Brevet FR2497952A1 — publié le 19820716

Appareil et procédé d'ombroscopie. La présente invention concerne un appareil d'ombroscopie pour l'étude d'un matériau en granulés, cet appareil étant du type comportant un laser fixe émettant un rayon lumineux dirigé sur un dispositif optique susceptible de renvover la lumière vers et à travers un rideau de matériau à ëtudier tombant d'un distributeur, l'appareil comportant également un dis- positif de réception de la lumière ayant traversé le rideau de matériau, ce dispositif engendrant des si- gnaux représentatifs de la lumière reçue, l'appareil comportant également un dispositif de traitement de signaux et, le cas échéant, un dispositif de visualisa- tion des signaux engendrés par le dispositif de ré- ception et traités par le dispositif de traitement. Des appareils et méthodes d'analyse sans con- tact de mélange de gravillons se sont développés récemment, et se divisent en deux groupes basés respectivement sur la diffraction optique et l'ombroscopie. Il s'agit, dans cette dernière méthode, d'examiner les ombres portées par des objets traversant un faisceau lumineux, le plus souvent à des fins de comptage d'éléments. Un granulomètre à laser a déjà été proposé dans un article intitulé "détermination de la compo- sition granulaire de matériaux pulvérulents à l'aide de méthodes sans contact" de VOROBEV et al (Stroitel' nye materialy, MOSCOU, URSS, 1978, n0 7 pp 17-18). L'appareil décrit dans l'article précité, comporte un dispositif à miroir tournant réalisant le balayage lumineux du voile de gravillon. Le dispositif de réception est constitué d'un second miroir tournant synchronisé au précédent. L'inconvénientt d'un erl dispositif est celui d'un appareil utilisant des pièces mecaniques mobiles qui engendrent le pius souvent des réglages délicats et unmanque de fiabilité dans le temps, surtout Lorsque les conditions extérieures sont peu favorables. Le but de l'invention esz de oroposer un appareil d'ombroscopie qui ne présente pas les incon- vénients précités. Il est, plus précisément de rendre le dispositif entièrement statique. Ce but est atteint par l'invention du fait que le dispositif optique est un dispositif fixe trans- formant le faisceau laser reçu en une nappe lumineuse plane s'étendant vers et traversant le rideau de gra- villons sur au moins sa largeur et sous un angle sen- siblement droit avant d'être recueillie par le disposi- tif de réception, ledit dispositif de réception étant disposé dans le plan de la nappe lumineuse et sur la largeur correspondant à la largeur du rideau de granu- lés. Avantageusement, le dispositif optique est constitué d'un cylindre réfléchissant d'axe orthogo- nal à la direction du rayon laser incident. Selon un premier mode de réalisation de l'appareil conforme à l'invention, le dispositif de réception est constitué par une barrette de photo- diodes dont chacune indique la valeur 1 ou 0, suivant qu'elle reçoit ou non de la lumiè-re. Avantageusement, le dispositif de traitement est susceptible d'interroger la valeur du signal déli- vré par les photodiodes de la barrette à chaque inter- valle de temps Et, et de procéder à une digitalisation des ombres portées des gravillons, le disoositif comprenant des mémoires vives sur lesquelles sont stockées ces informations et les moyens de visua- lisation permettant la visualisation des images de gravillons digitalisées sous forme d'une image type télévision. Avantageusement, l'appareil d'ombroscopie comprend en outre des moyens de traitement statistique permettant de délivrer, à partir de ces informations stockées dans les mémoires vives,des courbes granulo- 5. métriques. Selon un second mode de réalisation de l'ap- pareil conforme à l'invention, le dispositif de récep- tion est constitué par une batterie de lentilles au foyer desquelles sont placées des cellules photo-élec- triques analogiques, de façon à engendrer des signaux représentatifs du pouvoir couvrant des granulés. Avantageusement, l'appareil comporte, en dehors de l'ombre portée du rideau de gravillons,une cellule photo-électrique de référence. L'invention concerne également un procédé d'ombroscopie qui se caractérise en ce que l'on trans- forme le faisceau de lumière parallèle en une nappe lumineuse plane s'étendant vers et traversant le rideau de gravillons sur au moins sa largeur et sous un angle sensiblement droit. Selon une première variante du procédé,on recueille la lumière sur des photodiodes qu'on inter- roge à chaque intervalle de temps At et on stocke ces informations sur des mémoires vives, de façon à obtenir une digitalisation des ombres portées des gravillons, cette digitalisation étant susceptible de visualisation et, avantageusement, on traite statisti- quement les ombres digitalisées des gravillons de façon à obtenir des courbes granulométriques. Selon une seconde variante du procédé, on recueille la lumière ayant traversé le rideau de gravillonssur une batterie de lentilles au foyer desquelles on place des cellules photo-électriques analogiques, de façon à engendrer des signaux représen- tatifs du pouvoir couvrant des granulés. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre de deux modes de réalisation con- formes à l'invention, description faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective schématique du premier mode de réalisation d'un appareil conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en plan du dis- positif optique conforme à l'invention; - la figure 3 est une représentation schéma- tique du fonctionnement du dispositif de traitement de la figure 1; - la figure 4 est une vue de l'image "type télévision" représentant l'ombre portée digitalisée d'un échantillon de gravillon obtenue par l'appareil de la figure 1; - la figure 5 est une vue en perspective schématique du second mode de réalisation d'un appareil conforme à l'invention. La figure 1 montre un laser 1 envoyant un faisceau de lumière parallèle 2 sur la surface cylin- drique réfléchissante d'un cylindre 3 dont l'axe 4 est orthogonal au faisceau 2 (figtre 2). Le faisceau de lumière parallèle 2 est alors réfléchi, selon les lois naturelles de la réflection, en un faisceau diver- gent en éventail formant une nappe lumineuse 5. La nappe lumineuse 5 traverse, sous un angle pratiquement droit, un rideau 6 de gravillons tombant d'une bande transporteuse supérieure 7 et repris par une bande transporteuse inférieure 8. La nappe 5 traverse le rideau sur au moins la largeur de ce dernier, l'angle d'ouverture de la nappe étant fonction du diamètre de cylindre 3. L'ombre portée 9 par les gravillons du rideau 6 est détectée au moyen d'une barrette horizon- tale 10 (dans le plan de la nappe lumineuse 5) portant une pluralité de photodiodes 11 adjacentes sur une lar- geur correspondant à la largeur du rideau 6 en tenant compte de la divergence de la nappe lumineuse 5. Il est d'ailleurs aisé de modifier pour une granulométrie donnée la largeur des ombres portées sur les cellules en agissant sur les distances, soit du dispositif optique 3 au plan de chute 6 des gravillons, soit dudit plan de chute 6 à la barrette 10 de photo- diodes. Quant aux photodiodes 11 de la barrette 10, on peut les choisir dans une vaste gamme de diamètres, le choix étant motivé par des questions d'encombrement et de capacité de traitement numérique. Les photodiodes fonctionnent en tout ou rien et donnent un signal de valeur 1 en absence de granulat et un signal de valeur O en présence de granulat. Un système à microprocesseur interroge si- multanément l'état de toutes les cellules de la barret- te et stocke ces informations sur des mémoires vives. Le dispositif de traitement 12 comporte donc un dispositif électronique d'interrogation dont la figure 3 illustre le principe: une photodiode 1l délivre un signal (O ou 1) à un poste 14 de lecture, ce signal est mis en forme par des moyens 15 et stocké dans un registre mémoire 16, la boucle d'interrogation 17 étant réalisée par un microprocesseur. On a visualisé, sur un dispositif de visua- lisation 13 les informations enregistrées en mémoire. On peut visualiser très simplement sur une imprimante les images digitalisées des gravillons. A un instant t, l'état O d'une photodiode (présence de granulat) est représenté par une croix sur l'imprimante, l'état 1 (absence de granulat) laisse un blanc sur le papier, formant ainsi une image sensiblement comparable à une image télévision de chaque granulat (Voir figure 4). Ensuite, différents sous-programmes de dé- pouillement peuvent clasner les images obtenues sui- vant des critères de surfaces, de racine carrée des surfaces, de largeurs maximales, de hauteurs maximales, etc. Il va sans dire que le traitement automatique de ces données, se fait sans difficulté par des moyens de traitement statistique bien connus et dont la descrip- tion n'entre pas dans le cadre de la présente invention. Mais dans les cas o un investissement peu élevé est recherché, il peut même être procédé à un déDouille- ment manuel de l'image type "télévision", par exemple sur histogrammes cumulés pour retrouver les courbes granulométriques classiques. Il est à noter tout de suite que la validité de la méthode proposée dépend de la vérification plus ou moins approchée de certaines hypothèses: 1) Tous les granulats doivent traverser la nappe lumineuse 5 à la même vitesse. Cette hypothèse est relativement bien vérifiée, compte tenu de la faible résistance de l'air pour les granulométries 2/20 qui sont les plus faibles auxquelles est destinée la présente méthode. 2) L'écoulement doit avoir la configuration d'une monocouche. Il semble que pour les faibles gra- nulométries, il y ait risque de formation de paquets. Il est donc nécessaire, d'une part, de tester des granulats parfaitement séchés, et, d'autre part, de dissocier les paquets par incorporation d'un système vibrant (non représenté) aux moyens de déversement du rideau 6 (bande supérieure de transport 7). 