專利名稱：金屬異物檢測方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測混入到被檢測物中的金屬異物用的金屬異物檢測方法。其詳細內容是涉及檢測混入到用鋁等導電性包裝材料所包裝的食品、醫(yī)藥品、工業(yè)用材料等被檢測物中的金屬異物用的金屬異物檢測方法。更詳細地說是涉及用蒸發(fā)淀積鋁或鋁箔等制作的包裝容器、袋內的被檢測物中的金屬異物檢測用的金屬異物檢測方法及其裝置。
背景技術：
在食品、藥品等檢測對象物的制作工序等中，在檢測對象物中有時會混入以金屬碎片等為主的異物。為了保證檢測對象物的安全性，必須從混入了金屬異物的檢測對象物中將其排除，所以，檢測該金屬異物是不可缺少的。
采用耐腐蝕性良好的不銹鋼的產品，主要廣泛應用于廚房器具、建材、家電設備、汽車用零件、乳類制品釀造罐、化學設備、保冷設備等方面。尤其以食品容器、食品生產線、食品制造設備等為主的食品方面的各種設備的結構零件及容器等，很多是不銹鋼制的。該不銹鋼的磨損粉末、零件混入到食品中是不可避免的，不銹鋼是這種鋼的總稱，是耐蝕性良好的合金鋼。
不銹鋼可大致劃分為奧氏體(austennite)系不銹鋼、馬氏系(martensite)系不銹鋼、鐵素體(ferrite)系不銹鋼。已知這些不銹鋼具有磁性，利用這一特性，各種不銹鋼也可以作為金屬異物進行檢測。
過去，經常采用一種檢測線圈，這是利用把銅線纏繞到鐵心上的結構的檢測線圈來發(fā)生磁場，當金屬物通過該磁場時檢測出其對磁場的影響，以此來檢測金屬物。詳細情況是其結構是由用于產生磁場的磁場發(fā)生線圈、以及用于接收該磁場的磁場接收線圈而構成的，把該磁場發(fā)生線圈和磁場接收線圈布置成對置狀態(tài)，使被檢測物在其中間通過，檢測出金屬異物。
磁場接收線圈接收流入到金屬物中的渦流所產生的磁場。對接收線圈來說，強的磁場容易接收。圖6表示構成接收線圈的鐵心的磁滯回線(磁化的強度——磁化力)的B-H特性圖(“磁通密度”與“磁場”)。為了利用上述磁場發(fā)生線圈來檢測金屬異物，一般使用該磁滯回線的線性區(qū)域P2或者平緩區(qū)域P3。
通過強磁場來產生大的磁通，大的渦流流入到被檢測物中所包含的金屬物中，于是磁場接收線圈接收由該渦流所產生的大磁場。上述磁場發(fā)生線圈大都是向被檢測物發(fā)送1MHz～333kHz頻帶的電磁波，設置在被檢測物的相反一側的磁場接收線圈檢測該電磁波，能確定金屬異物。
電磁波由通過被檢測物的成分、反射的成分、以及被吸收的成分構成。當被檢測物減小時盡量發(fā)生強的電磁波，以提高檢測靈敏度。因此，可能提高電磁波的頻率，隨著頻率的提高，反射成分的比例會增大，相反，接收靈敏率會降低。
食品、藥品等在制造工序中大都是經過包裝處理后發(fā)貨的，包裝是用紙、鋁等為主的各種材料制作的。但是，利用過去的檢測線圈，很難檢測出鋁袋或者用薄膜等導電性材料制作的包裝袋或容器內的食品中的金屬異物。因為若該磁場增強，則容器內產生渦流，很難檢測出容器內的金屬異物。
因此，檢測包裝袋、容器內的金屬異物采用X射線裝置。利用X射線裝置把X射線照射到被檢測物上，在其相反一側放上投影用的薄膜(film)或檢測器，對透過了被檢測物的X射線進行接收。對接收的圖像進行處理，判定出金屬異物。也就是說，使強的X射線透過用導電性材料制作的包裝袋后對其進行接收，對該接收的X射線所表示的圖像數據進行圖像處理，檢測出金屬異物加以判定。
該檢測方法，檢測精度差(例如，大約能檢測出6mm、8mm左右的螺栓、螺母)。并且，對該X射線裝置進行操作的操作員也擔心受X射線輻射。再者，還存在X射線裝置體積大，維護費用高等許多問題。并且，在封入食品等的包裝袋等情況下，因為其邊緣部分和中央部分的厚度不同，所以，由于隨厚度的不同，X射線的透射量不一樣。因此，即使采用相同強度的X射線來照射包裝袋的邊緣部分和中心部分，透射后的X射線強度各不相同，所以很難精確地檢測出金屬異物。
并且，也提出了用檢測線圈來判定金屬種類的方案。特開平3-18143號公報中公開的檢測裝置，采用諧振電路能判定通過檢測線圈附近的金屬的種類，從諧振電路輸出的電壓隨銅、鋁、鐵等金屬的不同而變化，所以，能判定金屬的種類。并且，特開2000-329858號公報公開了具有由諧振電路構成的磁性檢測器的金屬異物檢測裝置。
但是，過去提出的用檢測線圈的金屬異物檢測方法，若金屬異物金屬碎片減小到數毫米，則檢測靈敏度降低。并且，很難檢測出由鋁等導電性材料制作的包裝袋、容器內的金屬異物。這是因為用導電性材料制作的包裝袋、容器所產生的信號大于金屬異物所產生的信號，二者無法進行區(qū)別。

發(fā)明內容
本發(fā)明是在以上的技術背景下發(fā)明的，其目的如下。
本發(fā)明的目的在于提供利用磁場來檢測用導電性材料制作的包裝袋、容器中的金屬異物所用的金屬異物檢測方法及其裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供能以高靈敏度來檢測由鋁等導電性材料制作的包裝袋、容器中的小尺寸的金屬異物所用的金屬異物檢測方法及其裝置。
