Brevet FR2459472A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne les ensembles de balayage d'un objet mobile, destinés à recevoir des radiations électromagnétiques émises ou réfléchies par un tel objet. Elle s'applique en particulier mais non exclusivement aux ensembles de balayage du type utilisé dans un appareil de triage automatique de minerais. Dans un appareil de triage automatique de minerais, toutes les roches d'un courant doivent être caractérisées en fonction de la présence ou de l'ab- sence d'une propriété choisie. La propriété choisie comme critère de triage dépend de la nature du minerai traité, mais il existe des minerais qui peuvent être triés sur la base d'une évaluation des radiations électromagnétiques émises ou réfléchies par les roches qui se déplacent. Par exemple, certains minéraux pré- sentent une luminescence de fluorescence lorsqu'ils sont exposés à des radiations ultraviolettes, et ces minéraux peuventêtre détectés lorsque les roches mobiles sont baignées de radiations électromagnétiques, par ba- layage de ces roches irradiées à l'aide d'un dispositif optique qui détecte la lumière émise par la fluorescen- ce des minéraux à sélectionner. D'autres minéraux peu- vent être détectés d'après un contraste de couleur, par réflexion de lumière visible vers un ensemble de bala- yage optique. Dans un tel ensemble de balayage optique ac- tuellement utilisé dans un appareil de triage automa- tique de minerais, la lumière réfléchie ou émise par une roche mobile est focalisée par un objectif sur une ouverture fixe, et la lumière transmise par cette ouverture tombe sur un dispositif photoélectrique qui forme des signaux électriques. L'ouverture est en géné- ral sous forme d'une fente allongée, transversale à la direction de déplacement des roches du minerai et suffisamment longue pour qu'elle délimite une zone d'observation plus large que chaque roche passant au niveau de l'appareil de balayage. Lorsqu'une roche passe en face de cet appareil, le dispositif photo- électrique forme des signaux électriques représenta- tif s de la lumière provenant d'un segment ou d'une bande transversale de la surface de la roche, corres- pondant à la zone d'observation de l'ouverture. Les radiations peuvent être dues à une source unique.in- tense placée dans la zone d'observation ou à une accu- mulation d'un certain nombre de plus petites sources, et l'ensemble ne peut pas faire une distinction nette entre les sources intenses et le fond continu. En outre, aucune indication ne porte sur l'emplacement précis des sources individuelles placées dans la zone d 'observation. L'invention concerne un appareil de balayage qui permet une distinction bien meilleure entre le fond continu et les signaux dus aux sources à détecter. Ils permettent aussi la détermination plus précise des positions des sources individuelles, et cette carac- téristique, comme décrit plus en détail dans la suite, est particulièrement avantageuse dans le cas des appareils de triage de minerais sous forme d'un cou- rant d'orientation quelconque dans lequel les roches successives ne se déplacent pas obligatoirement sui- vant un môme trajet. L'inventi on concerne ainsi un appareil de balayage d'un objet mobile, destiné à recevoir des radiations électromagnétiques émises ou réfléchies par cet objet, cet appareil comprenant un dispositif comportant une lentille et destiné à recevoir des radiations de l'objet mobile et à les mettre sous forme d'un faisceau, un détecteur destiné à recevoir les radiations du faisceau, un organe mobile destiné à intercepter le faisceau et comportant au moins une ouverture qui, lors du déplacement de l'organe mobile, assure un ba- layage transversal périodique de la section du f ais- ceau, et un dispositif destiné à déplacer l'organe mo- bile à vitesse réglée. L'appareil peut comprendre un organe fixe ayant une ouverture placée sur le trajet du faisceau, et l'ouverture de l'organe mobile peut se déplacer devant l'ouverture de l'organe fixe. Dans ce cas, l'organe mo- bile peut être disposé afin qu'il intercepte le fais- ceau avant l'ouverture formée dans l'organe fixe. L'ouverture de l'organe mobile peut faire partie d'une série d'ouvertures espacées le long de l'organe mobile, dans la direction de déplacement de celui-ci, afin que chacune des ouvertures balaie pério- diquement la section du faisceau. L'organe mobile peut être de type rotatif, les ouvertures étant espacées circonférentiellement autour de son axe de rotation. Plus précisément, il peut s'agir d'un disque