Inšpekčné roboty si zarábajú tam, kde sa ľudia len tak ľahko nedostanú: vnútri živých potrubí, kanalizačných potrubí, balastných nádrží, HVAC potrubí, krytov turbín a uzavretých procesných zariadení. Takmer každá z týchto platforiem sa spolieha aspoň na jednu otočnú pod-zostavu - s naklápacou-hlavou kamery, vežičku snímacieho senzora, cievku pripútacieho kábla alebo robotický kĺb -, ktorý musí neustále dodávať energiu a signál a pritom sa neustále otáčať.
Komponent, ktorý to potichu umožňuje, je zberací krúžok. Pomýlite si to a robot stratí kontrolu videa-, zasekne sa popruh alebo sa kamera zasekne, pretože otočné rozhranie pridáva príliš veľa krútiaceho momentu. Urobte to správne a zberný krúžok sa stane neviditeľným -, čo je cieľom.
Táto príručka je napísaná z pohľadu inžinierstva aplikácie zberných krúžkov. Zaoberá sa tým, čo vlastne musia robiť kompaktné zberné krúžky vo vnútri inšpekčného robota, ako ich špecifikovať podľa modulu a prostredia a aké parametre rozhodujú o tom, či jednotka prežije v teréne.
Prečo kontrolné roboty potrebujú kompaktné klzné krúžky
Inšpekčné roboty sú navrhnuté na základe troch tvrdých obmedzení: malý mechanický obal, plynulý neprerušovaný pohyb a čistý prenos signálu cez otočný kĺb. Priame-káblové riešenie zlyhá vo všetkých troch prípadoch v momente, keď fotoaparát alebo cievka potrebuje viac ako ±180 stupňov zdvihu -, káble sa krútia, meď-stvrdne, tienenie praskne a integrita signálu sa zrúti dlho predtým, ako sa kábel fyzicky zlomí.
Kompaktný zberný krúžok to rieši vytvorením riadeného rotačného elektrického rozhrania medzi pevným telom robota a jeho pohyblivým modulom. Vo vnútri typického prehľadávača alebo potrubného robota sa toto rozhranie zvyčajne nachádza na jednom z týchto miest:
- Pootočenie-hlavy kamier alebo 360° hlavy
- Rotačné senzorové vežičky (LIDAR, ultrazvukové, termálne)
- Navijaky viazacieho kábla namontované na strane operátora
- Robotické ramená, manipulátory, či ovládateľné kĺby
- Prstencové-svetlo alebo osvetľovacie zostavy LED pripojené k otočnej optike
- Slučky kódovača, IMU alebo limit{0}}prepínačov zabudované do veže
Pretože hostiteľský robot má často priemer len 50 – 150 mm, zberný krúžok musí byť dostatočne malý, aby nenafúkol kryt alebo neobmedzil najmenšiu veľkosť potrubia, do ktorej môže robot vstúpiť. Niekoľko milimetrov vonkajšieho priemeru navyše môže znamenať rozdiel medzi prístupom k kanalizačnému vedeniu DN100 a uviaznutím na DN150.
Ako funguje zberací krúžok v inšpekčnom robote
Mechanicky má zberací krúžok stator (pevné kefy alebo vláknité kontakty) a rotor (vodivé krúžky oddelené izolátormi). Keď sa rotor otáča, kefy udržiavajú klzný elektrický kontakt s každým krúžkom, takže každý okruh zostáva nepretržitý bez ohľadu na uhlovú polohu.Prehľad otočných elektrických konektorov od DigiKeyopisuje rovnaké usporiadanie a je dobrým základom, ak je tím v komponente nový.
Vo vnútri inšpekčného robota stator zvyčajne pristane na tele robota, riadiacej doske plošných spojov, zväzku batérie alebo zakončení popruhu. Rotor sa pripája k čomukoľvek, čo sa otáča -, najčastejšie ku kamere, hlavici snímača, krúžku osvetlenia alebo bubnu navijaka. V závislosti od architektúry môže jedna kompaktná jednotka niesť:
- Napájanie kamery, svetiel, motorov alebo ohrievačov
- Analógové signály zo snímačov teploty, plynu alebo napätia
- Digitálne riadiace zbernice (CAN, RS-485, RS-232)
- Kompozitné alebo HD{0}}SDI video
- Ethernet (100Base-TX alebo Gigabit)
- USB 2.0 alebo USB 3.0
- Spätná väzba kódovača a slučky núdzového{0}}zastavenia
Jednoduchá kamera ROV môže potrebovať štyri až šesť okruhov. Pokročilá inšpekčná hlava s HD videom, stmievaním LED, motormi na nakláňanie- a senzorom prostredia dokáže jednoducho zasiahnuť 18 až 24 okruhov v jednom tele kapsuly.
