JP4137893B2

JP4137893B2 - 金属検出装置

Info

Publication number: JP4137893B2
Application number: JP2005023437A
Authority: JP
Inventors: 裕幸西尾; 茂久保寺; 聡三谷
Original assignee: アンリツ産機システム株式会社
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: JP2006208291A

Description

本発明は、被検査体中の金属又は金属成分を検出する金属検出装置、特に食品等の被検査体が磁界中を通過するときの磁界の変動を基に被検査体中における金属又は金属成分の有無を判定する金属検出装置に関する。

従来のこの種の金属検出装置としては、例えばコンベア搬送されるワーク（被検査体）がそのワークの特性（例えば水分や塩分の含有率）に応じた所定検査周波数帯域の交番磁界中を通過するように、送信コイルにより検査領域に交番磁界を発生させ、その磁界中でのワークの移動に起因する磁界変動を受信コイルへの誘起電圧の変動として検出し、この検出信号に送信コイルの励磁駆動信号と同期する検波処理を施し、その検波出力の出力レベルを閾値判定することで金属等の有無を判定するものが知られている。

また、金属異物を含まない良品物品が磁界中を移動することにより前記磁界変動に与える影響（以下、これを物品影響という）を最小にし、検出対象の金属異物等に対する検出感度を高めるべく、前記検波処理の位相角や交番磁界周波数の設定を工夫したものがある（例えば特許文献１、２参照）。

さらに、受信コイルの検出信号を直交検波した２つの検波出力の出力レベルを直交座標成分として各被検査体が前記交番磁界中を通過する間に直交座標平面に描かれるリサージュ図形を作成し、この図形データを基に各製品中の磁性成分と非磁性成分の割合を把握して製品中の金属異物の有無を判定するとともに、前記割合を表わす指標であるワーク位相（前記リサージュ図形の長軸の傾きで表わされる）の変化に応じて、送信コイルに印加する励磁信号と直交検波用の各同期検波器に印加する励磁信号との相対位相を調整することで、検出精度の向上を図ったものがある（例えば特許文献３参照）。

一方、送信コイルに印加する励磁信号を周波数拡散し、送信コイルと受信コイルとの間で被検査体による磁界への影響の信号を含んだ受信コイルの出力信号を周波数逆拡散するようにして、送信コイルと受信コイルとの間で混入される他の装置からのノイズを抑制し、受信信号のＳ／Ｎ比を向上させて、金属検出精度を向上させるようにしたものものがある（例えば特許文献４参照）。

特開平５−２３２２４８号公報

特開平５−１０００４７号公報

特開２００２−１６８８３４号公報

特開２００２−１６８９６５公報

上述のように交番磁界の変動を検出する金属検出装置では、製造ラインに存在する多種多様な装置からのノイズの影響を受け易いという問題がある。

また、予め外来ノイズの周波数帯域がわかっている場合に、送信コイルから発生する交番磁界の周波数を上記外来ノイズの周波数帯域を含まないような周波数バンドに設定できれば、外来ノイズの影響を避けることができるが、金属検出機における交番磁界の周波数バンドは、ワークの特性（例えば水分や塩分の含有率、更には包装材の種類等）に応じて好適に選択設定されるため、外来ノイズの周波数帯域を避けるように設定できるとは限らない。

これに対し、送信コイルに印加する励磁信号を周波数拡散し、受信コイルの出力信号を周波数逆拡散するようにした金属検出装置では、他の装置からの外来ノイズは拡散された送信信号に対しては一部しか影響せず、受信信号の逆拡散時には送信信号のみが集中し、外来ノイズが拡散されることになる。したがって、周波数拡散方式の金属検出装置では、外来ノイズを有効に抑えることができるという利点がある。

しかしながら、このような周波数拡散方式の金属検出装置にあっても、なお、次のような未解決の課題が残る。

すなわち、周波数拡散方式の金属検出装置では、基準送信信号に拡散符号を合成するか周波数ホッピングを行なって送信コイルの励磁駆動信号を生成することになるが、受信側で同一の拡散符号を用いて逆拡散する必要上、拡散および逆拡散の符号には一定パターンを持つＭ系列の擬似ランダム信号が使用され、周波数ホッピングの場合には一定のホッピングパターンが使用される。そのため、同一仕様の金属検出装置を複数並設した場合に、相互に干渉してしまう可能性があった。

本発明は、かかる従来技術の問題を解決するためになされたもので、外来電磁ノイズの影響を受けず、複数並設した場合でも金属検出の条件設定を干渉の無い金属検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的達成のため、被検査体の特性に応じて設定された周波数バンドの交番磁界を、励磁信号に応じて所定の検査領域に発生させる磁界発生手段と、前記被検査体が前記検査領域中を通過することに起因する前記交番磁界の変動を検出する磁界検出手段と、該磁界検出手段の検出信号に基づいて前記被検査体中における金属物又は金属成分の有無を判定する判定手段とを備えた金属検出装置において、前記磁界発生手段が前記周波数バンド内で設定された所定の拡散条件で前記励磁信号を拡散する機能を有するとともに、前記磁界検出手段が前記交番磁界の変動に対応する信号を前記所定の拡散条件に従い逆拡散して前記検出信号を生成する機能を有し、複数種の拡散条件のうち任意の１つの拡散条件を選択して前記所定の拡散条件を設定する拡散条件選択手段と、該拡散条件選択手段の選択結果に応じて、前記磁界発生手段および前記磁界検出手段でそれぞれ使用する前記所定の拡散条件を切り替える拡散条件切替手段と、を設けたことを特徴とする。

