JP3999747B2 - 金属検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば食品等の被検体に含まれる異物としての金属を検出する金属検出装置に係わり、特に、例えばアルミ等の非磁性体金属箔の蓋を有する容器に収納された状態の被検体に含まれる異物としての金属を検出する金属検出装置に関する。

一般に、菓子、精肉、総菜、乳酸飲料等を製造、出荷する食品工場の品質検査ラインには食品に含まれる異物としての金属を検出する金属検出装置が配設されている。この金属検出装置は、大きく分けて、食品等の被検体に含まれる鉄等の磁性金属のみを検出する金属検出装置と、鉄等の磁性金属とアルミやステンレス等の非磁性金属との２種類の金属を同時に検出できる金属検出装置とがある。

図６は、鉄等の磁性金属とアルミやステンレス等の非磁性金属との２種類の金属を同時に検出できる金属検出装置の概略構成図である。図６において、例えば食品からなる被検体１を搬送する搬送機構としてのコンベア２の上方位置に交流磁化コイル３が設けられている。この交流磁化コイル３は判定部４から例えば周波数ｆａ＝１００ＫHz程度の交流励磁電流が印加されると、被検体１を搬送するコンベア２を含む三次元領域に交流磁界を発生させる。

搬送機構としてのコンベア２の下方で、かつ交流磁化コイル３に対向する位置に、コンベア２の搬送方向に互いに離間して、一対の受信コイル５、６が配設されている。各受信コイル５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂は判定部４へ入力される。

このような金属検出装置において、各受信コイル５、６で、被検体１に含まれる磁性及び非磁性の金属７を検出できる原理を説明する。
交流磁化コイル３にて形成された交流磁界中に配設された各受信コイル５、６には起電力による交流電流が流れ、この交流電流が受信センサ５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂となる。そして、交流磁化コイル３にて形成された交流磁界中に非磁性の金属７が存在すると、この非磁性の金属７に交流磁界を構成する磁力線８のエネルギが吸収され渦電流として消費される。その結果、各受信コイル５、６を横切る磁力線８の数が減少し、受信センサ５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂の信号レベルが低下する。

逆に、交流磁化コイル３にて形成された交流磁界中に磁性の金属７が存在すると、この磁性の金属７に交流磁界を構成する多くの磁力線８が引き寄せられる。その結果、各受信コイル５、６を横切る磁力線８の数が増加し、受信コイル５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂の信号レベルが増加する。

判定部４内において受信コイル５、６は差分接続されている。その結果、判定部４内において、受信コイル５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂を差分合成した合成検出信号Δｄが作成される。

Δｄ＝ｄ₁―ｄ₂
判定部４は、合成検出信号Δｄ（＝ｄ₁―ｄ₂）が予め記憶された正負のしきい値を超えると、被検体１に磁性又は非磁性の金属７が存在すると判定して、金属検出信号を出力する。

なお、コンベア２の搬送方向に互いに離間して配設された一対の受信コイル５、６が、同一被検体１の金属７を同一タイミングで検出することはなく、かつ、受信コイル５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂には、定常的にほぼ同一レベルの雑音が含まれると仮定すると、検出信号ｄ₁、ｄ₂を差分合成した合成検出信号Δｄ（＝ｄ₁―ｄ₂）を採用することによって、合成検出信号Δｄに含まれる雑音レベルを低減できる。

このように、図６に示す金属検出装置においては、被検体１に含まれる鉄等の磁性金属とアルミやステンレス等の非磁性金属との２種類の金属７を同時に検出できる。

しかし、被検体１としての食品においては、図７（ａ）（ｂ）に示すように、乳酸飲料食品のように、略円筒状の容器１０に乳酸飲料を入れてアルミ箔からなる蓋９を取付けたものもある。

このように、被検体１自体に非磁性金属からなる蓋９が組込まれている場合においては、この被検体１を図６に示す金属検出装置で金属検出を行うと、異物としての金属７の他に、非磁性金属からなる蓋９をも異物として検出してしまう。したがって、図６に示す金属検出装置でもって、図７（ａ）（ｂ）に示す非磁性金属からなる蓋９が組込まれた被検体１の検査を実施できない。

