JP4087361B2

JP4087361B2 - 金属検出装置

Info

Publication number: JP4087361B2
Application number: JP2004219015A
Authority: JP
Inventors: 隆次野崎; 聡三谷
Original assignee: アンリツ産機システム株式会社
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: JP2006038636A

Description

本発明は、被検査体中の金属又は金属を含む構成要素の欠落（欠品）を検出する金属検出装置、特に交番磁界中に食品等の被検査体を通したときの磁界の変化から欠品検出する金属検出装置に関する。

従来より、金属検出装置によって、商品に付属する金属物又は金属成分を含む構成要素の欠落を検知したり、製造工程中で所定数単位で搬送される製品の欠品を検知したりする、いわゆる欠品チェックシステムが知られている。

欠品チェックシステムに採用される金属検出装置としては、例えばコンベア搬送される製品が所定周波数の交流磁界中を通過するように磁界を発生させ、その磁界中での製品移動により生じる磁界の変化の程度および状態から金属物又は金属成分の構成要素の有無を検出するものがある（例えば特許文献１参照）。

この金属検出装置は、図６に示すように、基準信号発生器１からのパルス信号をフィルタ２によって正弦波に変換し、これを電力増幅器３で増幅して送信コイル４に励磁電流として供給し、送信コイル４に交番磁界を発生させる一方、送信コイル４に対向して、あるいは送信コイル４と同軸に配置した一対の受信コイル５ａ、５ｂに送信コイル４からの交番磁界を作用させるようにしている。受信コイル５ａ、５ｂは、それぞれ送信コイル４から発生される交番磁界の影響を等しく受けるように形成されるとともに互いに逆極性に接続（差動接続）されており、送信コイル４の発生磁界のみに対しては受信コイル５ａ、５ｂの誘起電圧出力が互いに平衡して出力がゼロになる。そして、前記交番磁界中をワークＷが移動するときには、受信コイル５ａ、５ｂの平衡状態がくずれ、その不平衡出力信号が差動増幅器６により増幅されて検波回路７に取り込まれる。検波回路７は、基準信号発生器１の出力パルス信号を移相回路１３にて所定量シフト（移相）させた移相基準信号に従って、そのシフトされた位相にて、前記不平衡出力信号から交番磁界の周波数に応じて変化する高周波信号成分を除き、ワークＷの移動に応じて変化する信号を出力する。この検波出力は、ローパスフィルタ８による高周波ノイズ成分の除去およびＡ／Ｄ変換器９によるアナログ信号からディジタル信号への変換を施されて、判定回路１１および波形表示記憶装置１２に入力される。

判定回路１１では、入力された信号の信号振幅を、所定電圧値あるいは良品検査時の信号振幅に対する所定の倍率値をしきい（閾）値として閾値判定を行ない、検出信号の振幅が閾値を超えたときには金属異物が混入していると判定し、その判定結果を示す信号を出力するようになっている。

ところで、磁界検出を行なう上述のような金属検出装置においては、新しい製品を検査対象とする場合、その検査に先立って、金属異物が入っていないサンプル品を用いて検波位相調整を行なっている。その位相調整は、一般的に、受信コイルの不平衡出力が最小となるように、移相回路の位相シフト量を微小ステップ角ずつ変更し、サンプル品の物品影響が最小となる位相に検波位相を設定するもので、これにより、実際の検査時に、金属物又は金属成分を含む構成要素の検出信号レベルが高く、それ以外の物品影響による出力信号レベルが低くなるようにしている（例えば、特許文献２の段落［００１３］〜［００１４］等参照）。そして、この金属検出装置を欠品チェックシステムに採用する場合には、欠品のないサンプル品（金属物又は金属成分の構成要素を含んでいる）の検出信号レベルが最大となる位相を検波位相として設定し、そのときの検出信号レベルより低い所定の値を閾値として閾値判定を行ない、検出信号の振幅が閾値より低ければ金属物又は金属成分の構成要素が欠落（欠品）していると判定し、その判定結果を示す信号を出力するようにしている。
特開平６−１６０５４２号公報特開平１１−２５８３５５号公報

しかしながら、上記従来の金属検出装置では、次のような問題があった。

欠品のない良品のサンプル物品に対して検出信号レベルが最大となる磁界周波数と検波位相を採用しても、被検査体を構成する金属物や金属成分の構成要素が欠落した物品を最高感度で検出できるとは限らない。

すなわち、欠品のないサンプル物品の検出信号レベルが最大となるように磁界周波数と検波位相を設定したときに、被検査体を構成する金属物や金属成分の構成要素が欠落した物品の検出信号レベルも大きくなってしまう場合が多く、その結果、感度良く欠落のある物品を検出できないという問題があった。

