ربات ویدیومتری

امروزه ربات ها کاربری خود را در حوزه های گوناگون خصوصا صنایع حساس پیدا نموده اند تاجایی که انجام بسیاری از فرایندها در صنایع مختلف منوط به وجود ربات ها و استفاده از آن می باشد. حوزه بازرسی شبکه های فاضلابی و ربات ویدیومتری نیز از جمله زمینه های فعالیتی می باشد که نقش ربات ها در آن بسیار پر رنگ است

از این رو در سال های اخیر بسیاری از کشورهای صاحب فناوری شروع به ارائه انواع مدل ها از ربات های بازرسی نموده اند و باتوجه به تازگی موضوع، کماکان در حال گسترش حیطه های کاری و ایجاد علوم مرتبط همگام با نیازهای رو به رشد صنایع می باشند. بیش از چند دهه از عمر خطوط لوله کارگذاری شده زیرسطحی میگذرد و از الزامات بازرسی و رفع عیوب شبکه ها بکارگیری روش های بازرسی و ابزارهای فناوری نوین جهت انجام این مهم می باشد. از آنجا که هزینه های حفاری و تبعات آن بسیار زیاد است، تعیین محل دقیق عیوب شبکه می تواند موجب صرفه جویی و کاهش قابل توجه هزینه ها گردد.  

اهمیت موضوع بازرسی شبکه های لوله ای تاحدی است که در کشورهای صنعتی نظیر امریکا، پژوهش های رباتیک در این زمینه تحت نظر ارگان های دولتی مانند دپارتمان انرژی و آزمایشگاه فنی انرژی ملی و… صورت می پذیرد و ربات های بازرسی صنعتی پیشرفته به عنوان پروژه های ملی تعریف می گردند.

فرایند بازرسی

بازرسی مورد نظر شامل انواع تست های غیرمخربی است که می تواند در فضای داخل یا خارج از لوله ها اجرا گردد. تست های غیرمخرب به طور کلی شامل بازرسی چشمی، فراصوتی، ذرات مغناطیسی، امواج فراصوتی، جریان گردابی، رادیوگرافی و … می باشند که بر اساس نیاز و حساسیت حوزه مورد بازرسی می توان هریک از فرایندهای فوق را مورد استفاده قرار داد. برای مثال پروژه های رباتیک مورد استفاده در شبکه های لوله ای و خطوط انتقال گازمعمولا از اندازه گیری نشت شار مغناطیسی جهت عیب یابی و ضخامت سنجی استفاده می کنند و شکل هندسی خطوط لوله فاضلاب را با اسکنرهای لیزری تعیین می نمایند، به هرصورت فصل مشترک انجام عملیات بازرسی توسط هر ربات صرف نظر از نوع فرایند بازرسی مورد نیاز، استفاده از دوربین جهت ایجاد حضور مجازی و آگاهی از کلیات شرایط درون شبکه می باشد.

ربات بازرسی

ربات بازرسی شبکه فاضلاب توسط شرکت آریا فناوران آرتا بینش و به دست کارشناسان مجرب حوزه رباتیک، با تلفیق علوم مکانیک،‌الکترونیک و کامپیوتر تحت عنوان Pi-cam در کلاس های کاری مختلف طراحی و ساخته شده است. با بهره گیری از سیستم حرکتی مناسب قادر به حمل دوربین و تجهیزات بازرسی جهت انجام فرایند بازرسی و به شکل ماژولار تعبیه شده اند.

این مهم با توجه به استفاده از تایرهای لاستیکی صلب، برای مقابله با نیروهای ناشی ازانجام عملیات و حرکت و ایجاد ثبات حرکتی لازم میسر گشته است. نمونه ربات بازرسی ساخته شده با توجه به رعایت الزامات آببندی محصول، قادر است در شبکه های فاضلاب با ثبات حرکتی لازم هدایت شود وضمن ایجاد حضور مجازی برای کاربر به ارسال اطلاعات از محیط داخلی لوله بپردازد.

