EP3153241A1 - Method for sorting particles and associated device - Google Patents

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Publication number
EP3153241A1
EP3153241A1 EP16192458.4A EP16192458A EP3153241A1 EP 3153241 A1 EP3153241 A1 EP 3153241A1 EP 16192458 A EP16192458 A EP 16192458A EP 3153241 A1 EP3153241 A1 EP 3153241A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particle
particles
sorting
ballast
grain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16192458.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Charles VOIVRET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SNCF Reseau
Original Assignee
SNCF Reseau
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SNCF Reseau filed Critical SNCF Reseau
Publication of EP3153241A1 publication Critical patent/EP3153241A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B07C5/04—Sorting according to size
    • B07C5/10—Sorting according to size measured by light-responsive means

Definitions

  • the invention mainly relates to a method of sorting particles and an associated device for carrying out this method.
  • the invention finds particular application for sorting railway ballast grains and for renewing a ballast in place.
  • Particle sorting consists of separating particles by similar property classes.
  • the classes of properties can be for example determined by the characterization of the morphology of the particles.
  • ballast In the case of railway ballast, the morphology of the grains constituting the ballast, whose typical size is generally between 2 and 5 centimeters, has a significant impact on the quality of this ballast.
  • the ballast forms a bed of particles on which the railway is in contact support, and must ensure the good performance of this railway by presenting qualities of stability and drainage of rainwater.
  • the shape of the ballast grains can affect the mechanical performance of the ballast. This is particularly the case for grains whose size general, but have lost their angularity and will generate lower shear resistance. More generally, the differences between a new ballast and a spent ballast reside mainly on changes in morphological properties such as sharp edges or contact roughness, and not on the size of the grains.
  • the invention thus relates to a particle sorting method based on the evaluation of the shape of these particles.
  • the invention also relates to a device for implementing such a method.
  • the invention is further directed to a ballast renewal method and a machine for carrying out the sorting process.
  • the invention furthermore relates to the use of the method previously described for sorting the grains of a railway ballast and classifying the ballast grains according to their state of morphological deformation.
  • the invention relates to a ballast sorting machine which comprises at least one particle sorting device as previously defined and a particle evacuation system of each receiving container.
  • the example below relates to a method and device for sorting ballast grains, but also applies to any particle of a size that may vary from a few millimeters to several tens of centimeters.
  • the particles that are the subject of the method and sorting device of the invention may be any type of geological material that is little or not deformable, drug capsules, or foods such as fruits, vegetables, pasta ....
  • the feed system 1 in ballast grains 2 may be a hopper 3 fed once or continuously.
  • the ballast feed system may be a treadmill.
  • the grains 2 coming from the hopper 2 are poured on a separator 4 to be separated from each other.
  • the separator 4 makes it possible to ensure the uniqueness of the presentation of the grains 2 to the optical device which will be described later in order to optimize the quality of treatment data. Simultaneous grain acquisition is still possible but complicates data processing.
  • each grain 2 is propelled to the acquisition area of an optical device.
  • This propulsion accelerates the speed of the grain 2 to give the grain 2 a speed vector whose direction and amplitude of the speed are controlled.
  • it seeks to overcome as much as possible the mass of the grain 2 and to control the initial speed of the grain 2 before passing it in front of the optical device.
  • each grain 2 at the end of the line of the separator 4 falls on a treadmill 5 at a fast and controlled speed to propel the grain 2 towards the acquisition area of the optical device.
  • each grain 2 at the end of the line of the separator 4 falls into a U-shaped pipe 6 and is propelled towards the acquisition zone of the optical device by means of a pressurized air blast nozzle 7.
  • each grain 2 can fall vertically, without propulsion, to the acquisition area of the optical device.
  • the grain 2 After propulsion or without propulsion, the grain 2 passes into the acquisition area of an optical device in connection with an analyzer.
  • the optical device and the analyzer provide the automated particle size measurement to characterize the shape of a grain by simple data, and the processing of these data can statistically describe this grain so that one population of grains can be compared to another.
  • the first step is to acquire a three-dimensional point cloud of the surface of the grain to be examined. This acquisition of the three-dimensional point cloud is performed by passing the grain into the acquisition zone of the optical device.
  • the grain 2 passes through the acquisition zone 8 of an optical device 9.
  • the acquisition zone 8 consists of fixed laser layers that measure two-dimensional point clouds, the stacks of these clouds. of points ensuring the construction of the three-dimensional point cloud.
  • the grain 2 is placed on a support movable in translation 10 able to scroll in the two opposite directions D1, D2.
  • the placement of the grain 2 on the mobile support 10 is for example made at the end of the developer 4 without it being necessary to use a thruster.
  • the mobile support 10 When the grain 2 to be examined is positioned on the mobile support 10, the latter is actuated in translation for example in the direction D1. When the grain 2 passes at the acquisition zone 11 of the image device 12, the device 12 collects a first cloud of points of the face 2a of the grain 2 facing it.
  • this grain 2 is returned to the mobile support 10 which is then controlled in translation in the opposite direction D2. To do this, we can provide a spatula 13 which slides under the grain 2 to return it.
  • the grain 2 passes a second time level in the acquisition zone, it is then another face 2b which is the object of an acquisition to collect a second cloud of points.
  • the rate of passage of the grain 2 in the acquisition zone 11 is adjusted to be compatible with the acquisition speed of the device 12. Algorithms known fusion melts these first and second point clouds to obtain a unique three-dimensional point cloud describing the entire surface of the grain 2.
  • the device is modified to provide the image of a third or even a fourth face.
  • a second spatula which, after the second passage of the grain 2 in the acquisition zone 11, makes it possible to return the grain that transits in the direction D1 to the acquisition zone 11 to undergo a third acquisition. Any other device making it possible to increase the number of images of the grain 2 is within the reach of those skilled in the art.
  • the overall shape of the grain 2 is characterized by the set of projection coefficients C on a projection basis [F].
  • This projection base [F] is previously obtained in the following manner.
  • the three-dimensional point cloud obtained at the acquisition step for the reference grain is a set of N p points, each of these points being described by a triplet of values (x i , y i , z i ) in Cartesian coordinates.
  • An interpolation is then carried out on a grid with fixed angular steps comprising Nr vertices.
  • the second step in determining the projection base [F] allowing both to characterize the shape of the grains and to be able to compare the shape of two particle populations, is to condense the morphological information of a grain into a number of most small possible variables without losing too much information. This condensation must be adapted to the shape of the grains considered. To do this, we have a projection base that must be the most small possible vis-à-vis a defined error. Each of the vectors of this base must also contain the morphological information of the grain.
  • this projection base [F] from the experimental measurements of three-dimensional point cloud acquisition is based on the diagonalization of the autocovariance matrix of the radius R vectors from the measurements, this scientific approach being known in signal processing and statistical reduction.
  • the construction of this base [F] being based on statistical tools, it will be all the more representative, as said above, that the population of reference particles used for its identification will be composed of a large number of particles.
  • the overall shape of a grain 2 is only characterized by the set of its coefficients of projection C on the basis [F].
  • the point cloud is used by the analyzer to characterize the overall shape of the grain 2 by determining its projection coefficients on the basis of Projection [F] previously defined.
  • each grain 2 to be examined is the subject of an acquisition of a cloud of three-dimensional points as described above with reference to figures 1 E and 1F and a determination of the projection coefficients CE1, CE2, CE3, ...., CEq on the basis [F].
  • the CR1, CR2, CR3, ...., CRp projection coefficients of several populations are determined.
  • p reference grains respectively corresponding to a new state, weakly worn, worn or degraded.
  • the analyzer 14,15 compares the values of the projection coefficients CE1, CE2, CE3, ...., CEq of the grain 2 to be examined with the projection coefficients CR1, CR2, CR3, ...., CRp of these four populations of p reference grains to classify each grain according to its membership in a population. This classification is almost instantaneous and thus makes it possible to label the grain 2 to be examined in a category among the previously defined categories of degradation status.
  • the analyzer can alternatively compare the values of the projection coefficients CE1, CE2, CE3, ...., CEq of the grain 2 to be examined with the projection coefficients CR1, CR2, CR3, ...., CRp of a single populations of p grains of reference to determine whether or not the particle falls into a particular category.
  • the sorter will effect the separation of the grains 2 between two categories, a first category that responds positively according to criteria determined to the population of reference grains, and a second category that does not meet these criteria.
  • the grain 2 is thus classified, the information of this classification is then sent to a sorter which ensures the physical separation of the grains 2 to be examined according to their category.
  • FIGS 2, 3, 4 and 5 illustrate four different types of sorters T1, T2, T3, T4.
  • sorting can be done without contact by means of one or more nozzles for blowing air under pressure or, as illustrated on the Figures 3 and 5 , with contact by means of a mechanical switch.
  • the grain labeled 2 among three categories of grain is represented in displacement in a direction of advance D3, for example on a not shown conveyor belt, circulating between a series of three nozzles 16,17,18 each located next to a receiving container of a grade of grain 19,20,21.
  • the nozzle 17 facing the container 20 is activated in blowing to send air under pressure in a direction substantially perpendicular to that of the direction D3 grain 2 to guide the grain 2 to the corresponding container 20.
  • the operation is of course reproduced for each grain labeled 2.
  • the labeled grain 2 circulates on a conveyor belt 22 in a direction of advance D4 at the end of which are arranged in alignment three receiving containers of a grain category 23,24,25.
  • a nozzle 26 is disposed between the end of the treadmill 22 and the first container 23, and able to blow air under pressure upwards and in a direction substantially perpendicular to the direction D4 of the grain 2.
  • the nozzle 26 is activated in blowing with a power specific corresponding to the labeling of the grain 2 and to guide the grain in flight 2 in the appropriate container 24.
  • the grain labeled 2 among three categories of grain is represented in displacement in a direction of advance D5, for example on a not shown conveyor belt, circulating between a series of three movable arms in alignment 26,27,28 each located in look at a receiving container of a grain category 29,30,31.
  • the movable arm 27 facing the container 30 is rotated to deflect the path of the grain 2 and guide the grain 2 to the corresponding container 30. The operation is of course reproduced for each grain labeled 2.
  • the sorting machine represented sorting into two containers only.
  • the labeled grain 2 circulates on a conveyor belt 32 in a direction of advance D6.
  • On either side of this treadmill 32 are the two receiving containers of a grain category 33,34.
  • a rotatable arm 35 is disposed on the treadmill 32 at the two containers 33,34 extending over at least the full width of the treadmill 32.
  • the movable arm 35 pivots to both prevent the grain 2 to pass into the container 33 which does not concern the particle and guide it to the container 34 corresponding to the labeled category of grains. It is understood that this system is limited only to those categories of grains and is therefore limited for this reason compared to the other three sorters T1, T2 and T3 previously described.
  • the grains 2 are evacuated to prevent clogging of these containers.
  • the receiving containers are hoppers at the base of each of which is arranged a treadmill which sends the grains to a desired location.
  • the sorting method and its associated device can thus replace the screening methods of the prior art.
  • the process and the sorting device of the invention can come to associate with screening techniques.
  • a screening can be performed to isolate grains of predefined size, for example of average diameter between 20 and 50 millimeters, then this isolated population of grain can then undergo the process of the invention.
  • grains of average diameter between 20 and 50 millimeters isolated between two successive screens can be conveyed to the grain feed hopper of the Figure 1A .
  • a coarse sorting according to the size of the grains is associated with a precise sorting according to the morphological degradation of the selected grains, which makes it possible to considerably increase the yield of the sorting.
  • the method and apparatus of the invention can be used to sort ballast grains or any other type of particle for storage by category for later use.
  • the method and the device of the invention may be included in a method or associated device ensuring the renewal of a ballast on site.
  • the ballast is removed from the track by means known to those skilled in the art, then the sorting operation is performed.
  • the ballast grains categorized as having acceptable wear are mixed with new ballast grains before being put back on the railway.
  • the device of the invention can, whether to perform only sorting or to integrate into a ballast renewal process, be installed in a mobile machine.
  • the mobile machine preferably comprises a grain removal system retained in each receiving container.

