Note Tecniche - Trans Audio Video

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La tecnologia degli slip-ring
Applicazione studiata: Testa remotata Pan/Tilt Cammate
Uno dei problemi più rilevanti per alimentare motori elettrici in corrente continua oppure per inviare segnali a
schede elettroniche posizionate su parti meccaniche in rotazione intorno ad un asse, è quello di evitare una
connessione “hard-wired” tra asse fisso di rotazione e parte rotante. Se così fosse, difatti, l’unico grado di libertà
verrebbe ad essere a tutti gli effetti vincolato al più ad un numero intero di rotazioni complete. La soluzione hardwired, inoltre non può essere evidentemente compatibile con sistemi che richiedono un numero elevato o continuo
di rotazioni (specie se esse devono avvenire a velocità elevata) . Per ovviare a questo problema è allora
indispensabile impiegare un componente denominato “Slip-ring” (in italiano può essere tradotto come “sistema ad
anelli striscianti”).
Slip ring bore-through
con contatti assiali
Slip ring compatto
con contatti assiali
Slip ring di grandi dimensioni con
contatti radiali
Ed è proprio questa denominazione ad indicare una soluzione tecnologica molto raffinata idonea per trasportare
segnali ed alimentazione a sistemi elettronici ed elettromeccanici rotanti intorno ad un asse. Con una serie di anelli
conduttivi su tutti i 360° e i relativi contatti striscianti solidali alla parte fissa, si elimina infatti il vincolo di
connessione rigida tra statore e rotore conservando però
inalterata la conduttività elettrica tra le due parti. Lo
sviluppo
di
questa
soluzione
è
databile
contemporaneamente alle prime macchine elettriche (il
funzionamento dei motori elettrici in corrente continua,
ad esempio, non può prescindere dalla presenza di un
sistema a slip ring necessario per portare l’alimentazione
agli avvolgimenti di rotore), ma recentemente un nuovo
impulso allo sviluppo di slip-ring sempre più sofisticati è
stato sollecitato dalla continua espansione della telemetria,
della sensoristica e delle comunicazioni digitali su apparati
destinati alla robotica o alla movimentazione di macchine
a controllo elettronico.
Nel settore di specifico interesse per Trans Audio Video,
in particolare, l’impiego degli slip ring è previsto negli
apparati più sofisticati per la movimentazione remota di
telecamere: le teste remotate Pan & Tilt (P/T) poste sulla
Parti interne di un sistema a slip ring: è ben identificabile il rotore e lo
statore con il sistema di contatti striscianti.
1
sommità di bracci, su colonne estensibili, o posizionate stand-alone in luoghi difficilmente raggiungibili. Nella
movimentazione di bracci (specie se di grandi dimensioni) per un operatore è difficile controllare la posizione
istantanea di una testa P/T e tenere conto del numero di giri completi effettuati nel corso delle riprese in una
direzione o nell’altra. Gli slip ring sono così preferibilmente e
comunemente associati ai soli movimenti di panoramica orizzontale (Pan), dato che essi avvengono su escursioni
angolari molto più ampie dei corrispondenti nell’asse Tilt. Esistono tuttavia teste remotate P/T che
Esempio di soluzione Hard Wired: Jimmy Jib Stanton. Nella foto
sopra è visibile il deterioramento del cablaggio dovuto alla continua
rotazione della testa P/T. Nella altre foto, si notano il cablaggio
della telecamera totalmente esterno e in condizioni decisamente
compromesse dalle continue torsioni.
prevedono slip ring su entrambi gli assi Pan e Tilt: ad esempio la
testa Hot-Head Egripment, casa olandese distribuita dalla stessa
Trans Audio Video .
ante le considerazioni appena fatte, alcune case costruttrici di teste
remotate per uso televisivo (ad esempio la Stanton, produttrice
del “Jimmy Jib” e la ABC tedesca,) preferiscono evitare la
soluzione con slip ring per motivi economici e per mantenere
bassa la complessità costruttiva. In questo senso realizzano i loro
prodotti con un semplice collegamento “hard-wired” tra parte
fissa e parte rotante orizzontale.Resta comunque chiaro che tale
scelta è azzardata dal punto di vista dell’affidabilità (a meno di
limitare l’escursione dei movimenti di Pan ad angoli minori di
360°) perché conduce inevitabilmente a problemi nel medio termine: dopo un certo numero di ore di utilizzo i cavi
passanti nel giunto cavo di raccordo tendono a rovinarsi irrimediabilmente a causa delle continue torsioni, creando
falsi contatti ed interruzioni transitorie della funzionalità del sistema. Inoltre, la coppia resistente dei cavi passanti
penalizza la fluidità del sistema Pan & Tilt alle basse velocità o quando si sono compiute alcune rotazioni
orizzontali complete. Infine, è talvolta necessario collegare la telecamera con cavi decisamente rigidi e pesanti (ad
esempio, il Triax) che, essendo non vincolabili alterano continuamente il bilanciamento statico e dinamico del
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sistema rotante. Da queste considerazioni emerge quindi che, nel caso di specifico di sistemi di movimentazione per
telecamere poste su bracci o destinati ad eseguire traiettorie complesse, l’impiego di slip-ring su almeno uno degli
assi di rotazione è auspicabile.
