Brevet FR3023615A1 — publié le 20160115

L'invention concerne le domaine des appareils optiques d'observation et d'inspection. Elle concerne plus particulièrement une unité d'analyse de la vitrosité de graines et grains non complètement opaques, c'est à dire partiellement ou totalement vitreux, comme le blé dur, le riz blanchi ou le riz paddy. Le problème à la base de l'invention est de faciliter l'analyse qualité des blés durs et des riz blanchis. Actuellement les analyses sont faites visuellement avec des appareils de laboratoire, alimentés manuellement et avec de mauvaises conditions d'éclairement. En particulier pour le blé dur, les conditions d'analyse ne permettent que difficilement de distinguer les grains mitadinés. Or, l'on sait que plus l'observation est facile, plus fiable et rapide est l'interprétation humaine. Pour le riz, cela permet de distinguer la caractéristique que l'on appelle la « perle », c'est à dire une couleur blanche plus opaque à l'intérieur du grain. Cette unité d'analyse peut aussi servir à l'analyse d'autres matériaux plus ou moins translucides. C'est pour quoi, dans la description et les revendications qui suivent, les mots « grain et grains » désignent les grains et graines, mais aussi tous matériaux partiellement ou totalement vitreux, ou translucides et dont il faut connaitre une caractéristique au coeur du grain. Actuellement, pour l'observation de la vitrosité, on procède généralement selon deux méthodes connues, dont l'une consiste à utiliser un éclairage par le dessus éclairant les grains à analyser disposés sur un fond blanc, ou bleu pour le riz, et l'autre un éclairage par dessous. Avec l'éclairage par-dessus, on évite ainsi le fond noir absorbant qui créé 25 trop de contraste, qui fatigue les yeux et qui a tendance à retenir les poussières et à se salir. La vitrosité se révèle par la lumière qui se réfléchit sur le fond et retraverse le grain en direction de l'oeil de l'observateur, ou de l'objectif d'une caméra, mais ce type d'éclairage ne peut être uniforme sur toute la surface du grain. On 30 comprend alors pourquoi le fond n'est pas adapté et révèle moins la vitrosité. L'autre technique consiste à utiliser un arrière plan lumineux, éclairant par dessous et généralement équipé d'un verre dépoli pour constituer un fond homogène. La vitrosité se révèle par la lumière qui traverse le grain en direction de l'oeil de l'observateur ou de l'objectif d'une caméra. Selon ces deux techniques, pour mieux voir le grain et sa vitrosité intérieure, il faut augmenter la puissance de l'éclairage. Or, cet accroissement de lumière augmente l'éclairement de l'arrière plan, et créé en retour vers les moyens d'observation, un éblouissement qui est préjudiciable au confort visuel et n'améliore pas le contraste. L'objet de l'invention est de fournir des moyens permettant d'augmenter le contraste de lecture sans créer par ailleurs d'éblouissement, et en révélant au maximum la vitrosité du grain observé sur l'arrière plan. Elle concerne un appareil comprenant, de façon connue, un bâti porteur d'une plaque support horizontale, en matériau translucide ou transparent, recevant les grains à analyser, un projecteur dont le faisceau lumineux est orienté selon un axe optique X'-X, une fenêtre d'observation F dont l'axe d'observation Z'-Z est orthogonal à elle, et, éventuellement, une caméra d'enregistrement de la séquence d'analyse. Selon l'invention et en complément de ce qui précède, le projecteur et ses moyens optiques de concentration sont disposés au dessous de la plaque support et de manière que le faisceau lumineux soit dirigé vers cette plaque et traverse un film de polarisation disposé au dessous de la dite plaque, tandis que la fenêtre d'observation comprend un hublot, en matériau transparent non polarisé et, au dessous de cet hublot, un écran de polarisation de direction croisée par rapport à celle du polariseur situé sous ladite plaque, le dit écran constituant analyseur de la vitrosité des grains en opacifiant l'arrière plan, par réduction ou suppression de la lumière polarisée incidente, en améliorant la luminosité des grains éclairés par dessous, puisque la vitrosité du grain permet à la fois le passage de la lumière et brise la polarisation incidente. Avec cette configuration optique : - les grains sont extrêmement