JP7187407B2 - 金属検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属検出装置に関し、特に被検査物が検査空間中を通過するときに混入金属または金属成分を検出する金属検出装置に関する。

検査空間を通過する金属の影響による検査空間内の磁界の変動を、磁気検出手段が内蔵された検出ヘッドにより検出することで、被検査物中の金属や金属成分を検出する金属検出装置が知られている。

このような金属検出装置では、検出漏れのない感度設定を行うべく、金属の試験体（いわゆるテストピース）を被検査物の製造ラインに流して金属検出装置の検査空間内を通過させるサンプル検査作業を行うものが多く、複数種の試験体を用いるものもある。

この種の金属検出装置として、例えば試験体が検査空間中の複数の通過場所を通るときの磁界変動信号から各通過場所に対応する金属影響データを作成して記憶格納させておき、その金属影響データを基に、検査空間を通過する被検査物が金属を含む場合の疑似的な磁界変動検出信号を複数の通過位置に関連付けて生成したり、検出感度の推定値が設定感度値以上となるようノイズ低減用のフィルタ特性を可変設定したりすることで、サンプル検査作業の回数を抑えつつ所要の検出感度に設定できるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、検出ヘッドを通過する被検査物の高さによって金属検出性能が異なるという知見に基づき、複数の載置基準面を有する試験体本体部に対する金属の埋め込み位置を複数の載置基準面に対し異なる高さに設定し、金属検出装置に載置させる載置基準面を変更することで金属検出装置に対する高さ方向の金属通過位置を変えることができるようにして、検出感度の設定作業の容易化を図ったものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１８－２００１９７号公報 特開２００８－２４９５２０号公報

しかしながら、検査空間を送受信コイルを用いて形成する上述のような従来の金属検出装置は、被検査物のサイズや形状、搬送形態等によって検査空間内を通る被検査物が小さいか細長い等の理由から被検査物の通過領域（高さや幅方向の範囲）が狭くなる場合もしくは搬送方向位置によって変化する場合に、擬似検出信号生成やフィルタ処理を被検査物の通過領域外に及んで必要以上に生成する金属検出処理を実行したり、被検査物の通過領域外に及ぶ無駄なサンプル検査作業を実行したりする可能性があった。

さらに、コイルと被検査物との距離に応じて検出信号の周波数成分が異なる。より詳しくは、受信コイル（外観できる部分としては受信コイルを内部に備える検出ヘッドの開口部の内壁面）と被検査物の距離に応じて、検出信号のレベルだけでなく磁界変動の時間軸上における急峻さも変化するので、被検査物の通過位置と検出信号の周波数成分には関連性がある。一例として、検査空間に対し被検査物のサイズが相対的に小さい場合、通過可能な領域内における通過位置の変動範囲が大きくなり、検出信号の周波数成分の変動幅（被検査物ごとのばらつき）も大きくなるので、その変動幅を通過帯域に含むように緩慢な広帯域特性のバンドパスフィルタを設定せざるを得ない。

そのため、被検査物のサイズや形状、搬送形態等によっては、検査空間中の被検査物（一部である場合を含む）に対応する最適なフィルタ等を設定できず、ノイズ成分の低減が不十分となり高検出感度が得られない可能性があった。

そこで、本発明は、検査空間を通過する被検査物の通過領域に応じてその検査空間中の被検査物に最適な金属検出処理を選択し、被検査物のサイズや形状、搬送形態がばらついた場合でも無駄のない処理により十分な高検出感度を得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）本発明の金属検出装置は、上記目的達成のため、被検査物を搬送する搬送路と、前記搬送路が挿通する検査空間を有し、前記検査空間中を前記被検査物が通過する際に生じる磁界変化を検出する磁気センサを収容した検出ヘッドと、前記磁気センサによる前記磁界変化の検出信号に対し所定の信号処理を実行する信号処理部と、を備え、前記信号処理の結果に基づいて前記被検査物に金属が混入しているか否かを判定する金属検出装置において、前記被検査物が前記検査空間中を通過する通過位置を検出する通過位置検出手段が設けられており、前記信号処理部が、あらかじめ設定された複数の信号処理条件のうち、前記通過位置に基づき設定されたいずれかの信号処理条件で、前記所定の信号処理を実行することを特徴とする。

この構成により、本発明の金属検出装置では、検査空間中を被検査物が通過するとき、被検査物の検出ヘッドに対する相対的な通過位置が検出され、あらかじめ設定された複数の信号処理条件のうち、検出された通過位置に応じた一部または全部の信号処理条件下で、金属検出のための所定の信号処理が実行される。したがって、被検査物の形状やサイズ、搬送形態に応じて、検出ヘッド内に占める被検査物の通過領域が搬送路上の高さ方向や幅方向の一部領域内に限定される場合に、例えば検出ヘッドの内壁面からの離間距離に応じて検出信号の周波数が異なっても、その周波数成分に対して通過帯域を含む適切な特性の信号処理を設定でき、無駄な信号生成や無駄なフィルタ処理を伴なう金属検出処理を実行せずに済み、検査空間を通過する被検査物のサイズ、形状および搬送形態に応じてその検査空間中の被検査物に最適な金属検出処理を実行できることになる。その結果、無駄のない信号処理により金属検出装置を高検出感度に作動させることができる。