Landscapes

  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de tri de particules, qui est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes : - d'alimentation en particules (2), - de passage des particules dans la zone d'acquisition d'un dispositif optique de prise d'images, - d'évaluation de la déformation morphologique de chaque particule par comparaison entre la morphologie de chaque particule à partir de la prise d'image dudit dispositif optique et la morphologie d'une population de particules de référence, - de classification de la particule déformée dans une catégorie parmi plusieurs catégories préalablement définies, et - de guidage contrôlé de la particule classifiée (2) dans un contenant de réception de la catégorie de particules concernées (19,20,21). L'invention porte également sur un dispositif de tri associé et trouve notamment application dans le triage et/ou le renouvellement des grains de ballast de voie ferrée.The invention relates primarily to a particle sorting method, which is essentially characterized in that it comprises at least the steps of: - supply of particles (2), passage of the particles in the acquisition zone of an optical imaging device, evaluating the morphological deformation of each particle by comparing the morphology of each particle from the image pickup of said optical device and the morphology of a reference particle population, classification of the deformed particle into one of several previously defined categories, and - controlled guidance of the classified particle (2) in a receiving container of the category of particles concerned (19,20,21). The invention also relates to an associated sorting device and finds particular application in the sorting and / or renewal of railway ballast grains.

Description

L'invention concerne principalement un procédé de tri de particules et un dispositif associé pour mettre en oeuvre ce procédé.The invention mainly relates to a method of sorting particles and an associated device for carrying out this method.

L'invention trouve notamment application pour trier les grains de ballast de voie ferrée et pour renouveler un ballast en place.The invention finds particular application for sorting railway ballast grains and for renewing a ballast in place.

Le tri de particules consiste à séparer des particules par classes de propriété similaires. Les classes de propriétés peuvent être par exemple déterminées par la caractérisation de la morphologie des particules.Particle sorting consists of separating particles by similar property classes. The classes of properties can be for example determined by the characterization of the morphology of the particles.

C'est le cas pour trier des grains de ballast de voie ferrée, oùl'on utilise généralement la technique du tamisage consistant à faire passer les grains dans des tamis dont la forme et la taille des perçages sont contrôlés. La courbe granulométrique du granulat est évaluée selon la répartition massique des grains retenus entre deux tamis successifs. Cette mesure consiste ainsi à caractériser des grains à trois dimensions par des orifices de passage à deux dimensions.This is the case for sorting railway ballast grains, where the sieving technique of passing grains through sieves whose shape and size of drillings are controlled is generally used. The granulometric curve of the granulate is evaluated according to the mass distribution of the grains retained between two successive sieves. This measurement thus consists of characterizing three-dimensional grains by two-dimensional passage openings.

Cette mesure granulométrique normalisée pour de nombreuses applications telles que des applications routières et ferroviaires est efficace et simple à mettre en oeuvre tant que l'évaluation de la morphologie précise des grains n'est pas requise.This standardized particle size measurement for many applications such as road and rail applications is efficient and simple to implement as long as the evaluation of the precise grain morphology is not required.

Dans le cas du ballast de voie ferrée, la morphologie des grains constituant le ballast, dont la taille caractéristique est généralement comprise entre 2 et 5 centimètres, a un impact important sur la qualité de ce ballast. Le ballast forme un lit de particules sur lequel la voie ferrée est en appui de contact, et doit permettre d'assurer la bonne tenue de cette voie ferrée en présentant des qualités de stabilité et de drainage des eaux de pluie.In the case of railway ballast, the morphology of the grains constituting the ballast, whose typical size is generally between 2 and 5 centimeters, has a significant impact on the quality of this ballast. The ballast forms a bed of particles on which the railway is in contact support, and must ensure the good performance of this railway by presenting qualities of stability and drainage of rainwater.

La forme des grains de ballast peut jouer sur les performances mécaniques du ballast. C'est notamment le cas pour des grains dont la taille générale reste inchangée mais qui ont perdu de leur caractère anguleux et qui vont générer une résistance plus faible au cisaillement. De façon plus générale, les différences entre un ballast neuf et un ballast usé résident principalement sur des modifications de propriétés morphologiques telles que des arêtes vives ou la rugosité de contact, et non sur la taille des grains.The shape of the ballast grains can affect the mechanical performance of the ballast. This is particularly the case for grains whose size general, but have lost their angularity and will generate lower shear resistance. More generally, the differences between a new ballast and a spent ballast reside mainly on changes in morphological properties such as sharp edges or contact roughness, and not on the size of the grains.

Il s'en suit que l'évaluation de l'état d'un ballast ne peut pas être précisément caractérisée par des mesures granulométriques par tamisage.It follows that the evaluation of the state of a ballast can not be precisely characterized by sieve size measurements.

Outre l'évaluation de la morphologie de grains, il s'agit également de trier les grains pour les séparer par classes de morphologie similaire.In addition to assessing the morphology of grains, it is also a question of sorting the grains to separate them by classes of similar morphology.

Il peut s'agir à cet effet d'un tri simple dont l'objectif est de séparer les grains selon leur degré d'usure ou, dans le cas du ballast, d'isoler des grains de ballast en place dont la morphologie est acceptable, pour les mélanger à du ballast neuf en vue d'effectuer un renouvellement du ballast.It can be for this purpose a simple sorting whose objective is to separate the grains according to their degree of wear or, in the case of the ballast, to isolate ballast grains in place whose morphology is acceptable , to mix with new ballast for ballast renewal.

