Inspekcijski roboti zarađuju tamo gdje ljudi ne mogu lako otići: unutar cjevovoda pod naponom, kanalizacijskih cijevi, balastnih tankova, HVAC kanala, kućišta turbina i ograničene procesne opreme. Gotovo svaka od ovih platformi se oslanja na najmanje jedan rotirajući pod-sklop - pomicanje-glave kamere, kupola senzora za skeniranje, namotaj kabla za privez ili robotski spoj - koji mora isporučivati snagu i signal dok se neprekidno okreće.
Komponenta koja to tiho omogućava je klizni prsten. Pogriješite i robot gubi video usred-inspekcije, privez se zaglavi ili kamera staje jer rotirajući interfejs dodaje previše obrtnog momenta. Ispravite to kako treba i klizni prsten postaje nevidljiv - što je i cilj.
Ovaj vodič je napisan iz inženjerske perspektive primjene kliznih prstenova. Pokriva ono što kompaktni klizni prstenovi zapravo moraju da rade unutar robota za inspekciju, kako ih specificirati po modulu i okruženju, i parametre koji odlučuju da li će jedinica preživjeti na terenu.
Zašto robotima za pregled trebaju kompaktni klizni prstenovi
Inspekcijski roboti su dizajnirani oko tri tvrda ograničenja: mali mehanički omotač, glatko neprekidno kretanje i čist prijenos signala preko rotacionog zgloba. Direktno-žičano rješenje pokvari sva tri u trenutku kada kameri ili kolutu zatreba više od oko ±180 stepeni hoda - da se kablovi uvrnu, bakar{4}}očvrsne, napuknu ekran i integritet signala se uruši mnogo prije nego što žica fizički pukne.
Kompaktni klizni prsten to rješava stvaranjem kontroliranog rotacionog električnog interfejsa između fiksnog tijela robota i njegovog pokretnog modula. Unutar tipičnog robota za gusjenice ili cijevnog robota, to sučelje obično se nalazi na jednoj od ovih lokacija:
- Glave kamere sa pomicanjem{0}} ili 360 stepeni
- Rotirajući senzorski turret (LIDAR, ultrazvučni, termički)
- Privezni kablovi montirani na strani operatera
- Robotske ruke, manipulatori ili upravljivi zglobovi
- Prsten{0}}svjetlo ili sklopovi LED rasvjete pričvršćeni na rotirajuću optiku
- Enkoder, IMU ili granični{0}}petlji ugrađeni u kupolu
Budući da je robot domaćin često promjera samo 50-150 mm, klizni prsten mora biti dovoljno mali da ne napuhava kućište ili ograničava najmanju veličinu cijevi u koju robot može ući. Nekoliko milimetara dodatnog vanjskog promjera može značiti razliku između pristupa kanalizacijskoj liniji DN100 i zaglavljivanja na DN150.
Kako klizni prsten radi u inspekcijskom robotu
Mehanički, klizni prsten ima stator (fiksne četke ili vlaknasti kontakti) i rotor (vodljivi prstenovi odvojeni izolatorima). Kako se rotor okreće, četke održavaju klizni električni kontakt sa svakim prstenom, tako da svaki krug ostaje kontinuiran bez obzira na kutni položaj.DigiKey-jev pregled rotirajućih električnih konektoraopisuje ovaj isti raspored i dobar je početnik ako je tim nov u komponenti.
Unutar inspekcijskog robota, stator obično slijeće na tijelo robota, kontrolnu štampanu ploču, kabelski svežanj baterije ili završetak veze. Rotor se povezuje sa onim što okreće - najčešće kamerom, senzorskom glavom, prstenom za osvjetljenje ili bubnjem za kolut. U zavisnosti od arhitekture, jedna kompaktna jedinica može sadržati:
- Napajanje za kameru, svjetla, motore ili grijače
- Analogni signali sa senzora temperature, plina ili naprezanja
- Digitalne upravljačke magistrale (CAN, RS-485, RS-232)
- Kompozitni ili HD-SDI video
- Ethernet (100Base-TX ili Gigabit)
- USB 2.0 ili USB 3.0
- Povratne informacije enkodera i petlje{0}}za zaustavljanje u nuždi
Jednostavnoj ROV kameri će možda trebati četiri do šest krugova. Napredna glava za inspekciju sa HD video zapisom, LED zatamnjivanjem, pan-motorima za nagib i senzorom okoliša može lako doseći 18-24 kruga u jednom tijelu kapsule.
