Dispositif de régulation de l'assiette du bouclier des machines
à creuser des tunnels.
La présente invention concerne d'une manière
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clier et, plus particulièrement, des perfectionnements apportés au bouclier de ces machines (principalement du type hydraulique) muni d'un dispositif de régulation d'as-
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cision dans une direction prédéterminée.
En général, dans les travaux d'excavation de tunnels où intervient une machine du type à bouclier, un bouclier cylindrique en acier est muni à sa partie antérieure d'un outil de cavage par rotation et, à sa partie postérieure, d'une série de vérins assurant sa propulsion, disposés à des endroits périphériques. Lorsque le front de taille est attaqué par l'outil de cavage à la partie antérieure du bouclier et que celui-ci est propulsé dans le sol à l'aide des vérins, on procède au soutènement des parois
du tunnel qui apparaissent immédiatement derrière le bouclier, suite à sa propulsion; ce soutènement comprend une série de voussoirs qui chevauchent la partie arrière du bouclier et qui forment un tunnel.
Au cours d'excavations de tunnels à l'aide d'une machine de ce type à bouclier, il est apparu souhaitable de pouvoir régler l'assiette du bouclier de manière à s'assurer qu'il suive avec précision une direction d'excavation prédéterminée pendant sa propulsion et qu'il ne s'en écarte pas.
Pour obtenir un tel résultat, on a installé un émetteur de faisceau laser derrière le bouclier dans la partie creusée du tunnel et on a équipé le bouclier d'un dispositif de détection et de réception de faisceau laser
de manière que, lorsque le bouclier s'écarte de la direction d'excavation prédéterminée, le point d'incidence du faisceau laser sur le dispositif de détection dévie également, cette déviation étant détectée quant à son sens et à son importance par le dispositif qui émet un signal de localisation représentatif de cette déviation. Le signal émis est envoyé à un dispositif de traitement de signaux qui indique le sens et l'importance de la déviation par l'intermédiaire d'un servomécanisme. En fonction du sens et de l'importance de la déviation ainsi indiqués, les vérins de propulsion du bouclier sont amenés à corriger l'assiette du bouclier pour le ramener dans la direction d'excavation prédéterminée.
Il est souhaitable, dans ce cas, que la régulation de l'assiette du bouclier s'effectue en un court laps
de temps, étant donné que l'importance de la déviation de
même qu'éventuellement la distance de progression sinueuse augmentent pendant le laps de temps séparant la détection
de la déviation et le rétablissement de la situation. La déviation du bouclier est particulièrement rapide lors du passage à un sol de nature différente et il est nécessaire
que le dispositif détecteur et récepteur de faisceau laser puisse détecter le sens de la déviation et en mesurer l'importance de manière rapide et fiable. En outre, en même
temps que toute déviation horizontale et verticale du bouclier, c'est-à-dire dans le sens des axes de coordonnées X-Y, est détectée, il est souhaitable que soient détectées également
les déviations par rapport à l'axe du faisceau laser, par exemple une déviation angulaire de tangage et une déviation angulaire de direction ainsi que les déviations par rapport
à l'horizontale, par exemple une déviation angulaire de roulis, de manière que le travail du bouclier en dessous du sol puisse être suivi et corrigé efficacement.
L'invention a pour but principal de procurer un bouclier de machine à creuser des tunnels équipé d'un dispositif de régulation d'assiette perfectionné qui détecte de manière précise et fiable le sens et l'importance d'une déviation quelconque du bouclier par rapport à la direction d'excavation prédéterminée, de manière à corriger efficacement l'assiette du bouclier en faisant intervenir ses vérins de propulsion pour ramener le bouc-lier dans la direction d'excavation prédéterminée.
L'invention a également pour but de procurer un bouclier perfectionné de machine à creuser des tunnels dans lequel un dispositif détecteur et récepteur fixé en place
et destiné à un faisceau laser dont la source d'émission
est placée derrière le bouclier comprend un dispositif détecteur-récepteur de faisceau à analyse simultanée suivant les axes de coordonnées X-Y et/ou un dispositif détecteur-récepteur de faisceau de type gyroscopique, de manière que les dévia-
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dans le sens vertical et/ou les déviations angulaires de tangage et de direction, par rapport à l'axe du faisceau laser, puissent être détectées, un signal de localisation
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de la déviation qui permette de corriger d'une manière adéquate et précise l'assiette du bouclier de la machine. Il est donc possible, suivant l'invention, de détecter rapidement et avec précision le sens et l'importance d'unè déviation du bouclier, et la régulation de l'assiette peut, par conséquent, être effectuée d'une manière simple et en un court laps de temps.
