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Spectrophotomètre portatif.
La présente invention se rapporte à un spectrophotomètre qui trouve une application particulière mais non exclusive dans l'analyse de la couleur de produits fabriqués tels que des carrosseries d'automobiles et de véhicules automobiles en général, de manière à permettre de la reproduire.
Il est connu que, dans le domaine des travaux de réparation de la carrosserie des véhicules automobiles telles que les voitures automobiles, camions et équivalents, on se trouve confronté à la nécessité de reproduire aussi fidèlement que possible la couleur du véhicule qu'il s'agit de repeindre après les travaux de réparation exécutés sur la carrosserie.
En effet, la peinture qui protège un véhicule subit toute une série d'altérations de tons qui résultent de phénomènes de vieillissement, qui sont attribués indubitablement et de façon reconnue à l'action des rayons solaires et/ou des agents atmosphériques, ou encore à l'action des lavages et à leur fréquence. La couleur de la peinture subit donc avec le temps d'inévita- bles modifications, difficilement prévisibles, qui la rendent différente de la couleur que le véhicule possédait initialement.
Il en résulte que la peinture di te "d 1 origine" fournie par le constructeur est dans tous les cas incapable de reproduire fidèlement la couleur que chaque produit fabriqué individuel possède en réalité.
Pour satisfaire le besoin précité, on a déjà réalisé, dans la technique de cette branche, des instruments plus ou moins compliqués d'analyse de la couleur capable de permettre de formuler"ex novo"la peinture à utiliser, qui est obtenue en combinant entre elles différentes peintures qu'on peut trouver dans le commerce au moment considéré.
A cet effet, la lumière réfléchie par le surface du produit fabriqué ou, en d'autres termes, sa"cou-
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leur"est habituellement analysée par voie spectrophotométrique, c'est-à-dire qu'elle est décomposée en ses composantes spectrales, lesquelles sont ensuite mesurées qualitativement et quantitativement à l'aide de spectrophotomètres dits"d'atelier".
Ces appareils permettent de mesurer avec une très grande précision les composantes spectrales de la couleur analysée, mais ils représentent des instruments très compliqués et très lourds, d'un prix très élevé et qui consomment une quantité d'énergie en conséquence.
Les spectrophotomètres d'atelier se présentent en effet sous la forme d'un instrument de laboratoire classique, très précis mais bien loin de satisfaire les caractéristiques de souplesse et de facilité d'emploi et de transport, ainsi que de faible coût que les personnes qui travaillent dans le domaine des travaux de carrosserie souhaitent trouver depuis toujours.
En effet, le poids de ces instruments d'atelier implique l'impossibilité de les utiliser en dehors de l'atelier et/ou du laboratoire, directement sur le véhicule automobile. Il devient donc nécessaire de prélever uin échantillon de la carrosserie à repeindre d'une fa- çon quelconque, en recourant quelquefois même à des techniques destructives.
Pour éliminer les inconvénients des instruments d'atelier qui ont été décrits plus haut, on a déjà proposé et réalisé dans la technique des spectrophotomètres capables d'être transportés et utilisés "sur place".
Les instruments de ce type comprenent une tête de lecture reliée au moyen d'un câble flexible à une unité de traitement des données munie de différents accessoires, dont une imprimante qui sert à la représentation graphique des données.
Toutefois, les spectrophotomètres de ce dernier type ne peuvent pas être transportés sans difficulté, étant donné qu'ils sont composés d'éléments d'un certain
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poids qui doivent être nécessairement connectés entre eux par un câble de connexion.
Cette dernière nécessité limite leurs possibilités d'emploi sur place, du fait que le transport aussi bien de la tête de lecture que l'unité de traitement, qui sont inséparables l'une de l'autre, est désagréable et fatigant.
Un autre inconvénient de ces instruments réside dans leur coût qui, étant quelquefois même supérieur à celui des spectrophotomètres d'atelier est généralement bien au-delà des possibilités d'un opérateur moyen.
