Robot kiểm tra có thể tồn tại ở những nơi con người không thể dễ dàng đi tới: bên trong đường ống dẫn điện, đường ống thoát nước, bể dằn, ống dẫn HVAC, vỏ tuabin và thiết bị xử lý hạn chế. Hầu hết mọi nền tảng trong số này đều dựa vào ít nhất một cụm-phụ xoay - đầu camera nghiêng-, tháp cảm biến quét, cuộn cáp buộc hoặc khớp rô-bốt - phải tiếp tục cung cấp năng lượng và tín hiệu trong khi quay liên tục.
Thành phần thầm lặng có thể thực hiện được điều đó là vòng trượt. Nếu làm sai, rô-bốt sẽ mất video trong quá trình-kiểm tra, dây bị đứt hoặc máy ảnh ngừng hoạt động vì giao diện quay thêm quá nhiều mô-men xoắn. Hãy làm đúng và vòng trượt sẽ trở nên vô hình -, đó chính là mục tiêu.
Hướng dẫn này được viết từ góc độ kỹ thuật ứng dụng vòng trượt. Nó bao gồm những gì vòng trượt nhỏ gọn thực sự phải thực hiện bên trong rô-bốt kiểm tra, cách chỉ định chúng theo mô-đun và theo môi trường cũng như các thông số quyết định liệu một thiết bị có tồn tại được trên hiện trường hay không.
Tại sao robot kiểm tra cần vòng trượt nhỏ gọn
Robot kiểm tra được thiết kế xoay quanh ba hạn chế cứng: vỏ cơ học nhỏ, chuyển động mượt mà không bị gián đoạn và truyền tín hiệu rõ ràng qua khớp quay. Giải pháp-có dây trực tiếp không đáp ứng được cả ba điều này khi máy ảnh hoặc cuộn phim cần di chuyển nhiều hơn khoảng ±180 độ - dây cáp xoắn, đồng-cứng lại, che chắn các vết nứt và tính toàn vẹn của tín hiệu sụp đổ từ rất lâu trước khi dây bị đứt về mặt vật lý.
Một vòng trượt nhỏ gọn giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra một giao diện điện quay được điều khiển giữa thân robot cố định và mô-đun chuyển động của nó. Bên trong robot thu thập thông tin hoặc robot ống thông thường, giao diện đó thường nằm ở một trong những vị trí sau:
- Đầu máy ảnh xoay-nghiêng hoặc 360 độ
- Tháp cảm biến quay (LIDAR, siêu âm, nhiệt)
- Cuộn cáp buộc được gắn ở phía người vận hành
- Cánh tay robot, bộ điều khiển hoặc khớp điều khiển được
- Cụm đèn-đèn vòng hoặc đèn LED được gắn vào một quang học quay
- Vòng lặp chuyển đổi bộ mã hóa, IMU hoặc giới hạn{0}}được nhúng trong tháp pháo
Vì robot chủ thường chỉ có đường kính 50–150 mm nên vòng trượt phải đủ nhỏ để không làm phồng vỏ hoặc hạn chế kích thước ống nhỏ nhất mà robot có thể đi vào. Đường kính ngoài tăng thêm vài mm có thể tạo ra sự khác biệt giữa việc tiếp cận đường cống DN100 và bị kẹt ở DN150.
Vòng trượt hoạt động như thế nào trong Robot kiểm tra
Về mặt cơ học, một vòng trượt có một stato (bàn chải cố định hoặc các tiếp điểm sợi) và một rôto (các vòng dẫn điện được ngăn cách bằng chất cách điện). Khi rôto quay, chổi duy trì tiếp điểm điện trượt với mỗi vòng, do đó mỗi mạch vẫn liên tục bất kể vị trí góc.Tổng quan về đầu nối điện quay của DigiKeymô tả sự sắp xếp tương tự này và là bước khởi đầu tốt nếu nhóm chưa quen với thành phần đó.
