KR101744452B1 - 평면형 금속 검출 센서를 이용한 금속 검출기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이송되는 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질을 검출하기 위한 평면형 금속 검출 센서 및 이를 이용한 금속 검출기에 관한 것이다.
본 발명이 일 실시형태에 따른 금속 검출기는 이송되는 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질을 검출하는 금속 검출기로서, 상기 비금속성 원료를 이송시켜서 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로를 형성시키는 이송수단과; 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로를 향하여 평면 형태로 배치되어 자기장을 발생시키는 송신 코일부와; 상기 송신 코일부과 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로 사이에 평면 형태로 배치되어 상기 송신 코일부에서 발생된 자기장을 수신하는 적어도 하나 이상의 수신 코일부와; 상기 송신 코일부와 상기 수신 코일부를 절연시키는 절연부와; 상기 송신 코일부 및 수신 코일부에 연결되고 상기 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질에 의해 수신 코일부에서 수신되는 자기장의 변화를 감지하는 제어부를 포함한다.

Description

평면형 금속 검출 센서를 이용한 금속 검출기{Metal detector using planar sensor for detecting metal}
본 발명은 평면형 금속 검출 센서 및 이를 이용한 금속 검출기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이송되는 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질을 검출하기 위한 평면형 금속 검출 센서 및 이를 이용한 금속 검출기에 관한 것이다.
금속 검출기는 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질을 검출하는 기기로서, 엑스레이나 레이저 등을 이용하는 광학적 검출 방식, 주파수를 이용하는 주파수 검출 방식 및 전자기 유도를 이용하는 전자기적 검출 방식 등이 주로 이용된다.
이 중 전자기 유도를 이용한 검출 방식은 발신부 코일과 수신부 코일로 형성된 검출 센서에 전류 또는 전압을 인가하여 자기장을 형성시키고, 형성된 자기장 내로 금속성 이물질이 이동하면서 생성되는 교란 신호에 의해, 금속성 이물질의 혼입 여부를 검출한다.
일반적으로 전자기 유도를 이용한 검출 방식은 터널형의 금속 검출기가 사용되고 있다.
터널형의 금속 검출기는 금속성 이물질이 포함된 비금속성 원료가 이송되는 컨베이어가 마련되고, 이 컨베이어가 터널형의 금속 검출 센서를 통과되도록 마련된다. 그래서 금속 검출 센서에 전원을 인가하여 금속 검출 센서 내부공간에 자기장을 발생시킨 상태에서 컨베이어를 통해서 비금속성 원료를 이동시키는 것이다. 이때 비금속 원료에 금속성 이물질이 포함되지 않는 경우에는 발생된 자기장의 균형이 유지되지만, 금속성 이물질이 포함된 경우에는 금속성 이물질에 의해 자기장의 균형이 깨지게 되면서 변화되고 이를 검출하여 금속성 이물질의 유무를 검출하게 되는 것이다.
이러한 터널형의 금속 검출기는 검사대상물이 터널형의 금속 검출 센서를 통과하여 하기 때문에 검사대상물의 부피가 금속 검출 센서의 내부 공간에 제한되는 단점이 있다.
또한, 터널형의 금속 검출 센서는 3개의 코일이 터널형으로 컨베이어를 감싸는 구조를 가지게 된다. 이런 경우 금속 검출 센서에 사용되는 코일은 컨베이어를 감싸기 위하여 비교적 길이가 긴 코일을 사용하여야 하는데, 코일을 길이가 길어질수록 임피던스가 증가하게 되어 코일의 민감도 및 에너지 손실을 야기하는 단점이 있다.
그리고 터널형의 금속 검출 센서는 금속성 이물질을 검출하더라도 그 위치를 파악을 할 수 없는 구조 특성상의 단점을 가지고 있다.
공개특허 10-2015-0104907(2015. 09. 16)
본 발명은 이송되는 검사대상물의 부피에 관계없이 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질을 검출하기 위한 평면형 금속 검출 센서 및 이를 이용한 금속 검출기를 제공한다.
