Ultraviolette LED-Beleuchtung erschließt eine Reihe von industriellen Inspektionsanwendungen, die mit Beleuchtung im sichtbaren Wellenlängenbereich schlichtweg nicht erreichbar sind. Viele Materialien, Tinten, Beschichtungen und biologische Substanzen fluoreszieren unter UV-Anregung: Sie absorbieren UV-Photonen und emittieren wieder Licht bei einer längeren, sichtbaren Wellenlänge. Eine Standard-Monochrom- oder Farbkamera erfasst diese Fluoreszenzemission problemlos und macht unsichtbare Merkmale mit sehr hohem Kontrast vor einem dunklen Hintergrund sichtbar.
Die Einsatzmöglichkeiten der UV-LED-Beleuchtung in der industriellen Bildverarbeitung reichen von der Lecksuche mit Fluoreszenzmarkern über die Überprüfung von Sicherheitsmarkierungen auf Etiketten und Dokumenten, die Inspektion von Kleb- und Dichtstoffen, die Kontaminationserkennung auf Oberflächen mit Lebensmittelkontakt bis hin zur Authentifizierung hochwertiger Produkte. Jede Anwendung stellt ihre eigenen Anforderungen an UV-Wellenlänge, Beleuchtungsintensität, Beleuchtungsgeometrie sowie Kamera- und Filterkonfiguration. Dieser Leitfaden führt durch die technischen Prinzipien und praktischen Überlegungen zum Design für jede Kategorie.
UV-Wellenlängen in Anwendungen der industriellen Bildverarbeitung
Industrielle UV-LED-Beleuchtungen arbeiten in zwei primären Wellenlängenbereichen: 365 nm und 395 nm. Die Wahl zwischen diesen Wellenlängen hat einen spürbaren Einfluss auf die Leistung der fluoreszenzbasierten Inspektion.
UV-Beleuchtung mit 365 nm
Beleuchtungen bei 365 nm erzeugen echte UVA-Strahlung. Diese Wellenlänge regt eine breite Palette fluoreszierender Materialien an, darunter die meisten kommerziellen UV-reaktiven Farbstoffe, bei der Lecksuche verwendete Fluoreszenzmarker, optische Aufheller in Papier und Textilien sowie viele biologische Fluorophore. Bei 365 nm ist die Anregungsstrahlung selbst für Standard-Bildsensoren auf Siliziumbasis ohne UV-Durchlassfilter völlig unsichtbar. Das Kamerabild zeigt nur die Fluoreszenzemission und bietet einen sehr hohen Kontrast zwischen fluoreszierenden und nicht fluoreszierenden Bereichen.
Die Haupteinschränkung von 365-nm-LEDs ist die geringere Ausgangsleistung im Vergleich zu 395 nm. Die LED-Effizienz bei 365 nm ist geringer als bei längeren UV-Wellenlängen, sodass mehr LEDs oder ein höherer Ansteuerstrom erforderlich sind, um dieselbe Oberflächenbestrahlungsstärke zu erreichen. Das Wärmemanagement ist bei 365-nm-Beleuchtungen aufgrund der höheren thermischen Belastung pro Einheit optischer Lichtleistung von größerer Bedeutung.
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UV-Beleuchtung mit 395 nm
Beleuchtungen bei 395 nm erzeugen nahe UV-Strahlung, die an das sichtbare Spektrum grenzt. Diese Wellenlänge ist für das menschliche Auge als violettes Leuchten schwach sichtbar und auch von Standard-Kamerasensoren teilweise erfassbar. Der Hauptvorteil von 395 nm ist eine höhere LED-Effizienz und eine höher erreichbare Oberflächenbestrahlungsstärke bei gleicher Ansteuerleistung. Viele kommerzielle Fluoreszenzmarker und Sicherheitstinten sprechen gut auf eine Anregung bei 395 nm an.
Die teilweise Sichtbarkeit der 395-nm-Strahlung in Kamerabildern bedeutet, dass ein Kurzpass- oder Bandpassfilter auf dem Kameraobjektiv erforderlich ist, um die Anregungswellenlänge zu blockieren und nur die Fluoreszenzemission durchzulassen. Ohne diesen Filter überstrahlt die 395-nm-Hintergrundbeleuchtung teilweise das Fluoreszenzsignal und schwächt den Erkennungskontrast. UV-Beleuchtungen von RODER Vision sind sowohl in 365 nm als auch in 395 nm erhältlich, um den spezifischen Fluorophor-Anregungsanforderungen der Anwendung zu entsprechen.
