Auswahl der richtigen Kabel und Steckverbinder für die Bildverarbeitung

Abbildung 1.Streckentests

Bildverarbeitungssysteme bestehen aus einer Reihe von Komponenten, die alle für die bestmögliche Leistung optimiert werden müssen. Die Wahl der richtigen Kabel und Anschlüsse zur Verbindung von Kameras mit einem Bildverarbeitungssystem oder PC ist ein wichtiger Teil davon und hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Zu den Schlüsselfaktoren gehören:

In vielen Fällen können handelsübliche Kabel ausreichend sein, in anderen Fällen müssen jedoch möglicherweise anwendungsspezifische Kabel hergestellt werden.

Dies ist eine grundlegende Überlegung für jede Bildverarbeitungsanwendung, da sie im Allgemeinen den zu verwendenden Datenübertragungsstandard bestimmt. Im Allgemeinen ermöglichen Ethernet-basierte Standards wie GigE Vision, 2.5GBASE-T, 5GBASE-T und 10GigE die Übertragung über größte Entfernungen (bis zu 100 Meter) ohne den Einsatz von Repeatern, während Camera Link HS und CoaXPress die schnellsten Daten liefern Übertragungsraten, jedoch über kürzere Distanzen. Einige Anwendungen erfordern längere Kabellängen, als die bevorzugte Schnittstelle zulässt. Durch optimiertes Übertragungsmaterial auf Kupferbasis sind erweiterte Kabellösungen über mittlere Distanzen möglich. Wenn große Kabellängen erforderlich sind und keine geeignetere Schnittstelle verwendet werden kann, stehen Repeater zur Verfügung, mit denen die Länge typischerweise um das Zwei- bis Vierfache der Standardlänge verlängert werden kann. Für noch größere Entfernungen stehen Glasfaserkabellösungen mit USB-, Camera Link-, Camera Link HS-, CoaXPress- und Ethernet-Schnittstellen zur Verfügung, mit denen sich die Kabellänge mit Multimode-Glasfaser auf bis zu einige hundert Meter und mit Singlemode auf bis zu einige Kilometer verlängern lässt Fasern.

Figur 2.Torsions- und Biegetests

Die meisten Kabel sind so flexibel, dass sie in ein Systemgehäuse oder eine Maschine passen. Für Anwendungen, bei denen die Kamera bewegt wird, wie etwa bei einem Roboter, sollten jedoch Kabel verwendet werden, die so ausgelegt sind, dass sie einer kontinuierlichen Biegung und Biegung im Laufe der Zeit standhalten. Diese Roboter- oder Gleiskabel werden mit wiederholten Bewegungen getestet, um den Einsatz auf einem Robotersystem oder Schleppketten zu simulieren. Die Kabel zeichnen sich durch den minimalen Biegeradiuswinkel und die Anzahl der Biegungen in einem bestimmten Zeitraum aus. Schleppketten sind ein Mittel zum Schutz von Kabeln, die mit einem sich ständig bewegenden mechanischen Teil verbunden sind. Die Schleppkette sorgt dafür, dass der Mindestbiegeradius des Kabels nicht unterschritten wird. Gleiskabel sind in der Regel so ausgelegt, dass sie bei einem minimalen Radius mehr als 1 Million Biegungen überstehen. Kabel in Roboterqualität durchlaufen einen zusätzlichen Torsionsbiegetest, der eine wiederholte Verdrehung des Kabels um bis zu 360° über eine bestimmte Länge spezifiziert. Dies simuliert die Belastung eines Kabels, das in Verbindung mit Roboterarmen verwendet wird. Die meisten Schnittstellenkabel sind in diesen höheren Flexformaten erhältlich.

