Tarkastusrobotit ansaitsevat paikkansa siellä, missä ihmiset eivät pääse helposti: jännitteisten putkistojen, viemäriputkien, painolastisäiliöiden, LVI-kanavien, turbiinien koteloiden ja suljettujen prosessilaitteiden sisällä. Melkein jokainen näistä alustoista perustuu ainakin yhteen pyörivään-alikokoonpanoon -, kallistuskameran päähän-, skannausanturitorniin, kaapelikelaan tai robottiliitokseen -, jonka on jatkettava tehon ja signaalin toimittamista kääntyessään jatkuvasti.
Komponentti, joka tekee sen hiljaa, on liukurengas. Jos ymmärrät väärin, robotti menettää videon kesken -tarkastuksen, kiinnitys jumittuu tai kamera pysähtyy, koska pyörivä käyttöliittymä lisää liikaa vääntöä. Tee se oikein ja liukurenkaasta tulee näkymätön - mikä on tavoite.
Tämä opas on kirjoitettu liukurengassovellussuunnittelun näkökulmasta. Se kattaa, mitä kompaktien liukurenkaiden todella täytyy tehdä tarkastusrobotin sisällä, kuinka ne määritellään moduulin ja ympäristön mukaan sekä parametrit, jotka ratkaisevat, selviytyykö yksikkö kentällä.
Miksi tarkastusrobotit tarvitsevat kompakteja liukurenkaita
Tarkastusrobotit on suunniteltu kolmen kovan rajoitteen ympärille: pieni mekaaninen verhokäyrä, tasainen keskeytymätön liike ja puhdas signaalinsiirto pyörivän liitoksen yli. Suora-langallinen ratkaisu epäonnistuu kaikissa kolmessa tilanteessa, kun kamera tai kela tarvitsee enemmän kuin noin ±180 astetta liikettä - kaapelit vääntyvät, kuparityöstö-kovettuu, suojaus halkeilee ja signaalin eheys romahtaa kauan ennen kuin johto fyysisesti katkeaa.
Kompakti liukurengas ratkaisee tämän luomalla ohjatun pyörivän sähköisen rajapinnan robotin kiinteän rungon ja sen liikkuvan moduulin välille. Tyypillisessä tela- tai putkirobotissa tämä käyttöliittymä sijaitsee yleensä jossakin seuraavista paikoista:
- Pan-kallistavat tai 360 asteen kamerapäät
- Pyörivät anturitornit (LIDAR, ultraääni, lämpö)
- Kiinnityskaapelikelat, jotka on asennettu käyttäjän puolelle
- Robottivarret, manipulaattorit tai ohjattavat nivelet
- Pyörivään optiikkaan kiinnitetty rengas-- tai LED-valaistuskokoonpano
- Enkooderi-, IMU- tai limit{0}}kytkinsilmukat upotettuina torniin
Koska isäntärobotin halkaisija on usein vain 50–150 mm, liukurenkaan on oltava riittävän pieni, jotta se ei täytä koteloa tai rajoita pienintä putken kokoa, johon robotti voi mennä. Muutaman millimetrin ylimääräinen ulkohalkaisija voi tarkoittaa eroa DN100 viemärilinjaan pääsyn ja DN150:een juuttumisen välillä.
Kuinka liukurengas toimii tarkastusrobotissa
Mekaanisesti liukurenkaassa on staattori (kiinteät harjat tai kuitukoskettimet) ja roottori (johtavat renkaat, jotka on erotettu eristeillä). Kun roottori pyörii, harjat pitävät liukuvan sähköisen kosketuksen jokaisen renkaan kanssa, joten jokainen piiri pysyy yhtenäisenä kulma-asennosta riippumatta.DigiKeyn yleiskatsaus pyörivistä sähköliittimistäkuvaa tätä samaa järjestelyä ja on hyvä pohja, jos tiimi on uusi komponentin kanssa.
Tarkastusrobotin sisällä staattori laskeutuu tyypillisesti robotin runkoon, ohjauspiirilevyyn, akun johtosarjaan tai kiinnityspäätteeseen. Roottori kytkeytyy mihin tahansa kääntyvään - useimmiten kameraan, anturipäähän, valorenkaaseen tai kelarumpuun. Arkkitehtuurista riippuen yksi kompakti yksikkö voi sisältää:
- Virta kameralle, valoille, moottoreille tai lämmittimille
- Analogiset signaalit lämpötila-, kaasu- tai jännitysantureilta
- Digitaaliset ohjausväylät (CAN, RS-485, RS-232)
- Komposiitti- tai HD{0}}SDI-video
- Ethernet (100Base-TX tai Gigabit)
- USB 2.0 tai USB 3.0
- Enkooderin palaute ja hätäpysäytyssilmukat{0}}
Yksinkertainen ROV-kamera saattaa tarvita neljästä kuuteen piiriä. Edistyksellinen tarkastuspää HD-videolla, LED-himmenyksellä, kallistusmoottoreilla-ja ympäristöanturi voi helposti saavuttaa 18–24 piiriä yhdessä kapselin rungossa.
