Brevet FR2002148A1 — publié le 19691017

La présente invention concerne le guidage des appareils tels que les machines pour le percement des tunnels, et plus particulièrement le guidage d'un tel appareil le long d'un trajet prédéterminé en utilisant un faisceau de lumière,tel 5 que le faisceau émis par un appareil projecteur à laser. De nombreux types de systèmes et de procédés ont été développés pour guider des appareils tels qu'une machine pour le percement des tunnels le long d'un trajet prédéterminé. Cependant, ces systèmes et procédés ahtérieurs ont des inconvénients 10 parce qu'ils ne fournissent pas une information continue relativement à la direction du mouvement de la machine, et/ou ne corrigent pas l'erreur introduite par le roulage de la machine et/ou nécessitent que le conducteur de la machine effectue la lecture sur plusieurs instruments, ce qui augmente d'une façon 15 indésirable la complexité de la commande de la machine. "La présente invention a pour objet un nouvel appareil pour le guidage construit et combiné particulièrement pour permettre un guidage précis d'une machine telle qu'une machine pour le percement des tunnels, cet appareil ne présentant pas 20 les inconvénients des systèmes antérieurs. L'invention a aussi pour objet un nouveau procédé pour le guidage d'une machine telle qu'une machine pour le percement des tunnels en utilisant un appareil selon 1'intention. Un appareil gaour 1-e guidage, d'une machine selon 1 'in-25 vention comprend un dispositif réflecteur porté par la machine. Un dispositif émetteur de signal, de. préférence un appareil de projection à laser, est monté sur un support fixé pôur diriger un faisceau de lumière sur le dispositif réflecteur afin que celui-ci réfléchisse le faisceau. Un dispositif à cible est 30 monté sur la machine à une certaine distance du dispositif réflecteur et en déhors-du trajet de la lumière incidente, la cible étant cependant disposée pour recevoir le faisceau de lumière réfléchie par le dispositif réflecteur. Les caractéristiques de 1'invention ressortiront plus 35 particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel : 6903140 2 2002148 - la figure 1 représente schématiquement un appareil de guidage selon un mode de mise en oeuvre de 11 invention utilisé pour une machine pour le percement des tunnels, - la figure 2 représente schématiquement le dispositif 5 de guidage proprement dit, - la figure 3 est une vue en élévation montrant le réflecteur et la cible de l'appareil de guidage de la figure 1, et - la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 1. 10 La figure 1 représente une machine 10 pour percer un tunnel 12 comportant une paroi 14. La machine 10 est d'une construction connue, et par suite n'a pas besoin d'être décrite en détail. D'une façon générale, la machine 10 comprend une struc-15 ture support ou bâti 16 sur lequel est monté un outil principal de coupe qui comprend un plateau annulaire rotatif de dimensions relativement importantes 18 portant sur sa face avant plusieurs outils 20, par exemple des trépans à rouleaux. Un ensemble non tournant 22 constituant un tube pilote dépasse en 20 avant au centre de l'outil principal et pénètre à travers la paroi d'extrémité du tunnel dans un trou foré. Un ensemble pilote à trépan comprenant un arbre tournant 28 traverse coaxia-lement le tube 22 et un trépan pilote 28 est fixé à l'extrémité de l'arbre 26, cet arbre pouvant avoir un mouvement axial par 25 rapport au tube 22. L'outil principal et le trépan pilote sont entraînés par des électropompes hydrauliques séparées, non représentées, et la machine 10 est alimentée par un groupe générateur mobile 30 comportant des leviers de commande 32. La machine 10 est dirigée par une structure du type 30 décrit dans la demande de brevet des EUA n° 681 035. Plus particulièrement, l'extrémité arrière du tube pilote 22 est supportée pour pouvoir être déplacée verticalement par rapport au bâti 16 par une commande hydraulique actionnée par le conducteur de la machine 10» Ce réglage de la position est 35 obtenu au moyen des pistons 50 et 52 des vérins 54 et 56. Le bâti 16 est supporté du côté inférieur par des béquilles 34 et 36 venant en contact avec la paroi 14 du.tunnel 12, et il est aussi maintenu par des dispositifs à vérins 38 et 40 6903140 3 2002148 appliqués sur les cotés diamétralement opposés de la paroi 14 du tunnel 12. Ces ensembles à vérins 38 et 40 comprennent chacun un piston 42 dans un cylindre de vérin 44, et le piston est muni à son extrémité d'un sabot 46 appliqué contre la paroi 14. 