Die Verwendung verriegelbarer Steckverbinder ist zu bevorzugen, damit das Kabel nicht versehentlich durch Ziehen oder durch Stöße oder Vibrationen entfernt werden kann. Viele industrielle und kommerzielle Schnittstellenlösungen spezifizieren verriegelbare Steckverbinder, und dieser Steckverbindertyp ist für alle Bildverarbeitungsstandards verfügbar, wie z. B. BNC (Bajonettverschluss) und Hirose (Push-Pull) für analoge Systeme, MDR26 für Camera Link ( schraubbar) und CAT5e/CAT6 (schraubbar) für Ethernet.

Figur 3.Eine Auswahl an Steckverbindertypen

Normalerweise werden Kabel von der Stange gekauft und nicht vor Ort verdrahtet. Bei den meisten Kabeln ist der Stecker direkt am Kabel befestigt. Für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot stehen jedoch viele verschiedene Steckertypen mit in bestimmten Winkeln gedrehten Steckern zur Verfügung. Probleme treten häufig auf, wenn Kabel durch Schotte oder enge Stellen geführt werden müssen, an denen Kabelstecker nicht passen. Begrenzte Platzverhältnisse führen daher oft zu komplizierten Verkabelungslösungen. Bei vielen digitalen Schnittstellenstandards ist die Fähigkeit, Kabel selbst zu verdrahten, eine sehr komplexe Aufgabe und kann bei unsachgemäßer Herstellung zu Datenfehlern führen. Um diese Probleme zu überwinden, stehen eine Reihe von Winkel- und Schottsteckverbinderlösungen zur Verfügung, die eine einfache Umsetzung schwieriger Kabelszenarien ermöglichen. In manchen Fällen besteht die beste Lösung darin, kundenspezifische Kabelkonfektionen durch Gehäuse oder Kernwände herstellen zu lassen.

Eine Reihe von Umweltanforderungen können die Wahl der Kabel beeinflussen. Dazu gehören Temperatur, Entflammbarkeit, Gasemissionen, UV-Beständigkeit, Lösungsmittel-, Flüssigkeits- und Wasserbeständigkeit sowie EMI- und RFI-Störungen, was bedeutet, dass bei ihrer Herstellung eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien verwendet werden müssen.

Im Brandfall verbrennen herkömmliche PVC-Kabel mit einem dicken, giftigen schwarzen Rauch, der Salzsäure enthält. Dieser Rauch ist beim Einatmen gefährlich, beeinträchtigt die Sicht erheblich und ist ätzend. Daher werden in Industrienormen oder für Industrieanwendungen häufig halogenfreie Kabel spezifiziert, da sie erhebliche Sicherheitsvorteile bieten und zudem die Umweltbelastung reduzieren. Die verwendeten Materialien sind nominell frei von Chlor, Fluor, Brom und Jod. Dies bedeutet, dass gängige Materialien wie Fluorkunststoffe, PVC (Polyvinylchlorid) und einige Flammschutzmittel nicht verwendet werden können. „Halogenfreie“ Kabel sind nach DIN VDE 0472 klassifiziert, diese erlaubt jedoch den Einsatz von bis zu 0,2 % Chlor und 0,1 % Fluor. Bei einem Brand geben halogenfreie Kabel nur schwachen Rauch ab, der weniger giftig und nicht korrosiv ist, wodurch die Schäden an Computerspeichermedien wie Festplattenlaufwerken, auf denen Daten durch dicken Rauch zerstört werden können, deutlich reduziert werden. Kabel, die ohne den Einsatz von PVC und Phthalaten (Weichmachern) hergestellt werden, belasten zudem die Umwelt weniger und können nach dem Entfernen der Metallkerne sicher recycelt oder entsorgt werden.

Figur 4.Kabelprüfstand

Halogenfreie Kabel sollten jedoch nicht mit dem Begriff „Low Smoke Zero Halogen“ (LSZH) oder „Low Smoke Free of Halogen“ (LSOH) verwechselt werden. Halogenfrei definiert das Verhalten des Kabelmaterials im Brandfall bzw. die Entflammbarkeit. „Low Smoke“ setzt allerdings voraus, dass wenig Rauch entsteht. „Null Halogen“ erfordert, dass kein Halogen freigesetzt wird und keine ätzenden oder ätzenden Säuren freigesetzt werden. Raucharme, halogenfreie Produkte erfreuen sich immer größerer Beliebtheit und sind manchmal eine Anforderung, wenn Menschen und Geräte vor giftigen und korrosiven Gasen geschützt werden müssen, beispielsweise in der Eisenbahnindustrie.

