Brevet FR2154385A1 — publié le 19730511

La présente invention a pour objet des dispositifs colorimétriques pour mesurer des différences de teinte. Elle a également pour objet une application de ces dispositifs au contrôle continu d'un produit pulvérulent ou granuleux dont la qualité réside dans la teinte. La description ci-après se réfère, a titre d'exemple, au contrôle continu de la qualité d'un ciment superblanc fabriqué en continu. I1 est précisé qutil s'agit d'une commodité d'exposé et que le dispositif de l'invention peut également s'appliquer a des cas analogues dans lesquels il joue un rôle équivalent. On sait que la qualité primordiale d'un ciment dit superblanc réside dans sa teinte qui doit être suffisamment blanche et surtout rester sensiblement constante de sorte que l'utilisateur qui est amené a employer des livraisons successives ne puisse déceler des différences de teinte perceptibles à l'oeil. En pratique la teinte du ciment superblanc doit se situer dans l'échelle des indices de blancheur entre les valeurs ss = 86 et ss = 88. La blancheur d'un objet est définie par un indice ss qui varie de O à 100, la valeur O correspondant a la teinte du noir de fumée et la valeur 100 a la teinte du carbonate de calcium pur. L'écart maximum de 2 degrés ss admis pour le ciment superblanc est un écart très faible qui se traduit par une nuance de teinte difficilement perceptible à l'oeil. I1 est très important pour les fabricants de ciment superblanc de pouvoir contrôler de façon continue la blancheur du ciment fabriqué afin de pouvoir corriger rapidement celle-ci pour la maintenir constamment entre les limites admises. Actuellement ce contrôle de fabrication est réalisé en prélevant périodiquement des échantillons du produit fabriqué et en mesurant, en laboratoire, par colorimétrie, 11 indice de blancheur g de ceux-ci par comparaison avec un étalon. Ce moyen de contrôle en laboratoire ne satisfait pas les fabricants de ciment car, n'étant pas continu, il ne permet pas de réagir rapidement et automatiquement pour Corriger les éléments déterminants afin de maintenir la blancheur entre les limites voulues. La présente invention a pour but un dispositif colorimétrique qui permet un contrôle continu de la blancheur des produits qui défilent sous l'appareil de contrôle. Le colorimètre selon l'invention a une très grande sensibilité permettant de repérer'par un indice compris entre O et 100, toutes les blancheurs intermédiaires entre deux teintes prises comme étalons et dont l'indice de blancheur ss est différent de deux degrés ss seulement, avec une précision de 1/10 de ss. Un dispositif colorimétrique selon l'invention pour mesurer une différence de blancheur entre une surface donnée et une surface de référence est composé - d'une gaine cylindrique ouverte à ses deux extrémités, destinée à être placée perpendiculairement à ladite surface, à faible distance de celle-ci - d'une pluralité de lampes électriques disposées à l'intérieur de ladite gaine, de façon régulièrement répartie, suivant une circonférence, dans le plan médian perpendiculaire à l'axe de ladite gaine - -de deux miroirs tronconiques disposés coaxialement à l'intérieur de ladite gaine, symétriquement par rapport audit plan médian et divergeant vers les extrémités de ladite gaine - d'un bloc optique, placé au centre de ladite gaine, coaxial avec celle-ci et symétrique par rapport audit plan médian, lequel bloc est composé d'un boîtier creux coaxial avec ladite gaine et portant, à chacune de ses extrémités, une lentille convergente,lesquelles lentilles reçoivent l'une la lumière réfléchie par ladite surface en face de laquelle est placée la première ouverture de la gaine et l'autre la lumière réfléchie par ladite surface de référence qui est placée, à faible distance, en face de la deuxième ouverture de ladite gaine ; - de deux photo-résistances disposées à l'intérieur dudit bloc optique, symétriquement par rapport audit plan médian lesquelles reçoivent les faisceaux lumineux focalisés par lesdites lentilles. Le colorimètre comporte, de façon connue, des circuits électroniques comprenant un pont de résistances, du type pont de Wheatstone, dans deux branches juxtaposées duquel sont placées lesdites photo-résistances. Il comporte également un galvanometrepour mesurer le courant différentiel qui circule dans la diagonale dudit pont. La mesure de ce courant fournit une mesure de la différence de blancheur entre