FR3027833A1 - Dispositif de carottage a sec sur plateforme mobile distante. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de carottage (1) comprenant un outil de carottage rotatif à sec, une centrale d'aspiration (7), et des moyens de mise en communication de la centrale d'aspiration (7) avec l'outil pour établir une aspiration d'air par l'intérieur de l'outil.

Description

DISPOSITIF DE CAROTTAGE À SEC SUR PLATEFORME MOBILE DISTANTE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un dispositif automatisé pour réaliser une opération de carottage, telle qu'une opération de carottage d'un sol ou d'une paroi en un matériau dur tel que du béton situé dans un environnement contaminé et/ou irradiant d'une installation nucléaire. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans un tel contexte, l'un des problèmes techniques qui se posent est le refroidissement de l'outil de carottage. Ce refroidissement peut être réalisé en injectant et en collectant de l'eau de refroidissement au niveau de l'outil de carottage en cours de fonctionnement. Mais dans ce cas, les poussières résultant de la coupe se mélangent à l'eau de refroidissement pour former une boue qui est contaminée de sorte qu'il est ensuite nécessaire de la traiter. Une autre possibilité consiste à réaliser un carottage à sec en assurant le refroidissement par soufflage d'air, éventuellement réfrigéré, au niveau de l'outil en fonctionnement. Les poussières résultant de la coupe tendent alors d'une part à se disperser et d'autre part à bloquer l'outil dans l'élément en cours de carottage par colmatage. Une solution qui est enseignée par le document de brevet FR2725151 consiste alors à aspirer sous cloche l'air et les poussières de carottage pour éviter leur mise en suspension dans l'environnement. En pratique, ceci alourdit significativement le processus au point de rendre sa mise en oeuvre extrêmement complexe et coûteuse.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'objet de l'invention est de proposer une solution permettant de réaliser un carottage distant en milieu contaminé qui soit simple et peu coûteux à mettre en oeuvre.

A cet effet, l'invention a pour objet un outil de carottage rotatif à sec comprenant une douille cylindrique formant conduit d'aspiration et présentant une extrémité de coupe pourvue de dents espacées les unes des autres par des créneaux et ayant radialement une épaisseur supérieure à l'épaisseur du corps de douille, pour que la douille présente au niveau de son extrémité de coupe un diamètre externe supérieur au diamètre externe du corps de douille, et un diamètre interne inférieur au diamètre interne du corps de douille, afin de permettre en cours de carottage à l'air d'aspiration d'être admis en longeant la face externe de la douille avant de passer entre les dents pour longer ensuite la face interne de la douille, et comportant en outre une pince cylindrique de préhension de carotte montée coulissante dans la douille, cette pince cylindrique comprenant une bague annulaire dont un bord est prolongé par des doigts de préhension d'une carotte, ces doigts étant parallèles et espacés les uns des autres autour d'un axe de révolution de la bague, chaque doigt présentant à son extrémité une griffe, cette pince ayant au niveau de sa bague un diamètre interne supérieur au diamètre interne de la douille au niveau des dents de cette douille pour permettre le passage d'air d'aspiration entre la bague et la carotte en formation, la douille comportant une face interne ayant une portion tronconique venant radialement en appui sur les doigts pour les resserrer sur la carotte lorsque cette pince est rapprochée des dents de la douille. L'invention a également pour objet un outil ainsi défini, dans lequel la douille comporte un épaulement formant butée d'appui pour la bague de la pince, et dans lequel la pince présente au niveau de ses griffes un diamètre inférieur au diamètre interne de la douille au niveau des dents, pour que les griffes enserrent spontanément la carotte lorsqu'elle se forme dans l'outil. L'invention a également pour objet un dispositif de carottage, comprenant un moteur d'entraînement en rotation d'un outil de carottage ainsi défini, une centrale d'aspiration, et des moyens de mise en communication de la centrale d'aspiration avec l'outil pour établir au niveau de l'outil une aspiration d'air par l'intérieur de l'outil de manière à assurer conjointement le refroidissement de l'outil et l'évacuation de poussières de coupe.

L'invention a également pour objet un dispositif de carottage ainsi défini, comprenant en outre un moyen de collecte des poussières contenues dans l'air aspiré au moyen de la centrale d'aspiration avant libération de cet air, ce moyen de collecte comprenant un pot de récupération de type cyclone et un pot décanteur équipé d'un filtre à très haute efficacité. L'invention a également pour objet un dispositif de carottage ainsi défini, comprenant en outre un bras robotisé portant l'outil de carottage, ainsi qu'un capteur de mesure de l'effort exercé par l'outil et des moyens de pilotage de la vitesse de rotation du moteur et/ou de pénétration de l'outil, configurés pour asservir cette vitesse sur l'effort exercé par l'outil afin que cet effort reste en deçà d'une valeur seuil prédéterminée. L'invention a également pour objet un dispositif de carottage ainsi défini, équipé d'une plateforme mobile motorisée sur laquelle sont montés ses différents composants.