Valinta robottimoduulin mukaan
Saman robotin sisällä olevilla eri pyörivillä moduuleilla on harvoin samat liukurengasvaatimukset. "Liukurenkaan" käsitteleminen yhtenä osana kolmen tai neljän erillisen valintaongelman sijaan on yksi yleisimmistä integrointivirheistä.
Pyörivät kamerapäät
Hallitseva rajoite on signaalin eheys. HD-SDI-, LVDS- ja Ethernet-kameralinkit ovat herkkiä kosketinresistanssin vaihtelulle, joten liukurenkaan tulee määrittää suojattu kierretty-parireititys, erotetut teho- ja signaalikanavat sekä kultaiset-on-kultaiset koskettimet matalan-tason signaalille. Akapselin liukurengas6–12 piirillä, joiden ulkohalkaisija on 12–22 mm, kattaa useimmat pan-kallistavat kamerapäät. Jos haluat korkeamman resoluution videon, katso yksiköt, jotka on nimenomaisesti luokiteltuEthernet-siirto pyörivän liitoksen kauttayleisten "datakanavien" sijaan.
Anturitornit
Anturipäät yhdistävät tavallisesti yhden tai kaksi virtajohtoa kouralliseen matalajännitteiseen{0}}analogiseen tai RS-485-kanaviin. Ylikuuluminen on tärkeämpää kuin raaka kaistanleveys. Asignaalin liukurengas, joka on suunniteltu robotiikkaan, ROV:iin ja UAV:ihintyypillisesti tarjoaa oikean kanavamäärän ja suojausstrategian maksamatta videon kaistanleveydestä, jota torni ei koskaan käytä.
Kiinnitä kaapelikelat
Kelan liukurenkaat elävät erilaista elämää. Ne pyörivät hitaasti, mutta keräävät miljoonia kierroksia järjestelmän elinkaaren aikana, ja ne kantavat täyden tehon ja tiedonsiirtoyhteyden. Läpi-reikien mallit ovat yleensä suositeltavia, jotta kelan akseli pääsee kulkemaan keskustan läpi. Yleiset kelan-sivuvikatilat - epätasainen harjan kuluminen, kontaktikalvon muodostuminen-ja tiivistyshäiriö pesun aikana - ovat hyvin dokumentoituja tässäkaapelikelan liukurenkaan vian syyt ja ratkaisut.
Robottiliitokset ja manipulaattorit
Liitokset tarvitsevat usein onton keskipisteen kaapelointia ja pneumaattisia tai hydraulisia linjoja varten. A-reiän liukurenkaan läpi5–50 mm:n reikäkoko sopii useimpiin kompakteihin manipulaattorimalleihin. Jos liitos kulkee myös ilmaa tai nestettä, hybridi pneumaattinen-sähköyksikkö yhdistää kaksi läpivientiä-yhdeksi kokoonpanoksi.
Valinta käyttöympäristön mukaan
Ympäristö muokkaa tietosivua vähintään yhtä paljon kuin moduulitoiminto. Kolme ympäristöä kattaa suurimman osan tarkastusrobottien käyttöönotoista.
Putkien ja viemärien tarkastus
Odotettavissa on veteen upottamista, rikkivetyä, hiilivetyjä, hienoa hiekkaa ja toistuvaa korkeapainepesua{0}}. Liukurengas tarvitsee tiivistetyt kaapeliulostulot ja vahvistetun kotelointiluokituksen. Useimmille viemäritelakoille IP65 on toimiva minimi kameran päässä ja IP67 tai IP68 kelan päässä. IEC määrittelee nämä tasot tarkastiIEC 60529, Koteloiden tarjoamat suojausasteet- ei riitä, että määritetään "vesitiivis" ilman IP-koodin nimeämistä.
Turbiinin, kattilan ja korkean{0}}lämpötilan tarkastus
Lämpötila ja tärinä ohjaavat suunnittelua. Yli 80 asteen kulmassa harjan materiaalit muuttuvat (grafiitti-metallikomposiitit tai jalo-metallikuituharjat), eristehartsijärjestelmät muuttuvat ja voiteluaineet poistetaan yleensä. Tärinä kiihdyttää myös koskettimen mikro{5}ärsytystä, joten kosketuspainetta ja harjan geometriaa on vähennettävä.
