KR101670427B1 - High sensitive metal detecting apparatus with noise immunity - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속이물 검출기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식품 내에 혼입된 금속이물의 검출 감도가 향상됨과 동시에 외란 신호를 제거할 수 있는 외란에 강인한 고감도 금속검출기에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a high-sensitivity metal detector which is robust against disturbance capable of removing a disturbance signal while improving detection sensitivity of a metal incorporated in a food.
금속이물 검출기는 식품 등의 검사제품 내에 혼입된 금속이물을 검출하는 장치로서, 엑스레이 등을 이용한 광학적 검출 방식과 고주파 자장을 이용한 와전류 방식, 그리고 자화수단으로 자화된 금속이물의 잔류 자기강도를 전자기유도현상으로 동작하는 자기센서로 검출하는 전자기 유도 방식이 있다.The metal-water detector is a device for detecting water mixed with metal in inspection products such as foods. It is composed of an optical detection system using x-rays, an eddy current system using a high frequency magnetic field, and a method in which a metal magnetized by a magnetizing means There is an electromagnetic induction method in which the magnetic field is detected by a magnetic sensor that operates as an electromagnetic induction phenomenon.
본 발명은 자화된 금속이물의 잔류 자기강도를 자기센서로 검출하는 전자기 유도 방식의 금속이물 검출기에 관한 것으로 기술적 배경은 다음과 같다.The present invention relates to an electromagnetic induction type metal-water detector in which a magnetized metal detects the residual magnetic intensity of water with a magnetic sensor, and the technical background thereof is as follows.
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.Faraday's electromagnetic induction law is generalized by the formula of ε = -N (dΦ / dt) (unit: V), and the induced electromotive force (ε) is proportional to the number of turns of the coil and the rate of change of magnetic flux (Φ) with time. At this time, in order to easily detect a signal generated by the movement of water, the number of turns of the coil is unchanged. Therefore, the metal passing through the magnetic field must increase the moving speed of water or the metal must increase the degree of magnetization of water. However, since the moving speed of the metal water depends on the conveying speed of the conveyor belt, there is a practical limit to the metal moving speed of the water. Therefore, the conventional metal-oxide-water detecting device improves the detection sensitivity by a method in which metal is magnetized by water to sense a signal.
또한, 소형의 금속이물이나 금속성분이 미량이라 자기장이 약한 금속이물을 검출하기 위해서는 검출장치의 검출감도를 최대한 향상시켜야 하는데, 검출감도를 민감하게 세팅하면 지구의 자기장 및 설치 환경 내 자기장(전동기, 인버터, 철기구물의 이동 등) 등 검출을 방해하는 외란신호의 현저한 증가로 기기의 잦은 오동작이 문제가 되어 검출장치의 신뢰도가 하락하는 문제가 있었다.In addition, in order to detect water by a metal having a small magnetic field due to a small amount of water or a metal component, it is necessary to improve the detection sensitivity of the detection device as much as possible. When the detection sensitivity is set sensitively, , The inverter, the movement of the iron structure, etc.), the reliability of the detection apparatus is deteriorated due to frequent malfunction of the apparatus due to a significant increase in the disturbance signal.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 식품 내에 혼입된 금속이물의 검출 감도가 향상됨과 동시에 외란 신호를 제거할 수 있는 외란에 강인한 고감도 금속검출기를 제공하는 것을 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the problems of the conventional art, and it is an object of the present invention to provide a highly sensitive metal detector which is robust against disturbance which can remove the disturbance signal while improving the detection sensitivity of metal incorporated into food.
또한, 본 발명은 금속이물의 자기장을 검출하는 자기센서를 다수개로 구성하고, 자기센서를 자기검출부 상에 반송 경로와 일치한 라인 상에 일정 간격을 두고 일렬로 설치하여 센서라인을 형성하는 것으로, 반송 경로를 따라 반송되는 금속이물을 복수개의 자기센서가 시간차를 두고 연속으로 감지하게 하는 것으로 검출 감도를 향상시키는 것을 과제로 한다.According to the present invention, there are provided a plurality of magnetic sensors for detecting the magnetic field of a metal, and the magnetic sensors are arranged in a line on a line coinciding with the conveying path on the magnetic detecting portion, A problem is to improve the detection sensitivity by causing the metal conveyed along the conveying path to continuously sense water and a plurality of magnetic sensors with a time difference therebetween.
또한, 본 발명은 제2센서라인의 자기센서들을 인접한 제1센서라인 상에 설치된 자기센서들과 동일 간격으로 설치하되, 제1센서라인 상에 설치된 센서들의 중간 지점에 대응하여 설치하는 것으로, 각 센서라인들의 간격을 효과적으로 좁혀 금속이물이 검출되지 않는 사각을 최소화 하는 것을 과제로 한다.The magnetic sensor of the second sensor line may be installed at the same interval as the magnetic sensors provided on the adjacent first sensor line so as to correspond to the midpoint of the sensors installed on the first sensor line. It is an object of the present invention to effectively narrow the interval of the sensor lines so as to minimize the square where the metal does not detect water.