このような不都合を解消するために、図８に示す構成の金属検出装置が考えられる。この金属検出装置においては、交流磁界を形成するための交流磁化コイル３をコンベア２の下方位置に配設し、一対の受信コイル５、６をこの交流磁化コイル３の下側位置に配設している。そして、交流磁化コイル３で形成される交流磁界の範囲１２が被検体１の上端の蓋９を含まない範囲となるように、判定部４から交流磁化コイル３に印加する交流励磁電流の値を設定している。したがって、各受信コイル５、６の受信範囲１３、１４も交流磁界の範囲１２内に限定される。

このような構成の金属検出装置においては、交流磁化コイル３で形成される交流磁界の範囲１２が被検体１の上端の蓋９を含まないので、各受信コイル５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂に被検体１の上端の非磁性金属からなる蓋９の影響が含まれることはない。したがって、各受信コイル５、６でもって被検体１に含まれる異物としての金属７のみを確実に検出できる。

しかしながら、図８に示す金属検出装置においてもまだ解消すべき次のような課題があった。

すなわち、交流磁化コイル３で形成される交流磁界の範囲１２から被検体１の上端の非磁性金属からなる蓋９を確実に外す必要があるので、交流磁界の範囲１２の上限位置を被検体１の上端から一定距離以上離す必要がある。その結果、被検体１の上端から交流磁界の範囲１２の上限位置までの距離Ｌの範囲は交流磁化コイル３で交流磁界が形成されない不感帯領域１１が存在する。この被検体１における不感帯領域１１に異物としての金属７が含まれると、この異物としての金属７は各受信コイル５、６で検出できないことになる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、たとえ上端が非磁性金属で形成された蓋で覆われた被検体であったとしても、この被検体に含まれる異物としての磁性及び非磁性の金属を可能な限り検出でき、異物としての金属の検出精度を大幅に向上できる金属検出装置を提供することを目的とする。

さらに、上記目的に加えて、小型でありながら、上端が非磁性金属で形成された蓋で覆われた被検体に含まれる異物としての磁性及び非磁性の２種類の金属を検出できる金属検出装置を提供することを目的とする。

本発明の金属検出装置においては、上端が非磁性金属で形成された蓋で覆われた被検体を搬送する搬送機構と、搬送機構にて搬送中の被検体に含まれる磁性金属を直流磁化する直流磁化器と、搬送機構の上方に設けられ、搬送機構にて搬送中の被検体の全領域に含まれる磁化された磁性金属を検出する磁気センサと、搬送機構の下方に設けられ、被検体における下端位置から蓋で覆われた上端の近傍位置までを含む三次元領域に交流磁界を発生させる交流磁化コイルと、搬送機構の下方で、かつ被検体の搬送方向に互いに離間した位置に設けられ、交流磁界中を通過する被検体の下端位置から上端の近傍位置までに含まれる磁性金属及び非磁性金属を検出する一対の受信コイルと、一対の受信コイルにおける各検出信号を差分合成して合成検出信号として出力する差分接続回路と、差分接続回路から出力された合成検出信号の信号波形に基づいて、被検体における下端位置から上端の近傍位置までに含まれる金属が磁性金属であるか非磁性金属であるかを判定する種別判定部と、少なくともこの種別判定部から出力された非磁性金属の検出信号及び磁気センサから出力された磁性金属の検出信号を表示する表示部とを備えている。

このように構成された金属検出装置においては、交流磁化コイルによって、上端が非磁性金属で形成された蓋で覆われた被検体に下端位置から上端の近傍位置までを含む三次元領域に交流磁界が形成される。したがって、被検体内に存在する異物としての磁性又は非磁性の金属が上記交流磁界を通過した場合は、一対の受信コイルでこの磁性又は非磁性の金属が検出される。