Nondimeno, esistono alcune difficoltà tecniche correlate al tipo di segnalazione da trasferire dalla parte statica a
quella rotante. Per un uso televisivo è difatti richiesto non solo il passaggio delle alimentazioni, dei controlli di
movimentazione, ma anche quello dei segnali video analogici e/o digitali da e verso la camera. E’ dunque chiaro che
tale sistema deve essere compatibile con il tipo di segnali da trasferire. Per comprendere meglio le implicazioni di
tale osservazione è necessario analizzare più in dettaglio la costituzione di un sistema di slip ring.
Con riferimento alla schematizzazione della figura qui sopra riportata, esso consiste tipicamente di un rotore
(vincolato alla parte rotante del sistema) costituito da un insieme di anelli detti “ring”, conduttivi su tutti i 360° (e
spesso realizzati in oro) , intervallati da un opportuno strato dielettrico. Ogni anello, corrispondente ad un singolo
canale del sistema, è poi connesso ad un cavo di interfaccia verso l’esterno. La parte rotante è mantenuta in contatto
elettrico con gli elementi striscianti (brush) solidali alla parte fissa, detta anche “statore”. Il sistema così composto
permette la rotazione completa ed illimitata degli anelli (con specifiche di velocità dipendenti dalla realizzazione
tecnologica dei componenti) consentendo il passaggio dei segnali elettrici dalla parte fissa alla parte rotante o
viceversa. La “capsula” così composta è normalmente sigillata per evitare l’ingresso di detriti, umidità o polvere che
finirebbero per interferire con il suo corretto funzionamento. Le caratteristiche di resistenza a tali agenti sono
ovviamente specificate e dipendono dall’applicazione del sistema finale. Il prelievo/immissione dei segnali da statore
e rotore è effettuato con due contattiere poste rispettivamente su parte fissa e rotante oppure con un doppio
insieme di conduttori individuabili univocamente da un codice di colori. I contatti possono essere posti radialmente
o assialmente sulla capsula degli slip ring. La scelta di queste ultime opzioni tecnologiche dipende ovviamente dal
tipo di applicazione considerata. Il numero di canali disponibili in genere varia da 6 ad oltre 100 e le rispettive
caratteristiche elettriche dipendono da numerosi fattori: la geometria del sistema rotante,
il tipo di contatto strisciante, i materiali impiegati e le dimensioni complessive della
capsula. E’ peraltro importante approfondire l’argomento dei materiali impiegati per la
realizzazione dei contatti striscianti solidali allo statore. Nel caso dei primi motori
elettrici essi erano tradizionalmente costituiti da elementi in carbone o grafite, ma più
recentemente sono stati adottati materiali diversi e più idonei per ridurre la resistenza di
contatto e il rumore elettrico generato dinamicamente dal contatto volvente. I contatti
striscianti sono realizzati secondo tre tecniche principali: in forma di blocchetti costituiti
da materiali compositi (polveri sinterizzate), in forma di mono-filamenti e in forma di
gruppi di fibre (fiber brush) , realizzati entrambi con metalli nobili (oro in primis). Il primo
approccio è valido solo nel caso di realizzazioni molto economiche e non critiche dal
punto di vista delle specifiche elettriche: nel caso di contatti striscianti in blocchetti di
materiali composito, al fine di ridurre l’attrito con la superficie degli anelli si prevede
infatti la conglobazione delle necessarie sostanze lubrificanti. Tale scelta porta ad alcuni
problemi: nel corso del tempo, difatti, i blocchetti saranno soggetti a consumo da attrito
e alla conseguente generazione di scorie conduttive con formazione di ossidi. Tali detriti si depositano sugli anelli e il
deposito in accumulo altera localmente la resistenza di contatto, dando origine ad un livello di rumore generato
progressivamente crescente con il trascorrere del tempo.
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Nel caso degli slip ring di qualità più elevata si tende pertanto a preferire la tecnologia mono-filamento o la “fiber
brush”: nell’ ultimo caso alcune fibre metalliche sono disposte parallelamente in un gruppo e fatte scorrere a contatto
del corrispondente anello rotante profilato come un solco a pareti concave. Questa tecnologia ha molti vantaggi,
sebbene sia più costosa nella sua implementazione pratica (specialmente nei sistemi di slip ring di piccole
dimensioni) :
1)
Punti di contatto multipli con la superficie dell’anello rotante
2)
Superficie di contatto che non richiede lubrificazione e bassa
resistenza dinamica di contatto (rumore).
