Procédé pour la détection d'irrégularités à la surface d'un objet
et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objet un procédé et un appareil pour la détection d'irrégularités à la surface d'un objet.
Jusqu'à ce jour, pour déterminer sélectivement la qualité des surfaces de pastilles et comprimés dans les laboratoires pharmaceutiques, on procédait dans tous les cas pratiques par inspection visuelle à l'oeil nu. Bea que cette façon de procéder n'exige la présence d'aucun appareillage spécial, elle présente l'inconvénient d'imposer une limite à la rapidité de la détermination sélective accomplie par chaque contrôleur, et d'obliger par conséquent inévitablement, si l'on veut accroître le rendement de cette inspection, d'augmenter le nombre du personnel qui en est chargé.
De surcroît, l'inspection visuelle présente d'autres inconvénients, notamment un manque de garantie absolu puisqu'elle dépend de l'acuité visuelle et de l'attention de l'tre humain.
La présente invention vise à éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus en utilisant pour l'inspection des surfaces des objets le phénomène ci-après :
Lorsqu'on projette un faisceau lumineux sur la surface d'un objet tel que, par exemple, une pastille phar- maceutique, la présence à la surface de ladite pastille d'une irrégularité quelconque telle que par exemple une éraflure, une abrasion, une fissure, ou une poussière adhérente, provoque un accroissement de la dispersion de la lumière. Et lorsqu'on projette de la lumière polarisée sur une pastille présentant une telle irrégularité superficielle, la lumière dispersée par ladite irrégularité contient de la lumière qui n'est pas polarisée dans la mme direction que la lumière incidente.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'on projette de la lumière incidente polarisée sur la surface de l'objet pour la faire réfléchir et diffuser par ledit objet et l'on mesure les variations d'intensité de la lumière ainsi diffusée après sa transmission à travers un analyseur de polarisation dont la direction de polarisation est perpendiculaire à celle de ladite lumière incidente polarisée.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé selon la présente invention, en ce qu'il comprend. en combinaison, une source de lumière destinée à projeter de la lumière d'intensité uniforme sur la surface de l'objet à contrôler, un premier élément polarisant disposé sur le parcours de ladite lumière pour la polariser, un dispositif de perception pour percevoir la lumière réfléchie et la lumière diffusée par la surface illuminée par la lumière polarisée par le premier élément polarisant et pour produire un signal de sortie d'une valeur fonction de l'intensité de la lumière ainsi perçue, un second élément polarisant disposé entre ladite surface et ledit dispositif de perception et ayant une direction de polarisation perpendiculaire à celle dudit premier élément polarisant, de façon à transmettre, sélectivement,
la lumière diffusée dont l'intensité s'accroît lorsque ladite surface présente une irrégularité, et un dispositif détecteur pour détecter ledit signal de sortie du dispositif de perception par ses variations en réponse aux variations d'intensité de la lumière diffusée transmise par ledit second élément polarisant et signaler ainsi la présence de ladite irrégularité.
L'appareil selon la présente invention peut tre utilisé pour détecter de façon continue les irrégularités que peuvent présenter un grand nombre d'objets amenés en continu par une courroie transporteuse. L'appareil peut tre installé directement sur une partie immobile d'un ensemble transporteur à courroie ou sur une autre machine capable de déplacer les objets, ou encore de toute autre manière appropriée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil suivant l'invention.
La fig. 1 est un schéma d'ensemble comprenant les parties essentielles et représentant la disposition générale de ces parties de ladite forme d'exécution; et
la fig. 2 reproduit graphiquement un exemple de signaux de sortie que l'on peut obtenir en mettant en ceuvre le procédé suivant l'invention.
L'appareil représenté schématiquement dans la fig. 1 comprend une source de lumière 1 destinée à projeter de la lumière à travers un filtre coloré 2 et un premier élément polarisant 3 sur un objet à examiner tel que, par exemple, une pastille 4. Les rayons lumineux qui sont réfléchis et diffusés par la surface de la pastille 4 sont dirigés à travers un second élément polarisant 5 (analyseur) sur un élément photosensible 6.