Pelastus- ja vaaralliset{0}}ympäristörobotit
Nämä alustat näkevät iskuja, pölyä, savua, nesteitä ja arvaamattomia mekaanisia kuormia. Luotettavuusmarginaalilla on enemmän merkitystä kuin vähimmäiskoko. Määritä korkeampi pyörimisikäluokka kuin käyttöjakso ehdottaa ja vahvista iskun ja tärinän testitiedot sen sijaan, että luottaisit vakiotietolomakkeeseen.
Kompakti liukurengastyyppien vertailu
Alla olevat neljä rakennetta kattavat lähes kaikki tarkastusrobotin käyttötapaukset. Oikea valinta putoaa yleensä kahdesta kysymyksestä: tarvitsetko onton keskikohdan ja kuinka paljon aksiaalipituutta on käytettävissä?
| Tyyppi | Paras | Päärajoitus | Tyypillinen tarkastusrobotin käyttö |
|---|---|---|---|
| Kapseli | Kompaktit, täysin suljetut asennukset ilman keskiakselia | Kanavien määrä on yleensä rajoitettu 24:ään; ei läpivientiä- | Pan-kallistavat kamerapäät, pienet anturitornit, valaistusrenkaat |
| Läpi-porauksen | Mallit, jotka vaativat keskiakselin, kaapelinipun tai nestelinjan | Suurempi ulkohalkaisija kuin kapseli samalla kanavamäärällä | Kaapelikelat, robottiliitokset, suuret pyörivät tornit |
| Pannukakku | Erittäin rajoitettu aksiaalinen pituus | Suurempi radiaalinen jalanjälki; pienempi pyörimisikä kuin tynnyreissä | Litteät{0}}asennetut kokoonpanot, joissa korkeus on rajoitus |
| Hybridisähkö/kuituoptiikka | Korkean{0}}kaistanleveyden video- tai anturidata yli sen, mitä kupari pystyy käsittelemään luotettavasti | Korkeammat kustannukset, monimutkaisempi kohdistus, pidempi toimitusaika | 4K- tai usean{1}}kameran tarkastuspäät, korkean -nopeuden LIDAR-tornit |
Useimmissa pienikokoisissa tarkastusroboteissa valinta on kapselin ja pienen välilläpannukakun liukurengaskameran päässä ja läpimenevä-reikäyksikkö kelan päässä.
Kompakti liukurenkaan teknisten tietojen tarkistuslista
Ennen kuin lähetät tarjouspyynnön, täytä alla oleva taulukko. Jokainen tyhjä solu on kysymys, joka toimittajan on joka tapauksessa kysyttävä, ja vastaamattomat kysymykset ovat suurin yksittäinen syy, että lainatut yksiköt saapuvat väärin.
| Parametri | Tyypillinen kantama tarkastusroboteille | Tekninen huomautus |
|---|---|---|
| Ulkohalkaisija (OD) | 6,5-50 mm | Pienimmän putken tai kotelon ohjaamana robotin on mentävä sisään |
| Kokonaispituus | 15-80 mm | Sisältää lyijyputket ja liittimet |
| Piirit | 2 – 24 | Lisää 10–20 % varapiirejä myöhäisiä suunnittelumuutoksia varten |
| Jänniteluokitus | Jopa 240 V AC/DC | Erillinen ryömintä teho- ja signaalikanaville |
| Virta piiriä kohti | 1 – 10 A tyypillinen, jopa 30 A moottorilinjoille | Derate jatkuvassa käytössä ja ympäristön lämpötilassa |
| Signaalityypit | Analoginen, RS-485, CAN, USB 2.0/3.0, Ethernet, HD-SDI | Nimeä protokolla, ei vain "signaali" |
| IP-luokitus | IP54 – IP68 | IP67 vähintään viemäri- / upotettuihin töihin |
| Käyttövääntömomentti | 0.05 – 0.3 N·m | Kriittinen pienille DC-pan{0}}kippimoottoreille |
| Pyörimisnopeus | 0-300 rpm tyypillinen | Suuremmat kierrosluvut vaativat erilaisen harjan geometrian |
| Käyttöikä | 10M - 100M kierrosta | Arvio kierrosluvusta × käyttöjakso × projektin käyttöikä |
| Käyttölämpötila | −20 asteesta +80 asteeseen standardi | Laajenna turbiinityötä varten suunnitelluilla materiaaleilla |
Käytännön valintatyönkulku
Vaihe 1 - Määritä kiertoprofiili
Aloita liikkeellä. Onko pyöriminen jatkuvaa vai rajoitettu ±N asteeseen? Mikä on tyypillinen ja suurin kierrosluku? Kuinka monta kierrosta tarkastusta kohden ja kuinka monta tarkastusta projektin käyttöikää kohti? Jos jatkuvaa pyöritystä ei ehdottomasti vaadita ja kokonaisliike pysyy noin ±270 asteen sisällä, joustava kaapelilenkki voi silti olla halvempi ja kevyempi kuin liukurengas. Sen jälkeen liukurengas on melkein aina puhtaampi vastaus.
