Kratki uvod in primeri uporabe UV kamer

Mnogi so slišali za »infrardeče kamere«, a kakšne funkcije imajo njihovi ustrezni »ultravijolični (UV) kamere«?

V vsakodnevni življenju se pogosto srečujemo s težavami, ki so »nevidne s prostim očesom«—poskušamo preveriti protipoddelovalne oznake na embalaži hrane, a ne najdemo nobenih očitnih znakov; moramo zaznati skrite razpoke na tiskanih vezjih, kjer običajne kamere vidijo le površino; poskušamo slediti uhajanju plinov v cevovodih, kjer so brezbarvni plini neopazni.

Tu prihajajo do uporabe UV kamere. Lahko zajamejo ultravijolično svetlobo (200 nm-400 nm), ki je človeškemu očesu nevidna, in pretvarjajo »nevidne signale« v jasne slike, s čimer postanejo »prozornim očesom« na področjih kot so pregledi, varnost pred ponarejanjem in varnost.

Danes bomo preprosto razložili osnovna načela UV kamer, predstavili tri zelo uporabne primere uporabe ter vključili ključne točke, kako se izogniti pogostim napakam, da boste lahko hitro razumeli njihovo vrednost in uporabo.

I. Zakaj lahko UV kamere »vidijo nevidno svetlobo«?

Mnogi menijo, da »je UV kamera le navadna kamera z dodanim filtrom«. V resnici pa je njen glavni prednost v »zajemanju posebnih signalov ultravijolične svetlobe.«

Svetlobo, ki jo vidimo s svojimi očmi, imenujemo »vidna svetloba« (400 nm–760 nm), medtem ko je ultravijolična (UV) svetloba »nevidna svetloba« krajše valovne dolžine. V naravi mnoge snovi pod UV svetlobo povzročijo »fluorescenčno reakcijo« (npr. protipodstavnostne oznake na bankovcah, organska onesnažila), druge pa absorbirajo ali odbijajo UV svetlobo (npr. neizpostavljeni fotorezist, puščanje plinov v cevovodih).

Navadni kamere lahko sprejmejo le vidno svetlobo in so »slepe« za te UV signale. UV kamere pa uporabljajo specializirane UV senzorje (kot so obrnjene sCMOS) in filtre, ki blokirajo vidno svetlobo, da natančno zajamejo UV svetlobo 200–400 nm, nato pa te signale pretvorijo v sivinske ali barvne slike, razumljive človeškemu očesu, kar razkrije »nevidne podrobnosti«.

Preprosto povedano: navadne kamere »lahko zajamejo le to, kar vidimo«, medtem ko UV kamere »zajamejo UV signale, ki so nevidni golim očesom«. To je njihova osnovna zmogljivost.

II. 3 glavne praktične aplikacijske priložnosti za UV kamere

Zmožnosti UV kamer – »prepoznavanje fluorescencence«, »zaznavanje skritih napak« in »zajemanje brezbarvnih signalov« – lahko rešijo praktične težave na različnih področjih. Naslednje tri scenarije so najpogostejše in najbolj praktične:

1. Scenarij 1: Zaščita pred ponarejanjem, sledljivost in preverjanje kakovosti – Hitro prepoznavanje »nevidnih oznak«

Osnovna potreba: Na izdelkih, kot so hrana, zdravila, tobak in alkohol, se pogosto tiskajo »UV oznake proti ponarejanju« (npr. brezbarvni fluorescenčni vzorci, številke) na embalažo, da se prepreči ponarejanje. Te oznake so nevidne s prostim očesom. Pri tradicionalnem ročnem pregledu je treba vsak predmet posamezno osvetliti z UV svetilko, kar je neučinkovito in pri tem lahko pride do spodrsljajev.

Rešitev z UV kamero: Uporabite blizu-UV (UVA pasovno, 320 nm–400 nm) kameru v kombinaciji z virom UV svetlobe (npr. valovna dolžina 365 nm). Preprosto usmerite kamerico na embalažo, da neposredno vidite varnostne oznake proti ponarejanju. Kamera se lahko tudi poveže z računalnikom za avtomatsko prepoznavanje in tako odpravi potrebo po ročnem pregledovanju.

