FR3083842A1 - Appareil robotise et autopropulse pour une inspection et/ou un traitement d’une surface interieure d’une conduite - Google Patents
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Abstract
Appareil robotisé (1) et autopropulsé comprenant au moins trois chenilles motorisées (3) reliées à un châssis (2) par des mécanismes à parallélogramme déformable (40) articulés entre le châssis et la chenille motorisée concernée et rétractables pour une mobilité de chaque chenille motorisée entre une position rétractée et une position déployée, un système de support (6) monté sur le châssis et supportant au moins un élément d'inspection et/ou de traitement (60; 61), et un système de manœuvre (5) pourvu d'un moteur de manœuvre (50) porté par le châssis et accouplé aux chenilles motorisées via un dispositif mécanique de manœuvre pour actionner une mobilité synchronisée de toutes les chenilles motorisées entre leurs positions rétractées et leurs positions déployées respectives qui sont guidées par une déformation synchronisée de tous les mécanismes à parallélogramme déformable.
Description
La présente invention se rapporte à un appareil robotisé et autopropulsé pour une inspection et/ou un traitement d’une surface intérieure d’une conduite, ainsi qu’à un procédé d’inspection et/ou de traitement mettant en œuvre un tel appareil robotisé.
L’invention trouve une application particulière mais non limitative dans le domaine de l’inspection et/ou du traitement d’une soudure annulaire d’une conduite de raccordement à un générateur de vapeur d’une centrale nucléaire. L’invention peut également trouver des applications dans des conduites du secteur pétrochimique ou du fret type oléoduc et gazoduc.
Dans le domaine de l’inspection et/ou du traitement d’une surface intérieure d’une conduite, il est connu d’employer des appareils robotisés et autopropulsés qui sont introduits dans la canalisation afin de s’y mouvoir, où de tels appareils robotisés portent des outils ou éléments d’inspection et/ou des outils ou éléments de traitement de surface.
Les documents FR3049349 et FR2381657 divulguent chacun un appareil robotisé muni d’au moins une roue motrice, c’est-à-dire entraînée en rotation par un moteur pour une autopropulsion par roulage. De tels appareils sont particulièrement peu adaptés pour suivre un cheminement dans des conduites complexes présentant des variations de diamètre, des parties verticales ou des coudes plus ou moins serrés.
Les documents FR2662989 et WO2017/215810 divulguent chacun un appareil robotisé muni d’au moins trois chenilles motorisées reliées à un châssis par des dispositifs de liaison télescopiques qui sont rétractables pour une mobilité de chaque chenille motorisée entre une position rétractée et une position déployée.
Dans le document FR2662989, les dispositifs de liaison télescopiques sont des vérins à gaz qui nécessitent un compresseur embarqué ainsi que des distributeurs particulièrement encombrants. Par ailleurs, de tels vérins à gaz sont peu performants pour assurer un bridage de l’appareil robotisé à l’intérieur de la canalisation, autrement dit un blocage de l’appareil assurant une stabilité et une immobilisation de l’appareil pour pouvoir assurer des opérations de maintenance qui nécessitent finesse et précision.
Dans le document WO2017/215810, les dispositifs de liaison télescopiques sont des boîtes à ressort, pour permettre le maintien en pression des chenilles contre la surface intérieure de la conduite, sans que ne soit prévu un pilotage motorisé des chenilles entre une position rétractée et une position déployée. Ainsi, un tel appareil est peu efficace pour suivre un cheminement dans des conduites complexes. Par ailleurs, bien que les boîtes à ressort soient prévues pour bien plaquer les chenilles contre la surface intérieure de la conduite, celles-ci sont également peu efficaces pour assurer une stabilité et une immobilisation suffisantes de l’appareil pour pouvoir assurer des opérations de traitement qui nécessitent finesse et précision, ainsi que des opérations de traitement qui engendrent des efforts élevés et/ou des vibrations élevées, comme par exemple des opérations de découpe ou d’usinage.
La présente invention a pour but de résoudre en tout ou partie les inconvénients précités, en proposant notamment un appareil robotisé qui soit adapté pour suivre un cheminement dans des conduites complexes présentant des variations de diamètre, des parties verticales et/ou des coudes plus ou moins serrés.
Un autre but de l’invention est d’avoir un appareil robotisé pourvu de moyens procurant une stabilité et une immobilisation de l’appareil suffisamment efficace pour pouvoir assurer des opérations de traitement qui nécessitent finesse et précision.
Un autre but de l’invention est d’avoir un appareil robotisé pourvu de moyens procurant une stabilité et une immobilisation de l’appareil suffisamment efficace pour pouvoir assurer des opérations de traitement qui engendrent des efforts élevés et/ou des vibrations élevées, comme par exemple des opérations de découpe ou d’usinage.
Un autre but de l’invention est d’avoir un appareil robotisé suffisamment compact pour pouvoir passer dans des conduites de diamètre réduit, tout en portant l’ensemble des éléments d’inspection et/ou de traitement nécessaires aux opérations désirées.
A cet effet, elle propose un appareil robotisé et autopropulsé pour une inspection et/ou un traitement d’une surface intérieure d’une conduite, notamment pour l’inspection et/ou le traitement d’une soudure annulaire d’une conduite de raccordement à un générateur de vapeur d’une centrale nucléaire, cet appareil robotisé comprenant au moins trois chenilles motorisées reliées à un châssis par des dispositifs de liaison respectifs qui sont rétractables pour une mobilité de chaque chenille motorisée entre une position rétractée et une position déployée, cet appareil robotisé comprenant en outre un système de support monté sur le châssis et supportant au moins un élément d’inspection et/ou de traitement.
Selon l’invention, cet appareil robotisé est remarquable en ce que :
- chaque dispositif de liaison comprend un mécanisme à parallélogramme déformable articulé entre le châssis et la chenille motorisée concernée, et
- cet appareil robotisé comprend en outre un système de manœuvre pourvu d’un moteur de manœuvre porté par le châssis et accouplé aux chenilles motorisées via un dispositif mécanique de manœuvre pour actionner une mobilité synchronisée de toutes les chenilles motorisées entre leurs positions rétractées et leurs positions déployées respectives qui sont guidées par une déformation synchronisée de tous les mécanisme à parallélogramme déformable.