L'invention a également pour but de rendre possible la réalisation d'un dispositif de régulation d'assiette fiable pour le bouclier de la machine à creuser des tunnels
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avec précision lorsque le bouclier est en action dans le sol, l'opération de détection des déviations du bouclier mentionnée plus haut s'effectuant quant à elle au moyen d'un clinomètre de précision installé dans le bouclier pour dé-
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L'invention a encore pour but de procurer un bouclier de machine à creuser des tunnels muni en combinaison d'un mécanisme de détection de déviation comprenant un dispositif détecteur-récepteur du type à analyse simultanée suivant les axes de coordonnées X-Y et un dispositif détecteur-récepteur du type gyroscopique pour le faisceau laser, ainsi qu'un dispositif pour détecter les déviations angulaires de roulis, le tout placé dans un seul boîtier ce qui en facilite le montage dans le bouclier de la machine.
L'invention a encore pour but de procurer un bouclier de machine à creuser des tunnels dont l'assiette puisse être convenablement réglée à distance au départ d'un pupitre de contrôle installé dans le tunnel à une certaine distance du bouclier et par lequel un opérateur peut toujours surveiller l'assiette du bouclier compte tenu des déviations suivant les axes de coordonnées X-Y et les déviations angulaires de tangage, de direction et de roulis affichées sur le pupitre..
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description détaillée de certaines formes d'exécution préférées donnée, à titre d'exemple,avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
la Fig. 1 est une vue en coupe schématique d'une forme d'exécution du bouclier d'une machine à creuser des tunnels conforme à l'invention;
la Fig. 2 est une vue en coupe schématique de l'intérieur d'un mécanisme détecteur de déviation utilisé dans le bouclier conforme à l'invention;
la Fig. 3 est une vue en élévation de face, à plus grande échelle, du mécanisme représenté sur la Fig. 2;
la Fig. 4 est une vue en perspective fragmentaire du dispositif détecteur-récepteur de faisceau laser qui
fait partie du mécanisme représenté sur la Fig. 2;
la Fig. 5 est un schéma synoptique d'un exemple d'un circuit électrique pour la détection des déviations, conforme à l'invention;
<EMI ID=7.1> surveillance et de régulation à distance de l'assiette du bouclier de la machine conforme à l'invention, et
la Fig. 7 est une vue en plan d'un indicateur du pupitre représenté sur la Fig. 6.
L'invention sera décrite ci-après avec référence
à la forme d'exécution préférée représentée aux dessins, mais il va de soi qu'elle n'est en aucune façon limitée
aux détails d'exécution décrits ci-après auxquels de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.
La Fig. 1 représente schématiquement un mécanisme de régulation d'assiette pour le bouclier d'une machine à creuser dés tunnels. Il n'est pas nécessaire d'expliquer en détail le mécanisme de régulation d'assiette qui comprend à la fois un émetteur de faisceau laser et un mécanisme détecteur de déviation, puisque le brevet japonais n[deg.] 18.471/1871 en donne une description détaillée.
Pour être bref, un bouclier 1 en substance cylindrique destiné à être propulsé dans le front de taille du tunnel est muni à sa partie axiale antérieure d'un outil de cavage rotatif 2 qui est entraîné par un moteur 3 et, près de sa partie postérieure, d'une série de vérins 4 qui sont fixés par leur extrémité c8té cylindre à une bride annulaire 5 faisant saillie vers l'intérieur sur la paroi périphérique du bouclier 1, ces vérins étant répartis sur cette paroi périphérique de
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rieur 6 d'une paroi de retenue 7 comprenant une série de voussoirs placés derrière le bouclier 1 pour former le sou-
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actionnés par de l'huile sous pression ou par un autre liquide de sorte que les pistons qui portent contre le bord d'about 6 de la paroi de retenue 7 propulsent le bouclier 1 vers le front de taille du tunnel. Un émetteur de faisceau laser 8 installé dans la paroi de retenue 7 envoie un faisceau laser
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vers un mécanisme détecteur de déviation 10 installé dans
le bouclier 1 et destiné à recevoir le faisceau L. Si l'axe du bouclier 1 s'écarte de la direction de cavage prédéterminée, le mécanisme 10 détecte le sens et l'importance de la déviation et, les vérins de propulsion 4 du bouclier sont actionnés sélectivement en réaction à la déviation détectée et ramènent l'axe du bouclier 1 dans une position parallèle au faisceau laser L ce qui correspond à une correction de- l'assiette du bouclier 1.
