Brevet FR2499717A1 — publié le 19820813

La présente invention concerne un procédé pour identifier les propriétés de surface de bois de charpente, de pièces de bois sciées et de pièces en contreplaqué notamment, en vue d'en déterminer les défauts et qualités. Les bois de charpente sciés ainsi que les pro- duits à base de bois en contreplaqué, devant être utilisés pour diverses applications, sont classés en fonction des propriétés de surface de tels produits. Les facteurs les plus importants qui affectent la qualité (et la résistance) de ces produits sont notamment les noeuds, la carie, le défaut appelé bleuissement, les arêtes vives, le gauchissement de la veine du bois, les passages des vers ainsi que les défauts mécaniques. Le prix des produits à base de bois, de panneaux de particules et de contreplaqué est déterminé par la classification de qua- lité. Les méthodes utilisées à l'heure actuelle pour déterminer les propriétés ou les défauts de surface des bois de charpente ou similaires reposent sur un traçage du plan de l'intensité d'un rayonnement diffusé à partir de la surface, ou au travers de la surface vers laquelle un rayonnement électro- magnétique est émis et dirigé à l'aide d'un système géométri- que spécial. Pour la détection, on a utilisé différents détec- teurs de rayonnement et de lumière ainsi que des caméras video et des cameras matrices à diodes, en fonction de la source de rayonnement utilisée. Lorsque l'on utilise des caméras, il est souvent nécessaire de faire appel à des ordinateurs de grande capacité pour les algorithmes de reconnaissance de configuration et de traitement d'images. Afin de réaliser le tracé des diffé- rents défauts, on a utilisé diverses longueurs d'ondes ainsi que différents filtres de longueurs d'ondes, en fonction des détecteurs et des caméras utilisées. Parmi les sources de rayonnement particulièrement appropriées à la mise en oeuvre d'un tel procédé pour l'examen des surfaces des pièces de bois, on peut citer les lasers qui fournissent un faisceau lumineux polarisé linéairement, cohé- rent, collimaté, monochromatique et de forte énergie. Il est facile de dévier un faisceau laser de manière que toute la surface devant être examinée puisse être analysée. Un faisceau laser peut également être focalisé en un point de très petite dimension, ce qui permet également l'examen de petites parties de surface ayant une dimension de l'ordre du micromètre. La présente invention est basée sur l'utilisa- tion de la dépolarisation et d'un composantcayant une certaine intensité qui en découle, lorsqu'un rayonnement polarisé linéai- rement, de la zone de fréquence optique est diffusé à partir de la surface d'une pièce de bois. Les phénomènes de polarisation et de dépolarisa- tion qui surviennent en liaison avec la diffusion étaient déjà connus au XIXe siècle. Apres le développement du laser, dans les années 1960, un certain nombre de recherches ont été effectuées afin de déterminer l'effet des propriétés de surface sur les paramètres du rayonnement diffusé. TLes recherches correspondantes dans le domaine de la haute fréquence remontent également à une période relativement anciennïe Le brevet finlandais n 53 365 décrit comment la direction de la fibre d'une pièce de bois (sens de la veine du bois) peut être mesurée à l'aide d'un rayonnement polarisé à haute fréquence. Dans la présente invention, on utilise une fréquence, un dispositif ainsi qu'un procédé qui sont différents de ceux mis en oeuvre dans ce brevet finlandais antérieur. Le brevet américain n 3 807 868 décrit un pro- cédé pour mesurer l'orientation des fibres du papier selon lequel un faisceau de lumière polarisée est dirigé perpendicu- lairement au plan du papier, l'intensité de la lumière diffusée est détectée dans deux plans perpendiculaires l'un à l'autre, selon un certain angle par rapport au plan du papier, de ma- - nière à obtenir deux valeurs de paramètre à partir de l'intensi- té lumineuse, l'une de ces valeurs étant obtenue en faisant traverser un polariseur par la lumière diffusée, le plan de polarisation de ce polariseur étant parallèle au plan de pola- risation du faisceau lumineux et l'autre valeur étant obtenue en faisant passer la lumière diffusée au travers d'un pola- riseur dont le plan de polarisation est perpendiculaire au plan de polarisation du faisceau lumineux. Dans les