FR3123680A1

FR3123680A1 - Procédé de saisie automatique d’un voussoir de revêtement d'un tunnel

Info

Publication number: FR3123680A1
Application number: FR2106041A
Authority: FR
Inventors: François Renault; Gilles BROLL; Denis CHAPPERON; Maxime MAURIN; Florian REYSSET
Original assignee: Vinci Construction SAS; Vinci Construction Grands Projets SAS; Sixense Monitoring SAS
Current assignee: Vinci Construction SAS; Vinci Construction Grands Projets SAS; Sixense Monitoring SAS
Priority date: 2021-06-08
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2022-12-09

Abstract

Procédé de saisie automatique d’un voussoir de revêtement d'un tunnel Procédé de saisie automatique d’un voussoir (11) à l’aide d’un érecteur (10) comportant une table mise en mouvement par des actionneurs et adaptée pour saisir le voussoir, le voussoir à saisir comportant une face concave et au moins un relief (V1, V2) sur sa face concave (111), le procédé comportant les étapes suivantes : a) détecter les positions d’au moins deux points (A1, A2, A3, A4) sur le voussoir b) déduire la géométrie du voussoir à saisir, c) déterminer, à partir de la géométrie du voussoir à saisir, un premier plan (P2) perpendiculaire à la face concave (111) du voussoir à saisir et passant par le ou les reliefs (V1,V2), et un deuxième plan (P1) perpendiculaire au premier plan passant également par le ou les reliefs (V1,V2), d) calculer les mouvements à donner aux actionneurs de la table, e) mettre en mouvement la table et saisir le voussoir. Figure pour l’abrégé : Fig. 6

Description

Procédé de saisie automatique d’un voussoir de revêtement d'un tunnel

La présente invention concerne la saisie de voussoirs et leur assemblage pour construire le revêtement d’un tunnel creusé par un tunnelier.

Le tunnelier permettant le creusement du tunnel comporte un érecteur qui permet la mise en place des voussoirs. L’érecteur est configuré pour saisir les voussoirs un à un et constituer un anneau formé des voussoirs dans la jupe du tunnelier. Les faces des anneaux ne sont pas parallèles mais font entre elles un angle. Ceci permet de donner une courbure au tunnel, en jouant sur la position angulaire relative des anneaux successifs. L’érecteur permet d’installer les voussoirs en fonction de la position angulaire de la clef de voûte qui est définie avant la pose de l’anneau.

L’érecteur a la capacité de venir saisir un voussoir sur un magasin d’alimentation qui l’approvisionne en voussoirs dans l’ordre d’assemblage de l’anneau et à la demande.

Actuellement, l'érecteur est piloté par un opérateur qui réalise la saisie et la pose du voussoir en se basant sur ce qu'il voit ou sur des instructions données par un aide-opérateur qui se place à proximité du voussoir à poser et/ou de l’anneau à construire. La saisie et la pose du revêtement du tunnel à l’aide de l’érecteur sont des opérations délicates dont la réalisation, et en particulier la durée, dépend fortement de l’expérience et de la dextérité de l’opérateur. Or dans le tunnelier, les conditions sont souvent dégradées, en particulier la visibilité. Ceci est lié notamment à la présence d'eau, de poussières, de vibrations et à une forte chaleur.

La qualité de l’ouvrage final peut connaitre une grande hétérogénéité car, en plus des conditions d'environnement difficiles, l’érecteur est une machine qui peut être de grande capacité et de grande portée, avec des flèches importantes en cours de fonctionnement. Par conséquent, le positionnement de l'érecteur est généralement peu précis et peu répétable.

L'art antérieur pose également des problèmes de sécurité des opérateurs réalisant la saisie et la pose. En effet, l’opérateur et son aide-opérateur sont souvent obligés de se rapprocher au plus près du lieu de saisie ou de pose, pour mener à bien l’opération. Ces déplacements, souvent multiples et longs, parfois dans la zone même de manœuvre de l’érecteur, comportent des risques liés au manque de visibilité et à la difficulté de communication entre les opérateurs, à la précarité de certains moyens d’accès, à la propreté des surfaces pouvant être glissantes, et ces risques peuvent être aggravés par une mauvaise manœuvre, voire un décrochage imprévu d’un voussoir en cas de heurts, bien que de nombreuses mesures soient prises pour éviter pareille situation.

La demande FR 2 745 327 a pour objet un dispositif et un procédé de pose automatique de voussoirs. Le procédé comprend des étapes de mesure de distance entre différents points de référence sur le voussoir à poser et sur des voussoirs déjà posés au moyen d’un capteur.

La demande FR 3 057 014 décrit un dispositif et un procédé de prise et de pose automatisée de voussoirs pour former le revêtement d'un tunnel. Ce procédé nécessite l’utilisation en continu d’un système de vision tridimensionnelle lors de la saisie d’un voussoir. Cette solution suppose l’utilisation d’un contrôleur présentant de forte capacité de calcul pour pouvoir évaluer en continu la position de l’érecteur par rapport au voussoir à saisir et calculer la trajectoire de l’érecteur.

