JP3625911B2 - 位置を表示する磁性金属検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飼草収穫機に供給される収穫物内に金属が存在することを検出するための金属検出器に関し、詳細には、収穫物が通過する磁界及び金属がこの磁界を通過したことに応じて信号を発生するためのピックアップコイルを持つ金属検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カッターヘッドが損傷しないように保護し、家畜が金属片を経口摂取しないように保護するため、収穫物内の小金属片を検出するための磁石−コイル型検出器を飼草収穫機で使用することが知られている。金属がセンサ上を通過すると、金属検出器は供給ロールの回転を停止し、金属を含む収穫物がカッターヘッドに届かないようにする。例えば、１９７６年８月３日にベネットジュニア等に賦与された米国特許第３，９７２，１５６号には、単一導体「８字形状」導線コイルを備えた飼草収穫機用金属検出器が示されている。しかしながら、このようなコイルは、磁石−コイルアッセンブリの中央を横切って流れる金属を検出し損なうことがある。別の設計が１９７３年９月１１日付けの米国特許第３，７５７，５０１号 及び１９７５年６月１０日付けの米国特許第３，８８９，２４９号に示されている。これらの特許は両方ともベネットジュニア等に賦与された特許である。これらの特許では、飼草収穫機用金属検出器は、各々別々の導体で形成された二つの別々の食い違った「８字形状」導線コイルを含む。このような二コイル設計は、単一のコイルが必要とするよりも多くの導線を必要とするため、及び電子回路を二重に必要とするため、高価である。これらの従来技術の設計は全て、検出ユニットの外端で供給ロールの外側を通過する金属に対する感度が低いという欠点がある。
【０００３】
金属検出器のセンサが、導線でできた単一のコイルを使用してつくられている場合には、上側にある動力線からの不規則な磁界の影響を受け易い。このため、最初の成功した金属検出器センサは、二つのコイルを備えてつくられている。これらのコイルは、均一な磁界からの電圧が相殺されるように結線されている。しかしながら、向き合って接続された二つのコイルを使用すると別の問題点が生じる。金属が二つのコイルを二分する線上でセンサを横切ると、各コイルに等しい電圧が誘導されるのである。これらの等しい電圧は互いに相殺し、金属検出器を賦勢する信号を残さない。一つの金属検出システムは、四つのコイルと二組の増幅器を使用することによってこの問題点をなくす。この解決策は、システムの幾つかの領域の感度が他の領域よりも高くならないようにするために費用がかかり、増幅器を適合させる必要がある。
【０００４】
コイルを三つ備えた金属検出器システムが１９９３年６月１６日付けの欧州特許出願第５４６，５０９号に記載されている。しかしながら、このシステムでは、三つのコイルは単相直列配置で接続されている。このようなシステムは、中央部の感度がその端部よりも高いと考えられている。感度がほぼ均等な金属検出器を提供することが望ましい。
【０００５】
多コイル金属検出器システムでは、トリガー金属片がコイルのどの部分の上を通過するのかをオペレータが知るのが望ましい。これにより、オペレータは金属片の位置を容易に確認してこれを供給ロールから取り除くことができる。しかしながら、上述の多コイル検出システムのいずれもこのような情報を与えることができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、トリガー金属片がコイルのどの部分の上を通過するのかをオペレータが知ることができる多コイル金属検出器を提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、感度がほぼ均等な金属検出器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