Odabir po modulu robota
Različiti rotirajući moduli unutar istog robota rijetko imaju iste zahtjeve za kliznim prstenom. Tretiranje "kliznog prstena" kao jednog dijela umjesto tri ili četiri odvojena problema odabira jedna je od najčešćih grešaka u integraciji.
Rotirajuće glave kamere
Dominantno ograničenje je integritet signala. HD-SDI, LVDS i Ethernet veze kamere su osjetljive na varijacije otpora kontakta, tako da bi klizni prsten trebao specificirati rutiranje zaštićenih upredenih-parica, odvojene kanale napajanja i signala i zlatne-na{4}}zlatne kontakte za signale niskog-nivoa. Aklizni prsten za kapsulusa 6–12 strujnih krugova u OD od 12–22 mm pokriva većinu glava pan{4}}nagibnih kamera. Za video zapise veće rezolucije pogledajte jedinice za koje su izričito ocijenjeneEthernet prijenos preko rotacionog zglobaumjesto generičkih kanala "podataka".
Senzor Turrets
Senzorske glave obično miješaju jednu ili dvije strujne linije s nekoliko niskonaponskih analognih ili RS-485 kanala. Preslušavanje je važnije od sirovog propusnog opsega. Asignalni klizni prsten dizajniran za robotiku, ROV i UAVobično isporučuje pravi broj kanala i strategiju zaštite bez plaćanja za video propusni opseg koji kupola nikada neće koristiti.
Tether kablovski koluti
Reel klizni prstenovi žive drugačiji život. Oni se polako okreću, ali akumuliraju milione okretaja tokom vijeka trajanja sistema, i nose punu snagu i podatke. Obično se preferiraju dizajni kroz{2}}otvore kako bi osovina koluta mogla proći kroz centar. Uobičajeni načini kvara-bočnih kvarova - neravnomjerno trošenje četkice, nakupljanje kontaktnog filma-i kvar zaptivanja pod ispiranjem - dobro su dokumentovani u ovoj analiziUzroci i rješenja kvara kliznog prstena za namotavanje kabela.
Robotski zglobovi i manipulatori
Spojevi često trebaju šuplji centar za kablove i pneumatske ili hidraulične vodove. Akroz-klizni prstensa provrtom od 5 mm do 50 mm odgovara većini kompaktnih dizajna manipulatora. Ako spoj također propušta zrak ili tekućinu, hibridna pneumatska-električna jedinica objedinjuje dva prolaza-u jedan sklop.
Odabir prema radnom okruženju
Okruženje oblikuje list sa specifikacijama barem onoliko koliko to čini funkcija modula. Tri okruženja pokrivaju većinu implementacije inspekcijskih robota.
Inspekcija cjevovoda i kanalizacije
Očekujte potapanje u vodu, sumporovodik, ugljovodonike, finu zrnca i često pranje pod visokim{0}}pritiskom. Za klizni prsten su potrebni zapečaćeni izlazi za kablove i potvrđena klasa zaštite. Za većinu kanalizacijskih gusjenica, IP65 je izvodljivi minimum na kraju kamere i IP67 ili IP68 na kraju kotura. IEC definiše ove nivoe precizno uIEC 60529, Stepeni zaštite koje obezbeđuju kućišta- navođenje "vodootporan" bez imenovanja IP koda nije dovoljno.
Inspekcija turbine, bojlera i{0}}visokih temperatura
Temperatura i vibracije pokreću dizajn. Iznad 80 stepeni, materijali četkice se mijenjaju (grafit-kompoziti metala ili četke od plemenitih-metalnih vlakana), mijenjaju se sistemi izolatorske smole, a maziva se obično uklanjaju. Vibracije također ubrzavaju mikro-nagrizanje na kontaktu, tako da kontaktni pritisak i geometriju četkice treba smanjiti.
