Роботите за инспекция се намират там, където хората не могат лесно да отидат: в тръбопроводи под напрежение, канализационни мрежи, баластни резервоари, канали за ОВК, корпуси на турбини и затворено технологично оборудване. Почти всяка една от тези платформи разчита на поне един въртящ се под-възел - панорамна-накланяща се глава на камерата, купол със сканиращ сензор, макара за кабелна връзка или роботизирана връзка -, която трябва да продължи да доставя захранване и сигнал, докато се върти непрекъснато.
Компонентът, който тихо прави това възможно, е плъзгащият пръстен. Объркайте се и роботът губи видеото по време на-инспекция, връзката се захваща или камерата спира, защото въртящият се интерфейс добавя твърде много въртящ момент. Направете го правилно и плъзгащият пръстен става невидим -, което е целта.
Това ръководство е написано от гледна точка на инженерното приложение на контактния пръстен. Той обхваща какво всъщност трябва да правят компактните контактни пръстени вътре в робот за инспекция, как да ги специфицираме по модул и по среда и параметрите, които решават дали единицата ще оцелее на полето.
Защо роботите за инспекция се нуждаят от компактни хлъзгащи пръстени
Инспекционните роботи са проектирани около три твърди ограничения: малка механична обвивка, плавно непрекъснато движение и чисто предаване на сигнала през въртящата се става. Решението с директен-кабел се проваля и в трите момента, в който камерата или макарата се нуждае от повече от около ±180 градуса на движение - кабелите се усукват, медната работа-се втвърдява, екранирането се напуква и целостта на сигнала се срива много преди проводникът физически да се скъса.
Компактният плъзгащ пръстен решава това, като създава контролиран въртящ се електрически интерфейс между неподвижното тяло на робота и неговия движещ се модул. Вътре в типичен кроулер или тръбен робот този интерфейс обикновено се намира на едно от следните места:
- Пан{0}}наклонени или 360-градусови камерни глави
- Въртящи се сензорни кули (LIDAR, ултразвуков, термичен)
- Макари с кабел за свързване, монтирани от страната на оператора
- Роботизирани ръце, манипулатори или управляеми стави
- Пръстен{0}}светлина или LED осветителни модули, прикрепени към въртяща се оптика
- Енкодер, IMU или кръгове-на крайния превключвател, вградени в купол
Тъй като водещият робот често е само 50–150 mm в диаметър, плъзгащият пръстен трябва да е достатъчно малък, за да не надува корпуса или да ограничава най-малкия размер на тръбата, в която роботът може да влезе. Няколко милиметра допълнителен външен диаметър може да означава разликата между достъп до канализационна линия DN100 и оставане на DN150.
Как работи плъзгащият пръстен в робот за проверка
Механично контактният пръстен има статор (неподвижни четки или влакнести контакти) и ротор (проводящи пръстени, разделени от изолатори). Докато роторът се върти, четките поддържат плъзгащ се електрически контакт с всеки пръстен, така че всяка верига остава непрекъсната, независимо от ъгловата позиция.Преглед на DigiKey за въртящи се електрически конекториописва същата подредба и е добър пример, ако екипът е нов за компонента.
Вътре в инспекционния робот статорът обикновено се приземява върху тялото на робота, контролната печатна платка, снопа на батериите или края на връзката. Роторът се свързва с всичко, което се върти - най-често камера, сензорна глава, осветителен пръстен или барабан. В зависимост от архитектурата, едно компактно устройство може да носи:
- Захранване за камера, светлини, двигатели или нагреватели
- Аналогови сигнали от сензори за температура, газ или напрежение
- Цифрови контролни шини (CAN, RS-485, RS-232)
- Композитен или HD-SDI видео
- Ethernet (100Base-TX или Gigabit)
- USB 2.0 или USB 3.0
- Обратна връзка на енкодера и контури за аварийно-спиране
Една проста ROV камера може да се нуждае от четири до шест вериги. Усъвършенствана инспекционна глава с HD видео, LED затъмняване, двигатели с панорамно-накланяне и сензор за околната среда може лесно да достигне до 18–24 вериги в едно тяло на капсула.
Избор чрез модул на робота
Различните въртящи се модули в един и същи робот рядко споделят едни и същи изисквания към контактния пръстен. Третирането на "плъзгащия пръстен" като една част вместо три или четири отделни проблема за избор е една от най-често срещаните грешки при интегриране.
