JP6577974B2 - 金属検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属検出装置に関し、特に被検査物が交番磁界中を通過するときの磁界変動を基に被検査物中の金属または金属成分を検出する金属検出装置に関する。

従来、検査領域に交番磁界を発生させるとともに、その検査領域中を移動する被検査物の影響による磁界変動を検出し、その検出信号に検波処理を施した信号を用いて金属検出する金属検出装置が、金属の種類を問わない汎用性の高いものとして多用されている。

また、そのような金属検出装置では、検出したいサイズの金属に相当するテストピースを用いて疑似的な異物混入品を準備し、その疑似的な異物混入品を金属検出装置に投入することで、検出感度の確認や設定の容易化が図られている。

この種の金属検出装置としては、例えば検出対象金属の種類やワークの構成材料に応じて磁界周波数を選択設定するとともに、大きさの異なる複数の金属異物の検出信号と良品の被検査物の検出信号とを基に金属検出信号に対する物品影響の度合いを求め、被検査物中に金属異物が混入した場合の検出手段の検出感度を感度推定手段により推定して、指定された金属異物の大きさと感度推定手段により推定した検出感度とに基づき、検出手段の検出感度を設定するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−３４５４３３号公報

上記従来の金属検出装置においては、その検査領域中を被検査物が移動することによる磁界変動が、被検査物やそこに混入し得る金属の種類によって相違するとともに、その磁界変動の検出信号に対してそれぞれの影響が大きく生じる位相も相違し得る。

しかしながら、従来の金属検出装置では、金属影響に特異な検出位相における金属異物の検出信号と良品の被検査物の検出信号との変動幅相当の相対比等を記憶していたため、記憶した異物情報が時間変化情報を含んでおらず、磁界変動信号のうち製品影響による変動成分や金属影響による変動成分についてそれぞれの周波数や位相の違いを考慮した高検出感度設定を行いたい場合に、予め記憶した異物情報を有効利用することができなかった。

そのため、近時の高検出感度要求に応えるためには、製品を被検査物として金属検出装置に通すテストを複数回繰り返した後、さらに金属異物のテストピースを併用するテストを複数回繰り返し、被検査物の影響が小さく金属異物の影響が大きく出やすい検出周波数および検出位相に調整するといった作業が必要となり、所要の検出感度を得るための感度設定作業がテスト回数の多い手間と時間のかかるものとなっていた。

また、冷凍品等の場合、テスト回数が多くなると被検査物の状態が変化し、そのテスト結果の信頼性が低下する等といった問題から、テスト回数を多くできない場合があり、そのような場合には、テストに使用する製品数を多くせざるを得なくなるか、テスト回数を抑える必要から所望する高検出感度設定が困難になっていた。

本発明は、かかる従来の未解決の課題を解決すべくなされたものであり、高検出感度設定を迅速かつ的確に実行でき、所要の検出精度の確保と検出感度設定のためのテスト回数の低減とを両立させることのできる金属検出装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、上記目的達成のため、被検査物が通過する検査領域中に交番磁界を発生させる磁界発生部と、前記検査領域中を前記被検査物が通過するときの前記交番磁界の変動を検出して磁界変動信号を出力する磁界検出部と、前記磁界変動信号のうち前記被検査物の影響が大きい第１の変動成分と前記磁界変動信号のうち金属の影響が大きい第２の変動成分とを、それぞれ異なる検出位相で検出する検出処理を実行する検出回路部と、前記検出回路部で検出された前記第１の変動成分および前記第２の変動成分を比較して前記被検査物中の金属検出のため判定処理を実行する判定部と、前記第１の変動成分および前記第２の変動成分のそれぞれの前記検出処理の条件を調整する検出条件調整部と、を備えた金属検出装置であって、前記検査領域中を前記金属のテストピースのみが通過するときの前記磁界変動信号のうち前記テストピースの影響による時間変化を伴うテスト変動成分を予め記憶格納した金属影響信号記憶部をさらに備え、前記検出条件調整部は、前記被検査物のみが前記検査領域中を通過するときの前記磁界変動信号に基づく前記第１の変動成分と、前記金属影響信号記憶部から読み出した前記テスト変動成分で構成される前記第２の変動成分とに基づいて、前記検出回路部における前記検出処理の特定の処理条件を可変設定するように構成されたものである。

この構成により、本発明では、検出感度設定のために被検査物となる製品が検査領域中に投入されると、検出条件調整部により、検査領域中を被検査物のみが通過するときの磁界変動信号に基づいて第１の変動成分が取得されるとともに、テストピースを用いた場合の磁界変動信号に基づく第２の変動成分が金属影響信号記憶部から読み出した金属影響データに対応する磁界変動信号から取得され、両変動成分に基づいて検出回路部における検出処理の特定の処理条件が可変設定される。したがって、製品とテストピースを併用するテストを繰り返すことなく、製品のみの少数回のテストだけで高検出感度要求に応え得る迅速で的確な検出感度設定が可能になり、所要の検出精度の確保と検出感度設定のためのテスト回数の低減とを両立させることのできる金属検出装置となる。

（２）本発明の金属検出装置においては、前記検出回路部は、前記磁界変動信号の検波信号からノイズ成分を除去するフィルタを有しており、前記検出条件調整部は、所定の金属有無判定位相で、前記検査領域中を前記被検査物のみが通過するときの前記磁界変動信号に基づく前記第１の変動成分と前記金属としてテストピースを用いた場合の前記磁界変動信号に基づく前記第２の変動成分とに基づいて前記金属の検出感度を推定するとともに、前記検出感度の推定値が予め設定した感度値以上となるように前記フィルタの特性を可変設定する、という構成とすることもできる。

