Inleiding tot het industriële machine vision USB3-camerasysteem

USB3 Vision- standaard is een beeldinterfacestandaard voor industriële USB3 vision-camera's . De meeste camerafabrikanten hebben deze standaard al overgenomen en het aantal compatibele accessoires groeit snel. Een groot voordeel van de USB3-interface is dat alle pc's, laptops en smartphones tegenwoordig een USB 3.0-interface hebben ingebouwd. Op het gebied van vision-technologie vervangt USB 3.0 ook verouderde interfaces zoals de FireWire, Cameralink en USB2.0.

De snelheid van de USB3 Vision Camera-interface

De USB 3.0-interface, ook bekend als Super-Speed ​​USB, is de volgende lijn van de bekende plug-and-play Universal Serial Bus-specificatie die voortbouwt op de voordelen van USB 2.0 en de zwakke punten ervan heeft weggenomen. De operationele bandbreedte die toegankelijk is met behulp van USB 3.0 bij het overbrengen van grote hoeveelheden gegevens bedraagt ​​in totaal 350-450 MB/s, afhankelijk van de hostcontroller. Dit is ongeveer tien keer hoger dan USB 2.0-camera's en vier keer hoger dan GigE-camera's .

Het protocol van een industriële USB3 Vision Camera

USB 3.0 maakt gebruik van in totaal negen draden in de USB 3.0-stekker en -kabel, evenals de Unicast Dual-Simplex-data-interface die gegevensoverdracht op beide manieren mogelijk maakt. De USB 2.0-interface maakt nog steeds gebruik van een unidirectioneel overdrachtsmodel, waarbij GigE, FireWire en USB 3.0 allemaal de overdracht van gegevens op beide manieren mogelijk maken, dit is een enorme verbetering. Een hostgestuurde procedure verzendt vervolgens routepakketten en meldingen expliciet op allochrone wijze. Dankzij deze procedure kunnen de camera's een bericht naar de hostcontroller sturen om te weten wanneer deze klaar is om gegevens over te dragen. Dit mechanisme vermindert oververhitting van het systeem en CPU-belasting ten opzichte van het pollingmechanisme in USB 2.0-modules. Op dezelfde manier maakt dit USB 3.0 in één keer een vergelijkbare interface als Firewire.

USB3 Vision-camera standaard

Gerenommeerde fabrikanten van USB 3.0-toepassingen en accessoires hebben gezamenlijk de USB 3 Vision Standard uitgevonden en de interface op de markt gebracht. De nieuwe standaard heeft sterke voordelen voor al hun gebruikers. Ook software en hardware kunnen in- en uitgewisseld worden, wat zorgt voor grotere aanpassingsmogelijkheden en dus flexibiliteit. Ook is er zekerheid dat alle functies beschikbaar zijn en dat de beeldoverdracht stabiel is. De Automated Imaging Association is verantwoordelijk voor de interface en publicatie.

Top 5 redenen om voor de USB3 Vision camera -interface te kiezen

• Stabiliteit van het USB3 Vision-systeem: een universele standaard voor de eisen aan accessoires en kabels voorkomt mogelijke storingen tijdens de gegevensoverdracht.
• Lage CPU: Dankzij Zero Copy is de vereiste CPU-belasting zeer laag bij het vastleggen van beelden.
• Lage jittertijden en latentie: Dankzij de duplexcommunicatieopties kan de host op elk gewenst moment acties initiëren zonder last te hebben van vertragingen.
• De huidige bandbreedte zal niet langer toereikend zijn om te voldoen aan de huidige en specifiek toekomstige eisen die aan visionsystemen gesteld worden. Hogere resoluties, framerates en alternatieve beeldformaten vereisen steeds meer bandbreedte en kunnen niet worden verwerkt door verouderde interfaces.
• Interfaces zoals FireWire zijn verouderd en naderen de fase van 'end-of-life' in de levenscyclus van het product. Het verleden laat zien dat op technologie gebaseerde hardware het einde nadert en moeilijker te kopen wordt. Zoals eerder vermeld gebeurt dit momenteel met de FireWire-interface.

Hoe installeer ik een USB 3.0-camerasysteem ?