さらに、この金属検出装置においては、搬送中の被検体に含まれる磁性金属を直流磁化する直流磁化器と、被検体に含まれる磁化された磁性金属を検出する磁気センサとを設けている。したがって、被検体内に存在する異物としての磁性金属は磁気センサで必ず検出される。

このことは、交流磁化コイルにて形成された交流磁界の上限と被検体の上限までの間の不感帯領域に異物として存在する磁性金属も必ず検出される。よって、不感帯領域に異物として存在する非磁性金属のみが検出できないのみとなり、異物としての金属の検出精度を大幅に向上できる。
また、一対の受信コイルで検出された金属が差分接続回路及び種別判定回路で検出された金属が磁性金属か非磁性金属であるかが識別される。したがって、磁気センサで検出される磁性金属の検出と併せて、被検体に含まれる異物としての金属が磁性金属であるか非磁性金属であるかを把握できる。

また別の発明は、上述した発明の金属検出装置において、一対の受信コイルを交流磁化コイルの下方又は上方に設け、磁気センサを、搬送機構を挟んで一対の受信コイルと対向する位置に設けている。さらに、磁気センサから出力された磁性金属の検出信号に含まれる交流成分を除去するローパスフィルタと合成検出信号に含まれる直流成分を除去するハイパススフィルタとを有する。

このように構成された金属検出装置においては、交流磁化コイルと一対の受信コイルと磁気センサとは、被検体を搬送する搬送機構における搬送方向のほぼ同一位置に設けられているので、金属検出装置全体を小型に形成できる。

なお、一対の受信コイルと磁気センサとは近接配置されているので、各受信コイルの合成検出信号に含まれる直流成分をハイパススフィルタで除去し、磁気センサの検出信号に含まれる交流成分をローパスフィルタで除去する。

以上のように、本発明の金属検出装置においては、金属の検出手法が異なる２種類の金属検出機構を組込んでいる。したがって、たとえ上端が非磁性金属で形成された蓋で覆われた被検体であったとしても、この被検体に含まれる異物としての磁性及び非磁性の金属を可能な限り検出でき、異物としての金属の検出精度を大幅に向上できる。さらに、小型でありながら、上端が非磁性金属で形成された蓋で覆われた被検体に含まれる異物としての磁性及び非磁性の２種類の金属を検出できる。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係わる金属検出装置の概略構成を示す側面図であり、図２は上面図である。図８に示す従来の金属検出装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。

この実施形態の金属検出装置で金属検出対象の被検体１は、図７（ａ）（ｂ）を用いて説明したように、乳酸飲料食品のように、略円筒状の容器１０に乳酸飲料を入れてアルミ箔からなる蓋９を取付けた構造を有する。このような上端が非磁性金属で形成された蓋９で覆われた被検体１を搬送する搬送機構としてのコンベア２の下方位置に交流磁化コイル３が設けられている。この交流磁化コイル３は交流励磁電源１５から例えば周波数ｆａ＝１００ＫHz程度の交流励磁電流が印加されると、被検体１を搬送するコンベア２を含む三次元領域に交流磁界を発生させる。この交流磁化コイル３の下側位置に、コンベア２の搬送方向に互いに離間して、一対の受信コイル５、６をこの交流磁化コイル３の下側位置に配設している。各受信コイル５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂は判定処理部１６へ入力される。

なお、一対の受信コイル５、６を、交流磁化コイル３とコンベア２との間に設置することも可能である。

そして、図５に示すように、交流磁化コイル３で形成される交流磁界の範囲１２が被検体１の上端の蓋９を含まない範囲となるように、交流励磁電源１５から交流磁化コイル３に印加する交流励磁電流の値を設定している。したがって、各受信コイル５、６の受信範囲１３、１４も交流磁界の範囲１２内に限定される。具体的には、交流磁化コイル３で形成される交流磁界の範囲１２の上限位置を被検体１の上端から距離Ｌだけ低下した位置に設定している。

