Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02354411 2001-07-31
1
PROCEDE DE GUIDAGE D'UN DISPOSITIF DESTINE A INSERER DES
ELEMENTS DANS LE SOL POUR LA REALISATION D'UN OUVRAGE ET
DISPOSITIF D'INSERTION D'AU MOINS UN ELEMENT DANS LE SOL
UTILISANT UN TEL PROCEDE DE GUIDAGE
L'invention se rapporte à un procédé de guidage d'un dispositif destiné à
insérer des
éléments dans le sol pour la réalisation d'un ouvrage et notamment à un
procédé de
guidage d'un dispositif d'insertion de selles pour la réalisation d'une voie
de chemin
de fer, du type de celui décrit dans la demande de brevet EP 0 803 609,
permettant
d'obtenir l'insertion de selles dans du béton, au niveau d'une position donnée
avec
une précision inférieure au millimètre. L'invention se rapporte également à un
dispositif d'insertion d'éléments dans le sol mettant en a.uvre un tel procédé
de
guidage.
On connaît, du document EP 0 803 609, un dispositif d'insertion de selles dans
du
béton permettant de réaliser rapidement une voie chemin de fer à coût réduit.
Un tel
dispositif d'insertion de selles nécessite toutefois, pour être efficace, de
mettre en
place précisément le dispositif d'insertion afin d'obtenir une position
précise de
chaque selle. Jusqu'à présent, on utilise avec ce dispositif d'insertion des
rails de
guidage de chantier, installés préalablement le long du parcours de la voie
ferrée par
rapport à des références fixes déterminées à l'aide de relevés topographiques,
pour
servir de référence au positionnement du dispositif d'insertion de selles.
Toutefois, la pose préalable des rails de guidage de chantier le long du
parcours de la
voie ferrée présente l'inconvénient d'être longue et fastidieuse et de
ralentir ainsi
considérablement la réalisation de la voie de chemin de fer. Par ailleurs,
pour obtenir
une bonne précision dans le positionnement du dispositif d'insertion, il est
nécessaire
que le terrain supportant les rails de guidage de chantier soit parfaitement
stabilisé
pour éviter tout déplacement de ces derniers, sous la pression des points
d'appui du
dispositif d'insertion assurant la mise en référence du dispositif d'insertion
de selles.
De plus, les travaux couramment effectués sur les chantiers sont susceptibles
de
déplacer accidentellement les rails de guidage.
CA 02354411 2001-07-31
la
Le but de la présente invention est donc de remédier à ces inconvénients en
proposant un procédé de guidage permettant le positionnement précis et rapide
d'un
dispositif d'insertion d'éléments dans le sol et qui soit simple et économique
à mettre
en oeuvre.
CA 02354411 2007-01-26
2
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de guidage d'un dispositif
destiné
à insérer des éléments dans le sol pour la réalisation d'un ouvrage,
caractérisé
en ce qu'il comprend les étapes suivantes:
- établissement de points topographiques et relevé des coordonnées de ces
points dans un référentiel X,Y,Z ;
- mise en place d'une station de mesure à proximité de l'ouvrage et
détermination de la position en X,Y,Z de ladite station de mesure en se
référençant par rapport à un ou plusieurs points topographiques;
- détermination, à l'aide de ladite station de mesure, de la distance et de
l'angle séparant ledit dispositif d'insertion de la station de mesure;
- calcule de la position du dispositif à l'aide de la distance mesurée et de
la
position connue de la station de mesure;
- déplacement du dispositif d'insertion de façon à ce que lesdits éléments
soient en regard, et dans l'axe d'insertion, d'une position donnée au niveau
de
laquelle on souhaite insérer les éléments dans le sol.
D'autres aspects, modes de réalisation préférentiels, variantes possibles
et/ou
avantages résultants de la présente invention sont brièvement décrits ci-
dessous.
En effet, selon des modes préférentiels de réalisation, le procédé de guidage
selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques
suivantes prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement
possibles:
- la station de mesure comporte un procédé de mesure optique par laser
coopérant
avec des réflecteurs portés par le dispositif d'insertion ;
- on effectue des relevés topographiques au niveau de différents points de
référence répartis le long de l'ouvrage et, au fur et à mesure de l'avancement
du
dispositif d'insertion, on déplace la station de mesure sur le point de relevé
topographique permettant d'obtenir la plus grande précision de calcul à l'aide
de
la station de mesure ;
CA 02354411 2007-01-26
3
la distance séparant deux points de relevé topographique successifs est
comprise
entre 50 m et 100 m de manière à obtenir une précision sur la mesure de la
position des éléments insérés dans le sol inférieure à 1 mm ;
le déplacement du dispositif d'insertion est commandé par un automate embarqué
relié à un ordinateur embarqué, en fonction des données de distance et
d'orientation communiquées à l'ordinateur à chaque instant par la station de
mesure, de manière à amener les éléments supportés par le dispositif
d'insertion
sensiblement en regard, et dans l'axe d'insertion, de positions données dont
les
coordonnées sont stockées dans une mémoire de l'ordinateur ;
- le dispositif d'insertion comporte un bras supportant les éléments, le bras
étant
motorisé en translation et en rotation suivant trois axes orthogonaux entre
eux, le
mouvement du bras étant commandé par ordinateur de manière à amener
précisément les éléments en regard et dans l'axe d'insertion des positions
données ;
- l'ouvrage est une voie de chemin de fer et les éléments sont des selles
destinées à
supporter un rail de chemin de fer, les selles étant insérées dans une dalle
de
béton non encore durci.
La présente invention vise également un dispositif d'insertion d'au moins un
élément dans le sol mettant en oeuvre un procédé de guidage tel que décrit
dans la présente et comportant au moins un réflecteur destiné à réfléchir une
émission envoyée par une station de mesure, caractérisé en ce qu'il comporte
un bras motorisé en translation et en rotation suivant trois axes orthogonaux
entre eux, ledit bras supportant les éléments destinés à être insérés dans le
sol
et comportant des réflecteurs permettant de connaître, à!'aide de la station
de
mesure, l'emplacement dans l'espace dudit bras et desdits éléments.
L'invention concerne également un dispositif d'insertion d'au moins un élément
dans le sol mettant en oeuvre le procédé de guidage décrit précédemment,
caractérisé en ce qu'il comporte au moins un réflecteur destiné à réfléchir
une
CA 02354411 2007-01-26
3a
émission envoyée par une station de mesure et permettant de déterminer avec
précision la distance et l'ange séparant le réflecteur de la station de
mesure.
Selon des modes préférentiels de réalisation, le dispositif d'insertion
d'éléments
dans le sol selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes prises isolément ou selon toutes les combinaisons
techniquement possibles:
- le dispositif comporte un bras motorisé en translation et en rotation
suivant trois
axes orthogonaux entre eux, le bras supportant les éléments destinés à être
insérés
dans le sol et comportant des réflecteurs permettant de connaître, à l'aide de
la
station de mesure, l'emplacement dans l'espace du bras et des éléments à
insérer
dans le sol ;
- le dispositif comporte des roues motrices et/ou directrices ou des chenilles
pour
constituer un véhicule autonome dans ses déplacements, le châssis du véhicule
étant lui même équipé d'un réflecteur ;
- le véhicule comporte un ordinateur recevant les données de la station de
mesure
et calculant la position du véhicule et du bras, l'ordinateur envoyant des
signaux
CA 02354411 2001-07-31
4
à l'automate pour commander le déplacement du véhicule et du bras afin
d'assurer l'insertion des éléments dans le sol aux endroits prédéterminés ;
- lesdits éléments sont des selles destinées à supporter un rail de chemin de
fer,
lesdites selles étant insérées dans une dalle de béton non encore durci.
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention,
d'après
la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention,
présenté à titre
d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
- La figure 1 est une vue schématique, en coupe, d'un dispositif d'insertion
de
selles destinées au support d'un rail de chemin de fer utilisant un procédé de
guidage selon l'art antérieur ;
- La figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif d'insertion de selles
utilisant un procédé de guidage selon un mode particulier de réalisation de
l'invention ;
- La figure 3 est une vue schématique de dessus du dispositif d'insertion de
selles
de la figure 2 dans une courbe ;
- La figure 4 est une vue de détail du bras articulé du dispositif d'insertion
de
selles de la figure 2;
- La figure 5 représente un exemple de selle pouvant être utilisé pour
réaliser une
voie de chemin de fer.
Pour faciliter la lecture du dessin, seuls les éléments nécessaires à la
compréhension
de l'invention ont été représentés.
La figure 1 représente un véhicule 11 de transport d'un dispositif d'insertion
de selles
guidé en position selon l'art antérieur, au-dessus d'une dalle 10 de voie
avant
durcissement du béton. Conformément à la figure 1, le guidage du véhicule 11
d'insertion de selles le long du parcours de la voie ferrée est effectué au
moyen de
deux rails de guidage de chantier 12 disposés de part et d'autre de la dalle
de béton
10 et servant de référence pour le positionnement du véhicule 11. Le véhicule
11
d'insertion de selles est équipé d'un galet 13 de maintien du véhicule 11 sur
le rail 12
CA 02354411 2001-07-31
prenant appui sur la face supérieure de l'un des rails de guidage 12 et
servant de
référence selon l'axe d'insertion Z et de deux galets 13 de maintien prenant
appui
latéralement de part et d'autre du second rail de guidage 12 permettant de
référencer
le véhicule 11 dans le plan X,Y perpendiculaire à l'axe d'insertion Z.
