Brevet FR2340535A1 — publié le 19770902

La présente invention concerne un engin tubulaire de forme générale cylindrique comprenant dans le prolongement l'un de l'autre au moins un pousseur fou tracteur) et un mesurer (ou testeur) remorquant un câble d'alimentation électrique et de données et destine à explorer une cavité cylindrique mais de long tracé, le pousseur comportant au moins un train transverse de roues motrices entraînées par un moteur électrique incorporé et un train transverse de roues porteuses d'équilibrage. On cornait notamment par la demande de brevet français N PV 72-35163 du 4 octobre 1972 intitulée "Appareil de contrôle dimensionnel d'un guide d'ondes circulaire" au nom de Jean Yves LE TRAON, un engin tracteur-mesureur cont l'organe de propulsion est à une roue motrice entraînée par moteur électrique incoryoré, élastiquement suspendu et de vitesse réglable, éventuellement asservie. L'adhérence de la roue motrice à la surface @e la cavité exlloree est donc due uniquement au poids du moteur monté en porte à faux. Un tel engin présente un certain nombre d'inconvénients. Il ne permet que difficilo..ent C. suivre une génératice prédéterminée d'une cavité cylindrioue . explorer, par exemple celle d'un guide d'ondes. Il en résulte que les mesures, par rapport à un plan de ré érence fixe, sont impossibles à faire.D'un autre côté, son effort de traction Dc-ut s'avcrer parfois insuffisant, compte tenu du poids du câble à remorquer (qui peut dépasser 7 kg sur une longueur de 250 m) e@ surto@@ des rampes ascendantes éventuellement rencontrées (il ne peut guère dépasser des pentes de 15 i).. Enfin, les vibrstions mécani@ues du moteur et de la transmission risquent de perturber les r@sultats de mesure. La presente invention a pour but de supprimer ou tout au moins d'atténuer fortement @es inconvénients en proposant un engin du type défini initiale ent qui en soit largement affranchi. A cette fin suivant l'invention, un engin du type défini initialement se caractérise en ce que ledit pousseur (ou tracteur) comporte d'une part, à l'opposé dudit grain de roues motrices, une roue directrice, montée à translation et rotation libres relativement à unc direction radiale de l'engin, susceptible grâce à un ressort de rappel d'arc-bouter l'engin contre le pourtour intérieur de toute section droite fie la cavité et s'orientant d'elle-même suivant un angle Or, dans un sens ou dans l'autre, avec les génératricas de l'engin, de façon que celui-ci entreprenne dans la cavité un mouvement bélicoïdal d'angle od(od &alpha;;M de l'engin dans la cavité, compté å partir d'un plan diamétral prédéterminé de référence et qui, lorsque cet angle limite est atteint, commande le basculement de la roue directrice en sens opposé au précédent, pour l'abandonner ensuite å nouveau à elle-môme. Avantageusement, le pousseur (ou tracteur) est séparé du mesureur par un Joint du genre cardan n'interdisant que les translation et rotation relatives à la direction longitudinale et comportant au moins une pla ue de résine synthétique embêchant la transmission au mesureur des chocs et vibrations provenant du pousseur. D'autres caractéristiques et avantages de l'engin suivant l'invention ressortiront de la description qui suit d'un exemple préféré de réalisation et de l'examen des dessins annexés cor@es- pondants, dans lesquels : - la Fig. 1 est une vue d'ensemble d'un engin suivant l'invention - la Fig. 2 est une vue en coupe axiale du sous-ensemble comprenant pousseur et joint intermé diaire, prise suivant un plan passant par la roue directrice - les Figs. 3A à 3F sont des vues en coupes transversales prises suivant les lignes AA à FF respectivement de la Fig.2 - la Fi. 4 est une vue partielle an coupe axiale, prise à 900 de celle de la Fig. 2. Tel nu'il est représenté à la Fi;. 