EP1243350A1 - Dispositif et procédé d'inspection automatique d'objets défilant en flux sensiblement monocouche - Google Patents

Dispositif et procédé d'inspection automatique d'objets défilant en flux sensiblement monocouche Download PDF

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EP1243350A1
EP1243350A1 EP02360092A EP02360092A EP1243350A1 EP 1243350 A1 EP1243350 A1 EP 1243350A1 EP 02360092 A EP02360092 A EP 02360092A EP 02360092 A EP02360092 A EP 02360092A EP 1243350 A1 EP1243350 A1 EP 1243350A1
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EP
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plane
objects
radiation
detection
elementary
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EP02360092A
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German (de)
English (en)
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EP1243350B1 (fr
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Antoine Bourely
Roger Pellenc
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Pellenc SAS
Original Assignee
Pellenc SAS
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34—Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34—Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
    • B07C5/3422—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour using video scanning devices, e.g. TV-cameras
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/36—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution
    • B07C5/363—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution by means of air
    • B07C5/367—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution by means of air using a plurality of separation means
    • B07C5/368—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution by means of air using a plurality of separation means actuated independently

Definitions

  • the present invention relates to the characterization, and the case if necessary, automatic sorting of objects, in particular household packaging recyclable, according to their constituent materials and / or according to their color, the combination of a constituent material or substance and a color being called in the following a category.
  • Its object is an inspection device and method automatic scrolling objects with characterization and discrimination in depending on their chemical composition.
  • the machine according to the invention is particularly, but not limitatively, suitable for inspection, and if necessary for sorting, at high rate of different recyclable plastic packaging, including PET, HDPE, PVC, PP and PS bottles, as well as packaging paper / cardboard, composites (drink bricks) or metal.
  • this machine can also be used for inspection and discrimination of all other objects or articles containing organic chemical compounds and scrolling with a substantially monolayer planar presentation, such as for example fruit (discrimination by sugar level), and discrimination can be produced on the basis of a majority or minority chemical compound, or of a plurality of chemical compounds.
  • discrimination may lead to separation of the flow of objects by categorical sorting or simply by counting and characterization of said flow.
  • Document EP-A-0 706 838 in the name of the applicant, presents a sorting machine and method suitable for flow objects Planar.
  • This machine uses at least one machine vision system to locate objects, as well as to recognize their shape and color, a robotic arm for gripping and handling objects, and at minus a complementary sensor to recognize their constituent material.
  • This complementary sensor is advantageously an infrared spectrometer.
  • This system has the advantage of being in principle multi-material, since the main packaging is sorted by material, and / or by color, and they are distributed in a plurality of suitable bins. A single machine can thus sort up to eight different categories. Through elsewhere, the individual grip of the objects guarantees excellent quality sorting, typically a default for 1000 sorted objects.
  • the sorting rate of this system is limited by the individual gripping of sorted objects and does not exceed 60 to 100 kg / h per sorting module.
  • the only way to increase this rate is to stunt several identical sorting modules, which increases the overall size of the machine, as well as its cost price.
  • Document US-A-5 260 576 presents a sorting machine planar emitting over the flux of electromagnetic radiation, received by transmission below the stream of objects.
  • the intensity of these radiation makes it possible to distinguish materials according to their relative opacity in transmission. So when the radiation is X-ray, it document mentions a satisfactory separation of PVC, which contains a chlorine atom opaque to X-rays, compared to other plastics, which do not contain it, in particular PET.
  • a row of nozzles ejects one of the object classes or not.
  • Document EP-A- 0 776 257 describes a sorting machine planar broadband, and likely to recognize a material among many.
  • the material to be recognized is chosen at the time of construction of the machine by a suitable, fixed calibration.
  • near-infrared lighting is emitted on top and the sensor is also placed on top so that it analyzes the light backscattered vertically by the objects.
  • the reception is done by means of a plane mirror or concave in a semicircle extending over the entire width of the mat, then polygonal rotating mirror. There is therefore a cyclical scanning of the measuring point across the width of the mat.
  • the light received from the measuring point is then divided by a mounting of semi-reflecting mirrors in several streams. Each stream passes through an interference filter centered on a specific wavelength, then leads to a detector. Each detector therefore measures the proportion of the received light contained in the bandwidth of the filter. Analysis of relative intensities measured by the various detectors allows to decide if the material present at the point of measurement is or is not that which one seeks.
  • the number of filters mentioned in this document is between 3 and 6.
  • the detection algorithm must perform a reconstruction two-dimensional objects to be sorted before ejecting them, which assumes a relatively large distance between the detection zone and the ejection area, increasing the risk of erroneous ejection due to movement of objects between detection and ejection.
  • WO 99/26734 presents a sorting machine high-speed planar, with an architecture fairly close to the document previous, but announces multi-material recognition.
  • this document approaches the problem of the quantity of light: it offers a vision system in upstream on the infrared detection conveyor, quite system comparable to that mentioned in the aforementioned document EP-A-0 706 838.
  • This system makes it possible to locate each object present, and allows, at the level infrared detection, to control by a set of mirrors positions a single measurement point which follows the scrolling object.
  • Time available analysis becomes relatively long, around 3 to 10 ms, since we only analyze one point per object.
  • Implementation although not specified, can then use a known technology compatible with this analysis time.
  • document DE-A-1 96 09 916 describes a miniaturized spectrometer for a planar sorting machine for plastics, operating with a diffraction grating to spread the infrared spectrum on an output band, and a small number of sensors corresponding to wavelengths irregularly distributed in this output band. It is indicated in this document that one can be satisfied with ten well-chosen sensors, instead of the 256 sensors of a conventional photodiodes array. However, each of these ten sensors has an area equivalent to each sensor of a strip, typically a rectangle of 30 x 250 ⁇ m 2 . Such a surface collects little light and limits the analysis rate to 200 measurements / second. Such a spectrometer cannot therefore analyze all the points of a fast conveyor with the speeds and resolutions mentioned above.
  • the main object of the present invention is to propose a machine and a method of inspection, and if necessary of sorting, operating at high speed and for substantially object flows monolayer, this machine and this process being capable of discriminating from reliably objects with significant heights, while making state of construction and implementation which remain simple and economic.
  • the invention will have to overcome a vision system independent to locate objects, minimize the number of sensors necessary, maintain good reliability, especially in the event of sorting, when the objects move relative to the support which transports them and present a optimized operating efficiency of the radiation emitted.
  • the superimposition of the lighting and scanning planes gives a good depth of field and their tilt by relation to the plane of the objects analyzed makes it possible to effectively eliminate the stray light constituted by specular reflection.
  • the receiving device comprises a movable reflecting member carrying the input optical center, directly receiving the reflected radiation at the level of the sweeping elementary measurement area and having dimensions substantially of the same order of magnitude as the dimensions of said elementary measurement zone which it ensures movement, preferably slightly higher.
  • the means of application consist of broad spectrum lighting means, applied radiation consisting of a mixture of electromagnetic radiation from the visible domain and the infrared range, and said lighting means include organs concentrating the emitted radiations, at the level of the plane of conveying, on a transverse detection strip swept periodically by the elementary measurement zone and whose longitudinal median axis corresponds to the detection line.
  • the means for applying radiation are preferably consisting of two application units spaced apart and arranged in a transverse alignment with respect to the direction or direction of scrolling of the objects, each unit comprising an emission member elongated associated with a section shaped reflector member elliptical.
  • each member elongated emission is substantially positioned at the level of the near hearth of the elliptical reflector associated therewith, the means of applying radiation being positioned and the reflectors being shaped and dimensioned in such a way that the second distant focus is located at a distance from the conveying plane corresponding substantially to the height average of the objects to be sorted.
  • the receiving device is in the form of a head reception located at a distance above the conveying plane and carrying, part, a movable reflecting member in the form of a plane mirror (the the geometric center is advantageously substantially confused with the input optical center), arranged substantially centrally by relative to the conveyor plane and oscillating by pivoting with sufficient amplitude for the mobile elementary measurement area can explore the entire detection band during a half-oscillation and, on the other hand, a focusing means, for example under lens shape, of the fraction of radiation (s) reflected by a part elementary of the detection band and transmitted by the oscillating mirror in direction of said means, said head also carrying the end having the inlet opening of the means for transmitting said fraction of radiation (s), after focusing by the means, towards at least one spectral analysis device.
  • a focusing means for example under lens shape
  • the mobile elementary measurement zone which sweeps in a progressive the entire surface of the moving conveyor support, is defined, in combination, by the characteristics of the inlet opening means of transmission and the characteristics of the means of focusing, as well as their relative arrangement, the focusing means and the consecutive transmission means being located outside the field exploring the oscillating mirror (defined by its optical center or geometric), located in the scanning plane, the alignment axis mirror / focusing means / entry aperture being located in said plane containing said field.
  • the fraction of detection or measurement surface reflected by the oscillating mirror will advantageously be at least slightly higher in area at the elementary measurement area, centered with respect to this last and the same shape or not.
  • the oscillating plane mirror forming the member mobile reflective is located between the two units forming the means application of radiation and in a relative provision such as said units do not interfere with the field of exploration of said mirror.
  • the mirror will preferably be located at a more distant large of the conveying plane that the units of the application means, under in the form of halogen lamps for example. However, it can also be arranged at the same height or even closer to this plane than said units, without affecting the efficiency of the detection station.
  • the means of transmission preferably consist of a bundle of fibers 10 "optics, all or most of which are connected to a device analysis breaking down the reflected radiation into its different spectral components and determining the intensities of some of said components having wavelengths characteristic of the materials of objects to be sorted, and a minority of which can be advantageously linked to a analysis device detecting the respective intensities of the three colors fundamental, said optical fibers having at the opening input a square or rectangular arrangement in section.
  • a first analysis device consists, on the one hand, of a spectrometer with diffraction grating decomposing the multispectral light flux received from the elementary measurement area in its different spectral components constitutive, notably in the infrared domain, on the other hand, by means for recovering and transmitting light fluxes elementary corresponding to different spectral ranges irregularly spaced apart characterizing the chemical substances and compounds of objects to discriminate, for example in the form of fiber optic bundles separated, and finally by photoelectric conversion means delivering an analog signal for each of said elementary light fluxes.
  • Multispectral light flux from the measurement area elementary is introduced into the spectrometer at an entry slit and the elementary luminous fluxes are recovered at the level of slits of outlet having a shape and dimensions identical to those of the slot input and positioned according to the dispersion factor and ranges spectral to be recovered, the output end portions of the fibers of the majority component of the fiber bundle forming the means of transmission and the input end portions of the optical fibers of the recovery and transmission means with arrangements identical linear and being mounted respectively in the entry slit and the exit slots.
  • the input end portions of the optical fibers of the bundles forming the recovery and transmission means are mounted in thin plates provided with suitable receiving recesses, preferably associated with retaining and locking, so as to form mounting and positioning supports said optical fibers in the body of the spectrometer.
  • the body of the spectrometer comprises a rigid receiving and holding structure with blocking of said supports, authorizing their installation by sliding and their installation by stacking, with possibly interleaving of adjusted shims, so as to position said supports at the locations corresponding to the zones impact of elementary light fluxes to be noted.
  • Such an arrangement allows rapid, easy and Accurate inspection machine to detect groups of materials different, characterized by groups of wavelength ranges specific, depending on the type of objects and the selectivity to operate.
  • the first spectral analysis device is therefore mainly consisting of a means allowing light to be distributed without significant losses according to its constituent wavelengths, as well as a small number of detectors (10 to 20) in the form of conversion means photoelectric with high unit area, each of these detectors being specific to a wavelength range (PLO), these PLOs being suitably chosen for robust and simultaneous identification of several chemical substances or compounds, corresponding for example to several materials.
  • PLO wavelength range
  • a second analysis device carrying out the color recognition of objects is associated with the previous device by taking a small part of the light flux from the fiber bundle to route it to three sensors each sensitive to one of the colors fundamental, ie Red, Green, or Blue.
  • the latter also includes a processing and operating management of the detection station, such as a computer controlling in particular the movement of the reflecting organ mobile and possibly the conveyor, sequencing the acquisition of reflected radiation at the level of the mobile elementary measurement area and processing and evaluating the signals delivered by the analysis devices, by example by comparison with programmed data, with a view to determination of the chemical composition of each object inspected or the presence of a chemical substance in said objects, while correlating the results of said determination with a determination of the spatial location of said objects.
  • a processing and operating management of the detection station such as a computer controlling in particular the movement of the reflecting organ mobile and possibly the conveyor, sequencing the acquisition of reflected radiation at the level of the mobile elementary measurement area and processing and evaluating the signals delivered by the analysis devices, by example by comparison with programmed data, with a view to determination of the chemical composition of each object inspected or the presence of a chemical substance in said objects, while correlating the results of said determination with a determination of the spatial location of said objects.
