Brevet FR2678536A1 — publié le 19930108

La présente invention est relative à un dispositif de centrage automatique d'un outil par rapport à un orifice dont l'axe est parallèle à l'axe de travail défini par l'outil. Elle s'applique en particulier aux interventions automatisées nécessaires pour la maintenance des tubes des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression, par exemple à la pose d'un obturateur dans un bouchon mecanique déjà positionné dans un tube endommagé à mettre hors service. L'évolution des outillages d'intervention dans les centrales nucléaires confère à ceux-ci une large autonomie dans la mesure où ils sont intégralement automatisés, évitant ainsi la présence des opérateurs dans les zones sensibles et très contaminées. L'intervention humaine, permettant des adaptations au cas par cas, procure une souplesse évidente lors des opérations de maintenance, tandis que les robots manipulateurs ont un axe de travail susceptible de se déplacer dans l'environnement x, y, z selon des coordonnées précises théoriques, le plus souvent définies par les cotes absolues de fabrication définies par les plans du composant de la centrale sur lequel on intervient. Or. lorsque l'axe de travail de l'outil correspond théoriquement aux coordonnées de l'axe d'un tube en U débouchant au niveau de la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur, on constate généralement que le parallélisme entre les deux axes peut être assuré de manière satisfaisante, mais qu'en revanche il existe une dérive excessive entre l'axe théorique correspondant à l axe de travail et l'axe réel du tube en U sur lequel on désire intervenir. Par exemple, dans le cas d'un obturateur destiné à être mis en place dans un tube, les critères de positionnement de l'obturateur sont de l'ordre de quelques dixiemes de millimétres, alors que la dérive entre les deux axes précités peut être de l'ordre de 2 mm - Par conséquent, il est nécessaire de pouvoir recentrer automatiquement l'axe de travail sur l'axe réel du tube à chaque intervention. L'invention a pour but de fournir un dispositif capable d'assurer un tel recentrage automatique. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de centrage automatique d'un outil par rapport à un orifice dont l'axe est parallèle à l'axe de travail défini par l'outil, caractérisé en ce qu'il comprend - un support, dit support fixe, solidaire d'un bras manipulateur; - un support mobile monté mobile sur le support fixe perpendiculairement auxdits axes; - des moyens d'indexage débrayables adaptés pour amener les deux supports dans une position relative prédéterminée et les solidariser dans cette position: - des moyens de blocage débrayables adaptés pour solidariser les deux supports dans une position relative quelconque; - un porte-outil sur lequel est monté l outil et qui est solidaire du support mobile dans les déplacements de celui-ci par rapport au support fixe; et - des moyens pour aligner l'axe de travail sur l'axe de l'orifice. Suivant d'autres caractéristiques - lesdits moyens d'indexage comprennent un pointeau conique rétractable porté par l'un des sup ports et adapté pour coopérer avec un logement conjugué de l'autre support; - lesdits moyens de blocage comprennent un noyau d'électro-aimant porté par l'un des deux supports, ce noyau présentant une surface active plane perpendiculaire auxdits axes, et une armature plane parallèle à cette surface, montée coulissante parallèlement à elle-même sur l'autre support; - le support mobile présente par rapport au support fixe une liberté de mouvement d'une part en translation dans un plan perpendiculaire auxdits axes, d'autre part en rotation autour d'un axe parallèle à ceux-ci; - lesdits moyens d'alignement comprennent un organe de centrage d'axe parallèle à l'axe de l'orifice, et des moyens pour amener sélectivement cet organe dans une position active coaxiale à l'axe de travail; - pour l'introduction d'un élément dans l'orifice, l'organe de centrage est porté par un chargeur qui présente un logement de réception dudit élément coaxialement à cet organe, des moyens étant prè- vus pour amener l'outil en prise avec ledit élément; - le support mobile comprend des moyens d'introduction dudit élement dans ledit logement dans une position escamotée du chargeur; - l'organe de centrage comporte une tête conique et un corps cylindrique; - l'organe de centrage comprend au moins un capteur capacitif, pour réaliser un centrage sans contact; - le dispositif comprend des moyens pour déplacer le porte-outil par rapport au support mobile en translation suivant une direction parallèle à l'axe de travail. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins schema- tiques annexes, sur lesquels - la Figure 1 représente l''extrémité d'un bras télémanipulateur muni d'un dispositif de centrage contorme à l'invention, en position d'introduction dans le trou d'homme d'un générateur de vapeur; - la Figure 2 représente les mêmes éléments en position opérationnelle dans la boîte à eau du générateur de vapeur; - la Figure 3 est une vue du dispositif de centrage en position initiale théorique; - la Figure 4 est une vue partielle de dessus de ce dispositif; - la Figure 5 est une vue partielle du dispositif de la Figure 3, illustrant une deuxième phase de son utilisation; - la Figure 6 est une vue analogue à la Figure 3 illustrant une troisième phase de l'utilisation du dispositif de centrage; - les Figures 7 et 8 sont des vues analogues à la Figure 5 illustrant les deux phases suivantes de l'utilisation du dispositif; et - la Figure 9 est une vue analogue à la Figure 3 montrant l'intervention finale dans le tube. L'appareillage représenté aux dessins est destiné à réaliser le vissage automatique d'un obturateur dans un bouchon mécanique préalablement positionné dans un tube endommagé, destiné à être mis hors service, d'un générateur de vapeur. On a représenté à la Figure 1 l'embout d'extrémité distale 1, d'axe X-X, d'un bras télémanipulateur 2. Un dispositif d'intervention 3, qui définit un axe de travail Y-Y, est articulé sur cet embout par l'intermédiaire d'un dispositif de compliance 4. Plus précisément, le dispositif 4 est articulé sur l'embout 1 autour d'un axe 5 perpendiculaire à l'axe X-X Sous l action d'un vérin à double effet 6 dont le corps est articulé sur un axe 7 solidaire de l'embout 1 et dont la tige de piston est articulée sur un axe 8 solidaire du dispositif 4, l'ensemble 3-4 peut être amené dans l'une ou l'autre de deux positions une position d'introduction à travers le trou d'homme 9 de la boîte à eau 10 du générateur de vapeur (Figure 1), dans laquelle les axes X-X et Y-Y font entre eux un angle x de l'ordre de 30 , et une position théorique d'intervention, dans laquelle l'angle x est de l'ordre de 90a (Figure 2). Lorsque l'ensemble 3-4 est dans sa première position, le bras 2 est déplacé suivant l'axe X-X, qui est alors confondu avec l'axe du trou d'homme, pour pénétrer dans la boîte à eau, comme indiqué par la flèche f sur la Figure 1. Dans la position théorique d'intervention de la Figure 2, l'axe de travail Y-Y est parallèle à l'axe Z-Z du tube dans lequel on intervient et est théoriquement confondu avec lui, mais un décalage d existe toujours, en pratique, entre ces deux axes. Le dispositif de compliance 4, permettant de supprimer ce décalage, va maintenant être décrit en regard des Figures 3 à 5. On a également indiqué sur la Figure 2 la face inférieure de la plaque tubulaire 11 du générateur de vapeur. Comme on le voit sur la Figure 3, le dispositif de compliance 4 comprend essentiellement - un support 12 qui, dans la position d intervention, est solidaire rigidement de l'embout 1 du bras 2, et qui sera pour cette raison appelé "support fixe"; - un support mobile 13, qui peut être rigidement relie au support fixe 12 ou désolidarisé de celui-ci, comme cela sera décrit plus loin; - des moyens 14 de liaison entre les supports 12 et t3; et - un chargeur mobile 15. Quant au dispositif d'intervention 3, il comprend essentiellement un porte-outil 16, qui porte une broche 17 définissant l'axe de travail Y-Y, vertical comme l'axe Z-Z, et qui est relié au support mobile 13 par l'intermédiaire d'un système vis-écrou 18 à axe vertical. La broche comporte à son sommet des moyens appropriés de saisie d'un obturateur. Les moyens de liaison 14 comprennent - une cage intermédiaire 19, montée librement rotative, par l'intermédiaire d'un roulement de centrage 20 et deux roulements de butée axiale 21, 22, sur un moyeu cylindrique 23 du support mobile 13, ce moyeu ayant un