또한, 본 발명은 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질을 유무를 검출하는 동시에 금속성 이물질의 위치도 함께 검출할 수 있는 평면형 금속 검출 센서 및 이를 이용한 금속 검출기를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 평면형 금속 검출 센서는 이송되는 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질을 검출하는 센서로서, 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로를 향하여 평면 형태로 배치되어 자기장을 발생시키는 송신 코일부와; 상기 송신 코일부과 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로 사이에 평면 형태로 배치되어 상기 송신 코일부에서 발생된 자기장을 수신하는 적어도 하나 이상의 수신 코일부와; 상기 송신 코일부와 상기 수신 코일부를 절연시키는 절연부를 포함한다.
상기 송신 코일부 및 수신 코일부는 각각 도선이 평면상에서 권선되거나 도선 패턴이 코일 형상으로 형성된 박막으로 이루어져서 상호 간에 평행하게 배치되는 것이 바람직하다.
상기 수신 코일부는 다수 개가 같은 평면상에서 서로 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명이 일 실시형태에 따른 금속 검출기는 이송되는 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질을 검출하는 금속 검출기로서, 상기 비금속성 원료를 이송시켜서 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로를 형성시키는 이송수단과; 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로를 향하여 평면 형태로 배치되어 자기장을 발생시키는 송신 코일부와; 상기 송신 코일부과 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로 사이에 평면 형태로 배치되어 상기 송신 코일부에서 발생된 자기장을 수신하는 적어도 하나 이상의 수신 코일부와; 상기 송신 코일부와 상기 수신 코일부를 절연시키는 절연부와; 상기 송신 코일부 및 수신 코일부에 연결되고 상기 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질에 의해 수신 코일부에서 수신되는 자기장의 변화를 감지하는 제어부를 포함한다.
상기 수신 코일부는 다수 개가 같은 평면상에서 서로 이격되어 배치되고, 상기 제어부는 상기 다수개의 수신 코일부와 각각 개별적으로 연결되어 다수개의 수신 코일부에서 개별적으로 감지되는 자기장의 변화를 수신하여 금속성 이물질의 위치를 검출하는 것이 바람직하다.
상기 송신 코일부 및 수신 코일부는 각각 도선이 평면상에서 권선되어 배치되고, 상기 수신 코일부는 다수 개가 같은 평면상에서 서로 이격되어 배치되며, 상기 송신 코일부와 다수개의 수신 코일부는 상호 간에 평행하게 배치되는 것이 바람직하다.
상기 절연부는 상기 송신 코일부와 수신 코일부 사이에 배치되는 제 1 절연막과; 상기 수신 코일부를 기준으로 상기 제 1 절연막이 형성된 위치의 타측에 배치되는 제 2 절연막과; 상기 송신 코일부를 기준으로 상기 제 1 절연막이 형성된 위치의 타측에 배치되는 제 3 절연막을 포함하고, 상기 수신 코일부는 상기 제 2 절연막에 의해 상기 이송수단과 절연되면서 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로에 근접하여 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 금속성 이물질을 검출하는 금속 검출 센서를 종래와 같은 터널형이 아닌 평면형으로 제작할 수 있어 금속 검출기의 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.