Fluoreszierende Lecksuche
Die Lecksuche mit Fluoreszenzmarkern gehört zu den anspruchsvollsten und hochwertigsten UV-Inspektionsanwendungen. Eine geringe Menge an UV-fluoreszierendem Farbstoff wird dem Fluid oder Gas im zu prüfenden System zugesetzt. Jede Leckstelle wird durch Bildgebung der Außenseite des Systems unter UV-Beleuchtung gefunden. Der ausgetretene Fluoreszenzmarker fluoresziert unter UV-Anregung hell, wodurch selbst sehr kleine Leckstellen vor dem dunklen Hintergrund der umgebenden Oberfläche sichtbar werden.
Anwendungen in hydraulischen und pneumatischen Systemen
Hydrauliksysteme in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Maschinenbauindustrie verwenden Fluoreszenzmarker-Farbstoffe, um winzige Leckstellen an Schläuchen, Steckverbindern, Dichtungen und Wärmetauschern genau zu lokalisieren. Der Fluoreszenzmarker wird dem Hydrauliköl oder Kühlmittel üblicherweise in einer Konzentration von 0,1 % bis 0,5 % zugesetzt. Nach dem Betrieb des Systems unter Betriebsdruck wird die Außenseite unter UV-Beleuchtung abgebildet. Selbst ein einzelner Tropfen ausgetretener Flüssigkeit fluoresziert hell und ist sofort erkennbar.
Die Inspektion mittels industrieller Bildverarbeitung übernimmt die manuelle Prüfung mit UV-Lampen in der Hochvolumenproduktion. Eine automatisierte UV-Inspektionsstation bildet die gesamte Außenseite der montierten Komponente an definierten Kamerapositionen ab. Der Bildverarbeitungsalgorithmus wählt fluoreszierende Flecken oberhalb eines definierten Größen- und Intensitätsschwellenwerts aus, klassifiziert jeden erkannten Fleck und löst den Ausschussmechanismus für Komponenten mit bestätigten Leckanzeigen aus.
Lecksuche in Kälte- und Klimaanlagen
Kälte- und Klimaanlagen erfordern vor dem Versand eine 100%ige Dichtigkeitsprüfung. UV-Fluoreszenzmarker-Farbstoffe sind mit den meisten Kältemittel- und Kompressoröl-Formulierungen kompatibel. Das montierte System wird mit dem den UV-Marker enthaltenden Kältemittel befüllt und unter Druck gesetzt. Leckstellen werden durch Inspektion der Hartlötverbindungen, Ventilanschlüsse und Rohrdurchführungen mittels UV-Bildverarbeitung gefunden.
Verifizierung von Sicherheitsmarkern und Authentifizierungsprüfung
Sicherheitsmarkierungen, die unter Weißlicht unsichtbar bleiben und unter UV-Beleuchtung fluoreszieren, werden häufig zur Produktauthentifizierung, Dokumentensicherheit und zum Markenschutz eingesetzt. Bildverarbeitungssysteme mit UV-LED-Beleuchtungen können das Vorhandensein, die Position und den Inhalt dieser Sicherheitsmerkmale mit Produktionsgeschwindigkeit überprüfen.
Authentifizierung von Pharma-Etiketten
Pharmazeutische Etiketten tragen häufig UV-fluoreszierende Sicherheitsmerkmale, darunter UV-reaktive Tinten, im Etikettensubstrat eingebettete Fluoreszenzfasern und UV-sichtbare Seriennummern oder Codes. Die Inspektionsprüfung unter UV-Beleuchtung bestätigt, dass alle erforderlichen Sicherheitsmerkmale vorhanden und korrekt positioniert sind. Diese Inspektion ist in die Etikettierstation integriert und läuft mit voller Geschwindigkeit der Verpackungslinie.
Dokumenten- und Banknotenprüfung
Hochsicherheitsdokumente wie Ausweisdokumente, Zertifikate und Banknoten tragen komplexe UV-fluoreszierende Muster, die ohne Zugang zu den ursprünglichen Fluoreszenztinten-Formulierungen unmöglich zu reproduzieren sind. Die Inspektion mittels Bildverarbeitung unter UV-Beleuchtung kann das Vorhandensein und das korrekte Muster dieser Merkmale bestätigen und gefälschte oder manipulierte Dokumente in automatisierten Verarbeitungssystemen aussondern.
Inspektion von Klebstoffen, Dichtstoffen und Beschichtungen
Viele in der Fertigung verwendete Klebstoffe, Dichtstoffe und Beschichtungen sind mit UV-fluoreszierenden Additiven formuliert. Dadurch können Vorhandensein, Abdeckung und Raupenkontinuität des Kleb- oder Dichtstoffs nach dem Auftrag und vor der Montage durch UV-Bildverarbeitung überprüft werden.
Vorhandensein und Kontinuität von Kleberaupen.