Le mécanisme 10 détecteur de déviation suivant l'invention sera expliqué en détail avec référence aux Fig. 2 à 4. Le mécanisme 10 est logé dans un boîtier 11 muni, sur sa paroi faisant face à l'émetteur 8 de faisceau laser, d'une vitre transparente. Le mécanisme 10 comprend, en tant qu'éléments principaux, un dispositif détecteur-récepteur de faisceau laser 12 du type à analyse simultanée suivant les axes
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ceau laser du type gyroscopique 13 raccordé au dispositif 12 du côté opposé à celui recevant le faisceau laser, et un
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de roulis fixé à un coin du boîtier 11. Le dispositif détecteur-récepteur 12 du type à analyse simultanée suivant les
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par laquelle le faisceau laser L passe lorsque l'assiette du bouclier 1 est correcte, et une série d'éléments photoélectriques au silicium 16 sont disposés de manière à former
<EMI ID=14.1> le centre de la croix étant constitué par l'ouverture 15 du dispositif 12. En outre, le dispositif détecteur-récepteur 12 de faisceau laser du type à analyse simultanée selon les axes de coordonnées X et Y est vissé sur une tige filetée verticale 17 qui peut tourner autour de son axe longitudinal de sorte que, lorsque la tige 17 est entraînée en rotation par un moteur 18 à rotation réversible et un dispositif d'accouplement adéquat, il uonte ou descend le long de la
tige 17 selon le sens de rotation de cette tige. Cette tige filetée tournante 17 est, en outre, munie d'un élément d'accouplement 19 qui est fixé à son extrémité supérieure mais
qui est vissé sur une tige filetée horizontale 20 pouvant tourner autour de son axe longitudinal de manière que, lorsqu'elle est ainsi entraînée en rotation par un autre moteur
21 à rotation réversible par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement adéquat, la tige verticale 17 soit déplacée horizontalement le long de la tige 20 dans un sens dépendant du sens de la rotation de la tige horizontale 20..
Dès lors, si le dispositif détecteur-récepteur 12 du type à analyse simultanée selon les axes de coordonnées X et
Y est placé au coin supérieur gauche de la Fig. 3, le moteur
21 à rotation réversible . est entrai'né pour faire tourner la
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lement jusqu'à ce qu'il atteigne le coin supérieur droit de la Fig. 3, puis l'autre moteur 18 à rotation réversible est actionné pour faire tourner la tige verticale 17 de manière à déplacer-le <EMI ID=16.1> à rotation réversible est à nouveau actionné pour faire tourner la tige horizontale 20 dé manière à déplacer le dispositif 12 jusqu'à ce qu'il atteigne l'extrémité gauche. En répétant ces opérations, on peut amener le dispositif 12 à balayer
toute la surface désignée en substance par les longueurs cor-respondantes des tiges 17 et 20, et ce,pas à pas, vers le bas jusqu'à 1'extrémité inférieure de la tige 17, de sorte que le faisceau laser L qui frappe la surface à n'importe quel endroit, puisse être détecté et capté par le dispositif 12..