또한, 본 발명은 다수개의 자기센서에서 공통적으로 검출되는 신호는 외란으로 판단하는 것으로 각 자기센서에서 외란 신호를 효과적으로 제거하는 것을 과제로 한다.In addition, the present invention is intended to effectively remove a disturbance signal from each magnetic sensor by determining signals commonly detected by a plurality of magnetic sensors as disturbance.
또한, 본 발명은 각 센서라인에 포함된 자기센서들의 각 신호 값의 시간축을 동기화 시키는 것으로 금속이물의 자기장 신호가 증폭되게 하여 보다 명확하게 금속이물을 식별할 수 있게 하는 것을 과제로 한다.Further, the present invention aims at synchronizing the time axis of each signal value of the magnetic sensors included in each sensor line, thereby enabling the metal to amplify the magnetic field signal of the water so that the metal can more clearly identify the water.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 외란에 강인한 고감도 금속검출기는 피검출물을 반송하는 반송부와, 상기 피검출물의 반송 경로 상에 배치되고, 상기 피검출물에 혼입된 금속이물을 자화시키는 자화부와, 상기 반송 경로 상에서 상기 자화부의 후단에 배치되어, 상기 자화부를 통과한 상기 피검출물의 자기장을 검출하는 다수개의 자기센서를 포함하는 자기검출부와, 상기 자기검출부에서 수신된 자기장의 신호에서 외란 신호를 제거하는 것으로 상기 금속이물의 자기장을 검출한 자기센서의 신호를 식별하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a high-sensitivity metal detector which is robust against disturbance, comprising: a conveying unit for conveying a substance to be detected; and a control unit which is disposed on a conveyance path of the substance to be detected, And a plurality of magnetic sensors disposed at a rear end of the magnetizing unit on the conveying path for detecting a magnetic field of the object to be detected that has passed through the magnetizing unit; And a control unit for identifying a signal of the magnetic sensor in which the metal detects the magnetic field of the water by removing the disturbance signal from the signal.
또한, 상기 자기센서는 자기공진(Fluxgate) 센서인 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the magnetic sensor may be a self-resonant (Fluxgate) sensor.
또한, 상기 자기검출부의 일측에는 복수의 자기센서가 상기 반송 경로와 일치한 라인 상에 일정 간격을 두고 일렬로 설치되어 형성된 제1센서라인과, 복수의 자기센서가 상기 제1센서라인과 나란하게 일정 간격을 두고 일렬로 설치되어 형성된 제2센서라인이 서로 교번하여 다수 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.A first sensor line is formed on one side of the magnetic detection unit and is provided with a plurality of magnetic sensors arranged in a line on a line coinciding with the conveyance path at a predetermined interval. And a plurality of second sensor lines formed in a line and spaced apart at regular intervals are alternately arranged.
또한, 상기 제2센서라인의 자기센서들은 인접한 제1센서라인 상에 설치된 자기센서들과 동일 간격으로 설치되되, 상기 제1센서라인 상에 설치된 센서들의 중간 지점에 대응하여 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.The magnetic sensors of the second sensor line are installed at the same interval as the magnetic sensors provided on the adjacent first sensor line and are installed in correspondence with the midpoints of the sensors installed on the first sensor line have.
또한, 상기 제어부는 어느 한 자기센서의 출력 값과, 전체 자기센서의 평균 출력 값의 차로 상기 어느 한 자기센서에서 외란 신호를 배제하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control unit may exclude the disturbance signal from any of the magnetic sensors by a difference between an output value of the magnetic sensor and an average output value of the total magnetic sensor.
또한, 상기 반송 경로상에서 상기 자기검출부의 선단에 배치되어, 상기 피검출물의 유무를 검출하는 진입감시부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 진입감시부를 통해 상기 피검출물이 검출된 시점과 상기 반송부가 상기 피검출물을 반송시키는 속도, 상기 진입감시부와 상기 자기검출부의 이격 거리를 통해 상기 피검출물이 상기 자기검출부의 자기센서에 도달되는 시간을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control unit may further include an entry monitoring unit disposed at a front end of the magnetic detecting unit on the conveying path to detect the presence or absence of the object to be detected. The time at which the object to be detected reaches the magnetic sensor of the magnetic detection unit is calculated through the speed at which the object to be detected is conveyed and the distance between the entry monitoring unit and the magnetic detection unit.
또한, 상기 제어부는 어느 하나의 센서라인에 포함된 자기센서들의 각 신호 값 중 후단에 배치된 자기센서의 신호 값을 최선단에 배치된 자기센서에서 상기 후단에 배치된 자기센서까지 상기 피검출물이 반송되는 시간만큼 시간축을 후퇴시키는 것으로 어느 한 센서라인에 포함된 자기센서들의 신호 값을 동기화 시키는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the control unit may set the signal value of the magnetic sensor disposed at the rear end of each signal value of the magnetic sensors included in one sensor line from the magnetic sensor disposed at the topmost stage to the magnetic sensor disposed at the rear stage, And synchronizing the signal values of the magnetic sensors included in any of the sensor lines by retracting the time axis by the time during which the sensor is transported.