その結果、被検体１の上端から交流磁界の範囲１２の上限位置までの距離Ｌの範囲、は交流磁化コイル３で交流磁界が形成されないので、各受信コイル５、６で金属７を検出できない不感帯領域１１となる。

そして、交流磁化コイル３にて形成された交流磁界の範囲１２内に磁性の金属７が存在すると、各受信コイル５、６を横切る磁力線の数が増加し、図４（ａ）に示すように、受信コイル５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂の信号レベルが増加する。逆に、交流磁化コイル３にて形成された交流磁界の範囲１２内に非磁性の金属７が存在すると、各受信コイル５、６を横切る磁力線の数が減少し、図４（ｂ）に示すように、受信センサ５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂の信号レベルが低下する。

図１、図２において、搬送機構としてのコンベア２の矢印で示す搬送方向の交流磁化コイル３より上流側に、このコンベア２上を搬送される被検体１に含まれる磁性の金属７を直流磁化する励磁コイルが組込まれた直流磁化器１７が設けられている。この直流磁化器１７には直流励磁電源１８から直流励磁電流が供給される。

コンベア２の上方で、かつコンベア２を挟んで交流磁化コイル３及び一対の受信コイル５、６と対向する位置に、コンベア２にて搬送中の被検体１に含まれる磁化された磁性の金属７を検出する磁気センサ１９が設けられている。この磁気センサ１９の検出信号ｄ₃は判定処理部１６へ入力される。検出コイルからなる磁気センサ１９において、この磁気センサ１９の近傍位置を搬送される被検体１に直流磁化された磁性の金属７が含まれると、検出コイルに起電力による電流が流れ、図４（ａ）（ｃ）に示すように、この電流が磁気センサ１９の検出信号ｄ₃となる。

図３は各検出信号ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃に基づいて被検体１における蓋９以外の磁性又は非磁性の金属７の有無を判定する判定処理部１６の概略構成を示すブロック図である。

磁気センサ１９から入力された検出信号ｄ₃はＬＰＦ（ローパスフィルタ）２０へ入力される。ＬＰＦ２０は、磁気センサ１９から入力された検出信号ｄ₃に含まれる周波数ｆａ＝１００ＫＨｚ程度の交流磁界に起因する信号成分を除去して、直流磁化された磁性の金属７の起電力による電流の信号成分のみに制限する。

ＬＰＦ２０で周波数ｆａ＝１００ＫＨｚ程度以上の交流成分が除去された検出信号ｄ₃は、比較部２１において、しきい値メモリ２２に記憶されたしきい値と比較される。比較部２１は、検出信号ｄ₃の信号レベルがしきい値以上の場合、Ｈレベルの磁性の金属７の検出信号ｅ₁を、オアゲート２３を介して表示部２４へ送出するとともに、オアゲート２３、２５を介して外部出力端子２６へ送出する。表示部２４は、被検体１内に異物としての磁性の金属７が検出されたことを表示出力する。

各受信コイル５、６から入力された各検出信号ｄ₁、ｄ₂は差分接続回路２７で差分合成された合成検出信号Δｄとして次のＨＰＦ（ハイパスフィルタ）２８へ送出される。

Δｄ＝ｄ₁―ｄ₂
差分合成された合成検出信号Δｄ（＝ｄ₁―ｄ₂）の信号波形を図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図４（ａ）は、磁性の金属７が被検体１の前述した不感帯領域１１より下方に存在する場合を示す。この場合、搬送方向の上流側に存在する受信コイル５の検出信号ｄ₁に信号レベルの高い部分が発生し、次に、搬送方向の下流側に存在する受信コイル６の検出信号ｄ₂に信号レベルの高い部分が発生する。その結果、差分合成された合成検出信号Δｄ（＝ｄ₁―ｄ₂）の信号波形は、（正）から（負）へ変化する波形となる。また、磁気センサ１９はこの磁性の金属７を検出するので、磁気センサ１９の検出信号ｄ₃に金属の検出波形が出現する。

