KR101603092B1

KR101603092B1 - 금속이물 검출장치

Info

Publication number: KR101603092B1
Application number: KR1020150093195A
Authority: KR
Inventors: 라채식
Original assignee: (주)나우시스템즈
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2016-03-14

Abstract

본 발명에 따른 금속이물 검출장치는 피검출물을 반송하는 반송부, 피검출물의 반송 경로 상에 배치되고, 피검출물에 혼입된 금속이물을 자화시키는 자화부, 반송 경로 상에서 자화부의 전단에 배치되어, 피검출물의 전자기 유도에 따른 제1 출력신호를 발생시키는 진입부 센서코일, 반송 경로 상에서 자화부의 후단에 배치되어, 자화부를 통과한 피검출물의 전자기 유도에 따른 제2 출력신호를 발생시키는 검출부 센서코일 및 제1 출력신호와 제2 출력신호를 비교하여 금속이물의 혼입 여부를 판단하는 제어부를 포함한다. 이에 의하여, 금속이물의 검출을 용이하게 하는 동시에, 포장재와 금속이물을 구분할 수 있고, 진동 혹은 충격시 금속이물 검출의 오동작을 해소하고, 나아가, 시간차를 둔 진동이나 충격이 가해지는 경우에도 금속이물 검출의 신뢰성을 보장할 수 있게 된다.

Description

금속이물 검출장치{APPARATUS FOR IDENTIFYING METALLIC FOREIGN COMPONENTS}

본 발명은 금속이물 검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 식품 내에 혼입된 금속이물의 검출 감도를 향상시킨 금속이물 검출장치에 관한 것이다.

금속이물 검출장치는 식품 내에 혼입된 금속이물을 검출하는 장치로서, 엑스레이나 레이저 등을 이용한 광학적 검출 방식과 전자기 유도를 이용한 전자기적 검출 방식을 주로 이용한다. 이 중 전자기 유도를 이용한 검출 방식은 발신부 코일과 수신부 코일로 형성된 검출 센서에 전류 또는 전압을 인가하여 자기장을 형성시키고, 형성된 자기장 내로 금속이물이 이동하면서 생성되는 교란 신호에 의해, 금속이물의 혼입 여부를 검출한다.

패러데이의 전자기 유도법칙은 ε=-N(dΦ/dt)(단위:V)의 공식으로 일반화되며, 유도기전력(ε)은 코일의 감은 횟수 및 시간에 따른 자속(Φ)의 변화율에 비례한다. 이때, 금속이물의 움직임에 의해 생성되는 신호를 용이하게 검출하려면, 코일의 감은 횟수는 불변하기 때문에, 자기장을 통과하는 금속이물의 이동속도를 높이거나, 금속이물의 자화 정도를 상승시켜야 한다. 다만, 금속이물의 이동속도는 컨베이어 벨트의 반송속도에 의존적이므로, 금속이물의 이동속도를 높이는 데 실질적인 한계가 있다. 따라서, 종래의 금속이물 검출장치는 주로 금속이물을 자화시켜 신호를 센싱하는 방법으로 검출 감도를 향상시켰다.

그럼에도, 금속이물을 자화시키는 방법만으로 해결되지 못하는 문제가 존재했다. 식품 내에는 제거되어야 할 금속이물뿐만 아니라, 식품을 보호하기 위한 포장재도 혼재되어 있고, 이들 포장재는 주로 알루미늄 등이 혼합된 소재를 이용하기 때문에 자화가 이루어진다. 그 결과, 종래의 검출장치는 자화된 포장재에 의해 생성된 신호 때문에, 포장재에 싸인 식품에 금속이물이 존재하지 않음에도 불구하고, 금속이물이 혼입된 것으로 분류해버리는 문제점이 있었다.

(관련문헌)

한국등록특허 제10-1046946호(등록일: 2011년6월30일)

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 금속이물의 검출을 용이하게 하는 동시에, 포장재와 금속이물을 구분할 수 있는 금속이물 검출장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 진동 혹은 충격시 금속이물 검출의 오동작을 해소하고, 나아가, 시간차를 둔 진동이나 충격이 가해지는 경우에도 금속이물 검출의 신뢰성을 보장할 수 있는 금속이물 검출장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속이물 검출장치는, 피검출물을 반송하는 반송부; 상기 피검출물의 반송 경로 상에 배치되고, 상기 피검출물에 혼입된 금속이물을 자화시키는 자화부; 상기 반송 경로 상에서 상기 자화부의 전단에 배치되어, 상기 피검출물의 전자기 유도에 따른 제1 출력신호를 발생시키는 진입부 센서코일; 상기 반송 경로 상에서 상기 자화부의 후단에 배치되어, 상기 자화부를 통과한 상기 피검출물의 전자기 유도에 따른 제2 출력신호를 발생시키는 검출부 센서코일; 및 상기 제1 출력신호와 상기 제2 출력신호를 비교하여 금속이물의 혼입 여부를 판단하는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 진동 또는 충격시의 신호 패턴을 적어도 하나 저장하는 신호 패턴 저장부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 출력신호 또는 상기 제2 출력신호의 패턴이 상기 저장부에 저장된 신호 패턴과 일치하는 경우, 상기 제1 출력신호 또는 상기 제2 출력신호에서 상기 일치하는 패턴의 신호를 필터링한 뒤, 금속이물의 혼입 여부를 판단할 수 있다.

