Kupferkabel bringen Einschränkungen bezüglich elektrischer Verluste, eine begrenzte Reichweite sowie eine gewisse Störanfälligkeit. Auf Verbindungen über Glasfaser dagegen trifft all dies nicht zu. Die neue Schnittstelle eines chinesischen Kameraherstellers vereint diese Vorteile und ermöglicht zudem eine flexible Topologie. Die passenden Kameras und Framegrabber bringen weitere Vorteile mit.

In Branchen wie der Halbleiter-, Lithiumbatterie- und Druckindustrie sind Industriekameras unverzichtbare Werkzeuge, um Bilder von schnell bewegenden Objekten zu erfassen und mit der hohen Produktionsgeschwindigkeit Schritt zu halten. Für die Einrichtung von Bildaufnahmesystemen unter diesen Bedingungen sind Kameras mit einer hohen Bild- und Übertragungsrate sowie einer schnellen Datenübertragung unerlässlich.

Um eine hohe Bild-/Zeilenrate zu erreichen, muss die Kamera neben einem schnell verarbeitenden Sensor auch mit einem Hochgeschwindigkeits-Übertragungsprotokoll und einem geeigneten Übertragungsmedium ausgestattet sein.

Typische Datenschnittstellen für hohe Bandbreiten auf dem Markt sind 10GigE, CLHS und CoaXPress. Beispielsweise kann die übliche Bandbreite von vier Kanälen der CoaxPress-12-Datenschnittstelle 40 Gbit/s betragen. Darum kommt die CoaxPress-Datenschnittstelle häufig für die Einrichtung von Bilderfassungssystemen für Hochgeschwindigkeitsanwendungen zum Einsatz. Die Kosten für die Datenübertragung über diese Schnittstelle sind allerdings etwas höher im Vergleich zu den anderen.

Optische Fasern ersetzen Kupferkabel

Die Übertragungsgeschwindigkeit der Datenschnittstelle hängt in gewisser Weise mit dem Übertragungsmedium zusammen. Gegenwärtig nutzen die meisten auf dem Markt verfügbaren Datenschnittstellen noch Kupferkabel als Übertragungsmedium. Aufgrund der elektrischen Verluste sind diese Kabel in Bezug auf die Übertragungsdistanz und die Fähigkeit, Störungen zu verhindern, begrenzt. Außerdem sind sie in einigen praktischen Anwendungen nicht vielseitig genug. Als Übertragungsmedium hat die optische Faser jedoch ein geringes Gewicht, eine lange Übertragungsstrecke, einen geringen Übertragungsverlust und eine gute Störfestigkeit. Darüber hinaus haben einige spezielle optische Fasern eine gute Biegefestigkeit und sind für komplexe Arbeitsbedingungen geeignet.
Abgesehen von den oben genannten Vorteilen lassen sich die Glasfaserverbindungen leichter bündeln, wenn sie als Übertragungsmedium verwendet werden. Glasfasern ermöglichen bei CLHS- und CoaXPress-Datenschnittstellen beispielsweise eine höhere Übertragungsbandbreite, wenn sie gebündelt werden.

Hohe Bandbreite bei geringen Kosten

Um die Bandbreitenkapazität und die Datenkosten auszugleichen und eine hohe Flexibilität bei den Anwendungen zu bieten, hat Hikrobot eine Datenschnittstelle namens X-over-Fiber eingeführt, wobei Fiber bedeutet, dass die Schnittstelle Glasfaser als Übertragungsmedium verwendet und X für ein hochleistungsfähiges Schnittstellenprotokoll steht.

Die X-over-Fiber-Schnittstelle erhöht die Uplink-Bandbreite erheblich. Das beschleunigt die Vernetzung von Kameras und ermöglicht es, Befehle mit geringerer Reaktionszeit auszuführen. Letztendlich führt dies zu einem flüssigeren Benutzererlebnis bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen.

In der Regel werden Hochgeschwindigkeitskameras mit Framegrabbern gekoppelt, um die Bildaufnahme zu realisieren. Der Framegrabber empfängt ein Trigger-Signal und gibt es über die Übertragungsstrecke an die Kamera weiter. Die X-over-Fiber-Datenschnittstelle optimiert diesen Prozess noch weiter als andere Protokolle auf dem Markt und erreicht eine Echtzeit-Reaktionsrate von 0,2 Mikrosekunden.

