マシンビジョンに適切なケーブルとコネクタの選択

図1。トラックテスト

マシン ビジョン システムは多数のコンポーネント パーツで構成されており、可能な限り最高のパフォーマンスを得るにはこれらすべてを最適化する必要があります。 カメラをビジョン システムまたは PC にリンクするための適切なケーブルとコネクタの選択は、これの重要な部分の 1 つであり、特定のアプリケーションによって左右されます。 主な要素には次のようなものがあります。

多くの場合、既製のケーブルで十分ですが、アプリケーション固有のケーブルを製造する必要がある場合もあります。

これは、一般的に使用する必要のあるデータ送信規格を決定するため、マシン ビジョン アプリケーションにとって基本的な考慮事項です。 一般に、GigE Vision、2.5GBASE-T、5GBASE-T、10GigE などのイーサネットベースの規格では、リピータを使用せずに最長距離 (最大 100 メートル) の伝送が可能ですが、Camera Link HS と CoaXPress が最速のデータを提供します。転送速度は向上しますが、距離は短くなります。 一部のアプリケーションでは、優先インターフェイスで許可されている長さよりも長いケーブル長が必要です。 銅ベースで最適化された伝送材料を使用することで、中距離の延長ケーブル ソリューションが可能になります。 長いケーブル長が必要で、より適切なインターフェイスを使用できない場合は、通常長さを標準長の 2 ～ 4 倍に延長できるリピータを利用できます。 さらに長距離の場合は、USB、Camera Link、Camera Link HS、CoaXPress、イーサネット インターフェイスで光ファイバー ケーブル ソリューションを利用でき、マルチモード ファイバーでケーブル長を最大数百メートル、シングル モードで最大数キロメートルまで延長できます。繊維。

図2。ねじり試験と屈曲試験

ほとんどのケーブルはある程度の柔軟性を備えており、システム シャーシやマシンにフィットします。 ただし、ロボットなど、カメラが移動するアプリケーションの場合は、継続的な曲げや経時的な屈曲に耐えるように設計されたケーブルを使用する必要があります。 これらのロボットまたはトラックグレードのケーブルは、ロボット システムやドラッグ チェーンでの使用をシミュレートするために、繰り返しの動作でテストされます。 ケーブルは、屈曲の最小半径角度と、一定期間内の屈曲の数によって特徴付けられます。 ドラッグ チェーンは、常に動く機械部品に接続されているケーブルを保護する手段です。 ドラッグ チェーンは、ケーブルの最小曲げ半径を下回らないようにします。 トラックグレードのケーブルは通常、最小半径で 100 万回以上の屈曲に耐えるように設計されています。 ロボットグレードのケーブルは、指定された長さにわたってケーブルを最大 360 度繰り返しねじることを指定する追加のねじり曲げテストを実施します。 これは、ロボット アームとの接続に使用されるケーブルにかかる応力をシミュレートします。 ほとんどのインターフェイス ケーブルは、これらの高フレックス形式で入手できます。

ケーブルを引っ張ったり、衝撃や振動によって誤ってケーブルが外れないように、ロック可能なコネクタの使用が推奨されます。 多くの産業用および商用インターフェイス ソリューションでは、ロックするコネクタが指定されており、このタイプのコネクタは、アナログ システム用の BNC (バヨネット ロック) やヒロセ (プッシュプル)、カメラ リンク用の MDR26 など、すべてのマシン ビジョン伝送規格で使用できます (イーサネット用の CAT5e/CAT6 (ネジ止め可能) および CAT5e/CAT6 (ネジ止め可能)。

図3.コネクタタイプの選択

通常、ケーブルは既製のものを購入し、現場で配線することはありません。 ほとんどのケーブルでは、コネクタはケーブルに沿って直接固定されますが、スペースが限られている用途では、コネクタを特定の角度で回転させたさまざまなタイプのコネクタが利用可能です。 ケーブルがバルクヘッドや、ケーブル コネクタが入らない狭い場所を通過する必要がある場合に問題が発生することがよくあります。 したがって、スペースが限られていると、配線ソリューションが複雑になることがよくあります。 多くのデジタル インターフェイス規格では、ケーブルを自己配線する機能は非常に複雑な作業であり、正しく製造されていない場合はデータ エラーが発生する可能性があります。 これらの問題を克服するために、困難なケーブル シナリオを簡単に実装できる、さまざまな角度付きコネクタやバルクヘッド コネクタ ソリューションが用意されています。 場合によっては、ハウジングまたはコア壁を通して顧客固有のケーブル アセンブリを作成することが最善の解決策となる場合があります。

多くの環境要件がケーブルの選択に影響を与える可能性があります。 これらには、温度、可燃性、ガス放出、UV耐性、溶剤、液体および耐水性、EMIおよびRFI干渉が含まれます。つまり、製造にはさまざまな異なる材料を使用する必要があります。