Primer – Kontrola embalaže v živilski tovarni:

Težava: Ročna kontrola z uporabo UV svetilke je omogočala pregled le 500 pakiranj na uro. Utrujenost oči je povzročila 15-odstotno stopnjo nezaznanih primerov ter pogoste napačne presoje.

Rezultat: Z uporabo 2 MP UV kamere (365 nm pasovno) v kombinaciji s samodejnim trakom je hitrost kontrole dosegla 2000 pakiranj na uro. Natančnost prepoznavanja varnostnih oznak proti ponarejanju je dosegla 99,8 %, stopnja nezaznanih primerov pa je padla na 0,2 %. Sistem samodejno beleži položaj neustrezajojih izdelkov, kar odpravlja potrebo po stalnem ročnem nadzoru.

Primerni scenariji: UV detekcija ponarejanja za embalažo hrane/zdravil, preprečevanje ponarejanja in sledljivost za tobak/alkohol/kozmetiko, preverjanje fluorescenčnih oznak na dokumentih (potniki/osebni izkazi).

2. Scenarij 2: Industrijsko zaznavanje napak – odkrivanje »nevidnih skritih nevarnosti«

Osnovna potreba: V industrijski proizvodnji je veliko napak nevidnih običajnim kameram: npr. organske onesnaževalke na površinah polprevodniških plošč (na ravni 0,01 μm), mikropraski na tiskanih vezjih, korozija površin kovinskih delov. Če te napake spregledamo, lahko pride do okvar izdelkov, kot so kratki stiki v čipih ali lomi delov.

Rešitev z UV kamero: Uporaba visoko občutljive kamere za globoko UV (UVC pasovno območje, 200 nm–280 nm) v kombinaciji z virom globoke UV svetlobe (npr. valovna dolžina 254 nm). Rešitev izkorišča fluorescenčno reakcijo onesnaževalk ali razlike v UV odboju napak za natančno določitev težave.

Primer – pregled kontaminacije polprevodniških plošč:

Težava: Navadne kamere niso mogle zaznati organskih onesnaževal pod 0,1 μm. Težave so bile ugotovljene šele v poznejših fazah procesa, kar je pomenilo, da je bilo vsak dan odpadlo več kot 10 ploščic zaradi onesnaženja, s posledičnimi izgubami več kot 50.000 juanov. Ročni mikroskopski pregled je trajal 8 minut na ploščico, kar je bilo izjemno neučinkovito.

Rezultat: Uporaba 5-megapikselske kamere z globokim UV (254 nm) in točkovnim svetlobnim virom za skeniranje je dosegla stopnjo zaznavanja onesnaževal nad 0,01 μm na 99,7 %. Čas pregleda posamezne ploščice se je skrčil na 40 sekund. Dnevno število odpadlih ploščic se je zmanjšalo za 9, kar prinaša letne prihranke stroškov več kot 1,6 milijona juanov.

Primerna področja uporabe: Zaznavanje onesnaženja površine polprevodniških ploščic, prepoznavanje mikropraskov na tiskanih vezjih, odkrivanje korozije/maščobnega onesnaženja na kovinskih delih, zaznavanje ostankov fotorezista.

3. Scenarij 3: Odkrivanje puščanj in varnostni nadzor – sledenje »brezbarvnim nevarnostim«

Osnovna potreba: Uhajanje plinov (npr. hladilni sredstvi, vnetljivi plini) in puščanje cevovodov v industrijskih okoljih je pogosto brezbarvno in brez vonja, zaradi česar jih ni mogoče zaznati s prostim očesom. Nabiranje takšnih plinov lahko povzroči eksplozije ali zastrupitve. »Koronski razboj« visokonapetostne opreme (npr. električni vodi, transformatorji) prav tako oddaja UV signale, ki jih običajne kamere ne morejo zaznati; podaljšan razboj pa povzroča staranje opreme.

Rešitev z UV kamero: Uporaba srednjega UV (UVB pasov, 280 nm–320 nm) omogoča zajemanje UV signalov uhajajočih plinov ali svetlih pik koronskega razboja na daljavo, brez fizičnega stika z opremo.  

