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Bildverarbeitung: USB 3.1 für die industrielle Bildverarbeitung

Das USB Implementers Forum (USB-IF) hat im Januar 2013 eine neue USB-3.0-Spezifikation mit einer Übertragungsrate von 10 Gbit/s statt der bisherigen 5 Gbit/s angekündigt. Was sich daraus für die industrielle Bildverarbeitung erwarten lässt, erläutert Oliver Senghaas von IDS.

Projektkamera-Serie USB3 uEye LE Rev. 2 Bildquelle: © IDS Imaging Development Systems

Die Projektkamera-Serie 'USB3 uEye LE Rev. 2' ermöglicht als erste USB-Industriekamera den Anschluss über USB 3.1 Type C.

Oliver Senghaas von IDS Imaging Development Systems Bildquelle: © IDS Imaging Development Systems

Oliver Senghaas, Marketingleiter beim Industriekamera-Hersteller IDS Imaging Development Systems: "Mit Industrie­kameras mit 10 Gbit/s Übertragungs­rate rechnen wir erst später im Jahr 2017."

Herr Senghaas, die Ankündigung des USB-IF liegt geraume Zeit zurück – wann ist mit den ersten USB-3.1- beziehungsweise ‚Superspeed Plus‘-Industriekameras zu rechnen?
Senghaas
: An dieser Stelle sind ein paar Punkte zu klären: Die USB-3.1-Spezifikation bezieht sich nur auf die Bandbreite – bei ‚Superspeed Plus‘ reden wir von 10Gbit/s und USB3.1 Gen.2, während USB3.1 Gen.1 nur eine Übertragungsrate von 5Gbit/s bietet. Im Fahrwasser von USB3.1 gibt es zudem eine neue Spezifikation für den Anschluss, nämlich Type-C. Diese definiert universellere, verdrehsichere Steckverbinder mit mehr Kontakten.

Was Stecker und Kabel betrifft, ist für USB3.1 Gen.2 alles vorbereitet. Die ersten Chipsätze jedoch, die sich für den Einsatz in kleinen Industriekameras eignen, werden voraussichtlich erst Anfang 2017 erhältlich sein. Einigen Aufwand für Kabel- und Kamerahersteller wird zudem eine dritte USB-Spezifikation, das sogenannte ‚USB Power Delivery‘ (PD) verursachen – wobei diese Spezifikation nichts mit dem Stecker und der Bandbreite zu tun hat. Letztlich wird wohl leider noch eine ganze Weile des Jahres 2017 verstreichen, bis wir eine USB-3.1-Gen.-2-Industriekamera mit 10Gbit/s Übertragungsrate sehen werden.

Mit der Verdoppelung der Bandbreite würde USB 3.1 künftig die gleichen Geschwindigkeiten wie etwa die CameraLink- und die 10-Gigabit-Ethernet-Schnittstelle erreichen. Wo liegen dann die Vorteile von USB3.1 im Vergleich zu anderen BV-Schnittstellen?
Senghaas:
Ganz klar punkten kann USB generell bei der weit verbreiteten Verfügbarkeit des Anschlusses – die ja auch durch die Hersteller von PCs und Consumer-Elektronik angetrieben wird –, beim einfacheren Handling – Stichwort Plug & Play – und natürlich beim Preis. So sind selbst bei hochperformanten Mehrkamerasystemen mit bis zu 16 Kameras beispielsweise so gut wie keine zusätzlichen Komponenten notwendig, außer gegebenenfalls PC-Einsteckkarten oder Hubs.

Welche Unterschiede zwischen USB 3.1 und USB 3.0 – neben der höheren Übertragungsrate – sind für den Anwender darüber hinaus von Vorteil?
Senghaas:
Ein wesentlicher Vorteil leitet sich aus der höheren Bandbreite ab. Damit wird künftig der Einsatz noch leistungsstärkerer Sensoren mit höherer Auflösung und schnelleren Frameraten möglich sein. Weitere Pluspunkte ergeben sich aus den beiden Spezifikationen Type-C und USB PD, die die Anschlusstechnik und die Spannungsversorgung definieren. So sind die Steckverbinder USB 3.1 Type C nicht nur verdrehsicher, sondern auch mit mehr Kontakten ausgestattet. Ergo können neben den USB-Signalen höhere Ströme und weitere Signale wie PCI-Express, DisplayPort oder Audio transportiert werden. Zudem entfällt die Unterscheidung in Geräte- und Host-Seite, die Kabel haben auf beiden Seiten die gleichen Stecker.

USB PD Power Delivery bietet für Bildverarbeitungs-Anwender ebenfalls interessante Optionen: Die beteiligten Geräte handeln selbst aus, wer Strom liefert und wer ihn aufnimmt. Maximal lassen sich 20V und 5A transportieren, also 100W. Damit könnte beispielsweise ein an die Kamera angeschlossener Blitz direkt über den USB-Anschluss mit Strom versorgt werden, ein zusätzliches Netzteil für das Flash-System wäre überflüssig.

IDS hat mit der ‚USB 3 uEye LE‘ eine erste Industriekamera-Serie mit USB-3.1-Anschluss angekündigt. Sie bietet den neuen Stecker, aber noch nicht die Übertragungsrate von 10GBit/s. Warum dieser Schritt?
Senghaas:
Es handelt sich hier um eine USB-3.1-Gen.-1-Kamera mit Type-C-Anschluss. Mit ihr können Anwender schon jetzt die Vorteile des neuen Steckers nutzen. Gleichzeitig machen wir einen ersten Schritt in Richtung ‚Superspeed Plus‘-Industriekamera. IDS gilt als Pionier in Sachen USB-Industriekameras; wir setzen voll auf die nächste USB-Entwicklungsstufe und wollen dem Anwender signalisieren, dass wir von Anfang an dabei sind. Wir beschäftigen uns mit der Technologie und sammeln Erfahrungen. Sobald dann die ersten geeigneten USB-3.1-Gen.-2-Chipsätze verfügbar sind, werden wir bestens vorbereitet sein.

Derzeit erlebt der Ethernet-Anschluss bei den Industriekameras eine Art Comeback. Wie sehen Sie diese Entwicklung?
Senghaas:
Ethernet ist eine bekannte und bewährte Technologie – in vielen Unternehmen ist die Infrastruktur bereits vorhanden, neue Kabel sind schnell und einfach verlegt. Des Weiteren sind Kabellängen bis 100 m möglich, was die Anschlussflexibilität erhöht. Daher stehen Industriekameras mit Ethernet-Anschluss für uns ebenso im Fokus wie die USB-Schnittstelle; entsprechend treiben wir den Ausbau auch unserer GigE-Kamera-Palette voran. Auf der ‚Vision‘ in Stuttgart stellen wir unter anderem eine GigE-Industriekamera mit IP65/67-Gehäuse und M12-X-Type-Rundsteckverbinder vor, die die hohe Bandbreite der Schnittstelle ausschöpft und für Einsätze in der Fabrikautomation oder unter rauesten Umgebungsbedingungen ausgelegt ist. Auch unsere erste GigE-Vision-Kamera wird in Stuttgart präsentiert.