둘째, 수신 코일부를 평면형의 박막으로 제작할 수 있고, 길이가 짧은 코일을 여러 개 사용하여 수신 코일부를 형성함에 따라 임피던스를 작게 할 수 있어 에너지 손실을 줄이면서도 수신 코일부의 민감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
셋째, 여러 개의 수신 코일부를 형성하고, 각각의 수신 코일부에서 수신되는 자기장의 변화를 개별적으로 감지함에 따라 금속성 이물질의 위치를 파악할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 금속 검출 센서를 평면형으로 구현함에 따라 금속 검출기를 다양한 형태로 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 검출기를 보여주는 개략적인 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 검출 센서를 보여주는 개략적인 분해 사시도이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 검출 센서를 보여주는 개략적인 구성도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 검출기의 사용상태를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 검출기를 보여주는 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 검출 센서를 보여주는 개략적인 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 검출 센서를 보여주는 개략적인 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 검출기의 사용상태를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 금속 검출기는 크게 검사대상물인 비금속성 원료를 이송시켜서 비금속성 원료가 이동되는 경로를 형성시키는 이송수단(100)과; 이송수단(100)에 의해 이송되는 비금속성 원료를 향하도록 배치되어 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질의 유무 및 위치를 검출하기 위한 자기장을 발생시키고 수신하는 금속 검출 센서(200)와; 상기 금속 검출 센서(200)에 연결되어 금속 검출 센서(200)에서 감지된 자기장의 변화를 이용하여 금속성 이물질의 유무 및 위치를 검출하는 제어부(300)를 포함한다.
상기 이송수단(100)은 검사대상물인 비금속성 원료(이하, '원료'라고 기재함)에 금속성 이물질(이하, '이물질'이라고 기재함)이 포함되었는지 유무 및 그 위치를 검출하기 위하여 원료를 이송시키는 수단으로서, 일반적으로 컨베이어 벨트를 적용할 수 있다. 물론 이송수단(100)은 컨베이어 벨트에 제한되는 것이 아니라 원료를 이동시켜 원료가 이동되는 경로를 제공할 수 있는 다양한 형태의 이송수단일 수 있다.
금속 검출 센서(200)는 이송수단(100)에 의해 이송되는 원료를 향하여 근접되도록 배치되어 원료에 포함된 이물질에 의해 자기장이 변화되는 것을 감지하기 위한 수단으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 크게 송신 코일부(210), 수신 코일부(220) 및 절연부(230)를 포함하여 구성된다. 이때 금속 검출 센서(200)의 배치 위치는 이송수단(100)에 의해 이송되는 원료가 이동되는 경로를 향하여 근접배치될 수 있다면 원료 이송 경로의 하부, 상부 및 측부 중 어느 한 곳 이상에 배치된다면 어느 위치에 배치되더라도 무방하다. 다만, 본 실시예에서는 금속 검출 센서(200)가 원료가 이동되는 경로의 하부에 배치되는 것을 예로 하여 설명하였다.
송신 코일부(210)는 전원의 인가에 의해 금속 검출 센서(200) 주변에 균일한 자기장을 발생시키는 수단으로서, 원료가 이동되는 경로의 하부에 평면 형태로 배치되어 원료가 이동되는 경로에 자기장을 발생시킨다. 이때 송신 코일부(210)는 예를 들어 도선이 평면상에서 권선되어 형성되거나 도선 패턴이 코일 형상으로 형성된 박막으로 이루어질 수 있다.
이때 송신 코일부(210)는 균일한 자기장의 발생을 위하여 하나만 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 송신 코일부(210)는 단선의 코일로 형성되거나 단선으로 패터닝된 도선 패턴을 갖는 박막이 사용될 수 있다.
수신 코일부(220)는 송신 코일부(210)에서 발생된 자기장의 변화를 검출하기 위하여 송신 코일부(210)에서 발생된 자기장을 수신하는 수단으로서, 송신 코일부(210)과 원료가 이동되는 경로 사이에 평면 형태로 배치된다. 이때 수신 코일부(220)는 적어도 하나 이상 배치되어 원료에 포함될 수 있는 이물질에 의해 균형이 깨진 자기장의 변화를 감지하여 이물질의 유무를 판단한다. 바람직하게는 이물질의 위치를 검출하기 위하여 수신 코일부(220)는 다수 개로 마련되어 해당 수신 코일부(220)에서 검출되는 자기장의 변화를 감지하여 이물질의 유무 판단과 함께 그 위치를 검출할 수 있도록 한다.
