Brevet FR2773881A1 — publié le 19990723

La présente invention concerne un dispositif destiné à déterminer la répartition granulométrique des particules et destiné à caractériser la forme des particules dans un mélange de particules à l'aide d'un balayage électro-optique, comprenant un dispositif de dosage pour isoler dans le mélange de particules les particules à analyser dans le flux de particules et comprenant une section de mesure optoélectronique formée par une source lumineuse et un dispositif de prise de vues, le long de laquelle il se produit un mouvement du flux de particules, dû à la force de gravité ou à une force supplémentaire, entre la source lumineuse et le dispositif de prise de vues et un balayage numérique des surfaces de projection sous forme d'éléments picturaux de l'image masqués par les surfaces de projection des particules dans le dispositif de prise de vues, et comprenant une unité informatique destinée à convertir les informations numériques dans le sens d'une détermination de la taille des particules enregistrées. Un dispositif du type ci-dessus mentionné a été décrit dans le prospectus " Partikelform und Grôpenanalyse fur Labor & Production" (Forme des particules et granulométrie en laboratoire et à l'échelle industrielle) de la société Meltechnik Schwarz GmbH, DUsseldorf. Dans le cadre de ce dispositif, une caméra matrice numérique enregistre, sous forme de surfaces de projection bidimensionnelles, les particules qui se déplacent à travers le faisceau de balayage de ladite caméra devant un arrière-plan formé par la source lumineuse, la précision de ces prises de vues dépendant de la durée d'éclairement et de la profondeur de champ du dispositif de prise de vues electro-optique utilisé. L'échelle du domaine de mesure d'une telle caméra matrice est fournie par le facteur dynamique B, c'est-à- dire le rapport de la limite de mesure supérieure sur la limite de mesure inférieure. Plus les particules à mesurer sont grandes dans la répartition granulométrique du flux de particules à examiner, plus le nombre d'éléments picturaux de l'image masqués par les particules pendant leur passage à travers le faisceau de balayage est important. Étant donné que, dans le cadre de l'analyse assistée par ordinateur, toutes les particules qui traversent seulement partiellement le faisceau de balayage ne sont pas prises en compte, il s'avère que pendant l'examen des répartitions granulométriques correspondantes il existe une forte probabilité que des particules relativement grandes soient enregistrées de manière très sousreprésentative. Il s'y ajoute le fait que des particules relativement grandes et lourdes présentent une plus grande vitesse de chute, de telle sorte qu'en fonction de la durée d'éclairement il existe un risque d'un allongement de la surface de projection enregistrée. Pour les raisons ci-dessus mentionnées, avec les caméras matrices de type CCD communément utilisées, le facteur dynamique B est compris entre 35 et 40, de telle sorte que dans la pratique, un objectif ne permet d'examiner avec la précision d'information souhaitée que les répartitions granulométriques dans lesquelles les particules les plus grosses sont au maximum 35 à 40 fois plus grandes que les plus petites particules. S'il s'avérait nécessaire de mesurer des répartitions granulométriques avec une largeur différente ou avec un autre domaine de grandeur, l'échelle de l'image de la caméra matrice doit être adaptée à la répartition granulométrique à examiner, ce qui engendre des opérations manuelles très longues et coûteuses, tel le remplacement de l'objectif, le réglage de la profondeur de champ, la variation de la position de la caméra, ainsi qu'un ajustement du dispositif. Un dispositif du type ci-dessus mentionné, comprenant une caméra de balayage de surfaces est en outre connu par le document WO 97/14950 Ai. Dans un dispositif décrit dans le document DE 41 19 240 C2, le dispositif de prise de vues est constitué par une caméra de balayage de lignes de type CCD; étant donné qu'une caméra de balayage de lignes ne reproduit chaque fois que le cliché d'une longueur de corde de la particule mesurée, il faut trier les lignes rapidement les unes après les autres pour obtenir des informations exploitables sur les particules, et à partir de chaque séquence à une dimension on construit des surfaces de projection bidimensionnelles des particules à examiner. Avec des caméras de balayage de lignes de ce type, il est possible de travailler avec un facteur dynamique