WO2006057409A1

WO2006057409A1 - 金属検知装置の電磁誘導センサ及び金属探知方法

Info

Publication number: WO2006057409A1
Application number: PCT/JP2005/021903
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Hoshikawa; Kiyoshi Koyama
Original assignee: Nihon University
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2006-06-01
Also published as: JP2008039394A

Abstract

　本発明は、被検査物に混入している金属片を検知する金属片検知装置に用いられる電磁誘導センサであり、この電磁誘導センサ（２０）は、励磁コイル（２１）と検出コイル（２２）からなり、両コイルは、コイル面が直交するように配置してある。電磁誘導センサは、被検査物（３１）に対して、励磁コイル（２１）のコイル面が垂直になり、検出コイル（２２）のコイル面が並行になるように対向配置される。励磁コイル（２１）は、被検査物（３１）に一様な磁界を発生する。検出コイル（２２）には、被検査物（３１）に金属片が混入しているときのみ、金属片検知信号を発生する

Description

金属検知装置の電磁誘導センサ及び金属探知方法

技術分野

[0001] 本発明は、本願発明は、食品、工業材料、衣服、郵便物等に混入或いは潜在する金属片の検知装置や、地雷検知装置等に使用する電磁誘導センサ及び金属探知方法に関する。

本出願は、日本国において 2004年 11月 29日に出願された日本特許出願番号 20 04— 344964を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される。

背景技術

[0002] 従来、食品、工業材料等に混入する金属片の検知装置には、電磁センサが使用されている。

この種の電磁センサとして、特開 2004— 85439号公報に開示されるようなものがある。この公報に開示される電磁センサ 11は、図 1及び図 2に示すように、被検査物 12を搬送するベルト 13を有するベルトコンベアを備える。

ベルトコンベアによって搬送される被検査物 12に混入する金属片の有無を検知する電磁センサ 11は、図 2及び図 3に示すように、断面が E字状の鉄心 111を備え、この鉄心 111にセンサコイル 112を卷回し、鉄心 111の中央部に永久磁石 113を取り付けて構成されている。電磁センサ 11のセンサコイル 112は、交流電源（図示せず）と検出回路（図示せず）に接続されている。被検査物 12は、ベルト 13によって図 1中矢印 XI方向へ搬送され、図 2に示すように、電磁センサ 11の下を通って移動する。センサコイル 112に交流電源を接続すると、センサコイル 112に交流電流が流れて交番磁界を発生する。この交流磁界に基づいてセンサコイル 112に発生する磁束は、ベルト 13を含む磁路を通過する。被検査物 12に金属片が混入しているときは、被検査物 12が、図 2のように、電磁センサ 11の下に移動すると、センサコイル 112の磁路の磁気特性が変化する。この磁気特性の変化により、センサコイル 112の交流電流の振幅が変化する。この振幅の変化分を検出回路で抽出することにより、被検査物 12に混入して、る金属片の検知が行われる。

発明の開示

ところで、図 1乃至図 3に示す電磁センサ 11は、 1個のセンサコイル 112を励磁コィルと検出コイルとに使用しているため、このセンサコイル 112には、被検査物 12に金属片が混入していないときにも電流が流れている。すなわち、被検査物 12に金属片が混入していないときも、検出コイルに検出信号が発生する。したがって、金属片を検知するには、金属片が混入して!/、な、ときの検出信号と金属片が混入して、るときの 2つの検出信号から、これら検出信号の振幅差を金属片検知信号として抽出しなければならない。そのため、金属片検知信号の抽出には、ブリッジ回路 (平衡回路）等力なる複雑な回路を用いて、複雑な信号処理を行う必要があり、金属片の検知装置が複雑になる。また、被検査物 12とセンサコイル 112の距離 (間隔)が大きくなると、両検出信号は小さくなり、両検出信号の振幅差も小さくなるから、金属片の検出精度や検出感度が低下する。

上述の電磁センサ 11は、被検査物 12に金属片が混入している場合、センサコイル 112と被検査物 12の間隔 (距離)が変化すると検出コイルの電流も変化するため、その変化は、金属片検知信号に影響し、金属片の検出精度や検出感度を低下させる。センサコイル 112と被検査物 12の間隔（距離）の変化は、センサコイル 112の位置の上下動や被検査物 12に混入する金属片の位置の相違、例えば、金属片が被検查物 12のセンサコイル 112に近い位置にある力遠い位置にあるかの相違によって発生する。

