Brevet FR2519565A1 — publié le 19830718

APPAREIL POUR TRIER LES CASIERS PLASTIQUES A BOUTEIL- LES DEFECTUEUX. L'invention concerne un appareil servant à trier des casiers plastiques défectueux destinés à contenir plusieurs articles, par exemple des bouteilles de bière, pour assu- rer leur transport. Les matières plastiques dont sont faits ces casiers plastiques (ci-après appelés des "casiers") sont générale- ment le polyéthylène, le polypropylène et leurs copoly- mères Cependant, quand ces matières plastiques sont uti- lisées pendant longtemps, leur masse moléculaire en surface tend à diminuer, en particulier sous l'effet du rayonnement solaire, avec comme conséquence de fines fissurations, et ces plastiques tendent à devenir fragiles. En conséquence, quand on utilise pendant longtemps des casiers en des matériaux plastiques de ce genre, leur résistance mécanique diminue progressivement et, finale- ment, les casiers deviennent inutilisables Plus particu- lièrement, les casiers dont la résistance mécanique a diminué sont susceptibles de se détériorer ou de se casser en raison des opérations de manipulation et/ou de gerbage en cours de distribution De plus, quand un casier se casse sur une ligne de production d'une usine d'embouteil- lage, il peut en résulter une obstruction de la production. Cependant, jusqu'à maintenant, il n'était effectué aucune inspection de ces casiers La raison en est que c'est aux environs de 1965 que les casiers plastiques à bouteilles ont commencé à être utilisés, et le temps passé n'est que d'environ 16 ans, même pour les casiers produits les premiers En conséquence, même si la qualité de ces casiers s'est détériorée dans une certaine mesure, leur détérioration n'avait pas encore, jusqu'à maintenant, été forte au point d'empêcher leur utilisation. Cependant, il y a un risque qu'une diminution de la résistance mécanique avec le temps se traduise par une augmentation du nombre de casiers ne pouvant résister à l'usage Ainsi, bien qu'il puisse exister un procédé per- mettant d'inspecter ou de trier les casiers sur la base de leur année de production, un tel procédé ne peut être effectivement utilisé, car la diminution de résistance mécanique des casiers dépend de l'état d'usage de chaque casier. Bien qu'il puisse exister un autre procédé permet- tant de contrôler le degré de détérioration des casiers à bouteilles ou de le détecter par l'intermédiaire-du degré de dégradation du pigment de coloration ou de l'aspect de la surface, par exemple de son brillant, un tel procédé n'est pas raisonnable, car la diminution de la qualité de l'aspect n'est pas directement liée à la résistance mécanique En outre, un tel contrôle d'aspect n'est pas efficace, et un tel procédé est susceptible de conduire à des erreurs. L'invention a donc pour but de créer un appareil permettant de rejeter ou de trier les casiers défectueux, appareil permettant de discriminer automatiquement et avec précision les casiers ne pouvant être utilisés en raison d'une diminution de leur résistance mécanique, et de les séparer des autres casiers à bouteilles non-détériorés. L'invention concerne à cet effet un appareil destiné à discriminer et trier les casiers défectueux, appareil comprenant un moyen d'entraînement pour mettre un pénétra- teur ou une pointe de contact installés à une pointe d'une tige vibrante d'un appareil pour essai de dureté aux ultra- sons en contact permanent, après pénétration, avec une partie d'un casier; un moyen de détection destiné à détecter la fréquence de résonance de la tige vibrante, fréquence que l'on fait varier en mettant le pénétrateur ou la pointe de contact en contact permanent avec le casier; et un moyen pour distinguer et trier les casiers défectueux des casiers sains en réponse à la fréquence de résonance détectée par le moyen de détection. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, qui représen- tent des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels La Figure 1 est une combinaison d'un diagramme sché- matique et d'une représentation graphique présentant le principe d'une machine pour essai de dureté aux ultrasons utilisée dans le cadre de l'invention; La Figure 2 est une illustration analogue à la Figure 1, et indiquant le changement d'état vibratoire qui se produit quand on met en contact permanent avec une matière plastique un pénétrateur se trouvant en une pointe d'une tige vibrante de la machine d'essai de dureté pré- sentée sur la Figure 1; La Figure 3 A est un graphique présentant la relation qui existe entre la hauteur de rupture dans l'essai de chute libre de casiers, et la fréquence de vibration d'une tige vibrante dans un essai de fréquence résonnante; La Figure 3 B est un exemple de graphique présentant la relation qui existe entre la charge de pénétration d'un pénétrateur et le seuil de discrimination de la hau- teur de rupture en chute libre ou la hauteur maximale discriminable de rupture dans l'essai en chute libre effec- tué sur des casiers; La Figure 4 présente une ligne de production, vers l'aval, d'un exemple d'appareil de triage des casiers défectueux selon l'invention, installé dans la ligne; La Figure 5 est une vue de côté de l'appareil présenté sur la Figure 4; et La Figure 6 est une vue en plan de l'appareil présenté sur la Figure 4. La Figure 1 est une combinaison d'un diagramme schéma- tique et d'une représentation graphique présentant le principe d'une machine connue d'essai de dureté aux ultra- sons, utilisée dans le cadre de l'invention Une tige vibrante métallique 2, par exemple en un alliage de nickel, possède en son extrémité libre un pénétrateur ou une pointe de contact 1, se présentant par exemple sous la forme d'un poinçon Vickers à pyramide de diamant Une bobine d'excitation ou d'alimentation 3 est enroulée autour de la tige vibrante 2 Un organe capteur piézoélectrique 4, par exemple en titanate de baryum, est fixé à la base, ou extrémité fixe, de la tige vibrante 2 La bobine d'excitation 3 et l'organe capteur piézoélectrique 4 sont électriquement connectés à un oscillateur 5 La tige vibrante 2 est fixée à un organe de fixation 6 en un point intermédiaire entre la bobine d'excitation 3 et l'organe capteur piézoélectrique 4. Quand la tige vibrante 2 est soumise à une vibration longitudinale, la tige vibrante 2 vibre à une fréquence de résonance, pour laquelle l'extrémité libre qui possède le pénétrateur 1, forme un ventre de vibration (point d'amplitude maxima 1 e) Quand on met en contact permanent le pénétrateur 1 se trouvant sur la pointe de la tige vibrante 2 soumise à la résonance avec la surface en matière plastique 7 sous une charge constante comme il est représenté sur la Figure 2, le pénétrateur 1 est soumis à une force de retenue, déter- minée par la dureté de la surface de la matière plastique 7 et son module de Young Ainsi, le ventre de vibration se déplace de la pointe de la tige vibrante 2 jusqu'à une position intermédiaire, ce qui fait varier la fréquence de résonance. Le pénétrateur 1 peut être en n'importe quel matériau du moment que le module de Young de ce dernier est au moins fois supérieur à celui de la matière plastique 7 des casiers Outre le diamant, on peut utiliser des métaux, tels que les aciers inoxydables, et des céramiques, comme Ti C, Si C et WC. Il est souhaitable que la pointe du pénétrateur 1 soit conique, et que son angle au sommet soit compris entre 130 et 1600. Les essais suivants ont été réalisés sur des casiers à bouteilles de bière, en polyéthylène, sur la base du principe rapidement décrit cidessus On a mis en contact permanent le poinçon Vickers à pyramide de diamant 1 se trouvant sur la pointe de la tige vibrante 2 avec les 19565 parois latérales de chaque casier, pour mesurer les fré- quences de résonance On a ensuite fait subir au casier un essai de résistance au choc en chute libre, essai servant d'essai pratique de résistance mécanique, pour déterminer la hauteur de chute à laquelle il y a rupture. On a réglé à 9,8 N la charge de pénétration du poinçon Vickers à pyramide de diamant 1 La raison pour laquelle on a mis en contact permanent le poinçon Vickers à pyra- mide de diamant 1 avec les parois latérales du casier réside dans le fait que, comme les parois latérales du casier sont en général plus minces que ses autres parties et présentent la résistance mécanique la plus faible, il -est raisonnable d'effectuer sur ces parois latérales la mesure de l'état de détérioration du casier. Pour réaliser l'essai de chute libre, on a fait tom- ber de différentes hauteurs, à une température d'essai de + 10 C, un casier rempli de bouteilles de fer dont le poids correspondait à celui de bouteilles remplies, et ce de telle sorte qu'un coin du casier heurte une surface horizontale de béton On a augmenté progressivement la hauteur de chute de 0,7 mètre à 1 mètre, puis 2, 3 et 4 mètres On a appelé "hauteur de rupture" la hauteur