Er zijn een aantal variabelen waarmee rekening moet worden gehouden voordat u een systeem opzet dat compatibel is met USB 3.0-camera's:
• Welke kabels zijn nodig? Welke kabellengte? Heeft u passieve of actieve USB 3.0-kabel(s) nodig?
• Hoeveel industriële USB 3.0 vision-camera's worden er in één systeem gebruikt?
• Wat zijn de vereisten voor de pc-hardware? Zijn er specifieke componenten die moeten worden geïnstalleerd of moeten worden geüpgraded?
Bij de eerste release van de USB3-visiestandaard. Gebruikers hadden moeite om een ​​stabiele opstelling te realiseren, voornamelijk veroorzaakt door problemen met accessoires. Deze problemen zijn opgelost en tegenwoordig is USB3 een gemakkelijke en stabiele interface.

De sleutel tot een stabiele USB3-camera -opstelling

Voor alle USB3 Vision Standard-accessoires zijn de minimale prestaties gespecificeerd. Om de volledige kracht van de nieuwe technologie te versterken en de hoogste stabiliteit te bereiken, is het van belang om de afzonderlijke componenten zorgvuldig te selecteren, inclusief de camera. USB3-accessoires zoals kabels, kaarten en andere componenten zijn breed toegankelijk op de markt van consumentenelektronica, terwijl ze redelijk geprijsd zijn. Omdat deze componenten goedkoper zijn, zullen sommige gebruikers geneigd zijn deze te gebruiken in hun machine vision-toepassingen. Deze accessoires zijn normaal gesproken niet gecertificeerd op basis van de USB3 Vision Standard en zullen hoogstwaarschijnlijk niet kunnen voldoen aan de strenge eisen van een industriële toepassing. Vaak resulterend in verloren magiërs of erger nog, een volledige storing van uw systeem. Vaak wordt dit toegeschreven aan een defecte camera, ook al hebben slecht gekozen accessoires het probleem veroorzaakt. Alle accessoires in onze webshop zijn USB3 Vision gecertificeerd en daarom adviseren wij deze te gebruiken.

Gecertificeerde en geteste USB3-camera -accessoires

De interactie tussen afzonderlijke componenten is uiterst belangrijk bij het opzetten van een USB 3.0-cameragebaseerd beeldverwerkingssysteem en moet in overweging worden genomen. Om deze reden heeft Daheng Imaging bijvoorbeeld alle accessoirecomponenten samen met hun cameramodellen getest en worden ze pas verkocht nadat ze deze tests hebben doorstaan. Eventuele beperkingen die ontstaan ​​tijdens de interactie tussen accessoires en camera zullen worden gedocumenteerd en deze componenten zullen niet met deze camera worden verkocht, of alleen als de beperking duidelijk is gedefinieerd. Het belangrijkste voordeel hiervan is dat gebruikers kunnen uitgaan van stabiliteit en betrouwbaarheid terwijl ze gestandaardiseerde accessoires in hun systemen gebruiken.

De belangrijkste componenten

Zoals eerder vermeld in het vorige gedeelte, zijn de interacties tussen individuele componenten in een USB 3.0-beeldverwerkingssysteem zeer kritisch en moeten componenten voorzichtig worden uitgekozen. Onderdelen die speciale aandacht vereisen, worden hieronder beschreven.

USB3 Vision -kabels

Anders dan standaarden zoals GigE Vision of CameraLink, beschrijft USB3 Vision kabelverbindingen en de belangrijkste benodigdheden voor compatibele kabels. De maximale kabellengte wordt bepaald door de verhouding tussen de hoogfrequente kenmerken en de relatie tussen de maximaal mogelijke kabellengte en de dikte van de koperdraad voordat de USB 3.0-spanningsval optreedt.
Kabels moeten aan verschillende technische voorwaarden voldoen, afhankelijk van het doel of de toepassingen waarvoor ze worden gebruikt. Aan de zijkant van de camera wordt een vastgeschroefde USB 3.0 Micro B-stekker gebruikt, terwijl aan de pc- of hubzijde een USB 3.0 Standaard A wordt gebruikt. Aangezien de USB 3.0 Standaard A-stekker en de USB 2.0-aansluiting sterk op elkaar lijken, worden specifieke symbolen of een blauw label op de aansluiting of stekker gebruikt om de aanwezigheid van USB 3.0-functionaliteit aan te geven.

