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

十几、二十年前，当工业图像传感器更小、产生的数据更少、安装在移动平台(如机械臂)末端的频率更低时，确定机器视觉电缆更容易。

从那以后，视觉传感器和软件变得越来越复杂，它们的应用也越来越多样化，这为制造机器视觉电缆的人带来了机遇。但这种发展也增加了对长距离传输更多数据电缆的需求，这带来了新的挑战。

“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”构成挑战，因为延长电缆长度可能会产生不利影响信号强度并导致数据丢失。然而，行业永无止境的吞吐量持续吞吐量继续为机器视觉集成商和电缆制造商的优先级。这种优先级通过新出现的标准证明了最近的Coaxpress（CXP）2.0的推出，这将以前的标准的数据速率翻了一番，每根电缆核心增加12.5 Gbps。在具有四个核心（CXP12）的典型系统中，转换为50 Gbps的原始比特率，或可持续的图像数据速率约为4.8 Gb / s。

与此同时，托马斯特·斯特文说，商业和产品开发负责人和在alysium的品牌营销，相机链路HS（CLHS）等共同标准已将电缆转移到纤维技术，这与同轴电缆或铜相比 - 提供无与伦比的带宽，稳定性和外径的电缆的灵活性从大约3毫米开始。

目前在其七个车道中的每个车道上支持10.3 Gbps，Clhs提供了任何视觉标准的最高数据密度;CLHS版本1.2预计将提供高达15.9 Gbps的每巷电缆速度。这种带宽导致Detjen以预测光纤的应用最终将扩展到所有机器视觉电缆应用程序和接口技术，包括以太网，USB甚至同轴电缆。

行业诀窍
集成商通常需要更长的时间、更快的时间和最具成本效益的时间。(“便宜”这个词太宽泛了，不实用。)例如，USB3消费级接口提供了高达20gbps的理论数据速率，速度相当快。它是为消费者市场设计的，也符合工业电缆标准，价格更便宜。这和贝斯特的电缆三连胜中的两个相符。

然而，工业用户在他们的应用中抽样了消费级USB3产品后很快发现，廉价的现成电缆在材料、屏蔽、灵活性、带宽，尤其是长度方面都不可靠。USB3设计用于在个人电子设备上充电或交换数据，对于工业视觉应用来说，消费者USB3电缆设计往往太短。

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。”

有源电缆的典型噪声来自于其结构中嵌入的放大器和其他电子器件。控制这种噪声的技巧包括仅操纵信号比特的开始部分(预强调)，以使数字接收机更容易识别它们。类似的技术，如降低重点和均衡，应用于接收端，可以进一步维持更长长度的电缆性能。

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。

“在今天的速度更高，过程和工艺变得更加重要，”斯特别儿说。“如果我发现客户计划购买约75欧姆的电缆和一些BNC连接器，为CXP6制作一个电缆，我会舒服，他们能够在没有太多问题的情况下拉出这个问题。对于CXP12，我在这里告诉您，您需要一个60,000美元的示波器和70,000美元的剥离器以及使用的经验只是为了验证电缆。“

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
连接器是电缆到视觉系统的电缆：通常被忽视但关键的组件。作为电缆和摄像头之间的终端链接，连接器必须保持可靠的电气和物理链路。与电缆一样，当相机通常仍处于生产线旁边的固定位置时，这更容易十年或两年。许多应用程序可以使用使用以太网电缆等USB或RJ45锁定剪辑等消费者接口标准来获得。

随着视觉技术越来越多地在移动工业环境中运行，特别是RJ45连接器看起来不合适——通常是真的——终端用户正在转向更工业化的替代产品，如M12接口。这些连接器具有锁紧机制，比它们的RJ45同行更坚固，而且它们提供ip67级别的抗灰尘和暂时浸泡在水中。它们与工厂里已经存在的布线基础设施也更兼容。

“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。”

Detjen说，M8和M12电缆在欧洲的生产设施中也普遍使用，在那里它已经成为IEC标准好几年了。他补充道:“相机制造商正在转变。”“M12对于那些不需要防尘或防水的标准应用来说是过度设计的。但对于有灰尘、水或振动较大的工业应用来说，没有比这更好的了。”

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（工业化）线
机器视觉工程师总是在性能和​​成本之间走出细线。他们的系统必须提供可靠一致的准确性，而不会超前。许多应用程序的参数通常清楚地定义了相机，光学和照明的基线阈值，这可能使其诱人在布线和连接器规格周围假设一些蠕动室。但电缆和连接器不仅支持视觉系统的性能参数，它们还必须承受工业环境的物理严谨性。此外，当电缆和连接器发生故障时，识别问题可能会具有挑战性，并确保不会再次发生。

这些因素并不会让视觉系统设计师感到头疼。他们只是强调，电缆和连接器不能成为机器视觉系统最薄弱的环节。