金属異物が含まれているであろう部分には強い磁界、そして包装部分Ｔの付近では弱い磁界を発生させることができるため、その包装部分により生じる不平衡出力の発生を低減することができる。従って、発生させた磁界を包装部分を介して受信コイルにて検出する場合と比較して、非磁性体金属としての包装部分Ｔによる影響を低減し、はるかに高精度な異物検出が可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被検査物中の金属異物の有無を高感度で検出可能な金属検出装置の提供が実現する。
【００４８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての金属検出装置の構成を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態としてのコントローラのブロック構成図である。
【図３】本発明の一実施形態としての金属検出装置の検出ヘッドの構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態としての送信コイルが発生する磁界の様子を説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態としての被検査物に加えられる平行磁界を説明する図である。
【図６】参考例１としての金属検出装置の構成を説明する図である。
【図７】参考例２としての金属検出装置の構成を説明する図である。
【図８】従来例としての金属検出装置を説明する図である。
【符号の説明】
１発振器
２，２ａ，２ｂ送信コイル
３，３ａ，３ｂ受信コイル
４検出ヘッド
５コントローラ
６搬送ベルト
５１増幅器
５２検波回路
５３フィルタ回路
５４判定回路
５５移相回路
Ｗ被検査物
Ｔ被検査物Ｗの包装部分

Claims

磁界を発生する送信コイルと、その送信コイルが発生する磁界を検出する受信コイルとを備え、該磁界中に被検査物を配置したときの磁界の変化に基づいて、該被検査物に含まれる金属異物を検出する金属検出装置であって、
前記被検査物を、前記送信コイルの長手方向外側の磁界領域に配置し、搬送する搬送手段を備え、
前記受信コイルを、前記送信コイルと前記被検査物との間であり、且つ前記搬送手段側の前記送信コイルの長手方向の端部が前記受信コイルの中央部付近に位置し、前記送信コイルと前記受信コイルとが互いに略直交しＴ字型を構成するように配置し、
前記搬送手段側の前記送信コイルの長手方向の端部より発生する前記磁界領域における磁力線は、前記搬送手段側の前記端部の上方において前記搬送手段と略平行であり、かつ、前記被検査物を搬送する方向と略平行であることを特徴とする金属検出装置。