Raue Umgebungsbedingungen, immer größere Datenmengen, immer mehr Bauteile auf engstem Raum: Die industrielle Bildverarbeitung steht vor großen Herausforderungen – und damit auch die Anschlusstechnik.

Hohe Datenübertragungsraten, Schocks und Vibrationen: Datensteckverbinder in der industriellen Bildverarbeitung müssen höchste Ansprüche erfüllen.

Moderne Datensteckverbinder, die sich für alle Geräteschnittstellen eignen, müssen den genannten hohen Ansprüchen gerecht werden. Denn Ausfälle der Anschlusstechnik, die zu Kontaktunterbrechungen führen, haben haben große Auswirkungen: Dies geht bis hin zu kostenintensiven Ausfällen im Produktionsprozess.

Kaum ein anderes System in der industriellen Produktion muss so viele Daten sammeln und interpretieren wie die Komponenten der industriellen Bildverarbeitung (IBV): Kameras, Beleuchtung und Auswerte-Elektronik stehen im permanenten Austausch. Gleichzeitig lösen Kameras höher auf als je zuvor, die Prozessorleistung steigt und die Software wird zunehmend komplexer. Immer mehr Daten müssen zuverlässig in Hochgeschwindigkeit übertragen werden. Zudem sind Steckverbinder in industriellen Vision-Systemen permanenten mechanischen Belastungen ausgesetzt, etwa durch Schocks und Vibrationen. Wenn die Anschlusstechnik diesen Anforderungen nicht genügt, drohen nicht nur Verschleißerscheinungen an Stift- und Buchsenkontakten (fretting corrosion), sondern auch Kontaktunterbrechungen, welche zu ungewollten Ausfällen der Produktion führen können.

Eine ergänzende Herausforderung für Geräteentwickler von Vision-Systemen ist der allgemeine Trend zur Miniaturisierung: Die Komponenten innerhalb eines Vision-Sensors drängen sich auf immer engerem Raum. Dies stellt Geräteentwickler vor mehrere Herausforderungen. Zum einen beeinflussen elektromagnetische Störeinflüsse die Funktionalität der Bauteile, zum anderen sind die immer kleiner werdenden Systemarchitekturen nachteilig für eine stabile Signalintegrität. Eine hohe Bauteildichte birgt zudem die Gefahr der Überhitzung – was zu Problemen im Betrieb des Vision-Sensors, aber auch bei der Zulassung des Geräts führen kann.

Miniaturisierte Schnittstellen und geräteintegrierte Anschlusstechnik mit sicherer Schirmung und Datenübertragungsfähigkeit werden daher immer wichtiger. Eine optimale Anordnung von elektronischen- und elektromechanischen Bauteilen auf der Leiterplatte sowie die Simulationen der Wärmeentwicklung und der Signalintegrität und Impedanz nicht standardisierter Bauteile sind für die Entwicklung eines Geräts von besonderer Bedeutung.

Für die unterschiedlichen Vision-Applikationen gibt es eine Vielzahl von Übertragungsstandards und Schnittstellen, um den Anforderungen im jeweiligen Einsatzgebiet gerecht zu werden. Camera Link, CoaXPress, USB 3 oder GigE Vision – für jeden dieser Übertragungsstandard gibt es den passenden Schnittstellen-Standard, der dafür sorgt, dass alle Komponenten der Bildverarbeitung ein funktionstüchtiges Ganzes ergeben. Seit 1923 ist Phoenix Contact Spezialist im Bereich der industriellen Verbindungstechnik und hat sein Angebot an Datensteckern in den letzten Jahren konsequent ausgebaut. Das Portfolio umfasst etablierte Datensteckverbinder wie „D-SUB“, „RJ45“, USB, HDMI, Koaxial- und Lichtwellenleiter-Anschlusstechnik sowie neue innovative Komponenten, wie das „Single Pair Ethernet“ (SPE), „RJ45 Industrial“ (RJ45-IND) und das „ScaleX“-Anschlusssystem der geschirmten und ungeschirmten Board-to-Board-Steckverbinder „Finepitch“ im Raster von 0,8 Millimetern.

Die RJ45 Industrial- Produktfamilie (RJ45-IND) basiert auf Standard-RJ45-Produkten und wurde speziell für industrielle Einsatzzwecke optimiert und weiterentwickelt. Für die Anpassung des Produkts haben die Entwickler von Phoenix Contact die Erfahrungsberichte vieler Kunden aus unterschiedlichsten Bereichen der Industrie berücksichtigt.

Das robuste "RJ45-IND"-Produktprogramm ist Roboter- und Schleppketten-tauglich und speziell für industrielle Anwendungen optimiert.

Das Programm zeichnet sich beispielsweise durch ein optimiertes 360°-Schirmkonzept aus. Gehäuseschirmfedern und Schirmpins zur Leiterplatte erhöhen den Schutz gegen EMV-Störeinflüsse und zugleich die mechanische Festigkeit der Buchse auf der Leiterplatte.

Die passende „Antwort“ auf Schocks und Vibrationen bietet der sogenannte „Perfect Match“ des Steckverbindersystems. Darunter versteht man die Kombination aus RJ45-IND-Steckverbinder oder Patchkabel und der RJ45-IND-Leiterplattenbuchse. Hervorgerufen durch eine optimierte Stecktiefe der Leiterplattenbuchse von 8,3 auf 9 Millimeter, vergrößert diese die Kontaktzone des Steckverbindersystems. Des Weiteren wurden die Toleranzen der Buchse und des Steckers angepasst und aufeinander abgestimmt. Auf der Gegenseite wurde der Steckverbinder mit einer Andruckfeder optimiert und dadurch die Anpresskraft erhöht.

