Brevet FR3121369A1 — publié le 20221007

La présente invention décrit un dispositif automatique pour, successivement, broyer, prélever et transférer simultanément une pluralité d’échantillons contenus dans des puits-contenants rapprochés et nettoyer ses composants en contact avec les échantillons. Il déplace un outil unique qui réalise les trois opérations sur les échantillons. Ce dispositif comporte une station de nettoyage décontamination automatique des parties en contact avec les échantillons, composée d’une cuve à ultrasons et d’une cuve avec brosse mobile et rideau d’air comprimé, pouvant être chaud. DISPOSITIF AUTOMATIQUE POUR SUCCESSIVEMENT, BROYER, PRELEVER ET TRANSFERER SIMULTANEMENT UNE PLURALITE D’ECHANTILLONS CONTENUS DANS DES PUITS-CONTENANTS RAPPROCHES ET NETTOYER SES ELEMENTS EN CONTACT AVEC LES ECHANTILLONS. La présente invention concerne un dispositif automatique qui réalise successivement le broyage simultané d’échantillons contenus dans une pluralité de puits-contenants, dont l’entraxe peut être inférieur à vingt millimètres, le prélèvement simultané de volumes de broyat et finalement le dépôt des prélèvements dans une pluralité de puits-contenants, semblables à ceux du broyage et du prélèvement. Ce dispositif est constitué d’un portique rigide qui supporte un guidage linéaire, pour un chariot entrainé par un moteur, qui déplace un outil unique, de la position broyage et prélèvement, sur la position de dépôt et sur une station de nettoyage. L’outil unique est formé d’une pluralité d’axes pivotant dans les deux sens, grâce à une vis à pas long usinée sur une partie de leur longueur et à un ensemble d’écrous animé d’un mouvement vertical alternatif. L’extrémité de chaque axe est une tête de broyage, précédée d’une partie amincie. Chaque axe passe dans un tube de façon ajustée, sur une partie de sa longueur, l’ensemble des tubes coulisse le long d’une partie des axes, depuis le sommet de la tête de broyage, sur une distance choisie. Les tubes peuvent être entrainés en rotation par la rotation de leur axe respectif. Ce dispositif comporte un couvercle traversé par les axes et les tubes, pour les ensembles de puits-contenants. Les deux ensembles de puits-contenants, broyage et prélèvement d’une part et réception des prélèvements d’autre part, sont supportés, chacun, par un plateau guidé, mobile verticalement, actionné par un vérin électrique de forte puissance. Domaine d’application : Ce dispositif est en premier lieu, mais pas exclusivement, destiné à préparer automatiquement des échantillons de graines végétales pour des analyses, en particulier pour la sélection variétale par marqueurs moléculaires. La première opération de ces analyses consiste à lyser une partie du broyat homogénéisé des échantillons avec un volume de tampon. Les dimensions des puits contenants sont adaptées à la taille des graines à analyser. Leur fond est de préférence conique. Le but de ce dispositif est de fournir aux laboratoires un automate de préparation à haut débit des échantillons, tout en assurant leur traçabilité rigoureuse. Pour développer une nouvelle variété végétale, des dizaines de milliers d’échantillons doivent être analysés. Dispositifs de l’art antérieur : Les dispositifs les plus proche sont ceux décrits par le brevet FR1201509 pour ce qui est du broyage seul et par le brevet FR1300445, pour ce qui est du prélèvement seul, qui ont fait l’objet d’une décision de constatation de déchéance. Il s’agit de deux dispositifs distincts et complémentaires. Les outils de broyage et de prélèvement sont amovibles, mais ils sont fixes sur ces dispositifs. Le nettoyage des parties en contact avec les échantillons est totalement manuel. Le couvercle des puits contenants n’est pas attaché aux dispositifs, il est placé sur l’ensemble des contenants par l’utilisateur, avant leur introduction dans le dispositif. Les autres dispositifs connus, par choc de billes dures contre les grains, grâce à une agitation violente des contenants, par écrasement des grains à l’aide de pistons, n’intègrent pas de préleveur