  • the detection strip is in the form of an elongated rectangular surface of small width extending perpendicular to the median axis and transversely across the width the conveyor plan, for example in the form of a belt or strip whose upper surface coincides with said plane of conveying.
  • the distance detection-discrimination can be limited to approximately 100 mm, which minimizes the probability that an unstable object on the mat will move before his discrimination, resulting for example in his evacuation.
  • the invention also relates to an automatic sorting machine. of objects according to their chemical composition, these objects scrolling so substantially monolayer on a conveyor, this sorting machine comprising an upstream detection station functionally coupled to a downstream station for active separation of said objects according to the results of measurements and / or analyzes carried out by said detection station, characterized in that the detection station is a detection station as described above.
  • the detection station delivers signals actuation to a module for controlling the ejection means, transverse alignment of the active separation station according to the results of said analyzes, a burst of actuation signals being emitted after each complete exploration of a transverse detection strip by the mobile elementary measurement zone.
  • the detection line is located near immediate (for example within 30 cm) of the ejection means, by example by lifting, in the form of a row of nozzles delivering gas jets, preferably air.
  • said method consists in particular in concentrating the radiation, preferably in the visible and infrared range, at the plane of conveying on a transverse detection strip swept periodically by the elementary measurement zone and whose longitudinal median axis corresponds to the detection line, so as to obtain an intensity of high and substantially homogeneous radiation over the entire surface of said detection band.
  • said method can consist in sweeping sequentially the detection band with the elementary measurement zone movable by pivoting oscillation of a plane mirror forming the organ reflective, to focus the light flux coming from the measurement area elementary on the inlet opening of the transmission means in the form of a bundle of optical fibers, to bring the majority of the luminous flux multispectral sensed towards the entry slit of a spectrometer forming part a first means of analysis, to decompose this luminous flux into its different elementary spectral components, to recover fluxes of some of these components corresponding to ranges of specific narrow wavelengths at and at exit slits transmit through means adapted to means of photoelectric conversion to provide first measurement signals, to bring, if necessary, simultaneously a small part of the luminous flux multispectral captured towards a second means of analysis determining the respective intensities of the three basic colors and providing second measurement signals, to process said first and possible second measurement signals, at the level of a processing and management unit IT controlling in particular the movement of the organ mobile reflective, sequencing the acquisition of radiation reflected
  • the inspection process When the inspection process is implemented in relation with a sorting machine as described above, it can also consist to be delivered by the processing and management unit, depending on the results of processing measurement signals, actuation signals to a control module for ejecting means from a separation station located downstream of the detection station in relation to the flow of objects, and, finally, to eject or not to eject each of the different objects scrolling on the support plane conveyor conveyor according to actuation signals issued.
  • a burst of actuation signals is emitted after completion of each scan of the detection and processing strip corresponding measurement signals, if applicable with consideration measurement signals from the previous scan.
  • the radiation emitted is concentrated in the vicinity of the lighting plane Pe and said lighting plane Pe and the scanning plane Pb are combined, this common plane Pe, Pb being inclined with respect to the perpendicular D to the conveying plane Pc. This last provision allows in particular to get rid of specular reflection.
  • transverse in relation to the detection line 7, we means an extension over the entire width of the defined conveying plane Pe by the conveyor 3 ce, preferably but not limited to, straight and perpendicular to the direction of travel of objects 2.
  • the conveyor plane Pc will correspond for a support of flat conveying on the surface of the latter and for non-planar supports, such as buckets mounted on chains (for individualized transport, for example for fruits), to a median plane characterizing the scrolling of said objects.
  • the detection station 4 is identical for these two machines, the sorting machine additionally comprising a separation station 5.
  • Figure 1 shows the general structure of the sorting machine 1 automatic by chemical composition or material.
  • Objects 2 arrive in fast scrolling (2 to 3 m / s) on a conveyor or conveyor 3 so that they are substantially spread over a single layer.
  • the surface of conveyor 3 is dark, and its constituent material (in general of matt black rubber) is chosen different from the materials or compounds chemicals to recognize.
  • This region is substantially demarcated by broad spectrum lighting means 6 (visible and infrared), which concentrate the light flux through 6 'reflectors, strongly illuminate an area 7 'in the form of a narrow detection strip effective, the width of which is 25 to 40 mm.
  • broad spectrum lighting means 6 visible and infrared
  • Zone 7 ' is analyzed at high speed using a mirror oscillating 8 ', controlled by a computer 23, and which cyclically directs the measurement towards each of the elementary elementary zones 12 'of the zone 7'.
  • a full scan cycle of area 7 ' takes approximately 8 ms.
  • the conveyor 3 has advanced a distance substantially equal to the width of said zone 7 ′, so that there is no detection “hole”: any point of the conveyor 3, or of the moving conveyor plane Pc, is analyzed.
  • Bundle 10 is subdivided into two parts: the first brings the majority of the luminous flux to a spectrometer 14, forming part of a first analysis device 11 and subdividing this part of flux according to its constituent wavelengths in the field near infrared (NIR).
  • NIR near infrared
  • a small number n of PLOs (Length Ranges selected) is sent to a module containing conversion means 16 in the form of surface NIR photodiodes high unit, and an amplification stage. This module converts signals bright in as many analog electrical signals, which are then analyzed by the computer 23.
  • the second part of the bundle 10 is brought to a second analysis device 11 'corresponding to a color detection module.
  • This module allows to isolate the Red, Green and Blue components by filtering, then convert the light signals into electrical signals and amplify. After conversion, the output signals are also analyzed by computer 23.
  • a first decisive advantage of the machine 1 is that the reflected light receiving device (8 'mirror and 9 lens assembly) does not physically extend over the entire width of the conveying plane Pc corresponding for example to the surface of a conveyor belt 3, but is unique and implanted only at the center of the midline of the conveyor 3. This avoids inhomogeneities between different points of reception which would interfere with the uniformity of the signal across the 7 'detection.
  • a second determining advantage of the geometry of the machine 1 is that the detection zone is placed as close as possible to the row 5 'ejection nozzles.
  • the detection-ejection distance d can be limited, with suitable IT resources, approximately 100 mm, which minimizes the probability that an unstable object on the carpet will move before it ejection. It is only limited by the software processing time, which is very fast since it relates to information from a single line of measures, or even two contiguous lines only. This distance is significantly lower than that existing in planar flow machines known previously described.
  • the aim is to bring a maximum of light onto the detection zone 7 ′ with the constraint of keeping the lamps far enough from the objects 2 in circulation to allow these objects to circulate without interference.
  • the quantity of light is roughly evaluated in electrical W / cm 2 , knowing that we are referring to a halogen lamp with a color temperature of 3400 K.
  • the manufacturing of the 6 'reflectors must be very precise for a good operation, but it is easier than that of conventional reflectors circular symmetry, like parabolic mirrors.
  • a surface developable which can be produced by folding.
  • the inventors have determined that the best intensity distribution is obtained using only two 6 'reflectors quite long, separated by a vacuum as shown in Figure 3.
  • the average density obtained is 2 x 1000 / (80 X 4) ⁇ 6 W / cm 2 , or about 60 times more than the sun in broad daylight.
  • Such a concentration is only compatible with a carpet 3 in rapid movement to avoid burning it.
  • Electrical safety devices are provided to automatically switch off the lighting in the event of the carpet being stopped.
  • the aim is to analyze around 40 to 80 surfaces within the 7 'zone by means of an elementary zone of measure 12 mobile.
  • These elementary surfaces 12 ′ have a shape rectangular, with dimensions from 10 x 20 mm to 20 x 20 mm.
  • such an elementary surface 12 ′ is called a "Pixel", all of said pixels corresponding to the detection area 7 '.
  • the inventors chose a mobile mount that sequentially scans all the pixels. A single sensor then allows all the measurements, provided that the measurement is carried out very quickly.
  • the preferred solution is an 8 '30 mm oscillating mirror diameter, mounted in a detection head 8 and which oscillates with a angular amplitude c between the positions shown in Figure 4A.
  • the instantaneous delta angle (figure 4C)
  • it returns the light from a pixel 12 'towards the fixed lens 9 which focuses it in a bundle 10 of fibers 10 "optics, the 12 ′ pixel has been represented as a point for readability of figures 4.
  • angles of light return non vertical are accepted. Choose a height of the mirror 8 ' large enough to limit the angle b of the field of exploration C to a value slightly lower than 60 °. From experience, faults geometrical sights remain acceptable for these angles. Like any variation of angle ⁇ of a rotating mirror results in a variation of 2. ⁇ from the position of the reflected beam, the plane mirror can then oscillate on a half angle, 30 ° in all.
  • the lens 9 is arranged as much as possible under the mirror 8 ', without interfere with the field of exploration C (angle b). Nor should it be too low above the conveyor belt 3.
  • Lighting design with an empty space in the center above of carpet 3 is used to make the oscillation plane coincide or scanning Pb of the mirror 8 '(including the scanning field C) with the lighting plane Pe (plane containing the focal points F and F 'and passing through the axis median of the detection zone 7 '.
  • the measurement area (angle b) does not interfere with 6 "tubes or 6 'reflectors.
  • This design is very advantageous for analyzing objects 2 significant height (up to 200 mm high), because whatever the height of the object, the illuminated area and the analyzed area coincide.
  • the lighting and the measurement spot are no longer focused, detection remains reliable despite a decrease in pixel sharpness, because the brightness remains substantially identical. Indeed, the lighting disperses well on one more large surface, but at the same time the object approaches the halogen tube and therefore receives a larger direct flux, and the mirror / object distance decreases, which increases the density received on the mirror 8 '.
  • the common plane (lighting plane Pe and scanning plane Pb) of lighting means 6 and the oscillating mirror 8 ' is inclined at an angle alpha by vertical to the conveying plane Pc.
  • This gamma angle must be at least 5 °, and preferably greater than 10 ° for good safety (see figure 2 of the accompanying drawings).
  • the lens 9 serves to limit the size of the pixel 12 'analyzed, even at great distance from the conveyor belt 3.
  • the light flux received is optimal.
  • it is almost independent of the mirror-conveyor distance, and that it is identical to the flux picked up by a bundle of fibers of the same surface, placed near the conveyor and under the same illumination, and without any optics.
  • FIGS. 5 and 6 of attached drawings The following description is based on FIGS. 5 and 6 of attached drawings.
  • a dispersion which is the ratio between the wavelength changes expressed in nm, and the distance over the exit slit, expressed in mm.
  • the inventors have chosen a dispersion of between 20 nm / mm and 30 nm / mm.
  • the bundle of optical fibers 10 makes it possible to transport the reflected light received from pixel 12 '(14 "multispectral light flux) from the square section end carrying the opening 10 ', of form identical to the pixel, towards the entry slot 17 of the spectrometer 14, where the fibers are rearranged according to a fine vertical 17 'slot.
  • the image of the input slot 17 for each PLO chosen at the network output 14 ' is a slot 17' of the same shape and same dimensions as at the input.
  • the various elementary light fluxes 14 "′ corresponding to the various PLOs are collected by exit slots 17 ′.
  • a network of fiber bundles 15 ′ is provided at this level forming reception and transmission means 15 and these fibers are rearranged at the other end in 15 "circles, each of which is fixed in contact with a photodiode 16 of InGaAs, with an active surface of approximately 1 mm 2 .
  • the spectral width of the PLOs is fixed, and is approximately 5 nm, which makes it possible to use identical photodiodes.
  • beams 15 of different sections, associated with photodiodes 16 of corresponding surface for example a spectral width of 10 nm with two rows of contiguous optical fibers, for a photodiode surface of approximately 2 mm 2 ). It is thus possible, as desired, to increase the luminous flux received, or to refine the resolution.
  • the amount of light is divided only once: if we double the number of output beams, each of them will have as much light as in the original montage.
  • a rearrangement of the PLOs then consists simply in removing ferrules 18, 19 and shims 22 of the holding box 21, then to be replaced some shims by those of different dimensions, and finally to put them back in the case.
  • the operation is easy, fast (only one work session), and reversible.
  • the photodiodes of the conversion means 16 provide a intensity proportional to the number of incident photons over the entire their surface for a given time. This current is converted into voltage and amplified before delivery to computer 23.
  • the inventors preferred the first implementation, which is the simpler and less restrictive for the computer system of treatment 23.
  • the active surface of the photodiodes 16 used in fact dimensions the entire design of the recovery / transmission / analysis assembly. Indeed, there is no point in producing an output beam 15 from the diffraction grating 14 'which is larger than the surface of the associated diode 16: the additional surface would not be used. Similarly, the laws of optics require that the dimensions of the inlet slot 17 of the network 14 'are the same as the dimensions of the outlet slot 17'. As for the optical fiber bundle 10, it obviously keeps the active surface unchanged, that is to say about 1 mm 2 .
  • the flux received on the inlet opening end 10 ′ of this beam only depends on its surface, and on the intensity of illumination at the level of the conveying plane Pc (for example surface conveyor belt 3), subject to proper sizing of the optical assembly 8 'and 9.