この構成により、所定の拡散条件で拡散された励磁信号に応じて磁界発生手段から磁界が発生し、被検査体がその交番磁界中を通過することに起因する交番磁界の変動が、磁界検出手段で検出されるときに前記所定の拡散条件に従い逆拡散されて前記検出信号が生成される。また、複数種の拡散条件のうち任意の１つの拡散条件を選択して前記所定の拡散条件が切替可能に設定される。したがって、拡散によって外来電磁ノイズの影響を受け難くするとともに、金属検出装置を複数並設した場合でもその拡散条件を互いに相違させるよう設定することで、隣接する装置間で干渉し難い金属検出装置となる。

本発明の金属検出装置においては、前記磁界発生手段が所定の拡散符号を用いて前記励磁信号の周波数を拡散するとともに、前記磁界検出手段が前記交番磁界の変動に対応する検出信号を前記拡散符号と同一の逆拡散符号を用い逆拡散して前記検出信号を生成し、前記拡散条件選択手段で選択される前記複数種の拡散条件が、前記励磁信号のビットレートより小さいチップレートと所定の周期とを有する複数の擬似ランダムノイズ符号で規定されるのが好ましい。

この構成により、磁界発生手段の励磁信号が拡散符号を用いて周波数拡散され、この拡散によって外来電磁ノイズの影響を受け難くなる。また、金属検出装置を複数並設した場合でも、複数の擬似ランダムノイズ符号のうち異なる擬似ランダムノイズ符号を用いることで、隣接する装置間で干渉し難い金属検出装置となる。

あるいは、本発明の金属検出装置においては、前記磁界発生手段が所定のホッピングパターンで前記励磁信号を周波数ホッピング変調するとともに、前記磁界検出手段が前記交番磁界の変動に対応する検出信号を前記ホッピングパターンで周波数ホッピング変調して前記検出信号を生成し、前記拡散符号選択手段で選択される前記複数種の拡散条件が、異なる複数のホッピングパターンで規定されるようにしてもよい。

この構成により、磁界発生手段の励磁信号が所定のホッピングパターンで周波数ホッピングされ、この拡散によって外来電磁ノイズの影響を受け難くなる。また、金属検出装置を複数並設した場合でも、複数のホッピングパターンのうち異なるホッピングパターンを用いることで、隣接する装置間で干渉し難い金属検出装置となる。

また、この場合、前記異なるホッピングパターンは、互いに排他的な周波数からなるのが望ましい。この構成により、前記ホッピングパターンのうち異なるホッピングパターンを用いることで、隣接する装置間での干渉を確実に回避することができる金属検出装置となる。

さらに、本発明の金属検出装置においては、前記磁界発生手段が互いに排他的な設定周波数を持つ複数のランプ波形信号のうち選択した何れかにより前記励磁信号を拡散変調するとともに、前記磁界検出手段が前記交番磁界の変動に対応する検出信号を前記選択した何れかのランプ波形信号に基づき逆拡散処理して前記検出信号を生成し、前記拡散条件選択手段で選択される前記複数種の拡散条件が、前記排他的な設定周波数を持つ複数のランプ波形信号で規定されるものであってもよい。

この構成により、磁界発生手段の励磁信号が互いに設定周波数の異なるランプ波形信号の何れかにより拡散変調され、この変調によって外来電磁ノイズの影響を受け難くなる。また、金属検出装置を複数並設した場合でも、複数のランプ波形信号のうち設定周波数の異なるランプ波形信号を用いることで、隣接する装置間で干渉し難い金属検出装置となる。

本発明によれば、所定の拡散条件で拡散された励磁信号に応じて磁界発生手段から磁界を発生させるとともに、被検査体がその交番磁界中を通過することに起因する交番磁界の変動を検出する磁界検出手段に、前記所定の拡散条件に従う逆拡散を行なって検出信号を生成させ、かつ、複数種の拡散条件のうち任意の１つの拡散条件を選択して所定の拡散条件を切替可能に設定するようにしているので、拡散によって外来電磁ノイズの影響を受け難くするとともに、金属検出装置を複数並設した場合でもその拡散条件を互いに相違させるよう設定することができ、隣接する装置間で干渉し難い金属検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いながら説明する。

[第１の実施の形態]

図１〜図４は本発明に係る金属検出装置の第１の実施の形態を示す図である。

まず、その構成について説明する。

図１において、被検査体であるワークＷは、ワーク搬送手段であるコンベア１１によって所定方向に搬送され、その搬送速度はワークＷの製造ラインの搬送速度に応じて設定されている。ワークＷの搬送路の所定区間は、ワークＷ中への金属異物（金属からなる異物又は金属成分を含んだ異物、欠品検出の場合は異物でなく構成要素となる）の検出を行なう検査領域１２となっており、この検査領域１２の入り口付近にはワークＷの検査領域１２への進入を検知する例えば光学式のワーク検知センサ１３が設置されている。

なお、ワークＷは、複数製造される任意の製品、例えば量産される食品を包装材で個々に、あるいは所定数の輸送時の個数単位で包装したものであり、箱入り製品のような定形のものでも、流動物等を封入した可撓性の袋入り製品のような不定形のものでよい。

ワークＷの検査領域１２の近傍にはワークＷ中の金属異物を検出する検出部２０が設けられている。

この検出部２０は、予め設定された振幅および周波数の送信信号を発生する信号発生部２１（磁界発生手段）と、信号発生部２１からの励磁信号により送信コイルを励磁駆動する磁界発生部２２（磁界発生手段）と、差動検出器等で構成される磁界検出部２３（磁界検出手段）とを含んで構成されており、これらは検出制御回路３０によって制御されるようになっている。

