KR102099864B1

KR102099864B1 - 자석과 일체화된 금속 탐지 센서 및 금속 이물 검출 장치

Info

Publication number: KR102099864B1
Application number: KR1020180105404A
Authority: KR
Inventors: 장준원
Original assignee: (주)나우시스템즈
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2020-04-13
Also published as: KR20200027289A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 금속 탐지 센서는 코어에 감겨진 도선에 전류를 인가하여 검출용 자계를 발생시키는 센서 코일 및 상기 센서 코일이 생성한 상기 검출용 자계에 대해 자화용 자계를 발생시키도록 배치되어 피검사물에 포함된 금속 이물질을 자화시키는 자화용 자석을 포함하고, 상기 코어는 중앙에 1개의 홈이 길이 방향으로 형성되어 너비 방향의 단면이 C자 형상을 갖고, 상기 도선은 상기 C자형 코어의 양단 돌출 부재를 각각 감싸는 형태로 구현되며, 상기 자화용 자석은 상기 C자형 코어의 양단 돌출 부재 각각에 부착되는 것을 특징으로 한다.

Description

자석과 일체화된 금속 탐지 센서 및 금속 이물 검출 장치{METALLIC FOREIGN COMPONENTS DETECTING SENSOR COMBINIED WITH MAGNET AND METALLIC FOREIGN COMPONENTS DETECTING APPARATUS INCLUDING THE SENSOR}

본 발명은 자석과 일체화된 금속 탐지 센서 및 금속 이물 검출 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 자석과 일체화된 금속 탐지 센서를 구현하고 추가 자석을 부착하여 금속 이물 검출 능력을 향상시킨, 금속 탐지 센서 및 금속 이물 검출 장치에 관한 것이다.

금속이물 검출기는 식품 등의 검사제품 내에 혼입된 금속이물을 검출하는 장치로서, 엑스레이 등을 이용한 광학적 검출 방식과 고주파 자장을 이용한 와전류 방식, 그리고 자화 수단으로 자화된 금속이물의 잔류 자기강도를 전자기 유도 현상으로 동작하는 자기 센서로 검출하는 전자기 유도 방식이 있다.

패러데이의 전자기 유도 법칙은 ε=-N(dΦ/dt)(단위: V)의 공식으로 일반화되며, 유도 기전력(ε)은 코일의 감은 횟수 및 시간에 따른 자속(Φ)의 변화율에 비례한다. 이 때, 금속이물의 움직임에 의해 생성되는 신호를 용이하게 검출하려면, 코일의 감은 횟수는 불변하기 때문에, 자기장을 통과하는 금속이물의 이동 속도를 높이거나, 금속이물의 자화 정도를 상승시켜야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 금속 이물 검출 장치는, 자화용 자석이 통합적으로 결합되도록 금속 탐지 센서를 구현함으로서 컨베이어벨트의 길이를 상대적으로 짧게하여 공간을 절약하고 협소한 공간에서도 설치가 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 금속 탐지 센서는, 금속 탐지 센서의 코어의 형태를 C자형으로 구현하고 도선이 C자형 코어의 양단을 감싸게 함으로서 상대적으로 검출용 자계의 세기를 강화시키도록 하는 것을 목적으로 한다. 이 때, 자화용 자석도 C자형 코어의 양단에 각각 부착되도록 하여 자화용 자계의 세기도 강화시킴으로서 금속 이물질의 검출 능력을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 탐지 센서는 코어에 감겨진 도선에 전류를 인가하여 검출용 자계를 발생시키는 센서 코일 및 상기 센서 코일이 생성한 상기 검출용 자계에 대해 자화용 자계를 발생시키도록 배치되어 피검사물에 포함된 금속 이물질을 자화시키는 자화용 자석을 포함하고, 상기 코어는 중앙에 1개의 홈이 길이 방향으로 형성되어 너비 방향의 단면이 C자 형상을 갖고, 상기 도선은 상기 C자형 코어의 양단 돌출 부재를 각각 감싸는 형태로 구현되며, 상기 자화용 자석은 상기 C자형 코어의 양단 돌출 부재 각각에 부착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시에에 따른 금속 이물 검출 장치는 코어에 감겨진 도선에 전류를 인가하여 생성되는 검출용 자계로부터 제1 출력신호를 생성하는 제1 센서 코일, 제2 센서 코일이 코어에 감겨진 도선에 전류를 인가하여 생성한 검출용 자계에 대해 자화용 자석을 통해 자화용 자계를 발생시켜 상기 검출용 자계와 상기 자화용 자계로부터 제2 출력신호를 생성하는 금속 탐지 센서 및 상기 제1 출력신호와 상기 제2 출력신호의 차이를 산출하여 피검사물에 금속 이물질이 포함되었는지 여부를 판별하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 금속 이물 검출 장치는, 자화용 자석이 통합적으로 결합되도록 금속 탐지 센서를 구현함으로서, 컨베이어벨트의 길이가 상대적으로 짧아지고 공간을 절약하고 협소한 공간에서도 설치가 가능해진다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 금속 탐지 센서는, 금속 탐지 센서의 코어의 형태를 C자형으로 구현하고 도선이 C자형 코어의 양단을 감싸게 함으로서 상대적으로 검출용 자계의 세기가 보다 강해진다. 이 때, 자화용 자석도 C자형 코어의 양단에 각각 부착되도록 하여 자화용 자계의 세기도 강해짐으로써 금속 이물질의 검출 능력이 향상될 수 있다.

