PROCEDE DE GUIDAGE D'UN DISPOSITIF POUR LE NETTOYAGE A HAUTE PRESSION DES TUBES D'UN ECHANGEUR THERMIQUE

Abstract

 La présente invention a pour objet un procédé de guidage d'un dispositif de nettoyage à haute pression en vue du nettoyage de l'intérieur des tubes d'un échangeur thermique, dans lequel l'oeil humain a été remplacé par un dispositif d'acquisition, permettant d'obtenir des images rendant possible la détection automatique des tubes à nettoyer avec possibilité de visualisation déportée.

Description

[0001] La présente invention se rapporte de manière générale au guidage d'un dispositif de nettoyage à haute pression en vue du nettoyage de l'intérieur des tubes d'échangeurs thermiques.

[0002] Le nettoyage à haute pression des tubes d'un échangeur thermique est une opération périodique que l'on réalise typiquement dans le cadre de la maintenance de ce type d'installation. A l'heure actuelle, il s'agit d'une opération essentiellement manuelle ou semi-manuelle, un opérateur télé-opère, à l'aide d'une télécommande, une ou plusieurs cannes montées sur un portique mobile (appelé tringleuse).

[0003] Or, le nettoyage à haute pression des tubes d'un échangeur thermique est, de l'avis des opérateurs réalisant habituellement cette tâche, une tâche non seulement fatigante (en raison essentiellement de la position debout de l'opérateur et de l'influence des conditions extérieures), mais aussi fastidieuse (répétitivité, sur un grand nombre de tubes) et potentiellement néfaste pour la sécurité de l'opérateur.

[0004] En effet, afin de pouvoir visualiser le résultat des actions de positionnement de la tringleuse qu'il réalise, l'opérateur se place à grande proximité de l'échangeur (notamment à une distance comprise entre 1 et 5 m), ce qui l'expose à des brouillards d'eau potentiellement chargés des souillures issues des échangeurs (dont des hydrocarbures.

[0005] Enfin, les opérateurs manipulant via une canne (ou tringle) ou plus généralement une tringleuse (non solidaires de l'échangeur à nettoyer), des jets d'eau à très haute pression, il peut arriver que l'échangeur, en cours de nettoyage bouge à cause de la pression des jets, en particulier lorsqu'un tube est bouché, voire même que l'échangeur ou la tringleuse recule violemment (par un effet piston) ou que la canne se casse. Ceci ajoute un risque supplémentaire pour la sécurité de l'opérateur.

[0006] Il est d'ailleurs probable que la fatigue liée à ce type de tâche puisse aussi engendrer des erreurs potentielles et un ralentissement progressif de la tâche.

[0007] Par ailleurs, le positionnement des dispositifs de nettoyage est, à l'heure actuelle, réalisée aujourd'hui à l'oeil nu, ce qui n'est possible que dans les moments du nettoyage pendant lesquels l'opérateur reste capable de visualiser le résultat de ses actions de positionnement de la tringleuse, c'est-à-dire en se plaçant une distance de l'échangeur inférieure à 5 m. Cela n'est pas possible lorsqu'il y a beaucoup de projections ou lorsque les conditions climatiques ne sont pas bonnes ou lorsque l'opérateur est trop éloigné (intempéries notamment).

[0008] Ainsi, même si l'opération de nettoyage est réalisée sur des échangeurs préalablement préparés, il n'est pas optimal que le positionnement des dispositifs de nettoyage des tubes d'échangeurs thermiques soit uniquement basé sur une visualisation à l'oeil humain. Cela rend la détection des orifices des tubes et de la position relative des tringles par rapport à ces orifices à la fois trop lente et trop aléatoire, pour atteindre une robustesse et une disponibilité de la mesure dans un large spectre de configurations.

[0009] A cet effet, le demandeur a mis au point un procédé de guidage d'un dispositif de nettoyage à haute pression en vue du nettoyage de l'intérieur des tubes d'un échangeur thermique, dans lequel l'oeil humain a été remplacé par un dispositif d'acquisition, permettant d'obtenir des images rendant possible la détection automatique des tubes à nettoyer avec possibilité de visualisation déportée.

[0010] Il est connu de l'homme du métier un dispositif de nettoyage de tubes d'échangeurs thermiques mettant en oeuvre une caméra. Ainsi, le brevet américain US 6,681,839 décrit un dispositif de nettoyage comprenant une lance qui est associée à un mécanisme de positionnement de la lance muni d'une caméra placée sur l'échangeur thermique. Un tel dispositif présente l'inconvénient d'être solidaire de l'échangeur, ce qui nécessite le recours à des tringles flexibles. En outre, un tel dispositif permet d'acquérir des images de la zone de positionnement des tringles uniquement dans le spectre visible : ce système est donc très dépendant des conditions extérieures (en termes d'éclairage, de projections, etc.).

[0011] Afin d'y remédier, le demandeur a donc mis au point un procédé de guidage dans lequel on dispose la caméra et son éclairage indépendamment de l'échangeur, à proximité du dispositif de nettoyage et non sur la plaque support de l'échangeur, pour aligner et corriger le dispositif de nettoyage avec les tubes de l'échangeur à nettoyer lors d'un déplacement relatif de l'un par rapport à l'autre.