Výber podľa modulu robota
Rôzne rotujúce moduly vo vnútri toho istého robota majú len zriedka rovnaké požiadavky na zberný krúžok. Zaobchádzanie s „klzným krúžkom“ ako s jednou časťou namiesto troch alebo štyroch samostatných problémov s výberom je jednou z najčastejších chýb integrácie.
Otočné hlavy kamier
Dominantným obmedzením je integrita signálu. Prepojenia kamier HD-SDI, LVDS a Ethernet sú citlivé na zmeny odporu kontaktu, takže zberací krúžok by mal špecifikovať smerovanie tienených krútených{2}}dvojíc, oddelené napájacie a signálové kanály a zlaté-zlaté{4}}kontakty pre signály nízkej{5}}úrovne. Akapsulový krúžokso 6 – 12 obvodmi s vonkajším priemerom 12 – 22 mm pokrýva väčšinu hláv kamier s naklápaním-. Pre video vo vyššom rozlíšení sa pozrite na jednotky, ktoré sú výslovne hodnotenéEthernetový prenos cez otočný kĺbnamiesto všeobecných „dátových“ kanálov.
Vežičky snímačov
Hlavy snímačov zvyčajne kombinujú jedno alebo dve napájacie vedenia s niekoľkými nízkonapäťovými{0}} analógovými kanálmi alebo kanálmi RS-485. Na presluchoch záleží viac ako na hrubej šírke pásma. Asignálny zberný krúžok určený pre robotiku, ROV a UAVzvyčajne poskytuje správny počet kanálov a stratégiu tienenia bez platenia za šírku pásma videa, ktorú veža nikdy nevyužije.
Navijaky na viazacie káble
Navíjacie krúžky žijú iným životom. Otáčajú sa pomaly, ale počas životnosti systému akumulujú milióny otáčok a nesú plný výkon a dátový tok. Zvyčajne sa uprednostňujú konštrukcie s priechodným{2}}vrtom, takže hriadeľ navijaka môže prechádzať stredom. Bežné-režimy zlyhania na strane navijaka - nerovnomerné opotrebovanie kefy, tvorba kontaktného filmu-a zlyhanie tesnenia pri umývaní - sú dobre zdokumentované v tejto analýzePríčiny a riešenia poruchy zberného krúžku káblovej cievky.
Robotické kĺby a manipulátory
Spoje často potrebujú dutý stred pre kabeláž a pneumatické alebo hydraulické vedenia. Acez-krúžok s otvoroms veľkosťou otvoru od 5 mm do 50 mm sa hodí pre väčšinu kompaktných konštrukcií manipulátorov. Ak spoj prechádza aj vzduchom alebo tekutinou, hybridná pneumatická-elektrická jednotka spojí dva priechody-do jednej zostavy.
Výber podľa operačného prostredia
Prostredie tvaruje hárok so špecifikáciami aspoň tak ako funkcia modulu. Tri prostredia pokrývajú väčšinu nasadení kontrolných robotov.
Kontrola potrubia a kanalizácie
Očakávajte ponorenie do vody, sírovodík, uhľovodíky, jemnú drvinu a časté oplachovanie vysokým-tlakom. Klzný krúžok potrebuje utesnené káblové výstupy a potvrdený stupeň krytia. Pre väčšinu kanalizačných prehľadávačov je použiteľné minimum IP65 na konci kamery a IP67 alebo IP68 na konci kotúča. IEC presne definuje tieto úrovne vIEC 60529, Stupne ochrany poskytované krytmi- zadanie „vodotesného“ bez pomenovania kódu IP nestačí.
Turbína, kotol a kontrola-vysokej teploty
Teplota a vibrácie poháňajú dizajn. Nad 80 stupňov sa mení materiál kief (grafitové -kovové kompozity alebo kefy zo vzácnych{3}}kovových vlákien), menia sa izolačné živicové systémy a zvyčajne sa odstraňujú mazivá. Vibrácie tiež urýchľujú mikro-trenie na kontakte, takže prítlak kontaktu a geometriu kefy je potrebné znížiť.
