KR20180103306A

KR20180103306A - 금속이물 검출장치

Info

Publication number: KR20180103306A
Application number: KR1020170030052A
Authority: KR
Inventors: 장준원
Original assignee: (주)나우시스템즈
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-19
Also published as: KR101914689B1

Abstract

금속이물 검출장치가 제공된다. 상기 금속이물 검출장치는, 피검출물을 반송하는 반송부, 상기 피검출물 내에 존재하는 금속이물에 의한 자기적 특성(magnetic property) 변화를 감지하는 금속이물센싱부, 상기 금속이물센싱부의 주위에 상기 금속이물센싱부의 적어도 일부를 감싸도록 형성되어, 상기 금속이물센싱부가 영향을 받을 수 있는 외부자기장을 차폐하는 자기차폐부, 상기 자기차폐부의 외부에 설치되고, 상기 자기차폐부의 외부에서 생성된 외부자기장의 변화를 감지하는 외부자기장센싱부, 및 상기 금속이물센싱부의 감지결과와 상기 외부자기장센싱부의 감지결과를 비교하여 상기 피검출물 내에 금속이물이 존재하는지 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

금속이물 검출장치{THE APPARATUS FOR IDENTIFYING METALLIC FOREIGN COMPONENTS}

본 발명은 금속이물 검출장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 피검출물인 제품 내에 금속이물 등이 포함된 경우에 이를 검출하는 장치에 있어서, 검출 강도를 향상시키도록 금속이물 검출센서에 대해 외부자기장의 영향을 차단하는 금속이물 검출장치에 관한 것이다.

금속이물 검출기는 식품 등의 검사제품 내에 혼입된 금속이물을 검출하는 장치로서, 엑스레이 등을 이용한 광학적 검출 방식과 고주파 자장을 이용한 와전류 방식, 그리고 자화 수단으로 자화된 금속이물의 잔류 자기강도를 전자기 유도 현상으로 동작하는 자기 센서로 검출하는 전자기 유도 방식이 있다.

패러데이의 전자기 유도 법칙은 ε=-N(dΦ/dt)(단위: V)의 공식으로 일반화되며, 유도 기전력(ε)은 코일의 감은 횟수 및 시간에 따른 자속(Φ)의 변화율에 비례한다. 이 때, 금속이물의 움직임에 의해 생성되는 신호를 용이하게 검출하려면, 코일의 감은 횟수는 불변하기 때문에, 자기장을 통과하는 금속이물의 이동 속도를 높이거나, 금속이물의 자화 정도를 상승시켜야 한다.

한국 등록특허 10-0794907 (공고일자 2008년 01월 08일)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 피검출물 내에 금속이물이 포함된 경우에 금속이물의 검출을 용이하게 하는 동시에, 금속이물 검출장치에 대해 외부자기장의 변화에 의해 금속이물 검출 감도 특성을 열화시키지 않도록 금속이물과 외부자기장의 변화에 의한 오작동을 구별할 수 있는 금속이물 검출장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 과제로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속이물 검출장치는, 피검출물을 반송하는 반송부, 상기 피검출물 내에 존재하는 금속이물에 의한 자기적 특성(magnetic property) 변화를 감지하는 금속이물센싱부, 상기 금속이물센싱부의 주위에 상기 금속이물센싱부의 적어도 일부를 감싸도록 형성되어, 상기 금속이물센싱부가 영향을 받을 수 있는 외부자기장을 차폐하는 자기차폐부, 상기 자기차폐부의 외부에 설치되고, 상기 자기차폐부의 외부에서 생성된 외부자기장의 변화를 감지하는 외부자기장센싱부, 및 상기 금속이물센싱부의 감지결과와 상기 외부자기장센싱부의 감지결과를 비교하여 상기 피검출물 내에 금속이물이 존재하는지 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

상기 금속이물센싱부는 전자기유도 방식 또는 자기장검출 방식을 이용하여 센싱동작을 수행할 수 있다.

상기 자기차폐부는 뮤 메탈(mu-metal), 규소 강판(silicon steel plate), 또는 철 강판을 포함하여 형성될 수 있다.

상기 외부자기장센싱부는 상기 자기차폐부의 외부에 복수 개 설치될 수 있다.

상기 금속이물센싱부의 감지신호 또는 상기 외부자기장센싱부의 감지신호를 시각적으로 디스플레이하거나, 상기 피검출물 내에 금속이물이 혼입되었는지 여부 또는 상기 외부자기장의 변화에 따라 상기 금속이물 검출장치가 오작동하는지 여부를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 금속이물 검출장치를 이용하면, 피검출물 내에 금속이물이 포함된 경우에 금속이물의 검출을 용이하게 할 수 있으며, 피검출물내의 금속이물을 감지하는 금속이물 검출센서가 외부자기장의 영향을 받아 금속이물의 존재여부를 잘못 판단하는 오작동을 방지할 수 있다.