[0012] Plus particulièrement, la présente invention a donc pour objet un procédé de guidage d'un dispositif de nettoyage à haute pression en vue du nettoyage de l'intérieur des tubes d'un échangeur thermique à faisceaux de tubes sensiblement rectilignes et qui n'est pas solidaire du dispositif de nettoyage (par exemple des tubes en U), dans lequel :

• lesdits tubes sont encastrés dans une plaque support sensiblement auxdits tubes, au niveau de leurs orifices d'entrée et de sortie, et
• ledit dispositif de nettoyage (par exemple une tringleuse) comprend au moins une canne rigide de nettoyage, et de préférence entre une et trois cannes, dont l'une des extrémités est guidée en translation par un support et est destinée à être introduite à l'intérieur desdits tubes pour les nettoyer, ladite canne étant disposée, de manière sensiblement horizontale, sur un charriot mobile en translation horizontalement selon un premier axe parallèle à l'axe de symétrie de ladite canne et selon un deuxième axe perpendiculaire audit axe de symétrie de ladite canne, et également mobile en translation verticalement selon un troisième axe perpendiculaire à l'axe de symétrie de ladite canne ;

• un repère orthogonal de référence (x₀, y₀, z₀) direct et tridimensionnel étant associé à ladite plaque support, de manière que ses axes x₀ et y₀ soient contenus dans un plan vertical sensiblement parallèle à ladite plaque et son axe z₀ soit sensiblement horizontal (et donc sensiblement parallèle aux axes de symétrie des tubes nettoyés) ;
• un repère orthogonal de comparaison (x₁, y₁, z₁) direct et tridimensionnel étant associé audit charriot (3), de manière que son axe z₁ soit parallèle à l'axe de symétrie de ladite canne (11), la position du charriot lors d'un mouvement de translation vers ladite plaque support (22) étant définie par la côte z₁ par rapport à une position initiale du charriot avant déplacement définie par la côte z₁=0.

[0013] Par dispositif de nettoyage à haute pression, on entend, au sens de la présente invention, un dispositif apte à envoyer des jets de liquide de nettoyage (notamment aqueux), à haute ou à très haute pression (pression notamment comprise entre 200 bars à 3000 bars, et plus précisément de l'ordre de 1000-1400 bars). Il s'agit typiquement d'une tringleuse telle qu'illustrée sur la figure 1, qui est utilisée classiquement pour le nettoyage à haute pression de tuyauteries, et notamment des tubes d'échangeurs thermiques.

[0014] Les repères orthogonaux de référence (x₀, y₀, z₀) et de comparaison (x₁, y₁, z₁), associés respectivement à la plaque support et au charriot, sont des repères virtuels, pouvant être chacun matérialisés par un objet cible apte à émettre ou réfléchir de la lumière, facile à repérer dans l'espace, par exemple par une caméra.

[0015] Ainsi, on pourra avantageusement selon l'invention utiliser :

• un premier objet cible comprenant quatre points cibles lumineux émettant (points cibles actifs) ou étant aptes à réfléchir de la lumière (points cibles passifs), ce premier objet cible étant disposé sur la plaque support de manière que ses quatre points cibles constituent ledit repère orthogonal de référence (x₀, y₀, z₀), et
• un deuxième objet cible comprenant quatre points cibles lumineux émettant (points cibles actifs) ou étant aptes à réfléchir de la lumière (points cibles passifs), ce deuxième objet cible étant disposé sur le charriot mobile de manière que ses quatre points cibles constituent ledit repère orthogonal de comparaison (x₁, y₁, z₁).

[0016] Pour réaliser le procédé selon l'invention, on doit réaliser les étapes suivantes :

A. prise d'une image réelle, par une caméra, de la disposition des orifices d'entrée ou de sortie au niveau de la plaque support, la caméra étant déportée par rapport au centre de la plaque support ;

B. envoi de ladite image réelle à un premier calculateur qui identifie la forme et la position desdits orifices selon le repère (x₀, y₀, z₀) ainsi que leur éventuelle obstruction ;

C. calibration du repère de comparaison (x₁, y₁, z₁) par rapport au repère de référence (x₀, y₀, z₀) pour permettre l'obtention en temps réel de la position de ladite lance par rapport aux orifices ;

D. à partir de ladite image réelle, calcul, par un calculateur, d'un parcours optimal de positionnement de la canne pour réaliser le nettoyage de l'ensemble des tubes dont les orifices présentent ledit premier marquage visuel, en fonction de leur disposition dans le repère (x₀, y₀ z₀), du calibrage entre les repères de référence (x₀, y₀ z₀) et de comparaison (x₁, y₁ z₁) et du nombre de cannes de nettoyage que comporte ledit dispositif de nettoyage, ledit parcours optimal définissant par un ordre de succession des déplacements D_ca de la canne selon les axes x₁ et y₁ entre lesquelles au moins deux déplacements D_ch du chariot selon l'axe z₁ ont lieu pour nettoyer les tubes représentés par leurs orifices comprenant le premier marquage sur l'image augmentée ;

E. Affichage dudit parcours optimal proposé et de ladite image augmentée sur un écran de visualisation ;

F. Réalisation, par un opérateur et/ou par un automate piloté par un algorithme d'une étape de nettoyage E_net comprenant les sous-étapes :

• F1) déplacements D_ca de la canne selon les axes x₁ et y₁, de manière que ladite canne soit disposée en face d'un tube à nettoyer représenté par son orifice comprenant le premier marquage sur l'image augmentée°;
• F2) un premier déplacement D_ch de la canne selon l'axe z₁, au travers dudit premier orifice pour nettoyer le tube ;
• F3) une fois ledit tube nettoyé, un deuxième déplacement D_ch selon l'axe z₁ de ladite canne permettant le retrait hors dudit orifice ; puis

G. Répétition des étapes D à F jusqu'à réalisation de l'ensemble des étapes de nettoyage E_net prévues par le parcours optimal.

[0017] La première étape du procédé selon l'invention est l'étape A de prise d'une image réelle des orifices d'entrée ou de sortie au niveau de la plaque support. On utilise pour cela de préférence une caméra à haute résolution, par exemple une caméra numérique monochrome à 16 Méga Pixels (4096 x 4096).

