Az ellenőrző robotok ott keresik a helyüket, ahol az emberek nem tudnak könnyen bejutni: élő csővezetékek, csatornahálózatok, ballaszttartályok, HVAC-csatornák, turbinaházak és zárt technológiai berendezések belsejébe. Ezen platformok szinte mindegyike legalább egy forgó al-szerelvényen - egy forgatható-dönthető kamerafejen, egy pásztázó érzékelő toronyon, egy kábeltekercsen vagy egy robotcsuklón -, amelynek folyamatosan forogva kell áramot és jelet szolgáltatnia.
Az alkatrész, amely ezt csendesen lehetővé teszi, a csúszógyűrű. Ha rosszul csinálja, a robot elveszíti a videót-az ellenőrzés közben, a heveder elakad, vagy a kamera leáll, mert a forgó interfész túl nagy nyomatékot ad hozzá. Ha jól csinálja, a csúszógyűrű láthatatlanná válik -, ami a cél.
Ez az útmutató a csúszógyűrűs alkalmazásmérnöki szemszögből készült. Leírja, hogy a kompakt csúszógyűrűknek valójában mit kell tenniük egy ellenőrző roboton belül, hogyan kell meghatározni őket modulonként és környezetenként, valamint azokat a paramétereket, amelyek eldöntik, hogy az egység fennmarad-e a szántóföldön.
Miért van szükségük az ellenőrző robotoknak kompakt csúszógyűrűkre?
Az ellenőrző robotokat három kemény megkötés köré tervezték: kis mechanikus burok, sima, megszakítás nélküli mozgás és tiszta jelátvitel a forgó csuklón. A közvetlen-vezetékes megoldás mindhárom esetben meghibásodik, amikor egy kamerának vagy tekercsnek több mint körülbelül ±180 fokra van szüksége, - a kábelek megcsavarodnak, a réz megmunkálása-megkeményedik, az árnyékolás megreped, és a jel integritása összeomlik jóval azelőtt, hogy a vezeték fizikailag elszakadna.
Egy kompakt csúszógyűrű ezt úgy oldja meg, hogy vezérelt forgó elektromos interfészt hoz létre a robot rögzített teste és a mozgó modulja között. Egy tipikus lánctalpas vagy csőrobotban ez az interfész általában az alábbi helyek egyikén található:
- Pan-dönthető vagy 360 fokos kamerafej
- Forgó érzékelő tornyok (LIDAR, ultrahangos, termikus)
- Tether kábeltekercsek a kezelőoldalra szerelve
- Robotkarok, manipulátorok vagy kormányozható ízületek
- Gyűrűs-fény- vagy LED-megvilágító egységek forgó optikához csatlakoztatva
- Revolverbe ágyazott kódoló, IMU vagy limit{0}}kapcsoló hurkok
Mivel a gazdarobot gyakran csak 50-150 mm átmérőjű, a csúszógyűrűnek elég kicsinek kell lennie ahhoz, hogy ne fújja fel a házat, és ne korlátozza a legkisebb csőméretet, amelybe a robot beléphet. Néhány milliméter extra külső átmérő különbséget jelenthet a DN100-as csatornavezetékhez való hozzáférés és a DN150-nél való elakadás között.
Hogyan működik a csúszógyűrű egy ellenőrző robotban
Mechanikailag a csúszógyűrűnek van egy állórésze (rögzített kefék vagy szálas érintkezők) és egy forgórésze (szigetelőkkel elválasztott vezető gyűrűk). Ahogy a rotor forog, a kefék csúszó elektromos kapcsolatot tartanak fenn minden egyes gyűrűvel, így minden áramkör folyamatos marad, függetlenül a szöghelyzettől.A DigiKey áttekintése a forgó elektromos csatlakozókrólugyanazt az elrendezést írja le, és jó alapozó, ha a csapat új a komponensben.
Az ellenőrző roboton belül az állórész jellemzően a robot testére, a vezérlő NYÁK-ra, az akkumulátor kábelkötegére vagy a kötélvégre kerül. A rotor minden forgóhoz csatlakozik, - leggyakrabban kamerához, érzékelőfejhez, világítógyűrűhöz vagy orsódobhoz. Az architektúrától függően egyetlen kompakt egység a következőket hordozhatja:
- Tápellátás kamerákhoz, lámpákhoz, motorokhoz vagy fűtőtestekhez
- Analóg jelek hőmérséklet-, gáz- vagy alakváltozás-érzékelőktől
- Digitális vezérlőbuszok (CAN, RS-485, RS-232)
- Kompozit vagy HD{0}}SDI-videó
- Ethernet (100Base-TX vagy Gigabit)
- USB 2.0 vagy USB 3.0
- Kódoló visszajelzés és vészleállítási{0}}hurkok
Egy egyszerű ROV-kamerának négy-hat áramkörre lehet szüksége. A HD videóval, LED-es fényerő-szabályozással, billenőmotorokkal és környezeti érzékelővel ellátott fejlett ellenőrző fej egyetlen kapszulatestben könnyedén elérheti a 18–24 áramkört.
