EP3031983B1 - Procédé amélioré de guidage d'un dispositif d'insertion d'éléments dans le sol pour la réalisation d'un ouvrage ; dispositif d'insertion et véhicule associés - Google Patents

Procédé amélioré de guidage d'un dispositif d'insertion d'éléments dans le sol pour la réalisation d'un ouvrage ; dispositif d'insertion et véhicule associés Download PDF

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EP3031983B1
EP3031983B1 EP15193853.7A EP15193853A EP3031983B1 EP 3031983 B1 EP3031983 B1 EP 3031983B1 EP 15193853 A EP15193853 A EP 15193853A EP 3031983 B1 EP3031983 B1 EP 3031983B1
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EP
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arm
optical
insertion device
absolute
computer
Prior art date
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EP15193853.7A
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Nicolas Rada
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Alstom Transport Technologies SAS
Original Assignee
Alstom Transport Technologies SAS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B29/00—Laying, rebuilding, or taking-up tracks; Tools or machines therefor
    • E01B29/32—Installing or removing track components, not covered by the preceding groups, e.g. sole-plates, rail anchors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/002—Ballastless track, e.g. concrete slab trackway, or with asphalt layers
    • E01B1/004—Ballastless track, e.g. concrete slab trackway, or with asphalt layers with prefabricated elements embedded in fresh concrete or asphalt
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes
    • E01B35/02—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes for spacing, for cross levelling; for laying-out curves
    • E01B35/04—Wheeled apparatus
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/004—Devices for guiding or controlling the machines along a predetermined path
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2203/00—Devices for working the railway-superstructure
    • E01B2203/16—Guiding or measuring means, e.g. for alignment, canting, stepwise propagation

Definitions

  • the invention relates to a method for guiding a device for inserting elements into the ground, for producing a structure. More particularly, the invention relates to a guide method of a saddle insertion device for the realization of a railway track. The invention also relates to a system for implementing such a guiding method.
  • the document FR 2 812 671 discloses a guiding method.
  • the movable arm of the insertion device which makes it possible to bring a saddle into a predetermined position and orientation of implantation, then the implantation of the saddle in the concrete, is provided with a first prism and a second prism.
  • Each prism is able to reflect a beam of laser light emitted by a remote total measurement station, placed along the railroad track to achieve.
  • the guiding method then consists in installing a total measurement station near the railway track to be carried out and in determining the coordinates of the geographical point of installation of the total measuring station. These coordinates are absolute in the sense that they are given relative to an absolute reference XYZ.
  • a total measurement station includes an optical device capable of emitting a laser beam towards a reflecting target. From the reflected beam, the total measuring station is able to determine the distance between the total measuring station and the target, as well as the angle that forms the direction between the total measuring station and the target, with a plane of measurement. reference, which is a horizontal plane passing through the optical device.
  • positioning of an object in the present patent application is meant both the position of a reference point of this object (three coordinates), and the orientation of a reference segment of this object ( three angles).
  • the absolute positioning of the arm that is to say the positioning in the absolute reference XYZ, is for example given by the position of the first prism, as a reference point, and the orientation of the segment between the first prism and the second prism, as a reference segment.
  • the method consists in manually directing the total measuring station so that its laser beam points towards the first prism and to measure the distance and the angle between the total measurement station and this first one. prism, then manually steer the total measuring station so that its laser beam points to the second prism and measure the distance and angle between the total measuring station and the second prism.
  • Such a guiding method remains difficult to implement.
  • 30 seconds correspond to the actual implantation of the saddle in the fresh concrete of the railroad track, while the other 60 seconds are devoted to a single determination of the absolute positioning of the arm. That is, if the positioning of the saddle before implantation is not within the required tolerance interval, it is necessary to resume the step of determining the absolute positioning of the arm.
  • the optical device of a total measurement station has a range of only about 100 meters. It is therefore necessary to move the total measuring station as and when the vehicle 1 and the progress of the realization of the route of railway. With each movement of the total measuring station, the step of installing the total measuring station and determining its absolute position must be carried out again, before transmitting this information to the on-board computer so that a new set of stool delivery cycles can not begin.
  • the step of setting up a total measurement station is not easy. Indeed, it is necessary that the optical device is very precisely placed in a horizontal plane. If this is not the case, the optical device does not work and the total measurement station delivers erroneous measurements.
  • the invention therefore aims to overcome these problems.
  • the subject of the invention is a method of guiding an insertion device for the insertion of elements into the ground for the production of a structure, characterized in that it comprises the following steps: surveying a plurality of geographical points in proximity to the work to be performed, the position of each point being determined in an absolute reference XYZ; installing a plurality of reflectors, each reflector being placed at a geographical point of the topographic survey; measuring, with the aid of at least three optical devices, located on a movable arm of the insertion device which carries the element to be inserted, distances between reflectors and optical devices; calculating, by trilateration, the absolute positioning of the arm of the insertion device from the measured distances and the known position of each optical reflector; and moving the arm of the insertion device according to the calculated absolute positioning, so as to bring the element to be implanted, in a predetermined implantation position.
