JP7242442B2 - metal detector - Google Patents
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Description
本発明は、金属検出装置に関し、特に被検査物が交流磁界中を通過するときの磁界変動を基に被検査物中の金属または金属成分を検出する金属検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE
金属が外部磁界を変化させる性質は、磁性金属にあってはその磁界の振幅（磁束密度）が最大のときに顕著となり、非磁性金属にあっては磁束密度の変化量が最大のときに顕著となることから、従前より、被検査物の検査領域に交流磁界を発生させるとともに、その検査領域中を移動する被検査物の影響による磁界の変動を検出し、その検出信号に直交検波処理を施すことで、磁性金属のみならず被磁性金属をも検出可能にした金属検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。 The property of metals to change the external magnetic field is remarkable when the amplitude of the magnetic field (magnetic flux density) is maximum for magnetic metals, and remarkable when the amount of change in magnetic flux density is maximum for non-magnetic metals. Therefore, conventionally, an alternating magnetic field is generated in the inspection area of the object to be inspected, the fluctuation of the magnetic field due to the influence of the object to be inspected moving in the inspection area is detected, and the detection signal is subjected to orthogonal detection processing. There is known a metal detector that can detect not only magnetic metals but also magnetized metals by applying a coating (see, for example, Patent Document 1).
また、操作入力で指定された金属異物の種類や大きさと、複数の金属異物についての制御演算部による推定検出感度とに基づいて、金属検出部の検出感度を設定するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。 In addition, there is known a method in which the detection sensitivity of a metal detection unit is set based on the type and size of a metal foreign object specified by an operation input and the detection sensitivities estimated by a control calculation unit for a plurality of metal foreign objects ( For example, see Patent Document 2).
さらに、片方の検出位相を基準信号に対し少しずつ変えるように移相量調節しつつ、異物および良品のサンプルに対する磁界変動信号データを求め、良品サンプルの振幅値に対して異物サンプルの振幅値の比が最大となる移相量を最適検波位相と決定することで、混入金属を高感度に検出できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。 Furthermore, while adjusting the amount of phase shift so that one detection phase is gradually changed with respect to the reference signal, the magnetic field fluctuation signal data for the foreign matter sample and the non-defective sample are obtained, and the amplitude value of the foreign matter sample relative to the amplitude value of the non-defective sample is obtained. It is known that a mixed metal can be detected with high sensitivity by determining the phase shift amount that maximizes the ratio as the optimum detection phase (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、上述のような従来の金属検出装置にあっては、被検査物の通過に伴う検査領域中の交流磁界の変動信号を被検査物自体の影響を抑える検波位相で直交検波することにより、金属影響の大きい磁界変動成分を検出する構成であった。 However, in the conventional metal detector as described above, by orthogonally detecting the alternating magnetic field fluctuation signal in the inspection area accompanying the passage of the object to be inspected with a detection phase that suppresses the influence of the object to be inspected, It was configured to detect magnetic field fluctuation components that are greatly influenced by metal.
そのため、例えば磁界周波数を高める等して非磁性金属の検出感度を高めると、磁性金属と非磁性金属の金属影響が近付き、磁性金属か非磁性金属かを正確に判別し難くなる場合があった。 Therefore, if the detection sensitivity for non-magnetic metals is increased by, for example, increasing the magnetic field frequency, the metal influences of magnetic metals and non-magnetic metals become closer, making it difficult to accurately distinguish between magnetic and non-magnetic metals. .
また、非磁性金属であってもその非磁性の程度や材質の異なる複数種の金属種別を正確に判別するようなことが、できなかった。 Moreover, even if it is a non-magnetic metal, it has not been possible to accurately discriminate among a plurality of types of metals having different degrees of non-magnetism and different materials.
さらに、被検査物に混入する金属は、金属検出装置より上流側で被検査物を取り扱う上流側装置から脱落した金属異物である場合があり、その場合、混入した金属の種別が特定できれば、その金属が脱落した上流側装置を推定することができる。しかし、前述の通り、金属の種別判定機能が十分でなかったため、その混入異物が脱落した上流側装置を推定することは、困難であった。 Furthermore, there are cases where the metal mixed in the object to be inspected is a metallic foreign substance dropped from an upstream device that handles the object to be inspected on the upstream side of the metal detection device. It is possible to deduce the upstream device from which the metal fell off. However, as described above, since the metal type determination function was not sufficient, it was difficult to estimate the upstream device from which the contaminant had fallen off.
本発明は、上述のような従来の課題を解決すべく、検査領域を通過する金属が磁性金属か非磁性金属かを正確に自動判別することができる金属検出装置を提供することを目的とし、併せて、非磁性金属であってもその非磁性の程度や材質の異なる複数種の異物種別を正確に判別する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。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the conventional problems described above, an object of the present invention is to provide a metal detector capable of accurately and automatically determining whether a metal passing through an inspection area is magnetic or non-magnetic. It is another object of the present invention to provide a metal detection apparatus capable of accurately discriminating a plurality of types of foreign substances having different degrees of non-magnetism and materials, even if they are non-magnetic metals.
（１）本発明の金属検出装置は、上記目的達成のため、被検査物が通過する検査領域に基準信号を基に交流磁界を発生させる磁界発生部と、前記被検査物の通過による前記検査領域中の前記交流磁界の変動を検出して磁界変動信号を出力する磁界検出部と、前記磁界変動信号のうち前記基準信号に対し同相側の第１の変動成分と前記基準信号に対し直交位相側の第２の変動成分とを、互いに直交する２つの検出位相で検出する検波処理を実行する検出回路部と、前記検出回路部で検出された前記第１の変動成分および前記第２の変動成分を基に、前記被検査物中に混入した金属を検出するための判定処理を実行する判定部と、を備えた金属検出装置であって、前記判定部は、複数種の金属サンプルのうち各種の金属サンプルを通過させて検出された前記磁界変動信号によりあらかじめ得たサンプル信号位相データと、金属が混入した前記被検査物の通過により検出される前記磁界変動信号により得られる被検査物信号位相データと、の差異を判定する位相判定手段と、該位相判定手段の判定結果に基づいて該被検査物中に混入した該金属の種別を判定する金属種別判定手段とを有している。 (1) In order to achieve the above object, the metal detection apparatus of the present invention comprises a magnetic field generator for generating an AC magnetic field based on a reference signal in an inspection area through which an object to be inspected passes; a magnetic field detector for detecting fluctuations in the alternating magnetic field in the region and outputting a magnetic field fluctuation signal; a detection circuit unit for executing a detection process for detecting a second fluctuation component on the side and a second fluctuation component in two detection phases orthogonal to each other; and the first fluctuation component and the second fluctuation detected by the detection circuit unit. and a determination unit that performs determination processing for detecting metals mixed in the object to be inspected based on the components, wherein the determination unit includes: Sample signal phase data obtained in advance from the magnetic field fluctuation signals detected by passing various metal samples, and inspected object signals obtained from the magnetic field fluctuation signals detected by passing the inspected objects mixed with metal. and a metal type determination means for determining the type of the metal mixed in the object based on the determination result of the phase determination means.
この構成により、本発明では、検出回路部によって磁界変動信号の第１の変動成分が基準信号の同位相側で、磁界変動信号の第２の変動成分が基準信号の直交位相側でそれぞれ検出され、判定部では、第１および第２の変動成分を基に、被検査物中に混入した金属を検出するための判定処理が実行される。さらに、複数種のうち各種の金属サンプルの通過による検査領域中の交流磁界の変動に伴う金属影響信号の位相が、あらかじめサンプル信号位相データとして取得され、実際に金属が混入した被検査物が検査領域を通過するときには、そのときの磁界変動信号を基に得られる被検査物信号位相データとサンプル信号位相データとの差異が判定され、その判定結果に基づいて検査領域中を通過する金属の種別が判定される。したがって、検査領域を通過する金属が磁性金属か非磁性金属かを正確に自動判別可能となる。また、非磁性金属であってもその非磁性の程度や材質の異なる複数種の金属種別を正確に判別可能となる。 With this configuration, in the present invention, the detection circuit unit detects the first fluctuation component of the magnetic field fluctuation signal on the in-phase side of the reference signal and detects the second fluctuation component of the magnetic field fluctuation signal on the quadrature phase side of the reference signal. , the judging section executes judging processing for detecting metal mixed in the object to be inspected based on the first and second fluctuation components. In addition, the phase of the metal effect signal accompanying the fluctuation of the alternating magnetic field in the inspection area due to the passage of various metal samples among multiple types is acquired in advance as sample signal phase data, and the inspected object that is actually mixed with metal is inspected. When passing through the area, the difference between the object signal phase data and the sample signal phase data obtained based on the magnetic field fluctuation signal at that time is determined, and based on the determination result, the type of metal passing through the inspection area is determined. Therefore, it is possible to accurately and automatically determine whether the metal passing through the inspection area is magnetic or non-magnetic. Moreover, even if it is a non-magnetic metal, it becomes possible to accurately discriminate a plurality of types of metals having different degrees of non-magnetism and different materials.
