JPH04116493A - 金属検出機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属検出機に係り、特にベルトなどの搬送手
段により物品を搬送し、搬送中の物品内に混入している
金属を高感度で検出する金属検出機に関する。

〔従来の技術〕

食品や衣類などの製品を製造するに際し、様々な工程を
経るが、この間に製造装置の一部の欠落製造装置の洗浄
に用いる金属ブラシの破片の製造装置への残留、あるい
は、縫製用のミシン針の折れなどで製品に金属が混入す
ることがある。製品の安全性を保つには金属を取り除い
たり、金属の混入した製品を分類しなければならない。

この金属を検出するには、通常、被測定物に磁界を加え
、金属の存在により、磁界が変化することを利用してい
る。磁界を加える方法としては、コイルに電流を加え磁
界を発生させる方法、磁界の変化を検出する方法として
は、コイルに誘起される電圧変化を検出する方法を用い
ている。通常、磁界を発生させるコイルを送信コイル、
磁界の変化を検出するコイルを受信コイルと呼び、送信
コイルと受信コイルを合わせて検出ヘッドと呼んでいる
。

この種の金属検出機では、検出感度を向上させるために
様々な検出ヘッド形状が提案されている。

従来の代表的な形状としては、特願昭５８−３４３９７
号にあるように、一つの送信コイルと二つの受信コイ、
ルを対向させて設け、被測定物を送信コイルと受信コイ
ルの間を通過させる対向形と呼ばれるもの（その基本構
成を第２図に示す）や、実願昭５３−１７７２６３号に
あるように、送信コイルを二つの受信コイルで挟むよう
にし、しかも搬送手段であるヘルドにたいして垂直にな
るように設け、被測定物を三つのコイルの中を通過させ
る同軸形と呼ばれるもの（その基本構成を第３図に示す
）や、特願昭５４−８０５４２号にあるように、一対の
送受信コイルを磁気的に平衡状態になるように垂直に設
け、被測定物を送信コイルと受信コイルの間を通過させ
る構成のＴ形と呼ばれるもの（その基本構成を第４図に
示す）などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように構成された従来の金属検出機では、送信コイ
ルで発生させた磁界をある距離をもうけて配置した受信
コイルで受け、送受信コイル間に磁界の帯を形成し、そ
の帯の中に被測定物を通過させるというように、あたか
も送受信コイル間に距離が必要であるがごとくの考えに
基づき設計が行なわれていた。このため、送信コイルが
持ち合わせている金属を磁化、あるいは金属に渦電流を
生ぜしめる能力の大きい領域と、受信コイルが持ち合わ
せている検出感度の良好な領域を十分活用しておらず、
金属検出機の検出感度に限界があり、微小な金属を検出
することが不可能であった。

また、従来の金属検出機においては、送信コイルと受信
コイルをある距離をもって配置するため、振動によりコ
イル間隔が変動し、雑音の原因となっていた。

本発明の目的は、送信コイルおよび受信コイルの検出能
力の良好な領域を使っていない、あるいは振動に弱いと
いった従来の金属検出機の問題点を、数値計算に基づい
た最適設計を行なうことにより解決し、検出感度が高く
、振動による雑音に強い特性を持つ金属検出機を提供す
ることである。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するために、本発明の金属検出機は、金
属の混入を検査したい被測定物を搬送する搬送手段と、
この搬送手段の搬送路の近くに、搬送手段の搬送方向と
ほぼ平行な平面内にあり、電流を流すことにより磁界を
発生する送信コイルと、前記平面と実質的に同一平面内
にあって、前記送信コイルが発生する磁束のうちから、
それぞれがほぼ等量の磁束を受は取るような位置関係で
、しかも、被測定物を搬送する前記搬送手段の搬送方向
に対して、互いに前と後の位置関係となるように配置さ
れたほぼ同一形状の二つの受信コイルとを備えて金属検
出機を構成している。

〔作用〕

次に本発明の金属検出機の作用について説明する。

被測定物に金属が混入していない場合は、二つの受信コ
イルが受ける磁束は等しい。このため、一つの受信コイ
ルの検出信号を差動増幅器に入力すれば、差動増幅器の
出力電圧はゼロボルトである。

被測定物に鉄などの磁性金属が混入している場合は、送
信コイルより発生ずる磁界により、磁性金属が磁化され
る。磁性金属の磁化により新たに磁性金属による磁界が
発生し、二つの受信コイルは、送信コイルによる磁界と
磁性金属の磁化による磁界とが合成された磁束を検出す
る。二つの受信コイルの信号を差動増幅器に入力すると
、送信コイルによる磁束は相殺され磁性金属による磁束
だけを検出することができる。このとき、差動増幅器に
より出力される電圧は、金属の移動に伴って変化し、移
動速度に比例した周波数を有する特徴的な波形となる。