automatique. Le prélèvement d’une partie des broyats homogénéisés s’impose lorsqu’il n’est pas souhaitable d’analyser les échantillons entiers, quand il s’agit de grosses graines, telles certains grains de maïs, des graines de haricots, de citrouille, ou lorsque les échantillons sont formés de plusieurs petites graines de céréales, de colza. Il n’existe pas actuellement d’automate qui réalise successivement les quatre fonctions, broyage, prélèvement de broyat, dépôt des prélèvements et nettoyage des éléments en contact avec les échantillons. Description de l’invention : La description ci-après est donnée à titre d’exemple, de nombreuses variantes sont possibles. Le dispositif de cette invention est piloté par un automate programmable et son interface homme-machine passe par un écran tactile. Il est essentiellement constitué d’un bâti, qui supporte : Un système de déplacement linéaire, horizontal et rigide, porté par un portique, formé de deux rails parallèles, sur chacun desquels coulisse au moins un patin. Un chariot doté d’un écrou à billes est fixé sur ces patins. Il est actionné par une vis à billes, mise en rotation par un moteur électrique équipé d’un codeur et piloté par un servo variateur. Le système de transmission du couple du moteur par vis à billes peut être remplacé par une crémaillère, ou par une courroie crantée. Des capteurs inductifs définissent l’origine et la fin de la course du chariot. Ce chariot porte et déplace un outil unique, qui broie des graines, prélève et dépose des échantillons de broyat. Cet outil unique sera décrit plus loin. Deux plateaux mobiles verticalement, alignés sous le système de déplacement linéaire, dont l’un supporte l’ensemble de puits-contenants, qui a reçu les graines à broyer et l’autre l’ensemble des puits-contenants qui recevra les prélèvements de broyat. Les plateaux sont montés sur quatre tiges flexibles, par exemple des silent blocks, fixées sur un plateau intermédiaire. Ce plateau intermédiaire est guidé par deux colonnes au moins et actionné par un vérin électrique qui développe une force supérieure à 5000 Newtons. Deux électroaimants de forte puissance viennent frapper le plateau mobile qui porte l’ensemble puits-contenants, à une position fixe en hauteur, correspondant à la position de début de broyage et à la position de transfert de l’échantillon de broyat. L’ensemble puits-contenants est fixé sur son plateau mobile dans une empreinte qui oblige à le positionner toujours de la même façon et sur laquelle il est retenu par deux crochets au moins, une moitié des crochets étant fixe et l’autre mobile, qui l’empêchent de se soulever. Une station de nettoyage et décontamination automatique des parties de l’outil qui sont en contact avec les échantillons, mobile verticalement, prolonge les deux plateaux mobiles, sous le système de déplacement linéaire. Elle s’adapte au type de graines traitées. Pour les graines grasses, le premier élément de la station de nettoyage est une cuve à ultrasons, dont le liquide, si c’est de l’eau est additionné de détergent non moussant et faiblement chloré. Les axes sont mis en rotation dans le liquide de la cuve. Le couvercle des puits-contenants obture la cuve, en cours d’utilisation. Le liquide de la cuve peut être recyclé ou échangé, au moyen d’une pompe. Le deuxième élément de la station de nettoyage automatique est une cuve pourvue d’une brosse oscillante à poils longs d’une longueur au moins égale à la longueur du couvercle des ensembles puits-contenants, déplacée latéralement, alternativement dans les deux sens, sous les axes et le couvercle des puits contenants. La position de repos de cette brosse est hors de la zone à nettoyer. Un rideau d’air sous pression, qui peut être chaud, balaie le dessous de l’outil, chasse les particules résiduelles et sèche l’outil s’il est passé par la cuve à ultrasons. Il est formé de préférence par 8 buses qui sont fixées alignées sur un chariot motorisé dans la cuve, qui les déplace dans le sens de la longueur du couvercle. Un aspirateur industriel est connecté à la cuve, il est mis