CXP-over-Fiber
Zukunftssichere Bildverarbeitung mit Glasfaser
CoaXPress-over-Fiber (CoF) ist eine Highspeed-Lösung für die industrielle Bildverarbeitung, die die bewährte CXP-Schnittstelle mit den Vorteilen der Glasfaserübertragung verbindet. Im Vergleich zu klassischen Kupferlösungen ermöglicht CXP-over-Fiber größere Distanzen, höhere Bandbreiten und eine zuverlässige, störungsfreie Signalübertragung.
Das Wichtigste zu CXP-over-Fiber
CoaXPress (CXP) hat sich als leistungsfähige Schnittstelle für Machine Vision Kameras etabliert. CXP-over-Fiber ist die Weiterentwicklung, bei der optische Fasern statt Koaxialkabel zum Einsatz kommen. Gegenüber CXP bietet CXP-over-Fiber technische Vorteile:
Sehr hohe Bandbreite von aktuell bis 100 Gbps pro Kamera
Große Reichweite von bis 40 km im Singlefaser-Mode; in Machine Vision meist mit Multifaser-Mode bis 100 m ohne Bandbreitenverlust realisierbar
Immun gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und Funkstörungen (RFI) in Produktionshallen mit großen Elektromotoren, Schweißanlagen, Frequenzumrichtern und bei kabellosen Kommunikationstechnologien
Flexibel erweiterbar und skalierbar
Geringer Platzbedarf durch dünne Kabel, geringes Gewicht
Welche Vorteile bietet CXP-over-Fiber für Vision Systeme?
Durch die Nutzung optischer Fasern ermöglicht die Schnittstelle extrem hohe Datenraten bis 100 Gbps pro Kamera über deutlich größere Distanzen als herkömmliche Koaxialverbindungen. Sie ist unempfindlich gegenüber elektromagnetischen und Funkstörungen, was die Übertragung besonders zuverlässig macht – selbst in anspruchsvollen Industrieumgebungen. Zudem lässt sich die Bandbreite flexibel skalieren, sodass auch datenintensive Anwendungen wie Hochgeschwindigkeits- oder Multikamera-Systeme effizient unterstützt werden können.
Aufbau und Integration von CXP-over-Fiber
CoF basiert auf dem etablierten CoaXPress-Protokoll und lässt sich nahtlos in bestehende Vision Systeme integrieren. Die Umstellung von Kupfer- auf Glasfaserverbindungen, also von CameraLink oder CoaXPress auf CXP-over-Fiber, erfordert neue, zukunftsfähige CoF-Komponenten und optische Verbindungstechnologien. Die Software-Anpassungen an das neue System sind gering.
CXP-over-Fiber bei Basler
Moderne Machine Vision Kameras wie die Basler racer 2 XL Zeilenkamera sowie der programmierbare CXP-over-Fiber-Framegrabber unterstützen die Glasfaseranbindung ohne aufwändige Anpassungen der Systemarchitektur. Die Basler Framegrabber SDK und pylon Software, die pylon vTools und AI vTools, sowie VisualApplets ermöglichen eine intuitive Integration, zuverlässige Steuerung und schnelle Inbetriebnahme. Ein Beispiel für eine CoF-Komplettlösung ist das TDI-Vision System mit TDI-Zeilenkamera und passender Hardware und Software.
Zum TDI-Vision System von BaslerDie Übertragungsmedien im Vergleich: Glasfaser vs. Kupfer
Die technischen und praktischen Unterschiede zwischen Glasfaser- und Kupferkabeln im Kontext von CoaXPress-Schnittstellen liefern eine fundierte Entscheidungsgrundlage für den optimalen Einsatz in Ihrer Anwendung.
