Brevet FR2490965A1 — publié le 19820402

La présente invention concerne un détecteur de contact adapté pour détecter une collision d'un appareil mobile tel qu'un appareil de thérapie par application d' électrons, et plus particulièrement un détecteur dont la sensibilité est indépendante de sa position et de son at- titude et qui répond efficacement aux forces externes qui lui sont appliquées dans une plage étendue de directions. Un détecteur de contact ou un dispositif de sécurité pour détecter un choc et prévenir une détério- ration ou une blessure en détectant des obstacles est un élément essentiel de la plupart des appareils mobiles. Ceci est particulièrement le cas avec un appareil de thé- rapie par application d'électrons en raison du fait qu'un tel appareil est actionné de façon caractéristique à une distance nominale d'environ 5 cm du patient, pour un trai- tement normal, et qu'il est souhaitable d'empêcher que le patient ne soit perturbé par un contact effectif de l'ex- trémité de l'appareil d'application. Bien qu'il ait été proposé de nombreux types de détecteurs de contact et/ou de dispositifs destinés à empêcher des chocs, la plupart d'entre eux ne sont pas facilement applicables à un appareil de thérapie par rayon- nement pour plusieurs raisons. Tout d'abord un appareil de traitement doit pouvoir fonctionner tout en prenant diffé- rentes positions et attitudes. Il est de ce fait souhai- table que la sensibilité du détecteur de contact de cet appareil soit indépendante, de façon raisonnable, de la direction danslaquelle il est réglé. En second lieu un tel appareil se déplace et tourne habituellement, plus li- brement que, par exemple, une porte coulissante pour laquel- le il n'est nécessaire de considérer que les chocs dans une seule direction. Eà troisième lieu un appareil de traitement par rayonnement doit comporter une ouverture pour le passage d'un faisceau. Une telle ouverture doit être orientée dans la direction du patient sous traitement et ceci est exacte- ment la direction suivant laquelle l'appareil est le plus susceptible de provoquer des collisions accidentelles. La plupart des détecteurs de contact disponibles actuelle- ment ont été mis au point pour d'autres types d'appareils et ne peuvent être adaptés à un appareil de traitement par rayonnement en raison des impératifs fondamentaux de leur construction. Des tentatives, faites dans le passé, pour met- tre au point un détecteur de contact pour appareil de trai- tement par rayonnement ont permis de réaliser par exemple, un dispositif conçu de façon à's'effacer" dans le cas d'un choc plutôt que d'arrêter réellement le moteur commandant le mouvement. Un tel système non seulement n'assure pas au patient une protection totale mais également est désa- vantageux du fait que la totalité du poids de la partie suspendue doit être supportée dans un plan autre que celui contenant le centre de gravité. Le poids qui doit ainsi être porté peut être suffisamment important pour nuire considérablement à la sensibilité du système. L'invention a en conséquence pour but de réa- liser un détecteur de contact destiné à être adapté à un appareil de traitement par rayonnement tel qu'un appareil d'application d'un faisceau d'électrons qui soit sensible à-des forces appliquées dans différentes directions et dont la sensibilité soit à la fois facile à régler et indépendante, de façon raisonnable de la direction de la force appliquée et de l'orientation du détecteur. Les caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va sui- vre d'un mode de réalisation représenté aux dessins annexés et donné uniquement à titre d'exemple. Sur ces dessins: la Fig. 1 est une vue en plan d'un appareil auquel est appliquée l'invention; -la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la li- gne 2-2 de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue en coupe, à plus grande échelle, de la partie de l'appareil représenté à la Fig.1 qui est entourée par le trait 3-3; la Fig. 4 montre un système de ressort équiva- lent qui illustre les propriétés dynamiques du détecteur re- présenté aux Fig. 1 et 2; la Fig. 5 montre la relation entre un déplacement linéaire d'un segment du câble et sa contribution au déplacement total du ressort, dans le détecteur des Fig. 1 et 2; les Fig. 6A à 6D montrent les quatre modes fon- damentaux de déplacement du détecteur des Fig. 1 et 2. Suivant un mode de réalisation de l'invention représenté aux Fig. 1 à 3, les composants principaux d'un détecteur de contact 10 sont un cadre 12 et un palpeur 15. Le