また、良品（金属物又は金属成分の構成要素を含む）の検出信号を把握し、その検出レベルの一定割合（例えば０．７倍の倍率値）を下回ると欠品ありと判断するような設定となっている場合が多いが、安定した欠品チェックのために前記一定の割合をさらに加減するような調整作業を行なっても、その程度にばらつきが生じてしまうことで、安定した確実な欠品チェックであるのかどうかわかり難いという問題があった。

本発明は、かかる従来技術の問題を解決するためになされたもので、安定した確実な欠品チェックを行なうことのできる金属検出装置を提供することを目的とする。

本発明の金属検出装置は、上記目的達成のため、基準信号に対応する交流磁界を発生させる磁界発生手段と、前記交流磁界中を被検査体が通過することによる磁界の変化を検出し、この磁界の変化に対応する検出信号を出力する磁界検出手段と、該磁界検出手段が出力する検出信号を前記基準信号に対応する信号によって同期検波する検波手段と、前記検波手段の検波出力に基づいて前記被検査体中の金属物又は金属成分を含む構成要素が欠落しているか否かを判定する判定手段とを備えた金属検出装置において、前記基準信号の周波数を複数の異なる周波数に所定の順序で切り換えて、前記磁界検出手段の検出信号における、前記被検査体が金属物又は金属成分の構成要素を含んでいる良品ワークの物品影響の度合いが最大付近となる１つの位相をそれぞれ設定する位相設定手段と、前記複数の異なる周波数のそれぞれについて、前記位相設定手段で設定された位相の下で、前記磁界発生手段の発生磁界中を前記良品ワークが通過したときの前記磁界検出手段の検出信号と、前記被検査体から前記金属物又は金属成分を含む構成要素を除去した欠品サンプルが前記磁界発生手段の発生磁界中を通過したときの前記磁界検出手段の検出信号とを取得し、前記複数の異なる周波数のうち前記欠品サンプルの検出信号に対する前記良品ワークの検出信号比が最大となる周波数を選択して、前記基準信号の周波数を設定する周波数設定手段を設けたことを特徴とするものである。

この構成により、欠落のない被検査体の検出信号が最大付近となる検波位相が設定されるのみならず、被検査体の検出信号の欠品サンプルの検出信号に対するレベル比が最大となるように基準信号の周波数が可変設定されることから、通常の良品検出信号の出力レベルが高くなり、かつ、欠品した場合の検出感度も良好に維持されることになり、欠品チェックの安定性および確実性が増すことになる。

本発明の金属検出装置においては、前記位相設定手段で設定された位相の下で、前記磁界発生手段の発生磁界中を前記良品ワークが通過したときの前記磁界検出手段の検出信号と、前記磁界発生手段の発生磁界中を前記欠品サンプルが通過したときの前記磁界検出手段の検出信号とを取得し、該取得した信号情報に基づいて、前記判定手段による判定のための閾値を算定する閾値算定手段を設けたものであるのが好ましい。

この構成により、被検査体の構成物品が欠落した状態と欠落のない状態とでの検出信号レベルを把握し、両検出信号レベルの間で、要求条件により適合する閾値が設定可能となる。

また、本発明においては、前記位相設定手段が、前記基準信号の複数の異なる周波数について、前記磁界検出手段の検出信号における、前記良品ワークの物品影響の度合いが最小となる位相から９０度ずらした位相をそれぞれ設定するのがよい。

この構成により、検出信号のピーク検出に比べて、物品影響の度合いが最小となる位相では検出信号レベルが明確に落ち込むから、位相設定が容易・確実になる。

本発明によれば、欠落のない被検査体の検出信号が最大付近となる検波位相が設定されるのみならず、良品ワークの検出信号の欠品サンプルの検出信号に対するレベル比が最大付近となるように、基準信号の周波数を可変設定するので、通常の良品検出信号の出力レベルを高く確保するとともに、欠品した場合の検出感度を良好に維持することができ、欠品チェックの安定性および確実性を増すことのできる金属検出装置を提供することができる。

さらに、欠品の有無を判定する閾値をそれぞれに対応する検出信号レベルから算出（例えば、それぞれの検出信号レベルの中間の閾値レベルと算出）するようにすれば、欠品チェックの安定性および確実性をさらに向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いながら説明する。

