光ファイバーロータリージョイントと電気スリップリングの組み合わせにより、同じ回転インターフェースを介して光データ、電力、電気信号が転送されます。
一般に FORJ と略される光ファイバー ロータリー ジョイントは、固定ファイバーと回転ファイバー間の光路を維持します。電気スリップ リングには、電力、制御回路、センサー、エンコーダー、安全回路、または銅線-ベースの通信チャネルが接続されています。同じ軸で空気、ガス、真空、冷却剤、または油圧媒体も移送する必要がある場合、ロータリー ユニオンをアセンブリに追加できます。
難しいのは、複数のチャンネルを 1 つのハウジングに単純に取り付けることではありません。光学システム、電気回路、シャフトの形状、回転、ケーブル配線、環境、サービスアクセス、および受け入れテストが連携して機能する必要があります。
光学コンポーネントの基本的な説明については、ByTune のガイドを参照してください。光ファイバースリップリング。専用の光学的および電気的構成を必要とするプロジェクトは、-カスタマイズされたスリップリング製品範囲。
アセンブリの各部分は何をするのでしょうか?
FORJ と電気スリップ リングは異なる機能を実行します。
| 成分 | 一次機能 | 必要な一般的な情報 |
|---|---|---|
| 光ファイバーロータリージョイント | 回転インターフェースを介して 1 つ以上の光チャネルを転送します | ファイバの種類、波長、チャネル数、コネクタ、挿入損失、動的変動 |
| 電気スリップリング | 電力と導電性電気信号を伝送します | 電圧、連続電流およびピーク電流、信号タイプ、接地、ケーブルおよびコネクタ |
| 空圧式または油圧式ロータリーユニオン | 気体、真空、または液体媒体を移送します | 媒体、圧力、流量、温度、ポート、漏れ、材料の適合性 |
| 機械的統合 | 取り付け、回転、ケーブル管理を維持します | ボア、フランジ、外径、長さ、トルク、速度、振れ、サービスクリアランス |
FORJ は通常、電力を伝送しません。主要なデータ パスを光ファイバーに移行しても、電気要件がすべてなくなるわけではありません。モーター、ブレーキ、照明、エンコーダー、リミットスイッチ、電源、サービス回路には依然として導電チャネルが必要な場合があります。
いくつかの伝送技術を組み合わせたアセンブリは、一般に次のように説明されます。ハイブリッドスリップリング.
統合されたアセンブリか、それとも別個の回転コンポーネントですか?
単一の統合ユニットにより、ブラケット、独立したケーブル出口、位置合わせ作業が軽減されます。コンポーネントを分離すると、将来の交換やテクノロジーのアップグレードが容易になります。
| 決定要因 | FORJとスリップリングを一体化 | 個別のコンポーネント |
|---|---|---|
| 設置スペース | ハウジングとアダプターの数が減る可能性があります | より多くの軸方向または半径方向のスペースが必要になる場合があります |
| 位置合わせ | 1 つの設計されたアセンブリ内で管理 | 機械構造で制御する必要がある |
| ケーブルの配線 | 光出口と電気出口を調整可能 | 各コンポーネントには個別の配線と張力緩和が必要です |
| 保守性 | 1 つのアセンブリを取り外すと、複数の機能が中断される可能性があります | 光モジュールまたは電気モジュールは個別に交換可能 |
| 資格 | 1 つの統合テスト計画でユニット全体をカバーできます | 各コンポーネントは独立した認定プランを持つことができます |
| 今後の変化 | 変更はアセンブリ全体に影響を与える可能性があります | 1 つのモジュールは、もう 1 つのモジュールを交換せずにアップグレードできます。 |
| 調達 | 1 つのサプライヤーがインターフェースとドキュメントを調整できる | 複数のサプライヤーがより多くのコンポーネントの選択肢を提供する場合があります |
スペースが限られている場合、または個別のデバイスでは位置合わせやケーブル配線が困難な場合には、統合された設計が魅力的なことがよくあります。 FORJ を独立して交換する必要がある場合、または光学システムと電気システムが非常に異なる開発スケジュールに従っている場合には、モジュール式配置が望ましい場合があります。
