KR102543045B1 - 금속 검출기용 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송신코일(111)과 수신코일(112,113)을 구비하여 검사 대상물에 포함된 금속 이물질을 검출하기 위한 금속 검출기용 헤드(110)에 관한 것으로서, 헤드(110)를 통과하는 검사 대상물의 위치나 방향, 형상을 파악하기 위해 헤드(110)의 보빈(100A)을 관통하여 내부에 설치되는 카메라(130)를 구비하고, 상기 카메라(130)는 검사 대상물의 진행방향(Y)을 기준으로 검사 대상물의 좌우방향(X) 위치와 상하방향(Z) 위치를 파악하기 위해 헤드(110)의 상측, 좌측, 우측에 다수개 설치되고, 상기 카메라(130)는 카메라(130)의 이미지 센서(131)가 헤드(110)의 송신코일(111)과 수신코일(112,113) 사이의 전자기장 영향을 주지 않도록 릴레이 렌즈(132)를 사용하여 헤드(110)의 외부에 설치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 헤드내에 카메라를 구비하여 검사 대상물의 헤드 통과 위치나 방향, 형상을 실시간으로 파악해서 그 결과값을 금속검출 제어에 유용하게 사용할 수 있으므로 금속 검출기의 검사 변별력을 일정하게 유지시켜 검사 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.

Description

금속 검출기용 헤드{THE HEAD FOR METAL DETECTOR}

본 발명은 금속 검출기용 헤드에 관한 것으로서, 특히 산업 현장에서 식품이나 공산품 등의 검사 대상물 내에 포함되어 있는 금속 이물질을 검출하는데 사용되는 금속 검출기용 헤드에 관한 것이다.

일반적으로, 금속을 검출하기 위한 비파괴 방식의 검사기는 여러 가지 용도로 이용되고 있어서 우리들 일상 생활 속에서도 많이 접할 기회가 있다. 예를 들어 공항의 탑승구 부근에 설치되어 위해 요인이 되는 금속의 기내 반입을 방지하는 검지기와 같은 금속 검출기 등이 비파괴 방식의 금속 검출기이다.

또한 비파괴 방식의 금속 검출기는 과자나 라면, 만두 등과 같은 각종 식품 제조라인에 널리 사용되고 있는데, 식품의 안전, 안심을 위협하는 요인이 되는 이물질 혼입을 식품 제조 단계에서 방지하기 위해 1995년 PL법의 시행 전후부터 사용되고 있다.

이러한 금속 검출기는 크게 장치 전체의 제어와 검사결과를 표시하는 지시기, 핵심이라 할 수 있는 헤드, 벨트 컨베이어로 대표되는 반송기구로 구성된다.

그 중에서도 헤드는 동축형, 대향형, 영구 자석형의 세 종류가 있지만 최근의 동향으로서는 가장 검출 감도가 높은 동축형 헤드를 장착한 금속 검출기가 가장 많이 사용되고 있다.

금속 검출기의 금속 검출 원리를 살펴보면, 비파괴 방식의 금속 검출기에서 금속에 의한 자계의 변동은 그 금속이 자성 금속인지 비자성 금속인가의 여부에 따라 변화하는 성질이 달라서 그 성질을 이용하여 여러가지 금속을 검출한다. 즉, 교류자계를 피검사품인 대상물에 대고 금속에 의한 자계의 미세한 변동을 검출하여 이물질 금속의 혼입을 판정한다.

한편, 금속 검출 감도에 영향을 주는 요소들은 다음과 같이 알려져 있다.

1. 금속검출기 헤드의 크기

2. 헤드내 금속이물의 위치

3. 사용 주파수

4. 금속의 모양 및 방향성

5. 컨베이어의 속도

6. 생산제품의 종류

7. 생산제품의 포장 재질

8. 주변환경, 온습도, 진동, 전원관련 노이즈

도 1은 종래 금속 검출기의 개념도, 도 2는 헤드의 개념도, 도 3은 헤드의 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 금속 검출기는 크게 검사 대상물(T) 내의 금속 이물질을 검출하기 위해 검사 대상물(T)이 통과할 수 있는 터널 형태의 헤드(110)와 헤드(110)에 검사 대상물(T)을 이송하는 컨베이어(120)를 구비한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 헤드(110)는 전자기장이 형성되도록 마련된 송신코일(111)과 검사 대상물(T) 내의 금속 이물질에 의한 전자기장의 변화를 감지하여 금속 이물질을 판별하도록 상기 송신코일(111)을 사이에 두고 양측으로 마련되는 수신코일(112,113)을 구비한다.