図１〜図５は本発明の一の実施の形態に係る金属検出装置の概略構成を示す図である。

まず、その構成について説明する。

図１において、被検査体であるワークＷは、コンベアＢ（移動手段）によって所定方向に搬送され、その搬送速度はワークＷの製造ラインの搬送速度に応じて設定されている。ワークＷの搬送方向の所定区間は、ワークＷ中の金属物（例えば粉末又は顆粒状物を収容したアルミニウムの小袋、定形容器を封止する蓋、封止された容器を開封するための刃や針状のオープナー、開封後の再封止用の金属心材を含む塑性のバンド・紐状物等）あるいは金属成分を含んだ構成要素（例えば金属描画膜や磁性塗料成分を含むシート状の説明書若しくはおまけ、又は、食品酸化防止剤等）の欠品チェックを行なう検査領域となっており、この検査領域の入り口付近にはワークＷの検査領域への進入を検知する例えば光学式のワーク検知センサ３５が設置されている。なお、ワークＷは、複数製造される任意の製品、例えば量産される食品を包装材で個々に、あるいは所定数の輸送時の個数単位で包装したものであり、箱入り製品のような定形のものでも、流動物等を封入した可撓性の袋入り製品のような不定形のものでよい。

ワークＷの欠品チェック領域には、ワークＷ中の金属物又は金属を含む構成要素を検出する検出部２０と、検出部２０の検出信号および操作入力部３６からのユーザーの操作入力に基づいて所定の制御プログラムに従った演算処理を実行し、その処理結果を出力部３７に出力する制御部３０とが設けられている。

検出部２０は、送信信号発生回路２１、送信コイル２２、差動検出器２３（磁界検出手段）、直交検波部２４（検波処理手段）、バンドパスフィルタ２７ａ、２７ｂ、増幅器２８ａ、２８ｂおよびＡ／Ｄ変換器２９によって構成されている。

送信信号発生回路２１は、基準信号発生器２１ａと電力増幅器２１ｂとを有し、所定周波数の送信信号を発生して送信コイル２２を電流駆動する。また、送信コイル２２は、コンベアＢによるワーク搬送路の近傍に配置され、送信信号発生回路２１からの電流駆動により励磁されたとき、基準信号発生器２１ａからの基準信号の周波数に対応する交番磁界を前記検査領域内に発生させる磁界発生手段となっている。

差動検出器２３は、送信信号発生回路２１および送信コイル２２と協働してワークＷ（被検査体）中の金属物又は金属成分の構成要素を検出するようになっており、この差動検出器２３は、受信コイル２３ａ、２３ｂ、同調回路２３ｃおよび増幅器２３ｄからなる。受信コイル２３ａ、２３ｂは、送信コイル２２からの発生磁束と交差するよう配置され互いに逆極性に接続された一対のコイルからなり、送信コイル２２からの交番磁界のみに対してはこれら受信コイル２３ａ、２３ｂの誘起電圧が等しく平衡し、両者の差である差動検出器２３としての出力がゼロになるように調整されている。

磁界中を通過する磁性金属には磁束密度の大きさに比例してより多くの磁束が引き寄せられ、磁界中を通過する非磁性金属にはその移動による磁束密度の変化を打ち消すような向きでうず電流が生じ、ジュール熱が消費されるという性質がある。したがって、コンベアＢ上の製品に含まれた何らかの金属物又は金属成分が送信コイル２２の発生磁界中を通過する場合、金属物等の移動に応じて受信コイル２３ａ、２３ｂの誘起電圧の大小関係が変化することになり、受信コイル２３ａ、２３ｂ間の出力の平衡状態が大きくくずれる。また、主として非磁性体である製品のみが送信コイル２２の発生磁界中を通過する場合にも、その含有成分や水分等の影響により、金属物を含んでいるときほど顕著ではないが受信コイル２３ａ、２３ｂ間の出力の平衡状態がくずれる。

受信コイル２３ａ、２３ｂは、このようにコンベアＢ上の製品の移動により両受信コイル２３ａ、２３ｂ間の出力の平衡状態がくずれたとき、その磁界の変化に応じた差動検出信号Ｓｄを出力する。この差動検出信号Ｓｄは、送信コイル２２側からの交番磁界に対応して前記送信信号の周波数を有する交流信号成分に、ワークＷの磁界中移動により変化する低周波信号成分が重畳した信号形態となり、例えば図２に示すような信号波形で表すことができる。

送信コイル２２からの磁界周波数を決定する基準信号発生器２１ａの発生周波数は、後述する制御部３０および周波数設定部３３によって複数のうちいずれかの周波数に設定可能であり、差動検出器２３は異なる複数の周波数のうち選択される任意の周波数の交番磁界に対して所要の検出感度を有している。

