Brevet FR2467382A1 — publié le 19810417

L'invention concerne un dispositif de contrôle du diamètre d'un trou cylindrique usiné dans une pièce de forte épaisseur, dans deux plans différents passant par l'axe du trou et suivant toute sa longueur. Dans la fabrication des générateurs de vapeur, tels que les gé- nérateurs de vapeur utilisés dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression, il est nécessaire d'effectuer le contrôle dimensionnel des trous cylindriques traversant la plaque tubulaire, après leur usinage. En effet ces trous cylindriques de grande longueur traversant la plaque tubulaire reçoivent les tubes du faisceau qui sont dudgeonnés à l'intérieur de ces trous de la plaque tubulaire. Pour assurer une bonne jonction entre les tubes et la plaque, il est donc nécessaire que les trous dans la plaque tubulaire soient de section constante sur toute l'épaisseur de la plaque. Pour contrôler que cette section du trou est bien constante sur toute la traversée de la plaque, il faut effectuer des mesures de diamètre sur toute la longueur du perçage, et dans des plans axiaux, c'est-à-dire passant par l'axe du trou, différents. On effectue généralement des contrôles de diamètre dans deux plans axiaux perpendiculaires et sur toute la longueur du trou traversant la plaque tubulaire. Pour effectuer ce contrôle dimensionnel, on utilise un disposi- tif à commande manuelle permettant de déplacer à l'intérieur du trou un tampon portant un palpeur tel qu'un palpeur électronique permettant d'af- ficher sur un écran de visualisation les valeurs du diamètre avec une très bonne précision. Pour chacun des trous, on effectue un balayage complet de toute la longueur du trou suivant deux plans axiaux faisant un angle de 90 . Cette méthode de contrôle n'est cependant pas entièrement sa- tisfaisante à cause de l'imprécision des mesures due au fait que la vi- tesse de déplacement du tampon portant le palpeur de mesure n'est pas constante et qu'on ne connaît pas avec précision la position du palpeur suivant la longueur du trou pendant les mesures. D'autre part le. déplacement par moyens manuels du tampon de me- sure qui doit être reproduit pour chacun des tubes traversant la plaque tubulaire est une opération longue et pénible. On connaît d'autre part un dispositif décrit dans le brevet français 2. 386.803 qui permet une certaine automatisation des opérations de contrôle dimensionnel d'un alésage. Le dipositif décrit comporte une tête de mesure à touches mo- biles déplaçable angulairement par un système de gachettes lorsqu'on a réalisé le positionnement et l'immobilisation axiale du dispositif dans l'alésage. On peut effectuer un affichage de la mesure soit sur le corps de l'appareil soit sur un élément enregistreur indépendant. Un tel dispositif permet de déceler des défauts dimensionnels de l'alésage dans un plan radial mais pas dans des plans axiaux disposés angulairement. On ne connaît donc pas de dispositif capable d'effectuer des contr8les dimensionnels sur toute la longueur d'un trou pratiqué dans une pièce de forte épaisseur et dans des plans axiaux différents. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de contr8le du diamètre d'un trou cylindrique usiné dans une pièce de forte épaisseur, dans deux plans différents passant par l'axe du trou et sui- vant sur toute sa longueur, ce dispositif permettant de réaliser des dé- placements précis et réguliers d'un moyen de mesure de diamètres et d'ef- fectuer le contr8le de façon rapide et automatique. Dans ce but, le dispositif suivant l'invention comporte - un premier support comportant une cavité centrale sur toute sa longueur et des moyens pour sa fixation amovible sur la pièce de forte épaisseur de façon que la cavité soit dans le prolongement du trou, - un second support monté sur le premier support, rotatif autour d'un axe confondu avec ltaxe du trou lorsque le premier support est fixé sur la pièce de forte épaisseur, comportant une cavité de direction axiale, dans le prolongement de la cavité centrale du premier support, - un arbre portant un moyen de contrôle d'alésage à l'une de ses extrémi- tés disposé axialement à l'intérieur des cavités des deux supports, de façon que son extrémité portant le moyen de contr8le d'alésage soit diri- gée vers le trou