3) La répartition des différentes classes granulométriques doit être purement aléatoire, pour que le temps d'obturation moyen pendant un intervalle de temps suffisamment long soit identique pour toutes les cellules 11. Les limitations de la méthode proviennent du pas d'échantillonnage qui dépend de la dimension et de l'espacement des cellules de détection. La di- mension d'une cellule définit la limite inférieure de résolution de l'ombre portée des gravillons, qui, ainsi qu'il a été déjà noté, n'est pas forcément la dimension des gravillons. En fonction des classes de granulométrie étudiées,il peut être choisi des cellules de diamètres différents. Dans des expériences conduites par le deman- deur, on a utilisé, pour des granulats de petites dimensions (c..20mm) une barrette de 32 photodiodes de diamètre 1,8 mm, et pour les coupures plus élevées (jusqu'à 50mm), 32 cellules de diamètre 3,6 mm, en faisant varier dans chacun des cas le rapport entre la distance du dispositif optique au rideau et la distance du rideau aux cellules. Le débit choisi était d'en- viron 10 kg,/minute. En premier lieu, il a été procédé à l'éta- lonnage du système par des billes calibrées que l'on faisait tomber à l'emplacement du plan 6 de chute des gravillons. La vitesse de balayage est réglée de telle façon que pour une catégorie de billes donnée, le nombre de lignes représentant sur la sortie de l'imprimante la hauteur verticale de l'ombre d'une bille soit iden- tique au nombre de points représentant la largeur de l'ombre de la bille. Toute une série d'essais ont été réalisés, après l'étalonnage précité, suivis du tracé de courbes granulométriques. Les courbes granulométriques obte- nues par cette méthode présentent un aspect semblable à celles obtenues de façon classique par tamisage. On a de plus remarqué que l'ajustement de la courbe granulométrique était pratiquement définitif après un seul passage d'un échantillon de granulats et que la réitération des passages n'améliorait pas sen- siblement la précision. L'appareil d'ombroscopie représenté à la figure l,et qui vient d'être décrit, peut donc être qualifié de granulomètre sans contact. Une variante de cet appareil, représentée en figure 5, va maintenant être décrite, et permet de réaliser un appareil donnant des informations sur le pouvoir couvrant des granulés. L'appareil comprend, comme le précédent, un laser 1, un dispositif optique 3 transformant le fais- ceau laser incident 2 en une nappe 5 qui traverse un rideau 6 de gravillons. A la place de la barrette de photodiodes du granulomêtre, l'appareil comprend un dispositif de réception constitué par une batterie de lentilles con- vergentes 18 au foyer desquelles sont placées des cellules photoélectriques analogiques 19, reliées à un dispositif de traitement de signal 20, suivi éven- tuellement d'un dispositif de visualisation 21. La largeur de la lentille détermine le pas d'échantillonnage transversal du voile. Le pas retenu dans les expériences effectuées par le Demandeur est de 50 mm. Chaque cellule délivre un courant électrique proportionnel à l'intensité de l'éclairement qu'elle reçoit, donc à la quantité de lumière que laisse passer l'échantillon de voile correspondant. On peut, en comparant les signaux de chaque cellule, détecter les hétérogénéités éventuelles. Les signaux analogiques sont digitalisés à l'aide d'un convertisseur tension-fréquence, et sont liés au pouvoir couvrant et au débit de gravillons. En choisissant une constante de temps correspondant à l'échantillonnage longitudinal désiré, le dispositif de traitement délivre une valeur représentative du pouvoir couvrant sur l'échantillon concerné. Pour pallier les éventuelles fluctuations du faisceau lumineux, on réserve, en dehors de l'ombre portée du voile de gravillons, une voie à l'éclaire- ment de références à laquelle on associe une cellule de référence 22. On peut ainsi, pour chaque échan- tillon, déterminer un contraste a Io(t) - I(t) I (t) a (t) avec I =(t) = I (0) x o r oû I(t) = quantité de lumière reçue par la cellule de mesure pendant la constante de temps At I0 (0)= quantité de lumière reçue par la cellule de mesure à l'instant t = O (pas de gravillons) Ir (t)= quantité de lumière reçue par la cellule de référence pendant la constante de temps At Ir (O)= quantité de lumière reçue par la cellule de référence à l'instant t = O (pas de gra- villons). Des essais, effectués avec des granulomé- tries 4/6, 6/10, 10/14, 14/20 pour des débits variant de 1,5 à 13 tonnes/heure pour une veine de 100 mm de large ont conduit à des pourcentages d'obscurcissement variant de quelques pour cent à 75 %0 de l'intensité lumineuse nominale. Dans chaque coupure granulomé- trique, il a été constaté une relation linéaire entre le contraste et le débit (ou le pouvoir couvrant), la pente de la courbe variant en fonction de la coupure granulométrique considérée. Naturellement, l'invention n'est pas limi- tée aux deux