差動検出信号Ｓｄは同調回路２３ｃおよび増幅器２３ｄを経て直交検波部２４に取り込まれる。

直交検波部２４は、各一対の同期検波器２５ａ、２５ｂ、位相設定器２６ａおよび移相器２６ｂを含んで構成されており、差動検出器２３からの差動検出信号Ｓｄが一対の同期検波器２５ａ、２５ｂにそれぞれ並行して入力される。同期検波器２５ａには位相設定器２６ａを介し送信信号を同期検波するために位相調整した信号（基準信号に対応する信号）が取り込まれ、同期検波器２５ｂには位相設定器２６ａからの信号位相を移相器２６ｂによって更に９０°移相させた信号（基準信号に対応する信号）が取り込まれる。

同期検波器２５ａは、位相設定器２６ａからの交流信号に基づいて差動検出器２３の差動検出信号Ｓｄを同期検波し、送信信号相当の高周波成分を取り除いた検波出力をバンドパスフィルタ２７ａに供給する。同様に、同期検波器２５ｂは、移相器２６ｂからの交流信号に基づいて、差動検出器２３の差動検出信号Ｓｄから送信信号相当の高周波成分を取り除いた検波出力をバンドパスフィルタ２７ｂに供給する。

ここでの同期検波器２５ａ、２５ｂによる検波出力は、位相設定器２６ａの位相設定値によっても異なるが、例えば、磁束密度の変化が最大となる瞬間（位相０度）側において、磁束密度変化が大きいほどジュール熱を消費して外部磁界変化を引き起こす非磁性金属の影響が大きい検出信号と、磁束密度自体がほぼ最大となる瞬間（磁界波形の振幅が最大となる瞬間；位相９０度）側において、磁束密度が大きいほどより多くの磁束を引き付けて外部磁界変化を引き起こす磁性金属の影響の大きい検出信号となる。

バンドパスフィルタ２７ａ、２７ｂは、同期検波器２５ａ、２５ｂで検波された検出信号から高周波ノイズ成分を除去するフィルタ特性を有している。バンドパスフィルタ２７ａ、２７ｂから出力される低周波成分の検出信号（検波出力）は、差動検出信号Ｓｄの所定位相位置の瞬時値を結ぶ包絡線の波形、および前記所定位相位置から送信信号周期τの１／４周期分、つまり９０度だけ位相がずれた瞬時値を結ぶ包絡線の波形（例えば図４に示す波形Ｘ、Ｙ）を形成するものとなる。

両バンドパスフィルタ２７ａ、２７ｂの出力は、増幅器２８ａ、２８ｂでそれぞれ増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２９でそれぞれアナログからディジタルの検出信号に変換され、制御部３０に取り込まれる。

制御部３０は、図１に示すように、制御／演算部３１および記憶装置３２を有している。制御／演算部３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェースを含むマイクロコンピュータ構成のもので、ＲＯＭ内に格納された制御プログラムをＲＡＭとの間でデータの授受を行ないながらＣＰＵにより実行し、Ｉ／Ｏインターフェースを介して取り込んだ前記検出信号等を処理する。また、記憶装置３２は制御／演算部３１との間でデータの授受が可能な補助記憶装置あるいは更に通信接続された外部のデータベースで構成されている。

記憶装置３２は、金属検出装置の設定に関連する各種のパラメータや、金属物又は金属成分を含むワークＷの良品サンプル（以下、単に良品サンプルという）およびワークＷの構成要素である金属物又は金属成分が欠落したサンプル（以下、単に欠品サンプルという）についての検出信号データを記憶保持することができる。

金属検出装置の設定に際しては、被検査製品に生じ得る１つ又は複数の欠品態様に対応して１つ又は複数の欠品サンプルを準備するとともに、被検査製品の良品サンプルを準備し、これらサンプルについての検査データを採取した上で、制御／演算部３１（閾値算定手段）により合否判定のための閾値設定等を行なう。このとき、サンプルの検査データやそれに関連する操作入力や計算値のデータ等が、記憶装置３２に一時的に格納され記憶される。

制御／演算部３１は、位相設定器２６ａと共に位相設定手段として機能する位相制御部３１ｂを有し、上述の欠品サンプルおよび良品サンプルについての検査が実行されるとき、金属物等を含む前記良品サンプルの物品影響が最大付近となる位相を位相設定器２６ａにより設定し、ワークＷ中に含まれる金属物等についての検出部２０の検出感度を所定レベル以上に確保する。ここでの前記良品サンプルの物品影響が最大付近となる位相は、例えば位相設定器２６ａの位相（基準信号に対する検波位相の位相差）を変化させたときに同期検波器２５ａ、２５ｂの出力レベルが最小となるディップ点φd に対して９０度位相をずらした点として設定される（図３φｄ_１〜φｄ_３参照）。なお、ディップ点φd を基準として良品サンプルの物品影響が最大となる位相を決定するのは、ピーク検出に比べ検波出力レベルが明確に落ち込むディップ点φd の検出が容易・確実だからである。また、ここにいう最大付近とは、良品サンプルの物品影響の最大値（図３中の検出信号レベルＳが最大となる位相点でのその検出信号レベルＳ）およびその最大値に近い検出信号レベルの範囲であり、最大に近い値は、好ましくは良品サンプルの物品影響の最大値の９割以上の値（検出信号レベル値）である。