Ein mit Glasfasern verstärktes Gehäuse optimiert die Temperaturbeständigkeit der Leiterplattenbuchse von –40 Grad Celsius auf bis zu 105 Grad Celsius. Die RJ45-IND Patchkabel sind sowohl Roboter- als auch Schleppketten-tauglich, ein weiteres Merkmal in puncto Robustheit. Mit dem IDC-Schnellanschluss lässt sich der einteilige Steckverbinder zudem ohne Spezialwerkzeug leicht und schnell konfektionieren, ein Alleinstellungsmerkmal am Markt.

Die Übertragungsstandards für Single Pair Ethernet sind von den Arbeitsgruppen des IEEE 802.3 erarbeitet worden und durch die Standards 10Base-T1, 100Base-T1, 1000Base-T1 sowie dem MultiGigBASE-T1 definiert.

Mit den erstgenannten SPE-Standards können Datenraten von 10 Mbit/s bis zu 1 Gbit/s auf Distanzen von 15 bis 1.000 Metern übertragen werden. Mit dem MultiGigBASE-T1 Standard sind sogar Datenraten bis 10 Gbit/s auf Distanzen von bis zu 15 Metern möglich. Die Leistungsübertragung für die SPE-Standards 100BASE-T1 und 1000BASE-T1 sind durch den IEEE 802.3 bu – Standard beschrieben (Power over Data Lines – PoDL). Die Verbraucherleistung der Endgeräte („Power Devices“) werden in zehn Leistungsklassen von 0,5 bis 50 Watt unterteilt.

Nicht nur auf Grund der Möglichkeiten in Bezug der Daten- und Leistungsübertragung eignet sich SPE für Applikationen und Geräte der industriellen Bildverarbeitung, sondern auch wegen der kompakten und durchgängigen Bauweise des SPE-Portfolios. Gegenüber einer standardisierten RJ45-Buchse lässt sich mit einer SPE-IP20 Buchse ca. 50 Prozent Platz einsparen.

Gegenüber einer standardisierten RJ45-Buchse lässt sich mit einer SPE-IP20-Buchse rund 50 Prozent Platz einsparen.

Die Blomberger Spezialisten bieten ein durchgängiges SPE-Ökosystem an, in dem alle Komponenten aufeinander abgestimmt sind. Es umfasst sowohl kompakte IP20-Steckverbinder (nach IEC 63171–2), als auch IP67 geschützte M8-Steckverbinder (nach IEC 63171–5). Des Weiteren zeichnet sich die SPE-Anschlusstechnik durch ein durchgängiges Steckgesicht und dem damit verbundenem hohen Grad an Gleichteilverwendung aus. Das spart lästige Adapter, zusätzliche Kosten und wird somit den Kernzielen von SPE vollständig gerecht: Kompaktheit und Durchgängigkeit.

Welche SPE-Komponenten benötigen Entwickler für einen Vision-Sensor? Und welche sind bereits am Markt verfügbar? Zum einen gibt es neue Halbleiter (SPE-PHYs und PoDL-Controller), zum anderen „SPE-Magnetics“, Anschlusstechnik nach IEC 63171-2 und -5 sowie SPE-fähige Kabel nach IEC 61156. Weitere Informationen rund um das Thema Single Pair Ethernet sowie konkrete Lösungen für industrielle Anwendungsfälle lassen sich durch eine Mitgliedschaft in der System Alliance vertiefen (www.singlepairethernet.com/).

Im Vergleich zu den einfach gestalteten Stift- und Buchsenleisten bieten sich bei anspruchsvollen Anwendungen wie der industriellen Bildbearbeitung filigrane und gleichzeitig robuste Kontaktsysteme an. Ein solches Kontaktsystem ist in den Board-to-Board-Steckverbindern der Produktserie „Finepitch“ verwirklicht, mit der sich platzsparende Leiterplattenverbindungen umsetzen lassen. High-Speed-Datenübertragungsraten bis 20 GBit/s sowie unterschiedliche Polzahlen und Stapelhöhen ermöglichen es Planern, besonders flexibel neue Geräte und Systeme entwickeln zu können. Die einzigartigen „ScaleX“-Doppelkontakte sind als „Hermaphrodit“ ausgelegt und ermöglichen daher eine vibrationssichere Verbindung auf sehr engem Raum. Um mögliche EMV-Störeinflüsse zu vermeiden, gibt es die Steckverbinder optional auch in einer geschirmten Version.

Passende Datensteckverbinder bieten eine zuverlässige, langjährige Gerätekommunikation für Systeme der industriellen Bildverarbeitung.

Während des gesamten Design-In-Prozesses und darüber hinaus bietet Phoenix Contact Unterstützung. Die Experten helfen Geräteentwicklern von Vision-Systemen, indem sie 2D-/3D-Daten schnell vorkonfigurieren und für die CAD-Software bereitstellen. Auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) unterstützen sie zudem bei der individuellen Thermo- bzw. Gehäusesimulation. Ein weiteres Servicemerkmal ist die kostenlose Simulation zur Daten- und Signalintegrität, um von Anfang an eine stabile Kommunikation zu realisieren. Ein Musterservice und zuverlässige Logistik ergänzen das Servicepaket – und das weltweit.

Zum Support gehören zusammengefasst:

Passende Datensteckverbinder bieten eine zuverlässige, langjährige Gerätekommunikation für Systeme der industriellen Bildverarbeitung – umfassende Informationen gibt es unter www.phoenixcontact.com/data-connectors. Anwender profitieren zudem von Laborprüfungen, die über den Standard hinausgehen, internationalen Zulassungen und langen Produktverfügbarkeiten – ergänzt durch Service-Dienstleistungen und Expertise. Dank neuester Technik und Standards lassen sich auch hochauflösende Bildverarbeitungssysteme jetzt kostengünstig umsetzen.

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