L'invention concerne également un procédé de carottage à sec d'une dalle ou paroi en un matériau tel que du béton comprenant les étapes de positionnement au niveau de la zone à carotter d'un outil de carottage tel que défini plus haut et d'entraînement en rotation de cet outil, et une étape d'établissement d'une aspiration d'air par l'intérieur de l'outil pour assurer conjointement l'aspiration des poussières de coupe et le refroidissement de l'outil en cours de carottage. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - La figure 1 est une vue du dispositif selon l'invention représentée dans son ensemble en perspective sans chenille motrice ; - la figure 2 montre le dispositif selon l'invention dans son ensemble en vue latérale en position de carottage ; - la figure 3 est une vue de l'ensemble de carottage du dispositif selon l'invention représenté en perspective ; - la figure 4 est une vue en coupe de l'outil de carottage selon l'invention en position de carottage ; - la figure 5 est une vue en perspective de la pince de l'outil de carottage représentée seule ; - la figure 6 est une vue de détail en coupe longitudinale de l'outil de carottage au niveau d'une zone de section montrant une griffe d'un doigt de la pince ainsi qu'une portion du corps de douille et d'une carotte. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le dispositif selon l'invention qui apparaît sur les figures 1 et 2 où il est repéré par 1 comprend une plateforme mobile 2, ou porteur à chenille, équipée d'une paire de chenilles motorisées 4, et qui porte un support à structure mécanosoudée 3 portant lui-même plusieurs équipements. Ces équipements comprennent un ensemble de carottage 6, une centrale d'aspiration 7, un magasin 8 comprenant cinq outils de carottage, appelés également carottiers, un autre magasin 9 apte à recevoir au moins le même nombre de carottes que le magasin 8, et un pot décanteur 11. En fonctionnement, chaque outil de carottage n'est utilisé qu'une seule fois pour éliminer tout risque de contamination des carottes par l'outil. Il comporte encore un boîtier électrique 12 ainsi que plusieurs caméras et microphones. Ce dispositif peut encore être équipé d'un système de contrôle de l'environnement pour éviter tout contact avec l'environnement. Un pupitre de commande non représenté permet de piloter ce dispositif à distance en mode manuel ou semi-automatique, et de recueillir toute information et paramètre de fonctionnement, pouvant inclure notamment des données vidéo et audio. Ces données recueillies peuvent encore inclure l'effort fourni par le moteur, exercé sur l'axe de carottage par la dalle carottée, la vitesse de rotation et la vitesse de pénétration du carottier.

La centrale d'aspiration 7 est reliée à l'ensemble de carottage 6 pour aspirer l'air par l'intérieur de l'outil de carottage en service afin de conjointement refroidir cet outil et récupérer les poussières issues de l'opération de coupe par elle-même. L'air chargé de poussières qui est aspiré via l'intérieur de l'outil est ramené vers le pot décanteur 11 via un pot cyclonique non représenté (qui collecte ainsi les poussières contaminées) avant évacuation de l'air en question au travers du filtre à très haute efficacité (THE) du pot décanteur. La centrale d'aspiration 7 comporte une chambre de grand diamètre permettant de réaliser une aspiration tangentielle de puissance suffisante pour que le débit d'air assure un refroidissement approprié de l'outil de carottage. L'ensemble de carottage 6 qui apparaît plus clairement sur la figure 3 comporte une tour support 13 rigidement portée par le support à structure mécanosoudée 3, et qui porte un organe mobile 14 coulissant sur deux colonnes verticales 16 et 17 de cette tour en étant déplacé le long de ces colonnes par un système à vis sans fin. L'organe mobile 14 comporte un chariot 18 portant un moteur 19 entraînant en rotation un arbre creux non visible, ainsi qu'une boîte d'aspiration 21 qui est traversée par cet arbre creux. L'arbre creux comporte une ou plusieurs ouvertures radiales à hauteur de la boîte d'aspiration 21 qu'il traverse, et cette boîte d'aspiration 21 est reliée par l'intermédiaire d'un tuyau non représenté à l'ensemble formé par la centrale d'aspiration 7 et le pot décanteur 11. En fonctionnement, et comme représenté sur la figure 3, ce chariot 18 porte également un outil de carottage ou carottier 22, par l'intermédiaire d'un crabot automatique 23 qui est entrainé en rotation par un arbre creux non visible.

