JP7458351B2 - 金属検出機及び金属検出機のバランス調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば食品や医薬品等の被検査物に混入した金属を検出する金属検出機及び金属検出機のバランス調整方法に関し、特に、受信コイルにおける誘起電圧のバランスを調整することが可能な金属検出機及び金属検出機のバランス調整方法に関するものである。

金属検出機は、被検査物に混入された金属が検査磁界に与える変化を検出することによって、被検査物に金属が混入しているか否かを判別している。従来、この種の金属検出機としては、特許文献１に記載の金属検出機が知られている。

図７に示すように、特許文献１に記載の従来のものは、被検査物を所定の搬送方向に搬送する搬送面に対して互いに平行に対向して交流磁界を発生する励磁コイル７１ａ，７１ｂと、励磁コイル７１ａの内側に設けられ金属を検出する検出コイル（受信コイル）７２と、を備えている。検出コイル７２は、長手方向が搬送方向に沿うように配置され、励磁コイル７１ａ，７１ｂの面とほぼ平行な方向、かつ、搬送方向にほぼ直交する方向に板厚方向を有する矩形平板状の磁気コア７２ａと、磁気コア７２ａに互いに逆方向に巻かれ直列に接続された一対のコイル７２ｂ及び７２ｃと、を有する。

この構成により、従来のものは、一対のコイル７２ｂ及び７２ｃの差動出力電圧に基づいて、被検査物に混入された金属を検出することができる。

上記の構成において、製造・組立時の誤差などにより、被検査物が検査空間から遠い位置にある状態にて検出コイル７２の一対のコイル７２ｂ及び７２ｃにおける各誘起電圧の差が０とならず、誘起電圧のバランスが狂うことがある。このような場合には、金属の検出が正確に行えなくなるため、誘起電圧のバランス調整が必要となる。従来のバランス調整方法は、検査空間の部位に金属板を貼ったり、外側部に金属棒（例えばネジ）を差し込んだりすることで行われていた（例えば、特許文献２参照）。

特許第６７９０３２３号公報 特許第４４６０１９９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたような受信コイルが多数並ぶ構成の場合、単一の受信コイルを備えた金属検出機でよく行われてきた金属部品を挿入する方法では、バランス調整に非常に手間が掛かり、場合によっては十分にバランス調整を行うことができないという問題があった。これは、ある１つの受信コイルの調整のために挿入した金属部品が、隣接する他の受信コイルにも影響を与えてしまうためである。

また、受信コイルには金属部材が用いられており、受信コイル自体が静的な磁界の変動をもたらすため、たとえ受信コイルを部品として製造する時点で精密に調整したとしても、組み付けた後にはバランス調整が必要となる。メンテナンスのためにある受信コイルを交換したようなときも同様であり、特に受信コイルを近接させて組み付けるような場合に、各受信コイルのバランス調整には多大な手間が掛かる。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、それぞれが一対のコイルからなる複数の受信コイルにおける誘起電圧のバランス調整を容易に行うことができる金属検出機及び金属検出機のバランス調整方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る金属検出機は、交流の駆動信号が供給され交流磁界を発生する送信コイルと、前記交流磁界中を被検査物が移動する際に前記交流磁界の変動を検出する差動接続された一対のコイルからなる複数の受信コイルと、を備え、前記受信コイルの出力信号に基づいて前記被検査物に含まれる金属を検出する金属検出機であって、前記送信コイルに前記駆動信号を供給するとともに、各前記受信コイルの前記一対のコイルの誘起電圧のバランスを取るための前記駆動信号に応じたキャンセル信号をバッファ部を介して出力する送信コイル駆動回路と、前記キャンセル信号の振幅を振幅調整量で調整する複数の振幅調整器と、前記キャンセル信号の位相を位相調整量で調整する複数の位相調整器と、各前記受信コイルの出力信号と、各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器で調整された前記キャンセル信号との差分を取得する複数の差分取得部と、各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器に、前記キャンセル信号の振幅及び位相を調整するための前記振幅調整量及び前記位相調整量をそれぞれ設定する調整量設定部と、を備え、前記バッファ部は、前記送信コイル駆動回路と、前記振幅調整器及び前記位相調整器とを回路的に分離し、前記調整量設定部は、前記交流磁界中に前記被検査物が存在しないときに各前記差分取得部により取得された差分があらかじめ定められた所定範囲内に収まるように、前記振幅調整量及び前記位相調整量を調整する構成である。

この構成により、本発明に係る金属検出機は、各受信コイルに対応するチャネルごとに設けられた、振幅調整器、位相調整器、差分取得部などの電気的な機構によって、送信コイルから発生される交流磁界中における複数の受信コイルの誘起電圧のバランス調整を容易に行うことができる。

また、本発明に係る金属検出機は、前記バッファ部が、各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器と共にチャネルを構成するバッファ回路を含む構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る金属検出機は、バッファ回路により、送信コイル駆動回路と、各受信コイルに対応する振幅調整器及び位相調整器とをチャネルごとに回路的に分離しているため、複数の受信コイルの誘起電圧のバランス調整をチャネルごとに独立して行うことができる。

