JP4863921B2 - 金属検出機 - Google Patents

Description

本発明は、被検査物品中に混入している金属または金属成分を検出する金属検出機に関し、より詳しくは食品等の被検査物品が交番磁界中を通過するときの磁界の変動を基に被検査物品中における金属または金属成分の有無を判定する金属検出機に関するものである。

一般に、金属検出機は、被検査物品を検出ヘッド部（検出コイル部）を通過させることにより、被検査物品中に混入している金属が検査磁界に与える変化に基づきその金属の混入を検出するように構成されている。ここで、検出ヘッド部は、交番電流が流れる１個の励磁コイルと、この励磁コイルからの交番磁界による磁力線を受け取る位置に配置された一対の受信コイルとで構成される。また、一対の受信コイルは、互いに逆極性で相互接続されて一組の受信コイルを構成し、各受信コイルは、大きさが等しく且つ励磁コイルに対して立体的に左右が同一の位置関係になるように配置されている。従って、交番磁界によって一対の受信コイルに誘起される電圧の大きさは略相等しくなり、受信コイルの出力端には、一対の受信コイルの各誘起電圧が相殺されて出力電圧が発生せず、いわゆるゼロ平衡状態を保つことになる。そして、このゼロ平衡状態で励磁コイルと受信コイル間の空間内に金属体を動かすと、その進行方向の位置の移動に応じて磁界に局部的な変化が生じて受信コイルの鎖交磁束数が変化し、この変化分が金属体の検出信号として受信コイルの出力端に現れる。こうして、被検査物品中の金属の混入が検出される。なお、このようにして受信コイルの出力端に出力される検出信号は、被検出体である金属の種類によってその振幅と位相が異なっている。

ところで、この種の金属検出機では、被検査物品中の金属によってだけでなく、被検査物品自体によっても検出信号を発生させる場合がある。特に被検査物品が、電解質成分を多量に含む食肉等においては、サーチコイル内の磁束に変化が生じ大きな検出信号が発生する。この現象はマテリアルエフェクト（物品影響）またはプロダクトエフェクト（製品影響）と呼ばれ、金属体の検出信号にノイズとして重畳されるため、金属体の検出精度を低下させる原因となっている。

このようなことから、この種の金属検出機においては、上記マテリアルエフェクトを最小にし、検出対象としての金属異物等に対する検出精度を高めることが課題となっている。この課題を解決するために、例えば特許文献１においては、マテリアルエフェクトによる検出信号出力値が実質的に０になる状態を安定に保持できるように補正設定した位相角を自動トラッキングできるようにした技術が提案されている。また、特許文献２においては、被検査物品の金属異物を含まない基準サンプルによるマテリアルエフェクト検出信号をディジタル変換して記憶することで、一回の基準サンプルの移動作業でマテリアルエフェクト検出信号との位相差を検出することができるようにした技術が提案されている。

しかしながら、上記各特許文献に開示された技術を含め、マテリアルエフェクトに関する従来技術はいずれも、このマテリアルエフェクトが金属検出機の検出感度を低下させるものであるとして、それを除去する方法に関するものであり、マテリアルエフェクトによる検出信号を利用するという考え方を開示したものは見当たらない。

特開平５−９３７８２号公報 特開平６−１６０５４２号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、金属検出機で被検査物品を検査したときに検出されるマテリアルエフェクトによる検出信号を利用して、被検査物品の重量を推定できるようにすることにある。

前記目的を達成するために、本発明による金属検出機は、
交番磁界を発生させる励磁コイルと、前記励磁コイルにて発生される交番磁界中に配される複数の受信コイルとを備え、前記交番磁界中を通過する被検査物品内に混入する金属体を検出する金属検出機において、
前記被検査物品のマテリアルエフェクトに基づく検出信号が最も大きくなる位相を設定する位相設定器と、
前記位相設定器にて設定された位相で前記受信コイルから出力される前記検出信号を検波する検波器と、
前記検波器の出力信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号から、この出力信号に対する重量値の相関関係式もしくはデータマップに基づき前記被検査物品の重量を演算するコントローラと、
前記コントローラに付設されて前記相関関係式もしくはデータマップを記憶する記憶装置部と
を備えることを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、重量が既知のサンプル物品を前記交番磁界中を通過させ、前記サンプル物品の重量を前記コントローラに付設の操作設定表示部にて設定し、前記コントローラにて前記相関関係式もしくはデータマップを演算して、この相関関係式もしくはデータマップを前記記憶装置部に記憶させるのが好ましい（第２発明）。

また、被検査物品の許容重量範囲を設定し、前記コントローラにて演算された被検査物品の重量が前記許容重量範囲内にないときに、前記コントローラから重量不良信号を発信するようにするのが良い（第３発明）。

