Brevet FR2589096A1 — publié le 19870430

La presente invention concerne un procédé et un dispositif de recherche de la position optima de vissage de goujons de grandes dimensions, notamment pour la fixation du couvercle d'une cuve par exemple de réacteur nucléaire. On sait que dans les réacteurs nucléaires, le couvercle est fixé de manière amovible sur la cuve afin de permettre le rechargement périodique en com- bustible du réacteur et, a la faveur de celui-ci, une inspection de l'intérieur de la cuve. A cet effet, le couvercle est fixé sur la cuve du réacteur par des goujons qui sont vissés dans la collerette de la cuve et qui pénètre dans des trous lisses prévus dans la collerette du couvercle. Ces goujons sont généralement employés en assez grand nom- bre et relativement rapprochés les uns des autres. si bien que le démontage et le remontage du couvercle nécessitent le dévissage et le vissage de tous ces goujons en plus de leur mise en tension. Ces opérations de vissage ou de dévissage des goujons sont aléatoires et délicates. En effet, le goujons pèsent plusieurs centaines de kilogrammes de sorte que, lors du vissage du goujon dans le filetage ou lors de son dévissage, on doit vaincre des résîs- tances de frottement qui apparaissent dans le filetage et qui sont d'autant plus élevées que le goujon est plus lourd. De plus, les axes des différents éléments de l'appareil de vissage ne concordent pas toujours après fonctionnement avec les axes des trous taraudés de la cuve ou avec les axes des goujons. Par conse- quent, il arrive fréquemment que la coaxialité du gou- jon ne puisse se faire automatiquement au moment de son introduction dans le trou taraudé de la cuve et cette opération doit donc être effectuée manuellement de même que les premiers tours de vissage du goujon. Il en résulte que le personnel, durant ce travail. risque de seéourner pendant une période excessivement longue dans une zone de rayonnements radio-actifs trop élevés. Ces défauts d'alignement, qui peuvent égale- ment provoquer des coincements du goujon pendant son vissage dans le trou taraudé de la cuve. entraînent sur les pièces en mouvement des contraintes irrégulié- rement réparties autour de leur axe de translation ou de rotation qui peuvent provoquer par frottement une usure irrégulière et prématurée de ces pièces. On connaît un appareil de vissage et de dévissage des goujons qui permet une certaine latitude d'orientation axiale du goujon par l'intermédiaire d'un système à rotule et coussin d'air combiné avec un joint d'entraînement ayant deux degrés de liberté dans deux directions perpendiculaires entre elles. Mais cet appareil est extrêmement compliqué et ne permet pas de rechercher la direction préféren- tielle de vissage pendant le montage des goujons, si bien que des frottements excessifs peuvent se produire sur les pièces en mouvement. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de recherche de la position optima du gou- jon pour vissage a un couple minimum évitant le grip- page. Dans ce but, après avoir fixé le goujon à un dispos ti issages, - on vérifie la verticalité du goujon et son aligne- ment avec l'axe de l'orifice taraudé, - on commande la descente du goujon jusqu'à son accos- tage dans le chambrage du taraudage de l'orifice, - on met en rotation le goujon dans le sens inverse du vissage, - on détecte le point d'engagement des filets du gou- Ion dans les filets de l'orifice taraudé. - on arrête la rotation du goujon en sens inverse et on commande le début du vissage par la rotation dudit goujon en sens normal sur quelques tours. si possible, et à vitesse lente,. - si on détecte pendant ce vissage un premier coince- ment du goujon dans l'orifice taraudé lorsque le cou- ple de vissage devient supérieur a un couple de dé- clenchement déterminé. -on arrête la rotation du gou- )on, - on effectue, dès la détection de ce premier coince- ment, la première recherche de position optima de vis- sage du goujon par une trajectoire appropriée, - on arrête cette première recherche au moment o le couple de vissage redevient inférieur au couple de déclenchement et on enregistre les coordonnées du nouveau centre optima de vissage, - on poursuit le vissage a vitesse réduite sur quel- ques tours et on augmente, si possible, la vitesse de vissage, - on détecte pendant ce vissage chaque nouveau coin- cement et on effectue après chaque coincement une nou- velle recherche de position optima de vissage par une trajectoire appropriée a partir du centre correspon- dant à l'arrêt précédent préalablement enregistré, - on reprend le vissage après chaque détection du nouveau centre optima de vissage, - et on poursuit le vissage du goujon a vitesse rapide jusqu'à la détection de la fin du vissage. L'invention est également relative a un dis- positif de recherche de la position optima de vissage de goujons de grandes dimensions. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation du procédé et du dispositif suivant l'invention. La figure 1 est une vue schématique en plan montrant l'installation du dispositif de vissage conforme à l'invention. La figure 2 est une vue schématique en pers- pective du dispositif de vissage conforme a l'inven- tion. La figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de la partie supérieure de la figure 2. La figure 4 est une vue en coupe suivant IV- IV de la partie supérieure de la figure 2. La figure 5 est un schéma montrant les dif- férentes trajectoires de recherche de la position op- tima de vissage. Les figures 6 et 7 sont des schémas montrant - la superposition des séquences de recherche de la po- sition optima de vissage. Le dispositif de vissage et dévissage conforme a l'invention, tel qu'il est représenté sur les figures 1 et 2, est utilisé pour ouvrir ou fermer un couvercle 1 d'une cuve 2 par exemple d'un réacteur nucléaire. Comme cela est bien connu, le couvercle 1 et la cuve 2 ont une forme de révolution autour d'un axe géométrique vertical. Le couvercle 1 est fixé de ma- niére détachable sur la cuve 2 au moyen de plusieurs goujons 10 d'axe vertical qui sont régulièrement ré- partis a la périphérie du couvercle 1 et de la cuve 2. Chaque gou]on 10 passe a travers un trou lisse 4 prévu verticalement dans le bord périphérique du couvercle 1 et est muni, a sa partie inférieure, d'un filetage 11 destiné a être vissé dans un trou taraudé 5 du bord périphérique de la cuve 2 et à sa partie médiane d'un second filetage 12 sur lequel est vissé un écrou de cuve 13. D'autre part, le goujon 10 comporte à sa partie supérieure des gorges circulaires ou des filets à profils appropriés 14 permettant sa mise en tension. Il comporte également à sa partie supérieure un évidement interne pour l'introduction d'un système de préhension et de mise en rotation par le dispositif de vissage et dévissage conforme à l'in- vention. Ce dispositif de vissage-dévissage, désigné dans son ensemble par la référence 20, est 'supporté par l'intermédiaire d'un châssis 6 a un chariot 7 se déplaçant sur des rails non représentés. Au dessous du chariot 7 est montée une table à mouvements croisés orthogonaux 21. Comme représenté sur les figures 2 à 4, cette table 21 se compose d'un banc 22 fixe et suspen- du, muni à sa partie inférieure d'une vis de transla- tion 23. Le banc 22 supporte par l'intermédiaire de glissières a billes 24 (figure 4) un premier chariot qui comporte à sa partie supérieure un écrou 26 (figure 3) se déplaçant sur la vis 23 et assurant la translation dudit chariot selon un axe Y. Le premier chariot 25 est muni a sa partie inférieure d'une vis de translation 27 identique à la vis 23, mais dont l'axe est perpendiculaire à la vis 23. Ce premier chariot 25 supporte un deuxième chariot 28 par l'intermédiaire de glissières à billes 29 (fi- gure 3) fixées sur ledit premier chariot 25. Le deu- xième chariot 28 comporte à sa partie supérieure un écrou d'entrainement 30 (figure 4) actionné par la vis 27 et assurant la translation dudit chariot 28 selon un axe X orthogonal a l'axe Y. Les vis 23 et 27 sont couplées à l'une de leurs extrémités à un motoréducteur frein respective- ment 31 et 32 fixé sur le banc 22, le motoréducteur 32 de la vis 27 étant accouplé à celle-ci par un montage à cardan 33 du fait du mouvement relatif des deux chariots 25 et 28. De plus, les vis 23 et 27 reçoivent chacune à leur autre extrémité un codeur incrémental respectivement 34 et 35 permettant le pilotage de l'ensemble de la table 21. Les systèmes vis-écrou (23. 26 - 27, 30) et les motoréducteurs (31, 32) peuvent être remplacés par exemple par des vérins articulés à une extrémité sur le banc 22 ou sur le premier chariot 25 et i l'autre extrémité respectivement sur le première chariot 25 et le deuxième chariot 28. Le deuxième chariot 28 supporte, par l'in- termédiaire d'une liaison 36, un compensateur de poids asservi 37 constitué par exemple par un vérin hydrau- lique. Ce vérin 37 a pour but d'exercer un effort de compensation axial à une valeur voulue, cette valeur comprenant le poids de l'ensemble mobile du dispositif et du goujon augmenté ou réduit de la faible valeur désirée selon que l'on veut exercer sur le goujon cette valeur dans le sens de la compression lors du vissage ou de la traction lors du dévissage. D'autre part, le vérin 37 a une course largement suffisante pour couvrir toute la course de vissage du goujon et également