  • Figure 5 in relation to Figures 1, illustrates a possible embodiment of the second analysis device 11 '(color analysis).
  • This second device 11 ′ could also be produced at by means of a diffraction grating.
  • the photodiodes 27 associated with the aforementioned filters are in Silicon and cover the whole visible area: this material is very good market and has very good detectivity, about 100 times higher than InGaAs in the infrared. Thanks to this high sensitivity, there is no need to bring a bundle of fibers in front of the diode: a single fiber of diameter 200 ⁇ m gives a sufficient signal.
  • the end with the inlet opening 10 ′ can thus comprise approximately twenty fibers, of which sixteen or seventeen are found at the end entering the entry slit 17 of the spectrometer 14, three of which enter the analysis device 11 'or color module. Given the amount of visible light available, we can even consider using a single fiber for color and spreading its light on three filters: this leaves a maximum of sensitive surface for the part of the beam 10 connected to the spectrometer 14.
  • an amplification stage conventional, not shown, allows analog signals to be brought to a sufficient level to acquire them on the computer 23.

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Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif et un procédé d'inspection automatique par matière d'objets défilant en flux sensiblement monocouche. Ce dispositif comprend un poste (4) de détection à travers lequel passe le flux d'objets (2), ce poste de détection comportant : des moyens (6) d'application de rayonnements électromagnétiques en direction du plan de convoyage des objets (2) et définissant un plan d'éclairage, l'intersection des plans d'éclairage et de convoyage définissant une ligne de détection, un dispositif (8) de réception balayant périodiquement tout point de ladite ligne de détection et recevant les rayonnements réfléchis par une zone de mesure élémentaire, le plan défini par ladite ligne de détection et le centre optique d'entrée étant appelé plan de balayage, des moyens (10) de transmission desdits rayonnements réfléchis, machine caractérisée en ce que les rayonnements émis sont concentrés au voisinage du plan d'éclairage (Pe) et en ce que ledit plan d'éclairage (Pe) et le plan de balayage (Pb) sont confondus, ce plan commun (Pe, Pb) étant incliné par rapport à la perpendiculaire (D) au plan de convoyage (Pc). <IMAGE>

Description

La présente invention concerne la caractérisation, et le cas échéant le tri, automatique d'objets, notamment d'emballages ménagers recyclables, selon leurs matériaux constitutifs et/ou selon leur couleur, la combinaison d'un matériau ou d'une substance constitutive et d'une couleur étant appelée dans la suite une catégorie.
Elle a pour objet un dispositif et un procédé d'inspection automatique d'objets défilants avec caractérisation et discrimination en fonction de leur composition chimique.
La machine selon l'invention est particulièrement, mais non limitativement, adaptée à l'inspection, et le cas échéant au tri, à haute cadence de différents emballages plastiques recyclables, notamment les flacons en PET, PEHD, PVC, PP et PS, ainsi que des emballages papiers/cartons, composites (briques de boisson) ou métalliques.
Toutefois, cette machine pourra également être mise en oeuvre pour l'inspection et la discrimination de tous autres objets ou articles renfermant des composées chimiques organiques et défilant avec une présentation planaire sensiblement monocouche, tels que par exemple des fruits (discrimination par taux de sucre), et la discrimination peut être réalisée sur la base d'un composé chimique majoritaire ou minoritaire, ou d'une pluralité de composés chimiques.
De plus, ladite discrimination peut aboutir à une séparation du flux d'objets par tri catégoriel ou simplement à un comptage et à une caractérisation dudit flux.
Il existe déjà de nombreuses machines et de nombreux procédés du type précité, notamment pour trier les emballages selon leur matériau constitutif.
Cependant, ces machines connues présentent toutes des inconvénients assez sérieux et de notables limitations.
De ce fait, le tri des emballages ménagers est encore resté largement manuel à ce jour, en particulier dans les pays européens où le tri par matériau est demandé par les autorités responsables du recyclage, mais également dans les autres pays.
Une automatisation significative du tri s'est produite récemment en Allemagne, mais dans un contexte très particulier, au moins pour les plastiques. Les critères de tri ne concernent pas le matériau, mais la forme (films, corps creux, ou plastiques mélangés divers). Ces machines existantes trient ainsi une catégorie « plastiques mélangés » par rapport à des papiers/cartons, après un pré-tri aéraulique des films, et un pré-tri manuel des corps creux. On trouve aussi des machines de tri d'emballages composites, ou d'emballages métalliques.
Les machines existantes présentent de grandes différences en terme d'efficacité selon le type de préparation mécanique du flux d'objets à trier. On peut distinguer trois solutions principales :
  • individualisation complète avec un seul objet par réceptacle, sans saisie d'objet ;
  • flux filaire, les objets étant alignés les uns derrière les autres ;
  • flux planaire, les objets étant étalés en vrac sur un tapis nettement plus large que leur plus grande dimension, et répartis sur une seule couche.
Seule la dernière solution s'est révélée adaptée, des points de vue efficacité et productivité, à des produits aussi hétérogènes que les déchets, notamment ménagers. En effet :
  • L'individualisation complète n'a jamais fait ses preuves industriellement. Les prototypes mis au point avec ce mode de présentation ont tous cessé de fonctionner depuis.
  • Le flux filaire existait déjà dans les machines de sur-tri industrie dans lesquelles le flux principal était homogène, et le sur-tri consistait à retirer un faible pourcentage d'objets indésirables. Appliqués à un flux hétérogène d'emballages, des systèmes filaires ont fonctionné sur des flux particulièrement propres. Cependant, ces machines sont limitées en débit et nécessitent en amont de la machine la présence d'opérateurs manuels pour retirer les objets susceptibles de perturber le fonctionnement, notamment les grandes feuilles plastiques et les gros contenants. Ils ne constituent donc pas une solution satisfaisante d'automatisation du tri, et ont eu peu de succès.
  • Au contraire, les flux planaires ont fait leurs preuves, puisqu'il s'agit exactement de la présentation des objets que l'on rencontre en tri manuel. On sait donc la réaliser simplement dans un contexte de déchets ménagers, et les machines utilisant ce type de flux sont adaptées aux conditions de tri en vrac et connaissant un succès nettement supérieur aux deux autres types précités.
Dans ce qui suit, il ne sera donc discuté que du tri en flux planaire, qui permet d'aboutir aux machines les plus efficaces actuellement.
Le document EP-A-0 706 838, au nom de la demanderesse, présente une machine et un procédé de tri adapté à des objets à flux planaire. Cette machine utilise au moins un système de vision artificielle pour localiser les objets, ainsi que pour reconnaítre leur forme et leur couleur, un bras robotisé pour saisir et manutentionner les objets, et au moins un capteur complémentaire pour reconnaítre leur matériau constitutif. Ce capteur complémentaire est avantageusement un spectromètre à infrarouges.
Ce système présente l'avantage d'être par principe multimatériaux, puisque les principaux emballages sont triés par matériau, et/ou par couleur, et ils sont répartis dans une pluralité de bacs appropriés. Une même machine peut ainsi trier jusqu'à huit catégories différentes. Par ailleurs, la préhension individuelle des objets garantit une excellente qualité de tri, typiquement un défaut pour 1000 objets triés.
Cependant, la cadence de tri de ce système est limitée par la préhension individuelle des objets triés et n'excède pas 60 à 100 kg/h par module de tri. La seule façon d'augmenter cette cadence est de cascader plusieurs modules de tri identiques, ce qui augmente l'encombrement total de la machine, ainsi que son prix de revient.
Le document US-A-5 260 576 présente une machine de tri planaire émettant par-dessus le flux des rayonnements électromagnétiques, reçus par transmission en dessous du flux d'objets. L'intensité de ces rayonnements permet de distinguer les matériaux selon leur opacité relative en transmission. Ainsi, lorsque les rayonnements sont des rayons X, ce document mentionne une séparation satisfaisante du PVC, qui contient un atome de chlore opaque aux rayons X, par rapport aux autres plastiques, qui n'en contiennent pas, notamment le PET. En fonction du résultat, une rangée de buses éjecte ou non vers le bas une des classes d'objets.
Cependant, ce principe de détection est trop sommaire pour les cas complexes : tous les objets présentent une certaine opacité, et on comprend bien que des épaisseurs multiples d'un matériau peu opaque (par exemple le PET - polyéthylène térephtalate) ne peuvent être distinguées d'une épaisseur unique d'un matériau différent plus opaque (par exemple le PVC - polychlorure de vinyle). On risque alors d'éjecter d'un coup et par erreur tous ces objets peu opaques. De plus, ce système ne sait distinguer
que le PVC des autres plastiques : il est incapable d'identifier le PET du PEHD (polyéthylène haute densité), ou le PAN (polyacrylonitrile). Les machines existantes conformes à ce document ont des efficacités limitées et des rendements faibles (proportions d'objets voulus parmi les objets éjectés) : de 10 à 30 %. Enfin, un inconvénient notable du montage en transmission est qu'au moins un des deux éléments, le capteur ou l'émetteur, doit se trouver sous le flux. Il y a alors un risque de salissure ou de bouchage récurrent de l'élément inférieur, nécessitant des interventions répétées à des intervalles relativement courts.
Le document EP- A- 0 776 257 décrit une machine de tri planaire à haut débit, et susceptible de reconnaítre un matériau parmi plusieurs. Le matériau à reconnaítre est choisi au moment de la construction de la machine par une calibration adaptée, fixe.
Dans cette machine, un éclairage proche-infrarouge est émis par-dessus et le capteur est également placé au-dessus, de sorte qu'il analyse la lumière rétrodiffusée verticalement par les objets.
La réception se fait par l'intermédiaire d'un miroir plan ou concave en demi-cercle s'étendant sur toute la largeur du tapis, puis d'un miroir tournant polygonal. Il y a donc balayage cyclique du point de mesure sur toute la largeur du tapis.
La lumière reçue du point de mesure est ensuite divisée par un montage de miroirs semi-réfléchissants en plusieurs flux. Chaque flux traverse un filtre interférentiel centré sur une longueur d'onde spécifique, puis aboutit à un détecteur. Chaque détecteur mesure donc la proportion de la lumière reçue contenue dans la bande passante du filtre. L'analyse des intensités relatives mesurées par les divers détecteurs permet de décider si le matériau présent au point de mesure est ou non celui que l'on recherche. Le nombre de filtres évoqué dans ce document est compris entre 3 et 6.
La présence d'un tel miroir de grande dimension constitue un point fragile de la structure d'ensemble, allonge la distance détection-éjection, augmente l'encombrement total du poste de détection et est susceptible d'entraíner des distorsions et d'introduire des inhomogénéités dans le flux lumineux récupéré pour analyse, aboutissant à des erreurs de détection.
Par ailleurs, dans une telle architecture, l'enjeu majeur est la vitesse de détection : il y a 25 à 50 zones de mesures par ligne, et il faut analyser 100 à 150 lignes par seconde compte tenu de la vitesse de circulation du flux. L'ordre de grandeur est donc de 5000 mesures/s. Une telle vitesse impose des contraintes importantes
  • l'algorithme de détection doit être assez simple (donc peu d'opérations et traitement grossier) pour être effectué en temps réel ;
  • l'électronique de réception doit être très rapide ;
  • la quantité de lumière reçue doit être suffisante dans un temps très bref.
Or, l'algorithme de détection doit réaliser une reconstitution bidimensionnelle des objets à trier avant de procéder à leur éjection, ce qui suppose une distance relativement importante entre la zone de détection et la zone d'éjection, augmentant les risques d'éjection erronée du fait d'un mouvement des objets entre la détection et l'éjection.
Le problème précité de la quantité de lumière est critique, et explique pourquoi la machine selon ce document ne peut reconnaítre qu'un matériau prédéfini :
  • une reconnaissance multimatériaux imposerait d'utiliser non pas 3 à 6 plages de longueurs d'onde (ou PLO), mais au moins 8 à 16 ;
  • de plus, les largeurs des PLO, relativement importantes dans l'exemple cité (32 à 114 nm), devraient être réduites dans une gamme de 5 à 20 nm, puisqu'un plus grand nombre de PLO doit être distingué dans la même largeur spectrale.
Les deux effets se cumulent : le plus grand nombre de PLO diviserait environ par 3 la quantité de lumière reçue par chaque filtre ; la largeur réduite de chaque PLO signifie que chaque filtre laisserait passer une fraction environ 5 fois plus faible de la lumière reçue. Pour maintenir un même niveau de signal, la puissance d'éclairage nécessaire pour la machine passerait donc de 1 à 3 x 5 = 15 kW. Une telle puissance ne serait pas réaliste (prix, dépense énergétique, échauffement).
Le document WO 99/26734 présente une machine de tri planaire à haut débit, avec une architecture assez proche du document précédent, mais annonce une reconnaissance multimatériaux.
