Definition

Gigabit-Ethernet-Kameras werden in flexiblen Bildverarbeitungssystemen mit Ethernet-Verkabelung eingesetzt. Die kostengünstige Gigabit-Ethernet-Schnittstellentechnologie (GigE) basiert auf dem UDP-Protokoll und ermöglicht Vollduplex-Übertragungen mit bis zu 1,2 Gigabit/s. Neben der Übertragung von Steuerinformationen sind maximal 940 Megabit/s für Bilddaten verfügbar. Datenübertragungen von bis zu 100 Megabyte/s beanspruchen die CPU auch mit optimalen Treibern vergleichsweise stark. Prozessor-Lasten von 3 % bis 8 % sind typisch. Die nutzbare Datenrate nimmt mit der Anzahl der eingesetzten Kameras ab. In Mehrkamerasystemen werden daher anteilig feste Datenraten zugeordnet. Der industrielle Standard ist Gigabit Ethernet for Machine Vision (GigE Vision). Das Ansteuern von Kameras mit unterschiedlicher Schnittstellentechnologie ist mit einer GenApi XML-Datei möglich. Ferndiagnosen und dezentraler Support sind realisierbar, Trigger-Funktionen in Millisekunden-Intervallen unkritisch. Einschränkungen bei der Kabellänge gibt es praktisch nicht. Auch Ein-Kabel-Lösungen für die Bildübertragung und Stromversorgung sind realisierbar. Das Anschließen und Entfernen von GigE-Kameras ist im laufenden Betrieb möglich. Systemische Redundanzen garantieren eine hohe Ausfallsicherheit. Gigabit-Ethernet-Mainboards sind nahezu in alle PC-Systeme integriert. Optional sind Gigabit-Ethernet-Einsteckkarten verfügbar. FrameGrabber werden nicht benötigt.

Funktionsprinzip

GigE Vision ist ein geschlossener Industriestandard für die Kommunikation von GigE-Kameras mit PC-basierten Bildverarbeitungssystemen. GigE Vision ähnelt im Aufbau Ethernet-Netzwerken, verwenden jedoch nicht das TCP/IP-Protokoll zur Herstellung der Verbindung, sondern eine Erweiterung. UDP (User-Datagramm-Protokoll) ermöglicht den Verbindungsaufbau zwischen Anwendungen. Im direkten Vergleich ist UDP zunächst weniger verlässlich, da eine automatische Erkennung von Datenverlusten und Netzwerküberlastungen nicht möglich ist. Andererseits ist mit UDP ohne Sicherheitsmechanismen auch eine gesteigerte Leistung abrufbar. UDP wurde für eine schnellere und dennoch sichere Kommunikation entwickelt. Um dies zu erreichen enthält der GigE Vision Standard zwei weitere Protokolle. Das GigE Vision Control Protocol (GVCP) wird für den Aufbau verlässlicher Datenverbindungen verwendet. Zusätzlich ordnet GVCP den einzelnen Anwendungen unterschiedliche Zugriffsprofile zu. Über eine Unterteilung in primär und sekundär können Abstufungen realisiert werden. Primäre Zugriffsrechte auf die Kamera-Register und damit auf den Funktionsumfang ermöglichen das Auslesen und Verändern der Registereinträge, während für die als sekundär eingestuften Anwendungen nur ein Lesemodus vorgesehen ist. Das GigE Vision Streaming Protocol (GVSP) ist ein Streaming Protokoll für verschiedene Bildformate und Metadaten. Bilder werden mit einem Zeitstempel, Trigger-Informationen und Histogrammen versehen und zur Übermittlung in Datenpakete zerlegt. GVSP überwacht auch die gemeinsame Nutzung der Systemzeit durch mehrere Kameras.

Einsatzbereich

Gigabit-Ethernet-Kameras sind in industriellen Bildverarbeitungssystemen vielseitig einsetzbar. Gigabit-Ethernet ist preisgünstig und eignet sich besonders für lange Übertragungswege. Typisch sind flexible Prüfanwendungen mit hohen Anforderungen an Auflösung und Geschwindigkeit, beispielsweise in automatisierten Qualitätsprüfsystemen. Anwender finden sich in einer Vielzahl von Branchen.