5 Le liquide hydraulique est envoyé dans les cylindres 44 pour repousser les pistons 42 et appliquer les sabots 46 contre la paroi 14. Le bâti 16 peut ainsi être déplacé horizontalement dans les deux sens en faisant varier simplement le développement relatif des pistons 42, ce qui permet d'orienter horizon-10 talement la machine 10 dans la direction voulue. L'orientation de la machine 10 est ajustée verticalement par l'envoi sélectif de liquide sous pression dans les vérins 54 et 56 pour déplacer l'extrémité arrière du tube pilote 22. Pendant l'orientation de la machine 10, le tube pilote 22 est engagé dans le trou foré 15 pilote 24 de la façon indiquée en 48, et par suite le tube pilote pivote autour de ce point 48. 'Le dispositif de guidage selon l'invention, représenté à titre d'exemple, comporte un appareil de projection à laser 58, un réflecteur 60 fixé sur la machine 10 et une cible 62 montée 20 aussi sur la machine 10. L'appareil projecteur à laser 58 est fixé en un point de la paroi 14 du tunnel 12 dans une position située en arrière par rapport au réflecteur 60 et la cible 62, et il est disposé pour diriger le faisceau de lumière du laser vers le réflecteur 60 qui réfléchi^ ce faisceau. La cible 62 25 est montée dans une position arrière par rapport au réflecteur 60 et à une certaine distance de celui-ci. La cible est aussi situé en dehors du trajet direct de faisceau de lumière émis par l'appareil projecteur 58, et elle est montée pour recevoir directement le faisceau réfléchi par le réflecteur 60. La 30 cible 62 (figure 3) comporte un dispositif de référence pour la comparaison de la lumière réfléchie par le réflecteur 60, ce dispositif de référence comprenant une lentille plan-convexe 64 entourée par des cercles concentriques 66, avec des axes X et Y. 35 La cible 62 est fixée à une extrémité d'un bras de montage tubulaire 68 dont l'autre extrémité est fixée pour pouvoir pivoter en 70 sur la machine 10. Le bras 68 est bloqué de façon réglable par une vis de réglage 72 pour que le réflec 6903140 4 2002148 teur 60 et la cible 62 soient normalement maintenus dans des positions relatives fixées. L'articulation 70 est située sur le coté opposée par rapport à l'axe C du réflecteur 60 et de la cible 62 et à un rayon Rg du point de réflexion sur la cible. 5 Pendant le fonctionnement de la machine 10, le faisceau de lumière est ainsi maintenu sur la lentille 64 (en supposant bien entendu que la cible 62 est maintenue en position par la vis de réglage J2) pourvu que la machine 10 ne soit pas déplacée horizontalement ou verticalement par rapport au trajet 10 désiré. L'appareil projecteur à laser 58 est fixé dans une position convenable pour diriger son faisceau de lumière sur le réflecteur 60 sur un trajet correspondant au trajet prédéterminé suivant lequel la machine 10 doit effectuer le forage. 15 Si la machine 10 ne dévie pas du trajet désiré, le réflecteur 60 projette ainsi le faisceau sur la lentille 64 de la cible 62. Par contre, si la machine 10 subit une déviation horizontalement (c'est-à-dire latéralement par rapport au trajet désiré) la réflexion sur la cible 62 est décalée horizontalement d'une 20 façon correspondante par rapport à la lentille 64. L'importance de ce décalage de la lumière réfléchie par rapport à une déviation donnée de la machine 10 est déterminée par le rapport entre les distances A du point de pivotement ou d'ancrage 48 au miroir 60 et de là distance B entre le point 48 et la cible 6C. 25 Bien entendu, ce rapport varie pour différentes machines et le rapport est choisi pour chaque cas particulier pour la plus grande stabilité. L'observation du décalage de la réflexion par rapport à la lentille 64 de la cible permet au conducteur de la machine 10 30 d'orienter ou de diriger la machine par l'envoi de liquide hydraulique sélectivement dans les vérins 44 pour modifier les développements relatifs des pistons 42 afin de la déplacer latéralement ou horizontalement de la façon voulue pour replacer la réflexion sur la lentille 64. 