図４（ｂ）は、非磁性の金属７が被検体１の不感帯領域１１より下方に存在する場合を示す。この場合、搬送方向の上流側に存在する受信コイル５の検出信号ｄ₁に信号レベルの低い部分が発生し、次に、搬送方向の下流側に存在する受信コイル６の検出信号ｄ₂に信号レベルの低い部分が発生する。その結果、差分合成された合成検出信号Δｄ（＝ｄ₁―ｄ₂）の信号波形は、（負）から（正）へ変化する波形となる。なお、磁気センサ１９はこの非磁性の金属７を検出することはないので、磁気センサ１９の検出信号ｄ₃に金属の検出波形が出現することはない。

図４（ｃ）は、磁性の金属７が被検体１の前述した不感帯領域１１内に存在する場合を示す。この場合、各受信コイル５、６は磁性の金属７を検出しないので、各検出信号ｄ₁、ｄ₂の信号レベルは変化しない。しかし、磁気センサ１９はこの不感帯領域１１内に存在する磁性の金属７を検出するので、磁気センサ１９の検出信号ｄ₃に金属の検出波形が出現する。

図３のＨＰＦ２８は、差分接続回路２７で差分合成され合成検出信号Δｄに含まれる磁性の金属７に含まれる直流磁化に起因する直流信号成分を除去して、周波数ｆａ＝１００ＫＨｚ程度の交流磁界に起因する磁性又は非磁性の金属７の存在に起因する起電力による電流の信号のみに制限する。

ＨＰＦ２８で直流成分が除去された、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す波形を有する差分合成された合成検出信号Δｄは、比較部２９において、しきい値メモリ３０に記憶された正負のしきい値と比較される。比較部２９は、合成検出信号Δｄの正負の信号レベルが正負のしきい値以上の場合、合成検出信号Δｄを種別判定部３１へ送出する。

種別判定部３１は、入力された差分合成された合成検出信号Δｄの波形が、図４（ａ）に示すように、（正）から（負）へ変化する場合を磁性の金属７が存在すると判定して、Ｈレベルの磁性の金属７の検出信号ｅ₂を、オアゲート２３を介して表示部２４へ送出するとともに、オアゲート２３、２５を介して外部出力端子２６へ送出する。表示部２４は、被検体１内に異物としての磁性の金属７が検出されたことを表示出力する。

種別判定部３１は、入力された合成検出信号Δｄの波形が、逆に、図４（ｂ）に示すように、（負）から（正）へ変化する場合を非磁性の金属７が存在すると判定して、Ｈレベルの非磁性の金属７の検出信号ｅ₃を表示部２４へ送出するとともに、オアゲート２５を介して外部出力端子２６へ送出する。表示部２４は、被検体１内に異物としての非磁性の金属７が検出されたことを表示出力する。

このように構成された金属検出装置においては、図５を用いて説明したように、交流磁化コイル３で交流磁界の範囲１２が被検体１の上端の蓋９を含まない範囲に設定されている。その結果、各受信コイル５、６は、被検体１における上端から距離Ｌまでの不感帯領域１１より下方部分に存在する磁性又は非磁性の金属７を確実に検出するが、非磁性の金属である蓋９を異物として検出することはない。また、前述した上端から距離Ｌまでの不感帯領域１１を含む被検体１の全領域に存在する磁性の金属７は磁気センサ１９で検出される。

したがって、この実施形態の金属検出装置としては、被検体１における上端近傍に設定した不感帯領域１１に異物として存在する非磁性金属のみが検出できないのみとなり、上端が非磁性金属で形成された蓋９で覆われた被検体１に含まれる異物としての金属７の検出精度を大幅に向上できる。

