Der USB3 Vision-Standard ist ein Imaging-Schnittstellenstandard für industrielle USB3 Vision-Kameras. Die meisten Kamerahersteller haben diesen Standard bereits übernommen, und die Zahl der kompatiblen Zubehörteile wächst schnell. Ein großer Vorteil der USB3-Schnittstelle ist, dass heutzutage jeder PC, Laptop und Smartphone eine USB-3.0-Schnittstelle eingebaut hat. Auch im Bereich der Vision-Technologie löst USB 3.0 veraltete Schnittstellen wie FireWire, Cameralink und USB2.0 ab.
Die USB 3.0-Schnittstelle, auch als Super-Speed USB bekannt, ist die Nachfolgelinie der bekannten Plug-and-Play-Spezifikation für den Universal Serial Bus, die auf den Vorzügen von USB 2.0 aufbaut und deren Schwächen ausgewaschen hat. Die bei der Verwendung von USB 3.0 zugängliche operative Bandbreite bei der Übertragung großer Datenmengen beträgt 350-450 MB/s, abhängig vom Host-Controller. Dies ist etwa zehnmal höher als bei USB 2.0 Kameras und 4-mal höher als bei GigE cameras.
USB 3.0 nutzt insgesamt neun Adern im USB-3.0-Stecker und -Kabel sowie die Unicast Dual-Simplex-Datenschnittstelle, die eine Datenübertragung in beide Richtungen ermöglicht. Die USB 2.0-Schnittstelle verwendet immer noch ein unidirektionales Übertragungsmodell, bei dem GigE, FireWire und USB 3.0 alle die Übertragung von Daten auf beide Arten ermöglichen, dies ist eine enorme Verbesserung. Eine hostgerichtete Prozedur sendet dann Routenpakete und Benachrichtigungen explizit auf allochrone Weise. Das Verfahren ermöglicht es den Kameras, eine Nachricht an den Host-Controller zu senden, um zu wissen, wann dieser bereit ist, Daten zu übertragen. Dieser Mechanismus reduziert die Systemüberhitzung und die CPU-Last im Vergleich zum Polling-Mechanismus in USB 2.0-Modulen. Dies macht USB 3.0 ebenfalls zu einer Firewire-ähnlichen Schnittstelle.
Namhafte Hersteller von USB 3.0 Anwendungen und Zubehör haben gemeinsam den USB 3 Vision Standard erfunden und die Schnittstelle auf den Markt gebracht. Der neue Standard bietet allen Benutzern starke Vorteile. Auch Software und Hardware können ein- und ausgewechselt werden, was größere Modifikationsmöglichkeiten und damit Flexibilität ermöglicht. Es besteht auch die Gewissheit, dass alle Funktionen verfügbar sind und die Bildübertragung stabil ist. Die Automated Imaging Association ist für die Schnittstelle und Veröffentlichung verantwortlich.
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Bevor Sie ein mit USB 3.0-Kameras kompatibles System einrichten, müssen Sie einige Variablen berücksichtigen:
Bei der ersten Veröffentlichung des USB3-Vision-Standards. Benutzer hatten Mühe, ein stabiles Setup zu erreichen, was hauptsächlich durch Probleme mit dem Zubehör verursacht wurde. Diese Kämpfe sind gelöst und USB3 ist heutzutage eine einfache und stabile Schnittstelle.
Für alle USB3 Vision Standard-Zubehörteile ist die Mindestleistung angegeben. Um die volle Leistungsfähigkeit der neuen Technik zu festigen und höchste Stabilität zu erreichen, ist es wichtig, die einzelnen Komponenten, auch die Kamera, sorgfältig auszuwählen. USB3-Zubehör wie Kabel, Karten und andere Komponenten sind auf dem Markt der Unterhaltungselektronik weit verbreitet und preisgünstig. Da diese Komponenten billiger sind, werden einige Benutzer diese in ihren Bildverarbeitungsanwendungen verwenden.
Dieses Zubehör ist normalerweise nicht nach dem USB3-Vision-Standard zertifiziert und wird höchstwahrscheinlich nicht in der Lage sein, die strengen Anforderungen einer industriellen Anwendung zu erfüllen. Dies führt oft zu verlorenen Magiern oder, noch schlimmer, zu einem vollständigen Zusammenbruch Ihres Systems. Dies wird häufig auf eine defekte Kamera zurückgeführt, obwohl schlecht gewähltes Zubehör das Problem verursacht hat. Alle Zubehörteile in unserem Webshop sind USB3 Vision zertifiziert und daher empfehlen wir, diese zu verwenden.