금속이물 검출장치의 검출 강도를 향상시킬 수 있으며, 제품의 안전성 확보를 위해 피검출물 내에 금속이물이 포함되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 금속이물 검출장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예들에 적용할 수 있는 금속이물 검출 방식을 시간적 순서에 따라 도시한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 적용할 수 있는 금속이물 검출장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

금속이물 검출장치는 검사대상품 내에 비정상적으로 혼입된 금속이물을 검출하는 장치로서, 식품제조분야나 화학, 섬유분야 등의 검사공정에서 사용된다. 엑스레이나 레이저를 이용한 광학적 방식이나 전자기유도를 이용한 방식 또는 자기장 검출방식을 이용할 수 있다.

전자기유도 방식은 하나의 코일로 구성된 발신부 코일과 두개 이상의 코일로 구성된 수신부 코일로 구성되어 발신부 코일에 교류 신호를 인가하고 수신부 코일에 유도되는 신호를 감지하여 검사대상품이 발신부 코일과 수신부 코일을 통과할 때 발생하는 수신부 코일의 신호변화를 판별하여 검사대상품 내의 금속이물의 유무를 판별하는 원리로 동작한다.

또한, 자기장 검출방식은 하나 이상의 영구자석과 두개 이상의 자기센서를 구비하여 영구자석과 자기센서의 거리 및 영구자석의 자력에 의하여 결정되는 자기센서의 신호의 크기가, 검사대상품이 존재하지 않을 때와 비교하여 검사대상품이 통과할 때의 변화를 감지하여 금속이물의 유무를 판별하는 원리로 동작한다.

이 때, 자기장에 영향을 주지않는 비자성체가 통과할 때는 자기센서의 신호의 변화가 없을 것이나, 자성체 또는 영구자석에 의하여 자화된 금속이물이 자기센서를 통과할 때는 자기센서의 출력신호가 변화하므로 이를 금속이물의 유무 판단의 근거로 활용하는 것이다.

전자기유도 방식이나 자기장 검출방식에서는, 금속이물 검출장치의 외부에서 자계의 세기가 변화하는 경우, 금속이물이 금속이물 검출센서를 통과하지 않았음에도 금속이물이 존재하는 것으로 판별하는 문제가 발생할 수 있다. 이는 외부자기장의 변화가 전자기유도 방식의 수신부 코일 또는 자기장 검출방식에서의 자기센서에 영향을 주어 출력신호를 변화시키기 때문이며, 이로 인하여 금속이물 검출장치가 오작동하는 문제의 원인이 된다.

예를 들어, 사용자가 금속이물 검출장치의 주위에서 자석이 포함되어 있는 전자기기 등을 휴대하고 이동하는 경우, 이러한 자석이 금속이물 검출장치의 검출센서에 자기장의 변화를 일으켜 금속이물 검출장치는 금속이물이 존재하지 않음에도 불구하고 금속이물이 존재하는 것으로 판별할 가능성이 있다.

이러한 문제점 때문에 금속이물 검출장치에 부가적으로 부여된 기능인 감도조절 기능을 이용하여 외부의 자계변화에 반응하지 않을 만큼 센싱 감도를 조정하는 방법이 있으나, 이와 같이 센싱 감도를 줄이면 금속이물 검출장치가 감지할 수 있는 금속이물이 제한되어, 상대적으로 작은 금속이물은 감지하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이러한 문제점들을 해소하며, 금속이물 검출장치의 검출 강도를 향상시키고, 외부자기장에 의한 영향을 차단하도록 금속이물 검출센서 주위에 외부자기장을 차폐하는 구성을 추가하여 금속이물 검출장치를 제공한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속이물 검출장치는, 반송부(100), 금속이물센싱부(127), 자기차폐부(200) 등을 포함하며, 금속이물센싱부(127)는 예를 들어, 진입부 센서코일(120), 자화부(110), 검출부 센서코일(125)로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 구성요소들의 동작을 제어하는 제어부(도 8 참조; 130)가 포함된다.