deux plans on réalise les différences des valeurs détectées, le rapport et/o la différence étant utilisée comme mesure de l'anisotropie de l'orientation de la fibre de la pièce mesurée. Cependant, un tel procédé ne peut pas être appli- qué à des pièces de bois. 249971? Lorsque l'on réalise une classification d'une pièce de bois, il est nécessaire d'en examiner toute la surface, par exemple en y réalisant un balayage à l'aide d'un faisceau laser et le système de mesure décrit dans le brevet américain mentionné ci-dessus ne peut pas être appliqué en raison de sa géométrie de détection et du système de traitement de signaux utilisé. Par ailleurs, on a remarqué qu'en ce qui concerne les pièces de bois, le phénomène de la dépolarisation n'est pas lié seulement à la direction de la fibre du bois, étant donné 1O que les dépolarisations provoquées par exemple par la surface d'une pièce de bois saine et par celle d'une pièce de bois pourri diffèrent l'une de l'autre. Un but de l'invention est donc d'apporter un pro- cédé permettant d'obtenir une identification précise des différents défauts de surface d'une pièce de bois et permettre ainsi une sélection et une classification des pièces de bois produites en fonction de leur qualité. Le rayonnement dispersé à partir de la pièce de bois est diffusé. Des mesures montrent que les défauts qui sont présents dans le bois (tels que par exemple des noeuds, des parties cariées, le gauchissement de la veine) provoquent une dépolarisation qui diffère de celle d'une pièce de bois saine, cette dépolarisation pouvant être utilisée de manière simple pour réaliser une identification automatique de ces défauts. Il est également particulièrement important que l'orientation de fibre, qui diffère de celle d'une pièce de bois saine, ressorte également de la dépolarisation (il s'agit notamment du gauchissement de la veine, de veines transversales et également de l'effet d'un noeud) ce qui permet de mettre en oeuvre le procédé selon la présente invention également pour mesurer la résistance de pièces de bois et notamment de bois de charpente. Le procédé selon la présente invention est plus particulièrement caractérisé en ce que la surface de la pièce de bois devant être examinée est balayée par un rayonnement situé dans le domaine de longueur d'onde optique, ce rayonne- ment étant sensiblement monochromatique, collimaté et polarisé linéairement, le plan de polarisation étant parallèle à la direction longitudinale de la pièce de bois ou perpendiculaire à cette direction, e en ce que l'on mesure les composantes d'intensité Imax et Imin ayant des plans de polarisation perpen- diculaires, à partir du rayonnement diffusé, le plan de polari- sation de la composante 'max étant le même que celui du rayonne- ment arrivant sur la surface. Des précisions relatives aux pro- priétés de surface de la pièce de bois sont déterminées en uti- lisant la composante d'intensité Imir st le degré de dépolari- sation Il max min -max min La composante d'intensité I in est bien plus applicable à des comparaisons de plan d'intensité que l'inten- sité de réflexion totale utilisée de façon classique, laquelle est la suivante lorsqu'on utilise les symboles ci-dessus max min Le comportement du degré de dépolarisation P est lié d'une part à la direction de la fibre de la surface de la pièce de bois et d'autre part à l'apparition de certains défauts de cette pièce, tels que notamment la carie. Le motif physique de ce comportement résulte probablement de la cons- tante di électrique de la pièce de bois dont la valeur est différente dans la direction de croissance de cette pièce et dans les directions radiale et tangentielle de la section droite de cette pièce, cette valeur étant également affectée par certains défauts de cette pièce tels que la carie. Parmi les autres motifs, on peut citer la biréfringence et l'activité optique. Il n'existe cependant pas de modèle théorique et par conséquent les résultats d'essai ainsi obtenus peuvent donner lieu à de nouvelles activités de recherche. Les composantes Imax et Imin sont mesurées à partir du rayonnement diffusé depuis la surface de la pièce de bois, en mettant en oeuvre un procédé connu utilisant des filtres de polarisation ou un prisme qui divise le rayonnement en composan- tes (par exemple un prisme de Wollaston, l'ensemble constituant un