L’emploi de ces mécanismes à parallélogramme déformable associés à un système de manœuvre commun à l’ensemble des mécanismes à parallélogramme déformable est particulièrement avantageux pour procurer une adaptabilité de l’appareil robotisé à de nombreux diamètres de conduites, ainsi qu’une stabilité et une immobilisation pour un bridage efficace.
Un intérêt de l’invention porte donc sur la mutualisation de la fonction roulage (déplacement de l’appareil au moyen des chenilles motorisées portées par les mécanismes à parallélogramme déformable) et de la fonction bridage (maintien stable de l’appareil pendant les opérations de traitement nécessitant une précision très forte et/ou engendrant des efforts ou des vibrations élevés).
Selon une caractéristique, le dispositif mécanique de manœuvre intègre un système de compliance passif comprenant un élément compressible intercalé entre deux portées métalliques et dimensionné pour maintenir écartées les deux portées métalliques afin que les efforts du moteur de manœuvre vers les chenilles motorisées transitent par ledit élément compressible, où ledit élément compressible est également dimensionné pour que, lors d’un actionnement des chenilles motorisées de leurs positions rétractées vers leurs positions déployées, un effort résistant au déploiement des chenilles motorisées supérieur à un seuil d'effort prédéfini provoque une compression de l’élément compressible telle que les deux portées métalliques viennent en contact et les efforts du moteur de manœuvre vers les chenilles motorisées transitent par ce contact métal-métal.
Ainsi, lors d’un bridage de l’appareil motorisé à l’intérieur de la conduite, la capacité de compliance (ou la capacité compressive) de l’élément compressible est telle que le seuil d’effort est dépassé et ainsi le système de compliance passif procure un contact métal-métal qui assure un bridage efficace.
Selon une autre caractéristique, chaque mécanisme à parallélogramme déformable comprend une paire de jambes arrière articulées sur le châssis et sur une partie arrière de la chenille motorisée concernée, et une paire de jambes avant articulées sur le châssis et sur une partie avant de la chenille motorisée concernée.
Dans une réalisation particulière, le dispositif mécanique de manœuvre comprend une couronne montée coulissante autour du châssis et des bielles de manœuvre articulées sur la couronne et sur les chenilles motorisées respectives, ladite couronne étant déplacée en coulissement au moyen du moteur de manœuvre pour déplacer les chenilles motorisées via les bielles de manœuvre.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif mécanique de manœuvre comprend une vis sans fin entraînée en rotation par ledit moteur rotatif, et une noix mobile accouplée à la vis sans fin et montée sur la couronne, de sorte qu’une rotation de la vis sans fin est convertie en un déplacement en coulissement de la noix mobile et de la couronne.
Avantageusement, l’élément compressible du système de compliance passif est traversé par la vis sans fin et est intercalé entre, d’une part, la noix mobile présentant l’une des deux portées métalliques et, d’autre part, une butée solidaire de la couronne et présentant l’autre des deux portées métalliques.
Dans un mode de réalisation particulier, le système de support comprend :
- un bras de support supportant au moins un élément d’inspection et/ou de traitement ;
- un fût monté rotatif à l’intérieur du châssis autour d’un axe principal, où ledit bras de support est mobile en coulissement le long de l’axe principal à l’intérieur dudit fût entre une position rentrée dans laquelle le bras de support est au moins partiellement entré à l’intérieur du fût, et une position sortie dans laquelle le bras de support est au moins partiellement sorti à l’extérieur du fût, où ledit bras de support est solidaire en rotation du fût autour de l’axe principal ;
- une bride frontale annulaire solidaire d’une extrémité frontale du fût et s’étendant à l’extérieur d’une face frontale du châssis, où ledit bras de support traverse ladite bride frontale annulaire en passant de sa position rentrée vers sa position sortie ;
- une bague frontale d’entraînement fixée sur la bride frontale annulaire, où la bague frontale d’entraînement présente une portion périphérique extérieure de guidage qui est guidée en rotation selon l’axe principal par plusieurs galets frontaux de guidage portés par le châssis et disposés autour de la face frontale du châssis ; et
- un moteur de support entraînant en rotation la bague frontale d’entraînement pour entraîner en rotation à la fois la bride frontale annulaire, le fût et le bras de support autour de l’axe principal.
Conformément à une caractéristique avantageuse de l’invention, la bague frontale d’entraînement présente une portion périphérique extérieure dentée, adjacente à la portion périphérique extérieure de guidage, où ladite portion périphérique extérieure dentée est en engrènement avec un pignon denté entraîné en rotation par le moteur de support qui est monté sur l’extérieur du châssis.
Ainsi, le moteur de support étant à l’extérieur du châssis, les intérieurs du châssis et du fût ne sont pas encombrés par ce dernier, ce qui autorise une occupation de ces intérieurs particulièrement avantageuse pour prévoir différentes fonctions dans ces intérieurs.
Selon une possibilité de l’invention, le bras de support est couplé à un moteur d’entrée/sortie pour un déplacement motorisé en coulissement du bras de support le long de l’axe principal à l’intérieur du fût.
Selon une autre possibilité de l’invention, le bras de support porte le moteur d’entrée/sortie qui entraîne en rotation une roue ou un pignon coopérant avec un chemin de guidage prévu sur une face intérieure du fût.
La présente invention concerne également la caractéristique selon laquelle le bras de support comprend une portion arrière et une portion avant articulées entre elles, où la portion arrière est guidée en coulissement à l’intérieur du fût et la portion avant supporte au moins un élément d’inspection et/ou de traitement, et dans lequel le bras de support intègre un système de basculement comprenant un moteur de basculement porté par la portion arrière et accouplé à la portion avant via un dispositif mécanique de basculement pour actionner le bras de support entre :
- une configuration de repos dans laquelle la portion arrière et la portion avant sont alignées sur l’axe principal pour autoriser le bras de support à entrer à l’intérieur du fût et être en position rentrée ; et
- au moins une configuration de travail dans laquelle, une fois que le bras de support est en position sortie, la portion arrière et la portion avant sont désalignées avec la portion avant qui a basculé via le dispositif mécanique de basculement pour pouvoir rapprocher l’élément d’inspection et/ou de traitement de la surface intérieure de la conduite.
Ainsi, le bras de support peut être déplié en configuration de repos et être replié en configuration de travail pour se rapprocher de la surface intérieure de la conduite et ainsi permettre des opérations de traitement de cette surface intérieure.
