(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体（１）の搬送路（２）に沿って、交流の励磁信号が印加される送信コイル（６）と受信コイル（１５）とを配設し、同期検波器（９ａ，９ｂ）で前記受信コイルの出力信号を前記励磁信号で同期検波し、前記同期検波器の出力信号に基づいて前記被検査体に含まれる金属片を検出する金属検出機において、
前記受信コイルは、直列接続され、かつ前記搬送路に沿って巻回方向が所定のパターンになるように配列され、前記金属片が通過したときに正の誘起電圧が生じる巻回方向を有する複数の順方向コイル（１５ａ）と負の誘起電圧が生じる巻回方向を有する複数の逆方向コイル（１５ｂ）とで構成され、
基準金属片（２９）を前記搬送路に搬送したときに前記同期検波器から出力される基準信号の信号パターンを記憶する基準信号メモリ（１９ａ，１９ｂ）と、
前記同期検波器の出力信号の信号パターンと前記基準信号メモリに記憶された基準信号の信号パターンとの相関信号を求めて出力する相関算出部（１８ａ，１８ｂ）と、
この相関算出部から出力された相関信号の信号値が所定のしきい値を超えると前記被検査体に金属片が含まれると判定する判定部（２６）と
を備えた金属検出機。
【請求項２】
前記複数の順方向コイルの巻回方向と前記複数の逆方向コイルの巻回方向で形成される前記搬送路に沿った巻回方向のパターンは、擬似ランダム信号パターンであることを特徴とする請求項１記載の金属検出機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルトコンベア等の搬送路上を搬送される例えば食品等の被検査体に金属片が含まれているか否かを検査する金属検出機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品の安全を確保するためのシステムとして、近年、HACCP（Hazard Analysis Critical Control  限界危険度解析システム）が提唱されている。このHACCPの一環として、食品に金属片が含まれていないことを検査することが提唱されている。
【０００３】
この食品等の被検査体に金属片が含まれているか否かを検査するために種々の手法が提唱されているが、磁界中に金属が入ることにより磁界が乱れることを利用した金属検出手法が一般的である。
【０００４】
この検出手法を採用した金属検出機は例えば図７に示すように構成されている。食品等の被検査体１を搬送する搬送路としてのベルトコンベア２を囲むようにフレーム３が設置されている。このフレーム３の正面に操作パネル４が設けられている。
【０００５】
図８は、フレーム３内に組込まれている金属検出機の概略構成を示すブロック図である。
【０００６】
交流電源５から出力された励磁電流ａは、ベルトコンベア２の搬送方向に配設された送信コイル６に印加される。したがって、この送信コイル６によって、被検査体１の搬送路内に一定磁界が形成される。この送信コイル６の対向位置に一対のコイル７ａ、７ｂが互いに巻回方向が逆になるように差動接続された受信コイル７が配設されている。この受信コイル７の出力端子相互間に接続された可変抵抗８の可変端子からこの受信コイル７の出力信号ｂが取出されて第１の同期検波器９ａ及び第２の同期検波器９ｂへ入力される。
【０００７】
受信コイル７の各コイル７ａ、７ｂは送信コイル６にて生起された磁界を検出して誘起電圧を生成するが、各コイル７ａ、７ｂは巻回方向が互いに逆方向であるので、誘起電圧は互いに相殺され、出力信号ｂの信号レベルは０である。具体的には、出力信号ｂの信号レベルが０となるように可変抵抗８の可変端子の摺動位置が調整されている。
【０００８】
したがって、このベルトコンベア２上を搬送される被検査体１に金属片が含まれない状態においては、受信コイル７の出力信号ｂは０レベルである。しかし、被検査体１に金属片が含まれると、一方のコイル７ａの誘起電圧に金属片の大きさに対応した変化分（＋ΔＥ）が生じる。巻回方向が異なる他方のコイル７ｂの誘起電圧にも金属片の大きさに対応した変化分（―ΔＥ）が生じる。その結果、受信コイル７の出力信号ｂには（＋２ΔＥ）の信号レベルが現れる。