rotatif et les ouvertures peu- vent être séparées circonférentiellement par des dis- tances égales, au voisinage de la périphérie externe. Dans une variante, l'organe mobile peut être sous forme d'une courroie allongée qui se déplace de façon rectiligne transversalement au faisceau et qui a des ouvertures distantes longitudinalement. Plus précisément, les ouvertures de la courroie peuvent être sous forme de fentes transversales. Le détecteur de radiations peut comprendre un dispositif photoélectrique destiné à former des signaux électriques en fonction des radiations élec- tromagnétiques incidentes transmises par l'ouverture de l'organe mobile. Un dispositif peut assurer la répartition des radiations transmises par l'ouverture à plusieurs fais- ceaux ayant des plages différentes de longueurs d'onde, et le dispositif photoélectrique peut comprendre en ré- alité plusieurs capteurs photoélectriques disposés de manière que les faisceaux séparés parviennent chacun sur l'un des capteurs photoélectriques correspondant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une coupe schématique d'un appareil de balayage selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en plan d'une partie de l'appareil de balayage; - la figure 3 représente une partie d'un ap- pareil de triage d'un courant de minerai d'orientation quelconque, comportant une série d'appareils de balaya- ge du type représenté sur les figures 1 et 2; - la figure 4 est une élévation schématique d'une partie d'un appareil de triage d'un courant d'orientation quelconque, l'appareil comprenant une série d'appareils de balayage selon une variante de l'invention; et - la figure 5 est une coupe schématique par le plan repéré par la ligne 5-5 sur la figure 4. La figure 1 représente une roche 11 de mine- rai, se déplaçant comme indiqué par la flèche, au- dessous d'un appareil de balayage optique portant la référence générale 12. Dans un exemple de machine de triage de minerais, la roche il fait partie d'une sé- rie de roches projetées sous forme d'un courant pro- venant de l'extrémité d'une courroie de transporteur se déplaçant à grande vitesse si bien que la roche est en vol libre en face de l'appareil de balayage. Ha- bituellement, un appareil supplémentaire identique à l'appareil 12 mais retourné, est placé sous le trajet des roches afin qu'il balaie la face inférieure des roches lorsque l'appareil supérieur balaie la face su- périeure. L'appareil 12 de balayage baigne la face su- périeure de la roche de rayons ultraviolets si bien que des sources minérales incluses dans la roche présentent une luminescence due à la fluorescence. L'appareil balaie la roche et détecte la lumière visi- ble de fluorescence ainsi que les rayons ultraviolets réfléchis qui peuvent être utilisés comme indication sur la dimension de la roche. Le dispositif 12 de balayage comporte un corps 10 logeant deux lampes 13 à vapeur de mercure, munies de réflecteurs 14, 15 de collimation et de fil- tres 16 transparents aux rayons ultraviolets et ayant une faible largeur de bande. Ces filtres forment deux faisceaux de rayons ultraviolets qui convergent sur la roche et qui baignent la face supérieure de celle- ci de rayons ultraviolets intenses si bien que des sources minérales présentes dans la roche émettent par fluorescence. Le corps 10 est monté à une première extré- mité d'une colonne cylindrique 20 munie d'une lentille 17 et d'une plaque 18 fixée dans le plan focal de la lentille 17. La plaque 18 a une ouverture principale 19 et une ouverture secondaire 21. Comme indiqué sur la figure 2, l'ouverture principale fixe 19 est sous forme d'une fente allongée disposée diamétrale- ment par rapport à la plaque fixe 18 et transversa- lement à la direction de déplacement de la roche. L'ou- verture secondaire fixe 21 est sous forme d'un petit trou rectangulaire distant de l'ouverture principale. Les radiations réfléchies et émises par la face supé- rieure de la roche 11 peuvent passer entre les réflec- teurs 14 des lampes à mercure afin qu'elles parvien- nent sur la lentille 17 qui les focalise sous forme d'une image au niveau de l'ouverture 19 de la plaque fixe 18. Etant donné la réduction de dimension de l'image due à la lentille 18 et pouvant par exemple correspondre à un rapport de 3/1, l'ouverture 19 a un champ de vision suffisant pour qu'il recouvre tou- te la largeur de la roche. Dans les ensembles connus, le balayage est réalisé simplement par déplacement de la roche dans le champ de vision associé à une ouverture fixe telle que