반송부(100)는 피검출물(10)을 기설정된 방향으로 반송하는 기능을 가지며, 컨베이어 벨트 등의 기계적 장치일 수 있다. 도 1에서, 반송부(100)에 놓인 피검출물(10)은 화살표 방향으로 반송된다. 반송부(100)를 구동시키는 모터(미도시)의 회전속도는 반송부(100)의 반송속도를 결정하고, 피검출물(10)의 이동속도는 반송부(100)를 구동시키는 모터(미도시)의 회전속도에 의해 결정된다. 후술할 제어부(130)는 모터(미도시)의 회전속도를 제어하여, 반송부(100)에 놓인 피검출물(10)의 이동속도를 조절한다. 여기서, 피검출물(10)은 식품, 의류 등일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

금속이물센싱부(127)는 피검출물(10) 내에 존재하는 금속이물에 의한 자기적 특성(magnetic property) 변화를 감지한다. 금속이물은 비정상적으로 피검출물(10) 내에 혼입된 물질로서, 식품이나 의류 등의 제품에 대해 금속이물이 혼입되어 유통되는 경우 소비자가 피해를 볼 수 있으므로, 이러한 불량제품을 검출해 내기 위하여 금속이물센싱부(127)가 이용된다.

예를 들어, 금속이물센싱부(127)는 도 1과 같은 구성(진입부 센서코일(120), 자화부(110), 검출부 센서코일(125))을 포함하도록 형성될 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 예는 금속이물센싱부(127)의 하나의 실시예이며, 본 발명은 이와 변형되어 적용될 수도 있다.

자화부(110)는 피검출물(10)의 반송 경로 상의 소정 위치에 구비되며, 진입부 센서코일(120)은 반송 경로에서 자화부(110)의 전단에 구비되고, 검출부 센서코일(125)은 반송 경로에서 자화부(110)의 후단에 구비될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 반송부(100)의 반송 방향을 따라 진입부 센서코일(120), 자화부(110) 및 검출부 센서코일(125)이 소정 간격을 두고 배치될 수 있다. 피검출물(10)은 반송부(100)의 반송 경로를 따라 진입부 센서코일(120), 자화부(110) 및 검출부 센서코일(125)을 통과하게 된다.

자화부(110)는 피검출물(10)에 혼입되어 있을 수 있는 금속이물을 자화시키는 역할을 한다. 자화부(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반송부(100)가 통과하는 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖고 반송부(100)를 둘러쌀 수 있다. 자화부(110)는 상부에 구비된 상부 자화부(110u)와 하부에 구비된 하부 자화부(110d)를 포함하며, 상·하부 자화부(110u, 110d)는 강자석으로 이루어져, 그 사이를 지나는 피검출물(10) 내의 금속이물을 자화시킬 수 있다. 물론, 자화부(110)는 금속물질 등을 자화시킬 수 있다면, 강자석 이외의 어떠한 구성으로 이루어져도 무방하다.

피검출물(10)에 혼입된 금속이물이 자화부(110)를 통과하면서 자화되면, 이후 통과하게 되는 검출부 센서코일(125)에서의 검출감도가 높아질 수 있다.

구체적으로, 패러데이의 전자기 유도법칙은 ε=-N(dΦ/dt)(단위:V)의 공식으로 일반화되며, 유도기전력(ε)은 코일의 감은 횟수 및 시간에 따른 자속(Φ)의 변화율에 비례하는데, 이때, 피검출물(10) 내에 혼입된 금속이물이 자화되면, 생성되는 유도기전력의 크기가 커지므로, 검출부 센서코일(125)에서의 검출감도가 향상될 수 있다.

또한, 제어부(130)는 반송부(100)의 이동속도를 높여 자속 밀도의 변화율을 높임으로써 검출부 센서코일(125)에서의 검출감도를 향상시킬 수도 있다.

진입부 센서코일(120)은 반송부(100)가 통과하는 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖고 반송부(100)를 둘러쌀 수 있다. 진입부 센서코일(120)은 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d)을 포함할 수 있다. 진입부 상부 센서코일(120u)은 자계(magnetic field)를 발생시키는 기능을 하고, 진입부 하부 센서코일(120d)은 이를 수신하는 기능을 한다. 진입부 상부 센서코일(120u)이 생성한 자계에 의하여 큰 자속이 발생되고, 피검출물(10) 내의 금속이물의 자속이 변화하면서 생기는 유도기전력 신호를 진입부 하부 센서코일(120d)이 센싱함으로써, 피검출물(10) 내에 금속이물이 혼입되었는지 검출할 수 있다.

진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d)은 철심에 동선(copper wire)을 감은 구조로서, 진입부 상부 센서코일(120u)의 일단은 진입부 하부 센서코일(120d)의 일단과 연결되어 있고, 유도기전력 신호를 센싱한 진입부 하부 센서코일(120d)의 타단은 후술할 증폭기(미도시)에 연결될 수 있다.