[0018] On pourra avantageusement utiliser une caméra proche infra-rouge équipée d'un filtre optique, avec un éclairage émettant dans le proche infra-rouge.

[0019] La caméra doit être déportée par rapport au centre de la plaque support de manière à pouvoir photographier l'ensemble de la plaque support de manière à obtenir une image complète de la plaque support sans être gênée par le dispositif de nettoyage. Toutefois, il faut veiller à ce que le centre de la caméra ne soit pas trop éloigné du centre la plaque pour éviter tout problème de traitement d'image. Enfin, il peut être aussi intéressant pour de multiples raisons (projections d'eau, montage sur tête de nettoyage difficile...) de déplacer latéralement la caméra de sorte à ce qu'elle ne soit pas dans un plan parallèle à celui de la plaque. Dans ce cas, il faudra veiller nécessairement à ce que l'angle formé par l'axe optique de la caméra et l'axe orthogonal à plaque support permette à la caméra de filmer l'ensemble de la plaque. De préférence, cet angle pourra être compris entre 30° et 45°.

[0020] La deuxième étape du procédé selon l'invention est l'étape B d'envoi de l'image réelle à un premier calculateur qui identifie la forme et la position des orifices (selon le repère (x₀, y₀, z₀), ainsi que leur éventuelle obstruction. Cet envoi peut se faire par exemple par voie filaire ou par voie d'ondes radioélectriques.

[0021] Avant qu'un calculateur ne procède au calcul et à l'affichage du parcours optimal (respectivement étapes F et G), il est important que le repère de comparaison (x₁, y₁, z₁) associé au charriot soit calibré (étape E) par rapport au repère de référence (x₀, y₀, z₀) associé à ladite plaque support pour permettre l'obtention en temps réel de la position de la lance par rapport aux orifices. La phase de calibration consiste à venir positionner les cannes suivant les quatre points cardinaux par rapport à l'échangeur et capturer une mesure à chaque position. En entrant ensuite la géométrie des différents tubes, le système est auto-calibré et est capable de connaitre la position que doit avoir le repère de comparaison (x₁, y₁, z₁) vis-à-vis du repère de référence (x₀, y₀, z₀). La géométrie des différents tubes peut provenir d'informations saisies par l'opérateur à l'aide d'outils simples en utilisant une image par exemple et/ou de la détection automatique des tubes. Il est alors possible de projeter sur l'image réelle ou augmentée la position courante des cannes.

[0022] A partir de ladite image réelle, un calculateur calcule (étape D) un parcours optimal de positionnement de la canne pour le nettoyage des tubes dont les orifices présentent le premier marquage visuel, en fonction de leur disposition dans le repère (x₀, y₀ z₀), du calibrage entre les repères de référence (x₀, y₀ z₀) et de comparaison (x₁, y₁ z₁) et du nombre de cannes de nettoyage que comporte ledit dispositif de nettoyage. Ce parcours optimal définit un ordre de succession des déplacements D_ca de la canne selon les axes x₁ et y₁ du repère de comparaison, entre lesquelles au moins deux déplacements D_ch du charriot selon l'axe z₁ (en d'autres termes, au moins un aller-et retour par rapport au point de départ du charriot) ont lieu pour nettoyer les tubes marqués sur l'image augmentée.

[0023] Ce parcours optimal, ainsi que l'image augmentée avec les orifices marqués, sont affichés (étape E) sur un écran de visualisation.

[0024] Lors de l'étape F, la réalisation d'une étape de nettoyage E_net peut être réalisée par un opérateur (mode entièrement manuel) et/ou par un automate piloté par un algorithme (mode automatique ou semi-automatique comme suit :

∘ F1) déplacements D_ca de la canne selon les axes x₁ et y₁, de manière que la canne soit disposée en face d'un tube à nettoyer représenté par son orifice comprenant le premier marquage sur l'image augmentée ;

∘ F2) un premier déplacement D_ch de la canne selon l'axe z₁, au travers du premier orifice pour nettoyer le tube ;

∘ F3) une fois ledit tube nettoyé, un deuxième déplacement D_ch selon l'axe z₁ de ladite canne permettant le retrait hors de l'orifice.

[0025] Les étapes D à F sont répétées (étapes G) jusqu'à réalisation de l'ensemble des étapes de nettoyage E_net prévues par le parcours optimal. Ces étapes ne doivent pas nécessairement être réalisées dans l'ordre prévu par le parcours optimal. Si les étapes de nettoyage ne sont pas réalisées dans l'ordre, le deuxième calculateur recalcule à chaque étape le parcours optimal.

[0026] Dans le cas d'un mode de nettoyage manuel, il est possible de ne pas suivre le parcours optimal. Ce n'est pas possible si le nettoyage est réalisé par un automate piloté par un algorithme. Ces modes sont expliqués ci-après.

[0027] Selon le mode de réalisation manuel, l'opérateur pilote la totalité des déplacements D_ca et D_ch de la canne au cours de l'étape de nettoyage E_net, en suivant ou non l'ordre de succession des déplacements D_ca de la canne 11 défini par ledit parcours optimal. Dans un tel mode de réalisation, l'ensemble des déplacements D_ca de la canne prévus par le parcours optimal est réalisé par l'opérateur, selon un ordre de succession qui peut être différent de celui que définit le parcours optimal. Dans ce cas (ordre de succession différent du parcours optimal), un calculateur pourra indiquer effectivement à l'opérateur la dérive en temps réel de la canne par rapport au parcours optimal. Bien évidemment, l'opérateur peut choisir de réaliser l'ensemble des déplacements D_ca de la canne selon l'ordre de succession défini par le parcours optimal.