なお、ここにいう通過位置は、原理上は検出ヘッドの内部に設けられる送受信コイルを基準に検出されるべきであるが、送受信コイルは検出ヘッドの本体に内蔵されており、そのコイルの形状や内蔵形態も特に限定されないから、検出ヘッドのうち検査空間を囲う内壁面を基準として、この内壁面からの離間距離で特定される通過位置を用いるのが適当である。よって、以下にいう検出ヘッドの内壁面からの離間距離とは、搬送路上、例えば搬送ベルト面上やシュート面上の高さ方向および／またはその搬送路面方向（少なくとも一方向）における離間距離であり、搬送路面方向とは、例えば搬送ベルト幅方向やシュート幅方向である。この離間距離は、一般的には鉛直方向と水平方向に軸を持つ座標で表され、検出ヘッドの開口内を通過する被検査物のその開口内に占める範囲、すなわち、被検査物に混入し得る金属がとり得る通過位置の高さ方向または／および幅方向の範囲を特定する情報である。また被検査物のサイズや形状により複数の通過位置にまたがって通過し得るため、離間距離に応じたいずれかの信号処理条件とは、離間距離に応じたいずれか１つまたは複数の信号処理条件であり、いずれか複数の信号処理条件には、あらかじめ設定された複数の信号処理条件のうち一部が選択されるだけでなく、全部が選択され得る。

（２）本発明の金属検出装置において、前記通過位置検出手段は、前記通過位置に基づいて前記検出ヘッドの内壁面からの離間距離を算出し、前記信号処理部は、前記離間距離に応じたいずれかの信号処理条件を設定する構成とすることができる。

この場合、例えば内壁面から遠い通過位置用、近い通過位置用、および中間の通過位置用等といった複数の信号処理をあらかじめ準備しておくことにより、開口内壁面からの距離(離間距離)に関係なく、どの位置を金属が通過しても、最適な検出感度が得られる。

前記いずれかの信号処理条件下での所定の信号処理は、複数の信号処理部を同時に動作させて実行してもよいし、複数の信号処理部のうち一部のみを動作させて実行してもよい。その場合、更に、各信号処理部の処理条件を変更するようにしてもよい。あるいは、単一の信号処理部を用いて、その信号処理に用いるフィルタ係数等の制御パラメータを通過位置や通過位置に対応して変化する検出情報を基に可変設定して、前記離間距離に応じたいずれかの信号処理条件を設定する構成であってもよい。

（３）本発明の金属検出装置において、前記信号処理部は、前記複数の信号処理条件に対応する複数のノイズ低減用のフィルタのうち、前記離間距離に応じて特性設定されたいずれかのバンドパスフィルタを設定する構成とすることができる。

この場合、検出ヘッドの開口内を通過する金属のその開口内壁面からの距離に応じて検出信号の変動の仕方に相違が生じるのに対して、検出ヘッドの開口内を通過する金属の内壁面からの距離に応じて特性設定された複数のうち該距離に適したいずれかのバンドパスフィルタが選択され得る。

（４）本発明の金属検出装置は、金属を含まない前記被検査物の良品が前記磁界中を通過する際に生じる第１の磁界変化を検出し、前記複数の信号処理条件のうち前記第１の磁界変化の検出信号に応じたいずれかの信号処理条件を設定する構成とすることができる。

この場合、正常な被検査品を検査空間中に流すだけで、自動的に所定の信号処理に用いる信号処理条件を決定できることになる。

（５）本発明の金属検出装置は、前記検査空間内における所定搬送位置での前記被検査物の形状を検出する形状センサを備え、前記通過位置および該形状センサの検出結果に基づくいずれかの信号処理条件を設定する構成とすることができる。

例えば、検出ヘッドの開口中心軸線方向における被検査品の正面視形状、あるいは、検出ヘッドの開口内およびその前後一定範囲内の被検査品の部分形状、その開口内通過位置、厚みおよび幅、その部分形状の前後を含めた被検査品の傾き等を形状センサで検知し、適切な信号処理を選択し実行することができる。

本発明によれば、検査空間を通過する被検査物のサイズや形状、搬送形態に応じて変動する通過位置すなわち受信コイルからの距離に対応して、その検査空間中の被検査物に最適な金属検出処理を選択し、被検査物のサイズや形状、搬送形態がばらついた場合でも無駄のない処理により高検出感度に作動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送信コイルおよび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における複数の信号処理を検出ヘッドの開口内を通過する金属がその通過位置としてとり得る通過領域の高さ方向の相違の説明図である。 本発明の一実施形態に係る金属検出装置における複数の信号処理を検出ヘッドの開口内を通過する金属の通過領域の相違に応じて選択する信号処理部の要部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いて品種毎に良品でのサンプル検査を行い金属検出のための信号処理条件を可変設定する手順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ないし図４は、本発明の一実施形態に係る金属検出装置の構成を示している。

