검사 로봇은 인간이 쉽게 갈 수 없는 곳, 즉 실제 파이프라인, 하수 본관, 밸러스트 탱크, HVAC 덕트, 터빈 케이싱 및 제한된 공정 장비 내부에서 작업을 수행합니다. 거의 모든 플랫폼은 지속적으로 회전하면서 전원과 신호를 계속 전달해야 하는 하나 이상의 회전 하위 어셈블리 - 팬- 팬틸트 카메라 헤드, 스캐닝 센서 터렛, 테더 케이블 릴 또는 로봇 조인트 -에 의존합니다.
이를 조용히 가능하게 해주는 부품이 바로 슬립링입니다. 잘못 생각하면 로봇이 검사 중에 비디오를 잃어버리거나-로터리 인터페이스가 너무 많은 토크를 추가하기 때문에 테더가 걸리거나 카메라가 정지됩니다. 올바르게 하면 슬립 링이 보이지 않게 됩니다. - 이것이 목표입니다.
이 가이드는 슬립 링 응용 엔지니어링 관점에서 작성되었습니다. 검사 로봇 내부에서 소형 슬립링이 실제로 수행해야 하는 작업, 모듈별, 환경별 지정 방법, 현장에서 장치의 생존 여부를 결정하는 매개변수 등을 다룹니다.
검사 로봇에 소형 슬립 링이 필요한 이유
검사 로봇은 세 가지 엄격한 제약 조건, 즉 작은 기계적 범위, 부드럽고 중단 없는 동작, 회전 조인트를 통한 깨끗한 신호 전송을 중심으로 설계되었습니다. 직접-배선 솔루션은 카메라나 릴에 약 ±180도 이상의 이동이 필요한 순간에 세 가지 모두 실패합니다. - 케이블이 꼬이고, 구리 재질이-경화되고, 차폐 균열이 발생하며, 와이어가 물리적으로 끊어지기 훨씬 전에 신호 무결성이 붕괴됩니다.
소형 슬립 링은 로봇의 고정 본체와 움직이는 모듈 사이에 제어된 회전식 전기 인터페이스를 생성하여 이 문제를 해결합니다. 일반적인 크롤러 또는 파이프 로봇 내에서 해당 인터페이스는 일반적으로 다음 위치 중 하나에 위치합니다.
- 팬{0}}틸트 또는 360도 카메라 헤드
- 회전 센서 터릿(LIDAR, 초음파, 열)
- 작업자 측에 장착된 테더 케이블 릴
- 로봇 팔, 조종기 또는 조종 가능한 관절
- 회전 광학 장치에 부착된 링-등 또는 LED 조명 어셈블리
- 터릿에 내장된 인코더, IMU 또는 제한-스위치 루프
호스트 로봇의 직경은 50~150mm에 불과한 경우가 많기 때문에 슬립 링은 하우징을 팽창시키거나 로봇이 들어갈 수 있는 가장 작은 파이프 크기를 제한하지 않을 만큼 작아야 합니다. 외경이 몇 밀리미터 더 크다는 것은 DN100 하수관에 접근하는 것과 DN150에 막히는 것 사이의 차이를 의미할 수 있습니다.
검사 로봇에서 슬립 링이 작동하는 방식
기계적으로 슬립 링에는 고정자(고정 브러시 또는 섬유 접점)와 회전자(절연체로 분리된 전도성 링)가 있습니다. 로터가 회전할 때 브러시는 각 링과 슬라이딩 전기 접촉을 유지하므로 각 회로는 각도 위치에 관계없이 연속적으로 유지됩니다.DigiKey의 회전식 전기 커넥터 개요이와 동일한 배열을 설명하며 팀이 해당 구성 요소를 처음 접하는 경우 좋은 입문서입니다.
검사 로봇 내부의 고정자는 일반적으로 로봇 본체, 제어 PCB, 배터리 하니스 또는 테더 종단부에 착지됩니다. 로터는 카메라, 센서 헤드, 조명 링 또는 릴 드럼과 같이 회전하는 모든 것에 연결됩니다. - 아키텍처에 따라 단일 소형 장치에 다음이 포함될 수 있습니다.