本發(fā)明的再另一個目的在于提供一種為了以高靈敏度來檢測上述小尺寸的金屬異物，配備了能有效檢測微小磁場的檢測電路或信號處理電路的金屬異物檢測方法及其裝置。
本發(fā)明的金屬異物檢測裝置的優(yōu)點在于檢測檢測線圈、變頻電源和可變電阻所構成的橋式電路的設定Q值較大能以高靈敏來檢測金屬異物。通過設定較大的Q值，檢測電路的電流產生很大的相位偏移，能以高靈敏度來檢測產生微小磁場的金屬異物。
本發(fā)明的金屬異物檢測裝置的另一優(yōu)點，其效果是尤其能檢測用鋁等導電性材料制作的包裝袋、容器中的金屬異物。檢測電路的諧振狀態(tài)，能利用可變電阻和變頻電源來調整供給頻率，獲得大的Q值，能對整個電路順利地進行調整。
本發(fā)明的金屬異物檢測方法，包括傳送工序，其為了檢測在制造過程中混入到包裝內的被檢測物中的金屬異物，用傳送路來傳送上述被檢測物；以及金屬異物檢測工序，其設置在上述傳送路的中途，在鐵心上纏繞導線的結構的線圈制成的檢測部，它產生磁場，用于檢測混入到上述被檢測物中的金屬異物，金屬異物檢測方法，其特征在于具有檢測信號輸出工序，其通過在上述線圈內加電壓或供給電流而產生微小磁場，把對上述微小磁場進行響應的、來自上述金屬異物的檢測磁場作為上述線圈的檢測電壓或檢測電流進行檢測，輸出檢測信號；以及信號解析工序，用于解析上述檢測信號，為了判定上述金屬異物而對信號進行解析，上述微小磁場，加在上述線圈內的上述電壓或提供的上述電流是微小的，而且，利用了構成上述線圈的上述鐵心的磁場特性的非線性部分。
上述檢測部，由于上述金屬異物對上述檢測磁場產生影響，使線圈狀態(tài)發(fā)生變化，輸出上述檢測信號即可。上述被檢測物具有用導電性材料制作的包裝，由上述微小磁場所產生的上述導電性材料的渦流是很小的渦流，它不會對流過上述線圈的電壓或電流產生實質性的影響。
上述信號解析工序，對上述檢測信號進行解析，通過取倒相信號和上述檢測信號之和，消去上述檢測信號中的上述交流勵磁電源所產生的信號，上述倒相信號使交流勵磁電源進行倒相，該電源使上述線圈中產生的上述微小磁場，通過取出一定閾值以上的信號，對上述檢測信號中的上述被檢測物所產生的磁場信號進行分離。
上述金屬異物檢測工序由第1檢測工序和第2檢測工序構成，這兩個工序布置成在被檢測物通過上述第1檢測工序后，再通過上述第2檢測工序，在上述第1檢測工序和上述第2檢測工序上同時檢測出的上述檢測信號，利用上述信號解析工序進行消去即可。
利用這種消去方法，能夠除掉從周圍設備等中產生的雜波的影響。在上述金屬異物檢測工序之前，在上述傳送路中，可以具有這樣的磁化工序，該工序具有由磁鐵要素構成的、用于對上述金屬異物進行磁化的磁鐵增強器。磁鐵增強器能對金屬異物進行磁化，使來自金屬異物的檢測磁場更準確可靠。
上述包裝無論是鋁金屬、鉻、錳等順磁性材料、或銅、銀、金等反磁性材料的金屬中的那一種均可。上述金屬異物也可以是奧氏系不銹鋼或馬氏系不銹鋼材料等的合金。上述線圈在數百Hz到數十kHz的低頻下工作。低頻，在上述包裝表面上不易產生渦流，被檢測物中的金屬異物的檢測靈敏度較高。
上述檢測部具有第1線圈和第2線圈，其中還有包括上述第1線圈的振蕩電路、即第1電路、以及包括上述第2線圈的振蕩電路，即第2電路，上述第1電路和上述第2電路并聯連接。
用于檢測上述被檢測物的一面的上述第1線圈、以及與這一面相對置的、用于檢測上述被檢測物的另一面的上述第2線圈，可以布置成與上述被檢測物的前進方向形成一定的角度，上述第1線圈和第2線圈按一定的角度進行布置。
上述磁鐵增強器至少由2個結構部構成，該結構部布置在上述傳送路的兩側而且互相對置的位置上，構成上述2個結構的各個磁鐵要素可以把相同的磁極面向上述傳送路進行布置。
本發(fā)明的金屬異物檢測裝置，是包括
傳送裝置，其為了檢測在制造過程中混入到包裝內的被檢測物中的金屬異物，用傳送路來傳送上述被檢測物；以及金屬異物檢測裝置，其設置在上述傳送路的中途，在鐵心上纏繞導線的結構的線圈制成的檢測部，它產生磁場，用于檢測混入到上述被檢測物中的金屬異物的、金屬異物檢測裝置，其特征在于具有檢測信號輸出裝置，其通過在上述線圈內加電壓或供給電流而產生微小磁場，把對上述微小磁場進行響應的、來自上述金屬異物的檢測磁場作為上述線圈的檢測電壓或檢測電流進行檢測，輸出檢測信號；以及信號解析裝置，用于解析上述檢測信號，為了判定上述金屬異物而對信號進行解析，上述微小磁場，加在上述線圈內的上述電壓或提供的上述電流是微小的，而且，利用了構成上述線圈的上述鐵心的磁場特性的非線性部分。
上述檢測部，由于上述金屬異物對上述檢測磁場產生影響，使線圈狀態(tài)發(fā)生變化，輸出上述檢測信號即可。上述被檢測物具有用導電性材料制作的包裝，由上述微小磁場所產生的上述導電性材料的渦流是很小的渦流，它不會對流過上述線圈的電壓或電流產生實質性的影響。
上述信號解析裝置，對上述檢測信號進行解析，通過取倒相信號和上述檢測信號之和，消去上述檢測信號中的上述交流勵磁電源所產生的信號，上述倒相信號使交流勵磁電源進行倒相，該電源使上述線圈中產生的上述微小磁場，通過取出一定閾值以上的信號，對上述檢測信號中的上述被檢測物所產生的磁場信號進行分離。