그리고, 상기 제1 출력신호 및 제2 출력신호를 증폭하는 적어도 하나의 증폭기; 상기 증폭기에 의해 증폭된 상기 제1 출력신호 및 제2 출력신호에서 노이즈를 필터링하는 적어도 하나의 필터; 및 상기 적어도 하나의 필터를 통과한 신호를 디지털 신호로 변환하는 적어도 하나의 컨버터;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 출력신호 및 상기 제2 출력신호에 기초하여, 상기 피검출물에 혼입된 물질이 포장재인지 금속이물인지를 판별할 수 있다.

그리고, 상기 제1 출력신호 및 상기 제2 출력신호의 패턴을 시각적으로 표시하거나, 금속이물 또는 포장재의 혼입 여부를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 표시부;를 더 포함할 수 있다.

상기 구성에 따른 금속이물 검출장치에 의하면, 금속이물의 검출을 용이하게 하는 동시에, 포장재와 금속이물을 구분할 수 있고, 진동 혹은 충격시 금속이물 검출의 오동작을 해소하고, 나아가, 시간차를 둔 진동이나 충격이 가해지는 경우에도 금속이물 검출의 신뢰성을 보장할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속이물 검출장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속이물 검출장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 금속이물 검출장치의 검출 방식을 시간적 순서에 따라 도식적으로 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속이물 검출장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.

첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.

구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.

또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.

그리고, 첨부 도면에 도시된 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 즉, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속이물 검출장치의 사시도이다. 도 1에 도시된 금속이물 검출장치는 반송부(100), 진입부 센서코일(120), 자화부(110) 및 검출부 센서코일(125)로 구성되며, 이들의 동작을 제어하는 제어부(미도시)가 구비된다.

반송부(100)는 피검출물(10)을 기설정된 방향으로 반송하는 기능을 가지며, 컨베이어 벨트 등의 기계적 장치일 수 있다. 도 1에서, 반송부(100)에 놓인 피검출물(10)은 화살표 방향으로 반송된다. 반송부(100)를 구동시키는 모터(미도시)의 회전속도는 반송부(100)의 반송속도를 결정하고, 피검출물(10)의 이동속도는 반송부(100)를 구동시키는 모터(미도시)의 회전속도에 의해 결정된다. 후술할 제어부(미도시)는 모터(미도시)의 회전속도를 제어하여, 반송부(100)에 놓인 피검출물(10)의 이동속도를 조절한다. 여기서, 피검출물(10)은 식품, 의류 등일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

자화부(110)는 피검출물(10)의 반송 경로 상의 소정 위치에 구비되며, 진입부 센서코일(120)은 반송 경로에서 자화부(110)의 전단에 구비되고, 검출부 센서코일(125)은 반송 경로에서 자화부(110)의 후단에 구비된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 반송부(100)의 반송 방향을 따라 진입부 센서코일(120), 자화부(110) 및 검출부 센서코일(125)이 소정 간격을 두고 배치된다. 피검출물(10)은 반송부(100)의 반송 경로를 따라 진입부 센서코일(120), 자화부(110) 및 검출부 센서코일(125)을 통과하게 된다.

자화부(110)은 피검출물(10)에 혼입되어 있을 수 있는 금속이물을 자화시키는 역할을 한다. 자화부(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반송부(100)가 통과하는 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖고 반송부(100)를 둘러싼다. 자화부(110)는 상부에 구비된 상부 자화부(110u)과 하부에 구비된 하부 자화부(110d)을 포함하며, 상·하부 자화부(110u,110d)는 강자석으로 이루어져, 그 사이를 지나는 피검출물(10) 내의 금속이물을 자화시킨다. 물론, 자화부(100)는 금속물질 등을 자화시킬 수 있다면, 강자석 이외의 어떠한 구성으로 이루어져도 무방하다.

피검출물(10)에 혼입된 금속이물이 자화부(110)를 통과하면서 자화되면, 이후 통과하게 되는 검출부 센서코일(125)에서의 검출감도가 높아질 수 있다.