- 카메라, 조명, 모터 또는 히터용 전원
- 온도, 가스 또는 스트레인 센서의 아날로그 신호
- 디지털 제어 버스(CAN, RS-485, RS-232)
- 컴포지트 또는 HD{0}}SDI 동영상
- 이더넷(100Base-TX 또는 기가비트)
- USB 2.0 또는 USB 3.0
- 인코더 피드백 및 비상-정지 루프
간단한 ROV 카메라에는 4~6개의 회로가 필요할 수 있습니다. HD 비디오, LED 조도 조절, 팬{1}}모터 및 환경 센서를 갖춘 고급 검사 헤드는 단일 캡슐 본체에서 18~24개 회로에 쉽게 도달할 수 있습니다.
로봇 모듈별 선택
동일한 로봇 내부의 다양한 회전 모듈이 동일한 슬립 링 요구 사항을 공유하는 경우는 거의 없습니다. "슬립 링"을 3~4개의 별도 선택 문제 대신 하나의 부품으로 취급하는 것은 가장 일반적인 통합 실수 중 하나입니다.
카메라 헤드 회전
지배적인 제약은 신호 무결성입니다. HD-SDI, LVDS 및 이더넷 카메라 링크는 접촉 저항 변화에 민감하므로 슬립 링은 차폐 연선 라우팅, 분리된 전원 및 신호 채널, 낮은 레벨 신호용 금{3}}온-금 접점을 지정해야 합니다-. 에이캡슐 슬립 링OD 12~22mm에 회로 6~12개로 대부분의 팬{4}}카메라 헤드를 덮습니다. 더 높은 해상도의 비디오를 보려면 명시적으로 등급이 지정된 장치를 살펴보십시오.로터리 조인트를 통한 이더넷 전송일반적인 "데이터" 채널이 아닌
센서 터렛
센서 헤드는 일반적으로 한두 개의 전력선을 소수의 저전압 아날로그 또는 RS-485 채널과 혼합합니다.{0}} 누화는 원시 대역폭보다 더 중요합니다. 에이로봇 공학, ROV 및 UAV용으로 설계된 신호 슬립 링일반적으로 터렛이 절대 사용하지 않을 비디오 대역폭에 대한 비용을 지불하지 않고도 올바른 채널 수와 차폐 전략을 제공합니다.
테더 케이블 릴
릴 슬립 링은 다른 삶을 살고 있습니다. 그들은 천천히 회전하지만 시스템 수명 동안 수백만 번의 회전을 축적하며 완전한 전력과 데이터 테더를 전달합니다. 릴 샤프트가 중앙을 통과할 수 있도록 관통-보어 설계가 일반적으로 선호됩니다. 일반적인 릴{4}}측면 고장 모드 - 고르지 못한 브러시 마모, 접촉 필름 축적-및 세척 시 밀봉 고장 -이 이 분석에 잘 문서화되어 있습니다.케이블 릴 슬립 링 고장 원인 및 해결 방법.
로봇 관절 및 조작기
조인트에는 케이블링과 공압 또는 유압 라인을 위한 빈 중심이 필요한 경우가 많습니다. 에이관통형-보어 슬립 링5mm~50mm의 보어 크기로 대부분의 소형 조작기 설계에 적합합니다. 조인트가 공기나 유체도 통과하는 경우 하이브리드 공압{3}}전기 장치는 두 개의 통과-를 하나의 어셈블리로 통합합니다.
운영 환경에 따른 선택
환경은 적어도 모듈 기능만큼 사양서를 형성합니다. 세 가지 환경은 대부분의 검사 로봇 배포를 포괄합니다.
파이프라인 및 하수관 검사
물 침수, 황화수소, 탄화수소, 고운 입자 및 잦은 고압 세척이 예상됩니다.- 슬립 링에는 밀봉된 케이블 출구와 확인된 인클로저 등급이 필요합니다. 대부분의 하수 크롤러의 경우 IP65는 카메라 끝에서 실행 가능한 최소값이고 릴 끝에서는 IP67 또는 IP68입니다. IEC는 이러한 수준을 다음과 같이 정확하게 정의합니다.IEC 60529, 인클로저가 제공하는 보호 등급- IP 코드 이름을 지정하지 않고 "방수"를 지정하는 것만으로는 충분하지 않습니다.
터빈, 보일러 및 고온-검사
온도와 진동이 디자인을 좌우합니다. 80도 이상에서는 브러시 재질이 변경되고(흑연-금속 복합재 또는 귀-금속 섬유 브러시), 절연체 수지 시스템이 변경되고 윤활제가 일반적으로 제거됩니다. 진동은 또한 접점의 마이크로{5}}프레팅을 가속화하므로 접점 압력과 브러시 형상을 줄여야 합니다.