cadre 12 est fixé rigidement sur un appareil ou sur une partie d'un appareil (non représenté) qui doit être protégé contre des chocs accidentels pendant sont fonctionnement sous l'action d'un moteur. Un tel appareil, ou une partie de cet appareil, est habituellement capable non seulement d'effectuer des déplacements linéaires, mais également de prendre différentes positions ou attitudes dans une plage considérablement étendue. Par ailleurs le palpeur 15 est mobile par rapport au cadre 12 et est réalisé sous la for- me d'une cuve ou d'un bac carré dont les quatre angles sont arrondis de façon régulière dans un but de sécurité. Le pal- peur 15 est suffisamment grand pour recouvrir complètement la surface qu'il doit protéger et sur laquelle le cadre 12 est fixé, et recouvre en fait complètement cette surface. Si l'appareil à protéger est un appareil de traitement par rayonnement tel que, par exemple, un appareil d'applica- tion de faisceaux d'électrons, comportant une ouverture pour le passage d'un faisceau, le cadre 12 et le palpeur doivent présenter une ouverture. Les ouvertures doivent être suffisamment grandes et être disposées de façon appro- priée pour permettre un passage sans entrave du faisceau sor- tant de l'appareil, ou encore elles doivent être conformées 249 $965 de façon à définir la dimension et la forme du faisceau qui les traverse. Sept poulies 20 sont montées sur le cadre 12, avec un ressort de compression 22 du type ordinaire en hé- lice et un cabestan 26 pour assurer une pré-tension d'un câble. Le ressort 22 est disposé à l'intérieur d'un guide cylindrique creux 30 de sorte que ces mouvements dans une seule dimension sont limités à sa propre direction. Une visd'extrémité 31 est fixée sur l'extrémité libre du res- sort 22, de façon à se déplacer avec cette extrémité, et comporte un trou 32 pour le passage d'un câble 25. Une pièce d'extrémité 35 qui est suffisamment grande par rap- port au trou 32 et de ce fait ne peut traverser celui-ci, est fixée sur une extrémité du câble 25. Le câble 25 passe sur les sept poulies 20 et sa seconde extrémité (ne compor- tant pas de pièce d'extrémité) pénètre dans un trou prévu dans le cabestan 26. La longueur du câble 25, et de ce fait la tension de celui- ci, peuvent être réglées à une valeur prédéterminée en utilisant le cabestan 26 pour amener la pièce d'extrémité 35 en contact avec la vis d'extrémité 31 et en agissant contre l'action du ressort de compression 22. Le cabestan 26 et les sept poulies 20 sont disposés sur le cadre 12 de manière que le câble 25, sous pré-tension, prenne une forme octogonale et que le mouvement du câble 25, dû à la force de traction dans celui-ci puisse être transmis directement au ressort 22. Le cabestan 26 compor- te une tête de forme hexagonale et est maintenu en position au moyen d'une goupille élastique 27. Le bac constituant le palpeur 15 comporte huit organes en saillie 35 fixés sur sa surface interne, au moyen desquels le détecteur est suspendu au câble 25. Ces organes peuvent être d'une forme simple mais du fait qu'ils sont destinés également à transmettre avec précision au câble , et le cas échéant au ressort 22, l'effet de toute for- ce externe pouvant être détectée par la palpeur 15, ils peuvent comporter un trou à travers lequel passe le câble 249vn965 25. Les trous doivent être situés de façon telle que la forme octogonale du cable 25 ne soit pas affecté en l'ab- sence d'une force externe appliquée sur le palpeur 15. En outre il est préférable que les organes 35 soit disposés symétriquement par rapport à l'octogone de manière que le poids du palpeur 15 soit uniformément réparti sur les seg- ments du câble 25 tendus entre deux poulies adjacentes. Le détecteur de contact 10 comporte en outre un interrupteur 40 adapté pour ouvrir un circuit (non re- présenté) lorsque le palpeur 15 envoie un signal indiquant qu'un choc s'est produit. Un écrou et un contre-écrou 33 sont montés sur la vis d'extrémité 31 et un bras 34 d'ac- tionnement de l'interrupteur qui est constitué par une sim- ple pèce de métal est en butée sur le contre-écrou 33. Les écrous sont réglés de telle sorte que le circuit est ou- vert chaque fois que le palpeur 15 est suffisamment déplacé par rapport au cadre 12 pour provoquer un déplacement du ressort 22 d'une distance supérieure à une valeur de seuil prédéterminée. Ce circuit est habituellement prévu pour régler l'entraînement de l'appareil à protéger, mais il doit également être prévu pour arrêter l'ensemble de son fonctionnement, par exemple en arrêtant le