Brevet FR3069473A1 — publié le 20190201

I PROCEDE D'IDENTIFICATION D'UN TUBE SUR LEQUEL PORTE UNE OPERATION DE SERTISSAGE SUR PLAQUE A TUBES ET SYSTEME ASSOCIE La présente invention concerne le sertissage de tubes sur une plaque d'un échangeur de chaleur. Plus particulièrement, l'invention est relative à une étape de suivi pour garantir la qualité du produit réalisé. Un échangeur de chaleur comporte une cuve de circulation d'un fluide primaire entre un orifice amont et un orifice aval, situés à proximité de chacune des extrémités longitudinales de la cuve, et une pluralité de tubes de circulation d'un fluide secondaire, s'étendant sensiblement longitudinalement à l'intérieur de la cuve. La cuve comporte une paroi latérale, cylindrique, et deux parois d'extrémité disposées transversalement à l'axe longitudinal de la cuve. Ces parois d'extrémité sont constituées par des plaques métalliques à travers lesquelles passent les tubes. Ces plaques sont dites plaques à tubes. Une plaque à tubes est ainsi munie d'une pluralité de perçages, chaque perçage recevant l'extrémité d'un tube. L'extrémité du tube est sertie sur la plaque. La traçabilité des tubes sertis et/ou dont le sertissage a été contrôlé doit être assurée pour garantir l'exhaustivité des opérations et la qualité de l'échangeur fabriqué. Actuellement, la référence du tube venant d'être serti sur la plaque à tubes est saisie manuellement par l'opérateur, dans un logiciel de suivi (connu en soi). Or, l'opération de sertissage concerne jusqu'à plusieurs milliers de tubes. Ainsi, la saisie manuelle autorise les erreurs humaines : Soit l'opération de sertissage a été réalisée mais la référence du tube serti n'a pas été correctement saisie dans le logiciel de suivi, et il faut, à l'issue des opérations, repasser sur tous les tubes dont les références n'ont pas été saisies dans le logiciel de suivi ; Soit l'opération de sertissage n'a pas été réalisée et pourtant la référence du tube correspondant a été saisie. Ce dernier cas est particulièrement préjudiciable, puisque il existe alors un défaut dans l'étanchéité entre les circuits primaire et secondaire de l'échangeur. De plus, après chaque opération élémentaire portant sur un tube, l'opérateur doit poser son outil et se diriger vers un ordinateur pour saisir la référence du tube objet de cette opération élémentaire. Puis, il doit reprendre son outil et retrouver le tube qu'il vient de sertir pour déterminer le tube voisin sur lequel il doit maintenant travailler. L'interruption 2 entre deux sertissages successifs pour aller renseigner le logiciel de suivi est une source d'inefficacité et d'erreur. Il y a donc un besoin pour un système et une méthode visant à améliorer la saisie d'informations au cours des opérations de sertissage et/ou de contrôle du sertissage. 5 L'invention a donc pour but de répondre à ce besoin. A cette fin, l'invention a pour objet un procédé d'identification d'un tube sur lequel porte une opération élémentaire de sertissage ou de contrôle du sertissage, parmi un ensemble de tubes montés sur une plaque à tubes d'un échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte : un phase de détermination, dans un repère lié à la 10 plaque à tubes, d'une position d'une extrémité d'un outil utilisé pour l'opération élémentaire alors que ladite extrémité est en contact avec un tube et que l'opérateur actionne l'outil pour réaliser l'opération élémentaire ; une phase d'identification du perçage de la plaque à tubes recevant ledit tube en recherchant la distance minimale entre les positions connues, dans le repère lié à la plaque à tubes, des centres des 15 perçages de la plaque à tubes et la position de l'extrémité de l'outil, l'identifiant du perçage étant l'identifiant dudit tube. Suivant des modes particuliers de réalisation, la plaque de cloisonnement comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : 20 - la phase de détermination, dans le repère lié à la plaque à tubes, de la position de l'extrémité de l'outil consiste à déterminer la position de l'extrémité de l'outil dans un repère lié à l'atelier et la position du repère de la plaque à tubes dans le repère lié à l'atelier. - la