en fonction dès que ce deuxième élément de la station de nettoyage est utilisé. Le couvercle des puits-contenants obture la cuve, en cours d’utilisation. Les axes sont mis en rotation pendant le nettoyage. L’outil unique, qui est déplacé par le chariot, est un constituant important du dispositif. Il reprend, complète et fusionne les dispositifs décrits dans les brevets FR 1201509, dispositif de broyage et brevet FR 1300445, dispositif de prélèvement, qui est modifié dans la présente invention, pour réaliser également le broyage des échantillons. L’outil est fixé de façon amovible sous le chariot, au moyen d’une glissière longitudinale, avec verrou. Il est constitué des éléments suivants : Un nombre d’axes maintenus sous un plateau fixe par une contre plaque. Chaque axe est en contact avec le plateau par l’intermédiaire d’une bille en acier. Vers le sommet des axes une vis à trois filets, au pas de quatre fois le diamètre de l’axe, au moins, est usinée. Pour faire pivoter dans les deux sens, les axes par leur triple vis, une plaque comportant un écrou pour chaque axe, est traversée par les axes dans la zone filetée. Un écrou est de préférence constitué de trois billes en acier, une par filet de la vis, maintenues dans des logements de la plaque, à la périphérie de l’alésage de passage des axes, par une contre plaque. La plaque écrou est actionnée longitudinalement au moyen d’un vérin électrique dont la force est supérieure à 5000 Newtons. Une autre façon de faire tourner les axes dans les deux sens, dans un espace réduit, consiste à la place de la vis à trois filets et des écrous correspondants, à fixer un pignon sur l’extrémité de chaque axe, au dessus du plateau fixe. Un pignon de deuxième niveau entraine jusqu’à quatre pignons d’axe. Un pignon de troisième niveau, entrainé par un moto-réducteur, entraine jusqu’à quatre pignons de deuxième niveau. Dans une configuration différente, l’axe des pignons de troisième niveau est doté d’une roue dentée entrainée par une courroie crantée, mise en mouvement par un seul moteur. L’extrémité de l’axe est formée d’une tête de broyage. Cette tête de broyage a idéalement le profil du fond des puits-contenants. Elle comporte sur une hauteur de l’ordre de son diamètre, un nombre d’encoches hélicoïdales, partant de son extrémité et finissant en débouchant sur le diamètre de l’axe. L’extrémité de la tête de broyage présente un nombre de dents de quelques dixièmes de millimètre de long, qui prolongent les intervalles entre les encoches. Au dessus de la tête de broyage, une zone amincie de l’axe, de plusieurs millimètres de long constitue le réservoir de prélèvement. Ce réservoir est ouvert et fermé par un tube, qui coulisse le long de l’axe. Ces tubes, de préférence en acier inoxydable, sont portés par une plaque mobile verticalement, avec une amplitude légèrement supérieure à la zone réservoir de prélèvement. Le diamètre intérieur des tubes a de deux à quatre centièmes de millimètre de plus que le diamètre des axes. Ces tubes peuvent être mis en rotation par leur axe, ce qui diminue le risque d’échauffement. Pour cela, les tubes traversent cette plaque à travers des bagues inserts à faible coefficient de frottement, avec un jeu radial de deux dixièmes de millimètre au moins. Ces bagues sont tenues sur la plaque par une contre plaque. Les tubes ne peuvent pas coulisser dans la bague, grâce deux rondelles épaisses collées sur les tubes de part et d’autre des bagues insert. Cette plaque est actionnée par deux cylindres excentriques motorisés, qui soulèvent ou abaissent les deux bords opposés de la plaque porte tubes. Le réservoir de prélèvement est fermé en cours de broyage et de transport. Il est ouvert en cours de prélèvement de broyat et de dépôt des prélèvements. Un lecteur de code à barres, ou de code 2D, tenu par l’opérateur, identifie chacun des deux puits-contenants. Dans une autre configuration, deux lecteurs de code, fixes, identifient les deux puits-contenants. Une porte de sécurité, interdit l’accès au dispositif lorsqu’elle est fermée. En cas d’ouverture le