Lengte USB3 Vision -kabel

Wat betreft de lengte van de kabel is het van belang dat de kabel volledig is onderzocht op compatibiliteit met USB3 Vision. Passieve kabels hebben een maximale lengte van 4,5 meter, terwijl actieve en hybride kabels een maximale lengte van 20 meter hebben, maar de laatste twee zijn veel duurder en worden niet ondersteund door GeT Cameras. Toepassingen die zo'n lange kabel nodig hebben, zouden eens naar GigE-camera's moeten kijken. Het is mogelijk dat deze in die specifieke omgeving betaalbaarder zijn. Daheng Imaging certificeert en test haar kabels en heeft een ruim assortiment kabels die u kunt vinden onder accessoires.

Hostadapter

De hoeveelheid beschikbare USB3.0-bandbreedte wordt bepaald door het soort moederbordchipset en USB 3.0-chipset dat wordt gebruikt. De mogelijkheid om je camera's via de USB 3.0 aansluiting op moederborden aan te sluiten is altijd aanwezig. Als er geen geïntegreerde USB 3.0-aansluitingen beschikbaar zijn, kunnen PCI Express-kaarten worden geïnstalleerd. Om de maximale hoeveelheid bandbreedte te benutten, adviseert GeT Cameras het gebruik van USB3 PCI express adapters die te vinden zijn onder accessoires op onze website.
Moederbord en chipset
Moederborden met chipsets uit de originele Intel 7-, Intel 8- of Intel 9-serie hebben ingebouwde ondersteuning voor USB 3.0 dankzij de USB 3.0 hostcontroller . Chipsets uit bovenstaande series worden aanbevolen om een ​​stabiel USB 3.0-systeem op te zetten.

USB3-hubs

Er worden hubs gebruikt om een ​​host op de computer aan te sluiten op meerdere USB 3.0-camera's. Dit wordt ook wel een sterrennetwerk genoemd. In deze opstelling kan de hub alleen werken met de bandbreedte van een USB 3.0 upstream-poort. Houd er rekening mee dat individuele downstream-poorten op de hub ook alleen die bandbreedte kunnen overbrengen. Als u bijvoorbeeld vier USB 3-camera's op één USB3-hub aansluit, heeft elke camera (400/4) 100 mb/s bandbreedte over.

Top 10 ontwerpregels voor het implementeren van een USB3 Vision Camera

Om een ​​soepele overgang van de USB3-interface te garanderen, moeten de volgende punten in overweging worden genomen:
• Maak gebruik van de hostcontrollers die GeT Cameras aanbiedt. De productvermeldingen bevatten informatie over bandbreedte en beperkingen voor hubs en kabels.
• Maak uitsluitend gebruik van gecertificeerde USB 3.0-accessoires. Accessoires van lage kwaliteit kunnen mogelijk problemen veroorzaken bij uw overgang en zelfs via uw while vision-systeem.
• Maak altijd gebruik van de nieuwste stuurprogramma's voor uw hostcontrollers, wanneer deze zijn getest door de camerafabrikant.
• Omzeil het gebruik van hubs wanneer dit ongetwijfeld niet nodig is.
• Omzeil het gebruik van actieve USB3 Vision-kabels
• Reduceer de kabellengte zoveel mogelijk (maximale kabelafstand van 4,5 meter)
• Het wordt afgeraden de kabel onnodig te draaien of te knikken, dit kan mogelijk de efficiëntie van uw transmissie verminderen. Als een kabel gedraaid of verplaatst moet worden, zorg er dan voor dat u een kabel gebruikt die bedoeld is voor het werken met kabelsleepkettingen of robotica.
• Er moet ook rekening worden gehouden met de bandbreedte van alle aangesloten camera's samen. De bandbreedte van alle camera's samen kan de maximaal mogelijke bandbreedte van de hostcontroller niet overschrijden. Als de bandbreedte groter is, gebruik dan extra hostcontrollers.
• Zorg voor problemen met elektromagnetische compatibiliteit (EMC) in uw omgeving of systeemopstelling die tot verstoringen kunnen leiden.
• Beheer of bewaak de CPU-belasting op uw computer.

