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DISPOSITIF D'ANALYSE EN VUE DU TRI AUTOMATIQUE
DE PRODUITS, NOTAMMENT DE FRUITS OU LEGUMES
L'invention concerne un dispositif
d'analyse en vue du tri automatique de produits, notamment
de fruits ou légumes.
Il existe à l' heure actuelle de nombreuses
techniques destinées à permettre d'analyser des produits
tels que des fruits ou légumes, en wue de permettre un tri
automatique de ces produits de façon à obtenir des lots
homogènes aussi bien en qualité qu'en coloration.
Une première technique consiste à disposer
une ou plusieurs caméras) au-dessus et/ou sur le. côté d'un
convoyeur de façon à analyser une portion de surface des
fruits ou légumes transportés sur celui-ci. Toutefois,
cette solution conduit à un taux d'erreurs non négligeable
car seule une portion de la surface des produits est
analysée. De ce fait, les défauts que présentent ces
produits au niveau de faces non visibles ne sont pas pris
en compte lors du tri.
Pour pallier cet inconvénient, une solution
consiste à disposer quatre caméras réparties autour d'un
convoyeur, au niveau de sa jonction avec un autre convoyeur
surélevé par rapport à ce dernier, de façon à analyser les
fruits lors de leur chute. Cette solution-permet, en effet,
d'analyser la majeure partie de la surface des produits.
Toutefois, et en premier lieu, cette solution ne permet pas
d'analyser la totalité des faces supérieure et inférieure
des produits. De plus, le fait de faire subir une chute aux
produits constitue un risque non négligeable de traumatisme
de ces derniers.
Un autre technique, très couramment
employée, consiste à disposer une caméra au-dessus du
convoyeur, et à amener le produit à tourner sur lui-même
avec une vitesse élevée, au droit de cette caméra. Comme la
précédente, cette solution permet d'inspecter la majeure
partie de la surface des produits. Toutefois, du fait de la
vitesse de rotation élevée à laquelle sont soumis les
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produits, les risques de traumatisme de ces derniers sont
non négligeablés.
Pour pallier l'ensemble de ces
inconvénients, d'autres solutions ont été proposées,
consistant par exemple à suspendre les produits ou à les
transporter sur un convoyeur transparent. Toutefois, dans
la pratique, ces solutions se sont avérées inexploitables.
Enfin, une dernière technique décrite dans
le brevet EP 258 810 consiste à disposer une caméra au
dessus du convoyeur, une pluralité de miroirs répartis au
dessus et sur les côtés de ce convoyeur de façon à
permettre à la caméra de visualiser la face supérieure et
les faces latérales des produits, et une pluralité de
lampes d'éclairage réparties au-dessus du convoyeur. Hormis
la face inférieure des produits reposant sur le convoyeur,
cette solution permet donc d'analyser la majeure partie de
la surface desdits produits sans risque de traumatisme de
ces derniers. Toutefois, la mise en oeuvre d'une telle
technique s'avère relativement complexe. En effet, cette
mise en oeuvre impose notamment de disposer les lampes
d'éclairage de façon à ne pas éblouir la caméra,
disposition qui s'avère délicate à obtenir si l'on désire
obtenir un éclairage uniforme. De même, les positions
relatives de la caméra et des différents miroirs doivent
être parfaitement définies, ce qui s'avère peu évident du
fait des problèmes d'encombrement liés à la présence du
convoyeur. Par ailleurs, le principe adôpté consistant à
utiliser une caméra CCD découpée en segments d'analyse
conduit à une réduction non négligeable de la résolution du
capteur.
La présente invention se propose de pallier
L'ensemble des inconvénients des techniques ci-dessus
décrites et a pour objectif essentiel de fournir un
dispositif d'analyse de produits d'une mise en oeuvre et
d'une exploitation très simples, permettant, en outre;
d' analyser la totalité de la surface de ces produits sans
risque de traumatisme de ces derniers.
