Der Einsatz von LEDs in Sensorik- und Inspektionsanwendungen hat erheblich zugenommen, insbesondere dort, wo eine Anwendung auf kurzwellige Infrarotstrahlung (short-wavelength infrared, SWIR) angewiesen ist. Herkömmliche Halogenlichtquellen sind zwar äußerst effektiv und bieten eine vergleichbare Strahlungseffizienz, LEDs weisen ihnen gegenüber jedoch eine ganze Reihe einzigartiger Vorteile auf. Eine längere Betriebslebensdauer, ein extrem genauer und anpassbarer Spektralbereich sowie eine schnelle Pulsmodulation sind nur einige ihrer Vorzüge. In diesem Artikel stellen wir einige der gängigsten Anwendungen vor und erklären, welche Rolle die Epitex SWIR-LEDs von Ushio dabei spielen.
SWIR-LEDs für die Füllstandskontrolle
Es gibt viele Fälle, in denen es auf eine genaue Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter ankommt. Wenn der Behälter transparent ist und der Prozess relativ langsam abläuft, kann eine Sichtkontrolle mit dem bloßen Auge ausreichen; in modernen Produktionslinien sind die Behälter jedoch oft undurchsichtig und die automatisierten Prozesse laufen mit hoher Geschwindigkeit ab.
Ushio beherrscht die Kunst, bis zu drei verschiedene Chips, die nur wenige Quadratmillimeter groß sind, in einem Package unterzubringen. Bei den Chips kann es sich um Bündel mehrerer LEDs und Sensoren handeln, so dass jedes Package den belegten Platz auf einer Leiterplatte effektiv um zwei Drittel reduziert. Mit dieser Technologie ist es möglich, verschiedene Materialkomponenten sehr detailliert zu analysieren, indem verschiedene SWIR-Wellenlängen durchlaufen werden. Unabhängig voneinander gepulste, Licht emittierende Chips beleuchten das Objekt, während ein Sensor oder eine Hochgeschwindigkeitskamera die gewünschten spektroskopischen Bilder aufnimmt.
Die 1450-nm-LEDs von Ushio entsprechen der spektralen Absorptionsfähigkeit von Wasser, was bedeutet, dass nur sehr wenig Licht durchgelassen wird, doch lassen sich auch andere Substanzen mit SWIR-Wellenlängen erkennen. Durch Umschalten zwischen den jeweiligen Wellenlängen, die von den einzelnen Substanzen absorbiert werden, können die einzelnen Bestandteile eines Flüssigkeitsgemisches identifiziert werden. So emittieren beispielsweise LEDs, die üblicherweise für den Nachweis von Ethanol ausgewählt werden, bei 1500–1600 nm, während Öle und Fette leicht mit Wellenlängen um 1700 nm nachgewiesen werden können. Die Wellenlänge von 1450 nm wird größtenteils von Wasser absorbiert, weist jedoch einen hohen Transmissionsgrad durch Kunststoff und Glas auf, die üblicherweise für die Herstellung von Flaschen verwendet werden. Infolgedessen zeigt das transmittierte Bild einen starken Schatten, der durch das Wasser verursacht wird, und die Oberkante des Wassers zeichnet sich
Die aus dem Transmissionsbild extrahierten Füllstandsinformationen können zur Automatisierung einer Reihe von Vorgängen verwendet werden. So ist es z. B. möglich, den Füllstand beim Einfüllen von Flüssigkeit in die Flasche ständig zu beobachten und das Einfüllen zu stoppen, sobald der vorgegebene Füllstand erreicht ist.
Für weitere Informationen zu Ushio Epitex SWIR-LEDs in Anwendungen zur Füllstandskontrolle, besuchen Sie bitte https://swir-led.com/fuellstandskontrolle/
SWIR-LEDs für die Fehlerinspektion von Silizium-Wafern
Es gibt verschiedene Arten der Fehlerinspektion von Siliziumelementen, z. B. die Erkennung von Rissen und internen Fehlern in den Wafern selbst oder die Erkennung von Fehlern in Schaltkreisen, die mit verschiedenen Materialien auf Siliziumsubstraten gebildet wurden. Alle diese Anwendungen beruhen auf der Durchlässigkeit des Siliziums für SWIR-Wellenlängen von mehr als 1100 nm.
Üblicherweise werden Fehler durch die Aufnahme eines Transmissionsbildes des zu messenden Bereichs erkannt. Dabei kann es sich um ein Bild eines ganzen Wafers oder um einen kleinen Bereich von nur wenigen Mikrometern handeln. Wenn der zu untersuchende Bereich so klein ist, sind mikroskopische Optiken ein wesentlicher Bestandteil des Detektionssystems, während ein InGaAs-Flächensensor selbst kleinste Defekte zuverlässig erkennen kann.
SWIR-LEDs beleuchten den Zielbereich des Si-Wafers, und das transmittierte Bild wird von einem Photodetektor, in der Regel einem InGaAs-Flächensensor, erfasst. Im Prinzip wird jede SWIR-Wellenlänge von mehr als 1100 nm zuverlässig durch Silizium transmittiert, allerdings können je nach den im Silizium vorhandenen Verunreinigungen und den verschiedenen Materialien, aus denen der Schaltkreis besteht, auch längere Wellenlängen verwendet werden.