3)
Lunga vita operativa e bassa forza di contatto per singola fibra
4)
Elevata compattazione del rotore (ridotta separazione tra anelli
adiacenti)
5)
Elevata densità di corrente permessa e ampio range dinamico di
correnti di lavoro.
6)
Bassissima generazione di detrito. Ampio range di temperature
operative , condizioni ambientali e velocità di scorrimento.
Tecnologia fiber brush
Una capsula a slip ring ha dimensioni trasversali che variano da pochi millimetri fino ad alcuni metri in diametro
(per sistemi di grandi dimensioni e potenze come le turbine o i generatori eolici). La dimensione longitudinale
dipende, ovviamente, dal numero di canali presenti. La forma tipica è cilindrica con o senza foro passante (“BoreThrough” nel caso di foro passante, “Compact” senza foro passante), ma altre applicazioni possono esigere una forma
piatta (laddove lo spessore dell’intero sistema meccanico sia critico) e si hanno così particolari configurazioni di
capsule a slip ring praticamente piatte, denominate “pancake”.
Slip ring di tipo Pancake
Slip ring di tipo cilindrico Bore-Through
Slip ring di tipo cilindrico Compact
Da notare anche che il concetto di slip ring è stato esteso al movimento lineare, per mezzo di opportuni “binari” sui
quali scorrono contatti striscianti in forma di spazzole. Una delle implementazioni più comuni di un sistema di slip
ring lineare è quello delle Autopiste elettriche sulle quali corrono modellini di auto.
Applicazioni delle capsule a slip ring con segnali digitali.
Gli slip ring sono stati originariamente progettati per trasportare segnali di energia AC e DC da una piattaforma
rotante ad una struttura stazionaria e viceversa. Gli stessi slip ring sono normalmente idonei anche al trasporto di
segnali analogici o digitali aventi banda passante/data rate relativamente stretta. Ciò accade ad esempio nel caso di
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sistemi remotati P/T di tipo analogico o digitale relativamente al trasporto dei segnali di controllo per i motori di
azionamento e dei segnali di feedback provenienti dai trasduttori di posizione angolare. Nonostante ciò, nelle
applicazioni di segnale come nel caso del trasporto di segnali video e di controllo generati da una moderna
telecamera, applicazioni sempre più frequenti richiedono specifiche di banda passante/data rate decisamente più
elevate. Pertanto, al fine di soddisfare anche questa esigenza, la progettazione degli slip-ring deve essere eseguita
tenendo conto dei parametri che massimizzano la banda passante. Oggi, una capsula a slip ring per applicazioni di
segnale consente il passaggio di uno stream digitale di almeno 50 Mbps. I principali fattori progettuali che
influenzano l’ampiezza della banda passante sono:
1) Risposta in frequenza del sistema anelli conduttivi/contatti striscianti
2) Impedenza (in funzione della frequenza) del sistema
3) Ritardo temporale differenziale (in funzione della frequenza) nel passaggio del segnale attraverso il
dispositivo (tale ritardo, dovuto alla rotazione mutua tra trasmittente e ricevente, tiene conto del fatto che, a
causa della geometria del dispositivo, il segnale raccolto dal contatto strisciante è in realtà dato dalla somma
di due segnali che percorrono archi di circonferenza crescenti e decrescenti in relazione alla frequenza
istantanea di rotazione dell’anello conduttivo)
4) Crosstalk (diafonia) tra i vari circuiti paralleli
5) Risposta in frequenza dei connettori o dei cavi terminali
Il parametro più importante è sicuramente la risposta in frequenza del sistema anello/contatto strisciante. I flussi di
dati digitali cominceranno a presentare un elevato BER (Bit Error Rate) al ricevitore nel caso il canale di
trasmissione non abbia sufficiente banda passante e/o sia affetto da fenomeni di attenuazione, distorsione e
presenza di disturbi elettrici tali da rendere il segnale ricevuto non correttamente riconoscibile. A tal proposito si
evidenzia che un segnale digitale (con codifica NRZ) può essere assimilato ad un’onda quadra la cui fondamentale è
un tono sinusoidale di frequenza pari al massimo bit rate. Dato che un’onda quadra ha un forte contenuto armonico
(sono presenti tutte le armoniche dispari del tono fondamentale in numero teoricamente infinito) è evidente che allo
scopo di garantire un’elevata fedeltà di trasmissione, la banda passante del sistema di slip ring deve essere
notevolmente più alta di quella del tono fondamentale della segnalazione digitale.