Pour aboutir à cela, ce document aborde différemment le problème de la quantité de lumière : il propose un système de vision en amont sur le convoyeur de la détection infrarouge, système tout à fait comparable à celui mentionné dans le document EP-A-0 706 838 précité. Ce système permet de localiser chaque objet présent, et permet, au niveau de la détection infrarouge, de piloter par un jeu de miroirs asservi en position un point de mesure unique qui suit l'objet en défilement. Le temps d'analyse disponible devient relativement long, de l'ordre de 3 à 10 ms, puisqu'on analyse un seul point par objet. La mise en oeuvre, quoique non précisée, peut alors faire appel à une technologie connue compatible avec ce temps d'analyse. On peut par exemple employer un spectromètre avec une barrette de photodétecteurs (typiquement 256 éléments, chacun correspondant à une longueur d'onde), avec une résolution de 4 à 6 nm par détecteur.
Cependant, cette solution présente également plusieurs inconvénients :
  • elle nécessite un matériel supplémentaire, à savoir un système de vision ;
  • elle impose le choix par vision du point de mesure spectrométrique sur l'objet, ce qui peut être délicat en présence d'étiquettes ou de salissures ;
  • elle suppose l'immobilité de l'objet sur le tapis : les deux détections s'effectuant sur des zones d'environ 1 m x 1m, l'objet se déplace de 1 m au moins entre sa détection par vision et sa détection par spectrométrie, puis de 0,5 m en moyenne entre sa détection par spectrométrie et son éjection finale. Or, l'immobilité n'est pas du tout assurée lorsque le convoyeur avance à 2,5 m/s, surtout lorsque les objets sont des bouteilles susceptibles de rouler.
La machine décrite dans ce document est certes plus flexible, mais plus chère et nettement moins efficace que la précédente.
Enfin, le document DE-A-1 96 09 916 décrit un spectromètre miniaturisé pour une machine de tri de plastiques planaire, fonctionnant avec un réseau de diffraction pour étaler le spectre infrarouge sur une bande de sortie, et un petit nombre de capteurs correspondant à des longueurs d'onde irrégulièrement réparties dans cette bande de sortie. Il est indiqué dans ce document que l'on peut se contenter de dix capteurs bien choisis, au lieu des 256 capteurs d'une barrette de photodiodes classique. Cependant, chacun de ces dix capteurs a une surface équivalente à chaque capteur d'une barrette, soit typiquement un rectangle de 30 x 250 µm2. Une telle surface récolte peu de lumière et limite la cadence d'analyse à 200 mesures / seconde. Un tel spectromètre ne peut donc pas analyser tous les points d'un convoyeur rapide avec les vitesses et résolutions évoquées plus haut.
Ce dernier document propose donc pour analyser un flux planaire de réaliser une ligne de micro-spectromètres identiques parallèles. D'après l'inventeur, le coût d'un spectromètre serait minimisé par les techniques de fabrication des micro-systèmes, mais la résolution nécessaire impose 25 à 50 spectromètres sur la ligne pour couvrir la largeur du tapis du convoyeur : le coût total, de même que les contraintes de maintenance, sont alors très élevés. D'ailleurs, peu de détails sont fournis dans ce document sur la réalisation d'une telle machine et aucune machine de ce type ne semble être en fonctionnement actuellement.
En plus des inconvénients et limitations propres à chacun des dispositifs et procédés évoqués ci-dessus, il y a lieu de mentionner également un inconvénient majeur, commun à tous ces dispositifs et procédés, à savoir leur incapacité à traiter de manière fiable des objets présentant une hauteur significative, par exemple de l'ordre de 10 à 30 cm, soit du fait d'une intensité de rayonnement appliqué insuffisante à cette distance du plan de convoyage Pc des objets défilants, soit du fait d'une inadaptation de la récupération des rayonnements à analyser, ou encore pour les deux raisons précitées.
Ainsi, le principal but de la présente invention est de proposer une machine et un procédé d'inspection, et le cas échéant de tri, fonctionnant à haut débit et pour des flux d'objets sensiblement monocouche, cette machine et ce procédé étant capables de discriminer de manière fiable des objets ayant des hauteurs significatives, tout en faisant état d'une construction et d'une mise en oeuvre qui demeurent simples et économiques.
De plus, l'invention devra s'affranchir d'un système de vision indépendant pour localiser les objets, minimiser le nombre de capteurs nécessaires, conserver une bonne fiabilité, notamment en cas de tri, lorsque les objets bougent par rapport au support qui les transporte et présenter une efficacité optimisée d'exploitation du rayonnement émis.
A cet effet, elle a pour objet une machine d'inspection automatique d'objets défilant de manière sensiblement monocouche sur un plan de convoyage d'un convoyeur, permettant de discriminer ces objets selon leur composition chimique, cette machine comprenant au moins un poste de détection à travers ou sous lequel passe le flux d'objets, ce poste de détection comportant notamment :
  • des moyens d'application de rayonnements électromagnétiques en direction du plan de convoyage, émettant lesdits rayonnements de manière à définir un plan d'éclairage, l'intersection dudit plan d'éclairage et dudit plan de convoyage définissant une ligne de détection s'étendant transversalement au sens de défilement des objets pour la largeur du flux convoyé,
  • un dispositif de réception permettant de balayer périodiquement tout point de ladite ligne de détection, et recevant à tout instant les rayonnements réfléchis par une zone de mesure élémentaire située au voisinage du point balayé à cet instant, le plan défini par ladite ligne de détection et le centre optique d'entrée dudit dispositif étant appelé plan de balayage,
  • des moyens de transmission à au moins un dispositif d'analyse desdits rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire balayante,
   machine caractérisée en ce que les rayonnements émis sont concentrés au voisinage du plan d'éclairage et en ce que ledit plan d'éclairage et le plan de balayage sont confondus, ce plan commun étant incliné par rapport à la perpendiculaire au plan de convoyage.
Ces dispositions permettent d'obtenir une application de rayonnements maximale dans la zone exploitée pour l'acquisition, ainsi qu'une correspondance systématique de la zone éclairée et de la zone analysée, ce quelle que soit la hauteur des objets dans une plage de hauteurs définie par les dimensions de la machine et la sensibilité des moyens d'acquisition et d'analyse.
Ainsi, la superposition des plans d'éclairage et de balayage (détection) confère une bonne profondeur de champ et leur inclinaison par rapport au plan des objets analysés permet d'éliminer efficacement la lumière parasite que constitue la réflexion spéculaire.
Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de réception comprend un organe réfléchissant mobile portant le centre optique d'entrée, recevant directement les rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire balayante et présentant des dimensions sensiblement du même ordre de grandeur que les dimensions de ladite zone de mesure élémentaire dont il assure le déplacement, préférentiellement légèrement supérieures.
Avantageusement, les moyens d'application consistent en des moyens d'éclairage large spectre, les rayonnements appliqués consistant en un mélange de rayonnements électromagnétiques du domaine visible et du domaine de l'infrarouge, et lesdits moyens d'éclairage comportent des organes concentrant les rayonnements émis, au niveau du plan de convoyage, sur une bande transversale de détection balayée périodiquement par la zone de mesure élémentaire et dont l'axe médian longitudinal correspond à la ligne de détection.
L'utilisation d'un éclairage à large spectre, par exemple du type halogène et de longueurs d'onde comprises entre 1 000 et 2 000 nm (pour chaque point d'émission), permet l'analyse chimique des objets disposés sur le convoyeur.
En vue d'homogénéiser l'éclairement de la zone de détection, les moyens d'application de rayonnements sont préférentiellement constitués par deux unités d'application espacées entre elles et disposées selon un alignement transversal par rapport au sens ou à la direction de défilement des objets, chaque unité comprenant un organe d'émission allongé associé à un organe sous forme de réflecteur profilé à section elliptique.
Selon une caractéristique de l'invention, chaque organe d'émission allongé est sensiblement positionné au niveau du foyer proche du réflecteur elliptique qui lui est associé, les moyens d'application de rayonnements étant positionnés et les réflecteurs étant conformés et dimensionnés de telle manière que le second foyer éloigné est situé à une distance du plan de convoyage correspondant sensiblement à la hauteur moyenne des objets à trier.
On peut ainsi réaliser une focalisation de cet éclairage sur une large plage de profondeurs (typiquement environ 200 mm).
Afin d'augmenter, le cas échéant, davantage encore l'intensité lumineuse au niveau de la zone de détection, en particulier à proximité de ses parties extrêmes, il peut être prévu que des parois de réflexion des rayonnements émis par les moyens d'application soient disposés le long des bords latéraux du convoyeur (par exemple tapis ou bande transporteuse), notamment au niveau des extrémités de la bande de détection en s'étendant, horizontalement et verticalement, sensiblement jusqu'à hauteur desdits moyens d'application de rayonnement(s).
Conformément à une variante de réalisation préférée de l'invention, le dispositif de réception se présente sous la forme d'une tête de réception située à distance au-dessus du plan de convoyage et portant, d'une part, un organe réfléchissant mobile sous la forme d'un miroir plan (dont le centre géométrique est avantageusement sensiblement confondu avec le centre optique d'entrée), disposé de manière sensiblement centrale par rapport au plan de convoyage du convoyeur et oscillant par pivotement avec une amplitude suffisante pour que la zone de mesure élémentaire mobile puisse explorer la totalité de la bande de détection pendant une demi-oscillation et, d'autre part, un moyen de focalisation, par exemple sous forme de lentille, de la fraction de rayonnement(s) réfléchie par une partie élémentaire de la bande de détection et transmise par le miroir oscillant en direction dudit moyen, ladite tête portant également l'extrémité présentant l'ouverture d'entrée des moyens de transmission de ladite fraction de rayonnement(s), après focalisation par le moyen, vers au moins un dispositif d'analyse spectrale.
La zone de mesure élémentaire mobile, qui balaie de manière progressive la totalité de la surface du support de convoyage en défilement, est définie, en combinaison, par les caractéristiques de l'ouverture d'entrée des moyens de transmission et les caractéristiques du moyen de focalisation, ainsi que par leur disposition relative, le moyen de focalisation et les moyens de transmission consécutifs étant situés en dehors du champ d'exploration du miroir oscillant (défini par son centre optique ou géométrique), situé dans le plan de balayage, l'axe d'alignement miroir/moyen de focalisation /ouverture d'entrée étant situé dans ledit plan contenant ledit champ.
La fraction de surface de détection ou de mesure réfléchie par le miroir oscillant sera avantageusement au moins légèrement supérieure en superficie à la zone de mesure élémentaire, centrée par rapport à cette dernière et de même forme ou non.
En vue d'aboutir à une structure compacte, il peut être avantageusement prévu que le miroir plan oscillant formant l'organe réfléchissant mobile soit situé entre les deux unités formant les moyens d'application de rayonnements et dans une disposition relative telle que lesdites unités n'interfèrent pas avec le champ d'exploration dudit miroir.
Comme indiqué précédemment, le plan de balayage contenant ledit champ d'exploration et le plan contenant les foyers des réflecteurs elliptiques sont confondus et cette coïncidence des zones éclairée et analysée autorise une prise en compte optimale des objets présentant des hauteurs significatives.
Le miroir sera préférentiellement situé à une distance plus grande du plan de convoyage que les unités des moyens d'application, sous forme de lampes halogènes par exemple. Toutefois, il peut également être disposé à la même hauteur ou même plus proche de ce plan que lesdites unités, sans que l'efficacité du poste de détection n'en soit influencée.
Conformément à une caractéristique de l'invention, les moyens de transmission consistent préférentiellement en un faisceau de fibres optiques 10" dont la totalité ou une majorité est reliée à un dispositif d'analyse décomposant le rayonnement réfléchi en ses différentes composantes spectrales et déterminant les intensités de certaines desdites composantes ayant des longueurs d'onde caractéristiques des matières des objets à trier, et dont une minorité peut être avantageusement reliée à un dispositif d'analyse détectant les intensités respectives des trois couleurs fondamentales, lesdites fibres optiques présentant au niveau de l'ouverture d'entrée un arrangement carré ou rectangulaire en section.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un premier dispositif d'analyse est constitué, d'une part, par un spectromètre à réseau de diffraction décomposant le flux lumineux multispectral reçu de la zone de mesure élémentaire en ses différentes composantes spectrales constitutives, notamment dans le domaine de l'infrarouge, d'autre part, par des moyens de récupération et de transmission des flux lumineux élémentaires correspondant à différentes plages spectrales irrégulièrement espacées caractérisant les substances et composés chimiques des objets à discriminer, par exemple sous la forme de faisceaux de fibres optiques séparés, et, enfin, par des moyens de conversion photoélectrique délivrant un signal analogique pour chacun desdits flux lumineux élémentaires.