Selon une caractéristique, le dispositif mécanique de basculement est un mécanisme à parallélogramme déformable articulé entre la portion arrière du bras de support et la portion avant du bras de support.
L’emploi d’un tel mécanisme à parallélogramme déformable pour le dispositif mécanique de basculement est particulièrement avantageux pour maintenir une orientation constante du ou des éléments d’inspection et/ou de traitement quelque soit la configuration du bras de support.
Selon une autre caractéristique, la portion avant du bras de support comprend deux plateaux incluant un premier plateau orthogonal à l’axe principal dans la configuration de repos et un second plateau parallèle à l’axe principal et perpendiculaire au premier plateau, où le premier plateau porte un premier élément d’inspection et/ou de traitement et le second plateau porte un second élément d’inspection et/ou de traitement.
Selon une autre caractéristique, le premier élément d’inspection et/ou de traitement est un élément d’inspection conformé pour une inspection visuelle de la surface intérieure de la conduite, notamment du type caméra, et le second élément d’inspection et/ou de traitement est un élément de traitement conformé pour un traitement de la surface intérieure de la conduite, notamment du type élément d’usinage.
L’invention se rapporte également à un procédé d’inspection et/ou de traitement d’une surface intérieure d’une conduite, ce procédé d’inspection et/ou de traitement mettant en œuvre une insertion et un déplacement d’un appareil robotisé et autopropulsé à l’intérieur de la conduite, un tel procédé d’inspection et/ou de traitement étant remarquable en ce qu’il utilise un appareil robotisé conforme à l’invention.
Avantageusement, ce procédé d’inspection et/ou de traitement utilise un appareil robotisé comprenant système de compliance passif, comme décrit ci-avant, et ce procédé met alors en œuvre une étape de bridage de l’appareil robotisé à l’intérieur de la canalisation, dans laquelle :
- les chenilles motorisées sont actionnées de leurs positions rétractées vers leurs positions déployées, au moyen du système de manœuvre, avec un effort résistant au déploiement des chenilles motorisées qui est appliqué par la surface intérieure de la conduite sur les chenilles motorisées ;
- lorsque cet effort résistant dépasse un seuil d'effort prédéfini, l’élément compressible du système de compliance passif est comprimé au point que les deux portées métalliques viennent en contact, et ainsi les efforts du moteur de manœuvre vers les chenilles motorisées transitent par ce contact métal-métal pour assurer un bridage de l’appareil robotisé à l’intérieur de la canalisation.
Selon une possibilité, le procédé d’inspection et/ou de traitement est mis en œuvre pour une inspection et/ou un traitement d’une surface intérieure d’une conduite de raccordement à un générateur de vapeur d’une centrale nucléaire.
En variante, le procédé d’inspection et/ou de traitement est mis en œuvre pour une inspection et/ou un traitement d’une surface intérieure d’une conduite de type oléoduc ou gazoduc.
Selon une autre possibilité, le procédé d’inspection et/ou de traitement est mis en œuvre pour une inspection et/ou un traitement d’une soudure annulaire de la conduite.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d’un exemple de mise en œuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :
- les figures 1 et 2 sont vues schématiques, respectivement en perspective et de dessous, d’un appareil robotisé selon l’invention, avec ses chenilles motorisées en position rétractée, et où le bras de support est en position rentrée et en configuration de repos ;
- les figures 3 et 4 sont vues schématiques, respectivement en perspective et de dessous, de l’appareil robotisé des figures 1 et 2, avec ses chenilles motorisées en position déployée et où le bras de support est en position rentrée et en configuration de repos ;
- la figure 5 est une vue schématique équivalente à celle de la figure 2, à la différence que le bras de support a été ôté afin de visualiser le fût, la bride frontale annulaire et la bague frontale d’entraînement du système de support ;
- la figure 6 est une vue schématique équivalente à celle de la figure 5, à la différence que le fût, la bride frontale annulaire et la bague frontale d’entraînement du système de support ont été ôtés, afin de visualiser l’intérieur du châssis et le pignon denté qui engrène avec la bague frontale d’entraînement ;
- la figure 7 est une vue schématique de face de l’appareil robotisé des figures 3 et 4, avec ses chenilles motorisées en position déployée ;
- la figure 8 est une vue schématique équivalente à celle de la figure 7, à la différence que le bras de support a été ôté (comme pour la figure 5);
- la figure 9 est une vue schématique équivalente à celle de la figure 8, à la différence que le fût, la bride frontale annulaire et la bague frontale d’entraînement du système de support ont été ôtés (comme pour la figure 6) ;
- la figure 10 est une vue schématique du système de support seul, avec le fût coupé médialement pour visualiser son intérieur ainsi que le bras de support, et où le bras de support est en position rentrée et en configuration de repos ;
- la figure 11 est une vue schématique équivalente à celle de la figure 3, à la différence que le bras de support est en position sortie et en configuration de repos ;
- la figure 12 est une vue schématique équivalente à celle de la figure
10, à la différence que le bras de support est en position sortie et en configuration de repos ;
- la figure 13 est une vue schématique équivalente à celle de la figure
11, à la différence que le bras de support est en position sortie et en configuration de travail ;
- la figure 14 est une vue schématique équivalente à celle de la figure
12, à la différence que le bras de support est en position sortie et en configuration de travail ;
- la figure 15 est une vue schématique zoomée sur la zone XV de la figure 14, pour visualiser en coupe médiale la bague frontale d’entraînement avec sa portion périphérique extérieure de guidage et sa portion périphérique extérieure dentée ; et
- la figure 16 est une vue schématique équivalente à celle de la figure 15, à la différence notamment qu’est illustré partiellement le moteur de support qui entraîne le pignon denté en engrènement avec la portion périphérique extérieure dentée de la bague frontale d’entraînement.
En référence aux figures, un appareil robotisé 1 et autopropulsé selon un exemple de réalisation de l’invention, est prévu pour une inspection et/ou un traitement d’une surface intérieure d’une conduite (non illustrée).
Cet appareil robotisé 1 comprend un châssis 2 comprenant un corps 20 tubulaire, de préférence métallique, qui se termine à l’avant par une face frontale 21 ouverte et à l’arrière par une face dorsale 22 ouverte. Le corps 20 est centré sur un axe principal AP s’étendant dans le sens de la longueur du corps 20, de sa face frontale 21 à sa face dorsale 22.