또한, 상기 제어부는 어느 하나의 센서라인에 포함된 자기센서들의 동기화 된 신호 값을 합하는 것으로 증폭된 신호를 도출하고, 상기 증폭된 신호가 기 설정된 기준 이상이면 상기 피검출물에 금속이물이 포함된 것으로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the control unit derives the amplified signal by summing the synchronized signal values of the magnetic sensors included in any one of the sensor lines, and when the amplified signal is equal to or greater than a preset reference value, It is judged that it has been determined that
또한, 상기 제어부는 어느 하나의 센서라인에 포함된 자기센서들의 동기화 된 각 신호 값을 이산화(A/D Convert) 한 후, 기 학습된 인공신경회로망을 통해 상기 피검출물에 금속이물의 포함 여부를 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the controller may perform A / D conversion of each synchronized signal value of the magnetic sensors included in one of the sensor lines, and then, through the learned artificial neural network, Is determined.
이와 같은 본 발명에 따른 외란에 강인한 고감도 금속검출기는 다음과 같은 효과를 갖는다.The high sensitivity metal detector which is robust against disturbance according to the present invention has the following effects.
첫째, 식품 내에 혼입된 금속이물의 검출 감도가 향상됨과 동시에 외란 신호를 제거할 수 있는 외란에 강인한 고감도 금속검출기를 제공할 수 있게 된다.First, it is possible to provide a highly sensitive metal detector which is robust against disturbance capable of removing the disturbance signal while improving the detection sensitivity of the metal incorporated into the food.
둘째, 금속이물의 자기장을 검출하는 자기센서를 다수개로 구성하고, 자기센서를 자기검출부 상에 반송 경로와 일치한 라인 상에 일정 간격을 두고 일렬로 설치하여 센서라인을 형성하는 것으로, 반송 경로를 따라 반송되는 금속이물을 복수개의 자기센서가 시간차를 두고 연속으로 감지하게 하는 것으로 금속이물의 검출 감도를 향상시킬 수 있게 된다.Second, a plurality of magnetic sensors for detecting the magnetic field of the metal are arranged on the magnetic detection portion, and the sensor lines are formed in a line on the magnetic detection portion on a line coinciding with the conveyance path. The metal being conveyed is caused to continuously sense the water and the plurality of magnetic sensors with a time difference, so that the metal can improve the detection sensitivity of the water.
셋째, 제2센서라인의 자기센서들을 인접한 제1센서라인 상에 설치된 자기센서들과 동일 간격으로 설치하되, 제1센서라인 상에 설치된 센서들의 중간 지점에 대응하여 설치하는 것으로, 각 센서라인들의 간격을 효과적으로 좁혀 금속이물이 검출되지 않는 사각을 최소화 할 수 있게 된다.Third, the magnetic sensors of the second sensor line are installed at the same interval as the magnetic sensors provided on the adjacent first sensor line, and are installed corresponding to the midpoints of the sensors installed on the first sensor line, The interval can be effectively narrowed to minimize the square where the metal does not detect water.
넷째, 다수개의 자기센서에서 공통적으로 검출되는 신호는 외란으로 판단하는 것으로 각 자기센서에서 외란 신호를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.Fourth, a signal commonly detected by a plurality of magnetic sensors is determined to be disturbance, so that the disturbance signal can be effectively removed from each magnetic sensor.
다섯째, 각 센서라인에 포함된 자기센서들의 각 신호 값의 시간축을 동기화 시키는 것으로 금속이물의 자기장 신호가 증폭되게 하여 보다 명확하게 금속이물을 식별할 수 있게 된다.Fifth, by synchronizing the time axis of each signal value of the magnetic sensors included in each sensor line, the magnetic field signal of the metal is amplified so that the metal can more clearly identify the water.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외란에 강인한 고감도 금속검출기를 나타낸 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외란에 강인한 고감도 금속검출기의 반송부, 자화부, 진입감시부 및 자기검출부만을 부분적으로 나타낸 평면도.
도 3a는 자기공진(Fluxgate) 센서의 구조와 자성체를 건출하는 원리를 나타낸 참고도.
도 3b는 자기공진 센서의 개략적인 구조와 입출력되는 신호의 파장을 나타낸 참고도.
도 3c는 자기공진 센서의 B-H Curve 그래프.
도 3d는 외부자계의 크기에 비례한 출력을 고감도로 획득할 수 있는 자기공진 센서의 신호처리 과정.
도 4는 자기검출부에 (a)자기센서가 바둑판으로 배치된 예와, (b)자기센서가 제1센서라인 및 제2센서라인으로 구성된 배치된 비교 예.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외란에 강인한 고감도 금속검출기를 구성하는 전기적 구성들의 관계를 나타낸 구성도.
도 6a 및 도6b는 제어부가 진입감시부에서 피검출물을 검출한 시간을 기반으로 센서라인에 나열된 자기센서의 검출 값의 시간축을 동기화 하는 과정을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서, 제어부가 시간축이 동기화된 자기센서의 검출 값을 합산하여 금속이물에 의한 신호를 증폭하는 것으로 금속이물의 존재여부를 판단하는 것을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예로서, 제어부가 기 학습된 인공신경회로망을 통해 피검출물에 금속이물의 포함 여부를 판단하는 것을 설명하기위한 인공신경회로망의 구조 및 알고리즘.1 is a front view of a highly sensitive metal detector that is robust to disturbance according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view partially showing only a carry section, a magnetization section, an entry monitoring section, and a magnetic detection section of a highly sensitive metal detector which is robust against disturbance according to an embodiment of the present invention.