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がコンベア搬送されつつ交流磁界（交番磁界）が発生した検査空間Ｚｍｄ内を通過するようになっており、ワークＷの通過に伴う検査空間Ｚｍｄ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金属成分）が検出されるようになっている。

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もよく、冷凍品でもよい。勿論、ワークＷとなる物品は、食品に限定されるものではない。

図１および図２に示すように、本実施形態の金属検出装置１０には、ワークＷを搬送する搬送路としてのコンベア１２と、そのコンベア１２の中央部を囲うように位置する検出ヘッド１４とが設けられている。なお、本実施形態では、搬送路の構成例としてコンベア１２を例示するが、ワークＷが検出ヘッド１４内を通過できるような搬送経路を形成していればよく、傾斜したシュートや筒状ガイドでその搬送経路を形成してもよい。

図３に示すように、コンベア１２は、例えばループ状の搬送ベルト１２ａと駆動ローラ１２ｂおよび図示しない従動ローラとを有するベルトコンベアで構成されており、ワークＷを検出ヘッド１４の本体１４Ｍにおける開口１４ａ内を通して所定方向に搬送できるようになっている。

検出ヘッド１４は、コンベア１２の所定長さのワーク搬送区間に対応する検査空間Ｚｍｄ内に交流磁界を発生させることができるとともに、ワークＷの通過に伴う検査空間Ｚｍｄ内の磁界の変動を検出することができるようになっている。

検査空間Ｚｍｄの入り口側（搬送方向上流側）には、ワークＷの検査空間Ｚｍｄへの進入を検知する例えば光学式の物品検知センサ１５と、検出ヘッド１４の検査空間Ｚｍｄ内におけるワークＷの通過位置、例えばワークＷの上面（外面）の高さを検出ヘッド１４の内壁面１４ｂからの距離として検出する光学式の距離センサ１８（通過位置検出手段、距離検出手段、形状センサ）と、が設置されている。

ここでの距離センサ１８は、例えばワークＷの上面からの反射光を受光する受光素子におけるその受光位置の変化を基に検出ヘッド１４の上側の内壁面１４ｂから反射面までの高さ方向の距離を計測する三角測距方式のセンサである。

この距離センサ１８は、少なくともワークＷが検出ヘッド１４の開口１４ａ内に到達するときの開口１４ａ内におけるワークＷの形状を外表面の複数箇所の位置情報を検出する形状センサであってもよい。例えば、距離センサ１８は、コンベア１２の搬送ベルト１２ａの幅方向における複数箇所でワークＷの上面高さを検出するものであってもよく、検出ヘッド１４の左右の内壁面１４ｃ、１４ｄからワークＷの側面（反射面）までの距離を併せて検出するもの、あるいは検出ヘッド１４の開口１４ａ内におけるワークＷの位置および形状を検出する形状センサであってもよい。

なお、詳細を図示しないが、金属検出装置１０には、ユーザによる操作入力のための操作入力部と、その操作用の表示や運転状態表示、異常の報知等を行なうための表示器等が設けられている。

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空間Ｚｍｄ内に交流磁界を発生させる磁界出力部２２（磁界発生部）と、検査空間Ｚｍｄ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（磁気センサ）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（信号処理部）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、を具備している。

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が検査空間Ｚｍｄに進入しようとしていることが物品検知センサ１５によって検出されたとき、磁界出力部２２により交流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、コンベア１２のワーク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）および図示しない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、検査空間Ｚｍｄ内に設定された周波数の交流磁界を発生させることができるようになっている。

磁界受信部２３は、磁界出力部２２からの交流磁界を受信するとともに、ワークＷが検査空間Ｚｍｄ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空間Ｚｍｄ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、検出ヘッド１４内に同心的に収納されており、一対の受信コイル２３ａ、２３ｂは、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空間Ｚｍｄ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、検査空間Ｚｍｄ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側からの交流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、検査空間Ｚｍｄ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流磁界の周波数帯域に相当する高周波成分を所定の遮断周波数ｆｃで除去して、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。このときのＬＰＦ部３３Ａ、３３Ｂにおける遮断周波数ｆｃは、交流磁界の周波数帯域ごとに可変設定するようにしてもよいし、周波数帯域にかかわらず一定の値としてもよく、後述する検出条件調整回路６０の検出条件設定部６４から遮断周波数の選択制御信号Ｆｓを供給するのがよい。

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、検査空間Ｚｍｄ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が検査空間Ｚｍｄ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（例えば、特開２００５－３４５４３３号公報の図４参照）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）をなくすようにデジタル信号Ｄｘｆ、Ｄｙｆの位相を補正し、デジタル信号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、デジタル信号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である直交位相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、検査空間Ｚｍｄ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回路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、予め検査空間Ｚｍｄ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。

検出条件調整回路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、加算信号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、加算信号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。

検出条件調整回路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のみを検査空間Ｚｍｄに通すテスト（感度設定用のサンプル検査）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、検査空間Ｚｍｄ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、そのままデジタル信号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ｉｗおよび直交位相成分信号ｑｗを算出し、一方、検査空間Ｚｍｄ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を加算した加算信号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、検出条件設定部６４と協働して、それぞれ所定サンプリング数の一連の同相成分信号ｉｗおよび直交位相成分信号ｑｗ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、複数回実行するようになっている。