ladite surface et la surface de référence. Cette mesure s'exprime en pourcentage de la différence de blancheur entre deux surfaces de référence dont les teintes peuvent être très voisines. Le colorimètre selon l'invention peut etre utilisé pour contrôler en continu la blancheur d'un ciment superblanc à la sortie d'un appareil de décOloration. Dans ce cas, le colorimètre est placé à environ 15 mm au-dessus de la surface du tapis de ciment qui s'écoule sur une sole tournante ou sur un convoyeur. La face supérieure du tapis éciment a été rendu bien plane et lisse. En face de l'autre ouverture de la gaine du colorimètre, on place à la meme distance de 15 oeu environ une plaque en ciment superblanc consolidé dont la blancheur a été mesurée avec précision en laboratoire et qui correspond par exemple, à la blancheur choisie connue limite inférieure soit, par exemple, une plaque de ciment ayant un indice ss = 86. On étalonne périodiquement l'appareil de mesure de façon que l'aiguille mobile soit au zéro de l'échelle lorsque l'on présente, devant l'ou- verture de la gaine qui est normalement tournée vers le produit à contrôler, une surface de référence dont l'indice ss est connu avec précision et égal à la limite minimum soit ss = 86. On présente ensuite devant cette mime ouverture de la gaine une deuxième surface de référence dont l'indice ss, connu avec précision, est égal à la valeur choisie comme limite i6kimu soit ss = 88. En jouant sur des potentiomètres, on amène l'aiguille mobile sur la graduation 100 de l'é- chelle de mesure.L'appareil est alors prêt à mesurer en continu avec une très grande sensibilité, la différence entre la blancheur du ciment fabriqué et celle de la plaque de ciment prise comme référence de blancheur minimum cette différence étant exprimée en pourcentage d'une différence entre les blancheurs de deux surfaces de référence très voisines l'une de l'autre puisqu'elles sont séparées seulement par deux degrés ss de l'échelle des blancheurs. Bien entendu l'étalonnage de l'échelle de mesure peut être répété périodiquement et commandé automatiquement par un programmateur. De méme qu'il est appliqué ci-dessus à la mesure d'une différence de degré de blancheur entre deux surfaces, l'appareil selon l'invention peut être appliqué à mesurer des nuances ,imperceptibles à l'oeil ,de teintes dans n'importe quelles couleurs en utilisant la différence de pouvoir réfléchissant de deux surfaces de meme couleur dont les teintes sont légèrement différentes. L'appareil est alors équipé de filtres qui laissent passer une faible bande du spectre lumineux correspondant à la bande de sensibilité ma xima des photo-résistances utilisées. La présente invention concerne également un nouveau procédé pour détecter des nuances de teintes pratiquement imperceptibles à l'oeil nu et pour les mesurer, cette détection et cette mesure étant réalisées "in situ", et éventuellement en continu tandis que les colorirètres existant ne permettent d'opérer qu'en laboratoire. Cette mesure s'exprime en pourcentage de la différence entre deux teintes de référence bien déterminées qui peuvent etre très voisines et juste perceptibles à l'oeil nu. Ce procédé consiste à éclairer simultanément et de façon absolument identique, une surface dont on désire contrôler la teinte et une surface ayant une des deux teintes de référence ; et à capter, de façon identique, les deux faisceaux réfléchis sur deux photo-résistances qui sont montées dans deux côtés juxtaposés d'un pont de Wheatstone. On mesure le courant différentiel qui circule dans la diagonale du pont de Wheatstone. L'appareil est étalonné de sorte que l'aiguille du galvanomètre soit au zéro lorsque l'on remplace la surface à contrôler par une surface dont la teinte est identique à celle de la surface de référence et que l'aiguille soit sur la graduation maxima lorsque l'on remplace la surface à contrôler par une surface dont la teinte est identique à la deuxième teinte de référence. Les applications de ce procédé peuvent etre très nombreuses. Il peut être utilisé pour exercer un contrôle continu de fabrication chaque fois que la teinte d'un produit fabriqué est un facteur essentiel de qualité ou est liée à la qualité du produit par une loi connue. A titre d'exemple on a vu l'application au contrôle de qualité du ciment superblanc. Le procédé peut également servir au contrôle de qualité de tout produit pulvérulent, pâteux ou granuleux dont les