de la pièce de forte épaisseur, le diamètre de l'arbre et les dimensions transversales du moyen de contrôle permettant leur li- bre déplacement à l'intérieur du trou, - un premier moyen moteur monté sur le premier support pour lorientation- angulaire avec blocage en position du second support par rapport au pre- mier, dans l'une ou l'autre de deux positions correspondant respectivement à des positions permettant d'effectuer le contrôle dans l'un ou l'autre des plans axiaux, - un second moyen moteur et des moyens de guidage portés par le second support pour le déplacement de l'arbre en translation axiale dans un sens et dans l'autre, sur une distance au moins égale à la longueur du trou, l'arbre se déplaçant librement à l'intérieur de la cavité-axiale du pre- mier support et des moyens de commande du premier et du second moyen moteur pour la mise en marche du premier moyen dans un sens ou dans l'autre et l'arrêt du second, quand le second moyen moteur a effectué une translation com- plète correspondant au parcours du moyen de contrôle sur toute la lon- gueur du trou, dans un sens ou dans l'autre et inversement pour l'arrêt du premier moyen moteur et la mise en marche du second, lorsque le pre- mier moyen moteur a terminé son mouvement d'orientation du second support dans un sens ou dans l'autre. On va maintenant décrire, en se référant aux figures jointes en annexe, à titre d'exemple non limitatif, une réalisation du disposi- tif suivant l'invention. La figure 1 représente une vue de dessus du dispositif sui- vant l'invention avec son axe en position horizontale. La figure 2 représente une vue suivant A de la figure 1. La figure 3 représente une coupe suivant B B de la figure 2. Le dispositif représenté sur les figures est utilisé pour le contrôle de diamètres des trous traversant la plaque tubulaire d'un géné- rateur de vapeur d'un réacteur à eau sous pression. Dans une telle plaque de forte épaisseur, les trous à l'inté- rieur desquels on dudgeonne les tubes du générateur de vapeur sont dispo- sés suivant un réseau régulier à mailles carrées et traversent toute l'épaisseur de la plaque. Ainsi qu'il est visible sur les figures 1, 2 et 3, le disposi- tif est constitué par un ensemble de deux supports 1 et 2 comportant une cavité centrale 3 les traversant entièrement, à l'intérieur de laquelle est disposé un arbre 4 portant à son extrémité le tampon de mesure 5. Lorsque le dispositif est en place sur la plaque en cours de contr8le 10, le support 1, ou premier support, assure la mise en place du dispositif de contrôle sur cette plaque grâce à deux centreurs 8 et 9 introduits dans deux trous adjacents de la plaque tubulaire. Le premier support 1 comporte une plaque de base 6 portant les deux centreurs 8 et 9 qui lui sont reliés rigidement, une plaque in- termédiaire 11 fixée à la plaque de base 6 par des vis 14, solidaire d'un arbre creux 15 prolongeant la plaque 11 vers l'extérieur et un carter 12 ménageant avec l'arbre creux 15 suivant la direction axiale 18 une partie de la cavité axiale 3 dans laquelle est disposé l'arbre 4. Le carter 12 ménage également un logement annulaire 20 autour de la surface externe de l'arbre 15 à ltintérieur duquel sont disposés des paliers à roulements 21 et 22 dont la bague externe est solidaire du carter 12 et dont la bague interne est solidaire de l'arbre 15. Les pa- liers 21 et 22 ont pour axe commun, l'axe 18 de l'ensemble du disposi- tif. Grâce à ce montage on peut faire tourner la partie externe du support 1 portant le support 2 et l'arbre 4 autour de l'axe 18, par rap- port à la partie interne du support 1 dont la position est fixe par rap- port à la plaque tubulaire 10. Un dispositif de blocage 25 comportant une poignée 26, un doigt 27 et un ressort 28 coopérant avec une ouverture 30 ménagée dans la plaque intermédiaire 11 du support 1 permet un blocage en rotation de la partie arrière du dispositif par rapport à la partie antérieure mise en place sur la plaque tubulaire 10. En manoeuvrant la poignée 26 on peut placer le dispositif dans une position angulaire permettant son adaptation à la zone de la plaque tubulaire sur laquelle on effectue le contr8le. Les centreurs 8 et 9 sont disposés sur la plaque de base 6 de façon que ces deux centreurs et l'arbre 4 disposés suivant