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- 2021-10-27 21:36
1.1 常用名词
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拖链线缆
一种可以跟随拖链进行往复运动而不易磨损的高柔性专用线缆，亦可称为拖链线缆和拖曳线缆。
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机械臂线缆
一种适用于机械臂工作状态（高动态的弯曲和扭转运动）的线缆，具有较好的抗拉、抗扭转、抗弯折等特性。
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柔性、高柔、超柔线材的不同定义
根据线缆性能，将其分为标准、柔性、高柔及超柔类线材，其中：
标准线材：只适用于静态场景使用；
柔性线材：可承受拖链(或弯折)运动10万次；
高柔线材：可承受拖链运动500万次；
超柔线材：可承受拖链运动1000万次、弯折运动300万次或扭转运动500万次。
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弯曲半径
线缆在拖链内弯曲铺设或运动时，最接近线缆弯曲部分圆弧的半径，一般线缆最小弯曲半径应大于10倍的线径。
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运动机构（拖链、机械臂）的运动速度
运动机构在单位时间内通过的位移。
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运动机构（拖链、机械臂）的运动加速度
运动机构在单位时间内速度的变化矢量。
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运动行程
运动机构在某一段时间内由初位置运动至末位置，运动轨迹的总长，为一标量。
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线缆的运动寿命
线缆在合理的运动状态（如拖链）下不停歇工作，从开始投入使用至其失去使用价值为止的时间段。
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线缆外护套
线缆最外层，承受和抵抗外界各种机械力和化学生物侵害，保护芯线导体和屏蔽层的构件，可延长线缆使用寿命。
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线缆屏蔽层
一种将线缆产品中的电磁场与外界的电磁场进行隔离的构件，通常在外护套内的第一层，有的线缆产品在其内部不同线对(或线组)之间也会使用屏蔽层进行相互隔离。
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线缆内护套
包裹电缆在屏蔽层和线芯之间的一层材料，分为金属的(铝、铅、钢)和非金属的(橡胶、塑料)。金属护套多用于油浸纸绝缘线缆，橡胶、塑料护套多用于橡塑类绝缘线缆。
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芯线绞合结构
由若干绝缘线芯或单元组绞合成缆芯的结构，用来降低电磁辐射与外部电磁干扰的影响。
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芯线绝缘材料
包覆在导线外围四周、起到电气绝缘作用的构件。芯线绝缘层确保传输的电流或电磁波、光波只沿着导线行进而不流向外面。主要常用材料有PVC、PE、XLPE、聚丙烯PP、氟塑料F，橡胶，纸，云母带。
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芯线导体结构
芯线内导体的数量、直径及组合方式，组合方式一般为绞合。
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线缆内中心抗拉元件
在细小柔软、同时要求多次弯折/扭曲应用的场景中，线缆的抗拉性能也是关键因素，通常使用棉线、钢丝等材料。
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线缆外部防护套管
一种复合了绝缘材料的复合材料管，用于穿用电线和保护电线，它具有抗压力强、重量轻、内壁光滑，摩擦系数小等特点，耐腐蚀性能强、绝缘、非磁性、耐酸、耐碱、阻燃型、抗静电。可视需求选用加装。
1.2 工业相机配套线缆的运动性能测试方法
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U型拖链滑动寿命测试
测试线缆在拖链等U型装置内往复运动的正常工作寿命。
测试条件：
设定装置运动速度、弯曲半径、运动行程，在U型装置内反复移动线缆。
判定标准：
以线缆循环运动直到芯线导体完全断裂时的次数，作为线缆的拖链/U型滑动寿命次数。（对于数据线缆，还应关注芯线导体电阻值变化的次数节点，作为确保数据通讯质量的寿命次数。）
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±90°弯折寿命测试
测试目的：
测试线缆在±90°弯折运动场景中的正常工作寿命。
测试条件：
设定弯折角度（±90°）、速度、弯曲半径和载重负荷，反复弯折线缆。
判定标准：