Spasilački i opasni{0}}roboti za životnu sredinu
Ove platforme vide udarce, prašinu, dim, tečnosti i nepredvidiva mehanička opterećenja. Marža pouzdanosti je važnija od minimalne veličine. Odredite veću ocjenu vijeka trajanja rotacije nego što sugerira radni ciklus i potvrdite podatke testa na udarce i vibracije umjesto da se oslanjate na standardnu tablicu podataka.
Poređenje tipova kompaktnih kliznih prstena
Četiri strukture ispod pokrivaju gotovo svaki slučaj upotrebe robota za inspekciju. Pravi izbor obično pada iz dva pitanja: da li vam je potreban šuplji centar i kolika je aksijalna dužina dostupna?
| Tip | Najbolje za | Glavno ograničenje | Tipična upotreba robota za inspekciju |
|---|---|---|---|
| Kapsula | Kompaktne, potpuno zatvorene instalacije bez centralnog okna | Broj kanala obično je ograničen na 24; ne kroz-provrt | Glave kamere sa nagibom{0}}a, male senzorske kupole, prstenovi za rasvjetu |
| Kroz-provrt | Dizajni kojima je potrebna centralna osovina, snop kablova ili vod za fluid | Veći vanjski prečnik od kapsule za isti broj kanala | Namotaji kablova, robotski spojevi, velike rotirajuće kupole |
| Palačinka | Vrlo ograničena aksijalna dužina | Veći radijalni otisak; manji vijek rotacije od dizajna cijevi | Ravno{0}}montirani sklopovi gdje je visina ograničenje |
| Hibridna električna / optička vlakna | Video-video ili senzorski podaci velikog propusnog opsega iznad onoga što bakar može pouzdano podnijeti | Viša cijena, složenije poravnanje, duže vrijeme isporuke | 4K ili više{1}}glave za pregled kamera, LIDAR kupole visoke{2}} |
Za većinu kompaktnih robota za inspekciju izbor je između kapsule i maleprsten za palačinkena kraju kamere i jedinicu kroz{0}}provrt na kraju koluta.
Kontrolna lista specifikacija kompaktnih kliznih prstena
Prije nego što pošaljete RFQ, popunite donju tabelu. Svaka prazna ćelija je pitanje koje će dobavljač ionako morati postaviti, a pitanja bez odgovora su najveći jedini razlog zašto navedene jedinice dolaze pogrešno.
| Parametar | Tipični domet za robote za inspekciju | Inženjerska napomena |
|---|---|---|
| Vanjski promjer (OD) | 6,5 – 50 mm | Pokrenut najmanjom cijevi ili kućištem, robot mora ući |
| Ukupna dužina | 15 – 80 mm | Uključuje olovne pigtaile i konektore |
| Krugovi | 2 – 24 | Dodajte 10–20 % rezervnih kola za kasne promjene dizajna |
| Ocjena napona | Do 240 V AC/DC | Odvojeno puzanje za kanale snage i signala |
| Struja po kolu | 1 – 10 A tipično, do 30 A za motorne vodove | Derate za kontinuirani rad i temperaturu okoline |
| Tipovi signala | Analogni, RS-485, CAN, USB 2.0/3.0, Ethernet, HD-SDI | Imenujte protokol, a ne samo "signal" |
| IP rejting | IP54 – IP68 | IP67 minimum za kanalizaciju/potopne radove |
| Radni moment | 0.05 – 0.3 N·m | Kritično za male DC motore za pomicanje{0}}nagiba |
| Brzina rotacije | 0 – 300 o/min tipično | Za veći broj okretaja potrebna je drugačija geometrija četkice |
| Vek trajanja | 10M – 100M obrtaja | Procjena iz okretaja u minuti × radni ciklus × vijek trajanja projekta |
| Radna temperatura | −20 stepeni do +80 stepena standarda | Proširite projektiranim materijalima za rad s turbinama |
Praktični tok odabira
Korak 1 - Definirajte profil rotacije
Počnite s pokretom. Da li je rotacija kontinuirana ili ograničena na ±N stepeni? Šta je tipičan i maksimalni broj obrtaja? Koliko okretaja po inspekciji, a koliko inspekcija po životnom vijeku projekta? Ako kontinuirana rotacija nije striktno potrebna i ukupni hod ostaje unutar otprilike ±270 stepeni, fleksibilna kabelska petlja može biti jeftinija i lakša od kliznog prstena. Nakon toga, klizni prsten je gotovo uvijek čistiji odgovor.