被測定物に例えば５ＵＳ３０４ステンレス、５ＵＳ３１
６ステンレスなどの非磁性体が混入している場合は、送
信コイルが発生する磁界により、混入した非磁性金属に
渦電流が流れる。この渦電流により新たに磁界が発生し
、二つの受信コイルは、送信コイルによる磁界と渦電流
による磁界の合成された磁束を検出する。二つの受信コ
イルの信号を差動増幅器に入力すると、送信コイルによ
る磁束は相殺され渦電流による磁束だけを検出すること
ができる。差動増幅器により出力される電圧は、金属の
移動に伴って変化し、移動速度に比例した周波数を有す
る特徴的な波形となる。

このような原理による金属検出機において金属は、送信
コイルおよび受信コイルの向き、間隔、配置によらず、
ただ磁界を発生する送信コイルに近いほど強く磁化され
たり、あるいは強い渦電流を流すこよができる。また、
金属の磁化、あるいは渦電流による磁界は、検出される
受信コイルに近いほど受信コイルに大きい起電力を発生
させることができる。このような点を考えると、従来、
あたかも送信コイル受信コイル間に距離が必要であるご
とく考えられていた設計理念は再検討されるべきで、検
出原理に立ち返り数値的検討に基づいた最適コイル形状
、構成による設計をすべきことが明らかになる。発明者
等は電磁気理論に基づき数値的な検討を行ない、送信コ
イルと受信コイルを同一の平面に構成し、これら二つの
コイル近傍に被測定物を通過させるという最適コイル形
状、構成を見いだした。詳細な数値計算の結果、本発明
による金属検出機のコイル構成を取ることにより従来に
ない高感度な金属検出機を構成することができることが
判明した。

第５図に、被測定物の通過する開口部の寸法など条件を
同一にして、対向形、同軸形および本発明の金属検出機
それぞれの感度を、金属の通過高さ（下部のコイルから
測った高さ）２との関係から求めた数値計算の一例を示
す。この計算においては、コイルの形状に沿って、コイ
ル電流を線積分して空間の任意の点での磁界が求められ
、さらにその点に置かれている金属の透磁率あるいは導
電率より、金属の磁気双極子能率とそこから発生する磁
界分布が求められ、さらに、受信コイルの形状の中での
面積骨により受信コイルに誘起される起電力が求められ
るといら原理に基づいて発明者等が独自に導出した理論
式を用いた。図において、金属の通過高さ１０ｍｍにお
いて本発明の金属検出機（−面形）は、対向形に比べ約
１４倍の、また同軸形に比べても約６倍の起電力がある
。通過高さ６０ｍｍにおいても同軸形には約１／３と劣
るものの対向形より約３倍も起電力が大きい。

この比較により、対向形は上部と下部で感度が高く、同
軸形は比較的、通過貰さによらず均一な感度を有するの
に対し、本発明の一面形では、コイル近傍で、特に高感
度を達成することが明らかになった。

さらに詳しい数値計算の結果の一例として、本発明と、
従来の対向形と同軸形とについて数種類の通過高さ２に
よる出力信号の時間変化（波形）をそれぞれ第６図、第
７図、第８図に示す。これより、本発明では、従来形に
比ベコイル近傍で非常に高感度であることと、その出力
は移動速度に比例した周波数を有する特徴ある波形を示
すことがわかった。従って後段の信号処理で帯域フィル
タなどを用いてこの波形を選択的に取り出すことにより
さらに高感度を達成できる。この結果が示すように、本
発明による金属検出機は、検出感度が非常に高い装置で
ある。

さらに、上記の数値検討により、送信コイルと受信コイ
ルの間隔が出力信号に大きく影響することが明らかにな
り、送信コイルと受信コイルの相互位置の変化すなわち
振動が大きな雑音を発生することがわかった。一方、本
発明では送信コイルと受信コイルの間隔がほぼゼロであ
るので振動による雑音がほとんどない。

ところで、本発明の金属検出機と同様に、はぼ同一平面
内に送信コイルと受信コイルを配置し、金属の磁化、あ
るいは、金属に生じる渦電流を利用した装置に特願昭５
９−１３９７３７号のような誘導性センサ装置がある。