3A is a reference view showing a structure of a self-resonant (fluxgate) sensor and a principle of drying a magnetic body.
3B is a schematic view showing a schematic structure of a self-resonant sensor and a wavelength of input / output signals.
3C is a BH Curve graph of the self-resonant sensor.
FIG. 3D shows a signal processing process of a self-resonant sensor capable of obtaining an output proportional to the magnitude of an external magnetic field with high sensitivity.
4 is a comparative example in which (a) the magnetic sensor is arranged in a checkered pattern, and (b) the magnetic sensor is constituted by the first sensor line and the second sensor line in the magnetic detecting portion.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a relationship among electrical configurations of a high-sensitivity metal detector that is robust against disturbance according to an embodiment of the present invention. FIG.
6A and 6B illustrate a process of synchronizing the time axis of the detection values of the magnetic sensors arranged on the sensor line based on the time at which the control unit detects the object to be detected in the entry monitoring unit.
FIG. 7 is a diagram illustrating that a metal amplifies a signal of a water by adding a detection value of a magnetic sensor with a time axis synchronized to a control unit to determine whether a metal is present or absent, according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating an architecture and an algorithm of an artificial neural network for explaining how a control unit determines whether or not a metal is included in an object to be detected through a learned artificial neural network according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 외란에 강인한 고감도 금속검출기의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a highly sensitive metal detector which is robust against disturbance according to the present invention will be described in detail as follows.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 외란에 강인한 고감도 금속검출기는 피검출물(10)을 반송하는 반송부(152)와, 피검출물(10)의 반송 경로 상에 배치되고, 피검출물(10)에 혼입된 금속이물(12)을 자화시키는 자화부(120)와, 반송 경로 상에서 자화부(120)의 후단에 배치되어, 자화부(120)를 통과한 피검출물(10)의 자기장을 검출하는 다수개의 자기센서(112)를 포함하는 자기검출부(110)와, 자기검출부(110)에서 수신된 자기장의 신호에서 외란 신호를 제거하는 것으로 금속이물(12)의 자기장을 검출한 자기센서(112)의 신호를 식별하는 제어부(160, 도5 참조)를 포함한다.1, a highly sensitive metal detector which is robust against disturbance according to an embodiment of the present invention includes a
또한, 추가적으로 반송 경로상에서 자기검출부(110)의 선단에 배치되어, 피검출물(10)의 유무를 검출하는 진입감시부(130)를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an
여기서, 피검출물(10)은 식품, 의류 등일 수 있지만 이에 한정되지 않는다.Here, the
