L'avenir des interfaces de vision industrielle

Câble USB3. Source : Anil Öztas

Il s'agit d'une caméra GigE haute résolution. Source : Lumenera

Voici une caméra USB 3.0 hautes performances. Source : Lumenera

Câble Ethernet. Source : Raysonho @ Open Grid Scheduler/Grid Engine

Avec la demande sans cesse croissante de fréquences d'images, de profondeurs de bits et de résolution, les normes d'interface doivent s'adapter à ces changements avec de nouvelles façons de transférer des données avec une vitesse et une robustesse accrues. Les normes d'interface modernes telles que GigE Vision et USB3 Vision prennent en charge la transmission d'images vidéo en streaming tout en utilisant des interfaces et des câbles couramment disponibles, et ne nécessitent pas l'utilisation d'équipements spécialisés tels que des cartes d'acquisition d'images (éléments coûteux de l'infrastructure réseau qui permettent aux ordinateurs de capturer des images à partir de connexions vidéo en continu). Le protocole de transfert de trame est intégré directement dans la norme pour minimiser les coûts et la complexité de mise en œuvre.

Avec tout cela à l'esprit, cet article explore l'état actuel et le futur proche des interfaces de vision industrielle les plus populaires qui n'ont pas besoin d'une carte d'acquisition.

La norme d'interface GigE Vision existe depuis plus longtemps et est plus largement adoptée que USB3 Vision. Dans son état actuel, l'interface est capable de débits allant jusqu'à 115 Mo/s sur des distances allant jusqu'à 100 mètres avec un seul câble. GigE Vision bénéficie de la rétrocompatibilité conçue dans la spécification Ethernet, ce qui lui permet de fonctionner sur les nouvelles infrastructures 2,5GBase-T, 5GBase-T et 10GBase-T. L'alimentation électrique est également possible à l'aide de la spécification Power over Ethernet (PoE) sur les câbles CAT5e/CAT-6a/CAT-7 à base de cuivre. La spécification permet à chaque câble de fournir jusqu'à 25 W de puissance à la caméra connectée.

Pour une augmentation de la puissance et de la vitesse, deux câbles peuvent être utilisés en tandem, doublant efficacement le débit et la puissance délivrée. Ceci est réalisé en utilisant l'agrégation de liens (LAG) que la norme GigE Vision prend entièrement en charge, mais la stabilité avec ce type de connexion n'est pas facile à atteindre. Il prend également en charge les capacités de mise en réseau natives d'Ethernet pour permettre l'intégration dans les réseaux existants et pour une utilisation avec des commutateurs Ethernet pour des topologies variées. Là encore, des problèmes de stabilité peuvent survenir sur des réseaux plus complexes en raison de la nature du protocole.

Étant donné que toutes les caméras d'un système de vision seraient généralement sur le même réseau, GigE Vision permet la diffusion de commandes de déclenchement vers toutes les caméras en même temps, permettant une haute synchronisation entre les caméras. De plus, GigE Vision prend en charge la transmission de plusieurs formats de données au sein du réseau, y compris, mais sans s'y limiter : RAW (non compressé), JPEG, JPEG 2000 et H.264.

Les prochaines étapes pour GigE Vision actuellement en cours sont la mise en œuvre de NBase-T et d'Ethernet dix gigabits. NBase-T permet la transmission de données jusqu'à cinq fois le débit du gigabit Ethernet sans qu'il soit nécessaire de mettre à niveau l'infrastructure de câblage déjà en place. NBase-T vise à servir de transition entre l'Ethernet gigabit et l'Ethernet à dix gigabits, car seules des modifications mineures d'un système existant seront nécessaires. Une fois qu'un utilisateur est prêt à mettre à niveau l'ensemble du système vers l'Ethernet à dix gigabits, il pourra le faire de deux manières.

L'Ethernet 10 gigabits peut utiliser soit des câbles CAT-6a/CAT-7 à base de cuivre couvrant jusqu'à 100 mètres, soit des câbles à fibre optique monomode plus coûteux capables d'atteindre des distances allant jusqu'à cinq kilomètres. Les deux types de câblage prennent en charge des vitesses de transmission de données allant jusqu'à 1 100 Mo/s. Cependant, les câbles à fibres optiques ne peuvent pas alimenter les appareils. Cela nécessiterait que les appareils soient alimentés à l'extrémité distante.

