Brevet FR2771178A1 — publié le 19990521

La présente invention concerne un dispositif Passeur-Injecteur pour échantillons solides !ayant pour objet d'introduire automatiquement, l'un après l'autre, depuis l'atmosphère, dans un four tubulaire, appareil analytique, enceinte inaccessible, enceinte à à atmosphère controlée, afin d'effectuer des traitements, minéralisations, mesures, analyses ou les quatre successivement, des échantillons solides ou des récipients (nacelles , cupules, ampoules, tubes a essai, cuves) contenant les échantillons poudreux, solides, visqueux ou liquides. Les Passeurs-injecteurs existants ne permettent pas de manipuler de petits échantillons De plus, ils ne sont pas étudiés pour extraire un objet d'une enceinte après analyse. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il vise notamment à fournir un injecteur permettant non seulement d'introduire horizontalement dans une enceinte, des échantillons de petites dimensions Il va sans dire qu'a cause de sa simplicité, l'invention ne se limite pas au mode d'ezécution qui est présenté et qu'il est possible de décrire de nombreuses variantes en particulier en adaptant les dimensions des éléments composant ce passeur à la géométrie et la masse des échantillons à manipuler ainsi qu'a la distance à leur faire parcourir. Il est possible avec cette invention de manipuler aussi bien des nacelles (échantillons solides, poudreux, liquides), que des ampoules (échantillons gazeux). Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente une vue de dessus du passeur avec ses principaux composants. Le distributeur linéaire d'échantillons est composé d'un plateau allongé amovible (1) recouvert d'une résine silicone anti-glissement, d'encoches équidistantes (2) pour le logement des nacelles, et de graduations numérotées pour l'identification de l'échantillon. Les échantillons doivent être positionnés en face des graduations. Le plateau (1) fixé sur un chariot mobile et entraîné par un moteur pas à pas (4), permet de présenter à la pince (5) l'objet à saisir. Plusieurs plateaux avec des revêtements ou des graduations -differentes peuvent entre -disponibles et installés en fonction de l'application. Afin d'augmenter la capacite du passeur, il est possible soit d'augmenter la longueur et la course du plateau, soit d'utiliser une demi-couronne circulaire à la place du plateau linéaire. Les figures 5 (vue latérale), 6 (vue de dessus) et 8 (vue en perspective) représentent le mécanisme de préhension et la figure 8 représente une vue de face du chariot supportant le moyen de préhension. Le moyen de préhension est constitue par un tube cylindrique creux t6) d'une longueur adaptée à l'importance du déplacement de l'échantillon à obtenir, fermé à chaque extrémité par un bouchon (16). Le tube et les deux bouchons sont traversés de part en part dans le sens de la longueur par deux tiges rigides (17) et (18) qui peuvent tourner autour de leur axe d'un angle de 90" maximum. Du côté échantillons les tiges (17) et (18) sont coudées deux fois de façon à former un levier qui forme les mâchoires (5) de la pince (figure 8). Il est également possible d'adapter sur les tiges (restées droites ou coucïas) un fourreau amovible servant de machoire et adaptés aux pièces à saisir (revêtement antiglissement, pièces incurvées ou ayant une section en forme de L afin de maintenir l'échantillon par le dessous). A l'autre extrémité, la tige (17) est pliée à 900 vers le haut, la tige (18) est pliée à 90" vers le bas (figures 5 et 8) de façon à obtenir sur chaque tige, un effet de rotation opposé pour un seul et même sens de déplacement du mécanisme de commande (23) entraînant la pièce (22). L'axe du motoréducteur (25) solidaire de la pièce (26) actionne la pièce 23 qui coulisse à l'autre extrémité au travers du support fixe (35) et entraîne les tiges (17) et Cette disposition permet de commander à distance la fermeture ou l'ouverture des mâchoires de la pince par un simple déplacement linéaire rnotorisé (figures 5 , 6 et 8). De part sa conception trés simple et miniaturisée, cette pince permet en particulier de saisir des objets de toute petite dimension, de sorte que la pince et l'objet saisi aient un encombrement extremement réduit tandis que le mécanisme de commande plus encombrant reste à distance. De nombreux mécanismes peuvent commander le mouvement linéaire de va et vient: (figure 8). Il va sans dire que le déplacement de tige (23) peut être provoqué par un moteur entraînant une CAME, un LEVIER, une VIS SANS FIN ou