Kiválasztás robotmodul szerint
Az ugyanazon roboton belüli különböző forgó modulok ritkán osztják meg ugyanazokat a csúszógyűrűs követelményeket. Az egyik leggyakoribb integrációs hiba, ha a „csúszógyűrűt” egy részként kezelik három vagy négy külön kiválasztási probléma helyett.
Forgó kamerafejek
A domináns megkötés a jel integritása. A HD-SDI, LVDS és Ethernet kamerakapcsolatok érzékenyek az érintkezési ellenállás változásaira, ezért a csúszógyűrűnek árnyékolt csavart-páros útválasztást, elkülönített táp- és jelcsatornákat, valamint arany-az-arany érintkezőket kell meghatározni az alacsony-szintű jelek esetén. Akapszula csúszógyűrű6–12 áramkörrel, 12–22 mm-es külső átmérővel, lefedi a legtöbb pan-dönthető kamerafejet. Nagyobb felbontású videókhoz nézze meg a kifejezetten a következőre besorolt egységeketEthernet átvitel a forgócsuklón keresztüláltalános „adat” csatornák helyett.
Érzékelő tornyok
Az érzékelőfejek általában egy vagy két tápvezetéket kevernek néhány kis{0}}feszültségű analóg vagy RS-485 csatornával. Az áthallás többet jelent, mint a nyers sávszélesség. Ajelcsúszógyűrű, amelyet robotikához, ROV-okhoz és UAV-okhoz terveztekjellemzően a megfelelő csatornaszámot és árnyékolási stratégiát biztosítja anélkül, hogy fizetne a torony által soha nem használt videó sávszélességért.
Tether kábeltekercsek
A csúszógyűrűk más életet élnek. Lassan forognak, de több millió fordulatot halmoznak fel a rendszer élettartama során, és hordozzák a teljes teljesítményt és az adatátvitelt. Általában előnyben részesítik az átmenő-furat kialakítását, hogy az orsó tengelye áthaladhasson a közepén. A gyakori orsó-oldalsó meghibásodási módok - egyenetlen kefekopás, érintkezőréteg-felhalmozódás-és tömítési hiba mosás közben - jól dokumentált ebben az elemzésben.kábeltekercs csúszógyűrű meghibásodás okai és megoldásai.
Robotcsuklók és manipulátorok
A csatlakozásokhoz gyakran üreges központra van szükség a kábelezéshez és a pneumatikus vagy hidraulikus vezetékekhez. Aát-furat csúszógyűrűn5 mm-től 50 mm-ig terjedő furatmérettel a legtöbb kompakt manipulátorhoz illeszkedik. Ha a kötés levegőt vagy folyadékot is áthalad, egy hibrid pneumatikus-elektromos egység két átmenő-átmenetet egyesít egyetlen szerelvényben.
Kiválasztás működési környezet szerint
A környezet legalább annyira alakítja a specifikációs lapot, mint a modulfüggvény. Három környezet fedi le az ellenőrző robotok telepítésének többségét.
Csővezeték- és csatornavizsgálat
Vízbemerítésre, hidrogén-szulfidra, szénhidrogénekre, finom szemcsékre és gyakori nagynyomású{0}}mosásra számíthat. A csúszógyűrűnek tömített kábelkimenetekre és megerősített tokozási minősítésre van szüksége. A legtöbb szennyvízcsatorna lánctalpas esetében az IP65 a használható minimum a kamera végén és az IP67 vagy IP68 a tekercs végén. Az IEC pontosan meghatározza ezeket a szinteketIEC 60529, A burkolatok által biztosított védelmi fokozatok- nem elegendő a „waterproof” kifejezés megadása az IP-kód megnevezése nélkül.