  • the invention also relates to an insertion device for inserting an element into the ground, intended to be guided by the implementation of a guiding method according to the preceding method, comprising an arm, movable in translation and rotation along three axes orthogonal to each other and carrying the element to be inserted in the ground, actuators of said arm, an automaton for controlling said actuators and a control computer of said automaton, characterized in that it comprises at least three optical devices, implanted on the arm of the insertion device, each optical device being able to measure a distance between its point of implantation on the arm and a remote optical reflector placed in the environment of the work to be performed, in one known installation position, and in that said computer is programmed to calculate an absolute positioning of said arm, by implementing a trilateration algorithm, starting from measurements transmitted by the optical devices and the known positions of the optical reflectors.
  • the invention also relates to a vehicle characterized in that it comprises an insertion device according to the preceding device.
  • a vehicle 1 equipped with an insertion device 2 of elements in the ground for the realization of a structure.
  • the structure is a portion of a railway track, for example for a tramway, metro or mainline line.
  • the elements to be inserted are then saddles 3, sealed in the concrete of the raft 4 of the track and intended to maintain rails.
  • the saddles 3 are of conventional type and respectively comprise a plate of rigid material, such as cast iron, and two anchors.
  • the saddles 3 are held in the concrete slab once it has hardened. They each have a device for fixing a rail.
  • the vehicle 1 is mounted on four wheels 5, two of which are steered and the other two are driving. It comprises propulsion and steering means (not shown in the figure) for moving the vehicle 1 in a given direction, essentially the direction D of the track to achieve.
  • the vehicle 1 is moved above the raft 4 whose concrete, just poured, has not yet hardened.
  • the insertion device 2 comprises, mounted at the rear of the vehicle 1, an arm 6. Alternatively, the insertion device comprises several arms.
  • the arm 6 has on its lower part gripping systems at the end of which are placed two saddles 2 intended to be inserted into the concrete of the raft 4 freshly poured, each saddle corresponding to a track wire of the track.
  • the arm 6 of the insertion device is movable. It is moved, in translation along three axes and in rotation along three axes, with respect to a chassis of the vehicle 1, by a set of actuators (not shown in the figure).
  • actuators are controlled by an embedded controller (not shown in the figure), itself controlled by an on-board computer.
  • the computer 10 provides in particular the calculation of the absolute positioning of the arm 6, that is to say the absolute position of a reference point P of the arm and the absolute orientation of a reference segment A associated with the arm 6
  • a reference segment is parallel to the central bar of the "H" shaped arm and derived from the reference point P.
  • the automaton as a function of the absolute positioning of the arm 6 and of an absolute position of implantation of a saddle 3 (that is to say an absolute position of implantation of a saddle and an absolute orientation of implantation of this saddle) actuates the means of propulsion and direction of the vehicle 1 to approach the absolute position of implantation, then actuates the displacement of the arm 6 to bring the saddle into the absolute positioning of implantation (to an uncertainty ready).
  • the controller is able to actuate the cylinders so as to insert the two saddles in the fresh concrete, then to release the stool implanted and to control the jacks and the arm to return to the position of rest for a next cycle.
  • the arm 6 For guiding the insertion device 2, the arm 6 carries three optical devices 12, 13 and 14.
  • the first optical device 12 is implanted at a point P1
  • the second optical device 13 is implanted at a point P2
  • the third device Optical 14 is implanted at a point P3 of the arm.
  • the points of implantation are determined by construction of the arm with great precision. In particular the segments separating each pair of points are known with great precision.
  • Each optical device is equipped with an emitting optic capable of emitting a laser beam 22, 23, 24.
  • Each optical device is equipped with a receiving optics for collecting the beam reflected by a target. From the flight time separating the emission from the reception of a laser pulse, an optical device is able to determine a distance between the implantation point of the laser device and the target.
  • the operating frequency of an optical device is high: between 200 and 100 Hz.
  • a plurality of reflective prisms such as prisms 32, 33, 34, are disposed in the environment.
  • a prism is able to reflect the laser beam emitted by an optical device, such as the devices 12, 13, 14.
  • the prisms are placed at geographical points of a topographic survey.
  • the absolute position of each prism is known.
  • the qualifier of "absolute” we mean information relative to an absolute reference XYZ.
  • Each optical device 12, 13, 14 of the insertion device 2 is adapted to follow a particular target.
  • the first device 12 follows the prism 32
  • the second device 23 follows the prism 33
  • the third device 14 follows the prism 34.
  • each optical device 12, 13, 14 are equipped with a motor and a target tracking system.
