Brevet FR2684434A1 — publié le 19930604

La présente invention concerne le domaine des chalumeaux à gaz équipés d'un dispositif d'observation visuelle, et plus particulièrement une tête de chalumeau à gaz du type comportant un corps de buse équipé intérieurement d'un dispositif d'observation visuelle. De tels chalumeaux à gaz trouvent leur utilisation notamment dans les techniques de décriquage, notamment oxyacétylénique, de sondage ou de brasage (oxybrasage par exemple), ou encore de découpage (oxycoupage par exemple). Le document FR-A- 2628 667 illustre ainsi un chalumeau à gaz dont la tête comporte un corps de buse équipé intérieurement d'un dispositif optique d'observation visuelle, ledit corps de buse présentant un passage central de gaz débouchant au niveau d'un orifice principal et selon l'axe duquel est monté ledit dispositif optique. Ce dispositif comprend essentiellement une fibre optique en extrémité de laquelle est prévu un objectif coaxial à l'orifice principal du corps de buse. En outre, lorsqu'un tel chalumeau est destiné à être utilisé pour du décriquage, le passage central est de préférence traversé par un flux d'oxygène pur et frais qui balaie l'objectif du dispositif d'observation, et le corps debuse comporte en outre des conduits pour le passage du mélange gazeux combustible adéquat, par exemple de l'oxygène et le l'acétylène, qui débouchent au niveau d'orifices associés agencés autour de l'orifice principal dudit corps de buse. Un tel chalumeau est très intéressant dans la mesure où il permet notamment d'observer un bain de métal en fusion produit par ledit chalumeau à partir d'une caméra vidéo indépendante de celui-ci, et disposée à proximité du bain, et ainsi de surveiller le travail effectué sur les criques (par exemple à la surface des lingots de métal avant leur laminage). En étant disposé intérieurement dans le corps de buse, le dispositif d'observation est protégé à la fois contre les projections (par exemple de métal en fusion au voisinage du bain), et contre l'action directe du flux de chaleur dégagé par la flamme du chalumeau et par le bain. Les chalumeaux de ce type à vision interne par fibre optique permettent une inspection de la surface travaillée, en cours de travail ou non. C'est ainsi qu'il est possible de lire et d'enregistrer sur vidéo les défauts révélés par un bain de décriquage. En cours de travail, la flamme de chauffe confère en particulier un éclairage qui permet d'inspecter une surface et d'enregistrer tout ou partie de son aspect sur vidéo. Il arrive cependant que la vision de la surface travaillée et/ou inspectée soit altérée, partiellement ou même totalement. Il en est par exemple ainsi lorsqu'un corps étranger, tel que de la calamine ou tout autre composé ayant servi par exemple à la protection de la peau du produit à inspecter, reste adhérent à la surface, auquel cas la vision s en trouve gênée, voire rendue impossible. L'homme de l'art pourrait imaginer faire face à ce problème en dégageant de la zone de travail le chalumeau avec son dispositif optique d'observation visuelle, afin d'effectuer un traitement séparé visant à attaquer le corps étranger qui altère la vision. Cependant, en procédant ainsi, cela oblige à effectuer un nouveau positionnement du chalumeau. De plus, il est nécessaire de réitérer cette opération tant que la vision n'est pas satisfaisante. Ces manoeuvres successives sont délicates et font perdre un temps important. L'opérateur doit en effet à chaque fois repérer la zone à dégager, puis dégager cette zone avec un outillage adéquat, et enfin replacer à nouveau le chalumeau. Par ailleurs, si l'on souhaite effectuer un enregistrement de l'aspect d'une grande partie de la surface éclairée, le positionnement spatial du chalumeau doit être très précis, de sorte que la multiplicité des déplacements dudit chalumeau introduit des risques d'erreurs non négligeables, avec les inconvénients qui en découlent lors du traitement des données enregistrées. L'invention a pour objet de résoudre ce problème technique, en concevant une installation qui permet