Hvordan velge et grensesnitt for maskinsynskamera (USB3 / GigE / 5GigE / 10GigE Vision)?
Denne artikkelen gir en dypere innsikt i fordelene og ulempene ved hver type grensesnitt for maskinsynskameraer, slik at du kan velge riktig grensesnitt for din machine vision-applikasjon.
Machine vision kameragrensesnitt-hvitbok
Denne artikkelen gir en dypere innsikt i fordelene og ulempene ved hver type grensesnitt for maskinsynskameraer, slik at du kan velge riktig grensesnitt for din machine vision-applikasjon. Det må bemerkes at VA Imaging kun leverer USB 2.0, USB 3.0 vision-kameraer, GigE-kameraer, 5GigE- og 10GigE-kameraer, og artikkelen vil hovedsakelig fokusere på disse fem industrielle machine vision-grensesnittene. I tabellen til høyre har vi imidlertid også inkludert andre grensesnitt for å gjøre oversikten over industrielle grensesnitt for maskinsynskameraer komplett.
Hva er båndbredden til et maskinsynskamera-grensesnitt?
Det første emnet vi skal diskutere, er båndbredden til et maskinsynskamera-grensesnitt. Enkelt sagt finnes det en måte å måle mengden data som kan sendes mellom datamaskiner i løpet av en bestemt periode. Når det gjelder machine vision, dreier dette seg om mengden bildedata som kan sendes fra maskinsynskameraet til en vertscontroller. Båndbredde måles i megabyte per sekund, noe som betyr at et USB2.0-maskinsynskamera kan sende bildedata tilsvarende 40 megabyte hvert sekund.
Dette betyr også at et USB 3.0-maskinsynskamera-grensesnitt (hvis det brukes med full kapasitet) kan sende bildedata tilsvarende 400 megabyte per sekund, noe som er omtrent 10 ganger mer enn et USB 2.0-maskinsynskamera-grensesnitt. Ved sending av store mengder data (høy båndbreddebruk) bruker datamaskinen også mer tid på å behandle disse dataene. Som et resultat tar det lengre tid for datamaskinen å rekonstruere et bilde. En stor båndbredde gjør imidlertid dataoverføringen raskere, slik at vertscontrolleren kan begynne å beregne og rekonstruere bilder tidligere og raskere. Dette er ofte nødvendig i machine vision-applikasjoner.
Ytelsesfaktor for båndbredde for maskinsynskameragrensesnitt
Maksimal båndbredde for grensesnittet til maskinsynskameraet ditt er bare én av de få faktorene som påvirker den endelige datagjennomstrømningen, noe som resulterer i færre bilder per sekund. Latens, jitter og pakketap kan redusere datagjennomstrømningen, men kvaliteten på kabelen din kan også gjøre mindre båndbredde tilgjengelig. Vi anbefaler å lese veiledningene våre om USB 3.0- eller GigE-maskinsynskameraer, der vi tar opp disse problemene.
Hvilken båndbredde som er nødvendig, avhenger i stor grad av machine vision-applikasjonen og begrensningene i systemet ditt. Generelt kan du si at hvis du har et 2Megapiksel-kamera, er hvert bilde 2 Megabyte. Hvis kravet ditt spesifiserer 10 bilder per sekund, er nødvendig båndbredde 2x10=20megabyte per sekund. Alle grensesnitt for maskinsynskameraer kan dekke denne båndbredden. Dersom kravet imidlertid er 100 bilder per sekund, trenger du 2x100=200megabyte per sekund båndbredde, og bare CameraLink, Coaxpress, USB 3.0, 5GigE og 10GigE maskinsynskameragrensesnitt gjenstår.
Hva er maksimal kabellengde for et maskinsynskamera-grensesnitt?
Det andre punktet for vurdering er maksimal kabellengde for maskinsynskameraets grensesnitt. Disse maksimale kabellengdene angir hvilken kabellengde som fortsatt lar deg arbeide med maksimal båndbredde. Det finnes for eksempel USB 3.0-kabler som er opptil 25 meter lange, men dette tallet overstiger i stor grad 4,6 meter for USB 3.0-kabler til maskinsyn, noe som fører til at en stor del av båndbredden går tapt. Kabler varierer med graden av fleksibilitet du ønsker, og
påvirker hvor mye båndbredde du ønsker å overføre. Typiske priser for kabler er:
- USB2-kabel for maskinsynskamera koster mellom 4 og 6 euro
- USB 3.0-kabel for maskinsynskamera koster mellom 16 og 20 euro
- GigE-, 5GigE-, 10GigE-kabel for maskinsynskamera koster mellom 8 og 10 euro
Når maskinsynskameraet er montert på en bevegelig plattform, kreves en highflex-kabel. Denne highflex-kabelen kan bøyes flere ganger per sekund, hver dag i mange år. GigE Highflex-kabler er de rimeligste highflex-kablene for maskinsyn. De starter på 50 euro.
Er en frame grabber nødvendig for USB 2.0-, USB 3.0- og GigE-maskinsynskameraer?
For grensesnittene USB 2.0, USB 3.0, GigE og 5GigE trenger kameraene ikke en Frame grabber. Kun for machine vision-grensesnitt som 10GigE, camera Link, Firewire B og Coaxpress er en framegrabber obligatorisk. Det må imidlertid bemerkes at «frame grabber» har en bred definisjon og er gjenstand for tolkning. Hvis en datamaskin ikke har nok USB 3.0- eller GigE-porter, har vi et grensesnittkort for å utvide antallet USB 3.0- eller GigE-grensesnittporter på datamaskinen. Dette grensesnittkortet kalles også noen ganger en framegrabber. Alle grensesnittkort / frame grabbers vi tilbyr, er testet med våre maskinsynskameraer for å kunne kjøre med full båndbredde.
Hva er prisen på et maskinsynskamera?
Når det gjelder de fem typene maskinsynskamera-grensesnitt vi tilbyr, er 10GigE det dyreste og USB2 det rimeligste vision-kameragrensesnittet. Alle fem er fortsatt rimeligere enn Camera Link- og Coaxpress-kameraer. Med den konkurransedyktige prismodellen er de rimeligste modellene alle tilgjengelige for under €100. For å sette dette i perspektiv koster en machine vision frame grabber for Coaxpress rundt €500, og et enkelt Coaxpress-kamera koster rundt €1000, til sammen €1500. Dette gjør det 10 ganger dyrere enn et USB 3.0-maskinsynskamera-grensesnitt. Derfor mener vi at vi med USB2-, USB 3.0-, GigE- og 5GigE-grensesnittene kan dekke de fleste vanlige machine vision-applikasjoner.
Hvor høy er CPU-belastningen til maskinsynskameraet?
Hvert maskinsynskameragrensesnitt bruker CPU-kraft til å overføre bildene fra grensesnittet til prosessorens minne. Mengden CPU-kraft som kreves, defineres som CPU-belastning. USB 3.0 har «lav» CPU-belastning på vertscontrolleren, mens USB2 og GigE har «middels» CPU-belastning. USB 3.0 har lav CPU-belastning fordi den bruker en helt annen protokoll enn USB2 og GigE, og denne protokollen krever færre ressurser. Grensesnittene for maskinsynskameraer med USB 3.0, GigE, 5GigE og 10GigE bruker et Unicast Dual-Simplex-datagrensesnitt. Dette grensesnittet tillater overføring av data i begge retninger. Det fungerer ved at en vertsrettet prosedyre sender rutepakker og varsler eksplisitt på en allokron måte.
Dette gjør det mulig for maskinsynskameraet å sende en melding til vertscontrolleren når det er klart for dataoverføring. Denne nyere mekanismen reduserer system- og CPU-belastningen sammenlignet med pollingsmekanismen i USB2.0. For å klargjøre bruker maskinsynskameragrensesnittet USB2.0 enveis dataoverføring, noe som resulterer i at mer data (bildepakker) samles på grensesnittkortet og at CPU-en får mer arbeid. Et 5GigE-kamera bruker også ekstra CPU-belastning. 5GigE-kameraet sender bilder med tapsfri komprimering over 1000mbit Ethernet-grensesnittet til datamaskinen. Datamaskinen må dekomprimere bildene, noe som resulterer i ekstra CPU-belastning.
Oppsummert har USB 3.0 klart lavest CPU-bruk, mens GigE og 10GigE har litt høyere CPU-bruk enn USB 3.0. 5GigE og USB2 har høyest CPU-bruk.
Forbrukeraksept og produktlivssyklus for machine vision-grensesnitt
For å gi deg en enda bedre oversikt over produktlivssyklusen enn det som vises i tabellen ovenfor, har vi også utarbeidet grafen til høyre. Den viser hvilket stadium i produktlivssyklusen hvert machine vision-grensesnitt befinner seg i.
Introduksjon
De to første machine vision-grensesnittene, som fortsatt er i introduksjonsfasen (og under utvikling), er produktene 10 GigE og N-BASE-T (5GigE). Begge maskinsynskameraene er egnet for høyhastighetsbildebehandling ved bruk av kommersielle Cat6e-ethernetkabler som brukes med vanlige GigE-kameraer. 10 GigE Vision har omtrent 10 ganger båndbredden til et standard GigE Vision-kamera, men krever et 10GigE-nettverkskort.
Vekst
Et av grensesnittene som er oppført i vekstfasen, er Coaxpress. Dette grensesnittet ligner på 10 GigE og N-BASE-T ved at det er egnet for høyhastighetsbildebehandling. Ulempen med dette grensesnittet er at en framegrabber er obligatorisk, og at både framegrabberne og Coaxpress-kameraet er relativt kostbare.
Modenhet
I modenhetsfasen ser du to machine vision-grensesnitt som VA Imaging selger, nemlig GigE og USB 3.0. USB 3.0 Vision-standarden ble etablert i 2011 og GigE Vision-standarden i 2006, begge etablert av Automated Imaging Association. Vi mener at begge disse machine vision-grensesnittene har nådd toppen av sin modenhet, og etterspørselen er for øyeblikket på sitt høyeste. Vi forventer at GigE vil forbli i modenhetsfasen i minst 5 år til, og USB 3.0 enda lenger.
Nedgang
De to siste machine vision-grensesnittene, USB2 og camera Link, er i nedgangsfasen. På grunn av bedre alternativer (USB 3.0 i stedet for USB2 og Coaxpress i stedet for CameraLink) er etterspørselen synkende og vil fortsette å synke de neste årene. USB2 har svært begrenset båndbredde, og protokollen er ikke spesielt robust, noe som gjør den egnet kun for et lite utvalg av applikasjoner. Når machine vision-applikasjonen imidlertid har svært minimale krav, er USB2 det beste valget med tanke på kostnader. camera Link har god båndbredde, men er et kostbart alternativ sammenlignet med Coaxpress, USB 3.0 og i fremtiden 10 GigE og N-BASE-T når det gjelder båndbredde. Camera Link-maskinsynskameraer er også kostbare og har dyre kabler.
Flere maskinsynskameraer
Når du installerer flere maskinsynskameraer på én vertscontroller, er det viktig å overvåke bruken av båndbredde. Denne typen oppsett krever vanligvis et grensesnittkort med flere innganger. Vi dekker kun oppsett med flere maskinsynskameraer for USB2, USB 3.0 og GigE.
Flere USB 3.0-maskinsynskameraer
Fra og med USB 3.0 har dette machine vision-grensesnittet utmerket kompatibilitet for et system med flere maskinsynskameraer. Du kan bruke enten et stjernenettverk eller et punkt-til-punkt-nettverk for USB 3.0. Ved bruk av et stjernenettverk kobles flere maskinsynskameraer til én enkelt USB 3.0-hub. USB 3.0-båndbredden vil bli delt mellom de tilkoblede USB 3.0-maskinsynskameraene. Dette skyldes at alle individuelle USB 3.0-maskinsynskameraer bruker av den ene båndbredden til verten som er koblet til USB 3.0-huben.
Med det andre alternativet, et USB 3.0-punkt-til-punkt-nettverk, kobler du hvert USB 3.0-maskinsynskamera direkte til USB 3.0-vertskontrolleren. USB 3.0-grensesnittkortet kan ha opptil fire USB 3.0-vertskontrollerinnganger, noe som gjør det mulig å koble fire USB 3.0-maskinsynskameraer til ett grensesnittkort. Hvert USB 3.0-maskinsynskamera kan nå bruke hele båndbredden til USB 3.0-protokollen.
Flere GigE-maskinsynskameraer
GigE-, 5GigE- og 10GigE-maskinsynskameraer er også et godt alternativ for et system med flere maskinsynskameraer. Med høy fleksibilitet og rimelig kabling er det ideelt for overvåking av transportbånd samt sports- og bevegelsesanalyse med flere maskinsynskameraer. Prinsippet er det samme som for USB 3.0-kameraer. Du kan ha både et stjernenettverk med en Ethernet-svitsj eller et punkt-til-punkt-nettverk med et grensesnittkort med flere GigE-innganger.
Flere USB2.0-maskinsynskameraer
Det siste grensesnittet vi tilbyr, USB2.0, er minst egnet for oppsett med flere maskinsynskameraer. Dette betyr ikke at du ikke kan koble til og bruke flere USB2.0-maskinsynskameraer, men at det vil ha svakest ytelse av de tre. Igjen er begge nettverksalternativene (stjerne og punkt-til-punkt) mulige, akkurat som for USB 3.0.
Hvordan velge et grensesnitt for maskinsynskamera?
Når du velger et grensesnitt for et maskinsynskamera, gir vi deg følgende retningslinjer:
- USB2.0-maskinsynskameragrensesnittet er det billigste og enkleste å bruke av alle de tre alternativene. Båndbredde og kabellengde er imidlertid begrenset. USB2.0-maskinsynskameraer er ideelle for applikasjoner som krever maksimalt 1,3 MP ved 30 fps eller 5 MP ved 7 fps, med en kabellengde som ikke overstiger 5 meter.
- USB 3.0-maskinsynskameragrensesnittet er ett av de raskeste grensesnittene vi tilbyr support for, og det bruker minst prosessorkraft fra datamaskinen. Derfor er det ideelt for høy oppløsning og høyhastighetsbildebehandling. Kabellengden er derimot begrenset til 4,5 meter.
- GigE Vision-kameragrensesnittet brukes ofte i maskinsynsapplikasjoner som krever lengre kabellengder (mellom 5 og 100 meter). Båndbredde er middels (mellom USB2.0 og USB 3.0). Dette gjør det ideelt for de fleste maskinsynsapplikasjoner. Både 20 MP vision-kameraer med lave bildefrekvenser og vision-kameraer med lav oppløsning og høye bildefrekvenser er tilgjengelige med GigE-grensesnittet.
- 5GigE Vision-grensesnittet er et nytt maskinsynsgrensesnitt med samme ytelse som USB 3.0. Fordelene sammenlignet med USB 3.0 er de lange kabellengdene (opptil 100 m) og bruken av rimelige Cat6e-nettverkskabler. Dette maskinsynskameragrensesnittet bruker imidlertid mer CPU-kraft enn USB 3.0.
- 10GigE Vision-kameragrensesnittet har svært høy båndbredde, noe som gjør det ideelt for kameraer med svært høy oppløsning ved høye bildefrekvenser. Kablene er rimelige, og lange kabellengder er mulig. Dette maskinsynskameragrensesnittet krever en 10GigE framegrabber. Totalkostnadene for dette maskinsynskameragrensesnittet er høyere enn for GigE, 5GigE og USB3.