制御／演算部３１は、また、ワークＷのサイズ（例えば長さ）と搬送速度、基準信号発生器２１ａの発生信号周波数、位相設定器２６ａの設定検波位相（基準信号に対する位相差）、バンドパスフィルタ２７ａ、２７ｂの濾波帯域など、金属検出装置の動作に関する各種設定パラメータを、一部は操作入力部３６からの手入力で、その他を自動で設定するための設定手段の機能を有している。ワークＷの長さや搬送速度は、検出信号Ｘ、Ｙの取り込み時間やその間隔、バンドパスフィルタ２７ａ、２７ｂの濾波帯域等を決定する条件となる。検出信号Ｘが位相設定器２６ａの移相量（基準信号に対する位相差）に対応する所定位相位置の瞬時値で特定されることからわかるように、検出信号Ｘ、Ｙの波形振幅は前記移相量によって相違することになる。したがって、位相設定器２６ａの設定位相はワークＷに含まれる金属物又は金属成分の検出の感度を決定するパラメータの１つとなる。

また、基準信号発生器２１ａの発生信号周波数は周波数設定部３３によって可変設定され、予め設定された異なる複数の周波数のうち、欠品検出の対象となる金属物の種類や構成要素に対応して、複数の異なる周波数のうち前記欠品サンプルの検出信号に対する良品サンプル（被検査体）Ｗの検出信号の比αが最大となる周波数を選択して設定される。すなわち、周波数設定部３３は、前記良品サンプルＷおよび異物サンプルの検出信号に基づいて、基準信号の周波数を設定するようになっており、制御／演算部３１は周波数設定部３３と共に周波数設定手段として機能する周波数制御部３１ｃを有している。したがって、周波数設定部３３での基準信号周波数の選択設定もまた、ワークＷに含まれる金属物又は金属成分の検出の感度を決定するパラメータの１つとなる。

次に、制御／演算部３１での欠品サンプルの検出信号に対する良品サンプル（被検査体）Ｗの検出信号の検出信号比αの算出処理について説明する。

制御／演算部３１は、ワーク検知センサ３５によりワークＷが検知されたとき、設定された取り込み条件で一定時間の間、所定時間ごとに検出信号Ｘ、Ｙのデータをサンプリングし、サンプリングされた検出信号Ｘ、Ｙの瞬時値ｘ、ｙに基づいて、ワークＷの磁界通過中に、それら瞬時値ｘ、ｙをＸ軸方向およびＹ軸方向の座標成分とする座標点（ｘ、ｙ）がＸ−Ｙ平面上に描くリサージュ図形（Lissajous's figures）のデータを作成し、内部メモリにあるいは記憶装置３２の所定記憶領域に記憶させる。

図４（ａ）に示すように、ここでのリサージュ図形は、原点Ｏに対してほぼ対称で、原点Ｏから最も離隔した座標を頂点とするものであり、例えば同図中のリサージュ図形Ｈｎはその頂点Ｑｎの座標（Ｘｍ、Ｙｍ）で特徴付けることができる。あるいは、その頂点Ｑｎの座標データを極座標変換し、座標（ｒ、θ）で特徴付けてもよい。ここで、ｒは頂点Ｑｎの原点Ｏからの距離で、θは線分ＱＯとＸ軸のなす角（ｔａｎθ＝Ｙｍ/Ｘｍ）である。

交番磁界中にワークＷから金属物又は金属成分の構成要素を取り除いた欠品サンプルを入れ通過させた場合には、座標点（ｘ、ｙ）が描くリサージュ図形は、例えば図４（ａ）にＨｇで示すような略８の字形状となり、金属物又は金属成分の構成要素を含む良品ワークＷを通過させた場合には、前記座標点（ｘ、ｙ）が描くリサージュ図形は、リサージュ図形Ｈｇとは長軸方向が異なる、例えば図４にＨｎで示すような細長い８の字形状となる。このように、検出信号Ｘ、Ｙに基づいて得られるリサージュ図形は、検出対象に金属物又は金属成分（以下、金属物等ともいう）の構成要素が含まれているか否かでリサージュ図形の傾き（長軸方向）が大きく相違するものとなる。また、同種でサイズの異なる金属物等について得られる前記リサージュ図形は、リサージュ図形の傾きがほぼ同一で、頂点の原点からの距離がその金属物等のサイズに応じて異なる相似形状となる傾向がある。