Les directions de polarisation des premier et second éléments polarisants 3 et 5 sont réglées préalablement de façon à tre perpendiculaires l'une par rapport à l'autre, de façon que la lumière réfléchie par la pastille 4 ait la mme direction de polarisation que la lumière incidente et, par conséquent, qu'elle ne soit pas transmise à travers le second élément polarisant 5. D'autre part. puisque toute la lumière diffusée par la pastille 4 n'a pas la mme direction de polarisation que la lumière incidente, une partie de cette lumière diffusée est transmise à travers le second élément polarisant 5.
Il s'ensuit qu'il est possible d'introduire sélectivement la lumière diffusée par une pastille 4 présentant une irrégularité dans l'élément photosensible 6 et de détecter la sortie transductée photo-électriquement de l'élément photosensible 6 au moyen d'un détecteur 7.
La quantité de lumière diffusée par la pastille 4 augmente avec le degré d'irrégularité de la surface de ladite pastille. de sorte que le signal électrique de sortie de l'élément photosensible 6 transmis au détecteur 7 est une fonction du degré d'irrégularité de la surface de la pastille et peut tre utilisé pour déterminer la qualité (satisfaisante ou défectueuse) de cette dernière.
Dans la mise en oeuvre pratique de l'invention, la source de lumière 1 peut tre une combinaison d'une lampe à filament de tungstène ordinaire et d'une lentille. Le filtre coloré 2 est utilisé pour accroître la sensibilité de détermination de la qualité de l'objet à examiner. Il est avantageux, à cet effet, d'utiliser un filtre dont la couleur est complémentaire de celle de l'objet à examiner.
Pour les éléments polarisants 3 et 5, on peut utiliser n'importe quel type de polarisateur de lumière tel que, par exemple, un prisme de Nicol, un disque de tourmaline, ou un polaroïde. Pour l'élément photosensible 6 on peut utiliser un dispositif tel que, par exemple, un phototube, un photomultiplicateur, une cellule au sélenium ou au sulfure de cadmium, ou un phototransistor.
Pour le détecteur 7, on peut utiliser un instrument tel qu'un ampèremètre, un voltmètre ou un relais réglé de façon à émettre un signal de sortie lorsque le signal d'entrée dépasse une valeur prédéterminée. Lorsqu'on utilise un ampèremètre ou un voltmètre, la valeur de la lecture est utilisée comme une indication du degré d'irrégularité de la surface de l'objet. Lorsqu'on utilise un instrument à relais, son signal de sortie peut tre utilisé pour actionner un dispositif d'alarme lumineux ou acoustique qui indique la présence d'un objet défectueux; on peut aussi le connecter à un dispositif (non représenté) destiné à éliminer automatiquement un objet dans lequel un défaut a été détecté.
Les résultats de la détection obtenus avec une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention sont représentés graphiquement dans la fig. 2. Dans ce cas, il a été utilisé pour détecter la qualité de pastilles revtues de sucre rouge, un filtre 2 en verre bleu, des polarisateurs polaroïdes 3 et 5, un photomultiplicateur 6 et un enregistreur de courant électrique 7.
Les courbes a, b et c de la fig. 2 représentent des photocourants enregistrés dans les cas où les angles entre les directions de polarisation du premier et du second polarisateur 3 et S étaient respectivement de 90, 70 et 50 degrés. Dans chacun de ces cas on examinait le mme jeu de pastilles comprenant deux pastilles sans défaut et une pastille défectueuse et l'on faisait passer successivement deux pastilles exemptes de défaut à travers le chemin de la lumière incidente de l'appareil.
