Brevet FR2327527A1 — publié le 19770506

La presente inyention concerne un dispositif de mesure ou d'analyse de la couleur d'objets ou de matières telles que les textiles. Elle se rapporte plus particulièrement a un nouveau dispositif conçu pour éclairer un échantillon de tissu maintenu immobile et recevoir ou collecter la lumiere diffuse qui est réfléchie par l'échantillon. On contact divers instruments pour mesurer la reflectance des échantil- lons de textiles, afin d'analyser les caractéristiques de couleur de ces derniers. On peut, en général classer ces instruments en deux catégories, La première catégorie concerne les appareils de mesure directe des valeurs tristimulus. La deuxième catégorie concerne les instruments basés sur le principe de l'analyse de la couleur a l'aide d'un spectrophotometre qui mesure la réflectance pour différentes longueurs d'ondes choisies dans le spectre visible. On éclaire l'échantillon à tester, et on détecte la lumière qu'il réfléchit.Comme la lumière réfléchie totale comprend à la fois une composante spéculaire et une composante "diffuse", et puisque la composante spéculaire fausse les analyses, il est courant de dissocier ces composantes de diverses façons. La composante diffuse est celle qui sert pour la mesure des vraies caracteristiques de couleur de l'échantillon. Comme on le sait, dans la mesure des couleurs des tissus les problees proviennent de la très faible épaisseur de ces derniers. Dans le cas d'échantillons minces, la lumière peut traverser l'échantillon, frapper une quelconque platine de support de l'echantillon, être réfléchie par cell-e-ci et retraverser le tissu (I'échantillon), ce qui a pour effet de présenter à la détection, une lumière comprenant des composantes spectrales provenant de la platine de support. Cette platine est nécessaire si l'on veut éviter toute perte de lumiere.Pour minimiser ce problèmes on a utilise les techniques suivantes: On se sert de plusieurs couches d'échantillons minces de la même nature au lieu d'une seule couche, ou on emploie des platines de support noires ou blanches, en faisant intervenir, pour toute mesure, certaines formes de correction ou de compensation. La présente invention a donc pour objet un dispositif, qui maintient immobile un échantillon pendant que l'on éclaire ce dernier, et que l'on capte la lumière diffuse réfléchie par l'échantillon. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour l'analyse de la couleur des tissus dans laquelle la lumière est fournie et collectée par des faisceaux de fibres optiques, L'invention a encore pour objet un dispesitif dans lequel les éléments de captage de la lumière sont disposés en dehors du trajet principal de tout rayon lumineux spéculaire provenant de l'échantillon1 Le dispositif selon l'invention comprend une tête opaque dans laquelle est ménagée un alésage recevant l'extrémité d'un faisceau de fibres optiques qui acheminent la lumière servant a éclairer l'échantillon à tester. La tête comprend une cavité qui s'ouvre à son extrémite inférieure et l'ouverture est bouchée par une plaque de verre traitee avec un produit anti-reflets, afin de réduire les réflexions de surface.Un mécanisme de levage, commandé manuellement, sert à mettre un échantillon à tester en contact avec la tête, la partie supérieure du mécanisme de levage (c'est la platine de support) possédant un tampon fait d'une matière translucide qui prend la couleur de l'échantillon du tissu lorsque ce dernier est éclairé. Le tampon presse l'échantillon contre la surface externe de la plaque de verre. Plusieurs faisceaux supplémentaires de fibres optiques ont leurs extrémités montées ou branchées sur la tête, pour capter la lumière réfléchie par l'échantillon et la transmettre à un spectrophotomètre ou à un analyseur de lumière d'un genre différent. Les extrémités sensibles de ces faisceaux se trouvent en dehors du trajet direct des rayons de lumière provenant de la réflexion spéculairer de façon à ne recevoir principalement que la lumière réfléchie diffuse. La cavité formant l'intérieur de la tête a ses parois noircies, de façon à minimiser les réflexions internes. D'autres objets, caracteristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de 1 'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préfère