（２）本発明において、前記判定部は、前記複数種の金属サンプルの種別ごとに、大きさの異なる複数の同種別金属サンプルを通過させて検出された前記磁界変動信号よりあらかじめ得たサンプル信号振幅データと、前記金属が混入した前記被検査物の通過により検出される前記磁界変動信号により得られる被検査物信号振幅データとの差異を判定する振幅判定手段を併有しており、該振幅判定手段の判定結果に基づいて該被検査物中に混入した該金属の種別および大きさを判定する構成とすることができる。したがって、検出した金属の種別および大きさを判定可能となる。 (2) In the present invention, the determination unit includes, for each type of the plurality of types of metal samples, a sample signal obtained in advance from the magnetic field fluctuation signal detected by passing a plurality of metal samples of the same type having different sizes. Amplitude determination means for determining a difference between amplitude data and object signal amplitude data obtained from the magnetic field fluctuation signal detected by passage of the object mixed with the metal, wherein the amplitude The type and size of the metal mixed in the object to be inspected can be determined based on the determination result of the determining means. Therefore, it is possible to determine the type and size of the detected metal.
（３）前記金属種別判定手段は、前記複数の同種別金属サンプルについてあらかじめ得たサンプル信号位相データおよびサンプル信号振幅データに基づいてあらかじめ設定された直交座標上の分布領域の境界情報と、前記被検査物信号位相データおよび前記被検査物信号振幅データと、を基に該金属の種別および大きさを判別する構成としてもよい。この場合、検出した金属の種別および大きさを迅速的確に判定可能となる。 (3) The metal type determination means includes boundary information of a distribution area on orthogonal coordinates preset based on sample signal phase data and sample signal amplitude data obtained in advance for the plurality of metal samples of the same type, and The type and size of the metal may be determined based on the inspection object signal phase data and the inspection object signal amplitude data. In this case, it is possible to quickly and accurately determine the type and size of the detected metal.
なお、ここにいう直交座標上の分布領域の境界情報は、磁界変動信号の特定検出位相での全変動領域を直交座標に対応させたマップ領域とするとき、該マップ領域上の特定物品の検出信号の低振幅側より高振幅側（直交座標の二成分が大きくなる側）で位相角が大きくなるよう湾曲した曲線形状をなしているとよい。あるいは、直交座標上の分布領域の境界情報は、磁界変動信号の特定検出位相での全変動領域を直交座標に対応させたマップ領域とするとき、該マップ領域上の特定物品の検出信号の低振幅側より高振幅側で位相角が大きくなるよう湾曲した境界線上の変動点を特定する境界計算式で特定されてもよい。 The boundary information of the distribution area on the orthogonal coordinates referred to here is the detection of the specific article on the map area when the entire variation area in the specific detection phase of the magnetic field variation signal is made to correspond to the orthogonal coordinates. It is preferable that the signal has a curvilinear shape such that the phase angle becomes larger on the high amplitude side (the side where the two components of the rectangular coordinates are larger) than on the low amplitude side of the signal. Alternatively, the boundary information of the distribution area on the orthogonal coordinates can be obtained by, when the entire variation area in the specific detection phase of the magnetic field variation signal is a map area corresponding to the orthogonal coordinates, the detection signal of the specific article on the map area is low. It may be identified by a boundary calculation formula that identifies a variation point on a curved boundary line so that the phase angle is larger on the high amplitude side than on the amplitude side.
（４）前記判定部の前記位相判定手段は、前記基準信号の周波数について設定された複数の周波数帯ごとに、前記サンプル信号位相データの差異を判定するための判定条件を記憶しており、該判定条件を基に、前記検査領域中を通過する金属の種別を判定するようにしてもよい。この場合、基準信号の周波数の変化に対する金属影響信号の位相変化をも検出でき、金属の種別をより精度良く判定可能となる。 (4) The phase determination means of the determination unit stores a determination condition for determining a difference in the sample signal phase data for each of a plurality of frequency bands set for the frequency of the reference signal. The type of metal passing through the inspection area may be determined based on the determination conditions. In this case, the phase change of the metal influence signal with respect to the frequency change of the reference signal can also be detected, and the type of metal can be determined with higher accuracy.
（５）本発明においては、前記判定部の判定結果に基づいて、前記検査領域中を通過した前記被検査物の統計・来歴処理を実行する統計・来歴処理部を併有する構成とすることもできる。このようにすると、異物混入の発生時にその金属の種別を含めた統計情報や来歴情報を生成可能となり、より有用な統計情報および来歴情報を得ることができる。 (5) In the present invention, it is also possible to have a statistic/history processing unit that executes statistic/history processing of the object to be inspected that has passed through the inspection area based on the determination result of the determination unit. can. By doing so, it becomes possible to generate statistical information and provenance information including the type of metal when contamination occurs, and more useful statistical information and provenance information can be obtained.
（６）本発明においては、前記検査領域が、前記被検査物を取り扱う上流側装置に対して下流側に配置されており、前記判定部が、前記被検査物中に混入した金属の種別を判定したとき、あらかじめ設定された金属の種別と該種別の金属を流出させ得る前記上流側装置との対応に基づいて、前記被検査物中に混入した金属の流出源を特定する構成とすることができる。このようにすると、金属混入の発生時に原因を容易に特定可能となる。また、その統計情報や来歴情報は、上流側装置に関する有用なメンテナンス情報となる。 (6) In the present invention, the inspection area is arranged on the downstream side with respect to the upstream device that handles the object to be inspected, and the judging section determines the type of metal mixed in the object to be inspected. When the determination is made, the outflow source of the metal mixed in the object to be inspected is identified based on the correspondence between the type of metal set in advance and the upstream device capable of outflowing the metal of the type. can be done. By doing so, it is possible to easily identify the cause when metal contamination occurs. In addition, the statistical information and history information become useful maintenance information regarding the upstream device.
（７）本発明においては、前記判定部が前記検出回路部で検出された各変動成分を基に、前記被検査物に混入した金属を検出して該金属の種別を判定するための第１動作モードと、前記金属サンプルを用いて少なくとも該検出回路部の動作条件設定または動作状態確認をするための第２動作モードと、を有し、前記判定部は、前記第１モードにて前記被検査物に混入した金属の種別を判定し、前記第２モードにて前記金属サンプルの種別を判定する構成とすることができる。このようにすると、目的に応じて動作モードを切り替えることにより、被検査物に混入した金属の種別判定と、動作条件の設定や動作状態の確認に用いる金属サンプルの種別判定を、それぞれ必要なタイミングで実施することができる。 (7) In the present invention, the determination unit detects a metal mixed in the object to be inspected and determines the type of the metal based on each variation component detected by the detection circuit unit. an operation mode and a second operation mode for setting operating conditions or confirming an operating state of at least the detection circuit unit using the metal sample, wherein the determination unit detects the target in the first mode. The type of metal mixed in the inspection object may be determined, and the type of the metal sample may be determined in the second mode. In this way, by switching the operation mode according to the purpose, determination of the type of metal mixed in the object to be inspected and determination of the type of metal sample used for setting the operating conditions and checking the operating state can be performed at the required timings. can be implemented in
本発明によれば、検査領域を通過する金属が磁性金属か非磁性金属かを正確に自動判別することができる金属検出装置を提供することができる。併せて、非磁性金属であってもその非磁性の程度や材質の異なる複数種の金属種別を正確に判別することのできる金属検出装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a metal detector capable of accurately and automatically determining whether a metal passing through an inspection area is magnetic or non-magnetic. At the same time, it is possible to provide a metal detection device capable of accurately discriminating a plurality of types of metals having different degrees of non-magnetism and materials, even if they are non-magnetic metals.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated, referring drawings.
図１～図９は本発明の第１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。 1 to 9 are diagrams showing a schematic configuration of a metal detection device according to a first embodiment of the present invention.
まず、その構成について説明する。 First, its configuration will be described.
図１および図２に示すように、本実施形態の金属検出装置１０には、被検査物であるワークＷを搬送するコンベア１２と、そのコンベア１２の途中に位置する検査ヘッド１４とが設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ワークＷは、例えば量産される食品を包装材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く、冷凍品でもよい。勿論、ワークＷとなる物品は、食品に限定されるものではない。 The workpiece W is, for example, a mass-produced food product wrapped in a packaging material. It's fine, it can be frozen. Of course, the article to be the work W is not limited to food.