검출부 센서코일(125)은 반송부(100)가 통과하는 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖고 반송부(100)를 둘러쌀 수 있다. 검출부 센서코일(125)은 검출부 상부 센서코일(125u)과 검출부 하부 센서코일(125d)을 포함할 수 있다. 검출부 상부 센서코일(125u)은 자계를 발생시키는 기능을 하고, 검출부 하부 센서코일(125d)은 이를 수신하는 기능을 한다. 검출부 상부 센서코일(125u)이 생성한 자계에 의하여 큰 자속이 발생되고, 피검출물(10) 내의 금속이물의 자속이 변화하면서 생기는 유도기전력 신호를 검출부 하부 센서코일(125d)이 센싱함으로써, 피검출물(10) 내에 금속이물이 혼입되었는지 검출할 수 있다. 이는 위에서 설명한 진입부 센서코일(120)과 동일하다.

하지만, 검출부 하부 센서코일(125d)에서 수신된 유도기전력 신호는, 자화부(110)에 의해서 자화된 금속이물에 의해서 생성되는 신호이기 때문에, 진입부 하부 센서코일(120d)에서 수신된 유도기전력 신호와 서로 상이하다. 이렇게 상이한 신호에 의해서, 본 발명에 따른 금속이물 검출장치는 피검출물(10) 내의 금속이물과 포장재 등을 구별해낼 수 있게 된다. 이와 관련해서는, 도 7a 내지 도 7d를 참조하면서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

또한, 진입부 센서코일(120)과 검출부 센서코일(125)이 소정 간격(L) 이격되어 있기 때문에, 진입부 센서코일(120)을 통과한 피검출물(10)이 이동하면서 진동 혹은 충격이 생기면, 검출부 센서코일(125)에서 수신되는 유도기전력 신호에 차이가 생길 수도 있다. 이 경우, 금속이물 검출의 신뢰성을 확보하기 위해, 기설정된 신호 패턴과 비교하여, 검출된 신호 중 적어도 하나를 필터링할 수 있다.

검출부 상부 센서코일(125u)과 검출부 하부 센서코일(125d)은 철심에 동선(copper wire)을 감은 구조로서, 검출부 상부 센서코일(125u)의 일단은 검출부 하부 센서코일(125d)의 일단과 연결되어 있고, 자화된 금속이물로부터 유도기전력 신호를 센싱한 검출부 하부 센서코일(125d)의 타단은 후술할 증폭기(미도시)에 연결될 수 있다.

위의 설명에서, 자화부(110) 및 진입·검출부 센서코일(120, 125)은 공동(空洞) 영역을 구비한 사각의 테두리 형상을 갖는 것으로 설명했지만, 이와 다른 형상(예를 들어, 원통형)을 가져도 무방하다. 즉, 반송부(100)의 상부와 하부에 서로 이격된 별개의 구성일 수 있다. 즉, 상부 자화부(110u)와 하부 자화부(110d), 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d), 검출부 상부 센서코일(125u)과 검출부 하부 센서코일(125d)을 각각 별개의 구성으로 구현하되, 서로 적절한 방식으로 연결하고, 반송부(100)의 상·하부에 배치할 수 있다.

도 1에서는 발명의 이해를 돕기 위해, 본 발명에 따른 금속이물 검출장치의 구성을 단순화해서 도시했지만, 도시된 구성 외에도, 반송부(100)를 구동하기 위한 모터(미도시)나, 제어부(130) 등을 비롯한 각 요소에 구동전력을 공급하기 위한 전원공급부(미도시) 등 금속이물 검출장치를 구동시키기 위한 요소들이 부가될 수 있을 것이다.

본 발명에서는, 자기차폐부(200)가 금속이물센싱부(127)의 주위에 금속이물센싱부(127)의 적어도 일부를 감싸도록 형성되어, 금속이물센싱부(127)가 영향을 받을 수 있는 외부자기장을 차폐하도록 구성된다. 자기차폐부(200)는 예를 들어, 금속이물센싱부(127)를 1면, 2면, 3면, 4면 또는 6면을 둘러싸도록 형성될 수 있으며, 필요에 따라 당업자는 적절하게 변형하여 사용할 수 있다.

도 1에서는 자기차폐부(200)가 금속이물센싱부(127)가 배치되어 있는 위치의 주위에, 금속이물센싱부(127)의 상/하/좌/우면을 둘러싸도록 형성되어 있는 것이 도시되어 있다. 다만, 비용절감을 위해, 자기차폐부(200)는 금속이물센싱부(127)의 상/좌/우면(즉, 3면)을 둘러싸도록 형성될 수도 있고, 상/하/좌/우면 중 어느 한 면 또는 두 면을 둘러싸도록 형성될 수도 있다.