Le problème technique qui est à la base de l'invention consiste à créer un spectrophotomètre qui soit portatif et qui possède des caractéristiques structurelles et fonctionnelles capables de permettre une reproduction ex novo de la couleur analysée, en surmontant en même temps les inconvénients qui ont été cités relativement à la technique connue.
Selon l'invention ce problème est résolu par un spectrophotomètre portatif comprenant une enveloppe de support, qui est caractérisé en ce qu'il comprend, à l'intérieur de ladite enveloppe : - une source lumineuse connectée par un circuit de commande à une sortie d'un microprocesseur muni de mémoires de données (RAM) et de programmes (ROM) ; - une sphère destinée à uniformiser la densité du flux lumineux sortant de cette enveloppe ; - un spectroscope servant à disperser le spectre de la lumière réfléchie par un échantillon éclairé par ladite source sur un dispositif photométrique connecté en entrée audit microprocesseur, par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique ; - un dispositif optique servant à l'éclairage direct du dispositif photométrique par ladite source lumineuse ;
- une alimentation pour la source lumineuse, le
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dispositif photométrique, le circuit de commande, le convertisseur analogique/numérique et le microprocesseur ; - un connecteur servant à raccorder le microprocesseur et l'alimentation à l'extérieur de ladite enveloppe.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un spectrophotomètre selon l'invention, en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente en perspective un spectrophotomètre portatif réalisé selon l'invention ; la figure 2 représente une coupe longitudinale du spectrophotomètre de la figure 1, prise selon la ligne II-II de la figure 3 ; la figure 3 représente une coupe longitudinale du spectrophotomètre de la figure 1, prise selon la ligne III-III de la figure 2 ; la figure 4 représente une vue en plan, en coupe partielle selon la ligne IV-IV de la figure 2, du spectrophotomètre de la figure 1 ; la figure 5 montre le schéma bloc d'un dispositif électronique de commande incorporé dans le spectrophotomètre de la figure 1.
Sur les figures précitées, on a désigné dans son ensemble par 1 un spectrophotomètre portatif réalisé conformément à la présente invention.
Le spectrophotomètre 1 comprend un enveloppe de support 2, sensiblement parallélépipédique, contenant des dispositifs optico-mécaniques 60 et un dispositif électronique de commande 63, qui sont tous deux décrits de façon plus détaillée dans la suite de la présente description.
L'enveloppe 2 est surmontée d'une poignée de transport 3 et elle est munie à sa partie basse d'un fond 18 qui est lui même équipé de plusieurs pieds d'appui 4.
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L'enveloppe 2 comprend en outre une tête de lecture 5, sensiblement parallélépipédique, munie en position frontale d'un élément de support 6, essentiellement en forme de tronc de pyramide, d'un oeil de lecture 8 de section circulaire, protégé à l'avant par un couvercle 7, de forme plate (voir figure 2).
L'oeil de lecture 8 comprend une ouverture 11 de section circulaire, ménagée dans une sphère creuse 12 destinée à uniformiser la densité du flux lumineux à la sortie de la tête de lecture 7, à travers l'oeil de lecture 8, d'une façon qui ressortira plus clairement de la suite de la description.
Cet oeil est muni sur sa périphérie d'un aimant annulaire 9 pour faciliter l'adhérence de la tête de lecture 5 sur les surfaces métalliques à analyser.
En se reportant à la figure 2, on peut observer que les dispositifs optico-mécaniques du spectrophotomètre sont supportés, à l'intérieur de l'enveloppe 2, par une plaque 13 possédant un profil sensiblement rectangulaire, qui est appuyé sur une pluralité d'entretoises 14 qui s'élèvent en une seule pièce sur le fond 18 de l'enveloppe 2, et auxquelles cette plaque 13 est ensuite fixée au moyen de vis entièrement classiques, non représentées.
Il se forme de cette façon, entre ladite plaque 13 et le fond 18, une chambre 19, sensiblement parallélépipédique, destinée à contenir une alimentation 20, qui comprend elle-même une batterie d'accumulateurs 21 (voir figures 2 et 4).