これらの目的及び他の目的は、本発明によれば、端部と端部とを向き合わせて位置決めされた三つの磁石／コイルユニットを持つ金属検出器によって達成される。各磁石／コイルユニットは、コイル及びコイルの両端に設けられた一対の棒磁石を支持する全体に矩形のボビンを有する。三つのコイルは、三相「Ｙ」字形態で電気的に接続されている。三つのコイル全てが発生した電圧は、マイクロプロセッサをベースにした信号処理ユニット（ＳＰＵ）によって受け入れられる。ＳＰＵは、個々のコイル電圧間の差を表す三つの差分信号Ｖ（Ｘ−Ｙ）、Ｖ（Ｙ−Ｚ）、Ｖ（Ｚ−Ｘ）を発生する。ＳＰＵは、三つの信号全ての絶対値の和分を表す和分信号を発生し、和分信号が閾値より大である場合に緊急作動信号を発生する。ＳＰＵは、コイルアッセンブリの両端のコイルからの電圧間の差に対応する差分信号を閾値と比較することによって、金属片がコイルアッセンブリのどの部分の上を通過しているのかを判断する。ＳＰＵは、差分信号を互いに比較することによって金属片の位置を更に正確に判断する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照すると、飼草収穫機１０は、収穫物をカッターヘッド（図示せず）及び切断バー（図示せず）に差し向けるように回転する供給ロール１２及び１４を備えたフィーダー部分１１を有する。図３で最もよくわかるように、供給ロール１２は、固定シャフト１８に回転自在に取り付けられている。収穫物は、供給ロール１２上をシャフト１８の軸線に対して垂直な矢印Ａが示す方向に流れる。金属検出器ユニット２０は、アルミニウム又は非鉄金属製のハウジングを有し、このハウジングは、供給ロール１２の内側でシャフト１８に取り付けられている。以上説明した構造は従来の構造であり、商業的に入手可能な飼草収穫機のオプションとして入手できる。
【００１０】
次に、図４及び図５を参照すると、ハウジング２２内に装着されたアッセンブリ２４は、好ましくは、三の同じボビン２６、２７、及び２８を含み、これらのボビンは、それらの長手方向寸法が供給ロール１２の回転軸線と平行であり且つ流路を通る収穫物の流れの方向に対して横方向に配向された状態で全体に端部と端部とを向き合わせて位置決めされている。ボビン２６、２７、及び２８の各々には別々の導線が巻き付けてあり、夫々、三つのコイルＸ、Ｙ、及びＺを形成する。コイルＸ、Ｙ、及びＺは、互いに接続された共通の端子３０、３２、及び３４を夫々有し、更に、出力端子３６、３８、及び４０を夫々有する。図５を参照すると、導線は、好ましくは、共通の端子の各々から対応する出力端子まで時計廻り方向に１０００回巻き付けてある。
【００１１】
各ボビンは一組の矩形の棒磁石を保持する。例えば、一対の磁石５０及び５２がボビン２６の内側の両端に取り付けられている。一対の磁石５４及び５６がボビン２７の内側の両端に取り付けられている。一対の磁石５８及び６０がボビン２８の内側の両端に取り付けられている。アッセンブリ２４はハウジング２２内に取り付けられており、好ましくは、「ＥＰＯＸＩＤＨＡＲＺ」注封エポキシのようなエポキシ樹脂で「注封」されている。
【００１２】
全ての磁石５０−６０は、Ｎ極が同じ方向に図４で見て全体に上方に図５を見る人の方に向かって配向されており、そのため、これらの磁石からの磁界線（図示せず）は、供給ロール１２の外面を通って材料流路内に延びる。磁石をこのように配置することによって、コイルの端部の磁界を集中し、中央部での磁界を小さくし、かくして、コイルの端部間にほぼ均等な磁界を形成する。磁石５４からの磁界の一部が磁石５２からの磁界に加わり、このことが磁石５６及び５８についても起こる。同じ大きさ即ち強さの磁石を六つの位置の全てで使用した場合には、組み合わせ磁界はいずれかの端部でよりも中央で大きい。これを補正するため、及び磁界を更に均等にするため、コイルＸの外端の磁石５０及びコイルＺの外端の磁石６０を好ましくは磁石５２−５８よりも５０％大きくするか或いは強くする。
【００１３】
次に図６を参照する。コイルＸ、Ｙ、及びＺは、三相「Ｙ」字形の配置で互いに接続されている。コイルＸ、Ｙ、及びＺは、磁石５０−６０が発生した磁界を金属が通過すると、その出力端子３６、３８、及び４０のところに電圧信号Ｖ（ｘ）、Ｖ（Ｙ）、Ｖ（Ｚ）を夫々発生する。これらの電圧信号は、ディスプレー及び／又は警告ユニット６４及び供給ロール１２及び１４の回転を停止するように従来の停止機構６６の緊急作動を制御する信号処理ユニット（ＳＰＵ）６２に送られる。