Il existe un besoin pour bénéficier d’un procédé automatique de saisie d’un voussoir au moyen d'un érecteur qui soit simple à mettre en place et économique.

Procédé de saisie d’un voussoir

L’invention vise à répondre à ce besoin et elle a pour objet, selon un premier de ses aspects, un procédé de saisie automatique d’un voussoir de revêtement d'un tunnel creusé à l'aide d'un tunnelier, le tunnelier comportant un érecteur adapté pour saisir le voussoir, l’érecteur comportant une table portant un organe de préhension du voussoir à saisir, la table étant mise en mouvement par des actionneurs, le voussoir à saisir comportant une face concave et au moins un relief sur sa face concave, le procédé comportant les étapes suivantes :
a) détecter les positions d’au moins deux points, mieux au moins trois points, notamment quatre points, sur le voussoir à saisir à l’aide d’un système de repérage,
b) déduire la géométrie du voussoir à saisir des positions relatives des points détectés lors de l’étape a) et/ou à partir de géométries pré-enregistrées dans une base de données,
c) déterminer, à partir de la géométrie du voussoir à saisir et de la position relative des points détectés, un premier plan perpendiculaire à la face concave du voussoir à saisir et passant par le ou les reliefs, et un deuxième plan perpendiculaire au premier plan passant également par le ou les reliefs,
d) calculer à partir des premier et deuxième plans, les mouvements à donner aux actionneurs de la table pour disposer la table de façon à ce que l’organe de préhension de la table puisse saisir le voussoir,
e) mettre en mouvement la table et saisir le voussoir à l’aide de l’organe de préhension.

Lors de l’étape b), on peut déduire la géométrie du voussoir à saisir à partir de géométries pré-enregistrées dans une base de données.

Le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre par ordinateur au sens large, c’est-à-dire par tout système électronique, ce qui inclut un ensemble de plusieurs machines, ayant des capacités de traitement informatique. Classiquement, un ordinateur comporte un processeur, une mémoire, une interface homme-machine, par exemple un clavier, une souris ou un écran tactile, un écran et un module de communication, notamment Ethernet, WIFI, Bluetooth® ou utilisant une technologie de téléphonie mobile par exemple une technologie fonctionnant avec les protocoles GSM, GPRS, EDGE, LTE, UMTS.

Les étapes du procédé selon l’invention peuvent être réalisées par un contrôleur.

Le procédé selon l’invention permet d’automatiser la détection de la position du voussoir à saisir ainsi que le déplacement de la table de l’érecteur pour réaliser la saisie. L’invention a pour avantage d’être simple à mettre en œuvre et de ne pas nécessiter une grande puissance de calcul.

Les différentes géométries de voussoir peuvent être pré-enregistrées dans une base de données. L’ordre d’arrivée des voussoirs sur le magasin peut être connu, il est ainsi possible de déterminer la géométrie du voussoir à saisir.

On peut intégrer une boucle d’analyse pas à pas de la position différentielle de la table d’érecteur par rapport au voussoir. Il est ainsi possible de positionner un repère normé, lié à la table de l’érecteur par rapport à la géométrie tridimensionnelle du voussoir.

Le procédé selon l’invention permet d’automatiser la saisie d’un voussoir par la table de l’érecteur.

On peut ensuite, en fonction de la géométrie du voussoir à saisir, déterminer le positionnement précis que doit prendre la table de l’érecteur et la position des actionneurs pour que le voussoir puisse être saisi.

Une fois la position finale de chacun des actionneurs définie, on détermine une cinématique type pour atteindre le voussoir. Cette cinématique est par exemple déterminée par le contrôleur. Cette cinématique définit une trajectoire qui permet la prise de voussoirs sans interférence avec l'environnement.

Enfin, on peut envoyer, notamment le contrôleur peut envoyer, des commandes aux actionneurs de l’érecteur pour mettre en œuvre la cinématique.

Le procédé selon l’invention permet d’automatiser le déplacement et le positionnement angulaires de l’érecteur en fonction de la trajectoire déterminée par le contrôleur.

Grâce au procédé selon l’invention, le temps pris pour la construction d'un anneau est réduit. De plus, les saisies des voussoirs sont uniformisées, et en particulier elles ne dépendent plus exclusivement de la dextérité de l'opérateur. Les déplacements de l'opérateur et de son aide-opérateur peuvent être réduits grâce à l'invention. Enfin, les erreurs de communication entre l'opérateur et son aide-opérateur, qui sont source de manipulations erronées et contre-productives, sont limitées. Le pilotage de l'érecteur et la pose de voussoir ne nécessite plus autant l’appui d’un aide-opérateur.

Le procédé selon l’invention est adaptable à la géométrie de toutes sortes d’érecteurs de voussoirs des tunneliers du commerce. Si cette géométrie est modifiée, de nouveaux modèles géométriques paramétriques peuvent être mis en place pour adapter le modèle de calcul utilisé par le procédé.