図２に示すように、信号発生部２１は、予め設定された振幅および周波数の基準信号を発生する基準信号発生器２１１と、擬似ランダムノイズ信号であるＰＮ（Pseudo Noise）信号を発生するＰＮ信号発生器２１２と、電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator：以下、ＶＣＯという）２１３とを含んで構成されており、磁界発生部２２は送信コイル２２１と、同調用のコンデンサ２２２とを含んで構成されている。そして、ワークＷが検査領域１２を通過するとき、前記基準信号をＰＮ信号を用いて周波数拡散した励磁信号をＶＣＯ２１３から出力して磁界発生部２２の送信コイル２２１を電流駆動し、送信コイル２２１によりその励磁信号に対応する交番磁界を検査領域１２中に発生させるようになっている。すなわち、ＶＣＯ２１３はＰＮ信号発生器２１２と協働し拡散変調器として機能する。

磁界検出部２３は、信号発生部２１および磁界発生部２２と協働してワークＷ中の金属異物を検出するようになっており、差動接続された一対の受信コイル２３１、２３２、同調用コンデンサ２３３および感度調節用可変抵抗器２３４等からなる。この磁界検出部２３は、磁界発生部２２からの交番磁界のみに対しては一対の受信コイル２３１、２３２の誘起電圧が等しく平衡し、両者の差動出力がゼロになるように調整されている。

磁界中を通過する磁性金属には磁束密度の大きさに比例してより多くの磁束が引き寄せられ、磁界中を通過する非磁性金属にはその移動による磁束密度の変化を打ち消すような向きでうず電流が生じ、ジュール熱が消費されるという性質がある。したがって、コンベア１１上のワークＷが検査領域１２を通過するとき、磁界検出部２３の受信コイル２３１、２３２間の出力の平衡状態がくずれる。

磁界検出部２３は、このようにコンベア１１上のワークＷの移動により両受信コイル２３１、２３２間の出力平衡状態がくずれたとき、その磁界の変化に応じた検出信号を出力する。この検出信号は、磁界発生部２２側からの交番磁界に対応して前記送信信号の設定周波数を有する交流信号成分に、ワークＷの磁界通過により変化する低周波信号成分が重畳した信号形態となる。

磁界検出部２３の検出信号は、信号処理部２４に取り込まれるようになっている。この信号処理部２４は、図２に示すように、直交検波を行なうとともに逆拡散変調器の機能を発揮する一対の同期検波器２４１、２４２と、同期検波器２４１、２４２からの検波出力信号からノイズ成分を除去する一対のバンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ；図中ではＢＰＦ）２４３、２４４と、一対の同期検波器２４１、２４２に逆拡散変調および復調のために取り込む送信信号（基準信号を周波数拡散した信号）の位相を調整する９０°移相器２４５と、図示しない増幅器およびＡ／Ｄ変換器等を含む受信レベル測定部２４６とによって構成されている。

信号処理部２４の一対の同期検波器２４１、２４２は、直交検波のために前記送信信号を一方に、これとは９０°位相が異なるよう調整した信号を他方に取り込み、それぞれ検出信号から送信信号相当の高周波成分を取り除いた検波出力を生成するとともに、検波に際して拡散信号成分を掛け合わすことで逆拡散処理を施すことになる。信号処理部２４は、この検波出力に更にバンドパスフィルタ２４３、２４４によるノイズ除去やＡ／Ｄ変換等を施した信号を金属有無判定部２６と検出制御回路３０とにそれぞれ出力する。

なお、前記直交検波の出力は、例えば、磁束密度変化が大きいほど外部磁界変化を引き起こす非磁性金属の影響が大きい検出信号、又は／及び磁束密度が大きいほど外部磁界変化を引き起こす磁性金属の影響の大きい検出信号となる。また、信号処理部２４から出力される低周波成分の検出信号は、例えば差動検出信号の所定位相位置の瞬時値を結ぶ包絡線の波形、および前記所定位相位置から送信信号周期の１／４周期分、つまり９０°だけ位相がずれた瞬時値を結ぶ包絡線の波形を形成するものとなる。

検出制御回路３０は、磁界検出部２３の検出信号およびユーザーの設定操作入力に基づいて所定の制御プログラムに従った演算処理を実行し、その処理結果に応じて信号発生部２１および磁界検出部２３にそれぞれ制御信号を出力するようになっている。

具体的なハードウェア構成を図示しないが、検出制御回路３０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェースを含むマイクロコンピュータで構成可能なものであり、ＲＯＭ内に格納された制御プログラムをＲＡＭとの間でデータの授受を行ないながらＣＰＵにより実行し、Ｉ／Ｏインターフェースを介して取り込んだ信号処理部２４からの信号等に基づいて、後述する処理を実行するようになっている。この検出制御回路３０は、機能的には、図１に示す基準設定部３１、発信制御部３２、磁界検出制御部３３、記憶部３４（記憶手段）および拡散条件選択部３５を実現するようになっている。

信号発生部２１の発生信号の振幅および基準信号周波数は基準設定部３１により設定され、信号発生部２１からの送信信号はＰＮ信号発生器２１２からのＰＮ信号を用いてＶＣＯ２１３で周波数拡散される。ここで、ＰＮ信号発生器２１２は発信制御部３２からの指令入力される所定のＭ系列の擬似ランダムノイズ符号（拡散符号）に対応するＰＮ信号を発生するようになっている。すなわち、ここでのＰＮ信号は、基準信号のビットレートより小さいチップレートと基準信号の周期より十分に長い所定の周期とを有しており、拡散符号は、例えばＣｈ.１「１０１０１１００１０００１１１」、Ｃｈ.２「１０００１１１１０１０１１００」、Ｃｈ.３「１００１０００１１１１０１０１」という形で与えられる。

