JP5695428B2

JP5695428B2 - 金属検出装置

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Publication number: JP5695428B2
Application number: JP2011011965A
Authority: JP
Inventors: 高橋　良文; 良文高橋; 健太山田; 石田　欽也; 欽也石田; 笹田　一郎; 一郎笹田
Original assignee: Kyushu University NUC
Current assignee: Kyushu University NUC
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-01-24
Also published as: JP2012154674A

Description

本発明は、食品等の被検査物中の金属の有無を検出する金属検出装置に関するものである。

従来、この種の金属検出装置としては、被検査物の通過によって生じる磁界の変化に基づいて食品等の被検査物中の金属の有無を検出する金属検出装置において、搬送方向に複数の検出センサを配設するとともに、これら複数の検出センサのうちの１つ以上の検出センサに対して搬送路を介して１つ以上の検出センサを配設し、被検査物の非搬送時における合成検出信号の信号レベルが最小となるように検出センサ相互間の接続状態を設定することにより、検出信号に含まれるノイズレベルを低減するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、書類を載置可能な書類載置面に多数のフラックスゲート型磁気検出素子を配置し、各フラックスゲート型磁気検出素子の検出信号に基づいて書類にステープルが付着しているか否かを高感度で判定するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−２２７０２９号公報特開２００６−１８９３７６号公報

しかしながら、従来の金属検出装置においては、特許文献１の技術では、ノイズレベルを一定程度低減することはできるが、外乱ノイズの影響で高感度化が限界であった。

また、特許文献２の技術では、被検査物中の金属を磁化するための着磁装置を備えていないため検出感度が十分でなく、また、磁気シールドを備えていないため外乱ノイズの影響を受けてしまい、直径１ｍｍ以下の金属を検出することができないという問題があった。

そこで、本発明は、前述のような従来の問題を解決するためになされたもので、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物中の微小な金属を安定して高感度で検出することができる金属検出装置を提供することを目的としている。

本発明に係る金属検出装置は、被検査物を搬送路内で搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送される被検査物中の金属を磁化する着磁手段と、前記被検査物の搬送方向と直交する前記搬送路の幅方向に鋭指向性を有するとともに、前記搬送路の幅方向に複数配列された磁気センサを有し、前記着磁手段により着磁された被検査物中の金属の残留磁気成分を検出する検出ヘッドと、前記検出ヘッドの前記搬送路の幅方向の少なくとも両端に配置され、前記検出ヘッドの内部に侵入するノイズを遮蔽する遮蔽手段と、相関手段を備え、前記相関手段により前記検出ヘッドを構成する磁気センサの複数組における検出信号の相関を計算することで前記被検査物中の異物による信号を強調する異物信号強調手段と、
前記異物信号強調手段からの信号に基づいて前記被検査物中の金属の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、異物信号強調手段から出力された信号はノイズ成分が抑圧されるとともに異物信号が強調されたものとなるので、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物Ｗ中の微小な金属ｍを安定して高感度で検出することができる。
また、複数の検出信号の相関を計算することによりノイズ成分が抑圧されるとともに異物信号が強調されるので、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物Ｗ中の微小な金属ｍを安定して高感度で検出することができる。

また、本発明に係る金属検出装置は、前記相関手段が、タイミング信号発生手段と、前記磁気センサの検出信号を保存する波形保存手段と、を備え、前記搬送手段で搬送される前記被検査物の到来を前記タイミング信号発生手段で捉え、タイミング信号を発生し、前記波形保存手段に前記磁気センサからの信号を保存し、所定の波形を保存した後に前記波形保存手段より波形を読み出し、検出信号の相関を計算することで前記被検査物中の異物による信号を強調することを特徴とする。

この構成により、複数の検出信号の相関を計算することによりノイズ成分が抑圧されるとともに異物信号が強調されるので、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物Ｗ中の微小な金属ｍを安定して高感度で検出することができる。

また、本発明に係る金属検出装置は、前記相関手段が、タイミング信号発生手段と、前記磁気センサの検出信号を保存する第１の波形保存手段と、前記被検査物中に異物が含まれているときの前記磁気センサからの検出信号を保存する第２の波形保存手段と、を備え、前記搬送手段で搬送される前記被検査物の到来を前記タイミング信号発生手段で捉え、タイミング信号を発生し、前記第１の波形保存手段に前記磁気センサからの信号を保存し、所定の波形を保存した後に前記第１の波形保存手段より波形を読み出し、検出信号の相関を計算することで前記被検査物中の異物による信号を強調することを特徴とする。