さらに、本発明においては、重量が均一の複数個の物品よりなるブロック物品が被検査物品である場合に、このブロック物品の個数を前記コントローラに付設の操作設定表示部にて設定するとともに、この設定された個数のブロック物品よりなる被検査物品を前記交番磁界中を通過させて、マテリアルエフェクトに基づく検出信号に係るデータを前記記憶装置部に記憶させる操作を行い、この操作を種々の個数のブロック物品について行い、
実際の運転時に、前記ブロック物品の個数を前記操作設定表示部にて設定し、被検査物品を前記交番磁界中を通過させたときのマテリアルエフェクトに基づく検出信号と、前記記憶装置部に記憶されている検出信号に係るデータとの偏差が許容値を越えるときに、前記コントローラから不適格品信号を発信するようにするのが好ましい（第４発明）。

本発明（第１発明）によれば、金属検出機により、特に食品等の被検査物品中の金属体の有無の検出に加えて、被検査物品が金属体を含んでいなくても、その被検査物品を検査したときに検出されるマテリアルエフェクトによる検出信号を利用して、被検査物品の重量を推測することができる。従来、製品の検査を行うに際しては、金属検出機による金属異物混入の検査と、重量選別機による所定重量範囲にあるか否かの検査の両方を行う必要があり、機器としても金属検出機と重量選別機の両方を揃える必要があった。これに対して、本発明によれば、金属検出機１台で金属異物混入の検査と重量チェックの両機能を発揮することができるので、購入費用並びに設置スペースの節約に寄与することができる。

また、前記第２発明によれば、重量が既知のサンプル物品を用いることで、マテリアルエフェクトに基づく検出信号に対する重量値の相関関係式を容易に得ることができる。また、水分と塩分の含有率が一定であるがその量が異なる被検査物品を通過させ、別の秤で重量を測定して、この重量を操作設定表示部にて設定するようにしても良い。

前記第３発明によれば、被検査物品の重量が許容重量範囲内にないときに発信された重量不良信号に基づき、後段に設置されている振分装置等によって重量不良の被検査物品を確実に排除することができる。

さらに、前記第４発明によれば、例えば所定枚数のスライスハムが真空パックされた被検査物品に対して、このスライスハムの枚数毎のマテリアルエフェクトに基づく検出信号に係るデータを採取して記憶させておき、実際の運転において、検査する真空パックされたスライスハムに含まれるべき枚数を入力し、前記記憶されているデータを呼び出し、このデータと、被検査物品を磁界中を通過させたときのマテリアルエフェクトに基づく検出信号と比較することにより、パック内に所定枚数のスライスハムが含まれているか否かを検査し、不適格品を排除することができる。なお、ここで不適格品とは、パック内に所定枚数の物品が入っていない「欠品」と、パック内に所定枚数より多い枚数の物品が入っている「適量品」とを意味している。

次に、本発明による金属検出機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る金属検出機のシステム構成図が示されている。

本実施形態において、被検査物品を搬送する図示されない搬送コンベアの途中には、一対の受信コイル２，３と励磁コイル４とよりなる検出コイル部１が配されている。ここで、励磁コイル４には、基準信号発生器５からの信号を増幅器６にて電力増幅した交番電流が流れていて、交番磁界が形成されている。また、一対の受信コイル２，３は互いに逆極性に相互接続され、各コイル２，３は、大きさが等しく且つ励磁コイル４に対して立体的に左右が同一の位置関係になるように配置されている。これにより、交番磁界によって一対の受信コイル２，３に誘起される電圧の大きさは略等しくなる。この結果、受信コイル２，３の出力端には、各受信コイル２，３それぞれの誘起電圧が相殺されて出力電圧が発生せず、いわゆるゼロ平衡状態を保っている。

このゼロ平衡状態で、一対の受信コイル２，３と励磁コイル４とよりなる検出コイル部１の空間内で金属体を動かすと、その進行方向の位置の移動に応じて、構成する磁界に局部的な変化が生じ、受信コイル２，３の鎖交磁束数が変化するので、この変化分だけが、金属体の検出信号として受信コイル２，３の出力端に現れる。そして、この検出信号は、増幅器７で増幅されて第１検波器８および第２検波器９へ送られる。

