Ultraviolette Anregung für die Fluoreszenzinspektion von Klebstoffen, Beschichtungen und Sicherheitsmarkierungen
- Die Wellenlängen 365 nm (UV-A) und 395 nm regen Fluoreszenz in Klebstoffen, Sicherheitstinten, Beschichtungen und biologischen Verunreinigungen an.
- Kamera für den sichtbaren Bereich mit UV-Sperrfilter erfasst die Fluoreszenzemission als helle Merkmale auf dunklem Hintergrund.
- Ideal für Klebstoffprüfung, Inspektion von Sicherheitsmarkierungen, UV-härtende Beschichtungen, Erkennung von Verunreinigungen.
- 365 nm erzeugt eine stärkere Fluoreszenz; 395 nm bietet eine höhere LED-Effizienz und eine längere Lebensdauer.
- Schutzgehäuse für das Bedienpersonal erforderlich, um eine längere direkte UV-Exposition von Augen und Haut zu vermeiden.
- UV-taugliche Quarzoptiken nur für die direkte UV-Bildaufnahme erforderlich; Standard-Glasobjektive reichen für die Erfassung der sichtbaren Fluoreszenz aus.
Ultraviolette LED-Beleuchtung erschließt eine Klasse von Inspektionsanwendungen, die unter sichtbarem Licht schlicht unmöglich sind: Erkennung fluoreszierender Marker, Inspektion UV-empfindlicher Beschichtungen, Prüfung von Sicherheitsmerkmalen und Identifikation organischer Verunreinigungen. Durch die Emission bei Wellenlängen unter 400 nm regen UV-LEDs in vielen Materialien eine Fluoreszenzemission an, die anschließend von einer Kamera für den sichtbaren Bereich als helle Merkmale auf dunklem Hintergrund erfasst werden kann.
Funktionsprinzip von UV-LED-Quellen
Ultraviolette LEDs basieren auf Galliumnitrid und verwandten Halbleitern mit großer Bandlücke, die bei Wellenlängen im nahen UV emittieren. Die beiden gebräuchlichsten industriellen Wellenlängen sind 365 nm (langwelliges UV, auch UV-A genannt) und 395 nm (sehr nahes UV, an der Grenze zum sichtbaren Violett). Kürzere UV-Wellenlängen (mittleres UV bei 280-315 nm und tiefes UV bei 200-280 nm) sind mit speziellen LEDs zu deutlich höheren Kosten verfügbar und bleiben spezifischen Anwendungen wie der Desinfektion und bestimmten spektroskopischen Messungen vorbehalten.
UV-Beleuchtung bei 365 nm und 395 nm erzeugt in erster Linie Fluoreszenz, also das Phänomen, bei dem bestimmte Materialien UV-Photonen absorbieren und bei längeren (sichtbaren) Wellenlängen wieder abstrahlen. Das wieder abgestrahlte Licht liegt typischerweise im blauen, grünen oder gelben Bereich und kann von einer Standardkamera für den sichtbaren Bereich erfasst werden. Ein UV-Sperrfilter am Kameraobjektiv entfernt restliches UV aus dem Bild und lässt nur das Fluoreszenzsignal übrig.
Fluoreszierende Materialien in der industriellen Inspektion
Viele industrielle Materialien fluoreszieren unter UV-Anregung. Gängige Beispiele sind Cyanacrylat- und Epoxidklebstoffe, die intensiv fluoreszieren und die Erkennung von Klebenähten und überschüssigem Klebstoff ermöglichen; in Banknoten und Steuermarken eingearbeitete Sicherheitstinten und -fasern, die charakteristische Fluoreszenzmuster erzeugen; Oberflächenbeschichtungen wie Grundierungen, Lacke und Schutzfolien mit fluoreszierenden Tracern für die Qualitätskontrolle; biologische Verunreinigungen wie Öle und Proteine, die von Natur aus fluoreszieren; sowie verschiedene Kunststoffe, Papiere und Textilien, deren fluoreszierende Zusätze für Sortierung und Identifikation genutzt werden können.
Typische industrielle Anwendungen
UV-LED-Beleuchtung ist unverzichtbar für die Inspektion des Klebstoffauftrags auf montierten Produkten, bei der Vorhandensein, Position und Menge des Klebstoffs geprüft werden müssen; für die Qualitätskontrolle von Sicherheitsmarkierungen auf Banknoten, Ausweisdokumenten, Pharmaverpackungen und hochwertigen Markenprodukten; für die Prüfung UV-härtender Beschichtungen auf Glas-, Kunststoff- und Metallsubstraten; für die Erkennung von Oberflächenverunreinigungen durch Öle, biologische Stoffe und Prozessflüssigkeiten; für die Inspektion von Leuchtstoffdisplays und -beschilderungen; für die Qualitätskontrolle fluoreszierender Textilien und sortierter Recyclingströme; und für jede Anwendung, bei der das interessierende Merkmal durch Fluoreszenzanregung sichtbar gemacht werden kann. UV-spezifische Baugruppen werden innerhalb des Portfolios der kundenspezifischen LED-Beleuchtungen entwickelt; kompakte gerichtete Quellen sind auch aus der Familie der LED-Spotbeleuchtungen erhältlich.