また、本発明に係る金属検出装置は、前記異物信号強調手段が、前記検出ヘッドの複数の磁気センサからの検出信号の差分を計算することで前記被検査物中の異物による信号を強調することを特徴とする。

この構成により、複数の検出信号の差分を計算することによりノイズ成分が抑圧されるとともに異物信号が強調されるので、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物Ｗ中の微小な金属ｍを安定して高感度で検出することができる。

本発明は、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物中の微小な金属を安定して高感度で検出することができる金属検出装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る金属検出装置の斜視図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る金属検出装置の上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ´断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＤ−Ｄ´断面図である。本発明の実施の形態に係る金属検出装置の磁気センサの回路構成図である。（ａ）、（ｂ）は、磁気センサの検出コイル部分の一例を示す図である。本発明の実施の形態に係る金属検出装置の磁気センサからの検出信号を示す図である。本発明の実施の形態に係る金属検出装置の磁気センサを配列方向に対して所定角度傾斜して配置した場合を示す断面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る金属検出装置の斜視図であり、（ｂ）は、各相関手段から出力される相関波形信号を示す図である。（ａ）は、相互相関の計算に用いる一方の信号であり、（ｂ）は、相互相関の計算に用いる他方の信号であり、（ｃ）は、相互相関の計算結果の信号である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る金属検出装置の斜視図であり、（ｂ）は、各相関手段から出力される相関波形信号を示す図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る金属検出装置の斜視図であり、（ｂ）は、各差動手段から出力される波形信号を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず構成について説明する。

図１、図２に示すように、金属検出装置１０は、被検査物Ｗを搬送路２０ａ内で搬送するコンベア２０と、被検査物Ｗ中の金属ｍを磁化する着磁部３０と、被検査物Ｗの搬送方向と直交する直交方向（矢印Ｂで示す）に鋭指向性を有するとともに、直交方向に複数配列された磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅを有し、着磁部３０により着磁された被検査物Ｗ中の金属ｍの残留磁気の直交方向の成分を検出する検出ヘッド４０と、検出ヘッド４０の直交方向の両端に配置され、検出ヘッド４０の内部に侵入するノイズを遮蔽する磁気シールド４９と、検出ヘッド４０の複数の磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの検出信号に基づいて被検査物Ｗ中の金属ｍの有無を判定する判定手段５３と、を備えている。

被検査物Ｗは、例えば、包装材で包装された任意の製品、例えば包装容器内に食品を収容し、直方体形状の包装箱の表面に磁化可能な個体識別用のラベル若しくはタグ、おまけのカード等を貼付又は添付したものである。被検査物Ｗは、金属異物、あるいは、包装箱内に薬品と磁性インクで印刷された磁気印刷物を収納したものである。

コンベア２０は、無端状のベルト２１を複数対の搬送ローラ２２ａ、２２ｂ、２３ａおよび２３ｂに巻回し、そのベルト２１の上走部の上面によって検出ヘッド４０の入口側から出口側へと被検査物Ｗを搬送するようになっている。

搬送路２０ａの検出ヘッド４０より上流側の所定位置には、搬送路２０ａを挟んで上下に対向する公知の着磁部３０が設置されている。着磁部３０は、上下方向に磁界を印加するための図示しない磁石を備えたものである。これにより、被検査物Ｗは、磁気検出領域４５より上流側の位置で着磁部３０により直流磁界を印加され、被検査物Ｗ内の金属ｍが所定の残留磁化レベルで磁化されるようになっている。

なお、着磁部３０は、検出ヘッド４０により被検査物Ｗ内の金属ｍをより高精度で検出するために設けられたものであるが、金属検出装置１０の外部で予め磁化されるなどして、被検査物Ｗ内の金属ｍが磁気検出に足る磁性を有するような場合には、着磁部３０が設置される必要はなく、着磁部３０を設けない装置構成とすることができる。

なお、複数の磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅが列設される直交方向は、厳密に９０°に限定されるものではなく、ノイズの影響を受けない範囲であれば許容される。例えば、その範囲は±３０°である。

