UV-Beleuchtung für mehr Sicherheit bei der Passkontrolle und Prüfung von Klebstoffauftrag

Original-Artikel wurde am 15. Mai 2017 von Vision Systems Design veröffentlicht

Reflektive UV- und UV-Fluoreszenz-Bildgebung sind verschiedene Bildgebungstechniken, die verwendet werden können, um Merkmale zu erkennen, die bei Verwendung längerer Wellenlängen möglicherweise nicht erkannt werden. Bei der reflektierten UV-Bildgebung wird die Oberfläche eines Teils mit UV-Licht beleuchtet und von einer UV-empfindlichen Kamera abgebildet, während bei UV-Fluoreszenztechniken die einfallende UV-Strahlung von dem in dem Teil vorhandenen fluoreszierenden Material absorbiert und dann mit einer längeren Wellenlänge wieder abgestrahlt wird.

Aus diesem Grund nutzen viele Hersteller zunehmend fluoreszierende Materialien in Bildverarbeitungsanwendungen für Qualitätskontrolle, Prozesskontrolle und Testanwendungen. Solche Anwendungen erfordern UV-Beleuchtung, da die UV-Strahlung fluoreszierende Materialien zum Leuchten bringt. Dieses Leuchten ist sowohl für das menschliche Auge als auch für Kameras deutlich sichtbar. Durch den Einsatz einer leistungsstarken LED-Beleuchtung in Verbindung mit sorgfältig abgestimmten Filtern lassen sich zuverlässige Lösungen für unterschiedlichste Aufgaben und Tätigkeiten realisieren.

Fluoreszierende, kontrastarme Klebstoffe, Lacke und Dichtungen können mit UV-Strahlung kontrastreich dargestellt werden, um dem Bildverarbeitungssystem die Anwesenheits- und Vollständigkeitskontrolle zu erleichtern. Produktkennzeichnungen, die Verbraucher als störend empfinden würden, können auch mit transparenter, fluoreszierender Tinte aufgebracht werden. Unter UV-Strahlung ist die Beschriftung jedoch für Prüfzwecke gut sichtbar. Dieser Aspekt ist von besonderem Interesse für die pharmazeutische Industrie, wo Produktauthentifizierung und Rückverfolgbarkeit immer wichtiger werden.

Mit Fluoreszenz lassen sich auch feinste Risse sichtbar machen – zum Beispiel in Gussteilen. Auch bei Rückstands- und Restschmutzanalysen sowie bei forensischen Untersuchungen werden UV-Beleuchtungsgeräte mittlerweile häufig eingesetzt.

Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Prüfung von Sicherheitsmerkmalen und Markierungen zum Schutz vor Plagiaten und Fälschungen. iiM AG (Suhl, Deutschland; www.iimAG.eu) hat bei der Siemens AG (München, Deutschland; www.siemens.com) und Passmaschinenhersteller BW Papersystems Stuttgart GmbH (Stuttgart, Deutschland; www.bwpapersystems.com), um eine Lösung für diese Art von Anwendung zu entwickeln. Fortgeschrittene Sicherheitsanforderungen machen die Passherstellung zunehmend zu einer Herausforderung. Dabei spielt der Einsatz von fluoreszierenden Materialien eine besonders wichtige Rolle.

Damit diese unsichtbaren Sicherheitsmerkmale bei Hochgeschwindigkeitsproduktionen zuverlässig erkannt und geprüft werden können, BW Papersystems Stuttgart GmbH verwendete leistungsstarke LUMIMAX LED-Beleuchtung von iiM und „lernbare“ optische Lesegeräte von Siemens, um ein anspruchsvolles Testsystem zu entwickeln. Die besondere Herausforderung bei diesem Projekt bestand in der gegenseitigen „Interferenz“, die durch die Gegenüberstellung zweier fluoreszierender Sicherheitsmerkmale auf einem lateinamerikanischen Reisepass entstand.

