JP6006901B1 - 金属探知機 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気バイアス型の金属センサを備えた金属探知機について、突発的な外部要因による誤検知の発生を、簡易な構成により低コストで低減可能とする。【解決手段】被検査物５０を搬送する搬送部３と、センサコイル１１に永久磁石１４を付設した磁気バイアス型の金属センサ１０Ａと、金属センサ１０Ａによる検出信号を増幅する増幅手段及び所定の制御を行う制御手段を有した制御部２Ａとを備えて、搬送部３上を移動する被検査物５０中の金属異物を金属センサ１０Ａで検出して報知する金属探知機１Ａにおいて、ホワイトノイズ波形信号による励磁電流を出力するホワイトノイズ励磁電源１５を備えており、誤検知の原因として想定される設置現場環境に起因する磁気ノイズに応じた強度の励磁電流でセンサコイル１０Ａを予め励磁しておくことで、外部から侵入した磁気ノイズによる検出信号が金属異物として検知されないレベルに低減されるものとした。【選択図】図２

Description

本発明は、製品等に混入した磁性体の金属異物を探知するための金属探知機に関し、殊に、設置環境に起因する磁気ノイズや突発的な外部要因による誤検知の発生頻度を低減可能な金属探知機に関する。

食品や医薬品等の製品中に混入した磁性体の金属異物を探知する技術として、導線を強磁性体のＥ型コアに巻回したコアセンサで金属異物を検出する金属探知機が知られている。例えば、図９に示すような永久磁石（バイアス磁石）１４とコアセンサ１１を組み合わせた磁気バイアス型の金属センサ１０Ａを用いれば、コアセンサ１１に通電しなくても上下に対向したセンサ間に静的な磁場構造が形成されるとともに、それを磁性体の金属異物１００が通過する際、磁性体が磁化されるとともにその磁場により上下のセンサで構成された静的磁場構造が揺らぎ、各センサがその変動を検出することから、簡易な構成により低コストでコンパクトな金属探知機を実現することができる。

即ち、金属異物１００が被検査物中に混入している場合、その金属異物１００はコンベアベルト３０とともに被検査物と同じ速度で金属センサ１０Ａ，１０Ａの前を移動しながら永久磁石１４で磁化されるため、その磁性体とそれによる磁場が対向した金属センサ１０Ａ，１０Ａによる静的な磁場構造を瞬間的に変化させることになり、その変化をコアセンサ１１で異物信号として検出するものである。

しかし、その被検査物が、アルミ箔等により通電性を有した包装容器や包装袋で覆われている場合は、磁界中の通過速度に応じてその包装部分に渦電流を生じながら渦電流磁界が形成されるため、それが誤検知を招く原因になってしまうという問題がある。また、磁気バイアス型の金属センサは、永久磁石１４がＥ型のコアセンサ１１の側面に密着している構造により、センサ近傍の磁気ノイズを敏感に捉える特性を有している関係で、誤検知を生じる頻度が高いという難点も有している。

斯かる問題に対し、本願発明者らは、先の特許第５７７９２７３号公報において、バイアス用磁石の磁界に重なるようにセンサコイルで発生させる検出用磁界を、想定される渦電流磁界に対し同レベルの周波数で逆位相の磁界、又は所定の強さで所定倍率の周波数による交番磁界を使用することにより、アルミ包装製品に生じる渦電流をキャンセル可能とした金属センサを提案している。

ところが、食品生産工場等の金属異物検査を行う施設においては、グロースタータ型蛍光灯の点滅、給排水ポンプの起動停止、空調用インバータや電磁弁等のＯＮ／ＯＦＦ動作、電磁接触器、掃除機、充填機、攪拌機や各種制御用モータの起動・停止等々を原因として、複数の周波数と複数の磁気強度が混在する設置環境に起因する磁気ノイズが頻繁に発生しており、これらが金属探知機に生じる誤検出の中の主要な原因の一つと考えられるところ、前述した技術を用いてもその誤検出を充分に低減することはできない。

これに対し、特開２００８−２１８７２９号公報には、金属探知機の金属センサを覆う磁気シールドボックスの開口部に、内壁張り出しダクトと外壁張り出しダクトを設けることにより、外部ノイズが金属センサの検出エリアに浸入しにくい状況を形成して、誤検知の発生頻度を低減化しようとした技術が提案されている。