Въртящи се глави на камери
Доминиращото ограничение е целостта на сигнала. Връзките на HD-SDI, LVDS и Ethernet камери са чувствителни към промените в съпротивлението на контакта, така че плъзгащият пръстен трябва да указва маршрутизиране на екранирана усукана-двойка, отделени захранващи и сигнални канали и златни-върху-златни контакти за сигнали с ниско-ниво. Аплъзгащ пръстен на капсулатас 6–12 вериги в OD от 12–22 mm покрива повечето панорамни-накланящи се камери. За видео с по-висока разделителна способност вижте изрично оценените единициEthernet предаване през въртящото се съединениеа не общи канали за "данни".
Сензорни кули
Сензорните глави обикновено смесват една или две захранващи линии с няколко аналогови-напрежения или RS-485 канали. Смущаването е по-важно от необработената честотна лента. Асигнален плъзгащ пръстен, предназначен за роботика, ROVs и UAVобикновено осигурява правилния брой канали и стратегия за екраниране, без да плаща за видео честотна лента, която купола никога няма да използва.
Тетър кабелни макари
Плъзгащите пръстени на макарата живеят различен живот. Те се въртят бавно, но натрупват милиони обороти през живота на системата и носят пълната мощност и връзка за данни. Обикновено се предпочитат-дизайни с отвори, така че валът на макарата да може да минава през центъра. Често срещани режими на повреда-отстрани на макарата - неравномерно износване на четките, натрупване на контактен филм-и неуспешно запечатване при измиване - са добре документирани в този анализ наПричини и решения за повреда на плъзгащия пръстен на кабелната макара.
Роботизирани стави и манипулатори
Съединенията често се нуждаят от кух център за окабеляване и пневматични или хидравлични линии. Ачрез -плъзгащ пръстен на отворас размери на отвора от 5 mm до 50 mm пасва на повечето компактни дизайни на манипулатори. Ако съединението също пропуска въздух или течност, хибриден пневматичен-електрически модул консолидира два прохода-в един възел.
Избор по работна среда
Околната среда оформя спецификационния лист поне толкова, колкото и функцията на модула. Три среди покриват по-голямата част от внедряването на инспекционни роботи.
Проверка на тръбопроводи и канализация
Очаквайте потапяне във вода, сероводород, въглеводороди, фини песъчинки и често промиване под високо{0}}налягане. Плъзгащият пръстен се нуждае от запечатани кабелни изходи и потвърдена степен на защита. За повечето канализационни машини IP65 е приложим минимум в края на камерата и IP67 или IP68 в края на барабана. IEC дефинира тези нива точно вIEC 60529, Степени на защита, осигурени от заграждения- указването на „водоустойчив“ без наименуване на IP кода не е достатъчно.
Инспекция на турбина, котел и-висока температура
Температурата и вибрациите управляват дизайна. Над 80 градуса се променят материалите на четките (графит-метални композити или четки от благородни-метални влакна), изолационните смолни системи се променят и лубрикантите обикновено се отстраняват. Вибрацията също така ускорява микро-раздразнението при контакта, така че контактното налягане и геометрията на четката трябва да бъдат намалени.
Спасителни и опасни{0}}роботи
Тези платформи приемат удари, прах, дим, течности и непредвидими механични натоварвания. Маржът на надеждност е по-важен от минималния размер. Посочете по-висока стойност на живот на въртене, отколкото предполага работният цикъл, и потвърдете данните от тестовете за удар и вибрации, вместо да разчитате на стандартния лист с данни.
Сравнение на типа компактен пръстен
Четирите структури по-долу покриват почти всеки случай на използване на робот за инспекция. Правилният избор обикновено произтича от два въпроса: имате ли нужда от кух център и каква аксиална дължина е налична?
| Тип | Най-добро за | Основно ограничение | Типична употреба на робот за инспекция |
|---|---|---|---|
| Капсула | Компактни, напълно затворени инсталации без централен вал | Броят на каналите обикновено е ограничен до 24; без проходен-отвор | Пан{0}}накланящи се камерни глави, малки сензорни кули, осветителни пръстени |
| Проходен{0}}отвор | Проекти, нуждаещи се от централен вал, кабелен сноп или флуидна линия | По-голям външен диаметър от капсулата за същия брой канали | Кабелни макари, роботизирани съединения, големи въртящи се кули |
| палачинка | Много ограничена аксиална дължина | По-голям радиален отпечатък; по-нисък живот на въртене от дизайна на цевта | Плоско{0}}монтирани модули, при които височината е ограничението |
| Хибридно електрическо/оптично влакно | Високо{0}}широчина на видео или сензорни данни над това, което медта може да обработва надеждно | По-висока цена, по-сложно подравняване, по-дълго време за изпълнение | 4K или много-камерни инспекционни глави, високо-скоростни LIDAR кули |
За повечето компактни инспекционни роботи изборът е между капсула и малъкпръстен за палачинкив края на камерата и модул с-отвор в края на макарата.