この種の装置は、金属板や金属管の傷、あるいは、エツ
ジの検出を目的として発明されたものである。基本的に
は、受信コイルに誘起される電圧が測定対象金属からの
距離の関数であるという点を利用しており、測定対象で
ある金属からの距離を計る距離計の一つ１ある。この種
の装置では、常に測定対象である金属が装置近傍に存在
し、その表面のどの場所に突起や凹みがあるかという位
置の情報を知るために使われる。特に、高感度であるコ
イルの領域を使うという理由ではなく、コイル間隔を一
定に保つことができ安定性が得られるという理由でコイ
ルを固定した形状にしている。また、被測定物を搬送す
る手段を持ち合わせておらず、搬送手段の搬送速度を積
極的に利用し、搬送速度に比例した周波数を有する特徴
的な波形を出力して、直径１ｍｍ以下の微小金属を検出
する金属検出機とは、構成要素は共通な部分もあるもの
の全く違う装置であると言える。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。

回において１は、被測定物を搬送する手段であるベルト
を示している。ベルト１は、二つのローラ２．３により
駆動され、被測定物４を一定速度で、左から右に搬送し
ている。このベル）１の下方近傍には、磁界を発生する
送信コイル５と、磁束を検出する二つの受信コイル６．
７が形成されている。送信コイルはほぼ長方形の形状を
しており、ベルト１の進行方向に長手方向がほぼ垂直に
なるように、かつ、ベルト面には平行になるように配置
されている。二つの長方形の受信コイル６．７は、送信
コイル５がおかれた面の近傍に、送信コイル５に囲まれ
た面の面積を部分し、しかも、ベルト１の進行方向とは
垂直である送信コイル５の中心線２１を対称軸とする様
に設けられている。

また、二つの受信コイル６．７のそれぞれの前記対称軸
２１側の長辺は、接近し、さらに、送信フィル５に囲ま
れるように設けられている。このとき、それぞれ二つの
受信コイル６．７に囲まれた面を部分し、かつベルトの
進行方向には垂直である二つの受信コイル６．７の二つ
の中心線２２２３の距離をＰとし、ベルトの速度をＶと
すると、金属８が混入した被測定物４が通過す′ると、
はぼｆ＝Ｖ／Ｐで表せる特異な周波数を持つ特徴的な波
形の信号を出力する装置を構成できる。尚、実施例では
、対称軸を持つように受信コイル６．７を配置したが必
ずしも対称軸を持つ必要はない。

上記実施例では、送信コイル５、受信コイル６７の長手
方向が共にベルトの進行方向に対してほぼ垂直になるよ
うに設けたが、被測定物４そのものが検出感度に与える
影響を低減するためにベルトの進行方向に対して斜めに
送信コイル５、受信コイル６．７を設けてもよい。第９
図にその実施例を示す。ここで、送信コイル５、受信コ
イル６７の形状が共に長方形である必要はなく、第１０
図のように平行四辺形の形状にしてもよい。平行四辺形
の形状の場合、検出ヘッドの搬送方向の長さが長くなる
ため第１１図のようにくの字形にすれば１般送方向の長
さが短くて済む。また、二つの受信コイル６．７は、送
信コイル５に囲まれるように設ける必要はなく、第１２
図のように受信コイル６７が送信コイル５の面をはみ出
して設けてもよい。

本発明の金属検出機は、送信コイル５、受信コイル６．
７近傍で検出感度が高いという点に着目すると第１３図
に示す実施例も考えられる。被測定物４を搬送するヘル
ド１を２つのローラ２．３で駆動する。このベルト１に
より挾まれる空間に、ヘルド面に平行な一つの送信コイ
ル５と二つの受信コイル６．７をほぼ一面になるように
設ける。

２つの受信コイル６．７は、ベルト１の被測定物４を搬
送する面の進行方向に並べである。

第１４図は、本発明の金属検出機において振動などによ
り送信コイル５と受信コイル６．７との間隔が変動し雑
音の原因となることを防ぐ為に、送信コイル５と受信コ
イル６．７を樹脂９により固定した実施例を示している
。この実施例では、樹脂９により固定したが、フォトリ
ソグラフィ技術を用い、絶縁板や、プリント基板に直接
送信コイル５と受信コイル６．７を形成することも考え
られる。

次に、本発明の金属検出機の信号処理の一例について第
１７図を用いて説明する。

送信コイル５には、発信器１０より交流信号を加える。

この交流信号により送信コイル５は、交番磁界を発生す
る。送信コイル５近傍におかれた二つの受信コイル６．
７は、送信コイル５により発生する磁界を受は取りそれ
ぞれ起電力を発生する。二つの受信コイル６．７の起電
力は差動増幅器１１に入力される。通常この差動増幅器
１１より出力される電圧は、ゼロボルトに調整される。

ここで、金属８の混入した被測定物４が、送信コイル５
および受信コイル６．７の近傍に現われると、金属８の
大きさとその位置に応じた信号が差動増幅器１１より出
力される。差動増幅器１１より出力された信号は、送信
コイル５に加えた信号を用いて検波回路１２で同期検波
し、さらに移動速度に比例した周波数の信号を取り出す
ための帯域フィルタ１３に入力する。この信号は、最後
に表示器１４に伝達される。