Ad esempio, un segnale ad onda quadra di 10 Mhz può richiedere un canale con banda di 50 o 70 Mhz (5° e 7°
armonica) per essere riprodotto fedelmente. Nel caso si invii un segnale digitale a bit rate troppo elevato rispetto alla
banda effettivamente disponibile sul canale, ciò che accade è che le armoniche di ordine superiore alla fondamentale
verranno significativamente attenuate e il segnale risultante avrà tempi si salita progressivamente più lunghi. Ciò
causa problemi di bitter al ricevitore e, in ultima analisi, prestazioni di BER via via peggiori. Un altro fattore
fondamentale per la massimizzazione della banda passante di un sistema a slip ring è il suo corretto adattamento di
impedenza con i circuiti a monte e a valle. E’ ovvio che la condizione ottimale si ottiene in presenza di un perfetto
adattamento nella banda di interesse. In tale circostanza il sistema si comporta come una linea di trasmissione in cui
non vi è onda riflessa e tutta la potenza inviata è trasferita al circuito connesso. In prima approssimazione, un
sistema di slip ring può essere modellato come una linea di trasmissione a microstriscia: al fine di evitare riflessioni
occorrerà dunque “modularne” le dimensioni geometriche di realizzazione (separazione tra anelli contigui, tipo di
dielettrico di isolamento usato, diametro della parte rotante, resistenza delle fiber brush) per adattarla all’impedenza
caratteristica richiesta nella banda di interesse (valori tipici da 50 a 200 Ω sono normalmente ottenibili). Ad
esempio, assimilando un sistema di 2 slip ring a due mocrostrisce affiancate è possibile arrivare ad un risultato che
calcola l’impedenza caratteristica del sistema semplificato. Come si nota, le dimensioni geometriche del sistema
intervengono nella relazione che determina il valore dell’impedenza caratteristica.
a
Z 0 = 120π [Ω]
b
Slip ring 1 (sviluppo sui 360°)
a
Slip ring 2 (sviluppo sui 360°)
b
5
Un esempio di segnalazione digitale differenziale (RS485) a 12 Mbps su un sistema di tre slip ring perfettamente
adattati è mostrata nella figura qui sotto riportata: si evidenzia che i segnali differenziali (Data +, Data -) trasmessi
attraverso i due slip ring deputati al loro trasporto non presentano alcuna riflessione da cattivo adattamento di
impedenza. La figura successiva mostra invece cosa accade quando il sistema a slip ring non è adattato. Le riflessioni
si sovrappongono ai segnali utili compromettono la corretta intelligibilità della segnalazione al ricevitore.
L’impedenza caratteristica dipende dunque strettamente dalla geometria del sistema ed una regola di uso pratico
indica che un data rate più elevato è ottenibile riducendo il diametro della parte rotante, vale a dire compattando la
capsula. Per sistemi che richiedono diametri maggiori può essere utilizzata una strategia che preveda di multipare il
numero di contatti striscianti per ridurre la lunghezza del percorso del segnale tra trasmettitore e ricevitore. Nel caso
di segnalazioni digitali di tipo differenziale (ad esempio
RS422 o RS485) il discorso in realtà è ulteriormente
complicato dal fatto che la segnalazione avviene su tre
slip
ring,
tre
contatti
striscianti
e
tre
connettori/conduttori di connessione che interagiscono
mutuamente. Tale osservazione conduce all’ultima causa
di riduzione della banda disponibile dovuta alla diafonia
tra slip ring adiacenti. La vicinanza reciproca degli anelli
e del sistema di prelievo dei segnali provoca
accoppiamenti induttivi e capacitivi che sono tanto più
marcati quanto elevate sono le potenze e le frequenze
dei segnali in transito. Come buona norma tale effetto
può essere minimizzato da un progetto accurato della
topologia delle connessioni: occorre infatti aver cura di
allontanare il più possibile i segnali di potenza dalle
segnalazioni a banda più ampia. Inoltre occorre
Segnalazione RS485 a 12 Mbps su tre slip ring perfettamente adattati. terminare tutti i circuiti non usati per evitare
accoppiamenti spuri.
Il problema principale nella produzione di capsule a
slip ring destinate ad applicazioni più critiche (cioè
quelle che richiedono elevata banda passante e basso
livello di rumore generato), è la verifica delle specifiche
di progetto. A tal fine è stato sviluppato un originale
sistema di controllo qualità per le capsule prodotte.