Immer mehr Schmierstoffe, Fette und Hydraulikflüssigkeiten, die in industriellen Anwendungen verwendet werden, sind biologisch abbaubar, um den Anforderungen der Umwelt gerecht zu werden. Diese Bioöle sind jedoch aggressiv und können dazu führen, dass herkömmliche Kabelisolierungen und Mantelmaterialien aufquellen und sich zersetzen. Um dieses Problem zu lösen, werden bei der Herstellung ölbeständiger Kabel modifizierte Polymere eingesetzt. Diese werden extremen Tests unterzogen, um eine lange Lebensdauer in Anwendungen zu gewährleisten, bei denen eine Ölverschmutzung wahrscheinlich ist.

Silikon- und fettfreie Kabel werden in Anwendungen in Automobillackier- oder Beschichtungsanlagen eingesetzt. Die verwendeten Kabel dürfen keine Materialien enthalten, die die Lackbenetzung stören können.

Normalerweise funktionieren Standard-Industriekameras in einem Temperaturbereich von 40 °C bis 50 °C. Eine Ausnahme bilden Anwendungen über 80 °C. Dennoch ist es möglich, für einige Kabeltypen, wie z. B. CAT6-Netzwerkkabel, Kabel aus einem Material zu liefern, das den Betrieb über diese Grenzen hinaus erweitert. Für Temperaturbereiche von -40° bis +180 °C (kurzzeitig bis +250 °C) können Teflonkabel mit PTFE-, FEP- oder PFA-Isolierung verwendet werden. Da der Rohstoff zudem eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Reinigungsmitteln aufweist, wird er häufig in medizinischen oder Lebensmittelanwendungen eingesetzt.

Kabel, die unter Reinraumbedingungen eingesetzt werden, dürfen keine Partikel erzeugen. In Verbindung mit vernickelten Vollmetall-Endkappen werden Materialien verwendet, die durch Vakuumeinbrennen eine stabile Oberfläche ergeben, wie z. B. PUR (Polyurethan). Darüber hinaus werden diese Kabel mit bleifreier Crimptechnik ohne den Einsatz von Flussmittel hergestellt.

Abbildung 5.Kabelprüfzertifikat

Alle Kabel, ob handelsüblich oder speziell angefertigt, sollten vollständig getestet werden, um sicherzustellen, dass sie über die richtigen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen verfügen. Spezialisierte Kabelfertigungskapazitäten können noch viel weiter gehen. Zur automatischen punktuellen Prüfung der Übergangswiderstände der einzelnen Leitungen können spezielle Prüfgeräte eingesetzt werden. Dies ermöglicht die Identifizierung etwaiger Unregelmäßigkeiten im Kabel über die grundlegende Durchgangsprüfung hinaus. Mit speziellen Testgeräten können die verschiedenen Steckerkombinationen überprüft und bei Bedarf kundenspezifische Kabelsätze über speziell angefertigte Adapter an Framegrabber angeschlossen und so eine Validierung der Datenübertragung durchgeführt werden. Es können auch komplette Kurzschlusstestverfahren durchgeführt werden, um alle möglichen Kontaktkombinationen und Gehäuseschirmungen zu überprüfen. Auf diese Weise können für jedes Kabel individuelle Prüfzeugnisse erstellt werden.V&S

Mark Williamson Er ist Geschäftsführer der Stemmer Imaging Ltd in Großbritannien und Mitglied des Führungsteams der Stemmer Imaging AG. Für weitere Informationen rufen Sie +44 1252 780000 an, senden Sie eine E-Mail an [email protected] oder besuchen Sie www.stemmer-imaging.co.uk.