Comme indiqué dans la fig. 2, à chaque passage d'une pastille à travers le chemin lumineux il se produit une pointe de photocourant correspondante, les pointes désignées par X correspondant aux pastilles défectueuses. Il appert que dans le cas de la courbe a dans lequel les directions de polarisation des deux polarisateurs sont décalées de 900 I'une de l'autre, la sensibilité de détection d'un objet défectueux est la plus élevée et que les sensibilités sont successivement plus basses dans les cas d'un décalage de 70 degrés représenté par la courbe b et dans le cas d'un décalage de 50 degrés représenté par la courbe c.
Ces résultats indiquent donc que la transmission de la seule lumière diffusée produit l'indication la plus précise et que, par conséquent, la disposition la plus avantageuse des éléments polarisants est celle dans laquelle leurs directions de polarisation sont mutuellement perpendiculaires.
Comme indiqué ci-dessus, en mettant en oeuvre la présente invention, il est possible de contrôler facilement et rapidement un grand nombre d'objets divers pour en détecter les défauts. Par conséquent, puisque le procédé d'inspection peut ainsi tre mécaniquement automatisé, il devient possible de réduire fortement le nombre des contrôleurs et de réaliser ainsi des économies sensibles de frais de production. En mme temps,
I'efficacité et la précision du contrôle peuvent tre fortement améliorées.
Method for the detection of irregularities on the surface of an object
and apparatus for carrying out this method
The present invention relates to a method and an apparatus for the detection of irregularities on the surface of an object.
Until now, to selectively determine the quality of the surfaces of pellets and tablets in pharmaceutical laboratories, in all practical cases, visual inspection with the naked eye has been carried out. Bea that this way of proceeding does not require the presence of any special apparatus, it has the disadvantage of imposing a limit on the speed of the selective determination carried out by each controller, and therefore inevitably obliging, if the we want to increase the output of this inspection, to increase the number of staff responsible for it.
In addition, visual inspection has other drawbacks, in particular an absolute lack of guarantee since it depends on the visual acuity and attention of the human being.
The present invention aims to eliminate the drawbacks mentioned above by using the following phenomenon for the inspection of the surfaces of objects:
When a light beam is projected onto the surface of an object such as, for example, a pharmaceutical tablet, the presence on the surface of said tablet of any irregularity such as for example a scratch, an abrasion, a crack, or adhering dust, causes increased light scattering. And when polarized light is projected onto a pellet exhibiting such a surface irregularity, the light dispersed by said irregularity contains light which is not polarized in the same direction as the incident light.
The method according to the invention is characterized in that polarized incident light is projected onto the surface of the object in order to make it reflect and diffuse by said object and the variations in intensity of the light thus diffused are measured. after its transmission through a polarization analyzer whose polarization direction is perpendicular to that of said polarized incident light.
The apparatus for implementing this method is characterized according to the present invention, in that it comprises. in combination, a light source intended to project light of uniform intensity on the surface of the object to be inspected, a first polarizing element arranged on the path of said light to polarize it, a perception device for perceiving the light reflected and the light scattered by the illuminated surface by the light polarized by the first polarizing element and to produce an output signal of a value dependent on the intensity of the light thus perceived, a second polarizing element disposed between said surface and said perception device and having a direction of polarization perpendicular to that of said first polarizing element, so as to transmit, selectively,
scattered light the intensity of which increases when said surface has an irregularity, and a detector device for detecting said output signal of the perception device by its variations in response to variations in intensity of the scattered light transmitted by said second element polarizing and thus signal the presence of said irregularity.
The apparatus according to the present invention can be used to continuously detect the irregularities which a large number of objects conveyed continuously by a conveyor belt may exhibit. The apparatus can be installed directly on a stationary part of a belt conveyor assembly or on another machine capable of moving the objects, or again in any other suitable manner.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus according to the invention.
Fig. 1 is an overall diagram comprising the essential parts and showing the general arrangement of these parts of said embodiment; and
fig. 2 graphically reproduces an example of output signals which can be obtained by implementing the method according to the invention.