Ce corps 20 est pourvu de nervures radiales 23 s’étendant sur toute sa longueur. Plus précisément, le corps 20 présente trois paires de nervures radiales 23 réparties à 120 degrés l’une de l’autre autour de l’axe principal AP.
Chaque paire de nervures radiales 23 se termine, du côté de la face frontale 21, par des pans 230 en saillie radiale pour former un étrier supportant une roue avant 24. Autrement dit, trois roues avant 24, réparties à 120 degrés l’une de l’autre autour de l’axe principal AP, sont montées pivotantes à l’avant du châssis 2, entre les pans 230 des paires de nervures radiales 23 respectives. Ces roues avant 24 sont pivotantes selon leurs propres axes de pivotement qui sont perpendiculaires à l’axe principal AP et elles sont prévues pour un roulement sur la surface intérieure de la conduite dans certaines conditions.
Par ailleurs, le châssis 2 supporte trois galets frontaux de guidage 25 répartis à 120 degrés l’un de l’autre autour de l’axe principal AP et disposés autour de la face frontale 21. Ces galets frontaux de guidage 25 sont portés par les pans 230 des paires de nervures radiales 23 respectives, et ils sont pivotants selon leurs propres axes de pivotement qui sont parallèles à l’axe principal AP ; ces galets frontaux de guidage 25 s’étendant dans un plan commun orthogonal à l’axe principal AP.
Par ailleurs, le châssis 2 supporte trois galets dorsaux de guidage 26 répartis à 120 degrés l’un de l’autre autour de l’axe principal AP et disposés autour de la face dorsale 22. Ces galets dorsaux de guidage 26 sont portés par un flasque annulaire arrière 27 solidaire du corps 20, et ils sont pivotants selon leurs propres axes de pivotement qui sont parallèles à l’axe principal AP ; ces galets dorsaux de guidage 26 s’étendant dans un plan commun orthogonal à l’axe principal AP.
Cet appareil robotisé 1 comprend en outre trois chenilles motorisées 3 reliées au châssis 2 par des dispositifs de liaison 4 respectifs qui sont rétractables pour une mobilité de chaque chenille motorisée 3 entre une position rétractée (visible sur les figures 1 et 2) et une position déployée (visible sur les figures 3 à 9, 11 et 13). Les trois chenilles motorisées 3 sont réparties à 120 degrés l’une de l’autre autour de l’axe principal AP.
Chaque chenille motorisée 3 comprend un carter 30 à l’intérieur duquel est disposé un moteur interne (non illustré) entraînant une bande de roulement 31. Cette bande de roulement 31 est de préférence lisse et peut, en variante, être crantée.
Chaque dispositif de liaison 4 est formé d’un mécanisme à parallélogramme déformable 40 articulé entre le corps 20 du châssis 2 et la chenille motorisée 3 concernée, un tel mécanisme à parallélogramme déformable 40 comprenant :
- une paire de jambes arrière 41 articulées sur le corps 20 du châssis 2 et sur une partie arrière de la chenille motorisée 3 concernée, et
- une paire de jambes avant 42 articulées sur le corps 20 du châssis 2 et sur une partie avant de la chenille motorisée 3 concernée.
La paire de jambes arrière 41 comprend deux jambes arrière ayant :
- des premières extrémités articulées selon le même axe sur le carter 30, de part et d’autre de la bande de roulement 31 ;
- des secondes extrémités articulées selon le même axe sur les nervures radiales 23 respective d’une même paire.
La paire de jambes avant 42 comprend deux jambes avant ayant :
- des premières extrémités articulées selon le même axe sur le carter 30, de part et d’autre de la bande de roulement 31 ;
- des secondes extrémités articulées selon le même axe sur les nervures radiales 23 respective d’une même paire.
Les articulations des secondes extrémités des jambes avant 42 sont situées plus proches de la face frontale 21 du corps 20 que les articulations des secondes extrémités des jambes arrière 41. En l’occurrence, les articulations des secondes extrémités des jambes avant 42 sont situées au niveau des pans 230 des paires de nervures radiales 23, et les articulations des secondes extrémités des jambes arrière 41 sont situées sensiblement à mi-longueur des paires de nervures radiales 23, donc approximativement au milieu du corps 20. Les jambes avant 42 et les jambes arrière 41 sont parallèles.
Ainsi, en position rétractée, les jambes 41, 42 sont rabattues vers l’arrière du corps 20 de sorte que les chenilles motorisées 3 sont plaquées sur le corps 20, tandis qu’en position déployée, les jambes 41, 42 sont écartées du corps 20 de sorte que les chenilles motorisées 3 sont éloignées du corps 20. Il est à noter qu’en position rétractée, comme visible sur la figure 2, les bandes de roulement 31 des chenilles motorisées 3 sont alignées avec les roues avant 24 respectives, pour que les roues avant 24 procurent un guide de roulement sur l’avant après avoir rabattu vers l’arrière les chenilles motorisées 3.
L’appareil robotisé 1 comprend en outre un système de manœuvre 5 motorisé, qui est pourvu d’un moteur de manœuvre 50 (visible sur les figures et 4) porté par le corps 20 du châssis 2 et dont la fonction est de permettre une manœuvre motorisée de la mobilité des chenilles motorisées 3 entre leurs positions rétractées et leurs positions déployées respectives.
Le moteur de manœuvre 50 est accouplé aux chenilles motorisées via un dispositif mécanique de manœuvre 51 pour ainsi actionner une mobilité synchronisée de toutes les chenilles motorisées 3 entre leurs positions rétractées et leurs positions déployées respectives, ces chenilles motorisées 3 étant guidées par une déformation synchronisée de tous les mécanismes à parallélogramme déformable 40.
Ce dispositif mécanique de manœuvre 51 comprend une couronne 52 montée coulissante autour du corps 20 du châssis 2 le long de l’axe principal AP. Cette couronne 52 est guidée en coulissement sur des rails de guidage 53 s’étendant parallèlement à l’axe principal AP et fixés sur le corps 20 entre les paires de nervures radiales 23.