Basato su una scheda di acquisizione dati consente di
controllare più campioni contemporaneamente su
un’unica stazione di misura. Le capsule sono montate
con il rotore solidale all’asse di un motore DC
Segnalazione RS485 a 12 Mbps dopo essere stata decodificata dal
controllato elettronicamente dalla stessa scheda di
trasporto su tre slip ring non adattati: sono visibili le riflessioni che si
acquisizione dati e gli slip ring sono connessi a coppie
sommano al segnale utile.
adiacenti in un circuito del quale si misura il rumore
elettrico introdotto dall’azione di contatto volvente. Il circuito di misura è in realtà molto semplice: un singolo
generatore di tensione continua alimenta un carico costituito da un resistore di precisione attraverso due slip ring. La
sonda differenziale della scheda di acquisizione è posta in parallelo sui contatti striscianti e misura la differenza di
potenziale esistente in funzione del tempo (teoricamente dovrebbe essere zero per un sistema di slip ring perfetti).
Un banco di relay controllato da un’altra uscita della scheda di acquisizione provvede poi a creare i circuiti virtuali
tra coppie di slip ring adiacenti (il test dunque avviene considerando le coppie di anelli 1-2, 3-4,…n-1, n). La
procedura di misura avviene facendo ruotare il rotore della capsula a 10-11 giri al minuto e misurando l’andamento
della tensione in funzione del tempo tra slip-ring adiacenti. Il campionamento di tale forma d’onda avviene a 1 Khz
per una durata di 10 secondi. In questo modo si è sicuri di aver lasciato percorrere almeno due rivoluzioni complete
alla coppia di slip ring in esame. Per ogni periodo di misura vengono rilevate le oscillazioni della tensione
differenziale letta tra i due slip ring e vengono così rigettati tutti quelli che mostrano variazioni di resistenza al di
sopra della soglia stabilita per il prodotto in esame.
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Schema di principio di uno dei migliori sistemi di test per slip ring
La testa remotata P/T Cammate
Considerando la disponibilità di capsule a slip ring compatibili con le applicazioni nel settore della televisione
analogica e digitale, Cammate, azienda americana produttrice di bracci e teste remotate P/T, distribuita in esclusiva
da Trans Audio Video s.r.l. per l’Italia, le adotta nella sua raffinata testa remotata a corredo dei bracci della Serie
Travel e della Serie 2000.
7
Al fine di svincolare totalmente il movimento di
panoramica orizzontale (Pan) dalla struttura
meccanica di sostegno, sono impiegate due
capsule a slip ring installate coassialmente: La
prima è dedicata al trasferimento dei segnali di
potenza (alimentazioni e Triax) e consta di 6 slip
ring da 5.0” (12.70 cm) di diametro con
tecnologia fiber brush, capaci di 10 A a 600 V
(RMS). La capsula è totalmente sigillata a
specifiche IP65 ed è progettata per sostenere fino
a 250 giri al minuto di rotazione continua (livello
di rumore minore di 100 milliohm equivalenti). E’
evidente pertanto che nell’applicazione semistatica, qual è quella tipica di una testa remotata
P/T
in ambiente televisivo, la sua vita utile possa
Testa remotata Cammate su un braccio 2000 Series
essere considerata praticamente illimitata. La seconda
capsula, montata al di sotto della prima sullo stesso
Testa remotata Cammate su un braccio Travel Series
asse di rotazione, è composta da 24 slip ring in oro
su oro con tecnologia fiber brush ad elevata banda
passante. Anche tale capsula è progettata per
sostenere fino a 250 giri al minuto e consente una
corrente massima di 2A a 210 V DC o 240 V AC
(500 V AC a 60 Hz. di rigidità dielettrica). La
separazione fisica tra le due casule permette di
evitare alla radice i fenomeni di cross-talk tra i canali
destinati al trasporto delle alimentazioni e i canali
destinati al trasporto dei segnali. Per quanto riguarda
l’asse Tilt e l’asse Dutch opzionale, l’impiego delle
capsule a slip ring risulta ridondante per
l’applicazione suggerita, dato che le escursioni
angolari di questi assi sono sempre minori di 180°.
E’ stata sperimentata la trasparenza del sistema così configurato al segnale triassiale (segnale FDM contenente
anche l’alimentazione per la telecamera), ma anche ai segnali video SDI a 270 Mbps.
E’ stato inoltre dimostrato che è possibile trasportare un segnale HD-SDI adottando gli slip ring non
utilizzati della capsula interna. Con un tale numero di canali disponibili è così possibile il trasporto di un
elevato numero di segnali così come riportato nella tabella proposta più sotto.
Capsula Moog esterna della testa remotata Cammate: 6 slip ring di
12.70 cm di diametro con 10 A a 600 V (RMS) ciascuno.
Capsula Moog interna della testa remotata Cammate: 24 slip ring in
oro di 2.27 cm di diametro con 2 A a 210 V DC /240 V AC
ciascuno.