Ladite chambre 19 est accessible de l'extérieur au moyen d'un couvercle 56 fixé de façon amovible au fond 18 de l'enveloppe 2 à l'aide de vis entièrement classiques et non représentées.
Sur la figure 2, on peut observer que l'enveloppe 2 est munie, à l'intérieur de la tête de lecture 5 et à proximité de la sphère 12, d'une paire de colonnettes
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59 qui raidissent la structure en augmentant les caractéristiques de robustesse du spectrophotomètre.
La plaque 13 est munie, à une extrémité, d'une portion 16 en forme de fourchette, servant de support pour la sphère 12 et qui est fixée à cette sphère de façon classique au moyen de vis 17.
Afin d'augmenter sa stabilité, la sphère 12 prend appui sur un logement 58 présentant un profil conjugué de la surface extérieure de cette sphère.
La sphère 12 comprend (voir figures 2 et 3) deux portions hémisphériques, respectivement antérieure, 12a, et postérieure 12b, qui sont fixées l'une à l'autre d'une façon amovible d'une façon entièrement classique, par exemple à l'aide d'une pluralité de vis 22.
Pour éclairer la surface du produit à analyser, le spectrophotomètre 1 est muni d'une source lumineuse 23, fixée d'une façon classique à la portion hémisphérique postérieure 12b de la sphère 12, à proximité de la zone de jonction avec la portion antérieure 12a (voir figure 3). La source lumineuse 23 comprend une lampe à éclairs qui est montée dans un conteneur respectif 26, de forme prismatique, qui est ouvert sur la sphère 12, au droit d'un passage 24, de section rectangulaire, qui s'étend dans la sphère 12, symétriquement par rapport à un plan horizontal diamétral A-A de cette sphère (voir figure 2).
La lampe 25 à éclairs permet d'éclairer la surface à analyser avec des éclairs ayant une température de couleur d'environ 6 000 K.
Selon une caractéristique de la présente invention, et comme ceci est représenté schématiquement sur la figure 5, la source lumineuse 23 est connectée au moyen d'un câble 29a à la sortie d'un circuit de commande 27, entièrement classique, qui est à son tour connecté à une sortie d'un microprocesseur 28, lui aussi de type classique, par un conducteur 62 appelé BUS.
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La source lumineuse 23 est donc asservie au microprocesseur 28 au moyen dudit circuit de commande 27.
Cette même source lumineuse 23 est alimentée, par une autre paire de câbles 29b, 29 contenus avec le câble 29 dans une gaine 30, par l'alimentation 20 placée dans la chambre 19 qui est définie entre la plaque de support 13 et le fond 18 de l'enveloppe 2.
L'allumage de la lampe à éclairs 25 et, par conséquent, les opérations consécutives d'analyse de la couleur, sont commandés de l'extérieur en pressant un bouton 61, disposé à cheval sur la poignée 3, au-dessus de la tête de lecture 5, et qui est reliée au microprocesseur 28 d'une façon classique et non représentée.
Les dispositifs optico-mécaniques du spectrophotomètre 1 comprennent en outre (voir figures 2 et 3), un spectroscope 31 servant pour la dispersion spectrale de la lumière réfléchie par la surface du produit qui est éclairée par la source lumineuse 23.
Le spectroscope 31 comprend un collimateur 32 et un réseau de diffraction 33. Le collimateur 32 est muni d'une série de lentilles classiques et non représentées, dont l'axe optique t-t coupe, ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 3, le centre de l'ouverture 11 de la sphère 12.
Le réseau 33 est logé dans une enveloppe protectrice 34, en forme de boite, sensiblement parallélépipédique, et il est disposé sur le prolongement de l'axe optique t-t du collimateur 32 de manière à former un angle d'environ 450 avec ce dernier.