Le dispositif mécanique de manœuvre 51 comprend en outre des bielles de manœuvre 54 articulées d’un côté sur la couronne 52 et d’un autre côté sur les carters 30 des chenilles motorisées 3 respectives. Dans une réalisation particulière, les bielles de manœuvre 54 articulées sont articulées sur le même axe que les premières extrémités des jambes avant 42.
Le dispositif mécanique de manœuvre 51 comprend aussi :
- une vis sans fin 55 entraînée en rotation par le moteur de manœuvre 50, éventuellement via un réducteur et/ou un renvoi d’angle ;
- une noix mobile 56 accouplée à la vis sans fin 55 et montée sur la couronne 52.
Ainsi, une rotation de la vis sans fin 55 est convertie en un déplacement en coulissement de la noix mobile 56 et de la couronne 52 le long de l’axe principal AP, et ce coulissement de la couronne 52 agit sur les chenilles motorisées 3 de manière synchrone via les bielles de manœuvre 54.
Le dispositif mécanique de manœuvre 51 intègre également un système de compliance passif 57 (visible sur les figures 2 et 4) qui comprend un élément compressible 58 traversé par la vis sans fin 55 et intercalé entre, d’une part, la noix mobile 56 présentant une portée métalliques et, d’autre part, une butée 59 solidaire de la couronne 52 et présentant une autre portée métallique.
L’élément compressible 58 peut par exemple être un ressort de compression ou un empilement de plusieurs organes compressibles tels que des rondelles Belleville.
Ainsi, cet élément compressible 58 est intercalé entre deux portées métalliques et il est par ailleurs dimensionné pour maintenir écartées les deux portées métalliques afin que les efforts du moteur de manœuvre 50 vers les chenilles motorisées 3 transitent par l’élément compressible 58 sans qu’il y ait contact entre les deux portées métalliques.
Par ailleurs, cet élément compressible 58 est dimensionné pour que, lors d’un actionnement des chenilles motorisées 3 de leurs positions rétractées vers leurs positions déployées, un effort résistant au déploiement des chenilles motorisées 3 supérieur à un seuil d'effort prédéfini provoque une compression de l’élément compressible 58 telle que les deux portées métalliques viennent en contact et ainsi les efforts du moteur de manœuvre 50 vers les chenilles motorisées 3 transitent par ce contact métal-métal.
Ainsi, ce système de compliance passif 57 permet d’opérer un bridage efficace de l’appareil robotisé 1 à l’intérieur de la canalisation, au cours duquel :
- les chenilles motorisées 3 sont actionnées de leurs positions rétractées vers leurs positions déployées, au moyen du système de manœuvre 5, avec un effort résistant au déploiement des chenilles motorisées qui est appliqué par la surface intérieure de la conduite sur les chenilles motorisées 3 ;
- lorsque cet effort résistant dépasse un seuil d'effort prédéfini, l’élément compressible 58 est comprimé au point que les deux portées métalliques viennent en contact, et ainsi les efforts du moteur de manœuvre 50 vers les chenilles motorisées 3 transitent par ce contact métal-métal pour assurer un bridage de l’appareil robotisé 1 à l’intérieur de la canalisation, et donc favorisant la stabilité et l’immobilisation recherchées lors des opérations de traitement qui nécessitent finesse et précision et des opérations de traitement qui engendrent des efforts élevés et/ou des vibrations élevées, comme par exemple des opérations de découpe ou d’usinage.
L’appareil robotisé 1 comprend en outre un système de support 6 monté sur le châssis 2 et supportant au moins un élément d’inspection et/ou de traitement 60, 61.
Dans les figures données à titre d’exemple non limitatif, il est prévu à la fois :
- un élément d’inspection 60 conformé pour une inspection visuelle de la surface intérieure de la conduite, notamment du type caméra, et
- un élément de traitement 61 conformé pour un traitement de la surface intérieure de la conduite, notamment du type élément d’usinage.
L’élément de traitement 61 peut être couplé à un moteur 610 propre à actionner ce dernier et ainsi procurer le traitement de surface désiré.
Avantageusement, le ou chaque élément d’inspection et/ou de traitement 60, 61 est amovible pour autoriser un changement selon les besoins propres aux opérations d’inspection et/ou de maintenance.
A titre d’exemple non limitatif, il peut être envisagé un élément d’inspection et/ou de traitement de type :
- élément de contrôle géométrique (palpeur, profilomètre, outil de mesure d’un désaxement, ...) ;
- élément de gammagraphie ou gammagraphe ;
- élément de mise au profil (usinage sur la circonférence)
- élément de contrôle surfacique de soudures annulaires par ressuage, utilisant par exemple un pénétrant, un révélateur et un nettoyant ;
- élément de contrôle volumique de soudures annulaires par gammagraphie (tir radio) ;
- élément de réparation (affouillement et rechargement localisé par soudure) ; et
- élément de nettoyage surfacique.
Ce système de support 6 comprend un fût 7 monté rotatif à l’intérieur du corps 20 du châssis 2 autour de l’axe principal AP. Ce fût 7, de forme tubulaire, présente une extrémité frontale au niveau de la face frontale ouverte du corps 20, et une extrémité arrière au niveau de la face dorsale ouverte du corps 20.
Le système de support 6 comprend en outre :
- une bride frontale annulaire 71 solidaire de l’extrémité frontale du fût 7 et s’étendant à l’extérieur de la face frontale 21 du corps 20 ;
- une bague frontale d’entraînement 72 fixée sur l’arrière de la bride frontale annulaire 71 par vissage;
- un moteur de support 73 entraînant en rotation la bague frontale d’entraînement 72 pour entraîner en rotation à la fois la bride frontale annulaire 71 et le fût 7 autour de l’axe principal AP.
Plus précisément, la bague frontale d’entraînement 71 présente une portion périphérique extérieure de guidage 720 qui est guidée en rotation selon l’axe principal AP par les galets frontaux de guidage 25 portés à l’avant par le corps 20 du châssis 2. Ainsi, le guidage en rotation du fût 7 se fait extérieurement à l’avant au moyen des galets frontaux de guidage 25, évitant ainsi d’encombrer le fût 7.
La portion périphérique extérieure de guidage 720 présente une forme pointue en « V » guidée dans des rainures en « V » complémentaire des galets frontaux de guidage 25, afin d’empêcher la bague frontale d’entraînement 71 et donc le fût 7 de glisser axialement.