5 Un tel procédé de guidage présente l'inconvénient de nécessiter la pose
préalable des
rails de guidage de chantier au cours d'une opération longue et minutieuse qui
ralenti
considérablement la vitesse de progression dans la réalisation de la voie
ferrée.
Les figures 2 et 3 représentent un dispositif 1 d'insertion de selles 2 guidé
le long du
parcours de la voir ferrée par un mode particulier de réalisation du procédé
de
guidage selon l'invention.
Conformément à la figure 2, le dispositif d'insertion de selles 2 est
constitué d'un
véhicule 1 monté sur quatre roues, dont deux sont directrices et les deux
autres sont
motrices, permettant d'assurer un déplacement autonome du véhicule 1 suivant
une
direction donnée. Le véhicule 1 comporte une face arrière équipée d'un bras 5
motorisé en translation et en rotation suivant les trois axes orthogonaux
X,Y,Z
pourvu d'un mécanisme permettant des déplacements d'une très grande précision.
Le bras 5, représenté seul sur la figure 4, possède une forme générale en H et
supporte sur sa partie inférieure deux vérins 6 à l'extrémité desquels sont
fixés les
deux selles 2 destinées à être insérées dans une dalle de béton 10 fraîchement
coulée,
les deux selles 2 étant maintenues par le bras 5, à une distance l'une de
l'autre
correspondant au gabarit de la voie à installer. Le bras 5 est équipé d'un
double
inclinomètre, non représenté, mesurant en permanence l'orientation du bras 5
par
rapport aux axes X et Y.
Les selles 2, dont l'une est représentée seule sur la figure 5, sont de type
classique et
comporte une plaque 21 en matière rigide, telle que de la fonte, et deux
ancrages 22
ayant chacun une tige filetée permettant de fixer un rail sur la selle 2 par
des écrous.
La selle 2 comporte également deux tiges 23 de scellement ayant une forme
générale
cylindrique assurant la retenue dans la dalle 10 de béton une fois que celui-
ci a durci.
CA 02354411 2001-07-31
6
Conformément à la figure 4, le bras 5 comporte sur sa face arrière trois
réflecteurs 7
destinés à coopérer avec une station de mesure 3 installée en bordure de la
voie de
chemin de fer à installer. Un réflecteur 7 est également monté sur le toit du
véhicule
1.
La station de mesure 3 disposée en bordure du parcours de la voie ferrée est
installée
sur un trépied à la verticale d'une borne 8 de relevé topographique. La
station de
mesure 3 comporte un dispositif laser de mesure de distance équipé d'une
optique
émettrice et d'une optique réceptrice permettant de connaître avec une très
grande
précision la distance et l'angle séparant la station de mesure de l'ensemble
des
réflecteurs 7 portés par le bras 5 et le véhicule 1. La dispositif laser de
mesure utilisé
est par exemple le dispositif commercialisé sous la référence TC/TCA 2003 par
la
société LEICA.
La station de mesure 3 comporte également un émetteur radio 9 envoyant les
résultats des mesures effectuées à chaque instant par le dispositif laser de
mesure en
direction d'un récepteur 30 porté par le véhicule 1. Le récepteur 30 du
véhicule 1 est
relié à un ordinateur 31 embarqué sur le véhicule 1,1'ordinateur 31 assurant
le calcul
de la position exacte du bras 5 dans l'espace à partir des informations
envoyées par la
station de mesure 3 et de la position connue de la borne 8 de relevé
topographique.
L'ordinateur 31 est relié à un automate, non représenté, qui commande le
déplacement du bras 5 et des vérins 6 ainsi que les moteurs permettant
d'orienter et
de déplacer le véhicule 1.
Le procédé de guidage du dispositif d'insertion de selles va maintenant être
décrit.
Conformément à la figure 3, préalablement à l'étape d'insertion des selles 2,
plusieurs points de relevé topographique sont effectués successivement le long
du
parcours de la voie ferrée avec des intervalles de l'ordre de 50 m à 100 m et
marqués
par des bornes 8.
Le jour de l'insertion des selles 2, le véhicule d'insertion 1 est amené au-
dessus
d'une portion de voie où la dalle de béton 10 vient d'être fraîchement coulée
et n'est
pas encore durcie. A partir de cette position de départ du véhicule 1, la
station de
CA 02354411 2001-07-31
7
mesure 3 est avantageusement disposée sur la borne 8 la plus proche permettant
une
visée directe sur la face arrière du véhicule 1 et en particulier sur les
réflecteurs 7 du
bras 5 et du véhicule 1. Le positionnement de la station de mesure 3 sur la
borne 8 est
effectuée de manière très précise, en mettant la station de mesure 3 à
l'aplomb de la
borne 8, et les coordonnées de la station de mesure 3 en X,Y,Z sont
déterminées en
mesurant la distance verticale séparant la station de mesure 3 de la borne 8 à
l'aide
d'une canne. Dans une variante de réalisation du procédé selon l'invention, la
station
de mesure 3 peut également être disposée en un point quelconque près de la
voie
ferrée permettant une visée directe sur les réflecteurs 7, les coordonnées en
X,Y,Z de
la station de mesure 3 étant alors déterminée en visant différents points
topographiques 8 connus à l'aide de la station de mesure 3 et en déterminant à
partir
des angles et des distances mesurés la position exacte de la station de mesure
3.