Primer – Zaznavanje puščanja cevovoda v kemični tovarni:

Težava: Prej so se zanašali na ročno preverjanje točka po točka s pripomočkom za zaznavanje uhajanja, kar je trajalo 2 uri na cevovod in imelo stopnjo nezaznanih puščanj 20 %. Prejšnje uhajanje hladilnega sredstva je povzročilo zaustavitev delavnice, posledične izgube pa so presegale 200.000 juanov.  

Rezultat: Uporaba srednjega UV kamere z 2 MP (pas 300 nm) s teleobjektivom je omogočila operaterju, da je celotno cevovodje na razdalji 10 metrov preiskal v le 5 minutah. Natančnost določanja mesta uhajanja dosegla 99,5 %. Sistem je lahko tudi posnel video posnetke mest uhajanja. Eno leto ni bilo izpadov zaradi uhajanj.

Primerna scenarija: Zaznavanje uhajanja industrijskih plinov (hladilna sredstva, vnetljivi plini), spremljanje koronskega praskanja visokonapetostne opreme, iskanje skritih virov požara na požarnih prizoriščih (npr. žerjavica v lesu).

III. 3 ključne točke pri izbiri in uporabi UV kamere

1. Izberite pravi »pas valovnih dolžin«; ne kupujte slepo »celotnega spektra«:

Za preprečevanje ponarejanja ali zaznavanje olja na površinah izberite bližnjo UV (UVA, 320–400 nm). Je cenovno ugodna in ne zahteva posebnih svetlobnih virov.  

Za zaznavanje onesnaženja ploščic ali fotorezistov izberite globoko UV (UVC, 200–280 nm). Ponuja visoko občutljivost, vendar bodite pozorni na usklajevanje s svetlobnim virom.

Za zaznavanje uhajanja plina ali korone izberite srednji UV (UVB, 280 nm–320 nm). Ima močne sposobnosti proti motnjam, primerno za uporabo na prostem/industrijske scene.

*(Čeprav polnoprime snežne kamere zajemajo vse obsege, so trikrat dražje od specializiranih modelov in za večino aplikacij niso potrebne. Ne zapravljajte denarja.)*

2. Vir svetlobe mora biti usklajen, sicer bodo slike nejasne:

Kamere UV potrebujejo posebne vire svetlobe UV (npr. 365 nm, 254 nm). Valovna dolžina vira svetlobe mora biti usklajena s pasom kamere. Na primer, če uporabite kameru UVC z virom svetlobe UVA, to ne bo vzbudilo fluorescenčnih signalov onesnaženja, kar pomeni temno sliko. Poleg tega pri zelo odsevnih predmetih (kot je kovina) izberite razpršeni vir svetlobe, da se izognete motnjam odseva.

3. Upoštevajte okolno svetlobo; ne dopustite, da jo vidna svetloba »prevzame«:

UV signali so veliko šibkejši od vidne svetlobe. Če je okolna svetloba premočna (npr. neposredna sončna svetloba, svetle pisarne svetilke), lahko prekrije UV signal, kar ima za posledico zamegljene slike. Zato pri notranjem pregledovanju uporabite zaveso za popolno temo. Pri uporabi v zunanjih prostorih izberite oblačne dni ali nočni čas oziroma dodajte kameri filtre, ki blokirajo vidno svetlobo.

IV. Povzetek

Osnovna vrednost UV kamer je, da nam pomagajo »videti nevidne signale, ki jih gole oči in navadne kamere ne morejo zaznati«—od protikraježnih ukrepov do industrijskih pregledov in nadzora varnosti. Rešujejo številne »nevidne« težave, hkrati pa izboljšujejo učinkovitost in zmanjšujejo izgube.

Pri izbiri imajte naslednje: Najprej določite cilj (protikraježni mehanizmi/pregledi/zaznavanje uhajanja). Nato izberite ustrezni valovni pas in svetlobni vir. Se izognite pastem »celotnega spektra« in »nepotrebnih visokih megapikselov« ter boste lahko napravo uporabili za reševanje resničnih problemov.