종래의 식품검사에 사용되는 금속검출장치는 일반적으로 X축 또는 Z축 방향 중 어느 1축 방향에만 금속 감지기를 설치하여 식품내부의 금속물체 존재 위치와 긴 금속물체인 경우 놓인 방향에 따라 검출 감도가 달라, 예를들어 바늘과 같은 가늘고 길다란 금속의 경우 금속감지기의 안테나코일과 같은 방향으로 배치된 경우에서 수신감도가 낮아 식품 내부에 잔류하는 금속 물체가 검출되지 않는 경우가 있었다.
이와 같은 종래 금속검출장치에서의 금속검출 방식은 크게 두 가지 방식으로 분류할 수 있는데, 첫 번째 방식으로는 금속검출 송신 및 수신 안테나코일을 X축 방향으로 설치하는 분리형 금속감지코일 설치 방식으로, 이 방식은 루프형 송신기 안테나코일을 상부 또는 하부에 설치하고 루프형 수신기 안테나코일을 그 반대편에 설치하는 구조이다. 이러한 방식은 루프형 안테나코일의 중심 부분에 해당하는 지점에서는 감도가 좋지만 루프형 안테나코일의 끝 부분에 해당하는 지점에서는 자력선의 밀도가 감소하여 감도가 저하되는 단점이 있었다.
두 번째 방식으로는 금속검출 송신 및 수신 루프형 안테나코일을 Z축 방향으로 설치하는 폐쇄형 금속감지코일 설치 방식이다. 이 방식은 폐쇄형 송신기 루프형 안테나코일을 Z축 방향에 설치하고 2개의 폐쇄형 수신기 루프형 안테나코일을 같은 Z축 방향으로 송신기 안테나코일 양쪽에 설치하는 구조이다. 이러한 방식은 루프형 안테나코일에 가까운 주변에 해당하는 지점에서는 감도가 좋지만 폐쇄형 루프형 안테나코일의 중심 부분으로 갈수록 감도가 약해지는 단점이 있었다.
상기 두 번째 방식의 단점을 개선하기 위하여 본원 발명의 발명자가 등록받은 등록실용신안 제0269923호에는 제 1 및 제 2 금속 검출수단들 사이에서 컨베이어에 의해 이송되는 검사물의 방향으로 직각으로 회전하는 회전수단을 포함하는 금소검출기에 의해 X축과 Z축 방향에서 식품 내 금속을 감지하려는 방식이 있으나, 분체식품과 같이 개별적으로 90도 회전시킬 수 없는 경우에는 적용할 수 없고 90도 회전시키는 기계적 요소 때문에 식품 이송 컨베이어의 이송속도를 높일 수 없는 단점이 있었다.
결국, 종래 기술에 의한 식품내 잔존 금속 이물질의 검출 방식은 XYZ 3축 방향에서 모두 식품 내에 포함된 금속을 검출하기 어려워 검출결과에서 불확실성이 높은 단점이 있었다.
따라서 보다 효율적인 방법으로 식품 내에 포함된 금속 물체를 검출하는 방법이 절실히 필요하게 되었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 식품내 잔존 금속 이물질 검출장치에서의 오류 발생의 문제점을 해결하여 금속검출용 센서 송신 및 수신 안테나코일을 XYZ 3축방향으로 설치하여 식품내 금속 이물질의 위치나 방향에 관계없이 보다 정확하게 금속 이물질을 검출하는 식품내 금속이물질 검출장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 XYZ 3축 방향으로 설치된 3쌍의 센서 코일 간에 혼신을 최소화하면서 식품내 자기장 침투 심도를 균일화 하는 신호처리 방법을 제공함에 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 식품내 금속이물질 검출장치는 검사대상 식품에 전자기장 신호를 송신하는 송신안테나코일과 상기 송신안테나코일에서 발생되어 검사할 식품을 투과하는 신호를 수신하는 수신안테나코일, 상기 송신안테나코일에서 송신된 신호가 검사할 식품을 투과하여 수신된 신호의 변화로부터 식품내 금속물체의 잔존 여부를 판단하는 컴퓨터를 구비하는 식품내 금속 이물질 검출장치에 있어서,
상기 송신 및 수신 안테나코일들은 XYZ 3축의 3개의 송신 및 수신 안테나코일쌍들로 이루어지며,
발진제어기의 제어하에 검사대상 식품에 대응된 주파수를 발진시키는 XYZ 축방향 송신안테나코일들용의 주파수 발진기들과, 발진된 주파수 신호들을 안테나에 충분한 전력으로 공급될 수 있도록 XYZ축 송신안테나 코일들 각각에 제공되는 전력증폭기들, 상기 XYZ 3축의 송신안테나코일들로부터 검사대상 식품에 조사된 신호를 각각 수신하는 XYZ 3축 수신안테나코일들, 상기 수신안테나코일들에 수신된 신호들을 증폭시키는 신호증폭기, 상기 수신안테나코일들에 수신된 신호로부터 XYZ 3축 방향의 신호들을 각각 추출하기 위한 X, Y, Z 축 주파수 대역통과 필터들, 상기 주파수 대역통과 필터들에서 추출된 신호들로부터 XYZ축 각각의 신호들로 복원하는 동기검파기들, 상기 동기검파기들에서 복원된 XYZ축 각각의 신호들을 디지탈신호로 변환하는 아날로그 디지탈 신호변환기들을 포함하는 것을 특징으로 하여 구성된다.