directement par un ELECTROAIMANT, VERIN ou par tout autre moyen mécanique, pneumatique, hydraulique, électrique, magnétique ou gra*.imétrique. Une variante au dispositif de commande consiste à piloter les mâchoires de la pince par un mouvement de rotation limité (figure 9) obtenu au moyen de 2 pignons t50) et (51) de diamètres identiques fixés aux extrémités des tiges (17) et (18) selon la figure 9. Le pignon motorisé (52) entraîne la rotation des pignons (51) et (52) dans des sens opposés et donc provoque l'ouverture ou la fermeture de la pince. Dans ce cas, il ne faut pas plier les tiges (17) et (18) car le mouvement de rotation est obtenu directement par un moteur (eliectrique, continu, pas-à-pas, etc.). Les pignons (50), (51) et (52) peuvent etre remplacés par des cylindres en caoutchouc (afin d'éviter les glissements) ou par 3 poulies associées à une courroie. Il est également possible d'utiliser une crémaillère double (56) cernée par deux pignons (54) et (55) lesquels sont solidaires des tiges (17) et (18) (Figure 10). Le mécanisme de préhension est fixé sur un chariot (8) à galets (28) guidé par deux rails t9) figure 7), l'axe de guidage étant aligné avec l'axe du four (15) de façon à permettre l'introduction de la pince dans le four. L'entrainement du chariot (8) par un moteur pas-à-pas (10) et un système de poulie crantée (33) et de courroie (30) permet des déplac Le corps de la pince (6) est fixé (figures 6 et 7) au moyen de deux brides (19) sur une pièce en forme de U à l'envers (7) qui elle-même est vissée (31) sur deux équerres (29) . Cette disposition permet de régler l'inclinaison du tube qui peut pivoter autour des vis (31) afin de faciliter son introduction dans l'analyseur. Les figures 2 (vue de côté) , 3 et 4 (vues de dessus) représentent le mécanisme de fermeture hermétique constitué d'une porte (12) fixée sur une glissière à billes (38) et (11). La partie (11) de la glissière est maintenue à une extrémité par une vis (43) et la partie mobile (38) est entraînée à l'autre extrémité par un levier (35) pivotant autour d'un axe (42). L'axe (42) forme un angle a de 75 degrés avec le plan de repos de la glissière de façon à provoquer lors d'une rotation un déplacement longitudinal et latéral. La figure 3 représente le mécanisme dans sa position fermee. La figure 4 le représente sa position ouverte. L'axe de commande (42) forme un angle ss de 15 degrés environ (figure 11) avec le plan horizontal de façon à provoquer, lors d'une rotation, un inclinaison de la porte en position fermée. L'axe (42) traverse une équerre (36) qui le maintient tout en autorisant sa rotation. Ce dispositif de porte coulissante à commande par axe incliné a l'avantage de ne nécessiter qu'un seul entraînement pour provoquer des déplacements dans deux directions et une inclinaison de la porte du four. Les deux déplacements sont progressifs et ajustables en réglant les angles a, I et la longueur du levier (35). Afin d'assurer une bonne étanchéité, la face de la porte (12) (figure 1) en contact avec le four est recouverte d'une plaque de caoutchouc silicone élastique (13) capable de resister à des températures jusqu'à 300"C. Il est possible d'utiliser d'autres matériaux adaptés à d'autres contraintes. La gestion des séquences d'introduction est assurée par un microcontrôleur. Cinq opérations élémentaires ont été programmées et permettent à un organe extérieur de télécommander (via des signaux logiques T.T.L.) le passeur. La deuxième fonction du mlcrocontrleur est de signaler toute erreur. A ce titre, certains mouvements sont contrôlés par une détection magnétique qui signale tout dysfonctionnement. Durant l'exécution d'une opération, un signal électrique (niveau logique T.T.L.) avertit ltextérieur que le passeur est momentanément indisponible. Un autre signal électrique avertit l'extérieur d'un incident. Le dispositif de l'invention peut être associé - à différents appareils analytiques nécessitant une manipulation d'échantillons. comme les appareils d'analyse élémentaire, spectrale, chimique, électrochimique, électromagnétique, thermogravimètrique ou autre. - à un système de préparation d'échantillons comportant éventuellement une dilution ou la mise en solution d'un échantillon. - à un système de minéralisation. - à un système de dosage d'eau (méthode de Karl Fisher ou autre). - à une application impliquant la manipulation d'échantillons radioactifs ou dans une chambre soumise à des rayonnements dangereux. - à un système de pesée. - à un système d'analyses par Resoiiance