axe vertical; - une gorge circulaire périphérique prévue dans la cage 19 et recevant à libre coulissement radial, par l'intermédiaire de roulements 24, une collerette intérieure 25 solidaire du support fixe 12; - un dispositif d'indexage 26 comprenant un évidement conique 27 du support mobile 13 et un pointeau conique rétractable 28 monté sur le support fixe 12, l'axe du pointeau 28 étant vertical; et - un frein 29 comprenant d'une part un noyau d'électro-aimant 30 solidaire du support fixe 12 et présentant une surface supérieure plane et horizontale 31 située en regard de l'extrémité inférieure du moyeu 23, et d'autre part une armature plane et horizontale 32 montée coulissante parallèlement à elle-meme dans l'extrémité inférieure de ce moyeu et rappelée élastiquement vers le haut, c'est--à-dire vers une position escamotée. fie chargeur 15 comprend un logement supérieur à axe vertical, limité vers le bas par un épaulement annulaire, adapté pour recevoir à coulissement un organe de centrage creux 33 rappelé vers ledit épaulement par un ressort (non représenté). La tête de cet organe est conique, et sa partie courante, cylindrique, possède un diamètre extérieur égal, à un léger jeu près, au diamètre intérieur du bouchon 35A déjà en place dans le tube 35 à mettre hors service. En variante, la base du corps cylindrique de l'organe 33 peut s'évaser de façon conique jusqu'un diamètre supérieur au diamètre intérieur du tube 35, afin d'assurer un centrage complémentaire. En variante également, la tête conique de l'organe 33 peut s'élargir jusqu'à un diamètre supérieur au diamètre intérieur du tube 35, auquel cas elle vient en appui contre l'extrémité de ce tube pendant le centrage. Le chargeur 15 comprend également un logement inférieur coaxial au précédent et communiquant avec lui, adapté pour recevoir et retenir, grâce à une membrane annulaire élastique 15A, un obturateur 34 destiné à être vissé dans le bouchon 35A du tube 35 et pouvant pénétrer dans 1 organe 33. Cet obturateur peut notamment être d'un type décrit dans la demande de brevet FR 89 08 412 au nom de la Demanderesse. Comme on le voit sur la Figure 4, le chargeur 15 est monté à l'extrémité d'un bras oscillant 36 dont l'autre extrémité peut tourner autour d'un axe vertical 36A. Ceci permet d'amener le chargeur 15 dans l'une ou l'autre de deux positions : une position d'attente, représentée sur les Figures 3, 8 et 9, où son axe est confondu avec celui d'un tuyau 37 associé à un dispositif approprié (non représenté) d'alimentation en obturateurs 34, ce tuyau ayant son extrémité supérieure solidaire du support mobile 13 et coulissant dans le porte-outil 16; et une position active, représentée sur les Figures 5 à 7, où son axe est confondu avec l'axe de travail Y-Y. Le fonctionnement de l'appareillage ainsi décrit est le suivant. Au départ (Figure 3), l'axe de travail Y-Y est légèrement décalé par rapport à l'axe réel Z-Z du tube 35. Le frein 29 est relâché (électro-aimant 30 inactif et armature 32 escamotée vers le haut), tandis que le dispositif d'indexage 26 est en prise (pointeau 28 en position haute, en prise dans l'évidement 27). Le support mobile 13 est donc dans une position déterminée et connue par rapport au support fixe 12. De plus, le porte-outil 16 est en position basse, et le chargeur 15 est en position d'attente et reçoit un obturateur 34 dans son logement inférieur via le tuyau 37. Pour cela, on peut utiliser un moyen de poussée de tout type approprié, par exemple un dispositif pneumatique partant d'une réserve d'obturateurs située à distance. Le chargeur 15, avec son organe 33 et son obturateur 34, est alors amené dans sa position active (Figure 5), où l'obturateur se trouve juste au-dessus de la broche 17. Puis (Figure 6), le dispositif d'indexage 26 est débrayé (pointeau 28 descendu), et le porteoutil est soulevé au moyen du système vis-écrou 18. La broche 17 vient alors en prise avec l'obturateur puis est soulevée, de sorte que l'obturateur pousse l'organe 33 dans le bouchon 35A du tube 35. Ceci amène l'axe Y-Y en coïncidence avec l'axe Z-Z du tube, le support mobile 13 se déplaçant légèrement par rapport au support fixe 12. Le frein 29 est alors actionné (électro-aimant 30 alimenté et armature 32 plaquée sur sa surface supérieure 31), ce qui