این اطلاعات که شامل ویژگی های محیطی از جمله میزان دما، رطوبت، تشخیص گاز، شیب، فشار و… همچنین عیوب شبکه شامل ترک، شکاف، اتصالات معیوب، وجود موانع و مصالح، شکستگی، تغییر شکل، شیب، قطر و… می باشند توسط اپراتور در نرم افزار ثبت شده و به صورت گزارش درخواهد آمد، از این رو و با توجه به نیاز شبکه های فاضلاب به انجام بازرسی بصورت دوره ای و ارائه گزارشات درصد سلامت شبکه، نرم افزار جامع کنترل و بازبینی جهت انجام فرایند بازرسی و کنترل ربات همچنین ارائه نتایج بصورت آماری در قالب های مربوطه، طراحی و برنامه نویسی شده است.

مجموعه کابل جمع کن

ارتباط ربات بازرسی با مجموعه کنترلی از طریق کابل ویژه با خصوصیات مکانیکی و الکترونیکی خاص برقرار می گردد. نیروی الکتریسیته مورد نیاز مجموعه از طریق کابل انتقال داده شده و داده های بازرسی شامل تصویر و اطلاعات سنسورینگ به رایانه ارسال می گردد.

مجموعه دوربین

دوربین مورد استفاده در ربات خود به عنوان مجموعه ای کامل شامل لنز، پرژکتوز، سرو موتور و پوسته آببند به صورت مجزا طراحی و ساخته شده و تشکیل مجموعه ای آببند با قابلیت PTZ داده است که قادر به چرخش در دو محور با قابلیت دید ۳۶۰ درجه می باشد. در طرفین لنز دوربین پرژکتورهایی به منظور تامین روشنایی محیط با قابلیت تنظیم شدت نوردهی تعبیه شده­اند. مجموعه های فوق درون محفظه آلومینیمی مستحکم مونتاژ شده که علاوه بر نرخ انتقال حرارتی مناسب، مقاومت مناسبی دربرابر خوردگی دارد. بسته ی دوربین نیز توسط گسکت و مواد پایه سیلیکونی آببند شده است و در محل های دوارنیز از یاتاقان مناسب به همراه کاسه نمد استفاده شده است. برد الکترنیکی مجموعه دوربین نیز دارای سیستم حذف لرزش و تنش جهت ارائه فیلم با کیفیت می باشد.

نرم افزار

نرم افزارهای مورد استفاده در این ربات به دو محیط کنترلی و گزارش دهی تقسیم می شود. از نرم افزار کنترلی جهت انجام فرایند بازرسی و عملیات استفاده می شود و داده های ذخیره شده توسط نرم افزار گزارش دهی ارائه می شوند. 

سیستم کنترل و نرم افزار کنترلی

در طراحی و اجرای سیستم کنترلی مجموعه ربات ویدئومتری سعی بر سادگی عملکرد در عین کارایی شده است به نحوی که جهت کنترل حرکت مجموعه حرکتی و دوربین از یک دسته کنترلی متصل به رایانه استفاده می شود. از سوی دیگر با برقراری ارتباط و ایجاد هماهنگی میان دسته کنترل و نرم افزار کنترلی، کاربر قادر خواهد بود تمامی ملزومات هدایت ربات و ایجاد حضور مجازی درون شبکه را در دست داشته باشد. بخش های مختلف نرم افزار کنترلی به شرح زیر است:

  • اطلاعات شبکه: کاربر دراین قسمت اطلاعات شبکه مورد بازرسی از قبیل شهر، منطقه، آدرس، پیمانکار، عنوان پروژه، تاریخ انجام بازرسی و سایر اطلاعات مربوط به شبکه وارد می گردد.
  • تصویر: این بخش شامل کادری به اندازه مناسب جهت نمایش تصویر ارسالی از داخل شبکه های لوله ای می باشد. اپراتور با توجه به تصویر ارسالی واکنش مناسب را انجام می دهد.
  • سنسورینگ فیزیکی ربات: شامل ارائه اطلاعات سنسورهای مجموعه ربات میباشد اعم از سرعت، شتاب، دما، ولتاژ و آمپر، فشار داخلی، مسیر حرکتی و سایر شاخصه های مربوط به ربات.
  • سنسورینگ بازرسی: شامل ارائه اطلاعات از محیط بازرسی و شرایط داخلی لوله می شود، این اطلاعات بهمراه سایر اطلاعات شبکه در نهایت به گزارش بازرسی منجر خواهند شد.