[0028] En pratique, dans le mode manuel, l'opérateur positionne le repère orthogonal de comparaison (x₁, y₁, z₁) par rapport au repère orthogonal de référence (x₀, y₀, z₀), de manière que ladite lance (11) soit disposée en face d'un orifice à nettoyer choisi par l'opérateur, en se basant sur l'image augmentée et en tenant compte ou non du parcours optimal proposé. Un calculateur (en l'occurrence celui qi indiqué à l'opérateur la dérive en temps réel de la canne par rapport au parcours optimal) vérifie en continu l'alignement du centre de l'orifice avec l'axe de symétrie de la canne. Tant que l'alignement n'est pas atteint, ce calculateur renvoie vers l'écran de visualisation une information de non-alignement et l'opérateur peut corriger en permanence le positionnement et la vérification de l'alignement.

[0029] Selon le mode de réalisation semi-automatique, les déplacements D_ca de la canne selon les axes x₁ et y₁ sont réalisés par un automate piloté par un algorithme en suivant l'ordre défini par ledit parcours optimal, tandis qu'un opérateur effectue manuellement les déplacements D_ch de la canne selon l'axe z₁. Dans un tel mode de réalisation, l'automate piloté par algorithme doit attendre que l'opérateur réalise les déplacements D_ch avant de commencer les déplacements D_ca de l'étape de nettoyage suivant E_net+1.

[0030] Pour faciliter le positionnement manuel des lances en face des orifices, il est possible d'envisager un zoom numérique dans le flux d'images provenant de la caméra.

[0031] Pour les modes de réalisation manuel et semi-automatique, l'opérateur a besoin du parcours optimal affiché sur l'écran de visualisation.

[0032] Dans ce cas, il peut être avantageux que l'image réelle soit augmentée. Dans ce cas, il peut être avantageux que l'image réelle soit corrigée, de manière à fournir une image redressée avant d'être envoyée audit premier calculateur pour générer une image augmentée. Cette correction peut par exemple être réalisée par traitement d'image et à l'aide de marqueurs positionnés sur la plaque support. Une telle correction présente un intérêt lorsque l'image est prise avec un fort effet de perspective par une caméra déportée latéralement par rapport au centre de l'échangeur.

[0033] Une fois l'image redressée reçue par le premier calculateur, ce dernier, génère à partir de l'image réelle (étape B'), éventuellement préalablement redressée, une image augmentée comprenant un premier marquage visuel des orifices des tubes à nettoyer (orifices marqués). Cette image augmentée est ensuite envoyée à un deuxième calculateur (étape B''), qui calcule ensuite, lors de l'étape D le parcours optimal de positionnement à partir de ladite image réelle. Cet envoi peut également se faire par exemple par voie filaire ou par voie d'ondes radioélectriques.

[0034] De manière avantageuse, l'image augmentée générée à l'étape B') peut comprendre, outre le premier marquage visuel, un deuxième marquage visuel montrant les tubes ne devant pas être nettoyés. Il s'agit typiquement de tubes condamnés, par exemple par une pièce métallique ajoutée préalablement.

[0035] En mode automatique, il n'y a pas de besoin d'affichage du parcours optimal à l'opérateur.

[0036] Selon un troisième mode de réalisation du procédé selon l'invention, entièrement automatique, un automate piloté par un algorithme peut réaliser les déplacements (D_ca) de la canne selon les axes x₁ et y₁ en suivant l'ordre défini par ledit parcours optimal, ainsi que les déplacements D_ch de la canne selon l'axe z₁. En mode automatique, il n'y a pas de besoin d'affichage du parcours optimal à l'opérateur, et donc il n'y a pas non plus besoin de redressement.

[0037] En pratique, dans les modes automatique et semi-automatique, l'automate positionne le repère orthogonal de comparaison (x₁, y₁, z₁) par rapport au repère orthogonal de référence (x₀, y₀, z₀), de manière que la lance soit disposée en face d'un orifice marqué et défini par le parcours optimal défini par le deuxième calculateur

[0038] De manière avantageuse, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre, après chaque étape G, une étape supplémentaire d'interaction de l'opérateur ou du deuxième calculateur avec l'image augmentée.

[0039] Par interaction, on entend, au sens de la présente invention, l'ajout d'informations optionnelles pouvant aider l'opérateur ou le deuxième calculateur, pour former une nouvelle image augmentée servant de référence lors de la réalisation d'une nouvelle étape G en vue du nettoyage d'un nouvel orifice. Ces informations optionnelles peuvent typiquement comprendre tout type d'information que souhaite capitaliser l'opérateur en charge du nettoyage des tubes et qui peuvent être compilables dans le procès-verbal de nettoyage à la fin de l'opération : par exemple, l'indication des trous condamnés, ou des trous dont le nettoyage n'a pas pu être réalisé correctement et qui nécessite un nettoyage avec une autre canne, ou encore l'historique des différentes étapes de nettoyage réalisées. La nouvelle image augmentée modifiée peut être stockée en vue de garantir la traçabilité du processus en représentant l'état initial de l'échangeur avant chaque traitement (étapes E à I).