8
Slip Ring
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Funzione
Conduttore interno Triax
Calza interna Triax/ GND Esterna Triax
GND DC
+12V DC
GND Video 1
Polo caldo Video 1
GND Lens
GND BNC 3 (Gen Lock)
Polo Caldo BNC 3 (Gen Lock)
GND BNC 4 (Time Code/Tally)
Polo Caldo BNC 4 (Time Code/Tally)
GND Video 2
Polo Caldo Video 2
Segnale Motore Iris
Segnale Motore Fuoco
VTR Start/Stop
Segnale Zoom
GND Segnale Zoom
Segnale Motore Pan
GND Segnale Motore Pan
Segnale Motore Tilt
GND Segnale Motore Tilt
Multi 1
Multi 2
Multi 3
Multi 4
Multi 5
Multi 6
Multi 7 / GND esterna Triax
Multi 8 / GND esterna Triax
Tabella allocazione segnali sulle due capsule a slip ring installate sulla testa Cammate.
Multi
Triax
Nell’immagine qui a lato è mostrata la
parte posteriore del control box a monte
della testa remotata Cammate, dove è
innanzitutto identificabile il connettore
AMP a 36 poli del main-cable che raccoglie
tutti i segnali dei comandi, le
alimentazioni e quanto è diretto alla testa
e alla telecamera. In questo modo tra
control box e testa remotata sarà sempre
presente un unico cavo multipolare (di
caratteristiche elettriche adeguate) a
completare una pulizia di progetto
esemplare. Sul pannello posteriore del
control box sono ben identificabili anche
i connettori BNC dei segnali diretti alla
9
camera e provenienti da essa che è possibile
passare attraverso gli slip ring della testa. Gli
Control Box, vista posteriore.
stessi connettori BNC hanno funzioni
rassegnabili
tenendo
conto
delle
caratteristiche differenti delle due capsule a
cui essi fanno riferimento (rif. Tabella
assegnazione segnali a pag. 9). In particolare
è possibile anche inviare ulteriori
alimentazioni ausiliarie attraverso i contatti
disponibili. Un’applicazione concreta di
quanto affermata la si ha con il
rivoluzionario sistema di chroma-key della
Reflecmedia. Volendo impiegare l’anello
Lite-Ring sulla telecamera a bordo della testa
Cammate (vedi foto al lato), senza per
questo rinunciare al Pan illimitato, si può
semplicemente indirizzare l’alimentazione
dell’anello attraverso, ad esempio, il canale
destinato al Time Code, se esso non è
utilizzato. L’anello Lite-Ring non assorbe più
di 10 W e dunque, considerando i 12 V
nominali di alimentazione, alla massima
intensità, la corrente max richiesta non
supererà 1 A, perfettamente compatibile,
dunque, con le specifiche della seconda
capsula Moog impiegata nella testa P/T Cammate. Lo stesso concetto si applica a dispositivi come la luce
Tally per l’operatore e l’intercom. Nel caso dell’intercom, sia nella versione a due fili che a quattro fili, si
possono utilizzare i contatti disponibili dalla presa Multi (nel caso non si adoperi il terzo asse). Dal punto di
vista dell’architettura di sistema, la testa Cammate è alimentata a 12V DC e non prevede l’uso di ingombranti
e poco affidabili batterie tampone. Il suo control box prevede dunque una scheda di alimentazione che
converte la tensione 100-240 VAC nei livelli continui necessari. Si noti anche che, a differenza di altri
costruttori, il sistema è alimentabile anche a 12 V DC prelevati da una fonte esterna (ad esempio da una
batteria di un flash di uso comune in ambiente
televisivo) La sezione di controllo adotta un
semplice sistema Open Loop. Dunque l’azione di
controllo impartita dai comandi non è
retroazionata da encoder/ potenziometri di
follow. La ragione di tale scelta risiede anche nella
possibilità di percorrere un numero illimitato di
rivoluzioni Pan in entrambe i sensi. Per tenere
conto di tale caratteristica sarebbe dunque
necessario l’impiego di encoder ottici
incrementali con un circuito contatore a memoria
delle rivoluzioni completate. La parte di
azionamento comprende sia una regolazione
della sensibilità dei joystick di comando, la
regolazione dell’offset (punto di arresto) sia la
possibilità di regolare la rampa dell’azionamento stesso (fine corsa a decadimento lento) per Pan, Tilt e
Zoom. Per gli stessi comandi sono ovviamente disponibili gli switch di inversione della direzione del
controllo e per il solo Zoom è anche predisposto un utile tasto di abilitazione del rocker switch. Tale tasto
può essere impiegato sia per inibire zoomate accidentali quando si lavora su focali fisse, sia per pre-impostare
una zoomata ad una velocità costante (ottenuta mandando in offset il centraggio elettrico del comando
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zoom) da attivare con la sola pressione di un tasto. Una simile situazione può essere richiesta in caso di
movimenti del braccio piuttosto complessi quando l’operatore alla testa remotata lavora senza l’ausilio di un
macchinista. Per l’azionamento dell’ottica il sistema si avvale della motorizzazione propria dell’obiettivo solo