【０００９】
交流電源５から出力された励磁電流ａは送信コイル６に印加されるとともに第１の同期検波器９ａへ印加される。さらに励磁信号ａは９０°移相回路１０で９０°だけ移相されて新たな励磁信号ａ1 として第２の同期検波器９ｂへ印加される。
【００１０】
第１の同期検波器９ａは受信コイル７の出力信号ｂを励磁信号ａで同期検波する。この第１の同期検波器９ａの出力信号ｃ1 はＢＰＦ１１ａで雑音成分が除去され増幅器１２ａで増幅された後、検出信号ｄ1 として判定回路１３ａへ入力される。
【００１１】
また、第２の同期検波器９ｂは受信コイル７の出力信号ｂを９０°だけ移相された励磁信号ａ1で同期検波する。この第２の同期検波器９ａの出力信号ｃ2  はＢＰＦ１１ｂで雑音成分が除去され増幅器１２ｂで増幅された後、検出信号ｄ2 として判定回路１３ｂへ入力される。
【００１２】
判定回路１３ａは入力された検出信号ｄ1 の信号レベルが予め定められたしきい値（許容限界）を超えると、金属片ありと判定して、判定信号ｅ1 を出力する。また、判定回路１３ｂは入力された検出信号ｄ2 の信号レベルが予め定められたしきい値（許容限界）を超えると、金属片ありと判定して、判定信号ｅ2 を出力する。
【００１３】
ＯＲ回路１４は、入力された判定信号ｅ1と判定信号ｅ2との論理和を判定結果として出力する。
【００１４】
次に、第１及び第２の同期検波器９ａ、９ｂを用いる理由を説明する。被検査体１に含まれる金属片が鉄等の磁性体の場合、前述したように、各コイル７ａ、７ｂに互いに逆方向の誘起電圧の変化分ΔＥが生じるので、出力信号ｂには（＋２ΔＥ）の信号が現れる。この場合、図９に示すように、出力信号ｂの位相は励磁信号ａの位相に対して変化しない。したがって、この出力信号ｂを励磁信号ａで同期検波すればよい。
【００１５】
一方、被検査体１に含まれる金属片がステンレスやアルミ等の非磁性体の場合、磁界の存在により、非磁性体内に渦電流が生じる。磁束がこの渦電流のジュール熱に消費されることに起因して受信コイル７の出力信号ｂに（―２ΔＥ）の信号が現れる。さらに、この場合、渦電流に起因して、図９に示すように、出力信号ｂの位相は励磁信号ａの位相に対して９０°変化する。したがって、この出力信号ｂを元の励磁信号ａに対して９０°移相した励磁信号ａ1 で同期検波すればよい。
【００１６】
したがって、ＯＲ回路１４での各判定信号ｅ1 、ｅ2 を論理和演算することによって、被検査体１に磁性体と非磁性体とのいずれの金属片が含まれていた場合であっても、これらの金属片を確実に検出することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７、図８に示す金属検出機においてもまだ解消すべき次のような課題があった。
【００１８】
すなわち、金属片を含まない食品等の被検査体１だけでも磁性体と非磁性体との両方の特性を有し、それらの特性が比検査体１の中に、ランダムに分布している。したがって、被検査体１をベルトコンベア２で送信コイル６と受信コイル７の設置位置を通過させると、第１、第２の同期検波器９ａ，９ｂの各出力信号ｃ1 、ｃ2 はそれぞれ時々刻々に変化する。
【００１９】
さらに、フレーム３に衝撃等が加わると、各コイル６、７ａ、７ｂ位置関係が変化するので、たとえ被検査体１内に金属片が含まれていなかったとしても、第１、第２の同期検波器９ａ，９ｂの各出力信号ｃ1 、ｃ2 に振動雑音が現れる。
【００２０】
このように、第１、第２の同期検波器９ａ，９ｂの各出力信号ｃ1 、ｃ2 には、本来検出すべき金属片に起因する信号以外の被検査体１自体が元来有する磁性特性や非磁性特性に起因する材質信号や振動に起因する振動信号が含まれる。したがって、金属片が微弱な場合、金属片に起因する信号の信号レベルはこれらの材質信号や振動信号の信号レベルに比較して小さいので、この微細な金属片の存在を確実に検出できなかったり、金属片が含まれない被検査体が、金属片が存在すると誤って検出してしまう。