本実施形態においては、設定時に、最初に金属物又は金属成分を含む良品サンプルと金属物又は金属成分の構成要素が欠落した欠品サンプルとを用いた場合のリサージュ図形Ｈｎ、Ｈｇのデータに基づいて、複数の異なる角度θｄの候補値を設定し、各候補値の角度θｄについて、リサージュ図形上の各点のうち原点Ｏと交差する直線Ａとの距離が最大となる点を特定し、その最大距離Ｌｎ、Ｌｇの比α＝Ｌｎ/Ｌｇが最大となる候補値の角度θｄを最適な設定値θｉとして採用するというサンプル感度設定処理を実行する（図４（ｂ）参照）。そして、制御／演算部３１は、また、上述のような比α＝Ｌｎ/Ｌｇの算出を、異なる複数の周波数を基準信号発生器２１ａの発生信号周波数とした場合のそれぞれについて、算出し、検出信号比αが最大となる基準周波数を選択設定するようになっている。なお、欠品し得る金属物等が複数ある場合には、欠品態様の異なる複数の欠品サンプルについての検査結果のデータを採取してこの設定処理を行なうようにしてもよい。

制御／演算部３１は、また、ワークＷに金属物等の構成要素が含まれていれば合格（ＯＫ）、金属物等の構成要素が含まれていなければ不合格（ＮＧ）と判定する判定部３１ａ（判定手段）としての機能を有しており、この機能により、検査される各ワークＷについての合否、すなわち欠品の有無の判定を行なうようになっている。この判定のための閾値は、制御／演算部３１の閾値算定部３１ｄ（閾値算定手段）としての機能により、記憶装置３２に記憶された良品サンプルと欠品サンプルについての検出信号比αの算出値を基に、良品サンプルの検出信号振幅レベルと欠品サンプルの検出信号振幅レベルの間の特定のレベル値（例えば中間値レベル）が閾値レベルとなるように算定され設定される。なお、ここでの検出信号比αと閾値は、図４（ｃ）に示すように、図４（ｂ）の図形を同図中のＡ軸をＸ軸とするよう最適角度θiだけ回転させ、最大距離Ｌｎ、ＬｇをそれぞれＹ軸成分のピーク出力Ｖｎ、Ｖｇとして、これらの比＝Ｖｎ／Ｖｇの形で把握される。

この閾値に基づいて、制御／演算部３１の判定部３１ａは、実際の製造ラインで製造され検査領域に搬送された各ワークＷの検出信号振幅レベルを閾値レベルと比較し、ワークＷ中に金属物等の構成要素が含まれているか否か、すなわち製品としての合否を判定し、あるいは、更に欠品している金属物等の構成要素を検出信号のデータから推定し、合否判定結果、あるいは更に欠品した構成要素を示す表示信号等を出力部３７に出力するようになっている。

次に、動作について説明する。

図５は、本実施形態の金属検出装置の設定処理の概略の手順を示すフローチャートである。
［設定モード］
金属検出装置の設定時には、ユーザが図示しないメニューキーを押すと、オート設定、検出感度（レベル）変更、統計メニューなどの選択項目を有するメニュー画面（詳細は図示していない）が表示され、ユーザーが例えばオート設定を選択し、ワークＷの良品サンプルと欠品サンプルの検査測定を実行することで、運転に必要な初期設定処理がなされる。

この設定処理では、まず、基準信号発生器２１ａでの発生信号（基準信号）に対して同期検波器２５ａ、２５ｂの検波位相を設定するための位相角φの基準値が記憶装置３２等から読み込まれるとともに（ステップＳ１）、基準信号発生器２１ａの発生周波数としての複数の異なる周波数の値（基準値）が記憶装置３２等から読み込まれる（ステップＳ２）。

次いで、ワークＷの品種や搬送条件等の設定入力がされ、そのデータが制御／演算部３１に読み込まれた後（ステップＳ３）、良品サンプルをワークＷとして検査領域に流して検査したときの検査出力データが採取され（ステップＳ４）、良品サンプルの物品影響が最大付近となる位相（図４中のφd +９０°、ステップＳ５）が設定される。