しかしながら、この技術においても、シールドボックスの開口部がある限り外部ノイズを完全にシャットアウトすることは不可能であり、且つ、このようなシールドボックスを設けることは、装置製作の複雑化・大型化と高コスト化を招く結果となってしまう。

さらに、金属探知機に誤検知を生じさせるものとしては、上述した設置環境に起因する磁気ノイズに加え、アルミ包装や高濃度電解質溶液の被検査物自体に生じる渦電流磁界のほか、内雷、外雷等のような予測困難な外部要因も多数存在するため、１つのノイズ対策手段でこれらの外部要因の殆どに対応することは極めて困難と言わざるを得ない。

特許第５７７９２７３号公報 特開２００８−２１８７２９号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、磁気バイアス型の金属センサを少なくとも１台以上備えた金属探知機について、複数の周波数と複数の磁気強度が混在する突発的な外部要因による磁気ノイズで発生する誤検知信号を、簡易な構成により低コストで低減できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、被検査物を搬送する搬送手段と、センサコイルに永久磁石を付設した磁気バイアス型の金属センサと、この金属センサによる検出信号を増幅する増幅手段と、所定の制御を行う制御手段とを備えて、搬送手段上を移動する被検査物中の金属異物を前記金属センサで検出して報知する金属探知機において、ホワイトノイズ波形信号による励磁電流を出力するホワイトノイズ励磁電源手段を備えており、誤検知の原因になり得るものとして想定される設置現場環境に起因する磁気ノイズに応じた強度の前記励磁電流で前記センサコイルを予め励磁しておくことで外部から侵入した前記磁気ノイズによる検出信号が金属異物として検知されないレベルに低減される、ことを特徴とするものとした。

このように、金属探知機の設置環境で発生することが想定される磁気ノイズに応じて設定した強度のホワイトノイズ波形信号による励磁電流でセンサコイルを励磁しておくことにより、広帯域の周波数領域でセンサを安定稼働させることになり、誤検知の発生原因のうち多くを占めるものとして想定される所定の磁気ノイズ（設置環境に起因する磁気ノイズ）による検出信号が誤検知の生じないレベルに抑えられることから、装置の大型化や高コスト化を招くことなく、磁気ノイズ由来の誤検知の発生を有効に低減可能なものとなる。

また、この金属探知機において、前記ホワイトノイズ励磁電源手段による励磁電流のセンサコイルへの入力強度は、１００〜７００ｍＶｐ−ｐであることを特徴とすれば、金属異物の検出精度を低下させることなく、商用電源を使用した各種機器・装置に由来する磁気ノイズを含む多種類の磁気ノイズに対しても対応可能なものとなる。

この場合、その励磁電流の入力強度は、想定される磁気ノイズの低減前の検出信号による波形の３分の１〜同等レベルまでの電圧波形を形成するように設定されるものとすれば、実用的な検知精度を確保しながら誤検知の発生を顕著に低減可能なものとなる。

さらに、上述した金属探知機において、そのセンサコイルによる検出信号は、前記ホワイトノイズ波形信号の成分を除去された状態で、金属異物の有無の判定又は／及び波形の表示がなされるものとされている、ことを特徴としたものとすれば、検出信号の増幅過程でホワイトノイズ成分を除去することで異物信号が明瞭な状態になることから、ホワイトノイズによる励磁で周辺磁場に対する耐性を高めながら高い検知精度を確保できるものとなる。

さらにまた、上述した金属探知機において、その金属センサは、前記搬送手段による被検査物の搬送経路を上下から挟むように対向配置され、上側がセンサコイルに永久磁石を付設した磁気バイアス型のものとされ、下側が永久磁石を付設していないものとされている、ことを特徴としたものとすれば、下部センサ付近に存在する磁性体微粉が永久磁石の磁気吸引力により固まりながら搬送手段（コンベアベルト）に付着した状態でセンサ面を移動することを原因とした磁気バイアス型金属センサ特有の誤検知を、生じないものとなる。

想定される磁気ノイズに応じたホワイトノイズ励磁電源でセンサコイルを励磁しておくことで磁気ノイズによる検出信号を誤検知の生じない状態まで補正するものとした本発明によると、突発的な外部要因による誤検知の発生を簡易な構成により低コストで低減できるものである。