구조 및 위험-환경 로봇
이러한 플랫폼에서는 충격, 먼지, 연기, 유체 및 예측할 수 없는 기계적 부하가 발생합니다. 신뢰성 마진은 최소 크기보다 더 중요합니다. 듀티 사이클이 제안하는 것보다 더 높은 회전 수명 등급을 지정하고 표준 데이터시트에 의존하기보다는 충격 및 진동 테스트 데이터를 확인하십시오.
소형 슬립 링 유형 비교
아래의 네 가지 구조는 거의 모든 검사 로봇 사용 사례를 포괄합니다. 올바른 선택은 일반적으로 두 가지 질문, 즉 속이 빈 중심이 필요한지, 그리고 축 길이를 얼마나 사용할 수 있는지에 따라 결정됩니다.
| 유형 | 최고의 대상 | 주요 제한 사항 | 일반적인 검사 로봇 사용 |
|---|---|---|---|
| 캡슐 | 중앙 샤프트가 없는 컴팩트하고 완전 밀폐형 설치 | 채널 수는 일반적으로 24개로 제한됩니다. 관통-구멍 없음 | 팬{0}}틸트 카메라 헤드, 소형 센서 터렛, 조명 링 |
| 관통-보어 | 중앙 샤프트, 케이블 번들 또는 유체 라인이 필요한 설계 | 동일한 채널 수에 대해 캡슐보다 더 큰 외부 직경 | 케이블 릴, 로봇 조인트, 대형 회전 터렛 |
| 팬케이크 | 매우 제한된 축 길이 | 더 큰 방사형 설치 공간; 배럴 설계보다 낮은 회전 수명 | 높이가 제한되는 평면{0}}장착 어셈블리 |
| 하이브리드 전기/광섬유 | 구리선이 안정적으로 처리할 수 있는 것보다 높은-고대역폭 비디오 또는 센서 데이터 | 더 높은 비용, 더 복잡한 정렬, 더 긴 리드 타임 | 4K 또는 다중-카메라 검사 헤드, 고속-속도 LIDAR 터릿 |
대부분의 소형 검사 로봇의 경우 캡슐과 소형 사이에서 선택이 가능합니다.팬케이크 슬립 링카메라 끝에 있고 릴 끝에 관통{0}}보어 장치가 있습니다.
소형 슬립 링 사양 체크리스트
RFQ를 보내기 전에 아래 표를 작성하세요. 모든 빈 셀은 공급업체가 어쨌든 물어봐야 할 질문이며, 답변되지 않은 질문은 견적된 제품이 잘못 도착하는 가장 큰 이유입니다.
| 매개변수 | 검사 로봇의 일반적인 범위 | 엔지니어링 노트 |
|---|---|---|
| 외경(OD) | 6.5 – 50mm | 로봇이 들어가야 하는 가장 작은 파이프나 하우징을 통해 구동됩니다. |
| 전체 길이 | 15 – 80mm | 리드 피그테일 및 커넥터 포함 |
| 회로 | 2 – 24 | 늦은 설계 변경을 위해 10~20% 예비 회로 추가 |
| 정격 전압 | 최대 240V AC/DC | 전력 채널과 신호 채널에 대한 별도의 연면거리 |
| 회로당 전류 | 일반적으로 1 – 10A, 모터 라인의 경우 최대 30A | 연속 사용 및 주변 온도에 대한 감소 |
| 신호 유형 | 아날로그, RS-485, CAN, USB 2.0/3.0, 이더넷, HD-SDI | 단순히 "신호"가 아닌 프로토콜의 이름을 지정하세요. |
| IP 등급 | IP54 – IP68 | 하수구/잠수 작업에 대한 최소 IP67 |
| 작동 토크 | 0.05 – 0.3 N·m | 소형 DC 팬{0}}틸트 모터에 매우 중요 |
| 회전 속도 | 0 – 300rpm(일반) | rpm이 높을수록 다른 브러시 형상이 필요합니다. |
| 서비스 수명 | 10M – 1억 회전 | rpm × 듀티 사이클 × 프로젝트 수명으로 추정 |
| 작동 온도 | −20도 ~ +80도 표준 | 터빈 작업을 위한 엔지니어링 소재로 확장 |
실용적인 선택 작업 흐름
1 - 단계 순환 프로필 정의
모션으로 시작하세요. 회전은 연속인가요, 아니면 ±N도로 제한되나요? 일반 및 최대 rpm은 무엇입니까? 검사당 회전 수는 몇 개이고 프로젝트 수명당 검사 수는 몇 개입니까? 연속 회전이 엄격하게 요구되지 않고 총 이동 거리가 약 ±270도 이내로 유지되는 경우 유연한 케이블 루프는 슬립 링보다 여전히 저렴하고 가벼울 수 있습니다. 그 외에도 슬립 링이 거의 항상 더 깔끔한 답입니다.