次いで、金属物等の構成物品が被検査体中から除去された欠品サンプルを検査領域に流して検査したときの検査出力データが採取され（ステップＳ６）、先に良品サンプルを検査したときの検査出力データと欠品サンプルを検査したときの検査出力データとを基に、前記検出信号比αが求められる（ステップＳ７）。

このようなサンプルの検査および検出信号比αの算出を終えると、今回の検査に用いた基準信号発生器２１ａの発生信号周波数が、異なる複数の周波数のうち所定の切換え順序（例えばｆ１、ｆ２、ｆ３・・・ｆｎの順）における最後の周波数ｆｎ（例えば最も高い周波数）であるか否かがチェックされ（ステップＳ８）、最後の周波数ｆｎでなければ（ステップＳ８でＮＯの場合）、ステップＳ４に戻って、次の基準周波数を用いて、ステップＳ４からステップＳ７までの検査および検出信号比αの算出処理を実行する。なお、ここで、周波数ｆは、数Ｈｚから数ＭＨｚの間で、ｎが４〜６になるような任意の周波数とする。

複数の異なる周波数のうち最後の周波数ｆｎについての検査・測定が終了すると（ステップＳ８でＹＥＳの場合）、検出信号比αの算出値が最大となった周波数を基準信号発生器２１ａの発生信号周波数として選択設定し（ステップＳ９）、今回の設定処理を終了する。

[運転モード]
上述のような設定が完了し、金属検出装置が運転可能な状態になった後は、図示しない運転キーを押すと、通常運転に入り、出力部３７に運転画面の表示がなされ、製品である多数のワークＷの製造ライン上での検査が実行される。

そして、欠品が検出されると、例えば出力部３７に、欠品の発生を示す表示に加えて品種番号や品名、あるいは更に欠品検出された構成物品等が表示出力される。

[品種切替えモード]
また、予定数のワークＷの製造が終了し、他の品種への切替えがなされる際には、操作入力部３６の図示しない品種切替えキーが操作され、新たな品種への切替えであれば、上述した設定処理が再度実行され、既にサンプル検査済みの品種に切り替えられる場合には、選択された品種についての記憶データを基に、各種設定パラメータ等の検査条件が自動的に新たな条件に切り替えられる。

以上のように、本実施形態においては、欠落のない良品ワーク（被検査体）Ｗの検出信号が最大付近となる検波位相を設定するとともに、磁界周波数を規定する基準信号発生器２１ａの基準信号を複数の異なる周波数に変化させ、良品ワークの検出信号の欠品サンプルの検出信号に対するレベル比αが最大となるように基準信号の周波数を可変設定するようにしているので、通常の良品検出信号の出力レベルを高くし、かつ、欠品した場合の検出感度を良好に維持することが可能となり、欠品チェックの安定性および確実性が増すことが可能な金属検出装置を得ることができる。

また、欠落検出手段としての制御／演算部３１が、良品ワークＷをコンベアＢによって移動させたときの差動検出器２３の検出信号と、欠品サンプルをコンベアＢによって移動させたときの差動検出器２３の検出信号とを取得し、それらの取得情報に基づいて、被検査体中の金属物又は金属成分を含む構成要素が欠落しているか否かを判定するための閾値を算定するので、被検査体の構成物品が欠落した状態と欠落のない状態とでの検出信号レベルを確実に把握し、両検出信号レベルの間で、例えば、それぞれの検出信号レベルの中間の閾値レベルと算出する等して、要求条件により適合する閾値を設定することができる。

さらに、本実施形態においては、基準信号の複数の異なる周波数について、差動検出器２３の検出信号における良品ワーク（金属物又は金属成分の構成要素を含む被検査体）の物品影響の度合いが最小となる位相φd から９０度ずらした位相をそれぞれ設定するので、検出信号のピーク検出に比べて位相設定が容易・確実にできることになり、最適な基準周波数の設定処理を迅速に実行することができる。

以上説明したように、本発明は、欠落のない被検査体の検出信号が最大付近となる検波位相を設定するのみならず、被検査体の検出信号の欠品サンプルの検出信号に対するレベル比が最大となるように基準信号の周波数を可変設定することで、欠品チェックの安定性および確実性を増すことのできる金属検出装置を提供することができるという効果、並びに、欠品の有無を判定する閾値をそれぞれに対応する検出信号レベルから算出することで、欠品チェックの安定性および確実性をさらに向上させることができるという効果を奏するものであり、被検査体中の金属を検出する金属検出装置、特にコンベア搬送される製品に含まれる金属物等の構成要素の欠落検出を行なう金属検出装置に好適であり、被検査体の構成要素や欠品態様に応じて検出感度の設定および設定変更が必要な金属検出型の検査装置に有用である。