前記第１検波器８および第２検波器９にはそれぞれ第１位相設定器１０および第２位相設定器１１からの参照信号が入力される。ここで、被検査物品に混入された鉄、ステンレス、アルミニウム等の金属体は、この金属体の検出信号において特有の位相特性を有しており、また、金属異物を含まない被検査物品においても、含有される塩分等の電解質の影響により、位相特性すなわちマテリアルエフェクトを有している。これを考慮し、第１位相設定器１０では、マテリアルエフェクトの影響の少ない位相で、金属体に対して感度の良い位相が設定される。一方、第２位相設定器１１では、マテリアルエフェクトの影響の最も大きい位相が設定される。こうして、第１検波器８では金属体の検出信号が検波され、この第１検波器８によって生成されたアナログ検出信号は増幅器１２で増幅され、フィルタ１３で雑音が除去され、Ａ／Ｄ変換器１４で信号がディジタル化されてＣＰＵ部（コントローラ）１５に送られる。また、第２検波器１１でマテリアルエフェクト信号が検波され、この第２検波器１１によって生成されたアナログ検出信号は増幅器１６で増幅され、フィルタ１７で雑音が除去され、Ａ／Ｄ変換器１４で信号がディジタル化されてＣＰＵ部（コントローラ）１５に送られる。

前記ＣＰＵ部１５には操作設定表示部１８と記憶装置部１９とが付設されている。操作設定表示部１８では、各種の操作、設定が行えるとともに、その設定内容および検査結果等の表示が行えるようになっている。また、記憶装置部１９では、数十種類の商品（被検査物品）毎にその検査のための設定値が記憶されており、被検査物品（品種）を呼び出すことでその設定内容が自動的に変更できるようにされている。ＣＰＵ部１５は、各種演算を行い、記憶装置部１９に記憶された被検査物品毎の最適位相角を第１位相設定器１０および第２位相設定器１１に設定する。また、このＣＰＵ部１５は、基準信号発生器５に制御信号を出力し、金属の種類に応じて最適な交番磁界になるように基準信号発生器５の周波数を変更する制御を行う。

本実施形態においては、物品を交番磁界中を通過させたときのＡ／Ｄ変換器１４の出力信号と物品重量との間には高い相関関係を示すことに着目し、この相関関係式もしくはデータマップを前記記憶装置部１９に予め記憶させるようにしている。この相関関係式もしくはデータマップは、重量が既知のサンプル物品を検出コイル部１を通過させ、サンプル物品の重量を操作設定表示部１８にて設定し、ＣＰＵ部１５にて演算することにより得られる。

また、被検査物品が、重量の均一な複数個の物品（例えばスライスハム）である場合には、この物品の個数を操作設定表示部１８にて設定し、この設定された個数の物品よりなる被検査物品を検出コイル部１を通過させ、マテリアルエフェクトに基づく検出信号に係るデータを記憶装置部１９に記憶させる操作を種々の個数の物品に対して行うことにより、前記相関関係式もしくはデータマップを得ることができる。

次に、被検査物品としてスライスハムを用いた場合の実験結果を示す。

この実験では、被検査物品として、２枚入り、４枚入り、６枚入り、８枚入り、１０枚入りおよび１２枚入りのスライスハムの各サンプルを作成し、電子天秤でそれぞれの重量を測定するとともに、各サンプルを検出コイル部１に５回通し、それぞれの検出電圧値（Ｖ）を観測した。その測定結果が表１に示されている。また、この表１をもとに５回の平均電圧値と重量値との関係を求めた結果が図２に示されている。

図２より、検出電圧値（Ｖ）と重量値（ｇ）とは一次式ｙ＝０．０９５４ｘ−０．１１５５で近似でき、その相関係数は０．９９８６となって高い相関関係を示すことがわかる。以上の結果から、金属検出機を金属検出だけでなく、マテリアルエフェクトの大きい製品の重量測定に利用できることは明らかである。

上述のようにして被検査物品の重量測定結果は、操作設定表示部１８に表示される。また、操作設定表示部１８にて許容重量範囲を設定して予め記憶装置部１９内にその設定値を記憶させておき、ＣＰＵ部１５にて演算された被検査物品の重量がその許容重量範囲内にないときには、ＣＰＵ部１５から重量不良信号を発信し、操作設定表示部１８に「重量不良」であることを表示させるようにするのが良い。

また、被検査物品が、スライスハムのように重量の均一な複数個の物品（ブロック物品）である場合には、このブロック物品の個数を操作設定表示部１８にて設定して予め記憶装置部１９内に記憶させておき、測定重量が許容重量範囲を越えるときには、ＣＰＵ部１５から不適格品信号を発信し、操作設定表示部１８に「不適格品」であることを表示させるようにするのが良い。

本実施形態においては、第１位相設定器１０にてマテリアルエフェクトの影響の少ない位相で、金属体に対して感度の良い位相を設定して、第１検波器８にて金属体の検出信号を検波するように構成されているが、位相設定器と検波器とをそれぞれ３個以上設けて、鉄、ステンレス、アルミニウム等の金属体の種類に応じて、感度の良い位相を複数個設定するようにすることもできる。