A cet effet, l'invention vise un dispositif
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d'analyse en vue du tri automatique de produits, notamment
de fruits ou légumes, se déplaçant longitudinalement sur un
convoyeur doté de supports pour lesdits produits adaptés
pour masquer le moins possible la face inférieure de ces
derniers, ledit dispositif d'analyse comprenant .
. des moyens d'éclairage ponctuel aptes à
générer un faisceau incident polarisé,
des moyens de déviation du faisceau
incident polarisé aptes à amener ledit faisceau à balayer
la surface supérieure du convoyeur selon une ligne
lumineuse transversale par rapport au sens de défilement
dudit convoyeur,
des premiers moyens de réflexion, dits
latéraux, disposés latêralement par rapport au convoyeur de
façon à intercepter une portion de la ligne lumineuse et à
permettre d'éclairer latéralement les produits,
. des deuxièmes moyens de réflexion, dits
inférieurs, disposés sous le convoyeur de façon à
intercepter une portion de la ligne lumineuse réfléchie par
les moyens de réflexion latéraux et à permettre d'éclairer
la face inférieure des produits,
des moyens de séparation alignés sur
l'axe optique du faisceau incident polarisé et adaptés pour
séparer ledit faisceau incident et l'énergie lumineuse
dépolarisée rétrodiffusée par les produits et les moyens de
réflexion,
. une chaîne d'acquisition comportant des
capteurs disposés de façon à recevoir l'énergie lumineuse
rétrodiffusée, et adaptés pour délivrer des signaux
analogiques représentatifs, pour chaque point de chaque
ligne lumineuse, de l'intensité lumineuse dudit point,
. et une unité de traitement comportant des
moyens de conversion analogique/numérique adaptés pour
recevoir les signaux analogiques issus des capteurs et pour
convertir lesdits signaux en des suites de valeurs
numériques, et des moyens de calcul adaptés pour calculer,
à partir de critères programmés pré-définis, des
informations de tri exploitables.
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Le principe de l'invention consiste donc à
générer une ligne lumineuse bàlayant transversalement la
surface du cônvoyeur, à dévier cette ligne lumineuse, lors
de ce balayage, de façon à éclairer successivement la
totalité du pourtour des produits, et pour chaque point de
ladite ligne lumineuse, à obtenir grâce à des moyens de
réception disposés selon le même axe optique que celui du
faisceau incident, une information représentative de
l'énergie lumineuse rétrodiffusée par ledit point.
Un tel dispositif permet donc d'effectuer
.une pluralité d'acquisitions de données au fur et à mesure
du déplacement des produits, dont le traitement
informatique ne présente aucun caractère de complexité. A
titre d'exemple, mais de façon ndn limitative, ce
traitement peut être effectué au moyen d'une unité telle
que décrite dans la demande de brevet FR 2.703.932.
De même et à titre d'exemple, l'invention
peut s'appliquer au tri de produits transportés sur une
calibreuse du type de celle décrite dans la demande de
brevet français n° 95.02223 déposée le 21.02.95 au nom de
la demanderesse, dont les doigts de convoyage sont
particulièrement adaptés pour permettre une visualisation
optimale de la surface externe des produits.
Selon une autre caractéristique de
l'invention, les moyens de déviation sont adaptés pour
qu'une portion de la ligne lumineuse éclaire directement
une des faces latérales et une portion de la face
supérieure des produits, les moyens de réflexion latéraux
s'étendant sensiblement verticalement sur le côté du
convoyeur de façon à permettre d'éclairer l'autre face
latérale des produits.
Cette disposition permet de limiter
avantageusement l'encombrement latéral de ce dispositif
d'analyse.
~ Dans le même but, les moyens de déviation
sont préférentiellement disposés sensiblement au-dessus du
convoyeur, des moyens de réflexion intermédiaires étant
disposés entre lesdits moyens de déviation et les moyens de
~1'~~~~~
réflexion latéraux de façon à dévier la ligne lumineuse et
à permettre, d'une part, un éclairage direct d'une portion
de la surface des produits et, d'autre part, une projection
d'une portion de la ligne lumineuse vers les moyens de
5 réflexion latéraux.