L'invention vise ainsi un procédé de tri de particules basé sur l'évaluation de la forme de ces particules.The invention thus relates to a particle sorting method based on the evaluation of the shape of these particles.

L'invention vise également un dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé.The invention also relates to a device for implementing such a method.

L'invention vise en outre un procédé de renouvellement de ballast et une machine pour réaliser le procédé de tri.The invention is further directed to a ballast renewal method and a machine for carrying out the sorting process.

À cet effet, le procédé de tri de particules de l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes :

  • d'alimentation en particules,
  • de passage des particules dans la zone d'acquisition d'un dispositif optique de prise d'images,
  • d'évaluation de la déformation morphologique de chaque particule par comparaison entre la morphologie de chaque particule appréciée à partir de la prise d'image dudit dispositif optique, et la morphologie d'une ou de plusieurs populations de particules de référence,
  • de classification de la particule évaluée parmi au moins deux catégories préalablement définies, et
  • de guidage contrôlé de la particule classifiée dans un contenant de réception de la catégorie de particules concernées.
For this purpose, the particle sorting method of the invention is essentially characterized in that it comprises at least the steps:
  • particle feed,
  • passing particles in the acquisition zone of an optical imaging device,
  • evaluation of the morphological deformation of each particle by comparison between the morphology of each particle assessed from imaging of said optical device, and morphology of one or more reference particle populations,
  • classification of the particle evaluated among at least two previously defined categories, and
  • controlled guidance of the classified particle in a receiving container of the relevant particle category.

Le procédé de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :

  • l'évaluation de la déformation morphologique de chaque particule est réalisée par rapport à plusieurs populations de particules de référence à partir de l'acquisition d'un nuage de points à trois dimensions de la dite particule par le dispositif optique et de l'exploitation de ce nuage de points pour la détermination des coefficients de projection de la particule sur une base de projection, et comparaison de ces coefficients avec ceux caractérisant chaque population de particules de référence.
  • le procédé comporte une étape de démêlage des particules assurant le passage des particules à l'unité dans la zone d'acquisition du dispositif optique.
  • les particules passent en vol dans la zone d'acquisition du dispositif optique.
  • préalablement à leur passage devant le dispositif optique, les particules sont propulsées à une vitesse contrôlée vers la zone d'acquisition dudit dispositif optique.
  • chaque particule classifiée est guidée vers le contenant de réception de la catégorie de particules concernées par orientation ou déviation de sa trajectoire par soufflage ou aiguillage mécanique.
  • les particules passant dans la zone d'acquisition d'un dispositif optique de prise d'images sont issues d'un tri préalable par criblage.
The method of the invention may also include the following optional characteristics considered in isolation or in any possible technical combination:
  • the evaluation of the morphological deformation of each particle is performed with respect to several reference particle populations from the acquisition of a three-dimensional point cloud of said particle by the optical device and the exploitation of this cloud of points for the determination of the projection coefficients of the particle on a projection basis, and comparison of these coefficients with those characterizing each population of reference particles.
  • the method comprises a step of disentangling the particles ensuring the passage of the particles to the unit in the acquisition zone of the optical device.
  • the particles are flown in the acquisition area of the optical device.
  • prior to their passage in front of the optical device, the particles are propelled at a controlled speed towards the acquisition zone of said optical device.
  • each classified particle is guided to the receiving container of the category of particles concerned by orientation or deviation of its trajectory by blow molding or mechanical switching.
  • the particles passing through the acquisition zone of an optical imaging device are derived from a preliminary sorting by screening.

L'invention porte également sur un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé précédemment défini et est essentiellement caractérisé en ce que qu'il comporte au moins :

  • une alimentation en particules,
  • un système de passage contrôlé des particules dans la zone d'acquisition d'un dispositif optique de prise d'image,
  • un analyseur pour évaluer la déformation morphologique de chaque particule par comparaison entre la morphologie de chaque particule à partir de la prise d'image dudit dispositif optique et la morphologie d'une ou de plusieurs populations de particules de référence, et classifier la particule déformée dans une catégorie parmi plusieurs catégories préalablement définies,
  • un trieur pour guider de façon contrôlée la particule classifiée dans un contenant de réception de la catégorie de particules concernées.
The invention also relates to a device for implementing the previously defined method and is essentially characterized in that it comprises at least:
  • a particle feed,
  • a system for controlled passage of particles in the acquisition zone of an optical image pickup device,
  • an analyzer for evaluating the morphological deformation of each particle by comparing the morphology of each particle from the imaging of said optical device and the morphology of one or more populations of reference particles, and classifying the deformed particle in one of several categories previously defined,
  • a sorter for controllably guiding the classified particle into a receiving container of the relevant particle category.

Le dispositif de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :

  • le système de passage contrôlé des particules dans la zone d'acquisition du dispositif optique comporte un démêleur permettant de séparer les particules pour assurer leur passage à l'unité dans la zone d'acquisition,
  • le système de passage contrôlé des particules dans la zone d'acquisition du dispositif optique comporte, en aval du démêleur, un propulseur qui accélère et contrôle la vitesse des particules avant leur passage en vol dans la zone d'acquisition du dispositif optique.
  • le trieur oriente ou dévie chaque particule en mouvement par basculement d'au moins un clapet mobile en rotation vers le contenant de réception de la catégorie de particules concernées.
  • par exemple, le trieur comporte un nombre n de bras mobiles en alignement disposés chacun en regard d'un contenant de réception d'une catégorie de particules, et chaque bras mobile est apte à être actionné en pivotement pour dévier la trajectoire d'une particule passant entre le dit bras mobile et le contenant concerné.
  • alternativement, le trieur oriente ou dévie la trajectoire de chaque particule vers le contenant de réception de la catégorie de particules concernées par soufflage d'air sous pression contrôlé.
  • par exemple, le trieur comporte un nombre n de buses de soufflage en alignement disposées chacune en regard d'un contenant de réception d'une catégorie de particule, et chaque buse est apte à être activée pour souffler de l'air sous pression sur une particule passant entre ladite buse et le contenant concerné en déviant la trajectoire de ladite particule vers ledit contenant.
The device of the invention may also include the following optional features considered in isolation or in any possible technical combination:
  • the system for controlled passage of the particles in the acquisition zone of the optical device comprises a separator for separating the particles to ensure their passage to the unit in the acquisition zone,
  • the system of controlled passage of the particles in the acquisition zone of the optical device comprises, downstream of the unraveler, a thruster which accelerates and controls the speed of the particles before they pass in flight in the acquisition zone of the optical device.
  • the sorter directs or deflects each moving particle by tilting at least one movable flap in rotation towards the receiving container of the category of particles concerned.
  • for example, the sorter comprises a number n of moving arms in alignment each arranged facing a receiving container of a category of particles, and each movable arm is adapted to be pivotally actuated to deflect the trajectory of a particle passing between said mobile arm and the container concerned.
  • alternatively, the sorter directs or deflects the trajectory of each particle to the receiving container of the category of particles concerned by blowing air under controlled pressure.
  • for example, the sorter comprises a number n of aligned blowing nozzles each arranged facing a receiving container of a particle class, and each nozzle is capable of being activated to blow air under pressure on a particle passing between said nozzle and the container concerned by deflecting the path of said particle to said container.

L'invention porte en outre sur l'utilisation du procédé précédemment décrit pour trier les grains d'un ballast de voie ferrée et classer les grains de ballast selon leur état de déformation morphologique.The invention furthermore relates to the use of the method previously described for sorting the grains of a railway ballast and classifying the ballast grains according to their state of morphological deformation.

L'invention porte également sur un procédé de renouvellement d'un ballast de voie ferrée qui est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes :

  • d'enlèvement du ballast en place,
  • de triage des grains de ballast selon le procédé de tri préalablement défini,
  • d'isolement des grains de ballast dont la déformation morphologique est acceptable,
  • de mélange des grains de ballast isolés à l'étape précédente avec du ballast neuf, et
  • de mise en place du mélange obtenu à l'étape précédente sur la voie ferrée.
The invention also relates to a method of renewing a railway ballast which is essentially characterized in that it comprises at least the steps:
  • removal of the ballast in place,
  • sorting the ballast grains according to the previously defined sorting method,
  • Isolation of ballast grains whose morphological deformation is acceptable,
  • mixing the ballast grains isolated in the previous step with new ballast, and
  • setting up the mixture obtained in the previous step on the railway.