【００２１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、被検査体の材質や振動に起因して同期検波器の出力信号に現れる信号波形と金属片に起因して出力信号に現れる信号波形との差異を顕著にし、この誤差を検出することにより、たとえ、その金属片の有する磁性特性及び非磁性特性が、被検査体が元々有する磁性特性及び非磁性特性に比較して小さいものであったとしても、確実に金属片を検出し、かつ振動雑音が混入してもそれを金属片として誤って検出しない金属検出機を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検査体の搬送路に沿って、交流の励磁信号が印加される送信コイルと受信コイルとを配設し、同期検波器で受信コイルの出力信号を励磁信号で同期検波し、同期検波器の出力信号に基づいて被検査体に含まれる金属片を検出する金属検出機に適用される。
【００２３】
そして、上記課題を解消するために、本発明の金属検出機においては、受信コイルを、直列接続され、かつ搬送路に沿って巻回方向が所定のパターンになるように配列され、金属片が通過したときに正の誘起電圧が生じる巻回方向を有する複数の順方向コイル（１５ａ）と負の誘起電圧が生じる巻回方向を有する複数の逆方向コイル（１５ｂ）とで構成している。
さらに、基準金属片を搬送路に搬送したときに同期検波器から出力される基準信号の信号パターンを記憶する基準信号メモリと、同期検波器の出力信号の信号パターンと基準信号メモリに記憶された基準信号の信号パターンとの相関信号を求めて出力する相関算出部と、この相関算出部から出力された相関信号の信号値が所定のしきい値を超えると被検査体に金属片が含まれると判定する判定部とを備えている。
【００２４】
また、複数の順方向コイルの巻回方向と複数の逆方向コイルの巻回方向で形成される搬送路に沿った巻回方向のパターンは、自己相関値の最大値と２番目の最大値の差が大きいものが望ましく、例えば、擬似ランダム信号パターンが適している。
【００２５】
このように構成された金属検出機において、大きな被検査体に埋もれた微小な金属片を検出できる原理と、衝撃による振動ノイズが発生した時に金属片を含まない被検査体を、金属片を含んでいると誤って検出しない原理を説明する。
【００２６】
先ず、金属検出機の運転の前に予め、基準金属片を搬送路に流した時の同期検波器の出力信号を基準信号メモリに記憶しておく。
【００２７】
この時の同期検波器の出力信号は、基準金属片が受信コイルを構成するーつのコイルを通過する毎に、該当コイルに誘起電圧ΔＥが発生するため、この誘起電圧ΔＥの（＋）または（−）の極性は受信コイルの巻回方向のバターンになる。
【００２８】
そこで、金属片を含む被検査体の場合を考える。
この場合の同期検波器の出力信号は、金属片による信号と、被検査体による信号とを重ね合わせたものになる。
【００２９】
金属片による同期検波器の出力信号は、基準金属片による信号に相似した波形になる。そのため、金属片による相関算出部の出力信号は、基準信号と金属片による信号が一致した瞬間に大きくなり、それ以外の時間は０になる。つまり、鋭いピークを持った信号になる。
【００３０】
一方、被検査体は、磁性体と非磁性体の両方の特性をもち、それらの特性が被検査体の全体に亘つてランダムに分布している。また、被検査体は金属片に比べて大きく、一般に、受信コイルを構成する各コイルより大きい。以上の２つの理由から、被検査体による検波器の出力信号は、基準金属片による信号に相似していない。したがって、被検査体による相関算出部の出力信号は、金属片による信号に比べて小さくなる。
【００３１】
さらに、ＢＰＦは基準金属片による基準信号における相関ピークの周波数成分のみ通過するように設計されているため、ＢＰＦの出力には、金属片による相関ピークのみが現われ、被検査体による相関算出部出力信号は大きく減衰する。よって、大きな被検査体に埋もれた微小な金属片を検出することができる。