本発明の一の実施の形態に係る金属検出装置の検査部および制御部の構成を示すブロック図である。本発明の一の実施の形態に係る金属検出装置の差動検出信号の波形を例示する波形図である。本発明の一の実施の形態に係る金属検出装置の検波信号出力レベルと検波位相の関係を示すグラフで、同グラフ中の実線は金属物又は金属成分の構成要素を含む良品サンプルについての検出信号の出力レベルを、破線は金属物等を除去した欠品サンプルについての検出信号の出力レベルを、それぞれ示している。本発明の一の実施の形態に係る金属検出装置の異物金属および良品の製品の検出信号から求めたリサージュ図形（ａ）と、その図形データに基づく最適ワーク位相角度の設定の説明図（ｂ）と、その図形データに基づく検出感度の設定のための変形処理の説明図（ｃ）である。本発明の一の実施の形態に係る金属検出装置の設定処理の概略手順を示すフローチャートである。従来例の金属検出装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

２０検出部
２１送信信号発生回路（磁界発生手段）
２１ａ基準信号発生器
２１ｂ電力増幅器
２２送信コイル
２３差動検出器（磁界検出手段）
２３ａ、２３ｂ受信コイル
２３ｃ同調回路
２３ｄ増幅器
２４直交検波部（検波処理手段）
２５ａ、２５ｂ同期検波器
２６ａ位相設定器（位相設定手段）
２６ｂ移相器
２７ａ、２７ｂバンドパスフィルタ
２８ａ、２８ａ増幅器
２９Ａ／Ｄ変換器
３０制御部
３１制御／演算部
３１ａ判定部（判定手段）
３１ｂ位相制御部（位相設定手段）
３１ｃ周波数制御部（周波数設定手段）
３１ｄ閾値算定部（閾値算定手段）
３２記憶装置
３３周波数設定部（周波数設定手段）
３５ワーク検知センサ
３６操作入力部
３７出力部
Ｗワーク（被検査体）

Claims

基準信号に対応する交流磁界を発生させる磁界発生手段（２１）と、
前記交流磁界中を被検査体（Ｗ）が通過することによる磁界の変化を検出し、この磁界の変化に対応する検出信号を出力する磁界検出手段（２３）と、
該磁界検出手段（２３）が出力する検出信号を前記基準信号に対応する信号によって同期検波する検波手段（２４）と、
前記検波手段（２４）の検波出力に基づいて前記被検査体（Ｗ）中の金属物又は金属成分を含む構成要素が欠落しているか否かを判定する判定手段（３１ａ）とを備えた金属検出装置において、
前記基準信号の周波数を複数の異なる周波数に所定の順序で切り換えて、前記磁界検出手段（２３）の検出信号における前記被検査体(Ｗ)が金属物又は金属成分の構成要素を含んでいる良品ワークの物品影響の度合いが最大付近となる１つの位相をそれぞれ設定する位相設定手段（２６ａ、３１ｂ）と、
前記複数の異なる周波数のそれぞれについて、前記位相設定手段（２６ａ、３１ｂ）で設定された位相の下で、前記磁界発生手段（２１）の発生磁界中を前記良品ワークが通過したときの前記磁界検出手段（２３）の検出信号と、前記被検査体（Ｗ）から前記金属物又は金属成分を含む構成要素を除去した欠品サンプルが前記磁界発生手段（２１）の発生磁界中を通過したときの前記磁界検出手段（２３）の検出信号とを取得し、前記複数の異なる周波数のうち前記欠品サンプルの検出信号に対する前記良品ワークの検出信号比（α）が最大となる周波数を選択して、前記基準信号の周波数を設定する周波数設定手段（３１ｃ、３３）を設けたことを特徴とする金属検出装置。
前記位相設定手段（２６ａ、３１ｂ）が、前記基準信号の複数の異なる周波数について、前記磁界検出手段（２３）の検出信号における前記良品ワークの物品影響の度合いが最小となる位相から９０度ずらした位相をそれぞれ設定することを特徴とする請求項１に記載の金属検出装置。
前記位相設定手段（２６ａ、３１ｂ）で設定された位相の下で、前記磁界発生手段（２１）の発生磁界中を前記良品ワークが通過したときの前記磁界検出手段（２３）の検出信号と、前記磁界発生手段（２１）の発生磁界中を前記欠品サンプルが通過したときの前記磁界検出手段（２３）の検出信号とを取得し、該取得した信号情報に基づいて、前記判定手段（３１ａ）による判定のための閾値を算定する閾値算定手段（３１ｄ）を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属検出装置。