이때 다수개의 수신 코일부(220)는 송신 코일부(210)과 평행하게 형성되는 같은 평면상에서 서로 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
상기 각각의 수신 코일부(220)는 송신 코일부(210)와 마찬가지로 도선이 평면상에서 권선되어 형성되거나 도선 패턴이 코일 형상으로 형성된 박막으로 이루어질 수 있다. 다만, 수신 코일부(220)의 사이즈는 상대적으로 송신 코일부(210)보다 작게 마련되어 송신 코일부(210)가 형성된 영역에 대응하여 다수개의 수신 코일부(220)가 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 다수개의 수신 코일부(220)를 원료가 이송되는 방향을 따라 일렬로 이격되도록 배치하였다.
이렇게 다수개의 수신 코일부(220)를 배치하는 이유는 이물질의 위치를 검출하기 위한 것으로서, 이물질의 위치 검출 목적에 따라 수신 코일부(220)는 다양한 배치 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이 원료의 이송경로 방향에 대하여 폭방향으로 이격된 한 쌍의 수신 코일부(220)가 원료의 이송경로 방향에 따라 일렬로 이격되도록 배치할 수도 있다.
절연부(230)는 송신 코일부(210)와 수신 코일부(220)를 절연시키는 수단으로서, 송신 코일부(210)와 수신 코일부(220)에 간섭이 일어나지 않도록 송신 코일부(210)와 수신 코일부(220)를 절연시키는 동시에 송신 코일부(210) 및 수신 코일부(220)와 이송수단(100) 사이를 절연시키는 기능도 함께 수행한다. 이를 위하여 절연부(230)는 송신 코일부(210)와 수신 코일부(220) 사이에 배치되는 제 1 절연막(231)과; 수신 코일부(220)를 기준으로 제 1 절연막(231)이 형성된 위치의 타측에 배치되는 제 2 절연막(232)과; 송신 코일부(210)를 기준으로 제 1 절연막(231)이 형성된 위치의 타측에 배치되는 제 3 절연막(233)을 포함한다.
그래서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 상부로부터 제 2 절연막(232), 수신 코일부(220), 제 1 절연막(231), 송신 코일부(210) 및 제 3 절연막(233)이 순차적으로 배치된다.
또한, 도면에 도시된 바와 같이 제 1 절연막(231), 제 2 절연막(232) 및 제 3 절연막(233)은 각각 개별적인 절연재료로 형성될 수도 있고, 도면에 도시하지는 않았지만 제 1 절연막(231), 제 2 절연막(232) 및 제 3 절연막(233)이 일체로 형성될 수도 있다.
절연부(230)는 전도성이 없는 다양한 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어 본 실시예에서는 폴리머를 사용하여 절연부(230)를 구현하였다.
한편, 수신 코일부(220)는 상기 제 2 절연막(232)에 의해 이송수단(100)과 절연되면서 정확한 이물질의 유무 및 위치를 검출하기 위하여 원료가 이동되는 경로의 하부에 근접하여 배치되는 것이 바람직하다.
제어부(300)는 송신 코일부(210) 및 수신 코일부(220)에 연결되어 이물질에 의해 수신 코일부(220)에서 수신되는 자기장의 변화를 감지하는 수단이다. 이때 수신 코일부(220)가 다수 개 마련되는 경우에는 각각 개별적으로 연결되어 다수개의 수신 코일부(220)에서 각각 감지되는 자기장의 변화를 개별적으로 수신하여 이물질의 위치를 검출한다.
부연하자면 원료가 이송되는 도중 다수개의 수신 코일부(220) 중 이물질이 통과되는 위치에 배치된 수신 코일부(220)에서 이물질에 의해 변화되는 자기장의 변화를 감지함으로써 이물질의 위치를 검출하는 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 검출기의 사용 상태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이 검사대상물인 원료(S)를 컨베이어 벨트 타입의 이송수단(100)을 이용하여 이송시킨다. 이때 컨베이어 벨트의 내부에는 금속 검출 센서(200)가 배치된다. 그리고 금속 검출 센서(200)에 전원을 인가하면 송신 코일부(210)에서 균일한 자기장(F1)이 원료가 이송되는 경로 상에 형성된다.