【００３２】
次に、金属片を含まない被検査体が受信コイルを通過している時に、フレームに衝撃が印加された場合を考える。
フレームに衝撃が印加されると、受信コイル及び送信コイルが振動することで、同期検波器の出力には振動ノイズが発生する。この振動ノイズと基準金属片による基準信号は相関が無いため、相関算出部の出力には振動ノイズが発生しない。よって、金属片を含まない被検査体が受信コイルを通過している時に、フレームに衝撃が印加されても、被検査体が金属片を含むと誤って検出することはない。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施形態に係わる金属検出機の概略構成を示すブロック図である。図８に示す従来の金属検出機と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略している。また、この金属検出機の外観図は図７に示す外観図と同じである。
【００３４】
この実施形態の金属検出機において、送信コイル６の対向位置に配設された受信コイル１５は、被検査体１の搬送方向に沿って配列された巻回方向が異なるＮ個のコイルで構成されている。具体的には、図２に示すように、金属片がコイル位置を通過した時に（＋ΔＥ）の誘起電圧が生じる巻回方向を有する複数の順方向コイル１５ａと、金属片がコイル位置を通過した時に（―ΔＥ）の誘起電圧が生じる巻回方向を有する複数の逆方向コイル１５ｂとで構成されている。
【００３５】
なお、便宜的に、金属片がコイル位置を通過した時に（＋ΔＥ）の誘起電圧が生じる信号値を［１］と定義し、金属片がコイル位置を通過した時に（―ΔＥ）の誘起電圧が生じる信号値を［０］と定義する。
【００３６】
そして、順方向コイル１５ａと逆方向コイル１５ａとが一定のパターンで配列されている。この巻回方向のパターンは、各信号値が［１］又は［０］の２値で示されるＭ系列の擬似ランダム信号パターンにほぼ等しく設定されている。なお、この巻回方向のパターンは、擬似ランダム信号パターンに限定されるものではなく、例えばゴールド符号等の自己相関がよい信号パターンであればよい。
【００３７】
図７におけるフレーム３上における送信コイル６と受信コイル１５の近傍位置に、ベルトコンベア２上を搬送される被検査体１を検出する光学センサからなる位置検出器１６が配設されている。位置検出器１６は被検査体１が送信コイル６と受信コイル１５とに接近したことを示す被検査体検出信号ｊをマイクロコンピユータからなる制御部１７へ送出する。
【００３８】
図８に示した従来の金属検出機と同様に、交流電源５から出力された励磁電流ａは送信コイル６に印加される。受信コイル１５の出力端子相互間に接続された可変抵抗８の可変端子からこの受信コイル１５の出力信号ｂ1が取出されて第１の同期検波器９ａ及び第２の同期検波器９ｂへ入力される。
【００３９】
交流電源５から出力された励磁電流ａは送信コイル６に印加されるとともに第１の同期検波器９ａへ印加される。さらに交流電源５から出力された励磁電流ａは９０°移相回路１０で９０°だけ移相されて新たな励磁信号ａ1 として第２の同期検波器９ｂへ印加される。
【００４０】
第１の同期検波器９ａは受信コイル７の出力信号ｂ1を励磁信号ａで同期検波する。この第１の同期検波器９ａの出力信号ｃ1 は、増幅器１２ａで増幅され、さらにＡ／Ｄ変換器２０ａでＡ／Ｄ変換された後、相関算出部としての第１のマッチドフィルタ１８ａへ入力される。
【００４１】
基準信号メモリとしての第１のタップ係数メモリ１９ａ内には、図３（ａ）に示す内部に１個の例えば０．５ｍｍφの鉄球からなる基準の金属片２９を含む、例えば転がり防止のため直方体形状のプラスチックで形成された基準被検査体１ａをベルトコンベア２で搬送させた場合に、第１の同期検波器９ａから出力される図３（ｂ）に示す出力信号ｃ1を第１の基準信号ｈ1として予め記憶保持している。そして、第１のタップ係数メモリ１９ａに記憶された第１の基準信号ｈ1は第１のマッチドフィルタ１８ａへタップ係数値として印加される。