 بطور کلی در تمام مسیر حرکت، نرم افزار کنترلی علاوه بر نمایش تصویر، اقدام به ارائه اطلاعات محیط به صورت لحظه ای نموده و کاربر را در جریان کامل شرایط بازرسی قرار می دهد. تمامی تصاویر، اطلاعات و عیوب کشف شده توسط نرم افزار ذخیره شده و در اختیار نرم افزار گزارش دهی قرار می گیرد. از ویژگی های نرم افزار می توان به دو زبانه بودن(فارسی و انگلیسی)، کاربرپسند (user friendy) بودن، کاربری آسان، قابلیت اجرا در محیط ویندوز، ضبط ویدئو و … اشاره نمود.

 نرم افزار گزارش دهی

پس از انجام فرایند بازرسی با استفاده از نرم افزار مربوطه، داده های ذخیره شده توسط نرم افزار گزارش دهی باخوانی می شود. بخش های مختلف این نرم افزار به شرح زیر است:

  • بازبینی فیلم و خروجی سنسورها: در این بخش تصویر ذخیره شده در مرحله بازرسی مورد بازبینی قرار می گیرد.
  • تصاویر و عیوب ثبت شده: در این قسمت از نرم افزار پنجره محاوره ای وجود دارد که در آن ثبت ویژگی های عیوب صورت می پذیرد. پنجره محاوره ای شامل سربرگ های ورود اطلاعات و انتخاب نوع عیب، موقعیت آن در لوله، شدت عیب، تاثیرات، توصیه ها و … کنارتصویر می باشد.
  • خروجی نرم افزار: شامل نمودارهای نتایج سنسورینگ، به تفکیک بصورت تابعی از زمان و طول لوله، گزارش کامل بازرسی به صورت آماری و همراه با تصاویر عیوب، فیلم کامل ویدئومتری و … می باشد.

به طور کلی وظیفه این نرم افزار ایجاد گزارش بازرسی با توجه به استانداردهای آماری و گزارش دهی صنعت مرتبط می باشد. داده های ارائه شده توسط این نرم افزار قابل چاپ بوده و شامل منطقه مورد بازرسی، عکس های عیوب، نمودار سلامت شبکه، نمودار تغییرات (شکل، قطر، دما، رطوبت، گاز و…)، نمودار شدت آسیب، محل وقوع عیب، تفکیک عیوب بر اساس درصد و شدت آسیب و … می باشد. از ویژگی های نرم افزار می توان به دو زبانه بودن(فارسی و انگلیسی)، کاربرپسند (user friendy) بودن، کاربری آسان، قابلیت اجرا در محیط ویندوز، رایت ویدئو بر روی dvd، چاپ داده های آماری و … اشاره نمود.

سیستم حرکتی

سیستم حرکتی نیروی خود را از موتورهای پرقدرت dc تقویت شده توسط جعبه دنده خورشیدی تامین می نماید، خروجی دوران قابل تنظیم آن به چرخ های محرک منتقل می شود که توسط تسمه های مجزا در دو باکس کاملا مستقل قرارداده شده اند، به طوری که می توان هریک را به صورت تکی جهت استفاده در لوله های کم قطر بکار گیری نمود. استقلال حرکتی جعبه ها علاوه بر فراهم نمودن امکان استفاده از هریک در مواقع نیاز بطور جداگانه، امکان گردش، زاویه گیری و فرمان پذیری مجموعه را برآورده ساخته است. در ساخت بدنه و پلت فرم مجموعه از مواد آلومینیومی با استحکام بالا جهت جلوگیری از خوردگی با توجه به شرایط کاری آن استفاده شده است.

بخش های دوار با استفاده از یاتاقان های غلتشی مهار شده و مقید گشته اند. مجموعه حرکتی و مدارات الکترونیکی  مربوطه شامل سنسورهای متعدد تعیین شاخص های دینامیکی و ترمودینامیکی می باشد که می تواند سرعت و شتاب لحظه ای، میزان حرارت، فشار داخلی، نفوذ و نشتی و سایر شاخص های مرتبط با سلامت مجموعه های آببندی و الکترونیکی را سنجیده و در قالب اخطار یا اعلام به اپراتور اطلاع دهد. این موضوع سبب افزایش عمر موثر مجموعه و نیز انجام امور پیشگیرانه جهت جلوگیری از مخاطرات احتمالی خواهد شد.