1, un engin suivant l'invention comprend essentiellement un pousseur 1, un Joint intermédiaire II et un mesureur III, celui-ci dans l'exemple cnoisi comprenant lui-même un chariot III1 et un chariot III3 sóparés par un joint III2 tel que les deux chariots puissent prendre l'un per rapport à l'autre un angle différent de zéro (ou 180 ) dans le c@s où la cavité cylindrique dans la@uelle avance l'ensemble n'est pas de tracé rigoureusement rectiligme. Les Figs. 2 à 4 se li@i@ent au sous-ensemble du ponsseur I et du joint intermédiaire II. On se propose de décrire d'abord co@plète @@t le @o@saeur I. Dans une enveloppe 10 de forme @énéralo cylindrique et par exemple en aluminium est @ixé un moreur loctrique réversible 11, @ont l'arbre, pour des raisons d'encombrement est coaxial à cette enveloppe. Immédiatement en arrière de ce motour est fixé dans l'envcloppe un premier bloc 12 porteur d'un @xe 151 entraîné par le @oteur, par l'intermédiaixe @e @eux pignons 13, 14 hélicoï aux à 43 ou coniques, et sur lequel sont calées deux roues motric@@ 15, ai@si que d'un axe 161 non entraîné sur lequel est montée folie une roue directrice 16. Les deux roues motrices 15 sont orientées parallèlement l'une à l'autre et aux génératrices de l1enveloppe, elles sont porteuses de bandages pleins par exemple en caoutchouc et sont espaces l'une de l'autre de façon que ces bandages soient appliqués sur la surface intérieure de la cavité à explorer en deux points, restant écartés l'un de l'autre d'un arc. correspondant à un angle (angle au centre d'une section droite de ltenveloppe) de 1200. L'effort pressant d'appli- cation des roues 15 provient de la roue directrice 16, conne on va le voir maintenant. La roue directrice 16 est disposée dans le bloc 12 légèrement sur l'arrière du train moteur 15, pour des raisons d'encombrement@ L'axe 161 de cette roue est porté, non directement par le blos 12, mais par un piston 17 diamétralement fendu, par exemple en acier, monté libre en translation et en rotation dans une cuvette cylindri- que 18 d'axe géométrique perpendiculaire aux génératrices de l'en- veloppe et à l'axe 151 des roues motrices.Entre le piston 17 et la cuvette 18 sont interposés un manchon 19, par exemple Un et un roulement 21 constitué par une simple cage, par exemple en @@ laiton, porteuse de billes sur toute sa hauteur Entre les faces en regard du piston 17 et du fond de la cuvette 18 est interposé um: ressort de compression 22 qui repousse le piston et pat conséquent la roue directrice vers l'extérieur, plus précisément de façon que cette roue soit appliquée sur la surface intérieure de la cavité à explorer en un, point équidistant des points d'application des rows motrices, vus. précédemment.Enfin, la tige du piston 17 qui s'en- fonce librement dans un perçage du bloc 12, radial et coaxial à la cuvette 18, d'abord de forme cylindrique 171, servant d ressort 2?, se prolonge par une queue de section carrée 172, permet-: tant de commander la position en rotation de la roue 16. À cette fin, la queue 172 du piston 17 s'emmanche à frottement doux dans une ouverture complémentaire donne première plaque 231 d'une pièce e 23; plaque qni est ici de forme triangulaire (voir Fig. 4) et qui est en tout cas astreinte à rester dans un plan parallèle au fond de la cuvette 18, au moyen de guidages 121, 122 pratiqués dans le bloc 12. À son extrémité inférieure, la queue 172 du piston 17 présente une bague d'arrêt 173, coopérant avec la plaque t3t pour limiter les déplacements de la roue 16 vers l'extérieur. Àvec la plaque 231 fat corps à son arrière une seconde plaque 232 qui, au repos, est orientée perpendiculairement aux genératrices de l'enveloppe et dans laquelle sont enchausses, perpendiculairement à la plaque 231 et symétriquement par rapport à un plan diamétral de l'enveloppe, deux barreaux 24, 24' en fer magnétique, c'est-à-dire extra doux (un seul visible à la Fig. 2). Ces deux barreanx 24, 24' coopèrent avec