4MP-Highspeedkamera mit CoaXPress-Schnittstelle: Bilddatenübertragung in Echtzeit

Mit der CL4000CXP liefert die Optronis GmbH eines der ersten bei 4Megapixeln und 500 Bildern pro Sekunde arbeitende Kamerasystem mit CoaXPress-Schnittstelle. Im Gegensatz zu vorher genutzten Schnittstellen wie CameraLink nutzt diese kein paralleles, sondern ein serielles Übertragungskonzept. Die Datenübertragung erfolgt mit einer Brutto-Taktrate bis zu 6,25GBit/s über eine oder mehrere 75O Koaxialleitungen. Gerade für die Systemintegration ist die Skalierbarkeit ein wesentlicher Vorteil, denn damit kann die Leistungsfähigkeit durch Parallelschalten mehrerer serieller Übertragungskanäle erweitert werden. Fortschritt für moderne Messverfahren In der zweidimensionalen Messtechnik, die beispielsweise bei der Fehlersuche in der automatisierten Produktion eingesetzt wird, sind hohe Bildauflösungen gefragt. Denn immer kleinere Bauteile setzen eine hohe Präzision voraus. Da durch schnellere Fertigungsprozesse geringere Taktzeiten entstehen, kommt in kurzer Zeit eine enorme Bildinformationsmenge auf. Diese muss zeitnah analysiert werden und erfordert deshalb eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit. Mit dem Kamerasystem von Optronis stehen die Bilddaten in Echtzeit zur Verfügung und können sofort am PC ausgewertet werden. Neben der Verkürzung des Produktionszyklus ermöglicht dies den Einsatz von Bildsensoren mit höherer Auflösung oder höherer Bildwiederholrate. Auch die Qualitätssicherung ist bei schnellen Prozessen ein wichtiges Thema. Eine Kamera muss hierbei hohen Anforderungen an die Geschwindigkeit und lückenlose Bildaufnahme gerecht werden. So werden bei einer Langzeitaufnahme zur Qualitätskontrolle zum Beispiel die Bilddaten über mehrere Stunden bis hin zu einem kompletten Arbeitstag aufgezeichnet, um bei einer Störung darauf zurückgreifen zu können. Dafür wird zusätzlich zur Kamera ein RAID-System mit sehr großem Speicher eingesetzt. Die dreidimensionale Messtechnik profitiert ebenfalls von der schnellen Bilddatenübertragung, denn auch hier fallen große Datenmengen an. Das ist darin begründet, dass eine Reihe zweidimensionaler Bilddaten benötigt werden, um anhand unterschiedlicher mathematischer Algorithmen ein 3D-Bild zu errechnen. Einsatz findet die 3D-Messtechnik mit dem Verfahren der Weißlichtinterferometrie bereits in der mikroskopischen Vermessung von Oberflächen bei Korrosionsversuchen oder mikromechanischen Systemen (MEMS). Auch in der Industrie wird die 3D-Messtechnik zukünftig noch an Bedeutung gewinnen, da beispielsweise die Toleranzwerte für präzise Bauteile immer kleiner werden. Hier erweist sich die Übertragungsgeschwindigkeit des Kamerasystems in Kombination mit einfach handhabbaren Analysetools als entscheidender Vorteil für den Anwender. Denn im Gegensatz zu bisher genutzten Technologien können mit CoaXPress auch komplexe 3D-Bilder in Echtzeit erzeugt werden. Hohe Geschwindigkeit für hohe Ansprüche Die CL4000CXP ermöglicht eine Übertragungsleistung von 500 Bildern pro Sekunde. Damit sind Pixelraten von bis zu 2GByte pro Sekunde möglich. Das entspricht bei einer seriellen Übertragung und 8Bit pro Bildpunkt einer Netto-Datenrate von 16GBit pro Sekunde. Das Kamerasystem beinhaltet eine Kontrolleinheit zur Parametrierung des Bildsensors und zur Weiterleitung der Bilddaten. Über eine Serialisierungseinheit wird der Datenstrom in vier serielle Kanäle konvertiert, die Treiber der Koaxialleitungen arbeiten dann bei einer Bandbreite über 3GHz. Durch die gleichstromseitige Entkopplung der Übertragungskanäle wird die Kamera direkt über die Datenleitungen mit der Betriebsspannung versorgt. Für die CL4000CXP mit einer Leistungsaufnahme von etwa 10Watt genügt dabei nur ein Datenkanal. Ein weiterer Vorteil für den Anwender ist, dass die Kamera nach dem Genicam-Standard programmiert werden kann. Die Programmierschnittstelle ermöglicht den unkomplizierten Einsatz beliebiger Kameramodelle, ohne jeweils einen neuen Befehlssatz programmieren zu müssen. Das spart Systemintegratoren wertvolle Zeit. Flexibel bei gleichzeitig hoher Leistungsfähigkeit Im Gegensatz zu anderen seriellen Übertragungskonzepten wie CameraLink HS ist CoaXPress flexibler. Denn während die Basisversion der Optronis-Kamera mit einer einzigen Koaxialleitung und einer Brutto-Taktrate von 6,25GBit/s auskommt, kann die Übertragungsleistung durch die Parallelschaltung mehrerer serieller Kanäle je nach Anforderung erhöht werden. Die CL4000CXP von Optronis ist als eine der ersten Kameras mit vier CoaXPress-Anschlüssen ausgestattet. Im Gegensatz zu CameraLink HS sind mit CoaXPress kostengünstige Lösungen bereits ab einer erforderlichen Datenübertragungsrate von 100MByte pro Sekunde möglich. Eine Skalierung im höheren Übertragungsbereich wird zwar bei beiden Systemen durch die Anzahl der Übertragungskabel durchgeführt, CoaXPress hat hier jedoch den Vorteil der günstigen Koaxialleitungen. Damit wird gerade die Dezentralisierung von Messmaschine und Analyserechner (z.B. in der PCB-, Waver- oder Solarpanel-Messtechnik) erschwinglich. Wollte man bisher leistungsfähige Bildsensoren mit Transferleistungen oberhalb von 100MByte/s einsetzen und gleichzeitig eine größere Übertragungslänge realisieren, musste man aufwendige Repeater oder teure Fiberoptik einsetzen. Weniger Komplexität für einfache Handhabung Da Informationen bei der CL4000CXP über alle vier Kanäle separat als serielle Datenpakete gesendet werden, entstehen keine Korrelationen. Dadurch können die Koaxialkabel direkt an ein leistungsfähiges Oszilloskop angeschlossen werden, um Signale abzurufen und zu prüfen. Mit CameraLink HS als ebenfalls serielles Übertragungskonzept ist dies auf einfache Weise kaum durchführbar, denn dieses System basiert auf acht Twisted Pair-Leitungen, für die Spezialkabel notwendig sind. Die abgerufenen Signale können hier durch Wellenunterbrechungen verfälschen, was eine Interpretation der Funktionsweise der Übertragungskanäle erschwert. Obwohl CoaxPress und CameraLink HS ähnlich arbeiten, kommt man bei CameraLink HS mit dessen Übertragungstopologie und einer maximalen Datenrate von 3,125GBit/s nicht über eine Distanz über 15m hinaus. CoaXPress ermöglicht hingegen eine Übertragungslänge von bis zu 130m. Das wird möglich, da der Wellenwiderstand in der Koaxialkabel-Übertragungsstrecke durchgängig gut definiert und das System dadurch insgesamt robuster ist. Koaxialkabel sind nicht nur weniger komplex, sondern auch seit vielen Jahren standardisiert. So können Analogkameras, die heute noch vielfach in Gebrauch sind, durch leistungsfähigere Digitalkameras ersetzt werden. Die bestehenden Koaxialkabel können einfach weiter verwendet werden. CoaXPress bietet neben der kostengünstigen Verkabelung eine zukunftssichere Technologie. Bei steigenden Anforderungen an die Übertragungsleistung muss kein neues System integriert werden, sondern durch die Möglichkeit, mehrere Kanäle parallel zu schalten, kann die Leistung unkompliziert hochskaliert werden. Die CL4000CXP bietet dazu bereits vier CoaXPress-Anschlüsse. Damit wird Optronis seiner Zielsetzung gerecht, High-End-Kameras anzubieten, die einfach und flexibel zu handhaben sowie einzubinden sind. Verkaufsstart der Kamera ist ab dem 9. November auf der Vision. Vision 2011: Halle 6, Stand D33