Le flux lumineux multispectral provenant de la zone de mesure élémentaire est introduit dans le spectromètre au niveau d'une fente d'entrée et les flux lumineux élémentaires sont récupérés au niveau de fentes de sortie présentant une forme et des dimensions identiques à celles de la fente d'entrée et positionnées en fonction du facteur de dispersion et des plages spectrales à récupérer, les portions d'extrémité de sortie des fibres de la composante majoritaire du faisceau de fibres formant les moyens de transmission et les portions d'extrémité d'entrée des fibres optiques des moyens de récupération et de transmission présentant des arrangements linéaires identiques et étant montés respectivement dans la fente d'entrée et les fentes de sortie.
En vue de faciliter la manipulation et l'installation des moyens de récupération et de transmission, sans risquer une détérioration de ces derniers, les portions d'extrémité d'entrée des fibres optiques des faisceaux formant les moyens de récupération et de transmission sont montées dans des plaquettes minces pourvues de renfoncements de réception adaptés, préférentiellement associées à des contre-plaquettes de maintien et de blocage, de manière à former des supports de montage et de positionnement desdites fibres optiques dans le corps du spectromètre.
Préférentiellement, le corps du spectromètre comporte une structure rigide de réception et de maintien avec blocage desdits supports, autorisant leur mise en place par coulissement et leur installation par empilement, avec éventuellement intercalage de cales ajustées, de manière à positionner lesdits supports aux emplacements correspondant aux zones d'impact des flux lumineux élémentaires à relever.
Un tel arrangement autorise une adaptation rapide, aisée et précise de la machine d'inspection pour détecter des groupes de matériaux différents, caractérisés par des groupes de plages de longueurs d'onde spécifiques différentes, en fonction du type d'objets et de la sélectivité à opérer.
Le premier dispositif d'analyse spectrale est par conséquent principalement constitué d'un moyen permettant de répartir la lumière sans pertes significatives selon ses longueurs d'onde constitutives, ainsi que d'un petit nombre de détecteurs (10 à 20) sous forme de moyens de conversion photoélectrique à surface unitaire élevée, chacun de ces détecteurs étant spécifique d'une plage de longueurs d'onde (PLO), ces PLO étant convenablement choisies pour une identification robuste et simultanée de plusieurs substances ou composés chimiques, correspondant par exemple à plusieurs matériaux.
En outre, un second dispositif d'analyse réalisant la reconnaissance de la couleur des objets est associé au dispositif précédent en prélevant une faible partie du flux lumineux du faisceau de fibres pour l'acheminer vers trois capteurs sensibles chacun à une des couleurs fondamentales, c'est à dire Rouge, Vert, ou Bleu.
Pour coordonner et piloter les différents dispositifs, organes et composants de la machine, cette dernière comprend également une unité de traitement et de gestion de fonctionnement du poste de détection, telle qu'un ordinateur commandant notamment le mouvement de l'organe réfléchissant mobile et éventuellement du convoyeur, séquençant l'acquisition des rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire mobile et traitant et évaluant les signaux délivrés par les dispositifs d'analyse, par exemple par comparaison avec des données programmées, en vue de la détermination de la composition chimique de chacun des objets inspectés ou de la présence d'une substance chimique dans lesdits objets, tout en corrélant les résultats de ladite détermination avec une détermination de la localisation spatiale desdits objets.
Conformément à une variante de réalisation particulièrement préférée de l'invention, la bande de détection se présente sous la forme d'une surface rectangulaire allongée de faible largeur s'étendant perpendiculairement à l'axe médian et transversalement sur toute la largeur du plan de convoyage du convoyeur, par exemple sous forme de tapis ou de bande dont la surface supérieure est confondue avec ledit plan de convoyage.
Ainsi, dans le cadre d'une application de tri d'objets et pour un convoyeur sous la forme d'une bande défilant à environ 2,5 m/s, la distance détection-discrimination peut être limitée à environ 100 mm, ce qui minimise la probabilité qu'un objet non stabilisé sur le tapis se déplace avant sa discrimination, se traduisant par exemple par son évacuation.
L'invention concerne aussi une machine de tri automatique d'objets selon leur composition chimique, ces objets défilant de manière sensiblement monocouche sur un convoyeur, cette machine de tri comportant un poste de détection amont couplé fonctionnellement à un poste aval de séparation active desdits objets en fonction des résultats des mesures et/ou analyses effectuées par ledit poste de détection, caractérisée en ce que le poste de détection est un poste de détection tel que décrit ci-dessus.
Avantageusement, le poste de détection, ou son unité de traitement et de gestion du fonctionnement, délivre des signaux d'actionnement à un module de pilotage des moyens d'éjection, en alignement transversal, du poste de séparation active en fonction des résultats desdites analyses, une salve de signaux d'actionnement étant émise après chaque exploration complète d'une bande de détection transversale par la zone de mesure élémentaire mobile.
De manière préférentielle, et afin d'éviter au maximum les erreurs de tri dues à un déplacement des objets par rapport au convoyeur entre la détection et l'éjection, la ligne de détection est située à proximité immédiate (par exemple à moins de 30 cm) des moyens d'éjection, par exemple par soulèvement, sous la forme d'une rangée de buses délivrant des jets de gaz, préférentiellement d'air.
La présente invention a également pour objet un procédé d'inspection automatique d'objets défilant de manière sensiblement monocouche sur un plan de convoyage ou surface d'un convoyeur, ledit procédé permettant de discriminer ces objets selon leur composition chimique, et consistant à :
  • faire passer le flux d'objets à inspecter à travers ou sous au moins un poste de détection,
  • à émettre des rayonnements électromagnétiques vers le plan de convoyage par l'intermédiaire de moyens d'application correspondant, de manière à définir un plan d'éclairage, l'intersection dudit plan d'éclairage et dudit plan de convoyage définissent une ligne de détection s'étendant transversalement au sens de défilement des objets,
  • à balayer périodiquement tout point de ladite ligne de détection par l'intermédiaire d'un dispositif de réception recevant à tout instant les rayonnements réfléchis par une zone de mesure élémentaire située au voisinage du point balayé à cet instant, le plan défini par ladite ligne de détection et le centre optique d'entrée dudit dispositif étant appelé plan de balayage,
  • à transmettre lesdits rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire balayante à au moins un dispositif d'analyse par l'intermédiaire de moyens de transmission adaptés,
   procédé caractérisé en ce que les rayonnements émis sont concentrés au voisinage du plan d'éclairage et en ce que ledit plan d'éclairage et le plan de balayage sont confondus, ce plan commun étant incliné par rapport à la perpendiculaire au plan de convoyage.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit procédé consiste notamment à concentrer les rayonnements, préférentiellement du domaine visible et infrarouge, au niveau du plan de convoyage sur une bande transversale de détection balayée périodiquement par la zone de mesure élémentaire et dont l'axe médian longitudinal correspond à la ligne de détection, de manière à obtenir une intensité de rayonnement élevée et sensiblement homogène sur toute la surface de ladite bande de détection.
Plus précisément, ledit procédé peut consister à balayer séquentiellement la bande de détection avec la zone mesure élémentaire mobile par oscillation pivotante d'un miroir plan formant l'organe réfléchissant, à focaliser le flux lumineux provenant de la zone de mesure élémentaire sur l'ouverture d'entrée des moyens de transmission sous forme d'un faisceau de fibres optiques, à amener la majorité du flux lumineux multispectral capté vers la fente d'entrée d'un spectromètre faisant partie d'un premier moyen d'analyse, à décomposer ce flux lumineux en ses différentes composantes spectrales élémentaires, à récupérer les flux lumineux de certaines de ces composantes correspondant à des plages de longueurs d'ondes étroites spécifiques au niveau de fentes de sortie et à les transmettre par l'intermédiaire de moyens adaptés à des moyens de conversion photoélectrique pour fournir des premiers signaux de mesure, à amener, le cas échéant, simultanément une faible partie du flux lumineux multispectral capté vers un second moyen d'analyse déterminant les intensités respectives des trois couleurs fondamentales et fournissant des seconds signaux de mesure, à traiter lesdits premiers et éventuels seconds signaux de mesure, au niveau d'une unité de traitement et de gestion informatique commandant notamment le mouvement de l'organe réfléchissant mobile, séquençant l'acquisition des rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire mobile et traitant et évaluant les signaux délivrés par les dispositifs d'analyse, par comparaison avec des données programmées, en vue de la détermination de la composition chimique de chacun des objets inspectés ou de la présence d'une substance chimique dans lesdits objets.
Lorsque le procédé d'inspection est mis en oeuvre en relation avec une machine de tri telle que décrite ci-dessus, il peut en outre consister à faire délivrer par l'unité de traitement et de gestion, en fonction des résultats du traitement des signaux de mesure, des signaux d'actionnement à un module de pilotage de moyens d'éjection d'un poste de séparation situé en aval du poste de détection par rapport au flux d'objets, et, enfin, à éjecter ou à ne pas éjecter chacun des différents objets défilant sur le plan support de convoyage du convoyeur en fonction des signaux d'actionnement délivrés.
Conformément à une caractéristique supplémentaire préférentielle de l'invention, une salve de signaux d'actionnement est émise après achèvement de chaque balayage de la bande de détection et traitement des signaux de mesure correspondants, le cas échéant avec prise en compte des signaux de mesure du balayage précédent.
La présente invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
  • la figure 1A est une représentation schématique d'une machine d'inspection automatique selon l'invention ;
  • la figure 1B est une représentation schématique partielle d'une machine automatique de tri selon l'invention, équipée notamment d'un poste de détection amont et d'un poste de séparation aval ;
  • la figure 2 est une vue schématique en élévation latérale montrant l'inclinaison des moyens d'éclairage et du moyen réfléchissant de la tête de réception faisant partie du poste de détection ;
  • la figure 3 est une vue partielle par transparence, selon une direction opposée à la direction de défilement du moyen de convoyage d'une partie des machines représentées sur les figures 1;
  • la figure 4A représente schématiquement les organes fonctionnels de la tête de réception faisant partie de la machine selon l'invention, ainsi que l'amplitude des oscillations de l'organe réfléchissant et le balayage résultant au niveau de la zone de détection ;
  • les figures 4B à 4D représentent trois positions de la zone de mesure élémentaire mobile au cours d'un balayage de la zone de détection ;
  • les figures 5 et 6 sont des représentations partiellement schématiques et partiellement constructives des moyens de récupération et de transmission et des dispositifs d'analyse ;
  • la figure 7 est une vue partielle en élévation frontale des portions d'extrémité d'entrée des moyens de récupération et de transmission montées dans les fentes de sortie du spectromètre faisant partie du premier dispositif d'analyse, et,
  • la figure 8 est une vue de détail d'un montage particulier de deux portions d'extrémité d'entrée adjacentes des moyens de récupération et de transmission.
    • Comme le montrent les figures des dessins annexés, et plus particulièrement les figures 1 à 4, la machine d'inspection automatique d'objets 2 comprend au moins un poste de détection 4 à travers ou sous lequel passe le flux d'objets 2, ce poste de détection 4 comportant notamment :
    • des moyens 6 d'application de rayonnements électromagnétiques en direction du plan de convoyage Pc du convoyeur 3, émettant lesdits rayonnements de manière à définir un plan d'éclairage Pe, l'intersection dudit plan d'éclairage Pe et dudit plan de convoyage Pc définissant une ligne de détection 7 s'étendant transversalement au sens de défilement des objets 2,
    • un dispositif 8 de réception permettant de balayer périodiquement tout point de ladite ligne de détection 7, et recevant à tout instant les rayonnements réfléchis par une zone de mesure élémentaire 12 située au voisinage du point balayé à cet instant, le plan défini par ladite ligne de détection 7 et le centre optique d'entrée 8" dudit dispositif 8 étant appelé plan de balayage Pb,
    • des moyens 10 de transmission à au moins un dispositif d'analyse 11, 11' desdits rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire balayante 12.
    Conformément à l'invention, les rayonnements émis sont concentrés au voisinage du plan d'éclairage Pe et ledit plan d'éclairage Pe et le plan de balayage Pb sont confondus, ce plan commun Pe, Pb étant incliné par rapport à la perpendiculaire D au plan de convoyage Pc. Cette dernière disposition permet notamment de s'affranchir de la réflexion spéculaire.
    Par transversal, en relation avec la ligne de détection 7, on entend une extension sur toute la largeur du plan de convoyage Pe défini par le convoyeur 3 ce, préférentiellement mais non limitativement, de manière rectiligne et perpendiculairement à la direction de défilement des objets 2.
    Le plan de convoyage Pc correspondra pour un support de convoyage plan à la surface de ce dernier et pour des supports non plan, tels que des godets montés sur des chaínes (pour un transport individualisé, par exemple pour des fruits), à un plan médian caractérisant le défilement desdits objets.
    On comprendra que la description ci-après correspond à un mode de réalisation pratique, mais non limitatif, d'une machine de tri renfermant une machine d'inspection selon l'invention et explicité en relation avec les figures 1 à 8 annexées.