Kriterium | CXP-over-Fiber (Glasfaser) | CXP (Kupfer) |
|---|---|---|
Maximale Bandbreite | ab 10 Gbps pro Kanal | bis 12,5 Gbps pro Kanal |
Maximale Kabellänge | Bis zu mehreren km bei Singlefaser-Mode, in MV ca. 100 m im Multifaser-Mode | Bis ca. 40 m |
Anzahl der Kanäle pro Verbindung | Mehrere Kanäle über eine Faser möglich* | Begrenzte Anzahl, meist 1:1 |
Erweiterbarkeit | Einfaches Hinzufügen weiterer Kanäle/Fasern | Begrenzte Erweiterbarkeit |
Zukunftsfähigkeit | Sehr hoch (für neue Kameragenerationen geeignet) | Eingeschränkt durch physikalische Grenzen |
Platzbedarf | Gering (dünne Kabel) | Höher (dickere Kabel) |
* Hinweis:
In einem Transceiver-Modul werden aktuell bis zu 4 Leitungen verbaut. 100G ist als 4x25G, 50G als 2x25G und 25G als 1x25G aufgebaut. Langsamere Kameras verwenden z.B. nur eine der vier Leitungen. Das mögliche Spektrum reicht also von "ein Kanal über eine Faser" bis zu "vier Kanäle über eine Faser". Ein sogenanntes 1:4 Break-Out Kabel könnte 4 "langsame" Kameras, die über eine Leitung angebunden sind, wieder auf ein Transceiver-Modul mit 4 Leitungen im Framegrabber zusammenführen.
Praktische Aspekte zu CXP-over-Fiber
Im industriellen Alltag spielen neben technischen Spezifikationen auch Faktoren wie Installation, Wartung und Handhabung eine entscheidende Rolle. Die folgenden Punkte zeigen, welche praktischen Überlegungen bei der Nutzung von CXP-over-Fiber für Machine Vision Systeme relevant sind.
Installation und Handhabung
Glasfaserkabel sind leichter und flexibler als Kupferkabel. Das erleichtert die Installation insbesondere bei langen Strecken und komplexen Anlagen. Dank geringerem Platzbedarf und einer einfacheren Kabelführung eignen sie sich dank der kleinen Biegeradien von durchschnittlich 60 mm gut für enge oder schwer zugängliche Bereich. Ein Nachteil ist, dass auch optische Kabel brechen können.Kosten (Anschaffung, Wartung)
Die Anschaffungskosten für eine Glasfaserinstallation sind in der Regel höher als für eine Kupferkabellösung. Über die gesamte Lebensdauer betrachtet, gleichen sich die Investitionen jedoch häufig aus, da Glasfaser weniger anfällig für Korrosion und Verschleiß und damit weniger wartungsintensiv ist und durch die höhere Übertragungsqualität Ausfallzeiten minimiert werden.Flexibilität und Skalierbarkeit
Mit CXP-over-Fiber lassen sich Systeme flexibel erweitern und an neue Anforderungen anpassen. Zusätzliche Kameras oder längere Übertragungswege können unkompliziert realisiert werden, ohne dass bestehende Infrastruktur ersetzt werden muss.Zuverlässigkeit im industriellen Umfeld
Glasfaser ist unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen und Funkstörungen, sowie Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit oder Temperaturschwankungen. Das sorgt für eine dauerhaft stabile und zuverlässige Bilddatenübertragung.Leichterer Transport
Das geringe Gewicht von Glasfaser-Komponenten erleichtert den Transport und die Kosten von Systemen erheblich.
Latenz und Signalqualität bei CXP-over-Fiber
CXP-over-Fiber erreicht eine sehr niedrige Latenz und eine konstant hohe Signalqualität – auch über große Distanzen. Glasfaserleitungen übertragen optische Signale nahezu verlustfrei und sind unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen. Dadurch bleibt das Signal auch bei mehreren hundert Metern Kabellänge stabil und klar. Im Vergleich zu Kupferkabeln treten praktisch keine Signalreflexionen, Dämpfungen oder Verzögerungen auf, die die Bildqualität oder die Übertragungsgeschwindigkeit beeinträchtigen könnten.
Die geringe Latenz ist besonders wichtig für zeitkritische Anwendungen, etwa bei der Inline-Inspektion, der Robotersteuerung oder bei Pick-and-Place-Prozessen. Sie sorgt dafür, dass Bilddaten schnell und zuverlässig vom Sensor bis zur Auswertung gelangen. Das ermöglicht eine präzise Prozesssteuerung und hohe Produktivität auch in komplexen Anlagen mit großen Entfernungen zwischen Kamera und Auswerteeinheit.