設計を制御する 5 つのエンジニアリング入力
1. まず既存の光学システムを定義します
ヘッドライン データ レートだけで FORJ を選択しないでください。固定側と回転側にすでに設置されている機器から始めます。
識別する：
- 送信機と受信機のモデル
- 送信機の最小出力電力
- 受信感度と最大受信入力
- シングルモードまたはマルチモード ファイバー
- 動作波長
- 既存のコネクタと研磨
- 必要なリンク距離
- 現在のパッチケーブルとアダプター
- データプロトコルとデータレート
ITU-T G.652シングルモード光ファイバーとケーブルの幾何学的、機械的、伝送特性を説明します。-ITU-T G.651.150/125 μm マルチモード グレーデッド-インデックス光ファイバー ケーブルをカバーします。これらの文書はファイバーの特性を定義するのに役立ちますが、トランシーバーとシステムの要件に代わるものではありません。
| 選択質問 | シングルモード システム- | マルチモードシステム |
|---|---|---|
| 既存設備 | 互換性のあるシングルモード トランシーバー、ファイバー、波長を使用する必要があります。- | 互換性のあるマルチモード トランシーバー、ファイバー、波長を使用する必要がある |
| デザインの主な焦点 | 光学バジェット、距離、リターンロス、コネクタの状態 | 帯域幅-距離要件、起動条件、コネクタの互換性 |
| 直接置換 | 調達を簡素化するためだけにマルチモードに置き換えるべきではありません | 完全なリンクを確認せずに単一モードに置き換えないでください。- |
シングルモード チャネルとマルチモード チャネルは 1 つのカスタム アセンブリ内に存在できますが、各チャネルは独自の互換性のあるファイバー、波長、コネクタ、トランシーバーを保持する必要があります。
2. チャネル数を決定し、光パワー バジェットを構築する
実際のシステム アーキテクチャから光パスをカウントします。二重リンクでは 2 本のファイバが使用される場合がありますが、双方向または多重化アーキテクチャでは異なる配置が使用される場合があります。光多重化は、FORJ だけから想定するのではなく、完全な光システムの一部として評価する必要があります。
最悪の場合のパス損失には次のものが含まれます。-
- ファイバーの減衰を修正-
- 外部コネクタの紛失
- スプライスとアダプタの損失
- FORJ挿入損失
- 回転中の最大挿入損失の変化-
- 特定の環境条件によって生じる追加の損失
- 用途に合わせて選択されたエンジニアリングマージン
標準値ではなく、最小保証された送信機出力と必要な受信機感度を使用してください。
利用可能な光バジェット=最小送信機出力 - 受信機感度
残りのマージン=の利用可能な光バジェット - 最悪の場合のパス損失-
通常、送信機の出力と受信機の感度は dBm で表され、パス損失は dB で表されるため、単位と符号を一貫して処理する必要があります。
光学予算の例
次の例は仮説であり、ByTune 製品仕様ではありません。
| 予算項目 | 例示的な値 |
|---|---|
| 送信機の最小出力 | -3.0dBm |
| 受信感度 | -12.0dBm |
| 利用可能な光予算 | 9.0dB |
| ケーブルと接続損失を修正 | 0.8dB |
| 外部コネクタとアダプタの紛失 | 1.0dB |
| 最大FORJ挿入損失 | 3.0dB |
| 最大回転変動 | 0.6dB |
| プロジェクトエンジニアリング手当 | 1.0dB |
| 合計最悪のパス損失- | 6.4dB |
| 残マージン | 2.6dB |
許容可能なマージンは、光学機器、環境範囲、メンテナンス戦略、プロジェクトのリスクによって異なります。この例では、計算プロセスのみを示します。
光トランシーバ経由で産業用イーサネットを伝送するシステムは、完全な光リンクから定義する必要があります。関連する導電性データに関する考慮事項については、ByTune のガイドで説明されています。{1}スリップリングでの高速データ伝送-そしてイーサネットスリップリング.