このように構成すると、磁界変動信号の直交検波信号からノイズ成分を除去するフィルタの特性を可変設定し、例えば金属有無判定する位相において製品影響による磁界変動成分の振幅レベルをノイズ成分の検出レベルより確実に大きくすることで、安定した良好な検出感度を確保可能となる。

（３）本発明の金属検出装置においては、前記金属影響信号記憶部は、前記テストピースが前記検査領域中の異なる複数の通過場所を通るときのそれぞれの前記磁界変動信号に対応する金属影響データを記憶格納しており、前記検出条件調整部は、前記テストピースが前記複数の通過場所を通るときのそれぞれの前記磁界変動信号に基づく前記第２の変動成分を、前記被検査物が対応する通過区間にあるときの前記第１の変動成分に加えて、前記被検査物が前記金属を含む場合の複数の疑似的な磁界変動信号を生成する、という構成とすることもできる。

このようにすると、検出領域内の複数の通過場所についてテストピースを用いた金属影響データが予め準備されるので、検出対象の金属の位置が予測できないにもかかわらず、安定した検出感度設定が可能となる。

（４）本発明の金属検出装置においては、前記複数の通過場所が、前記被検査物の通過方向、前記検査領域中の鉛直方向および前記検査領域中の水平方向のうち少なくとも一方向に離間しているとよい。

このようにすると、検出対象の金属の位置の傾向が予測できる場合には、それに応じた特定方向における複数の通過場所についてテストピースを用いた金属影響データを予め準備でき、検出対象の金属の位置の傾向が予測できない場合には、検査領域中に複数の通過場所を等方的に分散配置する等して、金属異物のあらゆる混入形態に対して、安定した良好な検出感度設定が可能となる。

（５）本発明の金属検出装置において、前記金属影響信号記憶部は、金属種が相違するかサイズが相違する複数タイプの前記テストピースについて、前記金属影響データを記憶格納しているものであってもよい。

このようにすると、検出対象の金属の種類やサイズが変化したり予測できなかったりしても、安定した良好な検出感度設定が可能となる。

（６）前記検出条件調整部は、前記検査領域中を前記被検査物のみが通過するときの前記磁界変動信号に基づく前記第１の変動成分の振幅レベルが大きくなるように、前記交番磁界の周波数を予め設定された複数の磁界周波数値の中から選択設定するものであってもよい。

この構成によると、磁界変動信号における金属の影響が大きい磁界周波数を選択でき、安定したより良好な検出感度設定が可能となる。また、金属が磁性か否か等により第２の変動成分の検出に適した磁界周波数が相違する場合にも対応可能となる。

（７）前記金属影響信号記憶部が、前記検査領域中を新規の前記テストピースが通過するときの前記磁界変動信号に対応する金属影響データを追加して記憶格納可能であり、前記検出条件調整部は、前記フィルタの特性として、前記検出感度の推定値が前記所定値以上となる特性を選択可能な特性として追加記憶し、複数の前記フィルタの特性のうち前記検出感度の推定値が最大となる特性を選択する、という構成を採用することもできる。

この構成により、新たなテストピースに対応する新たな検出感度要求に対して迅速的確に対応可能となる。

本発明によれば、高検出感度設定を迅速かつ的確に実行でき、所要の検出精度の確保と検出感度設定のためのテスト回数の低減とを両立させることのできる金属検出装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る金属検出装置の概略ブロック構成図である。 本発明の一実施形態に係る金属検出装置における検出ヘッド内の磁界発生送信コイルおよび磁界受信コイルの配置形態を示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る金属検出装置の金属影響信号記憶部に記憶された複数のテスト変動成分の一例の測定条件の説明図で、複数のテスト変動成分に対応するテストピースが所定検査領域を通過する通過場所が物品搬送方向に見た横断面中で相互に離間することを示している。 本発明の一実施形態に係る金属検出装置においてワークが検出されてからコンベア搬送される所定搬送期間と磁界変動信号中の第１の変動成分および第２の変動成分をサンプリングする期間との関係を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る金属検出装置の金属影響信号記憶部に記憶された複数のテスト変動成分の説明図である。 本発明の一実施形態に係る金属検出装置における高検出感度設定用の多数の疑似的な磁界変動信号を生成するプログラムの概略の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１〜図６は本発明の一実施形態に係る金属検出装置の概略構成を示している。

まず、その構成について説明する。

図１にその全体の概略構成を示す本実施形態の金属検出装置１０においては、被検査物であるワークＷが図示しないコンベアにより搬送されつつ交番磁界が発生した所定の空間である検査領域Ｚを通過するようになっており、このワークＷの通過に伴う検査領域Ｚ中の磁界変動を検出することで、ワークＷ中の金属（金属からなる異物また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）が検出されるようになっている。また、検査領域Ｚの入り口付近にはワークＷの検査領域Ｚへの進入を検知する図示しない物品検知センサが設置されている。

ワークＷは、例えば量産される食品を包装材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く、冷凍品でもよい。勿論、食品に限定されるものではない。

金属検出装置１０は、予め設定された周波数の磁界送信信号および検波信号を生成する波形生成部２１と、波形生成部２１からの磁界送信信号に基づき検査領域Ｚ内に交番磁界を発生させる磁界出力部２２（磁界発生部）と、検査領域Ｚ内の磁界を受信しワークＷが検査領域を通過するとき磁界変動信号を出力する磁界受信部２３（磁界検出部）と、磁界受信部２３から磁界変動信号を取り込んで金属検出のための複数の信号処理を実行する検出回路部３０と、検出回路部３０で処理された検出信号を基にワークＷ中における金属異物または金属成分の有無を判定する金属検出判定部４０（判定部）と、を備えている。

詳細を図示しないが、波形生成部２１は、例えば周波数切替え可能な基準信号発生回路、信号レベル調整回路および増幅回路を有しており、少なくともワークＷが検査領域Ｚに進入しようとしていることが前述の物品検知センサによって検出されたとき、磁界出力部２２により交番磁界を発生させるための送信信号と、検出回路部３０により後述する直交検波処理を実行させるための検波信号とを出力するようになっている。