すなわち、発信制御部３２は、ＰＮ信号発生器２１２と協働して、信号発生部２１で発生する励磁信号をＰＮ信号（所定の拡散条件、所定の拡散符号）を用いて周波数拡散する機能と、その拡散条件を切り替えることのできる拡散条件切替手段の機能とを有しており、磁界検出制御部３３は、ワーク検知センサ１３の検知情報に応じてワークＷが検査領域に進入するときに磁界検出部２３を作動させる機能と、信号処理部２４と共同して検査領域中のワークＷの移動による交番磁界の変動に対応する信号を前記所定の拡散条件に従い逆拡散して前記検出信号を生成させる機能（後述する）とを有する磁界検出制御手段となっている。

また、拡散条件選択部３５は、発信制御部３２で使用される拡散条件を例えば複数の選択肢のうちからユーザーが選択操作入力することのできる設定入力器を含み、予め記憶部３４に記憶された複数の拡散条件うち任意の１つの拡散条件を選択して発信制御部３２による拡散条件を指定することができる手段（拡散条件選択手段）となっている。この拡散条件選択部３５は、後述するように、起動時やメンテナンスモード時に外来ノイズを検出した結果に基づいて、使用環境に好適な拡散条件を選択して発信制御部３２による拡散条件を指定する機能を併有している。

また、発信制御部３２は、基準設定部３１で設定された基準信号の設定条件を基にその設定された振幅および周波数の基準信号を信号発生部２１の基準信号発生器２１１により発生させる一方、信号発生部２１で使用する拡散条件、例えば拡散符号の内容を記憶部３４から読み出し、その拡散符号に対応するＰＮ信号を信号発生部２１のＰＮ信号発生器２１２に発生させるようになっている。

磁界検出制御部３３は、信号処理部２４の同期検波器２４１、２４２に対し前記拡散された励磁信号に対応する検波クロック信号を供給するとともに、ワーク検知センサ１３がワークＷの検査領域１２内への進入を検知したとき、所定時間の間、信号処理部２４による信号処理を実行させるようになっている。なお、この磁界検出制御部３３は、基準信号発生器２１１およびＰＮ信号発生器２１２から直接信号を入力し、磁界発生部２２の作動の有無（磁界発生の有無）に関係なく、磁界検出部２３の検出動作周波数を規定できるようにするようにしてもよい。

記憶部３４はＲＡＭ又は他の書き換え可能なメモリデバイスで構成されており、通常動作時の基準信号の周波数や振幅をはじめとして、複数の擬似ランダムノイズ符号パターン、金属検出に関する他の各種設定情報や信号処理部２４での測定結果のデータを一時的に格納することができる。

なお、金属有無判定部２６は、検査領域１２に搬送された各ワークＷの検出信号振幅レベルを予め定めた閾値レベルと比較し、ワークＷ中に金属異物が含まれているか否か、すなわち製品としての合否を公知の判定方法で判定して、その判定結果を表示部２７に出力する判定手段となっている。この金属有無判定部２６は、併せて、コンベア１１の検査領域１２より下流側に設けられた選別部２８に対し、不良品を良品と分けるための選別指令信号を出力するようになっている。

次に、動作について説明する。

本実施形態の金属検出装置の起動時には、電源投入により、制御系の初期化と設定データの読込等が実行され、例えば磁界発生部２２で発生する送信信号の基準信号の振幅や設定周波数が決定され、これに応じた交番磁界が周波数拡散を伴って磁界発生部２２から発生されることになるが、この起動時又はメンテナンスモードにおいて、本実施形態では、次に述べるような拡散条件の選択設定の処理が実行される。

図３は、その拡散条件の選択設定処理の概略手順を示すフローチャートである。

同図において、まず、最初に金属検出装置の動作状態が、起動ボタンが押された直後の初期設定中であるか又はリセットボタンが操作された後の再設定中であるかがチェックされ（ステップＳ１）、そのいずれかの場合であれば（ステップＳ１でＹＥＳの場合）、次いで、今回の設定処理後に検査されるワークＷ（被検査物）の種別情報がユーザーによる設定入力又は既設定データから把握されて取得され（ステップＳ２）、そのワークＷに関連する各種設定パラメータ等が記憶部３４その他のメモリデバイスから読み込まれる（ステップＳ３）。

次いで、ワークＷの種別情報に基づいて、ワークＷ中の金属検出に適した磁界周波数が設定されるとともに、拡散符号選択処理のため複数の拡散符号、例えば予め準備されたＣｈ.１〜Ｃｈ.３の拡散符号が切替使用可能な状態にされる（ステップＳ４）。

そして、ワークＷに好適な検査周波数帯域で、例えばＣｈ.１〜Ｃｈ.３の順に使用する拡散符号が選択されて（ステップＳ５）、まず最初の拡散符号を用いた場合における外来電磁ノイズのノイズレベルが測定され（ステップＳ６）、測定結果が記憶部３４に一時的に記憶される（ステップＳ７）。なお、外来ノイズ測定時には、磁界発生部２２からの送信信号レベルを５分の１程度以下に抑える、例えば磁界検出部２３側での検出レベルを実質的にゼロ（許容ノイズレベル以下）にして、磁界発生部２２からの影響を十分に小さくする。