L'enveloppe 34 en forme de botte est supportée de façon classique par la plaque 13 (par exemple au moyen de soudures) et, au niveau de sa petite base, elle présente une ouverture 35 fermée par un dispositif photométrique 36 fixé à la plaque de support 13 d'une façon entièrement classique et non représentée.
Afin d'augmenter la résolution optique des com-
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posantes spectrales de la lumière diffractée par le réseau 33, un objectif de focalisation 37 est interposé entre ledit réseau et le dispositif photomètrique 36 (figure 3).
Ainsi qu'on l'a représenté sur les figures 2 et 3, l'objectif 37 est supporté par l'enveloppe 34 en forme de botte et par la plaque 13 par l'intermédiaire d'un élément de support 38 en forme de plaque.
En se reportant aux figures 2 et 4, on remarquera en outre que les axes de l'ouverture 11, du collimateur 32 et de l'objectif 37 sont situés dans un même plan horizontal A-A, dont la trace est indiquée pour plus de clarté sur cette figure.
Le dispositif photométrique 36 comprend un pluralité de cellules photo-électriques classiques, qui ne sont représentées sur aucune figure, et qui servent à capter sous l'aspect qualitatif et quantitatif les composantes spectrales de la lumière réfléchie par la surface du produit. A cet effet, cette lumière est décomposée par le réseau 33 de manière à former un faisceau de diffraction dont la largeur s'étend, dans son ensemble, sur un domaine de longueurs d'onde qui va de 400 à 700 nanomètres.
Le faisceau de diffraction obtenu peut avantageusement être échantillonné par le dispositif photométrique 36 d'une façon enregistrable, selon des intervalles de longueurs d'onde qui vont d'environ 10 à environ 20 nanomètres, et qui sont sélectionnés de l'extérieur au moyen du microprocesseur.
Sur la figure 3, on peut observer que la source lumineuse 23 est connectée électriquement à l'entrée du dispositif photométrique 36 par l'intermédiaire d'un dispositif optique 39 qui comprend un élément photosensible 40 et un câble flexible 41 muni d'une paire de fibres optiques 42.
On transmet de cette façon au dispositif photo-
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métrique 36 un deuxième faisceau lumineux, de référence, destiné à être comparé, ainsi que ceci ressortira plus clairement de la suite de la description, au faisceau lumineux réfléchi par l'échantillon et divisé en ces composantes spectrales par le spectroscope 31.
L'élément photosensible 40 se présente donc comme une référence interne du spectrophotomètre : à cet effet, il est placé face à l'intérieur de la sphère 12, au droit d'une ouverture 43 pratiquée au droit de cette sphère, à l'opposé de la source lumineuse 23, par laquelle l'élément photosensible 40 est éclairé simultanément avec la surface du produit fabriqué à analyser.
Le dispositif photométrique 36 est connecté, en entrée, au moyen d'une pluralité de câbles électriques 44, au dispositif électronique de commande 63, ainsi que ceci a été schématisé sur la figure 5, auquel il transmet les données de mesures sous une forme analogique ainsi que ceci ressortira plus clairement de la description.
Sur les figures 2 et 3, il convient de remarquer que les dispositifs opto-mécaniques 60 du spectrophotomètre 1 qui ont été représentés jusqu'à présent sont dépourvus d'éléments mobiles, puisque la référence interne (l'élément photosensible 40) et la surface à analyser sont éclairées simultanément par la source lumineuse 23.
On évite de cette façon les nécessités d'éclairer dans une succession temporelle le produit fabriqué et la référence interne, comme cela se produit dans les spectrophotomètres de la technique connue.
En se reportant à la figure 5, on décrira maintenant le dispositif électronique de commande 63 qui est incorporé dans le spectrophotomètre 3 de la présente invention.
Ce dispositif est monté d'une façon entièrement classique sur deux cartes électroniques, non représen-
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tées, supportées dans une botte 47, sensiblement parallélépipédique, qui est à son tour supportée à l'intérieur de l'enveloppe 2, au-dessus du collimateur 32 et de l'enveloppe en forme de botte 34, par une pluralité de colonnettes cylindriques 48 (voir figure 2).