Vaihe 2 - Kartoita jokainen piiri
Rakenna piiritaulukko, jossa luetellaan toiminto, jännite, virta, signaalityyppi, suojausvaatimus ja liitin. Sisällytä pienet silmukat, jotka ihmiset unohtavat - rungon maadoituksen, kooderin indeksi, lampun himmennys, e-stop. Kartta on hyödyllisin asiakirja, jonka toimittaja voi saada.
Vaihe 3 - Määritä signaalin käyttäytyminen, ei vain jatkuvuus
Tehokanavat välittävät virran arvosta ja kosketusresistanssista. Video- ja Ethernet-kanavat välittävät impedanssin ohjauksesta, paluuhäviöstä ja kanavien -to{2}}eristyksestä. Kerro, mitä kanava todella kuljettaa - "Gigabit Ethernet, 100 Ω differentiaali, suojattu" "datan" sijaan -, niin suunnittelutiimi voi valita oikeat kontaktimateriaalit ja reitityksen.
Vaihe 4 - Vahvista mekaaninen integrointi
Tarkista käytettävissä oleva halkaisija, pituus, asennusliitäntä (ruuvit, laippa, setti-kaulus), kaapelin taivutussäde, poistumissuunta sekä liukurenkaan ja mahdollisen kohinaa aiheuttavan moottorin tai VFD:n välinen etäisyys. Pienikokoiset liukurenkaat on usein helppo sovittaa paperille ja yllättävän vaikea langoittaa käytännössä.
Vaihe 5 - Match the Environment
Valitse oikeaIP-luokitus liukurenkaan käyttöympäristölle, varmista sitten, että kaapelin vaippa ja liitin vastaavat myös luokitusta - sinetöity runko, jossa on sinetöimätön letku, ei ole sinetöity. Kemiallista altistumista varten kysy erityisesti kotelo- ja tiivistemateriaalia, ei vain IP-koodia.
Vaihe 6 - Vahvista ennen lopullista integrointia
Ennen kuin lukitset tuoteluettelon, suorita validointi olosuhteissa, jotka ovat lähellä peltoa. Hyödyllisiä tarkistuksia ovat pyöriminen nimelliskuormituksella, jatkuvan liikkeen aikana mitattu videon tai Ethernetin laatu, vääntömomentin mittaus lämpötilassa, tärinän pyyhkäisy ja pitkä -kiertotesti, joka on vähintään 10 % odotetusta käyttöiästä. Yksikkö, joka läpäisee 30 -sekunnin kierroksen, voi silti epäonnistua 100 000 kierroksen kohdalla kontaktikalvon muodostumisesta.
Yleiset virheet vältettävät
Yksin koon valinta.6,5 mm:n ulkohalkaisija on vaikuttava, mutta jos se ei pysty kuljettamaan kameran HD-videota ilman ajoittaisia katkelmia, se on väärä osa.
Käsitellään signaalin laatua toimittajan ongelmana.Suojaus, maadoitus ja teho vs. signaalikanavien reititys ovat liukurengasinsinöörin ja robotin integraattorin yhteisiä päätöksiä. Keskustele niistä ennen kuin tapaus koneistetaan.
Ympäristön aliarvioiminen.Yksikkö, joka läpäisee puhtaan sisätilojen vetotestin, voi epäonnistua kolmen viikon viemärihuuhtelussa. Yhdistä pätevyys hakemukseen.
Tehon ja herkkien signaalien sekoitus ilman eristystä.Analogisen anturikanavan vieressä olevat askelmoottorilinjat yhdistävät kohinaa riippumatta siitä, kuinka hyvät kontaktit ovat. Suunnittele erottaminen alusta alkaen.
Liukurenkaan määrittäminen viimeiseksi.Kun kotelo on kiinnitetty, liukurenkaan valinta on rajoitettu siihen, mikä sopii, ei siihen, mikä on paras. Tuo se suunnittelun tarkasteluun samassa vaiheessa moottorin ja kameran kanssa.