détermination de la position de l'extrémité de l'outil dans le repère lié à l'atelier 25 consiste à: disposer un marqueur d'outil sur l'outil ; calibrer la position relative entre l'extrémité de l'outil et un repère outil associé au marqueur d'outil ; et mesurer la position relative du repère d'outil dans le repère lié à l'atelier en utilisant un dispositif d'observation du marqueur. - la détermination de la position de la plaque à tubes dans le repère lié à l'atelier 30 consiste à: disposer au moins un marqueur de plaque sur la plaque à tubes ; calibrer la position relative entre le repère de la plaque et un repère de marqueur de plaque associé au marqueur de plaque ; et mesurer la position relative du repère de marqueur de plaque dans le repère lié à l'atelier en utilisant un dispositif d'observation du marqueur. - l'étape consistant à calibrer la position relative entre le repère de la plaque et un repère de marqueur de plaque consiste à utiliser un repère intermédiaire construit à partir de trois perçages non colinéaires de la plaque à tubes, les positions connues des trois 3 perçages permettant de positionner le repère de la plaque par rapport au repère intermédiaire, et la mesure des positions des centres des perçages dans le repère du marqueur de plaque permettant de positionner le repère du marqueur de plaque par rapport au repère intermédiaire. 5 - la phase d'identification du perçage de la plaque à tubes recevant ledit tube consiste à projeter la position de l'extrémité de l'outil dans le repère de la plaque, dans le plan de la plaque à tubes et de calculer la distance entre cette position projetée et la position connue de chacun des centres des perçages de la plaque à tubes, l'identifiant du perçage étant l'identifiant dudit tube. 10 L'invention a également pour objet un système caractérisé en ce qu'il permet la mise en oeuvre automatique d'un procédé d'identification de tube conforme au procédé précédent. De préférence, le système comporte un dispositif d'observation comportant une pluralité de caméras fixes dans un repère lié à l'atelier, le dispositif étant propre à détecter 15 la présence de marqueurs dans l'environnement, le dispositif d'observation étant propre à déterminer la position instantanée du marqueur dans le repère lié à l'atelier à partir des images acquises à l'instant courante par chacune des caméras. De préférence encore, le système comporte un ordinateur dont les moyens de stockage d'informations comportent, pour chaque perçage de la plaque à tubes, un 20 identifiant dudit perçage et une position, dans le repère de la plaque à tubes, du centre dudit perçage. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : 25 la figure 1 est une représentation schématique d'un poste de travail permettant à un opérateur de réaliser les opérations de sertissage des tubes sur une plaque à tubes, le poste de travail intégrant un système d'identification d'un tube selon l'invention ; et, la figure 2 est une représentation sous forme de blocs du procédé d'identification 30 d'un tube mis en oeuvre par le système de la figure 1. La figure 1 représente un poste de travail pour le sertissage de tubes sur une plaque à tubes 2. La plaque à tubes 2 forme l'extrémité transversale d'une cuve 3 cylindrique d'un échangeur de chaleur. 35 Le sol de l'atelier comporte une fosse dans laquelle est placé un outillage 4 de support de la cuve 3. La cuve 3 est fixe par rapport à l'outillage 4. 4 La profondeur de la fosse est adaptée pour que la plaque à tubes 2 soit au-dessus du niveau du sol de l'atelier et donc accessible à l'opérateur 1. Le fond de la fosse est muni de rouleaux. L'outillage 4 est posé sur ces rouleaux de 5 manière à ce que l'axe de la cuve 3 soit colinéaire à l'axe des rouleaux. Les rouleaux sont entrainés en rotation par des moyens adaptés. Par frottement, l'outillage 4 est mis en rotation. Les moyens d'entrainement sont actionnés pour que la plaque à tubes 2 tourne de manière à ce qu'un secteur angulaire différent de la plaque à tubes 2 soit présenté à 10 l'opérateur. La plaque à tubes 2 est munie d'une pluralité de perçages 5. Chaque perçage 5 est destiné à recevoir l'extrémité d'un tube. Le