반송부(152)는 피검출물(10)을 기 설정된 방향으로 반송하는 기능을 가지며, 구체적으로는 컨베이어 벨트 등의 기계적 장치가 될 수 있다. 도 1에서 반송부(152)에 놓인 피검출물(10)은 우측 방향으로 반송된다. 피검출물(10)의 이동속도는 반송부(152)를 구동시키는 모터의 회전속도에 의해 결정된다. 제어부(160)는 반송모터(154)의 회전속도를 제어하여, 반송부(152)에 놓인 피검출물(10)의 이동속도를 조절한다.The
도 2를 참조하면, 자화부(120)는 피검출물(10)의 반송 경로 상의 소정 위치에 구비되며, 자기검출부(110)는 반송 경로에서 자화부(120)의 후단에 구비되어, 반송부(152)의 반송 방향을 따라 자화부(120)와 자기검출부(110)가 소정 간격을 두고 배치된다. 피검출물(10)은 반송부(152)의 반송 경로를 따라 자화부(120)과 자기검출부(110)를 순차적으로 통과하게 된다.2, the
자화부(120)는 피검출물(10)에 혼입되어 있을 수 있는 금속이물(12)을 자화시키는 역할을 한다. 자화부(120)는 반송부(152)가 통과하는 공동(空洞) 영역을 구비한 테두리 형상을 갖고 반송부(152)를 둘러싼다. 자화부(120)는 피검출물(10)이 통과하는 상부 및 하부에 모두 구성되어 그 사이를 지나는 피검출물(10) 내의 금속이물(12)을 자화시킬 수 있다. 자화부(120)는 금속물질 등을 자화시킬 수 있다면, 영구자석 또는 영구자석 이외의 어떠한 구성으로 이루어져도 무방하다.The
피검출물(10)에 혼입된 금속이물(12)이 자화부(120)를 통과하면서 자화되면, 이후 통과하게 되는 자기검출부(110)에서의 검출감도가 높아지게 된다.When the metal contained in the
자기검출부(110)는 반송부(152)가 통과하는 공동(空洞) 영역을 구비한다.The
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 자기검출부(110)에 구비되어 피검출물(10)의 자기장을 검출하는 자기센서(112)는 검출 감도가 우수한 자기공진(Fluxgate) 센서가 되는 것이 바람직하다. 자기공진 센서의 검출범위(Gauss)는 내지 로서, 일반적으로 금속이물(12)을 검출하기 위해 이용되는 탐색코일(search coil)의 검출범위 내지 보다 우수하다.Referring to FIGS. 3A to 3D, it is preferable that the
자기공진 센서는 투자율(Permeability)이 높은 재료의 B-H곡선의 포화특성을 이용한 자기센서(112)로써 포화철심형 자력계라고도 한다. 고투자율의 자심에 1차 코일 및 2차 코일이 감겨 있는데, 1차 코일에 주파수 f(수백Hz~수kHz)의 충분히 큰 진폭의 정현파(Sine wave)전류를 흘리면 포화특성으로 말미암아 2차 코일에 유기되는 전압은 정현파에서 벗어나게 된다. 외부자계가 없을 때는 2차 코일의 전압 파형은 양(+)과 음(-)이 대칭이 되어 홀수차 뿐인 고조파(harmonic)를 포함한다. 하지만 여기에 외부자계가 가해지면 이 대칭성이 깨어지기 때문에 짝수차의 고조파를 내포하게 된다. 따라서, 신호처리회로내 검파기(Demodulator)에서 DDS(Direct Digital Synthesis)에서 가진하는 여진주파수(Excitation Frequency)의 2배 주파수(2xf)만 취하여 검출하면 외부자계의 크기에 비례한 출력을 고감도로 얻을 수 있게 된다.The self-resonant sensor is also referred to as a saturated iron core type magnetometer as a
자화된 금속이물(12)의 자기장 강도는 금속이물(12)의 크기 및 금속이 함유된 양에 따라 상이하게 된다. 따라서 자기센서(112)를 검출범위가 우수한 것으로 사용할수록 더 미세하고 다양한 금속이물(12)을 감지할 수 있게 된다.The magnetic field strength of the
하지만, 자기센서(112)는 환경에서 발생되는 외란에 의해 오히려 일정 수준 이상의 검출범위에서 오류가 빈번하게 발생되는 문제가 있다. 외란에는 지구 자기장, 자화부(120) 및 반송모터(154)에서 발생하는 자기장, 외부에 위치한 장비, 작업자의 소지품, 공장 내 화물을 이송하는 차량 등이 있다. 상기와 같은 외란은 고정적으로 자기센서(112)에 영향을 주는 것도 있지만, 이동 또는 전원 인가 여부 등의 요인으로 유동적인 영향을 주는 요소가 더 많기 때문에 외란 자기장의 신호 패턴을 모두 기 저장하다가 해당 검출 신호에 해당 패턴이 포함되어 있으면 제거하는 것은 사실상 불가능하다. 따라서 검출범위가 우수한 자기공진(Fluxgate) 센서를 적용하여 일정 수준 이상의 검출범위를 갖는 장비를 개발하는 것은 한계가 존재하였다.However, there is a problem that the
본 발명의 일 실시예에 따른 외란에 강인한 고감도 금속검출기는 상술된 바와 같은 문제를 자기센서(112)를 다수개로 구성하고, 자기센서(112)들에서 공통되어 입력되는 신호를 외란으로 판단하여 제거하는 것으로 해소하였다.Sensitive metal detector that is robust against disturbance according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of