여기에서, 자기차폐부(200)는 뮤 메탈(mu-metal), 규소 강판(silicon steel plate), 또는 철 강판을 포함하여 형성될 수 있으며, 또한 자기차폐부(200)는 외부자기장을 차단하여 금속이물센싱부(127)에 외부자기장이 영향을 미치지 않도록 적절한 재질 및 두께로 형성될 수 있다.

도 2 또는 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속이물 검출장치는, 자기차폐부(200)의 외부에 설치되고, 자기차폐부(200)의 외부에서 생성된 외부자기장의 변화를 감지하는 외부자기장센싱부(201, 202, 203)를 포함할 수 있다.

외부자기장센싱부(201, 202, 203)는 필요에 따라, 적절한 개수로 자기차폐부(200)의 외부에 설치될 수 있으며, 단수 개 또는 복수 개로 설치될 수도 있다. 즉, 외부자기장센싱부(201, 202, 203)는 어떤 방향에서 자기장의 변화가 일어났는지 판별하기 위하여 자기차폐부(200)의 상/하/좌/우/전/후면 등에 2개 이상의 복수 개로 설치될 수 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속이물 검출장치는, 자기차폐부(210)가 피검출물(10)이 통과하는 경로를 제외한 나머지 부분을 모두 둘러싼 형태로 형성될 수도 있다. 이 경우에도 마찬가지로 외부자기장센싱부(211, 212, 213)는 필요에 따라, 적절한 개수로 자기차폐부(210)의 외부에 설치될 수 있으며, 단수 개 또는 복수 개로 설치될 수도 있다. 즉, 외부자기장센싱부(211, 212, 213)는 어떤 방향에서 자기장의 변화가 일어났는지 판별하기 위하여 자기차폐부(210)의 상/하/좌/우/전/후면 등에 2개 이상의 복수 개로 설치될 수 있다.

도 8을 참조하면, 제어부(130)는 적어도 하나의 증폭기(131-1, 131-2), 필터(132-1, 132-2), 이득제어기(133-1, 133-2), 컨버터(134-1, 134-2), MCU(134), 저장부(135), 입력부(136) 및 표시부(137)를 포함할 수 있다. 다만, 다른 실시예에서는, 각 구성이 별개의 구성으로 구현될 수 있고, 일부 구성만 별개의 구성으로 구현될 수 있다.

반송부(100), 금속이물센싱부(127), 외부자기장센싱부(201)의 기능 및 구조에 대해서는 위의 설명으로 갈음하고, 도 8과 관련해서는, 제어부(130)의 구성, 기능 및 작용을 위주로 설명하기로 한다.

제어부(130)는 금속이물센싱부(127)의 감지결과와 외부자기장센싱부(201)의 감지결과를 비교하여 피검출물(10) 내에 금속이물이 존재하는지 여부를 판단한다.

금속이물센싱부(127)에서 센싱한 제1 출력신호는 제1 증폭기(131-1)로 전달된다. 이 때, 제1 증폭기(131-1)는 단일 OP-AMP 혹은 복수의 OP-AMP가 연결된 형태로 구성될 수 있다. 제1 증폭기(131-1)에 의해 증폭된 제1 출력신호는 제1 필터(132-1)를 거치면서, 소정 주파수에 해당하는 노이즈(noise)가 제거되고, 이 때, 제1 필터(132-1)는 특정 주파수만을 흡수 감쇠시키는 노치필터(notch filter) 등으로 이루어질 수 있다. 제1 필터(132-1)를 통과한, 노이즈가 감쇠된 제1 출력신호는 제1 이득제어기(133-1)를 거쳐 제1 컨버터(ADC, analog to digital converter)(134-1)로 전송되고, 제1 컨버터(134-1)에서 디지털 신호로 변환되어 MCU(134)로 전달된다.

한편, 외부자기장센싱부(201)에서 센싱한 제2 출력신호는 제2 증폭기(131-2)로 전달된다. 이 때, 제2 증폭기(131-2)는 단일 OP-AMP 혹은 복수의 OP-AMP가 연결된 형태로 구성될 수 있다. 제2 증폭기(131-2)에 의해 증폭된 제2 출력신호는 제2 필터(132-2)를 거치면서, 소정 주파수에 해당하는 노이즈(noise)가 제거되고, 이 때, 제2 필터(132-2)는 특정 주파수만을 흡수 감쇠시키는 노치필터(notch filter) 등으로 이루어질 수 있다. 제2 필터(132-2)를 통과한, 노이즈가 감쇠된 제2 출력신호는 제2 이득제어기(133-2)를 거쳐 제2 컨버터(ADC, analog to digital converter)(134-2)로 전송되고, 제2 컨버터(134-2)에서 디지털 신호로 변환되어 MCU(134)로 전달된다.