rebord de l'extrémité du tube est serti sur la face extérieure de la plaque à tubes, la face extérieure étant la face côté opérateur 1. Pour l'opération de sertissage ou de contrôle du sertissage réalisé, l'opérateur 1 15 emploie un outil 6 adapté. Pour réaliser une saisie automatique de l'identifiant du tube venant d'être serti ou dont le sertissage vient d'être contrôlé, on prévoit un système d'identification 10. Le système d'identification 10 comporte un ordinateur 12. L'ordinateur 12 comporte une unité de calcul, telle qu'un processeur, et un espace de stockage 20 d'informations, tel qu'une mémoire vive ou une mémoire morte, comportant les instructions de programmes d'ordinateur. Le système d'identification 10 comporte un dispositif d'observation 14. Le dispositif 14 comporte une pluralité de caméras optiques implantées dans l'atelier avec des positions et des orientations fixes. Par exemple trois caméras 21, 22 et 25 23 sont utilisées. Elles sont par exemple fixées au plafond de l'atelier, sensiblement à l'aplomb du poste de travail de l'opérateur 1, de manière à observer la scène sous différents angles. Une caméra étant fixe dans le repère RA de l'atelier, il est aisé de passer du repère associé à une caméra vers le repère RA par une transformation rigide combinant rotation 30 et translation. Le système 10 comporte également différents marqueurs visibles des caméras 21, 22 et 23. Un marqueur est par exemple une pastille réfléchissante portant un motif caractéristique. Le dispositif d'observation 14 comporte un programme, exécuté par l'ordinateur 35 12, de détermination du positionnement instantané d'un marqueur dans le repère RA de l'atelier à partir des images acquises à un même instant par les caméras. Par 5 « positionnement » on entend la position et l'orientation instantanées d'un objet dans un repère donné. Le système 10 comporte ainsi un marqueur d'outil CO positionné sur l'outil 6. Le marqueur d'outil CO permet d'associer à l'outil 6 un repère Roo. Le marqueur d'outil CO 5 est suivi par le dispositif d'observation 14 qui détermine la position et l'orientation instantanée du repère Roo par rapport au repère RA. Le système 10 comporte également une pluralité de marqueurs Ck associés à la plaque à tubes 2. Dans le mode de réalisation décrit ici en détail, huit marqueurs de plaque Ck sont prévus, k étant un entier entre 1 et 8. Par exemple, huit bras radiaux 7 10 sont montés sur le rebord périphérique de l'outillage 4 de maintien de la cuve 3, et espacés régulièrement les uns des autres. Chaque bras porte un marqueur de plaque Ck. Chaque marqueur de plaque est associé à un repère RCk. Les marqueurs de plaque Ck sont disposés autour de la plaque à tube 2 de manière à garantir qu'au moins l'un d'entre eux soit visible par les trois caméras 22, 23 et 15 24, quel que soit l'orientation de l'outillage 4 et donc de la cuve 3. A un instant donné, le marqueur de plaque Cj est vu par les caméras de sorte que le dispositif d'observation 14 est capable de déterminer la position et l'orientation instantanées du repère Roj dans le repère RA. Par ailleurs, les repères suivants sont également introduits : 20 Le repère Ro, dont l'origine est confondue avec l'extrémité de l'outil 6, qui constitue le point d'intérêt, et qui est parallèle au repère Roc, (pour des raisons de simplification de la présente description) ; Le repère Rp de la plaque à tubes, dont l'origine est située au centre de la plaque à tubes 2 et dont les axes X et Y reposent dans la plan de la surface extérieure de la 25 plaque 2. Le procédé d'identification est fondé sur le fait, qu'au moment de la réalisation d'une opération élémentaire au moyen de l'outil, l'extrémité de celui-ci est quasiment confondue avec celle de l'extrémité du tube sur lequel porte cette opération élémentaire. Par ailleurs, sachant que lors de la réalisation des perçages 5 dans la plaque 2 30 chaque perçage a reçu un identifiant et la position de son centre dans le repère Rp a été mémorisée dans la mémoire de l'ordinateur 12, et puisque chaque tube est monté dans un perçage 5 particulier de la plaque 2, identifier un tube revient à donner l'identifiant du perçage dans lequel il est monté. Le procédé d'identification 100 va maintenant être décrit plus en détails en 35 référence à la figure 2. 