상기 발진제어기는 컴퓨터의 제어하에 Y축 정현파 발진기가 중심주파수 fc 에 해당하는 주파수를 발진하도록 하고, X축 정현파 발진기가 Δf 만큼 ‘-’ 방향으로 이격된 주파수를 발진하도록 하며, 또한 Z축 정현파 발진기(19)는 Δf 만큼 ‘+’ 방향으로 이격된 주파수를 발진하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 XYZ 3축 송신 및 수신 안테나코일쌍들은 X축 방향으로 상하측에 송신안테나코일과 수신안테나코일이 대향되게 설치된 X축 방향 송신 및 수신 안테나코일쌍과, Y축 방향으로 좌우측에 송신안테나코일과 수신안테나코일이 대향되게 설치된 Y축방향 송신 및 수신 안테나코일쌍과, Z축 방향으로 송신안테나코일이 수신안테나코일들 사이에 위치하여 폐쇄형태로 배치된 Z축 방향 송신 및 수신 안테나코일쌍들로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 식품내 금속 이물질 검출방법은 검사대상 식품이 진행하는 동안 송신부의 송신안테나코일에서 송출된 주파수 신호를 수신부의 수신안테나코일에서 수신하여 증폭기에서 신호를 증폭하여 아날로그신호를 디지탈신호로 변환한 다음, 수신된 신호의 변화로부터 식품내 금속 물체의 잔존 여부를 컴퓨터에서 판단하는 식품내 금속 이물질 검출방법에 있어서, X축 방향으로 상하측에 대향되게 설치된 X축방향 송신 및 수신 안테나코일과, Y축 방향으로 좌우측에 대향되게 설치된 송신 및 수신 안테나코일 및 Z축 방향으로 폐쇄형으로 설치된 송신 및 수신 안테나코일들에서 XYZ 3축 방향으로 각각 미리 설정된 상이한 주파수의 정현파 주파수 신호들을 발진시켜 검사대상 식품에 송출하고, 식품을 투과한 신호를 수신하며, 상기 XYZ 3축방향의 수신안테나코일들에서 수신된 각각의 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 신호들을 주파수대역통과 필터들을 통해 상기 XYZ 3축의 발진된 주파수에 동조하는 주파수를 추출하고, 동기검파기를 통해 XYZ 3축 방향의 신호들로 복원하여 아날로그 디지탈 변환기로 변환하고, 컴퓨터에서 송신안테나코일에서 송신된 신호와 수신된 신호의 위상차변화를 식품에 따라 미리 입력된 판정 임계값들과 비교하여 식품내 금속물체의 잔존 여부를 판독하는 것을 특징으로 하여 구성된다.
상기 컴퓨터는 XYZ 3축 금속검출기 송신부에서 검사대상 식품의 특성에 맞는 중심 발진주파수를 먼저 선택하고 혼신을 야기시키지 않는 범위 내에서 증가 및 감소하는 방향으로 인접하는 인접주파수 2개를 다음으로 연동하여 선택하여 XYZ 3축 방향으로 설치된 송신안테나코일에 신호를 송출하도록 발진제어기를 제어한다.