具体的には、演算部６３は、検出条件設定部６４で設定される検出条件に従い、距離センサ１８により検出される検出ヘッド１４の上側の内壁面１４ｂからワークＷの上面（反射面）までの高さ方向の距離に応じて、すなわち、その検出距離に対応するワークＷの上面高さが、あらかじめ検出ヘッド１４の開口１４ａ内に設定した複数の異なる通過領域Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃのうちいずれに含まれるかによって、前述のフィルタ関数演算におけるフィルタ係数の切替え幅や切替え回数を増減変更するようになっている。

また、距離センサ１８の検出距離に対応するワークＷの上面高さが、図３中の複数の通過領域Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃのうち検出ヘッド１４の上側の内壁面１４ｂから遠い下方側の通過領域Ｚａであるときには、検出条件設定部６４は、異物波形記憶部５０に記憶格納されたテストデータのうち通過領域Ｚａ内の少なくとも１つの代表的な通過位置Ｐａに対応する第２の変動成分相当のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙおよびフィルタ係数の切替え条件のみを用いる検出条件設定を行い、演算部６３がその検出条件に従って一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ処理相当のフィルタ関数演算を実行する。

また、距離センサ１８の検出距離に対応するワークＷの上面高さが、図３中の複数の通過領域Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃのうち検出ヘッド１４の上側の内壁面１４ｂから近い上方側の通過領域Ｚｃであるときには、検出条件設定部６４は、異物波形記憶部５０に記憶格納されたテストデータのうち通過領域Ｚｃ内の少なくとも３つの代表的な通過位置Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃに対応する第２の変動成分相当のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙおよびフィルタ係数の切替え条件を用いる検出条件設定を行い、演算部６３がその検出条件に従って一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ処理相当のフィルタ関数演算を実行するようになっている。

さらに、距離センサ１８の検出距離に対応するワークＷの上面高さが、図３中の複数の通過領域Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃのうち中間の通過領域Ｚｂであるときには、検出条件設定部６４は、その通過領域Ｚｂ内の少なくとも２つの代表的な通過位置Ｐａ、Ｐｂに対応する第２の変動成分相当のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙおよびフィルタ係数の切替え条件のみを用いる検出条件設定を行い、演算部６３がその検出条件に従って、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実行する。

なお、ここにいう検出ヘッド１４の内壁面からの離間距離とは、コンベア１２の搬送ベルト面上の高さ方向およびベルト幅方向のうち少なくとも一方向における離間距離で、例えば図３中の３つの通過位置Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃについて検出ヘッド１４の内壁面１４ｂからの距離Ａ、Ｂ、Ｃとして例示する高さ方向の距離に相当する。また、本発明にいう通過位置とは、前述の通りであるが、ここでは、コンベア１２の搬送ベルト面上の高さ方向やベルト幅方向のうち少なくとも一方向における検出ヘッド１４の内壁面１４ｂ、１４ｃまたは１４ｄからの離間距離の意であり、通過領域とは、検出ヘッド１４の開口１４ａ内を通過するワークＷのその開口１４ａ内に占める範囲、すなわち、ワークＷに混入（付着を含む）した金属がとり得る通過位置の高さ方向および／または幅方向の範囲に対応するものである。

離間距離に応じたいずれかの信号処理条件とは、離間距離に応じた一部または全部の信号処理条件であり、いずれか複数の信号処理条件には、あらかじめ設定された複数の信号処理条件のうち一部が含まれるだけでなく、全部が含まれ得る。言い換えれば、検査空間中で被検査物が通過し得ない領域に対しては、あらかじめ設定された信号処理条件を非選択として、それ以外の信号処理を実行することとなる。

演算部６３は、同一の信号処理、例えば各ＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂまたは／およびＬＰＦ３３Ａ、３３Ｂの信号処理に用いるフィルタ係数や遮断周波数等の制御パラメータを被検査物の通過位置（その通過位置に対応して変化するいずれかの検出値でもよい）を基に可変設定することで、あるいは更に、そのフィルタ係数等の変更に起因する位相ずれを位相補正部３５で補正するための補正係数を可変設定することで、前述の離間距離に応じたいずれかの信号処理条件を設定するものであってもよい。また、演算部６３は、被検査物の通過位置、例えば前述の距離センサ１８の検出距離に対応するワークＷの上面高さに応じて、前述のいずれかの信号処理条件を選択設定するために、そのワークＷの上面高さとフィルタ係数や遮断周波数等の制御パラメータの値を対応付け可能なマップを用いるものであってもよく、それに代わるか補間する計算式を用いるものでもよい。

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。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、例えば距離センサ１８の検出距離に応じて前述の複数のフィルタ係数および信号処理条件を切り替える複数回のフィルタ関数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ｉｗ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製品影響信号成分である同相成分信号ｉ´の変動幅に対して所定サンプリング数の金属影響信号成分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。

そして、検出条件設定部６４は、距離センサ１８の検出距離に応じて算出された新たなフィルタ係数を、一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂに対し、それぞれのフィルタ処理に用いる係数の選択制御信号Ｆｓを供給する。