구체적으로, 패러데이의 전자기 유도법칙은 ε=-N(dΦ/dt)(단위:V)의 공식으로 일반화되며, 유도기전력(ε)은 코일의 감은 횟수 및 시간에 따른 자속(Φ)의 변화율에 비례하는데, 이때, 피검출물(10) 내에 혼입된 금속이물이 자화되면, 생성되는 유도기전력의 크기가 커지므로, 검출부 센서코일(125)에서의 검출감도가 향상될 수 있다.

또한, 제어부(미도시)는 반송부(100)의 이동속도를 높여 자속 밀도의 변화율을 높임으로써 검출부 센서코일(125)에서의 검출감도를 향상시킬 수도 있다.

진입부 센서코일(120)은 반송부(100)가 통과하는 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖고 반송부(100)를 둘러싼다. 진입부 센서코일(120)은 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d)을 포함한다. 진입부 상부 센서코일(120u)은 자계(magnetic field)를 발생시키는 기능을 하고, 진입부 하부 센서코일(120d)은 이를 수신하는 기능을 한다. 진입부 상부 센서코일(120u)이 생성한 자계에 의하여 큰 자속이 발생되고, 피검출물(10) 내의 금속이물의 자속이 변화하면서 생기는 유도기전력 신호를 진입부 하부 센서코일(120d)이 센싱함으로써, 피검출물(10) 내에 금속이물이 혼입되었는지 검출할 수 있다.

진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d)은 철심에 동선(copper wire)을 감은 구조로서, 진입부 상부 센서코일(120u)의 일단은 진입부 하부 센서코일(120d)의 일단과 연결되어 있고, 유도기전력 신호를 센싱한 진입부 하부 센서코일(120d)의 타단은 후술할 제1 증폭기(미도시)에 연결될 수 있다.

검출부 센서코일(125)은 반송부(100)가 통과하는 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖고 반송부(100)를 둘러싼다. 검출부 센서코일(125)은 검출부 상부 센서코일(125u)과 검출부 하부 센서코일(125d)을 포함한다. 검출부 상부 센서코일(125u)은 자계를 발생시키는 기능을 하고, 검출부 하부 센서코일(125d)은 이를 수신하는 기능을 한다. 검출부 상부 센서코일(125u)이 생성한 자계에 의하여 큰 자속이 발생되고, 피검출물(10) 내의 금속이물의 자속이 변화하면서 생기는 유도기전력 신호를 검출부 하부 센서코일(125d)이 센싱함으로써, 피검출물(10) 내에 금속이물이 혼입되었는지 검출할 수 있다. 이는 위에서 설명한 진입부 센서코일(120)과 동일하다.

하지만, 검출부 하부 센서코일(125d)에서 수신된 유도기전력 신호는, 자화부(110)에 의해서 자화된 금속이물에 의해서 생성되는 신호이기 때문에, 진입부 하부 센서코일(120d)에서 수신된 유도기전력 신호와 서로 상이하다. 이렇게 상이한 신호에 의해서, 본 발명에 따른 금속이물 검출장치는 피검출물(10) 내의 금속이물과 포장재 등을 구별해낼 수 있게 된다. 이와 관련해서는, 도 3a 내지 도 3d를 참조하면서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

또한, 진입부 센서코일(120)과 검출부 센서코일(125)이 소정 간격(L) 이격되어 있기 때문에, 진입부 센서코일(120)을 통과한 피검출물(10)이 이동하면서 진동 혹은 충격이 생기면, 검출부 센서코일(125)에서 수신되는 유도기전력 신호에 차이가 생길 수도 있다. 이 경우, 금속이물 검출의 신뢰성을 확보하기 위해, 기설정된 신호 패턴과 비교하여, 검출된 신호 중 적어도 하나를 필터링할 수 있다. 이와 관련해서는 도 4a 내지 도 4c를 참조하면서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

검출부 상부 센서코일(125u)과 검출부 하부 센서코일(125d)은 철심에 동선(copper wire)을 감은 구조로서, 검출부 상부 센서코일(125u)의 일단은 검출부 하부 센서코일(125d)의 일단과 연결되어 있고, 자화된 금속이물로부터 유도기전력 신호를 센싱한 검출부 하부 센서코일(125d)의 타단은 후술할 제2 증폭기(미도시)에 연결될 수 있다.