En d'autres termes, si le dispositif détecteur-récepteur de faisceau 12 ainsi que le bouclier 1 se trouvent en dehors du faisceau laser L émis par l'émetteur 8 à un endroit fixe dans la partie du tunnel déjà creusée, les déviations horizontale et verticale, c'est-à-dire respectivement dans le sens de l'axe X et de l'axe Y du bouclier 1 peuvent être détectées dans un intervalle remarquablement large au moyen du dispositif 12 qui balaye la surface verticalement et horizontalement. L'extrémité inférieure de la tige verticale 17 est accouplée à un coulisseau 23 qui peut coulisser sur une barre de guidage 22 constituant un support ferme pour la tige. De plus, les tiges filetées tournantes correspondantes 17 et 20 sont reliées aux potentiomètres 24 et 25_qui indiquent le nombre de révolutions de ces tiges et qui produisent des signaux de tension corres-
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positions du dispositif 12 par rapport à la verticale et à l'horizontale puissent être détectées successivement.
Le faisceau laser L est envoyé sur les éléments photo-électriques au silicium 16 disposés en croix sur le dispositif 12 détecteur-récepteur de faisceau.. Si le faisceau laser L. ne passe plus par l'ouverture centrale 15. située au centre de la croix formée par les éléments 16, on en conclut à une. déviation verticale ou horizontale du dispositif 12. Comme on peut le voir à la Fig. 5, les éléments photo-électriques 16 disposés suivant l'axe horizontal X 'qui. passe par l'ouverture centrale 15, forment un pont de Wheatstone 26 d'une paire de résistances variables de telle sorte que, lorsque le point d'impact du faisceau laser L <EMI ID=18.1>
qu'une tension correspondant à cette déviation soit produite. Cette tension indiquant la déviation suivant l'axe X
est amplifiée par un amplificateur 27 et est envoyée par
un convertisseur tension-intensité 28 à un enregistreur X-Y détaillé plus loin, en tant que signal d'entrée de l'axe X. Un autre pont de Wheatstone est également prévu et est formé par les éléments photo-électriques 16 disposés le long de l'axe Y ou axe vertical passant par l'ouverture 15,
de sorte que toute déviation du point d'impact du faisceau laser L le long de l'axe Y dans le sens vertical puisse également être détectée et envoyée eà l'enregistreur X-Y en tant que signal d'entrée pour l'axe Y.
Suivant un autre aspect de l'invention, les signaux de sortie correspondants des ponts de Wheatstone 26 décrits plus haut sont transmis à un servomécanisme de manière que les moteurs 18 et 21 à rotation réversible du mécanisme 10 détecteur de déviation soient entraînés par l'intermédiaire
du servomécanisme pour faire tourner la tige verticale 17 et la tige horizontale 20. Les tiges tournent jusqu'à ce qu'une
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du faisceau reçoive entièrement le faisceau laser L, les nombres de révolutions respectifs des tiges 17 et 20 étant
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l'enregistreur X-Y en tant que données d'entrée pour les deux axes.
Suivant l'invention, le dispositif détecteur-récepteur 13 de faisceau laser de type gyroscopique -raccordé derrière le dispositif 12 à analyse simultanée suivant
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peut recevoir le faisceau laser L à sa sortie de l'ouverture centrale 15 du dispositif 12 et peut détecter les déviations angulaires de tangage et les déviations angulaires de direction du bouclier au départ du faisceau L. Ce dispositif de type gyroscopique 13 comprend un objectif 29 servant à faire converger le faisceau laser L et une section gyroscopique 30 munie d'un détecteur central 31 qui comprend, par exemple des éléments photo-électriques formant un cercle divisé en quatre secteurs. Les centres respectifs ds l'objectif 29 et du détecteur 31 sont alignés sur le centre des axes de rotation respectifs du gyroscope.
Dès lors, la section gyroscopique 30 conserve toujours sa position normale quelle que soit la déviation du bouclier de telle sorte que, tant que le bouclier n'accuse aucune déviation, c'est-à-dire que tant que le faisceau laser L est focalisé au centre du détecteur 31, aucun signal de déviation ne sera émis. Si, toutefois, le faisceau laser L n'est plus focalisé au centre du détecteur
31 mais que son point de focalisation en est écarté latéralement ou verticalement, un signal de déviation est produit et est converti en un signal de mise en action d'un moteur à couple constant 32 pour l'axe X ou d'un moteur à couple constant 33 pour l'axe Y, ces moteurs étant des moteurs à induction spéciaux et pouvant ramener, sous l'effet du signal, le faisceau laser L au centre du détecteur 31.
