USB 3.0 Flächenkameras für die industrielle Bildverarbeitung
USB 3.0 ist die schnellste Schnittstelle, die ohne jede Zusatzhardware auskommt. Kein Frame Grabber, keine Netzwerkkarte, kein Netzteil. Das Kabel liefert Daten und Strom zugleich, und die Kamera meldet sich beim Einstecken. Der Preis dafür ist die Reichweite: passiv sind rund 5 Meter möglich.
Im Sortiment stehen 135 Modelle mit Auflösungen von 0,3 bis 25 Megapixel. 71 Modelle liefern ein monochromes Bild, 62 ein farbiges. Neben unserem Standardsortiment liefern wir auf Anfrage selbstverständlich auch alle anderen bekannten Marken, exakt auf Ihre Anforderungen zugeschnitten.
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Produkte im Überblick
USB 3.0 auslegen: Kabellänge, Controller und Datenrate
USB 3.0 ist die schnellste Schnittstelle, die ohne jede Zusatzhardware auskommt. Kein Frame Grabber, keine Netzwerkkarte, kein Netzteil. Kabel einstecken und die Kamera läuft. Dafür bringt sie eine Einschränkung mit, die jede andere Überlegung dominiert: die Kabellänge. Wer sie beim Aufbau übersieht, merkt es erst bei der Montage. Diese Seite geht die drei Punkte durch, an denen USB 3.0 Projekte scheitern oder gelingen. Alle Schnittstellen im Vergleich zeigt die Oberkategorie Flächenkameras.
Die Kabellänge ist die harte Grenze
Passive USB-3.0-Kabel sind auf rund 5 Meter beschränkt. Das ist keine Empfehlung, sondern eine Eigenschaft der Signalübertragung. Darüber hinaus braucht es aktive Kabel mit eingebautem Verstärker oder eine Umsetzung auf Glasfaser, und beides kostet mehr als der Wechsel auf eine andere Schnittstelle.
Rechnen Sie den Weg vor dem Kauf durch, und zwar den tatsächlichen: von der Kamera über die Schleppkette, durch den Kabelkanal, in den Schaltschrank. Ein Beispiel: Kamera am Portal, 1,5 Meter bis zur Kette, 2 Meter Kettenweg, 1,5 Meter im Kanal, 1 Meter im Schrank. Das sind 6 Meter und damit bereits außerhalb dessen, was passiv geht. In genau dieser Situation ist GigE mit seinen 100 Metern die einfachere Wahl, auch wenn USB rechnerisch mehr Bandbreite hätte.
Zweiter Punkt an der Mechanik: Der Micro-B-Stecker hält Vibration nur mit Schraubsicherung zuverlässig. Ohne sie löst er sich im Dauerbetrieb, und der Ausfall sieht aus wie ein Kamerafehler. Konfektionierte Leitungen mit Verriegelung finden Sie unter Zubehör und Kabel.
Datenrate und was davon ankommt
USB 3.0 überträgt mit 5 Gigabit je Sekunde. Nach Abzug der Codierung und des Protokollaufwands bleiben in der Praxis rund 400 Megabyte je Sekunde. Das ist etwa das Vierfache von GigE und etwa ein Drittel von 10 GigE. Die benötigte Datenrate ergibt sich aus Pixelzahl mal Bytes je Pixel mal Bildrate.
| Auflösung | Monochrom, 8 Bit | Monochrom, 12 Bit | Farbe, 8 Bit je Kanal |
|---|---|---|---|
| 0,4 MP | rund 1000 fps | rund 500 fps | rund 333 fps |
| 2 MP | rund 200 fps | rund 100 fps | rund 66 fps |
| 5 MP | rund 80 fps | rund 40 fps | rund 26 fps |
| 12 MP | rund 33 fps | rund 16 fps | rund 11 fps |
| 20 MP | rund 20 fps | rund 10 fps | rund 6 fps |
| 25 MP | rund 16 fps | rund 8 fps | rund 5 fps |
Die Werte sind Grenzen der Schnittstelle, keine Kameradaten. Sehr hohe Bildraten erreichen Kameras üblicherweise nur mit verkleinertem Bildausschnitt. Wer 800 Bilder je Sekunde liest, liest sie nicht über den vollen Sensor.
Der Host-Controller entscheidet bei mehreren Kameras
Der häufigste Fehler betrifft nicht die einzelne Kamera, sondern die zweite. Die Anschlüsse eines Rechners hängen meist an einem gemeinsamen Controller. Zwei Kameras an zwei Buchsen desselben Controllers teilen sich dieselben 400 Megabyte je Sekunde, auch wenn es nach zwei getrennten Wegen aussieht.
Sauber wird es so: je Kamera ein eigener Controller. In der Praxis heißt das eine Einsteckkarte mit mehreren getrennten Controllern statt der Bordanschlüsse. Prüfen Sie im Gerätemanager, welche Buchse an welchem Controller hängt, bevor Sie die Kameras verteilen. Alternativ lösen Sie die Kameras zeitlich versetzt aus, dann sendet nie mehr als eine gleichzeitig.