USB3-ontwerpregels om in gedachten te houden

Bij het installeren van een USB3-camerasysteem moeten de volgende ontwerpregels in gedachten worden gehouden.

Overmatig hoge CPU-belasting op de computer

Het gebruik van een groot aantal USB 3.0-camera's met één systeem brengt andere risico's van overbelasting van de computer en de CPU met zich mee. Dit kan het zichtsysteem verstoren. Daarom moet de CPU-belasting altijd worden gecontroleerd.

Bandbreedteverbruik van camera's met hoge snelheid en hoge resolutie

Als u een USB 3.0-camera gebruikt die een zeer hoge framesnelheid en/of resolutie heeft en daarom de maximale USB 3.0-bandbreedte verbruikt, moet er rekening mee worden gehouden dat het moederbord, de hostcontroller en/of de hub de maximale USB3-bandbreedte ondersteunt .

EMC-gerelateerde onderbrekingen

EMC kan storingen veroorzaken in elke elektronische installatie, inclusief USB3. Meestal wordt dit veroorzaakt door storende signalen in de directe nabijheid van het camerasysteem, waardoor de camera en afsluitsignalen onjuist geaard zijn en EMC-gerelateerde problemen kunnen veroorzaken.

USB3-kabelproblemen

USB 3.0-kabels van slechte kwaliteit kunnen mogelijk foutmeldingen veroorzaken, zoals onvolledige en verloren gegane beelden, of zelfs het volledig wegvallen van de verbinding tussen de host en de camera. Hierdoor kan de gebruiker denken dat het USB 3-systeem niet stabiel en/of betrouwbaar is. Dit risico wordt groter naarmate de kabellengte toeneemt. Om dit motief is het van groot belang om uw kabel zo kort mogelijk te kiezen.

Opstelling van een USB3 vision-camerasysteem met meerdere camera's

Er zijn twee methoden om een ​​USB 3.0-multicamerasysteem op te zetten: een point-to-point-netwerk en een sternetwerk.

Sterren netwerk

Bij gebruik van een sternetwerk zijn de camera’s aangesloten op een hub. De hubs zijn verbonden met de hostcontroller van de pc. Houd er rekening mee dat de maximale bandbreedte van de hostcontroller niet mag worden overschreden.
Dit komt doordat individuele camera's van verschillende poorten allemaal gebruik maken van de enkele bandbreedte van de host die op de hub is aangesloten. De gehele bandbreedte is bij deze toepassing mede afhankelijk van de snelheid en/of resolutie van iedere afzonderlijke camera. Het gebruik van passieve kabels met een kabellengte van meer dan 4,5 meter wordt in deze instelling afgeraden, omdat anders het hele systeem gevoelig is voor onderbrekingen.

Punt-tot-punt netwerk

Met een point-to-point netwerk sluit u elke camera rechtstreeks aan op een hostcontroller. Houd er rekening mee dat de hostcontroller en het moederbord of de pc de bandbreedte niet overschrijden, elke afzonderlijke camera heeft een bepaalde capaciteit aan bandbreedte nodig. Dit wordt bepaald door de snelheid en/of resolutie van de camera. Het gebruik van een passieve kabel met een kabellengte langer dan 4,5 meter wordt in deze setting afgeraden, het gehele systeem is dan storingsgevoelig.

De toekomst van USB3.0 Vision-camera's

We verwachten dat USB 3 zijn positie op de markt zal verstevigen door de komende jaren een groter marktaandeel te verwerven en met GigE de dominante interface te worden. Dit repliceert de USB 3.0 Vision-standaard als een flexibele en standaardinterface. Grote voordelen van deze standaard zijn dat deze eenvoudig te gebruiken en in te stellen is en overal verkrijgbaar is. Wanneer alle variabelen en technische vereisten in overweging worden genomen, zou het bouwen van een stabiel USB3 vision-camerasysteem eenvoudig en betaalbaar moeten zijn.