Par ailleurs, la bague frontale d’entraînement 71 présente une portion périphérique extérieure dentée 721 qui est adjacente à la portion périphérique extérieure de guidage 720 en étant décalée vers l’arrière par rapport à celle-ci.
Cette portion périphérique extérieure dentée 721 est en engrènement avec un pignon denté 74 (comme visible sur la figure 16), ce pignon dentée 74 étant lui-même entraîné en rotation autour d’un axe parallèle à l’axe principal AP par le moteur de support 73 ; ce moteur de support 73 étant monté sur l’extérieur du corps 20 du châssis 2, notamment à côté du moteur de manœuvre 50 comme visible sur les figures 2 et 4.
Pour un guidage en rotation du fût 7 sur l’arrière, le système de support 6 comprend en outre :
- une bride dorsale annulaire 75 solidaire de l’extrémité dorsale du fût 7 et s’étendant à l’extérieur de la face dorsale 22 du corps 20 ;
- une bague dorsale de guidage 76 fixée sur l’avant de la bride dorsale annulaire 75.
Plus précisément, la bague dorsale de guidage 76 présente une portion périphérique extérieure de guidage qui est guidée en rotation selon l’axe principal AP par les galets dorsaux de guidage 26 portés à l’arrière par le corps 20 du châssis 2. Ainsi, le guidage en rotation du fût 7 se fait extérieurement à l’arrière au moyen des galets dorsaux de guidage 26, évitant ainsi à nouveau d’encombrer le fût 7.
La portion périphérique extérieure de guidage de la bague dorsale de guidage 76 présente une forme pointue en « V » guidée dans des rainures en « V » complémentaire des galets dorsaux de guidage 26, afin d’empêcher la bague dorsale de guidage 76 et donc le fût 7 de glisser axialement.
Le système de support 6 comprend en outre un bras de support 8 supportant le ou chaque élément d’inspection et/ou de traitement 60, 61, où ce bras de support 8 est mobile en coulissement le long de l’axe principal AP à l’intérieur du fût 7 entre :
- une position rentrée, visible sur les figures 1 à 4 et 10, dans laquelle le bras de support 8 est au moins partiellement entré à l’intérieur du fût 7, avec le ou chaque élément d’inspection et/ou de traitement 60, 61 qui reste tout de même hors du fût 7 et hors du châssis 2 ; et
- une position sortie, visible sur les 11 à 14, dans laquelle le bras de support 8 est au moins partiellement sorti à l’extérieur du fût 7.
Par ailleurs, le bras de support 8 est solidaire en rotation du fût 7 autour de l’axe principal AP, par coopération de forme, de sorte que la rotation du fût 7 autour de l’axe principal AP procure la rotation du bras de support 8 autour de l’axe principal AP, et donc la rotation du ou de chaque élément d’inspection et/ou de traitement 60, 61 autour de l’axe principal AP.
Le bras de support 8 est couplé à un moteur d’entrée/sortie 80 qui procure un déplacement motorisé en coulissement du bras de support 8 le long de l’axe principal AP à l’intérieur du fût 7, avec :
- un déplacement vers l’avant pour passer de la position rentrée vers la position sortie ; et
- un déplacement vers l’arrière pour passer de la position sortie vers la position rentrée.
Il est à noter que le bras de support 8 traverse ladite bride frontale annulaire 71 en passant de sa position rentrée vers sa position sortie.
Le moteur d’entrée/sortie 80 est porté par le bras de support 8, à l’arrière de celui-ci, et ce moteur d’entrée/sortie 80 entraîne en rotation une roue ou un pignon 81, notamment via un renvoi d’angle, où cette roue ou pignon 81 coopère avec un chemin de guidage prévu sur une face intérieure du fût 7. Dans le cas d’un pignon 81, le chemin de guidage est cranté pour un engrènement avec le pignon. Bien entendu, d’autres types de motorisation sont envisageables. Il peut par ailleurs être prévu que le bras de support 8 soit guidé en translation au moyen d’un ou plusieurs rails de guidage 89 prévus sur l’intérieur du fût 7.
Par ailleurs, le bras de support 8 comprend une portion arrière 82 et une portion avant 83 articulées entre elles, où la portion arrière 82 est guidée en coulissement à l’intérieur du fût 7 et la portion avant 83 supporte le ou chaque élément d’inspection et/ou de traitement 60, 61.
De plus, le bras de support 8 intègre un système de basculement 84 comprenant un moteur de basculement 85 porté par la portion arrière 82 et accouplé à la portion avant 83 via un dispositif mécanique de basculement formé d’un mécanisme à parallélogramme déformable 86 articulé entre la portion arrière 82 et la portion avant 83.
Ainsi, le système de basculement 84 permet d’actionner le bras de support 8 entre :
- une configuration de repos, visible sur les figures 1 à 4 et 10 à 12, dans laquelle la portion arrière 82 et la portion avant 83 sont alignées sur l’axe principal AP pour autoriser le bras de support 8 à entrer à l’intérieur du fût 7 et être en position rentrée ; et
- au moins une configuration de travail, visible sur les figures 13 et 14, dans laquelle, une fois que le bras de support 8 est en position sortie, la portion arrière 82 et la portion avant 83 sont désalignées avec la portion avant 83 qui a basculé via le mécanisme à parallélogramme déformable 86 pour pouvoir rapprocher le ou chaque élément d’inspection et/ou de traitement 60, 61 de la surface intérieure de la conduite.
Autrement dit, le système de basculement 84 permet de déplier le bras de support 8 (configuration de repos) et de plier le bras de support 8 (configuration de travail), ce bras de support 8 étant pliable/dépliable au moyen du mécanisme à parallélogramme déformable 86.
Ce mécanisme à parallélogramme déformable 86 comprend :
- une paire de premières jambes 87 articulées sur la portion avant 83 et sur la portion arrière 82, et
- une paire de secondes jambes 88 articulées sur la portion avant 83 et sur la portion arrière 82.
Les premières jambes 87 et les secondes jambes 88 sont parallèles entre elles. Dans la configuration de repos, les jambes 87, 88 sont parallèles à l’axe principal AP. Dans la configuration de travail, les jambes 87, 88 sont inclinées par rapport à l’axe principal AP, notamment selon une inclinaison à angle droit.