d'éviter les inconvénients et limitations précités. L'invention a également pour objet de concevoir une installation qui soit aussi utilisable tant dans le domaine de la détection de défauts de surface, et ce même pour des matériaux autres que les métaux (la pierre par exemple), que dans le domaine du découpage (oxycoupage) ou du soudage (oxybrasage). Il s'agit plus particulièrement d'une tête de chalumeau à gaz, comportant un corps de buse équipé intérieurement d'un dispositif optique d'observation visuelle, ledit corps de buse présentant un passage central de gaz débouchant au niveau d:un orifice principal et selon l'axe duquel est monté ledit dispositif optique, caractérisée en ce que le corps de buse présente en outre un circuit d'éjection de fluide débouchant au niveau d'un ou plusieurs orifices associés et permettant de diriger du fluide à grande énergie cinétique sur la surface travaillée et/ou inspectée pour un dégagement de ladite surface par l'action mécanique dudit fluide. De préférence, lorsqu'il s'agit d'une tête de chalumeau dans laquelle le corps de buse présente également une pluralité de conduits pour le passage d'un mélange gazeux combustible, qui débouchent au niveau d'orifices associés agencés autour de l'orifice principal, il est alors avantageux que le circuit d'éjection de fluide débouche au niveau d'un ou plusieurs orifices agencés autour des orifices associés au mélange gazeux combustible. Selon un premier mode d'exécution, le circuit d'éjection de fluide débouche au niveau d'une pluralité d'orifices angulairement répartis autour de l'orifice principal du corps de buse. En particulier alors, les orifices d'éjection de fluide sont de forme essentiellement circulaire, ou en variante sont essentiellement en forme de barrettes allongées, en étant agencées circonférentiellement. Selon un autre mode d'exécution possible le circuit d'éjection de fluide débouche au niveau d'un orifice unique en forme de couronne circulaire coaxiale à l'orifice principal du corps de buse. De préférence encore, lorsqu'il s'agit d'une tête de chalumeau dans laquelle le dispositif optique d'observation visuelle comprend une fibre optique en extrémité de laquelle est prévu un objectif coaxial à l'orifice principal du corps de buse, il est avantageux que le circuit d'éjection de fluide soit agencé pour concentrer le fluide essentiellement sur la zone de vision balayée par l'objectif de la fibre optique. Dans ce cas, le circuit d'éjection de fluide peut être agencé pour produire une nappe de fluide essentiellement continue et de forme conique, ladite nappe s'étendant coaxialement au corps de buse. En variante, le circuit d'éjection de fluide est agencé pour produire une nappe de fluide essentiellement continue et de forme cylindrique, ladite nappe s'étendant coaxialement au corps de buse. Avantageusement enfin, le fluide à grande énergie cinétique est de l'eau ou du gaz carbonique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures où - la figure I est une coupe axiale d'une tête de chalumeau à gaz conforme à l'invention - les figures 2a, 2b et 2c illustrent en coupe selon IIII de la figure 1, différents modes d'exécution du circuit d'éjection de fluide, débouchant respectivement au niveau d'une pluralité d'orifices circulaires ou en forme de barrettes allongées, ou au niveau d'un orifice unique en forme de couronne circulaire. La figure 1 illustre une tête de chalumeau à gaz 100 conforme à l'invention, comportant un corps de buse 101 équipé intérieurement d'un dispositif optique d'observation visuelle 120. Le corps de buse 101 est de forme générale cylindrique, et son axe est repéré X (l'axe X pourra présenter une orientation quelconque selon les diverses utilisations concernées). Le corps de buse 101 présente un passage central de gaz 102, ici en forme de tuyère, débouchant au niveau d'un orifice principal 103 disposé dans le plan frontal 104 du corps de buse 101. Le dispositif optique d'observation visuelle 120 comprend ici une fibre optique 105 en extrémité de laquelle est prévu un objectif 106 coaxial