Korak 2 - Mapa svakog kruga
Napravite tablicu kola koja navodi funkciju, napon, struju, tip signala, zahtjeve za oklopom i konektor. Uključite male petlje koje ljudi zaboravljaju - uzemljenje šasije, indeks kodera, zatamnjenje lampe, e-zaustavljanje. Mapa je jedini najkorisniji dokument koji dobavljač može dobiti.
Korak 3 - Odredite ponašanje signala, a ne samo kontinuitet
Kanali napajanja brinu o nazivnoj struji i kontaktnom otporu. Video i Ethernet kanali brinu o kontroli impedancije, povratnom gubitku i izolaciji kanala{1}}do{2}}kanala. Navedite šta kanal zapravo nosi - "Gigabit Ethernet, 100 Ω diferencijal, zaštićen" umjesto "podataka" - i dizajnerski tim može odabrati prave kontaktne materijale i rutiranje.
Korak 4 - Potvrdite mehaničku integraciju
Provjerite raspoloživi promjer, dužinu, sučelje za montažu (vijci, prirubnica, set{0}}ovratnik), radijus savijanja kabla, izlazni smjer i udaljenost između kliznog prstena i bilo kojeg motora ili VFD-a koji bi mogao spojiti buku. Kompaktne klizne prstenove je često lako postaviti na papir, a iznenađujuće ih je teško ožičiti u praksi.
Korak 5 - Uskladite okruženje
Izaberite ispravnoIP ocjena za radno okruženje kliznog prstena, zatim provjerite da omotač kabla i konektor također ispunjavaju ocjenu - da zapečaćeno tijelo sa nezapečaćenim pigtailom nije zapečaćeno. Za izlaganje hemikalijama, tražite posebno kućište i materijal zaptivke, a ne samo IP kod.
Korak 6 - Potvrda prije konačne integracije
Prije zaključavanja BOM-a, pokrenite provjeru valjanosti u uvjetima bliskim polju. Korisne provjere uključuju rotaciju pod nominalnim opterećenjem, kvalitet videa ili Etherneta izmjeren tokom kontinuiranog kretanja, mjerenje momenta na temperaturi, vibracijsko uklanjanje i dugotrajni-test rotacije od najmanje 10% očekivanog vijeka trajanja. Jedinica koja prođe rotaciju klupe od 30-i dalje može pokvariti na oznaci od 100.000 okretaja zbog nakupljanja kontaktnog filma.
Uobičajene greške koje treba izbjegavati
Samo biranje veličine.Kapsula od 6,5 mm OD je impresivna, ali ako ne može da prenese HD video kamere bez povremenih ispadanja, to je pogrešan deo.
Tretiranje kvaliteta signala kao problema dobavljača.Zaštita, uzemljenje i usmjeravanje kanala snage i signala su zajedničke odluke između inženjera kliznog prstena i integratora robota. Razgovarajte o njima prije nego što se kućište obradi.
Potcjenjivanje okoline.Jedinica koja prođe test čistog unutrašnjeg povlačenja može pokvariti za tri sedmice ispiranja kanalizacije. Uskladite kvalifikaciju sa aplikacijom.
Miješanje snage i osjetljivih signala bez izolacije.Linije koračnog motora pored kanala analognog senzora spojit će šum bez obzira na to koliko su kontakti dobri. Planirajte odvajanje od početka.
Određivanje kliznog prstena posljednje.Do trenutka kada je kućište fiksirano, izbor kliznog prstena je ograničen na ono što odgovara, a ne na ono što je najbolje. Uključite ga u recenziju dizajna u istoj fazi kao i motor i kamera.