L'invention porte enfin sur une machine de tri de ballast qui comporte au moins un dispositif de tri de particules tel que précédemment défini et un système d'évacuation des particules de chaque contenant de réceptionFinally, the invention relates to a ballast sorting machine which comprises at least one particle sorting device as previously defined and a particle evacuation system of each receiving container.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :

  • La figure 1 est une représentation schématique en perspective d'une partie des étapes du procédé de l'invention selon plusieurs variantes et en particulier :
    • la figure 1A est une représentation schématique de l'étape d'alimentation en particules,
    • la figure 1B est une représentation schématique de l'étape de démêlage,
    • la figure 1C est une représentation schématique d'une première variante de l'étape de propulsion d'une particule vers la zone d'acquisition d'un dispositif optique,
    • la figure 1D est une représentation schématique d'une seconde variante de l'étape de propulsion d'une particule vers la zone d'acquisition d'un dispositif optique,
    • la figure 1E est une représentation schématique du passage d'une particule en vol dans la zone d'acquisition du dispositif optique, de l'évaluation de la déformation morphologique de la particule et de la classification concomitante de cette particule dans une catégorie selon une première variante,
    • la figure 1F est une représentation schématique du passage d'une particule en vol dans la zone d'acquisition du dispositif optique, de l'évaluation de la déformation morphologique de la particule et de la classification concomitante de cette particule dans une catégorie selon une seconde variante,
  • la figure 2 est une représentation schématique de l'étape de guidage contrôlée de la particule classifiée dans un contenant de réception d'une catégorie de particules selon le procédé de l'invention et selon une première variante,
  • la figure 3 est une représentation schématique de l'étape de guidage contrôlée de la particule classifiée dans un contenant de réception d'une catégorie de particules selon le procédé de l'invention et selon une seconde variante,
  • la figure 4 est une représentation schématique de l'étape de guidage contrôlée de la particule classifiée dans un contenant de réception d'une catégorie de particules selon le procédé de l'invention et selon une troisième variante, et
  • la figure 5 est une représentation schématique de l'étape de guidage contrôlée de la particule classifiée dans un contenant de réception d'une catégorie de particules selon le procédé de l'invention et selon une quatrième variante.
Other features and advantages of the invention will emerge clearly from the description which is given below, by way of indication and in no way limitative, with reference to the appended figures among which:
  • The figure 1 is a schematic representation in perspective of a part of the steps of the method of the invention according to several variants and in particular:
    • the Figure 1A is a schematic representation of the particle feeding step,
    • the Figure 1B is a schematic representation of the disentangling step,
    • the figure 1C is a schematic representation of a first variant of the step of propelling a particle towards the acquisition zone of an optical device,
    • the figure 1D is a schematic representation of a second variant of the step of propelling a particle towards the acquisition zone of an optical device,
    • the figure 1E is a schematic representation of the passage of a particle in flight in the acquisition zone of the optical device, the evaluation of the morphological deformation of the particle and the concomitant classification of this particle in a category according to a first variant,
    • the figure 1F is a schematic representation of the passage of a particle in flight in the acquisition zone of the optical device, the evaluation of the morphological deformation of the particle and the concomitant classification of this particle in a category according to a second variant,
  • the figure 2 is a schematic representation of the step of controlled guidance of the classified particle in a receiving container of a category of particles according to the method of the invention and according to a first variant,
  • the figure 3 is a schematic representation of the step of controlled guidance of the classified particle in a receiving container of a class of particles according to the method of the invention and according to a second variant,
  • the figure 4 is a schematic representation of the step of controlled guidance of the classified particle in a receiving container of a category of particles according to the method of the invention and according to a third variant, and
  • the figure 5 is a schematic representation of the step of controlled guidance of the classified particle in a receiving container of a class of particles according to the method of the invention and according to a fourth variant.

L'exemple ci-après se rapporte à un procédé et dispositif de tri de grains de ballast mais s'applique également à n'importe quelles particules d'une taille pouvant varier de quelques millimètres et plusieurs dizaine de centimètres. À titre d'exemple, les particules faisant l'objet du procédé et dispositif de tri de l'invention peuvent être tout type de matériau géologique peu ou pas déformable, des gélules de médicament, ou encore des aliments tels que des fruits, légumes, pâtes ....The example below relates to a method and device for sorting ballast grains, but also applies to any particle of a size that may vary from a few millimeters to several tens of centimeters. By way of example, the particles that are the subject of the method and sorting device of the invention may be any type of geological material that is little or not deformable, drug capsules, or foods such as fruits, vegetables, pasta ....

En référence à la figure 1A, le système d'alimentation 1 en grains de ballast 2 peut être une trémie 3 alimentée une fois ou en continue. Alternativement et non représenté, le système d'alimentation en grains de ballast peut être un tapis roulant.With reference to the Figure 1A , the feed system 1 in ballast grains 2 may be a hopper 3 fed once or continuously. Alternatively and not shown, the ballast feed system may be a treadmill.

En référence à la figure 1B, les grains 2 issus de la trémie 2 sont versés sur un démêleur 4 pour être séparés les uns des autres. Le démêleur 4 permet d'assurer l'unicité de la présentation des grains 2 au dispositif optique qui sera décrit plus loin pour optimiser la qualité de données de traitement. L'acquisition simultanée de grains reste possible mais complique le traitement des données.With reference to the Figure 1B the grains 2 coming from the hopper 2 are poured on a separator 4 to be separated from each other. The separator 4 makes it possible to ensure the uniqueness of the presentation of the grains 2 to the optical device which will be described later in order to optimize the quality of treatment data. Simultaneous grain acquisition is still possible but complicates data processing.

Une fois démêlés et présentés un par un, chaque grain 2 est propulsé vers la zone d'acquisition d'un dispositif optique. Cette propulsion permet d'accélérer la vitesse du grain 2 pour conférer au grain 2 un vecteur vitesse dont la direction et l'amplitude de la vitesse sont contrôlées. Il s'agit en d'autres termes de chercher à s'affranchir le plus possible de la masse du grain 2 et de contrôler la vitesse initiale du grain 2 avant son passage devant le dispositif optique.Once unraveled and presented one by one, each grain 2 is propelled to the acquisition area of an optical device. This propulsion accelerates the speed of the grain 2 to give the grain 2 a speed vector whose direction and amplitude of the speed are controlled. In other words, it seeks to overcome as much as possible the mass of the grain 2 and to control the initial speed of the grain 2 before passing it in front of the optical device.

Selon une première variante représentée sur la figure 1C, chaque grain 2 en bout de ligne du démêleur 4 tombe sur un tapis roulant 5 à vitesse rapide et contrôlée pour assurer la propulsion du grain 2 vers la zone d'acquisition du dispositif optique.According to a first variant represented on the figure 1C each grain 2 at the end of the line of the separator 4 falls on a treadmill 5 at a fast and controlled speed to propel the grain 2 towards the acquisition area of the optical device.

Selon une seconde variante représentée sur la figure 1D, chaque grain 2 en bout de ligne du démêleur 4 tombe dans une canalisation en U 6 et est propulsé vers la zone d'acquisition du dispositif optique au moyen d'une buse de soufflage d'air sous pression 7.According to a second variant represented on the figure 1D each grain 2 at the end of the line of the separator 4 falls into a U-shaped pipe 6 and is propelled towards the acquisition zone of the optical device by means of a pressurized air blast nozzle 7.

Alternativement et non représenté, en bout de ligne du démêleur, chaque grain 2 peut tomber à la vertical, sans propulsion, vers la zone d'acquisition du dispositif optique.Alternatively and not shown, ultimately the unraveler, each grain 2 can fall vertically, without propulsion, to the acquisition area of the optical device.

Après propulsion ou sans propulsion, le grain 2 passe dans la zone d'acquisition d'un dispositif optique en lien avec un analyseur.After propulsion or without propulsion, the grain 2 passes into the acquisition area of an optical device in connection with an analyzer.

Le dispositif optique et l'analyseur assurent la mesure granulométrique automatisée pour caractériser la forme d'un grain par des données simples, puis le traitement de ces données capable de décrire statistiquement ce grain de façon à pouvoir comparer une population de grains à une autre.The optical device and the analyzer provide the automated particle size measurement to characterize the shape of a grain by simple data, and the processing of these data can statistically describe this grain so that one population of grains can be compared to another.

La première étape consiste en l'acquisition d'un nuage de points à trois dimensions de la surface du grain à examiner. Cette acquisition du nuage de points à trois dimensions est réalisée par passage du grain dans la zone d'acquisition du dispositif optique.The first step is to acquire a three-dimensional point cloud of the surface of the grain to be examined. This acquisition of the three-dimensional point cloud is performed by passing the grain into the acquisition zone of the optical device.

Une fois propulsé et en référence à la figure 1E, le grain 2 traverse la zone d'acquisition 8 d'un dispositif optique 9. Dans ce cas, la zone d'acquisition 8 consiste en des nappes de laser fixe qui mesurent des nuages de points à deux dimensions, les empilements de ces nuages de points assurant la construction du nuage de points à trois dimensions.Once propelled and with reference to the figure 1E , the grain 2 passes through the acquisition zone 8 of an optical device 9. In this case, the acquisition zone 8 consists of fixed laser layers that measure two-dimensional point clouds, the stacks of these clouds. of points ensuring the construction of the three-dimensional point cloud.