도 3을 참고하여 상기 헤드(110)의 구조를 살펴보면, 먼저 보빈(100A) 위에 코일(111,112,113)을 감은 후에 쉴드(shield) 처리를 위해 보빈(100A) 바깥쪽을 금속으로 감싸서 쉴드 케이스(100B)를 설치한다. 단면에서 보면 송신코일(111)에서 발생한 전자기장은 좌우에 있는 수신코일(112,113)로 유도되고, 쉴드 케이스(100B)에 의해 헤드(110) 바깥쪽의 노이즈는 차단된다.

한편, 금속 검출기는 검사기의 일종으로 검사 기준치를 낮게 설정하면 검사가 정상적으로 진행되지 않고, 너무 높게 설정하면 생산라인이 자주 멈추는 특성이 있으므로 항상 생산성과 검사효율 사이에서의 트레이드 오프(Trade-off)로 인해 고민해야 하는 실정이다.

현재 금속 검출기의 주요 문제점은 다음과 같다.

- 검사 대상물의 헤드 통과 위치에 따른 검사결과의 차이

동일한 검사 대상물이라도 중앙으로 통과할 때보다 가장자리로 통과 할 때 최대 30% 이상 크게 검출되어 검사 변별력에 문제를 일으키고 있다.

- 검사 대상물의 헤드 통과 방향 및 자세에 따른 검사결과의 차이

한쪽면의 길이가 긴 직사각형의 검사 대상물이 가로방향 또는 세로방향으로 통과할 때 세로 방향(긴 통과시간)으로 통과하는 검사 대상물의 금속 검출량이 높게 나타나는 문제점이 있다.

근본적인 문제는 헤드(110)의 구조적인 결함이다. 도 4를 참고하여 상기 헤드(110)의 위치별 수신감도를 살펴보면 헤드(110) 내부에는 전자기장의 왜곡을 수신하는 수신코일(112,113)이 있는데 검사 대상물(T)이 수신코일(112,113)에 가까울수록 수신감도가 높게 나오게 된다. 검사 대상물(T)이 중앙에 있지 않고 좌측이나 우측으로 치우쳐 지나가면 좌우에 있는 수신코일(112,113)감도가 높아지는 것이다. 반면 검사 대상물(T)은 중력에 의해 항상 바닥면에 밀착되어 있어 위아래에 있는 수신코일(112,113)의 영향은 일정한 편이다. 결과적으로 헤드(110) 내부의 수신감도는 중앙이 낮고 좌우가 높은 포물선 형태를 나타낸다.

종래 관련 분야 특허 기술로서, 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 포함하는 평면형 금속 검출 센서를 이용한 금속 검출기가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

또한, 검출테이블의 중간부에 설치되고, 중앙에는 검출터널이 구비되어 대상물의 금속포함여부를 검출하는 검출기와; 검출테이블에 가로방향으로 설치되어 금속검출의 대상물을 이송하는 컨베이어와; 검출터널의 외측에 감겨 고주파 전자기장을 발진하고 수신하는 발진코일 및 수신코일과; 대상물의 금속성분에 의해 변조된 주파수가 수신코일을 통해 검지되면 대상물에 금속이 포함되어 있음을 판단하는 중앙처리장치와; 중앙처리장치의 신호에 따라 선택적으로 동작하는 릴레이와; 릴레이에 의해 전원이 인가될 경우에만 작동하여 금속이 포함된 대상물을 컨베이어로부터 이탈시키는 리젝터로 구성된 금속 검출기가 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).

국내등록특허 10-1744452 국내등록실용 20-0371668

본 발명은 금속 검출기의 검사 정확도를 향상시키기 위해 검사 대상물의 헤드 통과 위치나 방향, 형상을 파악해서 그 결과값을 금속검출 제어에 유용하게 사용할 수 있도록 하는 금속 검출기용 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 금속 검출기용 헤드는, 송신코일과 수신코일을 구비하여 검사 대상물에 포함된 금속 이물질을 검출하기 위한 금속 검출기용 헤드로서, 헤드를 통과하는 검사 대상물의 위치나 방향, 형상을 파악하기 위해 헤드의 보빈을 관통하여 내부에 설치되는 카메라를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 카메라는 검사 대상물의 진행방향(Y)을 기준으로 검사 대상물의 좌우방향(X) 위치와 상하방향(Z) 위치를 파악하기 위해 헤드의 상측이나 좌측, 우측에 다수개 설치될 수 있다.

또한, 상기 카메라는 카메라의 이미지 센서가 헤드의 송신코일과 수신코일 사이의 전자기장 영향을 주지 않도록 릴레이 렌즈를 사용하여 헤드의 외부에 설치될 수 있다.

본 발명에 따르면 헤드내에 카메라를 구비하여 검사 대상물의 헤드 통과 위치나 방향, 형상을 실시간으로 파악해서 그 결과값을 금속검출 제어에 유용하게 사용할 수 있으므로 금속 검출기의 검사 변별력을 일정하게 유지시켜 검사 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.

