Die Technologie im Bereich der industriellen Kamerasysteme hat sich in den letzten Jahren grundlegend verändert. Durch die Einführung der Progressive-Scan-Technik (PS) Anfang der 1990er Jahre konnten CCD-Kameras mit zwei Ausgängen Bilder mit bis zu 100 Frames pro Sekunde (fps) erfassen. Damit war ein wesentlicher Schritt zur Umstellung industrieller Kameras von analoger auf digitale Ausgangssignale getan.
Jérôme Avenel, Technical Manager Europe, Sony Image Sensing Solutions
Die Fähigkeit zur Erfassung schneller Abläufe stieß eine ganze Kette von Innovationen an, die sich mit dem Trend zur Verwendung von IEEE1394/1394a als Verbindungstechnologie fortsetzte. Inzwischen erscheint es sehr wahrscheinlich, dass IEEE1394b, Camera Link und intelligente Smart Cameras die nächsten Schritte auf dem Weg zu einer zunehmend digitalen Welt sein werden.
Insbesondere die Einführung von IEEE1394b wird einen weiteren Quantensprung in der Leistungsfähigkeit industrieller Machine-Vision-Systeme bewirken, denn der neue Standard ermöglicht erheblich höhere Datenraten von 800 MBit/s oder 1,6 GBit/s bis hin zu einem theoretischen Maximum von 3,2 GBit/s, und seine vernetzte Architektur gestattet den Anschluss von mehr als nur einer Kamera innerhalb eines Systems. Allein die höhere Datenrate wird nicht ohne Folgen bleiben, kann doch bereits eine einzige Kamera mit 30 fps und 1 Megapixel den Großteil der verfügbaren Bandbreite eines IEEE1394a-Busses (400 MBit/s) aufzehren. Mit IEEE1394b hat der Anwender die Möglichkeit, höhere Auflösungen oder höhere Frameraten zu realisieren, mehr Kameras an einen Bus anzuschließen, hochwertigere Bilder aufzunehmen (d.h. mit mehr Bits pro Pixel) und anspruchsvolle Farb-Betriebsarten wie etwa RGB (24 Bit/Pixel) zu verwenden. Durch die höhere, bis zu 100 m betragende Reichweite des neuen Standards können die Bildaufnehmer außerdem in größerer Entfernung von der Verarbeitungseinheit platziert werden. Die Möglichkeit, Glasfaserkabel als Übertragungsmedium zu nutzen, wird den Einsatz des Standards in industriellen Einsatzumgebungen mit hohem elektrischem Störaufkommen erlauben. Schließlich wird der Anwender von der Möglichkeit profitieren, ein nicht unbeträchtliches Maß an elektrischer Leistung im Netzwerk zu übertragen.
IEEE1394b wird auch der Betriebssicherheit zugute kommen, indem man in das Netzwerk redundante Verbindungen einfügt, die beim Hochfahren des Netzwerks automatisch deaktiviert werden. Erst wenn während des Betriebs eine aktive Verbindung ausfällt oder entfernt wird, setzt sich das System ohne Einwirkung von außen zurück und konfiguriert sich anschließend neu, um den Ausfall der primären Verbindung auszugleichen.
Anders als bei der Entwicklung anderer Standards wird der Umstieg auf IEEE1394b in Industrial-Vision-Applikationen von Anwendern und OEMs gleichermaßen propagiert. Bei der Einführung des ursprünglichen IEEE1394-Standards im Jahr 1994 hatten die Anwender das Konzept einer vereinfachten, kostengünstigen und nicht-proprietären Verbindung zwischen Kamera und Rechner begrüßt. Immerhin verfügte man damit über ein industrietaugliches Verbindungsmedium, das aufgrund der im Consumer-Bereich erzielten hohen Stückzahlen außerdem kostengünstig bezogen werden konnte.