次いで、今回の測定結果が許容ノイズレベル判定のための閾値である所定値の電磁ノイズレベル以下となっているか否かが判別され（ステップＳ８）、所定値以下のノイズレベルであれば（ステップＳ８でＹＥＳの場合）、今回のチェックに使用した拡散符号をそのまま選択設定して、これを以後の動作中における周波数拡散のＰＮ信号発生に適用する（ステップＳ１１）。

今回の測定結果が所定値以下の磁界ノイズレベルでなければ（ステップＳ８でＮＯの場合）、次いで、ステップＳ５に戻って次の拡散符号の選択を行ない、その拡散条件で再度、検査領域１２中への外来電磁ノイズのノイズレベルが測定され（ステップＳ６）、その測定結果が記憶部３４に一時的に記憶される（ステップＳ７）。

このような処理が、拡散条件の異なる２つ又は３つの拡散符号についで実施されると、通常は、その間に測定結果は所定の電磁ノイズレベル以下となり、拡散符号選択設定は完了する。

上記の処理が所定回数内で繰り返し実行されても測定結果が所定値の電磁ノイズレベル以下とならなければ（ステップＳ９でＹＥＳの場合）、電磁ノイズ異常であることを表示、プリント又は音声その他の出力形式で報知し（ステップＳ１０）、次いで、測定結果のうち電磁ノイズレベルが最も低い拡散符号を選択して、以後の検出動作に使用する拡散符号を決定する（ステップＳ１１）。

このような拡散符号の選択設定が済むと、次いで、磁界発生部２２の発生磁界強度が通常の検出動作時の出力レベルに設定され（ステップＳ１２）、ワークＷについての金属検出が可能な状態となる。なお、電磁ノイズ異常の場合に、ユーザーが何らかの操作入力を行なうまで、待機状態とすることもできる。

上述の設定が完了すると、外来ノイズの影響を抑えた検出条件下で、通常の金属検出が可能となる。

図４は、拡散符号の相違による相互干渉の抑制効果を説明する相関図であり、同図（ａ）はＣｈ.１とＣｈ.２の相関関係を、同図（ｂ）はＣｈ.１とＣｈ.３の相関関係を、同図（ｃ）は隣接する金属検出装置間で同一の拡散符号Ｃｈ.１を用いた場合の相関関係を示している。同図（ｃ）に示すように、同一拡散符号の装置間では相関ピーク値（＝１）が存在するため、隣接する金属検出装置が発生する同一符号で周波数拡散した送信信号を受信したときに干渉が生じるが、同図（ａ）又は同図（ｂ）に示すように、異なる拡散符号間では相関値が小さくなり、相互干渉が生じ難いことがわかる。すなわち、Ｃｈ.１の拡散符号を用いて拡散した信号を受信しても、その受信信号は逆拡散によってＣｈ.１の拡散符号とは異なるＣｈ.２やＣｈ.３の拡散符号によって周波数拡散され、許容ノイズレベルを超えるような検出信号出力としては現れず、実質的に相互干渉が無いことになる。

本実施の形態においては、所定の拡散条件で拡散された励磁信号に応じて磁界発生部２２から磁界が発生し、ワークＷがその交番磁界中を通過することに起因する交番磁界の変動が、磁界検出部２３で検出されるときに選択設定された所定の拡散条件に従い逆拡散がされて、前記検出信号が生成される。したがって、拡散によって外来電磁ノイズの影響を受け難くすることができる。

しかも、ワークＷに対し使用磁界の好ましい周波数帯域内で、相互干渉を抑えるように拡散符号が相互に異なるように選択設定されることになるので、例えばワークＷに好適な同じ検査周波数帯域（数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの帯域から、例えば２００ｋＨｚ帯、４００ｋＨｚ帯というように選択設定することができる）を使用した複数の金属検出装置が近接配置されるような場合でも、複数の擬似ランダムノイズ符号のうち異なる擬似ランダムノイズ符号を用いることで、隣接する装置間での干渉を確実に抑えることができ、それら複数の金属検出装置の使用磁界周波数を微調整するような手間を軽減することができる。

[第２の実施の形態]

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る金属検出装置の検出系の概略構成図である。なお、本実施形態の金属検出装置の構成は上述の実施の形態とほぼ同様であるので、上述と同一又は類似の構成要素および処理については上述と同一の符号を用いて説明する。

本実施形態の金属検出装置においては、信号発生部２１が互いに排他的な設定周波数帯域を持つ複数のランプ波形信号（図６参照）のうち任意の１つのランプ波形により基準信号を拡散変調した送信信号（送信コイル２２１の励磁信号）を生成するとともに、磁界検出部２３および信号処理部２４がワークＷの通過により変動する検査領域中の交番磁界に対応する検出信号を前記選択した何れかのランプ波形信号に基づき逆拡散処理して検出信号を生成するようになっている。

図５に示すように、信号発生部２１は、予め設定された振幅および周波数の基準信号を発生する基準信号発生器２１１と、基準信号より十分に周期の短いのこぎり波形の電圧信号であるランプ波形信号を発生するランプ波形発生器２１６と、基準信号発生器２１１からの基準信号をランプ波形発生器２１６からのランプ波形に応じて拡散変調した送信信号を出力するＶＣＯ２１３とを含んで構成されている。そして、ワークＷが検査領域１２を通過するとき、ＶＣＯ２１３からの送信信号出力により磁界発生部２２の送信コイル２２１を電流駆動し、送信コイル２２１によりその送信信号（励磁信号）に対応する交番磁界を検査領域１２中に発生させるようになっている。すなわち、ＶＣＯ２１３はランプ波形発生器２１６と協働する拡散変調器を構成している。