図３には、本発明の他の実施形態に係る金属検出機のシステム構成図が示されている。

前記実施形態では、金属混入検出信号を主に検出するための第１位相設定器１０と、製品影響の信号を主に検出するための第２位相設定器１１とよりなる複数個の位相設定器を用いるものとしたが、本実施形態では、９０°移相器２０を用いて互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向の２次元データを取得するように構成されたものである。なお、図３において、図１に示される先の実施形態と共通もしくは対応する部分には同一符号を付して、その詳細な説明を省略することとする。

図４は、検出コイル部１にサンプルを通したときの時間的に推移する検出信号の２次元データをグラフ化したものである。図示のように、上記検出信号には位相変化が生じて、時系列データはＸ軸方向から反時計方向に角度θだけ傾いた軸線上に現れてくる。この場合、信号のピークはＡ，Ａ´となっている。Ｙ軸方向の信号の大きさはＡｓｉｎθとなる。

ここで、座標軸を時計方向に角度（９０°−θ）だけ回転させると、図５（ａ）に示されるように、新たな座標軸はＸ´，Ｙ´となる。ＣＰＵ部１５内にて上記座標変換処理を行うと、データはＹ´軸上に現れ、その信号のピークがＡ，Ａ´となる。この状態が、マテリアルエフェクトの信号が最大となる場合である。

次に、図４に示される状態から、座標軸を反時計方向に角度θだけ回転させると、図５（ｂ）に示されるように、新たな座標軸はＸ´´，Ｙ´´となり、この新たな座標軸では、データはＸ´´上に投影されて、Ｙ´´軸上の信号成分は零になる。この状態が、マテリアルエフェクトを最小化して、金属の検出感度を最大化させる状態である。

このようにして、本実施形態では、検出コイル部１より得られた信号に対して、９０°移相器２０を用いて前記第１検波器８および第２検波器９に参照信号を入力し、ＣＰＵ部１５内で座標変換処理を行うことにより、マテリアルエフェクト信号の最大化、金属検出信号の最大化を特別な回路を用いることなく、容易に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る金属検出機のシステム構成図 検査物品としてスライスハムを用いた場合の実験結果を示すグラフ 本発明の他の実施形態に係る金属検出機のシステム構成図 時間的に推移する検出信号の２次元データを示すグラフ 座標軸を回転させたときの２次元データを示すグラフ

符号の説明

１ 検出コイル部
２，３ 受信コイル
４ 励磁コイル
５ 基準信号発生器
６，７，１２，１６ 増幅器
８ 第１検波器
９ 第２検波器
１０ 第１位相設定器
１１ 第２位相設定器
１３，１７ フィルタ
１４ Ａ／Ｄ変換器
１５ ＣＰＵ部
１８ 操作設定表示部
１９ 記憶装置部
２０ ９０°移相器

Claims (4)

1. 交番磁界を発生させる励磁コイルと、前記励磁コイルにて発生される交番磁界中に配される複数の受信コイルとを備え、前記交番磁界中を通過する被検査物品内に混入する金属体を検出する金属検出機において、
   前記被検査物品のマテリアルエフェクトに基づく検出信号が最も大きくなる位相を設定する位相設定器と、
   前記位相設定器にて設定された位相で前記受信コイルから出力される前記検出信号を検波する検波器と、
   前記検波器の出力信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号から、この出力信号に対する重量値の相関関係式もしくはデータマップに基づき前記被検査物品の重量を演算するコントローラと、
   前記コントローラに付設されて前記相関関係式もしくはデータマップを記憶する記憶装置部と
   を備えることを特徴とする金属検出機。
2. 重量が既知のサンプル物品を前記交番磁界中を通過させ、前記サンプル物品の重量を前記コントローラに付設の操作設定表示部にて設定し、前記コントローラにて前記相関関係式もしくはデータマップを演算して、この相関関係式もしくはデータマップを前記記憶装置部に記憶させる請求項１に記載の金属検出機。
3. 被検査物品の許容重量範囲を設定し、前記コントローラにて演算された被検査物品の重量が前記許容重量範囲内にないときに、前記コントローラから重量不良信号を発信する請求項１または２に記載の金属検出機。
4. 重量が均一の複数個の物品よりなるブロック物品が被検査物品である場合に、このブロック物品の個数を前記コントローラに付設の操作設定表示部にて設定するとともに、この設定された個数のブロック物品よりなる被検査物品を前記交番磁界中を通過させて、マテリアルエフェクトに基づく検出信号に係るデータを前記記憶装置部に記憶させる操作を行い、この操作を種々の個数のブロック物品について行い、
   実際の運転時に、前記ブロック物品の個数を前記操作設定表示部にて設定し、被検査物品を前記交番磁界中を通過させたときのマテリアルエフェクトに基づく検出信号と、前記記憶装置部に記憶されている検出信号に係るデータとの偏差が許容値を越えるときに、前記コントローラから不適格品信号を発信する請求項１に記載の金属検出機。

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