Einen tieferen Einblick in die SWIR-LEDs von Ushio Epitex und ihre Rolle in der Fehlerinspektion von Siliziumelementen erhalten Sie unter https://swir-led.com/fehlerinspektion-von-silizium-wafern/
LEDs für optische Sortiersysteme
Die optische Sortierung ist ein System, das die Qualität und/oder das Vorhandensein von Fremdstoffen anhand von spektroskopischen Informationen erkennt. Die Hersteller optischer Sortiersysteme sind vor allem an den Eigenschaften der Lichtabsorption, der Lichtdurchlässigkeit und des Reflexionsvermögens interessiert.
Um spektroskopische Informationen zu erhalten, wird eine Kombination von LEDs mit verschiedenen Wellenlängen verwendet, von ultraviolett (UV) über sichtbar bis infrarot (IR). SWIR wird insbesondere für die Qualitätskontrolle von Lebensmitteln verwendet, da dieser Wellenlängenbereich hauptsächlich von organischen Materialien absorbiert wird. Eine Liste der wichtigsten Absorptionswellenlängen für organische Materialien finden Sie unter https://swir-led.com/optische-lebensmittelsortierung/
Für die Messung beförderter Objekte wird in der Regel eine große Anzahl von LEDs in einer Linie quer zum Förderband oder einem anderen Fördermechanismus angeordnet. Die LEDs, die jeweils eine andere Wellenlänge ausstrahlen, beleuchten jedes vorbeiziehende Objekt nacheinander. Von jedem Objekt wird eine Reihe von Bildern aufgenommen, die jeweils zur spektroskopischen Analyse beitragen. Die Bildaufnahme erfolgt mit einem Zeilenbildsensor – insbesondere einem InGaAs-Zeilensensor, wenn eine SWIR-Messung erforderlich ist –, der in der Regel ebenfalls quer zur Förderrichtung installiert ist.
Die beförderten Objekte werden anhand von vorgegebenen Qualitätsmerkmalen bewertet und vom mechanischen Sortierer zurückbehalten oder aussortiert, wenn sie den geforderten Standards nicht entsprechen.
SWIR-LEDs für die Erfassung des Straßenzustands
Mehrere SWIR-Wellenlängen werden von LEDs auf die Fahrbahnoberfläche aufgestrahlt, wobei die Reflexionsintensität der einzelnen Wellenlängen von Photodetektoren gemessen wird. Die Photodetektoren können in dasselbe Ushio Epitex Package wie die LEDs integriert werden oder unweit davon in einem eigenen Package untergebracht werden. Die wichtigsten Wellenlängen für diese Anwendung liegen innerhalb der Absorptionsbanden von Wasser und Eis, etwa bei 1450 nm und 1500 nm.
Sowohl 1450 nm als auch 1500 nm werden von flüssigem Wasser absorbiert, wobei 1450 nm einen höheren Absorptionsgrad aufweist. Im Falle von Eis hingegen werden sowohl 1450 nm als auch 1500 nm absorbiert, wobei hier wiederum die Wellenlänge von 1500 nm stärker absorbiert wird. Anhand des Verhältnisses zwischen den verschiedenen Absorptionsgraden lässt sich feststellen, ob es sich bei dem Zielobjekt um Wasser oder Eis handelt.
Eine dritte Wellenlänge, die weder von Wasser noch von Eis absorbiert wird (z. B. 1100 nm), wird als Bezugsgröße für die von der Straße selbst reflektierte Lichtmenge benötigt. Anhand der relativen Intensität des reflektierten Lichts lässt sich der Zustand der Fahrbahnoberfläche genau bestimmen. Um die Intensität jeder Wellenlänge zu messen, werden mehrere Ushio Epitex Photodetektoren mit wellenlängenspezifischen Bandpassfiltern ausgestattet
Alternativ kann auch ein einziger Photodetektor verwendet werden, allerdings nur, wenn die einzelnen Wellenlängen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander emittiert werden. Anhand des zeitlichen Ablaufs der Beleuchtungssequenz kann dann ermittelt werden, welche Wellenlänge in jedem Sensorbild reflektiert wird. Nach erfolgreicher Datenerfassung werden die empfangenen Informationen mit einem Algorithmus verarbeitet, um den Zustand der Fahrbahnoberfläche zu bestimmen.
Wenn Sie eine Anfrage bezüglich der Eignung der SWIR-LEDs von Ushio für Ihre Anwendungen zur Erfassung des Straßenzustands stellen möchten, wenden Sie sich bitte über den folgenden Link an die regionalen Experten von Ushio: https://swir-led.com/optische-lebensmittelsortierung/
Nehmen Sie Kontakt mit Ushio auf, um mehr über SWIR-LEDs für Sensorik- und Inspektionsanwendungen zu erfahren
Ihre Anfragen zum Verkauf der Epitex SWIR-LEDs in der EMEA-Region richten Sie bitte über unsere Kontaktseite an Ushios SSL-Vertriebsleiter Ardan Füßmann. Herr Füßmann und sein Team stehen jederzeit zur Verfügung, um alle Ihre SSL-Bedürfnisse mit Ihnen zu besprechen, und führen Sie gerne durch unser gesamtes LED– und Laserdioden-Portfolio.
Wenn Sie außerhalb der EMEA-Region ansässig sind, können Sie trotzdem Bestellungen bei den anderen regionalen SSL-Abteilungen von Ushio aufgeben: