KR100543992B1 - 금속이물검지방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명인 금속이물검지방법과 그 장치는, 알루미늄등의 도전성 포장재료로 포장된 식품, 의약품, 공업용 재료등의 피검출물속에 혼입된 금속이물을 검지한다.

코일(10, 11)에 전압을 인가(印加) 또는 전류를 공급함으로써 미소자계를 발생시켜서 미소자계에 응답한 금속이물로부터의 검출자계를 코일(10, 11)의 검출전압 또는 검출전류로서 검출하여 검출신호를 출력한다. 이 검출신호를 해석하여 금속이물을 검출한다. 미소자계는 코일(10, 11)에 인가되는 전압 또는 공급되는 전류가 미소하고, 동시에 코일(10, 11)을 구성하는 코어의 자계특성의 비선형부분을 이용한 것이다.

금속이물검지장치, 미소자계, 코일, 와전류, 교류여자전원, 자화공정, 스테인레스강, 발진회로, 자석부스터, 상자성체 금속, 센서저장부, 브리지회로

Description

금속이물검지방법과 그 장치{METHOD FOR DETECTING METALLIC FOREIGN MATTER AND SYSTEM FOR DETECTING METALLIC FOREIGN MATTER}

본 발명은 피검출물속에 혼입된 금속이물을 검지(detecting)하는 금속이물검지장치에 관한 것이다. 상세히 말하자면 알루미늄등의 도전성 포장재료로 포장된 식품, 의약품, 공업용 재료등의 피검출물속에 혼입된 금속이물을 검지하는 금속이물검지방법(金屬異物檢知方法)과 그 장치에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 알루미늄증착(vacuum deposition of aluminum), 또는 알루미늄박(aluminum foil)등으로 제작된 포장용기, 봉지내의 피검출물속의 금속이물을 검지하는 금속이물검지방법과 그 장치에 관한 것이다.

식료품, 의약품등의 검지대상물의 제조공정등에 있어서 검지대상물 속에 금속파편등을 비롯한 이물이 혼입되는 경우가 있다. 검지대상물의 안전성을 보증하기위해서는 금속이물이 혼입된 검지대상물로부터 이것을 배제할 필요가 있으므로 이 금속이물을 검지하는 것이 필수적이다.

내식성(耐蝕性)이 우수한 스테인레스강을 사용한 제품은 주로 주방기구, 건재(建材), 가전용 기기, 자동차용 부품, 낙농ㆍ양조탱크, 화학기기, 보냉(保冷)장치등의 분야에 폭넓게 이용되고 있다. 특히 식품용기, 식품제조라인, 식품제조기기 등을 비롯한 식품관계의 모든 기계의 구조부품 및 용기등이 스테인레스강제의 것이 많다. 이 스테인레스강의 마모분(磨耗粉), 부품이 식품속에 혼입되는 것은 불가피하다. 스테인레스강은 스테인레스강의 통칭으로 내식성이 우수한 합금강이다.

스테인레스강은 오스테나이트(austenite)계 스테인레스강, 말텐사이트(martensite)계 스테인레스강, 페라이트(ferrite)계 스테인레스강으로 대별된다. 이들 스테인레스강은 자성을 나타내는 것으로 알려져 있는데 이 특성을 이용하여 각종 스테인레스강도 금속이물로서 검지가능하다.

(종래의 검지기술)

종래로부터 철심에 동선(銅線)을 감은 구조의 센서코일에 의하여 자계(磁界)를 발생시켜서 금속물이 이 자계를 통과할 때의 자계로의 영향을 검지하여 금속물을 검지하는 센서코일은 잘 이용되고 있다. 보다 상세히 말하자면 자계를 발생시키기 위한 자계발생코일과, 그 자계를 수신하기 위한 자계수신코일로 구성되어 이 자계발생코일과 자계수신코일을 서로 마주보게 배치하고 그 사이에 피검출물을 통과시켜서 금속이물을 검지하는 것이다.

자계수신코일은 금속물내에 흐르는 와전류(渦電流)(eddy current)에 의한 자계를 수신한다. 수신코일에서는 큰 자계를 수신하기쉽다. 도6은 수신코일을 구성하는 철심의 자기이력곡선[자화의 세기-자화력(磁化力)]인 B-H특성도('자속밀도' 대 '자계' )를 나타낸다. 상술한 자계발생코일에 의한 금속이물의 검지에는 이 자기이력곡선의 선형영역 P₂ 또는 완화영역 P₃를 사용하는 것이 일반적이다.

강한 자계에 의하여 큰 자속이 발생되어 피검출물에 함유된 금속물내에 큰 와전류가 흐른다. 따라서 이 와전류에 의하여 발생한 큰 자계를 자계수신코일이 수신한다. 상술한 자계발생코일은 피검출물에 대하여 1MHz ~ 333kHz 주파수대의 전자파를 송신하고, 피검출물의 반대측에 설치되어 있는 자계수신코일이 이것을 검출하여 금속이물을 식별(identify, specify)하는 경우가 많다.

전자파는 피검출물을 통과하는 성분, 반사하는 성분, 흡수되는 성분으로 구성된다. 피검출물이 작아지면 가능한한 강력한 전자파를 발생시켜서 검출감도(檢出感度)를 증가시킨다. 그러기 위해 전자파의 주파수를 올리는 경우가 있고, 주파수가 높아짐에 따라 반사성분의 비율이 커지고, 반대로 수신감도가 떨어질 수 있다.

식료품, 의약품등은 제조공정에서 패키지(package)처리되어 출하되는 경우가 많으며 패키지는 종이, 알루미늄등을 비롯한 다양한 종류의 소재로 제작된다. 그러나 종래의 센서코일을 사용하여 알루미늄파우치 또는 필름등의 도전성 재료로 제작된 포장봉지 또는 용기내의 식품속 금속이물을 검지하기는 어려웠다. 이 자계가 세지면 용기에 와전류가 발생하여 용기내의 금속이물을 검지하기 어렵게 되기 때문이다.

이로 인해, 포장봉지, 용기내의 금속이물의 검지에 X선장치가 사용되고 있다. X선장치로 X선을 피검출물에 조사하고 그 반대측에 투영하기 위한 필름 또는 검출기를 두어, 피검출물을 투과한 X선을 수신하고 있다. 수신한 영상을 처리하여 금속이물을 판정하고 있다. 즉 강한 X선을 도전성 재료로 제작된 포장봉지를 투과시켜서 이를 수신하고, 이 수신한 X선에 의한 화상데이터를 화상처리하여 금속이물 을 검지하고 식별하고 있다.

이 검지방법은 검출정밀도가 좋지않다(예컨대, 직경 6mm, 8mm정도의 볼트, 너트를 검지할 수 있는 정도이다). 또, 이 X선장치를 조작하고 있는 운전원이 피폭될 우려도 있다. 또한 X선장치가 대형화되어 유지비가 드는 등 많은 문제점이 있다. 또한 식품등이 봉입(封入)되어 있는 포장봉지등의 경우, 그 끝부분과 중앙부분의 두께가 다르기때문에 그 두께에 따라 X선의 투과량이 다르다. 이로 인해, 포장봉지의 끝부분과 중심부분에 같은 강도의 X선을 조사하여도 X선의 강도가 다르므로, 정밀도가 높은 금속이물의 검지가 곤란하다.

또한 센서코일을 사용하여 금속종류를 식별하는 것도 제안되고 있다. 일본국 특허공고공보 헤이세이3-18143호에 실려있는 센서장치에서는, 공진회로(共振回路)를 사용하여 센서코일의 부근을 통과하는 금속의 종류를 식별할 수가 있다. 공진회로로부터 출력되는 전압이 동, 알루미늄, 철등의 금속에 의하여 변화되므로 금속의 종별을 판정할 수가 있다. 또한 일본국 특허공개공보 2000-329858호에는 공진회로로 이루어진 자기센서를 가진 금속이물의 검출장치가 실려있다.

그러나, 종래부터 제안되고 있는 센서코일을 이용한 금속이물검지에서는, 금속이물인 금속파편이 수밀리미터정도로 작아지면 검지감도가 나빠져 효율 좋게 검지할 수 없다. 또 알루미늄등의 도전성 재료로 제작된 포장봉지, 용기내의 금속이물의 검지가 곤란하다. 도전성 재료로 제작된 포장봉지, 용기로부터 발생되는 신호가 금속이물에 의한 신호에 비하여 크게되어 구별할 수 없기 때문이다.

본 발명은 이상과 같은 기술배경에서 발명된 것으로 다음과 같은 목적을 달 성하는 것이다.

본 발명의 목적은 도전성재료로 제작된 포장봉지, 용기속의 금속이물을 자계에 의하여 검지하는 금속이물검지방법과 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 알루미늄등의 도전성재료로 제작된 포장봉지, 용기속의 작은 크기의 금속이물을 고감도로 검지가능한 금속이물검지방법과 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 작은 금속이물을 고감도로 검출하기 위하여 미소자계(微少磁界)를 유효하게 검출할 수 있는 검지회로 또는 신호처리회로를 갖춘 금속이물검지방법과 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명인 금속이물검지장치의 이점은, 센서코일과 가변주파수전원 및 가변저항을 가진 브리지회로(bridge circuit)의 Q값을 크게 설정하여 금속이물을 감도좋게 검지할 수 있는 것에 있다. 이 Q값을 크게 설정함으로써 검지회로의 전류가 큰 위상편이(位相偏移)를 일으켜 미소자계를 발생하는 금속이물을 감도좋게 검지가능하게 되었다.

본 발명의 금속이물검지장치의 다른 이점은, 특히 알루미늄등의 도전성 재료로 포장된 포장봉지ㆍ용기속의 금속이물을 검지할 수 있다는 효과가 있다. 검지회로의 공진상태는 가변저항과 가변주파수전원에 의하여 공급주파수를 조정하고 큰 Q값을 얻을 수 있어, 회로전체의 조정이 원만하게 행해지게 되었다.

본 발명의 금속이물검지방법은 포장내의 피검출물로 제조하는 과정에서 혼입 된 금속이물을 검지하기 위하여 상기 피검출물을 반송로(搬送路)에 의해 반송하는 반송공정과,

상기 반송로의 도중에 설치되고, 코어에 도선을 감은 구성의 코일을 가진 검출부에 의하여 자계를 발생시켜서 상기 피검출물에 혼입된 금속이물을 검출하기 위한 금속이물검출공정으로

이루어진 금속이물검지방법에 있어서,

상기 코일에 전압을 인가 또는 전류를 공급함으로써 미소자계를 발생시켜 상기 미소자계에 응답한 상기 금속이물로부터의 검출자계를 상기 코일의 검출전압 또는 검출전류로서 검출하여 검출신호를 출력하는 검출신호출력공정과,

상기 검출신호를 해석하여 상기 금속이물을 식별하기 위하여 신호를 해석하는 신호해석공정으로 이루어지고,

상기 미소자계는, 상기 코일에 인가되는 상기 전압 또는 공급되는 상기 전류가 미소하고, 동시에 상기 코일을 구성하는 상기 코어의 자계특성의 비선형(非線形)부분을 이용한 것이다.

상기 검출부는, 상기 금속이물이 상기 검출자계에 영향을 주어서 상기 코일의 상태가 변하여, 상기 검출신호를 출력시키면 된다. 상기 피검출물은 도전성재료로 제작된 포장을 가지고, 상기 미소자계에 의한 상기 도전성재료의 와전류는 상기 코일을 흐르는 전압 또는 전류에 실질적으로 영향을 주지 못하는 정도의 작은 와전류가 된다.

상기 신호해석공정은, 상기 검출신호를 상기 코일에 상기 미소자계를 발생시 킨 교류여자전원(交流勵磁電源)을 위상반전시킨 위상반전신호와 상기 검출신호의 합(合)을 취함으로써 상기 검출신호중의 상기 교류여자전원에 의한 신호를 소거하여 일정 한계치이상의 신호를 골라냄으로써 상기 검출신호중의 상기 피검출물에 의한 자계신호를 분리한다.

상기 금속이물검출공정은, 제1검출공정과 제2검출공정으로 이루어지고, 상기 피검출물이 상기 제1검출공정을 통과한 후에 상기 제2검출공정을 통과하도록 상기 제1검출공정과 상기 제2검출공정이 배치되고, 상기 제1검출공정과 상기 제2검출공정에 의해 동시에 검출된 상기 검출신호를 상기 신호해석공정에 의해 소거하면 된다.

이 소거에 의하여 주변 기기등으로부터 발생한 잡음의 영향을 제거할 수 있다. 상기 금속이물검출공정 전에 상기 반송로중에 자석요소로 구성되어 상기 금속이물을 자화(磁化)하는 자석부스터(booster)를 가진 자화공정(磁化工程)을 갖추면 좋다. 자석부스터는 금속이물의 자화를 행하여 금속이물로부터의 검출자계(檢出磁界)를 보다 확실히 할 수가 있다.

상기 포장은 알루미늄금속, 크롬, 망간등의 상자성체(常磁性體) 또는 동, 은, 금 등의 반자성체의 금속이면 어떠한 것이라도 좋다. 상기 금속이물은 오스테나이트계 스테인레스강 또는 말텐사이트(martensite)계 스테인레스강의 스테인레스강 재료등의 합금이어도 좋다. 상기 코일이 수백 Hz로부터 수십kHz의 저주파수로 동작하는 것이 좋다. 저주파수는 상기 포장의 표면에 와전류가 발생하기어려워, 피검출물내의 금속이물의 검출감도가 높다.

상기 검출부는 제1코일과, 제2코일을 가지며, 상기 제1코일을 포함한 발진회로(發振回路)인 제1회로와, 상기 제2코일을 포함한 발진회로인 제2회로로 구성되고, 상기 제1회로와 상기 제2회로는 병렬로 접속되어 있는 것이 좋다.

상기 피검출물의 한 면을 검출하는 상기 제1코일과, 상기 한 면과 대향한 상기 피검출물의 다른 면을 검출하는 상기 제2코일은, 상기 피검출물의 진행방향에 대하여 소정의 각도로 배치되고, 상기 제1코일과 제2코일이 소정의 각도를 가지고 배치되어 있으면 좋다.

상기 자석부스터는 상기 반송로를 사이에 두고 대향한 위치에 배치되어 있는 적어도 2개의 구성부로 구성되고, 상기 2개의 구성부를 구성하고 있는 각각의 상기 자석요소는 동일한 자극(磁極)을 상기 반송로를 향하게하여 배치되어 있으면 좋다.

본 발명의 금속이물검지장치는,

포장내의 피검출물로 제조하는 과정에서 혼입된 금속이물을 검지하기 위하여 상기 피검출물을 반송하기위한 반송로를 가진 반송수단과,

상기 반송로 도중에 설치되어 코어에 도선을 감은 구성의 코일을 가진 검출부에 의하여 자계를 발생시켜서 상기 피검출물에 혼입된 금속이물을 검출하기위한 금속이물검출수단으로

이루어진 금속이물검지장치에 있어서,

상기 코일에 전압을 인가 또는 전류를 공급함으로써 미소자계를 발생시켜서 상기 미소자계에 응답한 상기 금속이물로부터의 검출자계를 상기 코일의 검출전압 또는 검출전류로서 검출하여 검출신호를 출력하는 검출신호출력수단과,

상기 검출신호를 해석하여 상기 금속 이물을 식별하는 신호해석에 의한 신호해석수단을 가지며,

상기 미소자계는 상기 코일에 인가되는 상기 전압 또는 공급되는 상기 전류가 미소하고, 동시에 상기 코일을 구성하는 상기 코어의 자계특성의 비선형부분을 이용한 것을 특징으로 한다.

상기 검출부는 상기 금속이물이 상기 검출자계에 영향을 주어 상기 코일의 상태가 변하여, 상기 검출신호를 출력하면 된다. 상기 피검출물은, 도전성 재료로 제작된 포장이며, 상기 미소자계에 의한 상기 도전성 재료의 와전류는, 상기 코일을 흐르는 전압 또는 전류에 실질적으로 영향을 주지못하는 정도의 작은 와전류이면 된다.

상기 신호해석수단은, 상기 검출신호를 상기 코일에 상기 미소자계를 발생시킨 교류여자전원을 위상반전시킨 위상반전신호와 상기 검출신호의 합을 취함으로써 상기 검출신호중의 상기 교류여자전원에 의한 신호를 소거하여 일정 한계치이상의 신호를 골라냄으로써 상기 검출신호중의 상기 피검출물에 의한 자계신호를 분리하는 것이면 된다.

상기 금속이물검출수단은, 제1검출수단과 제2검출수단으로 이루어지고, 상기 피검출물이 상기 제1검출수단을 통과한 후에 상기 제2검출수단을 통과하도록 상기 제1검출수단과 상기 제2검출수단이 배치되며, 상기 제1검출수단과 상기 제2검출수단에 의하여 동시에 검출된 상기 검출신호를 상기 신호해석수단에 의하여 소거하면 된다.

상기 금속이물검출수단 앞에 상기 반송로중에 자석요소로 구성된 자석부스터를 배치하면 좋다. 이 자화수단은 금속이물을 자화하여 검지감도를 높일 수가 있다.

상기 포장은 알루미늄, 크롬, 망간등의 상자성체 또는 동, 은, 금등의 반자성체의 금속이라도 검지가 가능하다. 상기 코일에 흐르는 전류 또는 전압이 수백Hz로부터 수십kHz의 주파수이고, 상기 금속이물이 상기 코일부근을 통과할 때, 상기 주파수가 변한다.

상기 검출부는, 제1코일과 제2코일을 가지고, 상기 제1코일을 포함한 발진회로인 제1회로와, 상기 제2코일을 포함한 발진회로인 제2회로로 이루어지며, 상기 제1회로와 상기 제2회로는 병렬로 접속되어 있음을 특징으로 한다.

상기 피검출물의 한 면을 검출하는 상기 제1코일과, 상기 한 면과 대향한 상기 피검출물의 다른 면을 검출하는 상기 제2코일은, 상기 피검출물의 진행방향에 대하여 소정의 각도로 배치되고, 상기 제1코일과 제2코일이 소정의 각도를 가지고 배치되어 있어도 좋다.

상기 자석부스터는 상기 반송로를 사이에 두고 대향한 위치에 배치되어 있는 적어도 2개의 구성부로 구성되며 상기 2개의 구성부를 구성하고 있는 각각의 상기 자석요소는 동일한 자극을 상기 반송로를 향하게하여 배치되어 있으면 좋다.

이하 본 발명의 금속이물의 검출원리의 개략을 우선적으로 설명한다.

(검지원리)

본 발명의 금속이물을 검지하기위한 검지회로를 도11(a)에 나타내고 있다. 가변주파수전원으로부터 전기에너지가 정합(整合)트랜스포머(matching transformer) Tsr을 통해 검지회로에 공급되고 있다. 검지회로는 센서코일을 가진 브리지회로를 포함한 구성으로 되어 있다. 센서코일은 평형 또는 비평형의 브리지회로의 한 변을 맡고 있다. 센서코일은 철심에 코일을 감은 구조이다.

이 검지회로의 가장 중요한 기능을 맡는 것은 센서코일이다. 센서코일은 가변주파수전원으로부터 공급된 교류전류에 의하여 교번자계(alternating magnetic field)를 코일검출면의 근방에 직접 방사하는 역할과, 미소금속편(微小金屬片)을 가진 피검출물이 그 교번자계의 자장배위(磁場配位)를 교란했을 때의 동요자장을 검출하고, 이물검지신호로서의 출력을 만들어 내는 역할을 동시에 갖추고 있다. 마지막에는 브리지회로로부터의 출력을 증폭기로 증폭하여 다음 단의 회로로 출력한다.

가변주파수전원으로부터 주파수 ω의 전기에너지가 정합트랜스포머 Tsr을 통해 브리지회로의 가변저항기(variable resistor) VR0의 양끝에 공급된다. 브리지회로는 가변주파수전원으로부터 정합트랜스포머 Tsr에 의하여 절연(絶緣)되어 있다. 가변저항기 VR0의 한쪽끝에 센서코일의 일단(一端)이 접속되고, 센서코일의 타단(他端)은 접지되어 있다.

이 검지회로는 도11(b)에 나타낸 등가회로(等價回路)로서 표시할 수가 있다. 도11(b)에 나타내어진 컨덴서(C)는, 센서코일이 가지고 있는 부유용량(浮遊容量)으로서 도11(a)에는 도시되어 있지않다. 회로 조정등의 형편상, 센서코일에 병렬로 컨덴서를 추가로 부착할 수가 있다. 도11(b)의 인덕턴스(inductance) Lts는 정합트 랜스포머 Tsr의 자기인덕턴스(self-inductance)와 상호인덕턴스(mutual inductance)를 2차측으로 환산한 인덕턴스(as expressed in terms of the secondary inductance)이다.

도11(b)의 등가회로(等價回路)는 가변주파수전원의 기능구성에 따라 도12(a)의 정전류(定電流)구동회로, 또는 도12(b)의 정전압(定電壓)구동회로와 등가로 생각할 수가 있다. 도12(a)의 정전류 구동회로는 트랜지스터의 컬렉터출력(collector output) 등으로부터 전기에너지를 공급하는 가변주파수전원의 경우[정전류원(定電流源, constant-current source)], 도12(b)의 정전압 구동회로는 OP앰프 등의 저출력임피던스회로에서 본 회로를 구동한 경우(정전압원)를 상정(想定)하고 있다.

인덕턴스 L과 컨덴서 C의 값은 센서코일의 구조 및 재질 등으로 결정하는 일정값으로서, 가변저항 VR의 값을 임의의 값에 고정하고 가변주파수전원의 주파수 ω를 변화시키면 이 회로는 어떤 주파수 ω_o에서 공진한다. 회로의 공진특성의 기준으로 잘 사용되는 성능지수 Q값(Quality factor value)을 사용하여 설명할 수 있다.

(특성의 계산)

공진주파수는 식1로, L과 C의 비율로 정해지는 임피던스 Z는 식 2로 표시된다.

예컨대 VR이 1k Ω이고 Z = 1k Ω일 때, 성능지수 Q값은 Q=1이다.

Q값이 비교적 작은 값일 때, 필요로 하는 Q로부터 VR의 값을 식 3으로 산출가능하다.

도17(a)의 그래프1은 VR1부터 VR6의 순으로 저항값을 크게 하도록 VR을 단계적으로 변화시켜서 각 주파수에 대하여 플롯(plot)한 일례로서, 종축은 임피던스 Z를 대수눈금(log scale)으로 나타내고 있다. 이 그래프1에서는 노멀라이즈 주파수(normalized frequency)(4)를 공진주파수로 상정하고 있다. 이 그래프1에서는 저항 VR의 값을 크게 해 가면 공진특성이 가파르게 상승한다.

도17(b)의 그래프2에는 똑같이 위상특성을 나타내고 있다. Q값이 커지면, 즉 VR값이 커지면 주파수에 대한 위상변화가 커지게 된다. 본 발명에서는 이 그래프1과 그래프2에서 알 수 있듯이 검지회로의 Q값을 크게 설정하면 큰 위상편이(位相偏移)가 발생하는 특성을 이용하고 있다. 인덕턴스 L과 부유용량(stray capacitance) C는 센서코일의 재질과 특성으로부터 결정되는 일정값이다. 인덕턴스 L은 정합트랜스포머 Tsr의 2차측 환산인덕턴스, 상호인덕턴스를 포함한 것이다.

따라서 공급전원의 주파수와 가변저항값 VR을 변화시킴으로써 큰 Q값의 값으로 설정하는 것이 가능하다. 실제로는 피검출금속이물의 크기, 공급전원의 주파수, 회로의 다른(他) 소자, 후단회로(後段回路)의 특성이나 증폭기의 특성등에 의해 Q값을 설정한다. 검지회로의 브리지회로가 비평형인 경우에는 검지회로가 피검출금속이물이 없을 때에도 항상 출력하고 있는 상태로 되어있다. 이 출력을 후단(後段) 회로에서 전원주파수(電源周波數)의 위상을 반전(反轉)하여 제거한다. 이것은 차동(差動)앰프 등을 사용하여 행한다.

또한 본 발명에서는 센서코일을 흐르는 전류를 미소하게 설정하고 있다. 즉 도6에 나타낸 바와 같이 센서코일을 구성하는 철심의 B-H특성의 P₁ 영역이다. 이 영역은 비선형이며, 자계 H, 자속밀도B가 모두 미소하다. 이 영역을 사용함으로써 피검출물속의 금속이물이 작을 때라도 양호한 감도의 검출이 가능하다.

(미소자계에 대하여)

일정한 온도에서 피검출물이 코일부근을 일정한 통과속도로 통과할 경우에 대해 생각해 본다. 이 때, 센서코일의 전류가 변화하는 요인으로서는 피검출물의 와전류, 투자율(透磁率), 유전율(誘電率) 그리고 센서코일의 부근을 통과하는 속도의 크기 등이 대표적이며 그 중에서 금속이물의 투자율이 가장 영향을 주고있는 것으로 추정된다. 피검출물속의 금속이물이 높은 투자율을 가진 재료로 되어 있는 경우, 상기와 같은 미소전류를 센서코일에 공급하고 있을 때에는 금속이물의 투자율이 센서코일의 자계변화에 큰 영향을 미치기 때문이다.

표1의 금속물의 비투자율(relative permeability of metallic substances)에 나타낸 바와 같이 금속이라도 그 종류에 따라 비투자율이 크게 다르다. 철, 스테인 레스강, 니켈, 코발트 등의 금속 비투자율은 수백에서부터 수만이 되고 있다. 또한 알루미늄 등의 비투자율이 작은 금속에 와전류가 발생하지 않는 정도의 미약한 자계를 부여하면, 알루미늄 등에 둘러싸인 비투자율이 큰 금속의 반응이 커서, 센서코일발생자계에 영향을 줄 정도가 된다.

표1 금속물의 비투자율

금속	투자율(공기1)	금속	투자율
알루미늄	1	스테인레스강(오스테나이트계)	3~4~5 (순수재(純粹材))
동	1	스테인레스강 (다른 조성의 규격품)	50~200
철	500~20,000	니켈	250
스테인레스강 (말텐사이트계)	300~600	코발트	300

본 발명에서는 센서코일에 흐르는 전류의 위상편이를 사용하여 금속이물을 검지하고 있는데, 그 대신에 센서코일에 인가되어 있는 전압 또는 임피던스를 측정하여 금속이물을 검지하는 것이 가능하다. 이하에는 센서코일에 흐르는 전류를 검출신호로 하는 발명을 설명한다.

또한 본 발명에서는 가변주파수전원으로부터 검지회로에 공급되는 주파수를 수백Hz에서부터 수십kHz까지의 오디오영역을 이용하고 있다. 더욱 상세하게는 4. 5kHz 또는 7kHz부근의 주파수의 전원공급을 행하고 있다. 이와 같은 저주파수를 이용하면 센서코일로부터 발생하는 교번자계에 의하여 피검출금속물 내에 발생하는 와전류가 미소해지고 이 와전류로 인하여 원래의 교번자계로의 영향을 거의 무시할 수 있는 정도로 적어진다.

(위상편이의 고찰)

여기에서 위상편이에 대해 설명한다. 패시브(passive)한 아날로그회로의 입 출력에 액티브(active)회로가 접속되어 있는 경우, 신호전송 및 소음발생의 관점에서 정재파(standing wave)를 정상적(定常的)인(steady-state) 현상으로서 파악할 필요가 있다. 드라이버(driver)측의 저출력임피던스가 리시버(receiver)측의 고입력임피던스회로에 접속되어 있는 경우를 상정한다. 이것은 하이게인(high gain)의 OP앰프끼리가, 긴 배선으로 접속되어 있는 경우나, 본 실시예의 브리지회로와 같이 정합트랜스포머 Tsr를 통해 절연된 큰 인덕턴스를 가진 패시브(passive)회로가 접속되어 있는 경우에 해당된다.

리시버측에 종단저항(終端抵抗, terminating resistor)을 넣어 반사를 없애면 신호는 일정 속도로 진행되고 측정점에 따라 점차 위상이 어긋난다. 그러나 일반적으로는 회로소자끼리의 접속이므로 종단(終端) 되지않고, 또한 매칭(완전정합)을 취하는 것은 반드시 용이하지만은 않으므로 반사가 일어난다. 반사에 의하여 신호가 몇번이나 왕복하게 되므로 공명이 일어나 정재파가 발생하고 신호가 이 정재파의 진폭으로 전체가 크게 진동한다. 이것은 진폭변조로서 파악한다.

이 때 각 부의 신호는 일제히 움직이며 각 부의 신호 위상은 똑같이 파동으로서의 진행은 일어나지 않는다. 이것이 정재파이다. 이 공명이 발생하는 조건은 회로의 경로를 설정하는 신호에 관한 신호선의 길이가, 신호의 1/4파장일 때 또는 그 홀수배(odd number times)의 주파수이다. 그 공명하고 있는 본 발명의 검출부에서 말하면 자계를 만들기 위한 수 kHz의 센서코일전압(또는 전류)이 이 정재파(0. 2 Hz~2Hz정도)로 진폭변조 되어 있다.

도 1 은 금속이물검지장치 (1)의 개요도.

도 2 는 센서저장부(4)의 구성예를 나타낸 도면.

도 3 (a), (b), (c)는 센서코일(10a)의 도면으로서, 도 3(a)는 정면도, 도 3(b)는 평면도, 도 3(c)는 도 3(a)의 A-A선의 단면도.

도 4는 금속이물검지장치의 (1)의 제어부(5)의 구성을 나타낸 기능블록도.

도 5는 제어부(5)의 디지털컴퓨터 처리부(27)의 동작예를 나타낸 순서도 (flowchart).

도 6은 B-H특성을 나타낸 도면.

도 7 은, 실시예2의 센서코일의 배치예를 나타낸 평면개략도, 정면개략도.

도 8 은, 실시예3의 자석부스터(6)의 구성예를 나타낸 도면.

도 9 는 센서코일을 포함한 실시예1의 검지회로의 개요를 나타낸 도면.

도 10 은, 실시예1의 검지회로의 주파수의 특성을 나타낸 도면.

도 11(a), (b)는 본 발명의 실시예1의 검지회로를 나타낸 것으로, 도 11(a) 는 검지회로의 개요이며, 도 11(b)는 그 등가회로를 나타낸 도면.

도 12(a), (b)는, 도 11(b)의 등가회로를 간략화한 회로를 나타낸 도면.

도 13 은, 실시예 6의 회로예를 나타낸 도면.

도 14 는, 실시예 6의 회로예를 나타낸 도면.

도 15 는, 실시예 6의 회로예를 나타낸 도면.

도 16 은, 실시예 6의 회로예를 나타낸 도면.

도17(a), (b)는, 도 11의 회로 특성을 나타낸 그래프.

발명을 실시하기위한 최적 형태

〔 발명의 실시예 1 〕

(금속이물검지장치의 구조)

도 1은, 금속이물검지장치(1)의 개요를 나타내고 있다. 금속이물검지장치(1)는, 피검출물속의 금속이물, 특히 식품을 싸는 용기인 알루미늄 포장봉지내의 식품에 혼입된 금속이물을 검지하여 통지하기 위한 것이다. 금속이물검지장치(1)는, 벨트컨베이어(2), 구동용 모터(3), 센서저장부(4), 제어부(5), 자석부스터(6)등으로 구성된다. 벨트컨베이어(2)는, 다리가 달린 프레임에 탑재된 벨트컨베이어장치로서, 피검출물(8)을 일정속도로 반송하기 위한 것이다.

벨트컨베이어(2)는 그 한쪽에 설치된 구동용 모터(3)에 의해 엔들리스 벨트(endless belt)(9)를 회전구동하고, 이 벨트(9)의 위에 피검출물(8)을 얹어서 반송한다. 피검출물(8)이 반송되는 반송로 중에 벨트(9)의 길이 방향의 중앙부근에 센서저장부(4)가 배치되어 있다. 센서저장부(4)는, 피검출물의 금속이물을 검지하기 위한 제 1센서코일(10), 제 2센서코일(11), 광센서(7)등이 내장되어 있다.

센서저장부(4)로부터의 출력신호는 제어부(5)로 보내어진다. 제 1 센서코일(10)과 제 2 센서코일(11)은 동일구조로 된 것이다.(상세한 설명은 후술한다.) 제어부(5)는 센서저장부(4)로부터의 신호를 해석하여, 피검출물 속에 금속이물이 있는지 없는지 판정을 하고, 그 판정결과를 통지(경고음, 표시 등)하는 것이다. 도 1 에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 제어부(5)가 센서저장부(4)의 위 에 설치되어 있다.

벨트컨베이어(2)에 의해 반송되는 피검출물(8)은, 자석부스터(6)를 지나, 센서저장부(4)로 반송된다. 센서저장부(4)의 앞쪽(진행방향)에 자석부스터(6)가 배치되어 있다. 자석부스터(6)는 피검출물속의 금속이물을 자화시키기 위한 보조 자화장치로서, 피검출물(8)이 자석부스터(6)를 통과하면, 피검출물속의 자성물의 자화가 강해지므로, 센서저장부(4)에서의 검출감도가 향상된다.

광센서(7)는, 제 1 센서코일(10)의 앞쪽에 설치되어, 피검출물이 반송되어 제 1 센서코일(10)에 들어가는 타이밍을 검지하고, 이 검지를 제어부(5)로 송신하기 위한 것이다. 구동용 모터(3)를 기동시켜 벨트컨베이어(2)의 벨트(9)를 회전구동시킨다. 그 때 피검출물은, 벨트(9)의 한쪽인 탑재측에 얹어져, 다른 쪽 편으로 반송된다. 피검출물이 벨트(9)위에서 반송되는 도중에 자석부스터(6)를 지나, 센서저장부(4)로 반송된다.

그리고, 광센서(7)가 피검출물을 검출하여, 제 1 센서코일(10)로 피검출물이 들어가는 타이밍을 제어부(5)에 통지한다. 제어부(5)는 광센서(7)로부터의 통지를 받아서, 피검출물이 제 1 센서코일(10), 및 제2센서코일(11)을 통과할 때의 각 센서코일의 출력신호를 해석하여, 피검출물에 금속이물이 포함되어 있는가를 검지한다. 금속이물이 포함되어 있는 경우에는, 그 취지의 출력신호를 출력한다. 이 출력신호는 금속이물검지장치(1)에 배치되어 있거나 접속되어 있는 전동 암(arm)등에 보내어지고, 이 전동 암등에 의해 금속이물을 포함한 피검출물은 배제 등의 필요한 처리가 행해진다.

제어부(5)는 반드시 센서저장부(4)의 위에 설치시킬 필요는 없고, 센서저장부(4)로부터의 신호를 받아서, 이 신호처리를 할 수 있는 환경이라면 어디에 설치해도 상관없다. 또 구동되고 있는 벨트(9)의 속도를 파악하기위해서는, 구동용 모터(3)의 회전속도 등의 신호를 제어부(5)가 수신할 수 있을 필요가 있다. 광센서(7)는, 피검출물이 제1센서코일(10)에 들어갈 때의 타이밍을 검출할 수 있는 것이면, 공지된 여하한 형상ㆍ방식의 것을 사용해도 된다.

도 2에는, 센서저장부(4)의 개요를 나타내고 있다. 센서저장부(4)는, 제 1센서코일(10)과 제 2 센서코일(11)로 구성되어 있다. 제 1 센서코일(10)은, 벨트(9)를 사이에 두고 상하로 대향하여 배치된 센서코일(10a)과 센서코일(10b)로 구성되며, 마찬가지로, 제 2센서코일(11)은, 센서코일(11a)과 센서코일(11b)이 대향하여 배치된 것이다.

제 1 센서코일(10)과 제 2 센서코일(11)은, 벨트(9)를 따라 거리 L을 떨어져 설치되어 있다. 각 센서코일(10a),(10b),(11a),(11b)은 도 3에 나타낸 바와 같이 가늘고 길다란 상자 모양의 형상을 하고, 기본적으로 동일한 것으로, 벨트(9)의 반송방향과 직교하도록 벨트(9)의 면과 평행하게 배치고정되어 있다.

제 1센서코일(10)의 반송방향의 앞측에 설치되어 있는 광센서(7)는, 피검출물이 제 1 센서코일(10)에 입력되는 타이밍을 결정하는 데에 필요하다. 제 2센서코일(11)에 피검출물이 입력되는 타이밍은, 제 1센서코일(10)에 입력된 시간, 거리(L), 그리고 벨트(9)의 반송속도를 가지고 계산할 수 있다. 벨트(9)의 반송속도는, 구동용 모터(3)의 회전속도로부터 계산할 수 있다. 또, 이 계산방법은 본 발 명의 요지도 아니고, 또한 주지의 기술이므로 이 설명은 생략한다.

센서코일(10a),(11a)은, 벨트(9)위를 흐르고 있는 피검출물의 윗부분을 주로 검출하기 위한 것으로, 피검출물이 통과하기 위해 벨트(9) 위에 일정한 틈을 두고 설치되어 있다. 센서코일(10b),(11b)은, 피검출물의 하부를 주로 검출하기 위한 것으로, 벨트(9)의 하부에 설치되어 있다.

도 3(a) 및 (b)는, 센서코일의 구조를 나타내고 있다. 센서코일(10a),(10b),(11a),(11b)은, 실질적으로 동일구조이므로, 센서코일(10a)만 예시하며 설명한다. 센서코일(10a)은, 가늘고 길다란 상자모양의 형상을 하고, 단면구조가 E형인 도전성재료의 심(12)의 홈부를 따라 코일(13)을 두른 구성이다.

도 4는, 제어부(5)의 개요를 나타낸 기능블록도이다. 제어부(5)는,발진회로(21), 브리지회로(22), 알루미늄신호소거회로(23), 증폭위상변환회로(24), 증폭/위상반전회로(25), 파형처리부(26), 디지털컴퓨터처리부(27), 신호출력부(28) 등으로 구성되어 있다.

발진회로(21)는, 제어부(5), 센서코일(10),(11)로의 교류전력을 공급하기위한 회로이다. 발진회로(21)는, 트랜스포머를 통하여 교류전력을 공급한다. 트랜스포머를 사용함으로써, 전원회로와, 센서코일(10),(11), 브리지회로(22)를 포함한 측정부분을 독립 회로로 볼 수 있는 이점이 있다. 브리지회로(22)는 센서코일(10),(11)로부터의 신호를 수신하는 회로이다.

브리지회로(22)로부터의 신호는 알루미늄신호소거회로(23)에 보내지고, 이 알루미늄신호소거회로(23)에 의해 이것에 포함된 도전재료인 알루미늄포장체로부터 의 신호를 소거한다. 이 때의 신호처리는 증폭/위상반전회로(25)의 신호를 사용하여 다음과 같이 실시된다. 증폭/위상반전회로(25)는 발진회로(21)로부터 전류신호를 끌어내 증폭하고, 위상반전시킨다.

알루미늄신호소거회로(23)는, 브리지회로(22)로부터의 신호(검출전류)와, 증폭/위상반전회로(25)로부터의 위상반전전류의 합을 취하고, 교류전원의 신호(본래 전류)를 소거한다. 그리고, 일정 한계치(threshold value) 이상의 신호만을 골라내 잡음신호를 소거한다.

다음으로, 알루미늄신호소거회로(23)로부터 출력되는 신호를 증폭위상변환회로(24)에서 증폭하여, 위상변환조정처리를 행하여 파형처리부(26)로 출력한다. 파형처리부(26)에서는 입력된 신호의 파형정형(波形整形)을 하여, 디지털신호로 변환하고, 또한 수신감도의 조정을 행하여, 디지털컴퓨터처리부(27)로 출력한다. 또한, 알루미늄신호소거회로(23)에서 마련된 한계치처리는, 파형처리부(26) 안에서 실시해도 된다. 이 때에는, 디지털신호로 변환된 신호의 한계치처리가 된다.

디지털컴퓨터 처리부(27)는, 메모리회로, 연산회로, 진폭비교/신호추출회로, 벨트속도타이밍회로 등으로 구성되어 있다. 디지털컴퓨터처리부(27)는, 구동용 모터(3)로부터 모터 회전속도의 정보를 받아, 벨트(9)의 흐름 속도를 계산한다. 또, 광센서(7)로부터 피검출물의 신호를 받아, 피검출물이 센서코일(10),(11)을 통과하는 정보를 얻는다.

따라서 디지털컴퓨터처리부(27)는, 파형처리부(26)로부터의 디지털신호를 수신하여 상기한 벨트속도, 피검출물 통과신호 등과 함께, 피검출물내에 포함된 금속 이물을 검지한다. 디지털컴퓨터처리부(27)에서는, 금속이물이 검지된 것으로 판단된 경우에는 신호출력부(28)에 금속이물의 신호를 출력한다.

도 5는, 디지털컴퓨터처리부(27)가 금속이물을 검지할 때의 순서도이다.디지털컴퓨터처리부(27)에서는 항상 금속이물의 판정이 광센서(7)의 센싱신호(sensing signal)에 의하여 이루어진다. 디지털컴퓨터처리부(27)는 일정시간동안 대기하다가 경과하면(S1) 광센서(7)로부터의 신호유무를 확인한다(S2). 피검출물이 광센서(7)를 통과할 때에(도2참조) 피검출물이 통과중이라는 신호를 제어부(5)로 출력한다. 이 신호를 디지털컴퓨터처리부(27)가 수신한다.

피검출물이 통과중이라는 판정이 나오면(S2, Yes), 구동용 모터(3)의 회전속도를 수신한다(S3). 이 회전속도를 사용하여 벨트(9)의 반송속도를 계산한다(S4). 그 후에 파형처리부(26)로부터의 제1센서코일(10)의 디지털신호를 수신하여(S5), 메모리영역에 저장한다(S6). 그리고, 마찬가지로, 제 2센서코일(11)의 디지털신호를 수신하여(S7), 메모리영역에 저장한다(S8).

메모리영역에 저장되어 있는, 제1센서코일(10)과 제2센서코일(11)의 디지털신호를 비교계산하여(S9), 피검출물속에 이물이 있는지 없는지를 판정한다(S10). 판정 결과, 이물이 없는 것으로 판정된 경우에는(S10, No), 소정시간동안 대기한다(S1). 판정 결과, 이물이 있는 것으로 판단된 경우에는(S10, Yes), 그 취지의 신호를 출력한다(S11). 따라서 일련의 금속이물의 판정이 이루어진다.

(검지회로의 설명)

도9는 검지회로(100)를 나타낸다. 상술한 발진회로, 브리지(bridge)회로, 센 서코일(10)을 합하여 검지회로(100)를 설명한다. 실제로는 상술한 센서코일(10)은 브리지회로(101)의 한 변을 맡고 있다. 이 실시예1에서는, 2개의 센서코일(10a, 10b)이 있다. 센서코일(10)은 공급된 교류전류에 의해 교번자계를 코일검출면의 근방에 직접방사하여, 미소금속편을 가진 피검출물(8)이 그 교번자장의 배위(配位)(orientation)를 교란했을 때의 동요자장을 검출하여 이물검지신호를 출력한다.

검지회로(100)는 브리지회로(101)를 가지며 센서코일(10)은 비평형브리지회로(101)의 1변(암)을 맡고 있다. 이 브리지회로(101)에 가변주파수전원(103)으로부터 주파수 ω의 전기에너지를 정합트랜스포머(103)를 통해 공급하고 있다. 센서코일(10)을 포함한 브리지회로(101)가 가변주파수전원(103)으로부터 정합트랜스포머(102)에 의하여 절연되어 있다.

검지회로(100)는 도면에 나타낸 바와 같이 직렬 또는 병렬로 접속되어 있는 복수의 저항 R1~R6으로 이루어져 있다. 저항의 한쪽 끝에 센서코일(10)의 일단(一端)을 접속하고, 센서코일(10)의 타단(他端)은 접지하고 있다. 보통의 경우 비검지시에는 센서코일(10a, 10b)은 밸런스(balance)가 잡혀 있어서(도10참조) 출력(104)으로부터 신호가 출력되지 않는다. 피검출물내에 포함된 금속이물이 센서코일(10a, 10b)사이를 통과할 때 그 상태가 변경되어 출력(104)으로부터 출력신호를 출력한다.

또는 검지회로(100)를 설정할 때에 비검지시에도 출력(104)으로부터 출력되도록 설정하여도 된다. 이 경우에는 브리지회로(101)가 비평형으로 된다. 도10에는 센서코일(10a, 10b)을 포함한 브리지회로(101)의 주파수 특성을 나타내고 있다. 횡축은 주파수를 나타낸 주파수축이며 종축은 파(wave)의 강도를 나타내는 축이다. 센서코일(10a, 10b)은 동일한 인덕터로 구성되어 있는데, 제조상의 정밀도 오차등을 받아서 완전히 동일한 주파수로 동작하는 경우는 드물다.

또 검지회로(100)의 설정은 상술한 원리에서 설명한 바와 같이 7kHz부근의 저주파수 전원을 공급하여, 공급전원의 주파수와 저항치(R1~R6)의 값을 변경시킴으로써 높은 Q값을 얻도록 설정한다. 센서코일(10a, 10b)의 중심주파수를 각각 ω₀₁, ω₀₂ 라 하면, Δω(= │ω₀₁ - ω₀₂ │)만큼 떨어져 있게 된다. 도10은 센서코일(10a)의 특성을 그래프(105), 센서코일(10b)의 특성을 그래프(106)로 나타내고 있으며 그 합은 그래프(107)로 되어 있다. 그래프(107)의 중심주파수는 ω₀ 로 되어 있다.

센서코일(10)의 주변을 금속이물이 통과하지 않을 때에는 검지회로는 ω₀ 의 상태에 있다. 또 센서코일(10)의 주변을 금속이물이 통과하면 금속이물은 센서코일(10)의 자계에 영향을 주어 센서코일(10a, 10b)의 주파수 ω₀₁ , ω₀₂ 가 변하여 검지회로 전체의 중심주파수 ω₀ 도 변화한다. 따라서 검지신호가 검지회로의 출력(104)으로부터 출력된다.

이와 같이 2개회로를 이용하면 센서코일(10)의 자계의 미소한 변화에 대응하여 중심주파수 ω₀ 의 중심주파수가 변동하여 고감도로 금속이물을 감지할 수가 있다. 또한 검지회로(100)는 센서코일(10a)만을 가지고 금속이물을 검지해도 된다.

[실시예 2] (센서코일의 크로스배치)

도7은 센서코일을 크로스(cross)로 배치한 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예2는 기본적으로 상기 실시예1과 동일하며 다른 부분만을 설명하여, 실시예1과 동일한 부분의 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예2에서는 센서코일의 배치가 크로스로 배치되어 있다.