위의 설명에서, 자화부(110) 및 진입·검출부 센서코일(120,125)은 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖는 것으로 설명했지만, 이와 다른 형상(예를 들어, 원통형)을 가져도 무방하다. 즉, 반송부(100)의 상부와 하부에 서로 이격된 별개의 구성일 수 있다. 즉, 상부자석(110u)과 하부자석(110d), 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d), 검출부 상부 센서코일(125u)과 검출부 하부 센서코일(125d)을 각각 별개의 구성으로 구현하되, 서로 적절한 방식으로 연결하고, 반송부(100)의 상·하부에 배치할 수 있다.

도 1에서는 발명의 이해를 돕기 위해, 본 발명에 따른 금속이물 검출장치의 구성을 단순화해서 도시했지만, 도시된 구성 외에도, 반송부(100)를 구동하기 위한 모터(미도시)나, 제어부(130) 등을 비롯한 각 요소에 구동전력을 공급하기 위한 전원공급부(미도시) 등 금속이물 검출장치를 구동시키기 위한 요소들이 부가될 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속이물 검출장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속이물 검출장치는, 반송부(100), 자화부(110), 진입부 센서코일(120)과 검출부 센서코일(125), 상기 구성을 제어하면서 피검출물(10) 내의 금속이물 혼입 여부를 판단하는 제어부(130)를 포함한다.

제어부(130)는 적어도 증폭기(131-1,131-2), 필터(132-1,132-2), 컨버터(133-1,133-2), MCU(134), 저장부(135), 입력부(136) 및 표시부(137)를 포함할 수 있다. 다만, 다른 실시예에서는, 각 구성이 별개의 구성으로 구현될 수 있고, 일부 구성만 별개의 구성으로 구현될 수 있다.

반송부(100), 자화부(110), 진입부 센서코일(120) 및 검출부 센서코일(125)의 기능 및 구조에 대해서는 위의 설명으로 갈음하고, 도 2와 관련해서는, 제어부(130)의 구성, 기능 및 작용을 위주로 설명하기로 한다.

진입부 센서코일(120)에서 센싱한 제1 출력신호는 제1 증폭기(131-1)로 전달된다. 이때, 제1 증폭기(131-1)는 단일 OP-AMP 혹은 복수의 OP-AMP가 연결된 형태로 구성될 수 있다. 제1 증폭기(131-1)에 의해 증폭된 제1 출력신호는 제1 필터(132-1)를 거치면서, 소정 주파수에 해당하는 노이즈(noise)가 제거되고, 이때, 제1 필터(132-1)는 특정 주파수만을 흡수 감쇠시키는 노치필터(notch filter) 등으로 이루어질 수 있다. 제1 필터(132-1)를 통과한, 노이즈가 감쇠된 제1 출력신호는 제1 컨버터(ADC, analog to digital converter)(133-1)를 거쳐 디지털 신호로 변환되어 MCU(134)로 전달된다.

한편, 검출부 센서코일(125)에서 센싱한 제2 출력신호는 제2 증폭기(131-2)로 전달된다. 이때, 제2 증폭기(131-2)는 단일 OP-AMP 혹은 복수의 OP-AMP가 연결된 형태로 구성될 수 있다. 제2 증폭기(131-2)에 의해 증폭된 제2 출력신호는 제2 필터(132-2)를 거치면서, 소정 주파수에 해당하는 노이즈(noise)가 제거되고, 이때, 제2 필터(132-2)는 특정 주파수만을 흡수 감쇠시키는 노치필터(notch filter) 등으로 이루어질 수 있다. 제2 필터(132-2)를 통과한, 노이즈가 감쇠된 제2 출력신호는 제2 컨버터(ADC, analog to digital converter)(133-2)를 거쳐 디지털 신호로 변환되어 MCU(134)로 전달된다.

본 실시예에서는, MCU(134)는 디지털 신호로 변환된 제1 출력신호 및 제2 출력신호를 수신하지만, 다른 실시예에서는, 제1 컨버터(133-1) 및 제2 컨버터(133-2)의 구성이 생략되거나, 달리 배치되어, 제1 필터(132-1)와 제2 필터(132-2)를 통과한 아날로그 신호를 그대로 수신할 수도 있다.

MCU(134)는 제1 출력신호 및 제2 출력신호의 패턴을 비교하여, 포장재 등에 의한 신호가 검출된 것인지, 금속이물이 혼입된 것인지를 판단할 수 있다.

식품 내에 포장재와 금속이물이 혼입되지 않은 경우라면, 제1 출력신호와 제2 출력신호가 발생하지 않으므로, MCU(134)는 제1 출력신호와 제2 출력신호가 검출되지 않으면, 식품 내에 포장재나 금속이물이 혼입되지 않은 것으로 판단한다.