Le procédé selon l'invention n’interfère pas dans les programmes existant du tunnelier. Par conséquent, il ne modifie pas la marche du tunnelier prévue par le constructeur.

Enfin, le procédé selon l'invention permet d'augmenter la sécurité du poste de travail en évitant à l’aide-opérateur de se mettre dans des zones à risques pour contrôler le positionnement des voussoirs. Il permet aussi de soulager la charge mentale de l’opérateur et de son aide-opérateur éventuel. L’opérateur peut grâce à l’invention opérer seul, le cas échéant.

La table de l'érecteur peut comporter au moins deux degrés de liberté, par exemple trois degrés de liberté. Les degrés de liberté de la table peuvent être des degrés de liberté en rotation autour de ses axes. Dans un mode de réalisation, la table comporte un degré de liberté en rotation autour de l'axe de tangage, un degré de liberté en rotation autour de l'axe de roulis, et un degré de liberté en rotation autour de l'axe de lacet. L'érecteur peut également déplacer sa table suivant une direction radiale, par exemple grâce à des vérins de levage.

L'érecteur peut être porté par une poutre s'étendant selon l'axe d'élongation du tunnelier, le long de laquelle l'érecteur peut se déplacer en translation. Cette fixation sur une poutre permet d'offrir à l'érecteur un degré de liberté supplémentaire en translation. Enfin l'érecteur peut faire tourner la table d’une amplitude supérieure à 180° dans le sens horaire et d’une amplitude supérieure à 180° dans le sens anti-horaire autour de la poutre, par exemple à l’aide d’une roue dentée. Ainsi, l’érecteur couvre une rotation d’au moins 360° autour de la poutre. Ainsi, une fois que l'érecteur a saisi un voussoir, il a la capacité de venir le positionner avec précision à 360° autour de son axe. Grâce à toutes ces possibilités de mouvement, l'érecteur peut saisir un voussoir, le déplacer du magasin d'alimentation des voussoirs jusqu'au niveau de l'anneau N en cours de construction et positionner le voussoir à la place prévue dans l'anneau.

Chaque voussoir comporte deux bords latéraux et deux bords frontaux. Les bords frontaux sont destinés à être en contact avec des voussoirs des anneaux adjacents lorsque le revêtement du tunnelier est formé. Les bords latéraux sont destinés à être en contact avec d’autres voussoirs d’un même anneau lorsque le revêtement du tunnelier est formé.

L’organe de préhension de la table d'un voussoir peut être une vis motorisée, une préhension mécanique, ou encore une préhension à vide sécurisée, comme par exemple une ventouse. Une préhension mécanique peut par exemple être un vérin verrouillant un insert vissé qui peut être sphérique ou cylindrique. Une telle préhension peut nécessiter une action d’un opérateur pour fixer ou enlever l’insert ou peut se faire automatiquement.

Le voussoir peut comporter au moins un relief, notamment au moins deux reliefs, par exemple le voussoir peut comporter deux reliefs.

De préférence le ou les reliefs sont réalisés au coulage du voussoir à l’aide de formes fixées sur le moule. Les reliefs peuvent être équipés d’inserts qui restent intégrés au voussoir lors du démoulage de celui-ci. Ces inserts permettent une saisie mécanique du voussoir.

Les reliefs étant formés avec le voussoir, leur position peut être connue et peut être pré-enregistrée, notamment pré-enregistrée en association avec la géométrie du voussoir.

Dans le cas où l’organe de préhension est une ventouse, le voussoir à saisir peut comporter deux reliefs. Ces deux reliefs permettent de reprendre les efforts de cisaillement entre la ventouse de prise et le voussoir lors des manutentions et de la pose du voussoir.

Dans le cas d’une prise mécanique le voussoir à saisir peut comporter un relief uniquement. La table de l’érecteur peut s’ancrer sur ce relief pour saisir le voussoir.

Les reliefs peuvent être des réservations, notamment des réservations coniques.

Un relief peut être situé à une distance comprise entre 50 et 240 cm d’un des bords latéraux, mieux entre 75 et 150 cm d’un des bords latéraux, par exemple de l’ordre de 100 cm d’un des bords latéraux. Un relief peut être situé à une distance comprise entre 25 et 100 cm d’un des bords frontaux, mieux entre 40 et 60 cm d’un des bords frontaux, par exemple de l’ordre de 50 cm d’un des bords frontaux.

Deux reliefs peuvent être situés à une distancedl’un de l’autre comprise entre 50 et 150 cm, mieux entre 75 et 100 cm, par exemple de l’ordre de 85 cm.

Au moins un relief peut être situé dans un plan médian perpendiculaire à la surface concave du voussoir à saisir. Notamment quand il y en a un seul relief, celui-ci peut être situé dans le plan médian perpendiculaire à la surface concave du voussoir à saisir.