도 2 및 도 4를 참조하면, 자기검출부(110)의 일측에는 복수의 자기센서(112)가 반송 경로와 일치한 라인 상에 일정 간격을 두고 일렬로 설치되어 형성된 제1센서라인과, 복수의 자기센서(112)가 제1센서라인과 나란하게 일정 간격을 두고 일렬로 설치되어 형성된 제2센서라인이 서로 교번하여 다수 배치되게 하였다.Referring to FIGS. 2 and 4, a first sensor line is formed on one side of the
피검출물(10)은 반송부(152)에 의해 일방향으로만 반송되어지므로 피검출물(10)에 포함된 금속이물(12)도 동일방향으로 반송되는데, 자기센서(112)들이 반송 경로와 일치한 라인으로 배치되면 금속이물(12)이 반송되는 라인의 자기센서(112)들 모두 순차적으로 금속이물(12)을 검출하게 되어 검출 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.Since the object to be detected 10 is transported only in one direction by the
자기공진(Fluxgate) 센서는 자체적으로 자기장을 발생시키므로, 다수개의 자기센서(112)가 서로에 의해 간섭이 발생되지 않게 하기 위해서는 일정한 간격으로 이격시켜 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 자기센서(112)가 좌우방향 및 상하방향으로 일정한 간격으로 배치되어야 자기검출부(110)에 최대한 많은 자기센서(112)를 배치할 수 있고, 피검출물(10) 내에 포함된 금속이물(12)이 탐지되지 않는 사각지역을 최소화 할 수 있게 된다.Since the magnetic flux sensor itself generates a magnetic field, it is preferable to dispose the plurality of
특히, 제2센서라인의 자기센서(112)들은 인접한 제1센서라인 상에 설치된 자기센서(112)들과 동일 간격으로 설치되되, 제1센서라인 상에 설치된 자기센서(112)들의 중간 지점에 대응하여 설치될 수 있다. 이러한 형태로 자기센서(112)가 배치되면 자기센서(112)간의 이격 거리는 동일하게 유지하면서도 자기센서(112)를 단지 바둑판 형태로 배치하는 것 보다 센서라인을 반송 경로 방향으로 더 촘촘하게 나열시킬 수 있게 된다. 자기센서(112)는 금속이물(12)과 인접할수록 더 높은 자기장 신호를 획득할 수 있으므로, 이로써 금속이물(12) 검출 능력이 한층 더 향상되어지게 된다.In particular, the
또한, 자기검출부(110)는 자기센서(112)를 자기검출부(110)의 상부와 하부에 배치되어, 상부의 자기센서(112)와 하부의 자기센서(112) 사이를 피검출물(10)이 통과되게 하는 것으로 실시될 수 있다(도 2 참조). 특히, 자기검출부(110)의 상부에 배치된 자기센서(112)들은 하부에 배치된 자기센서(112)의 센서라인들 사이의 위치와 대응되는 부위에 배치됨으로써, 상부와 하부의 자기센서(112)간의 이격 거리를 더 넓힐 수 있고, 자기검출부(110)의 하부에서 자기센서(112)가 배치되지 않은 영역의 검출을 상부의 자기센서(112)가 커버할 수 있게 된다.The
자화부(120) 및 자기검출부(110)는 공동(空洞) 영역을 구비한 테두리 형상을 갖는 것으로 설명했지만, 이와 다른 형상(예를 들어, 원통형)을 가져도 무방하다. 즉, 반송부(152)의 상부와 하부에 서로 이격된 별개의 구성이 될 수도 있다.Although the magnetizing
진입감시부(130)는 반송되는 피검출물(10)이 자기검출부(110)의 각 자기센서(112)에 도달하는 절대시간을 산출하기 위해 피검출물(10)의 유무를 검출하는 구성이다. 도 2에서와 같이, 진입감시부(130)는 광센서(Photo sensor)로 구성되어, 발광부(130b) 및 수광부(130a)가 반송부(152)의 양측에 배치되는 것으로 실시될 수 있다. 또한 다른 실시예로서, 초음파센서 또는 레이저센서 등으로 구성되어 피검출물(10)에 의해 반사되는 음파 또는 광을 검출하여 피검출물(10)의 유무를 판단하는 등 직간접적으로 피검출물(10)의 진입을 검출할 수 있는 수단은 어느 것이든 적용되는 것이 가능하다.The
또한, 진입감시부(130)에서 검출된 피검출물(10)이 각각의 자기센서(112)에 도달되기까지의 지연 시간을 산출하기 위해, 제어부(160)에는 진입감시부(130)와 각 자기센서(112)의 이격 거리가 기 저장되는 것이 바람직하다.In order to calculate the delay time until the
도 5를 참조하면, 제어부(160)는 자기검출부(110)의 자기센서(112), 진입감시부(130), 반송모터(154) 등의 구성과 전기적인 방법으로 연결되어 검출된 신호를 수신하고 제어한다.5, the
피검출물(10)에 포함된 금속이물(12)은 반송되는 경로상에 인접한 자기센서(112)에서만 자기장이 검출되지만, 자기센서(112)에 영향을 줄 정도의 강도를 갖는 외란 자기장 신호는 자기검출부(110)에 포함된 모든 자기센서(112)에서 공통적으로 동시에 검출된다. 즉, 자기센서(112)들에서 수신된 신호 값 중 공통적으로 수신되는 신호를 배제하면 결과적으로 자기센서(112)의 검출 값에서 외란이 제거된다.A disturbance magnetic field signal having a strength enough to affect the