以线缆循环弯折直到芯线导体完全断裂时的次数，作为线缆的弯折寿命次数。（对于数据线缆，还应关注芯线导体电阻值变化的次数节点，作为确保数据通讯质量的寿命次数。）
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扭转性能测试
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测试目的：
测试线缆在扭转运动场景中的正常工作寿命。
测试条件：
设定扭曲间隔长度、扭转角度、扭曲速度、载重负荷，反复扭转线缆。
判定标准：
以线缆循环扭曲直到芯线导体完全断裂时的次数，作为线缆的扭转寿命次数。（对于数据线缆，还应关注芯线导体电阻值变化的次数节点，作为确保数据通讯质量的寿命次数。）
1.3 运动线缆的基本布线原则
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拖链/运动轨道的弯曲半径
布线时链轨的最小弯曲半径，应控制在线径的10~12倍以上（弯曲半径越大，线缆运动寿命越长）。
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布线过程中避免破坏线缆
确保线缆在链轨中无打旋(扭)现象。线缆应沿链轨方向水平铺开。
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避免铺设张力过紧、或将线缆固定在链轨的运动部位
假如线缆铺设过紧，线缆外皮与链轨在运动过程中会产生摩擦，进而导致外皮磨损，因此在布线过程中，应避免有铺设张力作用在线缆上；如果将电缆固定在链轨运动部位，运动过程中会对固定位置产生应力集中，因此可将线缆两端固定，但不可固定在中间的运动段。
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避免不同粗细的线缆在统一链轨中相互干扰
多条线缆在链轨中运动时可能存在互相干扰，此时应选择足够宽度尺寸的链轨，以确保线缆在水平铺设后仍留有一定空间。使用隔片也是避免干扰的有效办法。注意隔片与线缆之间也应留有至少2mm空隙。若没有隔片，请勿将线缆堆积排放！
请保持线缆铺设后所占据的空间系数在30%以内。
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同一链轨内，若存在不同粗细直径的线缆，外径小的线缆容易被外径大的线缆挤压到底部，此时需使用隔片进行分类隔离。
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与空管等硬物一同布线
若与空管等硬物在同一链轨内布线，请使用隔片进行隔离
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链轨损坏
若链轨已损坏，请同时更换电缆，因为损坏的链轨可能会加剧对线缆的损伤。
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其他注意事项
不要将线缆垂直弯曲在固定点上
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给线缆预留合适的弯曲长度
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保持足够的弯曲半径
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连接器装配时，固定在连接器网尾上（而非线身）
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不要将不同线径的线缆捆绑在一起
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2.1 USB3.0数据线
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线缆外形及线材结构
上图为典型的USB3.0线缆的外形及连接器剖面。
根据线材不同，USB3.0数据线又可分为铜线线材、铜线+光纤混合线材。
铜线USB3.0线材是目前机器视觉常见的线材类型，在保证高频性能的同时，兼顾成本优势。因此长度一般只能做到3米以内。
AOC光纤混合USB3.0线材，在铜线的结构和材质上进行了改良提升，传输距离可做到3~40米，同时线材的柔软度更优、线径更细、抗干扰性能更优，当然价格也比铜线贵不少。
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典型应用拓扑
（a）单相机连接：点对点直连。注意PC端接口应确保USB3.0（而非USB2.0），以免影响相机正常工作。
（b）多相机连接：通过USB3.0采集卡、或USB HUB实现多台相机的汇聚连接。
（a）单相机连接 （b）多相机连接
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USB3.0铜线的布线特殊要点
USB3.0铜线的线径尺寸一般在6.5~8mm之间，线材内部结构紧密、芯线较多，过度严苛的布线可能会影响到线材的高频性能工作稳定性、甚至容易造成线缆寿命的急剧下降。因此，在基本的布线方法基础上，应尽量减少线缆弯曲次数和长度，尽可能放松布线条件约束（最小弯曲半径、连接器安装空间等）。
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USB3.0 AOC光纤线的布线要点