  • the distance between the implantation point of a device and the prism that it follows is delivered at each instant by the optical device and transmitted to the on-board computer 10.
  • optical device having a range of only about 100 meters, it is necessary to associate the optical devices equipping the arm 6 with new prisms of the environment as the vehicle moves 1 and the advancement of the railroad track.
  • a topographic survey is performed to define the absolute position of a plurality of geographical points located successively along the profile of the railway track to achieve.
  • these geographical points are distributed at intervals of the order of 50 m to 100 m. They are marked by terminals 30 placed stably along the path to achieve.
  • the vehicle 1 is moved over the portion of the slab 4 whose concrete, just poured, is not yet hardened.
  • Prisms are then accurately placed on visible terminals 30 and within reach of the optical devices 12, 13, 14 embedded on the vehicle 1.
  • the prisms 32, 33 and 34 are thus positioned.
  • the optical devices 12, 13 and 14 are then set to follow the prisms 32, 33 and 34 respectively.
  • the identifier of the prism followed by an optical device is entered in the computer 10. From this identifier, by consulting a database of the geographical points of the topographic survey memorized by the computer 10, the latter knows the absolute position of each of the bonuses 32, 33, 34.
  • the computer 10 calculates the absolute positioning of the arm 6 in the absolute reference XYZ.
  • Trilateration is a mathematical method for determining the position of a point, in this case each point P1, P2 and P3, using the geometry of triangles, just like triangulation. But, unlike triangulation, which uses both angles and distances to determine the position of the point, trilateration uses only distances.
  • the insertion device comprises at least three optical devices, also knowing the geometry of the implantation of these devices (vectors P1 P2 and P1 P3 for example). ).
  • This absolute positioning of the arm 6 is transmitted by the computer 10 to the automaton.
  • each saddle controls the movement of the vehicle 1 to bring the arm 6, in a rest position with respect to a chassis of the vehicle 1, substantially in line with the position of implantation of the saddles 3.
  • the controller controls the actuators of the arm 6 to bring, at a ready uncertainty, the saddles 3 carried by the arm 6 in the absolute positioning of each saddle implantation.
  • the controller then controls the jacks of the arm 6 to insert the saddle 2 in the concrete raft 4.
  • the automaton controls the release by the arm 6 of the saddles 3 and brings the arm back to its rest position relative to the chassis of the vehicle 1.
  • Such a guiding method has the advantage of being very rapid, since, during a stool implantation cycle, the optical devices operate automatically and constantly follow the prism on which they perform the measurement of distance. Absolute positioning of the arm can be obtained at any time, which facilitates and improves the accuracy of the movement of the movable arm.
  • the optical devices of the present invention are able to determine only a distance measurement. Since they do not have to issue angle measurements, these optical devices do not have to be held in a horizontal plane. This is the reason why they can be embedded in the vehicle 1. Such optical device delivers a distance measurement with very good accuracy regardless of the movements of its support.
  • the present guiding method makes it possible to gain the necessary 30 seconds for the reorientation of the measuring station and the acquisition of the distance and from the angle of the other prism.
  • the stool implantation rate can be increased.
  • the positioning of prisms in the environment for the realization of a portion of the railway track can be done in parallel with the use of the insertion device for the realization of the previous portion of the track a railway.
  • the prisms placed in the environment encumber only very slightly the site. Since their use does not require the intervention of an operator, the safety of the operators is improved.

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  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)
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Description

  • L'invention se rapporte à un procédé de guidage d'un dispositif d'insertion d'éléments dans le sol, pour la réalisation d'un ouvrage. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de guidage d'un dispositif d'insertion de selles pour la réalisation d'une voie de chemin de fer. L'invention se rapporte également à un système permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé de guidage.
  • On connaît, par exemple par le document EP 0 803 609 , un dispositif d'insertion de selles dans du béton, permettant de réaliser rapidement une voie chemin de fer. Un tel dispositif d'insertion de selles nécessite toutefois, pour être efficace, d'être positionné très précisément, afin que la position d'implantation de chaque selle soit précise au millimètre près.
  • Pour guider un tel dispositif d'insertion, le document FR 2 812 671 divulgue un procédé de guidage.
  • Pour cela le bras mobile du dispositif d'insertion, qui permet d'amener une selle dans une position et une orientation d'implantation prédéterminées, puis l'implantation de la selle dans le béton, est muni d'un premier prisme et d'un second prisme. Chaque prisme est propre à réfléchir un faisceau de lumière laser émis par une station de mesure totale distante, placée le long de la voie de chemin de fer à réaliser.
  • Le procédé de guidage consiste alors à installer une station de mesure totale à proximité de la voie de chemin de fer à réaliser et à déterminer les coordonnées du point géographique d'installation de la station de mesure totale. Ces coordonnées sont absolues au sens où elles sont données par rapport à un référentiel absolu XYZ.