آببندی مجموعه

باتوجه به محیط کاری ربات های بازرسی که معمولا دارای شرایط مخاطره آمیزی از لحاف نیاز به رعایت اصول آب بندی در محصولات از اهمیت فراوانی برخوردار می باشد لذا سیستم آببندی بکارگرفته شده بر پایه استفاده از گسکت های سیلیکونی و چسب های rtv بوده که می توانند در عمق شیارهای جفت شونده نفوذ کرده و ضمن تشکیل لایه، آببندی قابل قبولی ارائه نمایند. در طراحی مجموعه سعی بر کمینه کردن فضای ارتباطی داخل مجموعه با محیط خارج آن شده است، لیکن محورهای خروجی و شفت های دوار نیز بااستفاده از کاسه نمدهای استاندارد آببندی شده اند.

سنسورینگ

سنسورینگ مجموعه در دو بخش سنسورینگ ربات و سنسورینگ بازرسی طبقه بندی می شود.

  • سنسورینگ ربات شامل آن دسته از حسگرها بوده که کاربر را در هدایت، کنترل و آگاهی از شرایط ربات همراهی می نماید. این موضوع سبب ایجاد درک صحیح از محیط اطراف جهت پدید آمدن شرایط حضور مجازی درون شبکه های مورد نظر خواهد شد. در زیر توضیح برخی از این سنسورها آورده شده است:

سنسور فشار

وظیفه این حسگر اندازه گیری فشار داخلی محفظه ها می باشد به طوری که در صورت افت فشار داخلی سیستم از حد مجاز نرم افزار تشخیص نشتی محفظه داده و با هشدار قبلی سیستم های الکترونیکی از کار خواهند افتاد.

سنسور دما

با توجه به حساسیت مدارات الکترونیکی نسبت به دما، از حسگر دما جهت جلوگیری از افزایش دمای سیستم و آسیب دیدگی بر اثر دمای بالا استفاده می شود.

سنسور شتاب

جهت اندازه گیری شتاب مجموعه حرکتی و مطابقت آن با سرعت موتور، طول کابل و مسافت پیموده شده از این حسگر استفاده می شود

سنسورینگ بازرسی شامل آن دسته از حسگرها بوده که بر نتایج بازرسی تاثیر گذار است و با تلفیق نتایج حاصله قبلی، تحلیل و بررسی دقیق، به ارائه نمودارهای آماری و تشخیص سلامت شبکه می پردازد. از جمله سنسورهای بکار رفته در فرایند بازرسی می توان به عناوین زیر اشاره نمود:

سنسور شیب

با توجه به اینکه در احداث شبکه های لوله ای شیب از شاخصه های مهم و تاثیرگذار محسوب میگردد و بر نحوه عملکرد شبکه بسیار موثر است، لذا اندازه گیری شیب خطوط با دقت مناسب از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. داده های حسگر شیب به نرم افزار این امکان را می دهد تا با محاسبه مسافت طی شده جریان سیال را پیش بینی نماید.

سنسور دما ورطوبت

یکی از شاخصه های مورد نظر در بازرسی شبکه های لوله ای سنجش میزان رطوبت و دمای محیط پیرامون است، چراکه درصد رطوبت و دماارتباط مستقیم با سایر شاخصه ها دارد و  تجزیه نتایج حاصل از آن بر فرایند بازرسی بسیار موثر است. این سنسور وظیفه اندازه گیری رطوبت ودمای درون شبکه را برعهده دارد. 

سنسور گاز

وجود یا عدم وجود گازهای مبحوس در شبکه های انتقال سیال و همچنین نوع این گازها می توانند نشان دهنده کیفیت عملکرد خط لوله باشد. با استفاده از سنسور تشخیص گاز می توان میزان و غلظت گازهای داخل شبکه را تشخیص داد. تعداد این سنسورها با توجه به نوع شبکه و نیاز هر سیستم متغییر می باشد.   

کاربردها و مزایا

همانطور که پیش از این اشاره شد کلیه صنایع بهره مند از خطوط لوله انتقال سیال نیاز به بازرسی جهت اطلاع از سلامت  شبکه های لوله ای به صورت دوره ای دارند. از جمله این صنایع می توان به خطوط لوله و مخابرات نفت، گاز، صنایع پالایشگاهی، صنایع پتروشیمی، آب و فاضلاب، صنایع سیمان، صنایع هسته ای و … اشاره نمود.

محصول پیش رو می تواند در راستای رفع نیاز این صنایع با رویکرد توجه به رفع ملزومات و احتیاجات بازرسی هر یک مورد استفاده قرار گیرد.

