Brevet FR2855268A1 — publié le 20041126

Dispositif et procédé de détection d'intrus dans des soudures d'emballage. 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui de l'emballage de produits. L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, aux emballages à zones soudées et/ou thermoscellées utilisés dans le domaine de l'industrie alimentaire, ces zones pouvant être de formes variées, relativement à la forme du contenu et/ou aux besoins de compartimentage liés au conditionnement. Plus précisément, l'invention concerne le contrôle de l'absence ou de la 10 présence d'intrus pouvant potentiellement s'introduire dans les cordons de soudure de tels emballages, et ainsi altérer la qualité de la soudure, du point de vue de l'étanchéité et/ou du simple aspect esthétique conféré au produit et à son emballage. Ces éléments sont importants à considérer, en particulier dans le domaine de l'industrie agroalimentaire. 2. L'art antérieur De façon générale, un défaut d'étanchéité dans un cordon de soudure a pour conséquence, d'une part la dégradation du produit conditionné, bien avant sa date de péremption, mais surtout et d'autre part, l'introduction d'un risque sanitaire pour le consommateur, du type intoxication alimentaire par exemple. Par ailleurs, la présence d'un intrus (souvent de nature organique animale, dans le domaine agroalimentaire) dans un cordon de soudure d'un emballage thermoscellé, contenant un produit de consommation alimentaire, incite le consommateur à se détourner du produit. Ce dernier associe en effet souvent un défaut de qualité et/ou d'esthétique de l'emballage d'un produit à une mauvaise 25 qualité du produit lui-même. Cette attitude qui conduit régulièrement le consommateur vers un refus d'acheter le produit peut se traduire par un manque à gagner pour l'entreprise fabricant et/ou conditionnant ce produit. Selon l'art antérieur, on connaît différentes techniques permettant de vérifier la qualité des soudures d'un emballage thermoscellé, en termes d'étanchéité ou de 30 complétude de la soudure. Selon ce même art antérieur, on ne connaît pas aujourd'hui, en revanche, de solution technique permettant de détecter la présence d'un ou plusieurs intrus indésirables qui se seraient introduits dans un cordon de soudure d'un emballage thermoscellé, notamment et non exclusivement d'un produit de consommation alimentaire, en dehors de la solution suivante. Selon l'art antériorité en effet, seule la solution consistant à poster un manutentionnaire en fin de chaîne de production pour effectuer un contrôle manuel de chaque produit conditionné, est aujourd'hui connue et utilisée par les entreprises, notamment du domaine de l'industrie agroalimentaire. Cette solution consiste donc pour un manutentionnaire en charge de ce contrôle des cordons de soudure, à retourner dans une première étape les emballages des produits conditionnés. Une seconde étape consiste ensuite à détecter visuellement la présence éventuelle d'intrus indésirables dans ces cordons de soudure puis, à trier sur la chaîne de production et dans une troisième étape, les 15 produits possédant un emballage défectueux, de ceux répondant parfaitement aux critères de bonne qualité et de vente. Cette solution selon l'art antérieur présente cependant un nombre important d'inconvénients, parmi lesquels: - pénibilité du travail pour le(s) manutentionnaire(s); - faible cadence de production limitée par la cadence de contrôle du ou des manutentionnaires; - risques d'erreur engendrés par la présence d'intrus de petite taille ou peu visibles (nature organique animale du type chair, par exemple) qui peuvent facilement échapper à l'oeil humain et ainsi engendrer des problèmes 25 d'étanchéité dans le cordon de soudure pourtant contrôlé. 3. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients principaux de l'art antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un dispositif et un 30 procédé de détection de présence d'intrus indésirables à l'intérieur de cordon de soudure d'emballages thermoscellés. Ainsi, un objectif de l'invention est de fournir un dispositif et procédé qui permette d'obtenir des cadences de production élevées, notamment mais non exclusivement, sur une chaîne de production de produits de consommation agroalimentaires. Un objectif complémentaire de l'invention est de fournir un dispositif et un procédé qui soit adapté au contrôle d'objets et/ou produit de dimensions restreintes. Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif qui permette de détecter des intrus de petite taille et/ou dont la nature (du type 10 organique animale, par exemple) les rend peu visibles. Un objectif supplémentaire de l'invention est de fournir un dispositif et un procédé qui tienne compte de la diversité des formes géométriques et/ou volumétrique des emballages, et de la diversité géométrique des zones soudées (formes, positionnement sur l'emballage). Encore un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif et un procédé qui soient techniquement aisés à mettre en oeuvre, tout en étant de coût raisonnable. Enfin, un dernier objectif de l'invention est de fournir un dispositif et un procédé qui soient parfaitement adaptés à un environnement thermique sensible, 20 et notamment à une zone de conditionnement réfrigérée. 4. Caractéristiques principales de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints à l'aide d'un dispositif de détection d'au moins un intrus dans un cordon de soudure d'un emballage comprenant au moins deux couches de matériaux d'emballage 25 solidarisés par des moyens de soudage. Un tel dispositif comprend avantageusement des moyens d'éclairage direct d'au moins certaines zones du cordon de soudure de l'emballage du produit à fabriqué et/ou conditionné. Il comprend également des moyens d'analyse d'au moins une portion de la lumière émise par les moyens d'éclairage et réfléchie par le produit, de façon à détecter la 30 présence éventuelle du ou desdits intrus. Les moyens d'éclairage et d'analyse de la lumière réfléchie sont ainsi situés du même côté par rapport au produit contrôlé. De façon avantageuse, le dispositif selon l'invention comprend des moyens d'acquisition d'une rafale d'images adaptés au défilement de l'emballage. Ces moyens tiennent compte d'au moins une image acquise pour contrôler l'emballage du produit considéré. Il peut en effet suffire d'une seule image pour détecter la présence d'un intrus dans un cordon de soudure d'emballage d'un produit. L'acquisition d'une rafale d'images présente deux intérêts principaux au moins. Le premier concerne la possibilité de pouvoir observer et ainsi contrôler la totalité du produit sur une seule image reconstruite de façon logicielle à partir des 10 différents segments d'images acquis par la rafale. Le second concerne la plus grande facilité de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention et sa grande adaptabilité au contrôle de produits de différentes tailles et de différentes formes, et à la détection d'intrus de différentes tailles et de différentes formes. Préférentiellement, le dispositif selon l'invention comprend des moyens d'asservissement de moyens d'acquisition d'images, en fonction de: - la vitesse de défilement du produit emballé sur la chaîne de production et/ou - la fréquence d'acquisition des moyens d'acquisition. De façon avantageuse, la lumière réfléchie est relevée par au moins une caméra qui acquiert les images des produits à contrôler, au fur et à mesure de leur défilement sur la chaîne de production, suivant un procédé optique utilisant la réflexion de la lumière. Cette caméra est positionnée du même côté que les moyens d'éclairage. De façon également avantageuse, les moyens d'éclairage mettent en oeuvre au moins une diode électroluminescente, dont la ou les longueurs d'onde sont choisies en fonction de la réflectance caractéristique d'au moins un type d'intrus potentiel. Un des nombreux intérêts du dispositif selon l'invention concerne en effet la possibilité de faire réagir la matière, en particulier celle de l'intrus 30 potentiel, en fonction d'une longueur d'onde émise. Ainsi, lorsqu'on utilise plusieurs diodes électroluminescentes émettant sur des longueurs d'onde différentes, il devient possible de détecter des intrus potentiels et ainsi, d'identifier leurs natures respectives. Selon l'invention, les moyens d'éclairage sont préférentiellement des moyens d'éclairage pulsé dont la durée de flash est paramétrable. Il s'agit en effet 5 de fournir une très forte intensité lumineuse en activant la ou les diodes électroluminescentes sur des temps (pilotés) très court pouvant varier entre 5 microsecondes et vingt millisecondes, à une fréquence pouvant également varier entre vingt et trente hertz. Cette faible durée d'activation des diodes électroluminescentes permet de faire 10 circuler dans celles-ci de très fortes intensités, jusqu'à dix fois leur intensité nominale, et donc de fournir un éclairement maximal du produit à contrôler. De plus, une telle technique possède l'avantage de ne pas détériorer la source d'éclairage et de prolonger sa durée de vie. Elle possède également pour intérêt de ne générer qu'une très faible dissipation thermique, contrainte essentielle à 15 l'utilisation du dispositif selon l'invention dans des environnements de production à l'intérieur desquels une chaîne de froid est mise en oeuvre et ne doit en aucun cas être rompue. Préférentiellement, le