Turbina, kazán és magas hőmérsékletű{0}}ellenőrzés
A hőmérséklet és a rezgés határozza meg a tervezést. 80 fok felett megváltozik a kefe anyaga (grafit-fémkompozitok vagy nemes-fémszálas kefék), megváltoznak a szigetelőgyanta-rendszerek, és általában eltávolítják a kenőanyagokat. A vibráció felgyorsítja a mikro{5}}repedést is az érintkezőnél, ezért csökkenteni kell az érintkezési nyomást és a kefe geometriáját.
Mentő és veszélyes{0}}környezetvédelmi robotok
Ezek a platformok ütést, port, füstöt, folyadékokat és előre nem látható mechanikai terheléseket látnak. A megbízhatósági ráhagyás többet jelent, mint a minimális méret. Adjon meg magasabb forgási élettartamot, mint amennyit a munkaciklus javasol, és erősítse meg az ütés- és rezgésvizsgálati adatokat, ahelyett, hogy a szabványos adatlapra hagyatkozna.
Kompakt csúszógyűrű típusok összehasonlítása
Az alábbi négy szerkezet szinte minden ellenőrző robot használati esetét lefedi. A helyes választás általában két kérdés közül esik ki: kell-e üreges középpont, és mekkora axiális hossz áll rendelkezésre?
| Írja be | Legjobb For | Fő korlátozás | Tipikus ellenőrző robothasználat |
|---|---|---|---|
| Kapszula | Kompakt, teljesen zárt rendszerek központi tengely nélkül | A csatornák száma általában 24; nincs átmenő-furat | Pan-dönthető kamerafejek, kis érzékelőtornyok, világító gyűrűk |
| Átmenő-furat | Központi tengelyt, kábelköteget vagy folyadékvezetéket igénylő tervek | Nagyobb külső átmérő, mint a kapszula azonos csatornaszámhoz | Kábeldobok, robotcsuklók, nagy forgó tornyok |
| Palacsinta | Nagyon korlátozott axiális hossz | Nagyobb radiális lábnyom; alacsonyabb forgási élettartam, mint a hengeres kiviteleknél | Lapos-szerelvények, ahol a magasság a korlát |
| Hibrid elektromos / száloptika | Nagy{0}}sávszélességű video- vagy érzékelőadatok, mint amennyit a réz megbízhatóan kezel | Magasabb költség, bonyolultabb igazítás, hosszabb átfutási idő | 4K vagy több{1}}kamerás ellenőrző fejek, nagy-sebességű LIDAR tornyok |
A legtöbb kompakt ellenőrző robotnál a kapszula és a kicsi között kell választanipalacsinta csúszógyűrűa kamera végén, és egy átmenő-furat egység a tekercs végén.
Kompakt csúszógyűrű specifikációs ellenőrzőlista
Mielőtt ajánlatkérést küldene, töltse ki az alábbi táblázatot. Minden üres cella egy olyan kérdés, amelyet a szállítónak egyébként is fel kell tennie, és a megválaszolatlan kérdések jelentik az egyetlen legnagyobb okot, amiért az idézett egységek rosszul érkeznek.
| Paraméter | Az ellenőrző robotok tipikus hatótávolsága | Mérnöki megjegyzés |
|---|---|---|
| Külső átmérő (OD) | 6,5 – 50 mm | A legkisebb csővel vagy házzal hajtva a robotnak be kell lépnie |
| Teljes hossz | 15-80 mm | Ólom pigtaileket és csatlakozókat tartalmaz |
| Áramkörök | 2 – 24 | Adjon hozzá 10–20% tartalék áramkört a késői tervezési változtatásokhoz |
| Névleges feszültség | Akár 240 V AC/DC | Külön kúszás a teljesítmény és a jel csatornákhoz |
| Áramkörönkénti áram | 1 – 10 A tipikus, 30 A-ig motorvezetékeknél | Derate folyamatos üzem és környezeti hőmérséklet esetén |
| Jeltípusok | Analóg, RS-485, CAN, USB 2.0/3.0, Ethernet, HD-SDI | Nevezze el a protokollt, ne csak "jelet" |
| IP minősítés | IP54 – IP68 | IP67 minimum csatornázási/búvár munkákhoz |
| Üzemi nyomaték | 0.05 – 0.3 N·m | Kritikus a kis DC pan{0}}billent motorokhoz |
| Forgási sebesség | 0-300 ford./perc jellemző | A magasabb fordulatszámhoz más kefe geometria szükséges |
| Élettartam | 10M – 100M fordulat | Becsült fordulatszám × munkaciklus × projekt élettartama |
| Üzemi hőmérséklet | −20 foktól +80 fokig szabvány | Bővítse a turbinás munkához tervezett anyagokkal |
Gyakorlati kiválasztási munkafolyamat
1 -. lépés Határozza meg a forgatási profilt
Kezdje mozgással. A forgás folyamatos vagy ±N fokra korlátozódik? Mi a tipikus és a maximális fordulatszám? Hány fordulat egy ellenőrzés, és hány ellenőrzés egy projekt élettartama? Ha a folyamatos forgatás nem feltétlenül szükséges, és a teljes út nagyjából ±270 fokon belül marad, a rugalmas kábelhurok még mindig olcsóbb és könnyebb lehet, mint egy csúszógyűrű. Ezen túlmenően a csúszógyűrű szinte mindig a tisztább válasz.
