Brevet FR2851998A1 — publié le 20040910

I La présente invention concerne un dispositif et un procédé de halage d'objets allongés et relativement longs. Ce dispositif permet notamment de mettre à la mer un objet tubulaire de grande longueur et de structure relativement souple et fragile, comme par exemple un câble sous5 marin, un tuyau ou encore une antenne sonar linéaire, de type "flûte". La manipulation d'objets de forme sensiblement tubulaire et de grande longueur est une opération délicate qui est généralement réalisée ou au moins contrôlée par des opérateurs humains. L'opération est en outre rendue 10 encore plus délicate si l'objet manipulé a une structure souple et fragile comportant par exemple une succession d'objets relativement fragiles mis dans une gaine tubulaire plus souple. De même, la manipulation d'un objet de forme générale tubulaire et présentant une irrégularité de diamètre sur sa longueur, est une opération malaisée. Dans le cas de bâtiments de surface ou de bâtiments sous-marins mettant en oeuvre des sonars équipés d'antennes tubulaires, de type "flûte" par exemple, la mise à la mer de l'antenne est généralement réalisée à la main par plusieurs opérateurs. L'antenne logée sur un treuil est halée par les opérateurs qui laissent l'extrémité libre filer dans l'eau. Le halage se poursuit 20 ainsi jusqu'à ce que la longueur immergée soit suffisante et que le déploiement se poursuive de lui même par entraînement, sous l'action du poids de l'antenne conjugué à la vitesse du navire. Outre qu'elle est malaisée, cette manoeuvre peut s'avérer dangereuse voire impossible à réaliser. C'est notamment le cas lorsque l'état de la mer rend difficile la 25 station debout sur la zone du pont du navire o elle s'effectue. De telles difficultés de mise en oeuvre se retrouvent également lors de la mise à l'eau par un navire câblier d'un câble téléphonique ou électrique par exemple. Il existe bien entendu divers dispositifs permettant de faciliter la mise à l'eau 30 d'objets allongés ou tubulaires de dimensions importantes. On peut citer les ancres flottantes fixes ou largables qui entraînent avec elles l'objet auquel elles sont arrimées par une extrémité. On peut également citer des dispositifs de manutention tels que par exemple des rouleaux presseurs, des tapis roulants, des tours mors sur poulie motrice, etc.... Cependant tous les 35 dispositifs existant présentent divers inconvénients mécaniques parmi lesquels on peut mentionner les contraintes excessives de pression ou de traction qu'ils exercent sur l'objet manipulé. Des contraintes trop fortes ou mal réparties peuvent en effet endommager ce dernier. Ces dispositifs sont par ailleurs mal adaptés à la manutention d'objets dont le diamètre n'est pas 5 constant, ou d'objets présentant des portions rigides. Il en va de même des objets présentant une gaine dont l'état de surface ou la dureté gêne le fonctionnement du dispositif utilisé. Ces inconvénients de mise en oeuvre rendent ces divers dispositifs difficilement automatisables, la présence d'un opérateur se révélant nécessaire sinon indispensable. 10 Pour pallier les inconvénients précités, l'invention propose un dispositif de manutention automatique permettant de manipuler des objets de forme sensiblement tubulaires et dont le diamètre et la raideur ne sont pas nécessairement constant. A cet effet elle a pour objet un dispositif 15 automatique de manutention d'objets allongés comportant notamment un filet tubulaire dont les mailles sont déformables. L'objet à manipuler est enfilé dans ce filet. Le dispositif comporte également une structure sur laquelle est fixé le filet et qui permet d'en étirer ou d'en comprimer les mailles faisant ainsi varier son diamètre. Le dispositif comporte également un chariot animé 20 d'un mouvement de va et vient qui supporte la structure, le filet et la partie de l'objet à manipuler autour de laquelle est enfilé le filet. Ce dispositif présente l'avantage de répartir les contraintes mécaniques de préhension qui s'exercent sur l'objet. Avantageusement il est peu sensible aux variations du diamètre ou de la structure de l'objet et ne nécessite pas 25 que l'objet ait un profil rectiligne. L'invention a également pour objet un procédé de manutention d'un objet allongé. D'autres caractéristiques et avantage