如果现场环境空间有限，USB.0铜线无法正常工作，此时USB3.0 AOC光纤线是一个好的替代选择。
典型的AOC光纤线的线径一般在4.5mm~5mm之间，在同样的拖链机构尺寸下，其运动寿命能达到USB3.0铜线的几十倍。由于此类线缆的连接器尺寸一般较大，因此需要预留更多的相机和连接器安装空间，避免连接器不能与相机接口紧密结合。
2.2 GigE网线
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线缆外形及线材结构
GigE网线的相机端和主机端连接器均为RJ45，通常相机端的连接器会带有紧固螺钉，防止线缆运动时损坏连接器。
上图是一种典型的GigE网线线材结构剖面示意图，其外表面依次为一层外护套（常用材质为PVC）、一层编织屏蔽层及一层铝箔，内里包裹四对传输信号的非屏蔽双绞线信号对、接地线及一些非必要的填充物。
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传输速率与线缆长度
通常工业相机（千兆）网线的传输距离在1~30米，线材具有较好的高频通讯性能。当然，千兆网线也可以支持更长的传输距离（60~80米），但此时的高频性能会略有下降。更长的传输距离要求时，可以使用光纤作为传输介质。
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典型应用拓扑
（a）单相机连接：相机由单电缆连接至台式机/笔记本上的千兆网端口上，无需图像采集卡，相机可采用以太网电缆供电或外部供电，同时实现10Gbits/s的数据传输速率。
（b）多相机连接：多相机连接同一台标准电脑进行工作时有两种连接方式，一种是多台相机直接自行连接到带有多个千兆网端口的电脑上，无需图像采集卡，也不需要共享带宽；另一种是多个相机通过交换机连接到电脑上，此时连接在同一个交换机上的所有相机需要共享带宽。
（a）单相机连接 （b）多相机连接
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千兆网线的布线特殊要点
千兆运动网线的结构特点和通讯性能表现，使得线材较容易达到比较高的运动寿命（如拖链1000万次、扭转300万次或弯折300万次等），在布线上只要遵循基本的操作规范即可，无其他特殊要求。
2.3 Camera Link数据线
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线缆外形及线材结构
Camera Link数据线的相机端和采集卡端的连接器通常为MDR或者SDR。上图是一种典型Camera Link线材结构剖面示意图，其外表面依次为一层外护套（常用材质为PVC）和一层编织屏蔽层，内里包裹传输信号和供电的芯线及一些非必要的填充物。其中，电线包括十一对非屏蔽双绞线信号对（UTP）以及电源线和接地线。此类线缆是机器视觉通讯线缆中结构较为复杂、线径较粗的一款，因此对运动布线的要求较高，或者说运动性能相对不高（否则会对高频性能造成影响）。
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传输速率与线缆长度
根据相机时钟频率而定，电缆长度上限通常在3~10米之间。（通常当线缆长度为7~10米时，时钟频率可做到70MHz。如果需要满足85MHz时钟频率，线材设计和成本会急剧上升）。
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典型应用拓扑
（a）单相机连接：电脑需要配置一块Camera Link图像采集卡，相机可由单电缆连接至采集卡的Camera Link端口上，输出配置为Base，实现2Gbits/s数据传输、相机控制及通信，也可采用两根电缆连接相机和采集卡，输出配置可为Medium或Full，除相机控制和通信外，数据传输速率可增加至6.8Gbits/s。
（b）多相机连接：多相机连接同一台标准电脑时，一块图像采集卡提供两个Base配置连接，两个相机分别用单电缆单连接至采集卡的Camera Link端口上，各自实现2Gbits/s数据传输、相机控制及通信。
（a）单相机连接 （b）多相机连接
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Camera Link线缆的布线特殊要点
由于线材结构及线径较大等限制，Camera Link运动线材一般只能支持拖链内运动，不具备扭转或弯折性能。常见的拖链运动寿命在200万次~500万次不等，也有一些扁平排线外观的Camera Link线缆可以进一步提升拖链运动寿命。具体的拖链布线方法参考通用规范即可，注意最小弯曲半径做适量放大。
2.4 CoaXPress数据线
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线缆外形及线材结构
CoaXPress数据线的常用连接器为DIN(1.0/2.3)、BNC和HD-BNC（micro-BNC），其中HD-BNC是CoaXPress V2.0协议建议使用的连接器接口。上图为一种典型的CosXPress线材结构剖面示意图，单芯同轴线，由一根直放信号线外包裹一层编织屏蔽层和一层PVC外护套组成。
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传输速率与线缆长度
通常采用75Ω同轴电缆。当链路速度为1.25 Gbits/s (CXP-1)时，CoaXPress可支持100 m 以上的电缆长度；其它传输速