  • Une station de mesure totale comporte un dispositif optique propre à émettre un faisceau laser vers une cible réfléchissante. A partir du faisceau réfléchi, la station de mesure totale est propre à déterminer la distance entre la station de mesure totale et la cible, ainsi que l'angle que forme la direction entre la station de mesure totale et la cible, avec un plan de référence, qui est un plan horizontal passant par le dispositif optique.
  • Puis, au cours de chaque cycle d'implantation d'une selle, le positionnement absolu du bras est déterminé périodiquement. Par « positionnement » d'un objet dans la présente demande de brevet, on entend à la fois la position d'un point de référence de cet objet (trois coordonnées), et l'orientation d'un segment de référence de cet objet (trois angles).
  • Ainsi, le positionnement absolu du bras, c'est-à-dire le positionnement dans le référentiel absolu XYZ, est par exemple donné par la position du premier prisme, en tant que point de référence, et l'orientation du segment entre le premier prisme et le second prisme, en tant que segment de référence.
  • Ainsi, pour déterminer le positionnement absolu du bras, le procédé consiste à orienter manuellement la station de mesure totale pour que son faisceau laser pointe vers le premier prisme et à mesurer la distance et de l'angle entre la station de mesure totale et ce premier prisme, puis à orienter manuellement la station de mesure totale pour que son faisceau laser pointe vers le second prisme et à mesurer la distance et de l'angle entre la station de mesure totale et ce second prisme.
  • Ces mesures, ainsi que la position absolue de la station de mesure totale, sont transmises à un ordinateur du dispositif d'implantation, qui calcule le positionnement absolu du bras. Cette information permet de piloter le déplacement du bras du dispositif d'insertion pour amener la selle, à une incertitude prêt, dans la position et l'orientation d'implantation absolues, telles que définies par un plan théorique de réalisation de la voie de chemin de fer.
  • Un tel procédé de guidage reste difficile à mettre en oeuvre. En effet, sur les 90 secondes que prend un cycle d'implantation d'une selle, 30 secondes correspondent à l'implantation proprement dite de la selle dans le béton frais de la voie de chemin de fer, tandis que les 60 autres secondes sont consacrées à une unique détermination du positionnement absolu du bras. C'est-à-dire que si le positionnement de la selle avant implantation n'est pas dans l'intervalle de tolérance requis, il est nécessaire de reprendre l'étape de détermination du positionnement absolu du bras.
  • Au cours de la détermination du positionnement du bras, la moitié du temps est utilisé pour orienter le faisceau laser d'abord vers le premier prisme, puis ensuite vers le second prisme. Ceci n'est pas pratique et augmente le risque d'erreur. De plus, dans l'environnement du chantier, la présence d'un opérateur au voisinage immédiat de l'ouvrage reste gênante et présente des risques en termes de sécurité des personnels.
  • D'un point de vue opérationnel, il est nécessaire qu'un prisme cible soit en vision directe de la station de mesure totale. Cependant, sur un chantier, il existe de nombreux risques que le faisceau laser entre la station et le prisme soit masqué, ne serait-ce que par le passage des personnels autour du dispositif d'insertion.
  • Enfin, le dispositif optique d'une station de mesure totale n'a une portée que de 100 mètres environ. Il est donc nécessaire de déplacer la station de mesure totale au fur et à mesure du déplacement du véhicule 1 et de l'avancement de la réalisation de la voie de chemin de fer. A chaque déplacement de la station de mesure totale, il convient d'effectuer à nouveau l'étape d'installation de la station de mesure totale et de détermination de sa position absolue, avant de transmettre cette information à l'ordinateur embarqué pour qu'un nouvel ensemble de cycles d'implantation de selles ne puisse débuter.
  • Il est à souligner que l'étape d'implantation d'une station de mesure totale n'est pas aisée. En effet, il est nécessaire que le dispositif optique soit très précisément placé dans un plan horizontal. Si cela n'est pas le cas, le dispositif optique ne fonctionne pas et la station de mesure totale délivre des mesures erronées.
  • Cela peut prendre jusqu'à 20 minutes pour installer et déterminer la nouvelle position de la station de mesure totale.
  • L'invention a donc pour but de pallier ces problèmes.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de guidage d'un dispositif d'insertion pour l'insertion d'éléments dans le sol pour la réalisation d'un ouvrage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : effectuer un relevé topographiques d'une pluralité de points géographiques à proximité de l'ouvrage à réaliser, la position de chaque point étant déterminée dans un repère absolu XYZ ; installer une pluralité de réflecteur, chaque réflecteur étant placées en un point géographique du relevé topographique ; mesurer, à l'aide d'au moins trois dispositifs optiques, implantés sur un bras mobile du dispositif d'insertion qui porte l'élément à insérer, des distances entre réflecteurs et dispositifs optiques ; calculer, par trilatération, le positionnement absolue du bras du dispositif d'insertion à partir des distances mesurées et de la position connue de chaque réflecteur optique ; et déplacer le bras du dispositif d'insertion en fonction du positionnement absolu calculé, de manière à amener l'élément à implanter, dans un positionnement d'implantation prédéterminé.
  • Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
    • chaque dispositif optique est propre à suivre un réflecteur placé dans l'environnement du dispositif d'insertion, le dispositif optique correspondant étant propre à mesurer la distance entre son point d'implantation sur le bras du dispositif d'insertion et le réflecteur qui lui est associé ;
    • un dispositif optique ayant une portée limitée, au fur et à mesure de l'avancement de l'ouvrage, de nouveau réflecteurs sont installés et associés à chaque dispositif optique dont est muni le dispositif d'insertion ;
    • l'actionnement du bras du dispositif d'insertion est réalisé par des actionneurs, pilotés par un automate embarqué, lui-même commandé par un ordinateur, l'ordinateur effectuant le calcul du positionnement absolu du bras à partir des données qui lui sont communiquées, à chaque instant, parles dispositifs optiques dont est équipé le dispositif d'insertion ;
    • le bras est motorisé en translation et en rotation suivant trois axes orthogonaux entre eux, le mouvement du bras étant piloté par l'automate de manière à amener l'élément à implanter dans le positionnement absolu d'implantation à partir du positionnement absolue du bras qui lui est transmis par l'ordinateur ; et
    • l'ouvrage à réaliser étant une voie de chemin de fer, l'élément à insérer est une selle destinée à supporter un rail, la selle étant insérée dans une dalle de béton non encore durci.
  • L'invention a également pour objet un dispositif d'insertion pour l'insertion d'un élément dans le sol, destiné à être guidé par la mise en oeuvre d'un procédé de guidage conforme au procédé précédent, comportant un bras, mobile en translation et en rotation suivant trois axes orthogonaux entre eux et portant l'élément à insérer dans le sol, des actionneurs dudit bras, un automate pour piloter lesdits actionneurs et un ordinateur de commande dudit automate, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois dispositifs optiques, implantés sur le bras du dispositif d'insertion, chaque dispositif optique étant propre à mesurer une distances entre son point d'implantation sur le bras et un réflecteur optique distant placé dans l'environnement de l'ouvrage à réaliser, en une position d'installation connue, et en ce que ledit ordinateur est programmé pour calculer un positionnement absolu dudit bras, par mise en oeuvre d'un algorithme de trilatération, à partir des mesures transmises par les dispositifs optiques et les positions connues des réflecteurs optiques.
  • Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
    • chaque dispositif optique est propre à suivre une cible, de manière à pouvoir associer chaque dispositif optique à un réflecteur optique de l'environnement.
    • l'élément est une selle destinée à supporter un rail de chemin de fer, la selle étant insérée dans une dalle de béton non encore durci.
  • L'invention a également pour objet un véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'insertion conforme au dispositif précédent.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre illustratif et non limitatif, et faite en se référant au dessin annexé sur lequel est représenté, de manière schématique, un système pour la mise en oeuvre du procédé de guidage d'un dispositif d'insertion d'éléments dans le sol selon l'invention.
  • Sur la figure, est représenté un véhicule 1 équipé d'un dispositif d'insertion 2 d'éléments dans le sol pour la réalisation d'un ouvrage. Dans le cas présent, l'ouvrage est une portion de voie de chemin de fer, par exemple pour une ligne de tramway, de métro ou de train grande ligne. Les éléments à insérer sont alors des selles 3, scellées dans le béton du radier 4 de la voie et destinées à maintenir des rails.
  • Les selles 3 sont de type classique et comportent respectivement une plaque en matière rigide, telle que de la fonte, et deux ancrages. Les selles 3 sont maintenues dans la dalle de béton une fois que celui-ci a durci. Elles ont chacune un dispositif permettant de fixer un rail.
  • Le véhicule 1 est monté sur quatre roues 5, dont deux sont directrices et les deux autres sont motrices. Il comporte des moyens de propulsion et de direction (non représentés sur la figure) permettant le déplacement du véhicule 1 suivant une direction donnée, essentiellement la direction D de la voie à réaliser.
  • Le véhicule 1 est déplacé au-dessus du radier 4 dont le béton, venant d'être coulé, n'a pas encore durci.
  • Le dispositif d'insertion 2 comporte, monté à l'arrière du véhicule 1, un bras 6. En variante, le dispositif d'insertion comporte plusieurs bras.
  • Le bras 6, comporte sur sa partie inférieure des systèmes de préhension à l'extrémité desquels sont placées deux selles 2 destinées à être insérées dans le béton du radier 4 fraîchement coulé, chaque selle correspondant à un fil de rails de la voie.