Das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten ist beim Aufbau eines USB 3.0 kamerabasierten Bildverarbeitungssystems extrem wichtig und muss berücksichtigt werden. Aus diesem Grund hat beispielsweise Daheng Imaging alle Zubehörkomponenten zusammen mit ihren Kameramodellen getestet und wird erst nach bestandener Prüfung verkauft. Alle Einschränkungen die bei der Interaktion zwischen Zubehör und Kamera entstehen, werden dokumentiert und diese Komponenten werden nicht mit dieser Kamera verkauft, oder nur wenn die Einschränkungen klar definiert sind. Dies hat vor allem den Vorteil, dass Anwender bei der Verwendung von standardisiertem Zuberhör in ihren Systemen von Stabilität und Zuverlässigkeit ausgehen können.
Wie im vorherigen Abschnitt erwähnt, ist die Interaktion zwischen den einzelnen Komponenten in einem USB 3.0-Bildverarbeitungssystem sehr kritisch und die Komponenten müssen vorsichtig ausgewählt werden. Komponenten, die besondere Aufmerksamkeit erfordern, werden im Folgenden beschrieben.
Anders als Standards wie GigE Vision oder CameraLink beschreibt USB3 Vision Kabelverbindungen und die wichtigsten Notwendigkeiten für kompatible Kabel. Die maximale Kabellänge wird durch das Verhältnis zwischen den Hochfrequenzeigenschaften und dem Verhältnis zwischen der maximal möglichen Kabellänge und der Dicke des Kupferdrahts bestimmt, bevor der USB 3.0-Spannungsabfall auftritt.
Kabel müssen je nach Verwendungszweck oder Einsatzzweck unterschiedliche technische Bedingungen erfüllen. Auf der Kameraseite kommt ein verschraubter USB 3.0 Micro B Stecker zum Einsatz, auf der PC- oder Hubseite kommt ein USB 3.0 Standard A zum Einsatz. Da sich der USB-3.0-Standard-A-Stecker und die USB-2.0-Buchse sehr ähnlich sind, werden spezielle Symbole oder ein blaues Etikett an der Buchse oder am Stecker verwendet, um auf das Vorhandensein von USB-3.0-Funktionalität hinzuweisen.
Hinsichtlich der Kabellänge ist es wichtig, dass das Kabel vollständig auf Kompatibilität mit USB3 Vision untersucht wurde. Passive Kabel haben eine maximale Länge von 4,5 Metern, während aktive und Hybridkabel eine maximale Länge von 20 Metern haben, aber die beiden letzteren sind viel teurer und werden von GeT-Kameras nicht unterstützt. Anwendungen, die ein so langes Kabel benötigen, sollten einen Blick auf GigE-Kameras werfen. Es besteht die Möglichkeit, dass diese in dieser speziellen Umgebung günstiger sind. Daheng Imaging zertifiziert und testet seine Kabel und bietet eine breite Palette an Kabeln, die Sie unter Zubehör finden.
Die verfügbare USB3.0-Bandbreite hängt davon ab, welche Art von Motherboard-Chipsatz und USB 3.0-Chipsatz verwendet wird. Die Möglichkeit, Ihre Kameras über den USB 3.0-Anschluss mit Mainboards zu verbinden, ist immer vorhanden. Wenn keine integrierten USB-3.0-Anschlüsse verfügbar sind, können PCI-Express-Karten installiert werden. Um die maximale Bandbreite zu nutzen, empfiehlt GeT Cameras die Verwendung von USB3-PCI-Express-Adaptern, die Sie unter Zubehör auf unserer Website finden.
Mainboards mit Chipsätzen der originalen Intel 7, Intel 8 oder Intel 9-Serie haben aufgrund des USB-3.0-Host-Controller integrierte Unterstützung für USB 3.0. Chipsätze der oben genannten Serien werden empfohlen, um ein stabiles USB 3.0-System aufzubauen.