La portion avant 83 comprend deux plateaux solidaires, notamment monobloc, incluant :
- un premier plateau 831 orthogonal à l’axe principal AP dans la configuration de repos, où les premières jambes 87 sont articulées sur ce premier plateau 831 ; et
- un second plateau 832 parallèle à l’axe principal AP et perpendiculaire au premier plateau 831, où les secondes jambes 88 sont articulées sur ce second plateau 832.
Lors du basculement de la configuration de repos vers la configuration de travail, et lors du basculement en sens inverse, le premier plateau 831 et le second plateau 832 conservent leurs orientations, avec le premier plateau 831 qui reste orthogonal à l’axe principal AP et avec le second plateau 832 qui reste parallèle à l’axe principal AP et perpendiculaire au premier plateau 831.
Le premier plateau 831 porte un premier élément d’inspection et/ou de traitement et en particulier l’élément d’inspection 60, tandis que le second plateau 832 porte un second élément d’inspection et/ou de traitement et en particulier l’élément de traitement 61.
L’appareil robotisé 1 est par ailleurs connecté à un ou plusieurs ombilics comme par exemple pour :
- une connection électrique à une alimentation électrique ;
- une connection à une unité de pilotage pour un pilotage à distance des différents composants ;
- une connection pneumatique à une alimentation pneumatique.
Par ailleurs, l’appareil robotisé 1 peut être attaché à un filin permettant un retrait de l’appareil robotisé 1 en cas de panne ou d’endommagement au niveau de la fonction de roulage.
Cet appareil robotisé 1 trouve une application intéressante pour une inspection et un traitement d’une soudure annulaire d’une conduite de raccordement à un générateur de vapeur d’une centrale nucléaire, afin de venir 10 mettre au profil et de contrôler la géométrie du cordon de soudure et la qualité des soudures depuis l’intérieur, et ce de manière déportée (télé-opération avec cycles semi-automatiques) du fait de l’impossibilité de faire intervenir un humain dans un tel espace confiné et irradiant.
Claims (18)
- REVENDICATIONS1. Appareil robotisé (1) et autopropulsé pour une inspection et/ou un traitement d’une surface intérieure d’une conduite, notamment pour l’inspection et/ou le traitement d’une soudure annulaire d’une conduite de raccordement à un générateur de vapeur d’une centrale nucléaire, ledit appareil robotisé (1) comprenant au moins trois chenilles motorisées (3) reliées à un châssis (2) par des dispositifs de liaison (4) respectifs qui sont rétractables pour une mobilité de chaque chenille motorisée (3) entre une position rétractée et une position déployée, ledit appareil robotisé (1) comprenant en outre un système de support (6) monté sur le châssis (2) et supportant au moins un élément d’inspection et/ou de traitement (60; 61), ledit appareil robotisé (1) étant caractérisé en ce que chaque dispositif de liaison (4) comprend un mécanisme à parallélogramme déformable (40) articulé entre le châssis (2) et la chenille motorisée (3) concernée, et en ce que ledit appareil robotisé (1) comprend en outre un système de manœuvre (5) pourvu d’un moteur de manœuvre (50) porté par le châssis (2) et accouplé aux chenilles motorisées (3) via un dispositif mécanique de manœuvre (51) pour actionner une mobilité synchronisée de toutes les chenilles motorisées (3) entre leurs positions rétractées et leurs positions déployées respectives qui sont guidées par une déformation synchronisée de tous les mécanismes à parallélogramme déformable (40).
- 2. Appareil robotisé (1) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif mécanique de manœuvre (51) intègre un système de compliance passif (57) comprenant un élément compressible (58) intercalé entre deux portées métalliques (56, 59) et dimensionné pour maintenir écartées les deux portées métalliques (56, 59) afin que les efforts du moteur de manœuvre (50) vers les chenilles motorisées (3) transitent par ledit élément compressible (58), où ledit élément compressible (58) est également dimensionné pour que, lors d’un actionnement des chenilles motorisées (3) de leurs positions rétractées vers leurs positions déployées, un effort résistant au déploiement des chenilles motorisées (3) supérieur à un seuil d'effort prédéfini provoque une compression de l’élément compressible (58) telle que les deux portées métalliques (56, 59) viennent en contact et les efforts du moteur de manœuvre (50) vers les chenilles motorisées (3) transitent par ce contact métal-métal.
- 3. Appareil robotisé (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque mécanisme à parallélogramme déformable (40) comprend une paire de jambes arrière (41) articulées sur le châssis (2) et sur une partie arrière de la chenille motorisée (3) concernée, et une paire de jambes avant (42) articulées sur le châssis (2) et sur une partie avant de la chenille motorisée (3) concernée.
- 4. Appareil robotisé (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif mécanique de manœuvre (51) comprend une couronne (52) montée coulissante autour du châssis (2) et des bielles de manœuvre (54) articulées sur la couronne (52) et sur les chenilles motorisées (3) respectives, ladite couronne (52) étant déplacée en coulissement au moyen du moteur de manœuvre (50) pour déplacer les chenilles motorisées (3) via les bielles de manœuvre (54).
- 5. Appareil robotisé (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif mécanique de manœuvre (51) comprend :- une vis sans fin (55) entraînée en rotation par le moteur de manœuvre (50);- une noix mobile (56) accouplée à la vis sans fin (55) et montée sur la couronne (52), de sorte qu’une rotation de la vis sans fin (55) est convertie en un déplacement en coulissement de la noix mobile (56) et de la couronne (52).
- 6. Appareil robotisé (1) selon les revendications 2 et 5, dans l’élément compressible (58) du système de compliance passif (57) est traversé par la vis sans fin (55) et est intercalé entre, d’une part, la noix mobile (56) présentant l’une des deux portées métalliques et, d’autre part, une butée (59) solidaire de la couronne (52) et présentant l’autre des deux portées métalliques.