3. 回転時の光学性能を定義する
挿入損失、回転挿入損失の変動、反射損失は、光学性能のさまざまな部分を表します。{0}}
挿入損失
挿入損失は、コンポーネントまたは測定されたリンクを通じて失われる光パワーです。プロジェクト仕様には次のように記載する必要があります。
- チャネルごとの最大挿入損失
- 測定波長
- ファイバーの種類
- コネクタとピグテールの構成
- 外部アダプターが含まれているかどうか
- 試験温度
回転挿入-損失の変動
FORJ は、許容可能な静止読み取り値を生成する可能性がありますが、特定の角度位置でより大きな損失を示します。動的要件では以下を定義する必要があります。
- 許容されるピーク間変動または最大変動
- 通常回転速度と最高回転速度
- 時計回りと反時計回りの操作
- 回転数または試験時間
- サンプリングレート
- 低温または熱的に安定した状態
- すべてのチャンネルをまとめて測定するかどうか
リターンロス
リターンロスは反射光パワーを表します。その重要性は、光源、トランシーバー、コネクタ研磨、光学機器によって異なります。一般的なリターンロス目標は、実際の機器を確認せずにすべてのプロジェクトにコピーすべきではありません。-
動的光学性能は、システムを「10 Gbit/s」または「40 Gbit/s」としてのみ指定すべきではない理由の 1 つです。データ レートは、トランシーバー、ファイバー、コネクタ、光バジェット、ソフトウェア、回転コンポーネントを含むリンク全体の結果です。
4. 電気回路と機械的統合の指定
電気セクションには独自の回路スケジュールが必要です。すべての回路について、以下を定義します。
- 関数
- ACまたはDC電圧
- 連続電流
- ピーク電流または突入電流
- デューティサイクル
- 電線サイズ
- 電気コネクタ
- 接地配置
- 該当する場合は信号プロトコル
- 安全{0}}関連機能
電源回路、アナログ センサー、エンコーダ、CAN、RS-485、銅線イーサネット、安全回路を同一のチャネルとして扱うべきではありません。メインの高速データ パスがファイバーを使用している場合でも、シールドとチャネル配置は依然として重要である可能性があります。 ByTune の記事を参照してください。スリップリングの信号シールド関連する設計上の考慮事項については、
機械図面には次のことが示されている必要があります。
- 必要な穴
- 最大外径
- 最大軸長
- シャフトとフランジの寸法
- 固定側と回転側
- 回転防止機構-
- ファイバーと電気ケーブルの出口
- コネクタのクリアランス
- サービスアクセス
- 近くのベアリングと可動部品
また、通常速度と最高速度、連続回転または振動、方向変更、加速度、運転時間、回転トルク、軸振れ、振動、衝撃も定義します。
A スルーホールスリップリング多くの場合、既存のシャフト、チューブ、またはケーブルの束を中心に残す必要がある場合に評価されます。最終的なボアは、ハウジングの直径、回路レイアウト、利用可能なコネクタのスペースに影響を与える可能性があるため、独立して考慮することはできません。
5. コネクタ、ファイバー、および取り付けられたアセンブリ全体を保護する
FORJ 自体が正常に機能している場合でも、外部コネクタが汚れたり損傷したりすると、光学性能が低下する可能性があります。
コネクタ仕様では以下を特定する必要があります。
- コネクタファミリー
- PC、UPC、または APC ポリッシュ
- パネルアダプターまたはフライングピグテール
- ファイバー長とジャケット
- 最小曲げ半径
- ストレインリリーフ
- ダストキャップ
- 検査と清掃へのアクセス
IEC 61300-3-35 は、光ファイバー コネクタ端面の破片、傷、欠陥の観察と分類に取り組んでいます。コネクタの検査後は、必要に応じて適切な洗浄と光学的検証を行う必要があります。見た目だけでは完全なリンクのパフォーマンスを確立することはできません。IEC 61300-3-35関連する公式規格情報を提供します。
実際の接続プロセスは次のとおりです。
- 嵌合前にコネクタ端面を検査してください。
- 汚染がある場合は、承認された方法を使用して洗浄してください。
- もう一度検査してください。
- 規定の曲げ半径を超えないようにファイバを接続してください。
- 組み立て後の挿入損失またはエンドツーエンドのリンク動作を確認します。--
同じ軸が空気、ガス、または真空も伝達する場合、光学的要件と電気的要件を組み合わせることができます。空気圧スリップリングまたは別の適切なロータリーユニオンを使用します。
環境要件には、温度、湿度、結露、ほこり、水、塩分、冷却剤、圧力、振動、衝撃などの実際の暴露を記述する必要があります。
IEC は、IEC 60529 を通じて定義された IP コードは、塵や液体に対するエンクロージャの保護を分類していると説明しています。 IP 定格は、外部ピグテール、コネクタ、ケーブル差込口、アダプタ、または最終的に設置されたマシンの保護を自動的に定義するものではありません。詳細なアプリケーション ガイダンスは、ByTune の説明で参照できます。スリップリングのIP定格.