〔本発明の展開〕

実施例では交流を送信する場合について述べた。

直流でも同し原理で検出可能である。

本発明の金属検出機はコイル近傍で検出感度が高いとい
う点に着目すると、搬送手段であるヘルド近傍に送信コ
イルおよび受信コイルを配置せずに、検出感度を持たせ
たい任意の場所に置くという使い方も考えられる。例え
ば、第１５図に示すように、ビンの栓の有無を調べるた
めに、搬送手段であるヘルド近傍ではなく、検出ヘッド
をビンの口の近傍に置くといった使い方である。

さらに、送信コイルと受信コイルより成る検出ヘッドを
複数配置し、検出する領域を分担させ、より一層の感度
の向上を達成することも可能である。この場合、磁気ヘ
ッドの相互干渉を防ぐため検出ヘッドごとに異なる周波
数の信号を送信コイルに入力する。第１６図にその一例
を示す。第１６図では４組の検出ヘッドを搬送方向に少
しずつずらしているが、ずらさずに搬送路を囲むように
しても良い。

また、交流の周波数を変えて、いろいろな種類の信号を
取り出すことができるから、とくに、センサとなる送信
コイルと受信コイルの組の数を複数とすることによって
、金属の混入の位置とか、金属の大きさなどの情報を得
ることもできるようになる。

これまでの説明では、搬送手段は１例えばヘルド上にあ
る被測定物をのせて移動するが、送信コイルおよび受信
コイルは固定された位置に置いて考えてきた。しかし、
この発明の原理に従えば１般送手段に沿って送信コイル
および受信コイルを移動させることによっても検出が可
能である。

このように、本発明の要旨を変更しない範囲での多くの
利用が考えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本発明によれば、送信コイルと受信
コイルを、一つの送信コイルが作り出す磁束と二つの受
信コイルがそれぞれ受ける磁束との関係が最適になるよ
うに配置したため、従来にない検出感度の高い金属検出
機を実現できる。また、受信コイルと送信コイルを一体
化することが容易に行なえ、二つのコイルの間隔の変動
を軽減できるため、安定性の良い金属検出機を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による金属検出機の一実施例の概略説明
図、第２図は従来技術である対向形の概略説明図、第３
図は従来技術である同軸形の概略説明図、第４図は従来
技術であるＴ形の概略説明図、第５図は本発明の金属検
出機の検出感度と従来の金属検出機の検出感度を発明者
等が導出した理論式を用いて計算した計算値により比較
した図、第６図は発明者等が導出した理論式を用いて計
算した本発明の金属検出機の出力波形を示す図、第７図
は発明者等が導出した理論式を用いて計算した対向形の
出力波形を示す図、第８図は発明者等が導出した理論式
を用いて計算した同軸形の出力波形を示す図、第９図は
第１図において送信コイルと受信コイルに搬送方向に対
して傾きを持たせた実施例の概略説明図、第１０図、第
１１図および第１２図は第１図において送信コイルと受
信コイルの形状を変えた実施例の概略説明図、第１３図
は第１図において送信コイルと受信コイルの搬送手段へ
の取付は位置を変えた実施例の概略説明図、第１４図は
本発明による金属検出機の送信コイルと受信コイルを固
定する一実施例を示す図、第１５図はビンの栓の有無を
検査する実施例の概略説明図、第１６図は本発明の金属
検出機において検出ヘッドを複数配置した実施例の概略
説明図、第１７図は本発明による金属検出機の信号処理
の１日 一実施例を示す図である。 １・・・搬送手段としてのベルト、 ２．３・・・ローラ、４・・・被測定物、５・・・送信
コイル、６．７・・・受信コイル、８・・・金属、　　
　９・・・樹脂、 １０・・・発信器、　１１・・・差動増幅器、１２・・
・検波回路、１３・・・帯域フィルタ、１４・・・表示
器。 特許出願人　　　アンリッ株式会社 代理人　　弁理士　　小池　龍太部 ■ 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第７図 第 図 第 図 第 図 第 図 づ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定物を搬送する搬送手段（１）と、 該搬送手段の搬送路の近くに配置されていて前記搬送路
   の方向とほぼ平行な平面内に配置された一つの送信コイ
   ル（５）と、 前記平面と実質的に同一平面内にあって、前記送信コイ
   ルが発生する磁束のうちから、それぞれがほぼ等量を受
   けるような位置関係で、かつ前記搬送路の方向に対して
   、互いに前と後の位置関係となるように配置されたほぼ
   同一形状の二つの受信コイル（６、７）とを含み、被測
   定物に含まれる金属を検出する金属検出機。