この場合、図４に示すように、一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂは、それぞれのセレクタスイッチ回路Ｓｗ１、Ｓｗ２と、各セレクタスイッチ回路Ｓｗ１、Ｓｗ２に接続された複数のバンドパスフィルタＢＰＦ１、ＢＰＦ２およびＢＰＦ３とで構成されている。

各セレクタスイッチ回路Ｓｗ１、Ｓｗ２は、一方および他方のＬＰＦ部３３Ａ、３３ＢからそれぞれワークＷの通過に伴う磁界変動に対応するデジタル信号Ｄｘ、Ｄｙを信号入力するとともに、検出条件設定部６４からフィルタ係数の選択制御信号Ｆｓを入力し、それら入力信号Ｄｘ、ＦｓおよびＤｙ、Ｆｓの信号値に従って複数のバンドパスフィルタＢＰＦ１－ＢＰＦ３のいずれか１つ、２つまたは３つに選択的に入力信号Ｄｘ、Ｄｙを出力するデマルチプレクサ機能を有している。

一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂの各バンドパスフィルタＢＰＦ１、ＢＰＦ２またはＢＰＦ３は、それぞれ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、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（前述のＦＩＲ）の機能を有している。このようなＦＩＲフィルタは、フィルタ係数により所望の特性を容易に実現できるので、ＢＰＦ１ないしＢＰＦ３の出力信号に残留するノイズ成分をさらに抑えるためのフィルタ（例えばＬＰＦ）を併せて適用するようにフィルタ係数を設定することもできる。

図４に示すように、第１位相補正部３５は、一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂの複数のバンドパスフィルタＢＰＦ１、ＢＰＦ２、ＢＰＦ３に対応する複数の位相補正回路３５ａ、３５ｂ、３５ｃの処理機能を有しており、これら複数の位相補正回路３５ａ、３５ｂ、３５ｃのいずれか又は全部によって、検査対象のワークＷが検査空間Ｚｍｄを通過する度に、そのワークＷが検査空間Ｚｍｄ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リサージュ図形を作成し、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が最大となる位相を基準位相として、デジタル信号Ｄｘｆに対応し基準位相と同相とみなす補正がされた同相成分信号ｉ１、ｉ２、ｉ３と、デジタル信号Ｄｙｆに対応し基準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ｑ１、ｑ２、ｑ３とを、それぞれ生成することができるようになっている。複数の位相補正回路３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、前述の基準位相やの直交位相について一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのフィルタ係数の変更に起因する位相ずれを補正するために、それぞれに適した互いに異なるずれ補正係数を設定したものであってもよい。

また、金属検出判定部４０は、複数の判定回路４１ａ、４１ｂ、４１ｃと、それら複数の判定回路４１ａ、４１ｂ、４１ｃの出力を入力するＯＲ回路４２との機能を有している。

複数の判定回路４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、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、すなわち複数のバンドパスフィルタＢＰＦ１－ＢＰＦ３からの同相成分信号ｉ１、ｉ２、ｉ３および直交位相成分信号ｑ１、ｑ２、ｑ３を基に、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ｉ１、ｑ１の振幅、ｉ２、ｑ２の振幅、ｉ３、ｑ３の振幅をそれぞれ比較し、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それぞれの判定処理を実行することができるようになっている。

ＯＲ回路４２は、複数の判定回路４１ａ、４１ｂ、４１ｃの出力のいずれか１つでも金属有りの判定結果である場合には金属有りの判定結果に対応する出力値（例えば１）で、他の場合には金属無しの判定結果に対応する出力値（例えば０）で、判定結果信号Ｓｊを出力する３入力ＯＲゲートとなっている。

このように、検出条件調整回路６０は、ワークＷのみが検査空間Ｚｍｄ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、距離センサ１８の検出距離に応じて、金属の通過領域Ｚａ、ＺｂまたはＺｃごとに最適な検出感度となるように調整するようになっている。

また、本実施形態の金属検出装置１０は、検出ヘッド１４を通してワークＷを搬送するコンベア１２と、磁界受信部２３を有する検出ヘッド１４と、磁界受信部２３による磁界変化の検出信号に対し所定の信号処理を実行する検出回路部３０とを備え、検出回路部３０の信号処理結果に基づいてワークＷに金属が混入しているか否かを判定するものであって、検査空間Ｚｍｄ中を通過するワークＷの上面の検出ヘッド１４の内壁面１４ｂからの離間距離を検出する距離センサ１８を有している。そして、検出回路部３０が、あらかじめ設定された複数の信号処理条件のうち、前述のように検出ヘッド１４の内壁面１４ｂからの離間距離に応じたいずれかの信号処理条件で、所定の信号処理を実行する。

さらに、本実施形態の金属検出装置１０においては、検出回路部３０が、複数の信号処理条件のうち距離センサ１８の検出距離に応じて最適化し得るいずれかの信号処理条件を選択して、選択した信号処理条件で高検出感度になるよう所定の信号処理を実行する。