Alternativement et comme représenté en figure 1F, le grain 2 est placé sur un support mobile en translation 10 apte à défiler dans les deux directions D1,D2 opposées. Le placement du grain 2 sur le support mobile 10 est par exemple réalisé en bout de démêleur 4 sans qu'il ne soit nécessaire d'utiliser un propulseur.Alternatively and as shown in figure 1F , the grain 2 is placed on a support movable in translation 10 able to scroll in the two opposite directions D1, D2. The placement of the grain 2 on the mobile support 10 is for example made at the end of the developer 4 without it being necessary to use a thruster.

Lorsque le grain 2 à examiner est positionné sur le support mobile 10, ce dernier est actionné en translation par exemple dans la direction D1. Lorsque le grain 2 passe au niveau de la zone d'acquisition 11 du dispositif d'image 12, ce dispositif 12 collecte un premier nuage de points de la face 2a du grain 2 lui faisant face.When the grain 2 to be examined is positioned on the mobile support 10, the latter is actuated in translation for example in the direction D1. When the grain 2 passes at the acquisition zone 11 of the image device 12, the device 12 collects a first cloud of points of the face 2a of the grain 2 facing it.

Une fois que le grain 2 a dépassé la zone d'acquisition 11, ce grain 2 est retourné sur le support mobile 10 qui est alors commandé en translation dans la direction opposée D2. Pour ce faire, on peut prévoir une spatule 13 qui se glisse sous le grain 2 pour le retourner.Once the grain 2 has passed the acquisition zone 11, this grain 2 is returned to the mobile support 10 which is then controlled in translation in the opposite direction D2. To do this, we can provide a spatula 13 which slides under the grain 2 to return it.

Lorsque le grain 2 passe une seconde fois au niveau dans la zone d'acquisition, c'est alors une autre face 2b qui fait l'objet d'une acquisition pour collecter un second nuage de points.When the grain 2 passes a second time level in the acquisition zone, it is then another face 2b which is the object of an acquisition to collect a second cloud of points.

La vitesse de passage du grain 2 dans la zone d'acquisition 11 est ajustée pour être compatible avec la vitesse d'acquisition du dispositif 12. Des algorithmes de fusion connus assurent ensuite la fusion de ces premier et second nuages de points pour obtenir un nuage de points unique à trois dimensions décrivant l'intégralité de la surface du grain 2.The rate of passage of the grain 2 in the acquisition zone 11 is adjusted to be compatible with the acquisition speed of the device 12. Algorithms known fusion melts these first and second point clouds to obtain a unique three-dimensional point cloud describing the entire surface of the grain 2.

La construction du nuage de points de la surface du grain nécessite uniquement qu'il y ait un recouvrement entre les prises d'images des faces concernées pour couvrir toute la surface du grain. Dans la majeure partie des cas, la prise d'image de deux faces du grain est suffisante et ce, quelle que soit la géométrie de ce grain 2. Néanmoins, dans les cas le nécessitant, on peut prévoir la prise d'image de plus de deux faces du grain 2. Dans cette hypothèse, le dispositif est modifié pour prévoir la prise d'image d'une troisième voire d'une quatrième face. À cet effet, et par exemple pour la prise d'image d'une troisième face du grain, on peut prévoir une seconde spatule qui, après le second passage du grain 2 dans la zone d'acquisition 11, permet de retourner de nouveau le grain qui transite dans la direction D1 vers la zone d'acquisition 11 pour subir une troisième acquisition. Tout autre dispositif permettant d'augmenter le nombre de prise d'images du grain 2 est à la portée de l'homme du métier.The construction of the point cloud of the grain surface only requires that there is overlap between the images of the faces concerned to cover the entire surface of the grain. In the majority of the cases, the taking of image of two faces of the grain is sufficient and this, whatever the geometry of this grain 2 Nevertheless, in the cases requiring it, one can envisage the taking of image of more two faces of the grain 2. In this case, the device is modified to provide the image of a third or even a fourth face. For this purpose, and for example for taking an image of a third face of the grain, it is possible to provide a second spatula which, after the second passage of the grain 2 in the acquisition zone 11, makes it possible to return the grain that transits in the direction D1 to the acquisition zone 11 to undergo a third acquisition. Any other device making it possible to increase the number of images of the grain 2 is within the reach of those skilled in the art.

Une fois obtenu un nuage de points à trois dimensions décrivant la surface du grain 2, une comparaison est opérée avec une ou plusieurs populations de grain de référence pour en déduire la déformation morphologique du grain 2 et la classification de ce grain 2.After obtaining a three-dimensional point cloud describing the surface of the grain 2, a comparison is made with one or more reference grain populations to deduce the morphological deformation of the grain 2 and the classification of this grain 2.

Pour réaliser cette comparaison, on caractérise la forme globale du grain 2 par le jeu de coefficients de projection C sur une base de projection [F]. Cette base de projection [F] est préalablement obtenue de la façon suivante.To make this comparison, the overall shape of the grain 2 is characterized by the set of projection coefficients C on a projection basis [F]. This projection base [F] is previously obtained in the following manner.

On réalise l'acquisition de nuages de points à trois dimensions d'au moins un grain de référence, de préférence un grain de ballast neuf, de la même façon que celle décrite en référence aux figures 1E ou 1F. Pour une meilleure précision de la détermination de la base de projection [F], on fait l'acquisition de nuages de point d'une population p de grains de référence. Plus p est élevé, plus la représentativité sur la base [F] est grande.The acquisition of three-dimensional point clouds of at least one reference grain, preferably a new ballast grain, is carried out in the same way as that described with reference to Figures 1E or 1F . For a better accuracy of the determination of the projection base [F], point clouds of a population p of reference grains are acquired. The higher p, the greater the representativity on the basis of [F].

On décrit ci-dessous l'obtention de la base de projection [F] à partir d'un grain unique, l'obtention de la base de projection [F] à partir d'une population p de grains de référence s'en déduisant.We describe below how to obtain the projection base [F] from a single grain, obtaining the projection base [F] from a population p of reference grains deducing therefrom .

On caractérise en premier lieu un nuage de points dit optimisé à partir du nuage de points en trois dimensions obtenu à l'étape d'acquisition préalablement explicitée. Pour ce faire, on réalise une succession d'opérations mathématiques.Firstly, a so-called optimized point cloud is characterized from the three-dimensional point cloud obtained in the previously explicit acquisition step. To do this, we carry out a succession of mathematical operations.

Le nuage de points en trois dimensions obtenu à l'étape d'acquisition pour le grain de référence est un ensemble de Np points, chacun de ces points étant décrit par un triplet de valeurs (xi,yi,zi) en coordonnées cartésiennes. On transforme d'abord le champ de ces points en coordonnées sphériques (ri(θ,φ)) dans un repère centré sur le centre d'inertie de la particule. On réalise ensuite une interpolation sur un maillage à pas angulaires fixes comportant Nr sommets. On fait alors une rotation du nuage de points ainsi interpolés pour l'exprimer dans le repère des directions propres du tenseur d'inertie, les grains élancés sont alors tous orientés de la même manière. Puis, on réalise une interpolation sur une sphère dont les points sont uniformément répartis. Pour ce faire, la répartition uniforme des sommets à la surface d'une sphère est réalisée grâce à un algorithme itératif basé sur le repoussement des sommets de la sphère. Le nombre de sommets Nu choisi définit la précision avec laquelle la surface de la sphère est discrétisée. On choisit de manière arbitraire Nr=Nu=N=500. Suite à cette interpolation, d'une particule à l'autre, la seule variable restante est la valeur du rayon du grain pour une direction donnée. Une particule se réduit donc à un vecteur R à N dimensions et on obtient ainsi un nuage de points optimisé.The three-dimensional point cloud obtained at the acquisition step for the reference grain is a set of N p points, each of these points being described by a triplet of values (x i , y i , z i ) in Cartesian coordinates. We first transform the field of these points into spherical coordinates (r i (θ, φ)) in a coordinate system centered on the center of inertia of the particle. An interpolation is then carried out on a grid with fixed angular steps comprising Nr vertices. We then rotate the cloud of points and interpolated to express it in the reference of the eigen directions of the inertia tensor, the slender grains are then all oriented in the same way. Then, we perform an interpolation on a sphere whose points are uniformly distributed. To do this, the uniform distribution of vertices on the surface of a sphere is achieved through an iterative algorithm based on the repetition of the peaks of the sphere. The number of selected Nu vertices defines the precision with which the surface of the sphere is discretized. We choose arbitrarily Nr = Nu = N = 500. Following this interpolation, from one particle to another, the only remaining variable is the value of the grain radius for a given direction. A particle is reduced to a vector R to N dimensions and thus obtain an optimized point cloud.