6 Le procédé 100 comporte une première phase 110 de détermination de la position de l'extrémité de l'outil 6 dans le repère Rp de la plaque à tubes 2. De manière générale, en notant T(R1, R2) la matrice correspondant à la transformation permettant de passer des coordonnées d'un repère R1 vers ceux d'un 5 repère R2, on peut exprimer la position de l'extrémité de l'outil, correspondant au repère Ro, dans le repère Rp de la plaque à tubes 2 sous la forme de la relation matricielle suivante : T(Rp, Ro) = T(Rp, Rck) x T(Rck, RA) x T(RA, Rco) X T(Rco, Ro) Cette relation fait apparaître des grandeurs constantes, qui sont donc associées à 10 la configuration initiale du système, à côté de grandeurs qui varient au cours du temps, qui sont les positions des marqueurs dans le repère RA. La première phase 110 comporte donc une étape de calibration 120 du décalage entre l'extrémité de l'outil 6 et le marqueur outil CO afin de déterminer la transformation T(Rco, R0)- 15 Pour ce faire, plusieurs méthodes sont envisageables. Une première méthode consiste à utiliser une pointe de calibration qui est fixe dans le repère RA. La pointe porte un marqueur, dit de calibration, dont la position peut être déterminée par le dispositif d'observation 14. L'opérateur vient alors mettre en contact de la pointe de calibration, l'extrémité de l'outil 6, de sorte que le repère Ro 20 coïncide avec le repère du marqueur de calibration. La mesure de la position du repère Rco dans le repère RA ainsi que celle du repère du marqueur de calibration dans le repère RA permet ensuite de déduire la transformation T(Rco, Ro). Une seconde méthode consiste à construire un marqueur outil CO pouvant être placé directement sur l'extrémité de l'outil 6. La transformation T(Rco, Ro) se réduit alors à 25 la matrice identité. La première phase 110 comporte une étape de calibration 130 du décalage entre le centre de la plaque à tubes 2 et chacun des marqueurs plaque Ck pour déterminer la transformation T(Rp, Rck). Pour le marqueur de plaque Ck, l'identification de la transformation T(Rp, Rck) n'est 30 en pratique pas accessible directement, car il n'est pas aisé de mesurer l'origine et l'orientation du repère Rp par rapport au repère Rck. Pour déterminer cette transformation, il faut passer par un repère intermédiaire Rn, qui est défini à partir des centres de trois perçages non colinéaires de la plaque à tubes 2. Les centres 01, 02 et 03 permettent de construire le repère intermédiaire de la 35 façon suivante : L'origine du repère Rn sera prise en 01; 7 L'axe X du repère Rn sera le vecteur unitaire construit à l'aide des points 01 et 02; L'axe Z du repère Rn sera le vecteur unitaire construit à partir du produit vectoriel 5 L'axe Y du repère Rn sera défini par le produit vectoriel entre les axes X et Y. La position du centre de chacun des perçages dans le repère Rp est connue par construction. L'ordinateur 12 calcule donc la matrice T(Rp, Rn). D'autre part, la mesure de la position des points 01, 02 et 03 par rapport au 10 référentiel capteur Rck permet de construire la transformation T(Rck, Rn). Cette mesure peut être effectuée par exemple en employant la pointe de calibration de l'étape 120, ou en variante l'outil 6 calibré à l'issue de l'étape 120. La cuve 2 est mise en rotation pour que le marqueur de plaque Ck suivant soit visible du dispositif d'observation 14 et permette la mise en oeuvre de la calibration pour 15 ce marqueur de plaque. Chacun des k marqueurs est ainsi calibré. A l'étape 140, alors que l'extrémité de l'outil 6 est en contact du tube à sertir ou dont le sertissage est à contrôler et alors que l'opérateur actionne l'outil 6, le dispositif d'observation 14 mesure la position instantanée de l'extrémité de l'outil 6 dans le repère RA et la position instantanée d'au moins un marqueur de plaque Ck dans le repère RA. 20 A l'étape 150, à partir de ces mesures et de la relation : T(Rp, Ro) = T(Rp, Rn) x T(Rn, Rok) x T(Rok, RA) x T(RA, Roo) x T(Roo, Ro), l'ordinateur 12 calcule la position de l'extrémité de l'outil 6 dans le repère Rp de la plaque à tubes 2. Il est à noter que, comme seule la position et non l'orientation de l'extrémité de 25 l'outil présente un intérêt, la position de l'extrémité de l'outil correspond à la partie de translation de la matrice T(Rp, R0). Ceci permet de simplifier les calculs. Le procédé 100 se poursuit par une phase 160 de recherche du perçage de la plaque à tubes 2 dont la position dans le repère Rp est la plus proche de la position calculée en sortie de l'étape 150. 