In der neuen Version dieses Standards wurden zwei entscheidende Merkmale, die dem Vorgänger zu seiner großen Popularität im Machine-Vision-Markt verholfen haben, beibehalten. Erstens ist nach wie vor sowohl der isochrone Betrieb (in Echtzeit) als auch der asynchrone Betrieb (mit garantierter Ablieferung) möglich. Zweitens wird die Kompatibilität zum IIDC DCAM Standard gewahrt, der für anbieterübergreifende Kompatibilität in Bezug auf die Einstellparameter und Datenformate sorgt. Die Abwärtskompatibilität ist gewährleistet, da eine Festlegung getroffen wurde, wie sich die Geräte in einem hybriden 1394a/1394b-Netzwerk im Interesse eines transparenten Betriebs zu organisieren haben. Insgesamt scheint es bei den Frameraten und Auflösungen einen ungebrochenen Aufwärtstrend zu geben, da die Übertragung der damit einhergehenden großen Datenmengen immer praktikabler wird. Sicher erscheint auch, dass industrielle Anwender zwischen verschiedenen Architekturen wählen möchten, ohne durch Restriktionen der Bildaufnehmer eingeschränkt zu sein. Sony etwa ist seit jeher aktiv für die Definition von Standards wie IEEE1394, 1394a und nun auch 1394b eingetreten und hat seine Kunden mit einer umfassenden Produktpalette für diese Standards unterstützt. Ebenso präsentierte Sony kürzlich eine ganze Reihe Camera-Link kompatibler Kameras. Hierdurch nämlich ist sichergestellt, dass das Unternehmen sämtliche Marktnischen abdeckt, von denen es sich lohnende Umsätze verspricht.
Zweifellos besteht in bestimmten Marktsparten eine Überlappung zwischen IEEE1394 und Camera-Link Produkten. Aufgrund der erheblichen Unterschiede zwischen beiden Standards werden jedoch beide Lösungen – abhängig von der jeweiligen Applikation – ihren Platz finden. Anwender, die weiterhin mit einer Frame-Grabber-Architektur arbeiten wollen oder sehr hohe Datenraten über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einer einzigen Kamera wünschen, werden sich vorzugsweise für eine Camera Link-Lösung entscheiden. Andere Benutzer werden dagegen von der Netzwerk-Architektur des IEEE1394b-Standards angetan sein, mit der sich dezentrale Systeme aus mehreren Bildaufnehmern und Verarbeitungseinheiten aufbauen lassen.
Es müssen jedoch noch weitere Faktoren ins Kalkül gezogen werden. Da Camera Link relativ große Steckverbinder benötigt, lässt sich die Kompaktheit einer IEEE1394b-Lösung hier nicht ganz erreichen, obwohl Sony bereits ein alternatives Anschluss-Schema ersonnen hat, das trotz eines kleineren Formats die Kompatibilität zum Camera Link-Standard beibehält.
Die Tatsache, dass Sony im zweiten Halbjahr 2004 mehrere IEEE1394b und Camera Link-kompatible Produkte auf den Markt gebracht hat, unterstreicht die Entschlossenheit des Unternehmens, die Digitalisierung fortzusetzen und seinen Kunden aus einer Hand eine möglichst vielfältige Produktpalette zu offerieren. Für das Jahr 2005 plant Sony außerdem die Einführung von intelligenten Smart Cameras, um das umfangreichste Angebot an digitalen Kameras für industrielle Anwendungen weiter abzurunden. Smart Cameras enthalten außer dem eigentlichen Kamerateil auch die Verkabelung und die Verarbeitungseinheit und sind deshalb in der Anschaffung und Installation unter Umständen kostengünstiger als Lösungen auf PC-Basis. Durch ihre einheitlichen Gehäuse werden sie überdies erheblich einfacher in Industrie und Produktionsumgebungen zu integrieren sein. Die reduzierte Anzahl beweglicher Teile schließlich dürfte die Zuverlässigkeit gegenüber existierenden Lösungen verbessern. Durch die Kompatibilität der Kameras zur Endanwender-Software wird es möglich sein, dem Benutzer einfache Paketlösungen in die Hand zu geben.
Die Umstellung auf digitale Bildverarbeitung in der Industrie ist mittlerweile nicht mehr aufzuhalten. Begünstigt wird dieser Trend durch die Notwendigkeit, Bewegungen zu erfassen, höhere Bildauflösungen zu unterstützen, die Kameras fernzusteuern, präzisere Bilddaten zu erfassen und kostengünstigere Schnittstellen zu verwenden. Gleichzeitig wird digitale Rechner- und Datenverarbeitungsleistung immer einfacher verfügbar, so dass sich die vom Bildaufnehmer gelieferten Daten automatisch zu aussagefähigen Informationen aufbereiten lassen. Branchenführer wie Sony bieten bereits heute eine lückenlose Palette von Kameras auf Basis der neuesten industriellen Netzwerk-Standards, so dass dem Wandel von analogen zu digitalen Lösungen nichts mehr im Weg steht. Der Trend dürfte sich weiter stetig verstärken, und zwar ganz im Sinne der Anwender, die von der fortschreitenden Technologie am meisten profitieren.
Sony Europe
QE 532
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