상기 발진제어기는 중심주파수 fc 에 해당하는 주파수를 Y축 정현파 발진기가 발진하도록 하고, Δf 만큼 ‘-’ 방향으로 이격된 주파수를 X축 정현파 발진기가 발진하도록 하며, 또한 Z축 정현파 발진기는 Δf 만큼 ‘+’ 방향으로 이격된 주파수를 발진하도록 제어한다.
상기 수신부에서는 수신된 신호를 주파수 대역통과 필터를 통해 검사대상 식 품의 특성에 맞는 중심 발진주파수와 증가 및 감소하는 방향으로 인접하는 인접주파수 2개에 연동하여 수신된 신호성분을 선택 추출한다.
본 발명에 따라 식품내 금속 이물질 검출장치는 검사대상 식품을 기준으로 한 공간에서 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 각각 금속검출기를 설치하여 종래의 XYZ 축 중 어느 1축 방향에만 금속검출기를 사용하는 경우 검사대상 식품 내에 존재하는 이물질인 금속물체의 놓인 위치나 방향에 따라 검출되지 않고 통과될 오류발생을 낮추고, XYZ 3축 중 어느 방향으로 금속 이물질이 위치하더라도 검출 사각지대가 없이 금속 이물질을 보다 확실하게 검출할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예를 도시한 참부 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 XYZ 3축 방향 식품내 금속 이물질 검출장치에 사용되는 금속 감지기의 개략적인 구성을 보여주고 있으며, 검사할 식품이 화살표(1)로 표시된 방향으로 진행하면서 XYZ 3축방향 금속검출을 위한 전자기장 신호를 발생하고 식품을 투과한 신호를 수신하기 위한 송신 및 수신 안테나코일 모듈(3,4),(5,6)(7)들을 통과시킨다.
상기 XYZ 3축방향 금속검출장치의 송신 및 수신 안테나코일 모듈의 안테나코일배치가 도 2와 도 3에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 Z축 송신 및 수신 안테나코일 모듈(7)에서 송신안테나코일(9) 양측에 수신안테나코일(10, 11)이 배치되어 구성되어, 금속 이물질이 Z축방향에 직각으로 위치한 경우에 Z축 수신안테나코일들에서 가장 잘 감지된다.
또한, 도 3에 도시된 X축 송신안테나코일모듈(3)의 송신안테나코일(13)이 상측에 배치되고 수신안테나코일(14)이 하측에 배치되거나 또는 그 반대로 상하로 이격되어 배치되어 상기 송신 및 수신 안테나코일들에 대하여 직각 방향으로 위치한 금속 이물질이 가장 잘 감지되며, Y축 송신 및 수신 안테나코일들은 도시되지 않았으나 X축 송신 및 수신 안테나코일들이 수직으로 배치된 구조로 되어 있으며 금속 이물질이 직립 배치된 송신 및 수신 안테나코일들에 대해 직각으로 위치한 경우 가장 잘 감지된다.
이와같이, X, Y, Z축방향으로 각각 송신 및 수신 안테나코일들이 배치되어 있으므로 금속 이물질이 식품내 어떠한 위치에 놓여 있더라도 식품을 회전시키지 않고도 XYZ축 3방향의 송신 및 수신 안테나코일들중 적어도 한 방향의 송신 및 수신 안테나코일들에 의해 감지되므로 식품내 금속 이물질의 위치나 방향에 관계없이 잔존 여부를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
도 4에는 본 발명의 식품내 XYZ 3축 방향 금속 이물질 검출장치에서 상기한 XYZ 3축방향으로 배치된 송신 및 수신 안테나코일들의 신호처리 블록도를 나타내는 것으로 구체적으로 설명하고자 한다.
도면에서 부호(15)는 본 발명의 금속 이물질 검출장치의 전체적인 송신부(15)를 표시하며, 컴퓨터(27)에는 식품별로 검사에 최적의 주파수가 미리 저장되어 있으며, 미리 저장된 식품별 주파수들중에서 해당 검사대상 식품에 대해 최적의 주파수를 선택하고 XYZ 축방향 송신안테나코일들용의 주파수 발진기(17-19)에 해당 최적의 주파수가 발진되도록 컴퓨터에 의해 제어된다.
상기 컴퓨터는 XYZ 3축 금속검출기 송신부에서 검사대상 식품의 특성에 맞는 중심 발진주파수를 먼저 선택하고 혼신을 일으키지 않는 범위 내에서 증가 및 감소하는 방향으로 인접하는 인접주파수 2개를 다음으로 연동하여 선택하여 XYZ 3축 방향으로 설치된 송신안테나코일에 신호를 송출하도록 발진제어기(16)를 제어한다.