la plus faible à laquelle se produisait une rupture du casier. Les résultats de ces essais sont présentés sur la Figure 3 A Comme on le voit sur cette figure, tous les casiers ayant des fréquences de résonance supérieures à 28 870 Hz ont subi une rupture pour une hauteur de chute de 0,7 à 1 mètre On a ainsi observé une diminution consi- dérable de leur résistance mécanique On pense que la raison pour laquelle les casiers ayant subi une diminution de leur résistance mécanique présentent une fréquence de résonance élevée est la suivante: quand la résistance mécanique diminue (c'est-à-dire quand la masse moléculaire du polymère en surface diminue, comme il a été dit ci- dessus, pour former de fines fissurations, les casiers de- venant fragiles), on a une augmentation de la force per- mettant de retenir le poinçon à pyramide de diamant 1 se trouvant en une pointe de la tige vibrante 2 Par ailleurs, on pense que la raison pour laquelle les casiers ayant encore une résistance mécanique élevée présentent une faible fréquence de résonance réside dans le fait que, comme-ces casiers sont soumis à une déformation élastique, la force de retenue, vis-à-vis du poinçon à pyramide de diamant 1, est plus faible que celle des casiers ayant une résistance mécanique diminuée. Ainsi, si on met en contact permanent le pénétrateur l avec un casier, pour mesurer la fréquence de résonance de la tige vibrante 2, on peut déceler l'état de détério- ration du casier à bouteilles. Dans l'exemple d'expérience décrit ci-dessus, la charge de pénétration du pénétrateur 1 était de 9,8 N, et le seuil de discrimination, permettant de distinguer les casiers sains des casiers défectueux, correspondait à une hauteur de rupture en chute libre de 1 mètre Cependant, il est possible d'agir sur le seuil de discrimination des casiers à trier en faisant varier la charge de pénétra- tion du pénétrateur 1. La Figure 3 B présente les résultats obtenus à partir d'un examen de la relation existant entre la hauteur maxi- mum discriminable de rupture en chute libre de casiers (casiers à bouteilles, en polyéthylène, pour bouteilles de bière) et la charge de pénétration du poinçon Vickers à pyramide de diamant Comme on le voit sur la Figure 3 B, quand le seuil de discrimination permettant de distinguer les casiers sains des casiers défectueux est réglé à des hauteurs de rupture correspondant à une chute de 2 mètres, la charge de pénétration du pénétrateur peut être d'envi- ron 4,9 N. Les Figures 4-6 présentent un exemple d'appareil destiné à détecter et rejeter les casiers en plastique à bouteilles défectueux selon l'invention, appareil fonc- tionnant en liaison avec une bande transporteuse 9 servant à déplacer horizontalement des casiers 8 Quand un casier 8 atteint une position ou un poste de contrôle prédéterminé sur la bandé transporteuse 9, le casier est détecté par, un interrupteur photoélectrique 11 Un embrayage électro- magnétique, couplé à un moteur d'entraînement 10 de la bande transporteuse 9, est débrayé par le signal résul- tant de l'interrupteur 11, ce qui arrête la bande transpor- teuse 9, de sorte que le casier détecté 8 s'arrête au niveau du poste de contrôle. Une plaque de guidage de soutien 12, destinée à empêcher un déplacement latéral, dans le sens transversal, du casier 8 qui s'est arrêté au poste de contrôle, est soutenue par un support 13 de telle sorte que la plaque de guidage 12 s'étende au-dessus de la bande transporteuse 9, dans le sens de'déplacement du casier 8, et joue le rôle d'une structure de soutien pour le casier 8 se trou- vant sur la bande transporteuse 9. Une machine pour essai de dureté aux ultrasons 14, telle qu'illustrée sur la Figure 1, est disposée-sur l'autre côté de la bande transporteuse 9, opposé au sup- port 13 La tige vibrante 2 de la machine pour essai de dureté aux ultrasons 14 est soutenue, à sa partie infé- rieure, par un support 15 de façon à diriger le pénétra- teur ou la pointe de contact 1 vers le casier 8 Le support est installé sur la pointe d'une tige de piston 18 d'un vérin pneumatique 17, lequel est monté sur un montant 16, de sorte que l'on peut faire avancer la tige vibrante 2 vers une paroi latérale du casier 8, ou l'en éloigner, en envoyant de l'air dans le vérin pneumatique 17 Le montant 16 possède une plaque de guidage 19 en un matériau élasti- que La plaque de guidage possède une partie incurvée en l'autre extrémité, et est en saillie vers le casier 8. Cette