La norme USB3 Vision s'appuie sur l'expérience et l'expertise acquises grâce à GigE Vision ainsi que sur d'autres normes de vision. Actuellement, la norme prend en charge des vitesses de débit d'image de 400 Mo/s à des distances bien supérieures à 100 mètres. Une combinaison de câbles d'extension passifs, actifs et à fibre optique permet à USB3 Vision d'atteindre des distances allant jusqu'à 125 mètres. L'alimentation est également possible lors de l'utilisation de câbles passifs et actifs, fournissant 4,5 W de puissance à la caméra. Cependant, la longueur du câble devient alors limitée à environ 10 mètres et 25 mètres respectivement. Il consomme également un tiers de la puissance pour transmettre des données par rapport à la technologie USB 2.0 précédente et est capable de transmission en duplex intégral.

USB3 Vision bénéficie de l'accès direct à la mémoire (DMA), où la caméra écrit directement dans la RAM de l'ordinateur hôte et contourne le processeur. Ceci est également connu sous le nom de transmission d'image sans copie et joue un rôle important dans la réduction de la charge du processeur à moins d'un pour cent. La norme bénéficie également de la nature plug and play de l'USB et offre une approche simple et conviviale de la configuration du système.

Semblable à GigE Vision, USB3 Vision offre également la transmission de plusieurs types de formats d'image. La spécification USB permet également de verrouiller les connecteurs adaptés aux applications de vision industrielle à la fois du côté hôte et du côté périphérique du câble. Cela garantit une connexion solide et fiable entre la caméra et le dispositif informatique dans un environnement industriel et réduit le risque qu'une déconnexion par inadvertance interrompe la communication.

La norme est actuellement construite sur USB 3.0 (maintenant connu sous le nom d'USB 3.1 Gen 1), mais le développement est en cours pour lancer USB3 Vision sur USB 3.1 Gen 2. La deuxième génération apporte plus de deux fois le débit de Gen 1 et est capable d'atteindre des vitesses de plus de 1 200 Mo/s. Ceci est accompli en changeant le schéma de codage des données de 8b/10b à 128b/132b, réduisant ainsi la surcharge de 20 % à seulement 3 %. Les débits d'images ne sont pas encore connus, mais il y a fort à parier qu'ils seront plus du double de ce qui est proposé actuellement par USB3 Vision.

Avec la deuxième génération vient un nouveau type de connecteur connu sous le nom de "Type C". Alors que les connecteurs actuels de type A et de type B continueront de fonctionner avec USB 3.1 Gen 2, les connecteurs de type C apporteront des capacités d'alimentation améliorées à USB3 Vision. L'alimentation électrique prise en charge sur ce type de câble est évaluée à 100 W et prend en charge des tensions de 5, 12 et 20 volts. Il est également important de noter que, suivant la tendance établie par les connecteurs de type A et de type B, les connecteurs de type C sont disponibles à l'achat avec des connecteurs de verrouillage.

Les câbles de type C prendront également en charge le protocole Thunderbolt 3 et les rend incroyablement polyvalents. Ils deviendront probablement le câble standardisé du futur pour charger les ordinateurs portables, alimenter et transmettre des données à des périphériques tels que des moniteurs et des caméras 4k, et s'interfacer avec une large gamme d'appareils électroniques grand public, notamment des téléphones et des tablettes.

Le choix t'appartient

USB3 Vision et GigE Vision offrent tous deux des solutions viables à l'industrie de la vision industrielle sans avoir besoin de cartes d'acquisition coûteuses et complexes. Ils s'appuient sur des technologies natives des plates-formes informatiques et familières aux utilisateurs. Les deux normes sont construites avec l'interface générique pour les caméras (GenICam) qui facilite l'intégration dans les systèmes utilisant la norme logicielle.

Lors de la sélection d'une technologie d'interface de vision pour une application qui ne nécessite pas les taux de transfert de données extrêmement élevés associés aux caméras à grande résolution et à fréquence d'images élevée, GigE Vision et USB3 Vision sont des alternatives rentables qui offrent d'excellentes performances. Ils réduisent les coûts en évitant les cartes d'acquisition et en utilisant des câbles et des équipements de mise en réseau standard disponibles dans le commerce pour une variété d'industries.

Lumenera Corp. Pour plus d'informations, appelez le (613) 736-4077, envoyez un e-mail à [email protected] ou visitez www.lumenera.com.