grains peuvent atteindre 5 mm de diamètre. Le procédé peut etre appliqué, par exemple, au contrôle de la pureté des farines alimentaires; de la composition des résines synthétiques, de la pâte à papier ou d'un liquide. Une autre application intéressante est la mise au point d'une nuance de peinture par adjonction de produits jusqu'à ce qu'elle corresponde exactement à la teinte d'une peinture existante. Le résultat de l'invention est un nouveau colorimètre qui présente les avantages suivants - La disposition des lampes en couronne et des miroirs tronconiques conduit à un éclairage parfaitement uniforme sur un cercle dont le diamètre peut atteindre 40 à 80 mm ce qui permet d'analyser en meme temps la teinte moyenne d'une portion de surface relativement grande. - La suspension du bloc optique par des rayons disposés entre les lampes électriques a pour effet qu'aucune ombre ne se projette dans la tache lumineuse et ne vient perturber la mesure qui conserve donc toute sa précision. Les deux photo-résistances étant montées symétriquement sont portées à la même température et les changements de température ne perturbent pas la précision de la mesure. Un résultat intéressant, lié à l'application particulière au contrôle de fabrication du ciment superblanc, réside dans le fait que l'appareil selon l'invention permet un contrôle continu de fabrication "in situ" avec une très grande précision et en détectant des nuances de blanc imperceptibles à l'oeil ce que ne permettent aucun des appareils colorimétriques existant. La description ci-après est relative à un mode de réalisation d'un appareil conforme à l'invention donné à titre d'exemple, sans caractere limitatif, en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une coupe longitudinale de l'appareil selon la ligne I I de la figure 3. La figure 2 est une autre coupe longitudinale selon la ligne II II de la figure 3. La figure 3 est une coupe de l'appareil passant par le plan III III perpendiculaire à l'axe x x' de l'appareil. La figure 4 est une représentation schématique des circuits électroniques. Les figures 1, 2 et 3 représentent un capteur colorimétrique différentiel désigné dans son ensemble par la référence 1. Ce capteur comporte une gaine cylindrique 2, ouverte à ses deux extrémités, de révolu- tion autour d'un axe x x'. Dans le plan médian III III perpendiculaire à l'axe x x' sont disposées, suivant une couronne, six lampes électriques 3 régulièrement espacées. Le nombre de lampes peut évidemment être différent mais il s'agit toujours de plusieurs lampes de sorte que la lumière projetée sur une surface placée à proximité de l'une des ouvertures de la gaine est uniformément répartie. On utilise, par exemple, des petites lampes 7 volts alimentées en 6 volts pour accroître leur longévité. Les lampes 3 sont facilement amovibles. Elles sont vissées dans des manchons filetés 4, qui sont vissés dans la paroi de la gaine 2 et bloquées par des contre-écrous 5. Un bloc optique 6 est disposé au centre de la gaine 2, coaxial à celle-ci. Le bloc optique 6 est constitué par un bottier 7 délimitant une cavité interne 8 dans laquelle sont logées deux photo-résistances 9. Il est traversé de part en part par des alésages 10 dans lesquels sont vissés des tubes porte-objectifs 11 portant une lentille convergente 12. Le bloc optique est maintenu en place et centré par des rayons 13 disposés dans le plan III III, vissés de façon amovible dans la paroi de la gaine et bloqués par des contre-écrous 14. Des diaphragmes 15 et 16 obturent en partie les extrémités ouvertes de la gaine. Des disques transparents de verre ou de méthacrylate de méthyle 17a et 17b protègent le bloc optique et les sources lumineuses. Un fourreau cylindrique 18 enveloppe le logement en creux dans lequel sont situés les raccordements électriques des lampes et les contre-écrous 5 et 14. Les faces internes de la gaine 2, dans la partie située entre les disques 17a et 17b, sont revêtues d'un produit réfléchissant et constituent des miroirs tronconiques 19 et 20, qui divergent légèrement vers les extrémités de la gaine. Les rayons 13 soutenant le bloc optique sont composés de deux parties : une tige 13a qui est vissée dans la paroi externe du bloc optique et qui se termine par un cône mâle et une tige filetée 13b, de diamètre lé gèrement supérieur, qui traverse la paroi de la gaine 2 dans laquelle elle se--visse. L'extrémité de la tige 13b située à l'intérieur de la