Záchranné a nebezpečné{0}environmentálne roboty
Tieto platformy vidia otrasy, prach, dym, tekutiny a nepredvídateľné mechanické zaťaženie. Miera spoľahlivosti je dôležitá viac ako minimálna veľkosť. Špecifikujte vyššiu rotačnú životnosť, ako naznačuje pracovný cyklus, a overte si údaje z testu otrasov a vibrácií, namiesto toho, aby ste sa spoliehali na štandardný technický list.
Kompaktné porovnanie typov krúžkov
Štyri nižšie uvedené štruktúry pokrývajú takmer každý prípad použitia inšpekčného robota. Správna voľba zvyčajne pozostáva z dvoch otázok: potrebujete dutý stred a aká axiálna dĺžka je k dispozícii?
| Typ | Najlepšie pre | Hlavné obmedzenie | Typické použitie inšpekčného robota |
|---|---|---|---|
| Kapsula | Kompaktné, plne uzavreté inštalácie bez centrálneho hriadeľa | Počet kanálov je zvyčajne obmedzený na 24; žiadny-vývrt | Otočné-hlavy kamier, malé vežičky snímačov, osvetľovacie prstence |
| Cez-vývrt | Návrhy vyžadujúce centrálny hriadeľ, káblový zväzok alebo kvapalinové vedenie | Väčší vonkajší priemer ako kapsula pre rovnaký počet kanálov | Káblové navijaky, robotické kĺby, veľké otočné vežičky |
| Palacinka | Veľmi obmedzená axiálna dĺžka | Väčšia radiálna stopa; nižšia rotačná životnosť ako u sudových konštrukcií | Ploché-montážne zostavy, ktorých výška je obmedzením |
| Hybridné elektrické / optické vlákna | Vysoko{0}}pásmové video alebo údaje zo senzorov nad rámec toho, čo meď dokáže spoľahlivo zvládnuť | Vyššie náklady, zložitejšie zarovnanie, dlhší dodací čas | 4K alebo viac{1}}kamerové inšpekčné hlavy, vysoko{2}}vežičky LIDAR |
Pre väčšinu kompaktných kontrolných robotov je výber medzi kapsulovým a malýmkrúžok na palacinkyna konci kamery a jednotku s priechodným{0}}vrtom na konci cievky.
Kontrolný zoznam špecifikácií kompaktného krúžku
Pred odoslaním RFQ vyplňte nižšie uvedenú tabuľku. Každá prázdna bunka je otázka, ktorú si bude musieť dodávateľ aj tak položiť, a nezodpovedané otázky sú jediným najväčším dôvodom, prečo sú uvádzané jednotky nesprávne.
| Parameter | Typický rozsah pre inšpekčné roboty | Technická poznámka |
|---|---|---|
| Vonkajší priemer (OD) | 6,5 – 50 mm | Robot musí vstúpiť poháňaný najmenšou rúrkou alebo krytom |
| Celková dĺžka | 15 – 80 mm | Obsahuje olovené pigtaily a konektory |
| Obvody | 2 – 24 | Pridajte 10–20 % náhradných obvodov pre neskoršie konštrukčné zmeny |
| Menovité napätie | Až 240 V AC/DC | Samostatné plazenie pre výkonové a signálové kanály |
| Prúd na okruh | 1 – 10 A typicky, do 30 A pre motorové vedenia | Zníženie rýchlosti pri nepretržitej prevádzke a teplote okolia |
| Typy signálov | Analógové, RS-485, CAN, USB 2.0/3.0, Ethernet, HD-SDI | Pomenujte protokol, nie iba „signál“ |
| Hodnotenie IP | IP54 – IP68 | Minimálne IP67 pre kanalizačné / ponorné práce |
| Prevádzkový moment | 0.05 – 0.3 N·m | Rozhodujúce pre malé motory jednosmerného otáčania-nakláňania |
| Rýchlosť otáčania | Typické 0 – 300 ot./min | Vyššie otáčky vyžadujú inú geometriu kefy |
| Životnosť | 10M – 100M otáčok | Odhad z otáčok za minútu × pracovný cyklus × životnosť projektu |
| Prevádzková teplota | −20 stupňov až +80 stupňov štandardne | Rozšírte o technické materiály pre prácu s turbínou |
Praktický pracovný postup výberu
Krok 1 - Definujte profil rotácie
Začnite pohybom. Je rotácia nepretržitá alebo obmedzená na ±N stupňov? Aké sú typické a maximálne otáčky? Koľko otáčok na inšpekciu a koľko inšpekcií na životnosť projektu? Ak nie je striktne vyžadované nepretržité otáčanie a celkový pohyb zostáva v rozmedzí približne ±270 stupňov, flexibilná káblová slučka môže byť stále lacnejšia a ľahšia ako zberací krúžok. Okrem toho je zberací krúžok takmer vždy čistejšou odpoveďou.
Krok 2 - Zmapujte každý okruh
Zostavte tabuľku obvodov, v ktorej sú uvedené funkcie, napätie, prúd, typ signálu, požiadavky na tienenie a konektor. Zahrňte malé slučky, ktoré ľudia zabudnú na - uzemnenie podvozku, index kódovača, stmievanie lampy, e{2}}stop. Mapa je jediný najužitočnejší dokument, ktorý môže dodávateľ dostať.
Krok 3 - Zadajte správanie signálu, nielen kontinuitu
Výkonové kanály sa starajú o menovitý prúd a odpor kontaktu. Videokanály a ethernetové kanály sa starajú o kontrolu impedancie, stratu spätného toku a izoláciu medzi kanálmi-k{2}}kanálom. Uveďte, čo kanál skutočne prenáša - „Gigabitový Ethernet, rozdiel 100 Ω, tienený“ namiesto „údaje“ - a dizajnérsky tím môže vybrať správne kontaktné materiály a smerovanie.
Krok 4 - Potvrďte mechanickú integráciu
Overte dostupný priemer, dĺžku, montážne rozhranie (skrutky, príruba, objímka{0}}), polomer ohybu kábla, smer výstupu a vzdialenosť medzi zberným krúžkom a akýmkoľvek motorom alebo VFD, ktoré by mohli rušiť hluk. Kompaktné zberné krúžky sa často dajú ľahko nalepiť na papier a v praxi prekvapivo ťažko drôtovať.
Krok 5 - Prispôsobte sa prostrediu
Vyberte si správneHodnotenie IP pre prevádzkové prostredie zberného krúžku, potom skontrolujte, či plášť kábla a konektor tiež spĺňajú hodnotenie - zapečatené telo s neutesneným pigtailom nie je utesnené. V prípade vystavenia chemikáliám si vyžiadajte špecificky kryt a tesniaci materiál, nielen IP kód.
Krok 6 - Overenie pred konečnou integráciou
Pred uzamknutím kusovníka spustite overenie za podmienok blízkych poľu. Užitočné kontroly zahŕňajú rotáciu pri menovitej záťaži, kvalitu videa alebo ethernetu meranú počas nepretržitého pohybu, meranie krútiaceho momentu pri teplote, vibrácie a dlhotrvajúci-test rotácie s aspoň 10 % očakávanej životnosti. Jednotka, ktorá prejde 30{7}}sekundovou rotáciou stola, môže stále zlyhať pri 100 000 otáčkach v dôsledku nahromadenia kontaktného filmu.
Bežné chyby, ktorým sa treba vyhnúť
Výber len podľa veľkosti.Kapsula s vonkajším priemerom 6,5 mm je pôsobivá, ale ak nedokáže preniesť HD video kamery bez prerušovaných výpadkov, je to nesprávna časť.
Kvalita signálu sa považuje za problém dodávateľa.Tienenie, uzemnenie a smerovanie napájacích a signálových kanálov sú spoločné rozhodnutia medzi inžinierom zberných krúžkov a integrátorom robota. Diskutujte o nich skôr, ako sa puzdro opracuje.
Podceňovanie životného prostredia.Jednotka, ktorá prejde čistou vnútornou ťahovou skúškou, môže zlyhať do troch týždňov umývania kanalizácie. Priraďte kvalifikáciu k žiadosti.
Miešanie výkonu a citlivých signálov bez izolácie.Linky krokového motora vedľa kanála analógového snímača budú spájať šum bez ohľadu na to, aké dobré sú kontakty. Plánujte oddelenie od začiatku.