deux électro-aimants 25, 25' respectivement (un seul visible à la Fig. 2), dont les axes géométriques parallèles a celui de l'enveloppe sont dans un plan dia- métral de l'enveloppe, parallèle à la plaque 23t. Sur chacun des électro-aim@nts, et par exemple sur 25, le noyau proprement dit 251 est disposé dans l'axe d'une pièce en U, 252, en fer magnétique et dont les extrémités libres sont en regard de celles du barreau cor- respondant 24, moyennant des entrefers 253 représentés au repos. L'ensemble des deux électro-aimants 25, 25' est porté par un second bloc 26 fixé dans l'enveloppe 10. Chacune des deux pièces en U, 252 252', et par exemple 252, s@ pro longe sur l'arrière par une queue coaxiale 254 traversant sans frottement la paroi de fond d'un troisième bloc 27 évidé en cuvette coaxiale à l'enveloppe et également fixé dans celle-ci. Entre pièce en U, 252, considérée et la parol de fond de la cuvette interposé un ressort de compression de rappel 28. La queue 254 qui sert de guidage à ce ressort porte, intérieurement à la cuvette 27 et vissé sur elle, un éreou 29 en forme de tambour.Le pourtour de @@@ écrou est percé de trous borgnes régulièrement espacés, accessibl@@ de l'extérieur de l'enveloppe et permettant, par exemple au moyen d'une barre de manoeuvre (non représentée), de régler la position de la pièce en U associée 252, doncla valeur au repos des entrefers correspondants 253. L'électro-aimant 25' est pourvu du même système de réglage des entrefers, en sorte que les deux réglages se font indépendamment l'un de l'autre. Sur l'arrière du bloc 27 est fixé dans l'enveloppe un bloc 31 porteur d'une roue codeuse qui sera vue plus loin et d'un détecteur d'angle d'erreur limite @M, compté à partir d'un plan diamétral de référence de la cavité à explorer. En effet, comme on le verra plus loin de façon plus précise, la roue directrice prend par ell-même, en l'absence de courant dans les electro-aimants 25, 25', une position d'équilibre faisant un certain angle er avec les gónératrices de l'enveloppe et de la cavité à explorer.Il en résulte que l'engin s' enfonce dans la cavité à explorer d'un mouvement heli- coïdal défini par un an le ed avec mêmes génératrices, donc en s'éloignant progressivement du plan diamétral de référence que l'on s'est fixé, par exemple pour effectuer des mesures. En d'autres termes, l'engin tourne dan la cavité à explorer d'un angle &alpha; croissant que l'on se propose delimiterà une valeur maximale Le détecteur d'augle limite comprend les éléments suivants.Un pendule 32 essentiellement constitué par une plaque plane 321 orientée perpendiculairement au gónératrices de l'enveloppe 10 et lestée inférieurement par une masse 32z, par exemple en plomb, peut pivoter par simple gravité autour d'un axe 323 porté par le bloc 31, moyennant interposition de roulements 324. De part et d'autre d'une position du pendule 32, correspondant audit plan de référence, sont disposés deux optocoupleurs 33, 33' (un seul visible sur la Fig. 2) en eux-mêmes connus et constitués chacun, par exemple 33, par une diode électroluminescente 331 émettrice et par un phototransistor 332 récepteur; les deux optocoupleurs sont montés sur des guidages (non représentés) de façon à être d'espacement réglable de l'extérieur. Le mole d'action de ce détecteur est le suivant. Lorsque, par suite du mouvement hélicoïdal d'avance de l'engin dans la cavité à explorer, mouvement déjà mentionné ci-dessus, l'engin a tourné dans cette cavité dans un sens quelco@@ue et n partir dudit plan de référence d'un angle &alpha;M, le pendule vient couper le faisceau lumineux de l'optocoupleur correspondant an sens dans lequel 1'engin a tourné.Au moyen d'une circuiterie ne faisant pas partie de lin - vention (et donc non représentée), mais qu'on explicitera quelque peu plus loin, cette coupure tu faisceau lumineux dtun optocoupleur déterminé a pour