[0040] D'autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées et aux exemples correspondants :

• Les figures 1A et 1B sont des photographies représentant un premier exemple d'échangeur thermique à nettoyer comprenant des tubes en U horizontaux encastrés et débouchant dans une plaque support verticale ;
• La figure 1C est une photographie représentant l'échangeur thermique des figures 1A et 1B et un premier exemple de dispositif de nettoyage tel que mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention et consistant en une tringleuse munie d'une canne rigide de nettoyage ;
• Les figures 2A à 2C sont des représentations schématiques d'un deuxième exemple dispositif de nettoyage et d'un deuxième exemple d'échangeur thermique, dans lesquelles la caméra est disposée de manière déportée par rapport au centre de la plaque support en étant disposée au-dessus de la canne de nettoyage ;
• La figure 2D est une photographie du dispositif de nettoyage et de l'échangeur thermique des figures 1A à 1C, sur laquelle la caméra a été représentée schématiquement au-dessus de la canne de nettoyage, conformément à la disposition schématique des figures 2A à 2C ;
• La figure 2E est une photographie d'un troisième exemple de dispositif de nettoyage et d'un troisième exemple d'échangeur thermique, sur laquelle la caméra a été représentée schématiquement au-dessus de la canne de nettoyage, conformément à la disposition schématique des figures 2A à 2C ;
• Les figures 3A à 3C sont des représentations schématiques du deuxième dispositif de nettoyage et du deuxième échangeur thermique, sur lesquelles la caméra est disposée de manière déportée par rapport au centre de la plaque support en étant disposée latéralement par rapport à la plaque support de l'échangeur ;
• La figure 3D est une photographie de l'échangeur thermique et dispositif de nettoyage des figures 1A à 1C, sur laquelle la caméra a été représentée schématiquement latéralement par rapport au centre de la plaque support de l'échangeur, conformément à la disposition schématique des figures 3A à 3C ;
• La figure 3E est une photographie du troisième exemple de dispositif de nettoyage et du troisième exemple d'échangeur thermique, sur laquelle la caméra a été représentée schématiquement latéralement par rapport au centre de la plaque support de l'échangeur, conformément à la disposition schématique des figures 3A à 3C ;
• Les figures 4A et 4B sont des images augmentées générées par un calculateur, conformément au procédé selon l'invention, montrant une plaque support avec des orifices munis d'un et deux marquages visuels, respectivement ;
• La figure 5A est une photographie du dispositif de nettoyage et de l'échangeur thermique des figures 1A à 1C et 3D, montrant une caméra (réelle et non schématique) positionnée latéralement à environ 1 m du centre de la plaque support, conformément à la disposition schématique des figures 3A à 3C ;
• La figure 5B est une photographie prise par la caméra de la figure 5A de la plaque support de l'échangeur thermique, tandis que la figure 5C montre cette même photographie une fois redressée ;
• La figure 6A représente schématiquement un objet cible à quatre points cibles lumineux ou réfléchissants destiné à être disposé sur la plaque support ou la canne, pour servir de repère orthogonal de référence ou de comparaison, respectivement ;
• La figure 6B est une simulation de ce que serait l'image acquise de l'échangeur thermique et du dispositif de nettoyage des figures 1A à 1C munis chacun de l'objet cible de la figure 6A, avec un éclairage dans le proche infrarouge à une longueur d'onde de 850 nm en utilisant un filtre spectral sur cette longue d'onde au niveau de la caméra.

[0041] Un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est décrit ci-après à l'aide des figures 1A à 6B, sur lesquelles les éléments identiques sont identifiés par des références numériques identiques.

[0042] L'échangeur thermique 2, représenté sur les figures 1A à 1C, est un échangeur comprenant des tubes 21 en U horizontaux encastrés et débouchant dans une plaque support 22 verticale, au niveau de leurs orifices d'entrée 211 ou de sortie 212 (plus clairement visibles sur les figures 4A à 5C). En ce qui concerne plus particulièrement le dispositif de nettoyage 1 utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il consiste en une tringleuse 1 munie d'une canne 11 rigide de nettoyage, dont l'une des extrémités 111 est guidée en translation par un support 12 et destinée à être introduite à l'intérieur des tubes 21 de l'échangeur 2 pour les nettoyer. La canne 11 est disposée horizontalement sur un charriot 3 (visible sur les figures 1B et 1C), qui est mobile en translation horizontalement selon un premier axe parallèle à l'axe de symétrie de la canne 11, et selon un deuxième axe perpendiculaire à l'axe de symétrie de la canne 11, et mobile en translation verticalement selon un troisième axe perpendiculaire à l'axe de symétrie de la canne 11.

[0043] On associe virtuellement un repère orthogonal de référence (x₀, y₀, z₀) direct et tridimensionnel à la plaque support 22, de manière que ses axes x₀ et y₀ soient contenus dans le plan de plaque 22 (ou dans un plan qui lui est parallèle) et son axe z₀ soit sensiblement horizontal. De même, on associe virtuellement un repère orthogonal de comparaison (x₁, y₁, z₁) direct et tridimensionnel au charriot 3, de manière que son axe z₁ soit parallèle à l'axe de symétrie de ladite canne 11, comme illustré sur les figures 2A, 2B, 4B, 5A et 5B. La position du charriot lors d'un mouvement de translation vers la plaque support 22 est définie par la côte z₁ par rapport à une position initiale du charriot avant déplacement définie par la côte z₁=0.

[0044] Outre la canne rigide 11 de nettoyage disposée sur le charriot 3, le dispositif de nettoyage selon l'invention comporte en outre les composants suivants :

• un éclairage IR pour minimiser la dépendance de la qualité des images aux conditions extérieures,
• une caméra 4 haute résolution, et
• une station de traitement informatique assurant l'interface entre la caméra 4 et un support pour la visualisation (écran ou tablette non représentée sur les figures), par exemple par voie filaire ou par voie d'ondes radioélectriques (via une connexion WIFI ou bluetooth notamment).

[0045] Ces composants sont choisis pour fonctionner en environnement extérieur.

[0046] Par ailleurs, pour s'affranchir de la lumière ambiante non maitrisée, on utilisera avantageusement, un éclairage dédié et un filtrage spectral au niveau de la caméra (Ex NIR @ 850 nm) (non-visible à l'oeil nu, mais visible par la caméra), conduisant à l'obtention d'une image monochrome. On utilisera avantageusement une caméra numérique monochrome 16 Mpixel (4096x4096) permettant d'obtenir une image réelle avec une résolution spatiale inférieure à 1 mm/pixel.

