L'avenir des interfaces de vision industrielle

Câble USB3. Source : Anil Öztas

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

Voici une caméra USB 3.0 hautes performances. Source : Luménera

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

Avec la demande toujours croissante en matière 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 d'infrastructure réseau coûteux qui permettent aux ordinateurs de capturer des images de connexions vidéo en streaming). Le protocole de transfert de trames est intégré directement à la norme afin de minimiser les coûts et la complexité de mise en œuvre.

En gardant tout cela à l’esprit, cet article explore l’état actuel et le futur proche des interfaces de vision industrielle les plus populaires qui ne nécessitent pas de carte d’acquisition d’images.

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 d'atteindre des vitesses de débit 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, lui permettant de fonctionner sur les nouvelles infrastructures 2,5GBase-T, 5GBase-T et 10GBase-T. La fourniture d'énergie est également possible en utilisant 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 augmenter la puissance et la vitesse, deux câbles peuvent être utilisés en tandem, doublant ainsi efficacement le débit et la puissance délivrée. Ceci est réalisé à l'aide de 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. Encore une fois, 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 se trouvent généralement sur le même réseau, GigE Vision permet la diffusion de commandes de déclenchement vers toutes les caméras en même temps, permettant ainsi une synchronisation élevée entre les caméras. De plus, GigE Vision prend en charge la transmission de plusieurs formats de données au sein du réseau, notamment : RAW (non compressé), JPEG, JPEG 2000 et H.264.

Les prochaines étapes de GigE Vision actuellement en cours sont la mise en œuvre de NBase-T et de dix gigabits Ethernet. 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 Gigabit Ethernet et dix Gigabit Ethernet, car seules des modifications mineures à un système existant seront nécessaires. Une fois qu'un utilisateur est prêt à mettre à niveau l'ensemble du système vers dix gigabits Ethernet, il pourra le faire de deux manières.

L'Ethernet dix gigabits peut utiliser soit des câbles CAT-6a/CAT-7 à base de cuivre s'étendant 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 qu'à 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. La fourniture d'énergie 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 est alors limitée à environ 10 mètres et 25 mètres respectivement. Il consomme également un tiers de l'énergie nécessaire pour transmettre des données par rapport à la technologie USB 2.0 précédente et est capable d'effectuer une transmission en duplex intégral.