analyseur). De même lorsque l'on utilise des caméras, la dépolarisation peut être mesurée en plaçant les caméras de manière que l'objet soit situé dans la même position que son plan image, et en utilisant des filtres de polarisation en liaison avec leurs objectifs et en comparant en synchronisme les intensités du plan image. Une autre possibilité consiste à utiliser le système de mesure décrit dans le brevet américain n0 3 992 571. On peut utiliser différentes valeurs comme mesures de la dépolarisation, la plus commune de ces valeurs étant le degré de dépolarisation mentionné ci-dessus I - I Imax Min P = I - I Imax min relation dans laquelle Imax est l'intensité maxima et Imin est l'intensité minima données par le détecteur et obtenues en faisant tourner un filtre analyseur en regard de ce détec- teur. Cette valeur est située dans un domaine qui est compris entre zéro (rayonnement totalement dépolarisé) et 1 (rayonne- ment polarisé linéairement). La dépolarisation est fonction de la longueur d'onde jusqu'à une valeur remarquable. Pour cette raison, il est nécessaire que les longueurs d'onde utilisées soient choisies sur la base des mesures de chaque application. De même la direction du plan de polarisation du rayonnement électro- magnétique linéairement polarisé, dirigé vers la surface, possède un effet sur les résultats obtenus et par conséquent, la direction optimale doit être déterminée à l'aide de mesures. Les mesures ont montré que la longueur d'onde appropriée pour une pièce de bois (bois de charpente scié et pièce à base de contre plaqué) est de 632,8 nm d'un laser He Ne et que la direction du plan de polarisation du rayonnement incident la mieux appropriée est parallèle à la direction de croissance du bois. Il en résulte que la lumière diffusée à partir de la surface d'une pièce de bois saine est partielle- ment dépolarisée alors que la lumière diffusée à partir d'un noeud est presque totalement dépolarisée. De façon similaire, des défauts tels que ceux résultants d'un carie de la pièce de bois provoque une dépolarisation moindre que celle obtenue avec du bois sain. Les tests et essais qui ont été effectués ont révélé que, le procédé selon la présente invention était 249'9717 approprié à l'examen à la fois de pièces de bois sèches et de pièces de bois humides. Les variations des propriétés de surface d'une pièce de bois sain sont si importantes que le tracé classique du plan d'intensité I ne convient pas pour l'identification. Par ailieurs, on a découvert que lorsque on utilise un rayonnement polarisé linéairement, la composante d'intensité Imin, liée à la dépolarisation est applicable. Elle n'est que peu affectée par des défauts caractéristiques tels que la structure en couronne annuelle (réflexions spé- culaires qui sont présentes dans la composante Imax), rugosité de la surface ou le gauchissement de la veine. Ces modifications peuvent être remarquées sont la forme d'une diminution dans le plan de l'intensité o ses défauts sont présents (noeud, partie cariée, crique, passagesdes vers, bleuissement etc..). Selon un autre exemple de mise en oeuvre du pro- cédé conforme à cette invention, on utilise la composante d'intensité Imin pour des comparaisons de niveau d'intensité dans lesquelles le niveau de base est constitué par la valeur de cette composante sur une surface saine ou exempte de défaut. En combinant les données d'intensité ainsi obte- nues, et les données relatives au degré de dépolarisation du rayonnement diffusé, on obtient un procédé d'identification dont l'un des avantages primordiaux est de n'exiger qu'une capacité d'ordinateur relativement faible. Lorsqu'on mesure seulement l'intensité (par exemple I ou la composante Imin) on obtient les mêmes valeurs de mesure telles que par exemple des défauts (carie, noeud, etc) alors que des données plus importantes sont nécessaires pour supporter les conclusions qui peuvent en être tirées. Ces données peuvent être obtenues par exemple à l'aide de reconnais- sance de réseau qui exigent une capacité élevée d'ordinateur lorsqu'on veut la mettre en pratique. A l'aide du degré de dépolarisation, on peut dis- tinguer les uresdes autres les pièces de bois saines, pourries, et munies de noeud alors que des pièces de bois présentant un noeud et un fort gauchissement de la fibre appartiennent à la bleuissement même classe et que