Ces moyens de réflexion intermédiaires
comprennent, en outre, avantageusement, un réflecteur
oblique disposé de façon à dévier la ligne lumineuse en
direction du côté du convoyeur opposé aux moyens de
réflexion latéraux, et un réflecteur latéral disposé de
façon à projeter ladite ligne lumineuse vers les produits
et les moyens de réflexion latéraux.
Compte tenu de sa conception et de son
faible encombrement, un tel dispositif d'analyse peut être
utilisé pour équiper des convoyeurs comportant deux lignes
de convoyage parallèles. A cet effet, et selon une autre
caractéristique de l'invention, ce dispositif d'analyse
comprend des moyens de déviation uniques communs aux deux
lignes de convoyage, et des moyens de réflexion disposés
symétriquement par rapport à l'axe longitudinal dudit
convoyeur.
Dans ce cas, en outre, selon une autre
caractéristique de l'invention, les moyens de réflexion
latéraux disposés respectivement de part et d'autre du
convoyeur présentent une hauteur adaptée pour, d'une part,
au niveau de leur partie basse, permettre d'éclairer
latéralement les produits transportés sur la ligne de
convoyage juxtaposée et, d'autre part, au niveau de leur
partie haute, faire office de réflecteur latéral
intermédiaire pour l'autre ligne de convoyage.
Par ailleurs, le dispositif d'analyse selon
l'invention comprend préférentiellement des moyens de
réflexion annexes agencés pour intercepter la portion de
ligne lumineuse adaptée pour éclairer directement les
' 35 produits, de façon que le trajet optique de ladite portion
de ligne lumineuse soit du même ordre de grandeur que ceux
des portions de ligne lumineuse projetées vers les moyens
de réflexion latéraux et inférieurs.
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6
Ces moyens de réflexion annexes permettent
de ramener l'image virtuelle de la portion de surface
éclairée directement à une distance comparable aux images
virtuelles des portions de surface éclairées par
l'intermédiaire des moyens de réflexion latéraux et
inférieurs. De ce fait, les différentes images virtuelles
se trouvent regroupées à l'intérieur d'une profondeur de
champ relativement réduite.
Par ailleurs, selon une autre
caractéristique de l'invention, le dispositif d'analyse
comprend au moins deux moyens d'éclairage, et des moyens
optiques aptes à mélanger les faisceaux incidents délivrés
par les différents moyens d'éclairage, ces moyens optiques
étant, en outre, avantageusement constitués, pour chacun
des moyens d'éclairage, d'un cube polariseur.
A titre d'exemple, les moyens d'éclairage
peuvent ainsi comprendre une source laser adaptée pour
délivrer un faisceau multiraies de longueur d'ondes
préselectionnées, et une source d'éclairage apte à générer
un faisceau monochromatique polarisé, telles que celles
décrites dans la demande de brevet français n° 2.703.932,
ainsi qu'une source laser proche de l'infrarouge telle que
décrite dans la demande de brevet français n° 95.02402
déposée le 24.02.95 au nom de la demanderesse.
D'autres caractéristiques, buts et
avantages de l'invention ressortiront de la description
détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en
représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de
réalisation préférentiel. Sur ces dessins qui font partie
intégrante de la présente description .
- la figure 1 est une vue schématique d'un
dispositif conforme à l'invention,
- et la figure 2 est une vue d' un produit
analysé au moyen d'un dispositif conforme à l'invention,
sur laquelle son délimitées les trois zones de surface
analysées.
Le dispositif d'analyse conforme à
l'invention représenté à la figure 1 est disposé au-dessus
7
d'une double ligne de convoyage d'une calibreuse telle que
décrite dans la demande de brevet français n° 95.02223
déposée le 21.02.95, comportant une chaîne sans fin 1
portant deux séries de doigts de convoyage 2, 3 disposés en
vis à vis de part et d'autre de ladite chaîne.