apparaîtront au travers de la description et des figures qui représentent: 30 - La figure 1, une vue de dessus du dispositif selon l'invention. - La figure 2, une vue de profil du dispositif. - La figure 3, une vue du même dispositif selon une coupe transversale. - La figure 4, une illustration schématique du principe de mise en oeuvre du dispositif. - La figure 5, deux chronogrammes de principe du déroulement des actions effectuées par le dispositif, au cours d'une 10 opération de manutention. - La figure 6, deux chronogrammes du déroulement des actions effectuées au cours d'une opération de manutention, pour laquelle on utilise deux dispositifs selon l'invention travaillant 15 de façon alternative. La figure 1 présente une vue schématique générale, de dessus, d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce dispositif comporte principalement deux sous-ensembles. Un premier 20 sous-ensemble comportant des éléments mobiles, qui assure la fonction de préhension et de halage de l'objet à manipuler et un second sous-ensemble qui commande le mouvement des éléments mobiles du premier sousensemble. Dans l'exemple illustré par la figure 1, le premier sous-ensemble comporte notamment un filet de forme tubulaire 11 d'un diamètre intérieur adapté au diamètre de l'objet à manipuler. Les mailles du filet ont par exemple une forme de losange et sont déformables, de sorte que le filet peut être soit comprimé soit étiré axialement. Avantageusement, selon l'état de 30 compression ou de tension dans lequel il se trouve, le filet tubulaire présente un diamètre de passage plus ou moins important. Le filet tubulaire 11 est enfermé dans une structure composée d'un élément principal 12, formant une boîte qui comporte une collerette 13 et d'un élément secondaire comportant une partie 14 coulissant dans l'élément principal, et une partie 15 35 formant une autre collerette. Une des extrémités du filet est fixée à l'élément principal tandis que l'autre est solidaire de l'élément secondaire. Ainsi quand l'élément secondaire s'écarte de l'élément principal le filet se trouve étiré et son diamètre diminue. En revanche, quand l'élément secondaire se rapproche de l'élément principal, le filet se trouve comprimé et son diamètre 5 augmente. Les collerettes 13 et 15 sont par ailleurs percées d'ouvertures dont la géométrie et la taille permettent le passage de l'objet à manipuler, figuré en traits pointillés. Pour faciliter le passage de l'objet à manipuler à l'intérieur de la structure, celle-ci comporte en entrée et en sortie des rouleaux à gorges 17 et 18 sur 10 lesquels coulisse l'objet. L'ensemble des éléments est monté sur un chariot mobile se déplaçant en va et vient à l'intérieur d'un rail de guidage 19. Le rail de guidage 19 est conçu pour pouvoir être fixé au sol de façon à rester immobile. Dans le cas d'une 15 utilisation pour la manutention d'une antenne sonar linéaire de type "flûte", à bord d'un navire ou d'un bâtiment de surface par exemple, le rail 19 peut être fixé sur la plage arrière du bateau en aval du treuil sur lequel l'antenne est enroulée. Les éléments mobiles composant le premier sous-ensemble sont actionnés par un second sous-ensemble. Dans l'exemple illustré par la figure 1, ce sous-ensemble comporte une centrale pneumatique 110 et deux vérins 1 1 1. Les deux vérins sont fixés sur la collerette 13 de l'élément principal 12. La collerette 13 est par ailleurs percée de trous permettant la traversée des 25 tiges 1 12 des vérins qui sont elles-mêmes solidaires de la collerette 15. La centrale pneumatique 110 est reliée par l'intermédiaire de tuyaux aux deux vérins 111 ainsi qu'aux deux extrémités du rail 19. Elle permet par injection d'air comprimé de repousser les pistons des vérins 111 et d'écarter les éléments 12 et 14 l'un de l'autre. L'écartement des éléments 12 et 14 a 30 pour conséquence d'étirer le filet tubulaire et d'en diminuer le diamètre, le filet venant ainsi enserrer l'objet à manipuler. Lorsque l'injection d'air cesse, des ressorts 113 placés à l'intérieur des vérins ramènent le piston dans sa position initiale, rapprochant ainsi les éléments 12 et 14. Le filet 11 est alors comprimé et son diamètre augmente. Le filet n'enserre alors plus l'objet à 35 manipuler. La centrale pneumatique 110 permet également de déplacer le