A ce moment, <EMI ID=22.1> l'axe X ou de celui pour l'axe Y est indiquée par un dispositif
32a pour l'axe X ou 33a pour l'axe Y qui comprend, par exemple
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de tangage et la déviation angulaire de direction respectivement
-le- long des axes X et Y.
Suivant l'invention, comme le montre la Fig. 6,
les déviations du bouclier 1 dans le sens horizontal et dans le sens vertical détectées par le dispositif détecteurrécepteur 12 de faisceau laser du type à analyse simultanée selon les axes de coordonnées X et Y, décrit plus haut, les déviations angulaires de tangage et de direction détectées par le dispositif détecteur-récepteur 13 du type gyroscopique ainsi
que les déviations angulaires de roulis détectées par le cli-
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continuer la description, il faut comprendre que le signal
de déviation fourni par le dispositif détecteur-récepteur 12
du type à analyse simultanée suivant les axes de coordonnées X et Y est le signal d'entrée-pour un indicateur de type X-Y comprenant un enregistreur X-Y très sensible. Un point-repère 36
(Fig. 7) de l'enregistreur X-Y est entraîné à la face interne d'une vitre transparente 37 du pupitre en réaction aux signaux d'entrée de déviation X et Y, ce qui permet de déterminer la déviation du bouclier 1 de l'extérieur du tunnel ou
à la surface du sol. Dès'lors, il est évident que la déviation du bouclier 1 est d'autant plus importante que le point-repère se trouve davantage éloigné du centre de la vitre trans-
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bre correspond à celui des vérins 4 et à chacun des secteurs ainsi formés correspond une des lampes témoins 39 réparties
à la périphérie du graticule, de manière que, lorsque certains vérins 4 doivent être actionnés sélectivement pour corriger la déviation du bouclier, leurs lampes témoins s'allument. En outre, les signaux indiquant les déviations angulaires -de tangage, de direction et de roulis sont introduits dans un autre jeu d'indicateurs 40 du pupitre 34 de manière à être convenablement indiqués par les aiguilles-repères
<EMI ID=26.1> installé en deux endroits à l'intérieur du bouclier 1 ou
en dehors de celui-ci, comme indiqué en 35a sur la Fig. 5, de manière à contribuer convenablement à la mise en oeuvre du bouclier 1 par commande à distance.
Les vérins de propulsion 4 du bouclier 1 sont actionnés sélectivement en fonction de la déviation du bouclier 1. Il est préférable dans ce cas, que des ordres de commande ou d'actionnement sélectif servant à actionner les vérins d'une manière optimum suivant le sens et l'importance de la déviation du bouclier 1 soient stockés dans un calculateur associé. Cela étant, si l'agencement est tel que les signaux indicateurs de déviation correspondants à présenter au pupitre de surveillance 34 soient également présentés au calculateur associé, les signaux respectifs peuvent être traités par le calculateur de manière qu'un ordre opportun parmi les ordres d'actionnement sélectif préalablement stockés, soit automatiquement lancé, cet ordre actionnant les vérins 4 optimums rapidement pour supprimer promptement et de manière fiable la déviation du bouclier 1.
L'opérateur peut donc, grâce aux indications apparaissant sur le pupitre, suivre avec précision toute déviation du bouclier et actionner sélectivement et de manière optimum les vérins de propulsion du bouclier en partie par des manipulations de certains boutons de commande ou d'organes analogues prévus sur le pupitre.
La mise en oeuvre du bouclier par commande à distance peut être facilitée et même automatisée de manière
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plus haut est installé à même le sol et qu'on utilise un calculateur, en association avec le bouclier de la machina
à creuser les tunnels conforme à l'invention et avec le pupi-tre conforme à l'invention, dans lequel sont stockés au préalable les ordres d'actionnement sélectifs pour les vérins en fonction du sens et de l'importance des déviations.
Selon un aspect d'un procédé de détection des déviations d'un bouclier conforme à l'invention, en bref, le faisceau laser L émis par l'émetteur 8 traverse tout d'abord la vitre transparente du boîtier 11 du dispositif détecteurrécepteur 12 du faisceau laser du type à analyse simultanée suivant les axes de coordonnées X et Y qui est contenu dans le mécanisme 10 de détection de déviation. Si le faisceau L passe par l'ouverture centrale 15 du dispositif 12, aucune déviation n'a lieu dans le sens des axes X et Y et dès lors, aucun signal n'est produit. Le faisceau laser L, après avoir traversé l'ouverture 15, atteint le dispositif détecteur-récepteur 13 de faisceau laser du type gyroscopique et, tant que le faisceau L est focalisé par l'objectif 29 au centre du détecteur 31, aucun signal de déviation angulaire de tangage ou de direction n'est produit.