Ce crabot 23 permet de coupler l'arbre creux à l'outil de carottage dans le magasin d'outils 8 pour emmener cet outil sur une dalle à carotter, le crabot 23 se verrouillant lorsque l'outil est sur la dalle à carotter. Le déverrouillage et le désaccouplement du carottier ont lieu au niveau du magasin d'outils de carottage 8. L'ensemble de carottage 6 intègre également un capteur d'effort non représenté pour connaître la valeur de l'effort exercé par l'outil de carottage sur la dalle de béton en cours de carottage. Comme la masse de l'ensemble 6 est de l'ordre de cent kilogrammes, le poids de cet ensemble est compensé par un ressort taré. La mesure de l'effort est donc nulle à vide et elle reflète la réalité de l'effort moteur exercé sur la dalle en fonctionnement.

La vitesse de rotation du moteur 19 et la vitesse de pénétration dans la dalle sont asservis en temps réel pour que la valeur de l'effort de pénétration mesurée par le capteur reste dans une plage de valeurs prédéterminée, pour assurer notamment que l'échauffement de l'outil de carottage reste acceptable.

En pratique, le dispositif comporte une unité de commande qui pilote la vitesse de descente de l'outil et/ou la vitesse du moteur d'entraînement en rotation de l'outil pour réduire l'une et/ou l'autre de ces vitesses lorsque l'effort de pénétration mesuré devient trop important. Cet asservissement assure ainsi que l'effort de pénétration reste inférieur à une valeur seuil prédéterminée.

L'outil de carottage 22, qui apparaît sur la figure 4 comprend une broche ou douille 24 cylindrique creuse dont l'extrémité libre 26 est pourvue d'une série de dix dents 27 séparées les unes des autres par autant de créneaux 28 pour découper le pourtour de la carotte 29. Il est équipé d'une pince intérieure 31 montée coulissante dans cette douille creuse 24.

Cet outil de carottage 22 a ainsi une forme de révolution autour d'un axe AX, la pince 31 étant mobile en translation dans la douille 24 le long de cet axe AX. En fin de carottage, la rotation est arrêtée et la douille est déplacée pour extraire la carotte. Ce mouvement de retrait rapproche la pince de l'extrémité de la douille, ce qui resserre cette pince pour qu'elle enserre fermement la carotte afin de la retirer. En fonctionnement, et comme indiqué par la flèche en pointillés dans la figure 4, l'air aspiré longe la face externe de la douille, avant de passer entre les dents 27 à travers les créneaux 28 en se déplaçant radialement, pour ensuite traverser la partie libre ou inférieure de l'espace radial ER séparant la carotte 29 de la face interne de la douille 24, en se déplaçant parallèlement à l'axe AX. Cet air passe ensuite dans la région supérieure de l'espace radial ER entre les doigts de la pince 31 pour atteindre la région haute de la douille 24, avant de rejoindre la boîte d'aspiration 21 et l'ensemble comprenant la centrale d'aspiration 7 et le pot décanteur 11.

A cet effet, les dimensions des créneaux 27 sont plus importantes que sur un outil de carottage traditionnel : les créneaux 27 sont plus hauts et plus larges de manière à favoriser le passage d'air et de poussières sans risque de colmatage. Les dents ont quant à elles une épaisseur importante selon la direction radiale, de sorte que le diamètre externe de l'outil au niveau des dents est significativement plus élevé que le diamètre externe du corps de la douille 24. De manière analogue, le diamètre interne de l'outil au niveau des dents est significativement inférieur au diamètre interne du corps de douille. Cet écart de diamètre assure notamment que le corps de la douille 24 ne frotte pas contre la face interne du trou de carottage en cours d'opération, ni contre la face externe de la carotte. Ceci contribue à réduire les surfaces en frottement pour limiter l'échauffement de l'outil, et à faciliter le passage d'air dans l'outil de carottage sans risque de colmatage. Complémentairement, la pince 31 visible seule sur la figure 5 est elle aussi conçue pour permettre le passage d'air et de poussières sans risque de colmatage.