Au moins deux reliefs peuvent être équidistant d’un plan médian du voussoir perpendiculaire à la surface concave, mieux tous les reliefs peuvent être équidistants d’un plan médian du voussoir perpendiculaire à la surface concave. Les reliefs peuvent être situés à une distance d’un plan médian du voussoir perpendiculaire à la surface concave comprise entre 25 et 75 cm, mieux entre 30 et 60 cm, par exemple de l’ordre de 50 cm.

On peut également déterminer l’équation d’un troisième plan parallèle au deuxième et perpendiculaire au premier. Ce plan peut être le plan dans lequel on cherche à disposer la table de l’érecteur pour pouvoir ensuite l’abaisser le long de l’axe de lacet et permettre la saisie du voussoir.

L’étape d) de calcul peut permettre de déterminer l’un au moins des angles de roulis, tangage et/ou de lacet à donner à la table pour saisir le voussoir.

La détermination de ces trois angles peut se faire informatiquement, notamment par le contrôleur. Les valeurs de ces angles sont obtenues notamment par des changements de repères. Par exemple, l’angle de roulis peut être déterminé par le changement de repère du tunnelier vers le repère de l’érecteur. Les angles de tangage et de lacet peuvent être déterminés par le changement de repère de l’érecteur vers le repère de la table.

À partir de la valeur de ces angles, on peut déterminer le déplacement à donner aux actionneurs pour déplacer la table de l’érecteur afin que celle-ci se mette en position de saisie.

Les actionneurs de la table peuvent comporter l’un au moins d’un vérin en translation suivant l’axe de roulis, d’un vérin en rotation autour de l’axe de lacet, d’un vérin d’inclinaison autour de l’axe de tangage et/ou au moins deux vérins en translation suivant l’axe de lacet et/ou un ou plusieurs moteurs permettant la rotation autour de l’axe de roulis. L’étape d) de calcul peut permettre de déterminer les courses qu’il faut donner à ces vérins et/ou la rotation à donner aux moteurs pour saisir le voussoir.

Les vérins peuvent être des vérins hydrauliques. En variante, les vérins peuvent être des vérins électriques et/ou électrohydrauliques.

L’étape d) de calcul permet de définir la position que chacun des actionneurs devra occuper pour permettre la saisie du voussoir.

Les différentes commandes transmises aux actionneurs permettent de déplacer la table pour permettre la saisie du voussoir mis à disposition sur le magasin.

Les commandes à donner aux actionneurs peuvent être déterminées informatiquement, notamment par le contrôleur. En variante, ces actionneurs peuvent être commandés par un opérateur au moyen d'une interface homme-machine.

On peut mettre en œuvre une boucle d’analyse qui permet le déplacement approche successive de la table de l’érecteur jusqu’à la position de saisie du voussoir.

L’étape a) de repérage et/ou l’étape d) de calcul peut être réalisée une seule fois avant l’étape e) de mise en mouvement de la table et saisie du voussoir.

Une seule prise de mesure par le système de repérage peut être suffisante pour permettre de calculer les mouvements à donner aux actionneurs de la table pour disposer la table de façon à ce que l’organe de préhension de la table puisse saisir le voussoir.

Le système de repérage peut être inactif pendant l’étape e) de mise en mouvement de la table et saisie du voussoir.

Le système de repérage peut être inactif lorsque la table de l’érecteur se déplace vers le voussoir à saisir. Il n’est pas nécessaire de déterminer en continu la position relative de la table par rapport au voussoir à saisir. La position relative de la table par rapport au voussoir à saisir peut-être évaluée une seule fois lorsque l’érecteur est en position initiale de repos. À partir de cette position relative initiale, il est possible de définir la trajectoire que la table doit suivre pour aller saisir le voussoir. L’étape de calcul peut être réalisée une seule fois. Le procédé selon l’invention est donc économe en puissance de calcul. Le procédé selon l’invention permet, en une seule mesure, à partir d'une position initiale de repos de l'érecteur, de localiser le voussoir à saisir dans un repère local du tunnelier et dans un repère lié à l'érecteur. La trajectoire à donner à la table de l’érecteur pour permettre la saisie peut être déduite de la position relative de la table de l’érecteur par rapport au voussoir à saisir.

Le procédé selon l’invention permet de s'affranchir d'un système devant garantir la mise en position précise et répétée des voussoirs à saisir.

Les points détectés peuvent être disposés sur au moins deux bords distincts du voussoir à saisir, mieux sur trois bords distincts du voussoir à saisir, notamment sur les arêtes de ces bords.

Au moins deux points détectés peuvent être situés sur un même bord frontal. Au moins un point détecté peut être situé sur un bord latéral et au moins un autre point détecté peut être situé sur un autre bord latéral, notamment le bord latéral opposé du voussoir à saisir.

Les points détectés peuvent être situés sur des arêtes du voussoir à saisir.

La table de l’érecteur peut être située à une distance d’au plus 200 cm, mieux d’au plus 175 cm, par exemple de l’ordre de 160 cm du voussoir à saisir suivant l’axe de roulis et/ou à une distance d’au plus 200 cm, mieux d’au plus 175 cm, par exemple de l’ordre de 160 cm du voussoir à saisir suivant l’axe de lacet.