De plus, si les signaux de sortie émis par le clinomètre de
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1 suit la direction de cavage prédéterminée du tunnel.
Par contre, lorsque le faisceau laser L s'écarte de l'ouverture 15 du dispositif 12 dans le sens horizontal ou dans le sens vertical, le sens et l'importance de la déviation peuvent être facilement déterminés sur l'indica-
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un apparéil analogue faisant partie du pupitre de surveil-
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ou de l'autre des branches de la croix formée par les éléments photo-électriques au silicium 16 suivant les axes X et 1
du dispositif 12, ou si la déviation est à tel point importante que le faisceau dépasse même les branches de la croix formée par les éléments 16, le dispositif 12, actionné au moyen des tiges verticale et horizontale 17 et 20 qui sont entraînées en rotation, balaye le plan des axes X et Y jusqu'à ce que le faisceau laser L soit ramené sur
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20 est transmis à l'indicateur 35 sous la forme de signaux représentant la déviation du bouclier de la même manière que celle décrite plus haut.
En outre, si le faisceau laser L est presque aligné sur l'ouverture 15 mais qu'une déviation autre que celle dirigée le long des axes X et Y a lieu, le faisceau laser L, passant par l'objectif 29, n'est pas focalisé au centre du détecteur 31 du dispositif 13 détecteur-récepteur
de faisceau du type gyroscopique. Une telle déviation ne
peut dès lors n'être détectée que par le détecteur 31 dont le signal de déviation met en mouvement le moteur-à couple constant ' 32 de l'axe X et/ou le moteur 33 de l'axe Y jusqu'à ce que le
détecteur 31 reçoive le faisceau focalisé en son centre) et la ou les amplitudes du déplacement du ou des moteur à couple constant est ou sont décelées par le lecteur de coordonnées suivant l'axe X et/ou le lecteur de coordonnées suivant l'axe Y
en tant que signal de déviation qui apparaît sur le pupitre
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une déviation angulaire de roulis, le signal détecté apparaît également sur le pupitre.
Les signaux de déviation respectifs ainsi détectés sont, en outre, envoyés au calculateur en vue d'être traités de n'importe quelle manière connue de telle sorte que les
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en vue d'être actionnes: en réponse à l'ordre d'actionnement sélectif préalablement stocké,correspondant au sens et à l'importance de la déviation représentée par les signaux ainsi envoyés au calculateur. Si, par exemple, le bouclier 1
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sur la vitre 37 représentée sur la Fig. 7, et que le point-repère
36 de déviation se trouva dans la position représentée aux dessins, les vérins correspondant) par exemple, aux régions 6,
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supprimer la déviation du bouclier 1 ce qui est le cas lorsque
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REVENDICATIONS
1.- Bouclier de machine à creuser des tunnels
muni d'un dispositif de régulation d'assiette, comprenant
un dispositif servant à émettre un faisceau laser dans une direction parallèle à une direction de cavage prédéterminée, dispositif qui est installé dans la partie déjà creusée du tunnel, immédiatement derrière le bouclier qui est propulsé dans cette direction au moyen d'une série de vérins pouvant être actionnés de manière sélective, et un dispositif de réception du faisceau laser qui est installé dans le bouclier et qui détecte toute déviation du bouclier par rapport au faisceau représentant la direction de cavage,
caractérisé en ce que le dispositif détecteur-récepteur de faisceau comprend un dispositif détecteur-récepteur de faisceau du type à analyse simultanée suivant les axes de coordonnées X et Y présentant une ouverture centrale et comportant une série d'éléments photo-électriques disposés selon une croix formée par les axes horizontal et vertical passant par cette ouverture, ce dispositif pouvant balayer un plan délimité par les axes X et Y de manière à détecter toute déviation du bouclier le long de
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ainsi détectée.