Cette pince 31 a une forme généralement cylindrique constituée par une embase ou bague 32 annulaire centrée sur l'axe AX dont un bord est prolongé par une série de huit doigts ou pattes 33 parallèles à l'axe AX et espacés les uns des autres autour de l'axe AX par autant de créneaux 34. L'embase annulaire 32 qui est rigide présente, radialement par rapport à l'axe AX, une épaisseur sensiblement inférieure à celle des doigts 33 qui ont par ailleurs une certaine flexibilité permettant à leurs extrémités libres d'être rapprochées de l'axe AX. Complémentairement à l'embase annulaire 32 de la pince, la douille 24 comporte dans sa partie haute un épaulement 30, c'est-à-dire une réduction de diamètre, qui constitue une butée pour cette embase annulaire 32, de manière à limiter la mobilité vers le haut de la pince dans son déplacement à l'intérieur de la douille. L'extrémité de chaque doigt 33 de la pince a une forme de griffe présentant des stries à sa face interne et formant localement une surépaisseur importante, de sorte que le diamètre interne de la pince au niveau des griffes d'extrémités 36 est significativement inférieur au diamètre interne nominal de la pince. Ces stries sont orientées vers le haut pour améliorer la préhension de la carotte. Les extrémités des doigts 33, au niveau des griffes 36 sont de plus sensiblement inclinées vers l'axe de rotation, de sorte que le diamètre interne de la pince à mi-hauteur des griffes 36 est légèrement inférieur au diamètre interne de la douille 24 au niveau de ses dents 28 lorsque cette pince est à l'état relâché. Du fait de l'inclinaison des extrémités de doigts vers l'axe AX au niveau des griffes 36, la surface enveloppe de la pince dans cette région est sensiblement conique. Le diamètre interne de la pince 31 au niveau de sa bague 32 est supérieur au diamètre interne au niveau des dents de la douille. Lorsque la carotte se forme dans la douille, il subsiste ainsi un espace annulaire entre la face externe cylindrique de la carotte et la face interne de la pince au niveau de la bague 32 lorsque cette carotte présente une grande hauteur à l'intérieur de la douille. Durant une opération de carottage, lorsque la carotte se forme tout en montant à l'intérieur de la douille, elle atteint les griffes 36 dont les faces internes d'extrémité sont évasées. Ces griffes viennent ainsi spontanément entourer cette carotte en l'enserrant légèrement, comme illustré sur la figure 6, la pince 31 étant par ailleurs en butée sur l'épaulement 30. Dans la suite de l'opération de carottage, les griffes descendent le long de la face externe de la carotte qui continue de se former à l'intérieur de la douille. L'air aspiré passe d'abord entre les dents de l'outil de carottage, après quoi il traverse la portion inférieure de l'espace radial ER entre la face externe de la carotte et la face interne de la douille. L'air d'aspiration passe ensuite entre les griffes 36 pour continuer de remonter dans la douille en circulant entre les doigts 33, c'est-à-dire à dans les créneaux 34, dans la région médiane de l'espace radial ER. Lorsque l'air d'aspiration atteint le haut des doigts 33, il rejoint la région de la bague 32 dont le diamètre interne est supérieur au diamètre externe de la carotte, ce qui permet à cet air d'aspiration de continuer de progresser pour atteindre le haut de la douille. La carotte peut ainsi avoir une longueur totale significativement supérieure à la longueur de la pince.

En fin d'opération de carottage, la rotation de la douille est arrêtée, et la douille est déplacée le long de l'axe AX dans un sens d'extraction de la carotte 29. Au début de ce déplacement, les griffes 36 de la pince enserrent légèrement la face externe de la carotte 29 de par leur flexibilité et du fait que le diamètre interne au niveau de ces griffes 36 est légèrement inférieur au diamètre de la carotte 29. La pince est ainsi sensiblement immobilisée sur la carotte 29 pendant que la douille 24 est déplacée, de sorte que la portion tronconique SC de la face interne de la douille vient alors en appui sur les faces externes des griffes 36. Ceci a pour effet d'exercer une pression radiale sur ces griffes 36 pour qu'elles enserrent fermement la carotte 29. Autrement dit, durant ce mouvement de retrait de la douille 24, la pince 31 se rapproche des dents 28 pour être de plus en plus fermement enserrée par la portion tronconique SC, dont la conicité correspond à la conicité de la surface enveloppe de la pince au niveau des extrémités 36 des doigts 33. A un certain stade de ce mouvement, la traction exercée sur la douille 24 par le reste du dispositif, combinée à l'enserrement ferme de la carotte 29 par les griffes 36 provoque la rupture de cette carotte, par exemple au niveau de sa base. Dans la suite du mouvement, la carotte ainsi extraite est emmenée par la douille en étant maintenue dans celle-ci par la pince 11 qui assure alors un autoblocage. Complémentairement, ou alternativement, des moyens mécaniques peuvent être prévus pour commander la montée et la descente de la pince dans la douille afin de provoquer l'enserrement de la carotte par la pince en commandant un actionneur dédié.