des pièces de bois saines, affectées de--1- ou décolorées appartiennent également à la même classe. La présente invention repose sur une utilisation simultanée de la composante d'intensité Imin et du degré de dépolarisation P. Lorsqu'on compare le procédé selon la présen- te invention ainsi que la capacité d'ordinateur qu'il nécessite au procédé actuellement disponible sur le marché et qui utilise des reconnaissances de réseau ou de configuration, on remarque que l'invention apporte un avantage définitif à la fois en ce qui concerne le traitement et les exigences de capacité de mémoire d'ordinateur. L'objet devant être examiné doit être éclairé avec un rayonnement ou une lumière polarisée linéairement, généralement relativement monochromatique. Il est donc néces- saire de prévoir un polariseur qui est placé en regard d'une source classique de lumière. La lumière émanant d'un faisceau laser est soit naturellement polarisée, soit peut être facile- ment polarisée en fonction du type de laser utilisé. En outre, pour effectuer l'examen de toute la surface à examiner il existe des systèmes permettant une déviation à une ou deux dimensions. Si on considère le sens du mouvement naturel d'un panneau de contre plaqué, une déviation à une dimension est suffisante pour effectuer l'examen de la surface de tels panneaux. La façon la plus naturelle pour examiner les surfaces de pièces de bois sciées consiste à déplacer cette pièce de bois suivant la direction longitudinale, cependant le procédé selon la présente invention n'est nullement limité à ce cas particulier. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci- après en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la fig. 1 illustre le principe d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention; - la fig. 2 est une vue similaire à la fig. 1 illustrant une variante de ce dispositif; - la fig. 3 est une vue schématique et simplifiée représentant la façon selon laquelle on réalise l'examen de la surface d'une pièce de bois de charpente et, - les figures 4 à 7 illustrent quelques exemples des courbes d'intensité obtenues lors des opérations de mesure des surfaces de pièces de bois ainsi que les courbes correspon- dantes montrant le degré de dépolarisation. On se réfère en premier lieu à la figure 1 qui représente de façon schématique un dispositif de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur cette figure, la référence 1 désigne un faisceau de lumière projeté à partir d'un laser et dirigé vers la surface 2 de l'objet à examiner. La direction du faisceau incident et la direction perpendiculaire à la surface 2 forment un angle a. Une partie du rayonnement diffusé traverse un filtre de polarisa- tion 4 et est dirigée vers un détecteur 5 cependant qu'une autre partie du rayonnement diffusé traverse un filtre de pola- risation 7 et se dirige vers un détecteur 89 Les directions de mesure du rayonnement diffusé et la direction perpendicu- laire à la surface 2 de l'objet à examiner forment les angles S 1 et 162. Les angles w, /61, ( 2 sont de préférence de l'ordre de 15 au plus lorsqu'ils sont mesurés dans le sens de la croissance du bois et de l'ordre de 500 au plus selon une direction perpendiculaire à ce sens de croissance. Les directions de transmission des filtres de polarisation forment un angle de 90 l'une par rapport à l'autre de manière que la direction de transmission du détec- teur 8 soit parallèle au plan de polarisation du rayonnement incident. Les signaux d'intensité Imax et Imin sont délivrés à un moyen de traitement 9 dans lequel ils sont ensuitede manière connue en soi, transformés sous une forme permettant la détermination de la qualité de la pièce de bois examinée. Dans la variante représent& sur la figure 2, la partie 10 du rayonnement diffusé traverse un prisme de Wol- laston 11 séparé des composantasde polarisation 12 et 13, les parties diffusées et polarisées 12 et 13 étant respec- tivement délivrées à des détecteurs 14 et 15 qui mesurent leurs intensités respectives Imin et Imax. On se réfère maintenant à la figure 3, sur laquel- le on a représenté de façon schématique les éléments principaux d'un dispositif permettant d'examiner une pièce (planche de bois) pour en déterminer la qualité. Le faisceau lumineux 1 est amené à effectuer un balayage de la surface 18 de la pièce de bois 16 suivant une direction transversale à la pièce 16 le long d'une ligne 19. Ce balayage est obtenu par l'inter- médiaire d'un miroir de déviation pivotant 17. La planche de bois 16 est déplacée dans le sens longitudinal comme indiqué par la flèche. Le rayonnement diffusé à partir de la surface 18 de cette pièce de bois est détecté à l'aide du dispositif représenté de façon schématique sur les figures 1 ou 2. 