[0047] Les figures 2A à 2C et 3A à 3C sont des représentations graphiques schématiques d'un deuxième exemple de dispositif de nettoyage et d'un deuxième exemple d'échangeur thermique, sur lesquelles la caméra est déportée par rapport au centre de la plaque support, en étant disposée au-dessus de la canne de nettoyage.

[0048] Ces représentations graphiques sont en fait des maquettes tridimensionnelles réalisées par le logiciel CAO « SolidWorks » illustrant la déportation de la caméra 4 par rapport au centre de l'échangeur thermique 2.

[0049] En particulier, les figures 2A à 2C montrent un mode de réalisation du procédé selon l'invention selon lequel la caméra 4 est déportée par rapport au centre de la plaque support en étant disposée au-dessus de la canne 11 de nettoyage. Dans une telle configuration, la position de la caméra 4 de nettoyage est fixe et protégée (des projections liquides et des déchets sortant des tubes 21 lors de leur nettoyage). En outre, la caméra 4 est centrée sur la plaque support 22, ce qui permet de réduire les effets de perspective et de réduire la sensibilité au soleil.

[0050] Les figures 3A à 3C montrent un mode de réalisation du procédé selon l'invention selon lequel la caméra 4 est déportée par rapport au centre de la plaque support en étant disposée latéralement par rapport au centre la plaque support de l'échangeur. Dans ce cas, il faudra veiller nécessairement à ce que l'angle formé par le plan de la caméra 4 et la plaque support 22 permette à la caméra 4 de filmer l'ensemble de la plaque 22, pour éviter l'inconvénient généré par une trop forte perspective.

[0051] Dans le cas d'un positionnement latéral de la caméra 4 à environ 1 m du centre de la plaque support, comme montré par la photographie de la figure 5A, l'image réelle 50 prise par cette caméra 4 montre un fort effet de perspective, comme montré par la figure 5B. Cet effet peut être corrigé de manière semi-automatique en recherchant des points caractéristiques connus, par exemple des points appartenant à un cercle et/ou des marqueurs physiques 5 positionnés par l'opérateur, comme illustré par la figure 5C : on obtient alors une image redressée 51.

[0052] Avec une visualisation redressée telle que montrée par la figure 5C il, est possible pour un opérateur :

• d'archiver l'image avant, pendant et après l'opération de nettoyage (traçabilité), et/ou
• d'annoter l'image pour indiquer par exemple les zones à ne pas traiter (tubes bouchés) et ou commentaires, et/ou
• d'aider au positionnement des tubes (à valider sur site par un essai), et/ou
• de suivre l'avancement des tubes traités (par exemple à l'aide d'un tracé au doigt sur les tubes pendant qu'ils sont en cours de traitement, étant donné que pendant le nettoyage la caméra ne voit rien car le volet de protection est fermé).

[0053] A partir des images réelles haute résolution 50 ainsi obtenues (entre 0.5 et 1mm/pixel), éventuellement redressées 51, et avec l'utilisation de l'éclairage NIR assurant une certaine indépendance par rapport à l'ambiant, un premier calculateur génère des images monochromes haute résolution (images augmentées), utilisables pour la détection automatique des tubes et des bouchons.

[0054] Compte tenu de la grande disparité des échangeurs thermiques et sans connaissance de l'état de surface avant nettoyage (par exemple des trous obstrués avec un matériau plutôt clair), l'algorithme de recherche des tubes du procédé selon l'invention s'appuiera sur le fait que la lumière ne pénètre pas ou peu dans les tubes et donc le traitement recherchera des minimums locaux dans l'image.

[0055] Pour améliorer cette étape du procédé de l'invention, il est avantageux de coller des pastilles réfléchissantes 5 de taille connue (au moins 3) sur une face de l'échangeur (points coplanaires), comme illustré sur les figures 4A, 4B, 5B, 5C. Ces pastilles ont essentiellement trois fonctions, à savoir :

• délimiter une région circulaire 51 passant par trois pastilles, et assurant que la recherche des tubes soit réalisée à l'intérieur de cette région,
• permettre au système de s'auto-calibrer (intensité et calibration spatiale), et
• faciliter la correction perspective.

[0056] Les images augmentées 52 générées par le premier calculateur comprennent un premier marquage 210 visuel des orifices des tubes à nettoyer (orifices marqués) : sur la figure 4A, le contour des tubes à nettoyer est surligné d'un trait d'une première couleur. Les images augmentées 52 peuvent également comprendre, outre le premier marquage visuel, un deuxième marquage visuel 213 montrant les tubes ne devant pas être nettoyés : sur la figure 4B, le contour des tubes déjà nettoyés est surligné d'un trait de couleur différente.

[0057] Pour compléter le système de visualisation déportée précédemment décrit, et permettre le positionnement automatique de la tringleuse vis-à-vis des orifices des tubes 21, on pourra avantageusement utiliser des objets modèles dont la géométrie est connue, et dont on cherchera à détecter la position et l'orientation sur des images prises avec un éclairage de longueur d'onde connue (préférablement dans le proche infrarouge à 850 nm) et un filtre spectral sur cette longueur d'onde au niveau de la caméra.

[0058] Plus particulièrement, à titre d'objets modèles, on pourra avantageusement utiliser deux objets cibles lumineux 6, 7 :

• un premier objet cible 6 à quatre points cibles lumineux 61, 62, 63, 64 est disposé solidairement sur la plaque support 22 de manière que ses quatre points cibles 61, 62, 63, 64 constituent le repère orthogonal de référence (x₀, y₀, z₀), et
• un deuxième objet cible 7 à quatre points cibles lumineux 71, 72, 73, 74 est disposé solidairement sur le charriot mobile 3 de manière que ses quatre points cibles 71, 72, 73, 74 constituent le repère orthogonal de comparaison (x₁, y₁, z₁).