Bên trong rô-bốt kiểm tra, stato thường tiếp đất trên thân rô-bốt, điều khiển PCB, bộ dây pin hoặc đầu cuối dây buộc. Rôto kết nối với bất kỳ thiết bị nào đang quay -, thường là máy ảnh, đầu cảm biến, vòng chiếu sáng hoặc trống cuộn. Tùy thuộc vào kiến trúc, một thiết bị nhỏ gọn có thể mang:
- Nguồn cho máy ảnh, đèn, động cơ hoặc máy sưởi
- Tín hiệu tương tự từ cảm biến nhiệt độ, khí hoặc biến dạng
- Xe buýt điều khiển kỹ thuật số (CAN, RS-485, RS-232)
- Video tổng hợp hoặc HD{0}}SDI
- Ethernet (100Base-TX hoặc Gigabit)
- USB 2.0 hoặc USB 3.0
- Phản hồi của bộ mã hóa và vòng lặp-dừng khẩn cấp
Một camera ROV đơn giản có thể cần bốn đến sáu mạch. Đầu kiểm tra nâng cao có video HD, đèn LED điều chỉnh độ sáng, động cơ xoay{1}}nghiêng và cảm biến môi trường có thể dễ dàng tiếp cận 18–24 mạch trong một thân hộp duy nhất.
Lựa chọn theo mô-đun Robot
Các mô-đun quay khác nhau bên trong cùng một robot hiếm khi có chung yêu cầu về vòng trượt. Coi "vòng trượt" là một phần thay vì ba hoặc bốn vấn đề lựa chọn riêng biệt là một trong những lỗi tích hợp phổ biến nhất.
Đầu camera xoay
Hạn chế chủ yếu là tính toàn vẹn tín hiệu. Các liên kết camera HD-SDI, LVDS và Ethernet rất nhạy cảm với sự thay đổi điện trở tiếp xúc, do đó, vòng trượt phải chỉ định định tuyến cặp xoắn-được che chắn, các kênh tín hiệu và nguồn điện tách biệt cũng như các điểm tiếp xúc vàng-trên-vàng cho tín hiệu mức-thấp. MỘTvòng trượt viên nangvới 6–12 mạch có đường kính ngoài 12–22 mm bao phủ hầu hết các đầu camera nghiêng-. Để có video có độ phân giải cao hơn, hãy xem các đơn vị được xếp hạng rõ ràng choTruyền Ethernet qua khớp quaythay vì các kênh "dữ liệu" chung chung.
Tháp pháo cảm biến
Đầu cảm biến thường kết hợp một hoặc hai đường dây điện với một số kênh tương tự hoặc RS-485 có điện áp thấp. Nhiễu xuyên âm quan trọng hơn băng thông thô. MỘTvòng trượt tín hiệu được thiết kế cho robot, ROV và UAVthường cung cấp số lượng kênh và chiến lược che chắn phù hợp mà không phải trả tiền cho băng thông video mà tháp pháo sẽ không bao giờ sử dụng.
Cuộn cáp Tether
Vòng trượt reel sống một cuộc sống khác. Chúng quay chậm nhưng tích lũy hàng triệu vòng quay trong suốt vòng đời của hệ thống và mang theo toàn bộ sức mạnh cũng như dây buộc dữ liệu. Thiết kế lỗ xuyên suốt-thường được ưu tiên hơn để trục cuộn có thể đi qua tâm. Các chế độ hỏng hóc bên-cuộn phổ biến - bàn chải mòn không đều, tích tụ màng tiếp xúc- và lỗi bịt kín khi rửa trôi - đều được ghi lại rõ ràng trong phân tích này vềNguyên nhân và giải pháp hỏng vòng trượt cuộn cáp.
Khớp robot và bộ điều khiển
Các mối nối thường cần một tâm rỗng để đi cáp và đường dây khí nén hoặc thủy lực. MỘTqua-vòng trượtvới kích thước lỗ khoan từ 5 mm đến 50 mm phù hợp với hầu hết các thiết kế tay máy nhỏ gọn. Nếu khớp nối cũng truyền không khí hoặc chất lỏng, thì bộ điện-khí nén hỗn hợp sẽ hợp nhất hai đường truyền-thành một cụm.