2 -. lépés Minden áramkör feltérképezése
Készítsen áramköri táblázatot, amely felsorolja a funkciót, a feszültséget, az áramerősséget, a jel típusát, az árnyékolási követelményeket és a csatlakozót. Tartalmazza azokat a kis hurkokat, amelyeket az emberek elfelejtenek: - házföldelés, kódolóindex, lámpa elsötétítése, e-stop. A térkép az egyetlen leghasznosabb dokumentum, amelyet a szállító megkaphat.
3 -. lépés Adja meg a jelviselkedést, ne csak a folytonosságot
A tápcsatornák törődnek a névleges áramerősséggel és az érintkezési ellenállással. A video- és Ethernet-csatornák törődnek az impedancia szabályozásával, a visszatérési veszteséggel és a csatorna-–-elszigeteléssel. Adja meg, hogy a csatorna valójában mit hordoz - "Gigabit Ethernet, 100 Ω differenciál, árnyékolt" az "adat" helyett -, és a tervezőcsapat kiválaszthatja a megfelelő érintkezési anyagokat és útválasztást.
4 -. lépés Erősítse meg a mechanikai integrációt
Ellenőrizze a rendelkezésre álló átmérőt, hosszt, rögzítési interfészt (csavarok, karima, készlet{0}}gallér), a kábel hajlítási sugarát, a kilépési irányt, valamint a csúszógyűrű és a zajt kapcsolható motor vagy VFD közötti távolságot. A kompakt csúszógyűrűket gyakran könnyű papírra illeszteni, és a gyakorlatban meglepően nehéz drótozni.
Lépés 5 - Egyezzen meg a környezettel
Válassza ki a megfelelőtA csúszógyűrű működési környezetének IP-besorolása, majd ellenőrizze, hogy a kábelköpeny és a csatlakozó is megfelel-e ennek a besorolásnak - a tömített, nem tömített köteggel ellátott test nincs lezárva. Kémiai expozíció esetén kifejezetten a ház és a tömítés anyagát kérje, ne csak IP-kódot.
6 -. lépés: Érvényesítés a végső integráció előtt
Az anyagjegyzék zárolása előtt futtassa az érvényesítést a szántóföldhöz közeli körülmények között. A hasznos ellenőrzések közé tartozik a névleges terhelés melletti forgás, a folyamatos mozgás során mért video- vagy Ethernet-minőség, a nyomaték mérése hőmérsékleten, a rezgéssöprés, valamint a hosszú,{1}}forgási teszt, amely a várható élettartam legalább 10%-át teszi ki. A 30-másodperces munkapad elforduláson túlmenő egység még mindig meghibásodhat a 100 000 fordulatnál az érintkezőfólia felhalmozódása miatt.
Gyakori hibák, amelyeket el kell kerülni
Egyedül a méret kiválasztása.A 6,5 mm-es külső átmérőjű kapszula lenyűgöző, de ha nem képes a kamera HD-videóját szaggatott kiesések nélkül továbbítani, az rossz alkatrész.
A jel minőségének kezelése a szállító problémájaként.Az árnyékolás, a földelés és a teljesítmény és a jelcsatornák irányítása a csúszógyűrűs mérnök és a robotintegrátor közös döntései. Beszélje meg őket az ügy megmunkálása előtt.
A környezet alábecsülése.A tiszta beltéri húzási teszten átmenő egység három hét csatornamosás alatt meghibásodhat. Párosítsa a képesítést a pályázattal.
Teljesítmény és érzékeny jelek keverése leválasztás nélkül.Az analóg szenzorcsatorna melletti léptetőmotor-vonalak zajt kapcsolnak, függetlenül attól, hogy milyen jók az érintkezők. Tervezze meg a szétválást a kezdetektől fogva.