Hubs werden verwendet, um einen Host auf dem Computer mit mehreren USB 3.0-Kameras zu verbinden. Dies wird auch als Sternnetz bezeichnet. In diesem Setup kann der Hub nur mit der Bandbreite eines USB 3.0 Upstream-Ports arbeiten, es ist zu beachten, dass einzelne Downstream-Ports am Hub auch nur diese Bandbreite übertragen können. Wenn Sie also beispielsweise vier USB-3-Kameras an einen USB3-Hub anschließen, hat jede Kamera (400/4) 100 mb/s Bandbreite übrig.
Um einen reibungslosen Übergang der USB3-Schnittstelle zu gewährleisten, sollten die nächsten Punkte beachtet werden:
Die folgenden Designregeln sollten bei der Installation eines USB3-Kamerasystems beachtet werden.
Mit einer großen taub e USB 3.0-Kameras mit einem einzigen System birgt ein weiteres Risiko der Überlastung des Computers und seiner CPU. Dies kann das Sichtsystem stören. Daher sollte die CPU-Last immer überwacht werden.
Wenn Sie eine USB 3.0-Kamera verwenden, die eine sehr hohe Bildrate und/oder Auflösung hat und daher die maximale USB 3.0-Bandbreite verbraucht, muss berücksichtigt werden, dass das Motherboard, der Host-Controller und/oder der Hub die maximale USB3-Bandbreite unterstützen .
EMC kann Störungen in jedem elektronischen Setup verursachen, einschließlich USB3. Dies wird normalerweise durch störende Signale in unmittelbarer Nähe des Kamerasystems verursacht, die die Kamera falsch erden, und Abschlusssignale können EMV-bezogene Probleme verursachen.
USB 3.0-Kabel von schlechter Qualität können möglicherweise zu Fehlermeldungen wie unvollständigen und verlorenen Bildern oder sogar zu einem vollständigen Abbruch der Verbindung zwischen Host und Kamera führen. Dies kann dazu führen, dass der Benutzer denkt, dass das USB 3-System nicht stabil und/oder zuverlässig ist. Diese Risiken werden mit zunehmender Kabellänge größer. Für dieses Motiv ist es von großer Bedeutung, Ihr Kabel so kurz wie möglich zu wählen.
Es gibt zwei Methoden zum Einrichten eines USB 3.0-Multikamerasystems: ein Punkt-zu-Punkt-Netzwerk und ein Sternnetzwerk.
Bei Verwendung eines Sternnetzwerks werden die Kameras an einen Hub angeschlossen. Die Hubs sind mit dem Host-Controller des PCs verbunden. Dabei ist zu beachten, dass die maximale Bandbreite des Host-Controllers nicht überschritten werden darf.
Dies liegt daran, dass einzelne Kameras von verschiedenen Ports alle von der einzigen Bandbreite des mit dem Hub verbundenen Hosts verbrauchen. Die gesamte Bandbreite in dieser Anwendung hängt auch von der Geschwindigkeit und/oder Auflösung jeder einzelnen Kamera ab. Von der Verwendung von passiven Kabeln über 4,5 Meter Kabellänge wird bei dieser Einstellung abgeraten, da sonst das gesamte System störanfällig ist.
Bei einem Punkt-zu-Punkt-Netzwerk verbinden Sie jede Kamera direkt mit einem Host-Controller. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Host-Controller und das Mainboard bzw. der PC seine Bandbreite nicht überschreiten, jede einzelne Kamera benötigt eine gewisse Bandbreite an Kapazität. Dies wird durch die Geschwindigkeit und/oder Auflösung der Kamera bestimmt. Die Verwendung eines passiven Kabels mit einer Kabellänge von mehr als 4,5 Metern wird in dieser Einstellung nicht empfohlen, das gesamte System ist dann störanfällig.
Wir erwarten, dass USB 3 seine Marktposition festigt, indem es in den nächsten Jahren einen größeren Marktanteil erreicht und mit GigE zur dominierenden Schnittstelle wird. Diese repliziert den USB 3.0 Vision Standard als flexible und standardisierte Schnittstelle. Der große Vorteil dieses Standards besteht darin, dass er einfach zu verwenden und einzurichten und überall verfügbar ist. Wenn alle Variablen und technischen Anforderungen berücksichtigt werden, sollte der Aufbau eines stabilen USB3-Vision-Kamerasystems einfach und erschwinglich sein.