磁界出力部２２は、図示しないコンベアによるワークＷの搬送路の近傍に配置された磁界発生送信コイル２２ａ（図２参照）および同調回路を有しており、波形生成部２１からの交流信号に応じて磁界発生送信コイル２２ａを励磁駆動して、検査領域Ｚ内に設定された交番磁界を発生させることができる。

磁界受信部２３は、磁界出力部２２からの交番磁界を受信するとともに、ワークＷが検査領域Ｚ内を通過するときの磁界の変動を検出できるようになっており、例えば差動接続された一対の受信コイルと、同調用コンデンサと、感度調節用可変抵抗器等から構成されている。

図２に示すように、磁界出力部２２は、ワーク搬送方向における検査領域Ｚの中心付近でワーク搬送路を取り囲む磁界発生送信コイル２２ａを有しており、磁界受信部２３は、ワーク搬送方向における磁界発生送信コイル２２ａの両側に配置されつつワーク搬送路を取り囲む一対の受信コイル２３ａ、２３ｂを有している。そして、これら磁界発生送信コイル２２ａおよび一対の受信コイル２３ａ、２３ｂは、図示しない検出ヘッド内に収納されており、一対の受信コイル２３ａ、２３ｂは差動検出器のように差動接続されている。

この場合、平常時は、磁界発生送信コイル２２ａから発生した磁束が一対の受信コイル２３ａ、２３ｂに対し均等に鎖交することで、差動接続された一対の受信コイル２３ａ、２３ｂの誘起電圧が平衡し、受信コイル２３ａ、２３ｂからの差動出力（誘導電圧）がゼロとなる。なお、検出ヘッドには検査領域Ｚに対応する開口部がワーク搬送方向に貫通するように形成されている。

磁界受信部２３は、検査領域Ｚ中のワークＷの移動により両受信コイル２３ａ、２３ｂでの差動出力の平衡状態がくずれたとき、その磁界の変化に応じた受信信号（以下、磁界変動信号という）を出力することができる。そして、この磁界変動信号は、磁界出力部２２側からの交番磁界に対応する磁界周波数帯域を有する交流信号成分に、ワークＷの通過に伴う磁界変動に対応する低周波信号成分が重畳した信号形態となる。

磁界受信部２３からの受信信号を取り込む検出回路部３０は、Ａ／Ｄ変換部３１と、直交検波部３２と、一方および他方のＬＰＦ（Ｌｏｗ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）部３３Ａ、３３Ｂと、一方および他方のＢＰＦ（Ｂａｎｄ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）部３４Ａ、３４Ｂと、第１位相補正部３５とを含んで構成されている。

この検出回路部３０は、詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび入出力インターフェース回路を含むコンピュータ構成の制御部の一部を構成しており、ＲＯＭ内に格納された各種制御プログラムをＣＰＵにより実行することで、以下に述べるような検出回路部３０の各機能を発揮できるようになっている。この検出回路部３０は、ＣＰＵに加えて、デジタル信号処理を行うＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等を併有するものでもよい。

Ａ／Ｄ変換部３１は、磁界受信部２３からのアナログ受信信号を所定のサンプリング間隔でサンプリングし、複数のサンプリング点に離散化したデジタル受信信号を出力するようになっている。なお、ここでのサンプリング間隔は、後述する金属検出のための複数の処理および検出条件の調整を行うのに必要十分な間隔値に設定されており、検査領域Ｚ内におけるワークＷの搬送方向における一定変位量に対応する時間としてもよい。

直交検波部３２は、波形生成部２１からの検波信号に基づき、Ａ／Ｄ変換部３１から入力されるデジタル受信信号に対して相対位相が９０°のｃｏｓ波とｓｉｎ波を乗算するのと同様なミキシング処理を実行することで、互いに位相が９０°異なる信号Ｒｘおよび信号Ｒｙで構成されるデジタル直交検波信号を生成するようになっている。

一方および他方のＬＰＦ部３３Ａ、３３Ｂは、直交検波部３２から出力される相対位相９０°の信号Ｒｘおよび信号Ｒｙから前述の送信信号に基づく交番磁界の周波数帯域に相当する高周波成分を除去して、ワークＷの通過に伴う磁界変動に対応する相対位相９０°の低周波信号成分のデジタル信号Ｄｘ、Ｄｙを取り出すようになっている。

一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂは、低周波信号成分のデジタル信号Ｄｘ、Ｄｙのうち所定周波数帯域から外れる信号の通過を制限することで、検査領域Ｚ内をワークＷが通過することに伴う磁界変動信号に対し、外来電磁ノイズ等の影響を抑えた信号Ｄｘｆ、Ｄｙｆを生成し得るデジタルフィルタであり、例えばＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（有限インパルス応答））フィルタで構成される。

第１位相補正部３５は、一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂからの一連の低周波信号成分のデジタル信号Ｄｘｆ、Ｄｙｆを所定サンプリング数だけ取得し、取得した信号データを基に、検波時の位相０°（同相）を横軸、位相９０°（直交位相）を縦軸とするＸ−Ｙ平面上で、ワークＷが検査領域Ｚを通過するときの所定サンプリング数のデジタル信号Ｄｘｆ、Ｄｙｆの値を座標成分とする散布図、例えばリサージュ図形を描くことができるようになっている。そして、第１位相補正部３５は、そのリサージュ図形中でワークＷの製品影響による振幅（ゲイン）が最大となる位相を基準位相として、その基準位相と直交する位相を金属有無の判定位相に設定するとともに、回転行列演算を実行することで検波時の位相に対する基準位相の位相差（散布図中の回帰直線の傾き角の差に相当）をなくすように信号Ｄｘｆ、Ｄｙｆの位相を補正し、信号Ｄｘｆに対応し検波位相と同相とみなす補正がされた同相成分信号ｉと、信号Ｄｙｆに対応し検波位相の直交位相とみなす補正がされた直交位相成分信号ｑとを、それぞれ生成できるようになっている。