検出ヘッド４０は、被検査物Ｗの搬送路２０ａを挟んで上下に対向するように配置された上側ヘッド４１と下側ヘッド４２とから構成されている。上側ヘッド４１には、複数の磁気センサ４１ａ〜４１ｅが、被検査物Ｗの搬送方向と直交する矢印Ｂで示す直交方向に列設されている。また、下側ヘッド４２には、複数の磁気センサ４２ａ〜４２ｅが、被検査物Ｗの搬送方向と直交する直交方向にそれぞれ列設されている。

検出ヘッド４０の上側ヘッド４１と下側ヘッド４２に挟まれた領域は、コンベア２０により矢印Ａの方向に搬送される被検査物Ｗが通過する磁気検出領域４５を形成している。

検出ヘッド４０の直交方向の両端には、図１、図２（ａ）に示すように、検出ヘッド４０の内部の磁気検出領域４５に侵入するノイズを遮蔽する磁気シールド４９が設けられている。図１、図２（ａ）では、磁気シールド４９は、被検査物Ｗの搬送方向と直交する方向である矢印Ｂで示す方向（ベルト２１の幅方向）の両端部を含み巻回されるように搬送路２０ａを囲んで設けられている。

磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅは、図２（ｃ）に示すように、被検査物Ｗの搬送方向と直交する矢印Ｂで示す方向に鋭指向性を有している。このため、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅは、被検査物Ｗ中の金属ｍの磁束のうち、この直交方向の成分のみを検出することができる。本実施の形態では、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅは、図３に示す直交型フラックスゲートセンサから構成されている。

ここで、フラックスゲートセンサとは、冷却や加熱の必要がなく、静磁界から低周波の周波数帯で１０ｐＴ〜地磁気レベルの磁界が計測可能な小型高感度センサである。フラックスゲートセンサにおいては、計測したい磁界に対して、細長い磁路を提供するコアと、このコアに巻かれた検出コイルがセンサヘッドの基本要素となっている。フラックスゲートセンサとしては、静磁界が計測できるようにコアの透磁率を周期的に変調する方法が異なる２つのタイプ、すなわち直交型フラックスゲートセンサと平行型フラックスゲートセンサとがある。このうち、コアの磁気モーメントがコアの長手方向に対して直交するように交流駆動し、コアの透磁率を変調するタイプのものを直交型フラックスゲートセンサと呼ぶ。直交フラックスゲートセンサの場合は、磁性ワイヤに直接交流電流を通電することにより透磁率を変調することができるため、センサヘッドの構成を簡単にできるという利点がある。また、交流励磁電流にその振幅値程度あるいはそれ以上の直流電流を重畳することにより、検出コイルに誘起する信号電圧の周波数が励磁周波数の基本波（従来のフラックスゲートセンサでは２倍周波）となり、回路が簡略化され、感度が増大し、コアの雑音が抑制される等の利点がある。（文献：電気学会マグネティックス研究会：ＭＡＧ−０８−１３３負帰還構成にした基本波型直交フラックスゲートの動作と特性。笹田一郎、村上雅則（九州大学））本実施の形態では、出力の線形性と感度の校正の容易化のために、Ｕ字型センサヘッドを用いた基本波型直交フラックスゲートセンサを対象として負帰還構成にする方法を採用している。また、コアの長手方向に数十〜数百ｋＨｚの交流磁界を印加して透磁率を変調するタイプのものは平行型フラックスゲートセンサと呼ばれ、平行型フラックスゲートセンサでは、変調に使用する交流励磁磁界と計測する磁界が平行または反平行であるために、通常はコアを２つ用いて交流励磁磁界を打ち消すように構成される。平行型フラックスゲートセンサでは、交流磁界を印加するための励磁コイルが必要になる。

また、金属検出装置１０は、ＡＤ変換手段５２、判定手段５３および結果表示手段５４を有する制御部５０を備えている。制御部５０は、具体的なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェース回路に加えて、不揮発性メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅａｎｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）やハードディスク等を含んで構成されており、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク等に格納された所定の金属検出制御プログラムに従って、検出ヘッド４０からの検出信号やＥＥＰＲＯＭに不揮発に記憶保持された判定用閾値等に基づいて、被検査物Ｗに金属ｍが混入しているか否かの判定を実行するようになっている。

磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの検出信号は、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ毎に個別に設けられたＡＤ変換手段５２に信号線５１を介してそれぞれ入力されるようになっており、被検査物Ｗが磁気検出領域４５を通過する間、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの検出信号が、ＡＤ変換手段５２においてそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換され、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ毎に個別に設けられた判定手段５３により予め設定された判定用閾値を参照して金属の有無が判定されるようになっている。また、判定手段５３による判定結果は、結果表示手段５４により表示される。

判定手段５３は、検出ヘッド４０の複数の磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの検出信号に基づいて被検査物Ｗ中の金属ｍの有無を判定するだけでなく、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの検出信号の強度を比較することにより、被検査物Ｗ中の金属ｍの矢印Ｂで示す直交方向における位置を算出し、結果表示手段５４に出力するようになっている。

更に、判定手段５３は、上側ヘッド４１の磁気センサ４１ａ〜４１ｅの検出信号と、下側ヘッド４２の磁気センサ４２ａ〜４２ｅの検出信号との信号強度の違い（差または比）に基づいて、被検査物Ｗ中の金属ｍの矢印Ｈで示す上下方向における位置を算出し、結果表示手段５４に出力するようになっている。

以下、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅの具体的な構成を説明する。なお、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅは、互いに同一の構成を有しているので、磁気センサ４１ａについて説明する。

図３に示すように、直交型フラックスゲートセンサとして構成された磁気センサ４２ａにおいては、入力磁界に対してそれを打ち消すコイルを検出コイル６３として設け、高感度センサで残余磁界を検出し、残余磁界がほぼゼロになるようにして、入力磁界を打ち消すのに使用した電流の大きさから入力磁界の大きさを検出するゼロ位法を採用した負帰還構成となっている。ゼロ位法を採用した負帰還構成においては、リニアリティーが良く、ダイナミックレンジが広くなるという利点がある。

センサヘッド６１はＵ字型のアモルファス磁性ワイヤをコア６２として採用しており、検出コイル６３は一端を低抵抗で接地している。構造を簡単にするために検出コイル６３は、負帰還コイルとしても使用している。コア６２の励磁電流は、簡単のために５０Ωの出力抵抗を持つ信号発生器６４から直接取っている。励磁は１００ｋＨｚの正弦波電圧（Ｖａｃ）に必要な直流バイアス電圧（Ｖｄｃ）をかけている。検出コイル６３からの検出電圧は励磁周波数と同じ１００ｋＨｚであるので、交流結合によって前置増幅器６５に入力し、同期検波部回路６６によって平行復調し、後段の平滑フィルタ（カットオフ周波数≒１００Ｈｚ）で直流へ変換している。直流に変換された信号は、０Ｖを参照電圧とする帯域制限した誤差増幅器６７で増幅して、高抵抗Ｒｆを介して検出巻線にはキャンセルのための負帰還電流を重畳する。ここで、高抵抗Ｒｆの抵抗値を高くする理由は、負帰還電流を高感度に電圧に変換すること、および、検出コイル６３から見て帰還回路が負荷にならないようにすることである。前置増幅器６５の入力側と負帰還回路側の誤差増幅器の時定数の選択は１／（Ｃ１Ｒ１）＞１０／（Ｃ２Ｒ２）の範囲で設定している。高抵抗Ｒｆの両端の電圧は、図示しないボルテージフォロワーで抽出した後、引き算回路および６０Ｈｚのノッチフィルタを通して出力している。磁気センサ４２ａは、図４（ａ）または図４（ｂ）に示すように、アモルファス線から構成されるコア６２がＵ字型にすることにより、コア６２の左右個々の脚で入力磁界と無関係に発生する磁束変化が打ち消され、オフセットが発生することを防止することができるようになっている。なお、磁気センサ４２ａのコア６２の長さは、１．５〜３ｃｍ程度とするのが最適である。コア６２を長くすると分解能を高く指向性を鋭くすることができる一方、中央部に不感体が生じてしまうためである。

図１〜図４を参照して説明した金属検出装置１０の動作に関しては、まず、図５に示すように、被検査物Ｗが磁気検出領域４５を通過すると、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの検出信号が、ＡＤ変換手段５２においてそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換され、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ毎に個別に設けられた判定手段５３に入力される。

磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの各検出信号を、それぞれ検出信号４１ａｓ〜４１ｅｓ、４２ａｓ〜４２ｅｓとすると、判定手段５３は、検出信号４１ａｓ〜４１ｅｓ、４２ａｓ〜４２ｅｓのそれぞれについて、判定用閾値との比較を行い、判定用閾値を超えている検出信号があれば、金属ｍが混入している旨の判定結果を結果表示手段５４に出力する。また、判定手段５３は、判定用閾値を超えている検出信号に対応する磁気センサの配置場所に金属ｍが混入していると判断し、被検査物Ｗ中の金属ｍの矢印Ｂで示す直交方向における位置を算出し、結果表示手段５４に出力する。更に、判定手段５３は、判定用閾値を超えている検出信号に対応する磁気センサの配置場所に金属ｍが混入していると判断し、上側ヘッド４１の磁気センサ４１ａ〜４１ｅの検出信号４１ａｓ〜４１ｅｓと、下側ヘッド４２の磁気センサ４２ａ〜４２ｅの検出信号４２ａｓ〜４２ｅｓとの信号強度の違い（差または比）に基づいて、被検査物Ｗ中の金属ｍの矢印Ｈで示す上下方向における位置を算出し、結果表示手段５４に出力する。結果表示手段５４では、判定結果を受け取ると、被検査物Ｗにおける金属ｍの混入の有無および位置を表示する。

なお、図６に示すように、磁気シールド４９は、ベルト２１の幅方向の両端だけではなく上下方向（図１、図２（ｃ）に矢印Ｈで示す）の両端部にも配置され、搬送路を囲んで一体的に構成されている。この場合、金属ｍの磁化による磁力線は磁気シールド４９の近傍では磁気シールド４９に直角に吸い寄せられる。このため、磁気センサ４１ａ〜４１ｃ、４２ａ〜４２ｃと磁気シールド４９とを近接して配置する場合は、それぞれ磁気センサ４１ａ〜４１ｃ、４２ａ〜４２ｃの配列方向に対して磁気センサ４１ａ〜４１ｃ、４２ａ〜４２ｃを角度αもしくは−αだけ傾斜して配置することにより感度を得ることができる。シールド効果は磁気シールド４９の中心部より内壁近傍が高いので、磁気センサ４１ａ〜４１ｃ、４２ａ〜４２ｃは磁気シールド４９の上下内壁に可能な限り接近させるのがよい。図６では、磁気センサ４１ａ〜４１ｃ、４２ａ〜４２ｃの配列方向をベルト２１の幅方向と略一致する一直線としているが、これに限定されない。

図１〜図６を参照して説明した金属検出装置１０において、外乱ノイズによる影響を更に低減しＳＮ比を向上するためには、金属検出装置１０を以下に説明するように、図７（ａ）の相関型１、図９（ａ）の相関型２、図１０（ａ）の差動型の構成とすると好ましい。なお、以下に説明する金属検出装置１０においても、磁気センサ４１ａ〜４１ｃ、４２ａ〜４２ｃを傾斜して配置する等の構成を適用することができる。

［相関型１］
金属検出装置１０は、図７（ａ）に示すように相関型の構成とすることもできる。

図７（ａ）において、金属検出装置１０は、検出ヘッド４０の上側ヘッド４１に、磁気センサ４１ａ〜４１ｅに加えて磁気センサ４３ａ〜４３ｅも設けられている。また、検出ヘッド４０の下側ヘッド４２に、磁気センサ４２ａ〜４２ｅに加えて磁気センサ４４ａ〜４４ｅも設けられている。

また、金属検出装置１０は、タイミング信号発生手段７３と、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅの検出信号を保存する波形保存手段７０と、を備え、コンベア２２で搬送される被検査物Ｗの到来をタイミング信号発生手段７３で捉え、タイミング信号を発生し、波形保存手段７０に磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅからの信号を保存し、所定の波形を保存した後に波形保存手段７０より波形を読み出し、検出信号の相関を計算することで被検査物Ｗ中の異物による信号を強調するようになっている。

磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅからの検出信号は、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅ毎に個別に設けられたＡＤ変換手段５２に信号線５１を介してそれぞれ入力されるようになっており、被検査物Ｗが磁気検出領域４５を通過する間、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅからの検出信号が、ＡＤ変換手段５２においてそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換されるようになっている。

ＡＤ変換手段５２においてそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換された信号は、タイミング信号発生手段７３が発生するタイミング信号に応じて、波形保存手段７０に保存され、保存された信号は、相関手段５５により相互相関関数を用いて相関が算出されてから、判定手段５３により予め設定された判定用閾値を参照して金属の有無が判定されるようになっている。また、判定手段５３による判定結果は、結果表示手段５４により表示される。

ここで、相互相関関数とは、２つの信号の類似性を確認するのに用いられる関数であり、例えば、ｘとｙという２つの関数の相互相関関数ｒ_ｘｙは、以下の数式で表される。

この式から分かるように相互相関関数は、２つの信号を少しずつずらしながら積を取っていくことで求まるものである。本実施の形態では、比較的直径が大きく検出波形の大きなものをテンプレートとしてｙに用い、生データをｘに代入する。テンプレートに類似した波形がｘに存在すれば、相互相関関数にピークが現れ、雑音中に埋もれた波形を抽出することができる。テンプレートの代わりにセンサの信号を用いてもよい。

相関手段５５は、相互相関を算出するため、図８（ａ）に示すテンプレートまたはセンサ１の信号と、図８（ｂ）に示すセンサ２の信号とから、相互相関を算出して、図７（ｂ）または図８（ｃ）に示すような計算結果の信号を得るようになっている。ここで、図８（ａ）において、テンプレートとは、図９（ａ）で例示するように予め保存された信号であり、センサ１とは、磁気センサ４１ａ〜４１ｅまたは磁気センサ４２ａ〜４２ｅに相当する。また、図８（ｂ）において、センサ２とは、磁気センサ４３ａ〜４３ｅまたは磁気センサ４４ａ〜４４ｅに相当する。このように、相関手段５５により２つの信号の相互相関を計算することにより、各相関手段５５から出力された信号は、図７（ｂ）、図８（ｃ）に示すように、ノイズ成分が抑圧されるとともに異物信号が強調されたものとなるので、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物Ｗ中の微小な金属ｍを安定して高感度で検出することができる。

［相関型２］（異物信号をメモリに保存）
また、金属検出装置１０は、図９（ａ）に示すように異物信号をメモリに保存する相関型の構成とすることもできる。

図９（ａ）において、金属検出装置１０は、図１と同様に、検出ヘッド４０の上側ヘッド４１に、磁気センサ４１ａ〜４１ｅが設けられ、下側ヘッド４２に、磁気センサ４２ａ〜４２ｅが設けられている。

また、金属検出装置１０は、タイミング信号発生手段７３と、検出ヘッド４０の複数の磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅの検出信号を保存する第１の波形保存手段７１と、被検査物Ｗ中に異物が含まれているときの磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの検出信号を保存する第２の波形保存手段７２とを備え、コンベア２２で搬送される被検査物Ｗの到来をタイミング信号発生手段７３で捉え、タイミング信号を発生し、第１の波形保存手段７１に磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの信号を保存し、所定の波形を保存した後に第１の波形保存手段７１より波形を読み出し、検出信号の相関を計算することで被検査物Ｗ中の異物による信号を強調するようになっている。

磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの検出信号は、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ毎に個別に設けられたＡＤ変換手段５２に信号線５１を介してそれぞれ入力されるようになっており、被検査物Ｗが磁気検出領域４５を通過する間、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの検出信号が、ＡＤ変換手段５２においてそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換されるようになっている。

ＡＤ変換手段５２においてそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換された信号は、タイミング信号発生手段７３が発生するタイミング信号に応じて、第１の波形保存手段７１に保存され、保存された信号は、相関手段５５により相互相関関数を用いて相関が算出されてから、判定手段５３により予め設定された判定用閾値を参照して金属の有無が判定されるようになっている。

具体的には、第２の波形保存手段７２には、異物を含む被検査物を搬送して磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅを通過させたときの波形信号が保存されており、異物信号強調手段としての相関手段５５は、第２の波形保存手段７２に保存されている波形信号と、第１の波形保存手段７１に保存した波形信号とにより相互相関関数を用いて相関を算出するようになっている。このように、相関手段５５により２つの信号の相互相関を計算することにより、各相関手段５５から出力された信号は、図９（ｂ）に示すように、ノイズ成分が抑圧されるとともに異物信号が強調されたものとなるので、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物Ｗ中の微小な金属ｍを安定して高感度で検出することができる。