また、本発明に係る金属検出機においては、前記送信コイル駆動回路は、前記送信コイルに接続されて交流信号を生成する発振器と、前記発振器と前記送信コイルに接続されたコンデンサと、キャンセル信号出力部と、を含み、前記キャンセル信号出力部は、前記コンデンサと前記送信コイルとを含む共振回路に生じる電圧又は電流を前記キャンセル信号として出力する構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る金属検出機は、送信コイルとコンデンサとで構成される共振回路に生じる電圧又は電流をキャンセル信号として利用することで、共振回路における発熱等に起因する受信コイルの出力信号のドリフトの影響を打ち消して、複数の受信コイルの誘起電圧のバランス調整を行うことができる。

また、本発明に係る金属検出機は、前記調整量設定部により各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器に設定された前記振幅調整量及び前記位相調整量の少なくとも一方があらかじめ定められた正常範囲外の値である場合に、対応する前記受信コイルに異常が発生していることを検知する異常検知部と、前記異常検知部により前記複数の受信コイルのいずれかに異常が検知された場合に、その旨を報知する異常報知部と、を更に備える構成であってもよい。

この構成により、本発明に係る金属検出機は、調整量設定部により各受信コイルに対応する振幅調整器及び位相調整器に設定された振幅調整量及び位相調整量に基づいて、対応する受信コイルに異常が発生しているか否かを検知するとともに、異常が検知された場合にはその旨を異常報知部によりユーザに報知することができる。

また、本発明に係る金属検出機のバランス調整方法は、交流の駆動信号が供給され交流磁界を発生する送信コイルと、前記交流磁界中を被検査物が移動する際に前記交流磁界の変動を検出する差動接続された一対のコイルからなる複数の受信コイルと、を備え、前記受信コイルの出力信号に基づいて前記被検査物に含まれる金属を検出する金属検出機のバランス調整方法であって、送信コイル駆動回路により前記送信コイルに前記駆動信号を供給するとともに、各前記受信コイルの前記一対のコイルの誘起電圧のバランスを取るための前記駆動信号に応じたキャンセル信号を、バッファ部を介して前記送信コイル駆動回路から振幅調整部及び位相調整部に出力する送信コイル駆動ステップと、前記振幅調整部の複数の振幅調整器により前記キャンセル信号の振幅を振幅調整量で調整する振幅調整ステップと、前記位相調整部の複数の位相調整器により前記キャンセル信号の位相を位相調整量で調整する位相調整ステップと、各前記受信コイルの出力信号と、各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器で調整された前記キャンセル信号との差分を複数の差分取得部により取得する差分取得ステップと、各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器に、前記キャンセル信号の振幅及び位相を調整するための前記振幅調整量及び前記位相調整量をそれぞれ設定する調整量設定ステップと、を含み、前記バッファ部は、前記送信コイル駆動回路と、前記振幅調整器及び前記位相調整器とを回路的に分離し、前記調整量設定ステップは、前記交流磁界中に前記被検査物が存在しないときに各前記差分取得部により取得された差分があらかじめ定められた所定範囲内に収まるように、前記振幅調整量及び前記位相調整量を調整する構成である。

本発明は、それぞれが一対のコイルからなる複数の受信コイルにおける誘起電圧のバランス調整を容易に行うことができる金属検出機及び金属検出機のバランス調整方法を提供するものである。

本発明の実施形態に係る金属検出機の構成を模式的に示す図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は斜視図である。 本発明の実施形態に係る金属検出機の金属検出処理装置を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る金属検出機の受信コイルの構成を模式的に示す図である。 図２に示した送信コイル駆動回路の他の構成例を示す図である。 チャネルごとの振幅調整と位相調整の手順の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る金属検出機を用いるバランス調整方法の処理を示すフローチャートである。 従来の金属検出機の要部の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る金属検出機及び金属検出機のバランス調整方法の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態における金属検出機１は、異物である金属６の検出処理を行う金属検出処理装置１０と、コンベア４０と、を備え、後述する受信コイル２２の出力信号に基づいて交流磁界中を移動する被検査物５に含まれる金属６の有無を検出するものである。

金属検出処理装置１０は、金属検出部２０と、金属検出回路３０と、を備えている。コンベア４０は、図示した搬送方向に被検査物５を搬送する無端環状のコンベアベルト４１と、搬送ローラ４２及び４３と、を備えている。コンベアベルト４１は、被検査物５を載置し搬送方向に搬送する搬送面４１ａを有する。

金属検出回路３０は、図２に示すように、発振器３１、バッファ部３２（バッファ回路３２ａ～３２ｄ）、振幅調整部３３（振幅調整器３３ａ～３３ｄ）、位相調整部３４（位相調整器３４ａ～３４ｄ）、差動増幅部３５（差動増幅器３５ａ～３５ｄ）、検波部３６（検波器３６ａ～３６ｄ）、アナログ－デジタル変換部（ＡＤ部）３７（アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）３７ａ～３７ｄ）、判定部３８（３８ａ～３８ｄ）、結果表示部３９、送信コイル位相調整部５０、操作部５１、及び制御部５２を備えている。

