Инспекцијски роботи зарађују тамо где људи не могу лако да оду: унутар цевовода под напоном, канализационих цеви, баластних резервоара, ХВАЦ канала, кућишта турбина и затворене процесне опреме. Скоро свака од ових платформи се ослања на најмање један ротирајући под-склоп - померање-главе камере са нагибом, куполу сензора за скенирање, котур кабла за везивање или роботски спој - који мора да настави да испоручује снагу и сигнал док се непрекидно окреће.
Компонента која то тихо омогућава је клизни прстен. Погрешите и робот губи видео усред-инспекције, привез се заглави или се камера зауставља јер ротирајући интерфејс додаје превише обртног момента. Исправите то како треба и клизни прстен постаје невидљив - што је и циљ.
Овај водич је написан из инжењерске перспективе примене клизних прстенова. Покрива шта компактни клизни прстенови заправо морају да раде унутар робота за инспекцију, како их специфицирати по модулу и окружењу, и параметре који одлучују да ли ће јединица преживети на терену.
Зашто су роботима за инспекцију потребни компактни клизни прстенови
Роботи за инспекцију су дизајнирани око три чврста ограничења: мали механички омотач, глатко непрекидно кретање и чист пренос сигнала преко ротационог зглоба. Директно-жичано решење поквари сва три у тренутку када камери или колуту треба више од ±180 степени хода - да се каблови уврну, бакар-очврсне, напукну екран, а интегритет сигнала се уруши много пре него што се жица физички покида.
Компактни клизни прстен решава ово стварањем контролисаног ротационог електричног интерфејса између фиксног тела робота и његовог покретног модула. Унутар типичног робота за гумице или цевовода, тај интерфејс се обично налази на једној од ових локација:
- Главе камере са померањем{0}} или 360 степени
- Ротирајуће куполе сензора (ЛИДАР, ултразвучни, термални)
- Каблови за везивање монтирани на страни оператера
- Роботске руке, манипулатори или управљиви зглобови
- Прстенасто{0}}светло или склопови ЛЕД осветљења причвршћени за ротирајућу оптику
- Енкодер, ИМУ или гранични{0}}петљи уграђени у куполу
Пошто је робот домаћин често пречника само 50–150 мм, клизни прстен мора бити довољно мали да не надува кућиште или ограничи најмању величину цеви у коју робот може да уђе. Неколико милиметара додатног спољашњег пречника може значити разлику између приступа канализационој линији ДН100 и заглављивања на ДН150.
Како клизни прстен ради у роботу за инспекцију
Механички, клизни прстен има статор (фиксне четке или контакте са влакнима) и ротор (проводни прстенови раздвојени изолаторима). Како се ротор окреће, четке одржавају клизни електрични контакт са сваким прстеном, тако да свако коло остаје непрекидно без обзира на угаону позицију.ДигиКеи-ов преглед ротационих електричних конектораописује овај исти аранжман и добар је почетник ако је тим нов у компоненти.
Унутар инспекцијског робота, статор обично слеће на тело робота, контролну штампану плочу, кабелски свежањ батерије или завршетак везе. Ротор се повезује са оним што окреће - најчешће са камером, главом сензора, прстеном за осветљење или бубњем. У зависности од архитектуре, једна компактна јединица може да носи:
- Напајање за камеру, светла, моторе или грејаче
- Аналогни сигнали са сензора температуре, гаса или напрезања
- Дигиталне контролне магистрале (ЦАН, РС-485, РС-232)
- Композитни или ХД-СДИ видео
- Етернет (100Басе-ТКС или Гигабит)
- УСБ 2.0 или УСБ 3.0
- Повратне информације енкодера и петље{0}}за хитно заустављање
Једној РОВ камери ће можда требати четири до шест кругова. Напредна глава за инспекцију са ХД видео снимком, ЛЕД затамњивањем, моторима-нагиба и сензором животне средине може лако да досегне 18–24 кола у једном телу капсуле.
Одабир по модулу робота
Различити ротирајући модули унутар истог робота ретко деле исте захтеве за клизни прстен. Третирање "клизног прстена" као једног дела уместо три или четири одвојена проблема избора је једна од најчешћих грешака у интеграцији.