La seconde étape pour déterminer la base de projection [F] permettant à la fois de caractériser la forme des grains et de pouvoir comparer la forme de deux populations de particule, consiste à condenser l'information morphologique d'un grain en un nombre le plus petit possible de variables sans pour autant perdre trop d'information. Cette condensation doit être adaptée à la forme des grains considérés. On réalise pour ce faire une base de projection qui doit être la plus petite possible vis-à-vis d'une erreur définie. Chacun des vecteurs de cette base doit par ailleurs contenir l'information morphologique du grain.The second step in determining the projection base [F] allowing both to characterize the shape of the grains and to be able to compare the shape of two particle populations, is to condense the morphological information of a grain into a number of most small possible variables without losing too much information. This condensation must be adapted to the shape of the grains considered. To do this, we have a projection base that must be the most small possible vis-à-vis a defined error. Each of the vectors of this base must also contain the morphological information of the grain.

A partir du vecteur R à N dimensions défini précédemment, on cherche à définir M fonctions F1,...,FM avec M très inférieur à N telles que le rayon R peut être approché de manière précise par la formule suivante : R ≅ F C

Figure imgb0001
où [F] = [F1,...,FM]
et où C est un vecteur de dimension M formant des coefficients de projection sur la base de projection [F].From the vector R to N dimensions defined previously, it is sought to define M functions F 1 , ..., F M with M much smaller than N such that the radius R can be approached accurately by the following formula: R ≅ F VS
Figure imgb0001
 where [F] = [F 1 , ..., F M ]
and where C is a vector of dimension M forming projection coefficients on the basis of projection [F].

L'identification de cette base de projection [F] à partir des mesures expérimentales d'acquisition du nuage de points en trois dimensions se base sur la diagonalisation de la matrice d'autocovariance des vecteurs du rayon R issus des mesures, cette approche scientifique étant connue en matière de traitement du signal et de réduction statistique. La construction de cette base [F] étant basée sur des outils statistiques, elle sera d'autant plus représentative, comme dit plus haut, que la population de particules référence servant à son identification sera composée d'un grand nombre de particules.The identification of this projection base [F] from the experimental measurements of three-dimensional point cloud acquisition is based on the diagonalization of the autocovariance matrix of the radius R vectors from the measurements, this scientific approach being known in signal processing and statistical reduction. The construction of this base [F] being based on statistical tools, it will be all the more representative, as said above, that the population of reference particles used for its identification will be composed of a large number of particles.

En disposant de cette base [F], la forme globale d'un grain 2 n'est plus caractérisée que par le jeu de ses coefficients de projection C sur la base [F]. Ainsi, après l'acquisition d'un nuage de points à trois dimensions de la surface du grain à examiner, le nuage de points est exploité par l'analyseur pour caractériser la forme globale du grain 2 en déterminant ses coefficients de projection sur la base de projection [F] précédemment définie.By having this base [F], the overall shape of a grain 2 is only characterized by the set of its coefficients of projection C on the basis [F]. Thus, after acquiring a three-dimensional point cloud of the surface of the grain to be examined, the point cloud is used by the analyzer to characterize the overall shape of the grain 2 by determining its projection coefficients on the basis of Projection [F] previously defined.

Pour évaluer l'état d'usure morphologique d'une population de q grain ou d'un grain unique par rapport à une population de p grains de référence, il s'agit donc dans un premier temps de déterminer la base [F] et les coefficients de projection CR1, CR2, CR3, ...., CRp sur cette base [F] d'une population de p particules de référence par le procédé de mesure granulométrique précédemment décrit. Puis, chaque grain 2 à examiner fait l'objet d'une acquisition d'un nuage de points à trois dimensions tel que décrit précédemment en référence aux figures 1 E et 1F et d'une détermination des coefficients de projection CE1, CE2, CE3, ...., CEq sur la base [F].To evaluate the state of morphological wear of a population of q grain or a single grain compared to a population of p grains of reference, it is therefore first necessary to determine the base [F] and the projection coefficients CR1, CR2, CR3, ...., CRp on this basis [F] of a population of p reference particles by the granulometric measurement method previously described. Then, each grain 2 to be examined is the subject of an acquisition of a cloud of three-dimensional points as described above with reference to figures 1 E and 1F and a determination of the projection coefficients CE1, CE2, CE3, ...., CEq on the basis [F].

On compare alors les valeurs des coefficients de projection CE1, CE2, CE3, ...., CEq du grain 2 à examiner avec les coefficients de projection CR1, CR2, CR3, ...., CRp de la population de p particules de référence. Cette comparaison s'effectue par la comparaison des moments statistiques d'ordre croissants de la population de q particules à examiner avec les moments statistiques d'ordre croissant de la population de p particules de référence. De façon plus générale, cette comparaison est effectuée au moyen des méthodes connues pour comparer des distributions statistiques comme le test Khi2 ou Kolmogorov Smimov. On en déduit alors l'état statistique précis des différences morphologiques de la population de p particules par rapport à la population q de référence, ou autrement on en déduit la déformation morphologique du grain 2 par rapport à un grain de ballast neuf.We then compare the values of the projection coefficients CE1, CE2, CE3, ...., CEq of the grain 2 to be examined with the projection coefficients CR1, CR2, CR3, ...., CRp of the population of p particles of reference. This comparison is made by comparing the increasing order statistical moments of the population of q particles to be examined with the increasing statistical moments of the population of p reference particles. More generally, this comparison is made using known methods for comparing statistical distributions such as the Khi2 or Kolmogorov Smimov test. The precise statistical state of the morphological differences of the population of p particles from the reference population q is then deduced, or otherwise the morphological deformation of the grain 2 is deduced from a new ballast grain.

Pour opérer une classification du grain 2 à examiner dans une population de grains par exemple selon quatre catégories neuf, faiblement usé, usé ou dégradé, on détermine les coefficients de projection CR1, CR2, CR3, ...., CRp de plusieurs populations de p grains de référence correspondant respectivement à un état neuf, faiblement usé, usé ou dégradé.To perform a classification of the grain 2 to be examined in a population of grains, for example according to four categories nine, weakly worn, worn or degraded, the CR1, CR2, CR3, ...., CRp projection coefficients of several populations are determined. p reference grains respectively corresponding to a new state, weakly worn, worn or degraded.

L'analyseur 14,15 compare ensuite les valeurs des coefficients de projection CE1, CE2, CE3, ...., CEq du grain 2 à examiner avec les coefficients de projection CR1, CR2, CR3, ...., CRp de ces quatre populations de p grains de référence pour classifier chaque grain en fonction de son appartenance à une population. Cette classification est quasi-instantanée et permet ainsi de labéliser le grain 2 à examiner dans une catégorie parmi les catégories d'état de dégradation préalablement définies.The analyzer 14,15 then compares the values of the projection coefficients CE1, CE2, CE3, ...., CEq of the grain 2 to be examined with the projection coefficients CR1, CR2, CR3, ...., CRp of these four populations of p reference grains to classify each grain according to its membership in a population. This classification is almost instantaneous and thus makes it possible to label the grain 2 to be examined in a category among the previously defined categories of degradation status.

L'analyseur peut alternativement comparer les valeurs des coefficients de projection CE1, CE2, CE3, ...., CEq du grain 2 à examiner avec les coefficients de projection CR1, CR2, CR3, ...., CRp d'une seule populations de p grains de référence pour déterminer si la particule tombe ou non dans une catégorie particulière. Dans ce cas, le trieur opérera la séparation des grains 2 entre deux catégories, une première catégorie qui répond positivement selon des critères déterminés à la population de grains de référence, et une seconde catégorie qui ne répond pas à ces critères.The analyzer can alternatively compare the values of the projection coefficients CE1, CE2, CE3, ...., CEq of the grain 2 to be examined with the projection coefficients CR1, CR2, CR3, ...., CRp of a single populations of p grains of reference to determine whether or not the particle falls into a particular category. In this case, the sorter will effect the separation of the grains 2 between two categories, a first category that responds positively according to criteria determined to the population of reference grains, and a second category that does not meet these criteria.

En sortie du passage de la zone d'acquisition 8,11, le grain 2 est ainsi classifié, l'information de cette classification est alors envoyée à un trieur qui assure la séparation physique des grains 2 à examiner selon leur catégorie.At the exit of the passage of the acquisition zone 8,11, the grain 2 is thus classified, the information of this classification is then sent to a sorter which ensures the physical separation of the grains 2 to be examined according to their category.

Les figures 2, 3, 4 et 5 illustrent quatre types de trieurs différents T1,T2,T3,T4. Comme illustré sur les figures 2 à 4, le triage peut s'effectuer sans contact au moyen d'une ou de plusieurs buses de soufflage d'air sous pression ou, comme illustré sur les figures 3 et 5, avec contact au moyen d'un aiguillage mécanique.The Figures 2, 3, 4 and 5 illustrate four different types of sorters T1, T2, T3, T4. As illustrated on Figures 2 to 4 , sorting can be done without contact by means of one or more nozzles for blowing air under pressure or, as illustrated on the Figures 3 and 5 , with contact by means of a mechanical switch.