effet @'alimenter en courant pródéterminé un des électro-aimants 25, 25' de façon telle ne la roue directrice 16 permute brusquement son sens d'inclinaison par rapport aux génératrices de l'enveloppe donc de la cavité à explorer, en sorte que l'engin change le sens de son mouvement hélicoïdal, que ledit electro-aimant cesse d'être alimenté et que, sous l'effet de la nouvelle position d'équilibre de la roue 15, le mouvement hélicoidal se poursuit jusqu'à ce que le détecteur provoque une nouvelle permutation, en sens inverse ce la précédente, de l'inclinaison de la roue directrice.On voit @ue, dans ces conditions, la trajectoire suivie par le point @'apolication de la roue directrice, concrétisant la position en rotation du dispositif par rapport au plan de référence, est au moins approximativement constituée par une succession d'arcs égaux d'hélice de merle pente, mais de sens contraires, axées sur une genératrice de référence ou, sur un développement de la surface de la cavité à explorer, une ligne en zig-zag constituée -de segments de droite graux également inclinés sur une droite moyenne de référence. Les guidages sur lesquels sont montés les optocoupleurs permettent de régler l!angle limite s à une valeur. optimale, par exemple de l'ordre de 2 degrés La circuiterie (non représentée) permettant le fonctionnement des optocoupleurs en liaison avec les électro-aimants, circuiterie en elle-même connue, est faite de circuits intégrés logés dans la partie creuse du bloc 27, évidé comme on l'a vue en cuvette.Elle comprend en particulier - les résistances de charge des phototransistors - des diodes limitatrices de tension, montées en inverse et en parallèle sur les bobinages des électro-aimants et permettant de dissiper, lors des coupures, les énergies stockées par les autoinductances correspondantes dans les- résistance-s de ces bobinages ; - enfin des relais inverseurs de commandes des électro-aimants 25, 25' par le détecteur 32, 33, 33' lorsque l'engin est en marche arrière, de façon que dans ce cas les inclinaisons imprimées à la roue directrice 16 soient en sens inverses de ceux de marche avant. Le bloc 31 porte en outre, par-l'intermédiaire d'un bloc secon- daire 35 convenablement évidé,articulé -à pivotement autour d'un axe 351 et. moyennant un ressort de compression de rappel interposé 36, une roue codeuses 37 munie d'un bandage plein, par exempleen caout- chouc, montée folle sur ml axe 371 et appliquée fermement par ledit ressort sur la surface intérieure de la cavité à explorer. Cette roue codeuse en elle-même est percée d'une ouverture transverse venant à chaque tour assurer le lancement d'une impulsion par une barrière photoélectrioue 38.Ces impulsions, transmises à un compteur (non représenté) extérieur à la cavité, permettent de déterminer à la fois la positon et la vites de l'engin ans son mouvement d'avance dans la cavité à explorer. Sur l'arrière du bloc 91, un cinquième bloc 41 renferme (voir Fig. 3F), vissés intérieurement, deux axes 421 inclinés sur lesquels sont montées folles deux roues pprteuses 42, d'équilibrage de l'engin, roues à bandages en acier, orientées . e façon que leurs points de contact avec la surface intérieure de la cavité à explo- rer soient à 12C- l'un de l'autre. Le joint intermédiaire II visible sur la gauche de la @ig. 2 et en-coupe à la Fig. 3A, comporte un bloc central 51 porteur d'axes croisés 511, 511' et 512, 512' emmanchés sans frottement dans deux blocs fourchus 52, 52' identiques, tournés de 90 l'un par rappod@@ à l'autre et respectivement solidaires 52 du pouss@@@, @@@ @@ @@@@@@ reur, mais mouennant l'interposition de plaques de résine synt@éti@ que 521, 521'. Ces plaques interposées sont ancrées lors de le@@ moulage sur les faces métalliques encadrantes gr@@e à des go@ge@ annulaires telles que 522 profilées en queue d'aronde pratiquées dans ces faces.Ces plaques