Ротирајуће главе камере
Доминантно ограничење је интегритет сигнала. ХД-СДИ, ЛВДС и Етхернет везе камере су осетљиве на варијације отпора контакта, тако да клизни прстен треба да специфицира рутирање заштићених упредених-парица, одвојене канале напајања и сигнала и златне-на{4}}златне контакте за сигнале ниског-нивоа. Аклизни прстен за капсулуса 6–12 струјних кола у спољном делу од 12–22 мм покрива већину глава камера са померањем{4}}. За видео записе веће резолуције погледајте јединице за које су изричито оцењенеЕтернет пренос преко ротационог зглобаа не генеричке канале „података“.
Сензор Турретс
Сензорске главе обично комбинују једну или две струјне линије са неколико нисконапонских аналогних или РС-485 канала. Преслушавање је важније од сировог пропусног опсега. Асигнални клизни прстен дизајниран за роботику, РОВ и УАВобично испоручује прави број канала и стратегију заштите без плаћања за видео пропусни опсег који купола никада неће користити.
Тетхер кабловски колути
Клизни прстенови за колут живе другачијим животом. Они се полако окрећу, али акумулирају милионе обртаја током животног века система, и носе пуну снагу и везу са подацима. Обично се преферирају дизајни кроз{2}}отворе како би осовина котура могла да прође кроз центар. Уобичајени режими-бочног квара на колуту - неравномерно хабање четкица, накупљање контактног филма-и квар заптивања при прању - добро су документовани у овој анализиУзроци и решења квара клизног прстена за намотавање кабла.
Роботски зглобови и манипулатори
Зглобовима је често потребан шупљи центар за каблове и пнеуматске или хидрауличне водове. Акроз-клизни прстен са отворомса величином отвора од 5 мм до 50 мм одговара већини компактних дизајна манипулатора. Ако спој такође пропушта ваздух или течност, хибридна пнеуматска-електрична јединица обједињује два пролаза-у један склоп.
Одабир према радном окружењу
Окружење обликује спецификацију барем онолико колико то чини функција модула. Три окружења покривају већину примене робота за инспекцију.
Инспекција цевовода и канализације
Очекујте потапање у воду, водоник сулфид, угљоводонике, фину зрнца и често прање под високим{0}}притиском. За клизни прстен су потребни запечаћени излази каблова и потврђена оцена кућишта. За већину канализационих машина, ИП65 је минимални минимум на крају камере и ИП67 или ИП68 на крају котура. ИЕЦ дефинише ове нивое прецизно уИЕЦ 60529, Степени заштите које обезбеђују кућишта- навођење „водоотпоран“ без именовања ИП кода није довољно.
Инспекција турбина, бојлера и високе{0}}температуре
Температура и вибрације покрећу дизајн. Изнад 80 степени, мењају се материјали четки (графит-композити метала или четке од племенитих метала-), мењају се системи изолационе смоле, а мазива се обично уклањају. Вибрације такође убрзавају микро-нагризање на контакту, тако да контактни притисак и геометрију четкице треба да буду смањени.
Спасилачки и опасни{0}}роботи за животну средину
Ове платформе виде ударце, прашину, дим, течности и непредвидива механичка оптерећења. Маржа поузданости је важнија од минималне величине. Наведите већу оцену радног века ротације него што сугерише радни циклус и потврдите податке тестова на ударце и вибрације уместо да се ослањате на стандардну листу података.
Поређење типа компактног клизног прстена
Четири структуре испод покривају скоро сваки случај употребе робота за инспекцију. Прави избор обично пада из два питања: да ли вам је потребан шупљи центар и колика је аксијална дужина доступна?
| Тип | Најбоље за | Главно ограничење | Типична употреба робота за инспекцију |
|---|---|---|---|
| Капсула | Компактне, потпуно затворене инсталације без централног окна | Број канала је обично ограничен на 24; не кроз-проврт | Главе камере са нагибом{0}}а, мале куполе са сензорима, прстенови за осветљење |
| Кроз{0}}проврт | Дизајни којима је потребна централна осовина, сноп каблова или вод за течност | Већи спољни пречник од капсуле за исти број канала | Намотаји каблова, роботски спојеви, велике ротирајуће куполе |
| Палачинка | Веома ограничена аксијална дужина | Већи радијални отисак; мањи век ротације од дизајна цеви | Равно{0}}монтирани склопови где је висина ограничење |
| Хибридна електрична / оптичка влакна | Видео-видео или сензорски подаци високог пропусног опсега изнад онога што бакар може поуздано да обради | Виша цена, сложеније поравнање, дуже време испоруке | 4К или више{1}}главе за инспекцију камера, ЛИДАР куполе високе{2}} |
За већину компактних робота за инспекцију избор је између капсуле и малепрстен за палачинкена крају камере и јединицу кроз{0}}отвор на крају котура.