l'axe 18 du dispositif puissent s'engager simultanément dans trois trous adjacents de la plaque tubulaire 10. Une poignée 31 solidaire du carter 1 permet la préhension et le transport du dispositif. Le support externe 2, ou deuxième support, est constitué par un carter allongé 32 percé d'une cavité axiale qui vient dans le prolonge- ment de la cavité axiale du support 1 pour constituer le logement 3 de l'arbre 4 et une embase 34 fermant partiellement le carter 32 à son extré- mité assurant la liaison avec le support 1. Dans cette partie, le carter 32 ménage un logement 35 autour de la partie du carter 12 du support inférieur 1 constituant un arbre creux. Dans le logement 35 sont disposés des paliers à roulements 37 dont la bague interne est reliée au carter 12 et dont la bague ex- terne est reliée au carter 32. Les paliers à roulements 37 ont pour axe commun l'axe 18 du dispositif et sont maintenus dans le logement 35 par l'intermédiaire de l'embase 34. L'embase 34 porte sur une partie de sa périphérie un secteur denté 36 en prise avec un pignon 38 solidaire de l'arbre de sortie 39 d'un moteur 40 porté par le support 1. Le secteur denté 36 en prise avec le pignon 38 permet de faire effectuer une rotation de 900 au support 2 par rapport au support 1, lorsque le moteur 40 est alimenté pendant un temps court suffisant pour effectuer la rotation. Le moteur 40 assure également le blocage en posi- tion angulaire du support 2 par rapport au support 1. Le carter 32 porte dans des lumières telles que 42 un ensemble de trois galets tels que 43 disposés à 1200 autour de la cavité axiale 3 du carter 32 légèrement saillants à l'intérieur de cette cavité. Le carter 32 porte également un pignon 45 monté rotatif à l'in- térieur d'un évidement 46 du carter et relié à l'axe d'un moteur 50 per- mettant sa mise en rotation. Le pignon 45 est légèrement saillant à l'intérieur de la cavi- té axiale 3 du carter 32 et engrène avec une crémaillère 48 usinée sur une partie de la surface externe de l'arbre 4. Un galet 51 monté dans une lumière 52 du carter 32 et légère- ment saillant dans la cavité 3 de façon qu'il soit en contact de roule- ment avec l'arbre 4, permet d'exercer un effort radial sur l'arbre 4 an- tagoniste dql'effort exercé par le pignon 45. Le pignon 45 et son galet antagoniste 51, ainsi que les galets 43 permettent un entrainement en translation axiale et un guidage de l'arbre 4 à l'intérieur du support 2. L'arbre 4 se déplace librement à travers la cavité 3 axiale ménagée dans le support 1, cette cavité cylindrique ayant un diamètre supérieur à celui de l'arbre 4. La longueur de la crémaillère usinée sur l'arbre 4 est suffi- sante pour que cet arbre puisse être déplacé en translation dans un mou- vement dtune amplitude au moins égale à la longueur du trou-à contrôler. L'alimentation du moteur 50 permet de faire effectuer le mouve- ment de l'arbre 4 dans un sens et dans l'autre par inversion du sens de rotation. Le support 1 porte d'autre part deux contacts électriques à poussoirs 54 et 55 coopérant avec la surface externe du support 2 ayant un profil constituant une came dans la zone se trouvant en face des con- tacteurs 54 et 55, lors des rotations du support 2 d'un quart de tour dans un sens et dans l'autre, par rapport au support 1. Le contacteur 54 est actionné par la came usinée sur le support 2 lorsque ce support a terminé son mouvement d'orientation autour de l'axe 18, par rapport au support 1, dans un sens et ce contacteur 54 interrompt alors l'alimentation du moteur 40 et provoque l'alimentation du moteur 50 pour faire effectuer à l'arbre 4 et au moyen de contrôle de diamètres relié à son extrémité une translation à l'intérieur d'un trou de la plaque tubulaire. Le contacteur 55 effectue les mêmes opérations pour l'autre po- sition angulaire du support 2 par rapport au support 1. Deux autres contacteurs à poussoirs 56 et 57 sont d'autre part disposés à l'intérieur du carter 32, des trous de direction radiale dé- bouchant dans la cavité centrale 3 assurant le passage des tiges de poussoirs actionnées par des bifles légèrement saillantes à l'intérieur de la cavité 3 coopérant avec la surface externe de l'arbre 4 comportant des rainures, si bien que les tiges des poussoirs ne sont pas actionnées pendant le passage