de résine sont appelées à absorber les vibrations mécaniques notamment du moteur et les chocs, par ceux provoqués par les claquements de permutation de la roue directrice, de maniêre à ne perturber en rien le fonctionnement du mes@- reur. On voit que, dans ces conditions, le joint II assure entre le pousseur I et le mesureur III quatre degrés de liberté, les seuls interdits étant les translation et rotation relatives à la direction longitudinale de l'engin. Le joint intermédiaire II comporte en outre, sur l'avant du joint proprement dit qui vient d'être décrit, un détecteur de @angle vrai actuel. d"inclinaison dn Joint II par rapport aa plan diamétral de référence. Ce détecteur en lui-même se compose d'un pendule 53 lié en rotation au curseur d'un potentiomètre 54 de précision luimême lié au joint II. Le signal électrique analogique délivré par le potentiomètre est représentatif de l'angle cherché. Quant au mesureur III qui ne fait pas partie à proprement parler de l'invention, il peut être d'un type quelconque. Il peut d'airleurs être incliné d'un angle quelconque choisi à volonté par rapport an pousseur. Il peut en particulier servir à des mesures : - de courbures de tracé d'un guide d'onde ou d'une conduite d'une part dans un plan vertical, d'autre part dans un plan horizontal ; - de diemètres de guide ou de conduite dans deux directions de plans, rapprochées ou non, que l'on change à volonté. Bien entendu, l'engin remorque un câble renfermant autant de conducteurs qu'il est nécessaire pour assurer t "I' - d'une part, les alimentations avec retours en. toutes les tensions voulues du moteur, des électro-aimants, de la roue codeuse, des optocoupleurs, du détecteur d'angle d'inclinaison vraie et du t mesureur ; - d'autre part, l'extraction des informations à provenir de la roue codeuse, du détecteur d'angle et du mesureur Les conducteurs de ce câble avant d'accéder chacun å. point de l'engin à desservir sont amenés à traverser celui-ci sur de certaines longueurs en passant par des ouvertures des blocs, dont certaines sont visibles sur les figures. L'engin ainsi décrit répond au but pour suivi pour les raisons suivantes. On peut régler la raideur du ressort 22 ae façon que l'effort de poissée vrai soit suffisant, compte tenu du coefficient de frot- tement des bandages en caoutchouc des roues motrices sur la surface interne de la cavité à explorer, même dans le cas d'une forte rampe ascendante. Les seules limites à cet effort pressant tiennent; à l'écrasement des bandages et à la déformation de la cavité. L'utilisation de trois roues à 120 l'une de l'autre n'augmente pas évidemment, à puissance donnée du moteur, l'effort de poussée. Mais il permet de réduire d'environ sept fois, comme le montre un calcul de résistance des matériaux, les contraintes et donc les déformations exercées sur la surface interne de la cavité, en conparaison de ce que donnerait ltensemble de deux roues seulement, diamétralement opposées. L'équipage utilisé d'un train de deux roues motrices 15 orientées suivant les génératrices de la cavité à explorer et d'une roue directrice 16 écartée d'un angle e r de ces génératrices, fait que l'engin décrit dans la cavité -dans les limites permises par l'asservissement décrit, en tout ou rien - une trajectoire hélicoidale faisant un angle Gd avec ces génératrices. Un calcul de statique montre que ces angles #r et #d sont liés par la relation suivante Rf sin(#r - #d) cos(#r - #d) - (R+#1 Mg)f1 sin#d - #2 Mg f2 sin#d # 0 où R est l'effort pressant sur la roue directrice. #1 Mg et #2Mg les portions de poids de l'engin appliquées sur le train moteur avant et sur le train porteur arrière respetivement. f, fl et f2 les coefficients de frottement entre la surface intérieure de la cavité et la roue directrice, le train moteur et le train porteur respectivement. De la relation ci-dessus, on tire R @d # # 1Mg + 