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01.03.2019 Anzeige

Doppelte Geschwindigkeit für Anwendungen in der industriellen Bildverarbeitung

CoaXPress 2.0 bietet die doppelte Geschwindigkeit, das GenICam-Event-Packet sowie Multi-Destination, d. h. Bilddaten können auf verschiedene Framegrabber verteilt werden.

Als Interface für hohe Datenraten hat sich inzwischen die CoaXPress Schnittstelle deutlich durchgesetzt. Über 40 verschiedene Firmen unterstützen inzwischen den im Jahr 2011 eingeführten Standard mit einer Vielzahl an Produkten: Kameras, Framegrabber, Kabel, IP-Cores, Referenzdesigns und vieles mehr erlauben Vision-Entwicklern aus einem breiten Portofolio an Hard- und Software zu schöpfen, um anspruchsvolle Anwendungen umzusetzen.

Der Erfolg von CoaXPress liegt im Wesentlichen begründet in drei Eigenschaften, die das Interface gegenüber den anderen etablierten Alternativen Camera Link und "hardware-freien" Lösungen wie GigE Vision und USB3 Vision abheben:

  • Hohe Datenraten von 6.25 Gbps über einen CXP-Link, steigerbar auf 25 Gbps durch die Aggregation von bis zu vier Links erlauben heute den Betrieb von z. B. 25 Megapixel bei bis zu 80 Bilder/s
  • Günstige, einfache, robuste, dünne und vor allem lange Verkabelung zwischen Kamera und Framegrabber. Über eine einzige Koaxleitung werden Bilddaten, Kamera-Kontrolldaten und sogar die Stromversorgung übertragen.
  • Garantiertes Echtzeit-Verhalten einschließlich Realtime-Triggerung und minimaler Datenlatenz bei der Übertragung sowohl bei hohen Datenraten als auch bei komplexen Multi-Kamera-Setups.

Die umgesetzten Anwendungen finden sich heute in Bereichen wie Medical Packaging, Wafer und Wafer-Masken-Inspektion sowie Realtime-Partikelanalyse. Allen CoaXPress-Anwendungen ist gemein, dass hoher Datendurchsatz mit hohe Transfer-Verlässlichkeit und hohem zeitlichen Determinismus kombiniert sind.

Die Entwicklungen im Sensor- und damit auch im Kamerabereich stehen nie still. Auflösungen und Bildraten wachsen kontinuierlich und Sensorhersteller wie GPixel bieten Lösungen mit fast 4 GB/s an (Global Shutter CMOS Sensor aus der GMAX Serie mit 25 Megapixel bei 150 Bilder/s). Auch der vermehrte Einsatz von Farb- oder gar Multi-Spektralkameras lassen den Bandbreitenbedarf eines BV-Systems immer weiter steigern.

CoaXPress 2.0 bietet gegenüber der Version 1.1.1 die doppelte Geschwindigkeit, das GenICam-Event-Packet sowie Multi-Destination, d.h. Bilddaten können auf verschiedene Framegrabber verteilt werden.

Die wichtigsten Verbesserungen von CoaXpress 2.0 gegenüber der Version 1.1.1 sind:

  • Verdopplung der Geschwindigkeit: Neben den bisherigen Datenraten von 6.25 Gbps über einen CXP-Link werden 10 Gbps (CXP-10) und 12.5 Gbps (CXP-12) eingeführt. Damit steigt die Datenrate bei Verwendung aller 4 CXP-Links auf bis zu 5 GB/s. Parallel zur Verdopplung des Transfervolumens wird auch die Uplink-Geschwindigkeit verdoppelt: Hiermit sind dann Triggerraten von bis zu 500 kHz über die Standardverkabelung stabil möglich.
  • GenICam Event-Packets: Nun können vergleichbar zur GigE/USB3 Vision auch CXP-Kameras zusätzliche Informationen (wie z. B. interne Temperaturen, IO Status etc.) übertragen und dem System zu noch mehr Transparenz verhelfen.
  • Mit Multi-Destination wird es möglich sein, dass ein Sender (= Kamera) Bilddaten auf verschiedene Framegrabber verteilt. So lassen sich BV-Systeme dann auch von der Verarbeitungsleistung her beliebig nach oben skalieren.