faisceau si 1' appareil en question est un appareil de thérapie par rayon- nement tel qu'un applicateur d'électrons. Les propriétés dynamiques du palpeur 15 repré- sentées aux Fig. 1 et 2 peuvent être examinées plus com- modément en considérant un système carré 15', représentant le palpeur 15, suspendu par huit groupes de deux ressorts disposés suivant trois dimensions, comme représenté à la Fig. 4. Huit points 41 à 48 représentent les points par lesquels le palpeur 15 est suspendu-au cable 25 au moyen des organes de suspension 35. Ce modèle est approprié du fait que chaque segment du cêble 25 ne peut exercer une force sur les organes de suspension 35 avec lesquels il est en contact, que dans des directions perpendiculaires et agit dans chacune de ces directions perpendiculaires comme un ressort linéaire, dans une certaine course limi- tée. Dans un but de commodité un ensemble de coordonées cartésiennes est défini comme représenté, les axes x et y étant respectivement parallèles à chacun de deux cO- tés mutuellement adjacents du système carré 15' et, l'axe z étant perpendiculaire au plan contenant ces côtés. On considèrera maintenant l'effet produit sur le ressort 22 par une force extérieure agissant sur le pal" peur 15, à l'aide de la Fig. 5 qui montre un simple'dépla- cement linéaire 6 de l'organe 35 de suspension du côté, dans la direction de cet organe. Tout déplacement dans une direction perpendiculaire à la partie du cêble 25 qui porte l'organe peut être expliqué d'une façon analogue. La droite 25' en trait interrompu indique la position initiale du ca- ble 25 tandis que la droite 25 en trait plein indique sa position après déplacement. Si la distance entre l'organe et la poulie 20 la plus proche de cet organe est dési- gnée par L avant le déplacement et par L' après le déplace- ment la distance d définie par L' - L, ou - L est la partie du déplacement du c!ble 25 qui est due au dé- placement de cet organe 35 particulier. Une simple addi- tion de vecteurs montre que la force f exercée sur l'orga- ne 35 par le c&ble 25 dans sa position déplacée représen- tée à la Fig.5 est donnée par T ( & /L) ou T est la tension du câble 25 et peut être considéré comme indépendant de la force extérieure si, comme dans la plupart des modes de réa- lisation pratiques, la valeur maximale permise de S est bien plus petite que L. En se référant au système de coordonnées intro- duit plus haut., il est alors possible de considérer les qua- tre modes fondamentaux de déplacement du système carré 15'. Ces modes sont illustrés sur les Fig. 6A à 6D dans lesquel- les le système carré 15' est représenté sous la forme d'un bac constituant le palpeur 15 comme sur la Fig. 2, des flè- ches Fj représentant respectivement des forces dans la di- 24 î965 rection de l'axe indiqué par l'indice. Ainsi la Fig. 6A montre le carré 15' de la Fig.4 et l'appareil à protéger contre les chocs (non représenté aux Fig. précédentes) vu dans le sens négatif de l'axe Y, et les Fig. 6B, 6C et 6D montrent le même carré vu dans le sens négatif de l'axe X. Les quatre modes fondamentaux de déplacement sont un dé- placement suivant l'axe X (mode 1), un déplacement suivant l'axe Y (mode 2), des déplacements égaux des points 43 et 44 suivant l'axe Z et un déplacement uniforme de l'ensem- ble du palpeur 15 (ou du système 15') suivant l'axe Z (mo- de 4). D'autres modes peuvent être obtenus en combi- nant ces modes fondamentaux, apr exemple un mode 5 en com- binant les modes 1 et 2 (c'est-à-dire un déplacement liné- aire dans le plan X-Y), un mode 6 combinant les modes 1 et 3 ou les modes 2 et 3, un mode 7 en combinant les modes 1 2 et 3, un mode 8 en combinant les modes 1 et 4 ou les mo- des 2 et 4, et un mode 9 en combinant les modes 1, 2 et 4. Pour chaque mode de déplacement le mouvement total du ca- ble 25 (ou la traction du ressort 22) peut être exprimé en fonction de d ou en fonction de, en examinant quels sont ceux des 2 x 8 = 16 ressorts représentés à la Fig. 4 qui sont étirés ou comprimés. En ce qui concerne le mode 1 par exemple, les ressorts horizontaux des points 41, 42, 45 et 46 sont seuls comprimés ou étirés, et de ce fait le déplacement total est D = 4d pour ce mode 1. D'une façon analogue D = 4d pour les modes 2 et 3, D _ 8d pour les mo- des 4,,5 et 6, D = 12d pour les modes 7 et 8, et D = 16d pour le mode 9. Pour un mode de réalisation caractéristi- que dans lequel L = 0,75, T = 4,5 kg et la valeur maximale de dû est 3,05 mm, on voit que D = 0,96 mm pour le mode 1. Ceci est bien supérieur à la course différentielle