【００１４】
図７を参照すると、ＳＰＵ６２はゲインが約８３の三つの差動増幅器７０を含み、これらの差動増幅器は、Ｖ（Ｘ）とＶ（Ｙ）との間の差を表す差分信号Ｖ（Ｘ−Ｙ）、Ｖ（Ｙ）とＶ（Ｚ）との間の差を表す差分信号Ｖ（Ｙ−Ｚ）、及びＶ（Ｚ）とＶ（Ｘ）との間の差を表す差分信号Ｖ（Ｚ−Ｘ）を発生する。差動増幅器７０の出力は、１Ｈｚの高域フィルタ７２、ゲインが約３の３０Ｈｚの低域フィルタ７４、ゲインが約６．６５の３５Ｈｚの低域フィルタ７６に送られる。低域フィルタ７６の出力は、一般的なマルチプレクサー７８に送られる。従来のアナログ−デジタル変換器８０がマルチプレクサー７８を一般的なマイクロプロセッサ８２に連結する。
【００１５】
マイクロプロセッサ８２は、図８の８Ａ及び８Ｂのフローチャートが示すアルゴリズム２００を実行する。フローチャート２００の、このフローチャートに記載されたアルゴリズムをデジタル式コンピュータ又はマイクロプロセッサで実行するための標準言語への変換は、当業者に明らかである。アルゴリズムは、ステップ２０２で開始する。ステップ２０４において、ＳＰＵ６２の出力から差分電圧Ｖ（Ｘ−Ｙ）、Ｖ（Ｙ−Ｚ）、及びＶ（Ｚ−Ｘ）を読み取る。ステップ２０６において、電圧の和分ＶｓをＶ（Ｘ−Ｙ）、Ｖ（Ｙ−Ｚ）、及びＶ（Ｚ−Ｘ）の絶対値の和分として計算する。ステップ２０８において、Ｖｓが調節自在でプログラム可能な閾値、例えば０．７ｖと同じかそれより小である場合には、アルゴリズムはステップ２０４に戻る。Ｖｓが閾値より大である場合には、アルゴリズムはステップ２１０に進み、停止装置６６を作動させる。かくして、差分信号の絶対値を互いに加え、和分を予め決定されたレベルと比較し、金属片がコイルアッセンブリ２４のどこかに存在するかどうかを判断する。金属片が存在する場合には、停止装置６６を急激に作動させて供給ロール１２及び１４の回転を停止する。
【００１６】
アッセンブリは、次いで、Ｖ（Ｚ−Ｘ）を０ｖと比較するステップ２１２に進む。Ｖ（Ｚ−Ｘ）が０ｖと同じかそれより小である場合には、これはコイルアッセンブリ２４の左半部のどこかで金属が検出されたことを意味し、ステップ２１４が適当な信号を発生し、記憶し、アルゴリズムはステップ２１６に進む。Ｖ（Ｚ−Ｘ）が０ｖより大である場合には、これはコイルアッセンブリ２４の右半部のどこかで金属が検出されたことを意味し、ステップ２２２が適当な信号を発生し、記憶し、アルゴリズムはステップ２２４に進む。かくして、ステップ２１２、２１４、及び２２２は、隣接していないコイルＸ及びＺからの電圧Ｖ（Ｘ）とＶ（Ｚ）との間の差に対応する差分信号Ｖ（Ｚ−Ｘ）と０ｖとを比較することによって、金属片がコイルアッセンブリ２４の一方の側又は他方の側を通過したことを判断する。換言すると、ステップ２１２、２１４、及び２２２は、閾値をコイルアッセンブリ２４の両端のコイルＸ及びＺからの電圧間の差に対応する差分信号と比較することによって、金属片がコイルアッセンブリ２４の一方の側又は他方の側を通過したことを判断するように作動する。
【００１７】
ステップ２１６は、Ｖ（Ｘ−Ｙ）をＶ（Ｙ−Ｚ）と比較する。Ｖ（Ｘ−Ｙ）がＶ（Ｙ−Ｚ）より大である場合には、これはコイルアッセンブリ２４の極左部のどこかで金属が検出されたことを意味し、ステップ２１８が適当な信号を発生し、記憶し、アルゴリズムは、こうした趣旨のメッセージをディスプレー６４に表示するステップ２３０に進む。次いで、ステップ２３２では、アルゴリズムはリセット信号を待つ。
【００１８】
再びステップ２１６に戻って、Ｖ（Ｘ−Ｙ）がＶ（Ｙ−Ｚ）と同じかそれより小である場合には、コイルアッセンブリ２４の左中央部のどこかで金属が検出されたことを意味し、ステップ２２０が適当な信号を発生し、記憶し、アルゴリズムは、こうした趣旨のメッセージをディスプレー６４に表示するステップ２３０に進む。次いで、ステップ２３２で、アルゴリズムはリセット信号を待つ。
【００１９】
ステップ２２４は、Ｖ（Ｚ−Ｘ）をＶ（Ｙ−Ｚ）と比較する。Ｖ（Ｚ−Ｘ）がＶ（Ｙ−Ｚ）より大である場合には、これはコイルアッセンブリ２４の極右部のどこかで金属が検出されたことを意味し、ステップ２２６が適当な信号を発生し、記憶し、アルゴリズムは、こうした趣旨のメッセージをディスプレー６４に表示するステップ２３０に進む。次いで、ステップ２３２で、アルゴリズムはリセット信号を待つ。