仮説の例: 回転マシン-ビジョン プラットフォーム
次の例は説明のためのものであり、顧客事例や製品の推奨ではありません。
連続回転検査プラットフォームには以下が含まれます。-
- 産業用カメラ 2 台
- LED照明
- モーターとブレーキ
- エンコーダ
- いくつかの制御センサー
- 2本の光通信路
- 中央のメカニカルシャフト
- 限られた軸方向の設置スペース
「電力と信号の 2 つのファイバーを備えたスリップ リングが必要です」という要求だけでは、設計の承認には不十分です。
| 要件グループ | 必要な情報 | エンジニアリング成果 |
|---|---|---|
| 光学系 | トランシーバー、ファイバーの種類、波長、コネクタ、リンク バジェット、および許容される動的変動 | 光チャネルのスケジュールと許容制限 |
| 電気系統 | 電流と突入電流を伴うモーター、ブレーキ、照明、センサー、エンコーダー回路 | 回路スケジュール、ワイヤ サイズ、およびコネクタの定義 |
| メカニカルインターフェース | ボア、外径、長さ、フランジ、シャフト、出口およびサービスクリアランス | 管理された外形図 |
| モーション | 通常速度、最高速度、連続回転、加速度 | 速度、トルク、耐久性の要件 |
| 環境 | 温度、ほこり、清掃、振動、および筐体の状態 | 材質、シール、環境試験範囲 |
| 検証 | 定常損失、動的変動、電気試験、通信試験 | サプライヤーのテストレポートと顧客の受け入れ計画 |
カメラが光トランシーバーを使用しており、シャフトを開いたままにする必要がある場合は、スルーボア統合アセンブリが評価される可能性があります。{0}光学セクションを個別にアップグレードする必要がある場合は、別個の同心モジュールを使用すると保守性が向上する可能性があります。
動的挿入損失をテストする方法
プロジェクトの正確な方法と許容限度について合意する必要があります。実際のテスト構成には、安定した光源、リファレンス パッチ リード、テスト対象の FORJ チャネル、光パワー メーターまたはデータ収集受信機、および制御された回転固定具が含まれます。-
ステップ 1: 測定境界を定義する
測定に以下が含まれるかどうかを述べます。
- FORJ おさげ
- 外部パッチケーブル
- アダプター
- パネルコネクタ
- 実稼働リンク内のその他のコンポーネント
ベースライン測定と回転測定には同じ境界を使用する必要があります。
ステップ 2: 光学基準を確立する
線源と測定機器が安定するまで待ちます。回転コンポーネントを挿入する前に、選択した波長、コネクタ配置、および基準方法を使用して基準を確立します。
ステップ 3: 静止ベースラインを測定する
アセンブリが静止している間にすべての光チャネルを記録します。波長、機器、周囲温度、コネクタの状態を特定します。
ステップ 4: 回転中のパフォーマンスを記録する
受信電力または挿入損失を継続的に記録しながら、指定された速度と方向でアセンブリを回転させます。必要に応じて、結果を時間または角度位置と同期させます。
レポートでは以下を特定する必要があります。
- 平均挿入損失
- 最大挿入損失
- ピーク間の変動
- 短期旅行-
- チャンネル-ごと-の違い
- 時計回りと反時計回りの結果
ステップ 5: 関連する条件で繰り返す
アプリケーションで必要な場合は、熱安定化後、耐久サイクル後、最大動作速度で、または規定の負荷で電気セクションに通電した状態でテストを繰り返します。
ステップ 6: エンドツーエンドのシステム テストを完了する--
コンポーネント レベルの光損失テストでは、完全なマシン リンクが正しく動作することは証明されません。{0}実際のトランスミッター、レシーバー、パッチ ケーブル、コネクタ、ソフトウェア、および動作データの負荷を使用して最終リンクをテストします。
ByTune の一般ガイドスリップリングのテスト電気的および機械的検証のための追加のコンテキストを提供します。
テストと合格の記録
| テスト | 目的 | 代表的な記録 |
|---|---|---|
| コネクタ端面検査- | 接続前に破片、傷、または目に見える欠陥を特定します | 検査画像または検査結果 |