金属検出部２０は、交流の駆動信号が供給され交流磁界を発生する一対の励磁コイル２１ａ及び２１ｂからなる送信コイル２１と、交流磁界中を被検査物５が移動する際に交流磁界の変動を検出する差動接続された一対のコイル２２ｂ，２２ｃからなる複数の受信コイル２２と、を備えている。受信コイル２２は、励磁コイル２１ａが形成された形成面内であって励磁コイル２１ａの形成面とほぼ平行な方向、かつ、搬送方向にほぼ直交する方向（「搬送面４１ａの幅方向」という場合がある）に、例えば４列に並んで配置されている。なお、本実施形態では、受信コイル２２を４列とした例を挙げるが、本発明はこれに限定されず、例えば３列以下であっても５列以上であってもよく、いずれの場合であっても各受信コイル２２が一体的な受信コイルユニットとして組み付けられるとよい。また、図面では、搬送面４１ａの幅方向を単に「幅方向」と記載して示している。

励磁コイル２１ａ及び２１ｂは、矩形状の形状を有している。励磁コイル２１ａは、搬送面４１ａ（図１（ｂ）参照）の近傍の、搬送面４１ａとほぼ平行な平面内に環状に巻かれている。励磁コイル２１ｂは、励磁コイル２１ａから所定距離だけ離れ、励磁コイル２１ａと対向した平面内に環状に巻かれている。互いに対向する励磁コイル２１ａ及び２１ｂが形成された各形成面は、被検査物５が搬送されて移動する搬送面４１ａを挟んでいる。すなわち、励磁コイル２１ａ及び２１ｂは、被検査物５が移動する領域を挟み互いに対向する２つの平面内にそれぞれ環状に巻かれている。

励磁コイル２１ａ及び２１ｂの各巻き数は、例えば１～５ターン程度である。励磁コイル２１ａ及び２１ｂは、発振器３１に接続され、被検査物５が移動する領域に交流磁界を発生するようになっている。なお、励磁コイル２１ａ及び２１ｂの形状は矩形状に限定されず、円形状、楕円形状等であってもよい。

図３に示すように、受信コイル２２は、細長い矩形平板状の複数の磁気コア２２ａと、この磁気コア２２ａに巻かれた一対のコイル２２ｂ及び２２ｃと、を備えている。

磁気コア２２ａは、扁平形状の磁性体、例えばアモルファス磁性体で形成され、長手方向が搬送方向に沿うように配置されている。また、磁気コア２２ａは、搬送面４１ａの幅方向に板厚方向を有し、その板厚方向に複数積層されている。なお、磁気コア２２ａは、１枚の構成であってもよい。

コイル２２ｂ及び２２ｃは、それぞれ、積層された磁気コア２２ａに、互いに逆方向に巻かれて直列に接続されており、差動接続された一対のコイルを構成する。各受信コイル２２のコイル２２ｂの一端は差動増幅器３５ａ～３５ｄ（図２参照）の一方の入力端子にそれぞれ接続されている。各受信コイル２２のコイル２２ｂの他端は、その受信コイル２２のコイル２２ｃの一端に接続されている。本実施形態では、各受信コイル２２のコイル２２ｃの他端はグランドに接続されている。

図２に戻り、発振器３１は、例えば、周波数が数ｋＨｚ～１０ＭＨｚ、特に１０ｋＨｚ～１ＭＨｚの交流信号を生成し、金属検出部２０の励磁コイル２１ａ及び２１ｂ、バッファ部３２に供給するようになっている。なお、発振器３１は、後述する送信コイル駆動回路６０を構成する。

バッファ回路３２ａ、振幅調整器３３ａ、位相調整器３４ａ、差動増幅器３５ａ、検波器３６ａ、ＡＤＣ３７ａ、及び判定部３８ａは、図２の最も奥側の受信コイル２２の一対のコイル２２ｂ，２２ｃの誘起電圧のバランスを取るためのチャネルＡを構成する。また、バッファ回路３２ｂ、振幅調整器３３ｂ、位相調整器３４ｂ、差動増幅器３５ｂ、検波器３６ｂ、ＡＤＣ３７ｂ、及び判定部３８ｂは、図２の奥側から２番目の受信コイル２２の一対のコイル２２ｂ，２２ｃの誘起電圧のバランスを取るためのチャネルＢを構成する。また、バッファ回路３２ｃ、振幅調整器３３ｃ、位相調整器３４ｃ、差動増幅器３５ｃ、検波器３６ｃ、ＡＤＣ３７ｃ、及び判定部３８ｃは、図２の手前側から２番目の受信コイル２２の一対のコイル２２ｂ，２２ｃの誘起電圧のバランスを取るためのチャネルＣを構成する。また、バッファ回路３２ｄ、振幅調整器３３ｄ、位相調整器３４ｄ、差動増幅器３５ｄ、検波器３６ｄ、ＡＤＣ３７ｄ、及び判定部３８ｄは、図２の最も手前側の受信コイル２２の一対のコイル２２ｂ，２２ｃの誘起電圧のバランスを取るためのチャネルＤを構成する。

送信コイル駆動回路６０は、送信コイル２１に駆動信号を供給するとともに、各受信コイル２２の一対のコイル２２ｂ，２２ｃの誘起電圧のバランスを取るための駆動信号に応じたキャンセル信号を出力するようになっている。例えば、図２に示すように、送信コイル駆動回路６０は、発振器３１から出力される信号を２分岐し、一方を駆動信号として送信コイル２１に供給するとともに、他方をキャンセル信号としてバッファ部３２に出力する。