- 7. Appareil robotisé (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système de support (6) comprend :- un bras de support (8) supportant au moins un élément d’inspection et/ou de traitement (60; 61) ;- un fût (7) monté rotatif à l’intérieur du châssis (2) autour d’un axe principal (AP), où ledit bras de support (8) est mobile en coulissement le long de l’axe principal (AP) à l’intérieur dudit fût (7) entre une position rentrée dans laquelle le bras de support (8) est au moins partiellement entré à l’intérieur du fût (7), et une position sortie dans laquelle le bras de support (8) est au moins partiellement sorti à l’extérieur du fût (7), où ledit bras de support (8) est solidaire en rotation du fût (7) autour de l’axe principal (AP) ;- une bride frontale annulaire (71) solidaire d’une extrémité frontale du fût (7) et s’étendant à l’extérieur d’une face frontale (21) du châssis (2), où ledit bras de support (8) traverse ladite bride frontale annulaire (71) en passant de sa position rentrée vers sa position sortie ;- une bague frontale d’entraînement (72) fixée sur la bride frontale annulaire (71), où la bague frontale d’entraînement (72) présente une portion périphérique extérieure de guidage (720) qui est guidée en rotation selon l’axe principal (AP) par plusieurs galets frontaux de guidage (25) portés par le châssis (2) et disposés autour de la face frontale (21) du châssis (2) ; et- un moteur de support (73) entraînant en rotation la bague frontale d’entraînement (72) pour entraîner en rotation à la fois la bride frontale annulaire (71), le fût (7) et le bras de support (8) autour de l’axe principal (AP).
- 8. Appareil robotisé (1) selon la revendication précédente, dans lequel la bague frontale d’entraînement (72) présente une portion périphérique extérieure dentée (721), adjacente à la portion périphérique extérieure de guidage (720), où ladite portion périphérique extérieure dentée (721) est en engrènement avec un pignon denté (74) entraîné en rotation par le moteur de support (73) qui est monté sur l’extérieur du châssis (2).
- 9. Appareil robotisé (1) selon l’une quelconque des revendications 7 et 8, dans lequel le bras de support (8) est couplé à un moteur d’entrée/sortie (80) pour un déplacement motorisé en coulissement du bras de support (8) le long de l’axe principal (AP) à l’intérieur du fût (7).
- 10. Appareil robotisé (1) selon la revendication précédente, dans lequel le bras de support (8) porte le moteur d’entrée/sortie (80) qui entraîne en rotation une roue ou un pignon (81) coopérant avec un chemin de guidage prévu sur une face intérieure du fût (7).
- 11. Appareil robotisé (1) selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel le bras de support (8) comprend une portion arrière (82) et une portion avant (83) articulées entre elles, où la portion arrière (82) est guidée en coulissement à l’intérieur du fût (7) et la portion avant (83) supporte au moins un élément d’inspection et/ou de traitement (60; 61), et dans lequel le bras de support (8) intègre un système de basculement (84) comprenant un moteur de basculement (85) porté par la portion arrière (82) et accouplé à la portion avant (83) via un dispositif mécanique de basculement (86) pour actionner le bras de support (8) entre :- une configuration de repos dans laquelle la portion arrière (82) et la portion avant (83) sont alignées sur l’axe principal (AP) pour autoriser le bras de support (8) à entrer à l’intérieur du fût (7) et être en position rentrée ; et- au moins une configuration de travail dans laquelle, une fois que le bras de support (8) est en position sortie, la portion arrière (82) et la portion avant (83) sont désalignées avec la portion avant (83) qui a basculé via le dispositif mécanique de basculement (86) pour pouvoir rapprocher l’élément d’inspection et/ou de traitement (60; 61) de la surface intérieure de la conduite.
- 12. Appareil robotisé (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif mécanique de basculement est un mécanisme à parallélogramme déformable (86) articulé entre la portion arrière (82) du bras de support (8) et la portion avant (83) du bras de support (8).
- 13. Appareil robotisé (1) selon l’une quelconque des revendictions 11 et 12, dans lequel la portion avant (83) du bras de support (8) comprend deux plateaux incluant un premier plateau (831) orthogonal à l’axe principal (AP) dans la configuration de repos et un second plateau (832) parallèle à l’axe principal (AP) et perpendiculaire au premier plateau (831), où le premier plateau (831) porte un premier élément d’inspection et/ou de traitement (60) et le second plateau (832) porte un second élément d’inspection et/ou de traitement (61).
- 14. Appareil robotisé (1) selon la revendication précédente, dans lequel le premier élément d’inspection et/ou de traitement est un élément d’inspection (60) conformé pour une inspection visuelle de la surface intérieure de la conduite, notamment du type caméra, et le second élément d’inspection et/ou de traitement est un élément de traitement (61) conformé pour un traitement de la surface intérieure de la conduite, notamment du type élément d’usinage.
- 15. Procédé d’inspection et/ou de traitement d’une surface intérieure d’une conduite, ledit procédé d’inspection et/ou de traitement mettant en œuvre une insertion et un déplacement d’un appareil robotisé (1) et autopropulsé à l’intérieur de la conduite, ledit procédé d’inspection et/ou de traitement étant caractérisé en ce qu’il utilise un appareil robotisé (1) conforme à l’une quelconque des revendications précédentes.
- 16. Procédé d’inspection et/ou de traitement selon la revendication 15, comprenant une utilisation d’un appareil robotisé (1) conforme à la revendication 2 et comprenant une étape de bridage de l’appareil robotisé (1) à l’intérieur de la canalisation, dans laquelle :- les chenilles motorisées (3) sont actionnées de leurs positions rétractées vers leurs positions déployées, au moyen du système de manœuvre (5), avec un effort résistant au déploiement des chenilles motorisées (3) qui est appliqué par la surface intérieure de la conduite sur les chenilles motorisées (3);- lorsque cet effort résistant dépasse un seuil d'effort prédéfini, l’élément compressible (58) du système de compliance passif (57) est comprimé au point que les deux portées métalliques (56, 59) viennent en contact, et ainsi les efforts du moteur de manœuvre (50) vers les chenilles motorisées (3) transitent par ce contact métal-métal pour assurer un bridage de l’appareil robotisé (1 ) à l’intérieur de la canalisation.
- 17. Procédé d’inspection et/ou de traitement selon l’une quelconque des revendications 15 et 16, dans lequel ledit procédé d’inspection et/ou de traitement est mis en œuvre pour une inspection et/ou un traitement d’une surface intérieure d’une conduite de raccordement à un générateur de vapeur d’une centrale nucléaire.5
- 18. Procédé d’inspection et/ou de traitement selon l’une quelconque des revendications 15 à 17, dans lequel ledit procédé d’inspection et/ou de traitement est mis en œuvre pour une inspection et/ou un traitement d’une soudure annulaire de la conduite.
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