Brevet FR2826306A1 — publié le 20021227

DISPOSITIF DE DECOUPE DE TUBES METALLIQUES L'invention concerne un dispositif perfectionné destiné à permettre la réalisation de la découpe de tubes métalliques et notamment de tubes en acier. Plus particulièrement, l'invention est destinée à permettre la réalisation d'un chanfrein au niveau dudit tube, afin de permettre soit sa soudure avec un tube consécutif, soit la soudure d'autre (s) éléments tubulaire (s) au niveau de la paroi périphérique du tube. Il est bien connu que, préalablement à l'assemblage par soudage de deux ou de plusieurs tubes, il est nécessaire de réaliser au niveau de leurs extrémités, ou au niveau des parties à assembler par soudage, des coupes préliminaires, dont le tracé correspond aux intersections géométriques des cylindres que définissent les tubes en question. Par ailleurs, il est également connu qu'afin de réaliser l'assemblage de deux parois métalliques par soudage, il convient de pratiquer un chanfrein sur les surfaces en regard. De fait, et lorsqu'il s'agit de tubes métalliques, les chanfreins en question doivent être réalisés le long du tracé des courbes d'intersection. Afin de réaliser de tels chanfreins, on a procédé pendant très longtemps à la découpe manuelle, notamment par le biais de chalumeaux. Puis, cette découpe manuelle a été automatisée sans pour autant donner une grande satisfaction, nonobstant l'existence des dispositifs et logiciels de calcul numériques intégrés au sein de telles installations. Ces machines ont donc évolué, et on a proposé une autre installation dite à coupe évolutive . Une telle installation comprend un bâti horizontal susceptible de recevoir le tube à découper, ce bâti comportant une tête de coupe à chalumeau solidaire d'une structure tournant autour de l'axe du tube, cette structure tournante étant formée par une couronne dentée munie en son centre d'une ouverture que traverse le tube à découper et, la rotation de ladite couronne étant commandée par un moteur pas à pas actionné à partir d'un calculateur électronique. Parallèlement, la tête de coupe comporte des moyens commandés à partir du calculateur électronique, destinés à faire varier l'inclinaison du chalumeau de découpe par rapport à l'axe du tube, ainsi que la distance de ce chalumeau par rapport à cet axe. Cette tête de découpe est portée par des moyens permettant de la déplacer dans la direction de l'axe du tube sous l'action d'au moins un moteur pas à pas commandé lui aussi par le calculateur électronique. Cette installation est par exemple décrite dans le document FR-A-2 516 423. En d'autres termes, cette installation propose une structure tournante relativement légère, mobile longitudinalement et en rotation autour du tube fixe, les mouvements de la structure ainsi que ceux du chalumeau de la tête de découpe étant définis et synchronisés automatiquement par un calculateur électronique centrale. De fait, cette installation permet de prédéterminer le contour de la découpe, mais également à chacun de ses points, l'angle d'inclinaison du chanfrein de découpe. Incontestablement, cette installation constitue un progrès par rapport aux dispositifs d'installations connus. Pour autant, le nombre de degrés de liberté de la tête de découpe demeure réduit et n'autorise pas, en tout cas de manière aisée, la totalité de débattements de la tête de découpe dans les trois dimensions de l'espace. En outre, elle ne permet pas de conserver constante la distance séparant la tête de découpe du lieu effectif de son action, de sorte qu'il convient d'effectuer une correction de l'outil de découpe pour chacun de ses trajets. L'objet de l'invention est de pallier ces inconvénients. Elle vise en effet une installation susceptible de conférer à la tête de découpe la possibilité d'un tel débattement maximum dans les trois dimensions par un moyen simple à mettre en oeuvre. Par ailleurs, l'objet de l'invention réside également dans le souhait de conserver de manière la plus constante possible la distance séparant l'outil de découpe proprement dit, qu'il s'agisse d'un chalumeau, d'un laser ou d'une torche à plasma, du lieu effectif de découpe. En d'autres termes, l'invention vise à conserver le point focal constant, c'est à dire la hauteur d'arc, notamment plasma de la tête de découpe constante. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de découpe de tubes métalliques comprenant un bâti horizontal destiné à recevoir le tube à découper ou à chanfreiner, et une tête de découpe dudit tube, montée sur un châssis mobile solidaire au bâti dans lequel la tête de découpe est susceptible de subir un mouvement combiné de rotation et de translation, les mouvements de translation et de rotation étant asservis l'un avec l'autre. Ce faisant, le mouvement conjugué de translation et de rotation de la tête de découpe confère à celle-ci, et partant à l'extrémité notamment de la torche plasma, un mouvement non pas circulaire, mais plus évasé. A cet effet, la tête est montée coulissante sur un bras, lui-même solidaire de l'axe de sortie d'un réducteur, dont l'axe d'entrée coopère avec un organe d'entraînement perpendiculaire à l'axe d'entrée du réducteur. En outre, l'extrémité libre dudit bras portant la tête de découpe est asservi sur un chemin de came non circulaire, l'ensemble étant lui-même solidarisé à un chariot coulissant selon la même direction que l'axe de guidage translatif, et solidarisé au châssis. En outre, l'ensemble ainsi réalisé est solidaire d'une couronne annulaire, dont l'axe de rotation est perpendiculaire aux axes respectifs du réducteur et de guidage translatif, et ce afin d'optimiser les degrés de liberté et d'orientation de l'organe de découpe proprement dit. Par ailleurs, l'organe de découpe est muni d'un capteur de palpage permettant le réglage en altitude de la torche par rapport au tube à découper. La manière dont l'invention peut être réalisée, et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif, et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique en perspective de la tête de découpe conforme à l'invention. La figure 2 est également une vue schématique en perspective de la tête de découpe selon un autre angle. La figure 3 est une représentation schématique de face d'un détail de la tête de découpe. La figure 4 est une représentation graphique de la course du point focal de l'organe de découpe proprement dit. En relation avec la figure 1, on a donc représenté schématiquement et en perspective la tête de découpe conforme à l'invention. Fondamentalement, celle-ci est solidarisée au châssis (1) de l'installation de découpe, dont le reste n'est pas représenté car considéré comme connu. Ce châssis (1) comporte des glissières linéaires (2), le long desquelles sont susceptibles de coulisser des organes complémentaires non représentés, solidarisés à un bâti (3). En l'espèce, ce bâti comporte une plate-forme (3'), située dans un plan perpendiculaire par rapport au châssis (1), et sur la face inférieure duquel est ménagé un ensemble de couronne pignon (4, 4'), destiné à permettre la rotation de la tête de découpe ci-après décrite plus en détail, par rapport à un axe parallèle à la direction de la translation du bâti (3) par rapport au châssis (1). Le pignon (4) est solidarisé à un bâti secondaire (5) porteur de la tête de découpe proprement dite. Ce bâti secondaire (5) comporte tout d'abord, par l'intermédiaire d'un certain nombre d'éléments de renvoi ou de liaison, un support de guidage (10) d'un chariot mobile (9), ledit chariot mobile (9) étant susceptible de coulisser le long de la glissière (10) selon une direction linéaire située dans un plan parallèle au plan de la plate-forme (3'), et sous l'action d'une vis à bille (non représentée). Ce chariot (9) supporte l'ensemble de la tête de découpe, ainsi que cela apparaît mieux dans la suite de la description. Parallèlement, le bâti secondaire (5) se prolonge par un élément (6), portant une crémaillère (7), orientée parallèlement à l'axe de coulissement du chariot mobile (9) sur la glissière (10). Ce chariot (9) supporte, ainsi que déjà dit, l'ensemble de la tête de découpe, et ce, par le biais d'un réducteur (8). Ce réducteur (8) comporte un axe d'entrée, orienté de manière perpendiculaire par rapport aux directions respectivement