図４は、送信コイル駆動回路６０の他の構成例を示す図である。図４に示す送信コイル駆動回路６０は、送信コイル２１に接続されて交流信号を生成する発振器３１と、発振器３１と送信コイル２１に接続されたコンデンサ６２と、キャンセル信号出力部６１と、を含む。キャンセル信号出力部６１は、送信コイル２１と、コンデンサ６２とを含む共振回路６３に生じる電圧又は電流をキャンセル信号として出力するようになっている。ここで、送信コイル２１を効率的に駆動するためには、共振回路６３の共振周波数と、発振器３１の発振周波数とが等しく設定されることが好ましい。

また、共振回路６３は、温度変化や経年変化によってドリフトを起こす場合があるが、送信コイル２１に流れる駆動信号とキャンセル信号は互いに同様にドリフトする。このため、金属検出機１は、ドリフトの影響を相殺した状態で、受信コイル２２の一対のコイル２２ｂ，２２ｃの誘起電圧のバランスを取ることができる。

図２に戻り、バッファ部３２は、受信コイル２２の個数に等しいボルテージフォロワなどからなる複数のバッファ回路３２ａ～３２ｄを含んで構成され、送信コイル駆動回路６０と、各受信コイル２２に対応する振幅調整器３３ａ～３３ｄ及び位相調整器３４ａ～３４ｄとを、チャネルごとに回路的に分離するようになっている。これにより、振幅調整部３３及び位相調整部３４によるチャネルごとのキャンセル信号の振幅及び位相の調整が、チャネル間で相互に影響を与えることを防ぐことができる。

振幅調整部３３は、受信コイル２２の個数に等しい複数の振幅調整器３３ａ～３３ｄを含んで構成され、バッファ回路３２ａ～３２ｄから出力されたキャンセル信号の振幅を、後述する調整量設定部５３により設定される振幅調整量でチャネルごとに調整するようになっている。

位相調整部３４は、受信コイル２２の個数に等しい複数の位相調整器３４ａ～３４ｄを含んで構成され、振幅調整器３３ａ～３３ｄから出力されたキャンセル信号の位相を、後述する調整量設定部５３により設定される位相調整量でチャネルごとに調整するようになっている。

複数の差動増幅器３５ａ～３５ｄを含む差動増幅部３５と、複数の検波器３６ａ～３６ｄを含む検波部３６と、複数のＡＤＣ３７ａ～３７ｄを含むＡＤ部３７とは、各受信コイル２２の出力信号と、各受信コイル２２に対応する振幅調整器３３ａ～３３ｄ及び位相調整器３４ａ～３４ｄで調整されたキャンセル信号との差分（以下、「差分電圧値」とも称する）をチャネルごとに取得する複数の差分取得部を構成する。

差動増幅部３５は、受信コイル２２の個数に等しい複数の差動増幅器３５ａ～３５ｄを含んで構成され、それぞれが２つの入力端子及び１つの出力端子を有する。差動増幅器３５ａ～３５ｄは、それぞれ、一方の入力端子がコイル２２ｂの一端に接続され、他方の入力端子が位相調整器３４ａ～３４ｄの出力端子に接続されており、コイル２２ｂからの出力信号の信号電圧と、振幅調整部３３及び位相調整部３４の少なくとも一方で調整されたキャンセル信号の信号電圧との差分（電圧差）を取り、その電圧差を増幅した交流信号を出力するようになっている。差動増幅器３５ａ～３５ｄの出力端子は、それぞれ検波器３６ａ～３６ｄの入力端子に接続されている。

検波部３６は、受信コイル２２の個数に等しい複数の検波器３６ａ～３６ｄ及び図示しない低域通過フィルタ（ＬＰＦ）を含んで構成されている。検波器３６ａ～３６ｄは、それぞれ、発振器３１と、差動増幅器３５ａ～３５ｄの出力端子とに接続され、発振器３１の出力に同期させて差動増幅器３５ａ～３５ｄの各出力信号を同期検波するようになっている。検波部３６により検波された電圧、すなわち、受信コイル２２により検出された交流磁界に応じた電圧は、差動増幅部３５から出力された交流信号の振幅に対応した値（レベル）に平滑化された直流信号として現れる。

すなわち、検波部３６は、送信コイル２１により発生された交流磁界が変動しない限り、原理的に一定レベルの直流信号を出力し続け、その直流信号のレベルは各受信コイル２２のバランス調整された程度に応じ、バランス調整が不十分なほど高レベルとなる。

ＡＤ部３７は、受信コイル２２の個数に等しい複数のＡＤＣ３７ａ～３７ｄで構成されている。ＡＤＣ３７ａ～３７ｄは、それぞれ、検波器３６ａ～３６ｄから出力された直流信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換するようになっている。

なお、検波部３６の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）に代えて、ＡＤ部３７（ＡＤＣ３７ａ～３７ｄ）から出力されるデジタル信号を演算処理して高周波成分を除去してもよい。

判定部３８は、受信コイル２２の個数に等しい複数の判定部３８ａ～３８ｄで構成されている。判定部３８ａ～３８ｄは、それぞれ、ＡＤＣ３７ａ～３７ｄの出力端子に接続され、ＡＤＣ３７ａ～３７ｄから出力されるデジタル信号に基づいて、あらかじめ設定された判定用閾値を参照して被検査物５中の金属６の有無を判定するようになっている。