また、その所定の信号処理は、検出回路部３０のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂにおける複数組のバンドパスフィルタＢＰＦ１―ＢＰＦ３、第１位相補正部３５における複数の位相補正回路３５ａ－３５ｃおよび金属検出判定部４０における複数の判定回路４１ａ－４１ｃで構成される複数の信号処理部を、検出ヘッド１４の開口１４ａ内におけるワークＷの通過領域に応じて、同時に動作させたり一部のみを動作させたりすることができる。

さらに、検出回路部３０においては、複数の信号処理条件に対応する複数のノイズ低減用のバンドパスフィルタＢＰＦ１―ＢＰＦ３のうち、検出ヘッド１４の内壁面１４ｂからの距離に応じてそれぞれの特性が設定されたバンドパスフィルタＢＰＦ１－ＢＰＦ３のいずれか１つ以上を選択し、その選択したフィルタで高検出感度が得られる信号処理が無駄なく実行される。

加えて、検出回路部３０においては、金属を含まないワークＷの良品が磁界中を通過する際に生じる第１の磁界変化を検出し、複数の信号処理条件のうち第１の磁界変化の検出信号に対応する通過領域Ｚａ、ＺｂまたはＺｃについての第２の変動成分相当のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙおよびそれに対応する信号処理条件を選択して、その選択した信号処理条件で、所定の信号処理であるバンドパスフィルタ処理、位相補正および金属有無判定を実行する。

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、銅その他の非鉄金属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。

検出条件調整回路６０は、サンプル検査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、検査空間Ｚｍｄ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、検出条件調整回路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、追加記憶した品種を含めて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るようになっている。

以下、上記構成の金属検出装置の動作と共にその作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態の金属検出装置１０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のみを検査空間Ｚｍｄに通すサンプル検査が所定回数なされ、そのサンプル検査中に、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複数回切り替えられる。

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、検査空間Ｚｍｄに良品のワークＷのみを通過させるサンプル検査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のみをそのままデジタル信号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。

併せて、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を入力させる状態下で、検査空間Ｚｍｄに良品のワークＷのみを通過させるサンプル検査を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。

このように良品ワークＷを検査空間Ｚｍｄに通過させるサンプル検査の実行中に、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。ただし、検出ヘッド１４の開口１４ａ内における各ワークＷの通過領域Ｚａ、ＺｂまたはＺｃの外方に及ぶような無駄な信号処理は省かれる。

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、検出ヘッド１４の開口１４ａ内における各ワークＷの通過領域Ｚａ、ＺｂまたはＺｃに応じて選択され、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加算信号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。さらに、それぞれ所定サンプリング数の一連の同相成分信号ｉｗおよび直交位相成分信号ｑｗと、同相成分信号ｉ´および直交位相成分信号ｑ´とに基づき、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が実行される。

より具体的には、距離センサ１８により検出される検出ヘッド１４の内壁面１４ｂからワークＷの上面までの高さ方向の距離に応じ、ワークＷの上面高さが通過領域Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃのうちいずれに含まれるかによって、異物波形記憶部５０に記憶されたテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙの全データのうち検査中のワークＷの通過領域Ｚａ、ＺｂまたはＺｃに含まれる通過位置に対応する分のデータが選択され、その選択されたデータに応じて例えば前述のフィルタ関数演算におけるフィルタ係数の切替え幅や切替え回数が増減変更される。

図５は、そのような品種毎の良品でのサンプル検査により金属検出のための信号処理条件を自動的に可変設定する処理の概略手順を示している。

同図に示すように、まず、良品である正常なワークＷのみを検査空間Ｚｍｄに通すサンプル検査が所定回数なされるとともに、距離センサ１８により検出ヘッド１４の内壁面１４ｂからワークＷの上面までの距離が検出されることで、検査空間Ｚｍｄ内のワークＷの上面検出領域が通過領域Ｚａ、ＺｂまたはＺｃとして検出される（ステップＳ１１）。

次いで、検出されたワークＷの通過領域が、通過領域Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃのうちいずれであるかが判定され（ステップＳ１２）、その判定結果に応じて、検出回路部３０および検出条件調整回路６０における信号処理条件が変更される（ステップＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１５）。

例えば、通過領域の判定結果が下方側の通過領域Ｚａであるときには、異物波形記憶部５０に記憶格納されたテストデータのうち通過領域Ｚａ内の代表的な通過位置Ｐａに対応する第２の変動成分相当のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙが選択されるとともに、その選択に対応するフィルタ係数の切替え条件が選定される（ステップＳ１３）。同様に、通過領域の判定結果が他の通過領域ＺｃまたはＺｂであるときには、異物波形記憶部５０に記憶格納されたテストデータのうち通過領域ＺｂまたはＺｃ内の代表的な通過位置Ｐａ、ＰｂまたはＰａ－Ｐｃに対応する第２の変動成分相当のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙが選択されるとともに、その選択に対応するフィルタ係数の切替え条件が選定される（ステップＳ１４またはＳ１５）。

次いで、前ステップでの信号処理結果に基づいて、検出条件設定部６４によりＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂでのフィルタ処理の係数値や、第１位相補正部３５での位相補正条件、判定部での判定条件等が、金属検出処理条件として設定される（ステップＳ１６）。