コンベア１２は、例えば図示しないループ状のベルトおよびローラを有するベルトコンベアで構成されており、ワークＷを検査ヘッド１４内の開口１４ａを通して所定方向に搬送できるようになっている。
The
検査ヘッド１４は、コンベア１２の所定長さのワーク搬送区間に対応する検査領域Ｚ内に交流磁界を発生させることができるとともに、ワークＷの通過に伴う検査領域Ｚ内の磁界の変動を検出することができるようになっており、ワークＷ中の金属（混入異物でもあらかじめ封入された製品の一部でもよい）あるいは非金属の異物（金属または金属成分を含んだ異物、欠品検出の場合は異物でなく構成要素でもよい）を検出するようになっている。
The
検査領域Ｚの入り口側（搬送方向上流側）には、ワークＷの検査領域Ｚへの進入を検知する例えば光学式の物品検知センサ１５が設置されている。
At the entrance side of the inspection area Z (on the upstream side in the transport direction), for example, an optical
また、金属検出装置１０の上部側正面には、ユーザによる操作入力のための操作入力部１６と、その操作用の表示や運転状態表示、異常の報知等を行なうための表示器１７等が設けられている。
In addition, an
金属検出装置１０は、具体的には、検査ヘッド１４に交流磁界を発生させる信号発生器２１および送信コイル２２と、検査ヘッド１４に交流磁界の変動を検出させる一方および他方の受信コイル２３ａ、２３ｂと、検査ヘッド１４の検出信号を直交検波処理する検波部２４と、検波部２４からの検波出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２７ａ、２７ｂと、そのＡ／Ｄ変換後の検出データを基に金属検出が可能な所定の制御プログラムを実行する制御部３０とを含んで構成されている。
Specifically, the
信号発生器２１は、所定周波数の交流の送信信号を発生するもので、図示しない電流増幅器を介して送信コイル２２を電流駆動する。
The
また、送信コイル２２は、コンベア１２の搬送路近傍に配置され、信号発生器２１からの電流駆動によって励磁されたとき、送信信号周波数に対応する所定強度の交流磁界（交番磁界）を検査領域Ｚ内に発生させるようになっている。この送信コイル２２は信号発生器２１と共に磁界発生部を構成している。
The
より具体的には、図２に示すように、送信コイル２２は、検査ヘッド１４内に開口１４ａを取り囲むように配置されており、一方および他方の受信コイル２３ａ、２３ｂは、検査ヘッド１４の開口１４ａを取り囲み、かつ、送信コイル２２に対しワーク搬送方向の前後に略同一の中心軸を持つように配置されている。
More specifically, as shown in FIG. 2, the transmit
受信コイル２３ａ、２３ｂは、送信コイル２２からの磁束が略等量に鎖交するよう配置されかつ互いに逆相に接続された少なくとも一対のコイルからなり、対向する一端側で接地されるとともに他端側で検波部２４に接続されている。これら受信コイル２３ａ、２３ｂは、送信コイル２２と協働して検査領域における磁界の変動を検出する差動検出器２３（磁界検出部）を構成している。送信コイル２２で発生する交流磁界の周波数は、後述する制御部３０によって可変設定されるようになっており、差動検出器２３は設定される各周波数の交流磁界についてその変動を検出可能である。
Each of the receiving
具体的には、検査領域Ｚ内に交流磁界が発生しているとき、受信コイル２３ａ、２３ｂには、それぞれ電圧が誘起されるが、送信コイル２２からの交流磁界のみに対しては逆相接続された受信コイル２３ａ、２３ｂの電圧出力は等しく平衡し、両受信コイル２３ａ、２３ｂの誘起電圧の差（差動検出器２３としての出力）がゼロとなるようになっている。そのため、例えば受信コイル２３ａ、２３ｂの他端側は例えば平衡調整用の可変抵抗器(図示していない)を介して結合され、その可変抵抗器の中点から検波部２４に接続されている。
Specifically, when an alternating magnetic field is generated in the inspection area Z, voltages are induced in the receiving
検査領域Ｚの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る一方、その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。 A magnetic metal passing through the magnetic field of the inspection area Z attracts more magnetic flux in proportion to the magnitude of the magnetic flux density, while a non-magnetic metal passing through the magnetic field experiences a change in magnetic flux density due to its movement. Eddy currents are generated in a counteracting direction, and Joule heat is consumed.
したがって、コンベア１２上の製品に混入した何らかの磁性金属が検査領域Ｚの発生磁界中を通過する場合、例えば図３（ａ）～図３（ｃ）に示すように、磁束を引き寄せるその金属の位置に応じて受信コイル２３ａ、２３ｂの誘起電圧Ｖａ、Ｖｂ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、包装材等の影響により、金属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。
Therefore, when some magnetic metal mixed in the product on the
受信コイル２３ａ、２３ｂは、このようにコンベア１２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（磁界変動信号）を出力する。この差動検出信号Ｓｄは、送信コイル２２側からの交流磁界に対応して前記送信信号の周波数を有する高周波信号成分に、ワークＷの移動に応じて振幅および位相が変化する低周波信号成分が重畳した変調信号形態となり、例えば図４に示すような信号波形で表すことができる。
When the output of the receiving
検波部２４は、各一対のミキサ２４ａ、２４ｂ、バンドパスフィルタ２５ａ、２５ｂおよび移相器２６ａ、２６ｂからなる検出回路部を構成しており、ミキサ２４ａ、２４ｂには差動検出器２３からの差動検出信号Ｓｄがそれぞれに入力される。
The
ミキサ２４ａ、２４ｂには、入力信号の位相を設定移相量だけシフトさせる移相器２６ａ、２６ｂがそれぞれ接続されており、移相器２６ａは、信号発生器２１からの前記送信信号の位相を専ら検出感度を高めるよう可変設定される所定移相量だけ移相させて、ミキサ２４ａに供給する。また、移相器２６ｂは、移相器２６ａで生成された信号の位相を更に９０度移相させることで、差動検出器２３から誘導出力される差動検出信号Ｓｄの高周波信号成分に対して９０度位相の異なる高周波信号を生成し、ミキサ２４ｂに供給する。
The
ミキサ２４ａは、移相器２６ａからの高周波信号と差動検出器２３からの差動検出信号Ｓｄとを合成してバンドパスフィルタ２５ａに出力する。同様に、ミキサ２４ｂは、移相器２６ｂからの高周波信号と差動検出器２３からの差動検出信号Ｓｄとを合成してバンドパスフィルタ２５ｂに出力する。
The
ここでのミキサ２４ａ、２４ｂによる入力の混合は、移相量により異なるが、移相器２６ａ、２６ｂからの入力信号に基づいて、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第１の変動成分の検出信号Ｒｘ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第２の変動成分の検出信号Ｒｙを生成することができる。
The mixing of the inputs by the
バンドパスフィルタ２５ａ、２５ｂは、ミキサ２４ａ、２４ｂで合成された両検出信号Ｒｘ、ＲｙのうちワークＷの移動に対応して変化する低周波信号成分の検出信号を抽出し、併せて高周波成分のノイズを除去するフィルタ特性を有している。
The band-
図４に示すように、バンドパスフィルタ２５ａ、２５ｂから出力される低周波成分の検出信号Ｘ、Ｙは、差動検出信号Ｓｄの波形中で所定位相位置の瞬時値を結ぶ包絡線の波形、およびその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を有するものとなる。
As shown in FIG. 4, the low-frequency component detection signals X and Y output from the
両バンドパスフィルタ２５ａ、２５ｂから出力される検出信号Ｘ、Ｙは、Ａ／Ｄ変換器２７ａ、２７ｂでそれぞれアナログ信号からディジタル信号である検出データＤｘ、Ｄｙに変換された後、物品検知センサ１５からの物品検知信号に関連付けられた検出データＤｘ、Ｄｙとして、制御部３０に取り込まれる。
The detection signals X and Y output from both
制御部３０は、例えば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実行し、Ｉ／Ｏインターフェースを介して取り込んだ検出データＤｘ、Ｄｙ等の各種信号を処理するようになっている。制御部３０は、ディジタル信号処理を行うＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等を併有するものでもよい。
The
この制御部３０は、前述の制御プログラムを実行することで、図１に機能ブロック図で示すように、設定部３１、検査データ記憶用の第１メモリ部３２、位相判定用の第２メモリ部３３、検査条件記憶用の第３メモリ部３４、位相補正部３５、判定部３６の機能を発揮するものである。
By executing the above-described control program, the
設定部３１は、操作入力部１６からの指示入力に応じて検査に必要な各種のパラメータを手動で初期設定する機能と、ワークＷの良品サンプルやテストピース等の金属サンプルを磁界に通過させることで、検査に必要なパラメータを半自動的に初期設定する機能（オート設定モード）とを有している。また、設定部３１は、操作入力部１６への選択操作入力に応じて後述する通常の金属検出モードと設定・確認モードとを切替え可能になっている。
The setting
この設定部３１は、例えば各品種のワークＷのサイズ（例えば長さ）や搬送速度、信号発生器２１の発生信号周波数、移相器２６ａによる位相補正量Δθ、バンドパスフィルタ２５ａ、２５ｂの通過帯域（周波数帯域）等、金属検出装置１０の動作に関する各種設定パラメータを、ワークＷの品種毎に一部手入力で、その他を自動または手動で設定するための設定手段となっている。
This setting
ワークＷの長さや搬送速度は、検出データＤｘ、Ｄｙの取り込み時間やその間隔、バンドパスフィルタ２５ａ、２５ｂの通過帯域等を決定する条件となる。また、信号発生器２１の発生信号周波数は、検出対象金属の種別や大きさ、ワークＷの構成材料（内容物および包装材等）の素材等に応じて選択され得るパラメータである。さらに、検出データＤｘが移相器２６ａの移相量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明らかなように、検出データＤｘ、Ｄｙの波形振幅は、移相器２６ａの位相補正量Δθによって相違することになる。すなわち、移相器２６ａの移相量は、ワークＷに混入した金属の検出感度を決定するパラメータとなる。