また、拡散条件選択部３５で選択される前記複数種の拡散条件は、記憶部３４に排他的な設定周波数帯域を持つ複数のランプ波形信号を特定するパラメータ群として予め記憶格納されている。そして、拡散条件選択部３５は、発信制御部３２で使用される拡散条件を記憶部３４に記憶された複数の選択肢（複数のランプ波形信号）のうちからユーザーが選択操作入力することのできる設定入力器を含み、予め記憶部３４に記憶された複数の拡散条件うち任意の１つの拡散条件を選択して発信制御部３２による拡散条件を指定することができる拡散条件選択手段となっている。

この拡散条件選択部３５は、後述するように、起動時やメンテナンスモード時に外来ノイズを検出した結果に基づいて、上述の実施形態と同様な手順で使用環境に好適な拡散条件を何れかのランプ波形信号として選択し、発信制御部３２による拡散条件を指定する機能を併有している。

図６（ａ）は、ランプ波形発生器２１６からＶＣＯ２１３に与えられるランプ波形群の一例について、それぞれの入力電圧の時間による変化を示している。上述した排他的な設定周波数帯域は、同図においては、各帯域の特定のランプ波形の周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の相違（例えばＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３）およびＶＣＯ入力電圧（ＶＣＯに入力される周波数掃引信号電圧）の差として現れている。すなわち、各チャンネルＣｈ.１〜Ｃｈ.３の波形についてみると、それぞれの周期Ｔが異なるとともに、周波数拡散の帯域に対応するＶＣＯ入力電圧の帯域が掃引帯域Ｖｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３のように電圧方向にオフセットすることで、各チャネルＣｈ.１〜Ｃｈ.３の排他性が確保されている。勿論、チャンネルＣｈ.１〜Ｃｈ.３のランプ波形について、それらの周期Ｔ１〜Ｔ３を異ならせる場合に掃引帯域Ｖｓを同一帯域（例えば図６（ａ）中に示す最大拡散帯域Ｖｍに設定できる）に設定しても拡散効果は得られるし、チャンネルＣｈ.１〜Ｃｈ.３のランプ波形の掃引帯域ＶｓをＶｓ１〜Ｖｓ３のように異ならせる場合（すなわち、チャンネル毎に異なる拡散周波数帯域を設定する場合）にそれらを同一の周期Ｔに設定しても拡散効果は得られる。

図６に示す例では、チャンネルＣｈ.１〜Ｃｈ.３で規定される周波数帯は、それぞれワーク特性に応じた検査周波数の周波数バンド内に含まれるように設定され、例えば図６（ｂ）に例示する特定のワークに好適な周波数バンドＡ内におけるチャンネルｃｈ１ａ、ｃｈ２ａ、ｃｈ３ａのように、あるいは周波数バンドＢ内におけるチャンネルｃｈ１ｂ、ｃｈ２ｂ、ｃｈ３ｂ若しくは周波数バンドＣ内におけるチャンネルｃｈ１ｃ、ｃｈ２ｃ、ｃｈ３ｃのように、わずかに設定周波数の異なる独立した周波数帯となっている。このように、近似する形状であるが設定周波数がわずかに異なる複数のランプ波形と、ランプ波形が周波数帯が異なり相互に近似していない複数のランプ波形とを、ワークの特性や使用する装置台数等に応じて適宜選択することができるようなっている。

このように構成された本実施形態の金属検出装置では、磁界発生手段の励磁信号が互いに設定周波数の異なるランプ波形信号の何れかに応じて拡散変調および逆拡散変調されることから、外来電磁ノイズの影響を受け難くなる。

また、排他的な設定周波数帯域を持つ複数のランプ波形信号を選択して使用することで、上述の実施形態と同様に、金属検出装置を複数並設した場合でも、複数の拡散条件のうち相互に異なる拡散条件として、隣接する装置間での干渉を無くすことができる。すなわち、図６に示すように、チャンネルＣｈ.１〜Ｃｈ.３のランプ波形入力について、それらの周期Ｔ１〜Ｔ３および掃引帯域Ｖｓ１〜Ｖｓ３をそれぞれ相違させることで、外来ノイズ抑制効果と干渉抑圧効果を共に確保することができる。

なお、チャンネルＣｈ.１〜Ｃｈ.３のランプ波形入力について、それらの周期Ｔ１〜Ｔ３を異ならせるだけで、掃引帯域Ｖｓを同一帯域とした異種拡散パターンの場合にも、それによって互いの相関が小さくなって干渉し難くなる。この場合、同調回路の帯域幅により最大拡散帯域Ｖｍが制限されるものの、各チャンネルの拡散帯域幅を最大拡散帯域Ｖｍと同一の値まで大きく設定できるという利点があるから、ノイズ抑制効果が優れたものとなる。一方、チャンネルＣｈ.１〜Ｃｈ.３のランプ波形入力の掃引帯域ＶｓをＶｓ１〜Ｖｓ３のように異ならせるだけで同一の周期Ｔを設定した場合にも、掃引帯域Ｖｓ１〜Ｖｓ３に対応してＶＣＯ２１３の発振周波数帯域が排他的となることから、隣接する装置間での干渉を確実に抑制することができるという利点がある。

いずれの場合にも、本実施形態における拡散帯域幅は、送信コイル２２１と同調コンデンサ２２２とからなる同調回路のＱ（周波数選択性の良さを表わす同調特性値）に基づいて決定される。具体的には、全周波数帯を数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの範囲のうち複数の周波数帯とし、例えば１ＭＨｚ帯に対応する同調回路のＱの値が１００であれば、１ＭＨｚ帯における周波数拡散の拡散帯域幅（＝ｆ／Ｑ）は１０ｋＨｚといった形で設定される。