また、交流磁化コイル３と一対の受信コイル５、６と磁気センサ１９とは、被検体１を搬送するコンベア２における搬送方向のほぼ同一位置に設けられているので、金属検出装置全体を小型に形成できる。この場合、一対の受信コイル５、６と磁気センサ１９とは近接配置されるので、各受信コイル５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂を差分合成した合成検出信号Δｄ（＝ｄ_1―ｄ₂）に含まれる直流成分をＨＰＦ２８で除去し、磁気センサ１９の検出信号ｄ₃に含まれる交流成分をＬＰＦ２０で除去しているので、各検出信号Δｄ、ｄ₃のＳ／Ｎ比が低下することはない。

さらに、種別判定部３１において、各受信コイル５、６の検出信号ｄ₁、ｄ₂を差分合成した合成検出信号Δｄ（＝ｄ_1―ｄ₂）の図４（ａ）（ｂ）に示す波形に基づいて被検体１に含まれる蓋９以外の異物としての金属７が磁性金属であるか非磁性金属であるかを判定し、表示部２４に表示している。したがって、監視者としては、被検体１に含まれる異物としての金属７が磁性金属であるか非磁性金属であるかを即座に把握でき、異物混入の対策を迅速に実施できる。

本発明の一実施形態に係わる金属検出装置の概略構成を示す側面図 同金属検出装置の概略構成を示す上面図 同金属検出装置に組込まれた判定処理部の概略構成を示すブロック図 同金属検出装置における各検出信号の波形図 同金属検出装置における交流磁界の範囲と被検体との関係を示す図 従来の金属検出装置の概略構成を示す側面図 被検体の構造を示す図 他の従来の金属検出装置の概略構成を示す側面図

符号の説明

１…被検体、２…コンベア、３…交流磁化コイル、５，６…受信コイル、７…金属、８…磁力線、９…蓋、１０…容器、１１…不感帯領域、１２…範囲、１３，１４…受信範囲、１５…交流励磁電源、１６…判定処理部、１７…直流磁化器、１８…直流励磁電源、１９…磁気センサ、２０…ＬＰＦ、２１，２９…比較部、２２，３０…しきい値メモリ、２３，２５…オアゲート、２４…表示部、２６…出力端子、２８…ＨＰＦ、３１…種別判定部

Claims (2)

1. 上端が非磁性金属で形成された蓋（９）で覆われた被検体（１）を搬送する搬送機構（２）と、
   前記搬送機構にて搬送中の被検体に含まれる磁性金属を直流磁化する直流磁化器（１７）と、
   前記搬送機構の上方に設けられ、前記搬送機構にて搬送中の被検体の全領域に含まれる磁化された磁性金属を検出する磁気センサ（１９）と、
   前記搬送機構の下方に設けられ、前記被検体における下端位置から前記蓋で覆われた上端の近傍位置までを含む三次元領域に交流磁界を発生させる交流磁化コイル（３）と、
   前記搬送機構の下方で、かつ被検体の搬送方向に互いに離間した位置に設けられ、前記交流磁界中を通過する被検体の下端位置から上端の近傍位置までに含まれる磁性金属及び非磁性金属を検出する一対の受信コイル（５、６）と、
   前記一対の受信コイルにおける各検出信号を差分合成して合成検出信号として出力する差分接続回路（２７）と、
   前記差分接続回路から出力された合成検出信号の信号波形に基づいて、前記被検体における下端位置から上端の近傍位置までに含まれる金属が磁性金属であるか非磁性金属であるかを判定する種別判定部（３１）と、
   少なくともこの種別判定部から出力された非磁性金属の検出信号（ｅ ₃ ）、及び前記磁気センサから出力された磁性金属の検出信号（ｅ ₁ ）を表示する表示部（２４）と
   を備えたことを特徴とする金属検出装置。
2. 前記一対の受信コイルは前記交流磁化コイルの下方又は上方に設けられ、
   前記磁気センサは前記搬送機構を挟んで前記一対の受信コイルと対向する位置に設けられ、
   前記磁気センサから出力された磁性金属の検出信号に含まれる交流成分を除去するローパスフィルタ（２０）と前記合成検出信号に含まれる直流成分を除去するハイパススフィルタ（２８）とを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の金属検出装置。

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