結果表示部３９は、液晶ディスプレイやＣＲＴ等の表示機器で構成され、制御部５２による表示制御に基づき、各種表示内容を表示画面に表示するようになっている。例えば、結果表示部３９は、判定部３８ａ～３８ｄによる金属６の有無の判定結果を表示画面に表示する。また、結果表示部３９は、各種条件を設定するためのボタン、ソフトキー、プルダウンメニュー、テキストボックスなどの操作対象の表示を行う。

さらに、結果表示部３９は、後述する異常検知部５５により複数の受信コイル２２のいずれかに異常が検知された場合に、その旨を表示画面に表示することで報知する異常報知部を構成するものであってもよい。例えば、結果表示部３９による報知により、受信コイル２２への金属くずの付着、受信コイル２２の損傷や変形などの不具合がある可能性をユーザが知ることができる。なお、異常報知部は、結果表示部３９における表示に限らず、例えばアラーム音を出力するスピーカなどの他の手段により異常を報知するような構成であってもよい。

送信コイル位相調整部５０は、励磁コイル２１ａ及び２１ｂにそれぞれ流れる駆動信号の位相を互いに同位相に調整することにより、発振器３１から励磁コイル２１ａ及び２１ｂまでの経路差や回路差等により生じる位相差を解消できるようになっている。具体的には、例えば、送信コイル位相調整部５０は、励磁コイル２１ａ及び２１ｂにそれぞれ流れる駆動信号の位相差を求め、位相が進んでいる一方の信号の位相を遅らせて他方の信号の位相に合わせるようになっている。この構成により、金属検出機１は、励磁コイル２１ａ及び２１ｂが発生する磁界がより強くなるので、被検査物５中の金属６をより検出しやすくなる。

操作部５１は、ユーザによる操作入力を受け付けるためのものであり、例えば結果表示部３９の表示画面に対応する入力面への接触操作による接触位置を検出するためのタッチセンサを備えるタッチパネルで構成される。操作部５１は、ユーザが表示画面に表示されている特定の項目の位置を指やスタイラス等で触れた際に、タッチセンサが表示画面上で検出した位置と項目の位置との一致を認識することにより、各項目に割り当てられた機能を実行するための信号を制御部５２に出力する。操作部５１は、結果表示部３９に操作可能に表示されるものであってもよく、あるいは、キーボード又はマウスのような入力デバイスを含んで構成されるものであってもよい。

例えば、ユーザによる操作部５１への操作入力により、振幅調整量及び位相調整量の許容範囲（あらかじめ定められた所定範囲又は正常範囲）、発振器３１の発振周波数などの設定を行うことが可能である。

制御部５２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、金属検出機１を構成する上記各部の動作を制御するものである。また、制御部５２は、ＲＯＭ等に記憶された所定のプログラムをＲＡＭに移してＣＰＵで実行することにより、後述する調整量設定部５３、周波数設定部５４、及び異常検知部５５の少なくとも一部をソフトウェア的に構成することが可能である。なお、調整量設定部５３、周波数設定部５４、及び異常検知部５５の少なくとも一部は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのデジタル回路で構成することも可能である。あるいは、調整量設定部５３、周波数設定部５４、及び異常検知部５５の少なくとも一部は、デジタル回路によるハードウェア処理と所定のプログラムによるソフトウェア処理とを適宜組み合わせて構成することも可能である。

調整量設定部５３は、ＡＤＣ３７ａ～３７ｄからそれぞれ出力されるデジタル信号に基づいて、各受信コイル２２に対応する振幅調整器３３ａ～３３ｄ及び位相調整器３４ａ～３４ｄに、キャンセル信号の振幅及び位相を調整するための振幅調整量及び位相調整量をそれぞれ設定するようになっている。調整量設定部５３は、送信コイル２１により発生された交流磁界中に被検査物５が存在しないときにＡＤＣ３７ａ～３７ｄからそれぞれ出力されるデジタル信号の値（すなわち、差分電圧値）があらかじめ定められた所定範囲内に収まるように、振幅調整器３３ａ～３３ｄ及び位相調整器３４ａ～３４ｄに設定する振幅調整量及び位相調整量を調整する。

図５は、チャネルごとの振幅調整と位相調整の手順の一例を示す図である。図５は、チャネルＡとチャネルＣにおける未調整の状態αの差分電圧値が所定範囲の上限値よりも高く、チャネルＢにおける未調整の状態αの差分電圧値が所定範囲の下限値よりも低い場合を示している。いずれの場合も、まず、調整量設定部５３は、位相調整器３４ａ，３４ｂ，３４ｃに現在設定されている位相調整量を固定した状態で差分電圧値の絶対値が最小になるように、振幅調整器３３ａ，３３ｂ，３３ｃに設定する振幅調整量を調整する。次に、調整量設定部５３は、振幅調整後の状態βの振幅調整量を固定した状態で差分電圧値の絶対値が最小になるように、位相調整器３４ａ，３４ｂ，３４ｃに設定する位相調整量を調整する。そして、位相調整後の状態γで、差分電圧値が所定範囲内に収まった場合には、調整量設定部５３は、振幅調整器３３ａ，３３ｂ，３３ｃ及び位相調整器３４ａ，３４ｂ，３４ｃに設定する振幅調整量及び位相調整量の調整を終了する。