pour couvrir les déplacements axiaux d'ap- proche ou d'extraction. Un capteur de mesure de pOsi- tion axial, non représenté, est implanté dans le vérin compensateur de poids 37. A l'extrémité inférieure du compensateur 37 est montée un système de vissage 38 réversible et à vitesse variable, qui entraine un organe de préhension 39 quelconque du goujon 10 permettant d'exercer sur ledit goujon un couple d'entrainement dans les deux sens et un effort axial. Un limiteur de couple 40, assujetti a une valeur de déclenchement correspondant au couple maxi- mum de vissage, est interposé entre le système de vis- sage 38 et l'organe de préhension 39. Ce limiteur de couple 40, par exemple a billes, actionne un micro- contact incorporé, non représenté, qui commande le fonctionnement de la table 21. Le couple de vissage du goujon 10 peut éga- lement être limité par sa mesure sur l'arbre de sortie du système de vissage 38 assujettie a une consigne de seuil. La liaison entre le système de vissage 38 et le goujon 10 par l'intermédiaire de l'organe de pré- hension 39 est du type semi-rigide, ce qui permet une latitude angulaire par exemple de 2 maximum. L'ensemble du dispositif est commandé par un automate programmable, schématisé en 45 sur la figure 1, pour le pilotage de la recherche de la position op- tima de vissage par la table 21, du vissage proprement dit c'est-a-dire: la descente, la rotation a gauche et à droite, la fin de course basse, et enfin de la compensation de poids par le vérin hydraulique 37. Le fonctionnement du dispositif ainsi décrit est le suivant: Pour fixer le couvercle 1 sur la cuve 2, on positionne le dispositif de vissage-dévissage 20 sup- portant un goujon 10 par l'intermédiaire de l'organe de préhension 39 audessus des orifices 4 et 5 du couvercle 1 et de la cuve 2. On vérifie la verticalité du goujon 10, son positionnement s'effectuant à une position fixe théorique correspondant a la maille de perçage des taraudages des goujons de fixation. On vérifie également la mise a zero du sys- tème 21 de recherche de position suivant les axes XY. Après ces opérations de vérification, on met en charge le vérin hydraulique 37 et on commande par l'automate programmable 45 la descente du goujon 10 actionné par ledit vérin piloté. Dés l'accostage du goujon 10 dans le chambrage du taraudage 5, sur la consigne de l'automate 45, le poids du goujon 10 est compensé de 90 Z à 95 Z par le vérin 37 de façon à ne pas faire supporter le poids dudit goujon au premier filet du taraudage. Ensuite, on met le système de vissage 38 en rotation dans le sens inverse du vissage pour rechercher le point d'engagement des filets, qui provoque une légère chute du goujon 10. Cette chute est détectée par le capteur de déplacement vertical incorporé dans le vérin compensateur de poids 37. Au moment de la détection de ce point, on arrête la rotation inverse du système de vissage 38 et l automate 45 commande le début du vissage par la ro- tation dans le sens normal du systeme de vissage sur deux a trois tours si possible et a vitesse lente. S'il se produit un coincement du goujon 10 dans l'orifice taraudé 5, le couple de vissage devient supérieur au couple de déclenchement du limiteur 40, si bien que le système de vissage 38 continue a tour- ner, mais le goujon 10 n'est plus entrainé en rota- tion. Le limiteur 40 actionne le micro-contact incor- poré qui commande a son tour, par l'intermédiaire de - automateprogrammable 45, la mise en marche de la table 21 du système XY a mouvements croisés orthogo- naux pour la recherche de la position optima de vis- sage du goujon 10. Au début du vissage, s'il y a coincement, les écarts de position n'ayant pas de direction préfé- rentielle, la recherche de position optima se fera suivant une trajectoire en spirales d'Archimède rondes ou carrées comme représenté respectivement sur les fi- gures 5a et 5b. L'option spirales rondes ou carrées est un choix de programmation, le procédé étant utilisable soit avec les spirales rondes, soit avec les spirales carrées, et avec l'une ou l'autre des motorisations des chariots 25 et 27, c'est-a-dire avec les motoré- ducteurs 31, 32 ou avec des vérins hydrauliques. Par conséquent, dès la détection du coince- ment, l'automate 45 commande les moteurs 31 et 32, selon un programme préalablement établi, ce qui a pour effet d'actionner les vis 23 et 27 et de déplacer sl- multanément les chariots 25 et 28; le chariot 25 se déplaçant suivant l'axe Y et le chariot 28 selon l'axe X. Sous l'action de ces chariots, le mouvement est transmis au goujon 10, de telle sorte que l'extrémité dudit goujon décrive une spirale ronde a (figure 6) de façon à rechercher la position