上述金屬異物檢測裝置由第1檢測裝置和第2檢測裝置構成，這兩個裝置布置成在被檢測物通過上述第1檢測裝置后，再通過上述第2檢測裝置，在上述第1檢測裝置和上述第2檢測裝置上同時檢測出的上述檢測信號，利用上述信號解析裝置進行消去即可。
在上述金屬異物檢測裝置之前，在上述傳送路中，可以布置由磁鐵要素構成的磁鐵增強器。該磁化裝置能對金屬異物進行磁化，提高檢測的靈敏度。
上述包裝無論是鋁、鉻、錳等順磁性材料、或銅、銀、金等反磁性材料的金屬中的那一種均可進行檢測。流入到線圈內的電流或電壓是數百Hz到數十kHz的頻率。當上述金屬異物通過上述線圈附近時，上述頻率發(fā)生變化。
上述檢測部具有第1線圈和第2線圈，其中還有包括上述第1線圈的振蕩電路、即第1電路、以及包括上述第2線圈的振蕩電路，即第2電路，上述第1電路和上述第2電路并聯連接。
用于檢測上述被檢測物的一面的上述第1線圈、以及與這一面相對置的、用于檢測上述被檢測物的另一面的上述第2線圈，也可以布置成與上述被檢測物的前進方向形成一定的角度，上述第1線圈和第2線圈按一定的角度進行布置。
上述磁鐵增強器至少由2個結構部構成，該結構部布置在上述傳送路的兩側而且互相對置的位置上，構成上述2個結構部的各個磁鐵要素可以把相同的磁極面向上述傳送路進行布置。
以下首先說明本發(fā)明的金屬異物的檢測原理的概要。
本發(fā)明的為檢測金屬異物用的檢測電路示于圖11(a)。它能從變頻電源通過匹配變壓器Tsr把電能供給到檢測電路內。檢測電路在結構上包括具有檢測線圈的橋式電路。檢測線圈作為平衡或非平衡橋式電路的一邊。檢測線圈是在鐵心上纏繞線圈的結構。
該檢測電路的具有最重要作用的元件是檢測線圈。檢測線圈同時具有兩種作用一種作用，利用從變頻電源供應的交流電流，把交變磁場直接放射到線圈檢測面的附近；另一種作用是，檢測具有微小金屬片的被檢測物擾亂該交變磁場的磁場配置時的搖擺磁場，形成作為異物檢測信號的輸出。最后用放大器來放大從橋式電路來的輸出，并將其輸出到下一級電路內。
頻率ω的電能從變頻電源經過匹配變壓器Tsr供給到橋式電路的電位器VR0兩端。橋式電路利用匹配變壓器Tsr與變頻電源進行絕緣。在電位器VR0的一端上連接檢測線圈的一端，檢測線圈的另一端接地。
該檢測電路可以用圖11(b)所示的等效電路來表示。圖11(b)所示的電容器C是檢測線圈所具有的雜散電容，在圖11(a)中未示出。為便于電路調整等，可以從外部向檢測線圈上并聯連接電容器。圖11(b)的電感Lts是對匹配變壓器Tsr的自感和互感進行次級側換算后的電感。
圖11(b)的等效電路，根據變頻電源的功能構成，可以認為等效于圖12(a)的恒流驅動電路或圖12(b)的恒壓驅動電路。圖12(a)的恒流驅動電路假定是在從晶體管的集電極輸出等供給電能的變頻電源的情況下(恒流源)；圖12(b)的恒壓驅動電路，假定是用OP放大器等低輸出阻抗電路來驅動本電路的情況下(恒壓源)。
電感L和電容器C的值是由檢測線圈的結構和材質等決定的一定值，若把電位器VR的值固定為任意值，使變頻電源的頻率ω進行變化，則該電路按某一頻率ω0進行諧振。電路的諧振特性大致情況，可利用常用的性能指數Q值(Quality factor value)來說明。
諧振頻率由式1表示，由L和C的比率決定的阻抗Z由式2表示。
例如，當VR為1kΩ，Z＝1kΩ時，性能指數Q值＝1。fR=12πLC]]>……(式1)Z=LC]]>……(式2)當Q值為較小的值時，可以用式3從需要的Q中計算出VR值。
VRQ·Z……(式3)圖17(a)的曲線1是一例子，它表示使VR分擋進行變化，以便按照從VR1到VR6的順序來增大電阻值，相對于各頻率劃出圖線。縱坐標用對數刻度來表示阻抗Z。在曲線1中，假定標準化頻率4為諧振頻率。從曲線1開始，當增大電阻VR值時，諧振特性曲線變尖銳。
圖17(b)的曲線2，表示相同的相位特性。若Q值增大，即VR值增大，則相對于頻率的相位變化增大。在本發(fā)明中，從該曲線1和曲線2中可以看出，利用了當檢測電路的Q設定值增大時，相位偏移增大的特性。電感L和雜散電容C是由檢測線圈的材質和特性決定的一定值。電感L包括匹配變壓器Tsr的次級換算電感、互感。
于是，通過改變供給電源的頻率和可變電阻值VR，即可設定為大的Q值。實際上，根據被檢測金屬異物的大小、供給電源的頻率，電路的其他元件、后級電路的特性和放大器的特性等來設定Q值。在檢測電路的橋式電路為非平衡的情況下，檢測電路即使在沒有被檢測金屬異物時也經常保持在輸出的狀態(tài)下。該輸出，在后級的電路內使電源頻率的相位倒向，加以去除。它采用差動放大器等來進行。
并且本發(fā)明把流入到檢測線圈內的電流設定到微小狀態(tài)。也就是說，如圖6所示，是構成檢測線圈的鐵心的B-H特性的P1區(qū)域。該區(qū)是非線性的，磁場H、磁通密度B均為微小。通過使用該區(qū)，即使在被檢測物中的金屬異物很小的情況下，也能達到很高的檢測靈敏度。