à l'orifice principal 103 du corps de buse 101. L'angle de vue de l'objectif 106 est référencé 107, et l'objectif 106 est disposé à l'intérieur du passage central 102 de telle façon que la surface de l'orifice principal 103 corresponde sensiblement à celle embrassée par l'angle de vue 107 dudit objectif. La fibre optique 105 part quant à elle de l'objec- tif 106, en sortant, de manière étanche au gaz, a l'extérieur du corps du chalumeau en direction d'un dispositif d'interprétation des informations lumineuses (non représenté ici). On pourra se référer à ce titre au document FR-A-2628667 dans lequel est décrit en détail un chalumeau à gaz de ce type, plus spécialement prévu pour une utilisation en décriquage. Conformément à un aspect essentiel de l'invention, le corps de buse 101 présente en outre un circuit d'éjection de fluide débouchant au niveau d'un ou plusieurs orifices associés, et permettant de diriger du fluide à grande énergie cinétique sur la surface S travaillée et/ou inspectée pour un dégagement de ladite surface par l'action mécanique dudit fluide. La coupe de la figure 1, en association avec la figure 2a, permet ainsi de distinguer des canaux 110 permettant d'acheminer du fluide à grande énergie cinétique, ces canaux débouchant au niveau d'orifices associés 111 agencés dans le plan frontal 104 du corps de buse 101 lorsque du fluide à grande énergie cinétique, par exemple de l'eau ou du gaz carbonique, ou tout autre gaz amené sous presion en phase liquide, est envoyé sur la surface S qui est travaillée et/ou inspectée. L'agencement du ou des orifices associés permet de générer une succession de jets de fluide 112, lesquels jets peuvent, si les orifices sont suffisamment rapprochés, se réunir pour former une nappe de fluide essentiellement continue. De cette façon, lorsque l'opérateur est en train d'inspecter la surface travaillée ou à travailler à laide du dispositif optique d'observation 120, il peut, sans avoir à déplacer le corps de buse 101, déclencher une ou plusieurs émissions de jets de fluide à haute vitesse pour un dégagement de la surface par l'action mécanique de ces jets de fluide. Une nouvelle inspection permet à l'opérateur de vérifier si la vision de la surface est encore altérée, auquel cas il peut déclencher une nouvelle émission de fluide à grande énergie cinétique sur la surface S. La succession de ces opérations d'inspection, et de travail mécanique par émission de jets de fluide à grande énergie cinétique, peut être effectuée aisément et rapidement, et de plus sans déplacer le corps de buse de la tête de chalumeau, ce qui permet d'enregistrer avec une grande précision l'aspect de la surface éclairée. L'opérateur na donc plus besoin de repérer la zone à dégager dans la mesure où cette zone est automatiquement attaquée par l'émission jets de fluide du fait du positionnement du corps de buse 101 par rapport à la surface S inspectee et/ou travaillée. Le corps de buse 101 de la tête du chalumeau 100 illustré aux figure 1 et 2a présente en outre ici une pluralité de conduits 108 pour le passage d'un mélange gazeux combustible (par exemple un oxy-carburant), lesquels conduits débouchent au niveau d'orifices 109 agencés autour de l'ori fice principal 103. Lorsqu'il s'agit d'une utilisation pour du décriquage, les conduits 108 permettent alternativement d'acheminer de l'oxygène gazeux et de l'acétylène. Il est alors préférable que le circuit d'éjection de fluide 110, 111 débouche au niveau de plusieurs orifices 111 agencés autour des orifices 109 associés au mélange gazeux combustible. En effet, si l'émission de jets de fluide à grande énergie cinétique intervient en cours de travail, il convient d'éviter que de tels jets viennent interférer avec le bon fonctionnement du chalumeau. En outre, un agencement périphérique (c'est-à-dire en périphérie du corps de buse) du circuit d'éjection de fluide permet de mettre à profit la température du fluide utilisé, qui est par exemple de l'eau froide, afin d'obtenir un effet complementaire de refroidissement du corps de buse 101. On va maintenant