Een korte introductie en toepassingsscenario's van UV-camera's

Veel mensen hebben wel eens gehoord van "infraroodcamera's", maar welke functies hebben hun tegenhangers, de "ultraviolette (UV) camera's"?

In het dagelijks leven komen we vaak problemen tegen die "onzichtbaar zijn voor het blote oog"—bijvoorbeeld het controleren van anti-valse-markeringen op verpakkingen van levensmiddelen zonder duidelijke zichtbare tekenen; het detecteren van verborgen scheurtjes op printplaten waar gewone camera's alleen het oppervlak zien; het opsporen van lekkages in leidingen waar kleurloze gassen niet te traceren zijn.

Hier komen UV-camera's om de hoek kijken. Ze kunnen ultraviolette straling (200nm-400nm) vastleggen die onzichtbaar is voor het menselijk oog, en zetten "onzichtbare signalen" om in duidelijke beelden. Daarmee worden ze het "transparante oog" in domeinen zoals inspectie, anti-vervalsing en beveiliging.

Vandaag leggen we de kernprincipes van UV-camera's op eenvoudige wijze uit, delen we drie zeer praktische toepassingsscenario's en geven we belangrijke tips om veelvoorkomende valkuilen te vermijden. Zo begrijpt u snel hun waarde en toepassing.

I. Waarom kunnen UV-camera's "onzichtbaar licht zien"?

Velen denken dat "een UV-camera gewoon een gewone camera is met een filter erop." In werkelijkheid schuilt het belang van zo'n camera in het "vastleggen van de speciale signalen van ultraviolet licht."

Het licht dat we met onze ogen zien, wordt "zichtbaar licht" (400 nm-760 nm) genoemd, terwijl ultraviolette (UV) straling een vorm van "onzichtbaar licht" is met een kortere golflengte. In de natuur veroorzaken veel stoffen een "fluorescentiereactie" onder UV-licht (bijvoorbeeld anti-personeelsmerken op bankbiljetten, organische verontreinigingen), terwijl andere stoffen UV-licht absorberen of reflecteren (bijvoorbeeld niet-uitgehard fotolak, lekkende gasleidingen).

Gewone camera's kunnen alleen zichtbaar licht ontvangen en zijn voor deze UV-signalen "blind". UV-camera's gebruiken echter speciale UV-sensoren (zoals back-illuminated sCMOS) en filters die zichtbaar licht blokkeren om nauwkeurig 200 nm-400 nm UV-licht te detecteren, en zetten deze signalen vervolgens om in grijswaarden- of kleurenbeelden die voor het menselijk oog begrijpelijk zijn, waardoor "onzichtbare details" zichtbaar worden.

Eenvoudig gezegd: gewone camera's "kunnen alleen vastleggen wat wij kunnen zien", terwijl UV-camera's "UV-signalen kunnen vastleggen die onzichtbaar zijn voor het blote oog". Dit is hun kerncapaciteit.

II. 3 Belangrijke praktische toepassingsscenario's voor UV-camera's

De mogelijkheden van UV-camera's – "fluorescentieherkenning", "detectie van verborgen gebreken" en "opname van kleurloze signalen" – kunnen praktische problemen oplossen in diverse sectoren. De volgende drie scenario's zijn de meest voorkomende en praktische toepassingen:

1. Scenario 1: Anti-piraatmaatregelen, traceerbaarheid en kwaliteitsverificatie – Snel identificeren van "onzichtbare markeringen"

Kernbehoeften: Producten zoals levensmiddelen, farmaceutische producten, tabak en alcohol hebben vaak "UV-anti-piraatmarkeringen" (bijvoorbeeld kleurloze fluorescerende patronen of nummers) op hun verpakking aangebracht om vervalsing te voorkomen. Deze markeringen zijn met het blote oog onzichtbaar. Bij traditionele handmatige inspectie moet elk item afzonderlijk worden belicht met een UV-zaklamp, wat inefficiënt is en gemakkelijk tot fouten of overgeslagen items kan leiden.

UV-cameraoplossing: Gebruik een nabije-UV-camera (UVA-band, 320 nm - 400 nm) in combinatie met een UV-lichtbron (bijvoorbeeld golflengte van 365 nm). Richt eenvoudig op de verpakking om de anti-valsecmarkeringen direct te zien. Het kan ook worden aangesloten op een computer voor automatische herkenning, waardoor handmatige controle overbodig wordt.