단계 2 - 모든 회로 매핑
기능, 전압, 전류, 신호 유형, 차폐 요구 사항 및 커넥터를 나열하는 회로 표를 작성하십시오. 사람들이 잊어버린 - 섀시 접지, 인코더 인덱스, 램프 밝기 조절, 비상 정지 등의 작은 루프를 포함합니다. 지도는 공급업체가 받을 수 있는 가장 유용한 단일 문서입니다.
3 - 단계는 연속성이 아닌 신호 동작을 지정합니다.
전력 채널은 전류 정격과 접촉 저항에 관심을 갖습니다. 비디오 및 이더넷 채널은 임피던스 제어, 반사 손실 및 채널-간-채널 격리에 관심을 갖습니다. 채널이 실제로 무엇을 전달하는지 설명합니다. - "데이터" 대신 "기가비트 이더넷, 100Ω 차동, 차폐" - 그러면 설계 팀이 올바른 접촉 재료와 라우팅을 선택할 수 있습니다.
4 -단계 기계적 통합 확인
사용 가능한 직경, 길이, 장착 인터페이스(나사, 플랜지, 세트-칼라), 케이블 굴곡 반경, 출구 방향, 슬립 링과 소음을 유발할 수 있는 모터 또는 VFD 사이의 거리를 확인합니다. 콤팩트한 슬립 링은 종이에 맞추기가 쉽지만 실제로는 배선하기가 놀라울 정도로 어렵습니다.
단계 5 - 환경 일치
올바른 것을 고르세요슬립 링 작동 환경에 대한 IP 등급그런 다음 케이블 재킷과 커넥터도 해당 등급을 충족하는지 확인하세요. - 밀봉되지 않은 피그테일이 있는 밀봉된 본체는 밀봉되지 않았습니다. 화학물질 노출의 경우 IP 코드뿐만 아니라 하우징 및 씰 재질을 구체적으로 요청하세요.
6 -단계 최종 통합 전 검증
BOM을 잠그기 전에 현장에 가까운 조건에서 검증을 실행하십시오. 유용한 검사에는 정격 부하에서의 회전, 연속 동작 중에 측정된 비디오 또는 이더넷 품질, 온도에서의 토크 측정, 진동 스윕, 예상 서비스 수명의 최소 10%에 대한{1}}장기 회전 테스트가 포함됩니다. 30-초 벤치 회전을 통과한 장치는 접촉 필름 축적으로 인해 100,000회전 표시에서 여전히 실패할 수 있습니다.
피해야 할 일반적인 실수
사이즈만 골라봅니다.6.5mm OD 캡슐이 인상적이지만 간헐적인 끊김 현상 없이 카메라의 HD 영상을 담을 수 없다면 잘못된 부분입니다.
신호 품질을 공급자의 문제로 취급합니다.차폐, 접지 및 전원 대 신호 채널의 라우팅은 슬립 링 엔지니어와 로봇 통합업체 간의 공동 결정입니다. 케이스를 가공하기 전에 논의하십시오.
환경을 과소평가합니다.깨끗한 실내 당김 테스트를 통과한 장치는 3주간의 하수구 세척 후에 실패할 수 있습니다. 지원자격과 지원자격을 일치시키세요.
절연 없이 전력과 민감한 신호를 혼합합니다.아날로그 센서 채널 옆에 있는 스테퍼 모터 라인은 접촉 상태가 아무리 양호하더라도 소음을 결합합니다. 처음부터 분리를 계획하세요.
마지막으로 슬립 링을 지정합니다.하우징이 고정될 때까지 슬립 링 선택은 가장 적합한 것이 아닌 적합한 것으로 제한됩니다. 모터 및 카메라와 동일한 단계에서 설계 검토에 가져옵니다.