Glasfaser oder Kupfer? Anwendungsbeispiele und Entscheidungshilfen
Für welche Szenarien empfiehlt sich CXP-over-Fiber, für welche ist die herkömmliche CXP-Schnittstelle vollkommen ausreichend und was kann als Entscheidungsgrundlage dienen?
Typische Szenarien für Glasfaser
CXP-over-Fiber empfiehlt sich überall dort, wo große Distanzen zwischen Kamera und Auswerteeinheit überbrückt werden müssen oder höchste Datenraten gefordert sind. Typische Anwendungen finden sich in weitläufigen Produktionsanlagen, bei der Verkehrsüberwachung, in der medizinischen Bildgebung oder in Multikamera-Systemen. Die verlustarme Übertragung und die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen bieten hier entscheidende Vorteile. Auch im Hinblick auf eine flexible Erweiterbarkeit und Zukunftssicherheit ist Glasfaser die bevorzugte Wahl.
Praxisbeispiel: Effiziente Bildverarbeitung durch verteilte Verarbeitung auf FPGA und GPU
TDI-Kameras erzeugen kontinuierlich große Bilddatenmengen – ideal für CXP-over-Fiber mit bis zu 100 Gbps Bandbreite. In weitläufigen Produktionsanlagen mit räumlich verteilten Verarbeitungseinheiten ermöglicht CXP-over-Fiber eine verlustfreie Verteilung auf mehrere Framegrabber, ohne Bandbreitenverluste zu riskieren.
Ein typisches Szenario zeigt die Vorteile einer effizienten Systemarchitektur:
Im Framegrabber findet als Bildvorverarbeitungsschritt bspw. eine Shading-Korrektur statt. In normalen Systemen würde diese Aufgabe bei der GPU liegen.
Die Framegrabber leiten das bereits optimierte Bild an die GPU weiter. Diese muss nun nur noch die Bildanalyse durchführen, bspw. eine Klassifizierung zur Fehlererkennung.
Der Schlüssel zu dieser effizienten Lösung liegt in der Aufteilung der Verarbeitungsaufgaben: die globale Bildverbesserung und die Bildsegmentierung als Teil der Bildanalyse laufen auf dem FPGA ab. Dieser Ansatz reduziert die Anforderungen an GPU und CPU der angeschlossenen PCs erheblich. Die höheren Kosten für leistungsstarke Framegrabber werden dadurch kompensiert, dass Standard-PCs mit mittlerer GPU- und CPU-Ausstattung ausreichen.
Ergebnis: ein kostenoptimiertes System mit hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit – genau das, wofür CXP-over-Fiber konzipiert ist.
Typische Szenarien für Kupferkabel
Kupferkabel bleiben hingegen eine wirtschaftliche Option für kompakte Anlagen mit kurzen Übertragungswegen, in denen die Entfernung zwischen Kamera und Framegrabber im CXP-12 Standard 12-20 Meter, im CXP-6 Standard 40 Meter nicht überschreitet, und geringeren Anforderungen an Bandbreite und Störfestigkeit. In diesen Anwendungen überzeugen Kupferlösungen durch geringere Anschaffungskosten und eine unkomplizierte Installation.
Aus technischer Sicht empfehlen wir den Einsatz von CXP-over-Fiber – also Glasfaser – immer dann, wenn hohe Datenraten über große Entfernungen und maximale Störsicherheit gefordert sind. Für kompakte Anlagen mit kurzen Übertragungswegen bleibt die leistungsstarke CoaXPress-Schnittstelle eine effiziente Lösung. Gerne beraten wir Sie individuell, um die optimale Schnittstelle für Ihre Bildverarbeitungsanwendung zu identifizieren.
Sie interessieren sich für CoaXPress-over-Fiber?
Kontaktieren Sie unsZukünftige Entwicklungen bei CXP-Schnittstellen
Im Bereich der CXP-Schnittstellen erwarten wir in den kommenden Jahren mehrere technologische Fortschritte, die industrielle Bildverarbeitungssysteme weiter verbessern werden.