plaque de guidage 19 et la plaque de guidage 12 sont disposées et adaptées de façon à pouvoir saisir entre elles le casier 8. La force de pénétration du pénétrateur 1 vis-à-vis du casier 8 est maintenue constante grâce à un ressort (non représenté) se trouvant dans le support 15 et agissant sur la tige vibrante 2 Quand la matière plastique dont est fait le casier 8 est le polyéthylène ou le polypropylène, la force de pénétration est avantageusement comprise entre environ 4,9 et 19,6 N La fréquence fondamentale de la tige vibrante 2 est avantageusement comprise entre environ 20 et environ 30 K Hz. Un fréquencemètre à fréquence de résonance 20 est raccordé à un oscillateur 5 de la tige vibrante 2 Les fréquences de résonance appliquées par la mise en contact permanent du pénétrateur 1 avec le casier 8 sont mesurées à + 1 Hz près au moyen du fréquencemètre à fréquence de résonance 20 Quand une fréquence de résonance est supé- rieure à une valeur de consigne, un circuit de discrimi- nation incorporé (non représenté) produit un signal de sortie, qui indique que le casier 8 en cours de contrôle est défectueux. Un transporteur à rouleaux 21 est disposé sur le côté aval du poste de contrôle décrit ci-dessus Le transporteur à rouleaux 21 est réalisé de façon à avoir une grande lar- geur, de sorte que l'on peut placer sur lui deux casiers en parallèle Le transporteur à rouleaux 21 comprend une section auxiliaire de montage 21 a Un vérin pneumatique 22, destiné à séparer les casiers défectueux des casiers sains 8, est disposé sur l'un des côtés du transporteur à rou- leaux 21 Une tige de piston 24 du vérin pneumatique 22, qui possède une plaque de compression 23 en l'une de ses extrémités, dépasse transversalement du convoyeur à rou- leaux 21 pour pousser les casiers défectueux vers la sec- tion auxiliaire de montage 21 a Dans ce but, le vérin pneu- matique 22 est actionné quand il reçoit un signal du cir- cuit de discrimination du fréquencemètre à fréquence réson- nante 20. Le fonctionnement de l'appareil selon l'invention, décrit ci-dessus à titre d'exemple, est le suivant: Quand chacun des casiers 8 à contrdler et transporté en file sur le transporteur à courroie 9 atteint le poste de contrôle, l'embrayage électromagné- tique (non représenté) couplé au moteur d'entraînement 10 de la courroie transporteuse 9 est débrayé en réponse au signal de détection provenant de l'interrupteur photo- électrique 11, ce qui arrête la courroie transporteuse 9, et le casier 8 s'arrête au niveau du poste de contrôle. Dans cet état, le casier 8 est saisi par la paire de pla- ques de guidage 12 et 19 et maintenu fermement par elles. On envoie ensuite de l'air au vérin pneumatique 17 pour allonger la tige de piston 18, de sorte que le péné- trateur 1 se trouvant sur la pointe de la tige vibrante 2 est mis en contact permanent avec une paroi latérale du casier 8, avec une force constante, sous l'action du res- sort (non représenté) se trouvant dans le support 15 A ce moment-là, le fréquencemètre à fréquence de résonance mesure la fréquence dé résonance de la tige vibrante 2. Si'une fréquence ainsi déterminée dépasse une valeur par- ticulière, c'est-à-dire s'il y a un signe qu'il y a eu une forte détérioration du casier plastique, un signal indi- quant que le casier 8 est défectueux est transmis du circuit de discrimination au vérin pneumatique 22. L'embrayage électromagnétique couplé au moteur d'entraînement 10 est alors débrayé pour entraîner de nou- veau la courroie transporteuse 9, et la tige vibrante se rétracte Ensuite, le casier 8 dont on a mesuré la fré- quence de résonance est transporté vers le côté aval du poste de contrôle, et le casier suivant 8 atteint le poste de contrôle et est détecté par l'interrupteur photoélectri- que 11 La bande transporteuse 9 est de nouveau arrêtée, et on effectue la mesure de la fréquence de résonance selon le mode opératoire décrit ci-dessus. Par ailleurs, le casier 8, transporté sur le transpor- teur à rouleaux 21 disposé en aval du poste de contrôle, subit la manutention suivante: quand la fréquence de résonance du casier 8 est supérieure à la valeur de consi- gne, un signal est transmis du circuit de discrimination du fréquencemètre à fréquence de résonance 20 au vérin pneumatique 22, ce qui fait que la tige de piston 24 du vérin pneumatique 22 s'étend pour déplacer le casier défectueux 8 vers la section auxiliaire de montage 21 a. Le casier défectueux est transporté de l'emplacement décrit ci-dessus à un poste de gerbage (non représenté) au moyen d'autres transporteurs (non représentés non plus). Quand la fréquence de résonance du casier 8 est inférieure à la valeur de consigne, aucun signal n'est transmis au vérin pneumatique 22, de sorte que la tige de piston 24 du vérin pneumatique 22 reste dans son état rétracté Le casier 8 est alors transporté sur le transpor- teur à rouleaux 21 jusqu'à ce qui atteigne une position particulière Entre-temps, si la tige de piston 24 du vérin pneumatique 22 s'étend une fois, elle se rétracte immédiatement. Comme il faut environ 2 secondes, après que le casier 8 a atteint le poste de contrôle, pour transmettre le signal indiquant que le casier 8 est défectueux du fré- quencemètre à fréquence de résonance 20 au vérin pneuma- tique 22, la discrimination du casier défectueux peut être réalisée très rapidement et avec une grande précision. Tel qu'il a été décrit ci-dessus, l'appareil permet- tant de discriminer les casiers plastiques à bouteilles défectueux selon l'invention comprend un dispositif d'entraînement destiné à mettre le pénétrateur ou la pointe de contact se trouvant sur la pointe de la tige vibrante de la machine pour essài de dureté aux ultrasons en con- tact permanent avec le casier; un dispositif de détection destiné à détecter la fréquence de résonance de la tige vibrante, fréquence que l'on fait varier par la mise en contact permanent du pénétrateur ou de la pointe de con- tact avec le casier; et un dispositif destiné à distinguer les casiers défectueux des casiers sains en réponse à la fréquence de résonance détectée par le dispositif de détection En conséquence, on peut effectuer automatique- ment, rapidement et avec précision, lors du transport des casiers, la discrimination entre les casiers ayant une résistance fortement réduite et les casiers sains. il Revendications 1 Appareil pour trier les casiers plastiquesdéfec- tueux, caractérisé en ce qu'il comprend une machine pour essai de dureté aux ultrasons possédant une tige vibrante ( 2) avec un pénétrateur ( 1) en son -extrémité libre; un moyen d'entraînement pour supporter au moins la tige vibrante ( 2) et l'entratner de façon à mettre le pénétra- teur ( 1) en contact permanent, après pénétration, avec chaque casier ( 8) d'un groupe de casiers plastiques; un moyen de détection destiné à détecter lafréquence de résonance de la tige vibrante ( 2), qui varie en fonction de l'état de pénétration du pénétrateur par rapport au casier; et un moyen de triage pour séparer les casiers plastiques défectueux des casiers plastiques sains en réponse à la fréquence de résonance ainsi détectée par le moyen de détection. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige vibrante ( 2) possède, dans sa partie proxi- male de base, un capteur piézoélectrique ( 4) et, enroulée autour, une bobine d'excitation ( 3), le capteur ( 4) et la bobine ( 3) étaxt électriquement connectés à un oscillateur ( 5), le moyen d'entraînement possédant un piston pneumati- que ( 17) avec un piston et une tige de piston ( 18) pour faire subir à la tige vibrante ( 2) un mouvement d'avance et de rétraction, ainsi qu'une structure de support ( 15) destinée à soutenir la tige vibrante ( 2) et la tige de piston ( 18), une paire de plaques de guidage ( 12, 19) étant prévue pour serrer et maintenir le casier ( 8) pendant que le pénétrateur ( 1) est ainsi mis dans son état après péné- tration. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de détection comprend un instrument ( 20) de mesure de la fréquence de résonance, fonctionnant lors de la détection d'une fréquence de résonance supérieure à une valeur prédéterminée, pour produire en sortie un signal indiquant que le casier correspondant ( 8), en cours de contrôle, est défectueux. 1 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de triage possède un vérin pneumatique ( 22) avec un piàton et une tige de piston ( 24), et, quand il reçoit un signal indiquant qu'un casier ( 8) en cours de contrôle est défectueux, agit de façon à étendre la tige de piston ( 24) et à extraire mécaniquement le casier défectueux ( 8). Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il permet de faire subir un essai à des casiers plastiques ( 8) transportés successi- vement sur une trajectoire particulière et d'en extraire les casiers défectueux, en enlevant mécaniquement ces derniers de la trajectoire particulière.