その設定後、被検査対象の複数のワークＷが順次検査空間Ｚｍｄ内に搬送され、前述のような金属検出装置１０による通常の金属検出処理が実行される（ステップＳ１７）。

この通常の金属検出処理においては、例えば一方および他方のＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂのセレクタスイッチ回路Ｓｗ１、Ｓｗ２に、一方および他方のＬＰＦ部３３Ａ、３３Ｂからのデジタル信号Ｄｘ、Ｄｙと、検出条件設定部６４からフィルタ係数の選択制御信号Ｆｓとがそれぞれ入力され、それら入力信号Ｄｘ、ＦｓおよびＤｙ、Ｆｓの信号値に従って各ＢＰＦ部３４Ａ、３４Ｂの複数のバンドパスフィルタＢＰＦ１－ＢＰＦ３が選択的に作動する。

また、第１位相補正部３５の位相補正回路３５ａ、３５ｂ、３５ｃのいずれか又は全部によって、検査対象のワークＷが検査空間Ｚｍｄを通過する度に、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リサージュ図形中でワークＷの製品影響による振幅が最大となる位相を基準位相として、同相成分信号ｉ１、ｉ２、ｉ３および直交位相成分信号ｑ１、ｑ２、ｑ３の一部または全部に対して、必要な位相角補正がなされる。

このように、本実施形態においては、検査空間Ｚｍｄ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磁界変動成分をテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙとして異物波形記憶部５０に予め記憶格納しておき、検出条件調整回路６０によって、ワークＷのみが検査空間Ｚｍｄ中を通過するときの製品影響の大きいデジタル信号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のフィルタ係数等が可変設定されることで、検出回路部３０における特定の処理条件が調整される。しかも、そのような検出条件の調整時および通常検査の双方で、検出ヘッド１４の開口１４ａ内におけるワークＷの通過領域に応じて、金属検出処理のための検出回路部３０の信号処理条件および検出条件調整回路６０での信号処理条件が変更され、通過領域外に及ぶような無駄な信号処理が未然に抑制される。

すなわち、本実施形態では、磁界中をワークが通過するとき、ワークＷの検出ヘッド１４の内壁面１４ｂからの離間距離が検出され、複数の信号処理条件のうち、検出された離間距離に応じた一部または全部の信号処理条件下で、金属検出のための所定の信号処理であるフィルタ関数演算や位相補正処理が実行される。したがって、検出ヘッド１４の開口１４ａ内に占めるワークＷの通過領域が、その形状や搬送形態に応じて搬送ベルト１２ａ上の高さ方向やベルト幅方向の一部領域内に限定される場合に、無駄な信号生成や無駄なフィルタ処理を伴なう金属検出処理を実行せずに済むことになる。

しかも、検査空間Ｚｍｄを通過するワークＷのサイズや形状、搬送形態に応じてその検査空間Ｚｍｄ中のワークＷに最適な金属検出処理を実行できることから、少ないハードウェア資源でも無駄のない信号処理により金属検出装置１０を高検出感度に作動させることができる。

また、本実施形態では、検出回路部３０および検出条件調整回路６０が、検出ヘッド１４の内壁面１４ｂからの検出距離に応じた複数の信号処理条件、例えば、内壁面１４ｂから遠い通過位置Ｐａ用の信号処理、近い通過位置Ｐｃ用の信号処理、および中間の通過位置Ｐｂ用の信号処理等を準備しているので、検出ヘッド１４の開口１４ａ内のどの位置を金属が通過しても、高検出感度が得られることとなる。

さらに、本実施形態では、検出回路部３０が、例えば複数の信号処理条件に対応する複数のノイズ低減用のフィルタＢＰＦ１－ＢＰＦ３のうち、距離センサ１８の検出距離に対し最適特性設定されたいずれかのフィルタを選択して、対応するフィルタ処理等を実行する。したがって、検出ヘッド１４の開口１４ａ内における金属の通過位置に応じて検出信号の変動の仕方に相違が生じるのに対して、金属通過位置を含む通過領域Ｚａ、ＺｂまたはＺｃと対応付けて特性設定されたノイズ低減用フィルタ等の選択がされ、高検出感度の金属検出処理が可能となる。

加えて、検出回路部３０においては、金属を含まないワークＷの良品が磁界中を通過する際に生じる第１の磁界変化を同相成分信号ｉｗおよび直交位相成分信号ｑｗを含む検出信号として検出し、複数の信号処理条件のうち第１の磁界変化の検出信号に対応する通過領域Ｚａ、ＺｂまたはＺｃについての第２の変動成分相当のテスト変動成分Ｄｔｐｘ、Ｄｔｐｙおよびそれに対応する信号処理条件を選択して、その選択した信号処理条件で、所定の信号処理であるバンドパスフィルタ処理、位相補正および金属検出判定を実行する。