【００４２】
第１のマッチドフィルタ１８ａは、第１の同期検波器９ａの出力信号ｃ1 と第１のタップ係数メモリ１９ａに記憶された第１の基準信号ｈ1との間の時々刻々の相関を算出して図５に示す相関信号ｇ1 を出力する。
【００４３】
したがって、第１の同期検波器９ａから出力される出力信号ｃ1の信号波形（信号パターン）が第１のタップ係数メモリ１９ａに記憶された第１の基準信号ｈ1の信号波形（信号パターン）とほぼ一致する場合、図５におけるＡ特性で示すように、一致した時点で相関信号ｇ1 の信号値（相関値Ｒ）に大きなピーク値が発生する。
【００４４】
一方、第１の同期検波器９ａから出力される出力信号ｃ1の信号波形（信号パターン）が第１のタップ係数メモリ１９ａに記憶された第１の基準信号ｈ1の信号波形（信号パターン）と一致しない場合、図５におけるＢ特性で示すように、相関信号ｇ1 の信号値（相関値Ｒ）は小さく大きなピーク値は発生しない。
【００４５】
具体的には、図４に示す被検査体１のように、金属片は含まれないが、被検査体１材質として含まれる金属成分３０は被検査体１の搬送方向全体に亘ってランダムに分布している。したがって、この被検査体１を搬送させた場合における第１の同期検波器９ａの出力信号ｃ1 の波形は、上述した基準信号ｈ1の信号波形（信号パターン）と一致しない。
【００４６】
また、被検査体１の搬送中に発生した振動に起因する振動雑音が第１の同期検波器９ａの出力信号ｃ1 に混入したとしても、この振動雑音の信号波形には、上述した基準信号ｈ1 の信号波形（信号パターン）と一致しない。
【００４７】
すなわち、金属片が含まれる被検査体１のみ、相関信号ｇ1 の信号値（相関値Ｒ）に大きなピーク値が発生する。
【００４８】
第１のマッチドフィルタ１８ａから出力された相関信号ｇ1は、ＢＰＦ１１ａで雑音成分が除去された後、制御部１７へ入力される。
【００４９】
また、第２の同期検波器９ｂは受信コイル１５の出力信号ｂ1を９０°だけ移相された励磁信号ａ1で同期検波する。この第２の同期検波器９ａの出力信号ｃ2は、増幅器１２ｂで増幅され、さらにＡ／Ｄ変換器２０ｂでＡ／Ｄ変換された後、相関算出部としての第２のマッチドフィルタ１８ｂへ入力される。
【００５０】
基準信号メモリとしての第２のタップ係数メモリ１９ｂ内には、図３（ａ）に示す基準被検査体１ａをベルトコンベア２で搬送させた場合に、第２の同期検波器９ｂから出力される出力信号ｃ2を第２の基準信号ｈ2として予め記憶保持している。そして、第２のタップ係数メモリ１９ｂに記憶された第２の基準信号ｈ2は第２のマッチドフィルタ１８ｂへタップ係数値として印加される。
【００５１】
第２のマッチドフィルタ１８ｂは、第２の同期検波器９ｂの出力信号ｃ2 と第２のタップ係数メモリ１９ｂに記憶された第２の基準信号ｈ2との間の時々刻々の相関を算出して相関信号ｇ2 を出力する。
【００５２】
この第２のマッチドフィルタ１８ａから出力される相関信号ｇ2 においても、先に説明した第１のマッチドフィルタ１８ｂから出力される相関信号ｇ2 と同様に、金属片が含まれる被検査体１のみ、この相関信号ｇ2 の信号値（相関値Ｒ）に大きなピーク値が発生する。
【００５３】
第２のマッチドフィルタ１８ｂから出力された相関信号ｇ2は、ＢＰＦ１１ｂで雑音成分が除去された後、制御部１７へ入力される。
【００５４】
図７に示すフレーム３の外面に露出した操作パネル４、表示部２１及びプリンタ２２が組込まれたマイクロコンピユータからなる制御部１７は例えば図６に示すように構成されている。
【００５５】
データ取込タイミング発生部２３は、位置検出器１６から被検査体検出信号ｊが入力されると、データ取込部２４へデータの取込開始指令を送出する。
【００５６】
データ取込部２４は、データ取込タイミング発生部２３からデータの取込開始指令が出力されると、デジタルの各相関信号ｇ1 、ｇ2 を取込んで判定部２６へ送出する。判定部２６は、図５に示すように、入力された各相関信号ｇ1 、ｇ2 の信号レベルがしきい値メモリ２７に予め定められたしきい値（許容限界）Ｒｍを超えると、金属片ありと判定する。