chariot mobile qui porte le dispositif. Ce chariot se comporte comme un piston à l'intérieur du rail de guidage 19. Pour déplacer le chariot vers une des extrémités du rail, il suffit d'injecter de l'air sous pression par l'orifice se trouvant à l'autre extrémité et réciproquement. A titre d'exemple de réalisation, le dispositif est décrit ici comme comportant un sous-ensemble de commande utilisant une centrale pneumatique. Il est cependant entendu qu'il est possible d'envisager d'autres types de sous10 ensembles, hydraulique ou électronique par exemple, qui rempliraient la même fonction. La figure 2 complète la représentation du dispositif selon l'invention faite à la figure 1. Sur cette vue de profil on constate que sur le 15 fond de l'élément 12 se trouve fixée une pièce en forme d'équerre 16. Comme le fond de l'élément 12, la pièce 16 est également percée d'un orifice permettant le passage de l'objet à manipuler. Sur la pièce 16 est fixé un rouleau à gorge 17 dans laquelle coulisse l'objet. Sur la figure 2, on constate également que la collerette 15 apparaît comme une pièce en forme d'équerre 20 sur laquelle est fixé le deuxième rouleau à gorge 18. La collerette 15 joue ainsi un rôle similaire à celui de la pièce 16. Grâce aux deux rouleaux à gorge 17 et 18 objet à manipuler pénètre et sort du dispositif sans frottements excessifs. Sur la vue de profil de la figure 2 apparaît également de façon schématique 25 le chariot 21, 22 qui supporte le dispositif. Le chariot est placé dans le rail de guidage 19 à l'intérieur duquel il circule. Il comporte une partie située à l'intérieur du tube de guidage et qui se déplace à la manière d'un piston en effectuant des mouvements de va et vient. Ces mouvements sont occasionnés par l'action de l'air comprimé injecté d'un côté G ou de l'autre 30 côté D du rail 19 par un des orifices 23 ou 24. La partie supérieure 22 du chariot, extérieure au rail 19, permet de fixer le dispositif sur le chariot. Cette partie 22 peut par exemple prendre la forme d'une plaque perpendiculaire au plan du chariot traversant le rail de guidage au travers d'une fente 115 représentée sur la figure 1. La figure 3, est une coupe transversale du dispositif selon l'invention. Sur cette vue on peut distinguer la collerette 15 et les emplacements 32 d'arrimage des tiges 112 des vérins. La collerette 15 apparaît percée de l'orifice de passage 31 par lequel passe l'objet à 5 manipuler. Cet orifice est situé en regard de l'orifice correspondant percé dans la pièce 16 non visible sur la figure. Sur la collerette 15 est fixé le cylindre à gorge 18. Sur cette figure, le chariot support 21, 22 du dispositif ainsi que le rail de guidage 19 sont également représentés en coupe. Il est à noter que cette vue en coupe selon A-A du dispositif représente le côté du dispositif par lequel entre l'objet à manipuler. Cependant, du fait de la symétrie géométrique du dispositif il est aisé d'imaginer qu'une vue en coupe de l'autre côté du dispositif, selon une coupe B-B par exemple, présenterait de grandes similitudes. C'est pourquoi celle ci ne fait pas l'objet d'une figure. 15 La figure 4 décrit de manière schématique une opération de manutention d'un objet long réalisée en mettant en couvre le dispositif selon l'invention, l'objet à manipuler étant inséré dans le dispositif. L'opération peut par exemple correspondre à la mise à la mer d'une antenne linéaire de sonar 20 ou bien d'un câble sous-marin. Cette opération peut être décrite comme un mouvement périodique comportant trois étapes repérées par les instants to, t1 et t2 et qui correspondent chacune à un état de fonctionnement du dispositif selon l'invention. A l'instant to le dispositif se trouve positionné à l'extrémité D du rail de 25 guidage. Les vérins 111 sont actionnés au moyen de la centrale pneumatique 110, entraînant l'écartement des éléments 12 et 14 et l'étirement du filet 111 dont le diamètre diminue. Le filet enserre alors l'objet à manipuler. La central pneumatique injecte alors de l'air comprimé dans le rail de guidage 19 par l'orifice 24 de sorte que le chariot se déplace vers 30 l'extrémité G du tube. Le chariot entraîne avec lui l'objet à manipuler qui se déplace d'une longueur L sensiblement égale au déplacement du chariot 21, 22. Sur la figure, le déplacement de l'objet est