fixe cette position relative des deux supports. L'étape suivante (Figure 7) consiste à redescendre la broche 17, toujours en prise avec l'ob- turateur. Ceci provoque la sortie de l'organe 33 hors du tube 35 et le retour de cet organe en butée sur l'épaulement inférieur de son logement Le porte-outil 16 est ensuite descendu par le système vis-écrou 18 jusqu'à ce que l'obturateur 34 soit entièrement sorti du chargeur 15. Ensuite, le chargeur 15 est ramené en position d'attente (Figure 8), où il peut recevoir à nouveau un obturateur pour une intervention analogue sur un autre tube du générateur de vapeur. Puis le porte-outil 16 est remonté, et la broche 17, maintenant parfaitement alignée sur le tube 35, assure le vissage final de l'obturateur 34, comme illustré sur la Figure 9. Enfin, le dispositif d'indexage 26 est remis en action : le soulèvement du pointeau 28 ramène le support 13 dans sa position initiale par rapport au support 12 et le bloque dans cette position. En variante, on peut utiliser des moyens de centrage différents de l'organe 33, par exemple un dispositif à capteur(s) capacitif(s) sans contact avec le tube 35. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de centrage automatique d'un outil (17) par rapport à un orifice (35) dont l'axe (Z-Z) est parallèle à l'axe de travail (Y-Y) défini par outil, caractérisé en ce qu'il comprend: - un support (12), dit support fixe, solidaire d'un bras manipulateur (1, 2); - un support mobile (13) monté mobile sur le support fixe perpendiculairement auxdits axes; - des moyens d'indexage débrayables (261 adaptés pour amener les deux supports (12, 13) dans une position relative prédéterminée et les solidariser dans cette position; - des moyens de blocage débrayables (29) adaptés pour solidariser les deux supports dans une position relative quelconque; - un porte-outil (16) sur lequel est monté l'outil (17) et qui est solidaire du support mobile (13) dans les déplacements de celui-ci par rapport au support fixe (12); et - des moyens (15, 33) pour aligner l'axe de travail (Y-Y) sur l'axe (Z-Z) de l'orifice (35). 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'indexage (26) comprennent un pointeau conique rétractable (28) porté par l'un (12) des supports et adapté pour coopérer avec un logement conjugué (27) de l'autre support. 3 - Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de blocage (29) comprennent un noyau d'électro-aimant (30) porté par l'un (12) des deux supports, ce noyau présentant une surface active plane (31) perpendiculaire auxdits axes (Y-Y, Z-Z), et une armature plane (32) parallèle à cette surface, montée coulissante parallèlement à elle-même sur l'autre support (13). 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le support mobile (13) présente par rapport au support fixe (12) une liberté de mouvement d'une part en translation dans un plan perpendiculaire auxdits axes (Y-Y, Z-Z), d'autre part en rotation autour d'un axe parallèle à ceux-ci. 5 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alignement comprennent un organe de centrage (33) d'axe parallèle à l'axe (Z-Z) de l'orifice (35), et des moyens (36) pour amener sélectivement cet organe dans une position active coaxiale à l'axe de travail (Y-Y). 6 - Dispositif suivant la revendication 5, pour l'introduction d'un élément (34) dans l'orifice (35), caractérisé en ce que Organe de centrage (33) est porté par un chargeur (15) qui présente un logement de réception dudit élément (34) coaxialement à cet organe, des moyens étant prévus pour amener l'outil (17) en prise avec ledit élément (34). 7 - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le support mobile (13) comprend des moyens (37) d'introduction dudit élément (34) dans ledit logement dans une position escamotée du chargeur (15). 8 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'organe de centrage (33) comporte une tête conique et un corps cylindrique. 9 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'or- gane de centrage comprend au moins un capteur capacitif, pour réaliser un centrage sans contact. 10 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (18) pour déplacer le porte-outil (16) par rapport au support mobile (13) en translation suivant une direction parallèle à l'axe de travail (Y Y).