The apparatus shown schematically in FIG. 1 comprises a light source 1 intended to project light through a color filter 2 and a first polarizing element 3 on an object to be examined such as, for example, a pellet 4. The light rays which are reflected and scattered by the surface of the pellet 4 are directed through a second polarizing element 5 (analyzer) on a photosensitive element 6.
The directions of polarization of the first and second polarizing elements 3 and 5 are set beforehand so as to be perpendicular to each other, so that the light reflected by the patch 4 has the same direction of polarization as the light incident and, consequently, that it is not transmitted through the second polarizing element 5. On the other hand. since all the light scattered by the patch 4 does not have the same direction of polarization as the incident light, part of this scattered light is transmitted through the second polarizing element 5.
It follows that it is possible to selectively introduce the light scattered by a patch 4 having an irregularity in the photosensitive element 6 and to detect the photoelectrically transduced output of the photosensitive element 6 by means of a detector. 7.
The quantity of light scattered by the patch 4 increases with the degree of irregularity of the surface of said patch. so that the electrical output signal from the photosensitive element 6 transmitted to the detector 7 is a function of the degree of irregularity of the surface of the pellet and can be used to determine the quality (satisfactory or defective) of the latter.
In the practical implementation of the invention, the light source 1 can be a combination of an ordinary tungsten filament lamp and a lens. The color filter 2 is used to increase the sensitivity of determining the quality of the object to be examined. It is advantageous, for this purpose, to use a filter the color of which is complementary to that of the object to be examined.
For polarizing elements 3 and 5, any type of light polarizer can be used such as, for example, a Nicol prism, a tourmaline disc, or a polaroid. For the photosensitive element 6, it is possible to use a device such as, for example, a phototube, a photomultiplier, a selenium or cadmium sulphide cell, or a phototransistor.
For the detector 7, one can use an instrument such as an ammeter, a voltmeter or a relay set so as to emit an output signal when the input signal exceeds a predetermined value. When using an ammeter or voltmeter, the value of the reading is used as an indication of the degree of irregularity of the object's surface. When a relay instrument is used, its output signal can be used to actuate a light or acoustic alarm device which indicates the presence of a defective object; it can also be connected to a device (not shown) intended to automatically eliminate an object in which a fault has been detected.
The results of the detection obtained with an embodiment of the apparatus according to the invention are represented graphically in FIG. 2. In this case, it was used to detect the quality of red sugar coated pellets, a blue glass filter 2, polaroid polarizers 3 and 5, a photomultiplier 6 and an electric current recorder 7.
The curves a, b and c in fig. 2 show photocurrents recorded in cases where the angles between the polarization directions of the first and second polarizer 3 and S were 90, 70 and 50 degrees, respectively. In each of these cases, the same set of pellets comprising two flawless pellets and one defective pellet were examined, and two defect-free pellets were successively passed through the path of the incident light of the apparatus.
As shown in fig. 2, each time a pellet passes through the light path, a corresponding photocurrent peak occurs, the peaks designated by X corresponding to the defective pellets. It appears that in the case of curve a in which the directions of polarization of the two polarizers are offset by 900 I from each other, the sensitivity of detecting a defective object is the highest and that the sensitivities are successively lower in the case of a 70 degree offset represented by curve b and in the case of a 50 degree offset represented by curve c.
These results therefore indicate that the transmission of the scattered light alone produces the most accurate indication and that, therefore, the most advantageous arrangement of the polarizing elements is that in which their directions of polarization are mutually perpendicular.
As indicated above, by implementing the present invention, it is possible to easily and quickly check a large number of various objects in order to detect their defects. Consequently, since the inspection method can thus be mechanically automated, it becomes possible to greatly reduce the number of inspectors and thus to achieve significant savings in production costs. At the same time,
The efficiency and the precision of the control can be greatly improved.