충진물질에 의하여 제1 센서 코일 및 금속 탐지 센서를 보호케이스내에 고정할 수 있으며, 제1 센서 코일 및 금속 탐지 센서에 각각 포함되는 모든 구성품이 동시에 진동할 수 있게 된다. 이에 따라, 금속이물 검출의 오류를 줄일 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 금속 이물 검출 장치를 설명하는 도면
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속 이물 검출 장치와 금속 탐지 센서를 설명하기 위해 참조되는 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속 이물 검출 장치의 블록도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금속 이물 검출 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

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.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1a는 종래 실시예에 따라 구현된 금속 이물 검출 장치(1)의 사시도이고, 도 1b는 금속 이물 검출 장치(1)의 A-B 방향의 측단면도이다.

도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 종래 실시예에 따른 금속 이물 검출 장치(1)는 센서 코일(120', 125') 및 이와 별개의 자화용 자석(110')으로 구성되었다. 이 경우, 피검출물(10)이 전단 센서 코일(120')을 먼저 통과하고 자화용 자석(110')을 통과한 다음에 다시 후단 센서 코일(125')을 통과하여 피검출물(10)여부를 검출하였다.

이 때, 도 1의 센서 코일(120', 125')은 자화용 자석(110')과 별도로 구현되어 이들이 놓여지기 위한 컨베이어벨트의 길이(l')가 길어질 수밖에 없었다. 또한, 금속 탐지 센서(120', 125')의 코어가 모두 E자형으로만 구현되고 도선이 코어 중심 부분만을 감싸는 형태이므로, 도선으로부터 생성되는 검출용 자계의 세기도 미약하였다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 자화용 자석(110)이 통합적으로 결합된 금속 탐지 센서(125)를 구현함으로서 컨베이어벨트의 길이를 상대적으로 짧게 하여 공간을 절약하고 협소한 공간에서도 설치가 가능한 금속 이물 검출 장치를 구현하고자 한다.

또한, 본 발명에서는 금속 탐지 센서(125)의 코어의 형태를 C자형으로 구현하고 도선이 C자형 코어의 양단을 감싸게 함으로서 상대적으로 검출용 자계의 세기를 강화시키도록 한다. 이 때, 자화용 자석도 C자형 코어의 양단에 각각 부착되도록 하여 자화용 자계의 세기도 강화시킴으로서 금속 이물질의 검출 능력을 향상시키도록 한다.

도 2는 이러한 목적을 달성시키기 위한 본 발명의 실시예에 따른 금속 이물 검출 장치(2)를 도시한 도면이다. 도 2a는 금속 이물 검출 장치(2)의 사시도이고, 도 2b는 금속 이물 검출 장치(2)의 A-B 방향의 측단면도이다.

