Eccitazione ultravioletta per l’ispezione a fluorescenza di adesivi, rivestimenti e marcature di sicurezza
- Le lunghezze d’onda 365 nm (UV-A) e 395 nm eccitano la fluorescenza in adesivi, inchiostri di sicurezza, rivestimenti e contaminanti biologici.
- Telecamera nel visibile con filtro di blocco UV: cattura la riemissione fluorescente come elementi luminosi su sfondo scuro.
- Ideale per verifica degli adesivi, ispezione delle marcature di sicurezza, rivestimenti a polimerizzazione UV, rilevamento delle contaminazioni.
- 365 nm produce una fluorescenza più intensa; 395 nm offre maggiore efficienza dei LED e durata più lunga.
- Protezioni per l’operatore necessarie per evitare l’esposizione diretta prolungata di occhi e pelle ai raggi UV.
- Ottiche in quarzo per UV necessarie solo per l’imaging diretto nell’UV; obiettivi in vetro standard sufficienti per catturare la fluorescenza visibile.
L’illuminazione LED ultravioletta apre una classe di applicazioni di ispezione semplicemente impossibili con la luce visibile: rilevamento di marcatori fluorescenti, ispezione di rivestimenti sensibili agli 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 fluorescente in molti materiali, che può quindi essere catturata da una telecamera nel visibile come elementi luminosi su sfondo scuro.
Principio di funzionamento delle sorgenti LED UV
I LED ultravioletti si basano sul nitruro di gallio e su semiconduttori affini a banda proibita ampia, che emettono a lunghezze d’onda nel vicino UV. Le due lunghezze d’onda industriali più comuni sono 365 nm (UV a onde lunghe, detto anche UV-A) e 395 nm (vicinissimo UV, al confine con il violetto visibile). Le lunghezze d’onda UV più corte (medio UV a 280-315 nm e UV profondo a 200-280 nm) sono disponibili con LED specializzati a costi decisamente superiori e sono riservate ad applicazioni specifiche come la disinfezione e alcune misure spettroscopiche.
L’illuminazione UV a 365 nm e 395 nm genera principalmente fluorescenza, il fenomeno per cui alcuni materiali assorbono fotoni UV e li riemettono a lunghezze d’onda maggiori (visibili). La luce riemessa cade tipicamente nel blu, nel verde o nel giallo e può essere catturata da una normale telecamera nel visibile. Un filtro di blocco UV sull’obiettivo della telecamera elimina dall’immagine l’eventuale UV residuo e lascia soltanto il segnale fluorescente.
Materiali fluorescenti nell’ispezione industriale
Molti materiali industriali presentano fluorescenza sotto eccitazione UV. Esempi comuni sono gli adesivi cianoacrilici ed epossidici, che fluorescono intensamente e permettono di rilevare le linee di incollaggio e l’adesivo in eccesso; gli inchiostri e le fibre di sicurezza incorporati in banconote e contrassegni fiscali, che producono pattern fluorescenti caratteristici; i rivestimenti superficiali come primer, vernici e pellicole protettive che contengono traccianti fluorescenti per il controllo qualità; i contaminanti biologici come oli e proteine, che fluorescono naturalmente; e diverse 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 adesivo sui prodotti assemblati, dove occorre verificare presenza, posizione e quantità dell’adesivo; per il controllo qualità delle marcature di sicurezza su banconote, documenti di identità, confezioni farmaceutiche e prodotti di marca di alto valore; per la verifica dei rivestimenti a polimerizzazione UV su substrati in vetro, plastica e metallo; per il rilevamento della contaminazione superficiale da oli, materiali biologici e fluidi di processo; per l’ispezione di display e insegne a fosfori; per il controllo qualità di tessuti fluorescenti e flussi di riciclo selezionati; e per qualsiasi applicazione in cui la caratteristica di interesse possa essere resa visibile tramite eccitazione della fluorescenza. Gli assiemi specifici per UV vengono progettati all’interno della gamma di illuminatori LED personalizzati, mentre sorgenti direzionali compatte sono disponibili anche nella famiglia degli illuminatori LED spot.
Criteri di selezione e considerazioni progettuali
La lunghezza d’onda è il primo parametro di selezione. L’UV a 395 nm è più efficiente (maggiore efficienza elettro-ottica dei LED, durata più lunga, costo inferiore) ma eccita la fluorescenza meno intensamente rispetto ai 365 nm. L’UV a 365 nm produce una fluorescenza più intensa ed è la scelta standard per l’ispezione delle marcature di sicurezza e per le applicazioni ad alta sensibilità, a fronte di un costo leggermente superiore e di una durata dei LED più breve. Il medio UV e l’UV profondo sono riservati ad applicazioni specialistiche.
La risposta in fluorescenza dell’oggetto deve essere caratterizzata prima di progettare il sistema di ispezione. Non tutti i materiali fluorescono, e la lunghezza d’onda e l’intensità dell’emissione fluorescente dipendono dalla composizione specifica del materiale. In fase di progetto si raccomanda una misura spettrofluorimetrica o una valutazione empirica alle lunghezze d’onda UV candidate.
Requisiti di sicurezza e di filtraggio
L’illuminazione LED UV-A a 365 nm e oltre è considerata relativamente sicura per esposizioni di breve durata, ma l’esposizione diretta prolungata di occhi o pelle va evitata. Gli illuminatori UV industriali comprendono protezioni ed etichette di avvertenza per prevenire l’esposizione dell’operatore. Al di sotto dei 320 nm sono necessarie misure di sicurezza aggiuntive, tra cui occhiali protettivi certificati per UV e protezioni dedicate.
La telecamera deve includere un filtro di blocco UV per evitare che l’UV residuo saturi l’immagine nel visibile. Le telecamere per visione artificiale standard includono spesso un filtro di questo tipo nel gruppo del filtro IR-cut, ma i filtri specifici per UV offrono una reiezione dell’UV più efficace e sono raccomandati per l’ispezione a fluorescenza ad alta sensibilità.
Integrazione e limiti
Gli illuminatori LED UV richiedono una selezione accurata dei componenti ottici. Gli obiettivi in vetro standard assorbono in modo significativo nell’UV e potrebbero non trasmettere luce sufficiente a eccitare efficacemente la fluorescenza. Per l’imaging diretto nell’UV sono necessari obiettivi in quarzo o silice fusa per UV, ma per l’ispezione a fluorescenza, in cui si cattura soltanto la riemissione visibile, sul lato telecamera si possono usare obiettivi in vetro standard, purché l’illuminazione UV raggiunga l’oggetto attraverso un percorso trasparente all’UV.
Il limite principale dell’illuminazione UV è la sua dipendenza dalla risposta in fluorescenza dell’oggetto. I materiali che non fluorescono non producono alcun segnale e non possono essere ispezionati con questa tecnica. Anche l’intensità dell’emissione fluorescente è in genere molto inferiore a quella della riflessione diretta in luce visibile, il che richiede tempi di esposizione più lunghi o telecamere più sensibili. L’illuminazione UV dà il meglio come tecnica complementare su stazioni di ispezione che combinano più modalità di illuminazione, piuttosto che come soluzione a sorgente singola per tutti i compiti di ispezione.
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