  • Le bras 6 du dispositif d'insertion est mobile. Il est déplacé, en translation selon trois axes et en rotation selon trois axes, par rapport à un châssis du véhicule 1, par un ensemble d'actionneurs (non représenté sur la figure).
  • Ces actionneurs sont pilotés par un automate embarqué (non représenté sur la figure), lui-même commandé par un ordinateur 10 embarqué.
  • L'ordinateur 10 assure notamment le calcul du positionnement absolu du bras 6, c'est-à-dire la position absolue d'un point de référence P du bras et l'orientation absolue d'un segment de référence A associé au bras 6. Par exemple, un segment de référence est parallèle à la barre centrale du bras en forme de « H » et issu du point P de référence.
  • L'automate, en fonction du positionnement absolu du bras 6 et d'un positionnement absolu d'implantation d'une selle 3 (c'est-à-dire une position absolue d'implantation d'une selle et une orientation absolue d'implantation de cette selle) actionne les moyens de propulsion et de direction du véhicule 1 pour s'approcher de la position absolue d'implantation, puis actionne le déplacement du bras 6 pour amener la selle dans le positionnement absolu d'implantation (à une incertitude prêt). Une fois la selle dans ce positionnement, l'automate est propre à actionner les vérins de manière à insérer les deux selles dans le béton frais, puis à libérer les selles implantées et à commander les vérins et le bras pour revenir dans la position de repos pour un cycle suivant.
  • Pour le guidage du dispositif d'insertion 2, le bras 6 porte trois dispositifs optiques 12, 13 et 14. Le premier dispositif optique 12 est implanté en un point P1, le second dispositif optique 13 est implanté en un point P2 et le troisième dispositif optique 14 est implanté en un point P3 du bras. Les points d'implantation sont déterminés par construction du bras avec une grande précision. En particulier les segments séparant chaque paire de points sont connus avec une grande précision.
  • Chaque dispositif optique est équipé d'une optique émettrice propre à émettre un faisceau laser 22, 23, 24. Chaque dispositif optique est équipé d'une optique réceptrice permettant de collecter le faisceau réfléchie par une cible. A partir du temps de vol séparant l'émission de la réception d'une impulsion laser, un dispositif optique est propre à déterminer une distance entre le point d'implantation du dispositif laser et la cible.
  • La fréquence de fonctionnement d'un dispositif optique est élevée : entre 200 et 100 Hz.
  • Pour la mise en oeuvre du procédé de guidage, une pluralité de prismes réflecteurs, tels que les prismes 32, 33, 34, sont disposés dans l'environnement. Un prisme est propre à réfléchir le faisceau laser émis par un dispositif optique, tel que les dispositifs 12, 13, 14.
  • Les prismes sont placés en des points géographiques d'un relevé topographique. Ainsi, la position absolue de chaque prisme est connue. Par le qualificatif d'« absolu », on entend une information par rapport à un repère absolu XYZ.
  • Chaque dispositif optique 12, 13, 14 du dispositif d'insertion 2 est propre à suivre une cible particulière. Par exemple, le premier dispositif 12 suit le prisme 32, le second dispositif 23 suit le prisme 33 et le troisième dispositif 14 suit le prisme 34. Pour ce faire, chaque dispositif optique 12, 13, 14 sont équipées d'une motorisation et d'un système de suivi de cible.
  • La distance entre le point d'implantation d'un dispositif et le prisme qu'il suit est délivrées à chaque instant par le dispositif optique et transmis à l'ordinateur embarqué 10.
  • Il est à noter qu'un dispositif optique n'ayant une portée que de 100 mètres environ, il est nécessaire d'associer aux dispositifs optiques équipant le bras 6 de nouveaux prismes de l'environnement au fur et à mesure du déplacement du véhicule 1 et de l'avancement de la voie de chemin de fer.
  • Le procédé de guidage pour l'insertion d'une paire de selles 3 par le dispositif 2 va maintenant être décrit en détail.
  • Préalablement à la réalisation de la voie de chemin de fer, un relevé topographique est effectué permettant de définir la position absolue d'une pluralité de points géographiques situés successivement le long du profil de la voie de chemin de fer à réaliser.
  • Compte tenu de la portée des dispositifs optiques 12, 13, 14, ces points géographiques sont répartis à intervalles de l'ordre de 50 m à 100 m. Ils sont marqués par des bornes 30 placées de manière stable au long de la voie à réaliser.
  • Pour la réalisation d'une portion de la voie de chemin de fer, le véhicule 1 est déplacé au-dessus de la portion du radier 4 dont le béton, venant d'être coulé, n'est pas encore durci.
  • Des prismes sont alors placés avec précision sur des bornes 30 visibles et à portée des dispositifs optiques 12, 13, 14 embarqués sur le véhicule 1. Les prismes 32, 33 et 34 sont ainsi positionnés.