この場合、ワークＷに金属（金属異物または金属成分）が含まれていると、検波位相と同相（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ）とみなした基準位相を横軸とし、その直交位相（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）を縦軸とするＩ−Ｑ平面上においては、基準位相の回帰直線近傍に位置する扁平な製品影響信号の散布図形状に対して、金属影響信号の散布図形状が判定位相側（例えば磁性金属の場合は位相角が大きくなる側、非磁性金属は位相角が小さくなる側）に傾いた回帰直線を有するものとなり、金属有無の判定位相となる直交位相では、製品影響の大きい同相成分信号ｉの振幅レベルが最小レベルとなるのに対して、金属影響の大きい直交位相成分信号ｑの振幅レベルが相対的に大きく現れることとなる。

このように、検出回路部３０は、検査領域Ｚ内をワークＷ（被検査物）が通過するときに磁界受信部２３から出力される磁界変動信号を取り込んで複数の信号処理を実行し、磁界変動信号のうちワークＷの影響（製品影響）が大きい第１の変動成分と、磁界変動信号のうち金属の影響が大きい第２の変動成分とをそれぞれ異なる検出位相で検出し、第１の変動成分を主とする同相成分信号ｉと第２の変動成分を主とする直交位相成分信号ｑとを金属有無判定に用いるための検出信号として出力するようになっている。

金属検出判定部４０は、検出回路部３０での信号処理結果として得られた検出信号、すなわち、第１位相補正部３５から出力される所定サンプリング数の同相成分信号ｉおよび直交位相成分信号ｑを基に、例えば前述のＩ−Ｑ平面上での金属有無判定位相における両成分信号ｉ、ｑの変動幅（振幅）を比較し、その変動幅の比が所定のリミット値を超えるか否かによって、ワークＷ中における金属の有無を判定する判定処理を実行するようになっている。

金属検出装置１０は、さらに、磁界変動信号のうち金属影響による第２の変動成分相当の時間変化を伴うテストデータ（以下、テスト変動成分という）、例えば異物波形を予め記憶格納した異物波形記憶部５０（金属影響信号記憶部）を有し、これと協働して検出回路部３０における複数の信号処理のうちいずれかの条件を調整することで金属検出の条件を調整することができる検出条件調整部６０を具備している。

異物波形記憶部５０に記憶格納されたテストデータは、予め検査領域Ｚ内に金属のテストピースを通過させたときに一方および他方のＬＰＦ部３３Ａ、３３Ｂから出力される相対位相９０°の低周波信号成分のデジタル信号Ｄｘ、Ｄｙを、少なくとも前述の散布図の描画に足りる所定サンプリング数分だけ、好ましくはそれ以上取得し、磁界変動信号のうち金属影響による第２の変動成分相当のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙとして記憶させたものである。

検出条件調整部６０は、金属検出装置１０の検出感度調整が可能な特定の動作モード（例えば品種設定モード、あるいはメンテナンスモード、感度設定モード等）において、一方および他方のＬＰＦ部３３Ａ、３３Ｂから出力される相対位相９０°の低周波信号成分のデジタル信号Ｄｘ、Ｄｙに対し、異物波形記憶部５０から入力されるテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙを加算することができる加算部６１Ａ、６１Ｂと、加算部６１Ａ、６１Ｂからの相対位相９０°の加算信号Ｄｘ´、Ｄｙ´を所定サンプリング数だけ取得し、第１位相補正部３５と同様な回転行列演算を実行する第２位相補正部６２とを有している。この第２位相補正部６２は、第１位相補正部３５と同様な回転行列演算を実行することで、信号Ｄｘ´に対応し検波位相と同相とみなす補正がされた同相成分信号ｉ´と、信号Ｄｙ´に対応し検波位相の直交位相とみなす補正がされた直交位相成分信号ｑ´とを、それぞれ生成することができる。

検出条件調整部６０は、さらに、第２位相補正部６２からの同相成分信号ｉ´および直交位相成分信号ｑ´を基に、検出回路部３０における複数の信号処理のうちいずれかの条件、例えば一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂの特性を調整するための演算処理を実行する演算部６３と、演算部６３の処理結果に応じて一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂの特性を可変設定する検出条件設定部６４とを有している。

具体的には、演算部６３は、前述の特定の運転モード下で異物波形記憶部５０、加算部６１Ａ、６１Ｂおよび第２位相補正部６２と協働し、良品のワークＷのみを検査領域Ｚに通すテスト（感度設定用の試験運転）が所定回数なされる間に、異物波形記憶部５０から加算部６１Ａ、６１Ｂに対してテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙを入力させる状態と、加算部６１Ａ、６１Ｂに対してテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙを入力させない状態とに切り替えるようになっている。

これにより、演算部６３は、検査領域Ｚを良品のワークＷのみが通過したときに一方および他方のＬＰＦ部３３Ａ、３３Ｂから出力される製品影響の大きいデジタル信号Ｄｗｘ、Ｄｗｙのみを加算部６１Ａ、６１Ｂに入力させ、そのまま信号Ｄｘ、Ｄｙとして第２位相補正部６２に入力させる場合には、同相成分信号ｉ１および直交位相成分信号ｑ１を算出し、一方、検査領域Ｚを良品のワークＷのみが通過したときの低周波信号成分のデジタル信号Ｄｗｘ、Ｄｗｙに対し加算部６１Ａ、６１Ｂによりテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙを加算した信号Ｄｘ´、Ｄｙ´を第２位相補正部６２に入力させる場合には、その加算信号Ｄｘ´、Ｄｙ´に対応する同相成分信号ｉ´および直交位相成分信号ｑ´を算出することができるようになっている。