本発明の目的は、従来の磁気センサが有する問題点を解決することを可能とする新規な金属検知装置の電磁誘導センサ及び金属探知方法を提供することにある。本発明の他の目的は、被検査物に金属片が混入しているときにのみ検出コイルに検出信号を発生するようにし、複雑な回路を用いて、複雑な信号処理を行うことなく被検査物に内在して混入する金属片の有無を検知できるようにした金属検知装置の電磁誘導センサ及び金属探知方法を提供することにある。

本発明に係る金属検知装置の電磁誘導センサは、互いのコイル面が交差するように配置された励磁コイルと検出コイルを備え、検出コイルのコイル面が被検査物と並行になるように配置して、る。

また、本発明に係る金属検知装置の電磁誘導センサは、検出コイルを、並列して配置した複数のコイルにより構成するようにしてもよ!、。

また、本発明に係る金属検知方法は、励磁コイル及び検出コイルを有し、これらコィルのコイル面が交差するように配置された電磁誘導センサの検出コイルのコイル面が被検査物と並行となるように、電磁誘導センサ又は被検査物を相対的に移動して被検査物の金属片を検知する。

また、本発明に係る金属検知方法には、複数のコイルを並列配置して構成した検出コイルを用いるようにしてもょ、。

本発明を適用した電磁誘導センサの検出コイルには、被検査物に金属片が混入しているときにのみ、検出信号である金属片検知信号が発生し、金属片が混入していないときは、検出信号を発生しないから、例え金属片検知信号の振幅が小さいときにも金属片を確実に検知できる。したがって、従来の金属片検地センサに比し、高精度、高感度で金属片の検知を可能とする。

また、本願発明を適用した電磁誘導センサを用いた金属検知装置は、金属片検知信号の抽出が容易になるから、金属片検知信号の抽出回路を簡単に構成できる。本発明を適用した電磁誘導センサの金属片検知信号は、金属片の寸法によって振幅の大きさが異なるから、金属片の種類 (材質)が同じ場合には、金属片検知信号の振幅の大小によって金属片の大きさを推定することができる。また、金属片検出信号の位相は、金属片の大きさに関係なぐ金属片の種類 (材質）によって決まるから、金属片検出信号の位相によって金属片の種類 (材質)を推定することができる。本発明を適用した電磁誘導センサは、電磁誘導センサと金属片の距離 (間隔)が変化して金属片検出信号の振幅が変動しても、その振幅の変動は、金属片有無の判別に関係しないから、その金属片検出信号の振幅の変動によって金属片有無の判別を誤ることがない。

本発明のさらに他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施に形態から一層明らかにされるであろう。

図面の簡単な説明 [0004] [図 1]図 1は、従来の電磁センサを示す平面図である。

[図 2]図 2は、図 1の II II線断面図である。

[図 3]図 3は、従来の電磁センサを示す底面図である。

[図 4]図 4は、本発明に係る電磁誘導センサを示す平面図である。

[図 5]図 5は、本発明に係る電磁誘導センサを示す側面図である。

[図 6]図 6は、図 4の VI— VI線断面図である。

[図 7]図 7A乃至図 7Fは、本発明に係る電磁誘導センサの励磁コイルが発生する磁束の方向、及び被検査物中の金属片と検出コイルの位置関係を説明する図である。

[図 8]図 8A、図 8B、図 8Cは、本発明に係る電磁誘導センサの試験結果を示す図である。

[図 9]図 9は、本発明に係る電磁誘導センサの試験に用いたボルトを示す平面図である。

[図 10]図 10は、本発明に係る電磁誘導センサの試験に用いた各種のクリップを示す平面図である。

[図 11]図 11は、本発明に係る電磁誘導センサの試験に用、たステープラ用の針を示す平面図である。

[図 12]図 12A、図 12B、図 12Cは、本発明に係る電磁誘導センサの励磁コイルの卷線の方向を変えた例と検出コイルの形状を変えた例をそれぞれ示す。

[図 13]図 13A、図 13B、図 13Cは、本発明に係る電磁誘導センサの他の例をそれぞれ示す。

発明を実施するための最良の形態

[0005] 以下、本発明を適用した金属検知装置の電磁誘導センサ及び金属探知方法の実施の形態を図面を参照して説明する。

本発明に係る電磁誘導センサ 20は、図 4、図 5、図 6に示すように、電磁誘導センサの励磁コイル 21及び電磁誘導センサの検出コイル 22を備え、これら各コイル 21, 22 に対向するようにして被検査物 31が設置される。