Контролен списък със спецификации на компактен пръстен
Преди да изпратите RFQ, попълнете таблицата по-долу. Всяка празна клетка е въпрос, който доставчикът така или иначе ще трябва да зададе, а въпросите без отговор са най-голямата причина, поради която цитираните единици пристигат грешно.
| Параметър | Типичен диапазон за инспекционни роботи | Инженерна бележка |
|---|---|---|
| Външен диаметър (OD) | 6,5 – 50 мм | Задвижван от най-малката тръба или корпус, в който роботът трябва да влезе |
| Обща дължина | 15 – 80 мм | Включва оловни пигтейли и конектори |
| Вериги | 2 – 24 | Добавете 10–20 % резервни вериги за късни промени в дизайна |
| Номинално напрежение | До 240 V AC/DC | Отделно пълзене за канали за захранване срещу сигнални канали |
| Ток на верига | 1 – 10 A типично, до 30 A за моторни линии | Намаляване на мощността за продължителна работа и температура на околната среда |
| Видове сигнали | Аналогов, RS-485, CAN, USB 2.0/3.0, Ethernet, HD-SDI | Назовете протокола, а не само "сигнал" |
| IP рейтинг | IP54 – IP68 | IP67 минимум за канализация / потопяеми работи |
| Работен въртящ момент | 0.05 – 0.3 N·m | От решаващо значение за малки DC двигатели с панорамно-накланяне |
| Скорост на въртене | 0 – 300 rpm типично | По-високите обороти изискват различна геометрия на четката |
| Срок на експлоатация | 10M – 100M обороти | Оценка от обороти в минута × работен цикъл × живот на проекта |
| Работна температура | −20 градуса до +80 градуса стандарт | Разширете с разработени материали за работа на турбини |
Практически работен процес за подбор
Стъпка 1 - Дефинирайте профила на ротация
Започнете с движение. Въртенето непрекъснато ли е или ограничено до ±N градуса? Какви са типичните и максималните обороти? Колко оборота на инспекция и колко инспекции на живот на проекта? Ако не се изисква строго непрекъснато въртене и общият ход остава в рамките на приблизително ±270 градуса, гъвкавата кабелна верига все пак може да бъде по-евтина и по-лека от плъзгащия пръстен. Освен това, плъзгащият пръстен почти винаги е по-чистият отговор.
Стъпка 2 - Картирайте всяка верига
Изградете таблица на вериги, която изброява функция, напрежение, ток, тип сигнал, изискване за екраниране и конектор. Включете малките контури, които хората забравят - маса на шасито, индекс на енкодер, затъмняване на лампата, e-стоп. Картата е най-полезният документ, който един доставчик може да получи.
Стъпка 3 - Посочете поведението на сигнала, а не само непрекъснатостта
Захранващите канали се грижат за номиналния ток и контактното съпротивление. Видео и Ethernet каналите се грижат за контрола на импеданса, обратната загуба и изолацията от-към-канал. Посочете какво всъщност пренася каналът - „Gigabit Ethernet, 100 Ω диференциал, екраниран“, а не „данни“ - и дизайнерският екип може да избере правилните контактни материали и маршрутизиране.
Стъпка 4 - Потвърдете механичната интеграция
Проверете наличния диаметър, дължина, монтажен интерфейс (винтове, фланец, закрепваща -яка), радиус на огъване на кабела, посока на изход и разстоянието между контактния пръстен и всеки двигател или VFD, които биха могли да съчетаят шум. Компактните хлъзгащи пръстени често са лесни за поставяне на хартия и изненадващо трудни за свързване на практика.
Стъпка 5 - Съвпадение на средата
Изберете правилнотоIP рейтинг за работната среда на контактния пръстен, след което се уверете, че обвивката на кабела и съединителят също отговарят на този рейтинг - запечатано тяло с незапечатана свинска опашка не е запечатано. За химическо излагане поискайте конкретно корпуса и уплътнителния материал, а не само IP код.
Стъпка 6 - Валидиране преди окончателното интегриране
Преди да заключите BOM, изпълнете валидиране при условия, близки до полето. Полезните проверки включват въртене при номинално натоварване, видео или Ethernet качество, измерено по време на непрекъснато движение, измерване на въртящия момент при температура, вибрационно размахване и дълго-тест за въртене с най-малко 10 % от очаквания експлоатационен живот. Устройство, което преминава 30-секундно въртене на стенда, все още може да се повреди при марката от 100 000 оборота от натрупване на контактен филм.