Lựa chọn theo môi trường hoạt động
Môi trường định hình bảng thông số kỹ thuật ít nhất bằng chức năng mô-đun. Ba môi trường bao gồm phần lớn việc triển khai robot kiểm tra.
Kiểm tra đường ống và cống thoát nước
Có thể ngâm trong nước, hydro sunfua, hydrocacbon, sạn mịn và áp suất cao thường xuyên-. Vòng trượt cần có lối ra cáp kín và xếp hạng vỏ được xác nhận. Đối với hầu hết các trình thu thập thông tin về cống, IP65 là mức tối thiểu khả thi ở đầu camera và IP67 hoặc IP68 ở đầu cuộn. IEC xác định các cấp độ này một cách chính xác trongIEC 60529, Cấp bảo vệ bằng vỏ bọc- chỉ định "không thấm nước" mà không đặt tên mã IP là không đủ.
Kiểm tra tuabin, nồi hơi và nhiệt độ-cao
Nhiệt độ và độ rung thúc đẩy thiết kế. Trên 80 độ , vật liệu chổi thay đổi (vật liệu tổng hợp kim loại than chì hoặc chổi sợi kim loại quý-), hệ thống nhựa cách điện thay đổi và chất bôi trơn thường bị loại bỏ. Độ rung cũng làm tăng tốc độ rung-vi mô ở điểm tiếp xúc, do đó cần phải giảm áp lực tiếp xúc và hình dạng chổi.
Robot môi trường và cứu hộ{0}}độc hại
Những nền tảng này chịu va đập, bụi, khói, chất lỏng và tải trọng cơ học không thể đoán trước. Biên độ tin cậy quan trọng hơn kích thước tối thiểu. Chỉ định mức tuổi thọ quay cao hơn chu kỳ hoạt động gợi ý và xác nhận dữ liệu thử nghiệm va đập và rung thay vì dựa vào bảng dữ liệu tiêu chuẩn.
So sánh loại vòng trượt nhỏ gọn
Bốn cấu trúc bên dưới bao gồm hầu hết mọi trường hợp sử dụng robot kiểm tra. Sự lựa chọn đúng đắn thường nằm trong hai câu hỏi: bạn có cần tâm rỗng không và chiều dài trục có sẵn là bao nhiêu?
| Kiểu | Tốt nhất cho | Hạn chế chính | Sử dụng Robot kiểm tra điển hình |
|---|---|---|---|
| Viên nang | Lắp đặt nhỏ gọn, khép kín hoàn toàn không có trục trung tâm | Số kênh thường giới hạn ở mức 24; không có lỗ khoan | Pan{0}}đầu camera nghiêng, tháp cảm biến nhỏ, vòng chiếu sáng |
| Qua{0}}lỗ khoan | Thiết kế cần trục trung tâm, bó cáp hoặc đường dẫn chất lỏng | Đường kính ngoài lớn hơn viên nang cho cùng số lượng kênh | Cuộn cáp, khớp robot, tháp xoay lớn |
| bánh xèo | Chiều dài trục rất hạn chế | Dấu chân xuyên tâm lớn hơn; tuổi thọ quay thấp hơn thiết kế thùng | Các cụm lắp ráp-được gắn phẳng trong đó chiều cao là hạn chế |
| Lai điện/cáp quang | Dữ liệu cảm biến hoặc video có băng thông-cao trên mức mà đồng có thể xử lý một cách đáng tin cậy | Chi phí cao hơn, liên kết phức tạp hơn, thời gian thực hiện dài hơn | Đầu kiểm tra camera 4K hoặc nhiều-, tháp pháo LIDAR-tỷ lệ cao |
Đối với hầu hết các robot kiểm tra nhỏ gọn, sự lựa chọn là giữa một viên nang và một robot nhỏ.vòng trượt bánh pancakeở đầu máy ảnh và một bộ phận xuyên suốt{0}}ở đầu cuộn phim.