Ce dispositif d'analyse comporte, en
premier lieu, des sources d'éclairage des produits et des
moyens de réception de l'énergie lumineuse rétrodiffusée,
schématisés à une échelle réduite à la figure 1, et
constitués en l'exemple de trois ensembles conformes à ceux
décrits respectivement, d'une part, dans la demande de
brevet français FR 2.703.932 et, d'autre part, dans la
demande de brevet français n° 95.02402 déposée le 24.02.95,
à savoir . -
. un premier ensemble comportant une source
laser multiraies 4 (diodes ou laser multiraies) dont le
faisceau est délivré par l'intermédiaire d'un miroir de
renvoi 5 vers un cube polariseur 6 distinguant les
faisceaux aller et retour. Ce premier ensemble comporte, en
outre, des moyens d'acquisition schématisés en 7 conformes
à ceux décrits dans la demande de brevet français
FR 2.703.932,
un deuxième ensemble comportant une
source laser 8 constituée d'une diode laser collimatée
proche de l'infrarouge dont le faisceau est délivré par
l'intermédiaire d'un miroir de renvoi 9 vers un cube
polariseur 10 distinguant les faisceaux aller et retour. Ce
deuxième ensemble comporte, en outre, des moyens
d'acquisition schématisés en 11 conformes à ceux décrits
dans la demande de brevet français n° 95.02402,
un troisième ensemble constitué d'un
télémètre comportant une diode laser infrarouge 12
collimatée dont le faisceau est délivré par l'intermédiaire
d'un miroir de renvoi 13 vers un cube polariseur 14
distinguant les faisceaux aller et retour. Ce troisième
ensemble comporte, en outre, une chaîne d'acquisition
schématisée en 15 conforme à celle décrite dans la demande
de brevet français FR 2.703.932.
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Les faisceaux incidents délivrés par les
trois sources d'éclairage 4, 8, 12 sont, én outre, délivrés
vers des lames dichroïques aptes, d'une part, à superpôser
lesdits faisceaux et, d'autre part, à dévier des longueurs
d'onde sélectionnées et être transparentes pour les autres
longueurs d'onde .
- une lame dichroïque 16 associée au
premier ensemble et adaptée pour dévier les longueurs
d'onde inférieures à 700 nanomètres,
- une lame dichroïque 17 associée au
deuxième ensemble et adaptée pour dévier les longueurs
d'onde inférieures à 800 nanomètres,
- et une lame dichroïque 18 associée au
troisième ensemble et adaptée pour dévier les longueurs
d'onde inférieure à 1 micron.
Le faisceau superposé issu des sources
d'éclairage 4, 8, 12 est lui-même délivré vers un polygone
tournant 19 doté de facettes aptes à réfléchir ledit
faisceau et à générer des lignes lumineuses, ledit polygone
étant associé à des moyens d'entraînement en rotation
autour d'un axe parallèle au sens de défilement de la
calibreuse. Un tel polygone tournant 19 est par exemple
adapté pour que l'angle au sommet du balayage soit de
l'ordre de 60 degrés, dont seulement environ 32 degrés
seront utilisés.
Le dispositif d'analyse comprend, en outre,
des moyens de réflexion aptes à dévier la ligne lumineuse
générée par le polygone tournant 19 de façon à éclairer
successivement la totalité de la surface des produits
transportés sur les deux lignes de convoyage 2,-3. I1 est à
noter que sur la figure 1 et à des fins de clarté, seul le
trajet optique permettant l'analyse des produits portés par
une des lignes de convoyage 3 est représenté. Toutefois,
l'analyse des produits portés par l'autre ligne de
- 35 convoyage 2 est obtenue de façon identique selon un trajet
optique symétrique à celui représenté, lors de la rotation
du polygone tournant 19.
Les moyens de réflexion comportent, en
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premier lieu, deux miroirs 20, 21 formant un dièdre ouvert
vers le bas d'angle plan sensiblement égal à 60 degrés,
dont l'arête est disposée horizontalement dans le plan de
symétrie vertical de la calibreuse.