The length of the workpiece W and the transport speed are conditions for determining the time and interval of the detection data Dx and Dy, the passbands of the
位相補正部３５は、検査対象の各ワークＷが検査領域Ｚを通過する度に、Ａ／Ｄ変換器２７ａ、２７ｂから取り込まれる一連の低周波信号成分の検出データＤｘ、Ｄｙを所定サンプリング数だけ取得し、取得した信号データを基に、図５に示すように、検波時の位相０°（同相）側を横軸、位相９０°（直交位相）側を縦軸とするＸ－Ｙ平面上で、検出データＤｘ、Ｄｙの値を直交座標成分とする散布図として、リサージュ図形を作成できるようになっている。
The
位相補正部３５は、図５に示すリサージュ図形中でワークＷの製品影響による磁界変動成分の検出データが分布する中心の位相θｄを基準位相とし、検波部２４での検波時の位相に対する基準位相の位相差（散布図中の回帰直線の傾き角の差に相当）を補正可能な位相補正量Δθを算出し、検波位相を補正することができるようになっている。
The
この場合、ワークＷに金属（金属異物または製品中の金属成分）が含まれていると、図５および図６に示すように、検波時の位相に対し同相（Ｉｎ－ｐｈａｓｅ）側とみなした基準位相Ｉを横軸とし、その直交位相（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）を縦軸ＱとするＩ－Ｑ平面上においては、ワークＷ（良品）のみを磁界通過させた場合の検出データＤｘ、Ｄｙ（以下、製品影響信号という）は、基準位相Ｉの近傍に分布するものとなり、金属を通過させた場合の検出データＤｘ、Ｄｙ（以下、金属影響信号という）は、直交位相Ｑ側に分布するものとなる。なお、検波位相と同相側では、交流磁界の磁束密度の変化量が大きくなり、直交位相側では、交流磁界の磁束密度が大きくなる。 In this case, if the work W contains a metal (metal foreign matter or metal component in the product), as shown in FIGS. Detected data Dx, Dy (hereinafter referred to as product ) are distributed in the vicinity of the reference phase I, and the detection data Dx and Dy when metal is passed through (hereinafter referred to as metal influence signals) are distributed on the quadrature phase Q side. The amount of change in the magnetic flux density of the alternating magnetic field increases on the in-phase side of the detection phase, and the magnetic flux density of the alternating magnetic field increases on the quadrature phase side.
位相補正部３５は、金属有無の判定位相となる直交位相Ｑでは製品影響の大きい同相Ｉ側での振幅レベルが最小レベルとなり、金属影響の大きい直交位相Ｑ側では振幅レベルが大きく現れるよう、感度設定を行うようになっている。
The
判定部３６は、前述のＩ－Ｑ平面上での金属有無判定位相（直交位相Ｑ）における製品影響信号と金属影響信号の振幅Ｌｇ、Ｌｎを比較し、その振幅の比（Ｌｎ／Ｌｇ）が所定のリミット値を超えるか否かによって、ワークＷ中における金属有無の判定処理を実行する第１判定部３６ａを有している。
The
ところで、図５中では、金属影響信号の散布図（リサージュ図形Ｈｎ）の形状は、ワークＷの製品影響信号の散布図（リサージュ図形Ｈｇ）の形状に対して相対的に細くなっており、その検出位相θｎが製品影響信号の検出位相θｄに対して略直交位相となっているが、ワークＷに入る金属やそのテストピースの影響信号の散布図形状(リサージュ図形の形状)は、その金属またはテストピースの材質や大きさによって変化し、その図形の傾きは、差動検出信号Ｓｄから包絡線Ｘをとる前述の所定位相位置（前述の位相補正量Δθ）によって変化する。 By the way, in FIG. 5, the shape of the metal influence signal scatter diagram (Lissajous figure Hn) is relatively thin with respect to the shape of the product influence signal scatter diagram (Lissajous figure Hg) of the work W. The detection phase θn is substantially orthogonal to the detection phase θd of the product influence signal. It changes depending on the material and size of the test piece, and the inclination of the figure changes depending on the above-mentioned predetermined phase position (the above-mentioned phase correction amount Δθ) at which the envelope X is obtained from the differential detection signal Sd.
図５中に示す金属影響信号のリサージュ図形Ｈｎは、材質が非磁性金属の場合を模式的に例示するものであるが、ステンレス鋼の鋼種（マルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系等）によるフェライト量の相違や他の種別の金属（例えばアルミニウム（Ａｌ）、真鍮（Ｂｒａｓｓ）等）、あるいは、非金属や金属含有の複合材等の別により、位相角は変化し、その金属の大きさ（例えば径）に応じて振幅が変化する傾向がある。 The Lissajous figure Hn of the metal influence signal shown in FIG. 5 schematically illustrates the case where the material is a non-magnetic metal. The phase angle varies depending on the amount and other types of metals (e.g., aluminum (Al), brass, etc.), or the distinction between non-metals and metal-containing composites, etc., and the size of the metal ( For example, the amplitude tends to vary depending on the diameter.
そこで、本実施形態では、制御部３０の第１判定部３６ａにおいて、第１判定部３６ａで製品影響に対し金属影響による磁界変動成分の振幅の比（図５中のＬｎ／Ｌｇ）が最大となる位相θｄ、θｎを算出する感度優先の処理を実行する一方で、第２判定部３６ｂおよび第３判定部３６ｃにおいて、感度優先の処理とは別に、金属の種別判定のための処理を実行するようになっている。
Therefore, in the present embodiment, in the
図６に示すのは、ノイズや振動による検出信号のばらつきレベルの範囲内に入るように位相調整された基準位相Ｉを横軸とし、それと直交する直交位相軸Ｑを縦軸とするＩ－Ｑ平面上に、複数の金属（検出対象物）の種別およびサイズについて、その金属影響信号のリサージュ図形ＨｎのピークＰｓの検出位相角θｎを算出した結果をプロットした場合に、検出位相角θｎが互いに相違する複数の種別群をそれらの位相角の分布範囲で区分する判定マップ（種別判定条件）の説明図である。 In FIG. 6, the horizontal axis is the reference phase I whose phase is adjusted so as to be within the range of the variation level of the detection signal due to noise and vibration, and the vertical axis is the quadrature phase axis Q that is orthogonal to the reference phase IQ. When the results of calculating the detected phase angles θn of the peaks Ps of the Lissajous figures Hn of the metal influence signals for the types and sizes of a plurality of metals (objects to be detected) are plotted on a plane, the detected phase angles θn differ from each other. FIG. 10 is an explanatory diagram of a determination map (type determination condition) for classifying a plurality of different type groups by their phase angle distribution ranges;
図６において、「Ｆｅ」は、金属が鉄その他の磁性金属からなる場合の分布範囲を例示しており、磁性金属の種別および大きさ（直径Φ）に応じて、例えばＩ－Ｑ平面の中心から離れるように金属径が大きくなるほど位相角も大きくなるというように位相角増大側に湾曲する境界線Ｂ１がその種別群の金属の位相角の上限となっている。 In FIG. 6, "Fe" exemplifies the distribution range when the metal is iron or other magnetic metal, and depending on the type and size (diameter Φ) of the magnetic metal, for example The boundary line B1, which curves toward the increasing phase angle side, is the upper limit of the phase angle of the metals of the type group, such that the phase angle increases as the diameter of the metal increases away from the boundary line B1.
