Brevet FR3070203A1 — publié le 20190222

EQUIPEMENT DE CONTROLE DE QUALITE Domaine de l'invention La présente description concerne le domaine du 5 contrôle de qualité dans des procédés industriels mettant en oeuvre des flux de particules liquides, notamment dans le domaine agroalimentaire, cosmétique ou pharmaceutique. Le but est de vérifier en temps réel la constance des caractéristiques thermochimiques et physiques des 10 particules liquides, notamment la constance de la température des particules liquides dans un brouillard ou dans une brumisation ainsi que la constance de la nature chimique des particules liquides et la dispersion des tailles des particules. 15 Etat de la technique On connaît dans l'état de la technique le brevet américain US 4329054 décrivant un équipement pour la mesure de la taille des particules et gouttelettes à l'aide d'un 20 faisceau laser et d'un interféromètre. La demande de brevet internationale WO 2004038389 décrit un dispositif de mesure de taux d'un composant dans un liquide, comporte : une première source lumineuse (LED) émettant des rayons possédant au moins une longueur d'onde, en 25 direction d'un récipient contenant un volume dudit liquide, dans un angle de dispersion prédéterminé ; un moyen de séparation optique du récipient possédant une interface optique entre le liquide et un solide, ladite interface optique recevant des rayons issus de ladite première source 30 lumineuse, avec des angles d'incidence proches d'un angle limite de réfraction correspondant à au moins une longueur d'onde émise par ladite première source lumineuse pour un taux prédéterminé dudit composant, ladite interface optique 2 réfléchissant partiellement lesdits rayons, avec un taux de réflexion dépendant de l'angle d'incidence desdits rayons et du taux dudit composant dans ledit liquide ; un premier capteur (CCD) qui capte soit des rayons réfléchis soit des rayons réfractés par ladite interface optique, et qui transmet des signaux représentatifs des rayons captés, et un premier moyen d'analyse des signaux transmis par le premier capteur fournissant le taux de composant dans ledit liquide, en fonction des signaux transmis par ledit premier capteur. Le brevet européen EP0598341 décrit un capteur optique pour détecter des espèces chimiques gazeuses ou liquides qui comprennent un élément sensible ayant un film mince et des moyens de mesure par réflexion amplifiée d'interférences. L'élément sensible comprend avantageusement un substrat plan réflecteur de lumière et un ou plusieurs films minces transparents organiques ou inorganiques ou des films en polymère de masse élevée qui sont formés sur ledit substrat. La détection des espèces chimiques gazeuses ou liquides est réalisée en mesurant les variations des propriétés de réflexion lumineuse de l'élément sensible sur la base du gonflement du film mince ou des variations de son épaisseur ou de son indice de réfraction ou des variations des deux paramètres. L 'invention concerne aussi un dispositif comportant un tel capteur optique pour détecter la présence d'une substance toxique, d'un gaz combustible ou inflammable, d'une vapeur ou d'un solvant, une alarme et/ou des moyens de commutateurs de fonctionnement marche/arrêt ou des canalisations. Inconvénients de l'art antérieur Les différents dispositifs connus présentent divers inconvénients gênants pour l'application précitée de contrôle de processus industrielle. En particulier, les 3 solutions de l'art antérieur ne permettent pas de déterminer en temps réel la température des gouttelettes. Solution apportée par l'invention 5 Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un équipement destiné à déterminer en temps réel l'indice de réfraction des gouttelettes liquides, avec une précision suffisante pour permettre d'en déduire la température. 10 A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un équipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 pm, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un 15 profil de référence comprenant : - des moyens d'illumination susceptibles de réaliser une illumination de ladite zone de mesure (ZM) ; - des moyens de prise de vue comportant au moins une caméra susceptible de prendre au moins une image de 20 ladite zone de mesure (ZM) illuminée par lesdits moyens d'illumination ; et - des moyens de traitement susceptibles de déterminer les valeurs dudit paramètre, à partir de ladite image prise par la caméra, 25 caractérisé en ce que - le centre de ladite zone de mesure (ZM) est situé à une distance comprise entre 50 et 750 millimètres d'une surface à protéger du givrage - lesdits moyens d'illumination comprennent au moins une 30 source monochrome émettant dans une direction D1 - lesdits moyens de prise de vue comprenant une optique de collimation et une caméra, orienté selon une direction D2 0 l'angle Gamma formé entre D1 et D2 estégal à (Alpha ± Béta) + Théta 4 o où - Alpha correspond à 1800 moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes 5 - Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation - Théta est une valeur comprise entre 0 et 20° - l'équipement comportant en outre un circuit de traitement de l'image transmise par la caméra et un calculateur pour commander la numérisation et l'enregistrement les images dans une mémoire locale et pour commander : 10 o l'extraction d'une ligne transversale i de pixels représentative de l'image numérisée o établir une table [Pi, , I ] de l'intensité des pixels 15 de cette ligne o affecter à chacun desdits pixels P1 l'angle de I]] o diffusion O. associé et construire une table [0, les caractériser à partir de cette table [0], I ] particules présentes dans la zone de mesure. 20 Avantageusement, l'étape de caractérisation des particules consiste à comparer ladite table [0], I]] avec une collection de tables associées à des classes de particules. De préférence, l'étape de caractérisation des 25 particules consiste à calculer à partir de cette table [0i, l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules. Avantageusement, ladite étape de calcul de l'indice 30 de réfraction et la distribution de taille des particules comprend : o une étape d'estimation d'un indice de référence INDref, déterminé en fonction de ladite distribution mesurée et la loi théorique d'optique générique associant un indice et une distribution théorique 5 o on calcule, pour N classes Cy de tailles de particules, le nombre de particules Px appartenant à la classe C. par une inversion matricielle [Ii] = [OiCy]. 