La table de l’érecteur peut être située à une distance d’au moins 30 cm, mieux d’au moins 75 cm, par exemple de l’ordre de 160 cm du voussoir à saisir suivant l’axe de roulis. La table de l’érecteur peut être située à une distance d’au moins 30 cm, mieux d’au moins 75 cm, par exemple de l’ordre de 160 cm du voussoir à saisir suivant l’axe de lacet.

Le procédé selon l’invention peut comporter une étape d’émission d’une alerte et/ou une étape d’arrêt de l’érecteur déclenchées en cas de présence d’un obstacle à proximité de l’érecteur et/ou lorsque la vitesse de l’érecteur dépasse un certain seuil.

Les actionneurs de l'érecteur peuvent être commandés par le contrôleur ou par un opérateur au moyen d'une interface homme-machine. Le pilotage de l’érecteur peut se faire automatiquement et/ou manuellement. L’opérateur peut à tout moment reprendre le contrôle de l’érecteur, en particulier en cas d’émission d’une alerte. Une fois le problème réglé, l'opérateur peut choisir de relancer le cycle automatique ou de continuer en mode manuel.

Un dispositif dit « d'homme-mort » peut être mis en place. Ce dispositif peut être enclenché par un opérateur lors du procédé de saisie automatique. Si il est relâché par l’opérateur, l’érecteur s'arrête et se fige en position.

Procédé de pose d’un voussoir

L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de pose d'un voussoir d'un anneau de revêtement d'un tunnel creusé à l'aide d'un tunnelier comportant un érecteur, comportant les étapes suivantes :
a) saisir automatiquement un voussoir en mettant en œuvre le procédé de saisie tel que défini plus haut,
b) amener de manière automatique le voussoir dans une position prédéfinie proche de l’anneau en cours de construction.

La position prédéfinie dans laquelle le voussoir est amené est liée à la géométrie de l’anneau de voussoirs ainsi qu’à la position angulaire relative de l’anneau à poser par rapport à l’anneau de voussoirs précédent. Cette position peut être donnée par la position angulaire de l’élément dit de clé de l’anneau. Cette position peut être donnée par le système de guidage du tunnelier. La position que doit prendre le voussoir saisi dans l’anneau en cours de construction peut être défini dans un plan de pose.

Le procédé de pose selon l’invention, peut comporter en outre l’étape suivante :
c) inviter un opérateur à commander, via une interface homme-machine, la pose du voussoir saisi jusqu’à une position finale dans l’anneau en cours de construction.

Le procédé de pose selon l’invention peut comporter en outre l’étape suivante :
d) ramener de manière automatique l’érecteur dans sa position initiale.

L’érecteur peut être déplacé par le biais de ses actionneurs. Les actionneurs de l’érecteur peuvent être contrôlés par le contrôleur. Les commandes à donner aux actionneurs pour ramener l’érecteur dans sa position initiale peuvent être déterminées informatiquement.

La position prédéfinie proche de l’anneau en cours de construction peut correspondre à la position finale du voussoir dans l’anneau en cours de construction décalée radialement d’une distance supérieure à la largeur du voussoir précédemment posé d’au moins 2 cm, mieux d’au moins 5 cm, par exemple de l’ordre de 10 cm autour de l’axe de roulis.

Le système de repérage peut également être actif lors de la pose du voussoir saisi depuis sa position prédéfinie proche de l’anneau en cours de construction jusqu’à sa position finale dans l’anneau en cours de construction.

Ainsi, le même système de repérage est utilisé pour la saisie du voussoir et pour la pose finale dans l’anneau en cours de construction.

La pose du voussoir peut se faire en deux étapes. Une première étape, qualifiée « d’approche grossière », est mise en œuvre automatiquement. L’approche grossière permet d’approcher le voussoir saisi de l’anneau en cours de construction et de le laisser en attente dans une position proche de la position finale prédéfinie par le plan de pose.

Puis une deuxième étape, qualifiée de « pose fine », est mise en œuvre par un opérateur. Cette pose fine permet de finaliser la pose du voussoir en l’amenant de sa position prédéfinie vers sa position finale. La pose fine étant plus délicate à réaliser, l’intervention d’un opérateur permet de sécuriser la fin de la pose. Par ailleurs, les moyens de calculs nécessaires à la mise en œuvre du procédé de pose selon l’invention sont moins grands qu’un procédé de pose dans lequel toutes les étapes seraient totalement automatisées.

Lors de la pose fine, le système de repérage utilisé lors de la saisie peut être actif. Les données de position acquises par ce système de repérage peuvent être traitées, notamment informatiquement, et peuvent être communiquées à l’opérateur sous forme d’informations de position. L’opérateur peut par exemple être assisté lors de la pose fine par des moyens d’affichage des informations de position. Les moyens d’affichage qui peuvent être utilisés sont par exemple des moyens d’affichage tête haute ou des moyens d’affichage en réalité augmentée, par exemple des lunettes de réalité augmentée.