    On comprendra également que le poste de détection 4 est identique pour ces deux machines, la machine de tri comportant en plus un poste 5 de séparation.
    La figure 1 présente la structure générale de la machine 1 de tri automatique par composition chimique ou matière. Les objets 2 arrivent en défilement rapide (2 à 3 m/s) sur un moyen de convoyage ou convoyeur 3 de sorte qu'ils soient sensiblement étalés sur une seule couche. La surface du convoyeur 3 est sombre, et son matériau constitutif (en général du caoutchouc noir mat) est choisi différent des matériaux ou composés chimiques à reconnaítre.
    Ces objets 2 passent à travers une région de détection définie au niveau d'un poste de détection 4. Cette région est sensiblement délimitée par des moyens d'éclairage 6 à spectre large (visible et infrarouge), qui concentrent par l'intermédiaire de réflecteurs 6' le flux lumineux, pour éclairer fortement une zone 7' en forme de bande étroite de détection effective, dont la largeur est de 25 à 40 mm.
    La zone 7' est analysée à grande cadence au moyen d'un miroir oscillant 8', piloté par un ordinateur 23, et qui dirige cycliquement la mesure vers chacun des zones élémentaires constitutives 12' de la zone 7'. Un cycle de balayage complet de la zone 7' prend environ 8 ms. Pendant ce temps, le convoyeur 3 a avancé d'une distance sensiblement égale à la largeur de ladite zone 7', de sorte qu'il n'y a pas de « trou » de détection : tout point du convoyeur 3, ou du plan de convoyage Pc défilant, est analysé.
    La lumière recueillie par le miroir 8' est focalisée par une lentille formant un moyen de focalisation 9, sur l'ouverture d'entrée 10' d'un faisceau 10 de fibres optiques 10". Le faisceau 10 est subdivisé en deux parties : la première amène la majorité du flux lumineux à un spectromètre 14, faisant partie d'un premier dispositif d'analyse 11 et subdivisant cette partie de flux suivant ses longueurs d'onde constitutives dans le domaine infrarouge proche (NIR). Un petit nombre n de PLO (Plages de Longueurs d'Onde) convenablement choisies est envoyé à un module renfermant des moyens de conversion 16 sous forme de photodiodes NIR de surface unitaire élevée, et un étage d'amplification. Ce module convertit les signaux lumineux en autant de signaux électriques analogiques, lesquels sont ensuite analysés par l'ordinateur 23.
    La deuxième partie du faisceau 10 est amenée à un second dispositif d'analyse 11' correspondant à un module de détection couleur. Ce module permet d'isoler les composantes Rouge, Verte et Bleue par filtrage, puis de convertir les signaux lumineux en signaux électriques et de les amplifier. Après conversion, les signaux de sortie sont également analysés par l'ordinateur 23.
    Ce dernier permet de combiner toutes les informations précédentes pour définir des catégories d'objets à éjecter ou non, et pilote alors le poste de séparation 5 et chacun des moyens d'éjection 5' sous forme de buses en rangée, au moyen d'un module de pilotage 24.
    Les objets soufflés 2' aboutissent dans un réceptacle 25, alors que les objets non soufflés 2" tombent directement avant ce même réceptacle. Bien entendu, cet agencement n'est pas la seule solution : les buses 5', pourraient aussi bien être placées au-dessus du convoyeur 3, et souffler alors les objets 2' à séparer vers le bas. Cette deuxième configuration a des avantages dans certaines applications.
    Un premier avantage déterminant de la machine 1 est que le dispositif de réception de lumière réfléchie (ensemble miroir 8' et lentille 9) ne s'étend pas physiquement sur toute la largeur du plan de convoyage Pc correspondant par exemple à la surface d'un tapis d'un convoyeur 3, mais est unique et implanté seulement au centre de la ligne médiane du convoyeur 3. On évite ainsi des inhomogénéités entre différents points de réception qui nuiraient à l'uniformité du signal à travers la zone de détection 7'.
    Un deuxième avantage déterminant de la géométrie de la machine 1 est que la zone de détection est placée au plus près de la rangée de buses d'éjection 5'. La distance détection-éjection d peut être limitée, avec des moyens informatiques adaptés, à environ 100 mm, ce qui minimise la probabilité qu'un objet non stabilisé sur le tapis se déplace avant son éjection. Elle n'est limitée que par le temps de traitement logiciel, lequel est très rapide puisqu'il porte sur les informations d'une seule ligne de mesures, voire deux lignes contiguës seulement. Cette distance est nettement plus faible que celle existant dans les machines à flux planaire connues décrites précédemment.
    L'homme du métier notera qu'une distance d aussi faible ne permet pas une analyse bidimensionnelle de chaque objet avant décision : pour un objet allongé, comme une bouteille de 300 mm de long, la décision d'actionner les buses 5' sur l'avant de l'objet doit être prise avant que l'arrière du même objet ne soit complètement analysé. Toutefois, cette limitation ne perturbe pas de façon significative la détection ou l'éjection.
    En se tournant en particulier vers les figures 1, 2 et 3 des dessins annexés, on procèdera à présent à une description plus détaillée des moyens d'éclairage.
    Le but recherché est d'amener un maximum de lumière sur la zone de détection 7' avec la contrainte d'éloigner suffisamment les lampes des objets 2 en circulation pour permettre une circulation de ces objets sans interférence. On vise environ 50 cm entre lampes et tapis. On évalue la quantité de lumière sommairement en W électriques / cm2, sachant qu'on se réfère à une lampe halogène de température de couleur 3400 K.
    Parmi les diverses technologies d'éclairage possibles, on a retenu un jeu de lampes halogènes fixes, solution à la fois la plus simple et la plus répandue. Cependant, la mise en oeuvre classique utilise des spots industriels qui dispersent beaucoup la lumière.
    Or, l'utilisation de tels spots du commerce, même à faible ouverture angulaire nécessite beaucoup de lampes individuelles et aboutit à une faible densité d'éclairage.
    Pour pallier les inconvénients liés à ces moyens connus, les inventeurs ont développé un éclairage fondé sur des tubes halogènes fins 6' comme organes d'émission, alignées à la même hauteur au-dessus du tapis 3 et associées à des réflecteurs elliptiques 6'. Un tel réflecteur 6' permet, si on place le tube halogène 6" en un de ses foyers F, de focaliser parfaitement la lumière sur l'autre foyer F'. Pour obtenir des dimensions compatibles avec la machine 1 dans sa réalisation pratique, l'ellipse doit avoir les paramètres suivants :
    • demi-grand axe a = 300 à 400 mm
    • excentricités e d'environ 85 à 92 %.
    La fabrication des réflecteurs 6' doit être très précise pour un bon fonctionnement, mais elle est plus facile que celle de réflecteurs classiques à symétrie circulaire, comme les miroirs paraboliques. Ici, on a une surface développable, que l'on peut réaliser par pliage.
    Préférentiellement, le montage est réalisé de telle manière que F' est placé à quelques centimètres au-dessus du tapis convoyeur 3, à une hauteur (H) correspondant à l'épaisseur moyenne des objets en défilement (H = 25 à 50 mm).
    Avec une réalisation des moyens d'éclairage 6 telle que mentionnée ci-dessus, les inventeurs ont déterminé que la meilleure répartition d'intensité est obtenue en utilisant seulement deux réflecteurs 6' assez longs, séparés par un vide comme indiqué sur la figure 3. De plus, pour éviter les pertes de lumière aux extrémités du tapis 3, on ajoute si nécessaire des réflecteurs plans verticaux ou parois de réflexion 13 et 13' sur ces extrémités. Ces dernières renvoient la lumière vers le tapis.
    On obtient ainsi une implantation simple, avec un petit nombre de lampes, de surcroít peu coûteuses, et on concentre la totalité de la lumière sur une bande étroite à analyser : 800 mm x 40 mm, renfermant la zone de détection 7' et centrée sur cette dernière.
    Avec deux organes de 1000 W électriques, la densité moyenne obtenue est de 2 x 1000 / (80 X 4) ≈ 6 W /cm2, soit environ 60 fois plus que le soleil en plein jour. Une telle concentration n'est compatible qu'avec un tapis 3 en mouvement rapide pour éviter de le brûler. Des sécurités électriques sont prévues pour couper automatiquement l'éclairage en cas d'arrêt dudit tapis.
    En se référant à présent aux figures 1, 2 et 4 des dessins annexés, on décrira ci-après de manière plus détaillée les moyens de réception et de transmission 8, 9, 10 de la lumière réfléchie au niveau de la zone de détection 7'.
    Le but recherché est d'analyser environ 40 à 80 surfaces élémentaires à l'intérieur de la zone 7' au moyen d'une zone élémentaire de mesure 12 mobile. Ces surfaces élémentaires 12' ont une forme rectangulaire, avec des dimensions de 10 x 20 mm à 20 x 20 mm. Dans la suite de ce document, on appelle une telle surface élémentaire 12' un « pixel », la totalité desdits pixels correspondant à la zone de détection 7'.
    Pour minimiser le nombre de capteurs nécessaires, les inventeurs ont choisi un montage mobile qui balaye séquentiellement tous les pixels. Un seul capteur permet alors toutes les mesures, à condition que la mesure soit effectuée très vite.
    La solution préférée est un miroir oscillant 8' de 30 mm de diamètre, monté dans une tête de détection 8 et qui oscille avec une amplitude angulaire c entre les positions représentées sur la figure 4A. En fonction de l'angle instantané delta (figure 4C), il renvoie la lumière d'un pixel 12' vers la lentille fixe 9 qui la focalise dans un faisceau 10 de fibres optiques 10", le pixel 12' a été représenté comme ponctuel pour la lisibilité des figures 4.
    Le nombre de mesures par seconde est obtenu en fonction de la vitesse de défilement du tapis 3 et de la taille de pixel choisie. Ainsi, à titre d'exemple, avec un pixel de 20 mm x 20 mm, il y a 40 mesures par ligne pour une largeur de 800 mm. Avec une vitesse de défilement de 2,5 m/s, il y a 125 lignes de 20 mm de largeur par seconde : on trouve donc 125 x 40 = 5000 mesures / seconde. De plus, pour des raisons géométriques, on ne peut exploiter qu'une demi-alternance d'oscillation. La durée d'une mesure individuelle doit donc être 1 / (5000 x 2) = 10-4 sec = 100 µs.
    Compte tenu de ce balayage, des angles de retour de lumière non verticaux sont acceptés. Il faut choisir une hauteur du miroir 8' suffisamment importante pour limiter l'angle b du champ d'exploration C à une valeur légèrement inférieure à 60°. Par expérience, les défauts géométriques de visée restent acceptables pour ces angles. Comme toute variation d'angle α d'un miroir tournant se traduit par une variation de 2.α de la position du faisceau réfléchi, le miroir plan peut alors osciller sur un angle moitié, soit 30° en tout.
    La lentille 9 est disposée le plus possible sous le miroir 8', sans interférer avec le champ d'exploration C (angle b). Elle ne doit pas non plus être trop basse au-dessus du tapis 3 de convoyage.
    La conception de l'éclairage avec un espace vide au centre au-dessus du tapis 3 est mise à profit pour faire coïncider le plan d'oscillation ou de balayage Pb du miroir 8' (comprenant le champ d'exploration C) avec le plan d'éclairage Pe (plan contenant les foyers F et F' et passant par l'axe médian de la zone de détection 7'. Avec des dimensions et une disposition convenablement choisies, la zone de mesure (angle b) n'interfère pas avec les tubes 6" ou les réflecteurs 6'.
    Cette conception est très avantageuse pour analyser des objets 2 de hauteur significatives (jusqu'à 200 mm de haut), car quelle que soit la hauteur de l'objet, la zone éclairée et la zone analysée coïncident.
    Bien que, si la surface de l'objet s'éloigne du point F', l'éclairage et le spot de mesure ne soient plus focalisés, la détection reste fiable malgré une diminution de la netteté du pixel, car la luminosité reste sensiblement identique. En effet, l'éclairage se disperse bien sur une plus grande surface, mais en même temps l'objet se rapproche du tube halogène et reçoit donc un flux direct plus important, et la distance miroir/objet diminue, ce qui augmente la densité reçue sur le miroir 8'.
    Dans les conceptions des dispositifs connus non coplanaires, l'éclairage doit être dispersé sur un angle important pour éclairer efficacement un objet haut, et l'intensité disponible est réduite d'autant.
    En vue d'éviter que les rayons spéculaires, dépourvus d'informations, ne soient pris en compte dans le flux lumineux réfléchi récupéré, le plan commun (plan d'éclairage Pe et plan de balayage Pb) des moyens éclairages 6 et du miroir 8' oscillant est incliné d'un angle alpha par rapport à la verticale au plan de convoyage Pc. On voit alors qu'il existe un angle gamma entre le rayon spéculaire le plus proche et l'axe du capteur (axe miroir 8'/lentille 9/ouverture 10'). Cet angle gamma doit être au moins de 5°, et de préférence supérieur à 10° pour une bonne sécurité (voir figure 2 des dessins annexés).