Ako posledný sa špecifikuje zberný krúžok.Keď je puzdro upevnené, výber zberného krúžku je obmedzený na to, čo sa hodí, nie na to, čo je najlepšie. Zahrňte ho do preskúmania dizajnu v rovnakej fáze ako motor a fotoaparát.
Často kladené otázky
Potrebujú kontrolné roboty vždy zberný krúžok?
Nie. Ak otočný modul potrebuje prejsť iba obmedzeným oblúkom - zvyčajne menej ako ±270 stupňov -, servisná slučka správne dimenzovaného flexibilného kábla môže byť ľahšia a lacnejšia. Klzné krúžky sú potrebné, keď sa vyžaduje nepretržité otáčanie o 360 stupňov alebo keď únava kábla z opakovaného krútenia prekročí rozpočet projektu na údržbu.
Aký typ klzného krúžku je najlepší pre otočnú kamerovú hlavu?
Pre väčšinu otočných- a 360-stupňových inšpekčných kamier pokrýva prípad použitia malá kapsulová jednotka s vonkajším priemerom 12 až 22 mm so 6 až 12 okruhmi. Ak kamera prenáša HD{7}}SDI alebo Gigabit Ethernet, skontrolujte, či je jednotka kvalifikovaná pre tento špecifický protokol a nie ako všeobecný signálový kanál.
Dokáže kompaktný zberací krúžok prenášať ethernetové, USB alebo HD video?
Áno, ale dizajn to musí vyslovene podporovať. Gigabit Ethernet vyžaduje kontakty s riadenou impedanciou a tesné párové smerovanie; HD-SDI toleruje spracovanie voľného signálu oveľa menej ako analógové video; USB 3.0 je najnáročnejšie zo všetkých troch a zvyčajne smeruje dizajn k hybridnej alebo špeciálne konštruovanej jednotke. Overte si, že dodávateľ nameral údaje o-vzore očí pre protokol, ktorý potrebujete.
Aký malý môže byť kompaktný zberný krúžok reálne?
Výroba kapsulových zberných krúžkov začína okolo 5–7 mm OD s dvoma okruhmi. Pod tým sa dizajn stáva vlastným a kompromis-v aktuálnom hodnotení a životnosti sa stáva významným. Pre typického potrubného robota s priemerom 100 mm- je kapsula s vonkajším priemerom 12 – 22 mm ideálnym miestom.
Ako si vyberiem zberný krúžok pre robota na kontrolu kanalizácie?
Začnite s hodnotením IP. Jednotka na-strane kamery potrebuje aspoň IP65 na čistenie postriekaním a vysokým-tlakom a jednotka na strane kotúča-alebo ponorená jednotka zvyčajne potrebuje IP67 alebo IP68. Uistite sa, že výstup kábla a konektor zodpovedajú tejto hodnote. Potom veľkosť pre typ signálu kamery - väčšina moderných kanalizačných prehľadávačov používa HD-SDI alebo Ethernet, pričom obe vyžadujú špecifické kanály s hodnotením signálu-.
Štandardná časť alebo zákazková zostava?
Pre bežné návrhy inšpekčných robotov je štandardný katalógový diel v poriadku a zvyčajne má kratší dodací čas. Aprispôsobená konfigurácia zberného krúžkustojí za ďalšie inžinierstvo, keď aplikácia kombinuje nezvyčajné obmedzenia -, napríklad -neštandardný vonkajší priemer, zmiešaný pneumatický a elektrický priechod-alebo vysoko{3}}kanálový-súbor Ethernet plus HD video.
Záver
Kompaktné zberné krúžky nie sú „nevyhnutné“ pre každého inšpekčného robota -, ale na akejkoľvek platforme s nepretržite sa otáčajúcou kamerou, vežou snímača alebo navijakom na uväzovanie takmer vždy skončia na kritickej ceste. Správna jednotka zapadá do mechanickej obálky, prenáša aktuálne používané typy signálov, otáča sa s dostatočne nízkym krútiacim momentom pre zvolený motor a prežije skutočné prostredie pri očakávanom počte otáčok.
Najspoľahlivejší proces výberu je nudný: definujte rotačný profil, zmapujte každý okruh, pomenujte každý signálový protokol, uzamknite hodnotenie IP pre prostredie a overte návrh v podmienkach blízkych poľu. Táto práca, vykonaná na začiatku programu, zvyčajne pridá niekoľko hodín. Urobené neskoro, zvyčajne pridáva redizajn.