30 Pour cette phase 160, on fait l'hypothèse selon laquelle le tube le plus proche est celui pour lequel la distance entre l'extrémité de l'outil et le centre du perçage est la plus petite. Cette hypothèse est réaliste car les tubes sont montés orthogonalement à la plaque à tubes 2. Ainsi, même si le tube coopère avec l'extrémité de l'outil au-delà de la plaque à tubes, laissant l'extrémité de l'outil éloignée du plan de la plaque à tubes, le 35 perçage le plus proche reste bien celui associé au tube. 8 A l'étape 170, l'ordinateur projette la position de l'extrémité de l'outil Rp dans le plan XZ de la plaque 2. A l'étape 180, l'ordinateur exécute un algorithme pour trouver le tube le plus proche en calculant, pour chaque perçage 5 de la plaque 2, la distance ente son centre et 5 la projection de la position de l'extrémité de l'outil obtenue en sortie de l'étape 170, puis en conservant l'identifiant du perçage qui donne la distance la plus petite. Ce meilleur candidat sera définitivement retenu s'il respecte des critères de performance supplémentaires. Deux critères sont de préférence regardés : La distance entre l'extrémité de l'outil et le plan de la plaque : si elle 10 dépasse une certaine valeur maximale, elle est rejetée. Cela permet de traiter des outils à distance de la plaque. La distance entre la position de l'extrémité de l'outil projetée dans le plan de la plaque et le perçage identifié. Si la distance est trop grande (par exemple supérieure à une distance maximale séparant deux perçages voisins de la plaque), la détection est 15 considérée fausse. Le nombre de perçages sur une plaque à tubes pouvant être de l'ordre de quelques milliers, la méthode de résolution précédente n'est pas la plus efficace en termes de temps de calcul. Une alternative fondée sur l'utilisation d'un partitionnement de la plaque à tubes en secteurs est envisagée pour optimiser les calculs. 20 A l'étape 190, l'identifiant du perçage déterminé à l'issue de l'étape 180, qui est également celui du tube passant à travers ce perçage, est transmis automatiquement au logiciel de suivi. Comme indiqué ci-dessus, pour tenir compte de la rotation de la plaque au cours de l'opération de sertissage de l'ensemble des tubes, il est nécessaire de l'équiper de 25 plusieurs marqueurs pour garantir qu'à chaque instant au moins l'un d'entre eux soit visible des caméras. Si plusieurs marqueurs sont visibles simultanément, le procédé peut avantageusement chercher le tube le plus proche de chaque marqueur visible. Cela donne plusieurs candidats. Si les candidats identifiés ne sont pas tous les mêmes, on 30 considère que l'identification a échoué. Le système venant d'être présenté, qui permet de réaliser automatiquement le référencement du tube objet de l'opération de sertissage et/ou de contrôle, entraîne des gains suivants : augmentation de la qualité du produit réalisé en garantissant l'exhaustivité 35 et la traçabilité des opérations ; 9 amélioration du confort de l'opérateur en lui permettant de se concentrer totalement sur l'opération principale, le référencement étant réalisé automatiquement. Il est à noter que la présente invention s'adapte bien aux conditions particulières de l'atelier et des opérations associées au montage d'un échangeur de chaleur intégrant 5 une telle plaque à tubes. Ainsi, l'emploi de systèmes mécanisés ou robotisés ne serait pas compatible avec les conditions de travail dans l'atelier. REVENDICATIONS1. Procédé (100) d'identification d'un tube sur lequel porte une opération élémentaire de sertissage ou de contrôle du sertissage, parmi un ensemble de tubes montés sur une plaque à tubes (2) d'un échangeur de chaleur (3), caractérisé en ce qu'il comporte : - une phase (110) de détermination, dans un repère (Rp) lié à la plaque à tubes, d'une position d'une extrémité d'un outil (6) utilisé pour l'opération élémentaire alors que ladite extrémité est à proximité d'un tube et que l'opérateur (1) actionne l'outil pour réaliser l'opération élémentaire ; - une phase (160) d'identification du perçage de la plaque à tubes recevant ledit tube en recherchant la distance minimale entre les positions connues, dans le repère lié à la plaque à tubes, des centres des perçages (5) de la plaque à tubes et la position de l'extrémité de l'outil, l'identifiant dudit tube étant l'identifiant dudit perçage. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la phase (110) de détermination, dans le repère (Rp) lié à la plaque à tubes (2), de la position de l'extrémité de l'outil (6) consiste à déterminer la position de l'extrémité de l'outil dans un repère (RA) lié à l'atelier et la position du repère (Rp) de la plaque à tubes dans le repère (RA) lié à l'atelier. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, la détermination de la position de l'extrémité de l'outil (6) dans le repère (RA) lié à l'atelier consiste à : - disposer un marqueur d'outil (CO) sur l'outil (6) ; - calibrer (120) la position relative entre l'extrémité de l'outil (6) et un repère outil (Roc') associé au marqueur d'outil ; et, - mesurer la position relative du repère d'outil (Rco) dans le repère (RA) lié à l'atelier en utilisant un dispositif d'observation (14) du marqueur d'outil. 4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel, la détermination de la position de la plaque à tubes (2) dans le repère (RA) lié à l'atelier consiste à: - disposer au moins un marqueur de plaque (Ck) sur la plaque à tubes ; - calibrer (130) la position relative entre le repère (Rp) de la plaque et un repère de marqueur de plaque (Rck) associé au marqueur de plaque (Ck) ; et, 11 - mesurer la position relative du repère de marqueur de plaque dans le repère (RA) lié à l'atelier en utilisant un dispositif d'observation (14) du marqueur de plaque. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'étape consistant à calibrer 5 la position relative entre le repère de la plaque et un repère de marqueur de plaque (Rck) consiste à utiliser un repère intermédiaire (Rn) construit à partir de trois perçages non colinéaires (01, 02, 03) de la plaque à tubes (2), les positions connues des trois perçages permettant de positionner le repère (Rp) de la plaque à tubes par rapport au repère intermédiaire, et la mesure des positions des centres des perçages dans le repère du 10 marqueur de plaque (Rck) permettant de positionner le repère du marqueur de plaque par rapport au repère intermédiaire. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phase (160) d'identification du perçage de la plaque à tubes (2) recevant ledit 15 tube consiste à projeter (170) la position de l'extrémité de l'outil (6) dans le repère (Rp) de la plaque à tubes, dans le plan de la plaque à tubes, et de calculer (180) la distance entre cette position projetée et la position connue de chacun des centres des perçages (5) de la plaque à tubes, l'identifiant dudit tube étant l'identifiant dudit perçage. 20 7. Système (10) d'identification d'un tube, caractérisé en ce qu'il permet la mise en oeuvre automatique d'un procédé (100) d'identification d'un tube selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Système selon la revendication 7, comportant un dispositif d'observation 25 (14) comportant une pluralité de caméras fixes dans un repère (RA) lié à l'atelier, le dispositif étant propre à détecter la présence de marqueurs (CO, Ck) dans l'environnement, le dispositif d'observation étant propre à déterminer la position instantanée du marqueur dans le repère lié à l'atelier à partir des images acquises à l'instant courant par chacune des caméras. 30 9. Système selon la revendication 7 ou la revendication 8, comportant un ordinateur (12) dont les moyens de stockage d'informations comportent, pour chaque perçage (5) de la plaque à tubes (2), un identifiant dudit perçage et une position, dans le repère (Rp) de la plaque à tubes, d'un centre dudit perçage. 35