Voorbeeld – Verpakkingsinspectie in voedselfabriek:

Pijnlijk punt: Handmatige inspectie met een UV-zaklamp kon slechts 500 verpakkingen per uur controleren. Oogvermoeidheid leidde tot een foutieve detectiekans van 15% en regelmatige verkeerde beoordelingen.

Resultaat: Met gebruik van een 2MP UV-camera (365 nm band) in combinatie met een geautomatiseerd transportbandsysteem bereikte de inspectiesnelheid 2000 verpakkingen per uur. De herkenningsnauwkeurigheid van anti-valsecmarkeringen bereikte 99,8%, en het percentage gemiste detecties daalde tot 0,2%. Het systeem registreerde bovendien automatisch de positie van niet-conforme producten, waardoor continue handmatige controle overbodig werd.

Geschikte scenario's: UV anti-piraatdetectie voor voedsel-/farmaceutische verpakkingen, contrafeiting en traceerbaarheid voor tabak/alcohol/cosmetica, verificatie van fluorescerende merken op documenten (passen/identiteitskaarten).

2. Scenario 2: Industriële defectdetectie – Het vinden van "onzichtbare verborgen gevaren"

Kernbehoeften: In de industriële productie zijn veel defecten onzichtbaar voor gewone camera's: bijvoorbeeld organische verontreinigingen op oppervlakken van halfgeleiderschijven (op het niveau van 0,01μm), microscheurtjes op printplaten, oppervlaktecorrosie op metalen onderdelen. Het missen van deze defecten kan leiden tot productstoringen, zoals kortsluiting in chips of breuk in onderdelen.

UV-camera-oplossing: Gebruik een hooggevoelige deep-UV-camera (UVC-band, 200nm-280nm) in combinatie met een deep-UV-lichtbron (bijvoorbeeld golflengte van 254nm). Deze maakt gebruik van de fluorescentiereactie van verontreinigingen of verschillen in UV-weerkaatsing van defecten om problemen nauwkeurig te identificeren.

Voorbeeld – Inspectie van verontreiniging op halfgeleiderschijven:

Pijnlijk punt: Gewone camera's konden organische verontreinigingen onder de 0,1 μm niet detecteren. Problemen werden pas in latere processtappen ontdekt, waardoor dagelijks meer dan 10 wafers werden afgeschreven vanwege verontreiniging, met verliezen van meer dan ¥50.000. Handmatige microscopische inspectie nam 8 minuten per wafer in beslag, wat uiterst inefficiënt was.

Resultaat: Gebruik van een 5MP deep-UV-camera (254nm band) met een spotlichtbron voor scannen bereikte een detectienauwkeurigheid van 99,7% voor verontreinigingen boven de 0,01 μm. De inspectietijd per wafer werd teruggebracht tot 40 seconden. Het aantal dagelijkse afgeschreven wafers daalde met 9, wat jaarlijks kostenbesparingen van ruim ¥1,6 miljoen opleverde.

Geschikte scenario's: Detectie van oppervlakteverontreiniging op halfgeleiderwafers, identificatie van microscheurtjes op printplaten, detectie van corrosie/olieverontreiniging op metalen onderdelen, detectie van fotolakresten.

3. Scenario 3: Lekkagedetectie en beveiligingsbewaking – het traceren van "kleurloze gevaren"

Kernbehoefte: Gaslekkages (bijvoorbeeld koelmiddelen, ontvlambare gassen) en lekkages in pijpleidingen in industriële omgevingen zijn vaak kleurloos en reukloos, waardoor ze met het blote oog onzichtbaar zijn. Ophoping kan leiden tot explosies of vergiftiging. "Corona-ontlading" van hoogspanningsapparatuur (bijvoorbeeld hoogspanningskabels, transformatoren) zendt ook UV-signalen uit die onzichtbaar zijn voor gewone camera's; langdurige ontlading veroorzaakt veroudering van de apparatuur.