また、演算部６３は、それぞれ所定サンプリング数の一連の同相成分信号ｉ１および直交位相成分信号ｑ１と、それぞれ所定サンプリング数の一連の同相成分信号ｉ´および直交位相成分信号ｑ´とに基づき、まだ実行されていない一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ処理相当のフィルタ関数演算を、予め記憶しているフィルタ係数の切替え条件に従って異なる係数値に順次切り替えながら、複数回実行する。

なお、ここにいうフィルタ係数は、各ＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂにおけるｎ個の乗算器に与えられる重み付けのパラメータで、例えばｈ（０）、ｈ（１）、ｈ（２）、・・・、ｈ（ｎ−１）で表される複数の係数値の組である。また、乗算器の数ｎは、前述の所定サンプリング数以下である。各ＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂにおける複数（例えばｎ−１個）の乗算器は、対応する遅延要素（Ｚ^−１ディレイ要素）と共に複数のタップを構成している。なお、このようなデジタルフィルタ（ここではＦＩＲフィルタ）の構成自体は周知であるので、より詳細な説明は割愛する。

演算部６３は、前述の複数のフィルタ係数を切り替えた複数回のフィルタ演算の実行結果に基づいて、それぞれ所定サンプリング数の一連の同相成分信号ｉ１の振幅が最大となる位相を基準位相とし、この基準位相に対し直交する位相を金属有無判定位相とした上で、その金属有無判定位相における所定サンプリング数の直交成分信号ｑ１、ｑ´の変動幅に対して所定サンプリング数の金属影響信号である直交位相成分信号ｑ´の変動幅の比が最大となるようにフィルタ係数を選択し、そのフィルタ係数を新たなフィルタ係数として検出条件設定部６４に出力するようになっている。

すなわち、検出条件調整部６０は、ワークＷのみが検査領域Ｚ中を通過するときの磁界変動信号に基づく製品影響の大きい信号Ｄｗｘ、Ｄｗｙ（第１の変動成分）と、異物波形記憶部５０から読み出した金属影響の大きいテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙ（第２の変動成分）とに基づいて、検出回路部３０における検出条件の一部である各ＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ特性（特定の処理条件）を調整できるようになっている。

また、検出条件調整部６０は、製品影響による磁界変動成分の振幅が最大となる位相を検波位相と同相とみなし、その直交位相を金属有無判定位相とした上で、検査領域Ｚ中をワークＷのみが通過するときの磁界変動成分である第１の変動成分をそれぞれ所定サンプリング数の一連の同相成分信号ｉ１および直交位相成分信号ｑ１として検出するとともに、その製品影響の信号にテストピースの金属影響が加わった場合の磁界変動信号をそれぞれ所定サンプリング数の一連の同相成分信号ｉ´および直交位相成分信号ｑ´として検出し、これらデジタルの第１および第２の変動成分に基づき、Ｉ−Ｑ平面上の金属有無判定位相における同相成分信号ｉ´および直交位相成分信号ｑの変動幅を比較して金属の検出感度を推定し、検出感度が予め設定した感度値以上となるように各ＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ特性を可変設定するようになっている。

また、図３に検査領域Ｚ内の通過方向所定位置の横断面領域を示すように、異物波形記憶部５０は、テストピースが検査領域Ｚ中の異なる複数の通過場所Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２等（同図中の黒丸位置）を通るときのそれぞれの磁界変動信号に対応する金属影響データを記憶格納している。すなわち、検出条件調整部６０は、テストピースが複数の通過場所Ｐ０〜Ｐ２等を通るときのそれぞれの磁界変動信号に基づく第２の変動成分を、ワークＷのみが対応する通過区間を通るときの第１の変動成分に加えて、ワークＷが金属を含む場合の複数の疑似的な磁界変動信号を生成するようになっている。

これにより、良品ワークＷを検査領域Ｚに数回通す程度の簡単なテストだけで、多様な金属異物の多様な混入形態に対して、それらを模擬した多数の疑似的な磁界変動信号を用いる多数回のシミュレーションを迅速に実行することで、所要の高検出感度を設定するようになっている。

ここでの複数の通過場所Ｐ０〜Ｐ２等は、ワークＷの通過方向、検査領域Ｚ中の鉛直方向および検査領域Ｚ中の水平方向のうち少なくとも一方向に離間しているものとすることができる。複数の通過場所がワークＷの通過方向に離間するのは、検査領域Ｚ中に所定サンプリング数のサンプリング区間が複数の設定される場合である。もっとも、搬送速度やワークＷの長さの変化に対してサンプリング間隔を変化させることで、検査領域Ｚを所定サンプリング数のサンプリング区間に常時設定することができる。

図４に示すように、本実施形態では、サンプリング間隔Ｔｓで所定サンプリング回数ｎの磁界変動周波数（同図中の第１の変動成分および第２の変動成分）のサンプリング区間ｎＴｓは、ワークＷが金属検出装置１０のコンベア上に進入したことが物品検知センサにより検出されてからそのコンベア上を通過するまでの時間Ｔｚに対して短時間に設定されているが、このサンプリング区間ｎＴｓあるいは複数のサンプリング区間ｎＴｓは、例えば前述の検出ヘッド内を通過する時間かそれより多少長い時間内に設定され得る。勿論、検査領域Ｚに対するワークＷの前端の進入から後端の通過までのサンプリング区間を設定することも考えられる。

図５に模式図で示すように、同一のテストピースが複数の通過場所Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２を通過する場合、その検出波形が相違し、所定サンプリング数のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙが例えば同図中の第２の変動成分Ａ、Ｂ、Ｃのように変化することになる。