火災が発生した場合、従来の PVC ケーブルは塩酸を含む濃い有毒な黒煙を発生させて燃えます。 この煙は吸入すると危険であり、視界が大幅に低下し、腐食性があります。 したがって、ハロゲンフリー ケーブルは、安全性に重要な利点をもたらし、環境へのダメージも軽減するため、業界標準または産業用途で頻繁に指定されています。 使用される材料には名目上、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素が含まれていません。 つまり、フッ素樹脂、PVC（ポリ塩化ビニル）、一部の難燃剤などの一般的な素材は使用できません。 「ハロゲンフリー」ケーブルは DIN VDE 0472 に従って分類されていますが、これにより 0.2 % までの塩素と 0.1 % までのフッ素の使用が許可されます。 火災の際、ハロゲンフリー ケーブルは毒性が低く腐食性のないかすかな煙しか発生しないため、濃い煙によってデータが破壊される可能性があるハードディスク ドライブなどのコンピュータ ストレージ メディアへのダメージを大幅に軽減します。 PVC やフタル酸エステル (軟化剤) を使用せずに製造されたケーブルは環境への悪影響も少なく、金属コアを除去した後は安全にリサイクルまたは廃棄できます。

図4.ケーブルテストベンチ

ただし、ハロゲンフリー ケーブルを「低煙ゼロハロゲン」(LSZH) または「低煙ハロゲンフリー」(LSOH) という用語と混同しないでください。 ハロゲンフリーは、火災または可燃性の場合のケーブル材料の挙動を定義します。 ただし、「低煙」では、煙の発生がほとんどないことが必要です。 「ゼロハロゲン」では、ハロゲンが放出されず、腐食性またはエッチング性の酸も放出されないことが必要です。 低煙ゼロハロゲンの人気が高まっており、鉄道業界などで人や機器を有毒な腐食性ガスから保護する必要がある場合に要件となることがあります。

産業用途で使用される潤滑剤、グリース、油圧作動油は、環境上のニーズを満たすために生分解性を備えたものが増えています。 ただし、これらのバイオオイルは攻撃性が高く、従来のケーブル絶縁体やジャケットの材料が膨張したり、分解したりする可能性があります。 これを克服するために、耐油ケーブルの製造には変性ポリマーが使用されています。 これらは、油汚れが発生しやすい用途での長寿命を保証するために、厳しいテストを受けています。

シリコンおよびファットフリーのケーブルは、自動車の塗装またはコーティング工場での用途に使用されます。 使用するケーブルには、塗装の濡れを妨げる可能性のある物質が含まれていてはなりません。

通常、標準的な産業用カメラは、最大 40 °C ～ 50 °C の温度範囲で動作します。 80 °C を超えるアプリケーションは例外です。 ただし、CAT6 ネットワーク ケーブルなどの一部のケーブル タイプでは、これらのレベルを超えて動作を拡張する材質のケーブルを供給することが可能です。 -40° ～ +180 °C (短期間の場合は +250 °C まで) の温度範囲では、PTFE、FEP、または PFA 絶縁のテフロン ケーブルを使用できます。 耐薬品性や耐洗剤性にも優れているため、医療用途や食品用途などに多く使用されています。

クリーンルーム条件で使用されるケーブルは、微粒子を生成してはなりません。 ニッケルメッキのフルメタルエンドキャップには、PUR（ポリウレタン）などの安定した表面を与えるために真空焼成された材料が使用されます。 さらに、これらのケーブルは、フラックス材料を使用せず、鉛フリー圧着技術を使用して製造されています。

図5.ケーブルテスト証明書

すべてのケーブルは、既製のものであろうと特別に作られたものであろうと、完全にテストして、正しいポイントツーポイント接続が行われていることを確認する必要があります。 専門のケーブル製造能力はさらに進化します。 専門の試験装置を使用して、個々のラインの自動遷移抵抗試験をポイントごとに行うことができます。 これにより、基本的な導通テストを超えて、ケーブルの不規則性を特定することができます。 専門のテスト機器を使用してさまざまなコネクタの組み合わせをチェックでき、必要に応じて、顧客固有のケーブル セットを特製のアダプタを介してフレーム グラバーに接続して、データ伝送の検証を実行できます。 完全な短絡テスト手順を実行して、考えられるすべての接点の組み合わせとエンクロージャのスクリーニングをチェックすることもできます。 このようにして、ケーブルごとに個別のテスト証明書を作成できます。V&S

マーク・ウィリアムソン彼は英国の Stemmer Imaging Ltd のマネージング ディレクターであり、Stemmer Imaging AG の上級幹部チームのメンバーです。 詳細については、+44 1252 780000 に電話するか、[email protected] に電子メールを送信するか、www.stemmer-imaging.co.uk にアクセスしてください。