35 La machine 10 est orientée d'une façon similaire par le conducteur dans le sens vertical pour maintenir la réflexion sur la lentille 64. Pour orienter correctement la machine 10 sur le trajet prédéterminé désiré, la cible 62 étant maintenue 6903140 5 2002148 dans la position réglée, il suffit au conducteur de la machine de maintenir la réflexion sur la lentille 64 par des manoeuvres convenables de direction en fonction des déviations horizontales et verticales pour que la réflexion soit ramenée sur la lentille. 5 II ressort de ce qui précède qu'en plus d'un nouveau dispositif de guidage perfectionné, l'invention apporte un nouveau procédé pour guider une machine pour le percement des tunnels le long d'un trajet prédéterminé. Ce procédé consiste essentiellement à diriger un faisceau de lumière sur un trajet 10 correspondant au trajet prédéterminé de travail de la machine sur un réflecteur produisant un faisceau de lumière réfléchie, à observer la réflexion sur une cible et à orienter la machine d'aprèsle point de réflexion sur la cible pour ramener la réflexion au point voulu. 15 Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. 6903140 6 2002148 REVENDICATIONS 1°- Dispositif de guidage pour une machine à percer les tunnels caractérisé par un dispositif émetteur de signal lumi-5 neux dirigeant un faisceaux de lumière sur un réflecteur de façon que le faisceau soit réfléchi sur une cible espacée du réflecteur et en dehors du trajet direct du faisceau entre le projecteur et le réflecteur pour que la cible reçoive le faisceau de lumière réfléchie par le réflecteur, au moins l'un 10 des éléments constitués par le projecteur, le réflecteur et la cible étant monté sur la machine et un autre sur un support fixe par rapport au tunnel. 2°- Dispositif de guidage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur est monté sur la machine. 15 3°- Dispositif de guidage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cible est montée sur la machine en un point situé à l'arrière de la machine par rapport au réflecteur. 4°- Dispositif de guidage selon l'une ou l'autre des 20 revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif émetteur de signal est monté sur un support fixe par rapport au tunn^'V et en arrière par rapport au réflecteur. 5°- Dispositif de guidage selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cible est mon-25 tée sur la machine par l'intermédiaire d'un dispositif articulé sur la machine, le point d'articulation de ce dispositif de montage sur la machine étant situé par rapport à l'axe central de la machine à un rayon égal au rayon du point de réflexion de la cible par rapport à l'axe du faisceau de lumière. 30 6°- Dispositif de guidage selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé par un dispositif de réglage du niveau de la cible. 7°- Dispositif de guidage selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le dispositif émet-35 teur de signal est un appareil à laser. 8°- Dispositif de guidage selon l'une ou. l'autre des revendications 1 à J, caractérisé en ce que la eible comporte des repères de référence pour déterminer le point dfarrivée du faisceau réfléchi. 6903140 7 2002148 9°- Procédé pour guider une machine à percer des tunnels le long d'un trajet prédéterminé, caractérisé par l'envoi d'un faisceau de lumière le long d'un trajet correspondant au trajet prédéterminé pour la machine vers un réflecteur pour que celui-ci réfléchisse le faisceau vers une cible, l'observation du point de réception du faisceau réfléchi sur la cible et le réglage de l'orientation de la machine, en fonction de la position du faisceau réfléchi sur la cible.