따라서, 제어부(160)는 다수개의 자기센서(112)로부터 검출된 출력 값에서 외란 신호를 제거하기 위해 각 자기센서(112)의 출력 값()과 자기센서(112)의 총 개수(N)로 전체 자기센서(112)의 평균 출력 값()을 산출한다.Accordingly, the
[수학식 1][Equation 1]
또한, 제어부(160)는 어느 한 자기센서(112)의 출력 값()과, 전체 자기센서(112)의 평균 출력 값()의 차로 외란 신호가 배제된 어느 한 자기센서(112)의 출력 값()을 획득할 수 있게 된다.In addition, the
[수학식 2]&Quot; (2) "
또한, 제어부(160)는 진입감시부(130)를 통해 상기 피검출물(10)이 검출된 시점의 시간(T)과 반송부(152)가 상기 피검출물(10)을 반송시키는 속도(V), 진입감시부(130)와 자기검출부(110)의 각 자기센서(112)와의 이격 거리()를 통해 피검출물(10)이 자기검출부(110)의 자기센서(112)에 도달되는 시간()을 산출한다.The
자기센서(112)는 자기검출부(110) 상에 반송 경로 라인을 따라서 배치되고, 피검출물(10)은 반송부(152)에 의해 일정한 속도로 자기센서(112)들을 지나치게 되므로, 자기센서(112)들은 나열된 순서대로 금속이물(12)의 자기장을 검출할 수 있게 된다. 따라서 각 자기센서(112)가 금속이물(12)의 자기장을 검출하더라도 검출 시간에는 차이가 발생하게 되므로 동시에 금속이물(12)을 검출한 것과 같이 자기센서(112)들의 시간축을 조정하여 동기화시킬 필요가 있다. The
도 6a 및 6b를 참조하면, 제어부(160)는 금속이물(12)이 반송되는 경로에 포함된 자기센서(112)들의 신호 값에서 금속이물(12)의 자기장을 검출했는지의 여부를 비교 판단하기위해 각 자기센서(112)들의 신호 값의 시간축을 동기화시킨다.6A and 6B, the
구체적으로, 제어부(160)는 어느 하나의 센서라인에 포함된 자기센서(112)들의 각 신호 값 중 후단에 배치된 자기센서(112)의 신호 값을 최선단에 배치된 자기센서(112)에서 상기 후단에 배치된 자기센서(112)까지 피검출물(10)이 반송되는 시간만큼 시간축을 후퇴시키는 것으로 어느 한 센서라인에 포함된 자기센서(112)들의 신호 값을 동기화 시킬 수 있게 된다.Specifically, the
최선단에 배치된 자기센서(112)에서 상기 후단에 배치된 자기센서(112)까지 피검출물(10)이 반송되는 시간은 피검출물(10)이 진입감시부(130)에서 검출된 시각과, 반송 속도, 진입감시부(130)와 각 자기센서(112)와의 거리를 통해 산출할 수 있다.The time at which the
도 7을 참조하면, 동기화된 자기센서(112)들의 신호 값으로부터 금속이물(12)의 자기장 신호가 포함되어있는지 판단하는 일 실시예로는 제어부(160)가 어느 하나의 센서라인에 포함된 자기센서(112)들의 동기화 된 신호 값을 합하는 것으로 증폭된 신호를 도출하고, 증폭된 신호가 기 설정된 기준 이상이면 피검출물(10)에 금속이물(12)이 포함된 것으로 판단할 수 있다.Referring to FIG. 7, in one embodiment of determining whether a magnetic field signal of the
금속이물(12)이 없는 피검출물(10)은 제품 및 포장재에서 일정하게 발생하는 고유한 자기장이 외란 신호를 제거할 때 함께 제거되기 때문에 어느 한 센서라인에 포함된 자기센서(112)의 신호 값을 합하여도 증폭되는 신호의 크기는 미소한 수준이지만, 금속이물(12)이 포함된 피검출물(10)은 적어도 어느 한 센서라인에 포함된 자기센서(112)들에 연속되어 금속이물(12)의 자기장이 검출되기 때문에, 시간축이 동기화된 자기센서(112)의 신호 값을 합하면 금속이물(12)의 자기장에 의해 발생한 신호 값이 두드러지게 증폭되어진다.The
또한, 도 8을 참조하면, 다른 실시예로서 제어부(160)는 어느 하나의 센서라인에 포함된 자기센서(112)들의 동기화 된 각 신호 값을 이산화(A/D Convert) 한 후, 기 학습된 인공신경회로망을 통해 피검출물(10)에 금속이물(12)의 포함 여부를 판단할 수도 있다.Referring to FIG. 8, in another embodiment, the
이산화는 자기센서(112)의 신호 값을 0과 1의 두 가지 값만으로 표현되게 변환한다.The discretization converts the signal value of the
또한, 제어부(160)는 복합적으로 상기 일 실시예의 방법으로 신호 값을 증폭시킨 후, 당기 다른 실시예의 방법으로 증폭된 신호를 이산화 한 후, 기 학습된 인공신경회로망을 통해 피검출물(10)에 금속이물(12)의 포함 여부를 판단할 수도 있다.In addition, the
피검출물(10)에 금속이물(12)이 포함된 것으로 판단한 제어부(160)는 경광등(170)과 같은 본 방명의 실시예에 선택적으로 포함될 수 있는 출력 수단을 통해 금속이물(12)의 존재를 경고하거나, 물리적으로 해당 피검출물(10)을 반송 경로 상에서 이탈시킬 수 있다.The
본 발명의 일 실시예는 금속검출기의 구동을 위한 전원스위치(144)와, 반송부(152)의 이송 속도, 검출 감도 등을 설정할 수 있는 컨트롤러(142)가 더 포함될 수 있다.One embodiment of the present invention may further include a
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.