    Inversement, une inclinaison alpha trop forte diminuerait la quantité de lumière utile récoltée par le capteur. Un bon compromis semble être un angle alpha d'environ 20°.
    La lentille 9 sert à limiter la taille du pixel 12' analysé, même à grande distance du tapis 3 de convoyage.
    Elle donne sur l'ouverture d'entrée 10' du faisceau de fibres 10, une image nette du pixel 12' analysé, à condition de placer l'extrémité du faisceau correspondant à l'ouverture 10' un peu après la distance focale en amont de la lentille 9. Le grandissement, c'est-à-dire le rapport entre la taille du pixel 12' et celle de l'entrée 10' du faisceau 10 est égal au rapport des distances à la lentille.
    Dans ces conditions, le flux lumineux capté est optimal. En effet, on peut montrer mathématiquement qu'il est quasiment indépendant de la distance miroir-convoyeur, et qu'il est identique au flux capté par un faisceau de fibres de même surface, placé à proximité du convoyeur et sous le même éclairement, et sans aucune optique.
    Les machines existantes précitées mono-matériaux utilisent 3 à 6 PLO convenablement choisies. Une PLO est définie par la valeur d'une longueur d'onde centrale, et par une largeur spectrale. Par exemple la PLO centrée en 1420 nm et de largeur 20 nm est la plage de toutes les longueurs d'onde comprises entre 1410 et 1430 nm. L'usage de 3 à 6 PLO est effectivement suffisant pour distinguer un produit donné de tous les autres. L'expérience montre que c'est insuffisant pour reconnaítre simultanément la gamme de matériaux couramment rencontrés dans les déchets, à savoir :
    • les principaux plastiques : PET, PVC, PE, PS, PP, PAN, PEN;
    • les plastiques dits « techniques » : ABS, PMMA, PA6, PA6.6, PU, PC ;
    • Les briques alimentaires (Tétras), les papiers-cartons, dont on détecte la cellulose ;
    • les autres produits, sans signature spectrale : métaux et verre.
    Pour séparer les PLO, plusieurs technologies sont possibles :
    • Filtres interférentiels
    • AOTF (Acousto Optic Tunable Filters - filtres acousto-optiques ajustables)
    • Réseau de diffraction.
    Les inventeurs ont retenu la troisième solution, car elle est éprouvée, sans mouvements physiques, et avec un très bon rendement lumineux : de 60 à 90 % dans le spectre qui nous intéresse.
    La description suivante s'appuie sur les figures 5 et 6 des dessins annexés.
    Dans un réseau de diffraction, la lumière est dispersée à travers la fente de sortie à la façon d'un arc-en-ciel en fonction des longueurs d'onde. Le réseau est caractérisé par une dispersion, qui est le ratio entre les changements de longueurs d'onde exprimés en nm, et la distance sur la fente de sortie, exprimée en mm. Pour une bonne résolution d'analyse, les inventeurs ont choisi une dispersion comprise entre 20 nm/mm et 30 nm/mm.
    Le faisceau de fibres optiques 10 permet de transporter la lumière réfléchie reçue du pixel 12' (flux lumineux multispectral 14") depuis l'extrémité à section carrée portant l'ouverture 10', de forme identique au pixel, vers la fente d'entrée 17 du spectromètre 14, où les fibres sont ré-arrangées selon une fente fine verticale 17'.
    L'image de la fente d'entrée 17 pour chaque PLO choisie en sortie de réseau 14' est une fente 17' de même forme et mêmes dimensions qu'en entrée. Les différents flux lumineux élémentaires 14"' correspondant aux différentes PLO sont récoltés par des fentes de sortie 17'. Il est prévu à ce niveau un réseau de faisceaux de fibres 15' formant des moyens de réception et de transmission 15 et ces fibres sont réarrangées à l'autre extrémité en des cercles 15", dont chacun est fixé au contact d'une photodiode 16 en InGaAs, de surface active approximative 1 mm2.
    Avantageusement, la largeur spectrale des PLO est fixe, et vaut environ 5 nm, ce qui permet d'utiliser des photodiodes identiques. Mais on peut aussi construire des faisceaux 15 de sections différentes, associés à des photodiodes 16 de surface correspondante (par exemple une largeur spectrale de 10 nm avec deux rangées de fibres optiques accolées, pour une surface de photodiode d'environ 2 mm2). On peut ainsi, au choix, augmenter le flux lumineux reçu, ou affiner la résolution.
    Grâce au montage décrit ci-dessus, la quantité de lumière n'est divisée qu'une fois : si on double le nombre de faisceaux de sortie, chacun d'eux aura autant de lumière que dans le montage d'origine.
    Il est très avantageux que la construction de la machine 1 selon l'invention, permette de changer facilement le choix des PLO pour optimiser la recherche de nouveaux produits qui apparaítront sur le marché à l'avenir.
    La conception retenue et représentée sur les figues 7 et 8 assure une grande flexibilité pour modifier les PLO choisies, pourvu que leur nombre reste fixe. Les solutions technologiques permettant de modifier facilement le montage sont les suivantes :
    • les faisceaux de fibres 15 sont munies de férules rectangulaires usinées avec précision, réalisées en deux pièces 18 et 19. Il est ainsi facile de les manipuler sans les briser. Une telle férule est formée d'une première plaquette 18 avec un renfoncement 18' renfermant avec blocage les extrémités des fibres optiques 15' et fermé par une contre-plaquette 19.
    • L'espacement minimum des férules définit la résolution du système (figure 8), c'est à dire l'écart minimal entre deux PLO : il est donné par l'encombrement de ces férules. A l'extrême, on peut supprimer la plaque de protection ou contre-plaquette 19 d'une des deux férules, ce qui donne un écart en longueur d'onde de 10 nm (Figure 8).
    • Pour choisir un positionnement arbitraire des férules dans la zone de sortie du réseau 14', on utilise un jeu de cales 22, usinées avec une rande précision (environ +/- 0,15 µm de tolérance). Par exemple, une cale de 5000 µm, et une cale de 280 µm, permettent de réaliser un espacement de 5280 µm.
    • L'ensemble des férules 18, 19 et des cales 22 est empilé dans un support 20 fixé dans un boítier rectangulaire de maintien 21, de forme ajustée.
    Un réarrangement des PLO consiste alors simplement à retirer férules 18, 19 et cales 22 du boítier de maintien 21, puis à remplacer certaines cales par celles de dimensions différentes, et enfin à les remettre dans le boítier. L'opération est facile, rapide (une seule séance de travail), et réversible.
    Les photodiodes des moyens de conversion 16 fournissent une intensité proportionnelle au nombre de photons incidents sur la totalité de leur surface pendant un temps donné. Ce courant est converti en tension et amplifié avant sa délivrance à l'ordinateur 23.
    L'amplification peut comprendre un élément intégrateur, qui rend le niveau de signal final proportionnel au temps d'exposition. Plusieurs mises en oeuvre équivalentes sont possibles :
    • un simple filtre RC (Résistance - Capacité), dont la constante de temps est réglée pour être environ la moitié du temps de mesure ;
    • un dispositif à transfert de charge (CCD), qui vide à intervalles réguliers une capacité où s'accumulent les charges ;
    • un module de sommation calculant une intégrale, implanté en logiciel après conversion numérique.
    Les inventeurs ont préféré la première mise en oeuvre, qui est la plus simple et la moins contraignante pour le système informatique de traitement 23.
    La surface active des photodiodes 16 utilisées dimensionne en fait toute la conception de l'ensemble récupération/transmission/analyse. En effet, il ne sert à rien de réaliser un faisceau de sortie 15 du réseau de diffraction 14' qui soit plus grand que la surface de la diode 16 associée : la surface supplémentaire ne serait pas exploitée. De même, les lois de l'optique imposent que les dimensions de la fente d'entrée 17 du réseau 14' soit les mêmes que les dimensions de la fente de sortie 17'. Quant au faisceau de fibres optiques 10, il conserve à l'évidence la surface active inchangée, soit environ 1 mm2. Enfin, comme exposé plus haut, le flux reçu sur l'extrémité à ouverture d'entrée 10' de ce faisceau ne dépend que de sa surface, et de l'intensité d'éclairement au niveau du plan de convoyage Pc (par exemple surface du tapis d'un convoyeur 3), sous réserve d'un dimensionnement convenable de l'ensemble optique 8' et 9.
    Le bilan de ce qui précède est que le niveau de signal final pour l'analyse matière est proportionnel seulement aux variables suivantes :
    • la surface éclairée de la photodiode ;
    • l'intensité d'éclairement sur le tapis convoyeur ;
    • la largeur spectrale de la PLO utilisée ;
    • le temps d'exposition de chaque mesure.
    Ainsi, en maximisant l'intensité d'éclairement, en conservant des PLO étroites et en utilisant des capteurs (photodiodes) à grande surface éclairée, on obtient un système d'analyse beaucoup plus rapide, mais tout aussi fin que ce que l'on pourrait réaliser avec un spectromètre à barrettes.
    La figure 5, en relation avec les figures 1, illustre un possible mode de réalisation du second dispositif d'analyse 11' (analyse couleur).
    Ce second dispositif 11' pourrait également être réalisé au moyen d'un réseau de diffraction.
    Cependant, dans le visible, la sélectivité en longueur d'ondes n'a pas besoin d'être très fine. Des largeurs de bande de 60 nm sont tout à fait suffisantes. De plus, il n'y a pas d'enjeu de flexibilité, puisque les trois couleurs fondamentales sont calées sur la perception de l'oeil humain : les PLO ne changent donc jamais. Plutôt que d'utiliser un réseau de diffraction, il est donc plus simple et meilleur marché d'utiliser des filtres colorés à placer devant chaque diode réceptrice. Ce sont les filtres 6R, 6V, 6B indiqués, spécifiques respectivement du rouge, du vert, et du bleu.
    Les photodiodes 27 associées aux filtres précités sont en Silicium et couvrent tout le domaine visible : ce matériau est très bon marché et a une très bonne détectivité, environ 100 fois plus élevée que l'InGaAs dans l'infrarouge. Grâce à cette sensibilité élevée, il est inutile d'amener un faisceau de fibres devant la diode : une seule fibre de diamètre 200 µm donne un signal suffisant.
    Il suffit donc de prélever trois fibres optiques dans le faisceau 10 pour les affecter à la détection couleur. L'extrémité comportant l'ouverture d'entrée 10' peut ainsi comprendre environ vingt fibres, dont seize ou dix-sept se retrouvent à l'extrémité pénétrant dans la fente d'entrée 17 du spectromètre 14, et dont trois pénètrent dans le dispositif d'analyse 11' ou module couleur. Vu la quantité de lumière visible disponible, on peut même envisager d'utiliser une seule fibre pour la couleur et de répartir sa lumière sur trois filtres : ainsi, on laisse un maximum de surface sensible pour la partie du faisceau 10 reliée au spectromètre 14.
    Après les photodiodes Silicium 27, un étage d'amplification classique, non représenté, permet d'amener les signaux analogiques à un niveau suffisant pour les acquérir dans l'ordinateur 23.
    Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

    Claims (25)

    1. Machine d'inspection automatique d'objets défilant de manière sensiblement monocouche sur un plan de convoyage d'un convoyeur, permettant de discriminer ces objets selon leur composition chimique, cette machine comprenant au moins un poste de détection à travers ou sous lequel passe le flux d'objets, ce poste de détection comportant notamment :
      des moyens d'application de rayonnements électromagnétiques en direction du plan de convoyage, émettant lesdits rayonnements de manière à définir un plan d'éclairage, l'intersection dudit plan d'éclairage et dudit plan de convoyage définissant une ligne de détection s'étendant transversalement au sens de défilement des objets,
      un dispositif de réception permettant de balayer périodiquement tout point de ladite ligne de détection, et recevant à tout instant les rayonnements réfléchis par une zone de mesure élémentaire située au voisinage du point balayé à cet instant, le plan défini par ladite ligne de détection et le centre optique d'entrée dudit dispositif étant appelé plan de balayage,
      des moyens de transmission à au moins un dispositif d'analyse desdits rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire balayante,
         machine caractérisée en ce que les rayonnements émis sont concentrés au voisinage du plan d'éclairage (Pe) et en ce que ledit plan d'éclairage (Pe) et le plan de balayage (Pb) sont confondus, ce plan commun (Pe, Pb) étant incliné par rapport à la perpendiculaire (D) au plan de convoyage (Pc).
    2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de réception (8) comprend un organe réfléchissant mobile (8') portant le centre optique d'entrée (8"), recevant directement les rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire (12) balayante et présentant des dimensions sensiblement du même ordre de grandeur que les dimensions de ladite zone de mesure élémentaire (12) dont il assure le déplacement, préférentiellement légèrement supérieures.