Danh sách kiểm tra thông số kỹ thuật vòng trượt nhỏ gọn
Trước khi gửi RFQ, hãy điền vào bảng bên dưới. Mỗi ô trống dù sao cũng là một câu hỏi mà nhà cung cấp sẽ phải hỏi và những câu hỏi chưa được trả lời là lý do lớn nhất khiến các đơn vị được báo giá đến sai.
| tham số | Phạm vi điển hình cho robot kiểm tra | Lưu ý kỹ thuật |
|---|---|---|
| Đường kính ngoài (OD) | 6,5 – 50mm | Được dẫn động bởi đường ống hoặc vỏ nhỏ nhất mà robot phải đi vào |
| chiều dài tổng thể | 15 – 80 mm | Bao gồm bím tóc và đầu nối bằng chì |
| mạch | 2 – 24 | Thêm 10–20 % mạch dự phòng khi thay đổi thiết kế muộn |
| Đánh giá điện áp | Lên đến 240 V AC/DC | Đường dây riêng cho kênh nguồn và kênh tín hiệu |
| Dòng điện trên mỗi mạch | 1 – 10 A điển hình, lên đến 30 A cho đường dây động cơ | Giảm tốc độ cho hoạt động liên tục và nhiệt độ môi trường |
| Các loại tín hiệu | Analog, RS-485, CAN, USB 2.0/3.0, Ethernet, HD-SDI | Đặt tên cho giao thức, không chỉ là "tín hiệu" |
| xếp hạng IP | IP54 – IP68 | Tối thiểu IP67 cho công trình thoát nước/chìm |
| mô-men xoắn vận hành | 0.05 – 0.3 N·m | Rất quan trọng đối với động cơ nghiêng-DC nhỏ |
| Tốc độ quay | 0 – 300 vòng/phút điển hình | Vòng quay cao hơn cần hình dạng bàn chải khác nhau |
| Tuổi thọ sử dụng | Vòng quay 10M – 100M | Ước tính từ vòng/phút × chu kỳ hoạt động × tuổi thọ dự án |
| Nhiệt độ hoạt động | Tiêu chuẩn −20 độ đến +80 độ | Mở rộng với các vật liệu được thiết kế cho công việc tuabin |
Quy trình lựa chọn thực tế
Bước 1 - Xác định Cấu hình Xoay
Bắt đầu với chuyển động. Việc quay có liên tục hay bị giới hạn ở ±N độ? Vòng quay điển hình và tối đa là gì? Có bao nhiêu vòng quay cho mỗi lần kiểm tra và bao nhiêu lần kiểm tra cho mỗi vòng đời dự án? Nếu không yêu cầu phải quay liên tục và tổng hành trình nằm trong khoảng ±270 độ thì vòng cáp linh hoạt có thể vẫn rẻ hơn và nhẹ hơn vòng trượt. Ngoài ra, vòng trượt hầu như luôn là câu trả lời rõ ràng hơn.
Bước 2 - Lập bản đồ mọi mạch
Xây dựng bảng mạch liệt kê chức năng, điện áp, dòng điện, loại tín hiệu, yêu cầu che chắn và đầu nối. Bao gồm các vòng lặp nhỏ mà mọi người quên - mặt đất khung gầm, chỉ số bộ mã hóa, điều chỉnh độ sáng của đèn, e-stop. Bản đồ là tài liệu hữu ích nhất mà nhà cung cấp có thể nhận được.
Bước 3 - Chỉ định hành vi tín hiệu, không chỉ liên tục
Các kênh nguồn quan tâm đến định mức dòng điện và điện trở tiếp xúc. Các kênh video và Ethernet quan tâm đến việc kiểm soát trở kháng, suy hao phản hồi và cách ly kênh-với-kênh. Nêu rõ kênh thực sự mang những gì - "Gigabit Ethernet, vi sai 100 Ω, được che chắn" thay vì "dữ liệu" - và nhóm thiết kế có thể chọn vật liệu liên hệ và định tuyến phù hợp.