| 定常挿入損失 | 光学ベースラインを確立する | -チャネルごとの損失レポート |
| 動的挿入-損失の変動 | 回転中の光学的安定性を検証する | 時間{0}}ベースまたは角度-ベースのトレース |
| リターンロス | 必要に応じて反射電力のパフォーマンスを検証します。{{0} | -チャンネルごとの結果 |
| エンドツーエンドの光リンク-- | 実機で動作確認 | 光パワーまたは通信記録 |
| 電気的導通と絶縁 | 電気チャネルと絶縁を検証する | 電気試験報告書 |
| 負荷電気試験 | 必要に応じて電圧降下または温度を確認してください | ロード-テスト レポート |
| 寸法検査 | ボア、フランジ、エンベロープ、出口の確認 | 寸法レポート |
| 速度とトルクのテスト | 機械的な動作を確認する | 回転試験報告書 |
| 機械応用テスト | 完成した装置で性能を確認する | 顧客受入記録 |
ByTune のドキュメントと合わせて、提案されたドキュメントを確認してください。製造情報そして品質管理プロセス。周囲の機械の設計が固まる前に、設置要件も確認する必要があります。を参照してくださいスリップリングの取り付け手順.
故障の症状と点検の優先順位
| 観察された症状 | 考えられる原因 | 最初のチェック |
|---|---|---|
| すべての回転位置で損失が大きくなる | コネクタの汚れ、ピグテールの損傷、誤った基準、またはコンポーネント損失の増加 | コネクタを検査して清掃し、基準を繰り返して外部ケーブルを隔離します |
| 損失は 1 つの角度位置で変化します | 動的アライメントの変動、機械的負荷、または内部の光学的変動 | トレースと回転角度を比較し、シャフトのアライメントを検査します。 |
| 平均損失が大きく変化しない断続的な通信 | 短い光の偏位、受信機のマージン、ソフトウェアのタイムアウト、または外部接続の問題 | サンプリングレートを上げて実際のトランシーバーでテストする |
| 1 つのチャンネルが他のチャンネルとは異なります | チャネル-固有のコネクタ、ファイバー、または内部パスの問題 | 外部パッチリードを交換して各チャンネルを個別にテスト |
| インストール後のパフォーマンスの変化 | ファイバーの曲げ、引っ張り、コネクターの負荷、または機械の位置ずれ | ルーティング、ストレインリリーフ、曲げ半径、取り付けを検査します。 |
| 電気チャネルは機能するが、光通信が失敗する | 光学的な互換性、予算、またはコネクタの問題 | 波長、ファイバーの種類、トランシーバー、エンドツーエンドの受信電力を確認します。{0}} |
| 光学性能は安定しているが電気ノイズが残る | 光路外での導電性信号、接地、または電源の問題{0} | 電気シールド、接地、チャネル配置を見直す |
FORJ およびスリップ リングの RFQ チェックリスト
- マシンとアプリケーションの説明
- 固定側と回転側
- 統合または個別のコンポーネントの設定-
- シングルモードまたはマルチモード ファイバー
- ファイバーの仕様と動作波長
- 光チャンネル数
- シンプレックス、デュプレックス、または多重化アーキテクチャ
- 送信機と受信機のモデル
- データプロトコルとデータレート
- 最小送信電力と受信感度
- 利用可能な光パワーのバジェット
- 最大挿入損失
- 最大回転挿入損失変動-
- 該当する場合の返品損失要件-
- 光コネクタと研磨
- ピグテールの長さ、ジャケット、曲げ半径、ラベル付け
- 完全な電気回路スケジュール
- 連続電流とピーク電流
- 電気信号プロトコル
- 電気ケーブルとコネクタ
- 穴とシャフトの寸法
- 最大外径と軸方向長さ
- フランジと取付図
- 通常速度と最高速度
- 連続回転または振動
- 必要なランニングトルク
- 温度、湿度、塵埃、水、腐食への曝露
- 必要に応じてガス、真空、または液体チャネル
- 検査、テスト、および文書化の要件
- 試作・生産数量
- プロジェクトスケジュール
- 設置図と写真
よくある質問
Q: FORJ は光ファイバーのスリップ リングと同じですか?