Bei dieser Anwendung wird eine mit unsichtbarer Sicherheitstinte gedruckte Zahlenfolge gescannt, während die Passseiten zusammengenäht werden. Bei Bestrahlung mit UV-Licht fluoresziert diese Tinte jedoch. Die fortlaufenden Nummern werden zudem auf ein spezielles Papier gedruckt, das unter Einschluss von fluoreszierenden Fasern als weiteres „passives“ Sicherheitsmerkmal hergestellt wurde.

Nach eingehenden Tests in den Laboren des iiM und vor Ort bei Siemens wurden der Scanabstand und das Timing des Auslösesignals/der Blitzdauer aufeinander abgestimmt, um sicherzustellen, dass die Anregung der fluoreszierenden Fasern im Papier das Scannen der Passnummern nicht verhinderte. Trotz einer Förderbandgeschwindigkeit von 0.3 m/s während der Produktion ist die enorm leistungsstarke LUMIMAX (www.lumimax.com/uv) Blitzbeleuchtung ist problemlos in der Lage, ein kontrastreiches Bild ohne Bewegungsunschärfe zu erzeugen.

Ein weiteres interessantes Anwendungsszenario bietet die Inspektion von Klebstoff, wie er auf einen Luftmassenmesser (MAF) aufgetragen wird. Obwohl der MAF nur eine kleine Komponente in einem Fahrzeug ist, kann er sich bei Fehlfunktionen bemerkbar machen, was zu Fehlzündungen, Problemen mit der Kraftstoffzufuhr und anderen Leistungsproblemen führt. Bevor der Luftmassenmesser in die Baugruppe eingesetzt wird, wird ein Klebstoff aufgetragen, der die einzelnen Komponenten miteinander verbindet.

Der Klebstoff muss nicht nur in der richtigen Menge aufgetragen werden – auch Form und Dicke des Auftrages müssen genauen Vorgaben entsprechen. Nur dann ist die dauerhafte Funktionsfähigkeit des Sensors im Fahrzeug gewährleistet. Zur Lösung dieser Aufgabe wurde ein LUMIMAX UV Spot mit einem speziell ausgewählten optischen Filter eingesetzt. Dadurch konnte sowohl das Licht der Beleuchtungsanlage als auch das störende Licht der Umgebung eliminiert werden.

Damit wird die besondere Herausforderung bei industriellen Bildverarbeitungs- und Fluoreszenzanwendungen gelöst, nämlich dass das emittierte Licht (Fluoreszenz) weniger Energie hat als die zur Anregung benötigte Strahlung. Für das menschliche Auge ist Fluoreszenz gut und deutlich sichtbar, die UV-Strahlung des Beleuchtungssystems jedoch kaum wahrnehmbar. Eine Kamera ist jedoch im ultravioletten Spektrum viel empfindlicher. Im Kamerabild überstrahlt das UV-Licht die Fluoreszenz des angeregten Materials.

Dementsprechend ist der Bildkontrast für eine zuverlässige Analyse zu gering. Um beispielsweise Aufgaben wie die Inspektion des auf den MAF-Sensor aufgetragenen Klebers praktikabel zu lösen, muss die spezialisierte UV-Beleuchtung daher um sorgfältig abgestimmte Beleuchtungs-/Linsenfilter ergänzt werden. Dieser Kombinationsfilter ermöglicht die exakte Trennung von Anregungs- und Emissionswellenlänge. Dadurch werden Störungen durch UV-Reflexionen und Fremdlicht unterdrückt.

Dadurch erscheint die Klebespur im Kamerabild als hell leuchtende Linie vor einem gleichmäßig dunklen Hintergrund. Diese besondere Lösung wurde erst durch die spezifische, individuelle Abstimmung von Beleuchtung, optischen Filtern und dem Bauteil erreicht. Die UV-Anwendung kann jetzt als zuverlässiger Prozess eingesetzt werden und eine fehlerfreie Bildanalyse ist jetzt möglich.