また、図６において、「ＳＵＳ」は、例えば境界線Ｂ１に近いフェライト系のステンレス鋼や、境界線Ｂ２に近いオーステナイト系のステンレス鋼をはじめ、他の多くのステンレス鋼（マルテンサイト系等）を材質とする金属の種別判定に寄与し得るものである。この場合も、Ｉ－Ｑ平面の中心から離れるように金属径が大きくなるほど位相角も大きくなり、境界線Ｂ２も位相角増大側に湾曲している。すなわち、境界線Ｂ２は、境界線Ｂ１と同様に、隣接する種別群の検出位相が金属の大きさ（直径Φ）に比例しない傾向を示している。 In FIG. 6, "SUS" includes, for example, ferritic stainless steel near the boundary line B1, austenitic stainless steel near the boundary line B2, and many other stainless steels (martensitic, etc.). This can contribute to the determination of the type of metal used as the material. Also in this case, the phase angle increases as the metal diameter increases away from the center of the IQ plane, and the boundary line B2 is also curved toward the phase angle increasing side. That is, the boundary line B2 shows a tendency that the detection phases of the adjacent type groups are not proportional to the size (diameter Φ) of the metal, similarly to the boundary line B1.
図６において、Ｎｏｎ Ｆｅは、アルミニウムや真鍮その他の非鉄金属や高耐食性の特殊金属、複合材等からなる他の種別群の場合の分布範囲を例示しており、金属の種別または大きさ（直径Φ）によって位相角が相違するとともに、基準位相Ｉに対し反転（１８０°相違）する位相角近傍のノイズや振動による検出信号のばらつきレベルの範囲がその種別群の金属の位相角の上限となっている。 In FIG. 6, Non Fe exemplifies the distribution range in the case of other type groups consisting of aluminum, brass and other non-ferrous metals, highly corrosion-resistant special metals, composite materials, etc., and the metal type or size (diameter Φ), and the range of the variation level of the detection signal due to noise and vibration in the vicinity of the phase angle that is inverted (180° difference) with respect to the reference phase I becomes the upper limit of the phase angle of the metal of that type group. ing.
以後、差動検出信号Ｓｄから検出信号Ｘ、Ｙを取り出す際の所定位相位置がより高位相角側になると、同様にＦｅ、ＳＵＳ、Ｎｏｎ Ｆｅの順に、境界線Ｂ１、Ｂ２を挟んで、種別群ごとの分布が分かれる。 After that, when the predetermined phase position when the detection signals X and Y are taken out from the differential detection signal Sd is on the higher phase angle side, the type The distribution for each group is divided.
位相判定用の第２メモリ部３３には、図６に示すような種別判定マップが種別判定条件データとして記憶されており、判定部３６の第２判定部３６ｂは、その種別判定条件データに基づいて、金属影響信号のリサージュ図形ＨｎのピークＰｓの検出位相角θｎが、図６中の複数の種別群ごとの分布領域Ｆｅ、ＳＵＳ、Ｎｏｎ Ｆｅのいずれに入るかを判定するようになっている。ここで、第２メモリ部３３に記憶され、第２判定部３６ｂに使用される種別判定条件データは、検査ヘッド１４に複数種の金属サンプルのうち各種の金属サンプルを通過させたときに検出された磁界変動信号を用いて、あらかじめ得られた種別ごとのサンプル信号位相データである。
A type determination map as shown in FIG. 6 is stored as type determination condition data in the
判定部３６の第２判定部３６ｂは、複数種の金属のテストピースその他の金属サンプルのうち各種の金属サンプルが検査領域Ｚ中を通過するとき、その通過による検査領域Ｚ中の交流磁界の変動に伴って直交検波位相に対応する直交座標系（Ｘ－Ｙ座標系）中に生じる金属影響信号のリサージュ図形Ｈｎの位相θｎを判定するようになっている。また、第２判定部３６ｂは、金属が混入したワークＷが検査ヘッド１４を通過するとき、検出される磁界変動信号を基に得られる位相データ（被検査物信号位相データ）を前述のサンプル信号位相データと比較し、両データの差異を判定することでワークＷの位相および同ワークＷに混入した金属の位相を判定する位相判定手段となっている。
The
判定部３６の第３判定部３６ｃは、第２判定部３６ｂで金属サンプルごとに判定される金属影響信号の検出位相角θｎの分布領域に基づき、金属として、鉄等の磁性金属群（図６中でＦｅと表示）のいずれか、ステンレス鋼群等の非磁性金属群（図６中でＳＵＳと表示）のいずれか、あるいは、アルミニウムや真鍮その他の種別群（図６中でＮｏｎ Ｆｅと表示）のいずれかが検出されたか否かを判定し、その結果を判定種別と共に表示器１７に出力する機能を有している。この第３判定部３６ｃは、位相判定手段である第２判定部３６ｂの判定結果に基づいて、検査領域Ｚ中を通過する金属の種別を判定する金属種別判定手段となっている。
A
図６は、各種別群の金属の検出位相角θｎの分布が、それぞれの種別群の分布確度θａ、θｂ、θｃの範囲内で、概ねＩ－Ｑ直交座標面の中心点から離れるほど大きくなる傾向を意味している。しかし、種別判定のための条件は、図６に示すようなものに限定されるものではなく、生産ラインの装置構成等から想定される金属の材質を特定し、あらかじめその検出特性を記憶しておくようにする場合、境界線による分布範囲の区分でなく、特定種別の分布範囲に特定された複数の独立した分布エリアを設定しておき、そのいずれかに属するかを判定するようにしてもよい。 FIG. 6 shows that the distribution of the detected phase angles θn of the metals of each type group increases as it moves away from the center point of the IQ orthogonal coordinate plane, within the range of the distribution accuracies θa, θb, and θc of each type group. means trend. However, the conditions for type determination are not limited to those shown in FIG. If you want to set the distribution range, instead of dividing the distribution range by boundary lines, you can set multiple independent distribution areas specified in the distribution range of a specific type and determine whether it belongs to any of them. good.
図７は、図６に示すような金属の種別ごとの判定を各ワークＷへの混入時を想定して実行するための検査条件とその条件での送信出力レベルを記憶する検査条件記憶用の第３メモリ部３４の機能説明図である。
FIG. 7 shows an inspection condition storage for storing inspection conditions and transmission output levels under these conditions for executing judgment for each type of metal as shown in FIG. 3 is a functional explanatory diagram of a
図７に示すように、第３メモリ部３４には、所定の送信周波数１および送信出力（レベル）１から、その少なくとも一方の値を順次変化させた送信周波数ｎおよび送信出力ｎまでの各送信周波数および送信出力について、ワークＷの搬送・通過に伴う検査領域Ｚ内の磁界変動信号Ｓｄを検波部２４で検波し、バンドパスフィルタ処理する際の通過帯域である周波数帯域、位相および振幅を、周波数帯域１、位相１および振幅１から周波数帯域ｎ、位相ｎおよび振幅ｎまで設定したデータが、記憶保存されている。このように設定したデータは、各送信周波数および送信出力について検査ヘッド１４に複数種の金属サンプルのうち各種の金属サンプルを通過させ、その通過時に検出された磁界変動信号によりあらかじめ種別ごとに得られたものであり、本発明にいうサンプル信号位相データおよびサンプル信号振幅データを含んだものとなる。
As shown in FIG. 7, the
これら送信周波数１および送信出力１から送信周波数ｎおよび送信出力ｎまでの各送信条件や、検波信号Ｒｘ、Ｒｙをフィルタ処理する際の周波数帯域、位相および振幅の段階的な設定は、例えば複数種の金属サンプルの種別ごとに、大きさの異なる複数の同種別金属サンプルを準備し、それぞれに好適な検査条件を設定するのに有効である。
Each transmission condition from
判定部３６の第３判定部３６ｃは、第３メモリ部３４に記憶された検査条件を基に、複数種の金属サンプルの種別ごとに、大きさの異なる複数の同種別金属サンプルについて、検査領域Ｚ中を通過する金属の種別に加えてその金属影響信号の振幅をも判定可能となる。したがって、第３判定部３６ｃは、第３メモリ部３４と協働して、複数種の金属サンプルの種別ごとに大きさの異なる複数の同種別金属サンプルについてその金属影響信号の振幅をも判定する振幅判定手段として機能し得るものとなっている。
Based on the inspection conditions stored in the
このように、本実施形態の金属検出装置１０は、ワークＷが通過する検査領域Ｚに基準信号を基に交流磁界を発生させる磁界発生部としての信号発生器２１および送信コイル２２と、ワークＷの通過による検査領域Ｚ中の交流磁界の変動を検出して磁界変動信号Ｓｄを出力する差動検出器２３と、磁界変動信号Ｓｄのうち基準信号に対し同相側の第１の変動成分の信号Ｘと基準信号に対し直交位相側の第２の変動成分の信号Ｙとを、互いに直交する２つの検出位相で検出する処理を実行する検波部２４と、検波部２４からの検出信号Ｘ、Ｙを基にワークＷ中に混入した金属を検出するための金属有無判定処理を実行する第１判定部３６ａを有する判定部３６と、を備えている。
As described above, the
さらに、判定部３６は、ワークＷ中に混入した金属を高感度に検出するための第１判定部３６ａとは別に、その混入金属を含むワークＷあるいは複数種のうち各種の金属サンプルの通過による検査領域Ｚ中の交流磁界が変動するとき、その変動に伴って直交検波位相に対応する直交座標系中に生じる金属影響の検出データの位相θｎを種別ごとのサンプル信号位相データと比較して差異を判定する位相判定手段としての第２判定部３６ｂと、その判定結果に基づいて検査領域Ｚ中を通過する金属の種別を判定する金属種別判定手段としての第３判定部３６ｃとを有している。
In addition to the
また、判定部３６の第３判定部３６ｃは、複数種の金属サンプルの種別ごとに、大きさの異なる複数の同種別金属サンプルについて、金属影響信号の振幅の差異を判定する振幅判定手段を併有しており、その振幅判定結果に基づいて、検査領域Ｚ中を通過する金属の種別および大きさを判定可能になっている。