異物波形記憶部５０は、金属種が相違するかサイズが相違する複数タイプのテストピースについて、金属影響データを記憶格納しているものとすることもでき、その場合、例えば鉄系のテストピース、ステンレス鋼系のテストピース、銅系のテストピース等を用いることができる。

金属種の違いにより、各金属種に特異な位相が相違するものの、製品影響の大きい第１の変動成分の振幅が最大となる位相に対して、これを同相（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ）とするＩ−Ｑ平面上において、金属有無判定位相となる直交位相（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）では、第１の変動成分の変動幅が最小になり、各金属種に特異な位相が直交位相側に傾斜することになる。よって、検出回路部３０による検出信号の周波数帯域を左右するＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ特性を可変設定することで、製品影響の大きい周波数帯域を的確に設定し、ノイズ成分を製品影響より小さくするとともに、金属影響をそれより大きくすることができる。

検出条件調整部６０は、また、テストを行う特定の動作モードにおいて、検出条件設定部６４によって波形生成部２１に対して磁界送信信号の切替えを要求し、良品ワークＷの数回のテストに際して波形生成部２１からの磁界送信信号および検波信号の周波数を切り替えさせ、検査領域Ｚ中をワークＷのみが通過するときの磁界変動信号に基づく第１の変動成分の振幅レベルが大きくなる交番磁界の周波数を、予め設定された複数の磁界周波数値の中から選択設定することができるようになっている。

さらに、異物波形記憶部５０は、検査領域中を新規のテストピースが通過するときの磁界変動信号に対応する金属影響データを追加して記憶格納可能となっており、検出条件調整部６０は、一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ特性として、前述の検出感度の推定値が所定値以上となる特性を選択設定可能な特性として追加記憶し、品種設定時等に、複数のフィルタ特性のうち検出感度の推定値が最大となる特性を選択するようにすることもできるようになっている。

次に、動作について説明する。

上述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、検出感度設定が可能な前述の特定の動作モードにて、良品のワークＷのみを検査領域Ｚに通すテストが所定回数なされる間に、異物波形記憶部５０から加算部６１Ａ、６１Ｂに対してテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙを入力させる状態か否かが切り替えられる。

そして、異物波形記憶部５０から加算部６１Ａ、６１Ｂに対してテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙを入力させない状態下で、検査領域Ｚに良品のワークＷのみを通過させるテストを実行することにより、製品影響の大きいデジタル信号Ｄｗｘ、Ｄｗｙのみをそのまま信号Ｄｘ、Ｄｙとして同相成分信号ｉ１および直交位相成分信号ｑ１が算出される。

次いで、異物波形記憶部５０から加算部６１Ａ、６１Ｂに対してテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙを入力させる状態下で、検査領域Ｚに良品のワークＷのみを通過させるテストを再度実行することにより、製品影響の大きい低周波信号成分のデジタル信号Ｄｗｘ、Ｄｗｙに対し金属影響の大きいテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙを加算した信号Ｄｘ´、Ｄｙ´を第２位相補正部６２に入力させることで、その加算信号Ｄｘ´、Ｄｙ´に対応する同相成分信号ｉ´および直交位相成分信号ｑ´が算出される。

このとき、良品ワークＷを検査領域Ｚに通すテストだけを実行する間に、多様な金属異物の多様な混入形態に対して、それらを模擬した多数の疑似的な磁界変動信号が生成され、それらを用いる多数回のシミュレーション演算が迅速に実行され、所要の高検出感度が短時間内に設定される。

具体的には、このとき、複数のタップ（遅延ブロック）を有する各ＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ特性に対応するデジタルフィルタの特性を調整するために、加算部６１Ａ、６１Ｂに対して、それぞれ時間変化を伴う所定サンプリング数の一連のデジタル信号Ｄｗｘ、Ｄｗｙが入力されるとともに、それぞれ時間変化を伴う所定サンプリング数の一連のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙが加算される。

そして、その加算信号である一連のパルス状の信号Ｄｘ´、Ｄｙ´が、第２位相補正部６２に入力され、そこで、その加算信号Ｄｘ´、Ｄｙ´に対応する同相成分信号ｉ´および直交位相成分信号ｑ´が算出される。

図６は、所定サンプリング数の一連の加算信号Ｄｘ´、Ｄｙ´を算出する処理の概略の手順を示している。

同図中のＷ（ｔ）は、製品影響の大きいサンプリング数ｎの一連のデジタル信号Ｄｗｘ、Ｄｗｙのうち任意の１つの信号の或る時刻（ｔ）における信号（以下、製品影響信号という）を表し、同図中のＣ（ｔ、ｐｍ）は、金属影響の大きいサンプリング数ｎの一連のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙのうち任意の１つの信号の或る時刻（ｔ）および或る通過場所（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２等のいずれか）における信号（以下、金属影響信号という）を表している。ｍは、通過場所Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２等における添字相当値である。

同図に示すように、まず、加算処理の回数Ｋが初回の１に設定され（ステップＳ１１）、次いで、最初の時刻における製品影響信号Ｗ（ｔ）と金属影響信号Ｃ（ｔ、ｐｍ）が加算される（ステップＳ１２）。

次いで、加算回数Ｋがｎに達したか否かが判断され（ステップＳ１３）、ｎに達していなければ（ステップＳ１３でＮｏの場合）、加算回数Ｋがインクリメントされた後（ステップＳ１４）、例えば１サンプル前の時刻における製品影響信号Ｗ（ｔ）と金属影響信号Ｃ（ｔ、ｐｍ）が加算される（ステップＳ１２）。

そして、加算回数Ｋがｎに達するまで、同様の処理（ステップＳ１２〜Ｓ１４）が繰り返され、加算回数Ｋがｎに達すると（ステップＳ１３でＹｅｓの場合）、今回の処理を終了する。