l'ouverture 19, les radiations transmises par l'ou- verture parvenant sur-un capteur photoélectrique unique et formant des signaux électriques représentatifs de l'accumulation de la lumière visible reçue sur toute la largeur du champ de vision. Selon l'invention, ce- pendant, le balayage est plus efficace car un organe se déplaçant rapidement a des ouvertures qui balaient pé- riodiquement l'ouverture fixe 19. Les ouvertures qui se recoupent délimitent un champ de vision bien plus réduit qui se déplace rapidement suivant la longueur de la fente 19 et donc transversalement par rapport à la roche. Dans l'appareil de balayage représenté, l'or- gane mobile est sous forme d'un disque rotatif 22 qui dépassedans la colonne 20 afin que sa marge périphéri- que externe recoupe le faisceau de radiations, avant l'ouverture fixe 19. Le disque est monté sur une broche 23 qui est entraînée rapidement en rotation à une vi- tesse réglée par un servomoteur électrique 24, le dis- que et le moteur étant logésdans un carter 30 placé d'un côté de la colonne 20. Comme l'indique la figure 2, le disque 22 a une série de huit ouvertures 25 de balayage sous forme de fentes radiales formées dans la marge périphérique externe du disque avec un espacement circonférentiel constant. Lorsque le disque 22 tourne, les ouvertures balaient successivement l'ouverture fixe 19 d'une extrémité de celle-ci à l'autre. Lorsque chaque ouver- ture balaie l'ouverture fixe 19, elle délimite, avec cette dernière ouverture, un champ réduit de vision qui se déplace rapidement d'une extrémité de la fente 19 à l'autre. Pendant, le court intervalle de temps néces- saire pour que l'ouverture mobile 25 balaie l'ouver- ture fixe d'une extrémité à l'autre, la roche a avancé d'une faible distance si bien qu'elle est balayée sur un segment de sa surface qui n'est pas perpendiculaire à la direction de déplacement de la roche mais qui est légèrement incliné par rapport à cette direction. Lors- que le nombre d'ouvertures 25 de balayage et la vites- se de rotation du disque sont convenablement choisis, les segments successifs balayés à la surface de la ro- che, lors des balayages des ouvertures successives 25, peuvent être contigus dans la direction de déplacement de la roche ou peuvent même se recouvrir légèrement afin que la totalité de la surface de la roche soit balayée. Les radiations électromagnétiques transmises par les ouvertures 19 tombent sur une plaque 26 qui est placée obliquement dans la colonne 20 et qui réfléchit les rayons ultraviolets mais qui transmet pratiquement la lumière visible. La lumière visible transmise par la plaque 26 traverse une plaque 27 d'un filtre qui ar- réte les rayons ultraviolets résiduels et parvient à un capteur photoélectrique 28 qui crée des signaux électriques représentatifs de la quantité de lumière visible reçue dans le champ de vision délimité par l'intersection de l'ouverture fixe 19 et de l'ouver- ture correspondante 25 de balayage. Une lentille 40 de champ peut être montée dans la colonne 20 afin qu'elle permette la disposition à distance du capteur photoélectrique et l'utilisation optimale de la sur- face photosensible de ce capteur et que le courant d'obscurité du capteur soit réduit. La position et la distance focale de la lentille de champ sont choi- sies afin que l'image et la dimension soient appropriées sur le détecteur. La lentille de champ peut être avantageu- sement une lentille convergente de Fresnel, car il n'est pas primordial qu'elle donne une image particu- lièrement nette. Les rayons ultraviolets réfléchis par la plaque 26 parviennent sur un second capteur photoélec- trique 29 qui crée des signaux électriques représenta- tifs de la quantité de rayons ultraviolets provenant du champ de vision. Les capteurs photoélectriques 28 et 29 peu- vent être reliés à un circuit électronique convenable afin qu'ils transmettent des séquences de signaux con- tinues au cours du temps, les signaux du capteur 28 indiquant la présence et l'emplacement de sources fluorescentes dans la roche alors que les signaux du capteur 29 indiquent l'étendue de la surface de la roche. Le nombre de sources importantes par unité de surface de roche peut ainsi être évalué immédiate- ment. L'utilisation du disque rotatif 22 permet aus- si l'utilisation d'un dispositif d'étalonnage continu du capteur photoélectrique 28, par rapport à des si- gnaux normalisés de référence de couleur. Ce disposi- tif peut comprendre deux faisceaux 31 de fibres opti- ques qui partent des réflecteurs 15 de