B = 100, de telle sorte qu'il est possible d'examiner une répartition granulométrique nettement plus large que celle analysée avec une caméra matrice de type CCD. Néanmoins, le fait d'utiliser une caméra de balayage de lignes présente l'inconvénient que la construction des surfaces de projection des particules mesurées résulte des informations des lignes en supposant que la vitesse de chute reste constante pour chaque particule. Cela n'est cependant pas le cas, car lorsque les particules passent devant la caméra de balayage de lignes, elles subissent un mouvement accéléré, et de plus des particules de grosseur différente ne tombent pas avec la même vitesse en raison du frottement de l'air sur le lieu de mesure, mais présentent une variation de la vitesse. En raison de cette grandeur d'influence - non négligeable - , un tel dispositif ne fonctionne pas avec une précision suffisante. C'est pourquoi l'objet de la présente invention est d'améliorer un dispositif du type cité en introduction en vue d'accroître le facteur dynamique et la précision de la détermination de la granulométrie. Cet objet est résolu par des modes de réalisation avantageux et des modes de réalisation améliorés de la présente invention, qui se dégagent du contenu des revendications qui sont exposées après la présente description. Dans son idée de base, la présente invention propose que le dispositif de prise de vues soit constitué par plusieurs instruments de prise de vues électro-optiques différents et orientés vers le flux de particules, avec des échelles de l'image définies les unes par rapport aux autres pour couvrir l'ensemble du domaine de mesure du dispositif. L'avantage de la présente invention réside dans le fait que l'instrument de prise de vues électro-optique présentant la plus grande échelle de l'image avec une profondeur de champ réglée de manière correspondante enregistre les particules les plus grosses, alors que les plus petites particules du flux de particules sont entregistrées par l'instrument de prise de vues électro- optique avec la plus petite échelle de l'image et la profondeur de champ adaptée à cet instrument; la subdivision du travail ainsi établie par rapport à la prise de vues des surfaces de projection de toutes les particules à mesurer dans le flux de particules est prise en compte et convertie de manière correspondante dans l'unité informatique, de telle sorte qu'on obtient un résultat homogène de la répartition granulométrique. Dans l'ensemble, on obtient un facteur dynamique B nettement plus élevé en raison du domaine de mesure élargi du dispositif conforme à l'invention. Selon un exemple de réalisation de la présente invention, il est proposé que l'instrument de prise de vues électro-optique avec la plus petite échelle de l'image soit monté à plus faible distance de l'extrémité du dispositif de dosage que l'instrument de prise de vues électro-optique avec la plus grande échelle de l'image. Il en résulte l'avantage que les plus petites particules, en particulier, peuvent être enregistrées suffisamment tôt à la sortie du dispositif de dosage, avant que, compte tenu des courtes durées d'éclairement, les particules aient atteint leur vitesse de chute finale. À cet effet, il peut s'avérer avantageux que les faisceaux de balayage des instruments de prise de vues se chevauchent. Selon des exemples de réalisation de la présente invention, il est possible d'orienter vers le flux de particules deux, voire trois instruments de prise de vues électro-optiques conçus chacun avec des échelles de l'image différentes, de telle sorte que dans l'ensemble le facteur dynamique B peut être réglé au mieux en fonction de la répartition des particules à escompter dans le flux de particules. En ce qui concerne la conception des instruments de prise de vues électro-optiques, il est aussi possible selon un exemple de réalisation d'utiliser plusieurs instruments de prise de vues à une dimension, par exemple sous forme de caméras de balayage de lignes de type CCD, déjà mentionnée, étant donné qu'il est aussi possible d'attribuer aux caméras de balayage de lignes différentes échelles de l'image et de réaliser ainsi une subdivision du travail permettant d'analyser des particules de différentes grosseurs. Selon un exemple de réalisation préféré de la présente invention, l'instrument de prise de vues électro-optique est conçu comme un instrument de prise de vues bidimensionnel, parmi lesquels une caméra matrice de type CCD convient en particulier. L'avantage de