紫外线检测检测超小的细节

使用胶水粘合材料的历史可以追溯到6000多年前，当时我们的祖先用富含胶原蛋白的动物骨头、蹄、角和兽皮来形成完美的粘合剂。早期的人类发明家还发现鱼鳞和鱼骨能产生肉眼无法察觉的透明粘合剂，这可能是第一种用于摄影过程的粘合剂。

时间快进到20世纪60年代，当时制造商引入了紫外线(UV)光，使粘合剂、油墨和涂料立即固化或变硬。紫外光最终扩展到检测领域，开启了机器视觉行业的一个新领域，不仅可以检测不可见的材料属性，还可以在超小波长中检测物体。

这是一个利基市场，但制药包装、半导体检测和电子泄漏检测等垂直领域为扩大机器视觉中的UV照明和成像提供了机会。

荧光繁荣
当机器视觉系统设计师决定使用窄带或宽频带的光谱时，他们是出于一个非常具体的原因。在紫外线的例子中，“紫外线波长的本质赋予了一个物体的某种属性，这是很重要的，无论是标志、特征，还是对比度的增加，”Greg Hollows说，他是该公司的机器视觉解决方案总监埃德蒙光学（巴林顿，新泽西州）。

对于大多数与紫外光谱有关的机器视觉系统，紫外光用于照亮目标，并激发示踪剂或光学活性分子在可见光中发出荧光。这使得系统设计者可以通过使用更常用和成本效益更高的可见光摄像机来捕捉返回的信号。“对于UV灯，客户倾向于使用365nm和395nm，”设计工程师和联合创始人Matt Pinter说智能视觉灯(马斯基根,密歇根州)。“大多数追踪材料都能读出365号，因为这是荧光响应的钟形曲线的峰值。”

如今，最常见的紫外荧光申请仍在检查粘合剂。“客户铺设了胶珠或胶合在一起几个部分，他们想要找到[清晰胶水]的存在，并验证合适的金额是否存在，”Pinter说。“我们看到类似润滑脂的东西，在那里他们确保机器人奠定了润滑脂的珠子，并且没有间隙或现场足够大。”

通过添加吸收紫外线和荧光的示踪剂化学品，系统设计人员可以使用剪切过滤器，只能允许荧光波长，大大提高胶水/油脂/粘合剂和所有周围材料之间的对比度。

用“隐形”紫外线印刷，最常见于药品包装，是另一种适用于紫外线机视觉解决方案的高需求的应用。“例如，一瓶眼滴看起来像清澈的收缩包裹在它上面，但是当你用紫外线击中它时，它会向安全密封荧光，”Pinters说。

UV墨水也用于类似的应用，其中包括监管控制或防伪/安全措施，以跟踪和保护产品而无需妥协包美学的文本或代码。

看，亲爱的，紫外线缩小了缺陷
除了荧光应用外，在机器视觉检测中使用紫外光的另一个重要原因是光的衍射极限。“衍射极限是你可以看到或用光学系统产生的最小细节的整体极限，”Edmund Optics的Hollows解释道。

紫外线的波长比可见光短，它能让人们看到比可见光更小的物体。例如，半导体行业利用这种物理关系，利用紫外激光器和成像系统在微芯片上制造越来越小的电路。

“随着半导体特性尺寸的持续下降(现在低于65纳米)，对更短的紫外线波长的需求已经上升，”Rich Dickerson说洁公司。(加州圣何塞)。“十年前，320-360纳米的紫外灵敏度通常就足够了。现在最新的系统要求紫外灵敏度低于200纳米。”JAI制造了几种能够在这个范围成像的相机。

在半导体检测中，紫外检测既可用于圆片的刻线检测，也可用于圆片的在线检测。Dickerson说:“这些在线系统主要用于非图形化晶圆表面检查，寻找抛光痕迹、晶坑、台阶、空隙或其他会影响晶圆上集成电路性能的缺陷。”