Sur la figure 2, le grain labellisé 2 parmi trois catégories de grains est représenté en déplacement selon une direction d'avancement D3, par exemple sur un tapis roulant non représenté, en circulant entre une série de trois buses 16,17,18 situées chacune en regard d'un contenant de réception d'une catégorie de grain 19,20,21. Lorsque le grain 2 passe au niveau du contenant 20 correspondant à sa classification, la buse 17 en regard de ce contenant 20 est activée en soufflage pour envoyer de l'air sous pression selon une direction sensiblement perpendiculaire à celle de la direction D3 du grain 2 pour guider le grain 2 vers le contenant correspondant 20. L'opération est bien entendu reproduite pour chaque grain labellisé 2.On the figure 2 the grain labeled 2 among three categories of grain is represented in displacement in a direction of advance D3, for example on a not shown conveyor belt, circulating between a series of three nozzles 16,17,18 each located next to a receiving container of a grade of grain 19,20,21. When the grain 2 passes at the container 20 corresponding to its classification, the nozzle 17 facing the container 20 is activated in blowing to send air under pressure in a direction substantially perpendicular to that of the direction D3 grain 2 to guide the grain 2 to the corresponding container 20. The operation is of course reproduced for each grain labeled 2.

Sur la figure 4, le grain labellisé 2 circule sur un tapis roulant 22 selon une direction d'avancement D4 au bout duquel sont disposés en alignement trois contenants de réception d'une catégorie de grain 23,24,25. Une buse 26 est disposée entre le bout du tapis roulant 22 et le premier contenant 23, et apte à souffler de l'air sous pression vers le haut et selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction D4 du grain 2. Lorsque le grain labellisé 2 arrive en bout de tapis roulant, la buse 26 est activée en soufflage avec une puissance spécifique correspondant à la labellisation du grain 2 et permettant de guider en vol le grain 2 dans le contenant 24 approprié.On the figure 4 , the labeled grain 2 circulates on a conveyor belt 22 in a direction of advance D4 at the end of which are arranged in alignment three receiving containers of a grain category 23,24,25. A nozzle 26 is disposed between the end of the treadmill 22 and the first container 23, and able to blow air under pressure upwards and in a direction substantially perpendicular to the direction D4 of the grain 2. When the grain labeled 2 reaches the end of the treadmill, the nozzle 26 is activated in blowing with a power specific corresponding to the labeling of the grain 2 and to guide the grain in flight 2 in the appropriate container 24.

Sur la figure 3, le grain labellisé 2 parmi trois catégories de grains est représenté en déplacement selon une direction d'avancement D5, par exemple sur un tapis roulant non représenté, en circulant entre une série de trois bras mobiles en alignement 26,27,28 situés chacun en regard d'un contenant de réception d'une catégorie de grain 29,30,31. Lorsque le grain 2 passe au niveau du contenant 30 correspondant à sa classification, le bras mobile 27 en regard de ce contenant 30 est activé en rotation pour dévier la trajectoire du grain 2 et guider le grain 2 vers le contenant correspondant 30. L'opération est bien entendu reproduite pour chaque grain labellisé 2.On the figure 3 the grain labeled 2 among three categories of grain is represented in displacement in a direction of advance D5, for example on a not shown conveyor belt, circulating between a series of three movable arms in alignment 26,27,28 each located in look at a receiving container of a grain category 29,30,31. When the grain 2 passes at the container 30 corresponding to its classification, the movable arm 27 facing the container 30 is rotated to deflect the path of the grain 2 and guide the grain 2 to the corresponding container 30. The operation is of course reproduced for each grain labeled 2.

Sur la figure 5, le trieur représenté assure le triage dans deux contenants uniquement. Pour ce faire, le grain labellisé 2 circule sur un tapis roulant 32 selon une direction d'avancement D6. De part et d'autre de ce tapis roulant 32 se trouvent les deux contenants de réception d'une catégorie de grain 33,34. Un bras mobile en rotation 35 est disposé sur le tapis roulant 32 au niveau des deux contenants 33,34 en s'étendant sur au moins toute la largeur de ce tapis roulant 32. A l'approche du grain 2, le bras mobile 35 pivote pour à la fois empêcher le grain 2 de passer dans le contenant 33 qui ne concerne pas la particule et le guider vers le contenant 34 correspondant à la catégorie labellisée de grains. On comprend que ce système se limite uniquement à ceux catégories de grains et s'en trouve donc limité pour cette raison par rapport aux trois autres trieurs T1,T2 et T3 précédemment décrits.On the figure 5 the sorting machine represented sorting into two containers only. To do this, the labeled grain 2 circulates on a conveyor belt 32 in a direction of advance D6. On either side of this treadmill 32 are the two receiving containers of a grain category 33,34. A rotatable arm 35 is disposed on the treadmill 32 at the two containers 33,34 extending over at least the full width of the treadmill 32. At the approach of the grain 2, the movable arm 35 pivots to both prevent the grain 2 to pass into the container 33 which does not concern the particle and guide it to the container 34 corresponding to the labeled category of grains. It is understood that this system is limited only to those categories of grains and is therefore limited for this reason compared to the other three sorters T1, T2 and T3 previously described.

Une fois dans les contenants, les grains 2 sont évacués pour empêcher l'engorgement de ces contenants. À titre d'exemple non représenté, on peut prévoir que les contenants de réception soient des trémies à la base de chacune desquelles est disposé un tapis roulant qui envoie les grains à un endroit souhaité.Once in the containers, the grains 2 are evacuated to prevent clogging of these containers. By way of example not shown, it can be provided that the receiving containers are hoppers at the base of each of which is arranged a treadmill which sends the grains to a desired location.

Le procédé de tri ainsi que son dispositif associé peut ainsi se substituer aux procédés de criblages de l'art antérieur. Alternativement, le procédé et le dispositif de tri de l'invention peuvent venir s'associer aux techniques de criblage. Par exemple, un criblage peut être réalisé pour isoler des grains de taille prédéfinie, par exemple de diamètre moyen compris entre 20 et 50 millimètres, puis cette population isolée de grain peut ensuite subir le procédé de l'invention. À cet effet, les grains de diamètre moyen compris entre 20 et 50 millimètres isolés entre deux cribles successifs peuvent être acheminés jusqu'à la trémie d'alimentation en grain de la figure 1A. On associe ainsi un tri grossier selon la taille des grains à un tri précis selon la dégradation morphologique des grains sélectionnés, ce qui permet d'augmenter considérablement le rendement du triage.The sorting method and its associated device can thus replace the screening methods of the prior art. Alternatively, the process and the sorting device of the invention can come to associate with screening techniques. For example, a screening can be performed to isolate grains of predefined size, for example of average diameter between 20 and 50 millimeters, then this isolated population of grain can then undergo the process of the invention. For this purpose, grains of average diameter between 20 and 50 millimeters isolated between two successive screens can be conveyed to the grain feed hopper of the Figure 1A . Thus, a coarse sorting according to the size of the grains is associated with a precise sorting according to the morphological degradation of the selected grains, which makes it possible to considerably increase the yield of the sorting.

Comme précédemment décrit, le procédé et le dispositif de l'invention peuvent être utilisés pour trier les grains de ballast ou tout autre type de particule afin de les stocker par catégorie pour une utilisation ultérieure.As previously described, the method and apparatus of the invention can be used to sort ballast grains or any other type of particle for storage by category for later use.

Alternativement, le procédé et le dispositif de l'invention peuvent être inclus dans un procédé ou dispositif associé assurant le renouvellement d'un ballast sur place. À cet effet, le ballast est enlevé de la voie par des moyens connus de l'homme du métier, puis l'opération de tri est réalisée. À l'issue de ce tri, les grains de ballast catégorisés comme présentant une usure acceptable sont mélangés à des grains de ballast neuf avant d'être remis sur la voie ferrée.Alternatively, the method and the device of the invention may be included in a method or associated device ensuring the renewal of a ballast on site. For this purpose, the ballast is removed from the track by means known to those skilled in the art, then the sorting operation is performed. At the end of this sorting, the ballast grains categorized as having acceptable wear are mixed with new ballast grains before being put back on the railway.

Le dispositif de l'invention peut, que ce soit pour réaliser uniquement un tri ou pour s'intégrer dans un procédé de renouvellement de ballast, être installé dans une machine mobile. Dans ce cas, la machine mobile comporte de préférence un système d'évacuation des grains retenus dans chaque contenant de réception.The device of the invention can, whether to perform only sorting or to integrate into a ballast renewal process, be installed in a mobile machine. In this case, the mobile machine preferably comprises a grain removal system retained in each receiving container.