［差動型］
また、金属検出装置１０は、図１０（ａ）に示すように差動型の構成とすることもできる。

図１０（ａ）において、金属検出装置１０は、図７と同様に、検出ヘッド４０の上側ヘッド４１に、磁気センサ４１ａ〜４１ｅに加えて磁気センサ４３ａ〜４３ｅも設けられている。また、検出ヘッド４０の下側ヘッド４２に、磁気センサ４２ａ〜４２ｅに加えて磁気センサ４４ａ〜４４ｅも設けられている。

上側ヘッド４１において、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４３ａ〜４３ｅからの検出信号は、幅方向の位置が一致する磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４３ａ〜４３ｅ毎に個別に設けられた異物信号強調手段としての差動手段５７により２つの入力信号の差分が算出されてから、ＡＤ変換手段５２においてそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換され、判定手段５３により予め設定された判定用閾値を参照して金属の有無が判定されるようになっている。

下側ヘッド４２において、磁気センサ４２ａ〜４２ｅ、４４ａ〜４４ｅからの検出信号は、幅方向の位置が一致する磁気センサ４２ａ〜４２ｅ、４４ａ〜４４ｅ毎に個別に設けられた異物信号強調手段としての差動手段５７により２つの入力信号の差分が算出されてから、ＡＤ変換手段５２においてそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換され、判定手段５３により予め設定された判定用閾値を参照して金属の有無が判定されるようになっている。また、判定手段５３による判定結果は、結果表示手段５４により表示される。このように、差動手段５７により２つの信号の差分を計算することにより、各差動手段５７から出力された信号は、図１０（ｂ）に示すように、ノイズ成分が抑圧されるとともに異物信号が強調されたものとなるので、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物Ｗ中の微小な金属ｍを安定して高感度で検出することができる。

以上のように、本実施の形態に係る金属検出装置１０は、図７（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）に示すように、被検査物Ｗを搬送するコンベア２０と、被検査物Ｗ中の金属ｍを磁化する着磁部３０と、被検査物Ｗの搬送方向と直交する直交方向（矢印Ｂで示す）に鋭指向性を有するとともに、直交方向に複数配列された磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅを有し、着磁部３０により着磁された被検査物Ｗ中の金属ｍの残留磁気成分を検出する検出ヘッド４０と、検出ヘッド４０の直交方向の少なくとも両端に配置され、検出ヘッド４０の内部に侵入するノイズを遮蔽する磁気シールド４９と、検出ヘッド４０の複数の磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅからの検出信号に基づいて被検査物Ｗ中の異物による信号を強調する異物信号強調手段としての相関手段５５、差動手段５７と、相関手段５５、差動手段５７からの信号に基づいて被検査物Ｗ中の金属ｍの有無を判定する判定手段５３と、を備えている。

この構成により、相関手段５５により２つの信号の相互相関が計算されるか、または、差動手段５７により２つの信号の差分が計算されることにより、各相関手段５５または各差動手段から出力された信号は、図７（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）に示すように、ノイズ成分が抑圧されるとともに異物信号が強調されたものとなるので、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物Ｗ中の微小な金属ｍを安定して高感度で検出することができる。

また、本実施の形態に係る金属検出装置１０は、図７（ａ）、図９（ａ）に示すように、相関手段５５を備え、相関手段５５により、検出ヘッド４０の複数の磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅからの検出信号の相関を計算することで被検査物Ｗ中の異物による信号を強調することを特徴とする。

また、本実施の形態に係る金属検出装置１０は、図７（ａ）に示すように、タイミング信号発生手段７３と、磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅの検出信号を保存する波形保存手段７０と、を備え、コンベア２２で搬送される被検査物Ｗの到来をタイミング信号発生手段７３で捉え、タイミング信号を発生し、波形保存手段７０に磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅからの信号を保存し、所定の波形を保存した後に波形保存手段７０より波形を読み出し、検出信号の相関を計算することで被検査物Ｗ中の異物による信号を強調することを特徴とする。