Magnétique Nucléaire dans lequel l'entrefer de l'aimant est souvent réduit. Revendications 1) Passeur injecteur d'échantillons permettant d'introduire automatiquement, l'un après l'autre, depuis l'atmosphère, dans une enceinte horizontale à atmosphère contrôlée, afin d'effectuer des traitements, minéralisations, mesures, analyses ou les quatre successivement, des échantillons ou des récipients contenant des échantillons. Cette invention vise notamment à fournir un injecteur permettant non seulement d'introduire des échantillons (même de petite dimension) dans une enceinte peu accessible, dangereuse ou controlée, mais encore à permettre leurs extractions afin que le cycle introduction extraction puisse se reproduire de nombreuses fois. Caractérisé en ce qu'il comporte - un distributeur - un moyen précis et peu encombrant de saisir un récipient sans perte d'échantillons et sans renverser, déplacer ou contaminer les autres. - un moyen de commander la pince miniature avec un mouvement simple, linéaire ou circulaire, distant des mâchoires de la pince, le dispositif de commande plus volumineux étant distant de la pince. - un moyen de transférer horizontalement des nacelles jusqu'à la position d'analyse, qui permette un positionnement répétitif et précis des objets déplacés. - un moyen d'obturation hermétique de l'ouverture du four afin d'autoriser le contrôle de son atmosphère. - un moyen de commande à microcontroleur permettant le séquencement des différentes opérations et le contrôle de sécurité de la fermeture du four. 2) Passeur-injecteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il est possible d'adapter le passeur à des récipients de géométrie et de dimensions différentes par changement du plateau supérieur du distributeur d'échantillons, des mâchoires de la pince ou des dimensions de certains éléments tout en gardant des mécanismes identiques. 3) Passeur-injecteur selon la revendication 1 selon lequel la saisie est commandée à distance par deux tiges (17) et (18) articulées elles-même entraînées soit par un simple déplacement linéaire motorisé (pièces (22) et (23) (figures 1 - 2 et 5 ), soit par un seul moteur commandant trois pignons (figure 9) , soit par une crémaillère (figure 11). Caractérisé par la forme tubulaire de faible encombrement -de l1extrémité de la pince (16) et (5) qui autorise l'introduction d'échantillon dans des chambres très étroites tandis que La motorisation reste éloignée. 4) Passeur-injecteur selon la revendication 1 dans lequel le moyen de transférer des échantillons, objets ou nacelles jusqu'à la position d'analyse est constitué d'un moyen de préhension monté sur un équipage mobile guidé horizontalement par un rail et entraîne par un moteur pas à pas. 5) Passeur-injecteur selon la revendication 1 dans lequel le moyen d'obturation hermétique de l'ouverture du four est constitué d'une glissière à billes (11) et (38). La revendication concerne ce dispositif de porte coulissante à commande par axe incliné (35) qui ne nécessite qu'un seul entraînement pour provoquer des déplacements dans deux directions de I'équipage mobile (38), (12) et (13) provoquant ainsi un déplacement dans deux directions (longitudinale et transversale) et une pression hermétique de la porte cont-e l'orifice de 1' enceinte. 6) Passeur-injecteur selon la revendication 1 dans lequel le moyen de commande à microcontrôleur permet d'appeler au moyen de signaux extérieurs des MODULES ayant une fonction élémentaire: Ouverture de la, porte, introduction ou extraction d'un objet, retour des parties mobiles vers leur positions de repos. L'utilisation de modules indépendants permet le pilotage du passeur par un ordinateur extérieur. 7) Passeur-injecteur selon la revendication 1 , 2 3 3 , 4 , 5 , 6 dans lequel le dispositif selon le présent brevet peut être associé: - à différents appareils analytiques nécessitant une manipulation d'échantillons. -comme les appareils d'analyse élémentaire, spectrale, chimique, électrochimique, électromagnétique, thermogravimètrique ou autre. - à un système de préparation d'échantillons comportant éventuellement une dilution ou la mise en solution d'un échantillon. - à un système de minéralisation. - à un système de dosage d'eau (méthode de Karl Fisher ou autre). - à une application impliquant la manipulation d'échantillons radioactifs ou dans une chambre soumise à des rayonnements dangereux. - à un système de pesée. - à un système d'analyses par Résonance Magnétique Nucléaire dans lequel l'entrefer de l'aimant est souvent réduit.