Eccitazione ultravioletta per l’ispezione a fluorescenza di adesivi, rivestimenti e marchi di sicurezza
- Le lunghezze d’onda di 365 nm (UV-A) e 395 nm eccitano la fluorescenza di adesivi, inchiostri di sicurezza, rivestimenti e contaminanti biologici.
- La fotocamera in banda visibile con filtro anti-UV cattura la riemissione fluorescente come un elemento luminoso su sfondo scuro.
- È l’ideale per la verifica degli adesivi, l’ispezione dei marchi di sicurezza, i rivestimenti UV e il rilevamento della contaminazione.
- I 365 nm producono una fluorescenza più intensa; i 395 nm offrono una maggiore efficienza dei LED e una maggiore durata.
- Alloggiamento di sicurezza dell’operatore richiesto per evitare l’esposizione diretta e prolungata ai raggi UV di occhi e pelle.
- Le ottiche al quarzo di grado UV sono necessarie solo per l’imaging UV diretto; le lenti in vetro standard sono sufficienti per l’acquisizione della fluorescenza visibile.
L’Illuminazione Ultravioletta LED apre una serie di applicazioni di ispezione semplicemente impossibili con la luce visibile: rilevamento di marcatori fluorescenti, ispezione di rivestimenti sensibili ai raggi UV, verifica di elementi di sicurezza e identificazione di contaminanti organici. Emettendo a lunghezze d’onda inferiori a 400 nm, i LED UV eccitano l’emissione di fluorescenza in molti materiali, che possono poi essere catturati da una fotocamera a banda visibile come elementi luminosi su uno sfondo scuro.
Principio di funzionamento delle sorgenti LED UV
I LED ultravioletti si basano sul nitruro di gallio e su altri semiconduttori ad ampia banda passante che emettono a lunghezze d’onda nella gamma dei quasi-UV. Le due lunghezze d’onda industriali più comuni sono 365 nm (UV a onde lunghe, chiamato anche UV-A) e 395 nm (UV molto vicino, al confine con il viola visibile). Le lunghezze d’onda UV più corte (mid-UV a 280-315 nm e deep-UV a 200-280 nm) sono disponibili con LED specializzati a costi significativamente più elevati e sono riservate ad applicazioni specifiche come la disinfezione e alcune misure spettroscopiche.
L’illuminazione UV a 365 nm e 395 nm genera principalmente la fluorescenza, il fenomeno per cui alcuni materiali assorbono i fotoni UV e li riemettono a lunghezze d’onda maggiori (visibili). La luce riemessa rientra tipicamente nella gamma del blu, del verde o del giallo e può essere catturata da una normale fotocamera a banda visibile. Un filtro che blocca i raggi UV sull’obiettivo della fotocamera rimuove i raggi UV residui dall’immagine e lascia solo il segnale di fluorescenza.
Materiali fluorescenti nell’ispezione industriale
Molti materiali industriali presentano fluorescenza sotto l’eccitazione UV. Esempi comuni sono gli adesivi cianoacrilici ed epossidici, che fluorescono intensamente e permettono di individuare le linee di incollaggio e l’adesivo in eccesso; gli inchiostri di sicurezza e le fibre incorporate nelle banconote e nei francobolli, che producono motivi fluorescenti distintivi; i rivestimenti superficiali come i primer, le vernici e le pellicole protettive che includono traccianti fluorescenti per il controllo della qualità; i contaminanti biologici come gli oli e le proteine che fluorescono naturalmente; e varie plastiche, carte e tessuti i cui additivi fluorescenti possono essere sfruttati per la selezione e l’identificazione.