다만, 식품 내에 알루미늄(Al)이나 알루미늄을 포함하는 소재로 이루어진 포장재가 혼입되어 있으면, 포장재가 진입부 센서코일(120)을 통과하면서 제1 출력신호를 생성하며, 이는 진입부 센서코일(120)에 의해 센싱된다.

알루미늄은 상자성체로서 자기장 내에서 약하게 자화되며, 자기장이 제거되면 자성을 잃게 되는 물질이다. 따라서, 순수 알루미늄 혹은 혼합 알루미늄 소재로 이루어진 포장재는 자화부(110)에 의해 자화되기 어렵고(자화되어도 미비한 수준이고), 자화부(110)를 벗어나면 자성을 잃게 된다.

따라서, 포장재가 자화부(110)를 통과하더라도, 자화부(110)를 통과하기 전의 포장재의 자성과 다를 바 없기 때문에, 포장재가 검출부 센서코일(125)을 지나면서 생성하는 제2 출력신호도 앞서 검출된 제1 출력신호와 차이가 미소(微小)하다.

MCU(134)는 제1 출력신호 및 제2 출력신호 각각이 소정 범위 내의 크기를 갖고, 신호간의 차이가 없거나 매우 미세한 경우, 피검출물(10) 내에는 금속이물이 혼입되지 않고, 포장재만 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 이때, 저장부(135)는, 센싱된 신호를 포장재로 인식하기 위한 신호의 크기에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(135)는, 혼입된 물질을 포장재로 판단하기 위한, 제1 출력신호 및 제2 출력신호의 차이에 대한 데이터를 저장할 수 있다.

피검출물(10) 내에 오로지 금속이물만 포함되어 있는 경우, 금속이물은 자화부(110)에 의해 자화가 이루어지므로, 진입부 센서코일(120)에서 센싱된 제1 출력신호와 검출부 센서코일(125)에서 센싱된 제2 출력신호는 그 패턴이 확연히 다르다. 제1 출력신호의 크기에 비해 제2 출력신호의 크기가 훨씬 클 것이다.

즉, MCU(134)는 제1 출력신호와 제2 출력신호가 모두 검출되되, 제2 출력신호의 크기가 임계치를 초과한 경우, 피검출물(10) 내에 금속이물이 혼입된 것으로 판단할 수 있다. 이때, 저장부(135)는, 센싱된 신호를 금속이물로 인식하기 위한 제2 출력신호의 임계치에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(135)는, 혼입된 물질을 금속이물로 판단하기 위한, 제1 출력신호 및 제2 출력신호의 차이에 대한 데이터를 저장할 수 있다.

이때, 피검출물(10) 내에 금속이물 이외에 포장재도 함께 포함된 경우에는, 제1 출력신호와 제2 출력신호가 검출되되, 제2 출력신호의 크기가 제1 출력신호에 비해 매우 크거나, 그 패턴이 확연이 다를 수 있다. 이러한 패턴의 양상, 혹은 제1 출력신호와 제2 출력신호의 차이를 보이면, MCU(134)는 피검출물(10) 내에 금속이물과 포장재가 함께 혼입된 것으로 판단할 수 있다.

위의 설명에 있어서, 신호의 크기는 컨버터를 거치기 전의 아날로그 신호일 수도 있고, 컨버터를 거친 후의 디지털 신호일 수도 있다. 또한, 위에서는 신호의 크기로 설명했지만, 이와 달리, 신호의 패턴, 신호의 주파수, 신호의 진폭, 신호의 위상 등에 기초하여, 제1 출력신호와 제2 출력신호를 비교할 수 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 각 센서코일에서 센싱된 제1 출력신호와 제2 출력신호에 기초하여, 종래의 다양한 방식으로, 이들 신호를 변형, 가공한 후 서로 비교할 수 있을 것이다.

제어부(130)는 진입부 센서코일(120)과 검출부 센서코일(125) 사이의 이격거리(L) 및 반송부(100)의 반송속도에 기초하여, 제1 출력신호와 제2 출력신호를 생성한 피검출물(10)이 동일한 것인지를 판단할 수 있다. 즉, 진입부 센서코일(120)과 검출부 센서코일(125) 사이의 이격거리(L) 및 반송부(100)의 반송속도와, 제1 출력신호와 제2 출력신호가 생성된 타이밍을 비교하여, 제1 출력신호와 제2 출력신호의 생성 주체의 동일성을 파악한 뒤, 양자를 비교함으로써 금속이물과 포장재의 혼입 여부를 판단할 수 있다.

한편, MCU(134)는 피검출물(10) 내에 금속이물이 포함된 것으로 판단하면, 청각적 혹은 시각적인 표시를 통해 사용자에 표시할 수 있다. 표시부(137)는 시각적인 표시를 위한 디스플레이 등의 장치이거나 청각적인 표시를 위한 스피커 등의 장치일 수 있다.