（Ａ）は本発明における第１の実施の形態である金属センサの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線による拡大した縦断面図である。 図１の金属センサを配設した金属探知機の正面図である。 図２の金属探知機の応用例を示す正面図である。 図３の金属探知機の機能ブロック図である。 図３の金属探知機の金属センサによる磁界の状態を示す縦断面シミュレーション図である。 図４の機能ブロック図の金属探知機による検出信号のオシロスコープ波形を示す図面代用写真であって、上段は磁気バイアスセンサコイルへ印加したホワイトノイズ励磁電源電圧ＴＰ＿０の波形、中段はホワイトノイズで励磁した状態で金属異物を検出した場合のＴＰ＿１における波形、下段は中段の波形からホワイトノイズ成分を除去して増幅したＯＵＴ＿１における波形である。 図４の機能ブロック図の金属探知機で、磁気バイアスセンサコイルをホワイトノイズで励磁せずにセンサ近傍で過大な磁気ノイズを発生させた場合のオシロスコープ波形の図面代用写真であって、上がそのＴＰ＿１における波形、下がホワイトノイズ成分を除去して増幅したＯＵＴ＿１における波形である。 図４の機能ブロック図の金属探知機で磁気バイアスセンサコイルをホワイトノイズで励磁しながらセンサ近傍で過大な磁気ノイズを発生させた場合の検出信号のオシロスコープ波形を示す図面代用写真であって、上がＴＰ＿１における波形、下がホワイトノイズ成分を除去して増幅したＯＵＴ＿１における波形である。 上下センサとも、磁気バイアス型の金属センサによる磁界の状態を示す縦断面シミュレーション図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。尚、ホワイトノイズ（白色雑音）とは、総ての周波数で同じ強度になるノイズであって不規則に上下に振動する波のことであるが、本発明においては、ホワイトノイズにはピンクノイズも含むものとする。

図１（Ａ）は、本発明における実施の形態である金属探知機１Ａに配設された金属センサ１０Ａの平面図、図（Ｂ）はそのＡ−Ａ線に沿う断面図を示している。この金属センサ１０Ａは、薄い電磁鋼板を積層して棒状に形成した断面Ｅ字状のコア１２に導線１３が巻回されたセンサコイル１１と、そのセンサコイル１１の側面に付設された状態で磁界を発生して金属異物を磁化させる永久磁石１４とを備えた磁気バイアス型のセンサであるが、永久磁石１４で形成された磁界（静的磁場）中を金属異物が通過することで生じた変化を、センサコイル１１で検出する方式となっている。

図２は、図１の金属センサ１０Ａを備えた金属探知機１Ａを示している。この金属探知機１Ａは、モータ４の駆動により無限ループ軌道で動作するコンベアベルト３０を有した搬送手段である搬送部３と、この搬送部３による搬送路の途中でコンベアベルト３０下面側に配置された金属センサ１０Ａを有する図示しない検出部と、金属異物混入の判定を含む各種制御を実行するマイコン２０Ａを有する制御部２Ａとからなり、搬送路上流側から搬送された被検査物５０を光センサ７で検出した後、金属センサ１０Ａの上方を通る際に検出した信号を基にして、マイコン２０Ａが金属異物の有無の判定を行う方式とされている。

そして、本実施の形態の金属探知機１Ａは、所定のホワイトノイズ波形信号による励磁電流を出力する図示しないホワイトノイズ励磁電源１５（図４参照）を備えており、これによる励磁電流で金属センサ１０Ａのセンサコイル１１を予め励磁しておくことにより広帯域の周波数領域でセンサを安定稼働させ、外部から突発的に浸入して誤検知を生じさせる設置環境に起因する磁気ノイズによる検出信号が、金属異物として検知されない状態まで低減されるようになっており、この点が本発明における特徴部分となっている。

即ち、磁気バイアス型の金属センサ１０Ａは、センサコイル１１を励磁しなくても金属異物を検出可能な特性を有しているが、永久磁石１４がセンサコイル１１に密着配置されている関係で、上述したように周囲に配置した装置・機器等から突発的に生じた磁気ノイズをセンサコイル１１が敏感に捉えて誤検知を招きやすいという問題があった。

この問題に対し、本願発明者らは所定レベルのホワイトノイズ波形信号でセンサコイル１１を予め励磁してセンサの安定域で可動させることにより、静的磁場の磁場構造に悪影響を与える磁気ノイズに対する耐性が強化されて、誤検知の発生頻度を顕著に低減できることを見出したことから、前述のような構成を採用するに至ったものである。