de la crémaillère (7) et de translation du chariot mobile (9). Cet axe est en outre situé dans un plan parallèle au plan de la plate-forme (3'). L'axe d'entrée du réducteur (8) reçoit un pignon denté (15), destiné à engrener sur la crémaillère (7). De fait, et par construction, le pignon (15) est en permanence en contact avec la crémaillère (7). L'axe de sortie du réducteur (8), aligné avec l'axe d'entrée, reçoit un support intermédiaire (17), recevant une glissière (18), au sein de laquelle est susceptible de coulisser un bras (12), orienté perpendiculairement par rapport audit axe de sortie, et sur lequel est monté l'organe de découpe proprement dit (11). En outre, le chariot (9) porte une came non circulaire (14), définissant un chemin de came (16) au niveau de sa périphérie, ladite came étant située quant à elle dans un plan perpendiculaire au plan de ladite plate-forme (3'). L'organe de découpe (11) est de manière préférentielle constitué d'une torche à plasma. Elle pourrait néanmoins être remplacée par tout organe de découpe connu et notamment un chalumeau voire un laser. Plus spécifiquement, la tête de découpe (11) est montée sur un bras (12), monté coulissant, ainsi que déjà dit dans la glissière (18). En outre, l'extrémité libre dudit bras (12) est munie d'un galet (13), reposant sur le chemin de came (16) de la came (14). Un ressort de rappel (19) induit le contact permanent entre le galet (13) et la came (14). Il va être maintenant décrit plus en détail le mode de fonctionnement de la tête de découpe ainsi égalisée. Compte tenu d'une part, de la coopération entre le pignon (15) et la crémaillère (7), et d'autre part, du bras (12) avec la came (14), et enfin, de la solidarisation de l'ensemble came-réducteur-tête de découpe sur le chariot (9) mobile, toute translation dudit chariot mobile (9), initialisée par un boîtier de commande, automatique notamment (non représenté), entraîne d'une part, la translation du réducteur parallèlement audit chariot, et par voie de conséquence, la rotation du pignon (15) en contact sur la crémaillère (7). Cette rotation du pignon (15) induit la rotation de l'axe d'entrée du réducteur, entraînant à son tour au rapport de réduction k près, la rotation de l'axe de sortie et donc du support intermédiaire (17) et de la tête de découpe (11). Corollairement, cette rotation induit le déplacement du galet (13) du bras (12) sur le chemin de came (16), entraînant au fur et à mesure de la progression du chariot mobile (9) et donc de la rotation du support (17), le coulissement du bras (12) au sein de la glissière (18). On déduit ainsi aisément, que l'extrémité active de la tête de découpe ne suit pas un mouvement rigoureusement circulaire, mais que le mouvement de rotation qui lui est imprimé est tempéré ou asservi, par un mouvement de translation par rapport au e f référentiel constitué par le support intermédiaire (17). Il va être décrit ci-après un exemple de détermination du profil du chemin de came (16) compte tenu de l'objectif à atteindre, et ce, en relation avec la figure 4. Le réducteur (8) est de rapport k. La rotation du pignon (15) est liée à la translation réalisée selon la direction soit de la crémaillère (7), soit de la glissière (10), par la relation : où r est le rayon du pignon (15), et a l'angle de l'axe de sortie du réducteur par rapport à la verticale. Ainsi, si pour un angle a donné, les conditions suivantes sont considérées comme adoptées : 'Ça : centre du pignon (15) ; 'Fa : intersection de la verticale CoFo et de la direction C,, F, 'Pc Pa : point de contact du galet (13) sur la came (14). Il s'agit d'une approximation dont les conséquences sont a priori négligeables. Pour les calculs analytiques aussi bien que numériques, on adopte les valeurs suivantes par construction : # P0C0 = 109 mm : distance initiale, la torche étant verticale, 'R = 10 mm : rayon du pignon (15), 'K == 10 : rapport de réduction entre la rotation du pignon et de la tête de découpe. Quant à la cote CoFo, elle doit en toute logique correspondre à la limite lorsque a tend vers 0 du quotient : k r a/tga. Lorsque la torche fait un angle Ci avec la