Краткое введение и сценарии применения УФ-камер

Многие слышали об «инфракрасных камерах», но какие функции выполняют их аналоги — «ультрафиолетовые (УФ) камеры»?

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с проблемами, которые «невидимы невооружённым глазом»: пытаемся проверить защиту от подделок на упаковке продуктов, но не находим явных признаков; нужно обнаружить скрытые трещины на печатных платах, где обычные камеры видят только поверхность; пытаемся установить место утечки в трубопроводе, где бесцветные газы невозможно обнаружить.

Здесь на помощь приходят УФ-камеры. Они могут захватывать ультрафиолетовый свет (200 нм – 400 нм), невидимый для человеческого глаза, преобразуя «невидимые сигналы» в четкие изображения и становясь «прозрачным глазом» в таких областях, как инспекция, защита от подделок и безопасность.

Сегодня мы простыми словами разберем основные принципы работы УФ-камер, расскажем о трех очень практичных сценариях применения и приведем ключевые моменты, позволяющие избежать типичных ошибок, чтобы вы быстро поняли их ценность и научились использовать.

I. Почему УФ-камеры могут «видеть невидимый свет»?

Многие считают, что «УФ-камера — это просто обычная камера с добавленным фильтром». На самом деле, ее главное преимущество заключается в «захвате специфических сигналов ультрафиолетового света».

Свет, который мы видим глазами, называется «видимым светом» (400 нм–760 нм), тогда как ультрафиолетовый (УФ) свет — это «невидимое излучение» с более короткой длиной волны. В природе многие вещества проявляют «флуоресцентную реакцию» под действием УФ-света (например, защитные метки на банкнотах, органические загрязнители), в то время как другие поглощают или отражают УФ-свет (например, неотвержденный фоторезист, газы при утечках в трубопроводах).

Обычные камеры могут воспринимать только видимый свет и являются «слепыми» к этим УФ-сигналам. УФ-камеры же используют специализированные УФ-датчики (например, sCMOS с обратной подсветкой) и фильтры, блокирующие видимый свет, чтобы точно захватывать УФ-излучение в диапазоне 200–400 нм, а затем преобразовывать эти сигналы в черно-белые или цветные изображения, понятные человеческому глазу, раскрывая «невидимые детали».

Проще говоря: обычные камеры «могут снимать только то, что мы видим», тогда как УФ-камеры «могут фиксировать УФ-сигналы, невидимые невооружённым глазом». В этом заключается их основная возможность.

II. Три основных практических сценария применения УФ-камер

Возможности УФ-камер — «распознавание флуоресценции», «обнаружение скрытых дефектов» и «захват бесцветных сигналов» — позволяют решать практические задачи в различных областях. Следующие три сценария являются наиболее распространёнными и практичными:

1. Сценарий 1: Защита от подделок, прослеживаемость и проверка качества — быстрое выявление «невидимых меток»

Основная потребность: на упаковке таких продуктов, как продукты питания, лекарства, табачные изделия и алкоголь, часто наносятся «УФ-метки защиты от подделок» (например, бесцветные флуоресцирующие узоры или цифры) для предотвращения подделывания. Эти метки невидимы невооружённым глазом. Традиционный ручной осмотр требует использования УФ-фонарика для индивидуального облучения каждого предмета, что неэффективно и чревато пропуском меток.

Решение с использованием УФ-камеры: используйте ближний ультрафиолет (УФ-А диапазон, 320 нм – 400 нм) совместно с источником УФ-света (например, длина волны 365 нм). Достаточно направить камеру на упаковку, чтобы сразу увидеть защитные знаки от подделки. Также возможно подключение к компьютеру для автоматического распознавания, что исключает необходимость ручного контроля.

Пример — проверка упаковки на пищевом производстве:

Проблема: Ручная проверка с помощью УФ-фонарика позволяла обследовать лишь 500 упаковок в час. Усталость глаз приводила к 15% пропущенных дефектов и частым ошибкам в оценке.

Результат: Использование 2-мегапиксельной УФ-камеры (диапазон 365 нм) в сочетании с автоматической системой конвейера позволило достичь скорости проверки 2000 упаковок в час. Точность распознавания защитных знаков достигла 99,8 %, а процент пропущенных дефектов снизился до 0,2 %. Система также автоматически фиксирует положение несоответствующих изделий, устраняя необходимость постоянного ручного наблюдения.

Подходящие сценарии: обнаружение УФ-антиподделки для упаковки пищевых продуктов/лекарств, защита от подделок и прослеживаемость табачной/алкогольной продукции/косметики, проверка флуоресцентных меток на документах (паспортах/удостоверениях личности).

2. Сценарий 2: Промышленное обнаружение дефектов — выявление «невидимых скрытых опасностей»

Ключевая потребность: в промышленном производстве многие дефекты невидимы для обычных камер: например, органические загрязнения на поверхности полупроводниковых пластин (на уровне 0,01 мкм), микротрещины на печатных платах, коррозия поверхности металлических деталей. Пропуск таких дефектов может привести к отказу продукции, например, к короткому замыканию чипов или разрушению деталей.

Решение на основе УФ-камеры: использование высокочувствительной глубокой УФ-камеры (диапазон UVC, 200 нм – 280 нм) в паре с источником глубокого ультрафиолетового излучения (например, длина волны 254 нм). Оно использует флуоресцентную реакцию загрязнений или различия в отражении УФ-излучения от дефектов для точного определения проблем.