5 Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif 10 de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue schématique d'un équipement selon l'invention. L'équipement selon l'invention est constitué par 15 une source lumineuse monochromatique (1), dans l'exemple décrit un laser et un ensemble optique de prise de vue (2) comportant une caméra (3). Le faisceau laser (4) est dirigé vers une zone de mesure (5) située dans un conduit (6) de circulation des 20 particules à contrôler. L'axe optique (7) de l'ensemble optique de prise de vue (2) forme avec l'axe optique (8) un angle Gamma égal à (Alpha ± Béta) + Théta - où 25 o Alpha correspond à 180° moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes o Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation 30 o Théta est une valeur comprise entre 0 et 20°. L'ensemble optique de prise de vue comprend un objectif (9) focalisé dans la zone de mesure (5), un diaphragme (10) formant une fente perpendiculaire au plan 6 défini par les axes optiques (7, 8) et une lentille de sortie (11), ainsi qu'une caméra (3). L'image acquise par la caméra résulte de la réfraction du faisceau laser (4) dans les gouttelettes. 5 L'angle de réfraction à l'intérieur de chaque gouttelette est fonction principalement de la section de la gouttelette, de la longueur d'onde et de l'indice de réfraction, qui dépend de la température de la gouttelette. Toutefois, la variation de l'indice de réfraction en fonction de la température est très 10 faible, et nécessite une mesure de grande précision. A titre d'exemple, pour des particules d'eau : Longueur d'onde Température 0 °C 20 °C 50 °C 100 °C 226,5 nm 1,39450 1,39336 1,38854 1.37547 589,0 nm 1 013,98 nm 1,33432 1,32612 1.33298 1,32524 1,32937 1,32145 1,31861 1,31114 L'image observée par la caméra (3) présente des franges d'interférence avec une alternance de bandes sombres 15 et de bandes claires. Pour extraire l'information permettant de caractériser les particules dans la zone de mesure, on procède à un premier traitement pour extraire une ligne j de pixels représentative de l'image, parallèle au plan défini par l'axe 20 (8) du laser et l'axe (7) de l'ensemble optique. La ligne j représentative sélectionnée est celle présentant le plus grand contraste. On enregistre la courbe d'intensité correspondant à cette ligne pour déterminer un profil en forme de cloche, dont 25 la position du pic détermine l'indice de réfraction et le facteur de forme dépend de la distribution de tailles des particules présentes dans la zone de mesure. 7 L'analyse de cette courbe peut être réalisée par différentes méthodes. Elle peut être réalisée par comparaison avec une base de courbes associées à des classes de particules, par 5 exemple par des solutions de moindres carrées ou par un réseau bayésien. Elle peut aussi être réalisée par un traitement consistant à procédé à une étape d'estimation d'un indice de référence INDref, déterminé en fonction de ladite distribution 10 mesurée et la loi théorique d'optique générique associant un indice et une distribution théorique et une étape de calcul pour N classes Cy de tailles de particules, le nombre de particules Px appartenant à la classe C. par une inversion matricielle [Ii] = [OiCy]. REVENDICATIONS1 - Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 pm, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence comprenant : - des moyens d'illumination (1) susceptibles de réaliser une illumination de ladite zone de mesure (ZM) ; - des moyens de prise de vue (2) comportant au moins une caméra (3) susceptible de prendre au moins une image de ladite zone de mesure (ZM) illuminée par lesdits moyens d'illumination ; et - des moyens de traitement (4) susceptibles de déterminer les valeurs dudit paramètre, ladite image prise par la caméra (3), caractérisé en ce que - lesdits moyens d'illumination à partir de moins une comprennent au source monochrome émettant dans une direction D, (8) - lesdits moyens de prise de vue (2) comprenant une optique de collimation et une caméra, orienté selon une direction D2 (7) o l'angle Gamma formé entre D1 et D2 estégal à (Alpha ± Béta) + Théta o où - Alpha correspond à 180° moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes - Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation - Théta est une valeur comprise entre 0 et 20° - l'équipement comportant en outre un circuit de traitement de l'image transmise par la caméra et un calculateur pour commander la numérisation et l'enregistrement les images dans une mémoire locale et pour commander : 9 o l'extraction d'une ligne transversale i de pixels représentative de l'image numérisée o établir une table [Pi,j, Ii] de l'intensité des pixels de cette ligne 5 o affecter à chacun desdits pixels P l'angle de diffusion O. associé et construire une table [0i, Ii] o caractériser à partir de cette table [0i, Ii] les particules présentes dans la zone de mesure. 10 2 - Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 pm, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il 15 comporte des moyens pour réaliser une l'étape de caractérisation des particules consiste à comparer ladite table [0i, Ii] avec une collection de tables associées à des classes de particules. 20 3 - Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 pm, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il 25 comporte des moyens pour réaliser une étape de caractérisation des particules consistant à calculer à partir de cette table [0i, Ii] l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules. 30 4 - Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 pm, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il 35 comporte des moyens pour réaliser une étape de calcul de 10 l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules comprenant : o une étape d'estimation d'un indice de référence INDref, déterminé en fonction de ladite distribution 5 mesurée et la loi théorique d'optique générique associant un indice et une distribution théorique o on calcule, pour N classes CY de tailles de particules, le nombre de particules P. appartenant à la classe Cy par une inversion matricielle [Ii] = 10 [OiCy].