Further, the
加えて、金属種別判定手段としての第３判定部３６ｃは、直交座標系中に生じる金属影響信号の位相θｎのみならず振幅を含むデータに基づいて複数種のうちいずれの種別の金属サンプルに近似し他と相違するのかと、複数の同種別金属サンプルのうちいずれの大きさの金属サンプルに近似し他と相違するのかを、それぞれ直交座標上の複数の種別群（Ｆｅ、ＳＵＳ、Ｎｏｎ Ｆｅ）の分布領域の境界線Ｂ１、Ｂ２の情報を基に判別する。
In addition, the
そして、判定部３６の第２判定部３６ｂは、基準信号の周波数または差動検出器２３の検出信号について設定された複数の周波数帯域ごとに、各種の金属サンプルが検査領域Ｚ中を通過するときに直交座標系中に生じる金属影響信号の位相θｎを判定するための判定条件（例：判定マップまたは判定用の計算式）をサンプル信号位相データおよびサンプル信号振幅データ等として第２メモリ部３３および第３メモリ部３４に記憶しており、その判定条件を基に、検査領域Ｚ中を通過する金属の種別を判定する。
Then, the
本実施形態の金属検出装置１０において、制御部３０は、さらに、判定部３６の判定結果の蓄積により、検査領域Ｚ中を通過したワークＷの検査結果の統計や検査および金属検出結果の来歴を記録する処理を種別情報を含めて実行することができる統計・来歴処理部３７を併有している。
In the
また、検査領域Ｚは、ワークＷを取り扱う複数種の上流側装置４１、４２（例えば製品投入、封入、包装のための装置類）に対して物品搬送方向で下流側に配置されており、判定部３６は、ワークＷ中に混入した金属の種別を判定するとき、併せて、その判定種別の金属を流出させ得る複数種のうちいずれかの上流側装置４１または４２（流出源）を判定する処理をも実行するようになっている。
In addition, the inspection area Z is arranged downstream in the article conveying direction with respect to a plurality of types of
以下、上記構成の金属検出装置１０の動作と共にその作用について説明する。
The operation of the
[設定・動作確認時]
金属検出装置１０の設定・動作確認時には、ユーザが操作入力部１６のメニューキーを押す等して、オート設定、検出感度（レベル）変更、物品影響表示、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）が表示される。そして、まず、例えばオート設定が選択され、実際に金属検出を実行する前に、ワークＷの良品サンプルや複数種の金属のサンプルであるテストピースについて、検査ヘッド１４に通す試験的な検査・測定（以下、サンプル検査ともいう）を行うことで、金属検出装置１０を構成する各部の動作に必要な初期設定がなされる。なお、サンプル検査は、検査対象製品の品種登録時だけでなく、その登録情報に基づく動作の確認時等にも実行される。このようなサンプル検査は、例えば特開２０１８－２００１９７号公報に記載されるテストピース影響信号相当のテスト変動成分を部分的にあるいは全部に用いるものとしてもよい。
[When setting and confirming operation]
When setting and confirming the operation of the
図８に示すように、検査条件記憶用の第３メモリ部３４に記憶させる送信条件（送信周波数および送信出力レベル）１～ｎのそれぞれについて、「周波数帯域、位相、振幅」の情報を設定する際に、まず、最初の検査条件・出力１について、送信条件を読取り（ステップＳ１１、Ｓ１２）、対応する一種別のテストピースでの試験的な検査を実行するために、送信周波数設定および送信出力を設定する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。
As shown in FIG. 8, for each of the transmission conditions (transmission frequency and transmission output level) 1 to n to be stored in the
次いで、金属検出装置１０の検査領域Ｚ内に交流磁界を発生させるとともに（ステップＳ１５）、ワークＷを検査領域Ｚ中を通過させるようにコンベア搬送させ（ステップＳ１６）、その際に差動検出器２３から出力される磁界変動信号Ｓｄを基に検波部２４から制御部３０までの信号処理系に受信信号処理を実行させる（ステップＳ１７）。そして、直交座標系中の金属影響信号のリサージュ図形Ｈｎから、その磁界変動成分の振幅Ｌｎおよび位相θｎを算出して、検査条件記憶用の第３メモリ部３４に記憶させる（ステップＳ１８）。
Next, an alternating magnetic field is generated in the inspection area Z of the metal detection device 10 (step S15), and the work W is conveyed by the conveyor so as to pass through the inspection area Z (step S16). Based on the magnetic field fluctuation signal Sd output from 23, the signal processing system from the
次いで、送信条件（送信周波数および送信出力レベル）ｎに達しているか否かが判定され、その判定結果に応じて、送信条件番号を順次繰り下げながら（ステップＳ２０）、送信条件ｎに達するまで、一連の処理ステップＳ１１～Ｓ１９を伴う試験的な検査・測定が繰り返され、検査条件記憶用の第３メモリ部３４に対する記憶情報の設定作業が実行される。
Next, it is determined whether or not the transmission condition (transmission frequency and transmission output level) n has been reached, and depending on the result of the determination, the transmission condition number is decremented (step S20), and the transmission conditions are repeated until the transmission condition n is reached. The test inspection/measurement with processing steps S11 to S19 are repeated, and the setting operation of the stored information for the
このような設定作業の間、制御部３０により品種登録の状況が逐次判定され、未だオート設定が完了していないときには、例えば動作モード表示記号として設定未完了の記号表示がされ、品種登録が完了すると、異なるモード表示記号に変更するといった具合に、所要の設定作業を促す表示がなされる。
During such setting work, the
本実施形態では、使用される金属サンプルが、磁性金属である鉄系（Ｆｅ）のテストピースと、非磁性金属であるステンレス鋼（ＳＵＳ）のテストピースと、非鉄系（Ｎｏｎ Ｆｅ）のテストピースといった複数種の金属種別のサンプルであった場合、任意の順序でそれら異なる種別のテストピースを用いて検査条件の設定を行うことができる。 In this embodiment, the metal samples used are a magnetic metal iron-based (Fe) test piece, a non-magnetic metal stainless steel (SUS) test piece, and a non-ferrous (Non Fe) test piece. In the case of samples of a plurality of types of metals such as , the inspection conditions can be set using test pieces of these different types in an arbitrary order.
また、金属検出装置１０の動作確認において所定の複数種のテストピースを用いるサンプル検査が要求される場合に、判定部３６は、サンプル検査に用いられる複数種の金属種別についてそれぞれ金属サンプルの種別判定が可能であるので、同種の金属サンプル、例えば磁性金属のサンプルのみを検査ヘッド１４に通しただけで、非磁性金属等の異種別の金属サンプルを用いたサンプル検査を未実施のまま動作確認作業を終了してしまうといった作業漏れやミスを未然に防止することができる。
Further, when sample inspection using a plurality of predetermined types of test pieces is requested in operation confirmation of the
さらに、オート設定の際に、例えば複数種のテストピースのうち磁性金属のテストピースを先に用いて粗い検出条件設定を行った後、非磁性金属のテストピースを用いて、磁性の有無に関係なく金属を確実に検出可能な検出条件設定を行うといった手順があらかじめ定められている場合に、その手順を間違ってしまったとしても、制御部３０では、種別ごとの検査データを基に、好適な検出条件設定を行うことが可能となる。
Furthermore, during the auto setting, for example, among multiple types of test pieces, a magnetic metal test piece is first used to set rough detection conditions, and then a non-magnetic metal test piece is used to determine the presence or absence of magnetism. If a procedure for setting detection conditions that can reliably detect metals is determined in advance, even if the procedure is incorrect, the
[設定・確認モード]
金属検出装置１０は、上流側装置４１、４２から受けた被検査物に異物としての金属が混入しているか否かを検査するための通常運転モード（金属検出モード）と、ワークＷの良品サンプルや所定の金属サンプルを用いて金属検出装置１０の各部の動作に必要な設定を行ったり、管理基準としてあらかじめ定められた種類の金属サンプルが正しく検出されるか否かを確認したりするためのモード（設定・確認モード）とを有していて、操作者が操作入力部１６の操作を受けて、制御部３０が両モードを切り替えるようになっている。
[Setting/confirmation mode]
The
本実施形態では、被検査物に混入した金属を検出する金属検出モードに加えて、良品サンプルと各種金属サンプルとを組み合わせて用いる条件設定や動作確認を実施する設定確認モードにおいても、あらかじめ記憶しているサンプル信号位相データやサンプル信号振幅データを適宜組み合わせて検査領域を通過した金属の種別を判定し、条件設定や動作確認に用いる金属サンプルが正しい種別であるかを照合することができる。 In this embodiment, in addition to the metal detection mode for detecting metal mixed in the object to be inspected, the setting confirmation mode for performing condition setting and operation confirmation using a combination of non-defective samples and various metal samples is stored in advance. By appropriately combining the sample signal phase data and the sample signal amplitude data, it is possible to determine the type of metal that has passed through the inspection area and check whether the metal sample used for condition setting and operation confirmation is the correct type.