또한, 도 2에서는 입력부(136)와 표시부(137)가 별개의 구성으로 도시되어 있지만, 이와 달리 입력과 출력을 동시에 수행할 수 있는 터치 스크린 등으로 구현되어도 무방하다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 금속이물 검출장치의 검출 방식을 시간적 순서에 따라 도식적으로 나타낸다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 피검출물(10)은 반송부(100)에 의해 소정 속도와 방향으로 반송되며, 반송 방향을 따라 진입부 센서코일(120), 자화부(110), 검출부 센서코일(125)이 이격되어 배치된다. 진입부 센서코일(120)은 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d)로 이루어지고, 자화부(110)는 상부 자화부(110u)와 하부 자화부(110d)로 이루어지며, 검출부 센서코일(125)은 검출부 상부 센서코일(125u)과 검출부 하부 센서코일(125d)로 이루어진다.

도 3b에서, 피검출물(10)이 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d) 사이를 통과하면서 제1 출력신호(P₁)가 센싱된다. 다만, 피검출물(10)에 포장재나 금속이물이 포함되지 않는다면, 제1 출력신호(P₁)는 검출되지 않을 것이다.

이후, 도 3c와 같이, 피검출물(10)이 상·하부 자화부(110u,110d) 사이를 통과한다. 만약, 피검출물(10) 내에 금속이물 혼입되어 있다면, 그 금속이물이 자화되겠지만, 알루미늄 등을 포함하는 포장재가 혼입되어 있다면, 자화가 거의 이루어지지 않을 것이다. 도 3c에서는 자화부(110)를 통과한 피검출물(10)을 빗금으로 표시했다. 위의 설명과 같이, 도 3c의 빗금친 피검출물(10)이라 하여도, 금속이물이 혼입되어 있지 않다면, 자화가 이루어지지 않았거나, 아주 미세한 자화만 이루어진 상태를 나타낼 수 있다.

마지막으로, 도 3d와 같이 피검출물(10)이 검출부 상부 센서코일(125u)과 검출부 하부 센서코일(125d)을 통과하면서, 제2 출력신호(P₂)를 생성한다.

제1 출력신호(P₁)와 제2 출력신호(P₂)는 도 2에 도시된 각 구성에 의해, 증폭 및 필터링 과정을 거쳐, MCU(134)로 전달된다. MCU(134)는 제1 출력신호(P₁)와 제2 출력신호(P₂)의 패턴(크기, 주파수, 진폭, 위상 등)을 비교하여, 피검출물(10)에 혼입된 물질이 포장재인지 금속이물인지를 판단한다.

예를 들어, 제1 출력신호(P₁)가 검출되지 않고 제2 출력신호(P₂)만 검출되는 경우, 피검출물 내에 금속이물이 포함된 것으로 판단하고, 제1 출력신호(P₁)가 검출되되, 제2 출력신호(P₂)와 제1 출력신호(P₁)와의 차이가 소정 임계치를 초과하면 금속이물이 포함된 것으로 판단한다.

반면, 제1 출력신호(P₁)가 검출되었지만 제2 출력신호(P₂)가 제1 출력신호(P₁)와 동일하거나, 제1 출력신호(P₁)와 제2 출력신호(P₂)의 차이가 미세(소정 범위 이내)하다면 금속이물이 아닌 포장재인 것으로 판단한다.

여기서, 제1 출력신호(P₁)와 제2 출력신호(P₂)의 차이에 대한 소정 범위와 소정 임계치는 저장부(135)에 기저장되어 있을 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속이물 검출장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 4a 내지 도 4c는 진입부 센서코일(120)과 검출부 센서코일(125)에 대하여, 동시 혹은 순차적인 진동이나 충격이 가해진 경우를 상정한다.

본 발명에 따른 금속이물 검출장치는, 반송부(100)를 구비하므로, 반송부(100)를 구동시키기 위한 기계적인 요소(예를 들어, 모터) 때문에 진동에 의한 노이즈가 지속적으로 발생한다. 뿐만 아니라, 본 발명에 다른 금속이물 검출장치가, 기타 장치에 의한 작업이 많이 이루어지는 곳에 노출되어 있기 때문에, 불규칙한 충격이나 진동이 가해지는 경우도 적지 않다. 따라서, 진입부 센서코일(120)과 검출부 센서코일(125)에는, 피검출물(10)에 혼입된 금속이물 또는 포장재에 의한 신호뿐만 아니라, 주변 환경에서 유입되는 진동이나 충격에 의한 신호까지 감지해서, 오동작을 일으킬 우려가 있을 수 있다.

본 발명에 따른 금속이물 검출장치는, 오동작 발생시의 신호 패턴을 적어도 하나 저장할 수 있다. 즉, 저장부(135)에는 주기적 혹은 지속적으로 발생하는 진동(예를 들어, 모터 구동시 발생하는 진동), 비주기적으로 발생하는 진동(예를 들어, 작업장에서 발생할 수 있는 충격에 의한 진동)에 대한 신호 패턴(주파수 신호 패턴 등)을 기저장될 수 있다.

작업장에서 발생되는 진동은 대부분 일정한 주파수 패턴을 갖고 있기 때문에, 금속이물 검출장치에서 수신되는 제1 출력신호 또는 제2 출력신호에 미치는 영향도 거의 일정하다. 따라서, 이들 신호 패턴을 분석해서 미리 저장부(135)에 기억시킨 뒤, 금속이물 검출에 이용할 수 있다.

제어부(130)는, 제1 출력신호 또는 제2 출력신호에 저장부(135)에 저장된 신호 패턴이 포함되면, 그 일치하는 패턴의 신호를 필터링한 뒤, 금속이물의 혼입 여부를 판단한다. 이때, 오동작과 관련한 특정 주파수의 노이즈 제거에는 기존의 각종 주파수 필터 등을 이용할 수 있고, 신호 양상에 따라 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다.

도 4a는 본 발명에 따른 금속이물 검출장치에 지속적인 진동이 가해지는 경우를 도시한다. 이때, 반송부(100)에 의해 반송되는 피검출물(10)은 반송부(100)의 진동을 받으면서 이동하게 되고, 각 센서코일(120,125)에도 진동이 가해지므로, 각 센서코일(120,125)은 정상 동작시의 신호(P₁,P₂)와는 다른 패턴을 가지는 신호(PZ₁,PZ₂)를 검출하며, 이는 진동에 의한 노이즈가 포함된 신호이다.

제어부(130)는 각 센서코일(120,125)의 신호 검출시에, 진동이 발생했는지를 판단하고, 진동이 발생했다면 저장부(135)에 저장된 신호 패턴 중 일치하는 패턴이 있는지 확인하고, 일치하는 패턴이 있는 경우 검출된 신호(PZ₁,PZ₂)에서 일치하는 패턴의 주파수를 필터링한 신호(P₁,P₂)에 기초해 금속이물의 존부 또는 혼입된 물질이 금속이물인지 포장재인지를 판단한다. 이때, 본 발명에 따른 금속이물 제어장치는 진동 발생 여부를 검출하기 위한 모듈(센서)과 진동 발생 타이밍을 검출하기 위한 모듈(타이머)를 더 포함할 수 있고, 그 센싱 결과에 기초하여, 제어부(130)는 진동 발생 여부와 타이밍을 확인할 수 있다.

피검출물이 진입부 센서코일(120)에 진입하여, 검출부 센서코일(125)을 통과할 때까지 지속적으로 진동이 가해지는 도 4a의 실시예와 달리, 도 4b와 도 4c는 간헐적(주기적 혹은 비주기적)으로 진동이 가해지는 경우를 나타내는 실시예이다. 이는, 돌발적인 충격이 가해졌을 때에도 동일하게 적용될 수 있다.

도 4b는 피검출물(10)이 진입부 센서코일(120)을 지날 때 진동이나 충격이 가해져서, 정상시와는 다른 제1 출력신호(PZ₁)의 패턴(즉, 진동이나 충격에 의한 노이즈가 포함된 패턴)이 검출된 경우를 나타낸다. 다만, 검출부 센서코일(125)을 지날 때에는 진동이나 충격이 없어 정상시와 동일한 패턴(주파수, 위상 혹은 주파수)의 제2 출력신호(P₂)가 검출된다.

이 경우, 제어부(130)는 진동이나 충격이 발생한 타이밍을 판단하고, 진동이나 충격이 발생했을 때 검출된 신호가 있는 경우(도 4b에서는 PZ₁), 해당 신호(PZ₁)의 패턴과 저장부(135)에 기저장된 신호 패턴을 비교하여, 동일한 패턴이 있으면, 해당 패턴에 대한 주파수 신호를 필터링한 뒤, 필터링된 제1 출력신호(P₁)와 제2 출력신호(P₂)를 비교하여, 금속이물의 혼입 여부 또는 혼입된 물질이 금속이물인지 포장재인지를 판단한다.

