Brevet FR2686917A1 — publié le 19930806

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de positionnement en continu d'un outil de réglage d'un engin de travaux publics sur un terrain présentant une surface réelle à travailler. Le nivellement ou réglage de surfaces de terrains à travailler, par un engin de travaux publics, peut être réalisé en se rapportant à des repères physiques intermédiaires, tels que par exemple des piquets, disposés sur le terrain conformément à un plan d'exécution. Le conducteur de l'engin doit alors non seulement conduire l'engin mais également agir sur des moyens de réglage de la position de l'outil de réglage porté par cet engin, afin que cet outil égalise la surface du terrain conformément au plan. Ainsi qu'on peut facilement le comprendre, de multiples interventions sur le terrain sont nécessaires afin d'obtenir la surface souhaitée. Par ailleurs, les difficultés de travail sont encore augmentées par la complexité même des projets à réaliser, notamment en raison de variations de pentes, d'alignements ou de courbes. De plus, ces méthodes de travail ne permettent en aucune façon de reproduire intégralement et de manière continue, un projet de surface étudié. C'est pour résoudre ces différents problèmes que des dispositifs de positionnement automatique en continu d'un outil de réglage d'un engin de travaux publics ont été développés dans l'état de la technique. C'est ainsi par exemple qu'on connait du document FR-A-2 637 625, au nom de la Demanderesse, un procédé et un dispositif de positionnement automatique en continu d'un outil de réglage d'un engin de travaux publics, sur un terrain présentant un surface réelle à travailler, qui consiste à - déterminer dans un système de repère des premiers paramètres dits paramètres théoriques de position d'outil, définissant une surface virtuelle correspondant à une surface prédéterminée à obtenir après réglage par outil de réglage de la surface réelle du terrain à travailler; - relever dans le même système de repère établi sur le terrain à travailler, des seconds paramètres dits paramètres réels de position d'outil, définissant la position réelle de l'outil de réglage;; - comparer lesdits paramètres théoriques et réels de position d'outil pour en tirer des ordres de déplacement de l'outil; et - commander des moyens de réglage de la position de outil de réglage en fonction des ordres de déplacement pour faire coincider les paramètres réels avec les paramètres théoriques. Le but de l'invention est de proposer un perfectionnement au procédé et au dispositif décrits dans ce document permettant d'obtenir un positionnement extrêmement précis et fiable de l'outil de réglage à l'aide de moyens dont la structure est relativement simple et peu coûteuse. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de positionnement automatique tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que l'étape de relevé des paramètres définissant la position réelle de l'outil de réglage consiste à - mesurer la position réelle approximative de l'outil de réglage dans le système de repère; et - mesurer la distance exacte entre l'outil et un plan de référence de position en altitude. Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet un dispositif de positionnement automatique en continu d'un outil de réglage, comportant des moyens pour la mise en oeuvre des différentes étapes du procédé tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que les moyens de relevé des paramètres définissant la position réelle de l'outil de réglage comprennent des moyens de mesure de la position réelle approximative de l'outil de réglage dans le système de repère et des moyens de mesure de la distance exacte entre l'outil et un plan de référence de position en altitude. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.1 illustre une première étape d'un procédé selon l'invention; et - la Fig.2 représente une vue schématique illustrant le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention. Ainsi qu'on peut le voir sur la Fig.l, le procédé de positionnement automatique en continu d'un outil de réglage d'un engin de travaux publics, sur un terrain présentant une surface réelle à travailler, selon l'invention, consiste dans un premier temps à déterminer dans un système de repère 1, par exemple un système de coordonnées orthonormées en 0,X,Y et Z, des premiers paramètres dits paramètres théoriques de position d'outil 2, définissant une surface virtuelle correspondant à une surface prédéterminée à obtenir après réglage par l'outil de réglage 2, de la surface réelle du terrain à travailler. Ces paramètres définissent ainsi une surface prédéterminée à