décrire différentes variantes relatives à l'agencement du circuit d'éjection de fluide, en se référant aux figures 2a, 2b, 2c, ces modes d'exécution ne constituant naturellement que des exemples possibles. Sur la figure 2a, le corps de buse 101 comporte une pluralité de canaux cylindriques 110, angulairement répartis autour du passage central de gaz 102, ici en alternance (radialement) avec les canaux 108 associés au passage du mélange gazeux combustible. Les canaux 108 débouchent alors au niveau d'une pluralité d'orifices circulaires 111 qui sont angulairement répartis autour de l'orifice principal 103 du corps de buse 101. Sur la figure 2b, le corps de buse 101 comporte une pluralité de canaux 110.1, dont la section est ici en forme de rectangle plat, avec un agencement circonférentiel entourant le cercle des canaux 108 associés au mélange gazeux combustible et le passage central de gaz 102. Dans ce cas, les orifices d'éjection de fluide 111.1 ne sont plus de forme essentiellement circulaire comme c'est le cas pour la variante illustrée en figure 2a, mais sont essentiellement en forme de barrettes allongées, en étant agencées circonférentiellement. Il va de soi que l'on pourrait en variante prévoir des canaux de section circulaire se terminant par des orifices en forme de barrettes allongées au niveau du plan frontal 104 du corps de buse 101. Sur la figure 2c, le corps de buse 101 est réalisé en deux parties coaxiales, avec une partie centrale 101.1, de sorte qu'un passage annulaire unique 110.2 soit défini entre ces deux parties coaxiales. Le passage annulaire 110.2 enveloppe le cercle des canaux 108 associés au mélange gazeux combustible et le passage central de gaz 102. Dans ce cas, le circuit d'éjection de fluide débouche alors au niveau d'un orifice unique 111.2 en forme de couronne circulaire coaxiale à l'orifice principal 103 du corps de buse 101. Une telle variante s'avèrera particulièrement intéressante si le dégagement de la surface travaillée et/ou inspectée demande de gros efforts mécaniques. La coupe de la figure 1 est ici compatible avec les trois variantes illustrées aux figures 2a, 2b, 2c, mais serait également compatible avec d'autres variantes correspondant à des circuits d'éjection de fluide agencés différemment. De préférence, le circuit d'éjection de fluide sera agencé pour concentrer le fluide à grande énergie cinétique essentiellement sur la zone de vision balayée par l'objectif 106 de la fibre optique 105. Le circuit d'éjection de fluide peut alors être agencé pour produire une nappe de fluide essentiellement continue et de forme conique, ladite nappe s'étendant coaxialement au corps de buse 101. Dans le cas de la figure 1, les jets 112 peuvent produire une nappe de fluide de forme conique, ladite nappe étant ici convergente du fait de l'inclinaison des canneaux 110 ou 110.1, ou du canal commun 110.2, inclinaison qui est repérée par l'angle a dont la valeur sera choisie en fonction du type d'inspection ou de travail concerné. On pourra naturellement prévoir en variante une nappe conique divergente, ou encore une nappe de fluide essentiellement continue mais de forme cylindrique, ces nappes s'étendant comme précédemment coaxialement au corps de buse 101. On est ainsi parvenu à réaliser un chalumeau multifonction à lecture optique, qui est capable d'enlever les produits gênants devant la zone de vision balayée par l'objectif de la fibre optique sans avoir à déplacer le corps de buse du chalumeau. On peut utiliser ce chalumeau dans l'une ou l'autre de ses deux fonctions, qui permet d'assurer d'une part le travail à la flamme (conformément aux techniques de décriquage, de soudage ou de brasage, de découpage, ou encore de traitements de surface sur des matériaux divers tels que métaux ou granit), et d'autre part la lecture et/ou l'enregistrement vidéo de tout ou partie de l'aspect de la surface concernée. On peut également utiliser ce chalumeau comme un simple capteur d'observation non destructif, sans utilisation de flamme si l'environnement est suffisamment lumineux. Le chalumeau est