optima de vissage. Cette position optima de vissage par exemple a sur la figure 6 est détectée lorsque le couple de vissage redescend en-dessous du couple de déclenche- ment du limiteur 40. Le micro-contact incorporé dans ledit limiteur coupe l'alimentation des moteurs 31 et 32 des chariots 25 et 28, et les coordonnées du point a mesurées par les codeurs 34 et 35 des vis 33 et 27 sont enregistrées dans l'automate 45. Le limiteur 40 autorise de nouveau le vissage du goujon 10 par les visseuses 38. Le vissage se poursuit donc sur deux à trois tours à vitesse lente avec augmentation progressive de la vitesse de vissage et vissage complet du goujon s'il ne se produit pas de nouveau coincement. Dans le cas o un second coincement se pro- duit, le limiteur de couple 40 se déclenche et action- ne par l'intermédiaire du micro-contact incorporé et de l'automate 45 une nouvelle mise en marche des cha- riots 25 et 28 pour une deuxième recherche du point optima de vissage. Cette deuxième recherche s'effectue à partir du point a (figure 6) correspondant à l'arrêt de la recherche précédente, et à présent, s'il se dégage une direction préférentielle de coincement selon une spi- rale d'Archimède aplatie ou rectangulaire comme repre- sentée sur les figures 5c et 5d en fonction de l'op- tion initialement choisie, qui est dans l'exemple dé- crit une spirale initiale ronde. Par conséquent, sous l'action des chariots et 28, l'extrémité du goujon 10 décrit à partir du centre a une spirale d'Archimède aplatie B jusqu'a la nouvelle position optima de vissage g (figure 6). Cette position h est également détectée au moment o le couple de vissage redescend en-dessous du couple de déclénchement du limiteur 40. Ce limiteur autorise de nouveau le vissage du goujon 10 par la visseuse 38 et les coordonnées du point b sont enregistrées dans l'automate 45. Le vissage du goujon 10 s'effectue a vitesse rapide jusqu'au vissage complet du goujon si possible ou Jusqu'à un nouveau coincement. Dans le cas o un ou plusieurs nouveaux coincements se produit, a chaque fois la nouvelle re- cherche de la position optima de vissage s'effectue à partir du centre précédemment enregistré, par une nou- velle spirale aplatie (C D E F) jusqu'à un nouveau centre optima de vissage (c d e) qui est enregistré dans l'automate 45. La position de recherche optima de vissage se renouvele donc après chaque coincement et on suppo- se qu'il peut se produire plusieurs coincements pen- dant un vissage d'un goujon. Evidemment les centres (a, b, c....) des positions optima de vissage peuvent être situées de part et d'autre de l'axe Y ou dans une direction pré- férentielle de recherche différente et en un point quelconque des différentes spirales. Par contre, si après la première recherche de la position optima de vissage, il n'y a pas de di-' rection préférentielle, la nouvelle recherche de la position optima de vissage s'effectue également a par- tir du point a correspondant a l'arrêt de la recherche précédente, mais selon une spirale ronde ou carrée (figures 5a, 5b) en fonction de l'option initialement choisie qui est dans le cas présent une spirale ronde. Par conséquent, sous l'action des chariots et 28, l'extrémité du goujon 10 décrit a partir du centre a (figure 7) une nouvelle spirale ronde B' jus- qu'à la nouvelle position optima de vissage b'. et ainsi de suite. La fin du vissage est détectée par le cap- teur de position axiale intégré dans le vérin compen- sateur de poids 37. Ce procédé de vissage est renouve- lé pour chaque goujon de la cuve du réacteur. Pour le dévissage, la remise en position, préenregistrée, du vissage autorise le départ du dé- vissage. La compensation de poids est maintenant ré- glée par exemple a 105 Z du poids du goujon, et le dé- brayage de la table à mouvements croisés orthogonaux permet de terminer ce dévissage. On voit que les avantages du procédé et du dispositif suivant l'invention sont de permettre le vissage de goujons en effectuant une recherche cumulée de la position optima de vissage de façon à éviter que des contraintes importantes se produisent sur les piè- ces en mouvement, et entraînent par frottement une usure irrégulière et prématurée de ces pièces. En outre, le procédé permet également de faciliter les opérations de vissage du couvercle sur la cuve et de diminuer assez sensiblement les temps de vissage, tout en évitant les interventions du personnel pendant ce travail dans une zone de rayonnements radio-actifs trop élevés. Enfin, le procédé et le dispositif suivant l'invention s'appliquent non seulement aux centrales nucléaires comportant un réacteur à eau sous pression. mais à d'autres secteurs de l'industrie nucléaire, aux installations pétrolières et pétrochimiques, aux ins- tallations minières, ou encore pour la fermeture de turbines, vannes hydrauliques, conduites sous pression ou corps de vannes. De façon générale, le procédé et le dispositif suivant l'invention s'appliquent dans le cadre de nombreuses installations industrielles met- tant en oeuvre des éléments de vissage de grandes di- mensions. REVENDICATIONS 1.