UV-camera-oplossing: Gebruik een midden-UV-camera (UVB-band, 280 nm - 320 nm). Deze kan op afstand de UV-signalen van lekkende gassen of lichtvlekken van corona-ontlading detecteren zonder contact te maken met de apparatuur.  

Voorbeeld – Lekkagedetectie in chemische fabriekspijpleidingen:

Pijnlijk punt: Eerder afhankelijk van handmatige puntsgewijze tests met een lekdetectieapparaat, wat 2 uur per pijplijn kostte en een foutieve detectieratio van 20% had. Een eerdere koelmiddellekkage zorgde voor stilstand van de werkplaats, met verliezen van meer dan ¥200.000.  

Resultaat: Met een 2MP mid-UV-camera (300nm band) met telelens kon een operator binnen 5 minuten een volledige pijplijn vanaf 10 meter afstand scannen. De nauwkeurigheid bij het identificeren van lekpunten bereikte 99,5%. Het systeem kon ook video opnemen van leklocaties. Gedurende één jaar vonden geen stilstanden plaats als gevolg van lekkages.

Geschikte scenario's: Lekdetectie van industrieel gas (koelmiddel, brandbaar gas), monitoring van corona-ontlading bij hoogspanningsapparatuur, lokaliseren van verborgen brandhaarden bij brandincidenten (bijvoorbeeld smeulend hout).

III. 3 Belangrijke punten bij de keuze en het gebruik van UV-camera's

1. Kies de juiste "golflengteband"; koop niet zomaar een "full-spectrum":

Voor namaakpreventie of detectie van oppervlakte-oliën kiest u nabij-UV (UVA, 320 nm - 400 nm). Dit is kosteneffectief en vereist geen speciale lichtbronnen.  

Voor detectie van verontreiniging op wafers of fotolak kiest u diep-UV (UVC, 200 nm - 280 nm). Dit biedt hoge gevoeligheid, maar let op de overeenkomst met de lichtbron.

Voor het detecteren van gaslekkages of corona, kies mid-UV (UVB, 280 nm - 320 nm). Het heeft sterke anti-interferentiemogelijkheden en is geschikt voor buiten-/industriële toepassingen.

*(Hoewel full-spectrum camera's alle bereiken dekken, is hun prijs meer dan driemaal zo hoog als die van gespecialiseerde modellen en is dit voor de meeste toepassingen onnodig. Verspil geen geld.)*

2. Lichtbron moet passen, anders zijn beelden onscherp:

UV-camera's vereisen speciale UV-lichtbronnen (bijv. 365 nm, 254 nm). De golflengte van de lichtbron moet overeenkomen met het spectrum van de camera. Bijvoorbeeld: het gebruik van een UVC-camera met een UVA-lichtbron zal niet leiden tot fluorescentie van verontreiniging, waardoor het beeld donker blijft. Daarnaast dient bij sterk reflecterende objecten (zoals metaal) een diffuus licht te worden gebruikt om reflectiestoornissen te voorkomen.

3. Let op omgevingslicht; laat zichtbaar licht niet 'overnemen':

UV-signalen zijn veel zwakker dan zichtbaar licht. Als het omgevingslicht te sterk is (bijvoorbeeld direct zonlicht, felle bureaulampen), kan dit het UV-signaal overweldigen, waardoor beelden wazig worden. Gebruik daarom bij inspecties binnenshuis verduisteringsgordijnen. Voor gebruik buitenshuis zijn bewolkte dagen of nachtelijk tijdstip aan te raden, of voeg filters toe aan de camera die zichtbaar licht blokkeren.

IV. Samenvatting

De kernwaarde van UV-camera's is dat ze ons helpen "onzichtbare signalen te zien die het blote oog en gewone camera's niet kunnen zien"—van anti-piraterij tot industriële inspectie en veiligheidstoezicht. Ze lossen talloze "onzichtbare" problemen op en verbeteren tegelijkertijd de efficiëntie en verminderen verliezen.

Houd bij de keuze hiervan rekening: Bepaal eerst uw doel (anti-piraterij/inspectie/lekdetectie). Kies vervolgens het bijbehorende golflengtebereik en de juiste lichtbron. Vermijd de valkuilen van "full-spectrum" en "onnodig hoge megapixels", dan kunt u er daadwerkelijk praktische problemen mee oplossen.