Auswahlkriterien und Auslegungsaspekte
Die Wellenlänge ist der erste Auswahlparameter. UV bei 395 nm ist effizienter (höherer Wirkungsgrad der LEDs, längere Lebensdauer, geringere Kosten), regt die Fluoreszenz jedoch weniger stark an als 365 nm. UV bei 365 nm erzeugt eine intensivere Fluoreszenz und ist die Standardwahl für die Inspektion von Sicherheitsmarkierungen und hochempfindliche Anwendungen, um den Preis etwas höherer Kosten und einer kürzeren LED-Lebensdauer. Mittleres und tiefes UV bleiben Spezialanwendungen vorbehalten.
Das Fluoreszenzverhalten des Prüfobjekts muss vor der Auslegung des Inspektionssystems charakterisiert werden. Nicht alle Materialien fluoreszieren, und Wellenlänge und Intensität der Fluoreszenzemission hängen von der jeweiligen Materialzusammensetzung ab. In der Entwurfsphase wird eine spektrofluorimetrische Messung oder eine empirische Bewertung bei den in Frage kommenden UV-Wellenlängen empfohlen.
Sicherheits- und Filteranforderungen
UV-A-LED-Beleuchtung bei 365 nm und darüber gilt bei kurzzeitiger Exposition als relativ sicher, eine längere direkte Exposition von Augen oder Haut muss jedoch vermieden werden. Industrielle UV-Beleuchtungen umfassen Schutzgehäuse und Warnhinweise, um eine Exposition des Bedienpersonals zu verhindern. Unterhalb von 320 nm sind zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, darunter UV-zertifizierte Schutzbrillen und spezielle Gehäuse.
Die Kamera muss einen UV-Sperrfilter enthalten, damit restliches UV das sichtbare Bild nicht sättigt. Standardkameras der industriellen Bildverarbeitung enthalten einen solchen Filter häufig als Teil der IR-Sperrfilterbaugruppe, UV-spezifische Filter bieten jedoch eine wirksamere UV-Unterdrückung und werden für die hochempfindliche Fluoreszenzinspektion empfohlen.
Integration und Grenzen
UV-LED-Beleuchtungen erfordern eine sorgfältige Auswahl der optischen Komponenten. Standard-Glasobjektive absorbieren im UV-Bereich erheblich und lassen möglicherweise nicht genügend Licht durch, um die Fluoreszenz effizient anzuregen. Für die direkte UV-Bildaufnahme sind Objektive aus UV-tauglichem Quarz oder Quarzglas erforderlich; bei der Fluoreszenzinspektion, bei der nur die sichtbare Emission erfasst wird, können kameraseitig jedoch Standard-Glasobjektive verwendet werden, sofern die UV-Beleuchtung das Prüfobjekt über einen UV-durchlässigen Pfad erreicht.
Die wesentliche Einschränkung der UV-Beleuchtung ist ihre Abhängigkeit vom Fluoreszenzverhalten des Prüfobjekts. Materialien, die nicht fluoreszieren, liefern kein Signal und können mit dieser Technik nicht geprüft werden. Zudem ist die Intensität der Fluoreszenzemission in der Regel deutlich geringer als die der direkten Reflexion unter sichtbarem Licht, was längere Belichtungszeiten oder empfindlichere Kameras erfordert. UV-Beleuchtung wird am besten als ergänzende Technik an Inspektionsstationen eingesetzt, die mehrere Beleuchtungsarten kombinieren, und nicht als Einzelquellenlösung für alle Inspektionsaufgaben.
UV-LED-Beleuchtungen von RODER Vision
RODER Vision entwickelt anwendungsspezifische UV-LED-Beleuchtungen bei 365 nm und 395 nm für die industrielle Bildverarbeitungsinspektion fluoreszierender Merkmale, mit gerichteten Spotquellen und Flächengeometrien auf Anfrage.
- Kompakte gerichtete UV-Quellen für die gezielte Fluoreszenzanregung — LED-Spotbeleuchtungen
- Anwendungsspezifische UV-Ring-, Balken-, Flächen- und Feldbaugruppen — Kundenspezifische LED-Beleuchtungen
Für gepulste UV-Inspektionslinien und die synchronisierte Fluoreszenzaufnahme umfasst der RODER-Katalog spezielle LED-Treiber und elektronische Controller, die mit industriellen Bildverarbeitungscontrollern und SPS kompatibel sind.