de celle-ci. La figure 1 est une vue de cotés de la realisation préférée de l'invention. La figure 2 est une vue de face, du dispositif de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus, selon les références 3-3 de la figure 2. La figure 4 est une vue de côté du mécanisme de positionnement, selon la coupe 4-4 de la figure 2. La figure 5 est une vue en coupe, agrandie, de la tete et du tampon support, un échantillon étant maintenu entre ces deux parties. La figure 6 est une vue, selon la coupe 6-6, de la figure 5 de l'extrémi- té du faisceau de fibres optiques 54 de lecture. En se référant maintenant-aux dessins, et particulierement aux figures 1 et 2, l'invention comprend une tête 11, immobile, positionnee au dessus d'un support d'échantillon 12 pouvant coulisser verticalement, et fixée sur un socle en métal 10. Le socle 10 comporte plusieurs plaques 13à 17-assemblées entre elles de façon conventionnelle (elles sont soudées entre elles ou bien assemblées au moyen de vis, boulons et écrous). Les plaques 14 et 13 sont parallèles et horizontales, la plaque 13 se trouvant au-dessous de la plaque 14, sur laquelle est montée la tête 11, et les plaques 13 et 14 sont solidaires d'une plaque verticale 15. Les plaques 16 et 17 se trouvent à la face inférieure de la plaque 13, et sont prévues pour reposer sur un support, tel qu'un dessus de table solidaire de l'instrument, placé de façon à ce qu'un opérateur ait l'accès facile pour placer l'échantillon, entre la tête 11 et le support 12. Le support 12 comprend un arbre cylindrique vertical 23, dont l'extrémité supérieure 24 a un rayon supérieur à celui du cylindre 23 et comporte un tampon 25 encastré, la face supérieure de la partie 24 ainsi que la face supérieure du tampon 25 étant planes et horizontales. Le cylindre 23 coulisse dans un alésage cylindrique 26 ménagé au travers d'une pièce conique 27 montée sur la plaque 13 -au-dessous de la tête 11. Des coussinets 28 guident le mouvement vertical du cylindre 23 entre les positions en trait plein et trait pointillé montrées sur la figure 1. L'extrémité inférieure de l'arbre 23 comporte une fente 29 qui reçoit une extrémité d'un bras radial 30 fixé à un arbre, 31, pour tourner solidairement avec ce dernier. L'arbre 31 est porté par les plaques 16 et 17, et a son extrémité 46 (dont le rayon est supérieur à celui de l'arbre 31) solidaire de la poignée 40. Une tige 41 occupe l'intérieur de la poignée 40 et traverse le pommeau 42, lequel est vissé à l'extrémité superieure de la poignée 40. Le bout supérieur de la tige 41 depasse de la surface du pommeau 42 > de façon telle qu'en appuyant dessus, manuellement, on déclenche le mécanisme de blocage, comme cela est décrit un peu plus loin. Un ressort comprimable 43, placé à l'intérieur du pommeau 42 fait coulisser la tige 41 vers le haut, de façon à ce que son extrémité dépasse de la surface du pommeau. L'extrémité inférieure de la tige 41 présente une fente et est articulée à un organe d'arrêt coudé 44 sollicitant le dispositif de blocage 45 monté sur la plaque 17 à laquelle il est adjacent. Un second bras radial 33 prolonge diamétralement le bras 30, par rapport à l'axe de l'arbre 31. Le bras 33 vient buter sur l'extrémité inférieure d'un doigt vertical 34. La partie inférieure de la fléchette peut glisser à travers la plaque 13, et son extrémité superieure, d'un diamètre réduit, occupe l'intérieur d'une tige filetée 35, laquelle est monté dans une pièce taraudée 36, solidaire de la plaque 14. La pièce 35 est libre de tourner dans la pièce 36 et peut donc se déplacer verticalement afin que l'on puisse régler la force de compression d'un ressort 38 placé entre l'extremite de la pièce 35 et un épaulement du doigt 34. A la partie supérieure de la pièce 35, on peut reserrer l'écrou de blocage 37 contre la piece 36 pour assurer le mécanisme de contrainte. L'organe d'arrêt 44 sert a verrouiller le support coulissant 12 en position basse (figurée en traits pleins sur la figure 1). La face inférieure de la platine 24 se trouve alors légèrement au-dessus de la partie superieure de la piece 27. Dans cette position le ressort 38 contraint l'arbre 31 à faire buter l'organe d'adret 44 contre le dispositif de blocage 45, empêchant ainsi tout mouvement du