  • Les dispositifs optiques 12, 13 et 14 sont ensuite paramétrés pour suivre les prismes 32, 33 et 34 respectivement. L'identifiant du prisme suivi par un dispositif optique est saisie dans l'ordinateur 10. A partir de cet identifiant, en consultant une base de données des points géographiques du relevé topographique mémorisé par l'ordinateur 10, celui-ci connait la position absolue de chacun des primes 32, 33, 34.
  • Puis, un cycle d'implantation de deux selles 3 est réalisé par le dispositif d'insertion 2 de la manière suivante.
  • A chaque instant du cycle, chaque dispositif optique délivre à l'ordinateur 10 la distance instantanée entre le point d'implantation de ce dispositif sur le bras 6, et le prisme que ce dispositif suit. Ainsi, à chaque instant, l'ordinateur 10 reçoit :
    • du premier dispositif optique 12, une première distance d1 entre le point P1 et le prisme 32.
    • du second dispositif optique 13, une seconde distance d2 entre le point P2 et le prisme 33.
    • du troisième dispositif optique 14, une troisième distance d3 entre le point P3 et le prisme 34.
  • Grâce à ces mesures de distance instantanée, et la position absolue de chaque prisme, l'ordinateur 10 calcule alors le positionnement absolu du bras 6 dans le repère absolu XYZ.
  • Le calcul effectué par l'ordinateur 10 est du type calcul par trilatération. La trilatération est une méthode mathématique permettant de déterminer la position d'un point, en l'occurrence de chaque point P1, P2 et P3, en utilisant la géométrie des triangles, tout comme la triangulation. Mais, contrairement à la triangulation, qui utilise à la fois des angles et des distances pour déterminer la position du point, la trilatération utilise uniquement les distances.
  • Pour la détermination du positionnement absolu du bras (six degrés de libertés) il est nécessaire que le dispositif d'insertion comporte au moins trois dispositifs optiques, connaissant également la géométrie de l'implantation de ces dispositifs (vecteurs P1 P2 et P1 P3 par exemple).
  • Ce positionnement absolu du bras 6 est transmis par l'ordinateur 10 à l'automate.
  • En fonction du positionnement absolu d'implantation de chaque selle, mentionnée dans une base de données stockée dans la mémoire de l'automate, celui-ci commande le déplacement du véhicule 1 pour amener le bras 6, dans une position de repos par rapport à un châssis du véhicule 1, sensiblement à l'aplomb de la position d'implantation des selles 3.
  • Une fois le véhicule 1 arrêté dans cette position, l'automate commande les actionneurs du bras 6 pour amener, à une incertitude prêt, les selles 3 portées par le bras 6 dans le positionnement absolu d'implantation de chaque selle.
  • Une fois dans cette position, l'automate commande alors les vérins du bras 6 pour insérer les selles 2 dans le béton du radier 4.
  • Une fois les deux selles 2 insérées, l'automate commande la libération par le bras 6 des selles 3 et ramène le bras dans sa position de repos par rapport au châssis du véhicule 1.
  • Deux nouvelles selles sont alors placées aux extrémités des vérins du bras 6 et le cycle suivant d'implantation de ces deux nouvelles selles est exécuté.
  • De proche en proche, les selles de la portion de la voie de chemin de fer sont implantées.
  • Un tel procédé de guidage présente l'avantage d'être très rapide, puisque, au cours d'un cycle d'implantation de selles, les dispositifs optiques fonctionnent de manière automatique et suivent en permanence le prisme sur lequel ils effectuent la mesure de distance. Un positionnement absolu du bras peut être obtenu à chaque instant, ce qui facilite et améliore la précision du déplacement du bras mobile.
  • Avec le présent procédé, on s'affranchit de l'utilisation d'une station de mesure totale. Les problèmes liés à l'installation d'une telle station sont notamment évités. En particulier, une telle station de mesure totale devant délivrer une mesure d'angle par rapport à un plan horizontal, il est nécessaire qu'elle soit parfaitement installée. C'est d'ailleurs pourquoi une telle station de mesure totale n'est jamais embarquée à bord d'un véhicule.
  • Au contraire, les dispositifs optiques de la présente invention sont propres à déterminer uniquement une mesure de distance. Puisqu'ils n'ont pas à délivrer de mesures d'angle, ces dispositifs optiques n'ont pas à être maintenus dans un plan horizontal. C'est la raison pour laquelle, ils peuvent être embarqués à bord du véhicule 1. Un tel dispositif optique délivre une mesure de distance avec une très bonne précision quels que soient les mouvements de son support.
  • Par rapport à l'état de la technique, sur un cycle qui prend en général environ 90 secondes, le présent procédé de guidage permet de gagner les 30 secondes nécessaires à la réorientation de la station de mesure et à l'acquisition de la distance et de l'angle de l'autre prisme.
  • En raccourcissant le temps nécessaire pour une détermination du positionnement absolu du bras, à précision d'implantation équivalente, on peut augmenter la cadence d'implantation des selles.