Flexible Typologie zwischen Kameras und Framegrabbern 
Ähnlich wie andere Protokolle auf dem Markt ermöglicht die X-over-Fiber-Datenschnittstelle eine flexible Typologie zwischen Kameras und Framegrabbern, die je nach den individuellen Anforderungen verschiedene Konfigurationen ermöglicht. Ein einzelner Framegrabber lässt sich mit mehreren Kameras verbinden oder eine Kamera mit mehreren Framegrabbern. Wenn der PC nicht in der Lage ist, Ultra-High-Speed-Datenströme zu verarbeiten, können zwei Framegrabber und zwei Vision-Controller zusammen verwendet werden, um eine verteilte Datenverarbeitung zu realisieren.

Flächen- und Zeilenkameras mit Glasfaseranschluss

Nur eine X-over-Fiber-Datenschnittstelle reicht natürlich nicht aus, um ein Hochgeschwindigkeits-Bildaufnahmesystem einzurichten. Kameras und Framegrabber müssen sie unterstützen: Die 21-MP-Hochgeschwindigkeits-Flächenkamera erreicht eine Bandbreite von 100 Gbps und eine Bildrate von 500 fps mit einem Sensor mit einer Pixelgröße von 4,5μm. Die Kamera unterstützt ROI und Binning, um die Bildrate zusätzlich zu erhöhen. Diese Eigenschaften sind besonders nützlich in Branchen, in denen eine äußerst schnelle Bilderfassung erforderlich ist, wie beispielsweise bei 3D-SPI- und 3D-AOI-Anwendungen in der SMT-Technik.

Die X-over-Fiber 8k-Hochgeschwindigkeits-Zeilenkamera ist mit einem Sensor mit einer Pixelgröße von 7μm und einem Dual-Link ausgestattet, um eine Gesamtbandbreite von 20 Gbps zu erreichen. Die Kamera verfügt über zwei Modelle, ein monochromes Modell mit einer Zeilenrate von 200 kHz und ein Farbmodell mit 66,6 kHz im RGB-Pixelformat. Sie eignet sich für die Inspektion von Bahnen in schnell laufenden Produktionslinien, zum Beispiel für Druckmaterialien, Lithiumbatterien und andere ähnliche Prüfanwendungen.

Das Monochrommodell der 8k-Kamera nutzt die 2-TDI-Funktion, um die Bildhelligkeit zu verdoppeln und somit hellere Bilder aufzunehmen. Dies führt dazu, dass das gesamte System weniger Abhängigkeit von einer Lichtquelle hat.

Das Farbmodell der 8k-Kamera ist mit einem 3-Zeilen-True-Color Sensor ausgestattet und liefert im Vergleich zu herkömmlichen Bayer-Sensoren eine bessere Farbdarstellung. Die gelieferten Bilder weisen größere und schärfere Kantendetails auf.

Farbkamera mit einer Zeilenrate von 47 kHz

Herkömmliche 16k-Hochgeschwindigkeits-Zeilenkameras auf dem Markt sind mit Sensoren mit einer Pixelgröße von 3,5 μm ausgestattet, während die Dual-Link-X-over-Fiber-16k-True-Color-Hochgeschwindigkeits-Zeilenkamera von Hikrobot eine maximale Zeilenrate von 47 kHz im RGB-Pixelformat mit einem Sensor mit einer Pixelgröße von 5 μm liefert. Der Sensor ermöglicht eine bessere Reaktionsfähigkeit und Empfindlichkeit der Kamera. Die Kamera unterstützt auch den TDI-Modus, um die Bildhelligkeit zu erhöhen. Sie ist außerdem mit einer Reihe von ISP-Algorithmen ausgestattet, einschließlich Purple-edge-Korrektur und Super-Palette, was sie perfekt für die PCB-AOI-Inspektionen macht.

Framegrabber mit Glasfaseranschluss

Mit einem Dual-Port-Design ermöglicht der X-over-Fiber-Framegrabber eine maximale Datenbandbreite von 20 Gbps. Mit 24 I/O-Schnittstellen kann er an externe Geräte angeschlossen werden. Die Signalsynchronisation zwischen zwei Framegrabbern ist realisierbar. Darüber hinaus kann er als Signalgenerator verwendet werden, der Signale in vom Benutzer voreingestellten Wellenformen ausgibt, um andere Geräte zu triggern. Darüber hinaus ist er mit einem FPGA ausgestattet, was Datenpaketverluste ausschließt. Durch die Unterstützung von ISP-Algorithmen, wie Bayer-Interpolation und Farbkorrekturmatrix, entlastet der Framegrabber die FPGA-Logikressourcen der Kamera und die CPU-Ressourcen des PCs.

Durch die oben genannte X-over-Fiber Datenschnittstelle, Kameras und Framegrabber lässt sich ein Bilderfassungssystem mit qualitativ hochwertigen Bildern bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen in der Halbleiter-, Lithiumbatterie- und Druckindustrie aufbauen.