figuré par le déplacement de la marque 41. A l'instant t1 la centrale pneumatique cesse d'actionner les vérins dont les 35 pistons reviennent à leur position initiale sous l'action des ressorts 113. Les éléments 12 et 14 se rapprochent alors et compriment le filet 11, ce qui provoque l'augmentation de son diamètre et libère l'objet à manipuler. Puis la centrale pneumatique injecte de l'air comprimé dans le tube de guidage par l'orifice 23. Le chariot se déplace alors vers l'extrémité D du tube pour 5 reprendre sa position initiale à l'instant t2. Le dispositif est alors prêt pour débuter un nouveau mouvement de préhension et de halage de l'objet. La figure 5 illustre la chronologie des actions réalisées par le dispositif selon l'invention lors de la manutention d'un objet. Ce processus 10 peut par exemple être celui mis en oeuvre lorsqu'on effectue la mise à la mer d'une antenne "flûte" enroulée sur un treuil. Le dispositif est alors placé en aval du treuil, son axe étant orienté dans la direction de dévidage de l'antenne. Ce processus est itératif. La figure 5 présente deux chronogrammes qui indiquent l'état de mise en 15 pression au cours du temps des différents éléments pneumatiques que comporte le dispositif. Le chronogramme "PR" représente l'état de mise en pression au cours du temps des extrémités G et D du rail de guidage 19, alors que le chronogramme "Pv" représente l'état de mise en pression des vérins 111. La mise en pression correspond à l'injection d'air comprimé par 20 la centrale pneumatique. Le processus de manutention d'un objet est réalisé par la répétition d'une séquence de quatre actions correspondant à quatre états de mise en pression: - l'état 51 correspond aux opérations de mise en pression des 25 vérins 111 et de l'extrémité D du rail de guidage. Durant cette phase l'objet à manipuler est enserré dans le filet 11 et tracté par le chariot vers l'extrémité G du tube de guidage. Cet état correspond à l'opération de préhension et de traction de l'objet. - l'état 52 correspond à l'arrêt de l'injection d'air comprimée à 30 l'extrémité D du rail ainsi que dans les vérins. Le filet 11 n'enserre alors plus l'objet. Cet état correspond au lâcher de l'emprise de l'objet par le dispositif. - l'état 53 correspond à la mise en pression de l'extrémité G du rail qui a pour effet de ramener le chariot vers l'extrémité D du rail. C'est l'opération de retour à la position initiale - L'état 54 termine la séquence par l'arrêt de l'injection d'air comprimé à l'extrémité G du rail. C'est le retour à l'état de repos du dispositif. Lorsque le dispositif se trouve dans l'état 54, une nouvelle séquence de traction peut alors commencer. Ainsi à chaque séquence, l'objet à manipuler se trouve déplacé d'une longueur L, égale à la longueur du déplacement du chariot. En répétant la séquence autant de fois qu'il est nécessaire il est donc possible de manipuler des objets allongés, quelle que soit leur longueur. Dans le cas d'une antenne 10 "flûte" enroulée sur un treuil par exemple, le dispositif effectue un mouvement de halage permettant de dévider le treuil et de mettre à l'antenne à la mer. Suivant une variante du procédé selon l'invention, pour assurer une plus 15 grande continuité du mouvement, on utilise un deuxième dispositif identique mais fonctionnant en alternance avec le premier à la manière d'un "push-pull" comme l'illustre la figure 6. La figure 6 présente donc la chronologie des actions réalisées par 20 au moyens de deux dispositifs travaillant de façon alternative. La figure 6 présente deux chronogrammes qui indiquent l'état de mise en pression au cours du temps des éléments pneumatiques, rail de guidage et vérins, que comporte le deuxième dispositif. Les instants repérés to, t1, t'1 et t2 sont identiques à ceux de la figure 5. Les états de pression 61 à 64 dans lesquels 25 se trouve successivement le deuxième dispositif sont respectivement identiques aux états 51 à 54 dans lesquels se trouve le premier dispositif. En associant les figures 5 et 6 on peut décrire la chronologie suivante, relative au fonctionnement alternatif des deux dispositifs, fonctionnement dit 30 en "push-pull": - Entre to et t1 le premier dispositif se trouve dans l'état 51 et exerce une traction sur l'objet 14 le faisant se déplacer d'une longueur L, le deuxième