[第３の実施の形態]

図７は、本発明の第３の実施の形態に係る金属検出装置の検出系の概略構成図である。なお、本実施形態の金属検出装置の構成は上述の各実施の形態とほぼ同様であるので、上述と同一又は類似の構成要素および処理については上述と同一の符号を用いて説明する。

本実施形態の金属検出装置においては、図７に示すように、信号発生部２１が、ワークＷに適した検出動作周波数を設定可能な基準周波数発生器２１１と、周波数拡散を行なうための周波数シンセサイザ２１７およびホッピングパターン符号発生器２１８とで構成されており、周波数シンセサイザ２１７はホッピングパターン符号発生器２１８と協働する拡散変調器の機能を有している。

具体的には、発信制御部３２からの選択指令入力に従って、ホッピングパターン符号発生器２１８は指定されたホッピングパターン符号の信号を出力する。このホッピングパターン符号発生器２１８から周波数シンセサイザ２１７に対して送られる信号は、互いに排他的なホッピング周波数およびホッピングパターンの周波数ホッピング動作を指定する複数チャンネル（例えば図８（ａ）中のＣｈ.１〜Ｃｈ.３）のうち任意のチャンネルの符号出力である。

これにより、例えば、図８に示すチャンネルＣｈ.１のホッピングパターンが選択された場合には、周波数シンセサイザ２１７から出力される合成信号は、その周波数がｆ７、ｆ４、ｆ１、ｆ７、ｆ４、ｆ１という繰返し順序で順次異なる周波数に切り替えられ、周波数ホッピングにより拡散された信号となる。次のチャンネルＣｈ.２のホッピングパターンの場合には、周波数がｆ２、ｆ８、ｆ５、ｆ２、ｆ８、ｆ５という順序で、更に次のチャンネルＣｈ.３のホッピングパターン場合には、周波数がｆ９、ｆ６、ｆ３、ｆ９、ｆ６、ｆ３という順序で、それぞれ周波数が順次切り替えれられることで、同様の周波数拡散がなされる。また、周波数シンセサイザ２１７から出力される拡散された信号に対応してＶＣＯ２１３から送信信号が出力される。

そして、ＶＣＯ２１３からの送信信号出力により磁界発生部２２の送信コイル２２１が電流駆動され、その送信信号（励磁信号）に対応する交番磁界を検査領域１２中に発生させる。

また、磁界検出制御部３３により制御される磁界検出部２３および信号処理部２４、具体的には同期検波器２４１、２４２が、ワークＷの通過により変動する検査領域中の交番磁界に対応する検出信号を、前記選択した何れかのホッピングパターン符号に基づき逆拡散処理して検出信号を生成する。

拡散条件選択部３５で選択される前記複数種の拡散条件は、記憶部３４に排他的なホッピング周波数およびホッピングパターンを持つ複数のホッピングパターン符号群として予め記憶格納されている。そして、拡散条件選択部３５は、発信制御部３２で使用される拡散条件を記憶部３４に記憶された複数の選択肢（複数のランプ波形信号）のうちからユーザーが選択操作入力することのできる設定入力器を含み、予め記憶部３４に記憶された複数の拡散条件うち任意の１つの拡散条件を選択して発信制御部３２による拡散条件を指定することができる拡散条件選択手段となっている。

また、拡散条件選択部３５は、後述するように、起動時やメンテナンスモード時に外来ノイズを検出した結果に基づいて、図３に示した上述の実施形態の拡散条件の選択設定手順と同様な手順で、使用環境に好適な拡散条件を何れか１チャンネルのホッピングパターン符号として選択し、発信制御部３２による拡散条件を指定する機能を併有している。

記憶部３４に予め記憶される前記複数のホッピングパターンは、周波数が上述のように周期的に変化するとともに、異なるチャンネル間では周波数を共有しない設定となっているので、使用チャンネルの異なる装置間では統計的にも瞬間的にも相互干渉が生じない。

このように構成された本実施形態の金属検出装置においては、周波数拡散の方式が上述の実施形態とは異なるものの、磁界発生手段の励磁信号が互いにホッピング周波数およびホッピングパターンの異なる複数のチャンネルＣｈ.１〜Ｃｈ.３のホッピングパターン符号の何れかに応じて拡散変調および逆拡散変調がなされることで、外来電磁ノイズの影響を受け難くなる。また、排他的なホッピング周波数およびホッピングパターンを持つ複数のチャンネルのホッピングパターン符号を排他的に選択設定することで、上述の実施形態と同様に、金属検出装置を複数並設した場合でも、複数の拡散条件のうち相互に異なる拡散条件で、隣接する装置間での干渉を生じ難くすることができる。

なお、上述した各実施形態の金属検出装置は、周波数逆拡散機能と検波機能を兼ね備えた同期検波器を採用したものであったが、本発明の金属検出装置はこれに限らず、例えば磁界検出部２３と検波部を構成する信号処理部２４との間に独立した逆拡散変調器を挿入し、これにより拡散符号と同一の逆拡散符号を用いて逆拡散処理を行なう等することで、逆拡散機能と検波機能と別個の構成要素で分担する構成とすることができるのはいうまでもない。また、拡散条件選択設定処理における測定結果を記憶部３４に一時的に記憶するだけでなく蓄積しておき、外来電磁ノイズの変化を経時的に比較可能な情報とすることもできる。