このような処理により、一連のデジタル信号Ｄｗｘ、Ｄｗｙに対して、複数種の一連のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙが加算された複数種の一連の加算信号Ｄｘ´、Ｄｙ´が算出されることになり、多数の疑似的な磁界変動信号が生成されることになる。

このように、本実施形態においては、検査領域Ｚ中を金属のテストピースのみが通過するときの金属影響の大きい時間変化を伴うテスト変動成分を異物波形記憶部５０に予め記憶格納しておき、検出条件調整部６０によって、ワークＷのみが検査領域Ｚ中を通過するときの製品影響の大きい一連のデジタル信号Ｄｗｘ、Ｄｗｙ（第１の変動成分）と、異物波形記憶部５０から読み出したテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙ（第２の変動成分）とに基づいて、各ＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ係数が可変設定されることで、検出回路部３０における検出処理の特定の処理条件が調整される。

したがって、品種設定等のためにワークＷとなる製品が検査領域中に投入されると、検出条件調整部６０により、検査領域中をそのワークＷのみが通過するときの磁界変動信号に基づいて第１の変動成分が取得され、テストピースを用いた場合の磁界変動信号に基づく第２の変動成分が異物波形記憶部５０から読み出した金属影響データに対応する磁界変動信号から取得される。そして、第１の変動成分の振幅レベルに対して第２の変動成分の振幅レベルが大きくなるように両変動成分の検出位相が検出条件調整部６０によって調整され、所要の検出感度に設定されることになる。したがって、製品とテストピースを併用するテストを繰り返すことなく、製品のみの少数回のテストだけで高検出感度要求に応え得る迅速で的確な検出感度設定が可能になり、所要の検出精度の確保と検出感度設定のためのテスト回数の低減とを両立させ得るものとなる。

また、本実施形態では、検出条件調整部６０が、所定の金属有無判定位相で金属検出感度を推定するとともに、その検出感度の推定値が予め設定した感度値以上となるように各ＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ特性を可変設定するので、製品影響による磁界変動成分の振幅レベルをノイズ成分の検出レベルより確実に大きくすることで、安定した良好な検出感度を確保することができる。

さらに、本実施形態では、異物波形記憶部５０に、テストピースが検査領域Ｚ中の異なる複数の通過場所を通るときのそれぞれの金属影響データを記憶格納し、検出条件調整部６０が、複数の通過場所についての金属影響データに基づく第２の変動成分を、ワークＷが対応する通過区間にあるときの第１の変動成分に加えて、ワークＷが金属を含む場合の複数の疑似的な磁界変動信号を生成するようにしているので、検出対象の金属のサイズや位置が予測できないにもかかわらず、安定した検出感度設定が可能となる。

加えて、本実施形態では、複数の通過場所Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２等が、ワークＷの通過方向、検査領域Ｚ中の鉛直方向および水平方向のうち少なくとも一方向に離間しているので、検出対象の金属の位置の傾向が予測できる場合には、それに応じた特定方向における複数の通過場所についてテストピースを用いた金属影響データを予め準備でき、検出対象の金属の位置の傾向が予測できない場合でも、検査領域Ｚ中に複数の通過場所Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２等を等方的に分散配置する等して、金属異物のあらゆる混入形態に対し、安定した良好な検出感度設定が可能となる。

また、本実施形態では、異物波形記憶部５０に、金属種が相違するかサイズが相違する複数タイプのテストピースについて、金属影響データを記憶格納できるので、検出対象の金属の種類が変化したり予測できなかったりしても、安定した良好な検出感度設定が可能となる。

さらに、検査領域Ｚ中をワークＷのみが通過するときの磁界変動信号に基づく第１の変動成分の振幅レベルが大きくなるように、交番磁界の周波数を予め設定された複数の磁界周波数値の中から選択設定するので、磁界変動信号における金属の影響が大きい磁界周波数を選択でき、安定したより良好な検出感度設定が可能となる。また、金属が磁性か否か等により第２の変動成分の検出に適した磁界周波数が相違する場合にも対応可能となる。

また、本実施形態では、異物波形記憶部５０に、検査領域Ｚ中を新規のテストピースが通過するときの磁界変動信号に対応する金属影響データを追加して記憶格納可能であるので、検出条件調整部６０の検出条件設定部６４に、検出感度の推定値が所定値以上となる特性を選択可能な特性として追加記憶させておき、複数のフィルタ特性のうち検出感度の推定値が最大となる特性を選択することもでき、新たなテストピースに対応する新たな検出感度要求に対して、迅速的確に対応可能となる。

このように、本実施形態においては、磁界変動信号における製品影響による変動成分や金属影響による変動成分の周波数、位相等を考慮した高検出感度設定を迅速かつ的確に実行でき、所要の検出精度の確保と検出感度設定のためのテスト回数の低減とを両立させ得る金属検出装置１０を提供することができる。

なお、上述の一実施形態においては、磁界受信部２３の出力をＡ／Ｄ変換部３１に取り込み、直交検波以降の各処理をデジタル処理としていたが、直交検波部３２やＬＰＦ部３３Ａ、３３Ｂまでアナログ処理としてもよい。もっとも、前述の実施形態のように、直交検波部３２による検波をもデジタル処理によるものとすることで、検波位相を製品影響に応じて適時に的確に調整すること等が容易に可能となる。

また、上述の一実施形態では、検出回路部３０の検出条件の一部を、検出回路部における検出処理のうち特定の処理条件、例えばフィルタ係数としたが、フィルタ特性を変化させる他の条件であってもよいし、位相調整の条件等と関連する他の特定の処理条件とすることも考えられる。

さらに、上述の一実施形態における磁界出力部２２および磁界受信部２３のコイルの形状や配置、コンベアの有無その他の装置構成が特に限定されるものでないことは、いうまでもない。加えて、上述の一実施形態においては、本発明を検査領域中に交番磁界を発生させ、ワークの通過による磁界変動を検出する方式の金属検出機として説明したが、本発明は、検査領域に入るワークを電磁石や永久磁石等で予め着磁させ、検出ヘッド内に設けた磁気センサンの出力、例えば複数の磁気センサの出力を基に金属検出するような他方式の金属検出機において金属影響データを予め記憶保持させるような応用も考えられる。