Applicazioni industriali tipiche
L’illuminazione LED UV è essenziale per l’ispezione dell’applicazione di adesivi su prodotti assemblati, dove è necessario verificare la presenza, la posizione e la quantità di adesivo; il controllo di qualità dei marchi di sicurezza su banconote, documenti d’identità, imballaggi farmaceutici e prodotti di marca di alto valore; la verifica di rivestimenti polimerizzabili ai raggi UV su substrati di vetro, plastica e metallo; l’individuazione della contaminazione della superficie da parte di oli, materiali biologici e fluidi di processo; l’Ispezione del Packaging Farmaceutico e della cartellonistica; il controllo di qualità dei tessuti fluorescenti e dei flussi di riciclaggio differenziato; e tutte le applicazioni in cui l’elemento di interesse può essere reso visibile attraverso l’eccitazione di fluorescenza. I gruppi specifici per i raggi UV sono progettati all’interno del portafoglio di Illuminatori LED personalizzati, con sorgenti direzionali compatte disponibili anche nella famiglia di Illuminatori LED Spot.
Criteri di selezione e considerazioni sul design
La lunghezza d’onda è il primo parametro di selezione. I 395 nm UV sono più efficienti (maggiore efficienza del LED wall-plug, maggiore durata, costo inferiore) ma eccitano la fluorescenza in modo meno intenso rispetto ai 365 nm. L’UV a 365 nm produce una fluorescenza più intensa ed è la scelta standard per l’ispezione dei marchi di sicurezza e per le applicazioni ad alta sensibilità, a costo di un costo leggermente più elevato e di una minore durata dei LED. Gli UV medi e profondi sono riservati ad applicazioni specializzate.
Prima di progettare il sistema di Ispezione, è necessario caratterizzare la risposta di fluorescenza del bersaglio. Non tutti i materiali sono fluorescenti e la lunghezza d’onda e l’intensità dell’emissione fluorescente dipendono dalla composizione specifica del materiale. In fase di progettazione si raccomanda la misurazione spettrofluorimetrica o la valutazione empirica con lunghezze d’onda UV candidate.
Requisiti di sicurezza e filtri
L’Illuminatore LED UV-A a 365 nm e oltre è considerato relativamente sicuro per l’esposizione a breve termine, ma è necessario evitare l’esposizione diretta e prolungata degli occhi o della pelle. Gli illuminatori UV industriali sono dotati di alloggiamenti ed etichette di avvertimento per evitare l’esposizione dell’operatore. Al di sotto dei 320 nm, sono necessarie ulteriori misure di sicurezza, tra cui occhiali protettivi con classificazione UV e alloggiamenti dedicati.
La telecamera deve includere un filtro che blocca i raggi UV per evitare che i raggi UV residui saturino l’immagine visibile. Le telecamere standard per la visione artificiale spesso includono un filtro di questo tipo come parte del gruppo di filtri IR-cut, ma i filtri specifici per i raggi UV offrono una reiezione più efficace dei raggi UV e sono consigliati per le ispezioni a fluorescenza ad alta sensibilità.
Integrazione e limiti
Gli Illuminatori LED UV richiedono un’attenta selezione dei componenti ottici. Le lenti in vetro standard assorbono in modo significativo nella gamma UV e potrebbero non trasmettere abbastanza luce per eccitare la fluorescenza in modo efficiente. Per l’Imaging UV diretto sono necessarie lenti in quarzo o in silice fusa, ma per l’ispezione della fluorescenza in cui viene catturata solo la riemissione visibile, è possibile utilizzare lenti in vetro standard sul lato della telecamera, purché l’illuminazione UV raggiunga il bersaglio attraverso un percorso trasparente agli UV.
Il limite principale dell’Illuminatore UV è la sua dipendenza dalla risposta fluorescente del bersaglio. I materiali non fluorescenti non producono alcun segnale e non possono essere ispezionati con questa tecnica. Inoltre, l’intensità dell’emissione fluorescente è in genere molto più bassa dell’intensità della riflessione diretta alla luce visibile, il che richiede tempi di esposizione più lunghi o fotocamere più sensibili. L’illuminazione UV è più indicata come tecnica complementare nelle stazioni di ispezione che combinano più modalità di illuminazione, piuttosto che come soluzione unica per tutte le attività di ispezione.
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Per le linee di ispezione UV pulsate e per l’acquisizione sincronizzata della fluorescenza, il catalogo RODER comprende driver LED dedicati e controllori elettronici compatibili con i controller di visione industriale e i PLC.