modes de réalisation décrits mais sa portée est définie par les revendications en annexe. il REVENDICATIONS 1. Appareil d'ombroscopie pour l'étude d'un matériau en granulés, cet appareil étant du type com- portant un laser fixe émettant un rayon lumineux dirigé sur un dispositif optique susceptible de renvoyer la lumière vers et à travers un rideau de matériau à étudier tombant d'un distributeur, l'appareil compor- tant également un dispositif de réception de la lumière ayant traversé le rideau de matériau, ce dispositif engendrant des signaux représentatifs de la lumière reçue, l'appareil comportant également un dispositif de traitement des signaux et, le cas échéant, un dispo- sitif de visualisation des signaux engendrés par le dispositif de réception et traités par le dispositif de traitement, caractérisé en ce que le dispositif optique (3) est un dispositif fixe transformant le faisceau laser reçu (2) en une nappe lumineuse plane (5) s'étendant vers et traversant le rideau (6) de gravillons sur au moins sa largeur et sous un angle sensiblement droit avant d'être recueillie par le dis- positif de réception (11,18), ledit dispositif de ré- ception étant disposé dans le plan de la nappe lumi- neuse (5) et sur la largeur correspondant à la lar- geur du rideau (5) de granulés. 2. Appareil d'ombroscopie selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le dispositif optique est constitué d'un cylindre réfléchissant (3) d'axe orthogonal (4) à la direction du rayon laser inci- dent (2). 3. Appareil d'ombroscopie selon l'une quelcon- que des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de réception est constitué par une barrette de photodiodes (10,11) dont chacune (11) in- dique la valeur 1 ou O suivant qu'elle reçoit ou non de la lumière. 4. Appareil d'ombroscopie selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que le dispositif de traite- ment (12) est susceptible d'interroger la valeur du signal délivré par les photodiodes (11) de la barrette à chaque intervalle de temps At, et de procéder à une digitalisation des ombres portées des gravillons, le dispositif comprenant des mémoires vives sur les- quelles sont stockées ces informations, et les moyens de visualisation (13) permettant la visualisation des images de gravillons digitalisées sous forme d'une image type télévision. 5. Appareil d'ombroscopie selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de traitement statistiques permettant de délivrer à partir de ces informations stockées dans les mémoires vives des courbes granulométriques. 6. Appareil d'ombroscopie selon l'une quelcon- que des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de réception est constitué Dar une batterie de lentilles (18) au foyer desquelles sont placées des cellules photo-électriques analogiques (19) de façon à engendrer des signaux représentatifs du pouvoir cou- vrant des granulés. 7. Appareil d'ombroscopie selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce qu'il comporte, en dehors de l'ombre portée (9) du rideau (6) de gravillons, une cellule photo-électrique de référence (22). 8. Procédé d'ombroscopie pour l'étude d'un matériau en granulé, ce procédé comportant les étapes de réfléchir un faisceau de lumière parallèle émis par un laser vers et à travers un rideau de matériau à étudier, de recueillir la lumière ayant traverse ledit rideau et d'engendrer des signaux représentatifs de cette lumière, de traiter lesdits signaux et, le cas échéant, de visualiser les résultats obtenus, de de faeon à obtenir des informations sur le matériau en granule, caractérisé en ce que l'on transforme le faisceau de lumière parallèle (2) en une nappe lumineuse (5) plane s'étendant vers et traversant le rideau (6) de gravillons sur au moins sa largeur et sous un angle sensiblement droit. 9. Procédé d'ombroscopie selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on recueille la lumière ayant traversz le rideau (6) de gravillons sur une barrette de photodiodes (10, 11) dont chacune (11) indique la valeur 1 ou 0 suivant qu'elle reçoit ou non de la lu- mière. 10. Procédé d'ombroscopie selon la revendica- tion 9, caractérisé en ce qu'on interroge la valeur du signal délivré par les photodiodes (11) à chaque inter- valle de temps At et on stocke ces informations sur des mémoires vives, de façon à obtenir une digitalisation des ombres portées des gravillons, cette digitalisation étant susceptible de visualisation. 11. Procédé d'ombroscopie selon la revendication , caractérisé en ce qu'on traite statistiquement les ombres digitalisées des gravillons de façon à obtenir des courbes granulométriques. 12. Procédé d'ombroscopie selon la revendica- tion 8, caractérisé en ce qu'on recueille la lumière ayant traversé le rideau (6) de gravillons sur une battcrie de lentilles (10) au foyer desquelles on place des cellules photo-électriques analogiques (19), de façon a engendrer des signaux représentatifs du pouvoir couvrant des granulés.