Strukturklebstoff, der auf Fahrzeugkarosserieteile, Türdichtungen und Klebeverbindungen aufgetragen wird, muss kontinuierlich sein und innerhalb der spezifizierten Breiten- und Positionstoleranz liegen. UV-fluoreszierende Klebstoffformulierungen ermöglichen die Abbildung der kompletten Raupe unter UV-Beleuchtung. Der Bildverarbeitungsalgorithmus misst die Raupenbreite, erkennt Lücken oder fehlende Abschnitte und bestätigt, dass die Raupe innerhalb der zulässigen Positionstoleranz relativ zur Teilegeometrie liegt.
Verifizierung von Dichtungs- und Vergussmassen.
Dichtmassen, die auf Dichtungsflächen, Gewindeverbindungen und Flanschflächen aufgetragen werden, können durch UV-Inspektion überprüft werden, wenn die Masse einen UV-fluoreszierenden Zusatz enthält. Das Vorhandensein der Masse auf den kritischen Dichtflächen wird vor der Montage durch das Fluoreszenzbild bestätigt. Fehlende oder falsch positionierte Masse wird erkannt, bevor die Verbindung hergestellt wird, was Kosten und Aufwand für Demontage und Nacharbeit spart.
Überlegungen zum Design und zur Integration von UV-Beleuchtungen
UV-LED-Beleuchtungen für die industrielle Bildverarbeitung erfordern ein sorgfältiges Design und eine sorgfältige Integration, um einen zuverlässigen, stabilen und sicheren Betrieb zu erreichen.
Wärmemanagement für UV-LEDs
Die Sperrschichttemperatur von UV-LEDs beeinflusst sowohl die Ausgangsintensität als auch die Wellenlängenstabilität stark. Mit steigender Sperrschichttemperatur sinkt die optische Leistung und die Emissionsspitze driftet leicht zu längeren Wellenlängen ab. Für die fluoreszenzbasierte Inspektion ist die Wellenlängenstabilität kritisch, da eine Verschiebung der Anregungswellenlänge die Fluoreszenzanregungseffizienz verändert und die scheinbare Helligkeit des fluoreszierenden Merkmals im Bild beeinflusst. UV-Beleuchtungen von RODER Vision integrieren die HTTM-Wärmemanagementtechnologie, um die LED-Sperrschichttemperatur zu steuern und die UV-Ausgangsintensität sowie die Wellenlänge unter allen Betriebsbedingungen stabil zu halten.
Anforderungen an Kamerafilter
Die Fluoreszenzbildgebung erfordert einen Langpass- oder Bandpassfilter auf dem Kameraobjektiv, um die UV-Anregungswellenlänge zu blockieren und nur die Fluoreszenzemission bei sichtbaren Wellenlängen durchzulassen. Ohne diesen Filter überstrahlt die reflektierte UV-Beleuchtung des Szenenhintergrunds teilweise das schwächere Fluoreszenzsignal. Die Cut-on-Wellenlänge des Filters muss so gewählt werden, dass sie die UV-Anregungswellenlänge vollständig blockiert und gleichzeitig das Fluoreszenzemissionsband des spezifisch verwendeten Fluorophors durchlässt.
Für die 365-nm-Beleuchtung wird ein Langpassfilter mit einer Cut-on-Wellenlänge von 400 nm bis 420 nm verwendet. Für die 395-nm-Beleuchtung ist ein Filter mit einer Cut-on-Wellenlänge von 420 nm bis 450 nm erforderlich, um den stärkeren Nah-UV-Hintergrund ausreichend zu blockieren. Optische Filterzubehörteile von RODER Vision sind erhältlich, um das UV-Fluoreszenz-Inspektionssystem zu vervollständigen.
Sicherheit des Bedieners
UV-Strahlung bei 365 nm und 395 nm kann bei anhaltender Exposition Augen- und Hautschäden verursachen. Industrielle UV-LED-Beleuchtungen für die Bildverarbeitung werden üblicherweise in geschlossenen Inspektionszellen installiert, sodass eine Bediener-Exposition während des Betriebs ausgeschlossen ist. Wenn Wartungs- oder Einrichtarbeiten einen Betrieb bei geöffneten Schutzvorrichtungen erfordern, muss eine geeignete UV-Schutzbrille getragen werden. UV-Beleuchtungen von RODER Vision entsprechen den CE-Kennzeichnungsanforderungen für elektrische und optische Sicherheit.
Produkte und Technologien
Beleuchtungsfamilien von RODER Vision für UV-Anwendungen
Die folgenden RODER Vision Produktfamilien unterstützen die UV-Beleuchtung für die Fluoreszenz-Lecksuche, die Überprüfung von Sicherheitsmarkierungen und die Klebstoffinspektion.