Une fois la position de la station de mesure 3 connue, le dispositif laser de
mesure de
distance est orienté en direction de la face arrière du véhicule 1 de manière
à ce qu'il
puisse mesurer la distance et l'angle le séparant de chacun des réflecteurs 7
et
notamment du réflecteur 7 disposé sur le toit du véhicule 1.
Le résultat de ces mesures est envoyé immédiatement par ondes radio de
l'émetteur 9
vers l'ordinateur 31 disposé à bord du véhicule 1 qui calcule alors la
position exacte
du véhicule 1 dans l'espace à partir des données envoyées par la station de
mesure 3
et de la position connue de la station de mesure 3.
Les coordonnées exactes des points au niveau desquels les selles 2 doivent
être
insérés étant préalablement stockées dans une mémoire de l'ordinateur 31,
l'ordinateur 31 calcule à partir de ces points et de la position du véhicule 1
mesurée
par la station 3, l'écart séparant le bras 5, alors dans une position de repos
à partir de
laquelle un débattement de quelques centimètres suivant les six degrés de
liberté est
possible, de la position au niveau de laquelle les prochaines selles 2 doivent
être
insérées. A partir de cet écart, l'ordinateur 1 envoie des signaux à
l'automate qui
commande les roues motrices et directrices de manière à déplacer le véhicule 1
suivant l'axe de la voie jusqu'à amener le bras articulé 5, immobile en
position de
repos, sensiblement à la hauteur des points théoriques d'insertion des selles
2. Bien
entendu, compte tenu des jeux existant dans la transmission du véhicule 1, le
CA 02354411 2001-07-31
8
positionnement du véhicule 1 sur la voie n'est alors pas très précis, de
l'ordre du
centimètre.
Une fois le véhicule 1 arrêté dans cette position, l'ordinateur 31 vérifie la
position
bras 5 dans l'espace, à partir des données émises par la station de mesure 3,
et envoie
des signaux à l'automate pour commander alors le mouvement du bras articulé 5
suivant les six axes de liberté de manière à amener, avec une très grande
précision,
les selles 2 portés par le bras 5 en regard des points théoriques d'insertion
des selles
2. Les vérins 6 sont ensuite actionnés pour insérer les selles 2 dans le béton
10 non
encore durci suivant un procédé décrit dans la demande de brevet EP 0803 609.
Une fois les deux selles 2 insérées, le bras 5 est ramené en position de repos
et
l'ordinateur 31 recherche les coordonnées des points suivants au niveau
desquels de
nouvelles selles 2 doivent être insérées. Le procédé de guidage pour amener le
véhicule 1 en regard de ces nouveaux points est similaire à celui décrit
précédemment.
Afin de conserver une précision suffisante dans le guidage du véhicule 1
d'insertion
des selles 2 pour obtenir un positionnement des selles avec une précision
inférieure
au millimètre, la station de mesure 3 est régulièrement déplacée sur la borne
de
relevé topographique 8 la plus proche du véhicule 1 permettant une visée
directe sur
l'ensemble des réflecteurs 7.
Un tel procédé de guidage présente l'avantage d'être très rapidement
opérationnel et
peu coûteux à mettre en oeuvre, en ne nécessitant que l'installation de bornes
de
relevé topographique tous les 50 m à 100 m et la mise en place de la station
de
mesure le jour de l'opération d'insertion des selles. De plus un tel procédé
de
guidage, présente l'avantage de ne pas utiliser de contact direct entre le
dispositif
d'insertion de selles et le référentiel utilisé, supprimant ainsi les
contraintes
physiques pouvant être générées par le dispositif d'insertion de selles sur le
référentiel.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation
décrit et
illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
CA 02354411 2001-07-31
9
Ainsi, l'exemple décrit un dispositif d'insertion de selles dans une dalle de
béton
mais le procédé de guidage selon l'invention peut tout aussi bien être utilisé
pour le
guidage d'un dispositif d'insertion de tout élément nécessaire à la
réalisation d'un
ouvrage.
Ainsi, dans des variantes de réalisation non représentées, le dispositif
d'insertion
pourra être équipé de chenilles à la place des roues ou de tout autre moyen
permettant le déplacement du dispositif d'insertion.