以上説明したように、本発明は、磁界変動信号における製品影響による変動成分や金属影響による変動成分の位相等を考慮した高検出感度設定を迅速かつ的確に実行でき、所要の検出精度の確保と検出感度設定のためのテスト回数の低減とを両立させることのできる金属検出装置を提供できるものであり、被検査物が交番磁界中を通過するときの磁界変動を基に被検査物中の金属または金属成分を検出する金属検出装置全般に有用である。

１０ 金属検出装置
２１ 波形生成部
２２ 磁界出力部（磁界発生部）
２２ａ 磁界発生送信コイル
２３ 磁界受信部（磁界検出部）
２３ａ、２３ｂ 受信コイル
３０ 検出回路部（磁界検出部）
３１ Ａ／Ｄ変換部（アナログ／デジタル変換部）
３２ 直交検波部
３３Ａ、３３Ｂ ＬＰＦ部（ローパスフィルタ部）
３４Ａ、３４Ｂ ＢＰＦ部（バンドパスフィルタ部）
３５ 第１位相補正部
４０ 金属検出判定部（判定部）
５０ 異物波形記憶部（金属影響信号記憶部）
６０ 検出条件調整部
６１Ａ、６１Ｂ 加算部
６２ 第２位相補正部
６３ 演算部
６４ 検出条件設定部
Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙ テスト変動成分（第２の変動成分）
Ｄｗｘ、Ｄｗｙ デジタル信号（第１の変動成分）
Ｄｘ、Ｄｙ デジタル信号
Ｄｘ´、Ｄｙ´ 加算信号（疑似的な磁界変動信号）
ｉ、ｉ１、ｉ´ 同相成分信号
Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２ 通過場所
ｑ、ｑ１、ｑ´ 直交位相成分信号
Ｗ ワーク（被検査物）
Ｚ 検査領域

Claims (7)

1. 被検査物が通過する検査領域中に交番磁界を発生させる磁界発生部と、
   前記検査領域中を前記被検査物が通過するときの前記交番磁界の変動を検出して磁界変動信号を出力する磁界検出部と、
   前記磁界変動信号のうち前記被検査物の影響が大きい第１の変動成分と前記磁界変動信号のうち金属の影響が大きい第２の変動成分とを、それぞれ異なる検出位相で検出する検出処理を実行する検出回路部と、
   前記検出回路部で検出された前記第１の変動成分および前記第２の変動成分を比較して前記被検査物中の金属検出のため判定処理を実行する判定部と、
   前記第１の変動成分および前記第２の変動成分のそれぞれの前記検出処理の条件を調整する検出条件調整部と、を備えた金属検出装置であって、
   前記検査領域中を前記金属のテストピースのみが通過するときの前記磁界変動信号のうち前記テストピースの影響による時間変化を伴うテスト変動成分を予め記憶格納した金属影響信号記憶部をさらに備え、
   前記検出条件調整部は、前記被検査物のみが前記検査領域中を通過するときの前記磁界変動信号に基づく前記第１の変動成分と、前記金属影響信号記憶部から読み出した前記テスト変動成分で構成される前記第２の変動成分とに基づいて、前記検出回路部における前記検出処理の特定の処理条件を可変設定することを特徴とする金属検出装置。
2. 前記検出回路部は、前記磁界変動信号の検波信号からノイズ成分を除去するフィルタを有しており、
   前記検出条件調整部は、所定の金属有無判定位相で、前記検査領域中を前記被検査物のみが通過するときの前記磁界変動信号に基づく前記第１の変動成分と前記金属としてテストピースを用いた場合の前記磁界変動信号に基づく前記第２の変動成分とに基づいて前記金属の検出感度を推定するとともに、前記検出感度の推定値が予め設定した感度値以上となるように前記フィルタの特性を可変設定することを特徴とする請求項１に記載の金属検出装置。
3. 前記金属影響信号記憶部は、前記テストピースが前記検査領域中の異なる複数の通過場所を通るときのそれぞれの前記磁界変動信号に対応する金属影響データを記憶格納しており、
   前記検出条件調整部は、前記テストピースが前記複数の通過場所を通るときのそれぞれの前記磁界変動信号に基づく前記第２の変動成分を、前記被検査物が対応する通過区間にあるときの前記第１の変動成分に加えて、前記被検査物が前記金属を含む場合の複数の疑似的な磁界変動信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の金属検出装置。
4. 前記複数の通過場所が、前記被検査物の通過方向、前記検査領域中の鉛直方向および前記検査領域中の水平方向のうち少なくとも一方向に離間していることを特徴とする請求項３に記載の金属検出装置。
5. 前記金属影響信号記憶部は、金属種が相違するかサイズが相違する複数タイプの前記テストピースについて、前記金属影響データを記憶格納していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の金属検出装置。
6. 前記検出条件調整部は、前記検査領域中を前記被検査物のみが通過するときの前記磁界変動信号に基づく前記第１の変動成分の振幅レベルが大きくなるように、前記交番磁界の周波数を予め設定された複数の磁界周波数値の中から選択設定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の金属検出装置。
7. 前記金属影響信号記憶部が、前記検査領域中を新規の前記テストピースが通過するときの前記磁界変動信号に対応する金属影響データを追加して記憶格納可能であり、
   前記検出条件調整部は、前記フィルタの特性として、前記検出感度の推定値が前記所定値以上となる特性を選択可能な特性として追加記憶し、複数の前記フィルタの特性のうち前記検出感度の推定値が最大となる特性を選択することを特徴とする請求項２ないし４に記載の金属検出装置。

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