9 2499717 Les exemples qui suivent, qui n'ont aucun carac- tère limitatif, illustrent diverses mises en oeuvre du procédé selon l'invention. Dans ces exemples on se réfère aux figures 4 à 7 qui représentent des modes d'exécution de balayage,$ transversaux uniques permettant de montrer à la fois les résultats obtenus par l'examen de la surface d'une pièce de bois saine et par celui d'une pièce de bois présentant divers défauts typiques. Dans ces exemples, on a représenté le degré de dépolarisationbet la composante d'intensité Imin en fonc- tion du temps t. Exemple. (fig. 4) Cet exemple se réfère à une planche de pin comportant des noeuds. Sur cette figure le noeud A se traduit par un niveau diminué de l'intensité et du degré de dépolarisation P. Exemple 2 (fig. 5) Cet exemple se réfère à l'examen d'une planche de spruce comportant des noeuds. Sur cette fig. 5 le noeud B se traduit de la même faoon que dans l'exemple précédent. Les noeuds d'une pièce en spruce sont généralement d'aspect plus léger, ce qui, sur la figure se traduit sous la forme de modificationsd'inten- sité. Sur la courbe exprimant le degré de dépolarisation P en fonction du temps t le noeud est souvent quelque peu plus large que sur la courbe d'intensité. Ceci est dû au fait que l'effet d'un noeud correspond à une modification de la direction de croissance des fibres. La direction de crois- sance des fibres diffère de la direction longitudinale de l'arbre, et le procédé fait ressortir cette différence. Exemple 3 (fig. 6)- Cet exemple se réfère à une planche de spruce pourrie qui comporte également un petit noeud. Sur la figure 6 l'inten- sité diminue à la fois dans le noeud B et dans les parties pourries C et E, mais le degré de dépolarisation montre finalement o se situe le défaut. Dans le noeud, le degré de dépolarisation est très faible, alors que dans la zone pourrie, ce degré est plus élevé que le degré de dépolarisa- tion moyen d'une pièce de bois saine. Exemple 4 (fig. 7) Cet exemple se réfère à l'examen d'une planche de pin compor- tant des défauts de bleuissement. Sur la courbe exprimant l'intensité Iminen fonction du temps, les parties bleues F et G sont très similaires à des parties cariées. Cependant, le degré de dépolarisation P est clairement inférieur à celui d'une pièce de bois pourrie, ce qui permet de distinguer facilement l'aspect ou la qualité d'une pièce de bois nourrie de celui d'une pièce de bois pourvue de marques de bleuisse- ment. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation ou de mise en oeuvre décrits ou représentés ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. RVENDICATIONS 1 - Procédé pour déterminer les propriétés de surface d'une pièce de bois, notamment de bois de charpente, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre et diriger vers ladite surface un rayonnement sensiblement monochromatique, électromagnétique, linéairement polarisé, ayant une longueur d'ondes située dans le domaine optiqiue, de manière que a) le plan de polarisation du rayonnement dirigé vers la surface soit parallèle à la direction de croissance du bois ou perpendiculaire à cette direction, b) les composantes d'intensité 'min et 'max dont les plans de polarisation du rayonnement diffusé sont perpen- diculaires, soient détectées, le plan de polarisation de la composante Imax étant le même que le plan de polarisation du rayonnement incident et c) les quantités Imin et max. min P = Imax + Ini soient utilisées toutes les deux pour déterminer la qualité et les propriétés de la surface de la pièce de bois examinée. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que la direction d'arrivée du rayonnement incident et la direction de mesure du rayonnement diffusé s'écartent de la direction perpendiculaire à la surface selon un angle de 15 environ au plus, lorsqu'on le mesure dans le sens de la croissance longitudinale du bois et d'environ 50 au plus par rapport à la direction perpendiculaire.