ce mode de réalisation réside dans le fait qu'il est possible d'obtenir un facteur dynamique B nettement plus élevé pour cette catégorie d'instruments, tout en conservant les avantages liés à l'utilisation de la caméra matrice, en particulier en ce qui concerne leur précision de mesure. De plus, selon un exemple de réalisation de la présente invention, il est proposé de définir pour chaque caméra matrice une surface de projection de 3 x 3 éléments picturaux de l'image constituant une limite d'image inférieure, dans lequel mode de réalisation la caméra matrice avec la plus petite échelle de l'image présente une valeur d'éléments picturaux de l'image de 0,015 mm et la caméra matrice avec la plus grande échelle de l'image présente une valeur d'éléments picturaux de l'image de 0,125 mm. Dans la mesure o le dispositif de dosage est équipé d'un dispositif d'ajustage permettant de le disposer à l'horizontale, transversalement au flux de particules, cela permet d'éviter une séparation du mélange dans le flux de particules sur toute la largeur du dispositif de dosage, de telle sorte que toute la section du flux de particules tombant hors du dispositif de dosage garantit une répartition granulométrique homogène. En l'occurrence, selon un autre exemple de réalisation de la présente invention, il est proposé que la largeur du dispositif de dosage soit définie en fonction de la largeur du faisceau de balayage de la caméra matrice avec la plus grande échelle de l'image. En raison d'une telle adaptation, il est assuré que toutes les particules individuelles seront enregistrées le mieux possible. Un mode de réalisation donné à titre d'exemple de la présente invention est expliqué en détail ci-après à l'appui du dessin. Le dessin montre: figure 1: une vue de côté d'un dispositif de mesure; figure 2: une représentation en détail de la disposition de la caméra selon la figure 1 avec les faisceaux de balayage associés. Le dispositif comprend tout d'abord un dispositif de dosage 10 équipé d'une trémie 11, qui communique avec une goulotte de dosage 12. Le dispositif de dosage est supporté par un châssis 13, qui comporte un dispositif d'ajustage 14, par lequel la goulotte de dosage 12, en particulier, peut être orientée à l'horizontale, à savoir transversalement au flux de particules 15 tombant hors de la goulotte de dosage 12. En dessous du châssis 13 est monté un récipient collecteur 16 destiné à recevoir le flux de particules 15. Le flux de particules 15 tombant hors de la goulotte de dosage 12 se déplace sous l'effet de la force de gravité entre une source lumineuse 17 et un dispositif de prise de vues, qui dans le présent mode de réalisation, donné à titre d'exemple, est formé par deux caméras matrices de type CCD 18, 19. Dans ce cas, la caméra matrice 18 supérieure, la moins éloignée de l'extrémité de la goulotte de dosage 12, est conçue pour la plus petite échelle de l'image, alors que la caméra matrice 9 inférieure est conçue pour la plus grande échelle de l'image. Comme le montre plus en détail la figure 2, le faisceau de balayage 21 de la caméra matrice 19 avec la plus grande échelle de l'image chevauche le faisceau de balayage 20 de la caméra matrice 18 avec la plus petite échelle de l'image. Dans le cadre d'un exemple de réalisation, on peut attribuer aux caméras matrices 18 et 19, par exemple, les échelles de l'image suivantes: pour la caméra matrice 18 avec la plus petite échelle de l'image, la valeur d'un élément pictural de l'image (pixel) est fixée par exemple à 0,015 mm, la limite de mesure inférieure étant définie par le fait qu'une particule dans sa surface de projection doit masquer au moins une surface de 3 x 3 éléments picturaux de l'image, pour pouvoir être enregistrée; il en résulte une limite de mesure inférieure de 0,045 mm. De manière correspondante, la limite de mesure supérieure est définie de manière à masquer une surface de 100 x 100 pixels, de telle sorte qu'il en résulte une limite de mesure supérieure de 1,5 mmn. Si l'on utilise une caméra matrice de type CCD d'usage courant avec un faisceau de balayage de 580 x 760 pixels, on obtient ainsi pour la caméra matrice 18 un faisceau de balayage de 8,7 mm x 11,4 mm. De manière correspondante, on attribue à la caméra matrice 19 une valeur d'éléments picturaux de l'image de 0,125 mm, il en résulte une limite de mesure inférieure de 0,375 mm et une limite de mesure supérieure de 12,5 mm. Il en résulte un faisceau de balayage dans le plan des particules de 72,5 x 95 mm. Il est prévu à cet effet, avec un montage correspondant, de concevoir la goulotte de dosage 12 avec une largeur de 75 mm, de telle sorte que la largeur du faisceau de balayage 21 soit choisie en fonction de la largeur de la goulotte de dosage 12. À partir des données obtenues avec l'exemple de réalisation ci-dessus mentionné, on obtient un facteur dynamique B = 278, qui fait ressortir le domaine d'application nettement amélioré du dispositif conforme à l'invention. Par une variation de la taille des éléments picturaux de l'image pour l'analyse des surfaces de projection des particules isolées, il est possible d'obtenir avec d'autres échelles de l'image des facteurs dynamiques nettement plus élevés. Les caractéristiques de l'objet des présents documents, exposées dans la description ci-dessus, les revendications, l'abrégé et le dessin peuvent être utilisés isolément ou dans de quelconques combinaisons pour réaliser les différents modes de réalisation de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à déterminer la répartition granulométrique des particules et destiné à caractériser la forme des particules dans un mélange de particules à l'aide d'un balayage électro- optique, comprenant un dispositif de dosage pour isoler dans le mélange de particules les particules à analyser dans le flux de particules et comprenant une section de mesure optoélectronique formée par une source lumineuse et un dispositif de prise de vues, le long de laquelle il se produit un mouvement du flux de particules, dû à la force de gravité ou à une force supplémentaire, entre la source lumineuse et le dispositif de prise de vues et un balayage numérique des surfaces de projection sous forme d'éléments picturaux de l'image masqués par les surfaces de projection des particules dans le dispositif de prise de vues, et comprenant une unité informatique destinée à convertir les informations numériques dans le sens d'une détermination de la taille des particules enregistrées, caractérisé en ce que le dispositif de prise de vues est constitué par plusieurs instruments de prise de vues électro- optiques (18, 19) différents et orientés vers le flux de particules (15), avec des échelles de l'image définies les unes par rapport aux autres pour couvrir l'ensemble du domaine de mesure du dispositif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instrument de prise de vues électro-optique (18) avec la plus petite échelle de l'image est monté à plus faible distance de l'extrémité du dispositif de dosage (12) que l'instrument de prise de vues électro- optique (19) avec la plus grande échelle de l'image. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les faisceaux de balayage (20, 21) des instruments de prise de vues (18, 19) se chevauchent. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que deux instruments de prise de vues électrooptiques (18, 19) sont orientés vers le flux de particules (15). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que trois instruments de prise de vues électrooptiques sont orientés vers le flux de particules (15). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'instrument de prise de vues électrooptique est conçu sous forme d'instrument de prise de vue à une dimension. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'instrument de prise de vues électrooptique est conçu sous forme d'instrument de prise de vues bidimensionnel. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'instrument de prise de vues bidimensionnel est formé par une caméra matrice de type CCD (18, 19). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une surface de projection de 3 x 3 éléments picturaux de l'image est choisie comme limite inférieure de l'image pour chaque caméra matrice (18, 19). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la caméra matrice (18) avec la plus petite échelle de l'image présente une valeur d'éléments picturaux de l'image de 0,015 mm et la caméra matrice (19) avec la plus grande échelle de l'image présente une valeur d'éléments picturaux de l'image de 0,125 mm. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dispositif de dosage (12) est muni d'un dispositif d'ajustage (14) destiné à ajuster ledit dispositif de dosage à l'horizontale, transversalement au flux de particules (15) 12. Dispositif selon la revendication 11 et la revendication 8, caractérisé en ce que la largeur du dispositif de dosage (12) correspond à la largeur du faisceau de balayage (21) de la caméra matrice (19) avec la plus grande échelle de l'image.