Comme ceci est représenté sur la figure 5 qui montre schématiquement l'ensemble du dispositif électronique de commande 63, le microprocesseur est connecté au dispositif photométrique 36 par l'intermédiaire d'une interface d'entrée 64. En particulier, cette interface 64 est un convertisseur analogique/numérique 45 destiné à convertir en numérique les données de mesures qui sont reçues en provenance du dispositif photométrique 36 sous une forme analogique, et à transmettre les données ainsi converties au microprocesseur 28, au moyen d'un conducteur 65 appelé BUS
Selon une caractéristique de la présente invention, le microprocesseur 28 est muni d'une première mémoire 49, dite RAM (Random Access Memory), de lecture et d'écriture, destinée à contenir les données envoyées au microprocesseur 28,
sous la forme numérique par le convertisseur analogique/numérique 45.
Le microprocesseur 28 est par ailleurs équipé d'une deuxième mémoire 50, uniquement à lecture, du type dit ROM (Read Only Memory), dans laquelle résident les programmes destinés à rendre le microprocesseur 28 opérationnel.
Lesdites mémoires 49 et 50 sont connectées de façon classique au microprocesseur 28 par l'intermédiaire d'une série de conducteurs 51a et 51b appelés BUS.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'énergie nécessaire pour le fonctionnement du dispositif électronique de commande 63, de la lampe à éclairs 25 et du dispositif photométrique 36 est fournie par l'alimentation 20 incorporée dans le spectrophotomètre à l'intérieur de la chambre 19.
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Le microprocesseur 28 et l'alimentation 20 sont en outre et indépendamment reliés en entrée, d'une façon entièrement classique et non représentée, à un connecteur 52 supporté, à l'opposé de la tête de lecture 5, par une paroi latérale 53 de l'enveloppe 2.
Au moyen du connecteur 52, s'effectuent les opérations de rechargement de l'alimentation 20 ainsi que la transmission, habilitée par le micro-processeur 28, des données de mesures enregistrées dans la mémoire RAM 49 à un calculateur extérieur, non représenté, qui est destiné au retraitement ultérieur et à l'utilisation de ces données, pour le calcul de la formule.
L'autorisation d'exécution de la mesure, qui est fournie par le microprocesseur 28, et le chargement de l'alimentation 20 sont contrôlables de l'extérieur, respectivement au moyen d'un voyant lumineux 54 et d'un galvanomètre 55 monté sur la tête de lecture 5 du spectrophotomètre, à l'opposé de la poignée 3 (voir figure 4).
Le fonctionnement du spectrophotomètre 1 selon l'invention sera à présent décrit en regard de la figure 2, sur laquelle on a représenté les dispositifs opto-mécaniques 20 de cet appareil.
Lorsqu'on veut analyser la couleur d'un produit (par exemple, d'une carrosserie d'automobile), afin de reproduire ou de contrôler cette couleur, il faut, après avoir allumé le spectrophotomètre, enlever le couvercle 7 de protection de l'oeil de lecture 8 et appuyer la tête de lecture 5 sur la surface du produit à analyser. Pour pouvoir effectuer une lecture correcte de la couleur, il faut que l'axe de l'oeil de lecture 8 soit le plus possible perpendiculaire à la surface du produit. Cette opération est facilitée, dans le cas des surfaces métalliques, par l'aimant annulaire 9 qui permet d'obtenir une adhérence parfaite entre la tête de lecture 5 et le produit fabriqué lui-même.
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L'analyse de la couleur est exécutée ensuite en pressant le bouton 61 disposé à cheval sur la poignée 3.