dispositif est arrêté. Un rideau immatériel de sécurité peut remplacer la porte. La station de nettoyage n’est pas accessible à l’opérateur. Elle peut fonctionner quand la sécurité d’accès est ouverte. La description du dispositif de la présente invention est suffisamment précise pour permettre sa compréhension par un spécialiste. Aucun dessin n’y est associé. Utilisation du dispositif : Après l’ouverture de la porte de sécurité, l’opérateur pose les deux ensembles de puits-contenants sur leur plateau respectif, accroche les crochets sur les deux ensembles puits-contenants, choisit le programme de broyage-prélèvement, nettoyage et lance les opérations. En fin de transfert des échantillons de broyat, et alors que l’outil est au nettoyage, l’opérateur peut ouvrir la porte de sécurité, reprendre les deux ensembles de puits-contenants et les remplacer par deux ensembles neufs. Il referme la porte, choisit le programme et lance les opérations, qui ne débuteront que lorsque le nettoyage sera terminé. Dispositif automatique pour successivement broyer, prélever, dispenser simultanément de multiples échantillons contenus dans un ensemble puits-contenants, comprenant un outil unique qui effectue les trois opérations sur les échantillons et qui est déplacé linéairement, à une position de broyage-prélèvement, à une position de dépose des prélèvements et sur une station de nettoyage et décontamination, au moyen d’un chariot glissant sur deux rails, portés par un portique et mu par un moteur électrique asservi, qui transmet son couple à une vis sans fin, ou à une crémaillère, ou à une courroie crantée. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’outil unique comporte un nombre d’axes pivotants, chaque axe se termine par une tête de broyage comportant un nombre d’encoches hélicoïdales, partant de son extrémité et finissant en débouchant sur le diamètre de l’axe. L’extrémité de la tête de broyage comporte un nombre de dents qui prolongent les intervalles entre les encoches hélicoïdales. La tête de broyage est précédée d’une zone de plus petit diamètre que celui de l’axe. Chaque axe passe de façon ajustée dans un tube qui peut pivoter avec l’axe et qui est déplacé pour obturer et ouvrir la zone de petit diamètre de l’axe. Les tubes sont maintenus sur une plaque support qu’ils traversent en passant dans des bagues à faible coefficient de frottement insérées dans la plaque support et à deux rondelles épaisses collées sur les tubes, de part et d’autre de la bague. Dispositif selon l’une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l’outil unique comporte un couvercle des ensembles puits-contenants, traversé par les tubes et par les axes. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la plaque multi-écrous qui fait pivoter les axes est actionnée par un vérin électrique, dont la force est supérieure à 5000 Newtons. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les plateaux porte puits-contenants sont au nombre de deux, l’un pour l’ensemble puits-contenants chargé de produit à broyer, l’autre pour l’ensemble puits-contenants qui reçoit le prélèvement de broyat. Chaque plateau est tenu par quatre tiges flexibles sur un plateau intermédiaire qui est guidé par deux colonnes au moins et actionnés par un vérin électrique, dont la force est supérieure à 5000 Newtons. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu’il comporte une station de nettoyage décontamination des parties de l’outil unique qui sont en contact avec les échantillons, mobile verticalement. Elle est composée d’un bain à ultrasons juxtaposé à une cuve pourvue d’une brosse oscillante à poils longs, d’une longueur au moins égale à la longueur du couvercle des ensembles puits-contenants, déplacée latéralement, alternativement dans les deux sens, sous les axes et le couvercle des puits contenants. Un aspirateur est connecté à la cuve et un rideau d’air comprimé pouvant être chaud, formé de préférence par 8 buses qui sont fixées alignées sur un chariot motorisé dans la cuve, qui les déplace dans le sens de la longueur du couvercle.