Die CXP-Technologie entwickelt sich stetig weiter und bietet eine hohe Investitionssicherheit. Mit ihren technischen Fortschritten bleibt CXP eine zukunftssichere und leistungsstarke Schnittstelle für anspruchsvolle Machine Vision Anwendungen:
1. Höhere Datenraten und neue Protokollversionen
Die Entwicklung von CoaXPress 3.0 und zukünftigen Protokollversionen ermöglicht noch höhere Bandbreiten pro Kanal und unterstützt noch leistungsfähigere Machine Vision Kameras mit höheren Auflösungen und Bildraten.
2. Erweiterte Glasfaserintegration
Wir gehen davon aus, dass die Integration von Glasfaser in CXP-Systeme weiter zunimmt. Zukünftige Kameras und Framegrabber werden vermehrt native Glasfaseranschlüsse bieten, was die Planung und Installation noch flexibler gestaltet und weiter vereinfacht.
3. Verbesserte Synchronisation und Triggerfunktionen
Neue CXP-Standards werden die Synchronisation mehrerer Kameras und die Echtzeit-Triggerung weiter optimieren. Das ist besonders relevant für Multikamera-Anwendungen und anspruchsvolle Inline-Inspektionsprozesse.
4. Miniaturisierung und Energieeffizienz
Künftige CXP-Komponenten werden kompakter und energieeffizienter. Das erleichtert die Integration in platzkritischen Anlagen und reduziert den Energiebedarf im Dauerbetrieb.
5. Erweiterte Softwareunterstützung
Die Weiterentwicklung von Bildverarbeitungssoftware wie der Basler pylon Software und pylon vTools wird die Nutzung von CXP-Schnittstellen noch intuitiver und leistungsfähiger machen. Automatisierte Konfiguration, Diagnosefunktionen und intelligente Fehlererkennung werden den Betrieb weiter vereinfachen.
6. Standardisierung und Interoperabilität
Eine stärkere Standardisierung im Bereich CXP-over-Fiber wird die Interoperabilität zwischen verschiedenen Herstellern und Komponenten weiter erhöhen. Das schafft zusätzliche Investitionssicherheit und erleichtert die Systemintegration.
Häufig gestellte Fragen zu CXP-over-Fiber
CXP-over-Fiber ermöglicht deutlich höhere Datenraten und größere Übertragungsdistanzen als herkömmliche CXP-Lösungen mit Kupferkabeln. Glasfaserleitungen sind dünner und leichter als Kupferkabel, was die Installation erleichtert. Sie sind zudem unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen (EMV) und bieten eine stabile Signalqualität, auch über mehrere hundert Meter. Dadurch lassen sich Machine Vision Kameras flexibel und zukunftssicher in industrielle Anlagen integrieren.
Mit CXP-over-Fiber sind Übertragungsstrecken von mehreren hundert Metern bis zu mehreren Kilometern möglich, abhängig von den verwendeten Komponenten und der Glasfaserqualität. Im Vergleich dazu sind bei Kupferkabeln meist nur Distanzen bis zu 40 Meter realisierbar. Damit eignet sich CXP-over-Fiber besonders für weitläufige Produktionsanlagen und Anwendungen mit großen Entfernungen zwischen Kamera und Auswerteeinheit.
Ja, Software-seitig können Anwendungen schnell und unproblematisch angepasst werden, da CXP-over-Fiber auf dem CoaXPress-Protokoll basiert. Es ist grundsätzlich mit bestehenden CoaXPress-Komponenten kompatibel, sofern diese – z.B. Kameras oder Framegrabber – die Glasfaserübertragung unterstützen. Auch die Basler Framegrabber SDK und pylon Software und die pylon vTools unterstützen CXP-over-Fiber und ermöglichen eine einfache Einbindung und Steuerung. Wir beraten Sie gerne zu den passenden Komponenten für Ihre Anwendung.
Die Umrüstung ist in der Regel unkompliziert, da CXP-over-Fiber auf dem gleichen Protokoll wie klassische CoaXPress-Lösungen basiert. Es müssen lediglich geeignete Glasfaser-Transceiver, optische Kabel, kompatible Framegrabber und entsprechende Kameras ausgetauscht werden. Die vorhandene Systemarchitektur kann meist weiter genutzt werden. Die Basler pylon Software unterstützt beide Übertragungsarten – optisch und elektrisch – sodass auch die Integration und Konfiguration effizient erfolgen kann.