de nom- breux types de microcontacts. Dans le cas du mode 9 dans lequel est obtenue la course maximale, D = 3,86 mm et il doit en être tenu compte dans le mécanisme du dispositif. L'appareil auquel est fixé le détecteur 10 est 245v965 habituellement déplacé dans toutes les directions mais il est souhaitable que la sensibilité du détecteur 10 soit indépendante de son orientation ou de son attitude. Cepen- dant si le palpeur 15 pèse 0,227 kg, D = 0,118 mm dans la position à 90, ou lorsque le plan du système 15' est ver- tical (mode 1 ou mode 2 tandis que D = 0,059 mm dans la position à 0, ou lorsque le plan du système 15' est ho- rizontal (mode 4). Dans les positions intermédiaires la valeur de D tombe entre les deux valeurs ci-dessus. Par conséquent la variation maximale de course dte à la ro- tation de l'appareil est de 0,058 mm ce qui est tout à fait négligeable du fait que l'interrupteur 40 peut ê- tre réglé de façon à ne pas tenir compte des faibles dé- placements. De même, la force maximale de déplacement pour le mouvement latéral est considérée comme étant F = 2,9 kg (mode 1). Ceci conduit à la conclusion globale que le dé- tecteur de contact 10 n'est pas sensible à des variations de position ou d'attitude, et est cependant sensible à n'importe quel contact extérieur dépassant une valeur pré- déterminée, voisine de 2,5 kg. Du fait que ce système com- porte un interrupteur momentané, un relais susceptible d' être ré-armé est nécessaire et un interrupteur à ré-arme- ment ainsi disposé permet un ré-armement facile du systè- me dans le cas d'un déplacement accidentel. Du fait que l'interrupteur ouvre un circuit, il fonctionne dans un mode de mise automatique en position de sûreté. Ainsi la seule défaillance mécanique qui n'est pas protégée est une défaillance du système de cable ou de poulies, mais une telle défaillance affecterait la suspension du palpeur 15 et serait pour cette raison facilement détectable par 1' opérateur. Des modifications peuvent être apportées à l'invention. Par exemple on comprend que le nombre de pou- lies et d'organes de suspension au câble ainsi que les figures géométriques pouvant être décrites par le cêble peuvent être modifiés, en fonction de la dimension et de 2459 6 la forme du palpeur qui à son tour peuvent dépendre de la géométrie de l'appareil à protéger. On remarquera éga- lement que les poulies 20 peuvent être remplacées par tout autre bras de guidage pivotant approprié ou organe de gui- dage fixe sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des roues. IO REVENDICATIONS 1. Détecteur de contact caractérisé en ce qu'il comporte un cadre (12), un palpeur (15), un organe élasti- que (22) fixé sur le cadre et ayant une extrémité libre mo- bile, un cable (25) ayant une extrémité fixée sur le cadre (12) et son autre extrémité fixée sur l'extrémité libre de l'organe élastique (22), et des moyens de guidage pour main- tenir le c&ble (25) dans une position tendue prédéterminée par rapport au cadre en l'absence de toutes force externe sur le palpeur (15), ce palpeur étant porté par le c&ble (25) de telle manière qu'une force extérieure appliquée sur lui déforme l'organe élastique en déplaçant le câble (25) de la position tendue prédéterminée. 2. Détecteur suivant la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend un.interrupteur électrique (40). 3. Détecteur suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que l'interrupteur électrique (40) est relié à l'organe élastique (22) de sorte qu'il est actionné lors- que l'organe élastique (22) subit une déformation d'une amplitude prédéterminée. 4. Détecteur suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que le poids du palpeur, la constante élasti- que et la dimension de l'organe élastique (22) sont liées de façon telle que l'interrupteur (40) n'est pas actionné en l'absence de force extérieure agissant sur le palpeur (15), indépendamment de l'orientation du détecteur. 5. Détecteur suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens de guidage sont constitués par plusieurs poulies (20) montées sur le cadre (12). 6. Détecteur suivant la revendication 5, carac- térisé en ce que les poulies (20) sont agencées de façon à délimiter un polygone. 7. Détecteur suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que l'organe élastique (22) est un ressort. il 8. Détecteur suivant la revendication 1, carac térisé en ce que le cadre (12) et le palpeur (15) comporte des ouvertures, le cadre étant fixé rigidement sur un appa-- reil de traitement par faisceaux d'électrons.