즉, 중심주파수 fc 에 해당하는 주파수를 Y축 정현파 발진기(18)가 발진하도록 하고, Δf 만큼 ‘-’ 방향으로 이격된 주파수를 X축 정현파 발진기(17)가 발진하도록 하며, 또한 Z축 정현파 발진기(19)는 Δf 만큼 ‘+’ 방향으로 이격된 주파수를 발진하도록 한다.
이렇게 발진된 주파수 신호들을 안테나에 충분한 전력으로 공급될 수 있도록 X축 송신안테나 코일(23)에는 X축 전력증폭기(20)가, Y축 송신안테나 코일(24)에는 Y축 전력증폭기(21)가, Z축 송신안테나 코일(25)에는 Z축 전력증폭기(22)가 각각 제공된다.
XYZ 3축 금속검출장치에서 상기한 송신부(15)에서 발진된 주파수의 신호에 대한 응답신호를 수신하는 수신부(26)에서는 X축 송신 안테나 코일(23)에서 송출된 정현파 신호를 X축 수신 안테나 코일(28)에서 수신하고, Y축 송신 안테나 코일(24)에서 송출된 정현파 신호를 Y축 수신 안테나 코일(29)에서 수신하고, Z축 송신 안테나 코일(25)에서 송출된 정현파 신호를 Z축 수신 안테나 코일(30)에서 수신하게 된다.
상기 수신안테나 코일들(28-30)에서 수신된 신호들은 검사대상 식품의 특성에 맞는 중심 발진주파수와 증가 및 감소하는 방향으로 인접하는 인접주파수 2개에 연동하여 수신된 신호성분을 선택 추출하는 주파수 대역통과필터 방식을 사용한다.
즉, 신호증폭기(31-33)에서 각각 증폭된 후, X축 신호는 fc-Δf 주파수에 동조하는 X축 주파수 대역통과 필터(34)에서 추출되고, Y축 신호는 fc 주파수에 동조하는 Y축 주파수 대역통과 필터(35)에서 추출되고, Z축 신호는 fc+Δf 주파수에 동조하는 Z축 주파수 대역통과 필터(36)에서 추출된다. 이와같이 잡음 및 간섭 주파수 성분이 제거된 신호들은 X축 신호는 X축 동기검파기(37)에서, Y축 신호는 Y축 동기검파기(38)에서, Z축 신호는 Z축 동기검파기(39)에서 각각 복원된다.
이렇게 복원된 XYZ 3축 신호들은 아나로그 디지털 신호변환기(40)에서 디지털 신호로 변환된 후 컴퓨터(27)로 입력되어 미리 프로그램된 바에 따라 각 XYZ 축 수신기들에 감지된 금속 이물질에 의한 신호변화량, 금속의 이물질이 존재하는 경우 송신된 신호와 동일 위상을 갖는 수신된 신호의 강도가 감쇠되므로 그 감쇠되는 정도를 분석하여 금속물체 존재 여부를 판정하게 된다.
상기의 구성에서 컴퓨터(27)는 검사 대상 식품 종류에 따라 감지능력이 최대가 되도록 발진시 중심주파수 fc 를 선정하여 발진제어기(16)에 통보하고 발진제어기(16)는 혼신을 야기시키지 않으면서 근소한 주파수차 Δf 만큼 인접한 주파수인 fc-Δf, fc, fc+Δf 를 발진하도록 XYZ 3축 발진기들(17-19)에 명령을 내리게 된다.
또한 컴퓨터(27)는 아나로그 디지털 신호변환기(40)에서 디지털 신호로 변환된 신호들을 분석하여 XYZ 3축 금속검출기들의 감도 특성과 검사대상 식품들의 특성에 맞추어 미리 입력 저장된 금속존재 판별 임계값과 비교하여 이를 초과한 신호 들에 대하여 금속물체 함유 식품제거 또는 금속물체 제거 출력신호(41)를 발령하게 된다.
즉, 본 발명에 의한 XYZ 3축 금속검출기는 검사대상 식품 내에 포함된 이물질인 금속물체들의 놓인 위치나 방향에 관계없이 검출할 확률을 높여 주는 것이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.