Claims (15)

Procédé de tri de particules, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes : - d'alimentation en particules (2), - de passage des particules (2) dans la zone d'acquisition (8,11) d'un dispositif optique de prise d'images (9,12), - d'évaluation de la déformation morphologique de chaque particule (2) par comparaison entre la morphologie de chaque particule appréciée à partir de la prise d'image dudit dispositif optique, et la morphologie d'une ou de plusieurs populations de particules de référence, - de classification de la particule évaluée (2) parmi au moins deux catégories préalablement définies, et - de guidage contrôlé de la particule classifiée (2) dans un contenant de réception de la catégorie de particules concernées (19,20,21 ; 29,30,31 ; 23,24,25 ; 33,34). Process for sorting particles, characterized in that it comprises at least the steps of: - supply of particles (2), passing particles (2) into the acquisition zone (8, 11) of an optical imaging device (9, 12), - evaluating the morphological deformation of each particle (2) by comparing the morphology of each particle evaluated from the image of said optical device, and the morphology of one or more populations of reference particles, classification of the evaluated particle (2) among at least two previously defined categories, and - controlled guidance of the classified particle (2) in a receiving container of the category of particles concerned (19,20,21; 29,30,31; 23,24,25; 33,34). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évaluation de la déformation morphologique de chaque particule (2) est réalisée par rapport à plusieurs populations de particules de référence à partir de l'acquisition d'un nuage de points à trois dimensions de la dite particule par le dispositif optique (9,12) et de l'exploitation de ce nuage de points pour la détermination des coefficients de projection de la particule (2) sur une base de projection (F), et comparaison de ces coefficients avec ceux caractérisant chaque population de particules de référence.Process according to Claim 1, characterized in that the evaluation of the morphological deformation of each particle (2) is carried out with respect to several reference particle populations from the acquisition of a three-dimensional point cloud of said particle by the optical device (9, 12) and the exploitation of this cloud of points for the determination of the projection coefficients of the particle (2) on a projection basis (F), and comparison of these coefficients with those characterizing each population of reference particles. Procédé de tri selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de démêlage des particules (2) assurant le passage des particules à l'unité dans la zone d'acquisition (8,11) du dispositif optique (9,12).Sorting method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that it comprises a step of disentangling the particles (2) ensuring the passage of the particles to the unit in the acquisition zone (8, 11) of the optical device (9, 12). Procédé de tri selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules (2) passent en vol dans la zone d'acquisition (8) du dispositif optique (9).Sorting method according to any one of the preceding claims, characterized in that the particles (2) pass in flight in the acquisition zone (8) of the optical device (9). Procédé de tri selon la revendication 4, caractérisé en ce que préalablement à leur passage devant le dispositif optique (9), les particules (2) sont propulsées à une vitesse contrôlée vers la zone d'acquisition (8) dudit dispositif optique (9).Sorting method according to claim 4, characterized in that prior to their passage in front of the optical device (9), the particles (2) are propelled at a controlled speed towards the acquisition zone (8) of said optical device (9) . Procédé de tri selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque particule classifiée (2) est guidée vers le contenant de réception de la catégorie de particules concernées (19,20,21 ; 29,30,31 ; 23,24,25 ; 33,34) par orientation ou déviation de sa trajectoire par soufflage ou aiguillage mécanique.Sorting method according to one of the preceding claims, characterized in that each classified particle (2) is guided towards the receiving container of the respective category of particles (19,20,21; 29,30,31; 24,25; 33,34) by orientation or deviation of its trajectory by blowing or mechanical switching. Procédé de tri selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules passant dans la zone d'acquisition (8,11) d'un dispositif optique de prise d'images (9,12) sont issues d'un tri préalable par criblage.Sorting method according to any one of the preceding claims, characterized in that the particles passing through the acquisition area (8, 11) of an optical imaging device (9, 12) come from a preliminary sorting by screening. Dispositif de tri de particules pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : - une alimentation en particules (1), - un système de passage contrôlé (4,5 ; 6) des particules dans la zone d'acquisition (8,11) d'un dispositif optique de prise d'image (9,12), - un analyseur (14,15) pour évaluer la déformation morphologique de chaque particule par comparaison entre la morphologie de chaque particule à partir de la prise d'image dudit dispositif optique (9,12) et la morphologie d'une ou de plusieurs populations de particules de référence, et classifier la particule déformée dans une catégorie parmi plusieurs catégories préalablement définies, - un trieur (T1,T2,T3,T4) pour guider de façon contrôlée la particule classifiée (2) dans un contenant de réception de la catégorie de particules concernées (19,20,21 ; 29,30,31 ; 23,24,25 ; 33,34). Particle sorting device for carrying out the process according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that it comprises at least: a particle feed (1), a system for controlled passage (4.5; 6) of the particles in the acquisition zone (8, 11) of an optical imaging device (9, 12), an analyzer (14, 15) for evaluating the morphological deformation of each particle by comparison between the morphology of each particle from the image taken of said device optical (9,12) and the morphology of one or more populations of reference particles, and classify the deformed particle into one of several previously defined categories, a sorter (T1, T2, T3, T4) for controllably guiding the classified particle (2) in a receiving container of the category of particles in question (19,20,21; 29,30,31; 23,24; , 25, 33.34). Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système de passage contrôlé des particules (4,5 ; 6) dans la zone d'acquisition (8,11) du dispositif optique (9,12) comporte un démêleur (4) permettant de séparer les particules (2) pour assurer leur passage à l'unité dans la zone d'acquisition (8,11).Device according to Claim 8, characterized in that the system for controlled passage of the particles (4,5; 6) in the acquisition area (8, 11) of the optical device (9, 12) comprises a separator (4) enabling separating the particles (2) to ensure their passage to the unit in the acquisition zone (8, 11). Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le système de passage contrôlé des particules (4,5 ; 6) dans la zone d'acquisition (8) du dispositif optique (9) comporte, en aval du démêleur (4), un propulseur (5,6) qui accélère et contrôle la vitesse des particules (2) avant leur passage en vol dans la zone d'acquisition (8) du dispositif optique (9).Device according to Claim 9, characterized in that the system for controlled passage of the particles (4,5; 6) in the acquisition zone (8) of the optical device (9) comprises, downstream of the separator (4), a thruster (5, 6) which accelerates and controls the speed of the particles (2) before they pass into flight in the acquisition zone (8) of the optical device (9). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le trieur (T2,T4) oriente ou dévie chaque particule (2) en mouvement par basculement d'au moins un clapet mobile en rotation (35 ; 26,27,28) vers le contenant de réception de la catégorie de particules concernées (33,34 ; 29,30,31).Device according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the sorter (T2, T4) orients or deflects each particle (2) in motion by tilting of at least one movable flap (35; 26,27 , 28) to the receiving container of the relevant particle category (33,34; 29,30,31). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le trieur (T1,T3) oriente ou dévie la trajectoire de chaque particule (2) vers le contenant de réception de la catégorie de particules concernées (19,20,21 ; 23,24,25) par soufflage d'air sous pression contrôlé.Device according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the sorter (T1, T3) directs or deflects the trajectory of each particle (2) towards the receiving container of the category of particles concerned (19,20, 21; 23,24,25) by blowing air under controlled pressure. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour trier les grains d'un ballast de voie ferrée et classer les grains de ballast selon leur état de déformation morphologique.Use of the method according to any one of claims 1 to 7 for sorting the grains of a railway ballast and classifying the ballast grains according to their state of morphological deformation. Procédé de renouvellement d'un ballast de voie ferrée, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes : - d'enlèvement du ballast en place, - de triage des grains de ballast selon le procédé de tri des revendications 1 à 7, - d'isolement des grains de ballast dont la déformation morphologique est acceptable, - de mélange des grains de ballast isolés à l'étape précédente avec du ballast neuf, et - de mise en place du mélange obtenu à l'étape précédente sur la voie ferrée. Method for renewing a railway ballast, characterized in that it comprises at least the steps of: removal of the ballast in place, sorting of the ballast grains according to the sorting method of claims 1 to 7, - Isolation of ballast grains whose morphological deformation is acceptable, mixing the ballast grains isolated in the previous step with new ballast, and - Implementation of the mixture obtained in the previous step on the railway. Machine de tri de ballast de voie ferrée caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif de tri de particules selon l'une quelconque des revendications 8 à 12 et un système d'évacuation des particules (2) de chaque contenant de réception (19,20,21 ; 29,30,31 ; 23,24,25 ; 33,34).Railroad ballast sorting machine characterized in that it comprises at least one particle sorting device according to any one of claims 8 to 12 and a system for discharging particles (2) from each receiving container ( 19,20,21; 29,30,31; 23,24,25; 33,34).
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