Ces moyens de réflexion comportent, en
outre, deux miroirs latéraux 22, 23 disposés verticalement
de part et d'autre de la calibreuse et s'étendant
sensiblement sur une hauteur comprise entre les doigts de
convoyage 2, 3 et l'arête des miroirs 20, 21.
Les moyens de réflexion comportent
également, pour chaque ligne de convoyage 2, 3, deux
ensembles de miroirs 24, 25 et 26, 27 interposés entre le
miroir central 20 (ou 21 ) et un miroir latéral 22 (ou 23)
de façon à rallonger le trajet optique de la portion de la
ligne lumineuse éclairant directement les produits. (Il est
à noter que sur la figure 1, seuls les miroirs 24-27
disposés au-dessus de la ligne de convoyage 2 sont
représentés, étant entendu que deux ensembles similaires
sont disposés de façon symétrique au-dessus de l'autre
ligne de convoyage 3).
Tel que représenté à la figure 1, chacun de
ces ensembles est composé de deux miroirs 24, 25 et 26, 27
formant un dièdre droit dont l'arête est horizontale, un
desdits miroirs 24, 26 de chacun de ces ensembles
s'étendant verticalement et l'autre miroir 25, 27
s'étendant horizontalement.
En outre, ces deux ensembles sont décalés
latéralement et verticalement, l'ensemble 24, 25 le plus
proche du miroir latéral 22 étant situé sensiblement à une
même hauteur que le miroir central 20, et l'autre
ensemble 26, 27 se trouvant en-dessous dudit miroir
central.
Les moyens de réflexion comportent, enfin,
deux miroirs inférieurs 28, 29 disposés chacun sous une
ligne de convoyage 2-; 3 et adaptés pour éclairer la face
inférieure des produits. Tel que représenté à la figure 1,
ces miroirs 28, 29 sont inclinés d'un angle de l'ordre de
30 degrés par rapport à l'horizontale de façon à faire face
w
au miroir latéral 22, 23 correspondant et à intercepter une
'portion de la ligne lumineuse réfléchie par ce dernier.
Tel que représenté à la figure 2,
l'agencement de ces moyens de réflexion, dont la largeur
5 est de l'ordre de quelques dizaines de millimètres, permet
d'éclairer successivement trois zones de la surface des
produits lors de la rotation du polygone tournant 19 . une
première zone 1 éclairée par l'intermédiaire des miroirs
latéraux 22, 23, une deuxième zone 2 éclairée par
10 l'intermédiaire des miroirs latéraux 22, 23 et du miroir
inférieur 29, et une troisième zone 3 éclairée directement
après réflexion par les miroirs 24-27 et le miroir
latéral 22.
En outre, ces zones présèntent des portions
de recouvrement qui peuvent étre éventuellement traitées
par le calcul de façon à éviter le cumul d'un même défaut,
garantissant l'analyse de la totalité de la surface des
produits.
Un tel dispositif d'analyse permet
d'acquérir, lors de chaque balayage, une suite de signaux
analogiques (par exemple 128 signaux analogiques pour
chaque zone du produit), le déclenchement de début d'un
cycle étant par exemple commandé au moyen d'une cellule.
De plus, la vitesse de balayage (réalisé en
un temps de l'ordre de 66 microsecondes) permet d'effectuer
un grand nombre d'acquisitions de données pour chaque
produit (par exemple 128 acquisitions de suites c1e signaux
analogiques).
Ces signaux analogiques sont ensuite
traités par le calcul, par exemple conformément aux
algorithmes de traitement décrits dans les demandes de
brevet FR 2.703.932 et n° 95.02402, au moyen d'une unité de
traitement présentant préférentiellement deux niveaux de
mémoire permettant, dans un premier temps, d'acquérir
l'ensemble des données correspondant à deux produits
disposés en vis-à-vis, puis, dans un deuxième temps, de
traiter ces données pendant les acquisitions suivantes.