この電磁誘導センサ 20を構成する励磁コイル 21は、図 5に示すように、矩形状に卷回されコイルであり、検出コイル 22は、図 4に示すように、パンケーキ状（ドーナツ状）に卷回されたコイルである。すなわち、検出コイル 22は、同心円状に形成されている電磁誘導センサ 20を構成する励磁コイル 21と検出コイル 22は、それぞれのコイル面が直交する、すなわち、図 4及び図 5に示すように、交差するように配置される。そして、励磁コイル 21は、図 4及び図 5に示すように、そのコイル面が被検査物 31と直交するように設置される。したがって、検出コイル 22のコイル面は、図 5及び図 6に示すように、被検査物 31と平行になる。

ここで、コイル面は、励磁コイル 21及び検出コイル 22の各コイルの中心軸と直交する面、すなわち、卷線に囲まれた開口面である。以下本願において同様である。図 7A〜図 7Fは、励磁コイル 21が発生する磁束の方向、及び被検査物中の金属片と検出コイルの位置関係を説明する図である。

励磁コイル 21に電流を流すと、図 7Aに示すように、励磁コイル 21には、その卷線方向と直交する方向であるコイル面と直交する方向に一様な磁界を発生し、互いに平行で方向が同じ磁束 Mfを発生する。このとき、検出コイル 22は、図 7Bに示すように、一様な磁界に置かれている。その結果、検出コイル 22には、励磁コイル 21により発生する磁束 Mfの作用により起電力が誘導される。このとき、検出コイル 22は、励磁コイル 21により発生する磁束 Mfと平行な中心線 POの両側の部分 22L、 22Rは、左右対称であるから、図 7Bに示すように、この検出コイル 22が対向された被検査物 31 に金属片 32が混入していないときには、検出コイル 22の左側の部分 22Lに誘導する起電力と右側の部分 22Rに誘導する起電力は、大きさが同じで方向が逆になる。したがって、検出コイル 22の左側の部分 22Lに誘導する起電力と右側の部分 22R に誘導する起電力は、打ち消し合い、検出コイル 22には、検出信号は発生しない。すなわち、一様な磁界中に金属片が存在しないときは、検出コイル 22には、検出信号は発生しない。

他方、検出コイル 22が対向された被検査物 31に金属片 32が混入しているとき、例えば、図 7Cに示すような位置に金属片 32が混入しているような場合には、この金属片 32に、励磁コイル 21により発生する磁束 Mfによって渦電流 iが発生する。そのため、金属片 32の近傍の空間磁界は、渦電流 iにより発生する磁界の影響を受けて、一様な磁界に乱れを生じる。なお、渦電流 iは、金属片 32の前端部分 32aと後端部分 32bとで逆方向に流れる。

ところで、被検査物 31に混入された金属片 32が、図 7Cに示すように、検出コイル 2 2に対し離れた位置にある場合には、金属片 32の近傍の空間磁界が乱れてもその影響は受けない。すなわち、検出コイル 22には、検出信号は発生しない。

次に、電磁誘導センサ 20を、被検査物 31に対して、図 7C中矢印 Y2方向へ移動し、図 7Dに示すように、検出コイル 22が金属片 32の前端部分 32aまで進むと、検出コィル 22は、金属片 32に生ずる渦電流 iにより発生する磁界の影響を受け、この検出コィル 22に起電力が誘導される。すなわち、検出コイル 22には、金属片検知信号が発生する。

そして、電磁誘導センサ 20がさらに図 7D中矢印 Y2方向に進み、図 7Eに示すように、金属片 32の真上まで進むと、検出コイル 22は、金属片 32の前端部分 32aと後端部分 32bの渦電流 iが発生する磁界の影響を受ける。その際、金属片 32の前端部分 32aと後端部分 32bの渦電流 iの方向は逆であるから、検出コイル 22には、検出信号は発生しない。

