課題： 検査システムのデバイスを同期させるソフトウェアの回避策を作成するためには多大な時間を要します。

解決策：

数マイクロ秒以内にデバイスを同期させるに、FLIRカメラでIEEE-1588 Precision Time Protocol（PTP）を使用します。回避策は必要ありません。 共通のタイムベースにシステムを同期させると、ジッタを最小限に抑え、スループットを最大化するシンプルなシステム設計が可能になります。

PTP(IEEE-1588 Precision Time Protocol)とは何ですか？

IEEE-1588 PTPは、ロボット、制御システム、コンポーネントなどのPTP対応イーサネットデバイスの内部クロックを同期させ、システム全体のタイムスタンプを同期させる実績のある技術であり、 電力と携帯電話のネットワークを同期させる電気通信会社のニーズに対応するために開発されました。 

IEEE-1588 PTPを利用すると、数マイクロ秒スケールで動作するNetwork Time Protocol（NTP）と比較して、数百ナノ秒以内にPTP対応デバイスを簡単に同期させることができます。

図1： デバイス間のクロック同期にはパス遅延が計算されて考慮されます  
。 プライマリは、 2つの信号 を（1）と（2）にスレーブに送信します。 続いてセカンダリが 信号を送り返し（3）、パスの ディレイが算定されて時計の同期に適用されます（4）。

IEEE-1588 PTPはどのように機能しますか？

プライマリ（マスター）デバイスとセカンダリ（スレーブ）デバイスは、タイムスタンプの付いたメッセージを交換し、それらを比較して、それらの間のパス遅延を判断します。 このオフセット計算に基づいて、セカンダリデバイスは内部クロックを調整して、プライマリと同期します（図1参照）。 クロックを定期的に同期させてドリフトを補償することで、周波数は長期に安定します。（図2参照）。

図2： 同じ周波で起動するクロックは 経時的に流れ出てゆきます。
IEEE 1588デバイスは、周期的に、これを補填するように同期します。

シンプルなIEEE-1588 PTP実装はどのようなものですか？

シンプルなIEEE-1588 PTPの実装では、いくつかのPTP対応イーサネットデバイスが、マスタークロックとして機能する1つのデバイスでスイッチに接続します。 これらのデバイスはプライマリクロックと同期し、ネットワーク内で共通の時間を構築します。 プライマリのクロックとして作動するデバイスが存在しない場合、PTP対応デバイスは相互にクエリを行って同期するのに最良のクロックを判定します。

ネットワークに実際のタイムベースが必要な場合は、GPSシステムからの時間信号を使うTrimble Thunderbolt GM100などのグランドマスタークロックに接続します（図3参照）。

マシンビジョンに対するIEEE-1588 PTPを利用する主な利点は何ですか？

システムのスループットを安定化させる精密なタイムスタンプ 

システムスループットを安定させる正確なタイムスタンプのプロセスの各ステップで個別のセンサーに依存する自動化システム制御方式にはジッタを発生させる多くの要因があります。これは理想と実際の周期信号の差として定義されます（図4参照）。 IEEE-1588 PTPを利用すると、センサー信号の代わりにタイムスタンプに基づいてデバイスを正確に調整できます。 これによりジッタが低減され、システムを緊密に調整できるようになり、スループットがより正確に予測できるようになります。

図４： ジッタ信号

たとえば、センサーベースの信号を使用する簡単な産業用アプリケーションでは、コンベアで部品が移動し、部品にラベルが付けられ、カメラでラベルを検証します。 ラベルがない場合、その問題が発生した場所をシステムはどのように判断するのでしょうか。 原因として考えられるのは、部品が遅れて到着したか、ラベル付けの手順がスキップされたか、カメラが早く起動したかです。 IEEE-1588 PTPを使用するシステムでは、プロセスの各アクションには共通のタイムベースでタイムスタンプが付けられます。 これにより、イベントの正確な順序と最初の障害ポイントを識別できます。

帯域幅と処理オーバーヘッドの低減

IEEE-1588 PTPは、センサーポーリングが頻繁に必要な回避策と比較して、ネットワーク帯域幅とCPUサイクルが少なくてすみます。 また、シンプルなシステム設計が可能になり、すばやく配備でき、メンテナンスも簡単になります。 さらに、IEEE-1588 PTPは、非常に大規模で複雑なネットワークトポロジーでもユーザーの監視なしで確実に機能します。 

GigE Visionカメラを使用する場合、PTPを有効化するには、既存のアプリケーションの変更は不要で、GigE Vision標準がIEEE-1588 PTPタイムスタンプをサポートします。

IEEE-1588 PTPシステムは将来的にも有効です

製造業におけるモノのインターネット（IIoT）および産業4.0は次世代の自動化システムの設計に大きなインパクトを及ぼすことになります。 IIoTの目標は、ロボット、制御システム、カメラ、およびその他のセンサーのような「スマートオブジェクト」のネットワークを構築し、ビッグデータ分析を使用してプロセス効率を最適化することです。 これらのネットワークには、すべてのプロセスステップの正確なタイムスタンプが重要です。 IEEE-1588 PTP対応デバイスを今日のシステムに組み込むことで、明日のIIoTに向けて準備することができます。

FLIRカメラではIEEE-1588 PTPをどのように活用できますか？

FLIR Blackfly S GigEと今後登場するOryx 10 GigEカメラではIEEE-1588 PTPがサポートされています。 これらは、検査システム内でIEEE-1588 PTPを実装する出発点となり、スループットを安定させ、帯域幅と処理オーバーヘッドを低減し、明日の技術に向けて準備を整えます。 FLIRの Blackfly S および Oryx カメラのこれらおよび他の大きな利点については、 こちらまで お問い合わせください。 

Harris, Ken. "An application of IEEE 1588 to industrial automation." 測定、制御、通信向けの精密クロック同期（Precision Clock Synchronization for Measurement, Control and Communication）（2008）：71-76.
Srinivasan, Seshadhri, et al. "Verifying response times in networked automation systems using jitter bounds." Software Reliability Engineering Workshops (ISSREW), 2014 IEEE International Symposium on. IEEE, 2014.