10 : 피검출물 12 : 금속이물
110 : 자기검출부 112 : 자기센서
120 : 자화부 130 : 진입감시부
140 : 신호처리함 142 : 컨트롤러
144 : 전원스위치 152 : 반송부
154 : 반송모터 160 : 제어부
170 : 경광등10: Detected substance 12: Metal is water
110: magnetic detection unit 112: magnetic sensor
120: Magnetization unit 130: Entry monitoring unit
140: Signal processing 142: Controller
144: Power switch 152:
154: conveying motor 160:
170: warning light
Claims (9)
상기 피검출물의 반송 경로 상에 배치되고, 상기 피검출물에 혼입된 금속이물을 자화시키는 자화부와,
상기 반송 경로 상에서 상기 자화부의 후단에 배치되어, 상기 자화부를 통과한 상기 피검출물의 자기장을 검출하는 다수개의 자기센서를 포함하는 자기검출부와,
상기 자기검출부에서 수신된 자기장의 신호에서 외란 신호를 제거하는 것으로 상기 금속이물의 자기장을 검출한 자기센서의 신호를 식별하는 제어부를 포함하고,
상기 자기검출부의 일측에는 복수의 자기센서가 상기 반송 경로와 일치한 라인 상에 일정 간격을 두고 일렬로 설치되어 형성된 제1센서라인과, 복수의 자기센서가 상기 제1센서라인과 나란하게 일정 간격을 두고 일렬로 설치되어 형성된 제2센서라인이 서로 교번하여 다수 배치되며,
상기 제2센서라인의 자기센서들은 인접한 제1센서라인 상에 설치된 자기센서들과 동일 간격으로 설치되되, 상기 제1센서라인 상에 설치된 센서들의 중간 지점에 대응하여 설치되고,
상기 제어부는 어느 한 자기센서의 출력 값과, 전체 자기센서의 평균 출력 값의 차로 상기 어느 한 자기센서에서 외란 신호를 배제하는 것을 특징으로 하는 외란에 강인한 고감도 금속검출기.A transport section for transporting the object to be detected,
A magnetized portion which is disposed on a conveyance path of the object to be detected and in which the metal incorporated in the object to be detected magnetizes water;
And a plurality of magnetic sensors disposed at a rear end of the magnetization portion on the conveyance path and detecting a magnetic field of the object to be detected that has passed through the magnetization portion;
And a control unit for identifying a signal of the magnetic sensor in which the metal detects the magnetic field of the water by removing the disturbance signal from the signal of the magnetic field received by the magnetic detection unit,
A first sensor line formed on one side of the magnetic detection section and provided with a plurality of magnetic sensors arranged in a line at regular intervals on a line coinciding with the conveyance path; And a plurality of second sensor lines arranged in a line with respect to the first sensor line,
The magnetic sensors of the second sensor line are installed at the same interval as the magnetic sensors provided on the adjacent first sensor line and are installed corresponding to the midpoints of the sensors installed on the first sensor line,
Wherein the controller excludes a disturbance signal from any of the magnetic sensors by a difference between an output value of a magnetic sensor and an average output value of the total magnetic sensor.
상기 자기센서는 자기공진(Fluxgate) 센서인 것을 특징으로 하는 외란에 강인한 고감도 금속검출기.The method according to claim 1,
Wherein the magnetic sensor is a self-resonant (Fluxgate) sensor.
상기 반송 경로상에서 상기 자기검출부의 선단에 배치되어, 상기 피검출물의 유무를 검출하는 진입감시부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 진입감시부를 통해 상기 피검출물이 검출된 시점과 상기 반송부가 상기 피검출물을 반송시키는 속도, 상기 진입감시부와 상기 자기검출부의 이격 거리를 통해 상기 피검출물이 상기 자기검출부의 자기센서에 도달되는 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 외란에 강인한 고감도 금속검출기.The method according to claim 1,
Further comprising an entry monitoring section arranged at the tip of the magnetic detection section on the conveyance path for detecting presence or absence of the object to be detected,
Wherein the controller is configured to control the movement of the article to be detected through the entry monitoring unit, the time at which the article to be detected is detected, the speed at which the carry unit carries the article to be inspected, Wherein the time required to reach the magnetic sensor of the high sensitivity metal detector is calculated.
상기 제어부는 어느 하나의 센서라인에 포함된 자기센서들의 각 신호 값 중 후단에 배치된 자기센서의 신호 값을 최선단에 배치된 자기센서에서 상기 후단에 배치된 자기센서까지 상기 피검출물이 반송되는 시간만큼 시간축을 후퇴시키는 것으로 어느 한 센서라인에 포함된 자기센서들의 신호 값을 동기화 시키는 것을 특징으로 하는 외란에 강인한 고감도 금속검출기.The method according to claim 6,
The control unit controls the signal value of the magnetic sensor disposed at the rear end of each signal value of the magnetic sensors included in any one of the sensor lines from the magnetic sensor disposed at the frontmost stage to the magnetic sensor disposed at the rear stage, And synchronizing the signal values of the magnetic sensors included in any one of the sensor lines by retracting the time axis by a predetermined time.
상기 제어부는 어느 하나의 센서라인에 포함된 자기센서들의 동기화 된 신호 값을 합하는 것으로 증폭된 신호를 도출하고, 상기 증폭된 신호가 기 설정된 기준 이상이면 상기 피검출물에 금속이물이 포함된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 외란에 강인한 고감도 금속검출기.8. The method of claim 7,
The control unit derives the amplified signal by summing the synchronized signal values of the magnetic sensors included in any one of the sensor lines, and if the amplified signal is equal to or greater than a preset reference value, Wherein the high-sensitivity metal detector is a high-sensitivity metal detector that is robust against disturbance.
상기 제어부는 어느 하나의 센서라인에 포함된 자기센서들의 동기화 된 각 신호 값을 이산화(A/D Convert) 한 후, 기 학습된 인공신경회로망을 통해 상기 피검출물에 금속이물의 포함 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 외란에 강인한 고감도 금속검출기.8. The method of claim 7,
The control unit performs A / D conversion of each synchronized signal value of the magnetic sensors included in one sensor line, and then determines whether or not the metal contains water in the object to be detected through the learned artificial neural network Sensitive metal detector.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |