Brevet FR2654662A1 — publié le 19910524

L'invention concerne un procédé et une installation de coupe de produits alimentaires filiformes ou quasi cylindriques, tels que des végétaux, en particulier en vue de leur commercialisation. De nombreux légumes doivent subir, notamment dans les conserveries, des opérations plus ou moins complexes de nettoyage, de calibrage, de coupe, de tri etc. Les haricots verts par exemple, une fois cueillis, sont soumis à des opérations de nettoyage (séparation aérodynamique des feuilles, séparation des pierres, lavage), de tri (séparation des pieds, des grappes, des corps étrangers), d'éboutage, de calibration, de séparation des bouts coupés et des haricots hors norme, et de finition (retrait manuel des tiges, des haricots mal éboutés et des haricots tâchés)~.- Les opérations d'éboutage des haricots verts sont en général réalisées à la main ou bien de façon mécanique dans des machines comprenant un tambour tournant incliné, combinant ltentraînement par friction et par gravité.La surface latérale du tambour comprend des trous calibrés dans lesquels s'emboîtent les haricots. Des lames de coupe effleurent les trous et coupent les extrémités de haricots dépassant de ces trous. Les possibilités d'amélioration de ces machines sont très limités et ne permettent pas de traiter les nouvelles variétés de haricots verts, dans lesquelles les pédoncules peuvent avoir un diamètre important, supérieur à celui des gousses. On a également proposé des procédés de coupe des haricots verts par un jet d'eau, ou par une guillotine. Ces moyens doivent cependant être associés à des dispositifs de poursuite des haricots et ont de ce fait des cadences maximales de fonctionnement qui sont relativement faibles et ne permettent pas de traiter des débits importants de haricots verts. L'invention a pour objet un procédé et une installation de coupe de produits agro-alimentaires longilignes ou quasi cylindriques, tels que des végétaux, qui ne présentent pas les inconvénients des techniques connues jusqu'à présent. Elle a pour objet un procédé et une installation du type précité, qui permettent non seulement de couper de façon précise les produits, mais également d'épurer la production en éliminant systématiquement les parties de végétaux non commercialisables. Elle a encore pour objet un procédé et une installation de ce type qui permettent de couper les produits agro-alimentaires sans les abîmer et sans modifier leurs qualités organoleptfques. Elle a encore pour objet un procédé et une installation de ce type qui soient applicables à des produits très divers, tels que les haricots verts, les carottes, les salsifis, les asperges, etc. Elle propose, à cet effet, un procédé de coupe de produits alimentaires longilignes ou quasi cylindriques, tels que des végétaux, en particulier en vue de leur commercialisation, caractérisé en ce qu'il consiste - à faire défiler les produits sur une trajectoire sensiblement déterminée, - à relever par voie optique les variations de forme ou de profil des produits, par balayage bidirectionnel rapide de ces produits par un faisceau lumineux déplacé selon des lignes parallèles orientées sensiblement perpendiculairement à la direction longitudinale des produits et détection de la lumière réfléchie ou rétro-diffusée par ces produits, - à analyser les variations de forme ou de profil des produits pour prédéterminer des lignes de coupe de ces derniers, - puis à déplacer un faisceau laser transversa-lement sur les produits pour les couper selon les lignes précitées. La coupe des produits par le faisceau laser est très rapide et très précise et permet d'augmenter le rendement massique en produits, puisqu'elle est déterminée en résultat d'une analyse de forme ou de profil des produits et est donc indépendante du calibre réel des produits, ainsi que des formes particulières que peuvent avoir les extrémités de certains produits. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste également à identifier, à partir des variations de forme ou de profil de chaque produit, un point de repère sur le produit et à déterminer, à partir de données - pré-enregistrées en mémoire, la position d'une ligne de coupe par rapport au point de repère identifié sur ce produit. On peut ainsi, notamment, limiter le volume de perte résultant de la coupe. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste également à identifier, par détection et analyse de la lumière réfléchie ou rétro-diffusée par les produits, des zones tachées ou gâtées de ces produits, à prédéterminer des lignes de coupe des produits comportant ces zones, et à les couper au moyen du faisceau laser pour éliminer lesdites zones tachées ou gâtées, ou bien les produits comportant ces zones. On réalise ainsi automatiquement une épuration de la production, par élimination systématique des parties de produits qui sont tachées ou gâtées, ou bien par élimination systématique des produits comportant ces parties. Avantageusement, le procédé consiste à utiliser également un faisceau laser pour le relevé des variations de forme ou de profil des produits. Corollairement, le même faisceau laser est utilisé pour le relevé des variations de forme ou de profil des produits, et pour leur coupe. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste également à maintenir les produits au moins partiellement immergés dans un bain de liquide pendant leur coupe par le faisceau laser. On a constaté en effet que, dans ces conditions, la coupe des produits par un faisceau laser n'entraîne aucune brûlure des produits dans la zone de coupe, grâce notamment au refroidissement local dû à la vaporisation du liquide. Le liquide en question peut être de l'eau (qui réhydrate les extrémités coupées des produits) additionnée éventuellement de sel ou de saumure, ou d'adjuvants alimentaires appropriés, pour avoir par exemple une densité sensiblement égale à celle des produits. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste à découper au moyen du faisceau laser les parties non désirées des produits en tronçons de faibles longueurs, et à les éliminer ensuite par criblage mécanique ou triage fluidique. On peut ainsi se débarrasser automatiquement des extrémités coupées des produits, ainsi que des parties tâchées ou gâtées de ces produits. L'invention propose également une installation pour l'exécution de ce procédé, caractérisée en ce qu'elle comprend - des moyens de transport des produits, - une source lumineuse émettant un faisceau lumineux, des moyens commandés de déviation de ce faisceau lumineux pour lui faire balayer transversalement les produits transportés, des photo-détecteurs de réception et de mesure de la lumière réfléchie ou rétrodiffusée par les produits, et des moyens de traitement de l'information, reliés aux photo-détecteurs précités et déterminant des lignes de coupe des produits par analyse des variations de forme ou de profil de ces produits, - un générateur de faisceau laser, et des moyens de déviation de ce faisceau laser, commandés par les moyens de traitement de l'information pour déplacer le faisceau laser transversalement sur les produits le long des lignes de coupe précitées et réaliser la coupe de ces produits. Selon une autre caractéristique de l'invention, la source lumineuse précitée est un générateur laser. Corollairement, cette installation comprend un générateur laser unique utilisé pour la détection de la forme ou du profil des produits, et pour leur coupe. Avantageusement, les produits sont transportés au moins partiellement immergés dans un bain de liquide, pour éviter leur brûlure au moment de leur coupe par le faisceau laser. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'installation comprend des moyens de déplacement du faisceau laser en mouvement alternatif ou sinusoïdal transversalement sur les produits, et des moyens de superposition à ce mouvement d'un mouvement de faible amplitude, orienté dans la direction longitudinale des produits. L'installation peut comprendre plusieurs voies parallèles de coupe des produits, qui sont reliées en amont à une zone commune de relevé des variations de forme ou de profil des produits. Un générateur laser unique, ayant une puissance suffisante, produit alors un faisceau laser qui est partagé en plusieurs faisceaux dont chacun est associé à une voie de coupe des produits. Une installation selon l'invention est capable de traiter des débits importants de produits (par exemple de une à plusieurs tonnes par heure de haricots verts) avec un rendement supérieur à celui des installations existantes, et avec une diminution de la main d'oeuvre correspondante, notamment grâce à la suppression des opérations de finition (retrait des tiges, des haricots mal éboutés et des haricots tachés). Les avantages de l'invention se manifestent donc aussi bien au niveau de l'augmentation des cadences et de la qualité, qu'à celui de la réduction du travail manuel et de la main d'oeuvre correspondante. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans : La figure 1 est une vue schématique de côté d'une partie d'une installation selon l'invention ; la figure 2 est une vue schématique transversale d'une variante de réalisation de l'invention la figure 3 est un organigramme des principales opérations du procédé selon l'invention. Dans ce qui suit, on va décrire de façon détaillée un exemple de réalisation de l'invention, appliqué à l'éboutage des haricots verts et à l'élimination des tiges, des déchets végétaux et des haricots tachés, cassés ou gâtés. Dans l'installation représentée en figure 1, la référence 10 désigne un convoyeur ou autre moyen de transport d'une nappe de haricots verts 12 qui sont plus ou moins immergés dans un bain de liquide 14, tel que de l'eau. Les haricots verts ont sensiblement la même densité que l'eau et ont donc dans celle-ci une flottabilité quasi nulle. Ils vont former à la surface de l'eau 14 une couche d'haricots verts disposés les uns à côté des autres, orientés sensiblement parallèlement à la direction de déplacement 16 du convoyeur 10. Cette orientation particulière n'est pas indispensable, mais elle facilite et simplifie la coupe des extrémités des haricots verts. Cette coupe est réalisée au moyen d'un faisceau laser 18 produit par un générateur laser 20 et qui passe par des moyens 22 d'orientation, par exemple de renvoi, et des moyens 24 de focalisation sur la trajectoire des haricots verts 12. Des moyens 26 de type classique sont utilisés pour déplacer le faisceau laser 18 transversalement par rapport aux haricots verts 12, de façon à couper leurs extrémités, ces moyens agissant sur les moyens de focalisation 24 par exemple grâce à des dispositifs piézo-électriques de micro-déplacement. Ces moyens 26 sont commandés par des moyens 28 de traitement de l'information, comprenant essentiellement un microprocesseur et des mémoires, qui sont associés à des moyens 30 de détection des variations de forme ou de profil des haricots verts, ces moyens 30 étant situés au-dessus d'une zone 32 de passage des haricots verts, en amont de la zone de coupe ou agit le faisceau laser 18. Ces moyens 30 comprennent une source lumineuse, de préférence un générateur laser, émettant un faisceau lumineux orienté vers la zone 32 de passage des haricots verts, ainsi que des moyens de balayage bidirectionnel rapide des haricots verts par déplacement du faisceau lumineux selon des lignes parallèles orientées transversalement à la direction longitudinale des haricots verts.Les moyens 30 comprennent encore des photo-détecteurs 31 recevant la lumière réfléchie ou rétro-diffusée par les haricots verts et permettant de mesurer les variations d'intensité lumineuse qui sont dues aux variations de forme ou de profil des haricots verts. Une interface appropriée réunit ces photodétecteurs aux moyens 28 de traitement de l'information, dans les mémoires desquels est enregistré un logiciel approprié d'analyse de forme ou de profil qui permet de déterminer, sur chaque haricot vert ou à l'extrémité de chaque haricot vert, un point de repère à partir duquel on détermine la position d'une ligne de coupe transversale du haricot vert. Les positions de ces lignes de coupe répondent à des critères bien connus (les haricots verts extra-fins doivent avoir par exemple un diamètre compris entre 6 et 8 mm, et une longueur supérieure à 50 mm).Par mesure de diamètre, on peut donc déterminer les positions des lignes de coupe des extrémités des haricots verts. On peut également prendre en compte, pour déterminer ces points de repère sur les haricots verts, les variations de la dérivée première ou de la dérivé seconde des formes ou profils des haricots verts. Les moyens 26 de déviation du faisceau laser 18 sont asservis aux moyens 28 de traitement de l'information. Ainsi, quand les haricots verts inclus dans l'image de la zone de passage 32 située sous les moyens 30, sont amenés par le convoyeur 10 sous les moyens de focalisation 24, le déplacement rapide du faisceau laser, transversalement à la direction longitudinale des haricots verts, se traduit par la coupe de leurs extrémités. De la même façon, le repérage des tiges et des corps étrangers permet de les tronçonner en morceaux ayant une longueur inférieure à 40 mm, pour les éliminer ensuite par triage, seuls les produits ayant une longueur supérieure à 50 mm étant retenus. Les moyens 30 peuvent être associés à des moyens de mesure de couleur pour identifier les haricots comprenant des parties tachées ou gâtées. En variante, un colorimètre peut être prévu pour couvrir le même champ que les moyens 30 et est alors relié directement aux moyens 28 de traitement de l'information. Selon encore une autre variante, le faisceau lumineux utilisé pour le balayage bidirectionnel rapide de la zone de passage 32, peut permettre également d'identifier les haricots verts comprenant des parties tachées ou gâtées, grâce à la variation de l'intensité lumineuse réfléchie ouirétrodiffusée par ces parties Les haricots tachés ou gâtés ainsi repérés sont tronçonnés par le faisceau laser 18 à leur passage sous les moyens de focalisation 24, pour être ensuite éliminés par criblage. La coupe des produits par le faisceau laser 18 ne provoque pas de brûlure de ces produits dans les zones de coupure, grâce au fait qu ils sont au moins partiellement immergés dans un bain de liquide au moment de leur coupe. Au contraire, lorsque les haricots verts sont déplacés à sec et/ou surgelés par un convoyeur défilant sous le faisceau laser, les brûlures sont importantes dans les zones de coupure et interdisent la commercialisation des haricots. Le convoyeur 10 peut être déplacé en transportant une certaine quantité de liquide 14 dans lequel les haricots verts 12 sont plus ou moins immergés, ou bien il peut comprendre une surface fixe ou déplaçable sur laquelle s'écoule un courant de liquide 14 transportant les haricots verts. La figure 2 est une vue schématique transversale d'une variante de réalisation, comportant plusieurs voies parallèles de coupe des haricots verts. Un générateur laser 20 produit un faisceau laser 34 qui est partagé en plusieurs faisceaux parallèles 18 par des moyens classiques successifs 36 de transmission et de réflexion. Chaque faisceau laser 18 ainsi produit est focalisé par des moyens 24 sur les trajectoires des haricots verts 12 déplacés par le convoyeur 10 sur l'ensemble des voies de coupe. Les moyens 26 de commande de déviation du faisceau laser 18 déplacent ce dernier en mouvement alternatif ou sinusoïdal sur un certain nombre de rangées de haricots verts défilant sous le moyen de focalisation 24 correspondant. La fréquence de ce mouvement alternatif ou sinusoïdal peut varier entre 1 et 100 Hz environ, l'amplitude de déviation du faisceau laser 18 au niveau des haricots verts étant de l'ordre de 100 mm au maximum. A ce mouvement sinusoïdal ou alternatif est superposé un second mouvement tendant à déplacer le faisceau laser dans la direction de transport des haricots verts de telle sorte que la ligne de coupe réelle d'un haricot vert soit aussi proche que possible de la position de la ligne théorique de coupe déterminée par les moyens 28 de traitement de l'information. On peut ainsi optimiser le rendement massique, en réduisant les longueurs des parties coupées aux extrémités des haricots verts. L'amplitude de ce second mouvement est faible (inférieure à 10 mm). Il peut être du type sinusoïdal, ou bien totalement aléatoire, en étant déterminé d'un haricot vert à l'autre par les moyens 28 de traitement de l'information. La vitesse de déplacement des haricots verts est par exemple de l'ordre de 1 mètre par seconde (elle peut varier entre 0,5 et plusieurs mètres par seconde), ce qui permet, au moyen de plusieurs voies de coupe parallèles telles que représentées en figure 2, de traiter des débits de une à plusieurs tonnes de haricots verts à l'heure. Le générateur laser utilisé peut être un générateur continu, par exemple du type C02 dont la puissance peut varier de 100 W à 5 kW en fonction du nombre de voies de coupe parallèles, la longueur d'onde du faisceau laser étant de l'ordre d'une dizaine de microns. On peut également utiliser un générateur laser à impulsions du type YAG d'une puissance dont l'ordre de grandeur est le kilowatt, fournissant un faisceau laser ayant une longueur d'onde de l'ordre du micron. Lorsqu'on utilise un générateur laser continu, on associe les moyens de commande de déviation du faisceau laser à des obturateurs très rapides (ayant par exemple un temps de montée de 50 micro-secondes) de façon à ne faire agir le faisceau laser que sur les produits à couper ou à tronçonner. Lorsqu'on utilise un générateur laser à impulsions, on asservit le fonctionnement des moyens de commande de déviation du faisceau à la cadence des impulsions, de façon à repositionner le faisceau laser dans l'intervalle de temps compris entre deux impulsions successives. Pour fixer les idées, on précisera que l'image d'une zone de passage 32 traitée par les moyens 28 peut comprendre quatre rangées successives d'une cinquantaine de haricots verts chacune, cette zone de passage étant située immédiatement en amont de la zone de coupe, comprenant par exemple cinq voies parallèles d'action de faisceaux laser 18. La figure 3 représente schématiquement les principales étapes du procédé selon l'invention - balayage rapide de la zone de passage 32 par un faisceau lumineux très fin, avantageusement un faisceau laser, - éventuellement mesure colorimétrique, - relevé des variations de forme ou de profil des produits, - identification des parties tachées ou gâtées des produits, - éboutage des produits et tronçonnage des tiges et des déchets, - élimination des déchets par criblage. REVENDICATIONS 1. Procédé de coupe de produits alimentaires longilignes ou quasi cylindriques, tels que des végétaux, en particulier en vue de leur commercialisation, caractérisé en ce qu'il consiste - à faire défiler les produits (12) sur une trajectoire sensiblement déterminée, - à relever par voie optique les variations de forme ou de profil des produits, par balayage bidirectionnel rapide desdits produits au moyen d'un faisceau lumineux déplacé selon des lignes parallèles orientées sensiblement perpendiculairement à la direction longitudinale des produits et détection de la lumière réfléchie ou rétro-diffusée par les produits, - à analyser les variations de forme ou de profil des produits pour prédétérminer des lignes de coupe de ces derniers, - puis à déplacer un faisceau laser (18) transversalement sur les produits pour les couper selon les lignes prédéterminées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu il consiste à identifier, à partir des variations de forme ou de profil de chaque produit (12), un point de repère sur le produit, et à déterminer à partir de règles pré-enregistrées en mémoire la position d'une ligne de coupe par rapport au point de repère. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste également à identifier, par détection et analyse de la lumière réfléchie ou rétro-diffusée par les produits, des parties tachées ou gâtées de ces produits, à prédéterminer des lignes de coupe des produits comportant ces parties, et à les couper au moyen du faisceau laser (18) pour éliminer lesdites parties tachées ou gâtées ou les produits comportant ces parties. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un faisceau laser pour le relevé des variations de forme ou de profil des produits (12). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser le même faisceau laser pour le relevé des variations de forme ou de profil des produits et pour la coupe de ces derniers. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à préorienter les produits (12) parallèlement à leur direction de déplacement avant d'effectuer le relevé de leurs variations de forme ou de profil et leur coupe. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir les produits (12) au moins partiellement immergés dans un bain de liquide (14) pendant leur coupe par le faisceau laser (18) 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à déplacer les produits au moins partiellement immergés dans le liquide (14) précité pour les faire défiler dans les zones de relevé de variation de forme ou de profil et de coupe. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour couper le produit, il consiste à déplacer le faisceau laser (18) en mouvement alternatif ou sinusoïdal transversalement aux produits (12), et à superposer à ce mouvement un mouvement de faible amplitude orienté dans la direction de déplacement des produits, pour mieux positionner le faisceau laser sur les lignes de coupe des produits. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à découper par le faisceau laser les parties non désirées des produits en tronçons de faibles longueurs, et à éliminer ensuite ces tronçons par criblage. 11. Installation pour exécution du procédé décrit dans l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il comprend - des moyens (10) de transport des produits (12), - une source lumineuse (30) émettant un faisceau lumineux, des moyens de déviation de ce faisceau lumineux pour lui faire balayer transversalement les produits (12) transportés, des photo-détecteurs (31) de réception et de mesure de la lumière réfléchie ou rétrodiffusée par les produits, et des moyens (28) de traitement de l'information, reliés aux photo-détecteurs précités et déterminant des lignes de coupe des produits par analyse des variations de forme ou de profil de ces produits, - un générateur (20) deraisceau laser et des moyens (24) de déviation de ce faisceau laser, commandés par les moyens (28) de traitement de l'information, pour déplacer le faisceau laser transversalement sur les produits le long des lignes de coupe précitées et réaliser la coupe de ces produits. 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que la source lumineuse (30) précitée est un générateur laser. 13. Installation selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce qu'elle comprend un générateur laser unique utilisé pour la détection de la forme ou du profil des produits et pour leur coupe. 14. Installation selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que les produits (12) sont transportés au moins partiellement immergés dans un bain de liquide (14). 15. Installation selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (24) de déplacement du faisceau laser en mouvement alternatif ou sinusoïdal transversalement sur les produits (12), et des moyens de superposition à ce mouvement d'un mouvement de faible amplitude, orienté dans la direction de déplacement des produits (12). 16. Installation selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'identification des produits tachés ou gâtés, reliés aux moyens (28) de traitement de l'information pour commander le tronçonnage de ces produits par le faisceau laser (18). 17. Installation selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs voies parallèles de coupe des produits (12) reliées en amont à une zone commune (32) de relevé des variations de forme ou de profil de ces produits.