상세하게는 제1센서코일의 센서코일(10a)과 센서코일(10b)를 서로 소정의 각도 θ(위에서 본 경우)로 크로스(교차)되게 배치되어 있다. 센서코일(10a, 10b)은 벨트(9)와 수평으로 배치되어 있고, 벨트(9)의 반송방향과 (π- θ)/2(= θ’)의 각도와 (π+ θ)/2( = θ’+ θ )의 각도를 각각 이루고 있다(도7참조). 또한 이들 배치는 그 역으로도 상관없다.

제2센서코일의 센서코일(11a)과 센서코일(11b)의 배치는 동일하여 설명은 생략한다. 이와 같이 센서코일을 크로스되게 배치하면 피검출물내에 포함된 금속이물이 어떤 방향을 향하여 유동하여도 잘 검지할 수가 있다.

예컨대 금속이물은 가늘고 긴 형상을 하고 있는 것이 많아, 그것이 센서코일에 평행 또는 수직으로 통과하면 검지감도가 나빠진다. 이 경우에는 센서코일을 크로스한 형태로 검지하면 어떤 방향을 향하여 통과하여도 양호하게 검지할 수 있다.

[실시예3] (자석부스터(booster)의 구성)

본 실시예3은 기본적으로 실시예1 또는 2와 동일하여 다른 부부만을 설명하여 실시예1 또는 2와 동일부분의 상세한 설명은 생략한다. 도8은 자석부스터(6)의 구성을 나타낸 도면이다. 자석부스터(6)는 자석요소(6a)와 자석요소(6b)로 구성되 어 있다. 자석요소(6a)와 자석요소(6b)는 벨트(9)를 사이에 두고 그 상하에 설치되며 각각 동일한 자극 N을 벨트(9)를 향한 방향으로 배치되어 있다. 피검출물(8)은 자석요소(6a)와 자석요소(6b)의 사이를 통과하는 구조로 되어있다.

또한, 이 자석요소(6a)와 자석요소(6b)는 복수의 자석요소로 구성되어도 된다. 또 자석요소(6a)와 자석요소(6b)는 피검출물이 반송되는 반송로의 양측에 배치되고, 또 동일한 자극을 반송로를 향하게하여 배치시키면 어떻게 배치ㆍ설치되어도 상관없다. 이와 같이 자석부스터(6)를 배치하면 자석부스터(6)를 통과한 피검출물에 혼입된 금속이물이 양측의 자석요소(6a, 6b)의 자계반발에 의해 벨트(9)의 반송방향으로 쓰러져 센서저장부(4)에서 검출하기 쉬워진다.

[실시예4] (주파수ㆍ파형의 해석)

본 실시예4는 기본적으로 실시예1 내지 3과 동일하여 다른 부분만을 설명하여 실시예1 내지 3과 동일한 부분의 상세한 설명은 생략한다. 도4에 나타낸 디지털컴퓨터처리부(27)에서는 푸리에(Fourier)변환등의 수법을 이용하여 디지털신호를 구성하는 주파수ㆍ파형의 해석을 하여 이들 주파수ㆍ파형이 발생한 원인물질을 식별하여 금속이물을 검출해도 된다. 이를 위해서는 미리 준비된 그 주파수ㆍ파형에 대한 해석데이터가 필요하다.

또한 디지털컴퓨터처리부(27)에서는, 알루미늄신호소거회로(23)에서 행해지고 있는 교류전원(교류여자전원)의 신호소거를 동일하게 행하여도 상관없다. 알루미늄신호소거회로(23)에 입력된 신호가 디지털신호로 변환되어 디지털컴퓨터처리부(27)에 입력된다. 또, 이 디지털신호를 주파수마다 분파(分波) 하여 교류전원, 잡음등에 기인한 신호를 소거한다. 피검출물로부터의 잡음신호도 마찬가지로 주파수ㆍ파형의 해석에 의해 소거하여도 상관없다.

[실시예5]

도13~16은 상기 금속이물검지장치(1) 회로의 실제 구성예를 나타내고 있다. 이 실시예5의 회로의 신호는 아날로그회로에서 처리하고 있는 회로의 예이다. 브리지회로(22)로부터 출력되는 신호를 디지털화하고, 그 이후에는 상기의 알루미늄신호소거, 위상변환ㆍ파형정형(波形整形), 감도 조정등을 모두 또는 일부를 디지털적으로 컴퓨터처리하여도 된다.

이하에 회로의 중요한 부분의 개요만을 설명한다. 도13에는 교류전원(109)과 센서회로(110) 및 위상변환회로(111)를 나타내고 있다. 교류전원(109)은 도4에 나타낸 발진회로(21)이다. 마찬가지로 센서회로(110)는 센서코일(10,11)과 브리지회로(22)를 합한 회로이며, 위상변환회로(111)는 증폭/위상반전회로(25)이다(도4 참조).

도14에는 차동앰프회로(112), 파형정형회로(113)를 나타내고 있다. 차동앰프회로(112)는 알루미늄신호소거회로(23)와 증폭/위상변환회로(24)이고, 파형정형회로(113)는 파형처리부(26)이다(도4 참조). 센서회로(110)는 피검출물(8)로부터의 신호를 수신하는 센서회로로서, 그 신호는 출력 '1'로 출력되고, 도14의 '1'로부터 차동앰프회로(112)에 입력된다.

도13에 나타내고 있는 위상변환회로(111)는 교류전원(109)으로부터의 신호를 끌어내 위상을 조정하여 '2'로부터 출력하고 있다. 이것은 도14의 '2'이며, 차동앰 프회로(112)에 입력된다. 차동앰프회로(112)는 수신된 신호 즉 센서회로(110)가 출력하는 신호중에서 교류전원(109)에 의한 신호를 제거하기위한 회로이다. 차동앰프회로(112)로부터는 피검출물에 의한 신호만 뽑혀져, 회로(113)에 의해 파형정형되어 출력된다.

도15 및 도16은 피검출물의 신호를 해석하기위한 회로로서, 아날로그처리를 행하고 있다. 이 부분은 디지털화되어 컴퓨터처리되어도 상관없다. 도15에는 정류회로(114), 앰프회로(115), 정류회로(116), 앰프회로(117), 직류전원커트회로(118), 파형처리회로(119)가 도시되어 있다. 도16에는 감도조정회로(120), 파형역치회로(121), 앰프회로(122)가 도시되어 있다. 정류회로(114, 116)는 신호를 정류하고 파형을 조절하기 위한 회로이다. 앰프회로(115,117,122)는 신호를 증폭하기 위한 회로이다. 직류전원커트회로(118)는 신호에 포함된 직류신호를 커트하기위한 회로이다. 감도조정회로(120)는 피검출물의 검출감도를 조정하기위한 회로이다. 이 회로의 저항값을 변화시킴으로써 검출감도를 설정할 수 있다. 파형역치회로(121)는 출력신호의 레벨을 조정하기위한 회로이다.

본 발명은 알루미늄증착, 또는 알루미늄박등으로 형성된 도전성의 포장재료로 포장된 피검출물속에 혼입된 자성체의 금속이물을 검지한다. 피검출물로서는 냉동식품, 곡물등의 식품소재, 의약품, 공업용 재료등에 혼입된 자성체 금속이물을 검지하는 분야에 이용가능하다.