De préférence, la configuration du système de repérage n’est pas modifiée entre l’étape a) de saisie automatique et l’étape de pose fine jusqu’à la position finale. Ceci permet de simplifier la mise en œuvre de procédé selon l’invention et d’accéléré la pose successive de voussoirs pour former le revêtement du tunnel.

Système de repérage

L’invention a également pour objet selon un autre de ses aspects un système de repérage utilisé pour la mise en œuvre du procédé de saisie tel que défini plus haut, comportant au moins deux capteurs configurés pour acquérir des données concernant la position du voussoir à saisir relativement à la table.

Le système de repérage selon l’invention peut comporter au moins trois capteurs. Le système de repérage selon l’invention peut notamment comporter quatre capteurs.

L’utilisation de ces capteurs permet notamment d’évaluer la concavité du voussoir et permet ainsi de déterminer la géométrie du voussoir.

Les capteurs du système de repérage peuvent être des profilomètres, notamment des profilomètres laser.

Différents types de capteurs peuvent être utilisés. Les capteurs sont de préférence des profilomètres, notamment des profilomètres laser, mais d’autres capteurs, par exemple des capteurs photoélectroniques, des capteurs à faisceau lumineux optique, des caméras de positionnement, des stations totales (ou tachéomètres), des systèmes de mesure à distance laser (en anglaisLight Detection And Rangingou LIDAR), notamment des systèmes de mesure à distance laser embarqués et/ou multi-échos, peuvent encore être utilisés. Les capteurs utilisés peuvent encore être des capteurs inclinométriques embarqués.

Les capteurs peuvent être encapsulés. Ils peuvent ainsi être résistants aux chocs et aux projections d’eau.

Comme mentionné plus haut, les capteurs sont de préférence des profilomètres. Chaque profilomètre permet de mesurer un lieu géométrique rectiligne suivant un certain angle d'ouverture. Les profilomètres envoient un faisceau laser rectiligne qui permet de mesurer en deux dimensions un nuage de points. De tels profilomètres permettent de détecter des formes et à partir de cela de mesurer des écarts entre les différentes formes repérées. Grâce à l'ensemble des profilomètres, il est possible de détecter facilement les bords des voussoirs. On peut par exemple en déduire la géométrie globale du voussoir par comparaison avec des géométries enregistrées dans une base de données. Les profilomètres peuvent intégrer une caméra qui permet d'afficher le profil de la forme repérée. Différentes classes de laser peuvent être utilisées par le profilomètre, par exemple un laser de classe 3R (EN 60825-1).

Les profilomètres peuvent détecter des objets à une distance comprise entre 300 et 2000 mm, mieux entre 500 et 1800 mm, mieux entre 1000 et 1600 mm, par exemple de l'ordre de 1500 mm. Les profilomètres peuvent avoir une résolution inférieure à 1 mm. De préférence, les mesures sont réalisées à une fréquence comprise entre 200 et 4000 Hz. Les profilomètres peuvent acquérir un nuage de points comportant par exemple entre 1et 3,6 millions de points par seconde.

Le système de repérage selon l’invention peut comporter au moins quatre capteurs, dont au moins deux capteurs frontaux fixés de façon à être orientés vers le voussoir à saisir, et au moins deux capteurs latéraux fixés de façon à être orientés perpendiculairement aux capteurs frontaux.

Le système de repérage permet de détecter les points qui serviront à connaitre la position du voussoir. La connaissance de la position du voussoir et de sa géométrie permet de déterminer la trajectoire qu’il faut donner à ta table de l’érecteur pour permettre la saisie.

Les capteurs du système de repérage peuvent avoir une position fixe sur l’érecteur. Chaque capteur du système de repérage peut viser dans une direction donnée à l’aide d’un faisceau laser. Dans un mode de réalisation particulier, chaque point détecté peut être à l’intersection du faisceau laser d’un des capteurs et d’une arête du voussoir à saisir.

D’un voussoir à l’autre, la position des points détectés sur le voussoir peut varier, notamment en fonction de l’orientation du voussoir à saisir.

Érecteur de tunnelier

L’invention a également pour objet selon un autre de ses aspects un érecteur de tunnelier, comportant :
- au moins une table comportant un organe de préhension d'un voussoir à saisir,
- au moins un étrier portant la table,
- un système de repérage tel que défini plus haut,
les capteurs du système de repérage étant fixés sur la table et/ou sur l’étrier.

Le dispositif selon l'invention a pour avantage de pouvoir être installé simplement, sans ajustements complexes, sur un tunnelier existant ou sur un tunnelier en construction ou en conception.

Au moins un des capteurs frontaux peut être disposé d’un premier côté de l'étrier et au moins un des capteurs latéraux peut être disposé d’un deuxième côté de l'étrier, opposé au premier.