[通常運転モード]
金属検出装置１０の通常運転時には、詳細を図示しないが、表示器１７に運転時画面の表示がなされる。この通常運転時には、例えば品種番号、品名、判定結果であるＯＫ（良品・合格）／ＮＧ（不良品・不合格）等の文字、ワークＷのトータル検査数、カウントしたＮＧ品の数、運転又は停止状態である旨の文字等が表示され、金属のワークＷへの混入が検出されたときにはＮＧの文字と共に、検出された金属の種別が例えば磁性の有無を判断できる表示、例えばＦｅ、ＳＵＳまたはＮｏｎ Ｆｅ等の表示出力がなされる。
[Normal operation mode]
During normal operation of the
金属種やサイズの判断処理は、図９に示すような処理手順で実行される。 The process of determining the metal type and size is carried out according to the procedure shown in FIG.
まず、複数種別のテストピースを用いるサンプル検査の結果情報を検査条件記憶用の第３メモリ部３４から読み出して入力した後（ステップＳ２１）、それぞれの検査条件に対応する振幅（ｉ）（振幅１から振幅ｎまで）および位相（ｉ）（位相１から位相ｎまで）を読み取る（ステップＳ２２）。
First, after reading and inputting result information of sample inspection using test pieces of multiple types from the
次いで、位相判定用の第２メモリ部３３より、磁性、非磁性その他金属の種類およびサイズの判断情報、すなわち、複数の金属種別群の検出位相角θｎの分布を判定可能なマップ（種別判定条件）のデータまたは複数の境界線Ｂ１、Ｂ２の算出式を読み出して入力し（ステップＳ２３）、その入力情報に基づいて、金属影響信号のリサージュ図形ＨｎのピークＰｓの検出位相角θｎがどの種別の分布範囲に属し、かつ、ピークＰｓの振幅Ｌｓがどのサイズの振幅領域に位置するかを判定して、検査データ記憶用の第１メモリ部３２および統計・来歴処理部３７に記憶させる（ステップＳ２４）。
Next, from the
次いで、振分機構４３への選別指令要求、検査の来歴表示要求、検査結果の統計表示要求、あるいは、検出金属の種別およびサイズの表示出力要求等の有無をチェックし、要求が有る場合には、それぞれの出力処理（ステップＳ２６、Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ２９）を実行し、いずれの要求が無ければ、今回の処理を終了する。
Next, it checks whether or not there is a sorting command request to the
このように、本実施形態においては、検波部２４によって磁界変動信号の第１の変動成分である検出信号Ｘが基準信号の同位相側で、磁界変動信号の第２の変動成分である検出信号Ｙが基準信号の直交位相側で、それぞれ検出され、判定部３６の第１判定部３６ａで、まず、両変動成分の検出信号Ｘ、Ｙの検出データＤｘ、Ｄｙを基に、ワークＷ中に混入した金属を検出するための金属有無判定処理が実行される。
As described above, in this embodiment, the detection signal X, which is the first fluctuation component of the magnetic field fluctuation signal, is detected by the
また、判定部３６の第２判定部３６ｂおよび第３判定部３６ｃで、各種の金属サンプルの通過による検査領域Ｚ中の交流磁界の変動に伴って直交検波処理に対応する直交座標系中に生じる金属影響信号についてそのリサージュ図形ＨｎのピークＰｓの位相角θｎが判定され、種別ごとに記憶済みのサンプル信号位相データ等との比較による差異判定の結果に基づいて検査領域Ｚ中を通過する金属の種別が判定される。したがって、検査領域Ｚを通過する金属が磁性金属（Ｆｅ）か非磁性金属（ＳＵＳ）かを正確に自動判別可能となる。また、非磁性金属であってもその非磁性の程度や材質の異なる複数種の金属種別（ＳＵＳかＮｏｎ Ｆｅ）を正確に判別可能となる。
In addition, in the
さらに、本実施形態では、判定部３６の第３判定部３６ｃが、大きさの異なる複数の同種別金属サンプルについて、検査領域Ｚ中を通過するときに直交座標系中に生じる金属影響信号のリサージュ図形Ｈｎの振幅Ｌｎの差異（大小）を判定する振幅判定手段の機能を併有している。したがって、その振幅判定手段の判定結果に基づいて検査領域Ｚ中を通過する金属の種別のみならず、その大きさ（サイズ）を判定することが可能となる。
Furthermore, in the present embodiment, the
加えて、判定部３６の第３判定部３６ｃは、直交座標系中に生じる金属影響信号の位相角θｎに基づいて複数種（Ｆｅ、ＳＵＳ、Ｎｏｎ Ｆｅ）のうちいずれの種別の金属サンプルであるかに加えて、複数の同種別の金属サンプルのうち大小いずれの大きさの金属サンプルであるかを、それぞれ直交座標上の分布領域の境界情報を基に、例えば境界線Ｂ１、Ｂ２上の複数の点との位置関係を基に、種別と振幅（大きさ）の双方を判別する構成としてもよい。この場合、検出した金属の種別および大きさを迅速的確に判定可能となる。
In addition, the
また、判定部３６の第２判定部３６ｂは、基準信号の周波数または検波部２４の検出信号Ｒｘ、Ｒｙについて設定された複数の周波数帯域ごとに、各種の金属サンプルが検査領域Ｚ中を通過するときに直交座標系中に生じる金属影響信号の位相θｎを判定するための判定条件を、マップまたは判定用の計算式の形で記憶しており、その判定条件を基に、検査領域Ｚ中を通過する金属の種別を判定する。したがって、基準信号の周波数の変化に対する金属影響信号の位相θｎの変化をも有効に検出でき、金属の種別をより精度良く判定可能となる。
In addition, the
本実施形態では、また、制御部３０が、判定部３６の判定結果に基づいて検査領域Ｚ中を通過したワークＷの統計・来歴処理を実行する統計・来歴処理部３７を併有しているので、金属混入の発生時にその金属の種別を含めた統計情報や来歴情報を生成可能となる。よって、より有用な統計情報および来歴情報を得ることができる。
In this embodiment, the
さらに、本実施形態では、検査領域Ｚが、ワークＷを取り扱う複数種の上流側装置４１、４２に対して下流側に配置されており、判定部３６が、ワークＷ中に混入した金属の種別を判定するとき、それと併せて、判定種別の金属を流出させ得るいずれかの上流側装置４１または４２を判定し、流出源を特定できるので、金属混入の発生時に原因を容易に特定できる。また、統計・来歴処理部３７で保有する統計情報や来歴情報が、上流側装置４１、４２に関する有用なメンテナンス情報となる。
Furthermore, in this embodiment, the inspection area Z is arranged downstream with respect to the plurality of types of
このように、本実施形態においては、検査領域Ｚを通過する金属が磁性金属か非磁性金属かを正確に自動判別することができ、併せて、非磁性金属であってもその非磁性の程度や材質の異なる複数種の金属種別を正確に判別することのできる金属検出装置１０を提供することができる。
Thus, in this embodiment, it is possible to accurately and automatically determine whether the metal passing through the inspection area Z is magnetic or non-magnetic. It is possible to provide the
なお、上述の一実施形態においては、直交座標上の分布領域の境界線Ｂ１、Ｂ２等の境界情報は、磁界変動信号Ｓｄの特定検出位相での全変動領域を直交座標に対応させたマップ領域とするとき、そのマップ領域上の特定物品の検出信号の低振幅側より高振幅側（直交座標の二成分が大きくなる側）で位相角が大きくなるよう湾曲した曲線形状をなしていた。しかし、直交座標上の分布領域の境界情報は、磁界変動信号Ｓｄの特定検出位相での全変動領域を直交座標に対応させたマップ領域とするとき、そのマップ領域上の特定物品の検出信号の低振幅側より高振幅側で位相角が大きくなるよう湾曲した境界線上の変動点を特定する境界計算式で特定されてもよい。また、上流側装置４１、４２から流出可能な特定の金属種別を判定したい場合に、境界線による分布範囲の区分でなく、特定種別の分布範囲に特定された複数の独立した分布エリアを設定しておき、そのいずれかに属するかを判定するようにしてもよいことは既に述べた通りである。
In the above-described embodiment, the boundary information such as the boundary lines B1 and B2 of the distribution area on the orthogonal coordinates is a map area corresponding to the orthogonal coordinates for all the fluctuation areas in the specific detection phase of the magnetic field fluctuation signal Sd. , the detection signal of the specific article on the map area has a curved shape so that the phase angle increases on the high amplitude side (the side where the two components of the orthogonal coordinates increase) from the low amplitude side. However, the boundary information of the distribution area on the orthogonal coordinates is the detection signal of the specific article on the map area when the entire variation area in the specific detection phase of the magnetic field variation signal Sd is made to correspond to the orthogonal coordinates. It may be specified by a boundary calculation formula that specifies a variation point on a curved boundary line so that the phase angle is larger on the high amplitude side than on the low amplitude side. Also, when it is desired to determine a specific metal type that can flow out from the
以上説明したように、本発明は、検査領域を通過する金属が磁性金属か非磁性金属かを正確に自動判別することができる金属検出装置を提供することができ、併せて、非磁性金属であってもその非磁性の程度や材質の異なる複数種の金属種別を正確に判別することのできる金属検出装置を提供することができる。かかる本発明は、被検査物が交流磁界中を通過するときの磁界変動を基に被検査物中の金属または金属成分を検出する金属検出装置全般に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention can provide a metal detector that can accurately and automatically determine whether a metal passing through an inspection area is magnetic or non-magnetic. It is possible to provide a metal detection device capable of accurately discriminating a plurality of types of metals having different degrees of non-magnetism and different materials. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is generally useful for metal detectors that detect metals or metal components in an object to be inspected based on magnetic field fluctuations when the object to be inspected passes through an alternating magnetic field.