Claims (23)

1. 포장내의 피검출물로 제조하는 과정에서 혼입된 금속이물을 검지하기위하여 상기 피검출물을 반송로에 의해 반송하는 반송공정과,

   상기 반송로도중에 설치되어 코어에 도선을 감은 구성의 코일을 가진 검출부에 의하여 자계를 발생시켜서 상기 피검출물에 혼입된 금속이물을 검출하기 위한 금속이물검출공정

   으로 이루어진 금속이물검지방법에 있어서,

   상기 코일에 전압을 인가(印加) 또는 전류를 공급함으로써 미소자계를 발생시켜, 상기 미소자계에 응답한 상기 금속이물로부터의 검출자계를 상기 코일의 검출전압 또는 검출전류로서 검출하여 검출신호를 출력하는 검출신호출력공정과,

   상기 검출신호를 해석하여 상기 금속이물을 식별하기 위하여 신호를 해석하는 신호해석공정으로 이루어지고,

   상기 미소자계는, 상기 코일에 인가되는 상기 전압 또는 공급되는 상기 전류가 미소(微少)하고, 동시에 상기 코일을 구성하는 상기 코어의 자화(B-H)특성중, 상기 자화특성을 나타내는 자속밀도(B)와 자계(H)가 0부근의 미소한 값인 비선형부분을 이용한 것이며,

   상기 전류 또는 전압이 수백 Hz에서 수십 kHz의 주파수이며, 상기 금속이물이 상기 코일의 부근을 통과할 때 상기 주파수가 변하는 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 검출부는, 상기 금속이물로부터의 상기 검출자계는 상기 미소자계에 영향을 주어 상기 코일에 인가된 상기 전압과 또는 상기 코일을 흐르는 상기 전류가 변하여 상기 검출신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 피검출물은 도전성 재료로 제작된 포장을 가지며,

   상기 미소자계에 의한 상기 도전성 재료의 와전류는, 상기 코일을 흐르는 전압 또는 전류에 실질적으로 영향을 주지 못하는 정도의 작은 와전류인 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
4. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 신호해석공정은, 상기 검출신호를 상기 코일에 상기 미소자계를 발생시킨 교류여자전원을 위상반전시킨 위상반전신호와 상기 검출신호의 합을 취함으로써 상기 검출신호중의 상기 교류여자전원에 의한 신호를 소거하여,

   일정 한계치이상의 신호를 골라냄으로써 상기 검출신호중의 상기 피검출물에 의한 자계신호를 분리하는 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
5. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 금속이물검출공정은 제1검출공정과 제2검출공정으로 이루어지고,

   상기 피검출물이 상기 제1검출공정을 통과한 후에 상기 제2검출공정을 통과하도록 상기 제1검출공정과 상기 제2검출공정이 배치되고,

   상기 제1검출공정과 상기 제2검출공정에 의해 동시에 검출된 상기 검출신호를 상기 신호해석공정에 의하여 소거하는 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
6. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 금속이물검출공정 전에, 상기 반송로중에 자석요소로 구성되어, 상기 금속이물을 자화(磁化)하는 자석부스터에 의한 자화공정을 가진 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
7. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 포장은 상자성체 또는 반자성체의 금속인 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
8. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 금속이물은 오스테나이트계 스테인레스강 또는 말텐사이트계 스테인레스강의 스테인레스강 재료인 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
9. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 검출부는,

   제1코일과 제2코일을 가지며,

   상기 제1코일을 포함한 발진회로인 제1회로와, 상기 제2코일을 포함한 발진회로인 제2회로로 이루어지고,

   상기 제1회로와 상기 제2회로는 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
10. 제 6항에 있어서, 상기 자석부스터는, 상기 반송로를 사이에 두고 대향한 위치에 배치되어 있는 적어도 2개의 구성부로 구성되고,

    상기 2개의 구성부를 구성하고 있는 각각의 상기 자석요소는 동일한 자극(磁極)을 상기 반송로를 향하게하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
11. 제 9항에 있어서, 상기 피검출물의 한 면을 검출하는 상기 제1코일과, 상기 한 면과 대향한 상기 피검출물의 다른 면을 검출하는 상기 제2코일은, 상기 피검출물의 진행방향에 대하여 소정의 각도로 배치되고,

    상기 제1코일과 제2코일이 소정 각도를 가지고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속이물검지방법.
12. 포장내의 피검출물로 제조하는 과정에서 혼입된 금속이물을 검지하기위하여 상기 피검출물을 반송하기위한 반송로를 가진 반송수단과,

    상기 반송로의 도중에 설치되어 코어에 도선을 감은 구성의 코일을 가진 검출부에 의하여 자계를 발생시켜서 상기 피검출물에 혼입된 금속이물을 검출하기위한 금속이물검출수단

    으로 이루어진 금속이물검지장치에 있어서,

    상기 코일에 전압을 인가 또는 전류를 공급함으로써 미소자계를 발행시켜서 상기 미소자계에 응답한 상기 금속이물로부터의 검출자계를 상기 코일의 검출전압 또는 검출전류로서 검출하여 검출신호를 출력하는 검출신호출력수단과,

    상기 검출신호를 해석하여 상기 금속이물을 식별하는 신호해석에 의한 신호해석수단을 가지고,

    상기 미소자계는, 상기 코일에 인가되는 상기 전압 또는 공급되는 상기 전류가 미소하고, 동시에 상기 코일을 구성하는 상기 코어의 자화(B-H)특성중, 상기 자화특성을 나타내는 자속밀도(B)와 자계(H)가 0부근의 미소한 값인 비선형부분을 이용한 것이며,

    상기 코일에 흐르는 전류 또는 전압이 수백 Hz에서 수십 kHz의 주파수이며, 상기 금속이물이 상기 코일의 부근을 통과할 때 상기 주파수가 변하는 것을 특징으로 하는 금속이물검지장치.
13. 제 12항에 있어서, 상기 검출부는, 상기 금속이물로부터의 상기 검출자계는 상기 미소자계에 영향을 주어서 상기 코일에 인가된 상기 전압 또는 상기 코일을 흐르는 상기 전류가 변하여, 상기 검출신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 금속이물검지장치.
14. 제 12항 또는 13항에 있어서, 상기 피검출물은 도전성 재료로 제작된 포장이고,

    상기 미소자계에 의한 상기 도전성 재료의 와전류는, 상기 코일을 흐르는 전압 또는 전류에 실질적으로 영향을 주지못하는 정도의 작은 와전류인 것을 특징으로 하는 금속이물검지장치.
15. 제 12항 또는 13항에 있어서, 상기 신호해석수단은 상기 검출신호를 상기 코일에 상기 미소자계를 발생시킨 교류여자전원을 위상반전시킨 위상반전신호와 상기 검출신호의 합을 취함으로써 상기 검출신호중의 상기 교류여자전원에 의한 신호를 소거하여

    일정 한계치이상의 신호를 골라냄으로써 상기 검출신호중의 상기 피검출물에 의한 자계신호를 분리하는 것을 특징으로 하는 금속이물검지장치.
16. 제 12항 또는 13항에 있어서, 상기 금속이물검출수단은 제1검출수단과 제2검출수단으로 이루어지고,

    상기 피검출물이 상기 제1검출수단을 통과한 후에 상기 제2검출수단을 통과하도록 상기 제1검출수단과 상기 제2검출수단이 배치되고,

    상기 제1검출수단과 상기 제2검출수단에 의하여 동시에 검출된 상기 검출신호를 상기 신호해석수단에 의하여 소거하는 것을 특징으로 하는 금속이물검지장치.
17. 제 12항 또는 13항에 있어서, 상기 금속이물검출수단 앞에, 상기 반송로중에 자석요소로 구성되는 자석부스터가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속이물검지장치.
18. 제 12항 또는 13항에 있어서, 상기 포장은 상자성체 또는 반자성체의 금속인 것을 특징으로 하는 금속이물검지장치.
19. 제 17항에 있어서, 상기 자석부스터는

    상기 반송로를 사이에 두고 대향한 위치에 배치되어 있는 적어도 2개의 구성부로 구성되며 상기 2개의 구성부를 구성하고 있는 각각의 상기 자석요소는 동일한 자극을 상기 반송로를 향하게 하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속이물검지장치.
20. 제 12항 또는 13항에 있어서, 상기 검출부는

    제1코일과 제2코일을 가지고,

    상기 제1코일을 포함한 발진회로인 제1회로와, 상기 제2코일을 포함한 발진회로인 제2회로로 이루어지고,

    상기 제1회로와 상기 제2회로는 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 금속이물검지장치.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 피검출물의 한 면을 검출하는 상기 제1코일과, 상기 한 면과 대향한 상기 피검출물의 다른 면을 검출하는 상기 제2코일은, 상기 피검출물의 진행방향에 대하여 소정의 각도로 배치되고,

    상기 제1코일과 상기 제2코일이 소정의 각도를 가지고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속이물검지장치.
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