在一定溫度下，假定在被檢測物按一定的通過速度通過線圈的附近的情況下。這時，檢測線圈電流發(fā)生變化的主要原因是被檢測物的渦流、導磁率、介電常數、以及通過檢測線圈附近的速度的高低等，估計其中金屬異物的導磁率影響最大。因為，在被檢測物中的金屬異物是由導磁率高的材料制成的情況下，當把上述的微小電流供給到檢測線圈內時，金屬異物的導磁率對檢測線圈的磁場變化有很大影響。
如表1的金屬物的相對導磁率所示，即使金屬也因其種類不同而相對導磁率差別很大。鐵、不銹鋼、鎳、鈷等金屬的相對導磁率從數百到數萬。并且，鋁等的相對導磁率較小的金屬中施加不產生渦流的微弱磁場時，用鋁等包裝的相對導磁率較大的金屬反應較大，對檢測線圈產生磁場有影響。
表1、金屬物的相對導磁率

本發(fā)明利用流入到檢測線圈內的電流的相位偏移來檢測金屬異物。但也可以改為測量加在檢測線圈內的電壓或阻抗，以此檢測金屬異物。以下說明把流入到檢測線圈內的電流作為檢測信號的發(fā)明。
并且，本發(fā)明利用從變頻電源向檢測電路內供應的頻率為數百Hz至數十kHz的音頻區(qū)域。更詳細地說，進行4.5kHz或7kHz左右的頻率的電源供應。若利用這種低頻率，則由于檢測線圈中產生的交變磁場而使被檢測金屬物中產生的渦流很微小，由于渦流而對原交變磁場的影響減小，可忽略不計。
在此說明相位偏移。在無源模擬電路的輸出入上連接了有源電路的情況下，從信號傳送和雜波發(fā)生的觀點來看。必須捕捉駐波作為穩(wěn)態(tài)現象。假定驅動器一側的低輸出阻抗被連接在接收器一側的高輸入阻抗電路上的情況。這相當于高增益的OP放大器之間用長布線進行連接的情況、以及像本發(fā)明實施方式的橋式的電路那樣通過匹配變壓器Tsr進行絕緣的、具有大電感的無源電路被連接的情況。
如果把終端電阻插入到接收機一側，沒有反射，那么，信號按一定的速度前進，根據測量點不同，依次產生相位偏移。但是，通常是電路元件之間進行連接，所以，不能成為終端，而且進行匹配(完全匹配)并不一定容易，因此產生反射。由于反射而使信號多次往返，所以，產生共鳴，發(fā)生駐波，信號按照該駐波的振幅，整體大幅度振動。這作為振幅調制。
這時，各部的信號一齊動作，各部的信號的相位相等，不會進行波動。這是駐波。發(fā)生這種共鳴的條件是與電路周圍信號有關的信號線的長度為信號的1/4波長時或者是其奇數倍的頻率。在該共鳴的本發(fā)明的檢測部來說，為建立磁場所需的數kHz的檢測線圈電壓(或電流)按照該駐波(0.2Hz～2Hz)進行振幅調制。


圖1是金屬異物檢測裝置1的概要圖。
圖2是表示傳感器存放部4的結構例的圖。
圖3(a)、(b)、(c)是表示檢測線圈10a的圖。
圖3(a)是正面圖，圖3(b)是平面圖，圖3(c)是圖3(a)的A-A線的斷面圖。
圖4是表示金屬異物檢測裝置1的控制部5的結構的功能方框圖。
圖5是表示控制部5的數字計算機處理部27的動作例的流程圖。
圖6是表示B-H特性的圖。
圖7是表示實施方式2的檢測線圈的布置例的平面簡圖、正面簡圖。
圖8是表示實施方式3的磁鐵增強器6的結構例的圖。
圖9表示包括檢測線圈的實施方式1的檢測電路的概要。
圖10表示實施方式1的檢測電路的頻率特性。
圖11(a)、(b)表示本發(fā)明的實施方式1的檢測電路，圖11(a)是檢測電路的概要；圖11(b)是其等效電路圖。
圖12(a)、(b)是表示對圖11(b)的等效電路進行簡化后的電路圖。
圖13表示實施方式6的電路圖。
圖14表示實施方式6的電路圖。
圖15表示實施方式6的電路圖。
圖16表示實施方式6的電路圖。
圖17(a)、(b)是表示圖11的電路特性的曲線。
具體實施例方式[金屬異物檢測裝置的結構]圖1表示金屬異物檢測裝置1的概要。金屬異物檢測裝置1用于檢測和通知被檢測物中的金屬異物，尤其是包裝食品的容器鋁包裝袋內的食品中混入的金屬異物。金屬異物檢測裝置1由傳送帶2、驅動用馬達3、檢測器收放部4、控制部5和磁鐵增強器6等構成。傳送帶2是安裝在帶支腳的機架上的傳送帶裝置，用于按一定速度來傳送被檢測物8。
傳送帶2利用其一邊所設置的驅動用馬達3來對環(huán)形帶9進行旋轉驅動，把被檢測物8放置到該傳送帶9上進行傳送。傳送被檢測物8的傳送路中，在傳送帶9的長度方向的中央附近布置了檢測器存放部4。檢測器存放部4，內部安裝了用于檢測被檢測物的金屬異物的第1檢測線圈10、第2檢測線圈11、和光檢測器7等。
來自檢測器安放部4的輸出信號，被送入到控制部5內。第1檢測線圈10和第2檢測線圈11具有相同的結構(詳細說明以后進行)?？刂撇?對來自檢測器安放部4的信號進行解析，對被檢測物中有無金屬異物進行判斷，對其內容進行通知(報警聲、顯示等)。如圖1所示在本實施方式中，控制部5被設置在檢測器安放部4上。
由傳送帶2進行傳送的被檢測物8，通過磁鐵增強器6，向檢測器安放部4內傳送。在檢測器安放部4的前面(前進方向)布置了磁鐵增強器6。磁鐵增強器6是為了對被檢測物中的金屬異物進行磁化用的輔助磁化裝置。當被檢測物8通過磁鐵增強器時，被檢測物中的磁性物的磁化增強，所以，在檢測器安放部4中的檢測靈敏度提高。
光檢測器7，布置在第1檢測線圈10的前面，對被檢測物進行傳送，檢測進入第1檢測線圈10內的時間，把該檢測信號送入到控制部5內。對驅動馬達3進行起動，然后對傳送帶2的帶9進行旋轉驅動。這時，被檢測物放置到帶9一邊的放置側，將其傳送到另一側。被檢測物在帶9上進行傳送的過程中，通過磁鐵增強器6，被傳送到檢測器安放部4內。