Контролна листа спецификација компактних клизних прстена
Пре него што пошаљете РФК, попуните табелу испод. Свака празна ћелија је питање које ће добављач ионако морати да постави, а питања без одговора су највећи једини разлог зашто цитиране јединице долазе погрешно.
| Параметар | Типичан домет за роботе за инспекцију | Инжењерска напомена |
|---|---|---|
| Спољни пречник (ОД) | 6,5 – 50 мм | Робот покреће најмању цев или кућиште мора да уђе |
| Укупна дужина | 15 – 80 мм | Укључује оловне пигтаилс и конекторе |
| Цирцуитс | 2 – 24 | Додајте 10–20% резервних кола за касне промене дизајна |
| Оцена напона | До 240 В АЦ/ДЦ | Одвојено пузање за канале снаге и сигнала |
| Струја по колу | 1 – 10 А типично, до 30 А за линије мотора | Дерате за континуирани рад и температуру околине |
| Типови сигнала | Аналогни, РС-485, ЦАН, УСБ 2.0/3.0, Етхернет, ХД-СДИ | Именујте протокол, а не само "сигнал" |
| ИП рејтинг | ИП54 – ИП68 | ИП67 минимум за канализацију/потопне радове |
| Радни обртни момент | 0.05 – 0.3 N·m | Критично за мале ДЦ моторе за нагиб{0}} |
| Брзина ротације | 0 – 300 о/мин типично | За већи број обртаја потребна је другачија геометрија четкице |
| Век трајања | 10М – 100М обртаја | Процена из броја обртаја × радног циклуса × века трајања пројекта |
| Радна температура | −20 степени до +80 степена стандард | Проширите са пројектованим материјалима за рад са турбинама |
Практични ток селекције
Корак 1 - Дефинишите профил ротације
Почните са покретом. Да ли је ротација континуирана или ограничена на ±Н степени? Шта је типичан и максимални број обртаја? Колико обртаја по инспекцији, а колико инспекција по животном веку пројекта? Ако континуирана ротација није стриктно потребна и укупни ход остаје унутар отприлике ±270 степени, флексибилна кабловска петља и даље може бити јефтинија и лакша од клизног прстена. После тога, клизни прстен је скоро увек чистији одговор.
Корак 2 - Мапирајте свако коло
Направите табелу кола која наводи функцију, напон, струју, тип сигнала, захтеве за заштиту и конектор. Укључите мале петље које људи заборављају - уземљење шасије, индекс енкодера, затамњење лампе, е-стоп. Мапа је једини најкориснији документ који добављач може добити.
Корак 3 - Одредите понашање сигнала, а не само континуитет
Канали напајања брину о јачини струје и отпору контакта. Видео и Етернет канали брину о контроли импедансе, повратном губитку и изолацији канала{1}}до{2}}канала. Наведите шта канал заправо носи - „Гигабитни етернет, 100 Ω диференцијал, заштићен“ уместо „података“ - и дизајнерски тим може да изабере праве контактне материјале и рутирање.
Корак 4 - Потврдите механичку интеграцију
Проверите расположиви пречник, дужину, интерфејс за монтажу (шрафови, прирубница, сет{0}}овратник), радијус савијања кабла, излазни правац и растојање између клизног прстена и било ког мотора или ВФД-а који би могли да споје буку. Компактне клизне прстенове је често лако поставити на папир и изненађујуће је тешко ожичити у пракси.
Корак 5 - Ускладите окружење
Изаберите исправноИП оцена за радно окружење клизног прстена, а затим проверите да ли омотач кабла и конектор такође испуњавају оцену - да запечаћено тело са незапечаћеним пигтаилом није запечаћено. За излагање хемикалијама, тражите посебно материјал кућишта и заптивке, а не само ИП код.
Корак 6 - Потврдите пре коначне интеграције
Пре закључавања БОМ-а, покрените валидацију у условима блиским пољу. Корисне провере обухватају ротацију под номиналним оптерећењем, квалитет видео записа или етернета мерен током непрекидног кретања, мерење обртног момента на температури, промену вибрација и дуготрајан-тест ротације од најмање 10% очекиваног радног века. Јединица која прође ротацију клупе од 30-секунди још увек може да поквари на ознаци од 100.000 обртаја због накупљања контактног филма.