구체적으로는, 헤드 중앙 또는 가장자리 등 검사 대상물의 통과 위치에 관계없이 검사 변별력을 일정하게 유지시켜 검사 정확도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 직사각형인 검사 대상물이 헤드를 가로방향 또는 세로방향으로 통과하는 것과 관계없이 금속 검출량을 일정하게 유지시켜 검사 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 금속 검출기의 사시도.
도 2는 헤드의 개념도.
도 3은 헤드의 단면도.
도 4는 헤드 내부 위치별 수신감도 개념도.
도 5 내지 7은 본 발명에 따른 금속 검출기용 헤드의 개념도.
도 8은 본 발명에 따른 금속 검출기의 개념도.
도 9는 카메라 개념도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 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 5내지 7은 본 발명에 따른 금속 검출기용 헤드의 개념도, 도 8은 본 발명에 따른 금속 검출기의 개념도, 도 9은 카메라 개념도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속 검출기용 헤드(110)는, 송신코일(111)과 수신코일(112,113)을 구비하여 검사 대상물(T)에 포함된 금속 이물질을 검출하기 위한 헤드로서, 특별히 헤드(110)를 통과하는 검사 대상물(T)의 위치나 방향, 형상 등을 파악하기 위해 헤드(110)의 보빈(100A)을 관통하여 내부에 설치되는 카메라(130)를 구비하는 것을 기술적 특징으로 한다.

즉, 컨베이어에 의해 터널 형태의 헤드(110)를 통과하는 검사 대상물(T)의 위치나 방향, 형상 등을 실시간으로 파악하여 검사 대상물(T)을 모니터링 하기 위해 헤드(110)의 보빈(100A)을 뚫고 내부에 설치되는 카메라(130)를 구비하고 있는 것이다.

상기 형상은 카메라(130)로 취득한 이미지로부터 추출된 검사 대상물(T)의 모양(예를 들면 원, 사각형 등)을 의미한다.

또한, 상기 카메라(130)는 도 6에 도시한 바와 같이 검사 대상물(T)의 진행방향(Y)을 기준으로 검사 대상물(T)의 좌우방향(X) 위치와 상하방향(Z) 위치를 파악하기 위해 헤드(110)의 상측이나 좌측, 우측에 다수개(도면에서는 3개)가 설치될 수 있다.

또한, 상기 카메라(130)는 도 7에 도시한 바와 같이 카메라(130)의 이미지 센서(131)가 헤드(110)의 송신코일(111)과 수신코일(112,113) 사이의 전자기장 영향을 주지 않도록 하기 위해 릴레이 렌즈(132)를 사용하여 헤드(110)의 외부에 설치될 수 있다.

도 9과 같이 일반적으로, 카메라는 빛을 모으는 렌즈와 맺힌 빛을 감지하여 전기신호로 변환하는 이미지 센서로 구성된다. 렌즈는 보통 유리나 플라스틱으로 제조되므로 비자성체로 구분되며, 이미지 센서는 전자회로로 구성되어 자성체로 구분된다. 그리고, 렌즈와 이미지 센서를 연결해 주는 경통(하우징)은 비자성체인 플라스틱 재료로 제조될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 도 7에 도시한 바와 같이 이미지 센서(131)가 헤드(110)의 송신코일(111)과 수신코일(112,113) 사이의 전자기장 영향을 주지 않도록 하기 위해 특별히 릴레이 렌즈(132)를 사용하는 것이다.

결과적으로, 릴레이 렌즈(132)를 사용하여 쉴드 케이스(100B)내에는 렌즈부를 장착하고 이미지 센서(131)를 쉴드 케이스(100B) 바깥으로 나오게 설치하여 쉴드 케이스(100B) 내부에는 비자성 재료만 존재하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 헤드내에 카메라를 구비하여 검사 대상물의 헤드 통과 위치나 방향, 형상을 실시간으로 파악해서 그 결과값을 금속검출 제어에 유용하게 사용할 수 있으므로 금속 검출기의 검사 변별력을 일정하게 유지시켜 검사 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.

구체적으로는, 헤드 중앙 또는 가장자리 등 검사 대상물의 통과 위치에 관계없이 검사 변별력을 일정하게 유지시켜 검사 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.

예들 들면, 카메라에 의해 파악된 좌우방향(X) 치우침 정도에 따른 검사 대상물의 헤드 통과 위치를 계산하여 수신코일에 나타나는 위치별 전기신호의 차이값을 금속 검출을 여부를 판단하는 임계값(threshold value)에 반영한다. 즉 헤드 통과 위치별로 금속 검출 임계값이 달라 헤드 통과 위치에 무관하게 수신감도 일정하게 하는 것이다.