Au moins un des capteurs frontaux peut être disposé contre ou au-delà de l'étrier vers le voussoir à saisir et borné à la largeur de la table de l'érecteur. Au moins un des capteurs latéraux peut être disposé contre ou au-delà de l'étrier, vers l'anneau en cours de construction et borné par la largeur de la table de l'érecteur.

La distance entre un des capteurs frontaux et un plan médian de la table perpendiculaire à l'axe longitudinal du tunnelier peut être comprise entre 10 et 100 cm, mieux entre 10 et 50 cm, par exemple de l'ordre de 20 cm.

La distance entre un des capteurs frontaux et un plan médian de la table contenant l'axe longitudinal du tunnelier peut être comprise entre 10 et 200 cm, mieux entre 10 et 150 cm, par exemple de l'ordre de 110 cm.

La distance entre un des capteurs latéraux et un plan médian de la table perpendiculaire à l'axe longitudinal du tunnelier peut être comprise entre 10 et 100 cm, mieux entre 10 et 50 cm, par exemple de l'ordre de 22 cm.

La distance entre un des capteurs latéraux et un plan médian de la table contenant l'axe longitudinal du tunnelier peut être comprise entre 20 et 300 cm, mieux entre 50 et 200 cm, mieux entre 60 cm et 150cm par exemple de l'ordre de 75cm.

Le premier côté de l’étrier peut être plus proche du voussoir à saisir que le deuxième côté de l’étrier.

Cette disposition particulière des capteurs latéraux permet de réduire le risque d'interférence avec les capteurs frontaux et ainsi d'accroitre la précision de la position angulaire mesurée. Le contrôle de la rotation du voussoir autour de l’axe de tangage et celle autour de l’axe de roulis peut alors se faire plus précisément.

On peut intégrer un programme spécifique mis en œuvre par l’automate de l’érecteur pour permettre d’intégrer les opérations suivantes :
- appui de la table sur l’érecteur à l’aide des vérins de levage et la mise au vide de la ventouse,
- retrait des vérins de poussée adéquates au niveau du revêtement du tunnelier pour permettre de libérer l’espace où le voussoir sera posé,
- contrôle de la zone de manœuvre avant et en cours de déplacement de l’érecteur,
- soulèvement du voussoir et l’avancée de l’érecteur jusqu’à la position prédéfinie proche de l’anneau en cours de construction,
- contrôle de la rotation de l’érecteur (secteurs d’accélération et ralentissement, contrôle des vitesses, positionnement angulaire du voussoir),
- recul de l’érecteur jusqu’à la mise en position d’attente prédéfinie du voussoir et en sécurité,
- transfert des commandes à l’opérateur qui gère la pose fine,
- gestion des situations d’urgence.

L'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un tunnelier comportant un érecteur tel que défini plus haut.

L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé sur lequel :

la est un schéma en coupe longitudinale d'une partie d'un tunnelier selon l'invention,

la est une vue de détails, en perspective, de l'érecteur du tunnelier de la ,

la est une vue de face de l’érecteur du tunnelier de la ,

la est une vue de détails, en perspective, de la table de l'érecteur de la ,

la est une vue de la table de l’érecteur de la sur laquelle est disposé un système de repérage selon l’invention,

la est une vue d’un érecteur portant la table de la ,

la est un schéma d'un profilomètre utilisé dans le dispositif d'aide selon l'invention,

la est un schéma d’un voussoir à saisir,

la est un schéma qui illustre le passage du repère du tunnelier au repère de l’érecteur,

la est un schéma qui illustre le passage du repère de l’érecteur au repère de la rotule de la table,

la est un schéma qui illustre le passage du repère de la rotule de la table au repère de la rotation de la table,

la est un schéma qui illustre le passage du repère de la rotation de la table au repère de la table,

la est un schéma analogue à la d’une variante de réalisation, et

la est un schéma analogue à la d’une variante de réalisation.