Sous cet effet, la source lumineuse 23 est activée par le microprocesseur 28 par l'intermédiaire du circuit de commande 27. Cette source émet, par la lampe à éclairs 25, un éclair qui illumine l'intérieur de la sphère creuse 12 en utilisant l'énergie qui lui est fournie par l'alimentation 20. La sphère 12, qui est revêtue intérieurement d'un émail blanc, permet d'uniformiser la densité du flux lumineux sortant de l'oeil de lecture 8, flux lumineux qui éclaire par conséquent de façon uniforme la surface du produit coloré à analyser.
Grâce à sa disposition particulière dans la sphère 12, l'élément photosensible 40 du dispositif optique 39 est éclairé par l'éclair émis par la source lumineuse 25, simultanément avec la surface du produit.
La lumière réfléchie par la surface ainsi éclairée est ensuite focalisée par le collimateur 32 sur le réseau de diffraction 33 qui en disperse les composantes spectrales dans un spectre qui va de 400 à 700 nanomètres, en les réfléchissant, après une autre focalisation assurée par l'objectif 37, sur les cellules du dispositif photométrique 36. Il convient d'observer que ce dernier est en même temps éclairé par l'éclair émis par la lampe 25, grâce au dispositif optique 39.
L'émission lumineuse de la lampe 25 atteint directement le dispositif photométrique 36 en passant par les fibres optiques 42, au niveau de deux groupes de cellules photo-électriques qui sont respectivement éclairées avec des composantes spectrales possédant des longueurs d'onde qui vont de 410 à 440 nm et de 610 à 640 nm.
Le dispositif photométrique 36 envoie donc au convertisseur analogique/numérique 45 (par les câbles 44), les données, présentées sous forme analogique, qui sont relatives à la mesure de la lumière réfléchie par
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l'échantillon et à la mesure de la lumière émise par la source lumineuse 23. Le convertisseur analogique/numérique 45 assure donc la commutation de signaux d'entrée, de la forme analogique à la forme numérique, et leur envoi successif au microprocesseur 28, par le conducteur BUS 65. Le microprocesseur enregistre donc dans sa mémoire RAM 49 les données relatives à la double lecture ainsi effectuée.
Lorsqu'on veut analyser la couleur d'un produit différent, il suffit de répéter les opérations qui ont été décrites jusqu'à présent, en prenant soin de maintenir la tête de lecture 5 aussi perpendiculaire que possible à la surface du produit à l'occasion de chaque mesure.
Selon une caractéristique de l'invention, toutes les phases du fonctionnement du spectrophotomètre 1 qui ont été décrites plus haut sont exécutées sans aucun type de liaison avec des sources d'alimentation extérieures à l'instrument non plus qu'avec aucune unité de commande extérieure.
En effet, les données de mesures sont directement enregistrées dans la mémoire RAM 49 du microprocesseur 28 et c'est seulement ensuite qu'elles sont transmises de façon sérielle, par le connecteur 52, à un calculateur fixe destiné à leur traitement ultérieur.
Grâce aux propriétés caractéristiques de simplicité, robustesse et faible consommation d'énergie, le spectrophotomètre selon l'invention permet avantageusement d'exécuter des analyses des couleurs à reproduire et/ou à contrôler, directement sur place, d'une façon entièrement autonome et sans aucune liaison avec des unités d'alimentation extérieures.
Il convient de remarquer à ce propos que, grâce à la présence de la mémoire RAM 49, le spectrophotomètre 1 permet d'exécuter des mesures répétées de la couleur d'un même produit ou de plusieurs produits. Les données
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relevées sont emmagasinées dans la mémoire 49 et elles ne sont transférées que par la suite, lorsqu'on rentre à l'usine ou à un laboratoire, à un calculateur destiné à les retraiter.
En outre, grâce à l'utilisation rationnelle de matières de faible coût et que l'on trouve facilement sur le marché, le spectrophotomètre selon l'invention présente encore l'important avantage d'un coût extrêmement limité, qui est finalement à la portée d'une large gamme d'utilisateurs.
Il se prête avantageusement à une commercialisation à grande échelle, et qui n'est plus limitée à quelques laboratoires spécialisés, en petit nombre et munis d'un équipement sophistiqué.
Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention.