Spiegazione del protocollo Telecamera USB3 Visione | Le 5 principali ragioni per utilizzare una Telecamera industriale USB3.0

La velocità dell'interfaccia USB3 vision Telecamera

L'interfaccia USB 3.0, nota anche come Super-Speed USB, rappresenta la nuova generazione della nota specifica Universal Serial Bus plug and play, che si basa sui punti di forza di USB 2.0 e ne elimina le debolezze. La larghezza di banda operativa disponibile con USB 3.0 durante il trasferimento di grandi quantità di dati raggiunge i 350-450 MB/s, a seconda del controller host. Questo valore è circa dieci volte superiore rispetto alle Telecamere USB 2.0 e quattro volte superiore rispetto a Telecamere GigE.

Il protocollo di una USB3 Vision Telecamera industriale

USB 3.0 utilizza in totale nove fili nel connettore e nel cavo USB 3.0, oltre all'interfaccia dati Unicast Dual-Simplex che consente il trasferimento dei dati in entrambe le direzioni. L'interfaccia USB 2.0 utilizza ancora un modello di trasferimento unidirezionale, mentre GigE, FireWire e USB 3.0 permettono tutti il trasferimento bidirezionale dei dati, rappresentando un grande miglioramento. Una procedura diretta dall'host invia quindi pacchetti di instradamento e notifiche in modo esplicito e allocrone. La procedura consente alle Telecamere di inviare un messaggio al controller host per segnalare quando sono pronte a trasferire i dati. Questo meccanismo riduce il surriscaldamento del sistema e il carico della CPU rispetto al meccanismo di polling nei moduli USB 2.0. Allo stesso modo, ciò rende USB 3.0 un'interfaccia simile a FireWire.

Standard USB3 Vision Telecamera

Produttori affermati di applicazioni e accessori USB 3.0 hanno inventato congiuntamente lo standard USB 3 Vision e lanciato l'interfaccia sul mercato. Il nuovo standard offre notevoli vantaggi a tutti gli utenti. Anche software e hardware possono essere sostituiti, consentendo maggiori possibilità di modifica e quindi flessibilità. Vi è inoltre la certezza che tutte le funzioni siano disponibili e che la trasmissione delle immagini sia stabile. L'Automated Imaging Association è responsabile dell'interfaccia e della pubblicazione.

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Le 5 principali ragioni per scegliere l'interfaccia USB3 Vision Telecamera

•    Stabilità del sistema USB3 Vision: uno standard universale per i requisiti di accessori e cavi previene potenziali guasti durante le trasmissioni dei dati.
•    Basso carico CPU: grazie a Zero Copy, il carico della CPU richiesto è molto basso durante l'acquisizione delle immagini.
•    Tempi di jitter e latenza ridotti: le opzioni di comunicazione duplex consentono all'host di avviare azioni in qualsiasi momento senza subire ritardi.
•    La larghezza di banda attuale non sarà più adeguata per operare sui requisiti attuali e, in particolare, su quelli futuri posti dai sistemi di visione. Risoluzioni più elevate, frame rate superiori e formati di immagine alternativi richiedono sempre più larghezza di banda e non possono essere gestiti da interfacce obsolete.
•    Interfacce come FireWire sono obsolete e si avvicinano alla fase di 'fine della vita' nel ciclo di vita del prodotto. Il passato dimostra che l'hardware basato su tecnologie che si avvicinano alla fine della vita diventa più difficile da reperire. Come già accennato, questo sta attualmente accadendo con l'interfaccia FireWire.

Come installare un sistema USB 3.0 Telecamera

Ci sono alcune variabili da prendere in considerazione prima di configurare un sistema compatibile con Telecamere USB 3.0:
•    Quali cavi sono necessari? Quale lunghezza del cavo? È necessario un cavo USB 3.0 passivo o attivo?
•    Quante Telecamere USB 3.0 industriali vengono utilizzate in un sistema?
•    Quali sono i requisiti per l'hardware del PC? Ci sono componenti specifici che devono essere installati o aggiornati?
Al rilascio iniziale dello standard USB3 vision, gli utenti hanno avuto difficoltà a realizzare una configurazione stabile, principalmente a causa di problemi con gli accessori. Queste difficoltà sono state risolte e oggi USB3 è un'interfaccia semplice e stabile.

La chiave per una configurazione USB3 Telecamera stabile

Per tutti gli accessori USB3 Vision Standard sono specificate le prestazioni minime. Per sfruttare appieno la potenza della nuova tecnologia e ottenere la massima stabilità, è importante selezionare con cura i singoli componenti, inclusa la Telecamera. Gli accessori USB3 come cavi, schede e altri componenti sono ampiamente disponibili nel mercato dell'elettronica di consumo, a prezzi accessibili. Poiché questi componenti sono più economici, alcuni utenti saranno tentati di utilizzarli nelle loro applicazioni di machine vision. Questi accessori normalmente non sono certificati secondo lo standard USB3 Vision e molto probabilmente non saranno in grado di soddisfare i rigorosi requisiti di un'applicazione industriale. Spesso ciò comporta la perdita di immagini o, peggio ancora, il completo arresto del sistema. Questo viene frequentemente attribuito a una Telecamera difettosa, anche se il problema è causato da accessori scelti in modo inadeguato. Tutti gli accessori presenti nel nostro webshop sono certificati USB3 Vision e pertanto consigliamo di utilizzare questi.

Accessori USB3 Telecamera certificati e testati

L'interazione tra i singoli componenti è estremamente importante nella configurazione di un sistema di elaborazione delle immagini basato su Telecamera USB 3.0 e deve essere presa in considerazione. Per questo motivo, ad esempio, Daheng Imaging ha testato tutti i componenti accessori insieme ai propri modelli di Telecamera e vengono venduti solo dopo aver superato questi test. Eventuali limitazioni che si presentano durante l'interazione tra accessori e Telecamera saranno documentate e questi componenti non verranno venduti con questa Telecamera, oppure solo quando le limitazioni sono chiaramente definite. Il principale vantaggio di ciò è che gli utenti possono contare su stabilità e affidabilità durante l'utilizzo accessori standardizzati nei loro sistemi.

I componenti chiave

Come già menzionato nella sezione precedente, le interazioni tra i singoli componenti in un sistema di elaborazione delle immagini USB 3.0 sono molto critiche e i componenti devono essere scelti con attenzione. I componenti che richiedono particolare attenzione sono descritti di seguito.

Cavi USB3 Vision

Diversamente da standard come GigE Vision o CameraLink, USB3 Vision descrive le connessioni dei cavi e i requisiti principali per i cavi compatibili. La lunghezza massima del cavo è determinata dal rapporto tra le caratteristiche ad alta frequenza e la relazione tra la lunghezza massima possibile del cavo e lo spessore del filo di rame prima che si verifichi la caduta di tensione USB 3.0.
I cavi devono soddisfare diverse condizioni tecniche in base allo scopo o alle applicazioni per cui vengono utilizzati. Un connettore USB 3.0 Micro B con fissaggio a vite viene utilizzato sul lato della Telecamera, mentre un USB 3.0 Standard A viene utilizzato sul lato PC o hub. Considerando che il connettore USB 3.0 Standard A e la presa USB 2.0 sono molto simili, vengono utilizzati simboli specifici o un'etichetta blu sulla presa o sul connettore per indicare la presenza della funzionalità USB 3.0.

Lunghezza del cavo USB3 Vision

Per quanto riguarda la lunghezza del cavo, è importante che il cavo sia stato completamente testato per la compatibilità con USB3 Vision. I cavi passivi hanno una lunghezza massima di 4,5 metri, mentre i cavi attivi e ibridi hanno una lunghezza massima di 20 metri, ma questi ultimi due sono molto più costosi e non sono supportati da VA Imaging. Le applicazioni che richiedono un cavo così lungo dovrebbero considerare le Telecamere GigE. In questo contesto, potrebbero risultare più convenienti. Daheng Imaging certifica e testa i propri cavi e offre una vasta gamma di cavi disponibili nella sezione accessori.

Adattatore host

La quantità di bandwidth USB3.0 accessibile è determinata dal tipo di chipset della scheda madre e dal chipset USB 3.0 utilizzato. L'opzione di collegare le vostre Telecamere alle schede madri tramite la connessione USB 3.0 è sempre disponibile. Quando non sono presenti connessioni USB 3.0 integrate, è possibile installare schede PCI Express. Per sfruttare la massima bandwidth, VA Imaging consiglia di utilizzare adattatori USB3 PCI Express che si trovano nella sezione accessori del nostro sito web.
Scheda madre e Chipset
Le schede madri con chipset delle serie originali Intel 7, Intel 8 o Intel 9 dispongono di supporto integrato per USB 3.0 grazie alla USB 3.0 controller host. I chipset delle serie sopra indicate sono raccomandati per configurare un sistema USB 3.0 stabile.

Hub USB3

Gli hub vengono utilizzati per collegare un host del computer a diverse Telecamere USB 3.0. Questo è anche chiamato rete a stella. In questa configurazione, l'hub può lavorare solo con la bandwidth di una porta upstream USB 3.0; occorre considerare che anche le singole porte downstream dell'hub possono trasferire solo quella bandwidth. Ad esempio, se si collegano quattro Telecamere USB 3 a un hub USB3, ciascuna Telecamera avrà (400/4) 100 mb/s di bandwidth disponibile.

Le 10 regole principali di progettazione per implementare una USB3 Visione Telecamera

Per garantire una transizione fluida dell'interfaccia USB3, occorre prendere in considerazione i seguenti punti:
•    Utilizzare i controller host offerti da VA Imaging. Le schede prodotto includono informazioni riguardanti la bandwidth, e le limitazioni di hub e cavi.
•    Utilizzare solo accessori USB 3.0 certificati. Accessori di bassa qualità possono causare problemi alla trasmissione e all'intero sistema di visione.
•    Utilizzare sempre i driver più recenti per i controller host quando sono stati testati dal produttore della Telecamera.
•    Evitare l'utilizzo di hub quando non è strettamente necessario.
•    Evitare l'utilizzo di cavi USB3 Vision attivi
•    Ridurre la lunghezza del cavo il più possibile (distanza massima del cavo di 4,5 metri)
•    Si sconsiglia di attorcigliare o piegare inutilmente il cavo, poiché ciò potrebbe ridurre l'efficienza della trasmissione. Se un cavo deve essere attorcigliato o spostato, assicurarsi di utilizzare un cavo progettato per l'uso con catene portacavi o per la robotica.
•    Anche la bandwidth di tutte le Telecamere collegate deve essere presa in considerazione. La bandwidth complessiva delle Telecamere non può superare la bandwidth massima possibile del controller host. Se la bandwidth viene superata, utilizzare controller host aggiuntivi.
•    Prestare attenzione ai problemi di compatibilità elettromagnetica (EMC) nell'ambiente o nella configurazione del sistema che possono causare interruzioni.
•    Controllare o monitorare il carico della CPU sul proprio computer.

Regole di progettazione USB3 da tenere a mente

Le seguenti regole di progettazione devono essere tenute presenti durante l'installazione di un sistema Telecamera USB3.

Carico della CPU eccessivamente elevato sul computer

L'utilizzo di un elevato numero di Telecamere USB 3.0 con un singolo sistema comporta il rischio di sovraccaricare il computer e la sua CPU. Questo può compromettere il sistema di visione. Pertanto, il carico della CPU dovrebbe sempre essere monitorato.

Consumo di bandwidth di Telecamere ad alta velocità e alta risoluzione

Se si utilizza una Telecamera USB 3.0 con un frame rate molto elevato e/o una risoluzione molto alta e che quindi consuma la massima bandwidth USB 3.0, è necessario considerare che la scheda madre, il controller host e/o l'hub supportino la massima bandwidth USB3.

Interruzioni legate all'EMC

L'EMC può causare interruzioni in qualsiasi configurazione elettronica, incluso USB3. Solitamente, ciò è causato da segnali di disturbo in prossimità del sistema Telecamera che mettono a terra in modo errato la Telecamera e i segnali di terminazione possono causare problemi legati all'EMC.

Problemi con i cavi USB3

Cavi USB 3.0 di scarsa qualità potrebbero causare messaggi di errore come immagini incomplete o perse, o addirittura la perdita completa della connessione tra host e Telecamera. Questo può far pensare all'utente che il sistema USB 3 non sia stabile e/o affidabile. Questo rischio aumenta con l'aumentare della lunghezza del cavo. Per questo motivo è di grande importanza scegliere un cavo il più corto possibile.

Configurazione di un sistema multi-Telecamera USB3 vision camera

Esistono due metodi per configurare un sistema multi-Telecamera USB 3.0: una rete point-to-point e una rete a stella.

Rete a stella

Quando si utilizza una rete a stella, le Telecamere sono collegate a un hub. L'hub è collegato al controller host del PC. Bisogna tenere conto che la bandwidth massima del controller host non deve essere superata.
Questo è dovuto al fatto che le singole Telecamere provenienti da porte diverse consumano tutte dalla stessa bandwidth dell'host collegato all'hub. L'intera bandwidth in questa applicazione dipende anche dalla velocità e/o dalla risoluzione di ciascuna Telecamera. Si sconsiglia l'uso di cavi passivi che superano una lunghezza di 4,5 metri in questo contesto, altrimenti l'intero sistema sarà soggetto a interruzioni.

Rete point-to-point

Con una rete point-to-point si collega ciascuna Telecamera direttamente a un host controller. Bisogna considerare che la bandwidth del controller host e della scheda madre o del PC non venga superata, ogni singola Telecamera necessita di una certa capacità di bandwidth. Questa è determinata dalla velocità e/o dalla risoluzione della Telecamera. In questo contesto, non è consigliato utilizzare un cavo passivo con una lunghezza superiore a 4,5 metri, poiché l'intero sistema sarebbe soggetto a interruzioni.

Il futuro delle USB3.0 Vision Telecamere

Ci aspettiamo che USB 3 consolidi la sua posizione nel mercato acquisendo una quota di mercato maggiore nei prossimi anni e diventando, insieme a GigE, l'interfaccia dominante. Questo replica lo standard USB 3.0 Vision come interfaccia flessibile e standard. I grandi vantaggi di questo standard sono la semplicità d'uso e di configurazione e l'ampia disponibilità. Quando tutte le variabili e i requisiti tecnici vengono presi in considerazione, costruire un sistema USB3 vision camera stabile dovrebbe essere semplice ed economico.