以上説明したように、本発明は、所定の拡散条件で拡散された励磁信号に応じて磁界発生手段から磁界を発生させるとともに、被検査体がその交番磁界中を通過することに起因する交番磁界の変動を検出する磁界検出手段に、前記所定の拡散条件に従う逆拡散を行なって検出信号を生成させ、かつ、複数種の拡散条件のうち任意の１つの拡散条件を選択して所定の拡散条件を切替可能に設定するようにしているので、拡散によって外来電磁ノイズの影響を受け難くするとともに、金属検出装置を複数並設した場合でもその拡散条件を互いに相違させるよう設定することができ、隣接する装置間で干渉し難い金属検出装置を提供することができるという効果を奏するものであり、被検査体中の金属又は金属成分を検出する金属検出装置、特に食品等の被検査体が磁界中を通過するときの磁界の変動を基に被検査体中における金属又は金属成分の有無を判定する金属検出装置全般に有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る金属検出装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る金属検出装置の検出系の構成図である。本発明の第１の実施の形態に係る金属検出装置における拡散条件の選択設定の処理手順を説明するフローチャートである。本発明の第１の実施の形態に係る金属検出装置における拡散符号の選択条件を説明する図で、同（ａ）は異なる拡散符号であるＣｈ.１とＣｈ.２の拡散符号をそれぞれ選択設定した場合の干渉の程度を、同（ｂ）は異なる拡散符号であるＣｈ.１とＣｈ.３の拡散符号をそれぞれ選択設定した場合の干渉の程度をそれぞれ相関値で示し、同（ｃ）は比較のために共に同一の拡散符号であるＣｈ.１の拡散符号をそれぞれ選択設定した場合の干渉の程度を示している。本発明の第２の実施の形態に係る金属検出装置の検出系の構成図である。本発明の第２の実施の形態に係る金属検出装置における拡散条件を規定する複数チャンネルのランプ波形信号を示す図で、同図（ａ）はその波形を複数のＶＣＯ入力電圧の時間的変化として示すグラフ、同図（ｂ）はワークに好適な各周波数バンド内での各チャンネルの周波数設定条件の説明図である。本発明の第３の実施の形態に係る金属検出装置の検出系の構成図である。本発明の第３の実施の形態に係る金属検出装置における拡散条件を規定する複数チャンネルのホッピングパターンを示す図で、同図（ａ）はそのパターンを縦軸をホッピング周波数、横軸を時間として示したグラフ、同図（ｂ）はワークに好適な各周波数バンド内でのホッピング周波数の設定条件の説明図である。

符号の説明

１２検査領域
１３ワーク検知センサ
２０検出部
２１信号発生部（磁界発生手段）
２２磁界発生部（磁界発生手段）
２３磁界検出部（磁界検出手段）
２４信号処理部（磁界検出手段、検波部）
２６金属有無判定部（判定手段）
２７表示部
２８選別部
３０検出制御回路
３１基準設定部
３２発信制御部（拡散条件切替手段）
３３磁界検出制御部
３４記憶部（記憶手段）
３５拡散条件選択部（周波数選択設定手段）

Claims

被検査体の特性に応じて設定された周波数バンドの交番磁界を、励磁信号に応じて所定の検査領域（１２）に発生させる磁界発生手段（２１、２２）と、
前記被検査体が前記検査領域中を通過することに起因する前記交番磁界の変動を検出する磁界検出手段（２３、２４）と、
該磁界検出手段の検出信号に基づいて前記被検査体中における金属物又は金属成分の有無を判定する判定手段（２６）とを備えた金属検出装置において、
前記磁界発生手段が前記周波数バンド内で設定された所定の拡散条件で前記励磁信号を拡散する機能を有するとともに、前記磁界検出手段が前記交番磁界の変動に対応する信号を前記所定の拡散条件に従い逆拡散して前記検出信号を生成する機能を有し、
複数種の拡散条件のうち任意の１つの拡散条件を選択して前記所定の拡散条件を設定する拡散条件選択手段（３５）と、
該拡散条件選択手段の選択結果に応じて、前記磁界発生手段および前記磁界検出手段でそれぞれ使用する前記所定の拡散条件を切り替える拡散条件切替手段（３２）と、を設けたことを特徴とする金属検出装置。
前記磁界発生手段が所定の拡散符号を用いて前記励磁信号の周波数を拡散するとともに、前記磁界検出手段が前記交番磁界の変動に対応する検出信号を前記拡散符号と同一の逆拡散符号を用い逆拡散して前記検出信号を生成し、
前記拡散条件選択手段で選択される前記複数種の拡散条件が、前記励磁信号のビットレートより小さいチップレートと所定の周期とを有する複数の擬似ランダムノイズ符号で規定されることを特徴とする請求項１に記載の金属検出装置。
前記磁界発生手段が所定のホッピングパターンで前記励磁信号を周波数ホッピング変調するとともに、前記磁界検出手段が前記交番磁界の変動に対応する検出信号を前記ホッピングパターンで周波数ホッピング変調して前記検出信号を生成し、
前記拡散符号選択手段で選択される前記複数種の拡散条件が、異なる複数のホッピングパターンで規定されることを特徴とする請求項１に記載の金属検出装置。
前記異なるホッピングパターンは、互いに排他的な周波数からなることを特徴とする請求項３に記載の金属検出装置。
前記磁界発生手段が互いに排他的な設定周波数を持つ複数のランプ波形信号のうち選択した何れかにより前記励磁信号を拡散変調するとともに、前記磁界検出手段が前記交番磁界の変動に対応する検出信号を前記選択した何れかのランプ波形信号に基づき逆拡散処理して前記検出信号を生成し、
前記拡散条件選択手段で選択される前記複数種の拡散条件が、前記排他的な設定周波数を持つ複数のランプ波形信号で規定されることを特徴とする請求項１に記載の金属検出装置。