lumineux, car éclairés par le dessous, ils transmettent d'autant plus de lumière qu'ils sont vitreux, et que l'observateur distingue très bien cette lumière diffuse ; - l'arrière plan est sombre, car la lumière incidente polarisée est supprimée, atténuée ou coupée par l'analyseur de polarisation croisée. On obtient ainsi un contraste considérablement plus élevé que par les autres moyens habituels cités plus haut. Cet équipement permet aussi de « voir à l'intérieur du grain », si son enveloppe n'est pas trop opaque. Par exemple voir si l'intérieur d'un grain de paddy est rouge ou vert. Dans une forme de réalisation, le projecteur est associé à des moyens assurant la collimation de son faisceau lumineux Avec cet aménagement, les rayons lumineux sont rendus parallèles et le contraste est augmenté, puisque la polarisation est meilleure et l'analyseur intervient mieux sur la lumière incidente. Avantageusement, l'axe d'observation Z'-Z et le hublot de la fenêtre d'observation sont inclinés par rapport à l'axe optique X'-X du projecteur, de 10 manière que l'oeil ou le moyen d'observation, ne soit pas dans l'axe optique de la source collimatée. Par cette inclinaison, on évite l'éblouissement de l'oeil ou du moyen d'observation par la source lumineuse qui, par sa forte puissance, arrive à traverser l'analyseur. Ainsi, l'observateur voit la lumière diffusée par la vitrosité 15 des grains, sans percevoir d'aucune manière la source lumineuse elle-même. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, dont l'unique figure représente, une vue de coté en coupe verticale d'une unité de laboratoire avec alimentation manuelle et tri manuel des grains. ; 20 Dans la forme d'exécution représentée, la référence numérique 2 désigne le bâti de l'appareil, comportant une échancrure transversale 3. Celle-ci forme un accès à une plaque support 4 qui, en matériau translucide ou transparent, non polarisable, et par exemple en verre, est apte à recevoir les grains 1 à analyser. Cette plaque est avantageusement traitée antireflet. 25 La référence 5 désigne un projecteur et 6 son dispositif optique concentrant son faisceau lumineux 10 émis suivant l'axe optique X'-X, tandis que 7 désigne le hublot d'une fenêtre d'observation F. Ce hublot est orthogonal à l'axe d'observation Z'-Z allant à l'oeil 20 de l'observateur, ou à une caméra vidéo 8, raccordée à un enregistreur et à une unité de traitement, non représentés. 30 Selon l'invention, le projecteur 5 est disposé au dessous de la plaque 4 et envoie son faisceau 10 sensiblement verticalement jusqu'en direction du toit 2a du bâti 2. Avant de traverser par-dessous la plaque support 4, le faisceau 10 traverse un film de polarisation 12, disposé contre et sous cette plaque. Dans cette forme d'exécution, le hublot 7 est porté par une partie 2c du bâti 2, qui est inclinée par rapport au toit 2a d'une valeur a comprise entre 20 et 70 degrés et par exemple de 30 degrés. L'axe d'observation Z'-Z qui traverse orthogonalement le hublot est incliné du même angle a par rapport à l'axe optique X'-X. Le hublot 7 est en matériau translucide ou transparent non polarisable et par exemple en verre. Il présente une face interne 7a contre laquelle est appliqué un écran analyseur 13 assurant la polarisation de la lumière incidente 14, renvoyée par les grains, cette polarisation étant croisée, de préférence à 90 degrés, avec la polarisation du faisceau lumineux 10 fournie par le film 12. Pour procéder à une analyse, l'analyste dépose une poignée de grains 1 sur le support 2 et allume le projecteur 5. Le faisceau lumineux émis 10 est polarisé par le film 12, puis traverse le support 4 et les grains 1 qui reposent sur lui, avant de venir contre face 2b du toit 2. Quand l'observateur 20 observe les grains 1 à travers le hublot 7 et l'écran 13, la lumière incidente 14, qui devrait être perçue en totalité au poste d'observation, est coupée ou au moins amoindrie par l'écran analyseur 13. Il en résulte que la lumière incidente ne gène pas l'observateur, ne l'éblouit pas et opacifie le fond, afin qu'il perçoive par contraste d'autant mieux les grains. Les grains vitreux lui apparaissent d'autant plus lumineux qu'ils sont éclairés par le dessous. De préférence et pour obtenir un meilleur contraste, les moyens optiques 6 associés au projecteur 5 assurent