support 12, vers le haut. On peut faire s'élever ce support en saisissant la poignée 40, en le tirant légèrement et en appuyant sur l'extrémité de la tige 41, qui depasse de la surface du pommeau, ce qui a pour effet de degager en le faisant pivoter l'organe d'arrêt 44 du dispositif de blocage 45; on peut alors pousser la poignée 4Q en avant, ou la déplacer grâce au ressort 38.Après cela, on peut relâcher la tige 41, et le support 12 peut monter jusqu'à sa position haute, figurée en pointille, figure Â. On fait redescendre le support 12 en tirant vers soi la poigne 40, jusqu'à ce que l'organe d'arrêt 44 vienne buter sur le dispositif de blocage 45 et assure sa fonction de blocage. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, la tête 11 est constituée par un boiter 52 associé à un premier faisceau de fibres optiques 53, prévu pour être branche à son autre extrémite (non représentée sur les figures) à un instrument du genre spectrophotomètre dont il doit recevoir la lumière afin d'eclairer l'échantillon 50. Quatre autres faisceaux de fibres optiques 54 sont associes a la tête 11, pour recevoir la lumière diffuse réfléchie par l'échantillon 50, et la transmettre à l'instrument, afin qu'elle soit analysée. Les quatre faisceaux 54 sont disposes sur un cercle, et sont distants chacun de 90" s-ur le bottier 52.La figure 5 est une vue en coupe selon un plan perpendiculaire à un diamètre de la tête 11, diamètre choisi de telle façon que l'on puisse voir deux faisceaux 54. Chacun des faisceaux de fibres optiques est de construction conventionnelle, composé de brins de fibres optiques orientés de façon aléatoire et dont les extrémites sont solidement attachées à l'aide de bagues standards ayant un diamètre terminal réduit, et enfichées dans le bottier 52. Les fibres se trouvant aux extrémités inferieures des faisceaux 54 sont disposées selon des rectangles allongés ou rainures 57 s'étirant horizontalement en travers de ces extrémites inférieures. Les fibres se trouvant a l'extrémité inférieure du faisceau 53 sont disposées en cercle et fournissent l'éclairage pour l'échantillon à tester 50. Les extrémites inférieures des faisceaux 54 se trouvent aux extrémités superieures des alésages 60 pratiqués dans le bottier 52, leurs axes faisant un~angle de 45. degrés avec l'axe du boîtier 52,. et sont séparés les uns des autres par des angles de 9Q", les faisant coïncider avec l'espacement des faisceaux 54. Les alesages 6Q s'ouvrent dans un alésage cylindrique 62 s'ouvrant lui même vers le bas du boitier. Une monture circulaire 66 et un joint torique 65 maintiennent un disque en verre 64 à la base (partie ouverte) de l'alésage 62. La monture 66 est solidaire du boîtier 52, elle peut être fabriquée séparément et soudée ou visse contre ce dernier.Le diamètre extérieur de la monture 66 correspond à celui du support 24. Le diamètre du tampon 25 est légèrement supérieur à celui de l'alésage cylindrique 62, de façon à se trouver au-dessous, et d'obstruer ou couvrir l'ouverture de cet alésage. On peut fabriquer la tête 52 en aluminium, et anodiser en noir et peindre avec de la peinture anti-reflets noire les surfaces internes, afin de minimiser les réflexions internes. Le disque 64 est de préférence en verre de quartz avec de faibles caractéristiques d'absorption pour les longueurs d'onde du spectre visible. Les faces planes et paralleles, portent un revêtement antireflets, destine à réduire les réflexions surfaciques. La position des rectangles 57 (aux extrémités inférieures des faisceaux 54) a de l'importance, puisqu'ils sont placés de façon à minimiser les effets des réflexions spéculaires à l'intérieur de la tête Il. Pour comprendre ceci., les trajets de deux rayons lumineux, 70 et 72, sont représentés sur la figure 5. Lorsqu'elle sort des extrémites inférieures de chaque brin de fibre optique, la lumière s 'étend normalement avec un angle qui dépend de l'indice de réfraction de la colonne centrale de la fibre ainsi que du revêtement. On peut choisir un angle de 16", assez representatif. Le rayon 70 représente le cas extrême d'un rayon émis par la fibre optique la plus à gauche du faisceau 53, rayon suivant la génératrice de gauche du cône de lumière emis par ce brin. Le rayon 70 traverse la cavité cylindrique 62, et