Bước 4 - Xác nhận tích hợp cơ học
Xác minh đường kính, chiều dài, giao diện lắp đặt sẵn có (ốc vít, mặt bích, vòng cổ), bán kính uốn cáp, hướng thoát và khoảng cách giữa vòng trượt và bất kỳ động cơ hoặc VFD nào có thể gây nhiễu. Vòng trượt nhỏ gọn thường dễ lắp trên giấy và khó đi dây một cách đáng ngạc nhiên trong thực tế.
Bước 5 - Phù hợp với môi trường
Chọn đúngXếp hạng IP cho môi trường hoạt động của vòng trượt, sau đó xác minh rằng vỏ cáp và đầu nối cũng đáp ứng xếp hạng đó - phần thân kín có bím tóc không bịt kín là không bịt kín. Đối với việc tiếp xúc với hóa chất, hãy yêu cầu cụ thể về vật liệu vỏ và con dấu, không chỉ mã IP.
Bước 6 - Xác thực trước khi tích hợp lần cuối
Trước khi khóa BOM, hãy chạy xác thực trong các điều kiện gần hiện trường. Các kiểm tra hữu ích bao gồm xoay dưới tải định mức, chất lượng video hoặc Ethernet được đo trong quá trình chuyển động liên tục, đo mô-men xoắn ở nhiệt độ, quét rung và kiểm tra xoay trong thời gian dài ít nhất 10% tuổi thọ sử dụng dự kiến. Một thiết bị vượt qua vòng quay 30-giây vẫn có thể bị hỏng ở mốc 100.000 vòng quay do quá trình tạo màng tiếp xúc.
Những sai lầm phổ biến cần tránh
Chọn kích thước một mình.Vỏ OD 6,5 mm rất ấn tượng, nhưng nếu nó không thể truyền video HD của máy ảnh mà không bị rớt mạng liên tục thì đó là bộ phận sai.
Coi chất lượng tín hiệu là vấn đề của nhà cung cấp.Che chắn, nối đất và định tuyến các kênh nguồn và tín hiệu là những quyết định chung giữa kỹ sư vòng trượt và nhà tích hợp robot. Hãy thảo luận về chúng trước khi vụ việc được giải quyết.
Đánh giá thấp môi trường.Một thiết bị vượt qua bài kiểm tra kéo sạch trong nhà có thể bị hỏng sau ba tuần xả nước thải. Kết hợp trình độ chuyên môn với ứng dụng.
Trộn công suất và tín hiệu nhạy cảm mà không bị cô lập.Các dòng động cơ bước bên cạnh kênh cảm biến analog sẽ tạo ra tiếng ồn cho dù các điểm tiếp xúc có tốt đến đâu. Lập kế hoạch tách biệt ngay từ đầu.
Chỉ định vòng trượt cuối cùng.Vào thời điểm vỏ được cố định, sự lựa chọn vòng trượt bị hạn chế ở bất kỳ thứ gì phù hợp chứ không phải thứ tốt nhất. Đưa nó vào đánh giá thiết kế ở cùng giai đoạn với động cơ và máy ảnh.
Câu hỏi thường gặp
Robot kiểm tra có luôn cần vòng trượt không?
Không. Nếu mô-đun quay chỉ cần di chuyển một cung giới hạn - thường nhỏ hơn ±270 độ - thì vòng dịch vụ của cáp linh hoạt được xếp hạng phù hợp có thể nhẹ hơn và rẻ hơn. Vòng trượt trở nên cần thiết khi cần xoay 360 độ liên tục hoặc khi độ mỏi của cáp do xoắn nhiều lần sẽ vượt quá ngân sách bảo trì của dự án.
Loại vòng trượt nào tốt nhất cho đầu camera quay?