gaine 2 est terminée par un cône femelle dans lequel se loge ledit cône mâle. Le fonctionnement est le suivant. La gaine 2 est placée en face d'une surface dont on désire mesurer la teinte, par exemple, à 15 mm environ au-dessus d'une couche de ciment superblanc convoyée par une sole tournante à la sortie de-colorateur Cette couche se trouve, par exemple, en face du diaphragme 15 et une tache lumineuse circulaire, dont le diamètre est sensiblement égal à celui de l'ouverture du diaphragme est projetée sur le ciment. L'appareil décrit procure un éclairement très uniforme sur toute l'étendue de la tache lumineuse, sans projection d'ombre grâce à la multiplicité des sources lumineuses et de leurs images dans les miroirs 19 et 20. De la meme façon et à la même distance on dispose, en face du diaphragme 16, une surface ayant une teinte de référence bien déterminée dans l'échelle des teintes, par exemple, une plaque en ciment blanc consolidé ou une plaque en céramique dont la blancheur ss = 860. L'appareil projette également sur cette plaque une tache lumineuse circulaire uniformément éclairée. Les lentilles convergentes 12 captent les faisceaux de lumière réfléchie et les focalisent sur la surface sensible des photo-résistances 9. La figure 4 représente schématiquement les circuits électroniques. Les photo-résistances 19a et 19b sont incorporées dans deux branches juxtaposées d'un pont de résistances comprenant également les résistances 21a et 21b. De préférence, on place en série avec chacune des photo-résistances une thermistance 22a et 22b dont le coefficient de variation en fonction de la température est sensiblement opposé au coefficient de variation des photo-résistances. Ces thermistances ou résistances à coefficient de température négatif sont disposées à l'intérieur du bloc optique 6 et portées à la même température que les photo-résistances. La fonction de ces thermistances est d'éviter des variations de sensibilité en extrémité d'échelle. LegalvanomètreA mesure le courant différentiel qui circule dans la diagonale du pont lequel est sensiblement proportionnel à la différence d'éclairement des deux photo-résistances donc fournit une mesure de la différence de teinte entre la surface observée et la surface de référence. Les circuits comportent deux potentiomètres 23 et 24 pour l'étalon- nage de l'appareil. Pour faire l'étalonnage du zéro, on présente en face du diaphragme 15 une surface étalon ayant une teinte identique en principe à celle de la surface de référence présentée devant le diaphragme 16. C'est-à-dire une blancheur ss = = 86. L'aiguille d ~galyånometre A doit alors indiquer le zéro. Si ce n'est pas le cas on la ramène à zéro en équilibrant le pont au moyen dû potentiometre 23. On remplace ensuite ladite surface étalon par une autre dont la blancheur bien déterminée diffère légèrement de celle de la précédente, par exemple, une surface dont la blancheur ss = 88 . Dans ce cas, l'aiguille de ~galyannètre doit marquer 100. Si ce n'est pas le cas, on fait varier la tension d'alimentation du pont grâce au potentiomètre 24 jusqu'à ce que ce résultat soit atteint. Le colorimètre eSt alors étalonné de sorte que sa graduation totale correspond à deux degrés ss. Les potentiomètres 23 et 24 peuvent etre motorisés et la gaine 2 peut également etre montée rotative sur un arbre et motorisée. Dans ce cas, on peut faire périodiquement un étalonnage automatique en cnmnandant les rotations successives de la gaine au moyen d'un programmateur, en comparant le courant qui circule dans la diagonale du pont avec un courant de référence tantôt nul tantôt égal à celui qui correspond à la graduation totale da @@@nomètre et en agissant automatiquement sur les potentiomètres motorisés pour annuler la différence s'il y en a une. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications équivalentes pourront etre apportées par l'homme de l'art au colorimètre qui vient d'erre décrit uniquement à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1 - Produit nouveau constitué par un.