obtenir, correspondant par exemple à un trajet de déplacement de l'engin de travaux publics et donc de l'outil entre les points A et B dans ce système de repère. Ces paramètres de position sont par exemple déterminés par des coordonnées XA, YA,ZA d'une cible 3 reliée à l'engin ou à l'outil de réglage 2 et se déplaçant dans le système de repère. Ces premiers paramètres théoriques sont élaborés dans des moyens de traitement d'informations comme par exemple un ordinateur, en fonction des projets et des plans d'éxécution établis par exemple par un géomètreexpert. Après cette opération de détermination des paramètres théoriques de position de l'outil, il est prévu une étape de relevé, dans le même système de repère O,X,Y,Z, établi sur le terrain à travailler, de seconds paramètres dits paramètres réels de position d'outil définissant la position réelle de l'outil de réglage sur le terrain Ensuite, les paramètres théoriques et réels sont comparés pour en tirer des ordres de déplacement de l'outil afin de commander des moyens de réglage de la position de l'outil de réglage en fonction de ces ordres pour faire coincider les paramètres réels avec les paramètres théoriques. Ces différentes étapes sont décrites plus en détail dans le document mentionné précédemment. Selon l'invention, l'étape de relevé des paramètres de la position réelle de l'outil de réglage consiste à mesurer la position réelle approximative de l'outil de réglage dans le système de repère et à mesurer la distance exacte entre l'outil et un plan de référence de position en altitude. Les différents moyens permettant de mettre en oeuvre ces étapes sont illustrés sur la Fig.2. Sur cette figure, l'engin de travaux publics est désigné par la référence générale 10, l'outil de réglage de celui-ci par la référence 11, la position de l'outil de réglage par rapport au reste de l'engin de travaux publics étant établie par des moyens de réglage de position 12, constitués par exemple par des vérins interposés entre chaque extrémité de cet outil de réglage ll et le reste du châssis de l'engin. Les moyens de mesure de la position réelle approximative de l'engin et donc de l'outil de réglage porté par celui-ci, dans le système de repère 1, comprennent par exemple au moins un tachéomètre désigné par la référence générale 13, disposé dans l'exemple de réalisation représenté sur cette figure 2, sur le terrain et associé à une cible 14 disposée par exemple sur l'engin de travaux publics. Bien entendu, le tachéomètre peut également être disposé sur l'engin et la cible sur le terrain. Les tachéomètres sont bien connus dans l'état de la technique et permettent de délivrer des paramètres de position en X,Y,Z de l'engin dans le système de repère, à partir d'une position de référence. Le tachéomètre utilisé dans le dispositif selon l'invention peut être constitué par un tachéomètre automatique de type connu en soi. Ce tachéomètre est en fait un tachéomètre de suivi automatique d'une cible mobile, cette cible étant constituée par exemple par la cible portée par l'engin, cet engin et donc la cible se déplaçant sur le chantier. Les informations de position en X,Y,Z, sont transmises du tachéomètre à la cible, de façon connue en soi par exemple par voie radio-électrique ou optique et ces informations sont introduites dans un calculateur 15, porté par l'engin de travaux publics. Ceci permet de déterminer de façon approximative la position de cet engin et donc de l'outil de réglage associé à celui-ci, dans le système de repère. Par ailleurs, il est également prévu des moyens de mesure de la distance exacte entre l'outil et un plan de référence de position en altitude. Ce plan désigné par la référence générale P sur cette figure, est établi par des moyens 16 d'émission d'un faisceau laser plan associés à des colonnes 17 et 18 de photodétecteurs, disposées par exemple à chaque extrémité de l'outil de réglage 11. Chaque colonne délivre un signal de position de l'extrémité correspondante de l'outil de réglage par rapport au plan de référence en altitude P. Les signaux de sortie de ces colonnes de photodétecteurs sont introduits dans des moyens de comparaison désignés par les références 19 et 20 sur cette figure 2 et constitués par exemple par des automates programmables industriels. Ces automates reçoivent sur une autre entrée des signaux délivrés par le calculateur 15. Ces signaux sont représentatifs des paramètres théoriques de position d'outil en altitude définissant la surface virtuelle correspondant à une surface prédéterminée à obtenir après réglage par l'outil de réglage, et sont calculés par ce calculateur 15 à partir des informations de position en X, Y, délivrées par