Пример — инспекция загрязнений полупроводниковых пластин:

Проблема: Обычные камеры не могли обнаружить органические загрязнения размером менее 0,1 мкм. Проблемы выявлялись только на последующих этапах процесса, из-за чего ежедневно списывались более 10 пластины из-за загрязнений, что приводило к убыткам свыше 50 000 юаней. Ручная микроскопическая проверка занимала 8 минут на одну пластину, что было крайне неэффективно.

Результат: Использование 5-мегапиксельной камеры глубокого УФ-диапазона (длина волны 254 нм) со сфокусированным источником света для сканирования позволило достичь уровня обнаружения загрязнений свыше 0,01 мкм на уровне 99,7%. Время проверки одной пластины сократилось до 40 секунд. Количество ежедневно списываемых пластин снизилось на 9, что обеспечило годовую экономию более чем 1,6 млн юаней.

Подходящие сценарии: Обнаружение загрязнений на поверхности полупроводниковых пластин, выявление микротрещин на печатных платах, выявление коррозии/загрязнений маслом на поверхности металлических деталей, обнаружение остатков фоторезиста.

3. Сценарий 3: Обнаружение утечек и контроль безопасности — отслеживание «бесцветных угроз»

Основная потребность: Утечки газа (например, хладагентов, легковоспламеняющихся газов) и просачивание в трубопроводах на промышленных объектах зачастую бесцветны и не имеют запаха, что делает их незаметными для невооруженного глаза. Накопление таких газов может привести к взрывам или отравлениям. «Коронный разряд» от высоковольтного оборудования (например, линий электропередачи, трансформаторов) также излучает ультрафиолетовые сигналы, невидимые обычным камерам; длительный разряд вызывает старение оборудования.

Решение с помощью УФ-камеры: Используйте среднюю УФ-камеру (диапазон UVB, 280 нм – 320 нм). Она способна дистанционно фиксировать УФ-сигналы от утечек газа или световые пятна от коронного разряда без контакта с оборудованием.  

Пример — обнаружение утечек в трубопроводах на химическом заводе:

Проблема: Ранее использовалось ручное поэлементное тестирование с детектором утечек, которое занимало 2 часа на один трубопровод и имело 20-процентный уровень пропущенных утечек. Однажды утечка хладагента привела к остановке цеха и убыткам свыше 200 000 юаней.  

Результат: Используя камеру среднего ультрафиолета (диапазон 300 нм) с телеобъективом, оператор может просканировать весь трубопровод с расстояния 10 метров всего за 5 минут. Точность определения места утечки достигла 99,5%. Система также могла записывать видео мест утечек. В течение одного года не было остановок из-за утечек.

Подходящие сценарии: обнаружение утечек промышленных газов (хладагентов, горючих газов), контроль коронного разряда на высоковольтном оборудовании, обнаружение скрытых источников возгорания на пожарах (например, тление древесины).

III. 3 ключевых момента при выборе и использовании УФ-камеры

1. Выберите правильную "длину волны"; не покупайте слепо "полный спектр":

Для защиты от подделок или обнаружения поверхностного масла выбирайте ближний ультрафиолет (UVA, 320–400 нм). Это экономически выгодно и не требует специальных источников света.  

Для обнаружения загрязнений на пластинах или фоторезиста выбирайте глубокий ультрафиолет (UVC, 200–280 нм). Он обеспечивает высокую чувствительность, но обращайте внимание на соответствие источника света.

Для обнаружения утечки газа или короны выберите средний УФ-диапазон (UVB, 280 нм – 320 нм). Обладает высокой устойчивостью к помехам, подходит для наружного и промышленного применения.

*(Хотя камеры полного спектра охватывают все диапазоны, их цена превышает стоимость специализированных моделей более чем в 3 раза и не требуется в большинстве применений. Не тратьте деньги зря.)*

2. Источник света должен соответствовать параметрам, иначе изображение будет нечетким:

УФ-камеры требуют специализированных источников УФ-света (например, 365 нм, 254 нм). Длина волны источника света должна соответствовать диапазону камеры. Например, использование камеры UVC с источником света UVA не вызовет флуоресцентный отклик загрязнений, в результате чего изображение будет темным. Кроме того, для сильно отражающих объектов (например, металла) выбирайте рассеянный источник света, чтобы избежать помех от бликов.

3. Учитывайте фоновый свет; не позволяйте видимому свету «затмить» УФ-сигнал

УФ-сигналы намного слабее видимого света. Если окружающий свет слишком яркий (например, прямые солнечные лучи, яркие настольные лампы), он может заглушить УФ-сигнал, в результате чего изображение станет размытым. Поэтому при внутреннем осмотре используйте затемняющие шторы. При использовании на улице отдавайте предпочтение пасмурной погоде или ночному времени, либо добавляйте к камере фильтры, блокирующие видимый свет.

IV. Заключение

Основная ценность УФ-камер заключается в том, чтобы помочь нам «увидеть невидимые сигналы, которые не могут обнаружить глаз и обычные камеры» — от защиты от подделок до промышленного контроля и обеспечения безопасности. Они решают множество «невидимых» проблем, одновременно повышая эффективность и снижая потери.

При выборе помните: во-первых, четко определите свою цель (защита от подделок/инспекция/обнаружение утечек). Затем выберите соответствующую полосу длины волны и источник света. Избегайте ошибок, связанных с «полным спектром» и «избыточным количеством мегапикселей», и вы сможете использовать устройство для решения реальных задач.