【００５７】
出力部２８は、判定部２６が金属片ありと判定した場合、金属片ありの警告を表示部２１に表示出力するとともに警告音を発生する。さらに、プリンタ２２に印字出力する。
【００５８】
このように構成された金属検出機においては、送信コイル６に対向して配設された受信コイル１５を、差動接続された一対のコイル７ａ、７ｂのみで構成するのではなくて、巻回方向が例えば擬似ランダム信号パターンのように所定のパターンになるように配列された巻回方向が異なる複数の順方向コイル１５ａと複数の逆方向コイル１５ｂとで構成している。
【００５９】
このように、複数のコイル１５ａ、１５ｂを巻回方向が所定のパターンになるように配列したれた受信コイル１５、及び第１、第２のマッチドフィルタ１８ａ、１８ｂを用いて、第１、第２の同期検波器９ａ、９ｂの出力信号ｃ1 、ｃ2 に有害な微細な金属片の存在に起因する信号波形（信号パターン）が含まれているか否かを出力される相関信号ｇ1 、ｇ2 の信号値（相関値Ｒ）で判定している。
【００６０】
よって、たとえ材質として金属成分が含まれる被検査体１に微細な金属片が含まれる場合や振動雑音が混入したとしても、確実にその微細な金属片の存在のみを検出できる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の金属検出機においては、被検査体の材質や振動に起因して同期検波器の出力信号に現れる信号波形と有害な金属片に起因して出力信号に現れる信号波形との差異を相関算出手法を用いて検出している。
【００６２】
したがって、たとえ、その金属片の有する磁性特性及び非磁性特性が、被検査体が元々有する磁性特性及び非磁性特性に比較して小さいものであったとしても、確実にその金属片の存在を検出できる。
【００６３】
また、たとえ、被検査体の有する磁性特性及び非磁性特性より振動雑音が大きくても、金属片の含まない非検査体において誤検出が発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる金属検出機の概略構成を示すブロック図
【図２】同金属検出機の受信コイルを構成する各コイルの配列を示す図
【図３】同金属検出機で用いる基準被検査体及び基準信号波形を示す図
【図４】同金属検出機で測定される被検査体を示す図
【図５】同金属検出機に組込まれたマッチドフィルタの相関信号を示す波形図
【図６】同金属検出機の制御部の詳細構成を示すブロック図
【図７】一般的な金属検出機を示す外観図
【図８】従来の金属検出機の概略構成を示すブロック図
【図９】送信コイルに印加する励磁信号の位相と受信コイルから出力される出力信号の位相との関係を示す図
【符号の説明】
１…被検査体
１ａ…基準被検査体
２…ベルトコンベア
４…操作パネル
５…交流電源
６…送信コイル
８…可変抵抗
９ａ…第１の同期検波器
９ａ…第１の同期検波器
１０…９０°移相器
１１ａ，１１ｂ…ＢＰＦ
１２ａ、１２ｂ…増幅器
１５…受信コイル
１５ａ…順方向コイル
１５ｂ…逆方向コイル
１６…位置検出器
１７…制御部
１８ａ…第１のマッチドフィルタ
１８ａ…第１のマッチドフィルタ
１９ａ…第１のタップ係数メモリ
１９ｂ…第２のタップ係数メモリ
２３…データ取込タイミング発生部
２４…データ取込部
２６…判定部
２８…出力部
【図１】
0003658523.tif 000002
【図２】
0003658523.tif 000003
【図３】
0003658523.tif 000004
【図４】
0003658523.tif 000005
【図５】
0003658523.tif 000006
【図６】
0003658523.tif 000007
【図７】
0003658523.tif 000008
【図８】
0003658523.tif 000009
【図９】
0003658523.tif 000010