このように、調整量設定部５３は、ＡＤ部３７から出力される差分電圧値をモニタして、差分電圧値が所定範囲内に収まるように、チャネルごとに振幅調整器３３ａ及び位相調整器３４ａに設定する振幅調整量及び位相調整量を調整する。なお、調整量設定部５３は、チャネルごとの振幅調整量及び位相調整量の調整を、全チャネルで同時に、あるいは、各チャネルで個別のタイミングで行うことができる。

周波数設定部５４は、想定される被検査物５中の金属６の種類に基づいて、発振器３１の発振周波数を設定するようになっている。

具体的には、想定される被検査物５中の金属６が磁性体の金属（例えば鉄）の場合には、周波数設定部５４により、発振器３１の周波数が所定の低い周波数に設定される。一方、想定される被検査物５中の金属６が非磁性体の金属（例えばＳＵＳ３０４）の場合には、周波数設定部５４により、発振器３１の周波数が所定の高い周波数に設定される。なお、想定される被検査物５中の金属６の種類と、それらを検出しやすい周波数との関係を実験によりあらかじめ求めて例えば５とおりの周波数を決めておき、金属６の種類に基づいて適宜周波数を変える構成とすれば、検出感度及び作業性を向上させることができる。

異常検知部５５は、調整量設定部５３により各受信コイル２２に対応する振幅調整器３３ａ～３３ｄ及び位相調整器３４ａ～３４ｄに設定された振幅調整量及び位相調整量の少なくとも一方があらかじめ定められた基準値と比較してこの基準値を超えたとき、すなわち正常範囲外の値である場合に、対応する受信コイル２２に異常が発生していることを検知するようになっている。あるいは、異常検知部５５は、調整量設定部５３により各受信コイル２２に対応する振幅調整器３３ａ～３３ｄ及び位相調整器３４ａ～３４ｄに設定された前回のバランス調整時の最終的な振幅調整量及び位相調整量と、今回のバランス調整時の振幅調整量及び位相調整量とを比較し、その差が規定値を超えた場合に、対応する受信コイル２２に異常が発生していることを検知するものであってもよい。

異常検知部５５は、受信コイル２２に異常が発生していることを検知したとき、結果表示部３９にメッセージ表示するほか、操作部５１からの操作により、対応する受信コイル２２の振幅調整量及び位相調整量や、対応する検波器（３６ａ～３６ｄのいずれか）の出力レベルを表示するようにしてもよい。

なお、異常検知部５５が異常と検知したとき以外でも、操作部５１からの操作により、各受信コイル２２の振幅調整量及び位相調整量や、検波部３６の出力をチャネルごとに結果表示部３９に表示するようにしてもよい。これにより、異常検知部５５が異常を検知する前に、ユーザが傾向を把握し、予防的なメンテナンスを行うことができる。

以下、金属検出機１のバランス調整方法について、図６のフローチャートを参照しながら、１つのチャネル（ここではチャネルＡ）に関する処理の一例を説明する。なお、図６のフローチャートに示す処理は、主に、交流磁界中に被検査物５が存在しない状態で、金属検出機１の電源を投入した直後の初期化処理として実行される。

まず、調整量設定部５３は、チャネルＡの受信コイル２２に対応する振幅調整器３３ａ及び位相調整器３４ａに、キャンセル信号の振幅及び位相を調整するための振幅調整量及び位相調整量の初期値をそれぞれ設定する（調整量設定ステップＳ１）。

次に、送信コイル駆動回路６０は、送信コイル２１に駆動信号を供給するとともに、チャネルＡの受信コイル２２の一対のコイル２２ｂ，２２ｃの誘起電圧のバランスを取るための駆動信号に応じたキャンセル信号をバッファ部３２のバッファ回路３２ａに出力する（送信コイル駆動ステップＳ２）。

次に、振幅調整部３３の振幅調整器３３ａは、バッファ回路３２ａを介して入力されたキャンセル信号の振幅を、調整量設定部５３により設定された振幅調整量で調整する（振幅調整ステップＳ３）。

次に、位相調整部３４の位相調整器３４ａは、振幅調整器３３ａにより振幅が調整されたキャンセル信号の位相を、調整量設定部５３により設定された位相調整量で調整する（位相調整ステップＳ４）。

次に、差動増幅部３５の差動増幅器３５ａ、検波部３６の検波器３６ａ、及びＡＤ部３７のＡＤＣ３７ａは、チャネルＡの受信コイル２２の出力信号と、チャネルＡの受信コイル２２に対応する振幅調整器３３ａ及び位相調整器３４ａで調整されたキャンセル信号との差分である差分電圧値を取得する（差分取得ステップＳ５）。また、調整量設定部５３は、取得した差分電圧値を振幅調整量及び位相調整量と対応付けて記憶する。

次に、調整量設定部５３は、位相調整器３４ａに現在設定されている位相調整量との組合せで差分電圧値の絶対値を最小にする振幅調整量がステップＳ５で取得されているか否かを判断する（ステップＳ６）。差分電圧値の絶対値を最小にする振幅調整量がステップＳ５で取得されていない場合には、ステップＳ７の処理が実行される。一方、差分電圧値の絶対値を最小にする振幅調整量がステップＳ５で取得されている場合には、ステップＳ８の処理が実行される。