본 실시예에서는, MCU(134)는 디지털 신호로 변환된 제1 출력신호 및 제2 출력신호를 수신하지만, 다른 실시예에서는, 제1 컨버터(134-1) 및 제2 컨버터(134-2)의 구성이 생략되거나, 달리 배치되어, 제1 이득제어기(133-1)와 제2 이득제어기(133-2)를 통과한 아날로그 신호를 그대로 수신할 수도 있다.

MCU(134)는 제1 출력신호 및 제2 출력신호의 패턴을 비교하여, 피검출물(10) 내에 금속이물이 존재하는지, 외부자기장에 의한 영향이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.

저장부(135)는, 센싱된 신호를 포장재로 인식하기 위한 신호의 크기에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(135)는, 혼입된 물질이 금속이물인 경우에 있어서의 신호의 크기에 대한 데이터를 저장할 수 있다.

위의 설명에 있어서, 신호의 크기는 컨버터를 거치기 전의 아날로그 신호일 수도 있고, 컨버터를 거친 후의 디지털 신호일 수도 있다. 또한, 위에서는 신호의 크기로 설명했지만, 이와 달리, 신호의 패턴, 신호의 주파수, 신호의 진폭, 신호의 위상 등에 기초하여, 제1 출력신호와 제2 출력신호를 비교할 수 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 각 센서코일에서 센싱된 제1 출력신호와 제2 출력신호에 기초하여, 종래의 다양한 방식으로, 이들 신호를 변형, 가공한 후 서로 비교할 수 있을 것이다.

한편, MCU(134)는 피검출물(10) 내에 금속이물이 포함된 것으로 판단하면, 청각적 혹은 시각적인 표시를 통해 사용자에 표시할 수 있다. 표시부(137)는 시각적인 표시를 위한 디스플레이 등의 장치이거나 청각적인 표시를 위한 스피커 등의 장치일 수 있다.

구체적으로, 표시부(137)는 금속이물센싱부(127)의 감지신호 또는 외부자기장센싱부(201)의 감지신호를 시각적으로 디스플레이하거나, 피검출물(10) 내에 금속이물이 혼입되었는지 여부 또는 외부자기장의 변화에 따라 금속이물 검출장치가 오작동하는지 여부를 시각적 또는 청각적으로 표시할 수 있다.

또한, 도 8에서는 입력부(136)와 표시부(137)가 별개의 구성으로 도시되어 있지만, 이와 달리 입력과 출력을 동시에 수행할 수 있는 터치 스크린 등으로 구현되어도 무방하다.

금속이물센싱부(127)는 위에서 설명한 예시와 달리, 전자기유도 방식의 금속이물 검출센서가 장착될 수도 있다. 이러한 방식은 송신코일과 수신코일을 포함하며, 송신코일에 교류신호를 인가하여 전자계를 형성하고, 수신코일에서 수신신호의 크기와 위상 변화를 판별하여 금속이물을 검출하는 방식이다. 이는 송신코일에 일정 주파수의 신호를 인가하고, 송신코일과 동일한 간격으로 배치된 두 개의 수신코일에 유도된 신호를 받아 변화량을 측정하여 검출터널 내부에 금속이물이 통과하는지 여부를 판별하는 방식이다. 검사 대상품이 검출터널 내부를 통과할 때 수신코일로 수신되는 신호의 위상과 진폭의 변화가 나타나서, 금속이물을 검출할 수 있다. 이러한 전자기유도 방식의 금속이물 검출 방식은 비자성, 강자성체의 금속이물 모두 검출 가능하다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예들에 적용할 수 있는 금속이물 검출 방식을 시간적 순서에 따라 도시한 도면들이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 피검출물(10)은 반송부(100)에 의해 소정 속도와 방향으로 반송되며, 반송 방향을 따라 진입부 센서코일(120), 자화부(110), 검출부 센서코일(125)이 이격되어 배치된다. 진입부 센서코일(120)은 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d)로 이루어지고, 자화부(110)는 상부 자화부(110u)와 하부 자화부(110d)로 이루어지며, 검출부 센서코일(125)은 검출부 상부 센서코일(125u)과 검출부 하부 센서코일(125d)로 이루어질 수 있다.

도 7b에서, 피검출물(10)이 진입부 상부 센서코일(120u)과 진입부 하부 센서코일(120d) 사이를 통과하면서 출력신호(P1)가 센싱된다. 다만, 피검출물(10)에 포장재나 금속이물이 포함되지 않는다면, 출력신호(P1)는 검출되지 않을 것이다.