然后，光檢測器7檢測出被檢測物，把被檢測物進入第1檢測線圈10內的時間通知到控制器5內?？刂破?接收來自光檢測器7的通知，對被檢測物通過第1檢測線圈10和第2檢測線圈11時的各檢測線圈的輸出信號進行解析，檢測出被檢測物中是否包含金屬異物。在含有金屬異物的情況下，輸出這一意思的輸出信號。該輸出信號被傳送到設置在金屬異物檢測裝置1上或與其相連接的電動桿等上，利用該電動桿等來進行為排除含有金屬異物的被檢測物等所必須的處理。
控制部5不一定要設置在檢測器安放部4上，也可以設置在能接收從檢測器安放部4來的信號，進行該信號處理的環(huán)境中的任何地方。并且，為了掌握被驅動的帶9的速度，必須由控制器5來接收驅動馬達3的旋轉速度等信號，光檢測器7，只要是能檢測出被檢測物進入第1檢測線圈10內時的定時信號，已知的任何形狀、方式的均可使用。
圖2表示檢測器安放部4的概要。檢測器安放部4由第1檢測線圈10和第2檢測線圈11構成，第1檢測線圈10由位于帶9的的上下兩側互相對置的檢測線圈10a和檢測線圈10b構成，同樣，第2檢測線圈11是檢測線圈11a和檢測線圈11b布置成互相對置的狀態(tài)。
第1檢測線圈10第2檢測線圈11設置成沿帶9，離開帶的距離為L的狀態(tài)。各個檢測線圈10a、10b、11a、11b，如圖3所示，形成細長的箱子形狀，兩者基本上相同，布置固定成與帶9的面相平行，與帶9的傳送方向進行直交。
設置在第1檢測線圈10的傳送方向的前面一側的光檢測器7，是判定被檢測物進入到第1檢測線圈10內的時間所必須的。被檢測物輸入到第2檢測線圈11內的定時，可以根據輸入到第1檢測線圈10內的時間、距離L、以及帶9的傳送速度來進行計算。帶9的傳送速度可根據驅動馬達3的傳動速度來計算。而且，該計算方法也并非本發(fā)明的要點，而且是已知的技術，所以其說明從略。
檢測線圈10a、11a主要用于檢測流過帶9上的被檢測物的上面部分，為了使被檢測物能通過，在帶9上面留出了一定間隙。檢測線圈10b、11b主要用于檢測被檢測物的下部，它設置在帶9的下部。
圖3(a)和(b)表示檢測線圈的結構。檢測線圈10a、10b、11a和11b實質上是相同的結構，所以，僅舉例說明檢測線圈10a。檢測線圈10a是細長的箱子形狀，沿著斷面結構E字形的導電性材料的芯子12的溝槽部，纏繞了線圈13。
圖4是表示控制部5的概要的功能模塊圖。控制部5由以下各部分構成振蕩電路21、橋式電路22、鋁信號消去電路23、放大相位變換電路24、放大/倒相電路25、波形處理部26、數字計算機處理部27、信號輸出部28等。
振蕩電路21是用于向控制部5、檢測線圈10、11內供應交流電力的電路。振蕩電路21通過變壓器進行交流電的供給。其優(yōu)點是通過采用變壓器，可以把電源電路和包括檢測線圈10、11、橋式電路22在內的測量部分看作是獨立的電路。橋式電路22是接收從檢測線圈10、11來的信號的電路。
從橋式電路22來的信號被傳送到鋁信號消去電路23內，利用該鋁信號消去電路23，來消去從其中所包含的性材料鋁包裝體來的信號。這時的信號處理，利用放大/倒相電路25的信號，按以下方法進行。放大/倒相電路25從振蕩電路21的電流中取出放大，進行倒相。
鋁信號消去電路23取得從橋式電路22的信號(檢測電流)和從放大/倒相電路25來的倒相電流的和，消去交流電源的信號(原有的電流)。然后，僅取出一定閾值以上的信號，消去雜波信號。
然后，利用放大相位變換電路24來放大從鋁信號消去電路23中輸出的信號，進行相位變換調整處理，向波形處理部26內輸出。在波形處理部26內對輸入的信號進行波形整形，將其變換成數字信號，而且調整接收靈敏度，輸出到數字計算機處理部27內。而且設置在鋁信號消去電路23中的閾值處理也可以在波形處理部26中進行。這時變成為已變換成數字信號的信號的閾值處理。
數字計算機處理部27由存儲電路、運算電路、放大比較/信號提取電路、傳送帶速度定時電路等構成。數字計算機處理部27從驅動馬達3中接收馬達的旋轉速度信息，計算出帶9的流動速度。并且，從光檢測器7中接收被檢測物的信號，獲得被檢測物通過檢測線圈10、11的信息。
于是，數字計算機處理部27接收從波形處理部26來的數字信號，與上述帶速度、被檢測物通過信號等相結合，檢測出被檢測物中所包含的金屬異物。數字計算機處理部27，在判斷為已檢測出了金屬異物的情況下，向信號輸出部28內輸出金屬異物信號。
圖5是當數字計算機處理部27檢測金屬異物時的流程圖。在數字計算機處理部27中，經常利用光檢測器7的檢測信號來判斷金屬異物。數字計算機處理部27在經過一定時間的待機之后(S1)，檢查確認是否有來自光檢測器7的信號(S2)。當被檢測物通過光檢測器7時(參見圖2)，向控制部5輸出被檢測物正在通過的信號。該信號由數字計算機處理部27接收。
當具有被檢測物正在通過的判斷時(S2，是)，接收驅動馬達3的旋轉速度(S3)。利用該旋轉速度來計算帶9的傳送速度(S4)。然后，接收從波形處理部26來的第1檢測線圈10的數字信號(S5)，存儲到存儲器內(S6)。并且，同樣，接收第2檢測線圈11的數字信號(S7)，存儲到存儲器內(S8)。
對存儲在存儲器內的第1檢測線圈10和第2檢測線圈11的數字信號進行比較計算(S9)，判斷被檢測物中是否有異物(S10)。判斷的結果，在判斷為無異物的情況下(S10，否)，按規(guī)定時間進行待機(S1)。在判斷為有異物的情況下(S10，是)，輸出該意思的信號(S11)，這樣，進行一連串的金屬異物判斷。

圖9表示檢測電路100。結合上述振蕩電路、橋式電路、檢測線圈10，來說明檢測電路100。實際上，上述檢測線圈10被用作為橋式電路101的一邊。在該實施方式1中，有2個檢測線圈10a、10b。檢測線圈10利用供給的交流電流，直接把交變磁場放射到線圈檢測面的附近，檢測出具有微小金屬片的被檢測物8打亂該交變磁場的排列位置時的搖擺磁場，形成作為異物檢測信號的輸出。
檢測電路100具有橋式電路101，檢測線圈10被用作為非平衡橋式電路101的一邊(臂)。從變頻電源103通過匹配變壓器103向該橋式電路101內供給頻率ω的電能。包括檢測線圈10的橋式電路101通過匹配變壓器102與變頻電源103進行絕緣。
檢測電路100如圖所示，由串聯或并聯連接的許多個電阻R1～R6構成。在電阻的一端上連接檢測線圈10的一端，由10的另一端接地。通常時非檢測時，檢測線圈10a、10b取平衡(參見圖10)，不能從輸出104中輸出信號。當包含在被檢測物中的金屬異物通過檢測線圈10a、10b之間時，該狀態(tài)發(fā)生改變，從輸出104中對輸出信號進行輸出。
或者，當設定檢測電路100時，也可以設定成即使在非檢測時也從輸出104中進行輸出。在此情況下，橋式電路101為非平衡。在圖10中表示包括檢測線圈10a、10b的橋式電路101的頻率特性。橫坐標表示頻率；縱坐標表示波的強度。檢測線圈10a、10b由同一電感構成。但受到制造上的精度誤差的影響，很少在完全相同的頻率下工作。
并且，檢測電路100的設定如上述原理中說明的那樣，設定方法是供給7kHz左右的低頻電源，通過更改供給電源的頻率和電阻值(R1～R6)來獲得高Q值，若設檢測線圈10a、10b的中心頻率分別為ω01、ω02，則偏離量為Δω(＝|ω01-ω02|)。圖10用曲線105來表示檢測線圈10a的特性；用曲線106來表示檢測線圈10b的特性。其和為曲線107。曲線107的中心頻率為ω0。
當金屬異物未通過檢測線圈10周圍時，檢測電路處于ω0的狀態(tài)。并且，當金屬異物通過檢測線圈10周圍時，金屬異物對檢測線圈10的磁場產生影響，檢測線圈10a、10b的頻率ω01、ω02發(fā)生變化，檢測電路整體的中心頻率ω0也發(fā)生變化。因此，檢測信號從檢測電路的輸出端104中進行輸出。
若這樣利用2個電路，則與檢測線圈10的磁場的微小變化相對應，中心頻率ω0的中心頻率發(fā)生變動，能以高靈敏度檢測出金屬異物。而且，檢測電路100僅具有檢測線圈10a，也可檢測金屬異物。
(檢測線圈的交叉布置)圖7是表示對檢測線圈進行交叉布置的實施方式的圖。本實施方式2與上述實施方式1基本相同，以下僅說明不同的部分，與實施方式1相同的部分的詳細說明從略。本實施方式2的檢測線圈的布配為交叉布置。
其詳細情況是第1檢測線圈的檢測線圈10a和檢測線圈10b布置成按規(guī)定角度θ(從上面看的情況下)互相交叉的狀態(tài)。檢測線圈10a、10b布置成與帶9成水平狀態(tài)。分別與帶9的傳送方向形成(π-θ/2)(＝θ′)的角度以及(π+θ)/2(＝θ′+θ)的角度(參見圖7)。并且，這些布置即使方向相反也可以。
第2檢測線圈的檢測線圈11a和檢測線圈11b的布置是相同的，其說明從略。這樣，若交叉布置檢測線圈，則無論被檢測物中包含的金屬異物向哪個方向流動，均能很好地檢測。
例如，金屬異物大多是細長形狀，當其與檢測線圈相平行或者相垂直地通過時，檢測靈敏度降低。在此情況下，若利用使檢測線圈交叉的形式來進行檢測，則無論向哪個方向通過，也都能很好地進行檢測。
(磁鐵增強器的結構)本實施方式3基本上與實施方式1或2相同，以下僅說明不同的部分，與實施方式1或2相同的部分的詳細說明從略。圖8表示磁鐵增強器6的結構。磁鐵增強器6由磁鐵要素6a和磁鐵要素6b構成。磁鐵要素6a和磁鐵要素6b設置在帶9的上下兩側，把相同的磁極N分別布置在面向帶9的方向上。被檢測物8本身應通過磁鐵要素6a和磁鐵要素6b。
而且，該磁鐵要素6a和磁鐵要素6b也可以由許多個磁鐵要素6構成。并且，如果磁鐵要素6a和磁鐵要素6b被布置在傳送被檢測物的傳送路的兩側，并且把相同的磁極布置在面向傳送路的狀態(tài)下，那么，無論如何進行布置和設置均可。這樣，若布置磁鐵增強器6，則通過了磁鐵增強器6的被檢測物中所混入的金屬異物，在兩側的磁鐵要素6a、6b的磁場推斥作用下，倒向帶9的傳送方向上，容易用檢測器安放部4進行檢測。
(頻率·波形的解析)本實施方式4基本上與實施方式1～3相同，以下僅說明不同的部分，與實施方式1～3相同的部分的詳細說明從略。在圖4所示的數字計算機處理部27中，也可以利用傅里葉變換等方法，來對構成數字信號的頻率·波形進行解析，對這些頻率·波形的起因進行判定，檢測出金屬異物。因此，需要預先準備的有關該頻率·波形的解析數據。