Stromversorgung über das Kabel
USB 3.0 liefert 900 Milliampere bei 5 Volt, also 4,5 Watt je Anschluss. Kompakte Kameras kommen damit aus, das ist ein echter Vorteil gegenüber Schnittstellen, die eine zweite Leitung brauchen. Bei größeren Sensoren und hoher Bildrate wird es knapp. Achten Sie außerdem auf die Summe: Ein Rechner, der vier Kameras gleichzeitig versorgt, muss 18 Watt allein über die USB-Anschlüsse bereitstellen.
Auflösung, Sensorgröße und Objektiv
Die Pixelzahl folgt aus dem kleinsten Merkmal, das Sie sicher erkennen müssen. Als Faustregel gelten drei Pixel je Merkmal für eine Anwesenheitsprüfung und zehn Pixel je Merkmal für eine Messung mit Toleranzangabe. Ein Beispiel: Ein Bauteil ist 60 Millimeter breit, das kleinste Merkmal misst 0,15 Millimeter und soll vermessen werden. 60 geteilt durch 0,15 sind 400 Merkmale, mal 10 Pixel ergibt 4000 Pixel Sensorbreite, also eine Kamera im Bereich um 12 Megapixel.
Die zweite Größe ist die Sensordiagonale, im Sortiment von 1/4 Zoll bis 1 Zoll. Sie bestimmt, welches Objektiv passt, denn dessen Bildkreis muss die Diagonale vollständig abdecken. Ein zu kleiner Bildkreis erzeugt dunkle Bildecken. Dazu gehört eine abgestimmte Beleuchtung, denn kurze Belichtungszeiten bei hoher Bildrate verlangen viel Licht.
Wann USB 3.0 die richtige und wann die falsche Wahl ist
USB 3.0 passt an Prüfplätzen und in kompakten Zellen, wo der Rechner nahe steht, wo es schnell gehen soll und wo niemand eine Netzwerkinfrastruktur aufbauen will. Es passt nicht, wenn der Weg länger als fünf Meter ist, wenn mehrere schnelle Kameras an einem Rechner zusammenlaufen oder wenn der Auslösezeitpunkt exakt festliegen muss. Für den ersten Fall ist GigE die Antwort, für den zweiten 10 GigE, für den dritten Camera Link oder CoaXPress mit einem Frame Grabber. Das gesamte Programm zeigt die Produktübersicht.
Häufige Fragen zu USB 3.0 Flächenkameras
Wie lang darf das USB-Kabel sein?
Passiv rund 5 Meter. Darüber hinaus brauchen Sie ein aktives Kabel mit eingebautem Verstärker oder eine Umsetzung auf Glasfaser. Rechnen Sie den tatsächlichen Kabelweg durch, inklusive Schleppkette und Kabelkanal. Wird es länger, ist GigE mit seinen 100 Metern in der Regel die günstigere Lösung.
Wie viele Kameras kann ich an einen Rechner hängen?
Das begrenzt nicht die Zahl der Buchsen, sondern die Zahl der Controller. Mehrere Anschlüsse hängen meist an einem gemeinsamen Controller und teilen sich dessen Bandbreite. Für mehrere schnelle Kameras brauchen Sie eine Einsteckkarte mit getrennten Controllern oder Sie lösen die Kameras zeitlich versetzt aus.
Wie viel Datenrate schafft USB 3.0 wirklich?
Die Leitung überträgt 5 Gigabit je Sekunde. Nach Abzug von Codierung und Protokoll bleiben rund 400 Megabyte je Sekunde nutzbar. Prüfen Sie Ihre Anwendung mit Pixelzahl mal Bytes je Pixel mal Bildrate, bevor Sie ein Modell auswählen.
Reicht die Stromversorgung über USB?
USB 3.0 liefert 4,5 Watt je Anschluss, also 900 Milliampere bei 5 Volt. Kompakte Kameras kommen damit aus. Bei großen Sensoren und hoher Bildrate wird es knapp, und bei mehreren Kameras an einem Rechner summiert sich der Bedarf.
Wann sollte ich GigE statt USB nehmen?
Sobald der Kabelweg fünf Meter überschreitet, sobald mehrere Kameras auf einen Rechner zulaufen oder sobald die Kamera weit entfernt vom Schaltschrank sitzt. GigE erlaubt 100 Meter, liefert dafür nur rund ein Viertel der Bandbreite von USB 3.0.
Liefern Sie auch Marken außerhalb des Sortiments?
Ja. Im Shop ist unser Standardsortiment gelistet. Auf Anfrage liefern wir selbstverständlich auch alle anderen bekannten Marken der industriellen Bildverarbeitung sowie Sonderausführungen, exakt auf Ihre Anforderungen zugeschnitten.