Brevet FR2746503A1 — publié le 19970926

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION DE DEBRIS DE VERRE La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de détection de débris de verre, notamment dans des bouteilles de boisson. Les qualités exceptionnelles du verre, notamment sa neutralité vis-à-vis des aliments, sa transparence, sa rigidité, son imperméabilité aux liquides et aux gaz ainsi que son prix de revient modéré en font un matériau de choix pour la réalisation de conditionnements employés par l'industrie alimentaire. Malheureusement, les conditionnements en verre et notamment les bouteilles présentent une faible résistance aux chocs qui sont susceptibles de briser la bouteille ou, ce qui est plus grave, d'en détacher des débris dont la présence dans la bouteille risque de gêner ou de blesser le consommateur. C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif et un procédé de détection de débris de verre éventuellement présents dans des conditionnements en verre, en vue de leur élimination. C'est également un but de la présente invention d'offrir un dispositif et un procédé de détection de débris de verre, éventuellement présents dans un conditionnement en verre, dispositif et procédé présentant une probabilité faible ou, de préférence, négligeable, de ne pas détecter des débris de verre effectivement présents dans un conditionnement en verre, notamment dans une bouteille. C'est aussi un but de la présente invention d'offrir un tel dispositif et un tel procédé présentant un faible taux de fausse alerte. C'est également un but de la présente invention d'offrir un dispositif et un procédé particulièrement rapides permettant d'inspecter des bouteilles à cadences élevées. C'est aussi un but de la présente invention d'offrir un dispositif susceptible de fonctionner dans un environnement industriel. ) C'est également le but de la présente invention d'offrir un dispositif et un procédé susceptibles de fonctionner en présence d'éclairage intense, notamment en lumière blanche. Ces buts sont atteints par un dispositif selon l'invention comportant une source de lumière quasi-monochromatique illuminant les conditionnements à inspecter et des moyens de détection photoélectriques détectant uniquement ladite lumière quasi-monochromatique provenant du conditionnement en cours d'inspection. L'invention a principalement pour objet un procédé de détection d'éventuels débris de verre susceptibles de se trouver à l'intérieur des conditionnements en verre transparent, notamment des bouteilles, caractérisé en ce que pour chaque conditionnement en verre à inspecter, il comporte les étapes consistant à: a) illuminer au moins une zone du conditionnement à inspecter avec de la lumière visible quasimonochromatique ayant une ) fréquence f; b) effectuer la détection photoélectrique de la lumière quasi- monochromatique de fréquence f provenant du conditionnement en cours d'inspection; c) déterminer à partir du signal électrique acquis à l'étape b) si le conditionnement en verre contient des débris de verre. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé en ce qu'à l'étape c) on détermine si le conditionnement en verre contient des débris de verre en fonction de la répartition des intensités lumineuses à la fréquence f dans divers angles solides en partant de la zone de mesure dans ) le conditionnement en verre. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé en ce qu'antérieurement à l'étape a), il comporte une étape d) consistant à confiner les éventuels débris de verre, s'il y en a, dans une zone de mesure ou d'analyse dans un volume inférieur au volume interne du conditionnement et en ce qu'à l'étape b), on effectue la détection photoélectrique de lumière quasi-monochromatique à la fréquence f provenant de ladite zone de mesure. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé en ce que le conditionnement à inspecter ou la zone de mesure dudit conditionnement se trouve sur le trajet des rayons lumineux entre la source lumineuse et les moyens de détection photoélectriques. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé en ce qu'à l'étape d), on incline par rapport à la verticale le conditionnement, notamment la bouteille d'un angle compris entre 10 et 80 , de préférence compris entre 20 et 600, de manière encore préférentielle entre 30 et 45 . L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé en ce que les conditionnements à inspecter sont des bouteilles, notamment des bouteilles de bière. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé en ce qu'on effectue la détection photoélectrique de l'intensité de la lumière à la fréquence f provenant de la zone située dans la partie inférieure du talon de la bouteille en cours d'inspection. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé en ce que les moyens de détection photoélectrique sont équipés d'un filtre O10 optique passe-bande étroit centré sur la fréquence f pour mesurer ou détecter uniquement la lumière quasi-monochromatique à la fréquence f en présence de lumière visible ambiante. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé en ce que les conditionnements à inspecter sont disposés sur un carrousel tournant, muni d'un poste fixe de mesure ou de détection des débris de verre dans des conditionnements successivement présentés devant ledit poste de mesure. L'invention a également pour objet un procédé, caractérisé en ce que l'on effectue la détection sur une ligne de conditionnement de produits ) alimentaires, à la cadence de cette ligne et en ce que la détection de débris de verre est effectuée avant la pose des étiquettes. L'invention a également pour objet un dispositif de détection de débris de verre dans des conditionnements en verre transparent, notamment dans des bouteilles, caractérisé en ce qu'il comporte une source de lumière monochromatique à une fréquence f et des moyens photoélectriques de détection de la lumière à la fréquence f provenant de la zone du conditionnement illuminée par la source quasi-monochromatique. L'invention a également pour objet un dispositif, caractérisé en ce que la source de lumière quasi-monochromatique comporte un laser. 3() L'invention a également pour objet un dispositif, caractérisé en ce que le laser est un laser hélium-néon ayant une longueur d'ondes de 543,5 nm. L'invention a également pour objet un dispositif, caractérisé en ce que les moyens de détection photoélectrique comportent une caméra vidéo assurant l'acquisition d'une image formée sur un écran translucide éclairé par la lumière provenant des conditionnements à inspecter. L'invention a également pour objet un dispositif, caractérisé en ce que les moyens de détection photoélectrique sont munis d'un filtre passe-bande étroit centré sur la fréquence f. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation d'un premier exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en élévation d'un deuxième exemple ) de réalisation du dispositif selon la présente invention; - la figure 3 est une vue en élévation d'un troisième exemple de réalisation du dispositif selon la présente invention; - la figure 4 est une vue en élévation de l'exemple préféré de réalisation du dispositif selon la présente invention. Sur les figures 1 à 4, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. Le procédé et le dispositif selon la présente invention seront expliqués en référence à une bouteille 1 que l'on peut notamment voir sur les figures 1, 2, 3 et 4, étant bien entendu que la présente invention s'étend à ) tout conditionnement en verre transparent, notamment au conditionnement en verre mis en oeuvre par l'industrie alimentaire. Il est à noter que la détection de débris de verre se trouvant à l'intérieur d'une bouteille en verre est rendue particulièrement difficile par le fait que la détection doit s'effectuer à travers des parois qui sont constituées par le même matériau que celui que I'on essaye de détecter. Le problème est particulièrement difficile à résoudre dans le cas de bouteilles en verre de couleur, notamment verte ou ambre, remplis avec une boisson elle-même colorée. Sur la figure 1, on peut voir une bouteille 1 de type connu ayant un axe de symétrie 3 vertical lorsque la bouteille 1 repose sur un support par une base 5 appelée talon. Le talon 5 est muni d'une protubérance 7 conique ou en forme de calotte sphérique, appelé piqué, dirigée vers l'intérieur de la bouteille. Du talon 5 part un corps 9 sensiblement cylindrique prolongé vers le haut par un col 11 tronconique qui se termine par une bague 13 de réception d'une capsule d'obturation. La bouteille 1 est habituellement réalisée en verre bière de couleur verte, d'autres types de bouteilles étant fréquemment réalisées en verre mi-blanc ou verre de couleur ambre. Le contenu de la bouteille formant la zone de détection 15 est illuminé par une source de lumière quasi-monochromatique 17 émettant une lumière de fréquence f dont la longueur d'ondes est transmise par le verre des conditionnements, notamment des bouteilles à inspecter. Pour du verre blanc ou ambre, on peut par exemple mettre en oeuvre une lampe au sodium basse pression, avantageusement filtrée par un filtre passe-bande étroit 23 centré sur la raie d'émission double des lampes au sodium. Avantageusement, on met en oeuvre un filtre interférentiel. Les moyens d'acquisition de données comportent un ou plusieurs détecteurs photoélectriques sensibles à la fréquence de la source 17 et disposés de manière à capter la lumière provenant de la bouteille 1. Dans l'exemple avantageux illustré, les moyens d'acquisition de données comportent une caméra vidéo 21 munie du filtre interférentiel 23 analogue au filtre 23 de la source 17 assurant l'acquisition d'une image formée sur un écran translucide 25 disposé à proximité de la bouteille 1, par exemple entre 0,5 et 10 cm de la bouteille 1. Dans l'exemple préféré de réalisation, I'écran est opposé diamétralement par rapport à l'axe 3, à la source 17. Il est bien entendu que les dispositifs dépourvus d'écran translucide 25, par exemple avec acquisition de l'intensité lumineuse en divers points autour de la bouteille ou avec acquisition de l'image de la bouteille ne sortent pas du cadre de la présente invention. Avantageusement, le laser 17 illumine toute la largeur de la bouteille par un faisceau dont la largeur est sensiblement égale à celle de la bouteille ou, de préférence, par balayage avec déplacement relatif du faisceau laser par rapport à la bouteille, par exemple par déplacement de la bouteille devant le faisceau. Avantageusement, la source 17 et la caméra vidéo 21 sont munies de filtres polarisants 19 en polarisations croisées. La caméra vidéo 21 est connectée par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique 24 à une unité centrale 26. L'unité centrale 26 effectue le traitement d'images pour déterminer, d'après l'intensité et la position des taches lumineuses détectées sur l'écran 25 si la bouteille 1 en cours d'inspection contient ou non des débris de verre. Dans la variante de réalisation mettant en oeuvre le balayage de la zone de mesure 15' par le faisceau laser, il est avantageux d'analyser par l'unité centrale 26 les variations de l'intensité lumineuse et/ou les déplacements des taches de lumière sur l'écran translucide 25 en fonction de la position relative du faisceau laser par rapport à la zone 15'. Lorsque des débris de verre sont détectés dans une bouteille 1, l'unité centrale 26 délivre un signal d'alarme 28 déclenchant l'élimination de la bouteille concernée. On peut par exemple utiliser comme unité centrale 26 un micro- ordinateur ou un calculateur spécialisé en vision artificielle et/ou en traitement d'images. L'unité centrale 26 est munie d'un logiciel de traitement d'images en temps réel qui détermine si la probabilité, pour que la bouteille 1 inspectée contienne des 1() débris de verre, dépasse un seuil prédéterminé. Ce logiciel comporte avantageusement des modules réalisés sous forme de réseaux neuroneaux. Pour un type de bouteille donné, on procède à un étalonnage du logiciel par comparaison du signal correspondant à des bouteilles dépourvues de débris de verre par comparaison à diverses bouteilles comportant divers débris de verre que l'on veut détecter. Les bouteilles ayant donné lieu à la détection de débris de verre sont éliminées en vue de leur destruction avec ou sans recyclage ou en vue d'une seconde inspection par un deuxième dispositif selon la présente invention comportant avantageusement un réglage de seuil de rejet différent de celui du premier dispositif. Le second dispositif peut travailler à une cadence relativement faible dans la mesure o il n'effectue que l'inspection des bouteilles rejetées par le premier dispositif. La mise en oeuvre de deux dispositifs permet d'obtenir à un très faible taux de fausse alerte tout en éliminant pratiquement toutes les bouteilles contenant des débris de verre y compris les débris de faible taille qui sont les plus difficiles à détecter. Sur la figure 2, on peut voir une variante de réalisation du dispositif de la figure 1 dans lequel la source 17 comporte un laser et un dispositif optique 18 permettant d'illuminer la zone 15 de la bouteille 1. On utilise avantageusement un laser hélium-néon émettant une lumière dont la longueur d'ondes est transmise par les verres des conditionnements, notamment des bouteilles inspectées. Par exemple avec du verre bière de couleur verte, on utilise une longueur d'ondes de 543, 5 nm. Avec des conditionnements en verre blanc ou mi-blanc, on peut utiliser par exemple les rayonnements ayant une longueur d'ondes de 594 nm, 612 nm ou 632,8 nm. Le laser 17 peut également être muni d'un filtre polariseur 19. Lors de nombreux essais réalisés, la Demanderesse a découvert que les acquisitions de données effectuées dans un faible volume permet d'augmenter le taux de détection de débris de verre effectivement présents dans une bouteille tout en diminuant le taux de fausse alerte correspondant à une prétendue détection de débris de verre dans une bouteille qui n'en contient point. Ainsi, il est avantageux de confiner gravitationnellement d'éventuels débris de verre, s'il y en a, dans une zone de mesure d'analyse et/ou de détection 15' de faible volume se trouvant au fond de la bouteille 1. La réduction du volume de la zone 15' de mesure d'analyse et/ou de détection est avantageusement minimisée en inclinant la bouteille 1 par rapport à la verticale d'un angle a par exemple égal à 39 . Avantageusement, l'angle a correspond à l'angle que forme la bissectrice de l'angle formé entre le piqué 7 et le corps 9 de la bouteille avec la verticale. Toutefois, il est bien entendu que l'on peut s'écarter de cet angle sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Dans le cas le plus favorable, on peut réduire le volume de la zone de mesure 15' à 0,22 % du volume interne de la bouteille 1. D'excellents résultats ont également été obtenus avec le volume de la zone de mesure égale notamment à 5 %, 3 % ou 1 % du volume de la bouteille. ) Pour s'assurer que tous les éventuels débris de verre retombent bien dans la zone 15', il est avantageux d'agiter et/ou de basculer la bouteille d'une position verticale à une position horizontale avant de l'incliner à 39 par rapport à la verticale. Avantageusement, I'angle d'incidence du faisceau laser sur la bouteille est tel que le faisceau laser est tangent au piqué 7 ou au fond 1 de la bouteille. La mise en oeuvre d'un carrousel entraînant à rotation les bouteilles 1 vers le poste de détection ou de mesure permet d'améliorer la précision du guidage et par suite la fiabilité des résultats de mesure. Le dispositif de la figure 4 comporte un bâti portant le système d'illumination, un plateau 27 entraîné en rotation par un moteur 29, un dispositif de transmission 31 ainsi qu'un dispositif de mesure ou d'acquisition de données. Le système d'illumination comporte un laser 17 d'axe optique vertical, un premier miroir de renvoi 33 à angle droit du faisceau laser, un second miroir 35 de renvoi à 57 du faisceau laser. Le dispositif d'acquisition de données comporte un écran translucide 25 vers lequel est dirigé un détecteur photoélectrique, avantageusement une caméra de vision artificielle 21. Le détecteur photoélectrique, notamment la caméra 21, est connecté, par exemple par l'intermédiaire de convertisseurs analogiques numériques 24, à un calculateur 26. S Dans une variante avantageuse, le carrousel comporte des moyens 34 de positionnement, chacun comprenant une pince 32 saisissant la bague 13 d'une bouteille. Avantageusement, la pince 32 ou les moyens 34 de positionnement sont munis d'un galet 28 guidé par une came 30 sur la périphérie du carrousel, assurant ainsi l'inclinaison et l'agitation des bouteilles, puis le positionnement à 39 devant le poste de mesure. Avantageusement, le positionnement à ce niveau est optimisé par la présence de rails de guidage 46 afin que le référencement de la position du faisceau laser soit assuré par rapport au pied de la bouteille. On peut par exemple utiliser pour les pinces et leur mécanisme de guidage des moyens mécaniques mis en oeuvre dans les machines de lavage de bouteilles sur carrousel. Le carrousel comporte par exemple 120 pinces 32 avec une répartition angulaire régulière. Avantageusement, le dispositif de détection de débris de ) verre dans des bouteilles est inséré dans une chaîne d'embouteillage de boissons, notamment de bière, après les postes de sous-tirage, de bouchage, de pasteurisation et avant le poste de pose d'étiquettes. Un tel dispositif travaille à la cadence de la chaîne d'embouteillage, par exemple égale à 000 bouteilles à l'heure. La présente invention trouve son application principalement dans l'industrie agro-alimentaire, notamment dans les brasseries. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection d'éventuels débris de verre susceptibles de se trouver à l'intérieur des conditionnements en verre transparent, notamment des bouteilles (1), caractérisé en ce que pour chaque conditionnement en verre à inspecter, il comporte les étapes consistant à: a) illuminer au moins une zone (15, 15') du conditionnement (1) à inspecter avec de la lumière visible quasi-monochromatique ayant une fréquence f; b) effectuer la détection photoélectrique de la lumière quasi- () monochromatique de fréquence f provenant du conditionnement (1) en cours d'inspection; c) déterminer à partir du signal électrique acquis à l'étape b) si le conditionnement en verre (1) contient des débris de verre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape c) on détermine si le conditionnement en verre (1) contient des débris de verre en fonction de la répartition des intensités lumineuses à la fréquence f dans divers angles solides en partant de la zone de mesure dans le conditionnement en verre (1). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce ) qu'antérieurement à l'étape a), il comporte une étape d) consistant à confiner les éventuels débris de verre, s'il y en a, dans une zone (15, 15') de mesure ou d'analyse dans un volume inférieur au volume interne du conditionnement (1) et en ce qu'à l'étape b), on effectue la détection photoélectrique de lumière quasi-monochromatique à la fréquence f provenant de ladite zone de mesure (15, 15'). 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le conditionnement (1) à inspecter ou la zone de mesure (15, 15') dudit conditionnement (1) se trouve sur le trajet des rayons lumineux entre la source lumineuse (17) et les moyens de détection photoélectriques (21). 3() 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'à l'étape d), on incline par rapport à la verticale le conditionnement (1), notamment la bouteille d'un angle compris entre 10 et 80 , de préférence compris entre 20 et 60 , de manière encore préférentielle entre 30 et 45 . 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conditionnements à inspecter sont des bouteilles, notamment des bouteilles de bière. 7. Procédé selon la revendication 5 et 6, caractérisé en ce qu'on effectue la détection photoélectrique de l'intensité de la lumière à la fréquence f provenant de la zone (15') située dans la partie inférieure du talon (5) de la bouteille (1) en cours d'inspection. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection photoélectrique (21) sont équipés d'un filtre optique passe-bande étroit (23) centré sur la fréquence f pour mesurer ou détecter uniquement la lumière quasi- monochromatique à la fréquence f en présence de lumière visible ambiante. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conditionnements à inspecter (1) sont disposés sur un carrousel (27) tournant, muni d'un poste fixe de mesure ou de détection des débris de verre dans des conditionnements successivement présentés devant ledit poste de mesure. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue la détection sur une ligne de conditionnement de produits alimentaires, à la cadence de cette ligne et en ce que la détection de débris de verre est effectuée avant la pose des étiquettes. 11. Dispositif de détection de débris de verre dans des conditionnements en verre transparent (1), notamment dans des bouteilles, caractérisé en ce qu'il comporte une source de lumière monochromatique (17) à une fréquence f et des moyens photoélectriques (21) de détection de la lumière à la fréquence f provenant de la zone (15, 15') du conditionnement illuminée par la source quasi-monochromatique (17). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la source de lumière quasi-monochromatique (17) comporte un laser. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le laser (17) est un laser hélium-néon ayant une longueur d'ondes de 543,5 nm. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection photoélectrique (21) comportent une caméra vidéo assurant l'acquisition d'une image formée sur un écran translucide (25) éclairé par la lumière provenant des conditionnements à inspecter. 1 1 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection photoélectrique (21) sont munis d'un filtre passe-bande étroit (23) centré sur la fréquence f.