机器视觉电缆和连接器:不要让它们成为系统最薄弱的环节

当工业图像传感器较小时，指定机器视觉电缆更容易十年或两年以前更容易，并且在诸如机械臂等移动平台结束时较少地安装在更频繁的情况下。

视觉传感器和软件的变得更加复杂，它们的应用程序更加多样化，为制造机器视觉布线的人拼写机会。但这种进化也增加了对电缆的需求，这些电缆可以在较长的距离上携带更多数据，这提出了新的挑战。

“现在最大的挑战是速度(带宽)和距离，”元器件快递公司(CEI)总裁雷·贝斯特(Ray Berst)说。“我的客户希望电缆更长、更快、更便宜。但这是一个很难确定的组合。也许时间更长，速度更快。更长、更快、更便宜并非易事。”

实现“更长”和“更快”带来了挑战，因为延长电缆长度会对信号强度产生不利影响，并导致数据丢失。然而，业界对更高吞吐量的不懈追求，继续使带宽成为机器视觉集成商和电缆制造商的首要任务。新出现的标准证明了这一优先地位，例如最近推出的CoaXPress（CXP）2.0，其数据速率比以前的标准翻了一番，达到每根电缆芯12.5 Gbps。在具有四个内核（CXP12）的典型系统中，转换为50 Gbps的原始比特率，或约4.8 GB/s的可持续图像数据速率。

与此同时，Alysium业务和产品开发及品牌营销负责人Thomas Detjen表示，诸如Camera Link HS（CLHS）等通用标准已将电缆转向光纤技术，与同轴电缆或铜缆相比，光纤技术为外径在3 mm左右的电缆提供了无与伦比的带宽、稳定性和灵活性。

目前，CLHS在其七条通道中的每一条都支持10.3 Gbps，提供了任何视觉标准中最高的数据密度；CLHS 1.2版有望提供高达15.9 Gbps的每车道电缆速度。这种带宽使Detjen预测光纤的应用最终将扩展到所有机器视觉布线应用和接口技术，包括以太网、USB甚至同轴电缆。

行业诀窍
集成商通常需要满足于更长，更快，最具成本效益。（“更便宜”太广泛术语是实用的。）USB3消费者级接口，例如，提供高达20 Gbps的理论数据速率，使其相当快。专为消费市场而设计，它还符合工业布线标准的便宜。检查Berst的电缆三十块电缆三箱中的两个盒子。

然而，在其应用中采样消费级USB3产品的工业用户迅速了解到，在材料，屏蔽，灵活性，带宽和特别长度方面都是不可靠的廉价的储物电缆。旨在充电或兑换个人电子产品，消费者USB3电缆设计对于工业视觉应用往往太短。

Detjen说:“如果你必须将一个5-8米或更多电缆的工业摄像机安装到一个系统中有很多噪音的机械臂上，消费者用的USB3电缆将不起作用。”

USB3技术的速度和几乎与任何个人电脑的普遍兼容性使得视觉用户很难放弃电缆。因此，Alysium等电缆制造商保留了这种接口，但采用了一些业内的技巧，比如使用更大的线规来应对更长长度下的电压下降。具有讽刺意味的是，这样的解决方案不再符合消费者的标准。“我们的电缆不一定满足USB-IF测试，这听起来可能很奇怪，但只有通过这个测试，我们才能在没有主动中继系统的情况下，将电缆传输至8米甚至10米，而不产生过度的压力和噪声。对于长度超过10米或在非常关键的应用场合，我们提供的主动光学组件结合了工业设计中两个世界的最佳技术:即插即用操作和通过非常灵活的4毫米厚电缆供电长达50米。”

有源电缆典型的噪声由嵌入在其结构中的放大器和其他电子设备产生。控制该噪声的技巧包括仅操纵信号位的开始部分（预重点），以使它们更识别到数字接收器。在接收器端应用的类似技术，例如去强调和均衡，可以进一步维持在更长的长度的电缆性能。