Често срещани грешки, които трябва да избягвате
Избиране само на размера.6,5 mm OD капсула е впечатляваща, но ако не може да пренесе HD видеото на камерата без прекъсвания, това е грешната част.
Третиране на качеството на сигнала като проблем на доставчика.Екранирането, заземяването и маршрутизирането на захранващите срещу сигналните канали са съвместни решения между инженера на контактния пръстен и интегратора на робота. Обсъдете ги, преди случаят да бъде обработен.
Подценяване на средата.Уред, който премине тест за издърпване на чисто закрито, може да се провали след три седмици промиване на канализацията. Свържете квалификацията с приложението.
Смесване на мощност и чувствителни сигнали без изолация.Линиите на стъпковия двигател до аналогов сензорен канал ще свържат шума, независимо колко добри са контактите. Планирайте раздялата от самото начало.
Посочване на плъзгащия пръстен последно.Докато корпусът е фиксиран, изборът на плъзгащ се пръстен е ограничен до това, което пасва, а не до това, което е най-добро. Включете го в прегледа на дизайна на същия етап като двигателя и камерата.
Често задавани въпроси
Инспекционните роботи винаги ли се нуждаят от плъзгащ пръстен?
Не. Ако въртящият се модул трябва да измине само ограничена дъга - обикновено по-малко от ±270 градуса -, обслужващият контур от правилно номинален гъвкав кабел може да бъде по-лек и по-евтин. Плъзгащите пръстени стават необходими, когато е необходимо непрекъснато въртене на 360 градуса или когато умората на кабела от многократно усукване би надхвърлила бюджета за поддръжка на проекта.
Какъв тип контактен пръстен е най-подходящ за въртяща се глава на камера?
За повечето камери за панорамно{0}}накланяне и 360-градусови инспекционни камери, малък капсулен модул между 12 и 22 mm OD с 6–12 вериги покрива случая на употреба. Ако камерата предава HD-SDI или Gigabit Ethernet, потвърдете, че устройството е квалифицирано за този конкретен протокол, вместо да се третира като канал за общ сигнал.
Може ли компактен контактен пръстен да предава Ethernet, USB или HD видео?
Да, но дизайнът трябва да го поддържа изрично. Gigabit Ethernet изисква контакти с контролиран импеданс и тясна маршрутизация по двойки; HD-SDI толерира хлабава обработка на сигнала много по-малко от аналоговото видео; USB 3.0 е най-взискателният от трите и обикновено насочва дизайна към хибридно или специално проектирано устройство. Уверете се, че доставчикът има измерени данни за очни-модели за протокола, от който се нуждаете.
Колко малък реалистично може да бъде един компактен контактен пръстен?
Производствените плъзгащи пръстени за капсули започват около 5–7 mm OD с две вериги. Под това дизайните стават персонализирани и компромисите-в текущия рейтинг и живота стават значителни. За типичен тръбен робот с диаметър 100 mm, капсула с OD 12–22 mm е идеалното място.
Как да избера плъзгащ се пръстен за робот за проверка на канализация?
Започнете с IP рейтинга. Модулът от страната-на камерата се нуждае от поне IP65 за почистване с пръски и-налягане, а модулът от страната-на макарата или потопеният модул обикновено се нуждае от IP67 или IP68. Уверете се, че изходът на кабела и конекторът отговарят на този рейтинг. След това размер за типа на сигнала на камерата - повечето модерни канализационни роботи използват HD-SDI или Ethernet, като и двата изискват специфични сигнал-канали.
Стандартна част или изработка по поръчка?
За масови дизайни на роботи за инспекция стандартната каталожна част е добра и обикновено има по-кратко време за изпълнение. Аперсонализирана конфигурация на хлъзгащ пръстенструва си допълнителното инженерство, когато приложението съчетава необичайни ограничения - например не-стандартен OD, смесен пневматичен и електрически проход-или висок-канал-брой Ethernet плюс HD видео пакет.
Заключение
Компактните хлъзгащи пръстени не са „съществени“ за всеки инспекционен робот -, но във всяка платформа с непрекъснато въртяща се камера, въртяща се сензорна главна глава или макара за завързване, те почти винаги се озовават на критичния път. Правилният модул пасва на механичната обвивка, носи действителните видове сигнали в употреба, върти се с достатъчно нисък въртящ момент за избрания двигател и оцелява в реалната среда за очаквания брой обороти.
Най-надеждният процес на подбор е скучният: дефинирайте профила на въртене, картографирайте всяка верига, именувайте всеки протокол на сигнала, заключете IP рейтинга към околната среда и валидирайте дизайна при условия, близки до полето. Извършена в началото на програмата, тази работа обикновено добавя няколко часа. Направено късно, обикновено добавя редизайн.