DL6 – LED-Matrix mit hoher Packungsdichte
Erhältlich mit UV-LEDs in 365 nm und 395 nm. Hochdichte Matrix für flächige UV-Beleuchtung. HTTM-Wärmemanagement für stabile UV-Leistung. Ideal für Etiketten- und Sicherheitsmerkmalinspektion.
DC6 — LED-Ringbeleuchtung mit hoher Dichte
UV-Ringbeleuchtung für die Draufsicht-Fluoreszenzinspektion von Klebraupen, Dichtungen und Oberflächenbeschichtungen. Mehrwellenlängen-Optionen einschließlich 365 nm und 395 nm UV.
DL5 – Hochintensitäts-LED-Matrix
Hohe UV-Spitzenintensität im Stroboskopmodus für die Lecksuche bei hoher Inspektionsgeschwindigkeit. Starke UV-Anregung zur Erkennung minimaler Fluoreszenzmarker-Konzentrationen.
FD2 – Flat Dome LED-Beleuchtungseinheiten
Diffuse UV-Beleuchtung für gleichmäßige Fluoreszenzanregung auf flachen Etiketten und Dokumenten. Beseitigt gerichtete Schatten. Optionen für UV 365 nm und 395 nm erhältlich.
Häufig gestellte Fragen
365 nm erzeugt echte UVA-Strahlung, die eine breitere Palette fluoreszierender Materialien ohne Hintergrundsichtbarkeit in Kamerabildern anregt, obwohl ein Filter erforderlich ist, um die UV-Reflexion zu blockieren. 395-nm-LEDs sind effizienter und erreichen eine höhere Oberflächenbestrahlungsstärke, sind jedoch für Kameras teilweise sichtbar und benötigen einen steileren Cut-on-Filter. Für die anspruchsvollsten Fluoreszenzarbeiten bietet 365 nm einen besseren Kontrast; für die allgemeine Fluoreszenzinspektion ist 395 nm ausreichend und kostengünstiger.
Dem Fluid oder Gas im System wird eine geringe Menge UV-fluoreszierender Farbstoffmarker zugesetzt. Nach der Druckbeaufschlagung wird die Außenseite unter UV-Beleuchtung abgebildet, und jede ausgetretene Flüssigkeit fluoresziert hell vor der dunklen umgebenden Oberfläche. Der Bildverarbeitungsalgorithmus wählt fluoreszierende Flecken oberhalb eines definierten Größen- und Intensitätsschwellenwerts aus und löst den Ausschuss undichter Komponenten aus. Die Methode erfasst sehr kleine Lecks, die unter Weißlicht unsichtbar bleiben.
Ja. Ein Langpass- oder Bandpassfilter auf dem Kameraobjektiv ist erforderlich, um die UV-Anregungswellenlänge zu blockieren und nur die sichtbare Fluoreszenzemission durchzulassen. Ohne diesen Filter überstrahlt das reflektierte UV-Licht vom Szenenhintergrund das schwächere Fluoreszenzsignal. Verwenden Sie für eine 365-nm-Beleuchtung einen Filter mit einer Cut-on-Wellenlänge von 400–420 nm; für eine 395-nm-Beleuchtung verwenden Sie einen Filter mit einer Cut-on-Wellenlänge von 420–450 nm.
Ja, solange der Kleb- oder Dichtstoff einen UV-fluoreszierenden Zusatz enthält. Die ausgehärtete oder ungehärtete Raupe fluoresziert unter UV-Beleuchtung, und das Bildverarbeitungssystem bestätigt Vorhandensein, Breite, Kontinuität und Position der Raupe. Lücken, fehlende Abschnitte und Positionsabweichungen werden vor der Montage erkannt. Viele Hersteller von Strukturkleb- und Dichtstoffen bieten UV-fluoreszierende Formulierungen speziell für die Prozessverifikation mittels Bildverarbeitung an.
UV-Strahlung bei 365–395 nm verursacht bei anhaltender direkter Exposition Augen- und Hautschäden. Industrielle UV-Beleuchtungen sollten sich in geschlossenen Inspektionszellen befinden, die eine Exposition des Bedieners während des normalen Betriebs verhindern. Bei Einricht- und Wartungsarbeiten mit geöffneten Schutzvorrichtungen muss eine für UVA-Wellenlängen ausgelegte UV-Schutzbrille getragen werden. UV-Beleuchtungen von RODER Vision entsprechen den CE-Kennzeichnungsanforderungen für elektrische und optische Sicherheit.
Kontakte & Informationen
Kontakt für allgemeine Informationen: info@roder.it
Partner für System- und Sensorintegration: www.roder.it
RODER Geschäftsbereich Industrielle Bildverarbeitung: www.visiotronix.com
RODER Geschäftsbereich Messtechnik: www.innovacheck.com
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