UV系统也用于Darkfield晶片检查，其通常使用从低角度UV激光器的散射来识别表面图案缺陷的图案化晶片。“而不是先前系统中使用的旧光乘法器管，这些系统使用具有高倍率光学元件的UV摄像机，以提供更好的分辨率和较高的吞吐量 - 大于每秒1个千兆像素，”Dickerson解释说明。

在汽车空间中，紫外线灯可以在动力传动系统上检测划痕或挖掘，延续Dickerson。“这些可以增加这些运动部件的摩擦，从而降低性能，增加磨损和减少操作寿命。”

UV摄像机还用于检测由电力传动塔产生的电力泄漏产生的uV电磁波，这可能表明某些东西是电磨损的并且需要修复。检测用于在125-150nm范围内需要太阳盲相机的传动塔中的电子泄漏。

迪克森说:“相机依靠增强管来获得足够的放大信号，但现在，只要相机有一个合理的低端范围，标准紫外线相机通常使用太阳盲滤光片。”“这种滤光片还能阻隔可见光和较高的紫外线范围。”剩下的只有很低的紫外线，这就是所谓的电晕效应。即使是太阳产生的紫外线也不会达到那么低的范围。

Dickerson说：“它类似于在平板检查中查看电路，其中紫外光谱中的某些排放显示在像素之间的像素之间或在平板显示器的可见层后面的控制电路之间。”

克服紫外线的局限性
因为传感器上的标准玻璃盖会阻挡紫外线，紫外线相机需要无玻璃或水晶盖。虽然水晶外壳可以保护传感器免受物理损伤，但迪克森指出，它们会使相机更昂贵。

更重要的是，放置在像素上的Lumogen涂层可以作为紫外线放大器。Dickerson解释说:“Lumogen是一种磷光涂层，被紫外光照射后会发出500-650纳米范围的光。”“由于紫外摄像机配备了对可见光和紫外波长敏感的传感器，被荧光素涂层的成像器的紫外量子效率(QE)从这种磷光中提高了30-50%。”

玻璃不仅用于保护传感器，还用于增加每个像素的集光能力。例如，当涉及到激光成像应用时，“用户愿意牺牲聚合物微透镜增加的灵敏度，以避免他们成像时光源的失真，”Dickerson说。“微透镜不会像标准盖板玻璃那样抑制紫外线。它们确实引入了一些正常的‘条纹’效应，这就是为什么激光成像通常需要没有微透镜的成象器。”

在使用紫外成像时，另一个关键的考虑因素是，短波长意味着紫外光比可见光或红外光携带更多的能量。根据JAI公司的迪克森的说法，紫外线传感器的寿命比那些处理普通可见光的传感器要短得多。

“实际的寿命取决于UV光的强度，但通常传感器劣化将比可见应用更快地发生大约五倍，”Dickerson估计“。

紫外线灯也有自己的缺点。其中的关键是低效率。据Smart Vision Lights的品特称，一种典型的紫外光的寿命为5万小时，而可见光的寿命为10万小时。

“我们输入的能量直接加热，”品特说。“紫外线灯燃烧很快。无论是固化胶还是荧光，人们永远得不到足够的紫外线。所以他们会尽最大努力跑灯。”

就像机器视觉和微处理器行业之间的关系一样，机器视觉也从粘合剂固化的增长中受益，尽管它并不销售灯具。品特说:“随着UV固化技术的发展，UV LED灯的价格已经降到了每盏5美元以下，而四五年前，我们的价格是每盏30美元。”

虽然世界上还没有开发出一款“杀手级应用程序”，即在每部手机中安装紫外线摄像头，并推动紫外线摄像头的数量上升和价格下降，但对紫外线应用程序的需求足以让行业保持兴趣。就像微测辐射热仪的出现，将红外成像推向了大众，机器视觉行业的一点兴趣可以在孵化下一代未知应用技术方面大有帮助。

因此，虽然UV照明可以代表机器视觉中的利基段，但是由半导体，包装和制药行业的支持，机器视觉设计师仍然询问其组件供应商的同一问题：“你能走多少钱？”