A csúszógyűrű utolsó megadása.Mire a házat rögzítik, a csúszógyűrűk kiválasztása a megfelelőre korlátozódik, nem a legjobbra. Vigye be a tervezési felülvizsgálatba ugyanabban a szakaszban, mint a motor és a kamera.
Gyakran Ismételt Kérdések
Az ellenőrző robotoknak mindig szükségük van csúszógyűrűre?
Nem. Ha a forgó modulnak csak korlátozott ívet kell megtennie -, általában ±270 foknál - kisebb, a megfelelően névleges flexibilis kábel szervizhurok könnyebb és olcsóbb lehet. A csúszógyűrűk akkor válnak szükségessé, ha folyamatos 360 fokos forgatásra van szükség, vagy ha az ismételt csavarás miatti kábelfáradás meghaladná a projekt karbantartási költségvetését.
Milyen típusú csúszógyűrű a legjobb egy forgó kamerafejhez?
A legtöbb pan-dönthető és 360 fokos vizsgálókamera esetében egy 12 és 22 mm közötti külső átmérőjű kis kapszulaegység 6-12 áramkörrel fedi le a használati esetet. Ha a kamera HD{7}}SDI-t vagy Gigabit Ethernetet továbbít, győződjön meg arról, hogy az egység alkalmas-e az adott protokollra, ne pedig általános jelcsatornaként kezelje.
Egy kompakt csúszógyűrű képes Ethernet-, USB- vagy HD-videót továbbítani?
Igen, de a tervezésnek ezt kifejezetten támogatnia kell. A Gigabit Ethernet vezérelt impedanciájú érintkezőket és szoros párválasztást igényel; A HD-SDI sokkal kevésbé tolerálja a laza jelkezelést, mint az analóg videó; Az USB 3.0 a legigényesebb a három közül, és általában egy hibrid vagy speciálisan megtervezett egység felé tereli a tervezést. Győződjön meg arról, hogy a szállító mért szem-mintaadatokat a szükséges protokollhoz.
Reálisan milyen kicsi lehet egy kompakt csúszógyűrű?
A gyártási kapszula csúszógyűrűk 5-7 mm külső átmérőjűek, két körrel. Ez alatt a tervezések egyedivé válnak, és a jelenlegi besorolásban és élettartamban bekövetkező kompromisszumok-jelentőssé válnak. Egy tipikus 100 mm-átmérőjű csőrobot számára egy 12–22 mm-es külső átmérőjű kapszula a legjobb hely.
Hogyan válasszak csúszógyűrűt egy csatornavizsgáló robothoz?
Kezdje az IP-besorolással. A kamera-oldali egységnek legalább IP65-ös védettségű a fröccsenő és nagynyomású-tisztításhoz, a tekercs-oldali vagy víz alatti egységnek pedig általában IP67 vagy IP68. Ellenőrizze, hogy a kábelkimenet és a csatlakozó megfelel-e a névleges értéknek. Ezután a kamera jeltípusának megfelelő méretet - a legtöbb modern csatornabejáró HD-SDI-t vagy Ethernetet használ, amelyek mindegyikéhez meghatározott jel{10}}besorolású csatornák szükségesek.
Szabvány alkatrész vagy egyedi összeállítás?
Az általános ellenőrző robottervek esetében a szabványos katalógusalkatrész megfelelő, és általában rövidebb az átfutási ideje. Atestreszabott csúszógyűrű konfigurációmegéri a további tervezést, ha az alkalmazás szokatlan korlátokat - kombinál, például egy nem szabványos OD-t, vegyes pneumatikus és elektromos átmenő-átmenetet, vagy nagy-csatornaszámú- Ethernet plusz HD videocsomagot.
Következtetés
A kompakt csúszógyűrűk nem „létfontosságúak” minden ellenőrző robotnál -, de minden olyan platformon, ahol folyamatosan forgó kamera, szenzortorony vagy kötéltekercs található, szinte mindig a kritikus úton kötnek ki. A megfelelő egység illeszkedik a mechanikai burkolóanyaghoz, hordozza az aktuális jeltípusokat, a kiválasztott motorhoz kellően alacsony nyomatékkal forog, és a várható fordulatszámig túléli a valós környezetet.
A legmegbízhatóbb kiválasztási folyamat az unalmas: határozza meg a forgási profilt, térképezze fel az összes áramkört, nevezze el az egyes jelprotokollokat, rögzítse az IP minősítést a környezethez, és érvényesítse a tervezést a terephez közeli körülmények között. A program elején végzett munka általában néhány órát vesz igénybe. Későn elkészül, általában újratervezést ad hozzá.