이후, 도 7c와 같이, 피검출물(10)이 상·하부 자화부(110u, 110d) 사이를 통과한다. 만약, 피검출물(10) 내에 금속이물 혼입되어 있다면, 그 금속이물이 자화되겠지만, 알루미늄 등을 포함하는 포장재가 혼입되어 있다면, 자화가 거의 이루어지지 않을 것이다. 도 7c에서는 자화부(110)를 통과한 피검출물(10)을 빗금으로 표시했다. 위의 설명과 같이, 도 7c의 빗금친 피검출물(10)이라 하여도, 금속이물이 혼입되어 있지 않다면, 자화가 이루어지지 않았거나, 아주 미세한 자화만 이루어진 상태를 나타낼 수 있다.

마지막으로, 도 7d와 같이 피검출물(10)이 검출부 상부 센서코일(125u)과 검출부 하부 센서코일(125d)을 통과하면서, 출력신호(P2)를 생성한다.

출력신호(P1)와 출력신호(P2)는 도 8에 도시된 각 구성에 의해, 증폭 및 필터링 과정을 거쳐, MCU(134)로 전달된다. MCU(134)는 출력신호(P1)와 출력신호(P2)의 패턴(크기, 주파수, 진폭, 위상 등)을 비교하여, 피검출물(10)에 혼입된 물질이 포장재인지 금속이물인지를 판단할 수 있다.

예를 들어, 출력신호(P1)가 검출되지 않고, 출력신호(P2)만 검출되는 경우, 피검출물 내에 금속이물이 포함된 것으로 판단하고, 출력신호(P1)가 검출되되, 출력신호(P2)와 출력신호(P1)와의 차이가 소정 임계치를 초과하면 금속이물이 포함된 것으로 판단할 수 있다.

반면, 출력신호(P1)가 검출되었지만 출력신호(P2)가 출력신호(P1)와 동일하거나, 출력신호(P1)와 출력신호(P2)의 차이가 미세(소정 범위 이내)하다면 금속이물이 아닌 포장재인 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 출력신호(P1)와 출력신호(P2)의 차이에 대한 소정 범위와 소정 임계치는 저장부(135)에 기저장될 수 있다.

상술한 내용에 대해 부연 설명하면, 본 발명의 실시예들에 따르면, 금속이물센싱부(127)는 피검출물(10)이 반송부(100)를 따라 이동할 때 발생되는 신호를 센싱할 수 있다. 통상 이러한 신호는 신호의 크기가 매우 작으므로 제1 증폭기(131-1)를 이용하여 증폭을 하고, 신호에 혼입된 잡음신호를 제1 필터(132-1)로 제거한다. 제1 이득제어기(133-1)를 통과한 신호는 제1 컨버터(134-1)에서 디지털 신호로 변환되어 MCU(134)에서 디지털 신호의 크기 변화를 감지하여 검사대상품이 만들어 내는 신호인지 금속이물이 포함된 신호인지를 판별할 수 있다. 이 때, 금속이물이 존재하지 않는 검사대상품 자체의 영향으로 센싱 신호의 크기가 너무 큰 경우에는 제1 이득제어기(133-1)를 제어하여 신호의 크기를 감쇠시키거나, 반대로 신호의 크기가 너무 작을 경우에는 신호의 크기를 더 증폭할 수 있다.

외부자기장센싱부(201)의 신호도 같은 방법으로 MCU(134)로 입력되면 금속이물센싱부(127)와 외부자기장센싱부(201)의 신호를 실시간으로 비교하여 외부자기장에 의하여 금속이물센싱부(127)에서 신호가 생성된 것인지의 여부를 판별하여 금속이물에 의한 신호인지 외부자기장의 변화에 의한 신호인지를 판별할 수 있다.

외부자기장에 의한 신호 변화가 있는 모든 경우를 오작동으로 간주하면 외부자기장의 변화가 있는 순간과 금속이물이 금속이물센싱부(127)를 통과하는 순간이 동시에 이루어 진다면 금속이물을 검출하지 못하고 통과시킬 가능성이 있다. 따라서, 외부자기장센싱부(201)의 신호만큼을 금속이물센싱부(127)의 신호에서 감산 처리하여 상기 문제를 해결할 수 있다. 외부자기장센싱부(201)는 금속이물센싱부(127)와 자기적으로 차폐되어 있으므로 자기차폐 내부와 외부는 외부자기장의 변화에 대한 신호의 크기가 다르게 나타난다.