【００２０】
再びステップ２２４に戻って、Ｖ（Ｚ−Ｘ）がＶ（Ｙ−Ｚ）と同じかそれより小である場合には、コイルアッセンブリ２４の右中央部のどこかで金属が検出されたことを意味し、ステップ２２８が適当な信号を発生し、記憶し、アルゴリズムは、こうした趣旨のメッセージをディスプレー６４に表示するステップ２３０に進む。次いで、ステップ２３２で、アルゴリズムはリセット信号を待つ。
【００２１】
かくして、アルゴリズム２００は、コイルＸ、Ｙ、及びＺからの信号を分析し、金属の有無を判断し、金属が存在する場合には、金属のコイルアッセンブリに関するおおよその位置を判断する。
【００２２】
本発明を特定の実施例と関連して説明したが、以上の記載を読めば、当業者には多くの変形及び変更が明らかであるということは理解されよう。例えば、小型のコイル−磁石ユニットを多数設けることによって横方向位置についての正確さを高めることができる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内の全てのこのような変形及び変更を含もうとするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を使用できる飼草収穫機の斜視図である。
【図２】本発明を使用しようとする飼草収穫機の供給ロール部分を示す正面図である。
【図３】本発明の金属検出器の供給ロール内への取り付けを示す分解斜視図である。
【図４】明瞭化を図るため外ハウジング及び注封材料を取り除いた本発明の金属検出器のコイルアッセンブリ部分の斜視図である。
【図５】本発明の金属検出器のコイルアッセンブリ部分の概略平面図である。
【図６】コイルを本発明の電子式制御ユニットと共に示す概略ブロック図である。
【図７】本発明の電子式信号処理ユニットの概略ブロック図である。
【図８】本発明の信号処理ユニットのマイクロプロセッサが実行するアルゴリズムの論理フローチャートである。
【符号の説明】
１０ 飼草収穫機 １１ フィーダー部分
１２、１４ 供給ロール １８ 固定シャフト
２０ 金属検出器ユニット ２２ ハウジング
２４ アッセンブリ ２６、２７、２８ ボビン
３０、３２、３４ 端子 ３６、３８、４０ 出力端子
５０、５２、５４、５６、５８、６０ 磁石
６４ ディスプレー及び／又は警告ユニット
６６ 停止機構 ６２ 信号処理ユニット（ＳＰＵ）
７０ 差動増幅器 ７２ 高域フィルタ
７４ 低域フィルタ ７６ 低域フィルタ
７８ マルチプレクサー ８０ アナログ−デジタル変換器
８２ マイクロプロセッサ
Ｘ、Ｙ、Ｚ コイル
Ｖ（ｘ）、Ｖ（Ｙ）、Ｖ（Ｚ） 電圧信号
Ｖ（Ｘ−Ｙ）、Ｖ（Ｙ−Ｚ）、Ｖ（Ｚ−Ｘ） 差分信号

Claims (12)

1. 収穫機の回転自在の機械要素を通って流れる材料中の金属の有無を検出するための金属検出器であって、材料の通路内に延びる磁界を発生するための磁石と、金属片の存在により磁界が変化した場合に電気信号を発生するための検出コイルアッセンブリと、検出コイルが発生した信号を処理するための信号処理ユニット（ＳＰＵ）とを有する金属検出器において、
   前記検出コイルアッセンブリは複数の検出コイルを有し、
   前記ＳＰＵは、前記金属片が前記コイルアッセンブリのどの部分の上を通過するのかを判断するための手段を含み、
   前記ＳＰＵは、前記複数の検出コイルから発生される複数の電圧を受け取り、
   前記ＳＰＵは、前記コイル電圧の対応する対間の差を各々表す複数の差分信号を発生するための手段を含み、
   前記ＳＰＵは、前記差分信号の和を表す和分信号を発生するための手段及び前記和分信号が閾値より大である場合に緊急作動信号を発生するための手段を含み、
   前記金属検出器は、前記緊急作動信号に応じて前記回転自在の機械要素を停止するための手段を有する、ことを特徴とする金属検出器。
2. 前記ＳＰＵは、前記複数のコイルからの電圧を受け取り、
   前記ＳＰＵは、前記コイル電圧の対応する対間の差を各々表す複数の差分信号を発生するための手段を含み、