そのホワイトノイズ励磁電源１５による励磁電流の入力強度としては、本願発明者らが実施した実験の結果から、金属異物の検知精度を低下させることなく商用電源を使用した機器等に由来するものを中心とした大部分の磁気ノイズに対応可能とするために、１００〜７００ｍＶｐ−ｐの範囲に設定することが有効であることが分かっている。また、これに加え、その設置現場で想定される磁気ノイズの種類・レベルに応じて前記範囲内で入力強度を調整可能とすることが好ましい。

具体的には、金属探知機１Ａを設置した環境で多く発生することが想定される磁気ノイズに対し、それによる低減前の検出波形の３分の１〜同レベルの波形を形成するとともに、検知対象として想定される金属異物による低減前の検出波形よりも小さい波形になるように、励磁電流の入力強度を調整しておくことにより、実用的な検知精度を確保しながら誤検知の発生を顕著に軽減することが可能なものとなる。

さらに、そのセンサコイル１１による検出信号については、増幅過程等において所定のホワイトノイズ除去手段でホワイトノイズ波形信号の成分を除去した状態にして、金属異物の有無の判定又は／及び波形の表示を行うものとすることが推奨される。即ち、検出信号からホワイトノイズ成分を除去することで金属異物信号が明瞭に表れて精度高い判定が可能になるため、ホワイトノイズによる励磁で磁気ノイズに対する耐性を強化した場合であっても、検知精度の低下を招きにくくなるからである。

図３は、前述した金属探知機１Ａの応用例としての金属探知機１Ｂを示し、図４はその機能ブロック図を示している。この金属探知機１Ｂは、その基本的な構成・機能は金属探知機１Ａと同様であるが、その金属センサ１０Ａ，１０Ｂが、搬送部３における被検査物５０の搬送経路を上下から挟むように対向配置され、上側がセンサコイル１１に永久磁石１４を付設した磁気バイアス型の金属センサ１０Ａとされ、下側が永久磁石を付設していないセンサコイル１１のみからなる金属センサ１０Ｂとされている点を特徴としている。

図４の機能ブロック図を参照して、この金属探知機１Ｂは、上下に対向配置された金属センサ１０Ａ，１０Ｂをホワイトノイズ励磁電源１５で励磁した状態にしながら、それらによる検出信号を制御部２Ｂ内に複数配置したアンプで増幅し、ローパスフィルタを経由してマイコン２０Ｂに入力することにより、金属異物の有無を判定するようになっている。

図５は、上述した金属探知機１Ｂにおける対の金属センサ１０Ａ，１０Ｂによる磁場構造をシミュレーション解析した図を示している。上下に対向配置した金属センサ１０Ａ，１０Ｂの間隔は８０ｍｍに設定してあるが、上側の金属センサ１０Ａに付設した永久磁石１４の磁力線が下の金属センサ１０Ｂに対し影響を与えており、その間隔部分を通過する金属異物の検出が可能な状態になっていることが分かる。

そして、その金属センサ１０Ａ，１０Ｂのうち、上側だけに永久磁石１４を付設したことにより、外部からの振動による誤検知の発生を低減可能なものとなっている。また、永久磁石１４がその高さまで持ち上げられた配置となっていることで、下部センサ付近に存在する磁性体微粉が磁気吸引力によりセンサに吸着されて固まりながらコンベアベルト３０に付着した状態でセンサ面を移動することを原因とした磁気バイアス型センサ特有の誤検知が、発生しないものとなっている。

次に、実際の金属探知機を用いた実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。使用した金属探知機は、図３，４に記載した金属探知機１Ｂと同様の構成・機能を備えたものであり、上下の金属センサの間隔を８０ｍｍ、ベルトの搬送速度を４０ｍ／分、増幅率を千倍〜２万倍とした。また、ホワイトノイズ励磁電源として、多摩川電子社のＴＳＧ−１０９Ｃを使用し、出力強度５００ｍＶｐ−ｐ（−６ｄＢ）の出力強度で励磁した。

図６の上段は、磁気バイアスセンサコイルへ印加したホワイトノイズ励磁電源電圧ＴＰ＿０の波形、中段はホワイトノイズで励磁した状態で金属異物を検出した場合のＴＰ＿１における波形、下段は中段の波形からホワイトノイズ成分を除去して増幅したＯＵＴ＿１における波形である。このように、ホワイトノイズで励磁したセンサコイルの検出信号からホワイトノイズ成分を除去することにより、金属異物の検出信号が明瞭化されていることが分かる。