des rainures de ltarbre au niveau des contacteurs 56 et 57. En fin de parcours de l'arbre 4 dans un sens et dans l'autre, cet arbre présente en face des contacteurs une zone ne comportant plus de rainures, si bien que les contacteurs 56 et 57 sont actionnés pour l'ar- rêt du moteur 50 et pour la mise en marche du moteur 40 dans un sens ou dans l'autre. Le fonctionnement du dispositif peut être ainsi rendu entière- ment automatique. La plaque intermédiaire 11 porte d'autre part un contacteur 60 qui est enclenché lorsque le dispositif est dans sa position correcte au- dessus de la plaque contrôlée 10. On peut alors déclencher le cycle de fonctionnement du disposi- tif pour le contrôle d'un trou de la plaque tubulaire. Pour mettre le dispositif de contrôle en position de service, il suffit de régler l'orientation angulaire de la partie rotative du sup- port 1 par rapport à la partie fixe de façon à pouvoir placer les cen- treurs 8 et 9 dans deux trous de la plaque tubulaire adjacents aux trous à contrôler. Pour cette mise en place, l'arbre 4 est en position entière- ment rétractée à l'intérieur du dispositif et lorsque la mise en place est réalisée, l'axe 18 de l'arbre 4 est confondu avec l'axe du trou à con- trôler, la disposition des centreurs 8 et 9 par rapport à l'axe du disposi- tif étant prévue pour reproduire la maille triangulaire de trois trous adjacents. Lorsque la position du dispositif est correcte, le contrac- teur de sécurité 60 est enclenché et l'on peut démarrer le cycle des opérations de contrôle. Le moteur 50 est alimenté grâce à l'un des contacteurs 54 et 55 de façon que le pignon 45 mis en rotation par le moteur fasse Péiétrer le tampon de mesure disposé à l'extrémité de l'arbre 4, à l'intérieur du trou à contrôler dans un mouvement à vitesse constante au cours duquel le palpeur électronique de mesure disposé à l'extrémité de l'arbre 4 balaye la surface interne du trou suivant deux génératrices contenues dans un plan axial contenant l'axe du palpeur. Lors de sa pénétration à vitesse constante dans le trou, le palpeur électronique transmet des signaux digitaux représentatifs de la mesure de diamètres à un dispositif permettant la mémorisation des me- sures effectuées en continu au cours de la progression du palpeur. Cette mise en mémoire des valeurs mesurées du diamètre permet un affichage sur un organe de visualisation des valeurs maximum et mini- mum du diamètre à mesurer lors d'un balayage. Le dispositif de mémorisation et de visualisation est relié par câbles au palpeur de mesure. Lorsque le palpeur arrive en bout de course, c'est-à-dire à l'extrémité de sortie du trou dont on effectue le contrôle, l'arbre 4 actionne les contacteurs 56 et 57 qui permettent d'une part l'arrêt du mo- teur 50 et d'autre part la mise en rotation du moteur 40 de façon à amener le support 2 et l'arbre 4 qui est solidaire en rotation de ce support, dans une nouvelle position angulaire par rapport au trou. La rotation du support 2 par rapport au support 1 et à la pla- que se poursuit jusqu'au moment o l'un des contacteurs 54 et 55 est ac- tionné par la partie de la surface du support 2 constituant une came agissant sur le poussoir du contacteur. Le contacteur provoque alors l'arrêt du moteur 40 responsable de la mise en rotation du support 2 par l'intermédiaire du pignon 37 et du secteur denté 36 et la mise en fonctionnement du moteur 50 dans le sens inverse du mouvement précédent, si bien que la mise en rotation du pignon engrenant avec la crémaillère 48 de l'arbre 4 provoque le retrait de l'arbre 4 qui s'accompagne du balayage de la surface intérieure du trou par le palpeur électronique dans le sens inverse du précédent et suivant deux génératrices disposées dans un plan perpendiculaire au plan axial de mesure de l'opération précédente. En fin de course de l'arbre 4, les contacteurs 56 et 57 sont actionnés pour l'arrêt du moteur 50, et le démarrage du moteur 40 de fa- çon à remettre le palpeur dans sa position angulaire de départ, ce qui termine le cycle d'opération constituant une mesure relative à un trou de la plaque tubulaire. Les valeurs maximum et minimum du diamètre à mesurer peuvent être enregistrées pour chacun des plans de mesure ou au contraire pour l'ensemble des deux plans axiaux de mesure. Le