    3. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens d'application (6) consistent en des moyens d'éclairage large spectre, les rayonnements appliqués consistant en un mélange de rayonnements électromagnétiques du domaine visible et du domaine de l'infrarouge, et en ce que lesdits moyens d'éclairage (6) comportent des organes (6') concentrant les rayonnements émis, au niveau du plan de convoyage (Pc), sur une bande transversale de détection (7') balayée périodiquement par la zone de mesure élémentaire (12) et dont l'axe médian longitudinal correspond à la ligne de détection (7).
    4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens (6) d'application de rayonnements sont constitués par deux unités d'application espacées entre elles et disposées selon un alignement transversal par rapport au sens de défilement des objets (2), chaque unité comprenant un organe d'émission allongé (6") associé à un organe (6') sous forme de réflecteur profilé à section elliptique.
    5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque organe d'émission allongé (6") est sensiblement positionné au niveau du foyer proche (F) du réflecteur (6') qui lui est associé, les moyens d'application de rayonnements (6) étant positionnés et les réflecteurs (6') étant conformés et dimensionnés de telle manière que le second foyer éloigné (F') est situé à une distance du plan de convoyage (3) correspondant sensiblement à la hauteur moyenne (H) des objets (2) à trier, lesdits foyers (F, F') étant situés dans le plan d'éclairage (Pe).
    6. Machine selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que des parois de réflexion (13, 13') des rayonnements émis par les moyens d'application (6) sont disposés le long des bords latéraux du convoyeur (3), notamment au niveau des extrémités de la bande de détection (7'), en s'étendant, horizontalement et verticalement, sensiblement jusqu'à hauteur desdits moyens d'application (6).
    7. Machine selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que le dispositif de réception (8) se présente sous la forme d'une tête de réception portant, d'une part, un organe réfléchissant mobile (8') sous la forme d'un miroir plan, disposé de manière sensiblement centrale par rapport au plan de convoyage (Pc) du convoyeur (3) et oscillant par pivotement avec une amplitude suffisante pour que la zone de mesure élémentaire mobile (12) puisse explorer la totalité de la bande de détection (7') pendant une demi-oscillation et, d'autre part, un moyen (9) de focalisation de la fraction de rayonnement(s) réfléchie par une partie élémentaire de la bande de détection (7') et transmise par le miroir oscillant (8') en direction dudit moyen (9), ladite tête (8) portant également l'extrémité présentant l'ouverture d'entrée (10') des moyens (10) de transmission de ladite fraction de rayonnement(s), après focalisation par le moyen (9), vers au moins un dispositif d'analyse spectrale (11, 11').
    8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le moyen de focalisation (9) et les moyens de transmission (10) consécutifs sont situés en dehors du champ d'exploration (C) du miroir oscillant (8') situé dans le plan de balayage (Pb), l'axe d'alignement miroir (8')/moyen de focalisation (9)/ouverture d'entrée (10') étant situé dans ledit plan de balayage (Pb).
    9. Machine selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que le miroir plan oscillant formant l'organe réfléchissant mobile (8') est situé entre les deux unités formant les moyens d'application de rayonnements (6) et dans une disposition relative telle que lesdites unités n'interfèrent pas avec le champ d'exploration (C) dudit miroir (8').
    10. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens de transmission (10) consistent en un faisceau de fibres optiques (10") dont la totalité ou une majorité est reliée à un dispositif d'analyse (11) décomposant le rayonnement réfléchi en ses différentes composantes spectrales et déterminant les intensités de certaines desdites composantes ayant des longueurs d'onde caractéristiques des matières des objets à trier, lesdites fibres optiques (10") présentant au niveau de l'ouverture d'entrée (10') un arrangement carré ou rectangulaire en section.
    11. Machine selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une partie minoritaire des fibres optiques (10") du faisceau (10) est reliée à un dispositif d'analyse (11') détectant les intensités respectives des trois couleurs fondamentales.
    12. Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce que le dispositif d'analyse (11) est constitué, d'une part, par un spectromètre (14) à réseau de diffraction (14') décomposant le flux lumineux multispectral (14") reçu de la zone de mesure élémentaire (12) en ses différentes composantes spectrales constitutives, notamment dans le domaine de l'infrarouge, d'autre part, par des moyens (15) de récupération et de transmission des flux lumineux élémentaires (14"') correspondant à différentes plages spectrales irrégulièrement espacées, caractérisant les substances et composés chimiques des objets (2) à discriminer, par exemple sous la forme de faisceaux de fibres optiques séparés, et, enfin, par des moyens (16) de conversion photoélectrique délivrant un signal analogique pour chacun desdits flux lumineux élémentaires (14"').
    13. Machine selon la revendication 12, caractérisée en ce que le flux lumineux multispectral (14") est introduit dans le spectromètre (14) au niveau d'une fente d'entrée (17) et en ce que les flux lumineux élémentaires (14"') sont récupérés au niveau de fentes de sortie (17') présentant une forme et des dimensions identiques à celles de la fente d'entrée et positionnées en fonction du facteur de dispersion et des plages spectrales à récupérer, les portions d'extrémité de sortie des fibres (10") de la composante majoritaire du faisceau de fibres formant les moyens de transmission (10) et les portions d'extrémité d'entrée des fibres optiques (15') des moyens de récupération et de transmission (15) présentant des arrangements linéaires identiques et étant montés respectivement dans la fente d'entrée (17) et les fentes de sortie (17').
    14. Machine selon la revendication 13, caractérisée en ce que les portions d'extrémité d'entrée des fibres optiques (15') des faisceaux formant les moyens de récupération et de transmission (15) sont montées dans des plaquettes minces (18) pourvues de renfoncements de réception (18') adaptés, préférentiellement associées à des contre-plaquettes (19) de maintien et de blocage, de manière à former des supports de montage et de positionnement (20) desdites fibres optiques (15') dans le corps du spectromètre (14).
    15. Machine selon la revendication 14, caractérisée en ce que le corps du spectromètre (14) comporte une structure rigide (21) de réception et de maintien avec blocage desdits supports (20), autorisant leur mise en place par coulissement et leur installation par empilement, avec éventuellement intercalage de cales ajustées (22), de manière à positionner lesdits supports (20) aux emplacements correspondant aux zones d'impact des flux lumineux élémentaires (14"') à relever.
    16. Machine selon l'une quelconque des revendications 3 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend également une unité (23) de traitement et de gestion de fonctionnement du poste de détection (4), telle qu'un ordinateur commandant notamment le mouvement de l'organe réfléchissant mobile (8') et éventuellement du convoyeur (3), séquençant l'acquisition des rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire mobile (12) et traitant et évaluant les signaux délivrés par les dispositifs d'analyse (11, 11'), par exemple par comparaison avec des données programmées, en vue de la détermination de la composition chimique de chacun des objets (2) inspectés ou de la présence d'une substance chimique dans lesdits objets (2), le cas échéant en corrélant les résultats de ladite détermination avec une détermination de la localisation spatiale desdits objets (2).
    17. Machine selon la revendication 16, caractérisée en ce que la bande de détection (7') se présente sous la forme d'une surface rectangulaire allongée de faible largeur s'étendant perpendiculairement à l'axe médian et transversalement sur toute la largeur du plan de convoyage (Pc) du convoyeur (3).
    18. Machine de tri automatique d'objets selon leur composition chimique, ces objets défilant de manière sensiblement monocouche sur un convoyeur, cette machine de tri comportant un poste de détection amont couplé fonctionnellement à un poste aval de séparation active desdits objets en fonction des résultats des mesures et/ou analyses effectuées par ledit poste de détection, caractérisée en ce que le poste de détection (4) est un poste de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 17.
    19. Machine de tri selon la revendication 18, caractérisée en ce que le poste de détection (4), ou son unité (23) de traitement et de gestion du fonctionnement, délivre des signaux d'actionnement à un module de pilotage (24) des moyens d'éjection (5'), en alignement transversal, du poste de séparation active (5) en fonction des résultats desdites analyses, une salve de signaux d'actionnement étant émise après chaque exploration complète d'une bande de détection transversale (7') par la zone de mesure élémentaire mobile (12).
    20. Machine de tri selon l'une quelconque des revendications 18 et 19, caractérisée en ce que la ligne de détection (7) est située à proximité immédiate, par exemple à moins de 30 cm, des moyens d'éjection (5'), par exemple par soulèvement, sous la forme d'une rangée de buses délivrant des jets de gaz, préférentiellement d'air.
    21. Procédé d'inspection automatique d'objets défilant de manière sensiblement monocouche sur un plan de convoyage d'un convoyeur, ledit procédé permettant de discriminer ces objets selon leur composition chimique, et consistant à :
      faire passer le flux d'objets à inspecter à travers ou sous au moins un poste de détection,
      à émettre des rayonnements électromagnétiques vers le plan de convoyage par l'intermédiaire de moyens d'application correspondant, de manière à définir un plan d'éclairage, l'intersection dudit plan d'éclairage et dudit plan de convoyage définissent une ligne de détection s'étendant transversalement au sens de défilement des objets,
      à balayer périodiquement tout point de ladite ligne de détection par l'intermédiaire d'un dispositif de réception recevant à tout instant les rayonnements réfléchis par une zone de mesure élémentaire située au voisinage du point balayé à cet instant, le plan défini par ladite ligne de détection et le centre optique d'entrée dudit dispositif étant appelé plan de balayage,
      à transmettre lesdits rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire balayante à au moins un dispositif d'analyse par l'intermédiaire de moyens de transmission adaptés,
         procédé caractérisé en ce que les rayonnements émis sont concentrés au voisinage du plan d'éclairage (Pe) et en ce que ledit plan d'éclairage (Pe) et le plan de balayage (Pb) sont confondus, ce plan commun (Pe, Pb) étant incliné par rapport à la perpendiculaire (D) au plan de convoyage (Pc).
    22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il consiste à concentrer les rayonnements, préférentiellement du domaine visible et infrarouge, au niveau du plan de convoyage (Pc) sur une bande transversale de détection (7') balayée périodiquement par la zone de mesure élémentaire (12) et dont l'axe médian longitudinal correspond à la ligne de détection (7), de manière à obtenir une intensité de rayonnement élevée et sensiblement homogène sur toute la surface de ladite bande de détection (7').
    23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 et 22, caractérisé en ce qu'il consiste à balayer séquentiellement la bande de détection (7') avec la zone mesure élémentaire mobile (12) par oscillation pivotante d'un miroir plan formant l'organe réfléchissant (8'), à focaliser le flux lumineux provenant de la zone de mesure élémentaire (12) sur l'ouverture d'entrée (10') des moyens de transmission (10) sous forme d'un faisceau de fibres optiques (10"), à amener la majorité du flux lumineux multispectral (14") capté vers la fente d'entrée (17) d'un spectromètre (14) faisant partie d'un premier moyen d'analyse (11), à décomposer ce flux lumineux (14") en ses différentes composantes spectrales élémentaires (14"'), à récupérer les flux lumineux de certaines de ces composantes correspondant à des plages de longueurs d'ondes étroites spécifiques au niveau de fentes de sortie (17') et à les transmettre par l'intermédiaire de moyens adaptés (15) à des moyens (16) de conversion photoélectrique pour fournir des premiers signaux de mesure, à amener, le cas échéant, simultanément une faible partie du flux lumineux multispectral (14") capté vers un second moyen d'analyse (11') déterminant les intensités respectives des trois couleurs fondamentales et fournissant des seconds signaux de mesure, à traiter lesdits premiers et éventuellement seconds signaux de mesure, au niveau d'une unité (23) de traitement et de gestion informatique commandant notamment le mouvement de l'organe réfléchissant mobile (8'), séquençant l'acquisition des rayonnements réfléchis au niveau de la zone de mesure élémentaire mobile (12) et traitant et évaluant les signaux délivrés par les dispositifs d'analyse (11, 11'), par comparaison avec des données programmées, en vue de la détermination de la composition chimique de chacun des objets (2) inspectés ou de la présence d'une substance chimique dans lesdits objets (2).
    24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il consiste à faire délivrer par l'unité (23), en fonction des résultats du traitement des signaux de mesure, des signaux d'actionnement à un module (24) de pilotage de moyens d'éjection (5') d'un poste de séparation (5') situé en aval du poste de détection (4) par rapport au flux d'objets (2), et, enfin, à éjecter ou à ne pas éjecter chacun des différents objets (2) défilant sur le plan support de convoyage (Pc) du convoyeur (3) en fonction des signaux d'actionnement délivrés.
    25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'une salve de signaux d'actionnement est émise après achèvement de chaque balayage de la bande de détection (7') et traitement des signaux de mesure correspondants, le cas échéant avec prise en compte des signaux de mesure du balayage précédent.
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