-colorimètre pour détecter et mesurer une différence de teinte entre une surface observée et une teinte de référence comportant deux photo-résistances placées dans deux branches- jug;taposées d'un pont de résistances du type pont de Wheatstone et éclairées par des faisceaux de lumière réfléchis par ladite surface et par une surface ayant ladite teinte de référence et un ampèremètre qui mesure le courant différentiel qui circule dans la diagonale du pont, lequel colorimètre est caractérisé en ce qu'il est composé - d'une gaine cylindrique, ouverte à ses deux extrémités en face desquelles sont placées, à faible distance, la surface observée et ladite surface ayant ladite teinte de référence;; - d'une pluralité de lampes électriques disposées régulièrement espacées suivant une circonférence, à l'intérieur de ladite gaine, dans le plan médian perpendiculaire aux génératrices de la gaine - de deux miroirs tronconiques, coaxiaux avec la gaine, disposés à l'intérieur de celle-ci symétriquement par rapport au plan médian perpendiculaire aux génératrices de la gaine lesquels miroirs divergent vers les extrémités de la gaine ; - d'un bloc optique placé au centre de ladite gaine coaxial avec celle-ci et symétrique par rapport audit plan médian, lequel bloc est composé d'un boîtier creux dans lequel sont placées les deux photo-résistanees et porte, à chacune de ses extrémités, une lentille convergente qui capte la lumière réfléchie entrant dans la gaine et la focalise sur l'une desdites photo-résistances. 2 - Colorimètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bloc optique est maintenu centré dans la gaine au moyen de rayons disposés dans ledit plan médian, entre lesdites lampes électriques. 3 - Colorimètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun desdits rayons est constitué de deux parties : une première tige vissée dans la paroi du bloc optique terminée à son extrémité libre par un embout conique et une deuxième tige filetée, de diamètre légèrement supérieur, traversant la paroi de ladite gaine dans laquelle elle se visse et portant, à son extrémité placée à l'intérieur de ladite gaine, un embout conique qui coopère avec l'embout de la première tige. 4 - Colorimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les extrémités de la gaine sont obturées partiellement par des diaphragmes. 5 - Application d'un colorimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 au contrôle continu ,par comparaison avec une teinte de référence très voisine, de la teinte d'un produit fabriqué qui circule en continu sous forme d'une bande ou d'un tapis de particules, caractérisée en ce que l'on dispose ladite gaine du colorimètre perpendiculairement à la surface du produit mobile observé, une des ouvertures de la gaine étant à très faible distance de celui-ci et on dispose, en face de la deuxième ouverture de ladite gaine, à la même distance de celle-ci, une surface ayant ladite teinte de référence. 6 - Application selon la revendication 5 à la mesure continue de la différence entre la teinte d'un produit fabriqué en continu et une première teinte de référence, caractérisée en ce que ladite mesure est exprimée en pourcentage de la différence de teinte existant entre ladite première teinte de référence et une deuxième teinte de référence voisine et on étalonne l'appareil en présentant d'abord en face de l'ouverture de la gaine destinée à être placée face au produit observé une surface dont la teinte est identique à ladite première teinte de référence et on équilibre le pont de résistances de façon que le courant différentiel soit nul,ensuite on présente en face de la même ouverture de la gaine une surface dont la teinte est identique à la deuxième teinte de référence et on agit sur la tention d'alimentation du pont de façon que l'intensité du courant différentiel devienne égale à l'intensité qui correspond au maximum de l'échelle de l'appareil de mesure. 7 - Application selon la revendication 6 à la mesure continue de la blancheur d'un ciment superblanc qui circule sur une sole ou un convoyeur, ladite mesure de blancheur étant exprimée en pourcentage de la différence entre deux teintes limite très voisines ayant des indices de blancheur ss bien déterminés dont la différence est égale à 2 degrés de l'échelle, caractérisée en ce que l'on rend la surface supérieure du tapis de ciment plane et lisse ; on dispose le colorimètre verticalement au-dessus dudit tapis de ciment de sorte que son ouverture inférieure soit très voisine de celui-ci et on place en fa ce. de la deuxième ouverture du colorimètre une plaque de ciment ou de céramique dont la teinte est très voisine de l'une des deux teintes limite et on étalonne l'appareil en présentant successivement en face de l'ouverture inférieure deux surfaces dont la teinte correspond à chacune des deux teintes limite.