并且，在數字計算機處理部27中，同樣地也可以用鋁信號消去電路23來消除交流電源(交流勵磁電源)信號。被輸入到鋁信號消去電路23內的信號，變換成數字信號，輸入到數字計算機處理部27內。然后，對該數字信號按每個頻率進行分波，消去交流電源，雜波等引起的信號。來自被檢測物的雜波信號也同樣可以通過對頻率·波形的解析而消除。
圖13～16表示上述金屬異物檢測裝置1的電路的實際結構例。該實施方式5的電路信號是用模擬電路進行處理的電路例。也可以對從橋式電路22中輸出的信號進行數字化，然后，對上述鋁信號消去、相位變換、波形整成、靈敏度調整等，全部或部分地進行數字式的計算機處理。
以下僅說明電路的重要部分的概要。圖13表示交流電源109和檢測電路110以及相位變換電路111。交流電源109是圖4所示的振蕩電路21。同樣，檢測電路110是與檢測線圈10、11和橋式電路22相結合的電路，倒相電路111是放大/倒相電路25。(參見圖4)。
圖14表示差動放大器112、波形整形電路113。差動放大電路112是鋁信號消去電路23和放大/相位變換電路24，波形整形電路113是波形處理部26。(參見圖4)。檢測電路110是接收從被檢測物8來的信號的檢測電路，該信號向輸出“1”進行輸出，從圖14的“1”輸入到差動放大電路112內。
圖13所示的相位變換電路111取出從交流電源109來的信號，對相位進行調整，從“2”中輸出。這是圖14的“2”，輸入到差動放大電路112內。差動放大電路112用于從接收的信號，即檢測電路110輸出的信號中消除交流電源109產生的信號。從差動放大電路112中僅取出被檢測物產生的信號，經過電路113進行波形整形后加以輸出。
圖15和圖16是用于對被檢測物信號進行解析的電路，進行模擬處理。該部分也可以進行數字化，由計算機進行處理。圖15表示整流電路114、放大電路115、整流電路116、放大電路117、直流電源切斷電路118、波形處理電路119。圖16表示靈敏度調整電路120、波形閾值電路121、放大電路121。
整流電路114、116是用于對信號進行整流，對波形進行整形的電路。放大電路115、117、122是用于進行信號放大的電路。直流電源切斷電路118是用于切斷信號內所包含的直流信號的電路。靈敏度調整電路120是用于調整被檢測物的檢測靈敏度的電路。通過改變該電路的電阻值，即可設定檢測靈敏度。波形閾值電路121是用于調整輸出信號電平的電路。
本發(fā)明能檢測用鋁蒸發(fā)淀積或鋁箔等導電性包裝材料進行包裝的被檢測物中混入的磁性體金屬異物。其能夠利用的領域是檢測被檢測物冷凍食品、谷物等食品材料、醫(yī)藥品、工業(yè)用材料等內混入的磁性體金屬異物。
權利要求
1.一種金屬異物檢測方法，包括傳送工序，其為了檢測在制造過程中混入到包裝內的被檢測物中的金屬異物，用傳送路來傳送上述被檢測物；以及金屬異物檢測工序，其設置在上述傳送路的中途，在鐵心上纏繞導線的結構的線圈所制成的檢測部，它產生磁場，用于檢測混入到上述被檢測物中的金屬異物，其特征在于還包括檢測信號輸出工序，其通過在上述線圈內加電壓或供給電流而產生微小磁場，把對上述微小磁場進行響應的、來自上述金屬異物的檢測磁場作為上述線圈的檢測電壓或檢測電流進行檢測，輸出檢測信號；以及信號解析工序，用于解析上述檢測信號，為了判定上述金屬異物而對信號進行解析，上述微小磁場，加在上述線圈內的上述電壓或提供的上述電流是微小的，而且，利用了構成上述線圈的上述鐵心的磁場特性的非線性部分。
2.如權利要求1所述金屬異物檢測方法，其特征在于上述檢測部，由于上述金屬異物對上述檢測磁場產生影響，使線圈狀態(tài)發(fā)生變化，輸出上述檢測信號。
3.如權利要求1或2所述的金屬異物檢測方法，其特征在于上述被檢測物具有用導電性材料制作的包裝，由上述微小磁場所產生的上述導電性材料的渦流是很小的渦流，它不會對流過上述線圈的電壓或電流產生實質性的影響。
4.如權利要求1或2所述的金屬異物檢測方法，其特征在于上述信號解析工序，對上述檢測信號進行解析，通過取倒相信號和上述檢測信號之和，消去上述檢測信號中的上述交流勵磁電源所產生的信號，上述倒相信號使交流勵磁電源進行倒相，該電源使上述線圈中產生上述微小磁場，通過取出一定閾值以上的信號，對上述檢測信號中的上述被檢測物所產生的磁場信號進行分離。
5.如權利要求1或2所述的金屬異物檢測方法，其特征在于上述金屬異物檢測工序由第1檢測工序和第2檢測工序構成，這兩個工序布置成在被檢測物通過上述第1檢測工序后，再通過上述第2檢測工序，在上述第1檢測工序和上述第2檢測工序上同時檢測出的上述檢測信號，利用上述信號解析工序進行消去。
6.如權利要求1或2所述的金屬異物檢測方法，其特征在于在上述金屬異物檢測工序之前，在上述傳送路中，具有這樣的磁化工序，該工序具有由磁鐵要素構成的、用于對上述金屬異物進行磁化的磁鐵增強器。
7.如權利要求1或2所述的金屬異物檢測方法，其特征在于上述包裝是順磁性材料、或反磁性材料的金屬。
8.如權利要求1或2所述的金屬異物檢測方法，其特征在于上述金屬異物是奧氏系不銹鋼或馬氏系不銹鋼材料。
9.如權利要求1或2所述的金屬異物檢測方法，其特征在于上述線圈在數百Hz到數十kHz的頻率下工作。
10.如權利要求1或2所述的金屬異物檢測方法，其特征在于上述檢測部具有第1線圈和第2線圈，并由包括上述第1線圈的振蕩電路、即第1電路、以及包括上述第2線圈的振蕩電路，即第2電路構成，上述第1電路和上述第2電路并聯連接。
11.如權利要求6所述的金屬異物檢測方法，其特征在于上述磁鐵增強器至少由2個結構部構成，該結構部配置在上述傳送路的兩側而且互相對置的位置上，構成上述2個結構部的各個磁鐵要素可以把相同的磁極面向上述傳送路進行配置。
12.如權利要求10所述的金屬異物檢測方法，其特征在于用于檢測上述被檢測物的一面的上述第1線圈、以及與這一面相對置的、用于檢測上述被檢測物的另一面的上述第2線圈，配置成與上述被檢測物的前進方向形成規(guī)定的角度，上述第1線圈和第2線圈按規(guī)定的角度進行配置。
13.一種金屬異物檢測裝置，包括傳送裝置，其為了檢測在制造過程中混入到包裝內的被檢測物中的金屬異物，用傳送路來傳送上述被檢測物；以及金屬異物檢測裝置，其設置在上述傳送路的中途，在鐵心上纏繞導線的結構的線圈所制成的檢測部，它產生磁場，用于檢測混入到上述被檢測物中的金屬異物，其特征在于包括檢測信號輸出裝置，其通過在上述線圈內加電壓或供給電流而產生微小磁場，把對上述微小磁場進行響應的、來自上述金屬異物的檢測磁場作為上述線圈的檢測電壓或檢測電流進行檢測，輸出檢測信號；以及信號解析裝置，用于解析上述檢測信號，為了判定上述金屬異物而對信號進行解析，上述微小磁場，加在上述線圈的上述電壓或提供的上述電流是微小的，而且，利用了構成上述線圈的上述鐵心的磁場特性的非線性部分。
14.如權利要求13所述的金屬異物檢測裝置，其特征在于上述檢測部，由于上述金屬異物對上述檢測磁場產生影響，使線圈狀態(tài)發(fā)生變化，輸出上述檢測信號。
15.如權利要求13或14所述的金屬異物檢測裝置，其特征在于上述被檢測物是用導電性材料制作的包裝，由上述微小磁場所產生的上述導電性材料的渦流是很小的渦流，它不會對流過上述線圈的電壓或電流產生實質性的影響。
16.如權利要求13或14所述的金屬異物檢測裝置，其特征在于上述信號解析裝置，對上述檢測信號進行解析，通過取倒相信號和上述檢測信號之和，消去上述檢測信號中的上述交流勵磁電源所產生的信號，上述倒相信號使交流勵磁電源進行倒相，該電源使上述線圈中產生上述微小磁場，通過取出一定閾值以上的信號，對上述檢測信號中的上述被檢測物所產生的磁場信號進行分離。
17.如權利要求13或14所述的金屬異物檢測裝置，其特征在于上述金屬異物檢測裝置由第1檢測裝置和第2檢測裝置構成，這兩個裝置配置成在被檢測物通過上述第1檢測裝置后，再通過上述第2檢測裝置，在上述第1檢測裝置和上述第2檢測裝置上同時檢測出的上述檢測信號，利用上述信號解析裝置進行消去。
18.如權利要求13或14所述的金屬異物檢測裝置，其特征在于在上述金屬異物檢測裝置前，在上述傳送路中，可配置由磁鐵要素構成的磁鐵增強器。
19.如權利要求13或14所述的金屬異物檢測裝置，其特征在于上述包裝是順磁性體或反磁性體的金屬。
20.如權利要求13或14所述的金屬異物檢測裝置，其特征在于流入到線圈內的電流或電壓是數百Hz到數十kHz的頻率，當上述金屬異物通過上述線圈附近時，上述頻率發(fā)生變化。
21.如權利要求18所述的金屬異物檢測裝置，其特征在于上述磁鐵增強器至少由2個結構部構成，該結構部配置在上述傳送路的兩側而且互相對置的位置上，構成上述2個結構部的各個磁鐵要素把相同的磁極面向上述傳送路配置。
22.如權利要求13或14所述的金屬異物檢測裝置，其特征在于上述檢測部具有第1線圈和第2線圈，并由包括上述第1線圈的振蕩電路、即第1電路、以及包括上述第2線圈的振蕩電路，即第2電路構成，上述第1電路和上述第2電路并聯連接。
23.如權利要求22所述的金屬異物檢測裝置，其特征在于用于檢測上述被檢測物的一面的上述第1線圈、以及與這一面相對置的、用于檢測上述被檢測物的另一面的上述第2線圈，配置成與上述被檢測物的前進方向形成規(guī)定的角度，上述第1線圈和第2線圈按規(guī)定的角度進行布置。
全文摘要
本發(fā)明的金屬異物檢測方法及其裝置，用于檢測利用鋁等導電性包裝材料進行包裝的食品、藥品、工作材料等被檢測物中混入的金屬異物。通過向線圖(10、11)內施加電壓或者供給電流，使其產生微小磁場，把對微小磁場進行響應的金屬異物所產生的檢測磁場，作為線圈(10、11)的檢測電壓或檢測電流檢測出來，對檢測信號進行輸出。對該檢測信號進行解析，檢測出金屬異物。微小磁場，施加到線圈(10、11)上的電壓或者供給的電流很微小，而且利用了構成線圈(10、11)的鐵心的磁場特性的非線性部分。
文檔編號G01N27/82GK1476535SQ02803160
公開日2004年2月18日 申請日期2002年9月19日 優(yōu)先權日2001年9月21日
發(fā)明者近藤信一 申請人:德克工程株式會社