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비전 솔루션은 제조업, 품질 관리, 자동화 등 다양한 산업 분야에서 시스템의 정확성과 효율성을 크게 향상시키는데 중요한 역할을 합니다. 산업의 환경 및 목적을 충족시키는 비전 시스템이 제대로 작동하려면 각 구성 요소 간의 데이터 전송이 매우 중요합니다. 고속으로 이미지를 취득하고 분석하기 위해서는, 카메라로 촬영한 이미지 데이터가 프레임그래버로 빠르고 정확하게 전달되어야 합니다. 이러한 과정에서 인터페이스(Interface)는 데이터를 안정적으로 전송되도록 하며, 최적으로 구성된 시스템의 높은 속도와 정확성을 유지할 수 있게 해주는 핵심 역할을 합니다. 머신비전에서 주로 사용되는 인터페이스로는 USB3 Vision, GigE Vision, Camera Link, CoaXPress등이 있습니다. 이번 포스팅에서는 인터페이스의 기본적인 개념부터 시작하여 각 인터페이스의 역할과 종류, 그리고 그 중요성에 대해 알아보도록 하겠습니다. 인터페이스의 역할 인터페이스는 카메라와 프레임그래버 사이에서 안정적이고 빠르게 데이터를 전송하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 데이터 전송 속도, 대역폭, 전송 거리, 안정성 등 각 프로젝트의 요구 사항에 따라 적절한 인터페이스를 선정하는 것이 중요합니다. 카메라 / 인터페이스 / 프레임그래버의 관계 위의 그림과 같이 프레임그래버, 인터페이스, 그리고 카메라는 머신비전 시스템에서 상호 연관되어 작동합니다. 카메라는 이미지를 캡처하여 아날로그 또는 디지털 신호를 생성하고, 프레임그래버는 이를 디지털 이미지로 변환해 컴퓨터로 전송합니다. 인터페이스는 이 데이터 전송 경로를 제공하며, 속도와 신뢰성을 보장해 시스템의 성능과 효율성을 극대화합니다. 인터페이스의 특징 인터페이스의 종류 머신비전에서 사용되는 주요 인터페이스로는 USB3 Vision, GigE Vision, Camera Link, CoaXPress 등이 있으며, 각각의 특징, 대역폭, 속도 차이 등을 살펴보겠습니다. *인터페이스 별 속도 및 케이블 길이 변화 그래프 USB3 Vision : USB 3.0을 기반으로 한 인터페이스 USB3 Vision 인터페이스는 USB 3.0을 기반으로 하며, 설치가 간편하고 비용이 저렴하며, 일반적으로 3M~5M의 케이블 길이를 지원합니다. 대역폭은 최대 5 Gbps이며, 실제 데이터 전송 속도는 약 400 MB/s 입니다. 또한 다양한 USB 장치와의 호환성 덕분에 시스템 통합이 용이하고, 고속 데이터 전송을 지원하는 데 적합합니다. GigE Vision : 기가비트 이더넷을 기반으로 한 인터페이스 GigE Vision 인터페이스는 데이터 전송 속도와 거리 측면에서 매우 유리하며, 고해상도 이미지를 안정적으로 전송할 수 있습니다. 최대 100미터 거리까지 데이터를 전송할 수 있으며, 중간에 스위치나 리피터를 사용하면 더 긴 거리로 확장할 수 있습니다. 가격이 저렴하고 시스템 구성은 표준 네트워크 장비를 통해 유연하게 할 수 있어, 여러 대의 카메라를 쉽게 연결해 다중 카메라 시스템을 구축할 수 있습니다. 검사 환경과 요구 사항에 맞춰 GigE, 5GigE, 10GigE 중 적절한 버전을 선택하는 것이 중요합니다. Camera Link(CL) : 고속 디지털 비디오 전송을 위한 산업 표준 인터페이스 Camera Link는 고속 병렬 데이터 전송을 위한 표준 인터페이스로, 매우 높은 대역폭과 긴 전송 거리를 지원합니다. Camera Link 인터페이스는 약 5M의 케이블 길이를 권장하며, 최대 약 10M까지 연장이 가능합니다. 1개의 보드에 최대 2개의 케이블을 사용하여 데이터를 전송할 수 있습니다. 대역폭은 기본모드(Base Configuration)에서 최대 2.04 Gbps, 전체모드(Full Configuration에서 최대 6.8 Gbps입니다. 전체 모드일 경우 보통 두개의 병렬 케이블을 사용합니다. Camera Link는 최대 85MHz의 시리얼 클럭 주파수를 제공하므로 높은 대역폭에서의 고속 촬영에 적합합니다. * Base Configuration은 Camera Link의 기본 설정으로, 최대 2.04 Gbps의 대역폭을 지원하며, 표준 해상도와 프레임 속도의 데이터 전송에 적합 * Full Configuration은 Camera Link의 고속 설정으로, 최대 6.8 Gbps의 대역폭을 지원하며, 고해상도와 빠른 프레임 속도의 데이터 전송에 적합 *시리얼 클럭 주파수 : 데이터 전송 속도를 제어하는 신호의 반복 속도로, 주파수가 높을수록 데이터 전송 속도가 빨라짐. CoaXPress(CXP) : 동축 케이블을 사용한 고속 데이터 전송 인터페이스 ? CoaXPress는 동축 케이블을 사용하여 초고속 데이터 전송을 지원하는 인터페이스로, 높은 전송 속도와 긴 전송 거리를 제공합니다. 