per quanto riguarda il servocomando dello zoom. A tal proposito, sulla testa remotata è presente uno switch
di commutazione tra ottiche Canon (preferenziali per la fluidità di azionamento ed impostazione) e le
Fujinon. Per gli azionamenti di Focus e Iris si utilizzano invece motori esterni dotati di ghiere intercambiabili
per adeguarne il passo ai diversi produttori di obiettivi. I comandi sono di tipo tradizionale: un Joystick di
controllo ad alta sensibilità per Pan e Tilt dotato anche di controllo per il terzo asse (tramite una ghiera
coassiale all’asse del joystick dotata di relativo pulsante di auto-centraggio. Quando si utilizza l’effetto Dutch,
qualunque sia la posizione della camera, e si desidera ritornare in posizione verticale occorrerà la semplice
pressione di questo controllo per ottenere tale funzione. Questa è un’altra caratteristica unica della testa
Cammate) e comando a rocker switch per zoom e pomello rotante per Fuoco. Sullo stesso comando è
previsto inoltre il pomello per il controllo del diaframma. La testa Cammate può sopportare carichi dinamici
(cioè bilanciati in modo da annullare virtualmente il peso) di oltre 20 Kg e la sua raffinata meccanica permette
il perfetto bilanciamento dinamico della telecamera. Ad esempio, per la regolazione del centro di rotazione
del sistema, da ricercare per portare il baricentro dell’insieme “Camera + cavi + parte meccanica di sostegno”
sull’asse di rotazione dell’asse Tilt, è predisposta una vite senza fine dotata di fermi di sicurezza. Il
bilanciamento ottenibile è dunque perfetto in ogni circostanza. Per dare un esempio di altre realizzazioni, nel
Jimmy Jib della Stanton, tale funzione è ottenuta con una semplice slitta bloccata da un pomello: in questo
caso sono maggiori i rischi per la sicurezza e il bilanciamento è sicuramente più difficile da ottenenere con
rapidità.
I motori di movimentazione degli assi Pan e Tilt
sono esterni ad esclusione meccanica (scorrono su
apposite slitte). In fase di bilanciamento è dunque
sempre possibile lavorare con un sistema
virtualmente libero da ogni coppia resistente. La
loro manutenzione è inoltre semplificata dal fatto
che condividono lo stesso motore DC pur variando
il rapporto meccanico di trasmissione.
Motori di azionamento servo delle ottiche
Joystick di azionamento della testa Pan/Tilt con comando
terzo asse integrato.
Rocker switch e controlli Fuoco e Iris
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Per quanto riguarda la realizzazione del terzo asse (movimento Dutch), il modulo si ancora direttamente al
posto della culla di alloggiamento della telecamera. Il meccanismo di movimento è analogo a quello dello
stesso asse Tilt, e prevede un ulteriore sistema di bilanciamento con una lunga vite senza fine che permette di
trovare il punto esatto di annullamento dei pesi. Il sistema non prevede l’uso di un’ulteriore capsula a slip ring,
dal momento che in ogni situazione pratica non è prevista una rotazione della telecamera intorno al proprio
asse ottico per più di 360° continuativi. E’ comunque possibile arrivare a oltre due rotazioni complete prima
di dover centrare nuovamente la telecamera sulla verticale. La raffinatezza costruttiva di tale modulo
opzionale (acquistabile anche dopo l’acquisto della testa P/T) è verificabile in molteplici dettagli: la presenza
di una bolla ad alcool di riferimento per la calibrazione della verticale, la presenza di tre sistemi per la messa in
bolla perfetta, l’assenza di qualsiasi saldatura a vista. Il confronto con l’analoga soluzione della Stanton è
molto eloquente. Nel caso citato, l’escursione della telecamera è limitata a [-40°, +40°], non esiste alcun
dispositivo di centraggio automatico, e il comando del terzo asse è separato dai comandi principali della testa.
Terzo asse Cammate montato sulla testa remotata. Si
nota anche l’anello Lite-Ring installato sull’ottica
Canon.
Terzo asse Cammate montato sulla testa remotata (vista posteriore).
Si nota la splendida vite senza fine per il bilanciamento verticale del
carico posta sulla culla del terzo asse.
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Vista del braccio Cammate Travel Series dal lato dei comandi. Si nota che i comandi del terzo asse sono già
integrati nel joystick mentre centraggio e velocità sono inseriti in un box aggiuntivo.
Vista dei comandi di un Jimmy Jib Stanton: il terzo asse è controllato da un
comando separato (box al centro dell’immagine)
Terzo asse di una testa remotata Stanton Jimmy Jib:
l’escursione angolare è limitata a [-40°, +40°]. Si nota
anche la slitta per il bilanciamento verticale del carico sulla
testa.