la collimation du faisceau lumineux 10. Les rayons lumineux sont ainsi rendus parallèles, procurent de meilleures 25 polarisations et un meilleur assombrissement du fond à travers l'analyseur 13. On notera que le décalage angulaire a entre l'axe optique X'-X et l'axe d'observation Z'-Z permet d'éviter que les moyens d'observation, oeil 20 ou caméra 8, soient éblouis par la forte puissance de la source lumineuse collimatée qui parviendrait à traverser le film polariseur 12 et l'écran 13. Grâce à ce 30 décalage angulaire l'observateur ne perçoit que la lumière diffusée par la vitrosité des grains, sans être gêné par la source lumineuse d'origine. Le traitement antireflets de la plaque 4 permet d'éviter le reflet des grains et procure des images plus faciles à analyser. Avantageusement, l'unité d'analyse comprend une loupe est disposée au-dessus de la fenêtre d'observation assure un grossissement de l'image. De façon connue, pour protéger les conditions d'observation des grains 1 de toute pollution lumineuse extérieure, le bâti 2 est capoté, dans ses parties contenant les moyens d'éclairage 5, les moyens optiques 6 et dans sa partie 2c portant le support 7, par des parois verticales, respectivement, arrière 2d, avant 2f et latérales 2g. Dans le même bût, son échancrure 3, permettant l'accès manuel à la plaque support 4, est bordée par des rideaux noirs écartables 15 et toutes ses 10 surfaces internes pouvant réfléchir la lumière ou un reflet sont recouvertes par un revêtement absorbant la lumière, par exemple une peinture de couleur noire 16. Dans une réalisation et pour un meilleur confort d'observation, la fenêtre d'observation F est protégée par un capotage, éventuellement amovible, de couleur foncée, par exemple bleue ou noire mate, évitant les reflets de la lumière 15 extérieure sur le hublot d'observation 7. Par ailleurs, si la lumière émise par le projecteur 5 est en générale blanche et polychromatique pour l'analyse de la vitrosité de grains, pour analyser d'autres caractéristiques de grains ou d'autres produits vitreux, elle peut être de longueurs d'ondes déterminées par l'application et par exemple être une lumière 20 monochromatique, une lumière infrarouge ou une lumière dans l'ultraviolet. Cette unité d'analyse de la vitrosité peut être utilisée avec une alimentation manuelle des grains 1 qui, pour faciliter l'observation, sont posés sur la plaque support 4. Après tri, les grains sont dirigés manuellement vers au moins un trou d'évacuation 22 qui permet de les évacuer dans un réceptacle 23 disposé dans 25 une niche 24 du bâti et ménagée sous la plaque support 4. En pratique, la plaque 4 comporte autant de trous 22 et de réceptacles 23, que le tri sélectionne des catégories de grains, par exemple grains sains, grains mouchetés, grains mitadinés, grains piqués Dans une variante de réalisation, la plaque support 4 recevant les grains 30 est constituée par une vitre de polarisation. L'unité d'analyse peut aussi faire partie d'une installation automatique assurant une observation avec analyse continue et comprenant des moyens automatiques d'alimentation des grains sur une plaque support fixe, ou mobile, des moyens d'observation avec caméra 8 et unité de reconnaissance de défauts et/ou de vitrosité, des moyens de répartition des types de grains en direction des trous d'éjection 22 de la plaque 4, ces moyens réagissant aux signaux de l'unité de reconnaissance, et des moyens de distribution des grains triés vers différents lieux de stockage affectés à leur catégorie, par exemple grains sains vitreux, grains mouchetés, grains mitadinés, grains piqués Dans une autre réalisation, non représentée, les grains à analyser sont déversés sur un plan incliné sur lequel leur image est prélevée à la volée, puis analysée par un dispositif de traitement d'image réagissant sur un dispositif de triage par soufflettes. Il ressort de cette description que la combinaison des différents composants de l'unité d'analyse permet bien, de façon manuelle ou automatique, de faciliter l'observation et l'analyse de grains et graines, au moins partiellement vitreux, en utilisant au mieux leur vitrosité sur un fond opaque et en supprimant les causes d'éblouissement par la lumière incidente.15 REVENDICATIONS1) Unité d'analyse de la vitrosité de grains non complètement