도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 금속이물 검출장치(2)는 반송부(100), 제1 센서코일(120), 및 금속 탐지 센서(125)로 구성되며, 이들의 동작을 제어하는 제어부(도 4 참조; 130)가 포함된다. 그리고, 금속 탐지 센서(125)는 제2 센서코일(122) 및 자화용 자석(110)으로 구성될 수 있다.

반송부(100)는 피검출물(10)을 기설정된 방향으로 반송하는 기능을 가지며, 컨베이어벨트 등의 기계적 장치일 수 있다. 도 2에서, 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(130)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.

피검출물(10)은 반송부(100)의 반송 경로를 따라 제1 센서코일(120) 및 금속 탐지 센서(125)을 통과하게 된다. 즉, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 반송부(100)의 반송방향을 따라 제1 센서코일(120) 및 금속 탐지 센서(125)가 소정 간격(L)을 두고 배치된다. 다만, 도 1과 비교하여 상대적으로 소정 간격이 짧아지며(L'->L), 컨베이어벨트의 길이(l)도 상대적으로 짧아지게 된다. 피검출물(10)은 반송부(100)의 반송경로를 따라 제1 센서코일(120) 및 금속 탐지 센서(125)을 통과하게 된다.

제1 센서코일(120)은 반송부(100)가 통과하는 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖는 보호케이스(C1)에 포함되고, 보호케이스(C1)는 반송부(100)를 둘러쌀 수 있다. 제1 센서코일(120)은 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d)을 포함할 수 있다. 진입부 상부 센서코일(120u)은 검출용 자계(magnetic field)를 발생시키는 기능을 하고, 진입부 하부 센서코일(120d)은 이를 수신하는 기능을 한다. 진입부 상부 센서코일(120u)이 생성한 검출용 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 하부 센서코일(120d)이 센싱한 유도기전력 신호는 제1 출력신호로 제어부(130)에 입력될 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, 금속 탐지 센서(125)에서의 검출감도가 향상될 수 있다.

또한, 제어부(130)는 반송부(100)의 이동속도를 높여 자속 밀도의 변화율을 높임으로써 금속 탐지 센서(125)에서의 검출감도를 향상시킬 수도 있다.

진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d)은 철심 코어에 도선(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 증폭기(미도시)에 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 제1 센서 코일(120)은 코어에 2개의 홈이 길이 방향으로 병렬 형성되어 너비 방향의 단면이 E자 형상을 가질 수 있다. 그리고, 도선은 코어의 2개의 홈 사이의 돌출된 중앙 부분에 감겨질 수 있다.

금속 탐지 센서(125)는 반송부(100)가 통과하는 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖는 보호케이스(C2)에 포함되고, 보호케이스(C2)는 반송부(100)를 둘러쌀 수 있다. 금속 탐지 센서(125)는 제2 센서 코일(122) 및 자화용 자석(110)을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 센서 코일(120)과 다르게 제2 센서 코일(122)은 자화용 자석(110)과 통합적으로 결합됨으로써 금속 탐지 센서(125)를 구성할 수 있다.

금속 탐지 센서(125)는 검출부 상부 센서(125u)와 검출부 하부 센서(125d)를 포함할 수 있다. 그리고, 검출부 상부 센서(125u)와 검출부 하부 센서(125d)는 각각 제2 상부 센서 코일(122u)과 상부 자화부(110u), 그리고 제2 하부 센서 코일(122d)과 하부 자화부(110d)를 포함할 수 있다.

자화용 자석(110)는 피검출물(10)에 혼입되어 있을 수 있는 금속이물을 자화시키는 역할을 한다. 자화용 자석(110)는 상부에 구비된 상부 자화부(110u)와 하부에 구비된 하부 자화부(110d)를 포함하며, 상·하부 자화부(110u, 110d)는 강자석으로 이루어져, 그 사이를 지나는 피검출물(10) 내의 금속이물을 자화시킬 수 있다. 물론, 자화용 자석(110)는 금속물질 등을 자화시킬 수 있다면, 강자석 이외의 어떠한 구성으로 이루어져도 무방하다.