Usein kysytyt kysymykset
Tarvitsevatko tarkastusrobotit aina liukurenkaan?
Ei. Jos pyörivän moduulin tarvitsee kulkea vain rajoitettu kaari - tyypillisesti alle ±270 astetta -, oikein mitoitetun joustavan kaapelin huoltosilmukka voi olla kevyempi ja halvempi. Liukurenkaat ovat välttämättömiä, kun tarvitaan jatkuvaa 360 asteen kiertoa tai kun kaapelin väsyminen toistuvasta kiertymisestä ylittäisi projektin ylläpitobudjetin.
Millainen liukurengas on paras pyörivälle kamerapäälle?
Useimmissa pan-kallistuvissa ja 360 asteen tarkastuskameroissa käyttötilanteen kattaa pieni kapseliyksikkö, jonka ulkohalkaisija on 12–22 mm ja jossa on 6–12 piiriä. Jos kamera lähettää HD-SDI- tai Gigabit Ethernet -yhteyttä, varmista, että laite on hyväksytty kyseiselle protokollalle sen sijaan, että sitä käsitellään yleisenä signaalikanavana.
Voiko kompakti liukurengas siirtää Ethernet-, USB- tai HD-videota?
Kyllä, mutta suunnittelun on tuettava sitä selvästi. Gigabit Ethernet vaatii ohjattuja impedanssikontakteja ja tiukkaa parireititystä; HD-SDI sietää löysää signaalinkäsittelyä paljon vähemmän kuin analoginen video; USB 3.0 on vaativin näistä kolmesta ja yleensä ajaa suunnittelun kohti hybridiä tai erityisesti suunniteltua yksikköä. Varmista, että toimittaja on mitannut silmä-kuvion tiedot tarvitsemaasi protokollaa varten.
Kuinka pieni kompakti liukurengas voi realistisesti olla?
Tuotantokapselin liukurenkaat alkavat noin 5–7 mm ulkohalkaisijalta kahdella piirillä. Sen jälkeen malleista tulee räätälöityjä, ja nykyisen luokituksen ja käyttöiän -korjaukset tulevat merkittäviksi. Tyypilliselle halkaisijaltaan 100 mm{6}}putkirobotille 12–22 mm ulkohalkaisijakapseli on paras paikka.
Kuinka valitsen liukurenkaan viemäritarkastusrobotille?
Aloita IP-luokituksesta. Kameran-sivuyksikön on oltava vähintään IP65 roiske- ja korkeapainepuhdistusta varten, ja kelan-puoleinen tai upotettu yksikkö tarvitsee yleensä IP67:n tai IP68:n. Varmista, että kaapelin ulostulo ja liitin vastaavat tätä arvoa. Sitten kameran signaalityypin mukainen koko - useimmat nykyaikaiset viemäri-indeksoijat käyttävät HD-SDI:tä tai Ethernetiä, jotka molemmat vaativat tietyn signaalin{10}}luokiteltuja kanavia.
Vakioosa vai räätälöity rakenne?
Yleisiin tarkastusrobottisuunnitelmiin vakioluetteloosa on hyvä ja sillä on yleensä lyhyempi toimitusaika. Amukautettu liukurengaskokoonpanoon ylimääräisen suunnittelun arvoinen, kun sovellus yhdistää epätavalliset rajoitukset -, esimerkiksi ei-standardi OD, sekoitettu pneumaattinen ja sähköinen-läpivienti tai korkea-kanava-määräinen Ethernet- ja HD-videopaketti.
Johtopäätös
Kompaktit liukurenkaat eivät ole "välttämättömiä" jokaiselle tarkastusrobotille -, mutta millä tahansa alustalla, jossa on jatkuvasti pyörivä kamera, anturitorni tai kiinnityskela, ne päätyvät melkein aina kriittiselle tielle. Oikea yksikkö sopii mekaaniseen verhokäyrään, kuljettaa todellisia käytössä olevia signaalityyppejä, pyörii riittävän alhaisella vääntömomentilla valitulle moottorille ja selviää todellisesta ympäristöstä odotetun kierrosluvun ajan.
Luotettavin valintaprosessi on tylsä: määritä kiertoprofiili, kartoita jokainen piiri, nimeä jokainen signaaliprotokolla, lukitse IP-luokitus ympäristöön ja validoi suunnittelu kenttään lähellä olevissa olosuhteissa. Ohjelman alussa tehty työ lisää yleensä muutaman tunnin. Myöhään tehtynä se yleensä lisää uudelleensuunnittelua.