さらに、電磁誘導センサ 20が図 7E中矢印 Y2方向に進み、検出コイル 22が図 7F に示す位置まで進むと、検出コイル 22は、金属片 32の後端部分 32bに発生する渦電流 iにより生じる磁界の影響を受け、検出コイル 22に起電力が誘導される。すなわち、検出コイル 22には、金属片検知信号が発生する。その場合、金属片検知信号は、図 7Dに示す状態で検出コイル 22に発生する金属片検知信号と極性が逆になる。上述したように、図 4乃至図 6に示す本発明に係る電磁誘導センサ 20の検出コイル 22には、被検査物 31に金属片 32が混入しているときのみ、金属片検知信号が発生し、金属片 32が混入していないときには検出信号が発生しない。すなわち、検出コィル 22の検出信号は、金属片検知信号となる。したがって、本発明に係る電磁誘導センサ 20は、前述した従来の電磁センサのように、金属片 32が混入していないときの検出信号と金属片 32が混入しているときの検出信号との振幅差を抽出して金属片検知信号を抽出する必要がない。

また、本発明に係る電磁誘導センサは、被検査物 31に金属片 32が混入しているときのみ金属片検知信号を発生するから、検出コイル 22と金属片 32の距離 (間隔)が変化して金属片検知信号の振幅が変動しても、その振幅の変動は、金属片有無の検出に関係しないから、金属片有無の判別を誤ることがない。

図 7A乃至図 7Fに示す例では、電磁誘導センサ 20を矢印 Y4方向へ移動する例について説明したが、電磁誘導センサを移動する代わりに被検査物 31を移動するようにしてもよい。

ここで、本発明に係る電磁誘導センサ 20の試験結果にっ、て説明する。

電磁誘導センサ 20の試験は、金属片上に本発明に係る電磁誘導センサ 20を設置し、励磁コイル 21へ高周波信号を印加し、電磁誘導センサ 20を移動して、検出コィル 22に誘導された電圧を測定した。なお、金属片がないときは、検出コイル 22に電圧は誘導されなかった。

図 8A乃至図 8Cは、検出コイル 22に誘導した電圧を示す。図 8A乃至図 8Cにおいて、横軸は、検出コイルに誘導した電圧の同相成分 (励磁電流と同相の成分)を示し、縦軸は、 90度進相成分 (励磁電流と 90度進相成分)を示す。なお、図 8A乃至図 8 Cは、正規化した電圧を示す。

電磁誘導センサ 20の検出対象となる金属片は、図 9に示すようなボルト 51、図 10 に示すような大きさをそれぞれ異にするクリップ 61a, 61b, 61c、図 11に示すようなステープラ用の針 71を用いた。

ここで、ボルト 51は、その長さ L1を約 50mmとし、頭部径 W1を 16mmとし、ネジ部径 W2を 10mmとしている。また、クリップ 6 laは、その長さ L2を 50mmとし、幅 W3を 10mmとし、クリップ 61bは、その長さ L3を 28mmとし、幅 W4を 8mmとし、クリップ 61 cは、その長さ L4を 2 lmmとし、幅 W5を 5mmとしている。また、ステープラ用の針 71 は、その長さ L5を 9mmとし、幅 W6を lmmとしている。

そして、クリップ 61a, 61b, 61cとステープラ用の針 71とは、同種の材料であるが、ボルト 51は、それらと材が異なる。

励磁コイル 21は、長さ（被検査物に対向する部分のコイルの中心軸と直交する方向の寸法）を 160mmとし、高さを 30mmとし、幅（被検査物に対向する部分のコイルの中心軸と平行する方向の寸法)を 150mmとする大きさに形成され、検出コイル 22 は、外径を 70mm、卷幅を 10mm、卷厚を lmmとする大きさに形成されている。そして、図 8Aは、ボルト 51の金属片検知信号とクリップ 61aの金属片検知信号を示す。ボルト 51の金属片検知信号とクリップ 61aの金属片検知信号は、振幅が相違するとともに、位相も相違している。

図 8Bは、クリップ 6 la, 61b, 61cの金属片検知信号を示す。クリップ 6 la, 61b, 6 lcの金属片検知信号は、クリップ 61a, 61b, 61cの寸法が小さくなるほど、振幅は小さくなるが、位相は同じである。すなわち、金属片の寸法が変わると、金属片検知信号の振幅は変わるが、位相は変わらない。