با توجه به طراحی تطابق پذیر مجموعه می توان کاربری بسیاری برای آن در نظر گرفت چراکه با فراهم بودن بستر حرکتی مناسب، ضمن اضافه کردن گزینه های مورد نیاز هر صنعت، آن را مطابق با خواسته های جدید ارتقا داد. در زیر به برخی از کاربردهای محصول با نگاه به صنایع ذی نفع اشاره شده است:

  • بازرسی و ویدئومتری جهت حصول اطمینان از صحت عملکرد پیمانکاران پیش از بهره برداری و نیز کشف عیوب رایج همچون وجود شکاف، ترک، گرفتگی، شکستگی، وجود انشعاب غیرمجاز، ریشه دوانی، دوپهن شدگی، مصالح بجامانده و … در حین بهره برداری از شبکه های لوله ای در صنایع آب و فاضلاب،
  • –           بازرسی خطوط لوله نفت و گاز پیش از بهره برداری جهت اندازه گیری شاخص های لوله گذاری مانند شیب، اتصالات، پیوستگی، تغییر شکل و… ونیز حصول اطمینان از صحت عملیات لوله گذاری توسط پیمانکار،
  • تهیه نقشه های as built
  • انجام عملیات ترمیمی مانند برش اضافه انشعابات، برش ریشه دوانی ها، ایجاد راهگاه و… درون شبکه های لوله ای فاضلاب،
  • انجام عملیات تمیزکاری و پوشش دهی سطوح داخلی لوله های آورهال در صنایع پالایشگاهی، پتروشیمی، نیروگاهی و…
  • انجام فرایندهای پوشش دهی سطوح داخلی لوله در صنایع تولیدی لوله های فلزی، خطوط آورهال و …

از مزایا و ویژگی های قابل توجه مجموعه می توان به

  • قابلیت دوکاربری بودن آن توسط تعویض مجموعه دوربین با ابزارگیر جهت انجام عملیات درون شبکه های لوله ای
  • وجود سیستم حرکتی نیرومند که ضمن فراهم نمودن امکان حرکت در مسیرهای شیبدار و عبور از موانع می تواند صلبیت لازم را هنگام انجام عملیات مکانیکی ایجاد کند
  • وجود دو مجموعه حرکتی مستقل با توانایی به کارگیری بصورت تکی و مونتاژ شده
  • قرارگیری سنسورهای متعدد این توانایی را به کاربر می دهد که ضمن آگاهی از شرایط محیطی و ایجاد حضور مجازی پایسته، داده های محیطی را بصورت لحظه ای ثبت نموده و در فرایند بازرسی و گزارش دهی توسط نرم افزار استفاده گردد.

نتیجه گیری

آنچه در بازرسی توسط ربات Pi-cam صورت می گیرد، با هدایت ربات به داخل شبکه آغاز شده و پس از انجام تصویر برداری، کشف عیوب و آگاهی از شرایط داخلی شبکه، با بهره گیری از نرم افزارهای کنترلی و گزارش دهی به تکمیل فرایند بازرسی و ارائه گزارشات مکتوب و فیلم بازرسی در قالب dvd بپردازد، نتایج ارزیابی‌ها و بازرسی انجام شده نیز به سرعت در دسترس برنامه ریزان و مدیران صنایع قرار می‌گیرد. در صورت نیاز به انجام عملیات درون شبکه های لوله ای ربات قادر است با تعویض مجموعه دوربین با تجهیزات عملیاتی به ربات عملیاتی تبدیل شده و به انام عملیات برشکاری و ترمیمی داخل شبکه بپردازد.

طراحی و ساخت این ربات در مجموعه دانش بنیان آریا فناوران آرتا بینش گامی موثر در توسعه بازرسی و عیب یابی لوله های فاضلاب و همچنین توسعه تکنولوژی های روز در این زمینه بوده است.نمونه ربات ساخته شده قادر است درون شبکه های فاضلاب با اقطار مختلف هدایت شده و ضمن ارسال اطلاعات از محیط داخلی، عیوبی از لوله مانند ترک، شکاف، اتصالات معیوب، وجود موانع و مصالح، شکستگی، تغییر شکل، شیب، قطر و … توسط نرم افزار کاربری گزارش بازرسی را ارائه نماید.