[0059] De tels objets cibles sont schématiquement représentés sur la figure 6A.

[0060] Ces objets 6, 7 sont composés de points cibles 61, 62, 63, 64, ou 71, 72, 73, 74, qui sont soit passifs (aptes à réfléchir de la lumière), soit actifs (émettant de la lumière, par exemple des LEDs).

[0061] Les points cibles 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74 réfléchissent la lumière provenant de la même direction que l'axe de vue de la caméra 4. Seule la lumière rétrodiffusée par les cibles 6, 7 est captée par la caméra 4.

[0062] Un éclairage de longueur d'onde connue (par exemple dans le proche infrarouge à 850nm) et un filtre spectral sur cette longueur d'onde au niveau de la caméra permettent de s'affranchir des changements d'ambiance lumineuse (par exemple les effets du soleil).

[0063] Un exemple d'image obtenue par un tel système est montré sur la figure 6B, montrant deux objets cibles 6, 7 contenant chacun 4 points cibles. Elle présente un caractère binaire assurant une très grande robustesse du traitement, quelle que soit la nature des objets visualisés.

[0064] En pratique, à l'aide de la caméra 4, un repérage et une mesure 3D de la position des 2 objets cibles 6, 7 sont réalisés (figure 6B). Ce qui donne, par différentes transformations géométriques, la position relative du chariot par rapport à l'échangeur (ou inversement).

[0065] Il est entendu, dans le cadre de la présente invention, qu'une même caméra peut être utilisée pour la détection des orifices des tubes et pour celle des objets cibles. Mais, il est également possible d'utiliser deux caméras distinctes.

[0066] Par un mécanisme de calibration et de construction du modèle initial, il est possible ensuite de construire un modèle 3D des positions des orifices 211, 212 des tubes 21 de l'échangeur 2 afin d'aider l'utilisateur ou l'automate dans le positionnement du dispositif de nettoyage par rapport à la plaque support 22 de l'échangeur 2.

Positionnement et calibration

[0067] L'avantage de l'utilisation d'objets cibles 6, 7 est qu'il n'existe pas de forte contrainte pour le positionnement de la canne 11 à partir du moment où les deux objets cibles 6, 7 sont dans le champ de vue de la caméra.

[0068] Les objets cibles 6, 7 peuvent être protégés des éclaboussures par leurs positionnements. Ces objets doivent simplement être solidaires des matériels (échangeur 2, ou charriot 3) sur lesquels ils sont positionnés.

[0069] Le déploiement d'un tel système est rapide (moins de 15 minutes). Si l'échangeur 2 bouge pendant le nettoyage, la caméra le repérera, fournira une alerte et pourra même lors d'un déplacement raisonnable (de quelques centimètres) procéder à une correction de l'alignement, que ce soit pour l'opérateur en mode manuel ou semi-automatique, ou pour le dispositif de calcul de la trajectoire des lances dans un mode complètement automatique (notion de recalibrage continu de l'alignement quel que soit le mouvement d'un élément par rapport à un autre).

[0070] En pratique, la phase de calibration consiste à venir positionner les tringles suivant les 4 points cardinaux par rapport à l'échangeur 2 et capturer une mesure à chaque position. En entrant ensuite la géométrie des différents tubes 21, le système est auto-calibré et est capable de connaitre la position que doit avoir le modèle pour être en vis-à-vis des tubes 21. Cette géométrie peut provenir d'informations saisies par l'opérateur à l'aide d'outils simples en utilisant une image par exemple et/ou la détection automatique des tubes 21. Il est alors possible de projeter sur un maillage de tubes virtuels ou réels (image provenant de l'autre système) la position courante des tringles 1.

Revendications

1. Procédé de guidage d'un dispositif de nettoyage (1) à haute pression en vue du nettoyage de l'intérieur des tubes (21) d'un échangeur thermique (2) à faisceaux de tubes (21) sensiblement rectilignes qui n'est pas solidaire du dispositif de nettoyage (1),

• lesdits tubes (21) étant encastrés dans une plaque support (22) sensiblement perpendiculaire auxdits tubes (21), au niveau de leurs orifices d'entrée (211) et de sortie (212), et

• ledit dispositif de nettoyage (1) comprenant au moins une canne rigide (11) de nettoyage, dont l'une des extrémités (111) est guidée en translation par un support (12) et est destinée à être introduite à l'intérieur desdits tubes (21) pour les nettoyer, ladite canne (11) étant disposée, de manière sensiblement horizontale, sur un charriot (3) mobile en translation horizontalement selon un premier axe parallèle à l'axe de symétrie de ladite canne (11) et selon un deuxième axe perpendiculaire audit axe de symétrie de ladite canne (11), et mobile en translation verticalement selon un troisième axe perpendiculaire à l'axe de symétrie de ladite canne (11) ;

• un repère orthogonal de référence (x₀, y₀, z₀) direct et tridimensionnel étant associé à ladite plaque support (22), de manière que ses axes x₀ et y₀ soient contenus dans un plan vertical sensiblement parallèle à ladite plaque (22) et son axe z₀ soit sensiblement horizontal ;

• un repère orthogonal de comparaison (x₁, y₁, z₁) direct et tridimensionnel étant associé audit charriot (3), de manière que son axe z₁ soit parallèle à l'axe de symétrie de ladite canne (11), la position du charriot lors d'un mouvement de translation vers ladite plaque support (22) étant définie par la côte z₁ par rapport à une position initiale du charriot avant déplacement définie par la côte z₁=0 ;

ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

A. prise d'une image réelle (50), par une caméra (4), de la disposition desdits orifices d'entrée (211) ou de sortie (212) au niveau de ladite plaque support (22), ladite caméra (4) étant déportée par rapport au centre de la plaque support (22) ;

B. envoi de ladite image réelle (50) à un premier calculateur qui identifie la forme et la position desdits orifices (211, 212) selon le repère (x₀, y₀, z₀) ainsi que leur éventuelle obstruction ;

C. calibration du repère de comparaison (x₁, y₁, z₁) par rapport au repère de référence (x₀, y₀, z₀) pour permettre l'obtention en temps réel de la position de ladite lance (11) par rapport aux orifices (211, 212) ;

D. à partir de ladite image réelle (52), calcul, par un calculateur, d'un parcours optimal de positionnement de la canne (11) permettant le nettoyage de l'ensemble des tubes dont les orifices (211, 212) présentent ledit premier marquage visuel (210), en fonction de leur disposition dans le repère (x₀, y₀ z₀), du calibrage entre les repères de référence (x₀, y₀ z₀) et de comparaison (x₁, y₁ z₁) et du nombre de cannes (11) de nettoyage que comporte ledit dispositif de nettoyage (1), ledit parcours optimal définissant un ordre de succession des déplacements (D_ca) de la canne (11) selon les axes x₁ et y₁ entre lesquelles au moins deux déplacements (D_ch) du chariot selon l'axe z₁ ont lieu pour nettoyer les tubes (21) représentés par leurs orifices (211, 212) comprenant le premier marquage (210) sur l'image augmentée (52) ;

E. Affichage dudit parcours optimal proposé et de ladite image augmentée (52) sur un écran de visualisation ;

F. Réalisation, par un opérateur et/ou par un automate piloté par un algorithme d'une étape de nettoyage E_net comprenant les sous-étapes :

a. F1) déplacements (D_ca) de la canne (11) selon les axes x₁ et y₁, de manière que ladite canne (11) soit disposée en face d'un tube (21) à nettoyer représenté par son orifice (211, 212) comprenant le premier marquage (210) sur l'image augmentée (52);

b. F2) un premier déplacement D_ch de la canne (11) selon l'axe z₁, au travers dudit premier orifice (211, 212) pour nettoyer le tube (21) ;

c. F3) une fois ledit tube (21) nettoyé, un deuxième déplacement D_ch selon l'axe z₁ de ladite canne (11) permettant le retrait hors dudit orifice (211, 212) ; puis

G. Répétition des étapes D à F jusqu'à réalisation de l'ensemble des étapes de nettoyage E_net prévues par le parcours optimal.

2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel un opérateur pilote la totalité des déplacements (D_ca) et (D_ch) de la canne (11) au cours de l'étape de nettoyage E_net, en suivant ou non l'ordre de succession des déplacements (D_ca) de la canne (11) défini par ledit parcours optimal.

3. Procédé selon la revendication 1, selon lequel :

- un automate piloté par un algorithme réalise les déplacements (D_ca) de la canne (11) selon les axes x₁ et y₁ en suivant l'ordre défini par ledit parcours optimal,

- tandis qu'un opérateur réalise les déplacements D_ch de la canne (11) selon l'axe z₁),

ledit automate piloté par algorithme attendant que l'opérateur réalise les déplacements D_ch avant de commencer les déplacements D_ca de l'étape de nettoyage suivant E_net+1.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, comprenant en outre les étapes suivantes, entre les étapes B et C :

- B') génération par ledit premier calculateur, à partir de l'image réelle (50), d'une image augmentée (52) comprenant un premier marquage visuel (210) des orifices (211, 212) des tubes (21) à nettoyer ;

- B") envoi de ladite image augmentée (52) à un deuxième calculateur, qui calcule ensuite, lors de l'étape D le parcours optimal de positionnement à partir de ladite image réelle (52).

5. Procédé selon la revendication 4, selon lequel l'image augmentée (52) générée à l'étape B') comprend, outre le premier marquage visuel (210) des orifices (211, 212) des tubes (21) à nettoyer, un deuxième marquage visuel (213) des tubes (21) ne devant pas être nettoyés.

6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, selon lequel l'image réelle (50) est corrigée de manière à fournir une image redressée (51) avant d'être envoyée audit deuxième calculateur pour générer une image augmentée (52).

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, comprenant en outre, après chaque étape G, une étape supplémentaire d'interaction de l'opérateur ou du deuxième calculateur avec l'image augmentée (51).

8. Procédé selon la revendication 1, selon lequel un automate piloté par un algorithme réalise les déplacements (D_ca) de la canne (11) selon les axes x₁ et y₁ en suivant l'ordre défini par ledit parcours optimal, ainsi que les déplacements Dch de la canne (11) selon l'axe z₁.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, selon lequel l'image réelle (50) est prise par une caméra infrarouge ou proche infrarouge équipée d'un filtre optique, avec un éclairage infrarouge ou proche infrarouge.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel on utilise :

• un premier objet cible (6) comprenant quatre points cibles lumineux (61, 62, 63, 64) émettant ou étant aptes à réfléchir de la lumière, ledit premier objet cible (6) étant disposé sur la plaque support (22) de manière que ses quatre points cibles (61, 62,63, 64) constituent ledit repère orthogonal de référence (x₀, y₀, z₀), et

• un deuxième objet cible (7) comprenant quatre points cibles lumineux (71, 72, 73, 74) émettant ou étant aptes à réfléchir de la lumière, ledit deuxième objet cible (7) étant disposé sur le charriot mobile (3) de manière que ses quatre points cibles (71, 72, 73, 74) constituent ledit repère orthogonal de comparaison (x₁, y₁, z₁) .

Dessins