   前記ＳＰＵは、全ての差分信号の絶対値の和を表す和分信号を発生するための手段及び前記和分信号が閾値より大である場合に緊急作動信号を発生するための手段を含み、
   前記金属検出器は、前記緊急作動信号に応じて前記回転自在の機械要素を停止するための手段を有する、請求項１に記載の金属検出器。
3. 前記ＳＰＵは、複数のコイルからの電圧を受け取り、
   前記ＳＰＵは、前記コイル電圧の対応する対間の差を各々表す複数の差分信号を発生するための手段を含み、
   前記ＳＰＵは、差分信号の一つを他の差分信号と比較することによって、前記金属片が前記コイルアッセンブリのどの部分の上を通過しているのかを判断するための手段を含む、請求項１に記載の金属検出器。
4. 前記ＳＰＵは、一の互いに隣接していないコイルからの電圧間の差に対応する差分信号と、他の互いに隣接するコイル間の電圧差に対応する差分信号とを比較することによって、前記金属片が前記コイルアッセンブリのどの部分の上を通過するのかを判断するための手段を含む、請求項３に記載の金属検出器。
5. 前記ＳＰＵは、前記コイルアッセンブリの隣接していない両端のコイルからの電圧間の差に対応する差分信号と、隣接するコイル間の電圧差に対応する差分信号とを比較することによって、前記金属片が前記コイルアッセンブリのどの部分の上を通過するのかを判断するための手段を含む、請求項３に記載の金属検出器。
6. 一つの差分信号を別の一つの差分信号と比較することによって、通過する金属片の位置を更に正確に判断するための手段を含む、請求項３に記載の金属検出器。
7. 前記検出コイルアッセンブリは、三相「Ｙ」字形の配置で互いに電気的に接続された三つの検出コイルを有する、請求項１に記載の金属検出器。
8. 収穫機の回転自在の機械要素を通って流れる材料中の金属の有無を検出するための金属検出器であって、材料の通路内に延びる磁界を発生するための磁石と、金属片の存在により磁界が変化した場合に電気信号を発生するための検出コイルアッセンブリと、検出コイルが発生した信号を処理するための信号処理ユニット（ＳＰＵ）とを有する金属検出器において、
   前記検出コイルアッセンブリは、三相「Ｙ」字形の配置で互いに電気的に接続された三つの検出コイルを有し、
   前記ＳＰＵは、前記金属片が前記コイルアッセンブリのどの部分の上を通過しているの かを判断するための手段を含む、する、ことを特徴とする金属検出器。
9. 前記ＳＰＵは、第１コイル電圧Ｖ（Ｘ）、第２コイル電圧Ｖ（Ｙ）、及び第３コイル電圧Ｖ（Ｚ）を受け取り、
   前記ＳＰＵは、Ｖ（Ｘ）とＶ（Ｙ）との間の差を表す第１差分信号Ｖ（Ｘ−Ｙ）、Ｖ（Ｙ）とＶ（Ｚ）との間の差を表す第２差分信号Ｖ（Ｙ−Ｚ）、及びＶ（Ｚ）とＶ（Ｘ）との間の差を表す第３差分信号Ｖ（Ｚ−Ｘ）を発生するための手段を含み、
   前記ＳＰＵは、前記差分信号のうちの一つの差分信号を閾値と比較し且つ前記差分信号のうちの一つの差分信号を別の差分信号と比較することによって、金属片が前記コイルアッセンブリのどの部分の上を通過したのかを判断するための手段を有する、請求項８に記載の金属検出器。
10. 前記ＳＰＵは、前記差分信号の和を表す和分信号を発生するための手段及び前記和分信号が閾値より大である場合に緊急作動信号を発生するための手段を含み、
    前記金属検出器は、前記緊急作動信号に応じて前記回転自在の機械要素を停止するための手段を有する、請求項９に記載の金属検出器。
11. 前記ＳＰＵは、全ての差分信号の絶対値の和を表す和分信号を発生するための手段及び前記和分信号が閾値より大である場合に緊急作動信号を発生するための手段を含み、
    前記金属検出器は、前記緊急作動信号に応じて前記回転自在の機械要素を停止するための手段を有する、請求項９に記載の金属検出器。
12. 前記ＳＰＵは、前記コイルアッセンブリの両端のコイルからの電圧間の差に対応する差分信号を閾値と比較することによって、前記金属片が前記コイルアッセンブリのどの部分の上を通過しているのかを判断するための手段を含む、請求項９に記載の金属検出器。

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