est réfracté dans l'épaisseur du disque 64; il est ensuite réfléchi par la surface de l'échantillon 50, retraverse le disque 64, puis la cavite 62, en sens inverse cette fois-ci, et pénètre dans l'alésage 60 ou il frappe la paroi en 74, qui le réfléchit et manque le rectangle 57. Le rectangle 57 est ainsi disposé dans l'alésage 6Q a un endroit oû il n'y a pas de chemin de réflexion directe pour les rayons de lumière spéculaire provenant des faisceaux de fibres optiques, et où un tel rayon direct doit être réfléchi plus d'une fois par les parois internes du boîtier 52 avant d'atteindre le rectangle 57.En vertu des faibles caractéristiques de réflexion de l'intérieur noir du bottier 52,- toute lumiere de nature spéculaire qui atteint le rectangle 57, est etrémement faible. A l'autre extrême, le rayon 72 traverse la cavité 62 puis traverse la plaque 64 du haut vers le bas, est réfléchi par la surface de l'échantillon 50, retraverse la plaque 64 puis la cavité 62 du bas vers le haut, jusqu'au point 76 ou il repart traverser la cavité 62 et la plaque 64 du haut vers le bas, est réfléchi une deuxieme fois par la surface de I'échantillon, retraverse encore la plaque 64 et la cavité 62 du bas vers le haut, frappe le point 77 ou il est réfléchi vers le point 78 puis vers 79 puis encore 80.On remarquera qu'a ce stade, ce rayon lumineux a été réfléchi par la surface interne du bottier 52 en cinq points différents, et n'a toujours pas atteint le rectangle 57. On pourrait suivre de façon analogue les rayons lumineux sortant d'autres fibres du faisceau 53 mais aucun ne frappe le rectangle 57 sans avoir au préalable été réfléchi au moins deux fois par les parois internes du boîtier 52. On se sert de la compression du ressort 38 pour contrôler la force avec laquelle le support 12 appuie l'échantillon 50 contre la tête 11. L'échantillon est comprimé sous la force du ressort 38 de façon à ce que le tissu soit plaqué contre la surface inférieure du disque 64. Cette surface fournit un plan de référence, a partir duquel les fibres optiques sont disposées, à distance fixe, ce qui évite ainsi les lectures erronées qui peuvent se produire en l'absence de la plaque 64, du fait que l'étoffe, la bourre ou des fibres pénétrent à l'intérieur de la tête de façon incontrôlée. Afin de ne pas endommager le disque 64, grâce à l'épaisseur de la monture 66 ce dernier n'entre pas en contact avec la partie superieure du support 24 ou du tampon 25. Un bras radial 82 est solidaire de l'arbre 31, et adjacent a la plaque 16 sur laquelle est monté l'amortisseur à air 83 qui est dans l'alignement de l'extrémité du bras 82, de façon à ce que la tige de manoeuvre 84 bute sur le bras 82.Le mecanisme a amortisseur sert à limiter le déplacement du support 12 en direction de la tête 11, dans le cas où la poigne glisse des mains de l'opérateur ou est lâché par celui-ci, déclenchant le mecanisme de levage, en raison de la force de compression du ressort 38. Le tampon 25 est fabriqué de préférence avec du polyéthylène incolore et doit avoir les caractéristiques optiques suivantes: être translucide, et avoir un indice de réfraction substantiellement égal aux indices de réfraction que l'on rencontre normalement dans les textiles, un tel indice se situant aux environ de 1,5. Des indices proches ou identiques réduisent toute réflexion d'interface. La lumière traversant l'échantillon éclaire le tampon en polyéthylène, ce qui fait que le tampon prend, ou semble être de la même couleur que l'échantillon et la lumiere ainsi réfléchie a donc les mêmes caractéristiques de couleur que l'échantillon. Le tampon n'absorbe pas la lumière provenant de l'échantillon et occasionne une forte diffusion de lumière, réfléchie a partir du tampon et traversant l'échantillon. L'échantillon joue le rôle d'un filtre de transmission. Le tampon satisfait aux conditions de la théorie bien connue de Kubelka Munk pour la résolution des réflexions des couches. Le tampon a une épaisseur réelle de 1,6mm ou même plus grande, un tampon de 3,2mm d'epaisseur convenant bien. Bien évidemment on peut utiliser un tel tampon en dehors du cadre de la présente invention, avec d'autres colorimètres ou spectro photométres dans lesquels la lumière peut se réfléchir à partir d'une platine du