ステップＳ７において、調整量設定部５３は、振幅調整器３３ａに現在設定されている振幅調整量を所定量だけ変化させた値を、新たな振幅調整量として振幅調整器３３ａに設定する（調整量設定ステップＳ７）。そして、差分電圧値の絶対値を最小にする振幅調整量が取得されるまでステップＳ３以降の処理が繰り返される。

ステップＳ８において、調整量設定部５３は、振幅調整器３３ａに現在設定されている振幅調整量との組合せで差分電圧値の絶対値を最小にする位相調整量がステップＳ５で取得されているか否かを判断する。差分電圧値の絶対値を最小にする位相調整量がステップＳ５で取得されていない場合には、ステップＳ９の処理が実行される。一方、差分電圧値の絶対値を最小にする位相調整量がステップＳ５で取得されている場合には、ステップＳ１０の処理が実行される。

ステップＳ９において、調整量設定部５３は、位相調整器３４ａに現在設定されている位相調整量を所定量だけ変化させた値を、新たな位相調整量として位相調整器３４ａに設定する（調整量設定ステップＳ９）。そして、差分電圧値の絶対値を最小にする位相調整量が取得されるまでステップＳ３以降の処理が繰り返される。

ステップＳ１０において、調整量設定部５３は、ステップＳ５で取得された最新の差分電圧値があらかじめ定められた所定範囲内に収まっているか否かを判断する。最新の差分電圧値があらかじめ定められた所定範囲内に収まっていない場合には、再びステップＳ７以降の処理が実行される。一方、最新の差分電圧値があらかじめ定められた所定範囲内に収まっている場合には、一連の処理が終了する。

このように、調整量設定ステップＳ１，Ｓ７，Ｓ９は、交流磁界中に被検査物５が存在しないときに取得された差分電圧値があらかじめ定められた所定範囲内に収まるように、振幅調整量及び位相調整量を自動的に調整する。なお、図６のフローチャートの処理は、全チャネルで同時に実行されてもよく、あるいは、各チャネルで個別のタイミングで順次実行されてもよい。いずれの場合であっても、全チャネルの差分電圧値があらかじめ定められた所定範囲内に収まれば、一連の処理が終了する。

なお、上記の実施形態の説明では、金属検出機１の電源を投入した直後の初期化処理として金属検出機１のバランス調整方法の処理が実行されるとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明の構成は、受信コイル２２を金属検出機１に組み付ける際にも利用することができる。この場合は、例えば、振幅調整部３３及び位相調整部３４に振幅調整量及び位相調整量の好ましい値があらかじめ設定された状態で、ＡＤＣ３７から出力される差分電圧値があらかじめ定められた所定範囲内に収まるように、ユーザが複数の受信コイル２２の配置を調整することになる。

以上説明したように、本実施形態に係る金属検出機１は、各受信コイル２２に対応するチャネルごとに設けられた、振幅調整部３３、位相調整部３４、差動増幅部３５、検波部３６，ＡＤＣ３７などの電気的な機構によって、送信コイル２１から発生される交流磁界中における複数の受信コイル２２の誘起電圧のバランス調整を容易に行うことができる。

また、本実施形態に係る金属検出機１は、バッファ部３２により、送信コイル駆動回路６０と、振幅調整器３３ａ～３３ｄ及び位相調整器３４ａ～３４ｄとをチャネルごとに回路的に分離しているため、複数の受信コイル２２の誘起電圧のバランス調整をチャネルごとに独立して行うことができる。

また、本実施形態に係る金属検出機１は、送信コイル２１とコンデンサ６２とで構成される共振回路６３に生じる電圧又は電流をキャンセル信号として利用することで、共振回路６３における発熱等に起因する受信コイル２２の出力信号のドリフトの影響を打ち消して、複数の受信コイル２２の誘起電圧のバランス調整を行うことができる。

また、本実施形態に係る金属検出機１は、調整量設定部５３により各受信コイル２２に対応する振幅調整器３３ａ～３３ｄ及び位相調整器３４ａ～３４ｄに設定された振幅調整量及び位相調整量に基づいて、対応する受信コイル２２に異常が発生しているか否かを検知するとともに、異常が検知された場合にはその旨を結果表示部３９によりユーザに報知することができる。

１ 金属検出機
５ 被検査物
６ 金属
１０ 金属検出処理装置
２０ 金属検出部
２１ 送信コイル
２１ａ，２１ｂ 励磁コイル
２２ 受信コイル
２２ａ 磁気コア
２２ｂ，２２ｃ コイル
３０ 金属検出回路
３１ 発振器
３２ バッファ部
３２ａ～３２ｄ バッファ回路
３３ 振幅調整部
３３ａ～３３ｄ 振幅調整器
３４ 位相調整部
３４ａ～３４ｄ 位相調整器
３５ 差動増幅部（差分取得部）
３５ａ～３５ｄ 差動増幅器
３６ 検波部（差分取得部）
３６ａ～３６ｄ 検波器
３７ アナログ－デジタル変換部（ＡＤ部）（差分取得部）
３７ａ～３７ｄ アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）
３８，３８ａ～３８ｄ 判定部
３９ 結果表示部（異常報知部）
５２ 制御部
５３ 調整量設定部
５４ 周波数設定部
５５ 異常検知部
６０ 送信コイル駆動回路
６１ キャンセル信号出力部
６２ コンデンサ
６３ 共振回路