図 8Cは、ステープラ用の針 71の金属片検知信号を示す。ステープラ用の針 71の場合には、金属片検知信号の振幅は小さくなる力ボルト 51やクリップ 61a, 61b, 6 lcと同様に高感度で検出できる。なお、位相は、クリップ 61a, 61b, 61cと同じになる。

図 8A、図 8B、図 8Cの試験結果から、検出コイルは、金属片があるときのみ金属片検知信号を発生するから、振幅が小さ、ときも金属片を確実に検知することができる。また、金属片検知信号の振幅は、金属片の寸法によって変わるが、位相は、変わらない（同じである)ことが分かる。そして、金属片検知信号の位相は、金属片の材質によって変わることが分かる。このことから、金属片の材質が同じ場合には、金属片検知信号の振幅の大小により金属片の大きさを推定することができ、金属片検知信号の位相によって金属片を構成する材質を推定することができる。

次に、図 12A、図 12B、図 12Cを参照して、検出コイルの卷線方向と検出コイルの形状について説明する。

図 12Aに示す励磁コイル 21の卷線は、図 4に示す励磁コイル 21と同じように、電磁誘導センサ 20の矢印 Y2で示す移動方向と直交する方向に卷回されて、る。また、図 12Bに示す励磁コイル 21の卷線は、電磁誘導センサ 20の矢印 Y2で示す移動方向と平行となる方向に卷回されている。金属片検知信号は、被検査物に混入する金属片の形状や方向によって相違することがあるから、図 12Aに示す電磁誘導センサ 20と、図 12Bに示す電磁誘導センサ 20を組み合わせて、すなわち、並列に配置して使用すると、より安定した金属片検知信号を得ることができる。検出コイル 22は、パンケーキ状の外、図 12Cに示すように、矩形状に卷回されたものであってもよい。

図 13A、図 13B、図 13Cは、被検査物の広い範囲を一度に検査可能とする電磁誘導センサ 120の例を示す。

図 13Aに示す電磁誘導センサ 120は、検出コイル 22の卷線方向に複数個のパンケーキ状の検出コイル 22を並列して配置してある。

図 13Aに示す電磁誘導センサ 120は、被検査物 31の全幅の広、範囲を一度に検查でき、また、金属片検知信号が検出された検出コイル 22によって金属片が混入して!、る位置を判別することができる。

図 13Bに示す電磁誘導センサ 120は、図 13Aに示す複数個の検出コイル 22に代えて、 1個の長い矩形状の検出コイル 22を用いた例である。図 13Bに示す電磁誘導センサ 120は、 1個の検出コイル 22で被検査物の広い範囲を検査できる力金属片の位置の判別はできな!、。

図 13Cに示す電磁誘導センサ 120は、図 13 Aに示す電磁誘導センサ 120と励磁コィル 21の卷線の方向が異なる外は図 13Aに示す電磁誘導センサ 120と同じである。上述したように、本発明の幾つかの実施の形態を説明した力本発明は、上述の例に限られるものではなぐ本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更できることはいうまでもない。

Claims

請求の範囲

[1] 1.互いのコイル面が交差するように配置された励磁コイルと検出コイルを備え、前記検出コイルのコイル面が被検査物と並行になるように配置されていることを特徴とする金属検知装置の電磁誘導センサ。

[2] 2.請求の範囲第 1項記載の金属検知装置の電磁誘導センサにおいて、前記検出コィルは、同心円状に卷回されていることを特徴とする金属検知装置の電磁誘導センサ。

[3] 3.請求の範囲第 1項記載の金属検知装置の電磁誘導センサにおいて、前記検出コィルは、矩形状に卷回されてヽることを特徴とする金属検知装置の電磁誘導センサ。

[4] 4.請求の範囲第 1項記載の金属検知装置の電磁誘導センサにおいて、前記検出コィルは複数個のコイルを並列して配置してなることを特徴とする金属検知装置の電磁誘導センサ。

[5] 5.励磁コイル及び検出コイルを有し、これらコイルのコイル面が交差するように配置された電磁誘導センサの前記検出コイルのコイル面が被検査物と並行となるようになし、

少なくとも、前記電磁誘導センサ及び前記被検査物の!、ずれか一方を移動して被検査物の金属片を検知することを特徴とする金属検知方法。

[6] 6.請求の範囲第 5項記載の金属検知方法において、前記検出コイルは、前記移動方向に対し平行に複数のコイルを並列配置して、ることを特徴とする金属検知方法。