为机器视觉选择正确的电缆和连接器

机器视觉系统由许多组成部分组成，必须对所有这些组成部分进行优化以实现最佳性能。选择正确的电缆和连接器将相机链接到视觉系统或PC是其中的重要部分，并且受特定应用的驱动。关键因素包括：

• 数据传输速率和距离
• 电缆的灵活性
• 连接器的完整性和材料
• 电缆布线
• 环境

在许多情况下，现成的电缆可能就足够了，但在其他情况下，可能需要制造专用电缆。

数据传输速率和距离

这是任何机器视觉应用的基本考虑因素，因为它通常决定了所需使用的数据传输标准。通常，基于以太网的标准(例如GigE Vision、2.5Gbase-T、5Gbase-T和10GigE)允许在最长距离(最长100米)内进行传输，而无需使用中继器，而Camera link HS和CoaXPress可提供最快的数据传输速率，但距离较短。某些应用需要的电缆长度会比首选接口允许的更长。

在铜基上使用优化的传输材料，可以在中等距离范围内扩展电缆解决方案。在需要大量电缆长度且不能使用更合适的接口的情况下，可以使用中继器，这些中继器通常可以将长度扩展到标准长度的2到4倍之间。对于更长的距离，可在USB、Camera link、Camera link HS、CoaXPress和以太网接口上使用光纤解决方案。使用多模光纤可以将电缆的长度延长到几百米，而使用单模光纤可以将电缆的长度延长到几公里。

图1.扭转和挠曲测试

电缆柔韧性

大多数电缆都具有一定程度的灵活性，使其可以安装在系统机箱或机器中。但是，对于将要移动相机的应用(例如在机器人上)，应使用设计为可承受长时间连续弯曲和弯曲的电缆。这些机器人或履带级电缆经过反复移动测试，以模拟在机器人系统或拖链上的使用。电缆的特征是在给定的时间段内最小的弯曲半径角和弯曲次数。拖链是一种保护与不断移动的机械部件相连的电缆的方法。拖链可确保电缆的最小弯曲半径不会不足。轨道级电缆通常设计成在最小半径下可以承受超过一百万次弯曲。机器人级电缆通过了附加的扭转挠曲测试，该测试指定电缆在指定长度内可重复扭转多达360°。这模拟了与机器人手臂连接的电缆上的应力。大多数接口电缆都可以使用这些更高挠性的格式。

连接器完整性

最好使用可锁定的连接器，以免拉扯电缆或由于震动或振动而意外拔出电缆。许多工业和商业接口解决方案都指定了可锁定的连接器，并且这种类型的连接器可用于所有机器视觉传输标准，例如用于模拟系统的BNC连接器(卡口锁定)和Hirose(推拉)连接器，用于Cameralink的MDR26连接器和CAT5e / CAT6线缆。

图2.选择连接器类型

电缆布线

通常，电缆是现成的，而不是现场布线的。对于大多数电缆，连接器直接与电缆对齐，但是对于空间有限的应用，可以使用许多不同类型的连接器，其中连接器以特定角度旋转。当电缆需要穿过隔板或电缆连接器不适合的狭窄地方时，通常会出现问题。因此，有限的空间通常会导致复杂的布线解决方案。对于许多数字接口标准，自布线电缆的能力是一项非常复杂的任务，如果制造不当，可能会导致数据错误。为了克服这些问题，可以使用多种角度和隔板连接器解决方案，以轻松实施困难的电缆方案。在某些情况下，最好的解决方案是通过外壳或芯壁制作客户特定的电缆组件。

环境条件

许多环境要求都会影响电缆的选择。其中包括温度，可燃性，气体排放，抗紫外线性，耐溶剂，耐液体和耐水性以及EMI和RFI干扰，这意味着他们的制造必须使用多种不同的材料。

低烟电缆

发生火灾时，传统的聚氯乙烯电缆会被浓盐酸中毒的黑烟燃烧。吸入该烟是危险的，会大大降低能见度并具有腐蚀性。因此，无卤电缆在工业标准或工业应用中经常被指定，因为它们具有显著的安全优势并减少了对环境的破坏。所使用的材料标称不含氯、氟、溴和碘。这意味着不能使用氟塑料、PVC(聚氯乙烯)和某些阻燃剂等常见材料。“无卤素”电缆根据DIN VDE 0472进行了分类，但这确实允许使用0.2%的氯和0.1%的氟。在大火中，无卤电缆只会散发出微弱的烟雾，其毒性较小且无腐蚀性，从而大大减少了对计算机存储介质(例如硬盘驱动器)的损坏，在该存储介质中，浓烟可能会破坏数据。不使用PVC和邻苯二甲酸盐(软化剂)而制造的电缆对环境的危害也较小，并且在移除金属芯后，可以将其回收或安全处理。

图3.电缆测试台

低烟零/无卤素

但是，无卤电缆不应与术语“低烟零卤素”(LSZH)或“低烟无卤素”(LSOH)混淆。无卤素定义了电缆材料着火或可燃性的行为，但“低烟”要求产生的烟很少。“零卤素”要求不释放卤素，也不释放腐蚀性或腐蚀酸。低烟零卤素正变得越来越普遍，有时在必须保护人员和设备免受有毒和腐蚀性气体侵害的情况下，例如在铁路行业中，这是一种要求。

耐油电缆

工业应用中使用的润滑剂、润滑脂和液压油越来越多，可生物降解以满足环境需求。但是，这些生物油具有侵蚀性，会导致传统的电缆绝缘层和护套材料膨胀并分解。为了克服这个问题，改性聚合物被用于制造耐油电缆。这些经过了严格的测试，以确保在可能发生油污的应用中延长使用寿命。

硅和无脂电缆

硅和无脂电缆用于汽车喷漆或涂装厂。所使用的电缆不得包含任何会破坏涂料润湿的材料。

高温(铁氟龙)电缆

通常，标准工业相机将在40℃至50℃的温度范围内运行。高于80℃的应用除外。尽管如此，对于某些类型的电缆，例如CAT6网络电缆，仍可以使用材料来提供将操作扩展到超出这些水平的电缆。对于-40℃至+180℃的温度范围(短时间内可达+250℃)，可以使用带有PTFE，FEP或PFA隔离的特富龙电缆。由于该原料还具有高度耐化学药品和洗涤剂的性能，因此经常用于医疗或食品应用中。

洁净室用电缆

在洁净室条件下使用的电缆不得产生微粒。真空烘烤以提供稳定表面的材料(例如PUR(聚氨酯))与镀镍的全金属端盖结合使用。此外，这些电缆使用无铅压接技术生产，不使用助焊剂材料。

图4.电缆测试证书

电缆测试和专业电缆制造

所有电缆，无论是现成的还是特制的，都应经过全面测试，以检查它们是否具有正确的点对点连接。 专业的电缆制造能力可以进一步提高。 可以使用专业测试设备逐点对各个线路进行自动过渡电阻测试。除了基本的连续性测试之外，这还可以识别电缆中的任何不规则之处。可以使用专业的测试设备来检查各种连接器组合，如果需要，可以通过特制的适配器将客户特定的电缆组连接到图像采集卡，从而进行数据传输验证。还可以执行完整的短路测试程序来检查所有可能的触点组合和外壳屏蔽。这样，可以为每条电缆生成单独的测试证书。