また、本実施の形態に係る金属検出装置１０は、図９（ａ）に示すように、タイミング信号発生手段７３と、検出ヘッド４０の複数の磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅの検出信号を保存する第１の波形保存手段７１と、被検査物Ｗ中に異物が含まれているときの磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの検出信号を保存する第２の波形保存手段７２とを備え、コンベア２２で搬送される被検査物Ｗの到来をタイミング信号発生手段７３で捉え、タイミング信号を発生し、第１の波形保存手段７１に磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅからの信号を保存し、所定の波形を保存した後に第１の波形保存手段７１より波形を読み出し、検出信号の相関を計算することで被検査物Ｗ中の異物による信号を強調することを特徴とする。

また、本実施の形態に係る金属検出装置１０は、図１０（ａ）に示すように、差動手段５７が、検出ヘッド４０の複数の磁気センサ４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅからの検出信号の差分を計算することで被検査物Ｗ中の異物による信号を強調することを特徴とする。

なお、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、上記の実施の形態では、相関手段５５、差動手段５７は、２つの検出信号について相関または差分を計算しているが、３つ以上の検出信号について相関または差分を計算するようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る金属検出装置は、外乱ノイズによる影響を排除し、被検査物中の微小な金属を安定して高感度で検出することができるという効果を有し、食品等の被検査物中の金属の有無を検出する金属検出装置として有用である。

１０金属検出装置
２０コンベア（搬送手段）
２１ベルト
３０着磁部（着磁手段）
４０検出ヘッド
４１上側ヘッド
４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ〜４３ｅ、４４ａ〜４４ｅ磁気センサ
４２下側ヘッド
４５磁気検出領域
４９磁気シールド（遮蔽手段）
５０制御部
５１信号線
５２ＡＤ変換手段
５３判定手段
５４結果表示手段
５５相関手段（異物信号強調手段）
５７差動手段（異物信号強調手段）
６２コア
６３検出コイル
６４信号発生器
６５前置増幅器
６６同期検波部回路
６７誤差増幅器
７０波形保存手段
７１第１の波形保存手段
７２第２の波形保存手段
７３タイミング信号発生手段
ｍ金属
Ｗ被検査物

Claims

被検査物を搬送路内で搬送する搬送手段と、
前記搬送手段により搬送される被検査物中の金属を磁化する着磁手段と、
前記被検査物の搬送方向と直交する前記搬送路の幅方向に鋭指向性を有するとともに、前記搬送路の幅方向に複数配列された磁気センサを有し、前記着磁手段により着磁された被検査物中の金属の残留磁気成分を検出する検出ヘッドと、
前記検出ヘッドの前記搬送路の幅方向の少なくとも両端に配置され、前記検出ヘッドの内部に侵入するノイズを遮蔽する遮蔽手段と、
相関手段を備え、前記相関手段により前記検出ヘッドを構成する磁気センサの複数組における検出信号の相関を計算することで前記被検査物中の異物による信号を強調する異物信号強調手段と、
前記異物信号強調手段からの信号に基づいて前記被検査物中の金属の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする金属検出装置。
前記相関手段が、タイミング信号発生手段と、前記磁気センサの検出信号を保存する波形保存手段と、を備え、
前記搬送手段で搬送される前記被検査物の到来を前記タイミング信号発生手段で捉え、タイミング信号を発生し、前記波形保存手段に前記磁気センサからの信号を保存し、所定の波形を保存した後に前記波形保存手段より波形を読み出し、検出信号の相関を計算することで前記被検査物中の異物による信号を強調することを特徴とする請求項１に記載の金属検出装置。
前記相関手段が、タイミング信号発生手段と、前記磁気センサの検出信号を保存する第１の波形保存手段と、前記被検査物中に異物が含まれているときの前記磁気センサからの検出信号を保存する第２の波形保存手段と、を備え、
前記搬送手段で搬送される前記被検査物の到来を前記タイミング信号発生手段で捉え、タイミング信号を発生し、前記第１の波形保存手段に前記磁気センサからの信号を保存し、所定の波形を保存した後に前記第１の波形保存手段より波形を読み出し、検出信号の相関を計算することで前記被検査物中の異物による信号を強調することを特徴とする請求項１に記載の金属検出装置。
前記異物信号強調手段が、前記検出ヘッドの複数の磁気センサからの検出信号の差分を計算することで前記被検査物中の異物による信号を強調することを特徴とする請求項１に記載の金属検出装置。