ainsi largement utilisable dans le domaine de la détection des défauts de surface dans le domaine de la métallurgie (pièces en acier ou cuivre par exemple), mais aussi pour la détection de défauts sur de grosses pièces dont le matériau constitutif peut résister à l'action de la flamme (par exemple de la pierre, et en particulier du granit). L'utilisation comme capteur d'inspection sous lumière ambiante, la flamme du chalumeau étant alors éteinte, élargit encore le domaine d'utilisation. Dans tous les cas, dès que la vision est gênée, il suffit à l'opérateur de déclencher l émission de jets de fluide à grande énergie cinétique pour dégager la surface inspectée et/ou travaillée. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1. Tête de chalumeau à gaz, comportant un corps de buse équipé intérieurement d'un dispositif optique d'observation visuelle, ledit corps de buse présentant un passage central de gaz débouchant au niveau d'un orifice principal et selon l'axe duquel est monté ledit dispositif optique, caractérisée en ce que le corps de buse (101) présente en outre un circuit d'éjection de fluide (110, 111 ; 110.1, 111.1 ; 110.2, 111.2) débouchant au niveau d'un ou plusieurs orifices associés (111; 111.1, 111.2), et permettant de diriger du fluide à grande énergie cinétique sur la surface (S) travaillée et/ou inspectée pour un dégagement de ladite surface par l'action mécanique dudit fluide. 2. Tête de chalumeau selon la revendication 1, dans laquelle le corps de buse (101) présente également une pluralité de conduits (108) pour le passage d'un mélange gazeux combustible, qui débouchent au niveau d'orifices associés (109) agencés autour de 11 orifice principal (103), caractérisée en ce que le circuit d'éjection de fluide (110, 111 ; 110.1, 111.1 ; 110.2, 111.2j débouche au niveau d'un ou plusieurs orifices (111 ; 111.1, 111.2) agencés autour desdits orifices (109) associés au mélange gazeux combustible 3. Tête de chalumeau selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le circuit d'éjection de fluide (110, 111 ; 110.1, 111.1) débouche au niveau d'une pluralité d'orifices (111, 111.1) angulairement répartis autour de l'orifice principal (103) du corps de buse (101). 4. Tête de chalumeau selon la revendication 3, caractérisée en ce que les orifices d'éjection de fluide (111) sont de forme essentiellement circulaire. 5. Tête de chalumeau selon la revendication 3, caractérisée en ce que les orifices d'éjection de fluide (111.1) sont essentiellement en forme de barrettes allongées, en étant agencées circonférentiellement. 6. Tête de chalumeau selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le circuit d'éjection de fluide (110.2, 111.2) débouche au niveau d'un orifice unique (111.2) en forme de couronne circulaire coaxiale à l'orifice principal (103) du corps de buse (101). 7. Tête de chalumeau selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle le dispositif optique d'observation visuelle (120) comprend une fibre optique (105) en extrémité de laquelle est prévu un objectif (106) coaxial à l'orifice principal (103) du corps de buse (101), caractérisée en ce que le circuit d'éjection de fluide (110, 111 ; 110.1, 11.1 110.2, 111.2) est agencé pour concentrer le fluide essentiellement sur la zone de vision balayée par l'objectif (106) de la fibre optique (105). 8. Tête de chalumeau selon la revendication 7, caractérisée en ce que le circuit d'éjection de fluide (110, 111 110.1, 111.1 ; 110.2, 111.2) est agencé pour produire une nappe de fluide essentiellement continue et de forme conique, ladite nappe s'étendant coaxialement au corps de buse (101). 9. Tête de chalumeau selon la revendication 7, caractérisée en ce que le circuit d'éjection de fluide (110, 111 ; 110.1, 111.1 ; 110.2, 111.2) est agencé pour produire une nappe de fluide essentiellement continue et de forme cylindrique, ladite nappe s'étendant coaxialement au corps de buse (101). 10. Tête de chalumeau selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le fluide à grande énergie cinétique est de l'eau ou du gaz carbonique.