부연하자면, 검사 대상물의 헤드 통과 위치를 카메라를 이용하여 실시간으로 파악한 후에 통과 위치에 따른 수신 감도의 차이를 금속 검출 임계값(threshold value)을 바꾸어 검사 대상물의 위치에 무관하게 일정한 수신감도가 유지 되도록 제어하는 것이다.

헤드의 내부 수신감도는 도 4와 같이 헤드 설계 구조상 중앙이 낮고 좌우가 높은 포물선 형태를 나타낸다. 그 수신감도 편차는 30%정도 이다. 검사 대상물이 오른쪽으로 치우쳐 지나가면 중앙으로 지나 갈 때보다 검출 신호가 커져서 오동작 할 수도 있다.

이러한 경우 검사 대상물의 통과 위치를 미리 파악할 수 있다면 포물선 형태의 수신감도 그래프 특성에 기반하여 금속검출 판단값을 변경하여 위치 변화를 추종할 수 있다. 따라서, 검사 대상물이 헤드의 어느 위치로 통과하더라도 위치 보상을 함으로써 항상 일정한 검사 정확도를 유지할 수 있게 되는 것이다.

결국, 본 발명에 따른 금속 검출기용 헤드를 사용하게 되면 헤드의 양측 가장자리를 통과하는 검사 대상물에 포함된 금속 이물질에 대한 검출률을 크게 안정시킬 수 있으므로 헤드 중앙 또는 가장자리 등 검사 대상물의 통과 위치에 관계없이 검사 변별력을 일정하게 유지시켜 검사 정확도를 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 직사각형의 검사 대상물이 헤드를 가로방향 또는 세로방향으로 통과하는 것과 관계없이 금속 검출량을 일정하게 유지시켜 검사 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.

예를 들면, 카메라에 의해 추출되는 검사 대상물의 형태가 직사각형인 경우에는 제어기는 컨베이어에 대한 검사 대상물의 방향(각도)을 산출하여 금속 검출 기준값을 변경하여 제어할 수 있다. 즉, 검사 대상물이 헤드를 통과하여 빠져나가는 시간의 증감에 따라 발생하는 검출신호의 증감을 금속 검출 기준값을 변경으로 제어하는 것이다.

부연하자면, 카메라에 의해 파악된 검사 대상물이 직사각형인 경우 컨베이어와의 방향(각도)을 계산하여, 검사 대상물이 헤드를 통과하여 빠져나가는 시간의 증감에 따라 발생하는 검출신호의 증감을 보상하는 금속 검출 기준값을 변경으로, 검사 대상물의 방향에 무관하게 금속검출을 일정하게 유지할 수 있다.

결국, 본 발명에 따른 금속 검출기용 헤드를 사용하게 되면 직사각형의 검사 대상물이 헤드를 가로방향 또는 세로방향으로 통과하는 것과 관계없이 검사 정확도를 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 검사 대상물(T)이 원형으로 설정 되었다고 가정 할때 사각형과 같이 다른 형상의 물체가 들어오면 형상 인식에 의해 걸러지게 된다.

한편, 본 발명에 따른 금속 검출기용 헤드를 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100A : 보빈 100B : 쉴드 케이스
110 : 헤드
111 : 송신코일 112,113 : 수신코일
120 : 컨베이어
130 : 카메라
131 : 이미지 센서 132 : 릴레이 렌즈
T : 검사 대상물

Claims (4)

1. 송신코일(111)과 수신코일(112,113)을 구비하여 검사 대상물에 포함된 금속 이물질을 검출하기 위한 금속 검출기용 헤드(110)로서,
   헤드(110)를 통과하는 검사 대상물의 위치나 방향, 형상을 파악하기 위해 헤드 내부에 카메라(130)를 구비하되,
   상기 카메라(130)는 검사 대상물의 진행방향(Y)을 기준으로 검사 대상물의 좌우방향(X) 위치 및 상하방향(Z) 위치를 파악하기 위해 헤드(110)의 상측, 좌측 및 우측 중 적어도 어느 한 군데 이상에 설치되고,
   상기 카메라(130)에 의해 추출되는 대상물의 위치, 방향 및 형상에 따라 금속 검출 기준값을 변경하여 제어하는 금속 검출기용 헤드.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 카메라(130)는 헤드(110)의 보빈(100A)을 관통하여 내부에 설치되는 금속 검출기용 헤드.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 카메라(130)는 카메라(130)의 이미지 센서(131)가 헤드(110)의 송신 코일(111)과 수신코일(112,113) 사이의 전자기장 영향을 주지 않도록 릴레이 렌즈(132)를 사용하여 헤드(110)의 외부에 설치되는 금속 검출기용 헤드.

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