검출부 상부 센서(125u)은 검출용 자계를 발생시키는 기능을 하고, 검출부 하부 센서(125d)은 이를 수신하는 기능을 한다. 검출부 상부 센서(125u)이 생성한 검출용 자계에 의하여 큰 자속이 발생되고, 피검출물(10) 내의 금속이물의 자속이 변화하면서 생기는 유도기전력 신호를 검출부 하부 센서(125d)가 센싱함으로써, 피검출물(10) 내에 금속이물이 혼입되었는지 검출할 수 있다. 이는 위에서 설명한 제1 센서코일(120)과 동일하다.

하지만, 검출부 하부 센서(125d)에서 수신된 유도기전력 신호는, 자화용 자석(110)에 의해서 자화된 금속이물에 의해서 생성되는 신호이기 때문에, 진입부 하부 센서코일(120d)에서 수신된 유도기전력 신호와 서로 상이하다.

구체적으로, 본 발명에서 자화용 자석(110)은 제2 센서 코일(122)이 생성한 검출용 자계에 대해 자화용 자계를 발생시키도록 배치되어 피검사물에 포함된 금속 이물질을 자화시키도록 한다.

그리고, 검출부 상부 센서(125u)에서는 제2 센서 코일(122)로부터 생성된 검출용 자계에 자화용 자석(110)에 의한 자화용 자계까지 혼합하여 생성하고, 이에 대응하는 유도기전력 신호를 검출부 하부 센서(125d)가 센싱함으로서, 피검출물(10) 내에 금속이물이 혼입되었는지 검출할 수 있다.

제2 센서 코일(122)은 코어의 양단 돌출 부재에 도선이 각각 감겨져 있고, 두 도선간 거리가 상대적으로 가까워 이들을 직렬연결 또는 병렬연결하여 합성된 신호를 이용할 수 있다.

그리고, 검출부 하부 센서(125d)가 센싱한 유도기전력 신호는 제2 출력신호로 제어부(130)에 입력될 수 있다.

진입부 하부 센서코일(120d)로부터 출력된 제1 출력신호와 검출부 하부 센서(125d)로부터 출력된 제2 출력신호의 차이를 이용하여, 본 발명에 따른 금속이물 검출장치(2)는 피검출물(10) 내의 금속이물과 포장재 등을 구별해낼 수 있게 된다. 구체적으로, 해당 출력신호의 차이가 소정의 임계치 이상인 경우 금속이물이 포함된 것으로 판단할 수 있다. 그리고 임계치는 사용자에 의해 미리 설정될 수 있으며, 실시간 원하는 수치로 변경하여 조정될 수 있다.

또한, 제1 센서코일(120)과 금속 탐지 센서(125)이 소정 간격(L) 이격되어 있기 때문에, 제1 센서코일(120)을 통과한 피검출물(10)이 이동하면서 진동 혹은 충격이 생기면, 금속 탐지 센서(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.

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

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속 탐지 센서(125)를 확대한 단면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속 탐지 센서(125)는 1개의 홈이 길이 방향으로 중앙에 형성되어 너비 방향의 단면이 C자인 형상을 갖는 코어를 가질 수 있다. 그리고, 자화용 자석(110)은 상기 C자형 코어의 양단 돌출 부재 각각에 부착될 수 있다. 도선은, C자형 코어의 양단 돌출 부재를 각각 감싸는 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 도선은 자화용 자석(110) 및/또는 코어를 각각 감싸는 형태로 구현될 수 있으며, 이로서, 제2 센서 코일(122) 및 감겨진 도선은 동일 평면상에 구현될 수 있다. 자화용 자석(110)이 양단 돌출 부재에 적어도 두번 직접 부착되게 되므로, 종래 한번 부착되는 것에 비해 자화용 자계의 세기가 보다 강해지고, 이로서, 금속 이물질의 검출 능력이 향상될 수 있다.

다만, 도 3에서는 중앙에 한 개의 홈만이 형성된 것을 예시하였으나, 실시예에 따라 코어 중앙에 복수의 홈이 형성된 후 중앙의 돌기와 양단 돌출 부재에 모두 자화용 자석(110)이 부착될 수도 있고, 이러한 경우 도선은 중앙의 돌기와 양단 돌출 부재를 모두 감싸 금속 이물질의 검출 능력을 보다 향상시킬 수도 있다.