Đối với hầu hết các camera-nghiêng và kiểm tra 360 độ, một khối nhỏ có đường kính ngoài từ 12 đến 22 mm với 6–12 mạch sẽ đáp ứng trường hợp sử dụng. Nếu máy ảnh truyền HD-SDI hoặc Gigabit Ethernet, hãy xác nhận thiết bị đủ điều kiện cho giao thức cụ thể đó thay vì được coi là kênh tín hiệu chung.
Vòng trượt nhỏ gọn có thể truyền video Ethernet, USB hoặc HD không?
Có, nhưng thiết kế phải hỗ trợ nó một cách rõ ràng. Gigabit Ethernet yêu cầu các tiếp điểm trở kháng được kiểm soát và định tuyến cặp chặt chẽ; HD-SDI xử lý tín hiệu lỏng lẻo ít hơn nhiều so với video analog; USB 3.0 là loại có yêu cầu khắt khe nhất trong ba loại và thường thúc đẩy thiết kế hướng tới một thiết bị kết hợp hoặc được thiết kế đặc biệt. Xác minh rằng nhà cung cấp đã đo dữ liệu mẫu mắt-cho giao thức bạn cần.
Trên thực tế, một vòng trượt nhỏ gọn có thể nhỏ đến mức nào?
Vòng trượt viên nang sản xuất bắt đầu khoảng 5–7 mm OD với hai mạch. Dưới mức đó, các thiết kế trở thành tùy chỉnh và sự cân bằng-trong xếp hạng hiện tại và tuổi thọ trở nên đáng kể. Đối với rô-bốt ống có đường kính 100 mm{6}}thông thường, viên nang OD 12–22 mm là điểm lý tưởng.
Làm cách nào để chọn vòng trượt cho robot kiểm tra cống rãnh?
Bắt đầu với xếp hạng IP. Bộ phận bên-máy ảnh cần có ít nhất IP65 để làm sạch-áp suất bắn nước và áp suất cao, còn bộ phận-cuộn hoặc bộ phận chìm thường cần IP67 hoặc IP68. Xác nhận đầu ra cáp và đầu nối phù hợp với xếp hạng đó. Sau đó, kích thước cho loại tín hiệu của máy ảnh - hầu hết các trình thu thập thông tin cống hiện đại đều sử dụng HD-SDI hoặc Ethernet, cả hai đều yêu cầu các kênh được xếp hạng tín hiệu cụ thể.
Phần tiêu chuẩn hoặc bản dựng tùy chỉnh?
Đối với các thiết kế robot kiểm tra thông thường, phần danh mục tiêu chuẩn là phù hợp và thường có thời gian thực hiện ngắn hơn. MỘTcấu hình vòng trượt tùy chỉnhđáng để thực hiện thêm kỹ thuật khi ứng dụng kết hợp các ràng buộc bất thường - chẳng hạn như OD không-chuẩn, truyền qua khí nén và điện hỗn hợp-hoặc gói-kênh-có số lượng Ethernet cao và gói video HD.
Phần kết luận
Vòng trượt nhỏ gọn không phải là "thiết yếu" đối với mọi robot kiểm tra - nhưng trong bất kỳ nền tảng nào có camera quay liên tục, tháp cảm biến hoặc cuộn dây buộc, chúng hầu như luôn đi trên đường tới hạn. Bộ phận phù hợp vừa với vỏ cơ học, mang các loại tín hiệu thực tế đang sử dụng, quay với mô-men xoắn đủ thấp cho động cơ đã chọn và tồn tại trong môi trường thực tế với số vòng quay dự kiến.
Quy trình lựa chọn đáng tin cậy nhất là quy trình nhàm chán: xác định cấu hình xoay, ánh xạ mọi mạch, đặt tên cho từng giao thức tín hiệu, khóa xếp hạng IP với môi trường và xác thực thiết kế trong các điều kiện gần hiện trường. Thực hiện sớm trong chương trình, công việc đó thường cộng thêm vài giờ. Thực hiện muộn, nó thường thêm một thiết kế lại.