또한 1개의 보드에 최대 8개의 CXP 케이블을 연결할 수 있어 고속 이미지 처리와 같은 어플리케이션에 특히 유리하며 최신 기술을 반영하여 설계된 만큼 우수한 성능을 보입니다. CoaXPress는 하나의 케이블에 데이터 전송, 카메라 제어, 전원 공급, 트리거링(동작 시작 신호) 등 4가지 기능을 수행하기 때문에 유연성이 뛰어납니다. 1. CoaXPress(CXP) 케이블 * 종류 * CoaXPress (CXP) 인터페이스는 DIN, Micro BNC, BNC 세 가지 주요 커넥터 타입을 사용하여 데이터 전송을 최적화합니다. 각 케이블 타입은 다양한 전송 요구와 시스템 설계에 맞춰 선택되며, 다음과 같은 특징이 있습니다. *Resource : 코비스테크놀로지 * 길이 * 규격별 CoaXPress (CXP) 인터페이스의 케이블 길이는 전송 속도에 따라 달라집니다. 기본적으로 CXP는 최대 130미터까지 케이블 길이를 지원하지만, 전송 속도가 증가할수록 케이블 길이는 줄어듭니다. 이는 높은 속도에서 신호 감쇠와 노이즈의 영향을 줄이기 위함입니다. 따라서, 전송 속도가 높을수록 케이블 길이를 짧게 유지해야 신호 품질을 보장할 수 있습니다. CoaXPress는 케이블 표준에 따라 대역폭과 사용 가능한 길이가 달라집니다. *케이블 길이가 길어질수록 노이즈가 증가할 수 있음 * 표준 * CoaXPress (CXP) 표준은 CXP 1.0과 CXP 2.0 규격의 두 가지 주요 버전이 있습니다. * CoaXPress(CXP)와 Camera Link(CL)의 차이 * CoaXPress(CXP)는 높은 데이터 전송 속도와 대역폭을 지원하며, 장거리 데이터 전송이 가능합니다. 1개의 보드에 최대 8개의 CXP 케이블을 연결할 수 있어 고속 이미지 처리와 같은 어플리케이션에 주로 적용됩니다. Camera Link는 신뢰성 높은 인터페이스로 사용되어 왔습니다. 안정적인 성능을 제공하며, 1개의 보드에 최대 2개의 케이블을 사용하여 데이터를 전송할 수 있습니다. 또한 다양한 카메라와의 호환성이 높은 것이 특징입니다. 각각의 검사 환경과 플리케이션 목적에 따라 적합한 인터페이스를 선택하여 시스템 성능과 효율성을 최적화하는 것이 좋습니다. *CXP와 Camera Link 구성의 예* 다양한 산업의 환경 및 검사 조건에 따라 적절한 인터페이스를 선택하면 데이터 전송 속도와 시스템의 유연성을 최적화하여, 최상의 성능을 발휘할 수 있습니다. 인터페이스 선정에 전문가의 도움이 필요하시다면, 언제든 화인스텍을 찾아주세요!
2024.09.03머신비전 카메라 GigE 인터페이스 제대로 알아보기 머신비전 카메라 GigE 인터페이스에 대하여 머신비전 카메라 GigE 인터페이스의 역사 GigE Vision은 고성능 산업용 카메라를 위해 2006 년에 도입된 인터페이스 표준입니다. 이더넷 네트워크를 통해 고속 비디오 및 관련 제어 데이터를 전송하기 위한 프레임 워크를 제공합니다. GigE Vision은 AIA(Automated Imaging Association)에 의해 제정되었습니다. 이 표준을 따르면 GigE Vision을 준수하는 카메라와 S/W라면 제조사 상관없이 서로 데이터를 주고받을 수 있습니다. GigE 인터페이스의 장점? GigE Vision 인터페이스의 장점 중 손꼽을 수 있는 것은 단연 확장성입니다. 대형 장비에 여러대의 카메라 링크 카메라를 설치한다고 가정한다면, 일반적으로 PC, Frame Grabber, 케이블, 케이블 리피터, 전원 등 다양한 구성품이 필요합니다. 만일 전원까지 공급하는 POE GigE Vision 인터페이스를 사용한다면, 이더넷 케이블로 데이터와 전원을 모두 공급하기 때문에 머신비전 구성품을 단순화 할 수 있습니다. 또한 네트워크 허브를 이용해 모든 카메라 펌웨어 업데이트를 한 PC에서 진행할 수 있으며, 공간별로 PC 1대씩 구성해 카메라 그룹을 만들 수 있습니다. 