Claims (5)

1. 交流の駆動信号が供給され交流磁界を発生する送信コイル（２１）と、前記交流磁界中を被検査物（５）が移動する際に前記交流磁界の変動を検出する差動接続された一対のコイル（２２ｂ，２２ｃ）からなる複数の受信コイル（２２）と、を備え、前記受信コイルの出力信号に基づいて前記被検査物に含まれる金属（６）を検出する金属検出機（１）であって、
   前記送信コイルに前記駆動信号を供給するとともに、各前記受信コイルの前記一対のコイルの誘起電圧のバランスを取るための前記駆動信号に応じたキャンセル信号をバッファ部（３２）を介して出力する送信コイル駆動回路（６０）と、
   前記キャンセル信号の振幅を振幅調整量で調整する複数の振幅調整器（３３ａ～３３ｄ）と、
   前記キャンセル信号の位相を位相調整量で調整する複数の位相調整器（３４ａ～３４ｄ）と、
   各前記受信コイルの出力信号と、各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器で調整された前記キャンセル信号との差分を取得する複数の差分取得部（３５ａ～３５ｄ，３６ａ～３６ｄ，３７ａ～３７ｄ）と、
   各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器に、前記キャンセル信号の振幅及び位相を調整するための前記振幅調整量及び前記位相調整量をそれぞれ設定する調整量設定部（５３）と、を備え、
   前記バッファ部は、前記送信コイル駆動回路と、前記振幅調整器及び前記位相調整器とを回路的に分離し、
   前記調整量設定部は、前記交流磁界中に前記被検査物が存在しないときに各前記差分取得部により取得された差分があらかじめ定められた所定範囲内に収まるように、前記振幅調整量及び前記位相調整量を調整することを特徴とする金属検出機。
2. 前記バッファ部は、各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器と共にチャネル（Ａ～Ｄ）を構成するバッファ回路（３２ａ～３２ｄ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属検出機。
3. 前記送信コイル駆動回路は、前記送信コイルに接続されて交流信号を生成する発振器（３１）と、前記発振器と前記送信コイルに接続されたコンデンサ（６２）と、キャンセル信号出力部（６１）と、を含み、
   前記キャンセル信号出力部は、前記コンデンサと前記送信コイルとを含む共振回路（６３）に生じる電圧又は電流を前記キャンセル信号として出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属検出機。
4. 前記調整量設定部により各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器に設定された前記振幅調整量及び前記位相調整量の少なくとも一方があらかじめ定められた正常範囲外の値である場合に、対応する前記受信コイルに異常が発生していることを検知する異常検知部（５５）と、
   前記異常検知部により前記複数の受信コイルのいずれかに異常が検知された場合に、その旨を報知する異常報知部（３９）と、を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属検出機。
5. 交流の駆動信号が供給され交流磁界を発生する送信コイル（２１）と、前記交流磁界中を被検査物（５）が移動する際に前記交流磁界の変動を検出する差動接続された一対のコイル（２２ｂ，２２ｃ）からなる複数の受信コイル（２２）と、を備え、前記受信コイルの出力信号に基づいて前記被検査物に含まれる金属（６）を検出する金属検出機のバランス調整方法であって、
   送信コイル駆動回路（６０）により前記送信コイルに前記駆動信号を供給するとともに、各前記受信コイルの前記一対のコイルの誘起電圧のバランスを取るための前記駆動信号に応じたキャンセル信号を、バッファ部（３２）を介して前記送信コイル駆動回路から振幅調整部（３３）及び位相調整部（３４）に出力する送信コイル駆動ステップ（Ｓ２）と、
   前記振幅調整部の複数の振幅調整器（３３ａ～３３ｄ）により前記キャンセル信号の振幅を振幅調整量で調整する振幅調整ステップ（Ｓ３）と、
   前記位相調整部の複数の位相調整器（３４ａ～３４ｄ）により前記キャンセル信号の位相を位相調整量で調整する位相調整ステップ（Ｓ４）と、
   各前記受信コイルの出力信号と、各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器で調整された前記キャンセル信号との差分を複数の差分取得部（３５ａ～３５ｄ，３６ａ～３６ｄ，３７ａ～３７ｄ）により取得する差分取得ステップ（Ｓ５）と、
   各前記受信コイルに対応する前記振幅調整器及び前記位相調整器に、前記キャンセル信号の振幅及び位相を調整するための前記振幅調整量及び前記位相調整量をそれぞれ設定する調整量設定ステップ（Ｓ１，Ｓ７，Ｓ９）と、を含み、
   前記バッファ部は、前記送信コイル駆動回路と、前記振幅調整器及び前記位相調整器とを回路的に分離し、
   前記調整量設定ステップは、前記交流磁界中に前記被検査物が存在しないときに各前記差分取得部により取得された差分があらかじめ定められた所定範囲内に収まるように、前記振幅調整量及び前記位相調整量を調整することを特徴とする金属検出機のバランス調整方法。

Images