support.On peut egalement l'utiliser en association avec la plaque 64, dans d'autres instruments du même genre pour obtenir des lectures précises et répétables L'invention présente donc un dispositif qui permet des mesures et analyses de couleur de haute précision et répétables. Bien que la tête soit conçue de façon à minimiser la detection des composantes spéculaires de la lumière réfléchie, par les faisceaux 54, quelques réflexions spéculaires "passent" quand même, mais cela peut être promptement compensé par la methode de calibration. De plus, il est évident que l'éclairage peut se faire soit avec une lumière monochromatique variable, soit avec une lumière polychromatique avec laquelle la lumière réfléchie peut être analysée à l'aide d'un monochromateur conventionnel. Il a éte constaté que la réflectance de l'échantillon varie selon le degré de pression, la réflectance augmentant lorsque la pression croit de zéro jusqu'à X (où w est une pression au-dessus de laquelle il n'y a plus de changement appréciable de la reflectance). Aussi la force exercée par le ressort 38 doit être réglée de façon à exercer une pression sur l'échantillon dans les limites ou la réflectance ne varie pas en fonction de la pression. Une pression de fonctionnement de 0,33 + 0,15 kg/cm2 psi peut être choisie, bien que l'on puisse se contenter de 0,21 kg/cm2. Au-dessous de 0,21 kg/cm2, la rêflectance dépend trop de la pression. On pense que la pression comprime les fibres textiles jusqu'à ce qu'elles deviennent denses au point de présenter une valeur de réflectance stable ou constante. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représente sur les dessins les caracteristiques essentielles de l'invention appliquées a un mode de réalisation préfére de cellewci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles. sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour analyser la couleur d'un échantillon plat tel qu'un échantillon de tissu, caractérisé en ce qu'il comprend: un boitier opaque formant une chambre dont l'une des parois est munie d'une ouverture, une plaque transparente solidaire dudit boîtier et montee sur ladite ouverture, une plaque support destinée a presser ledit échantillon contre ladite plaque transparente, un moyen d'éclairage donnant dans ledit boîtier du côté opposé a ladite ouverture pour illuminer ledit echantillon a travers ladite plaque transparente, des moyens dans ledit bottier pour recevoir la lumiere diffuse réfléchie par ledit échantillon. 2.- Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les surfaces internes des parois dudit bottier sont peintes en noir de façon a minimiser la réflexion de la lumiere par lesdites parois. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel ladite plaque support presse ledit echantillon contre ladite plaque transparente avec une pression telle que la réflectance dudit échantillon reste constante. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 3 dans lequel ladite plaque support comporte un tampon ayant un indice de re- fraction substantiellement égal à l'indice de refraction dudit échantillon. 5.- Dispositif selon la revendication 4 dans lequel ledit tampon est en polyéthyiene. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit moyen d'éclairage pour illuminer ledit echantillon, et lesdites moyens pour recevoir la lumière réfléchie par ledit échantillon, sont des faisceaux de fibres optiques. 7.- Dispositif selon la revendication 6 dans lequel l'axe du faisceau de fibres optiques illuminant ledit échantillon est perpendiculaire à ladite plaque transparente, les axes des faisceaux de fibres optiques destines à recevoir la lumière réfléchie par ledit échantillon formant-un angle de 45? avec ladite plaqué transparente. 8.- Dispositif selon la revendication 6 ou 7 dans. lequel les extrémités desdits faisceaux recevant-la lumière réfléchie par ledit échantillon sont disposées selon des rectangles allongés de façon a ce que la seule lumière spéculaire interceptée par lesdits faisceaux soit formée par des rayons ayant subi au moins deux réflexions sur les parois dudit boîtier. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite plaque support est solidaire d'un moyen d'entraînement de façon a pouvoir enlever et remplacer ledit échantillon.