Уобичајене грешке које треба избегавати
Само бирање величине.Капсула од 6,5 мм ОД је импресивна, али ако не може да пренесе ХД видео камере без повремених испадања, то је погрешан део.
Третирање квалитета сигнала као проблема добављача.Заштита, уземљење и усмеравање канала снаге и сигнала су заједничке одлуке између инжењера клизних прстенова и интегратора робота. Разговарајте о њима пре обраде случаја.
Потцењивање околине.Јединица која прође тест чистог унутрашњег повлачења може покварити за три недеље испирања канализације. Ускладите квалификацију са апликацијом.
Мешање снаге и осетљивих сигнала без изолације.Линије корачног мотора поред канала аналогног сензора ће спојити шум без обзира на то колико су контакти добри. Планирајте одвајање од почетка.
Одређивање клизног прстена последње.До тренутка када је кућиште фиксирано, избор клизног прстена је ограничен на оно што одговара, а не на оно што је најбоље. Унесите га у преглед дизајна у истој фази као и мотор и камера.
Често постављана питања
Да ли је инспекцијским роботима увек потребан клизни прстен?
Не. Ако ротирајући модул треба да се креће само ограниченим луком - обично мањим од ±270 степени -, сервисна петља флексибилног кабла одговарајуће оцене може бити лакша и јефтинија. Клизни прстенови постају неопходни када је потребна континуирана ротација од 360 степени, или када би замор кабла услед поновљеног увртања премашио буџет за одржавање пројекта.
Који тип клизног прстена је најбољи за ротирајућу главу камере?
За већину пан{0}}нагибних и инспекцијских камера од 360 степени, мала јединица капсуле између 12 и 22 мм спољашњег дела са 6–12 кругова покрива случај употребе. Ако камера емитује ХД-СДИ или Гигабит Етхернет, потврдите да је јединица квалификована за тај специфични протокол, а не да се третира као општи сигнални канал.
Може ли компактни клизни прстен преносити Етхернет, УСБ или ХД видео?
Да, али дизајн то мора експлицитно подржавати. Гигабитни етернет захтева контролисане контакте импедансе и чврсто рутирање пара; ХД-СДИ толерише слабо руковање сигналом много мање него аналогни видео; УСБ 3.0 је најзахтевнији од ова три и обично покреће дизајн ка хибридној или посебно пројектованој јединици. Проверите да ли добављач има измерене податке о{4}}оку за протокол који вам је потребан.
Колико реално може бити мали компактни клизни прстен?
Производни клизни прстенови за капсуле почињу око 5–7 мм ОД са два круга. Испод тога, дизајн постаје прилагођен и-уступци у тренутној оцени и животу постају значајни. За типичног робота за цеви пречника 100 мм-, капсула са спољним делом од 12–22 мм је најбоља тачка.
Како да изаберем клизни прстен за робота за инспекцију канализације?
Почните са ИП рејтингом. Бочној јединици камере{1}}треба најмање ИП65 за чишћење прскањем и високим{3}}притиском, а за колут-бону или потопљену јединицу обично је потребан ИП67 или ИП68. Потврдите да излаз кабла и конектор одговарају тој оцени. Затим величина за тип сигнала камере - већина модерних канализационих алата користи ХД-СДИ или Етхернет, од којих оба захтевају специфичне канале{10}}на нивоу сигнала.
Стандардни део или прилагођена израда?
За уобичајене дизајне робота за инспекцију, стандардни део каталога је у реду и обично има краће време испоруке. Априлагођена конфигурација клизног прстенавреди додатног инжењеринга када апликација комбинује необична ограничења -, на пример, не-нестандардни ОД, комбиновани пнеуматски и електрични пролаз-кроз, или велики број-канала-етернет плус ХД видео пакет.
Закључак
Компактни клизни прстенови нису „неопходни“ за сваког робота за инспекцију -, али на било којој платформи са камером која се непрекидно ротира, сензорском куполом или котуром за везивање, они скоро увек заврше на критичном путу. Права јединица одговара механичком омотачу, носи стварне типове сигнала у употреби, ротира са довољно малим обртним моментом за изабрани мотор и преживљава у стварном окружењу за очекивани број обртаја.
Најпоузданији процес избора је досадан: дефинисати профил ротације, мапирати свако коло, именовати сваки сигнални протокол, закључати ИП рејтинг за окружење и валидирати дизајн у условима блиским терену. Урађен рано у програму, тај посао обично додаје неколико сати. Урађено касно, обично додаје редизајн.