그리고, 도 3에서는 자화용 자석(110)이 양단 돌출 부재의 상면에 각각 부착된 것을 예시하였으나, 실시예에 따라 전부 및/또는 일부가 양단 돌출 부재의 내측면 및/또는 외측면에 부착되도록 구현할 수도 있다.

다만, 자화용 자석(110)이 양단 돌출 부재의 상면에 부착되는 경우에는, 도선이 보다 잘 감겨져 효율적으로 설계할 수 있게 된다.

도 3에서는 반송부(100) 상에서 피검출물(10)을 기준으로 전단에는 제1 센서코일(120)이 배치되고, 후단에는 금속 탐지 센서(125)가 배치된 것을 예시하였으나, 실시예에 따라 전단 및 후단에 금속 탐지 센서(125)가 배치되도록 구현할 수도 있다.

위의 설명에서, 제1 센서코일(120) 및 금속 탐지 센서(125)는 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖는 보호케이스(C1, C2)에 포함되는 것으로 설명했지만, 보호케이스는 이와 다른 형상(예를 들어, 원통형)을 가져도 무방하다. 즉, 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d), 검출부 상부 센서(125u)과 검출부 하부 센서(125d)를 각각 별개의 구성으로 구현하되, 서로 적절한 방식으로 연결하여, 반송부(100)의 상·하부에 배치할 수 있다.

도 2에서는 발명의 이해를 돕기 위해, 금속이물 검출장치(2)의 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 검출장치(2)를 구동시키기 위한 요소들이 부가될 수 있다.

전술한 보호케이스(C1,C2)는 각각 제1 센서 코일(120) 및 금속 탐지 센서(125)를 감싸 커버할 수 있으며, 보호케이스(C1,C2)는 내부에 충진물질을 포함하여 제1 센서 코일(120) 및 금속 탐지 센서(125)를 보호케이스(C1,C2)내에 고정하는 역할을 한다.

이러한 충진물질은 예를 들어, 에폭시수지를 포함할 수 있다. 충진물질(210)에 의하여 제1 센서 코일(120) 및 금속 탐지 센서(125)를 보호케이스(C1,C2)내에 고정할 수 있으며, 제1 센서 코일(120) 및 금속 탐지 센서(125)에 각각 포함되는 모든 구성품이 동시에 진동할 수 있게 된다. 이에 따라, 금속이물 검출의 오류를 줄일 수 있다.

검출부(200)의 보호케이스를 자기장을 차단하거나 감쇠시킬 수 있는 재질로 제작할 경우 금속이물 검출장치(2)의 외부에서 발생한 자기장에 의하여 금속이물 검출장치(2)가 오작동하는 문제점을 추가적으로 해결할 수도 있다.

도 4를 참조하면, 제어부(130)는 적어도 하나의 증폭기(131-1, 131-2), 필터(132-1, 132-2), 이득제어기(133-1, 133-2), 컨버터(134-1, 134-2), 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), 자화용 자석(110), 제1 센서코일(120) 및 금속 탐지 센서(125)의 기능 및 구조에 대해서는 위의 설명으로 갈음하고, 도 4와 관련해서는, 제어부(130)의 구성, 기능 및 작용을 위주로 설명하기로 한다.

제1 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, 금속 탐지 센서(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 제1 센서코일(120)을 통과하면서 제1 출력신호를 생성하며, 이는 제1 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 자화용 자석(110)에 의해 자화되기 어렵고(자화되어도 미비한 수준이고), 자화용 자석(110)를 벗어나면 자성을 잃게 된다.

따라서, 포장재가 자화용 자석(110)를 통과하더라도, 자화용 자석(110)를 통과하기 전의 포장재의 자성과 다를 바 없기 때문에, 포장재가 금속 탐지 센서(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 기준치 차이에 대한 데이터를 저장할 수 있다.