  • De plus, le positionnement des prismes dans l'environnement en vue de la réalisation d'une portion de la voie de chemin de fer peut se faire parallèlement à l'utilisation du dispositif d'insertion pour la réalisation de la portion précédente de la voie de chemin de fer.
  • Pour la réalisation d'une portion de voie de chemin de fer, les prismes placés dans l'environnement n'encombre que très faiblement le chantier. Leur utilisation ne nécessitant pas l'intervention d'un opérateur, la sécurité des opérateurs est améliorée.
  • Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus et de nombreuses variantes sont envisageables par l'homme du métier.

Claims (10)

  1. Procédé de guidage d'un dispositif d'insertion (2) pour l'insertion d'éléments (3) dans le sol pour la réalisation d'un ouvrage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    - effectuer un relevé topographiques d'une pluralité de points géographiques à proximité de l'ouvrage à réaliser, la position de chaque point étant déterminée dans un repère absolu XYZ ;
    - installer une pluralité de réflecteur (32, 33, 34), chaque réflecteur étant placées en un point géographique du relevé topographique ;
    - mesurer, à l'aide d'au moins trois dispositifs optiques (12, 13, 14), implantés sur un bras (6) mobile du dispositif d'insertion qui porte l'élément (3) à insérer, des distances entre réflecteurs et dispositifs optiques ;
    - calculer, par trilatération, le positionnement absolue du bras du dispositif d'insertion à partir des distances mesurées et de la position connue de chaque réflecteur optique ; et,
    - déplacer le bras du dispositif d'insertion en fonction du positionnement absolu calculé, de manière à amener l'élément à implanter, dans un positionnement d'implantation prédéterminé.
  2. Procédé de guidage selon la revendication 1, dans lequel, chaque dispositif optique (12, 13, 14) est propre à suivre un réflecteur (32, 33, 34) placé dans l'environnement du dispositif d'insertion (2), le dispositif optique correspondant étant propre à mesurer la distance entre son point d'implantation (P1, P2, P3) sur le bras (6) du dispositif d'insertion et le réflecteur qui lui est associé.
  3. Procédé de guidage selon la revendication 2, dans lequel, un dispositif optique ayant une portée limitée, au fur et à mesure de l'avancement de l'ouvrage, de nouveau réflecteurs sont installés et associés à chaque dispositif optique dont est muni le dispositif d'insertion (2).
  4. Procédé de guidage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'actionnement du bras (6) du dispositif d'insertion (2) est réalisé par des actionneurs, pilotés par un automate embarqué, lui-même commandé par un ordinateur (10), l'ordinateur effectuant le calcul du positionnement absolu du bras (6) à partir des données qui lui sont communiquées, à chaque instant, parles dispositifs optiques (12, 13, 14) dont est équipé le dispositif d'insertion.
  5. Procédé de guidage selon la revendication 4, dans lequel, ledit bras (6) est motorisé en translation et en rotation suivant trois axes orthogonaux entre eux, le mouvement dudit bras (6) étant piloté par l'automate de manière à amener l'élément (3) à implanter dans le positionnement absolu d'implantation à partir du positionnement absolue du bras qui lui est transmis par l'ordinateur (10).
  6. Procédé de guidage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit ouvrage est une voie de chemin de fer et en ce que ledit élément à insérer est une selle (3) destinée à supporter un rail, la selle étant insérée dans une dalle (4) de béton non encore durci.
  7. Dispositif d'insertion (2) pour l'insertion d'un élément (3) dans le sol, destiné à être guidé par la mise en oeuvre d'un procédé de guidage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant un bras (6), mobile en translation et en rotation suivant trois axes orthogonaux entre eux et portant l'élément (3) à insérer dans le sol, des actionneurs dudit bras, un automate pour piloter lesdits actionneurs et un ordinateur de commande dudit automate, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois dispositifs optiques (12, 13, 14), implantés sur le bras (6) du dispositif d'insertion, chaque dispositif optique étant propre à mesurer une distances entre son point (P1, P2, P3) d'implantation sur le bras (6) et un réflecteur optique distant placé dans l'environnement de l'ouvrage à réaliser, en une position d'installation connue, et en ce que ledit ordinateur est programmé pour calculer un positionnement absolu dudit bras, par mise en oeuvre d'un algorithme de trilatération, à partir des mesures transmises par les dispositifs optiques et les positions connues des réflecteurs optiques.
  8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel chaque dispositif optique est propre à suivre une cible, de manière à pouvoir associer chaque dispositif optique à un réflecteur optique de l'environnement.
  9. Dispositif selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que ledit élément (3) est une selle destinée à supporter un rail de chemin de fer, ladite selle (3) étant insérée dans une dalle (10) de béton non encore durci.
  10. Véhicule (1), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'insertion (2) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9.
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