contrôle étant terminé pour l'un des trous de la plaque tu- bulaire, on change l'appareil de contrôle de position grâce à la poignée 31 et éventuellement en modifiant l'orientation du dispositif par rap- port à la plaque de base grâce à la poignée-26, en introduisant les cen- treurs 8 et 9 dans des trous adjacents au nouveau trou à contr8ler. Lorsque l'appareil est en place et que le contacteur 60 est en- clenché, un nouveau cycle de mesure peut commencer. On voit que les principaux avantages du dispositif suivant l'in- vention sont de permettre de réaliser les mesures de diamètres suivant toute la longueur du trou et dans deux plans axiaux disposés angulaire- ment, par exemple à 900, de façon entièrement automatique et avec une vitesse de déplacement du palpeur de mesure extrêmement constante. On voit également que la mise en place du dispositif en une position de con- trôle quelconque sur la plaque tubulaire est extrêmement facile à réaliser. D'autre part il est possible d'obtenir grâce à la mémorisation des valeurs mesurées au cours du déplacement une sortie sous une forme quelconque visuelle ou imprimée d'une valeur quelconque représentative des mesures effectuées. Le dispositif de contrôle suivant l'invention est donc particu- lièrement utile lorsqu'il s'agit de contrôler un très grand nombre de trous disposés suivant un réseau régulier comme dans le cas d'une plaque tubulaire d'un générateur de vapeur d'un réacteur à eau sous pression. D'autre part, dans le cas o l'on désire effectuer-successive- ment le contrôle de plaques tubulaires comportant des perçages de diamètres différents disposés suivant des réseaux dont la maille a des dimensions différentes, il suffit pour passer d'une opération de contrôle sur une plaque tubulaire à une opération de contrôle sur une autre plaque tubulai- re de changer la plaque portant les centreurs, le tampon porte-palpeur et éventuellement l'arbre à crémaillère à l'extrémité duquel est fixé le tampon. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'il est possible d'imaginer des moyens pour faire varier la position angulaire du second support par rapport au premier dif- férent d'un moteur entrainant un pignon et un secteur denté et qu'il est possible d'imaginer des moyens moteurs pour le déplacement en translation de l'arbre axial portant le palpeur de mesure différents d'un dispositif pignon-crémaillère. De la même façon on peut réaliser la commande des mouvements du second support et de l'arbre d'une façon différente de ce qui a été décrit. On peut aussi prévoir la remise du palpeur dans sa position de départ au début d'un cycle. A la place de dispositifs mécaniques, on peut utiliser des dis- positifs hydrauliques ou pneumatiques pour réaliser les déplacements de l'arbre et les modifications de la position angulaire du second support par rapport au premier. On peut d'autre part utiliser tout type de palpeur disposé à l'extrémité de l'arbre pénétrant dans le trou à contr8ler, à partir du moment o ce dispositif est suffisamment sensible. D'autre part le premier support peut être réalisé en deux par- ties pour permettre une orientation d'une de ces parties et du second support par rapport à la partie du premier support servant à la fixation sur la plaque tubulaire ou au contraire en une seule partie si l'ensemble des trous de la plaque tubulaire peut être contrôlé sans modifier la po- sition relative des centreurs et de l'axe du dispositif. D'autre part l'invention s'applique dans tous les cas o l'on veut réaliser un contrôle dimensionnel d'un grand nombre de trous prati- qués dans une pièce de forte épaisseur et constituant un réseau régulier sur les faces de cette pièce. Son application dépasse donc le cadre de la fabrication et du contrôle des plaques tubulaires de générateurs de va- peur et l'on peut même imaginer l'utilisation de l'appareil pour le contrô- le de trous isolés dans des pièces de forte épaisseur, le premier support devant alors être pourvu de dispositifs permettant son adaptation et sa fixation sur la pièce sur laquelle on effectue le contrôle. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de contr8le du diamètre d'un trou cylindrique usiné dans une pièce de forte épaisseur, dans deux plans différents pas- sant par l'axe du trou et suivant toute sa longueur, caractérisé par le fait qu'il comporte: - un premier support comportant une cavité centrale sur toute sa longuer et des moyens pour sa fixation amovible sur la pièce de forte épaisseur, de façon que la cavité soit dans le prolongement du trou, - un second support monté sur le premier support, rotatif autour d'un axe confondu avec l'axe du trou lorsque le premier support est fixé sur la pièce de forte épaisseur, comportant une cavité de direction axiale dans le prolongement de la cavité centrale du premier support, - un arbre portant un moyen de contrôle d'alésage à l'une de ses extrémi- tés disposé axialement à l'intérieur de la cavité des deux supports, de façon que son extrémité portant le moyen de contr8le d'alésage soit diri- gée vers le trou de la pièce de forte épaisseur, le diamètre de l'arbre et les dimensions trarversales du moyen de contr8le permettant leur libre déplacement à l'intérieur du trou, - un premier moyen moteur monté sur le premier support pour l'orientation angulaire avec blocage en position du second support par rapport au pre- mier, dans l'une ou l'autre de deux positions permettant d'effectuer le contrôle dans l'un ou l'autre des plans axiaux, - un second moyen moteur et des moyens de guidage portés par le second support pour le déplacement de l'arbre en translation axiale dans un sens et dans l'autre sur une distance au moins égale à la longueur du trou, l'arbre se déplaçant librement à l'intérieur de la cavité axiale du pre- mier support, - et des moyens de commande du premier et du second moyen moteur pour la mise en marche du premier moyen moteur dans un sens ou dans l'autre et l'arrêt du second quand le second moyen moteur a effectué une transla- tion complète correspondant au parcours du moyen de contr8le sur toute la longueur du trou dans un sens ou dans l'autre et inversement pour l'arrêt du premier moyen moteur et la mise en marche du second lorsque le premier moyen moteur a terminé son mouvement d'orientation du second support, dans un sens ou dans l'autre. 2.- Dispositif de contr8le suivant la revendication 1, caracté- risé par le fait que le premier support comporte deux parties, une pre- mière partie permettant la fixation sur la pièce de forte épaisseur au il niveau du trou à contrôler et une seconde partie montée rotative sur la première autour d'un axe confondu avec l'axe du trou lorsque le disposi- tif est en position de contr8le, muni dtun moyen de blocage dans une posi- tion angulaire quelconque par rapport à la première partie. 3.- Dispositif de contrôle suivant l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé par le fait que le premier moyen moteur est constitué par un moteur électrique fixé sur le premier support dont l'axe entraine un pignon engrenant avec un secteur denté porté par le second support. 4.- Dispositif de contrôle suivant l'une quelconque des reven- dications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que le second moyen moteur est constitué par un moteur électrique fixé sur le second support dont l'axe entraine un pignon engrenant avec une crémaillère solidaire de ltar- bre portant le moyen de contr8le. 5.- Dispositif de contrôle suivant l'une quelconque des revendi- cations 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que les moyens de commande des premier et second moyens moteurs sont constitués par des contacts à poussoirs actionnés, les uns par une came usinée sur le second support, lors de la rotation de ce second support par rapport au premier, les autres par l'arbre au cours de ses mouvements de translation axiale. 6.- Dispositif de contr8le suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, dans le cas o un grand nombre de trous cylindriques sont usinés suivant un réseau Égulier dans une pièce de forte épaisseur, carac- térisé par le fait que les moyens de fixation du premier support sur la pièce de forte épaisseur sont constitués par une plaque de base portant des dispositifs de centrage constitués par des tiges cylindriques d'un diamètre voisin de oelui des trous de la pièce de forte épaisseur, les dis- positifs de centrage et l'arbre portant le moyen de contr8le étant dispo- sés de façon à venir en coïncidence, les uns et les autres,avec un ensem- ble de trous de la pièce de forte épaisseur.