피검출물(10) 내에 오로지 금속이물만 포함되어 있는 경우, 금속이물은 자화용 자석(110)에 의해 자화가 이루어지므로, 제1 센서코일(120)에서 센싱된 제1 출력신호와 금속 탐지 센서(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 기준치 차이에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 이러한 임계치 차이는 미리 저장될 수 있고, 사용자에 의해 실시간 변경될 수도 있다.

이때, 피검출물(10) 내에 금속이물 이외에 포장재도 함께 포함된 경우에는, 제1 출력신호와 제2 출력신호가 검출되되, 제2 출력신호의 크기가 제1 출력신호에 비해 매우 크거나, 단순히 금속이물만 포함되거나 단순히 포장재만 포함된 것과 비교하여 출력 신호의 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 제1 출력신호와 제2 출력신호에 기초하여, 종래의 다양한 방식으로, 이들 신호를 변형, 가공한 후 서로 비교할 수 있을 것이다.

제어부(130)는 제1 센서코일(120)과 금속 탐지 센서(125) 사이의 이격거리(L) 및 반송부(100)의 반송속도에 기초하여, 제1 출력신호와 제2 출력신호를 생성한 피검출물(10)이 동일한 것인지를 판단할 수 있다. 즉, 제1 센서코일(120)과 금속 탐지 센서(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 4에서는 입력부(136)와 표시부(137)가 별개의 구성으로 도시되어 있지만, 이와 달리 입력과 출력을 동시에 수행할 수 있는 터치 스크린 등으로 구현되어도 무방하다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 적용할 수 있는 금속이물 검출 방식을 시간적 순서에 따라 도시한 도면들이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 피검출물(10)은 반송부(100)에 의해 소정 속도와 방향으로 반송되며, 반송 방향을 따라 제1 센서코일(120) 이후에 금속 탐지 센서(125)를 통과한다. 제1 센서코일(120)은 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d)로 이루어지고, 금속 탐지 센서(125)은 검출부 상부 센서(125u)과 검출부 하부 센서(125d)로 이루어질 수 있다.

도 5b에서, 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, 출력신호(P1)는 검출되지 않을 것이다.

이후, 도 5c와 같이, 피검출물(10)이 검출부 상부 센서(125u)와 검출부 하부 센서(125d) 사이를 통과한다. 만약, 피검출물(10) 내에 금속이물 혼입되어 있다면, 그 금속이물이 자화되겠지만, 알루미늄 등을 포함하는 포장재가 혼입되어 있다면, 자화가 거의 이루어지지 않을 것이다. 도 5c에서는 자화용 자석(110)을 포함한 검출부 상부 센서(125u)와 검출부 하부 센서(125d) 사이를 피검출물(10)이 통과하여 제2 출력신호(P2)를 생성한다.

제1 출력신호(P1)와 제2 출력신호(P2)는 도 5에 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 판단할 수 있다.

이상에서는, 본 발명의 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.

Claims

코어에 감겨진 도선에 전류를 인가하여 생성되는 검출용 자계로부터 제1 출력신호를 생성하는 제1 센서 코일;
제2 센서 코일이 코어에 감겨진 도선에 전류를 인가하여 생성한 검출용 자계에 대해 자화용 자석을 통해 자화용 자계를 발생시켜 상기 검출용 자계와 상기 자화용 자계로부터 제2 출력신호를 생성하는 금속 탐지 센서; 및
상기 제1 출력신호와 상기 제2 출력신호의 차이를 산출하여 피검사물에 금속 이물질이 포함되었는지 여부를 판별하는 제어부;를 포함하고,
상기 금속 탐지 센서의 코어는 중앙에 1개의 홈이 길이 방향으로 형성되어 너비 방향의 단면이 C자 형상을 갖고,
상기 금속 탐지 센서의 도선은 상기 C자형 코어의 양단 돌출 부재를 각각 감싸는 형태로 구현되며,
상기 자화용 자석은 상기 C자형 코어의 양단 돌출 부재의 상면에 각각 부착되고,
상기 상기 C자형 코어의 양단 돌출 부재에 각각 감긴 두 도선은 직렬 또는 병렬 연결되어 합성된 하나의 신호를 검출하는, 금속 탐지 센서.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제