Često postavljana pitanja
Da li je inspekcijskim robotima uvijek potreban klizni prsten?
Ne. Ako rotirajući modul treba da putuje samo ograničenim lukom - obično manjim od ±270 stepeni -, servisna petlja pravilno ocijenjenog fleksibilnog kabla može biti lakša i jeftinija. Klizni prstenovi postaju neophodni kada je potrebna kontinuirana rotacija od 360 stepeni, ili kada bi zamor kabla usled ponovljenog uvrtanja premašio budžet za održavanje projekta.
Koji tip kliznog prstena je najbolji za rotirajuću glavu kamere?
Za većinu pan{0}}nagibnih i inspekcijskih kamera od 360 stepeni, mala jedinica kapsule između 12 i 22 mm OD sa 6-12 krugova pokriva slučaj upotrebe. Ako kamera emituje HD-SDI ili Gigabit Ethernet, potvrdite da je jedinica kvalifikovana za taj specifični protokol, a ne da se tretira kao opšti signalni kanal.
Može li kompaktni klizni prsten prenositi Ethernet, USB ili HD video?
Da, ali dizajn to mora eksplicitno podržavati. Gigabit Ethernet zahtijeva kontrolirane kontakte impedancije i čvrsto usmjeravanje para; HD-SDI toleriše slabo rukovanje signalom daleko manje od analognog videa; USB 3.0 je najzahtjevniji od ova tri i obično pokreće dizajn prema hibridnoj ili posebno dizajniranoj jedinici. Provjerite da li dobavljač ima izmjerene podatke o{4}}oku za protokol koji vam je potreban.
Koliko realno može biti mali kompaktni klizni prsten?
Proizvodni klizni prstenovi za kapsule počinju oko 5-7 mm OD sa dva kruga. Ispod toga, dizajn postaje prilagođen i-ustupci u trenutnoj ocjeni i životnom vijeku postaju značajni. Za tipičnog robota za cijevi prečnika 100 mm-, kapsula promjera 12–22 mm je najbolja točka.
Kako da odaberem klizni prsten za robota za inspekciju kanalizacije?
Počnite s IP rejtingom. Jedinica{1}}bočne kamere treba najmanje IP65 za čišćenje prskanjem i visokim-pritiskom, a za kolut-bonu ili potopljenu jedinicu obično je potreban IP67 ili IP68. Potvrdite da izlaz kabla i konektor odgovaraju toj ocjeni. Zatim veličina za tip signala kamere - većina modernih kanalizacijskih alata koristi HD-SDI ili Ethernet, od kojih oba zahtijevaju specifične kanale{10}}nacije za signal.
Standardni dio ili izrada po mjeri?
Za uobičajene dizajne robota za inspekciju, standardni dio kataloga je u redu i obično ima kraće vrijeme isporuke. Aprilagođena konfiguracija kliznog prstenavrijedi dodatnog inženjeringa kada aplikacija kombinuje neobična ograničenja -, na primjer, ne-standardni OD, mješoviti pneumatski i električni prolaz-kroz, ili Ethernet-broj kanala-eternet plus HD video paket.
Zaključak
Kompaktni klizni prstenovi nisu "esencijalni" za svakog robota za inspekciju -, ali na bilo kojoj platformi sa kamerom koja se kontinuirano rotira, senzorskom kupolom ili koturom za privez, oni gotovo uvijek završe na kritičnom putu. Prava jedinica odgovara mehaničkom omotaču, nosi stvarne tipove signala u upotrebi, rotira s dovoljno malim obrtnim momentom za odabrani motor i preživljava u stvarnom okruženju za očekivani broj okretaja.
Najpouzdaniji proces odabira je dosadan: definirajte profil rotacije, mapirajte svako kolo, imenujte svaki signalni protokol, zaključajte IP ocjenu okolini i potvrdite dizajn u uvjetima bliskim terenu. Obavljen na početku programa, taj posao obično dodaje nekoliko sati. Urađeno kasno, obično dodaje redizajn.