dispositif selon l'invention comprend en outre au moins un filtre. En effet, malgré l'avènement des diodes électroluminescentes de 20 longueur d'onde prédéterminée, il est souvent difficile de trouver une telle diode dont la longueur d'onde corresponde parfaitement à la longueur d'onde d'éclairage requise pour la détection d'un type particulier d'intrus, en particulier alimentaire, déterminé notamment par la courbe de réflectance obtenue pour ce dernier. Une des caractéristiques de l'invention consiste effectivement à faire 25 réagir la matière d'un intrus potentiel en fonction d'une longueur d'onde émise. Avantageusement, la solution technique selon l'invention utilise au moins un filtre du type appartenant au groupe comprenant: - les filtres en bande passante; - les filtres interférentiels - les filtres coupe bande. L'ajout d'un tel filtre passe-bande et/ou interférentiel et/ou coupe bande permet ainsi de recaler tout ou partie du spectre de la lumière émise sur la longueur d'onde souhaitée pour la détection d'intrus, même en utilisant une diode électroluminescente de longueur d'onde légèrement différente de celle réellement 5 requise. Cette technique permet de caler le spectre d'observation sur au moins certaines longueurs d'onde prédéterminées. De façon avantageuse, les moyens d'analyse comprennent des moyens de comparaison de la réflectance du support caractérisée avec au moins un modèle de courbe de réflectance propre aux dits intrus recherchés. L'invention concerne également, de façon préférentielle, un procédé de détection d'au moins un intrus dans un cordon de soudure d'un emballage comprenant au moins deux couches de matériaux d'emballage solidarisés par des moyens de soudage. Un tel procédé comprend avantageusement une étape d'éclairage d'au moins certaines zones du cordon de soudure de l'emballage à 15 contrôler, et une étape d'analyse d'au moins une portion de la lumière réfléchie correspondante, de façon à détecter la présence éventuelle d'un ou plusieurs intrus. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus 20 clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un diagramme illustrant les étapes de conception, de réalisation et de fonctionnement du dispositif selon l'invention; - la figure 2 illustre les courbes de réflectance obtenue pour quatre matière de nature organique animale; - la figure 3 est un exemple d'image obtenue par le dispositif selon l'invention. - la figure 4 est un exemple de succession d'images obtenues par le dispositif 30 selon l'invention à la suite de l'étape d'acquisition d'une rafale d'images; - la figure 5 présente une vue de côté (a) et une vue de dessus (b) de la chaîne de production mettant en oeuvre le dispositif selon l'invention. 6. Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention L'invention vise donc à détecter automatiquement sur une chaîne de 5 production la présence éventuelle d'intrus à l'intérieur des cordons de soudure d'emballages thermoscellés conditionnant des produits de consommation, en particulier agroalimentaires. De façon plus détaillée, le concept général de l'invention consiste à éclairer fortement et sur une très courte période de temps (de l'ordre de quelques dizaines 10 de microsecondes à quelques dizaines de millisecondes) l'emballage à contrôler et d'analyser au moins une portion de la lumière réfléchie correspondante, de façon à détecter la présence éventuelle d'un ou plusieurs intrus. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, illustré de façon détaillée par le diagramme de la figure 1, on détecte dans une première étape de 15 fonctionnement l'arrivée du produit à contrôler, celui-ci défilant en continu et à une vitesse prédéterminée sur la chaîne de production. Dans une seconde étape de fonctionnement, le dispositif selon l'invention acquiert une rafale d'images nécessaire à l'observation de la totalité du produit à contrôler. Cette acquisition s'effectue sur la durée d'éclairage en mode pulsé du 20 produit, cet éclairage de très forte intensité lumineuse permettant en outre d'asservir la quantité de lumière émise et l'instant d'émission, d'une part à la vitesse de défilement du produit, de façon à éviter un flou quelconque sur les images acquises, et d'autre part à la fréquence d'acquisition des capteurs équipant le dispositif selon l'invention. La figure 4 présente une succession d'images (41, 42, 43, 44, 45) obtenues lors de l'acquisition d'une rafale d'images servant de base à la reconstitution, puis au recalage sur certaines zones d'intérêt d'une image complète du produit contrôlé, telle qu'illustrée sur la figure 3. Tel que précité, les moyens d'éclairage utilisés par le dispositif selon 30 l'invention sont des diodes électroluminescentes de longueurs d'onde prédéterminées, choisies la plus proche possible de la zone de longueur d'onde la plus favorable (plus fort contraste) à la détection des intrus potentiels recherchés dans les cordons de soudure. Cette zone longueur d'onde la plus favorable est préalablement définie par analyse spectrophotométrique en réflectance du produit et de son support. Cette analyse permet ainsi de déterminer, d'une part la ou les 5 longueurs d'onde d'éclairement assurant un plus fort contraste, et d'autre part, de rechercher la source lumineuse du type diode électroluminescente émettant spécifiquement dans la longueur d'onde ou au voisinage de la longueur d'onde sélectionnée. Un calage de l'émission lumineuse pourra être préalablement réalisé, si 10 nécessaire, à l'aide d'un ou plusieurs filtres complémentaires du type interférentiel, ou passe-bande de façon préférée par le dispositif selon l'invention. Tel qu'illustré sur la figure 5, les moyens d'éclairage utilisés (51) par le dispositif selon l'invention sont placés du même côté que les capteurs (52). Ces moyens d'éclairage sont en outre directs et permettent d'orienter la source de 15 lumière directement vers le produit à contrôler. Dans une variante de l'invention, ils peuvent être indirects, la source de lumière étant toujours placée du même côté que les capteurs, mais orientée vers un ou plusieurs miroirs (également placé(s) du même côté que les capteurs) permettant de rediriger la lumière émise vers l'objet ou le produit à contrôler. A titre de premier exemple, les diodes électroluminescentes équipant le dispositif selon l'invention sont du type TLHB 420 VISHAY (marque déposée) et possèdent pour caractéristiques principales: - pic d'éclairement: 428nm; - demi-intensité lumineuse: 410Onm à 470nm; 25 - angle de demi-intensité lumineuse: 22 ; - chute de tension aux bornes: 5V; intensité électrique nominale (Ien): 20mA; - intensité lumineuse nominal (Iln): 50mcd; - intensité lumineuse maximale: 1,6 x Iln (80mcd) à 5 x Ien (00lmA). A titre de deuxième exemple, les filtres de recalage sont du type coupe bande de 10nm, ou du type interférentiels plO-34 en 410nm ou 420 nm de chez LOT ORIEL (marque déposée). Dans une troisième étape de fonctionnement, une image complète du produit 5 à contrôler est restituée par les moyens logiciels, à partir de l'ensemble des images de la rafale d'images acquise à l'étape précédente. L'image complète du produit subit alors dans une quatrième étape de fonctionnement un recalage logiciel des zones d'intérêt (cordons de soudure à contrôler), ce recalage s'appuyant en particulier sur une analyse de la forme 10 d'ensemble du produit à contrôler. La figure 3 illustre à titre d'exemple le type d'image (reconstituée et recalée) obtenue par le dispositif selon l'invention qui sert de support à la détection et à l'identification précise de la nature des intrus présents dans des zones d'intérêt de type soudure d'emballage du produit contrôlé. C'est dans une cinquième étape de fonctionnement que la détection des intrus potentiellement présents dans les zones d'intérêt est réalisée par analyse des niveaux de gris obtenus par réflectance, puis comparaison avec des valeurs de références ayant été préalablement analysées et définies. La figure 2 illustre quatre courbes de réflectance, données à titre d'exemple 20 pour quatre matières différentes de nature organique animale: gras (21), gras-sang (22), maigre (23) et os spongieux rouge (24), ainsi que la zone (25) la plus favorable en termes de détection d'intrus constitué de l'une des matières précitées, cette zones étant située entre 410 et 420nm dans l'exemple de la figure 2. Une fois les intrus détectés dans les zones d'intérêt, c'est-à-dire les cordons 25 de soudure d'emballages agro-alimentaires thermoscellés, dans ce mode de réalisation préférée de l'invention, une quantification de ces derniers est ensuite réalisée dans une sixième étape de fonctionnement. Les quantités d'intrus détectés sont alors comparées avec des valeurs de références, en termes de qualité du produit et d'acceptabilité de cette dernière par un consommateur. Enfin, une septième étape de fonctionnement permet au dispositif selon l'invention d'orienter le produit contrôlé, soit vers l'ensemble des produits O10 détectés comme conformes, soit vers l'ensemble des produits déclarés non conformes à la vente et à la consommation, au moyen de la génération d'un signal de commande automatique destiné à la chaîne de fabrication et/ou d'emballage. Dans ce mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de détection 5 d'intrus dans les cordons de soudure d'emballage est donc équipé de matériels spécifiques du type: - diode(s) électroluminescente(s); - filtre(s); et de matériels standards du type: capteurs (caméra par exemple); - objectifs - système d'acquisition d'image et/ou de vision. Ce dispositif est mis en oeuvre de façon préférentielle sur la chaîne de production et plus précisément en sortie du dispositif assurant le scellage de 15 l'emballage du produit. Il est appliqué avantageusement, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, au domaine du contrôle d'emballages thermoscellés de produits agro-alimentaires transitant sur une chaîne de production réfrigérée, celui-ci étant parfaitement respectueux de la chaîne de froid impliquée dans ce type de production 20 industrielle. 7. Avantages de la solution selon l'invention Le dispositif et le procédé de détection d'intrus dans des soudures d'emballage, tels que proposés par l'invention présentent de nombreux avantages, dont une liste non exhaustive est donnée ci-dessous: 25 - simplicité de mise en oeuvre; coût réduit; - détection, identification et quantification des intrus potentiels dans les cordons de soudure d'emballage; - configurabilité et adaptabilité du dispositif par rapport à: 30 o la forme et la taille des produits; o la forme et les dimensions des zones d'intérêt à contrôler; o la nature des intrus potentiels à détecter; - rapidité de traitement de l'information permettant d'accroître la cadence de production et donc, de contribuer à l'accroissement de la rentabilité de l'entreprise; - parfaite adéquation avec les contraintes de respect de la chaîne de froid (conditionnement réfrigéré) sur les chaînes de production de l'industrie agro-alimentaire, l'émission thermique induite par les moyens d'éclairage du produit à contrôler étant quasi nulle; - fiabilité en termes de pourcentage de détection des intrus, et notamment 10 pour ceux habituellement très peu discriminables, même pour un oeil averti, du type nature organique animale, par exemple; - accroissement de la qualité des produits et plus grande satisfaction des consommateurs. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection d'au moins un intrus dans un cordon de soudure d'un emballage comprenant au moins deux couches de matériaux d'emballage solidarisés par des moyens de soudage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'éclairage d'au moins certaines zones dudit cordon de soudure dudit emballage à contrôler, et des moyens d'analyse d'au moins une portion de la lumière réfléchie correspondante, de façon à détecter la présence éventuelle du ou desdits intrus. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des 10 moyens d'acquisition d'une rafale d'images adaptés au défilement dudit emballage, lesdits moyens d'analyse tenant compte d'au moins une image d'un même emballage. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'asservissement de moyens d'acquisition 15 d'images, en fonction de: - la vitesse de défilement dudit emballage sur une chaîne de production; et/ou - la fréquence d'acquisition desdits moyens d'acquisition. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en 20 ce que ladite lumière réfléchie est relevée par au moins une caméra. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'éclairage mettent en oeuvre au moins une diode électroluminescente, la ou les longueurs d'onde de la ou desdites diodes électroluminescentes étant 25 choisies en fonction de la réflectance caractéristique d'au moins un type d'intrus potentiel. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'éclairage sont des moyens d'éclairage pulsé à durée de flash paramétrable. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un filtre, de façon à pouvoir caler le spectre d'observation sur au moins certaines longueurs d'onde prédéterminée. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce ledit au moins un filtre du type appartenant au groupe comprenant: - les filtres en bande passante; - les filtres interférentiels - les filtres coupe bande. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 8, caractérisé en ce 10 que lesdits moyens d'analyse comprennent des moyens de comparaison de la réflectance du support caractérisée avec au moins un modèle de courbe de réflectance propre auxdits intrus recherchés. 10. Procédé de détection d'au moins un intrus dans un cordon de soudure d'un emballage comprenant au moins deux couches de matériaux d'emballage 15 solidarisés par des moyens de soudage, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'éclairage d'au moins certaines zones dudit cordon de soudure dudit emballage à contrôler, et une étape d'analyse d'au moins une portion de la lumière réfléchie correspondante, de façon à détecter la présence éventuelle du ou desdits intrus.