A: この用語は関連製品によく使用されます。 FORJ は特に光ファイバー ロータリー ジョイントを指します。 「光ファイバー スリップ リング」は、スタンドアロンの FORJ、または光チャネルと電気チャネルの両方を含むハイブリッド アセンブリを指す場合があります。
Q: FORJは電力を送電できますか?
A: いいえ。光ファイバーは光信号を転送します。電力を供給するには、電気スリップ リングまたはその他の承認された回転電気接続が必要です。
Q: FORJ は 10G、25G、または 40G 通信をサポートできますか?
A: 完全なリンクは、必要なデータ レートをサポートする必要があります。 FORJ データレートの記述だけに依存するのではなく、トランシーバー、ファイバー、波長、コネクタ、光バジェット、リンク距離、回転損失を確認してください。-
Q: 回転挿入-損失変動とは何ですか?
A: FORJが回転する際の光損失の変化を測定したものです。結果は、波長、速度、方向、持続時間、サンプリング方法、温度、測定境界が定義されている場合にのみ意味を持ちます。
Q: シングルモード チャネルとマルチモード チャネルは 1 つのアセンブリを共有できますか?
A: カスタム アセンブリには両方を含めることができますが、各光パスは互換性のあるファイバー、コネクタ、波長、トランシーバーを使用する必要があります。仕様とテスト結果は分離したままにする必要があります。
Q: 統合アセンブリはメンテナンスの必要性が少なくなりますか?
A: 個別のブラケットとインターフェイスを減らすことができますが、メンテナンスは完全な設計に依存します。光コネクタは引き続き保護と検査が必要ですが、電気ケーブル、ベアリング、シール、取り付け金具は定期的な検査が必要な場合があります。
Q: 貫通ボア構造は常に必要ですか?{0}
A: いいえ。シャフト、パイプ、またはケーブルの束が中心を通過する必要がある場合に便利です。シャフト端が利用可能であり、独立したサービスが重要な場合は、シャフト端またはモジュール式の配置がより簡単になる場合があります。--
最終的な推奨事項
光ファイバーロータリージョイントとスリップリングの統合を成功させるには、カタログのチャネル数ではなく、既存の光学システムから始まります。
まず、トランシーバー、ファイバーの種類、波長、コネクタ、光パワー バジェット、および許容される動的損失を特定します。次に、電気回路、ボア、エンベロープ、速度、トルク、環境、ケーブル配線、サービスアクセス、および受け入れテストを定義します。
最適なソリューションは、ボア アセンブリ、-シャフトの端の組み合わせ、または別個の同心モジュールを介して統合することです。{0}正しいアーキテクチャとは、製造、設置、テスト、サービスの実用性を維持しながら、光学、電気、機械の仕様を完全に満たすアーキテクチャです。
光チャネルスケジュール、電気回路スケジュール、機械図面、およびテスト要件を、ByTune のお問い合わせページアプリケーションのレビュー用。