그러나 자기차폐부(200)가 외부자기장을 완전하게 차폐하지는 못하므로 금속이물 검출장치의 외부에서 자기장의 변화가 일어났을 때 양측 센싱부(금속이물센싱부(127), 외부자기장센싱부(201)) 모두에 영향을 줄 수 있다. 이에 대한 적절한 보상과정이 필요하며, 이에 관한 방법은 금속이물센싱부(127)의 신호와 외부자기장센싱부(201)의 신호 모두에 대한 초기 보정이 필요하다.

이러한 초기 보정의 방법으로, (1) 금속이물 검출장치의 외부에 자기력이 일정한, 예컨대 영구자석 등을 이용하여 자기장의 변화를 일으켜 금속이물센싱부(127)와 외부자기장센싱부(201)에서 동시에 시간의 변화에 따른 신호 크기의 변화를 MCU(134)에서 측정하여 저장부(135)에 저장한다. (2) 다음으로 두 신호의 크기의 비와 두 신호의 시간차 또는 위상을 구하여 보정용 상수로 저장한다. 이 때, 외부자기장센싱부(201)에서 감지한 신호가 디지털 신호로 변환하기에 신호의 크기가 너무 큰 경우 제2 이득제어기(133-2)를 제어하여 신호의 크기를 감쇠하거나, 반대로 신호의 크기가 너무 작을 경우 제2 이득제어기(133-2)를 제어하여 신호를 증폭할 수 있다. (3) 그리고, 위의 단계에서 저장된 보정용 상수를 이용하여 금속이물 검출동작을 수행하는 중 금속이물센싱부(127)로 신호가 출력될 때 외부자기장센싱부(201)에 수신된 신호에 보정용 상수를 감산한 만큼을 실제 금속 이물의 판별을 위한 신호로 이용할 수 있다. 금속이물의 판별을 위한 신호를 사용자의 설정에 의한 임계값과 비교하여 설정된 임계값을 초과할 경우 금속이물이 존재하는 것으로, 표시부(137)를 통해 시각적, 청각적으로 표시할 수 있다.

외부자기장센싱부(201)가 2개 이상이 설치될 경우에는, 각각의 센서 신호를 합산하는 회로가 부가될 수 있다.

상술한 방법에 의하여 금속이물 검출장치의 외부에서 자기장이 변화할 때에도 종래의 금속이물 검출장치에 비해 오작동 가능성을 낮출 수 있으며, 금속이물 검출 효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서는, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 포함하는 특정 실시예의 관점에서 본 발명을 설명했지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 위에서 설명된 발명의 구성에 있어서, 다양한 치환이나 변형을 예측할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 권리범위와 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 구조적이고 기능적인 변조가 다양하게 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상이나 권리범위는 본 명세서에 첨부된 청구범위에 기술된 바와 같이 광범위하게 이해될 수 있을 것이다.

100: 반송부
110: 자화부
120: 진입부 센서코일
125: 검출부 센서코일
130: 제어부
200: 자기차폐부
201~203, 211~213: 외부자기장센싱부

Claims

피검출물을 반송하는 반송부;
상기 피검출물 내에 존재하는 금속이물에 의한 자기적 특성(magnetic property) 변화를 감지하는 금속이물센싱부;
상기 금속이물센싱부의 주위에 상기 금속이물센싱부의 적어도 일부를 감싸도록 형성되어, 상기 금속이물센싱부가 영향을 받을 수 있는 외부자기장을 차폐하는 자기차폐부;
상기 자기차폐부의 외부에 설치되고, 상기 자기차폐부의 외부에서 생성된 외부자기장의 변화를 감지하는 외부자기장센싱부; 및
상기 금속이물센싱부의 감지결과와 상기 외부자기장센싱부의 감지결과를 비교하여 상기 피검출물 내에 금속이물이 존재하는지 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는, 금속이물 검출장치.
제 1항에 있어서,
상기 금속이물센싱부는 전자기유도 방식 또는 자기장검출 방식을 이용하여 센싱동작을 수행하는, 금속이물 검출장치.
제 1항에 있어서,
상기 자기차폐부는 뮤 메탈(mu-metal), 규소 강판(silicon steel plate), 또는 철 강판을 포함하여 형성되는, 금속이물 검출장치.
제 1항에 있어서,
상기 외부자기장센싱부는 상기 자기차폐부의 외부에 복수 개 설치되는, 금속이물 검출장치.
제 1항에 있어서,
상기 금속이물센싱부의 감지신호 또는 상기 외부자기장센싱부의 감지신호를 시각적으로 디스플레이하거나, 상기 피검출물 내에 금속이물이 혼입되었는지 여부 또는 상기 외부자기장의 변화에 따라 상기 금속이물 검출장치가 오작동하는지 여부를 시각적 또는 청각적으로 표시하는 표시부를 더 포함하는, 금속이물 검출장치.