collimation et parviennent au disque rotatif. Une première extré- mité 32 de chaque faisceau dépasse du réflecteur 15 et coopère avec une matière fluorescente donnant une couleur de référence, par exemple une référence de blanc. Les autres extrémités 33 des faisceaux de fi- bres sont rassemblées et présentées au disque rota- tif juste en face de l'ouverture secondaire fixe 21 formée dans la plaque 18. Le disque 22 a une série de huit petites ouvertures 34 disposées de manière qu'elles passent successivement entre les extrémités 33 des faisceaux de fibres et l'ouverture secondaire 21. Chaque ouver- ture 34 est associée à une ouverture 25 de balayage. Plus précisément, les ouvertures 34 sont disposées vers l'intérieur par rapport aux ouvertures 25, et l'ouverture secondaire 21 de la plaque 18 est disposée de manière que chaque ouverture 34 passe en face de l'ouverture fixe 21 juste avant que l'ouverture cor- respondante de balayage atteigne l'ouverture fixe principale 19, compte tenu du sens de rotation du disque. Ainsi, juste avant chaque balayage, le capteur photoélectrique 28 reçoit un faisceau de référence de couleur provenant des faisceaux de fibres optiques et de l'ouverture secondaire fixe 21. Comme l'appareil de balayage représenté sur les figures 1 et 2 donne des indications précises sur la position des sources détectées ainsi que sur la position des roches, une série de tels appareils peut être utilisée pour le balayage d'un courant de roches d'orientation quelconque. La figure 3 correspond à cette caractéristique et représente schématiquement une ligne d'appareils 112 de balayage d'un courant de roches 111 d'un minerai, ayant une orientation quelconque. Les positions des ouvertures fixes 119 en forme de fentes sont indiquées en traits interrompus. Etant donné le grossissement optique des appareils, les fentes ont des champs de vision qui se recouvrent et forment une ligne continue de balayage sur toute la largeur du courant de roches. Dans une variante, le disque rotatif 22 peut être remplacé par une courroie ayant des fentes trans- versales et se déplaçant de façon rectiligne en recou- pant le faisceau de radiations.Les figures 4 et 5 repré- sentent ce mode de réalisation, comprenant une série d'appareils 212 de balayage d'un courant de roches 211 de minerai d'orientation quelconque, sur une courroie 210 de transporteur. Les ouvertures fixes des appareils de balayage sont repérées par la référence 219 et les ouvertures fixes secondaires par la référence 221. Une courroie 222 sans fin a des fentes transversales 225 de balayage et des ouvertures secondaires 234. La courroie est portée par des poulies 240 dont l'une au moins est menée si bien que la courroie défile à grande vitesse dans les faisceaux de radiations de tous les appareils de balayage et les fentes 225 ba- laient les ouvertures fixes 219, les ouvertures se- condaires venant à des moments convenables en face des ouvertures secondaires fixes 221. Cette disposition supprime le problème de la synchronisation des vi- tesses de plusieurs disques séparés de balayage. L'appareil représenté n'a été décrit qu'à titre purement illustratif et permet des variantes importantes. Par exemple, dans de nombreuses appli- cations, une mesure de la surface des roches est superflue et, dans ce cas, le second capteur photo- électrique 29 peut être éliminé, un seul capteur 28 mesurant la lumière visible formée par fluorescence. Dans un mode de réalisation comportant deux appareils de balayage, placés l'un au-dessus de l'au- tre, une seule courroie analogue à celle qui est re- présentée sur les figures 4 et 5 peut former une boucle verticale afin qu'elle passe sur l'ouverture fixe de l'appareil supérieur, dans une partie supé- rieure de la boucle, et sur l'ouverture fixe de l'appareil inférieur, à une partie inférieure de la boucle. Il faut noter que, dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la section efficace de l'ouverture de balayage formée par l'intersection de l'ouverture mobile et de l'ouverture fixe varie lorsque l'ouver- ture mobile progresse d'une extrémité de l'ouverture fixe à l'autre étant donné l'inclinaison variable de la fente mobile par rapport à la fente fixe. Dans la plupart des applications, cette caractéristique n'a pas d'importance mais, le cas échéant, une correc- tïon convenable peut être effectuée par variation de la largeur de l'ouverture fixe sur sa longueur. Dans une variante importante, la plaque fixe 18 est totalement supprimée et le balayage est simplement assuré par