le tachéomètre à ce calculateur. En effet, en fonction de ces informations de position, le calculateur, grâce aux informations de surface prédéterminée à obtenir, calcule les paramètres théoriques de position d'outil en altitude correspondants et les délivre à ces moyens de comparaison 19 et 20. Ces moyens réalisent alors une comparaison entre ces paramètres théoriques et les paramètres réels de position délivrés par les colonnes de photodétecteurs 17 et 18. La sortie de ces moyens de comparaison constitue alors par exemple des signaux d'ordres de déplacement de l'outil qui sont appliqués à des moyens de commande des moyens de réglage de la position de l'outil de réglage comme par exemple les vérins 12 décrits précédemment, pour faire coincider les paramètres réels avec les paramètres théoriques de position. Ces moyens de commande sont par exemple formés par des électrovannes 21 et 22 respectivement, agissant sur l'alimentation en fluide des vérins 12. On conçoit donc que ces différents moyens permettent de déterminer de façon approximative en X,Y et Z, la position de l'engin de travaux publics et donc de l'outil de celui-ci dans un système de repère par exemple orthonormé. Ces informations de position sont intégrées dans un calculateur qui délivre des paramètres théoriques de position de l'outil en fonction de la surface prédéterminée à obtenir après réglage par l'outil de réglage. Ces paramètres théoriques sont comparés à des paramètres réels de position, délivrés par des capteurs de position de cet outil par rapport à un plan de référence en altitude, pour calculer une correction à apporter à la position réelle de cet outil afin d'obtenir la surface prédéterminée stockée dans le calculateur. Le dispositif de positionnement selon l'invention peut également comporter des moyens de mesure du déplacement latéral de l'engin par rapport à un plan de référence de direction. Ce plan de référence de direction peut être établi par des moyens 23 d'émission d'un faisceau laser vertical associés à au moins une colonne de photodétecteurs 24 fixée sur l'engin 10. Cette colonne de photodétecteurs s'étend d'un côté à l'autre de l'engin et les signaux de sortie de cette colonne sont également appliqués à des moyens de comparaison 25 de la position réelle de cet engin à des signaux théoriques de position délivrés par le calculateur 15 en fonction des informations stockées dans celui-ci, pour assurer une correction de trajectoire de cet engin en agissant sur des moyens de pilotage par exemple 26 et 27 des moyens de direction de celui-ci. Ainsi, lorsque l'engin s'écarte de la trajectoire théorique calculée, ces moyens permettent de corriger automatiquement le déplacement de celui-ci. Des moyens de visualisation 28 peuvent être associés au calculateur 15 pour présenter à l'opérateur des informations relatives aux corrections apportées à la position de l'outil et de l'engin. Par ailleurs, en début de réglage, le dispositif selon l'invention peut être commuté en mode manuel et c'est alors l'opérateur qui régle la position des moyens de réglage à l'aide des organes de commande à sa disposition sur l'engin. En effet, en début de réglage, il est nécessaire d'opérer plusieurs passes afin de dégrossir le travail avant de commuter le dispositif en mode automatique. Les informations de position de l'outil de réglage par rapport à la position théorique calculée peuvent être affichées sur les moyens d'affichage dtin- formations 28 pour donner à l'opérateur une idée de la position réelle de l'outil par rapport à la surface théorique à obtenir. Ainsi l'opérateur peut suivre l'évolution du dégrossissage du travail et enclencher au moment opportun le mode de fonctionnement automatique du dispositif. I1 va de soi bien entendu que ce dispositif peut être appliqué à n importe quel engin de travaux publics et que celui-ci peut comporter un outil de réglage se présentant sous différentes formes et dont la disposition est établie par un ou plusieurs organes de réglage de position tels que les vérins décrits précédemment. On conçoit donc que le dispositif selon l'invention comporte deux types de moyens de mesure. Les uns sont basés sur l'utilisation d'un tachéomètre et permettent d'obtenir une référence de position approximative réelle de l'engin dans le système de repère, et les autres sont basés sur l'utilisation d'un plan de référence en altitude établi par faisceau laser et permettant de délivrer une information extrêmement précise de la position de l'outil en altitude par rapport à ce plan. Or, cette référence de position en altitude est extrêmement importante pour la qualité de finition des chantiers. Bien entendu, les plans établis par faisceaux laser peuvent être adaptés à la configuration du chantier et peuvent également être modifiés à volonté par exemple par commande à distance en fonction de la position de l'engin sur le chantier. REVENDICATIONS 1. Procédé de positionnement automatique en continu d'un outil de réglage (11) d'un engin de travaux publics sur un terrain présentant une surface réelle à travailler, comportant les étapes de - détermination dans un système (1) de repère (O,X,Y,Z), de premiers paramètres (XA,ZA,YA) dits paramètres théoriques de position d'outil définissant une surface virtuelle (A,B) correspondant à une surface prédéterminée à obtenir après réglage par l'outil de réglage (11) de la surface réelle du terrain à travailler; - relevé dans le même système de repère (O,X,Y,Z) établi sur le terrain à travailler, de seconds paramètres dits paramètres réels de position d'outil, définissant la position réelle de l'outil de réglage; - comparaison desdits paramètres théoriques et réels de position de l'outil pour en tirer des ordres de déplacement de l'outil; et - commande de moyens (12) de réglage de la position de l'outil de réglage (11) en fonction des ordres de déplacement pour faire coincider les paramètres réels avec les paramètres théoriques, caractérisé en ce que l'étape de relevé des paramètres définissant la position réelle de l'outil de réglage consiste à - mesurer la position réelle approximative de l'outil de réglage (11) dans le système de repère (1); et - mesurer la distance exacte entre l'outil et un plan (P) de référence de position en altitude. 2. Dispositif de positionnement automatique en continu d'un outil de réglage (11) d'un engin de travaux publics sur un terrain présentant une surface réelle à travailler, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, du type comportant des moyens (15) pour déterminer dans un système de repère (O,X,Y,Z), des premiers paramètres (XA,YA,ZA) dits paramètres théoriques de position d'outil (11) définissant une surface virtuelle correspondant à une surface prédéterminée à obtenir après réglage par l'outil de réglage de la surface réelle du terrain à travailler, des moyens (13,14,16,17,18) de relevé dans un même système de repère établi sur le terrain à travailler, de seconds paramètres dits paramètres réels de position d'outil définissant la position réelle de l'outil de réglage (11), des moyens de comparaison (19,20) des paramètres théoriques et réels de position pour en tirer des ordres de déplacement de l'outil et des moyens (21,22) de commande de moyens (12) de réglage de la position de l'outil de réglage en fonction des ordres de déplacement pour faire coincider les paramètres réels avec les paramètres théoriques, caractérisé en ce que les moyens de relevé des paramètres définissant la portion réelle de l'outil de réglage comportent - des moyens (13,14) de mesure de la position réelle approximative de l'outil de réglage (11) dans le système de repère (1); et - des moyens (16,17,18) de mesure de la distance exacte entre l'outil et un plan de référence (P) de position en altitude. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la position réelle approximative de l'outil de réglage (11) comprennent au moins un tachéomètre (13) associé à au moins une cible (14). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ou chaque tachéomètre est placé sur le terrain et la ou chaque cible sur l'engin. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ou chaque tachéomètre est placé sur l'engin et la ou chaque cible sur le terrain. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le plan (P) de référence en altitude est établi par des moyens (16) d'émission d'un faisceau laser plan et en ce que les moyens de mesure de la distance exacte entre ce plan de référence (P) et l'outil de réglage (11) comprennent au moins une colonne (17,18) de photodétecteurs reliée à outil et délivrant un signal d'indication de distance de l'outil par rapport au faisceau. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce quVil comporte des moyens (23,24) de mesure du déplacement latéral de l'engin par rapport à un plan de référence de direction (D). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le plan de référence de direction (D) est établi par des moyens (23) d'émission d'un faisceau laser vertical et en ce que les moyens de mesure comprennent au moins une colonne de photodétecteurs (24) reliée à l'engin et délivrant un signal de position de l'engin par rapport au faisceau. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la sortie de la colonne de photodétecteurs (24) est reliée à des moyens (25,26,27) de correction de la trajectoire de l'engin.