Grâce à la mise en oeuvre d'un refroidissement à sec par aspiration d'air, les poussières contaminées que la coupe génère ne sont pas dispersées dans l'environnement, et une cloche d'aspiration étanche n'est pas nécessaire. L'outil de carottage intégrant une pince à doigts allongés et une douille dont les dents ont une largeur supérieure à l'épaisseur du corps de douille, facilite l'aspiration d'air pour limiter le risque de colmatage par la poussière générée par l'outil de carottage en cours d'utilisation. La mesure d'effort couplée au pilotage du moteur permet de limiter l'effort de pénétration de l'outil de carottage dans la dalle, pour réduire le risque d'usure et de casse de cet outil en cours d'exploitation et/ou réduire le risque d'endommagement de la carotte.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Outil de carottage rotatif à sec (22) comprenant une douille cylindrique (24) formant conduit d'aspiration et présentant une extrémité de coupe pourvue de dents (27) espacées les unes des autres par des créneaux et ayant radialement une épaisseur supérieure à l'épaisseur du corps de douille (24), pour que la douille (24) présente au niveau de son extrémité de coupe un diamètre externe supérieur au diamètre externe du corps de douille, et un diamètre interne inférieur au diamètre interne du corps de douille, afin de permettre en cours de carottage à l'air d'aspiration d'être admis en longeant la face externe de la douille avant de passer entre les dents pour longer ensuite la face interne de la douille, et comportant en outre une pince cylindrique (31) de préhension de carotte montée coulissante dans la douille (24), cette pince cylindrique (31) comprenant une bague (32) annulaire dont un bord est prolongé par des doigts (33) de préhension d'une carotte, ces doigts (33) étant parallèles et espacés les uns des autres autour d'un axe de révolution (AX) de la bague, chaque doigt (33) présentant à son extrémité une griffe (36), cette pince (31) ayant au niveau de sa bague un diamètre interne supérieur au diamètre interne de la douille (24) au niveau des dents (27) de cette douille pour permettre le passage d'air d'aspiration entre la bague (32) et la carotte en formation, la douille (24) comportant une face interne ayant une portion tronconique (SC) venant radialement en appui sur les doigts (33) pour les resserrer sur la carotte lorsque cette pince (31) est rapprochée des dents (27) de la douille (24).
2. 2. Outil selon la revendication 1, dans lequel la douille (24) comporte un épaulement formant butée d'appui pour la bague (32) de la pince (31), et dans lequel la pince (31) présente au niveau de ses griffes (36) un diamètre inférieur au diamètre interne de la douille (24) au niveau des dents (27), pour que les griffes (36) enserrent spontanément la carotte lorsqu'elle se forme dans l'outil.
3. 3. Dispositif de carottage (1) comprenant un outil de carottage rotatif (22) selon la revendication 1 ou 2, un moteur (19) d'entraînement en rotation de cet outilde carottage (22), une centrale d'aspiration (7), et des moyens de mise en communication de la centrale d'aspiration (7) avec l'outil pour établir au niveau de l'outil (22) une aspiration d'air par l'intérieur de l'outil de manière à assurer conjointement le refroidissement de l'outil (22) et l'évacuation de poussières de coupe.
4. 4. Dispositif de carottage selon la revendication 3, comprenant en outre un moyen de collecte des poussières contenues dans l'air aspiré au moyen de la centrale d'aspiration (7) avant libération de cet air, ce moyen de collecte comprenant un pot de récupération de type cyclone et un pot décanteur (11) équipé d'un filtre à très haute efficacité.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un bras robotisé portant l'outil de carottage, ainsi qu'un capteur de mesure de l'effort exercé par l'outil (22) et des moyens de pilotage de la vitesse de rotation du moteur (19) et/ou de pénétration de l'outil (22), configurés pour asservir cette vitesse sur l'effort exercé par l'outil (22) afin que cet effort reste en deçà d'une valeur seuil prédéterminée.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, équipé d'une plateforme mobile motorisée sur laquelle sont montés ses différents composants.
7. 7. Procédé de carottage à sec d'une dalle ou paroi en un matériau tel que du béton comprenant les étapes de positionnement au niveau de la zone à carotter d'un outil de carottage (22) tel que défini dans l'une des revendications 1 à 3 et d'entraînement en rotation de cet outil, et une étape d'établissement d'une aspiration d'air par l'intérieur de l'outil pour assurer conjointement l'aspiration des poussières de coupe et le refroidissement de l'outil en cours de carottage.