这种技术帮助CEI为其客户Applied vision开发了一种20米的USB3主动视觉电缆，可以在70°C下零帧传输1亿幅图像。事实证明，该设计非常可靠，因此该电缆现在已成为Applied Vision公司针对食品和饮料行业的Orion G6和Volcano自动检测系统的组成部分。这两种系统都是为了尽量减少由于丢弃帧而导致的错误拒绝。

速度测试
严格的验证测试有助于CEI的USB3电缆设计的成功应用视觉，这是一种越来越有价值的能力，因为视觉电缆越来越长，数据速率越来越快。但是高速电缆的验证既不是一项琐碎的工作，也不是一项廉价的工作。

贝尔斯特说：“在今天速度更高的情况下，工艺和工艺变得更加重要。”。“如果我发现一位客户计划购买一些75欧姆的电缆和一些BNC连接器来为CXP6制作电缆，我很高兴他们能够顺利完成这项工作，而不会出现太多问题。对于CXP12，我在这里告诉您，您需要一台60000美元的示波器和70000美元的剥离器，以及使用这两种设备来验证t他用电报。”

测试的部分挑战是，仅仅清除坏的电缆是不够的。误码率测试可以提供一个简单的通过/失败结果，但它不会揭示为什么电缆是坏的。这是衰减、插入损耗或阻抗的问题吗?电缆供应商需要隔离并纠正产品设计、材料和制造方面的问题，这有助于解释为什么除了“更长”和“更快”之外，“更便宜”也是一个问题。

建立更好的关系
连接器与电缆的关系就像电缆与视觉系统的关系：这是一个经常被忽视但至关重要的组件。作为电缆和摄像机之间的终端连接，连接器必须保持可靠的电气和物理连接。与电缆一样，在十年或二十年前，当摄像机通常保持在生产线旁边的固定位置时，这就容易多了。许多应用程序可以通过使用用户接口标准（如USB或用于以太网电缆的RJ45锁定夹）来实现。

随着Vision Technology越来越多地运行在更移动的工业环境中，RJ45连接器尤其看起来不合时宜 - 通常字面上 - 和最终用户正在转向更多的工业化替代品，例如M12接口。这些连接器具有比其RJ45对应更具机械稳健的锁定机构，它们提供IP67级抵抗灰尘和临时浸入水中。它们与工厂楼层上的布线基础设施更兼容。

“我们看到一些公司正在迁移，希望将他们现有的工厂布线基础设施扩展到生产线上，”Berst说。“所以，我们现在有一系列的工业相机外壳，我们已经把相机上的RJ45接口转换成一个m12x代码的连接器，因为人们也想要一个更健壮的连接器。”

M8和M12布线通常在欧洲生产设施中使用，Detjen表示，它已经是IEC标准数年。“相机制造商正在切换，”他补充道。“M12对于标准应用而言，您无需灰尘或耐耐水性的标准应用。但对于你有灰尘或水或高振动的工业应用，没有什么比这更好。“

然而，有选择是好的。对于它的许多电缆，Alysium为其定制的连接器指定了更严格的内部设计，以增加其机械运动的公差。该公司还将触点模压到连接器中，以提高可靠性和稳健性。Detjen说:“此外，对于RJ45、USB3和CLHS，我们指定了一个压铸铝外壳围绕连接器，因为它是金属，允许更可控的机械公差，从而提供了更好的屏蔽。”

精细的（工业化的）生产线
机器视觉工程师总是在性能和成本之间徘徊。他们的系统必须在不过度设计的情况下提供可靠一致的精度。许多应用程序的参数通常清楚地定义了摄像机、光学器件和照明的基线阈值，这使得人们很容易在布线和连接器规格周围留出一些回旋余地。但电缆和连接器不仅必须支持视觉系统的性能参数，还必须承受工业环境的物理严酷。此外，当电缆和连接器出现故障时，识别问题并确保不再发生故障可能是一项挑战。

这些因素不需要为视觉系统设计师提供另一个头痛。他们只是强调电缆和连接器不能成为您的机器视觉系统的最薄弱环节。