2 R @r ce qui montre qu'en faisant varier théoriquement R de zéro à l'infini, ed varie corrélativement de 0 à #r/2. En prenant #1 Mg du même ordre de grandeur que R, on a #d # #r/3. Il y a de toute façon proportionnalité entre 9r et 9d R E V E N D I C A T I O N S 1 - Engin tubulaire de forme générale cylindrique comprenant, dans le prolongement l'en de l'autre, au moins un pousseur (ou trac te@@) et un mesureur (ou testeur) remor@uant un câ le d'alimentation électrique et de sortie de données et destiné à explorer une cavité cylindrique mais de long tracé, le pousseur comportant au moins un train transverse de roues motrices entraînées par un moteur électrique incorporé et un train transverse de roues porteuses d'équilibrage, caracterisé en ce que ledit pousseur (ou tracteur) comporte, d'une part à l'opposé dudit train @ ro@es motrices une roue directrice, montée à translation et rotation libres relativement à une direction radiale de l'engin, susceptitle, @râce à un @essort de rappel, d'arcbouter l'engin contre le pourtour intérieur de toute section droite de la cavité et s'orient@nt d'elle-même suivant un angle er, dans un sens ou @ ans l'autre, avec les génératrices de 1 engin, de façon que colui-ci entreprenne dans la cavité un mouvement hélicoïdal d'angle #d (#d #r) avec les mêmes énératrices, d'autre part un détecteur d'an@le limite de rot@tion &alpha;;M de l'on in dans la cavité, compté à partir d'un plan diamétral prédéterminé de @éféronce et qui, lorsque cet an@le limite est attoin@, com an e le basculement de la roue directricc en sens o@posé au préc@@ent, pour l'a@andonner ensuite à nouveau à elle-même. 2 - En@in tubulaire selon la reven ication 1, caractérisé en ce que le train moteur est composé de deu@ roues qui, avec la roue directrice, ont leurs points de roulement régulièrement répartis à 120 l'un de l'autre, leur c@pacement lon itu@inal étant aussi faible que possible. 3 - Engin tubul@i@e selon l'une des revendic tions 1 ou 2, caractérisé en ce que la commande de basculement, par le détecteur d'angle limite, de la roue directrice est faite au moven de l'un ou l'antre de deux électro-aimants disposés de part et d'autre de celle-ci. 4 - Engin tubulaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que les électro-aimants sont mont@s sur des guidages de façon à pouvoir régler de l'extérieur de l'en@in leurs positions longitudinales, pa@ la leurs entrefers et par suite les valeurs des inclinaisons # #r à prendre par la rouo directrice à chaque basculement. 5 - Engin t@bulaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit détecteur d'angle limite est d'un type sans contacts ni frottements. 6 - Engin tubulaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit détecteur d'angle limite est constitué par un pendule coopérant avec deux optocoupleurs dont les positions symétriques par rapport à un plan de référence concrétisent les inclinaisons limites # &alpha;M de l'engin par rapport à ce plan. 7 - Engin tubulaire selon la revendication 62 caractérisé en ce que lesdits optocoupleurs sont montés sur des guidages de façon à pouvoir régler de l'extérieur de l'engin leur espacement et par suite la valeur de 8 - Engin tubulaire selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce eue les commandes ae l'un ou l'sutre des électroaimants par le détecteur d'angle limite se fait en direct lorsque l'engin est en marche avant et par l'intermédiaire de relais inverseurs lorscue 1' engin est e.n marche arrière. 9 - Engin tubulaire selon l'une des revendications 1 à 8, caracterisé en ce eue le pousseur (ou tracteur) est séparé du mesureur par un je nit du genre cardan n'interdisant que les trans- lation et rotation relatives à la direction longitudinale de l'engin et comportant au moins une plaque de résine synthétique empêchant la transmission au mesureur des chocs et vibrations provenant du pousseur.