１０ 金属検出装置
１２ コンベア
１４ 検査ヘッド
１４ａ 開口
１５ 物品検知センサ
１６ 操作入力部
１７ 表示器
２１ 信号発生器（基準信号発生器、磁界発生部）
２２ 送信コイル（磁界発生部）
２３ 差動検出器
２３ａ、２３ｂ 受信コイル
２４ 検波部
２４ａ、２４ｂ ミキサ
２５ａ、２５ｂ バンドパスフィルタ
２６ａ、２６ｂ 移相器
２７ａ、２７ｂ Ａ／Ｄ変換器
３０ 制御部
３１ 設定部
３２ 第１メモリ部
３３ 第２メモリ部
３４ 第３メモリ部
３５ 位相補正部
３６ 判定部
３６ａ 第１判定部
３６ｂ 第２判定部
３６ｃ 第３判定部
３７ 統計・来歴処理部
４１、４２ 上流側装置
Ｂ１、Ｂ２ 境界線（境界情報）
Ｄｘ、Ｄｙ 検出データ
Ｒｘ 第１の変動成分の検出信号
Ｒｙ 第２の変動成分の検出信号
Ｓｄ 差動検出信号（磁界変動信号）
Ｖａ、Ｖｂ 誘起電圧
Ｘ 検出信号（第１の変動成分のフィルタ処理後の信号）
Ｙ 検出信号（第２の変動成分のフィルタ処理後の信号）
θａ、θｂ、θｃ 分布確度
θｄ 位相（検出位相、検出位相角）
θｎ 位相（検出位相、検出位相角）
Δθ 位相補正量
τ 送信信号周期
REFERENCE SIGNS
22 transmission coil (magnetic field generator)
23
Dx, Dy Detection data Rx First fluctuation component detection signal Ry Second fluctuation component detection signal Sd Differential detection signal (magnetic field fluctuation signal)
Va, Vb induced voltage X detection signal (signal after filtering of the first fluctuation component)
Y detection signal (signal after filtering of the second fluctuation component)
θa, θb, θc Distribution accuracy θd Phase (detected phase, detected phase angle)
θn phase (detected phase, detected phase angle)
Δθ Phase correction amount τ Transmission signal period
Claims (7)
前記被検査物の通過による前記検査領域中の前記交流磁界の変動を検出して磁界変動信号を出力する磁界検出部と、
前記磁界変動信号のうち前記基準信号に対し同相側の第１の変動成分と前記基準信号に対し直交位相側の第２の変動成分とを、互いに直交する２つの検出位相で検出する検波処理を実行する検出回路部と、
前記検出回路部で検出された前記第１の変動成分および前記第２の変動成分を基に、前記被検査物中に混入した金属を検出するための判定処理を実行する判定部と、を備えた金属検出装置であって、
前記判定部は、
複数種の金属サンプルのうち各種の金属サンプルを通過させて検出された前記磁界変動信号によりあらかじめ得たサンプル信号位相データと、金属が混入した前記被検査物の通過により検出される前記磁界変動信号により得られる被検査物信号位相データと、の差異を判定する位相判定手段と、
前記複数種の金属サンプルの種別ごとに、大きさの異なる複数の同種別金属サンプルを通過させて検出された前記磁界変動信号よりあらかじめ得たサンプル信号振幅データと、前記金属が混入した前記被検査物の通過により検出される前記磁界変動信号により得られる被検査物信号振幅データとの差異を判定する振幅判定手段と、
該位相判定手段および該振幅判定手段の判定結果に基づいて該被検査物中に混入した該金属の種別を判定する金属種別判定手段とを有していることを特徴とする金属検出装置。 a magnetic field generator for generating an alternating magnetic field based on the reference signal in an inspection area through which the object to be inspected passes;
a magnetic field detection unit that detects fluctuations in the alternating magnetic field in the inspection area due to passage of the object to be inspected and outputs a magnetic field fluctuation signal;
Detection processing for detecting a first fluctuation component on the in-phase side with respect to the reference signal and a second fluctuation component on the quadrature phase side with respect to the reference signal in the magnetic field fluctuation signal with two detection phases orthogonal to each other. a detection circuit that executes
a determination unit that executes determination processing for detecting metal mixed in the object to be inspected based on the first variation component and the second variation component detected by the detection circuit unit; A metal detection device comprising:
The determination unit
Sample signal phase data obtained in advance from the magnetic field fluctuation signal detected by passing through various metal samples among a plurality of kinds of metal samples, and the magnetic field fluctuation signal detected by passing the inspection object mixed with metal phase determination means for determining the difference between the object signal phase data obtained by
Sample signal amplitude data obtained in advance from the magnetic field fluctuation signal detected by passing through a plurality of metal samples of the same type with different sizes for each type of the plurality of types of metal samples, and the test object mixed with the metal. Amplitude determination means for determining a difference between the amplitude data of the inspected object signal obtained from the magnetic field fluctuation signal detected by the passage of the object;
A metal detection apparatus comprising : metal type determination means for determining a type of the metal mixed in the object based on determination results of the phase determination means and the amplitude determination means.
前記判定部が、前記被検査物中に混入した金属の種別を判定したとき、あらかじめ設定された金属の種別と該種別の金属を流出させ得る前記上流側装置との対応に基づいて、前記被検査物中に混入した金属の流出源を特定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の金属検出装置。 The inspection area is arranged downstream with respect to an upstream device that handles the object to be inspected,
When the determining unit determines the type of metal mixed in the object to be inspected, the object is determined based on the correspondence between the type of metal set in advance and the upstream device capable of flowing out the metal of the type. 6. The metal detection apparatus according to claim 1, wherein the outflow source of the metal mixed in the object to be inspected is specified.
前記判定部は、前記第１モードにて前記被検査物に混入した金属の種別を判定し、前記第２モードにて前記金属サンプルの金属の種別を判定し、前記所定の金属の種別の前記金属サンプルであるかを照合することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の金属検出装置。 a first operation mode in which the judging section detects the metal mixed in the object to be inspected and judges the type of the metal based on each variation component detected by the detection circuit; a second operation mode for setting operating conditions or checking the operating state of at least the detection circuit unit using the metal sample of the type ;
The determination unit determines the type of metal mixed in the test object in the first mode, determines the type of metal in the metal sample in the second mode, and determines the type of the predetermined metal. 7. The metal detection device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it checks whether it is a metal sample.
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