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La testa remotata Cammate può essere naturalmente controllata da una postazione fisicamente separata dal
braccio che la ospita. Tale configurazione è denominata “operatore + macchinista” ed è particolarmente
consigliata quando il braccio deve eseguire movimenti molto complessi, ed in genere quando le dimensioni
dello stesso cominciano ad essere considerevoli (si ricordi infatti che al crescere delle dimensioni del braccio
aumenta, a parità di camera installata sulla testa remotata, il contrappeso da inserire sulla leva posteriore: in
questo senso aumenta l’inerzia da vincere alla partenza e all’arrivo di ogni traiettoria e contemporaneamente
diminuisce la visibilità dell’estremità del braccio). E’ allora possibile distaccare il control box dalla struttura del
braccio e posizionarlo, insieme ai controlli e ai monitor di controllo, in un luogo conveniente. Tale
configurazione, date le caratteristiche di alimentazione del sistema elettronico Cammate può essere senz’altro
predisposta anche in esterni e in luoghi dove sia assente una presa di alimentazione a 220 VAC (supponendo
di avere a disposizione almeno un monitor con alimentazione 12 VDC) dato che il consumo della testa è
talmente ridotto (meno di 20 W) da consentirne l’alimentazione con una normale batteria da 12 VDC di
capacità opportuna a garantire l’autonomia richiesta. Per consentire un’agevole configurazione “Operatore +
Macchinista” è dunque sempre consigliabile l’acquisto di una prolunga di lunghezza opportuna del Main Cable
principale (unica connessione, come accennato, tra testa remotata e control box) fino ad un massimo
complessivo di 30 m. (la lunghezza massima di un braccio Cammate è ottenuta dai bracci Series 2000 in
versione “Big-Boy” ed è pari a 15.5 m.). Si osservi che i Main-cable Cammate sono terminati con connettori
AMP da 36 pin Femmina ad entrambe le estremità. Talvolta è pertanto più conveniente acquistare un
secondo main cable di identica lunghezza di quello dato in dotazione con il proprio braccio (da usare anche
come scorta), ed un cavetto di raccordo, denominato “Jumper-cable” dotato di due connettori AMP da 36
pin maschi. Per mezzo di tale cavo adattatore sarà dunque possibile unire i due main cable in caso di
configurazione “Operatore+Macchinista”
Esempio di configurazione Operatore + macchinista in esterni: si noti
la batteria Sachtler sulla sinistra del Control- Box che alimenta tutto
il sistema.
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Il package della testa remotata Cammate è molto elegante e professionale: Testa, elettronica e cablaggio
completo sono contenute completamente in due Flight Case in polistirene dotate di trolley, con interni
sagomati in schiuma espansa per il corretto posizionamento di tutti i componenti. Analogamente, la culla del
terzo asse con il relativo control box è contenuta in una terza flight case dedicata.
Fligh case di trasporto della control box, dei comandi e dei motori
per i servo dell’ottica.
Fligh case di trasporto della testa remotata P/T
Sviluppo del prodotto
Trans Audio Video s.r.l., come da sua consolidata tradizione, lavora attivamente con le case madri
rappresentate per contribuire allo sviluppo dei prodotti introdotti sul mercato italiano. Anche nel caso del
braccio e della testa P/T Cammate il dipartimento
Tecnico della società ha già prodotto notevoli risultati
con la progettazione di una nuova tipologia di
controlli (“Egripment-Style” controls, dotati di pistol
grip su entrambe le unità), di un accessorio meccanico
in grado di rendere il braccio pilotabile da un lato (in
alternativa alla configurazione
standard che prevede il controllo dalla parte
posteriore, come mostrato nella prima figura di
pagina 13). E’ stato inoltre realizzata una modifica del
sistema
di trasferimento del segnale Triax attraverso gli Slip
ring, destinato a connessioni particolarmente lunghe
Fligh case di trasporto della culla del terzo asse per la testa (e che consente di mantenere separati i tre poli della
segnalazione triassiale fino al connettore posto sul
Cammate.
Camera-Adaptor della telecamera).
Sono in fase di sviluppo tre ulteriori modifiche per la sola parte elettronica: la veicolazione di
un’alimentazione a 24V alla testa remotata (destinata alle macchine da presa cinematografiche),
l’interfacciamento del Control-Box con il sistema di controllo “Crank-wheels” (le “manovelle”) prodotto da
Egripment (modifica richiesta dagli utilizzatori del braccio in ambiente cinematografico) e la realizzazione di
una Tally light da porre sulla sommita del braccio in parallelo al Tally light box già disponibile per l’operatore.
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