한편, 도 4c는 피검출물(10)이 진입부 센서코일(120)을 지날 때에는 진동이나 충격이 없었지만, 검출부 센서코일(125)을 지날 때 진동이나 충격이 가해져서, 정상시와는 다른 패턴의 제2 출력신호(PZ₂)(즉, 진동이나 충격에 의한 노이즈가 포함된 패턴)이 검출된 경우를 나타낸다. 다만, 진입부 센서코일(120)을 지날 때에는 진동이나 충격이 없어 정상시와 동일한 제1 출력신호(P₁)의 패턴이 검출된다.

이 경우, 제어부(130)는 진동이나 충격이 발생한 타이밍을 판단하고, 진동이나 충격이 발생했을 때 검출된 신호가 있는 경우(도 4c에서는 PZ₂), 해당 신호(PZ₂)의 패턴과 저장부(135)에 기저장된 신호 패턴을 비교하여, 동일한 패턴이 있으면, 해당 패턴에 대한 주파수 신호를 필터링한 뒤, 필터링된 신호(P₂)와 제1 출력신호(P₁)를 비교하여, 금속이물의 혼입 여부 또는 혼입된 물질이 금속이물인지 포장재인지를 판단한다.

이와 같은 방식에 의하면, 진동이나 충격이 빈번하게 가해지는 작업장 내에서도, 신뢰성 있는 금속이물 검출이 가능해진다. 즉, 본 발명에 따른 금속이물 검출장치는, 금속이물의 검출이 용이할 뿐만 아니라, 피검출물 내에 혼입된 물질이 금속이물인지 포장재인지 판단할 수 있고, 나아가, 진동이나 충격이 가해지는 경우에도 신뢰성 있게 상기 동작을 수행할 수 있는 기술적 효과를 갖게 된다.

상기 설명에서, 반송부(100)를 사이에 두고 위치하는 하부 구성과 상부 구성은 그 위치가 서로 바뀌어도 동일한 기능을 달성할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위가 각 구성의 위치에 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서는, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 포함하는 특정 실시예의 관점에서 본 발명을 설명했지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 위에서 설명된 발명의 구성에 있어서, 다양한 치환이나 변형을 예측할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 권리범위와 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 구조적이고 기능적인 변조가 다양하게 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상이나 권리범위는 본 명세서에 첨부된 청구범위에 기술된 바와 같이 광범위하게 이해될 수 있을 것이다.

100‥‥‥‥‥‥‥‥‥반송부
110‥‥‥‥‥‥‥‥‥자화부
120‥‥‥‥‥‥‥‥‥진입부 센서코일
125‥‥‥‥‥‥‥‥‥검출부 센서코일
130‥‥‥‥‥‥‥‥‥제어부

Claims

피검출물을 반송하는 반송부;
상기 피검출물의 반송 경로 상에 배치되고, 상기 피검출물에 혼입된 금속이물을 자화시키는 자화부;
상기 반송 경로 상에서 상기 자화부의 전단에 배치되어, 상기 자화부를 통과하지 않은 상기 피검출물의 전자기 유도에 따른 제1 출력신호를 발생시키는 진입부 센서코일;
상기 반송 경로 상에서 상기 자화부의 후단에 배치되어, 상기 자화부를 통과한 상기 피검출물의 전자기 유도에 따른 제2 출력신호를 발생시키는 검출부 센서코일; 및
상기 자화부를 통과하기 전에 생성된 상기 제1 출력신호와, 상기 자화부를 통과한 후에 생성된 상기 제2 출력신호를 비교함으로써, 포장재와 구별하여 금속이물의 혼입 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는 금속이물 검출장치.
제1항에 있어서,
진동 또는 충격시의 신호 패턴을 적어도 하나 저장하는 신호 패턴 저장부;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1 출력신호 또는 상기 제2 출력신호의 패턴이 상기 저장부에 저장된 신호 패턴과 일치하는 경우, 상기 제1 출력신호 또는 상기 제2 출력신호에서 상기 일치하는 패턴의 신호를 필터링한 뒤, 금속이물의 혼입 여부를 판단하는 금속이물 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 출력신호 및 제2 출력신호를 증폭하는 적어도 하나의 증폭기;
상기 증폭기에 의해 증폭된 상기 제1 출력신호 및 제2 출력신호에서 노이즈를 필터링하는 적어도 하나의 필터; 및
상기 적어도 하나의 필터를 통과한 신호를 디지털 신호로 변환하는 적어도 하나의 컨버터;를 더 포함하는 금속이물 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 출력신호 및 상기 제2 출력신호에 기초하여, 상기 피검출물에 혼입된 물질이 포장재인지 금속이물인지를 판별하는, 금속이물 검출장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 출력신호 및 상기 제2 출력신호의 패턴을 시각적으로 표시하거나, 금속이물 또는 포장재의 혼입 여부를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 표시부;를 더 포함하는 금속이물 검출장치.