le déplacement des ouvertures de balayage de l'organe mobile. Dans ce cas, les ou- vertures de balayage peuvent être réduites à des trous rectangulaires ou carrés relativement petits, rempla- çant les fentes longues. Cette disposition assure un il balayage d'un trajet courbe si bien que les roches sont balayées suivant une série de festons. Les ouvertures de balayage peuvent aussi être utilisées pour la transmission dessignaux nor- - malisés de référence de couleur, à la place d'ouver- tures secondaires séparées. Cette caractéristique per- met une normalisation véritable et la compensation des petites différences entre les dimensions des ouvertu- res et d'autres paramètres. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préféren- tiel et qu'on pourra apporter toute équivalence tech- nique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil de balayage d'un objet mobile émet- tant ou réfléchissant des radiations électromagnétiques, ledit appareil étant du type qui comprend un dispositif à lentille destiné à recevoir les radiations de l'objet mobile et à les mettre sous forme d'un faisceau, et un détecteur destiné à recevoir les radiations du faisceau, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un organe mobile (22) destiné à intercepter le faisceau et ayant au moins une ouverture (25) qui, lors du dé- placement de l'organe mobile, balaie périodiquement la section du faisceau en direction transversale, et un dispositif (24) destiné à déplacer l'organe mobile à vitesse réglée. 2. Appareil selon la revendication 1, du type qui comprend un organe fixe ayant une ouverture placée sur le trajet du faisceau, ledit appareil étant carac- térisé en ce que l'ouverture (25) de l'organe mobile balaie l'ouverture (19) de l'organe fixe (18). 3. Appareil selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'organe mobile nière qu'il intercepte le faisceau avant qu'il par- vienne à l'ouverture (19) de l'organe fixe (18). 4. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ouverture (25) de l'organe mobile fait partie d'une série d'ouvertu- res espacées le long de l'organe mobile (22) dans la direction de déplacement de celui-ci si bien que cha- cune des ouvertures balaie périodiquement la section du faisceau. 5. Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce que l'organe mobile est un organe rotatif (22) ayant des ouvertures (25) distantes circonféren- tiellement autour de son axe de rotation. 6. Appareil selon la revendication 4, caracté- riséen ce que l'organe mobile est sous forme d'une cour- roie allongée (222) se déplaçant transversalement au faisceau suivant un mouvement rectiligne et ayant des ouvertures (225) distantes longitudinalement. 7. Appareil selon la revendication 6, caracté- risé en ce que les ouvertures (225) formées dans la courroie sont sous forme de fentes transversales. 8. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que le détecteur de radiations comporte un dispositif photoélectrique (28) destiné à créer des signaux électriques en fonc- tion des radiations électromagnétiques incidentes, transmises par l'ouverture de l'organe mobile. 9. Appareil selon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (26) destiné à séparer les radiations transmises par l'ou- verture (19) en plusieurs faisceaux ayant des plages différentes de longueurs d'onde, et le dispositif photoélectrique comprend un nombre de capteurs photo- électriques (28, 29) égal au nombre de faisceaux, disposés de manière que les faisceaux séparés parvien- nent chacun sur un capteur photoélectrique séparé. 10. Appareil selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'il comprend un dispositif (13) destiné à éclairer un objet mobile qui doit être balayé, et un dispositif d'étalonnage destiné à transmettre des radiations de couleur normalisée au dispositif photo- électrique (28) afin que celui-ci soit étalonné, le dispositif d'étalonnagecomportant au moins un guide lumineux (31) à fibres optiques dont une extrémité est exposée à la lumière du dispositif (13) d'éclaire- ment et est revêtue d'une matière qui, lorsqu'elle re- çoit cette lumière, forme un faisceau d'une couleur de référence transmis le long du guide lumineux, l'au- tre extrémité de ce dernier étant disposée de manière qu'elle transmette le faisceau de couleur de référence au dispositif photoélectrique (28) suivant un trajet qui est intercepté par l'organe mobile (22) dont le mouvement provoque l'exposition périodique du dispositif photoélectrique au faisceau de couleur de référence.