이 상태에서 이송되는 원료(S) 중에 이물질(M)이 포함되지 않았다면 균일한 자기장(F1)이 유지되고, 이를 수신 코일부(220)에서 수신하여 제어부(300)에서는 이물질이 없는 상태로 판단하는 것이다.
만약, 이송되는 원료(S) 중에 이물질(M)이 포함된 경우에는 이물질(M)이 위치한 영역에서 균형이 깨진 자기장(F2)이 발생되고, 이를 수신 코일부(220)에서 수신하여 제어부(300)에서는 이물질(M)이 포함된 상태로 판단하는 것이다.
특히, 다수개의 수신 코일부(220a, 220b, 220c)가 배치된 경우, 이물질(M)이 위치한 영역 이외의 영역에 배치된 수신 코일부(220a, 220c)에서는 균일한 자기장(F1)이 감지되는 반면에, 이물질(M)이 위치한 영역에 배치된 수신 코일부(220b)에서는 균형이 깨진 자기장(F2)이 감지됨에 따라 이러한 자기장(F2)이 감시된 수신 코일부(220b)의 상부에 이물질(M)이 위치한다고 판단하는 것이다.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 금속 검출기를 사용하는 경우에는 검사대상물인 원료(S)에 포함된 이물질(M)의 유무 판단 및 그 위치도 검출할 수 있는 것이다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 이송수단 200: 금속 검출 센서
210: 송신 코일부 220: 수신 코일부
230: 절연부 300: 제어부
S: 비금속성 원료 M: 금속성 이물질

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 이송되는 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질을 검출하는 금속 검출기로서,
    상기 비금속성 원료를 이송시켜서 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로를 형성시키는 이송수단과;
    상기 비금속성 원료가 이동되는 경로를 향하여 평면 형태로 배치되어 자기장을 발생시키는 송신 코일부와;
    상기 송신 코일부과 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로 사이에 평면 형태로 배치되어 상기 송신 코일부에서 발생된 자기장을 수신하는 적어도 하나 이상의 수신 코일부와;
    상기 송신 코일부와 상기 수신 코일부를 절연시키는 절연부와;
    상기 송신 코일부 및 수신 코일부에 연결되고 상기 비금속성 원료에 포함된 금속성 이물질에 의해 수신 코일부에서 수신되는 자기장의 변화를 감지하는 제어부를 포함하고,
    상기 수신 코일부는 다수 개가 같은 평면상에서 서로 이격되어 원료가 이송되는 방향을 따라 각각 개별적으로 배치되며,
    상기 제어부는 상기 다수개의 수신 코일부와 각각 개별적으로 연결되어 다수개의 수신 코일부에서 개별적으로 감지되는 자기장의 변화를 수신하여 금속성 이물질의 위치를 검출하고,
    상기 절연부는 상기 송신 코일부와 수신 코일부 사이에 배치되는 제 1 절연막과; 상기 수신 코일부를 기준으로 상기 제 1 절연막이 형성된 위치의 타측에 배치되는 제 2 절연막과; 상기 송신 코일부를 기준으로 상기 제 1 절연막이 형성된 위치의 타측에 배치되는 제 3 절연막을 포함하며,
    상기 수신 코일부는 상기 제 2 절연막에 의해 상기 이송수단과 절연되면서 상기 비금속성 원료가 이동되는 경로에 근접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 금속 검출기.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 송신 코일부 및 수신 코일부는 각각 도선이 평면상에서 권선되어 배치되고,
    상기 송신 코일부와 다수개의 수신 코일부는 상호 간에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 금속 검출기.
  7. 삭제
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