opaques, comprenant un bâti (2) porteur d'une plaque support horizontale (4), en matériau translucide ou transparent, recevant les grains (1) à analyser, un projecteur (5) avec moyens optiques (6) de concentration de son faisceau lumineux (10) autour d'un axe optique X'-X, une fenêtre d'observation définissant une axe observation Z'-Z orthogonal à elle, et, éventuellement, une caméra d'enregistrement (8) de la séquence d'analyse, caractérisé en ce que le projecteur (5) et ses moyens optiques (6) de concentration sont disposés au dessous de la plaque support (4) et de manière que le faisceau lumineux (10) soit dirigé vers cette plaque et traverse un film de polarisation (12) disposé au dessous de la dite plaque, tandis que la fenêtre d'observation comprend un hublot (7), en matériau transparent non polarisable et, au dessous de cet hublot, un écran (13) de polarisation de direction croisée par rapport à la direction du polariseur situé sous ladite plaque, le dit écran constituant analyseur de la vitrosité des grains en opacifiant l'arrière plan, par réduction ou suppression de la lumière polarisée incidente, en améliorant la luminosité des grains éclairés par dessous, puisque la vitrosité du grain permet à la fois le passage de la lumière et brise la polarisation incidente. 2) Unité d'analyse de la vitrosité de grains non complètement opaques selon la revendication 1 caractérisé en ce que le projecteur (5) est associé à des moyens assurant la collimation de son faisceau lumineux (10). 3) Unité d'analyse de la vitrosité de grains non complètement opaques selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'axe d'observation Z'-Z et le hublot (7) de la fenêtre d'observation sont inclinés par rapport à l'axe optique X'- X du projecteur (5), de manière que l'oeil (20) ou le moyen d'observation (8), ne soit pas dans l'axe optique de la source lumineuse. 4) Unité d'analyse de la vitrosité de grains non complètement opaques selon les revendications 1 et 3, prises ensemble, caractérisé en ce que l'axe 30 d'observation Z'-Z est incliné par rapport à l'axe optique X'-X d'un angle a compris entre 20 et 70 degrés. 5) Unité d'analyse de la vitrosité de grains non complètement opaques selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaque support (4) est traversée 302 36 15 8 par au moins un trou (22) d'évacuation des grains triés, ce trou débouchant sur des moyens de réception (23) portés par la bâti (2). 6) Unité d'analyse de la vitrosité de grains non complètement opaques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque support (4) est en verre 5 traité antireflets. 7) Unité d'analyse de la vitrosité de grains non complètement opaques selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bâti (2) est capoté dans ses parties contenant les moyens optiques et les moyens d'éclairage, par des parois (2a, 2c, 2d, et 2f), et est bordé, dans sa partie munie d'échancrures latérales (3) 10 permettant l'accès manuel à la plaque support (4), par des rideaux (15) de protection contre les lumières parasites extérieures. 8) Unité d'analyse de la vitrosité de grains non complètement opaques selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'elle comprend une loupe disposée au-dessus de la fenêtre d'observation et assurant un grossissement de l'image. 15 9) Unité d'analyse de la vitrosité de grains non complètement opaques selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaque support (4) recevant les grains est constitué par une vitre de polarisation. 10) Unité d'analyse de la vitrosité de grains non complètement opaques selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 7, 20 caractérisé en ce qu'elle fait partie d'une installation automatique assurant une observation avec analyse continue et comprenant des moyens automatiques d'alimentation des grains sur une plaque support fixe, des moyens d'observation avec caméra (8) et unité de reconnaissance de défauts et/ou de vitrosité, des moyens de répartition des types de grains en direction des trous d'éjection (22) 25 de la plaque (4), ces moyens réagissant aux signaux de l'unité de reconnaissance, et des moyens de distribution des grains triés vers différents lieux de stockage affectés à leur catégorie, par exemple grains sains vitreux, grains mouchetés, grains mitadinés, grains piqués.