Demonstrationen und Produkte auf Basis von CoaxPress 2.0 wurden von verschiedensten Herstellern erstmalig auf der VISION 2018 gezeigt.
Ein Beispiel hierfür ist einer der ersten CXP 2.0 Framegrabber, das Rapixo Board von Matrox Imaging. Das Board unterstützt mit vier CXP-Links sowohl die bisherige CXP-6-Geschwindigkeit als auch den neuen CXP-12-Linkspeed von Coaxpress 2. Damit ist das Board sowohl für heute verbreitete Kameras als auch die zukünftige Generation einsetzbar. Mit dem PCIe 3.1 x8 Host Interface werden die bis zu 4 GB/s Datenrate, unterstützt von bis zu 4 GB onboard Memory, stabil, sicher und latenzfrei zum PC übertragen. Die flexiblen Trigger- und IO-Funktionen des Boards erlauben das Aufsetzen von Systemen mit komplexen zeitlichen Ablauf- und Triggerzyklen. Dies ist ein großer Vorteil bei der Integration z. B. in AOI Syteme mit schnellem Umschalten verschiedener Beleuchtungsszenarien oder bei Track-and-Trace-Anlagen, in denen Produkte lückenlos innerhalb der Produktmaschine verfolgt werden müssen.

Das vollständig lüfterlose Design des Boards stellt sicher, dass es auch im raueren Industrieumfeld im Dauerbetrieb ohne Maintenance-Unterbrechungen verwendet werden kann. Die Matrox-Produktphilosophie garantiert durch die sorgfältige Auswahl der verwendeten Elektronik-Bauteile eine hohe Verfügbarkeit und einen langen, kontrollierten Lebenszyklus, der sogar Revision Change Control und Copy-Exact-Prozesse erlaubt.

Rapixo ist aber weit mehr als ein reiner CXP 2.0 Framegrabber. Zusätzliche Produktoptionen integrieren einen Xilix Kintex UltraScale FPGA, der an bis zu 8 GB Speicher mit einer Geschwindigkeit von 34 GB/s angeschlossen ist. In Kombination mit dem Matrox FPGA Development Kit (FDK) können kundenspezifische Algorithmen direkt auf das Board integriert werden. Dies geschieht entweder in Form des Matrox Professional Service als Dienstleistung. Alternativ können Anwender unter Verwendung der Vivado High-Level Syntehesis (HLS) selbst in C/C++ entwickeln und mit dem Vivoado IP Integrator den Code direkt in den FPGA spielen. Damit erweitert sich das Rapixo Board von der reinen Datenerfassung hin zu einem flexibel anpassbaren Rechenkraftwerk zur Vorverarbeitung der Daten und hebt anspruchsvolle Anwendungen auf ein neues Niveau.

Vivado IP-Integrator

Mit dem Matrox FPGA Development Kit (FDK) können kundenspezifische Algorithmen direkt auf dem Framegrabber integriert werden.

Neben dem leistungsfähigen Matrox Rapixo Framegrabber wird CoaXPress 2 aber auch im Bereich der industriellen Kameras wesentliche Performance-Steigerungen erlauben. Neben der Realtime-Fähigkeit einer grabberbasierten Lösung ist die Tatsache besonders interessant, dass man mit nur einem einzigen, sehr günstigen Koax-Kabel die Geschwindigkeit GigE und sogar von Camera Link Full übertrifft und dabei gleichzeitig die Einschränkung der Kabellänge von USB3 umgeht. Auf der VISION in Stuttgart stellten namhafte Kamerahersteller Produkte dazu vor. Adimec hat eine Anwendung mit CXP-12 Geschwindigkeit gezeigt und im Laufe des Jahres dann schnelle, hochauflösende 65 Megapixel Kameras mit CoaXPress 2 vorgestellt. Auch Basler wird mit Lösungen auf der Basis dieses neuen Interface aktiv und ab Mitte 2019 das neue Basler Performance Segment bilden. Zusätzlich arbeiten weitere Flächen- und Zeilenkamerahersteller bereits an diesem neuen Interface und werden erste Lösungen vorstellen.

CoaxPress 2 wird sich schnell zum neuen Standard im Bereich der Anwendungen mit hohen Datenraten durchsetzen, da es mit seinen technischen Vorteilen für Anbieter von Bildverarbeitungslösungen eine optimale Lösung darstellt, die Geschwindigkeit der Systeme deutlich zu steigern. Es wird von einer breiten Basis unterschiedlicher Hardware-Hersteller implementiert, so dass eine rasche Verfügbarkeit und Marktakzeptanz zu erwarten ist.

RAUSCHER GmbH
Johann-G.Gutenberg-Str. 20
82140 Olching
Tel: 0 81 42 / 4 48 41-0
Fax: 0 81 42 / 4 48 41-90
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