자주 묻는 질문
검사 로봇에는 항상 슬립 링이 필요합니까?
아니요. 회전 모듈이 일반적으로 ±270도 미만의 제한된 호 -만 이동하면 되는 경우 - 적절한 등급의 유연한 케이블의 서비스 루프가 더 가볍고 저렴할 수 있습니다. 지속적인 360도 회전이 필요할 때나 반복적인 비틀림으로 인한 케이블 피로가 프로젝트의 유지 관리 예산을 초과할 때 슬립 링이 필요합니다.
회전하는 카메라 헤드에는 어떤 유형의 슬립 링이 가장 적합합니까?
대부분의 팬{0}}틸트 및 360도 검사 카메라의 경우 6~12개의 회로가 있는 12~22mm OD 사이의 소형 캡슐 장치가 사용 사례를 포괄합니다. 카메라가 HD-SDI 또는 기가비트 이더넷을 전송하는 경우 장치가 일반 신호 채널로 취급되지 않고 특정 프로토콜에 적합한지 확인하세요.
소형 슬립 링이 이더넷, USB 또는 HD 비디오를 전송할 수 있습니까?
예, 하지만 디자인은 이를 명시적으로 지원해야 합니다. 기가비트 이더넷에는 제어된 임피던스 접점과 긴밀한 쌍 라우팅이 필요합니다. HD-SDI는 아날로그 비디오에 비해 느슨한 신호 처리를 훨씬 덜 허용합니다. USB 3.0은 세 가지 중 가장 까다롭고 일반적으로 하이브리드 또는 특별히 설계된 장치로 설계를 유도합니다. 공급업체가 필요한 프로토콜에 대한 눈-패턴 데이터를 측정했는지 확인하세요.
소형 슬립 링은 현실적으로 얼마나 작을 수 있습니까?
생산 캡슐 슬립 링은 두 개의 회로로 약 5~7mm OD에서 시작됩니다. 그 아래에서는 디자인이 맞춤화되고-현재 정격과 수명의 균형이 중요해집니다. 일반적인 100mm-직경 파이프 로봇의 경우 12~22mm OD 캡슐이 가장 적합합니다.
하수관 검사 로봇용 슬립링을 어떻게 선택하나요?
IP 등급부터 시작하세요. 카메라{1}}스플래시 및 고압 세척을 위해서는 최소 IP65가 필요하며, 릴{4}}사이드 또는 수중 장치는 일반적으로 IP67 또는 IP68이 필요합니다. 케이블 출구와 커넥터가 해당 등급과 일치하는지 확인하십시오. 그런 다음 카메라의 신호 유형에 맞는 크기 - 대부분의 최신 하수 크롤러는 HD-SDI 또는 이더넷을 사용하며 둘 다 특정 신호 등급 채널이 필요합니다.-
표준 부품 또는 맞춤형 제작?
주류 검사 로봇 설계의 경우 표준 카탈로그 부품이 적합하며 일반적으로 리드 타임이 더 짧습니다. 에이맞춤형 슬립 링 구성애플리케이션이 비표준 OD, 공압 및 전기 혼합 패스스루-또는 고용량-채널-이더넷 및 HD 비디오 번들과 같은 비정상적인 제약 조건({0}})을 결합할 때 추가 엔지니어링을 수행할 가치가 있습니다.
결론
소형 슬립 링은 모든 검사 로봇 -에 "필수"는 아니지만 지속적으로 회전하는 카메라, 센서 터렛 또는 테더 릴이 있는 플랫폼에서는 거의 항상 중요한 경로에 도달합니다. 올바른 장치는 기계적 범위에 맞고, 사용 중인 실제 신호 유형을 전달하며, 선택한 모터에 대해 충분히 낮은 토크로 회전하고, 예상 회전 수에 대해 실제 환경에서 살아남습니다.
가장 신뢰할 수 있는 선택 프로세스는 지루한 프로세스입니다. 즉, 회전 프로필을 정의하고, 모든 회로를 매핑하고, 각 신호 프로토콜에 이름을 지정하고, 환경에 맞게 IP 등급을 고정하고, 현장에 가까운 조건에서 설계를 검증합니다. 프로그램 초기에 완료되면 해당 작업에는 일반적으로 몇 시간이 추가됩니다. 늦게 완료되면 일반적으로 재설계가 추가됩니다.