Claims

Procédé de saisie automatique d’un voussoir (11) de revêtement d'un tunnel creusé à l'aide d'un tunnelier, le tunnelier comportant un érecteur (10) adapté pour saisir le voussoir, l’érecteur comportant une table (102) portant un organe de préhension du voussoir à saisir, la table étant mise en mouvement par des actionneurs, le voussoir à saisir comportant une face concave et au moins un relief (V1, V2) sur sa face concave (111), le procédé comportant les étapes suivantes :
a) détecter les positions d’au moins deux points, mieux au moins trois points, notamment quatre points (A1, A2, A3, A4), sur le voussoir à saisir à l’aide d’un système de repérage (20),
b) déduire la géométrie du voussoir à saisir des positions relatives des points détectés lors de l’étape a) et/ou à partir des géométries pré-enregistrées dans une base de données,
c) déterminer, à partir de la géométrie du voussoir à saisir et de la position relative des points détectés, un premier plan (P2) perpendiculaire à la face concave (111) du voussoir à saisir et passant par le ou les reliefs (V1,V2), et un deuxième plan (P1) perpendiculaire au premier plan passant également par le ou les reliefs (V1,V2),
d) calculer à partir des premier et deuxième plans, les mouvements à donner aux actionneurs de la table pour disposer la table (102) de façon à ce que l’organe de préhension de la table puisse saisir le voussoir,
e) mettre en mouvement la table et saisir le voussoir à l’aide de l’organe de préhension.
Procédé selon la revendication précédente, l’étape d) de calcul permettant de déterminer l’un au moins des angles de roulis (α), tangage (ω) et/ou de lacet (φ) à donner à la table pour saisir le voussoir.
Procédé selon l’une des deux revendications précédentes, les actionneurs de la table comportant l’un au moins d’un vérin en translation suivant l’axe de roulis, d’un vérin en rotation autour de l’axe de lacet (104), d’un vérin d’inclinaison autour de l’axe de tangage (105) et/ou au moins deux vérins en translation suivant l’axe de lacet (103) et/ou un ou plusieurs moteurs (121) permettant la rotation autour de l’axe de roulis, l’étape d) de calcul permettant de déterminer les courses qu’il faut donner à ces vérins et/ou la rotation à donner aux moteurs pour saisir le voussoir.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’étape a) de repérage et/ou l’étape d) de calcul étant réalisée une seule fois avant l’étape e) de mise en mouvement de la table (102) et saisie du voussoir (11).
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le système de repérage (20) étant inactif pendant l’étape e) de mise en mouvement de la table (102) et saisie du voussoir (11).
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, les points détectés (A1,A2, A3, A4) étant disposés sur au moins deux bords (112, 113) distincts du voussoir à saisir, mieux sur trois bords distincts du voussoir à saisir, notamment sur les arêtes de ces bords.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la table (102) de l’érecteur étant située à une distance d’au plus 200 cm, mieux d’au plus 175 cm, par exemple de l’ordre de 160 cm du voussoir à saisir (11) suivant l’axe de roulis et/ou à une distance d’au plus 200 cm, mieux d’au plus 175 cm, par exemple de l’ordre de 160 cm du voussoir à saisir suivant l’axe de lacet.
Procédé selon l’une quelconque de revendications précédentes, comportant une étape d’émission d’une alerte et/ou une étape d’arrêt de l’érecteur (10) déclenchées en cas de présence d’un obstacle à proximité de l’érecteur et/ou lorsque la vitesse de l’érecteur dépasse un certain seuil.
Procédé de pose d'un voussoir d'un anneau de revêtement d'un tunnel creusé à l'aide d'un tunnelier comportant un érecteur (10), comportant les étapes suivantes :
a) saisir automatiquement un voussoir (11) en mettant en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes,
b) amener de manière automatique le voussoir dans une position prédéfinie proche de l’anneau en cours de construction.
Procédé de pose selon la revendication précédente, comportant en outre l’étape suivante :
c) inviter un opérateur à commander, via une interface homme-machine, la pose du voussoir saisi (11) jusqu’à une position finale dans l’anneau en cours de construction.
Procédé de pose selon l’une des deux revendications précédentes, comportant en outre l’étape suivante :
d) ramener de manière automatique l’érecteur (10) dans sa position initiale.
Procédé de pose d’un voussoir selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, la position prédéfinie proche de l’anneau en cours de construction correspondant à la position finale du voussoir dans l’anneau en cours de construction décalée radialement d’une distance supérieure à la largeur du voussoir précédemment posé d’au moins 2 cm, mieux d’au moins 5 cm, par exemple de l’ordre de 10 cm autour de l’axe de roulis.
Procédé de pose selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, le système de repérage (20) étant également actif lors de la pose du voussoir saisi (11) depuis sa position prédéfinie proche de l’anneau en cours de construction jusqu’à sa position finale dans l’anneau en cours de construction.
Système de repérage (20) utilisé pour la mise en œuvre du procédé de saisie selon l’une des revendications 1 à 8, comportant au moins deux capteurs (200) configurés pour acquérir des données concernant la position du voussoir (11) à saisir relativement à la table (102).
Système de repérage (20) selon la revendication précédente, comportant au moins trois capteurs (200), notamment comportant quatre capteurs (200).
Système de repérage (20) selon l’une des deux revendications précédentes, les capteurs (200) du système de repérage étant des profilomètres, notamment des profilomètres laser.
Système de repérage (20) selon l’une des trois revendications précédentes, comportant au moins quatre capteurs (200), dont au moins deux capteurs frontaux (200a) fixés de façon à être orientés vers le voussoir à saisir (11), et au moins deux capteurs latéraux (200b) fixés de façon à être orientés perpendiculairement aux capteurs frontaux (200a).
Érecteur de tunnelier, comportant :
- au moins une table (102) comportant un organe de préhension d'un voussoir à saisir,
- au moins un étrier (101) portant la table (102),
- un système de repérage (20) selon l’une des revendications 14 à 17,
les capteurs (200) du système de repérage étant fixés sur la table (102) et/ou sur l’étrier (101).