- Procédé de recherche de la position op- tima de vissage de goujons de grandes dimensions, no- tamment pour la fixation du couvercle d'une cuve com- portant des orifices taraudés, caractérisé par le fait qu'après avoir fixé le goujon (10) à un dispositif de vissage-dévissage (20), - on vérifie la verticalité du goujon (10) et son ali- gnement avec l'axe de l'orifice taraudé (5), - on commande la descente du goujon (10) jusqu'à son accostage dans le chambrage du taraudage de l'orifice (5), - on met en rotation le goujon (10) dans le sens in- verse du vissage, - on détecte le point d'engagement des filets (11) du goujon (10) dans les filets de l'orifice taraudé (5), - on arrête la rotation du goujon (10) en sens inverse et on commande le début du vissage par la rotation du- dit goujon en sens normal sur quelques tours, si pos- sible, et à vitesse lente, - si on détecte pendant ce vissage un premier coince- ment du goujon (10) dans l'orifice taraudé (5) lorsque le couple de vissage devient supérieur à un couple de déclenchement déterminé, on arrête la rotation du gou- jon (10), - on effectue, dès la détection de ce premier coince- ment, la première recherche de position optima de vis- sage du goujon (10) par une trajectoire appropriée, - on arrête cette première recherche au moment o le couple de vissage redevient inférieur au couple de déclenchement et on enregistre les coordonnées du nou- veau centre optima de vissage, - on poursuit le vissage a vitesse réduite sur quel- ques tours et on augmente, si possible, la vitesse de vissage, - on détecte pendant ce vissage chaque nouveau coince- ment et on effectue après chaque coincement une nou- velle recherche de position optima de vissage par une trajectoire appropriée à partir du centre correspon- dant a l'arrêt précédent préalablement enregistré, - on reprend le vissage après chaque détection du nouveau centre optima de vissage, - et on poursuit le vissage du goujon (10) à vitesse rapide jusqu'a la détection de la fin du vissage. 2.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que la trajectoire de la première recherche de la position optima de vissage est une spirale ronde ou carrée, et que la trajectoire des re- cherches suivantes des positions optima de vissage sont soit des spirales aplaties ou rectangulaires, s'il y a une direction préférentielle du coincement, soit des spirales rondes ou carrées dans le cas contraire. 3.Dispositif de recherche de la position optima de vissage de goujons (10) de grandes dimen- sions, notamment pour la fixation d'un couvercle (1) d'une cuve (2) comportant des orifices taraudés (5), caractérisé par le fait qu'il comporte: - des moyens (21) d'orientation du goujon (10) selon une trajectoire appropriée, - un système de compensation de poids asservi (37) relié auxdits moyens par une liaison articulée (36), - un système de vissage (38) réversible et à vitesse variable, - un limiteur de couple (40) réglé a un couple de dé- clenchement correspondant au couple maximum de vissa- ge, - un organe de préhension (39) du goujon (10) permet- tant d'exercer sur ledit goujon un couple d'entraine- ment dans les deux sens et un effort axial, - et un automate programmable (45) de pilotage de l'ensemble du dispositif. 4.- Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé par le fait que les moyens (21) d'orienta- tion du goujon (10) sont constitués par une table a mouvements croisés orthogonaux. 5.- Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que la table (21) comporte un banc fixe (22) supportant un premier chariot (25) entrainé en translation suivant un axe Y par une vis (23) et un écrou d'entraînement (26), ledit premier chariot supportant un deuxième chariot (28) également entraîné en translation suivant un axe X orthogonal à l'axe Y par une vis (27) et un écrou d'entraînement (30). 6.- Dispositif selon l'une des revendica- tions 3 à 5, caractérisé par le fait que les vis (23 et 27) des chariots (25 et 28) sont entraînés en rota- tion par des organes mécaniques ou hydrauliques res- pectivement (31 et 32), lesdits organes (31, 32) étant pilotés par l'automate programmable (45). 7.- Dispositif selon l'une des revendica- tions 3 à 6, caractérisé par le fait que les vis (23 et 27) sont munies chacune d'un codeur incrémental.