최대 100m 까지 사용 가능한 GigE 케이블 덕분에 영상 노이즈에 영향을 줄 수 있는 서보 모터와 같은 장치로부터 멀리 떨어져 설치 가능하여 최적의 환경을 만들 수 있습니다. GigE 케이블의 종류 GigE 케이블은 흔히 이더넷 케이블과 동일한 커넥터 규격으로 RJ45를 사용하거나 방수 방진 애플리케이션에 사용하는 카메라는 8-Pin M12 Socket을 사용하기도 합니다. 다 똑같이 생긴 GigE 케이블도 여러가지 버전(CAT.3 ~ CAT.8)이 있으며, 단위는 카테고리로 부릅니다. 머신비전에서 사용 가능한 버전은 CAT5e부터 CAT.7입니다. 아래 표에는 카테고리별 전송 사양에 대한 설명입니다. UTP 케이블 비교 CAT.5 CAT.5e CAT.6 CAT.6A CAT.7 전송속도 100Mbps 1Gbps 1Gbps 10Gbps 10Gbps 주파수 100MHz 100MHz 250MHz 500MHz 600MHz 규격 100BASE-TX 1000BASE-T 1000BASE-TX 10GBASE 10GBASE GigE 케이블의 내부 구조 GigE 인터페이스의 랜 케이블은 겉에서 보기에는 비슷하게 생겼지만 내부 구조가 다릅니다. 카테고리별 전송량에 따라 차폐 방식, 차폐 구조에 차이가 있습니다. GigE Vision은 1Gbps를 지원하는 CAT.5e 이상 규격의 케이블을 사용해야 합니다. GigE Vision 신뢰할 수 있는 이유 GigE Vision 애플리케이션에서 빠른 전송속도가 중요하기 때문에 GigE Vision은 UDP 프로토콜을 사용해 패킷을 전송합니다. 일반적으로 TCP가 패킷 전달 안정성이 높지만 이것을 보완하기 위해 GigE Vision 표준은 UDP패킷에 헤더를 추가하는데 헤더에는 이미지 번호, 패킷 번호, 타임스탬프 정보를 갖고 있습니다. 이 헤더 정보를 보고 데이터의 순서를 재정렬 하며, 누락된 패킷이 도착할 때까지 기다리는 시간 설정을 하여 안정성을 높일 수 있습니다. GigE Vision의 패킷 전송방식 GigE Vision 기본 설정에서 점보 프레임을 최대치로 올리는 이유 위 과정에서 필요한 오버헤드 정보는 패킷 단위로 생성됩니다. 패킷이 세분화될수록 헤더가 차지하는 공간이 많아지기 때문에 데이터 전송에 영향을 받습니다. GigE 카메라의 프레임 레이트가 떨어진다면 확인해야 하는 3가지 필수 설정이 있습니다. 아래 짧은 동영상 가이드를 보고 네트워크 카드의 설정을 마무리하면, GigE Vision 카메라의 데이터 전송 안정성이 향상됩니다. GigE Vision 점보패킷을 최대로 올리는 이유 GigE Vision 네트워크 카드 필수 설정 3가지 머신비전 카메라 인터페이스의 발전 머신비전 카메라 인터페이스의 선택은 장비를 구성함에 있어서 매우 중요합니다. 머신비전 장비는 더 높은 검사 정도와 더 빠른 검사를 하기 위해 진화합니다. 그렇기 때문에 이미지 센서 또한 더 높은 해상도와 더 빠른 속도로 발전해 왔으며, 넓은 대역폭의 데이터를 안정적으로 전송하기 위해 새로운 인터페이스를 머신비전 시스템에 도입하게 되었습니다. 인터페이스 별 비교 그래프 아래 머신비전 인터페이스 비교표를 참고하면 수치를 통해 비교할 수 있습니다. 인터페이스 규격 대역폭 케이블 길이 전원공급 보드 CoaxPress CXP-3 / 1-lane 기준 3.125 Gbit/s (325MB/s)* 100m 가능 (POCXP) 필요 CXP-6 / 1-lane 기준 6.25 Gbit/s (625 MB/s)* 75m 가능 (POCXP) CXP-12 / 1-lane 기준 12.5 Gbit/s (1,250 MB/s)* 30m 가능 (POCXP) Camera Link Base 2.04 Gbit/s (255 MB/s) 7m 가능 (POCL) Midium 4.08 Gbit/s (510 MB/s) 5m 가능 (POCL) Full 5.44 Gbit/s (680 MB/s) 5m 가능 (POCL) Full Deca 6.8 Gbit/s (850 MB/s) 5m 가능 (POCL) USB USB 2.0 480Mbit/s (60MB/s) 5m 가능 USB 3.2 Gen1 5 Gbit/s (625MB/s) 5m 가능 USB 3.2 Gen2 10 Gbit/s (1,250MB/s) 5m 가능 GigE GigE 1 Gbit/s (125MB/s) 100m 가능 (POE) 5 GigE 5 Gbit/s (625MB/s) 100m 가능 (POE) 10 GigE 10 Gbit/s (1,250MB/s) 37m 미지원 머신비전 전문가 화인스텍과 상담하세요. 애플리케이션 요구사항에 맞춰 완벽한 솔루션을 찾아드립니다.
2022.07.19