図７は、上側の金属センサ（磁気バイアスセンサ）を無励磁にて増幅動作させ、その状態で蛍光灯のグローランプ式蛍光灯のＯＮ／ＯＦＦ操作による磁気ノイズをセンサ近傍で与えた場合の波形を示しており、上側が初段増幅器の出力波形、下側が出力（検知信号）の波形である。この場合、下側の出力は磁気ノイズに大きく影響を受けていることが分かる（この信号では異物有りの判定）。

図８は、上側の金属センサをホワイトノイズで励磁して増幅動作させ、その状態で上記同様にグローランプ式蛍光灯のＯＮ／ＯＦＦ操作による磁気ノイズを複数回与えた場合の波形を示している。この場合、磁気ノイズが侵入しても比較的影響が小さく抑えられて下側の出力は安定しており、ホワイトノイズ励磁により突発的な磁気ノイズへの耐性が強化されたことが分かる（この信号では異物無しの判定）。

以上のことから、上述のような簡易な構成の金属探知機１Ｂを用いることにより、誤検知の原因のうち多数を占めると考えられる蛍光灯由来の磁気ノイズについて、それによる誤検知の発生を有効に回避できることが分かった。また、本実施の形態の金属探知機１Ｂは、想定される磁気ノイズの態様に応じてホワイトノイズ励磁電源の出力強度を適宜調整しておくことで、誤検知の原因となり得る大部分の磁気ノイズについても同様の効果が期待できるものである。

そのため、本発明によると装置の大型化やコストの高騰を招くことなく、高い検知精度を確保しながら様々な原因による誤検知の発生を有効に低減することが可能なものとなる。尚、上述した実施例の構成においては、アルミ包材に発生する渦電流を低下させる効果もあることが実験により判明しており、渦電流を原因とした誤検知発生の低減化にも極めて有効である。

以上、述べたように、磁気バイアス型の金属センサを備えた金属探知機について、本発明により、突発的な外部要因による誤検知の発生を、簡易な構成により低コストで低減できるようになった。

１Ａ，１Ｂ 金属探知機、２Ａ，２Ｂ 制御部、３ 搬送部、１０Ａ，１０Ｂ金属センサ、１１ センサコイル、１２ コア、１３ 導線、１４ 永久磁石、１５ ホワイトノイズ励磁電源、２０Ａ，２０Ｂ マイコン、５０ 被検査物、１００ 金属異物

Claims (5)

1. 被検査物を搬送する搬送手段と、センサコイルに永久磁石を付設した磁気バイアス型の金属センサと、該金属センサによる検出信号を増幅する増幅手段と、所定の制御を行う制御手段とを備えて、前記搬送手段上を移動する前記被検査物中の金属異物を前記金属センサで検出して報知する金属探知機において、ホワイトノイズ波形信号による励磁電流を出力するホワイトノイズ励磁電源手段を備えており、誤検知の原因になり得るものとして想定される設置現場環境に起因する磁気ノイズに応じた強度の前記励磁電流で前記センサコイルを予め励磁しておくことで、外部から侵入した前記磁気ノイズによる検出信号が金属異物として検知されないレベルに低減される、ことを特徴とする金属探知機。
2. 前記ホワイトノイズ励磁電源手段による励磁電流の前記センサコイルへの入力強度は、１００〜７００ｍＶｐ−ｐであることを特徴とする請求項１に記載した金属探知機。
3. 前記入力強度は、想定される前記磁気ノイズの低減前の検出信号による波形の３分の１〜同等レベルまでの電圧波形を形成するように設定される、ことを特徴とする請求項２に記載した金属探知機。
4. 前記センサコイルによる検出信号は、前記ホワイトノイズ波形信号の成分を除去された状態で、前記金属異物の有無の判定又は／及び波形の表示がなされるものとされている、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載した金属探知機。
5. 前記金属センサは、前記搬送手段による前記被検査物の搬送経路を上下から挟むように対向配置されており、上側が前記センサコイルに永久磁石を付設した磁気バイアス型のものとされ、下側が前記永久磁石を付設していないものとされている、ことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載した金属探知機。