したがって、正常なワークＷを検査空間Ｚｍｄ中に流すだけで、自動的にフィルタ関数演算や位相補正処理等の所定の信号処理に用いる信号処理条件を決定できることになる。

また、本実施形態では、距離センサ１８とは別に設けられたカメラによって、あるいは距離センサ１８を複数箇所に設ける等して、検査空間Ｚｍｄ内における所定搬送位置でのワークＷの形状を検出する形状センサを構成すれば、検出ヘッド１４の開口１４ａの中心軸線方向におけるワークＷの正面視形状、あるいは、検出ヘッド１４の開口１４ａ内およびその前後一定範囲内のワークＷの部分形状、その開口１４ａ内の通過位置、厚みおよび幅、その部分形状の前後を含めたワークＷの傾き等を、形状センサで検知し、適切な信号処理をより効果的に選択することができる。

本実施形態では各ＢＰＦ３４Ａ、３４Ｂの複数のバンドパスフィルタＢＰＦ１－ＢＰＦ３を選択的に作動させるものとしたが、この実施形態に代えて、作動するバンドパスフィルタのフィルタ係数を可変にしてフィルタ特性を任意に設定できるようにしてもよい。この場合、検出条件可変設定部６４が、フィルタ処理に用いる係数の選択制御信号Ｆｓに代えて、デジタルフィルタのフィルタ係数を算出する公知の算出式に与えるパラメータを選択または設定するための制御信号を供給してもよいし、あらかじめ算出しておいたフィルタ係数の各係数値を設定するためのデータ信号を供給してもよく、これにより、より多品種の被検査物について確実かつ容易に高感度検出を実現するフィルタを柔軟に設定することができるようになる。

このように、本実施形態においては、検査空間Ｚｍｄを通過するワークＷのサイズや形状、搬送形態に応じてその検査空間Ｚｍｄ中のワークＷに最適な金属検出処理を選択し、無駄のない信号処理により高検出感度に作動させることのできる金属検出装置１０を提供することができる。

したがって、製品とテストピースを併用するテストを多数回繰り返すことなく、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。

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。

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、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装置として説明したが、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装置において、被検査物の通過位置により検出信号の周波数成分が変動するときには、常に適用できるものである。

以上説明したように、本発明は、検査空間を通過する被検査物の通過領域に応じてその検査空間中の被検査物に最適な金属検出処理を選択し、無駄のない処理により十分な高検出感度を得ることのできる金属検出装置を提供できるものであり、被検査物が検査空間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
１２ コンベア（搬送手段）
１２ａ 搬送ベルト
１２ｂ 駆動ローラ
１４ 検出ヘッド
１４ａ 開口
１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 内壁面
１４Ｍ 本体（検出ヘッド）
１５ 物品検知センサ
１８ 距離センサ（通過位置検出手段、距離検出手段、形状センサ）
２１ 波形生成部（信号発生器）
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（磁気センサ）
２３ａ、２３ｂ 受信コイル
３０ 検出回路部（信号処理部）
３１ Ａ／Ｄ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
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ 位相補正回路
４０ 金属検出判定部
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ 判定回路
４２ ＯＲ回路
５０ 異物波形記憶部
６０ 検出条件調整回路
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
Ａ、Ｂ、Ｃ 距離（離間距離）
ＢＰＦ１、ＢＰＦ２、ＢＰＦ３ バンドパスフィルタ
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（入力信号）
Ｄｘ´、Ｄｙ´ 加算信号（疑似的な磁界変動信号）
Ｆｓ 選択制御信号
ｉ、ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉｗ、ｉ´ 同相成分信号
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ 通過位置
ｑ、ｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑｗ、ｑ´ 直交位相成分信号
Ｓｗ１、Ｓｗ２ セレクタスイッチ回路
Ｗ ワーク（被検査物）
Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ 通過領域
Ｚｍｄ 検査空間

Claims (5)

1. 被検査物を搬送する搬送路と、
   前記搬送路が挿通する検査空間を有し、前記検査空間中を前記被検査物が通過する際に生じる磁界変化を検出する磁気センサを収容した検出ヘッドと、
   前記磁気センサによる前記磁界変化の検出信号に対し所定の信号処理を実行する信号処理部と、を備え、
   前記信号処理の結果に基づいて前記被検査物に金属が混入しているか否かを判定する金属検出装置において、
   前記被検査物が前記検査空間中を通過する通過位置を検出する通過位置検出手段が設けられており、
   前記信号処理部が、あらかじめ設定された複数の信号処理条件のうち、前記通過位置に基づき設定されたいずれかの信号処理条件で、前記所定の信号処理を実行することを特徴とする金属検出装置。
2. 前記通過位置検出手段は、前記通過位置に基づいて前記検出ヘッドの内壁面からの離間距離を算出し、
   前記信号処理部は、前記離間距離に応じたいずれかの信号処理条件を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. 前記信号処理部は、前記複数の信号処理条件に対応する複数のノイズ低減用のフィルタのうち、前記離間距離に応じて特性設定されたいずれかのバンドパスフィルタを設定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. 金属を含まない前記被検査物の良品が前記磁界中を通過する際に生じる第１の磁界変化を検出し、前記複数の信号処理条件のうち前記第１の磁界変化の検出信号に応じたいずれかの信号処理条件を設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の金属検出装置。
5. 前記検査空間内における所定搬送位置での前記被検査物の形状を検出する形状センサを備え、前記通過位置および該形状センサの検出結果に基づくいずれかの信号処理条件を設定す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。

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