verticale, il ressort : Sous l'action de la came, le recul de la torche prend la valeur suivante : La conservation du point focal sur la verticale CoFo est obtenue si : D'où il vient : Cette équation correspond à la définition du chemin de came. On a représenté en figure 4, le graphique illustrant ces calculs. On maintient ainsi constant le positionnement du point focal, permettant ainsi de suivre la courbe du tube avec régularité, et ainsi optimiser la découpe proprement dite tant sur le plan de la précision que de l'efficacité. Selon une autre caractéristique de l'invention, la torche est munie d'un organe de palpage, susceptible ainsi de définir précisément son altitude par rapport à la zone à usiner ou à chanfreiner du tube, cet organe de palpage étant connecté à l'unité centrale de traitement assurant le fonctionnement de l'installation, et donc susceptible d'induire le déplacement en altitude de ladite tête. Cet organe de palpage utilise typiquement la tension d'arc passant par la torche, et mesurant de fait une différence de potentiel, typiquement de 150 volts, de laquelle on peut déterminer donc la distance entre l'extrémité de la pointe de la flamme et le tube. Cette fonction de palpage peut également être réalisée au moyen d'un capteur électronique. Ce faisant, il est possible avec la tête de découpe conforme à l'invention de conserver l'orientation de la flamme, c'est-à-dire de l'organe de découpe selon le même axe quelle que soit l'orientation effective de la tête de découpe. REVENDICATIONS 1. Dispositif de découpe de tubes métalliques comprenant un bâti horizontal destiné à recevoir le tube à découper ou à chanfreiner, et une tête de découpe (11) dudit tube, montée sur un châssis mobile (3) par rapport au bâti, et dans lequel la tête de découpe est susceptible de subir un mouvement combiné de rotation et de translation, caractérisé en ce que les mouvements de translation et de rotation sont asservis l'un avec l'autre. 2. Dispositif de découpe de tubes métalliques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête de découpe (11) est montée sur un bras (12), susceptible de se déplacer en translation au sein d'un élément (18) lui-même solidaire de l'axe de sortie d'un réducteur (8) solidaire du châssis (3), et dont l'axe d'entrée coopère avec un organe d'entraînement (7) perpendiculaire à l'axe d'entrée dudit réducteur, l'extrémité libre dudit bras (12) portant la tête de découpe (11) étant asservi sur un chemin de came non circulaire (16) par l'intermédiaire d'un galet (13), l'ensemble ainsi constitué étant lui-même solidarisé à un chariot (9) mobile selon la même direction que l'organe d'entraînement (7) et solidarisé au châssis (3), la progression linéaire dudit ensemble étant réalisé par le biais de ce chariot mobile (9). 3. Dispositif de découpe de tubes métalliques selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bras (12) est susceptible de coulisser au sein d'une glissière (18), solidaire d'un support intermédiaire (17) fixé à l'extrémité de l'axe de sortie du réducteur (8). 4. Dispositif de découpe de tubes métalliques selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'organe d'entraînement (7) est constitué par une crémaillère, sur laquelle vient engrener un pignon denté (15) fixé à l'extrémité de l'axe d'entrée du réducteur (8). 5. Dispositif de découpe de tubes métalliques selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le chariot mobile (9) est susceptible de coulisser au niveau d'une glissière (10), solidaire du châssis. 6. Dispositif de découpe de tubes métalliques selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le châssis (3) comprend un châssis secondaire (5), qui lui est solidarisé de manière rotative au moyen d'un ensemble couronne annulaire- pignon (4,4'), dont l'axe de rotation est perpendiculaire aux axes respectifs du réducteur et d'entraînement. 7. Dispositif de découpe de tubes métalliques selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tête de découpe (11) est munie d'un capteur en altitude, susceptible d'induire le positionnement du châssis en relation avec l'usinage ou le chanfreinage à réaliser.