dispositif se trouve dans l'état 63 identique à l'état 53 et revient à sa position initiale sans maintenir l'objet. - Entre t1 et t'1 le premier dispositif se trouve dans l'état 52 et relâche son emprise sur l'objet, tandis que le deuxième 5 dispositif se trouve dans l'état 64 identique à l'état 54 et retourne à l'état de repos. - Entre t'1 et t2 le premier dispositif se trouve dans l'état 53 et revient à sa position initiale, tandis que le deuxième dispositif se trouve dans l'état 61 identique à l'état 51 et exerce une 10 traction sur l'objet 14 le faisant à nouveau se déplacer d'une longueur L. - Entre t2 et to le premier dispositif se trouve dans l'état 54 et retourne à l'état de repos, tandis que le deuxième dispositif se trouve dans l'état 62 identique à l'état 52 et relâche son 15 emprise sur l'objet. On constate ainsi qu'entre to et t'O l'objet manipulé effectue deux déplacements successifs de longueur L. La vitesse de manutention se trouve donc avantageusement doublée lorsque l'on associe deux dispositifs selon 20 l'invention et qu'on les fait fonctionner de façon alternative. Le dispositif selon l'invention tel qu'il est décrit dans les paragraphes précédents trouve avantageusement son application dans le domaine maritime, pour des opérations de mise à la mer d'éléments longs, 25 d'allure tubulaire et fragiles à manipuler. C'est le cas pour la mise à la mer de câbles ou de tuyaux qui ne doivent pas être écrasés ni faire l'objet de tractions locales excessives. La manipulation d'un objet de type câble ou tuyau au moyen d'un filet qui emprisonne l'objet sur toute une portion de sa longueur, permet une application moins ponctuelle de la force nécessaire à 30 la préhension de l'objet et une meilleure répartition de la pression exercée. De même, la structure du filet permet la préhension d'objet dont la forme n'est pas absolument tubulaire et dont le diamètre n'est pas constant sur toute la longueur de l'objet. En particulier, à mesure que l'objet est mis à la mer, sous l'effet de la traînée, son diamètre diminue et le dispositif selon 35 l'invention s'adapte automatiquement à cette variation. Lors de l'étirement du filet, les mailles du filet se déforment pour épouser la forme de l'objet. En outre, dans la mesure o il ne requiert aucune intervention humaine, le dispositif selon l'invention présente l'avantage de pouvoir être utilisé dans des endroits hostiles à la présence de l'homme, comme par exemple les 5 fonds marins. Il peut notamment être employé pour la mise à l'eau d'une antenne sonar linéaire par un sous-marin. Le champ des utilisations n'est bien entendu pas limité aux seuls exemples cité ici et peut s'étendre à toutes les tâches de manutention d'objets allongés pour lesquelles on souhaite disposer d'un dispositif automatique. il REVENDICATIONS 1. Dispositif de halage et de manutention d'objets allongés, caractérisé en ce qu'il comporte au moins: - un filet tubulaire à mailles déformables (11), - une structure coulissante comportant deux éléments mobiles 5 (12, 14) pouvant se rapprocher ou s'éloigner l'un de l'autre, chaque élément étant relié à une des extrémités du filet, la structure permettant de comprimer ou d'étirer le filet, - des moyens (111) pour rapprocher ou éloigner les éléments mobiles l'un de l'autre, - un chariot mobile (21, 22) animé d'un mouvement de va et vient, supportant le filet et la structure coulissante. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (110) pour commander le rapprochement ou l'éloignement des 1 5 éléments mobiles (12, 14) de la structure coulissante. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (110) pour commander le mouvement du chariot mobile. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que les moyens de commande sont fournis par une centrale pneumatique (1 10). 5. Procédé de manutention d'un objet allongé, au moyen d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce qu'il comporte au moins quatre opérations: - une opération de préhension et de traction de l'objet (51), - une opération de lâcher de l'emprise sur l'objet (52), - une opération de retour du dispositif à sa position initiale (53), - une opération de mise au repos du dispositif (54). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il utilise deux dispositifs fonctionnant en "push-pull".