Technologie UV pour la robotique : émetteurs mobiles, dose de trajectoire et mesure

La robotique UV consiste à guider des sources de rayonnement ultraviolet, ou l'équipement de mesure associé, à l'aide d'un robot – comme outil monté sur la bride, comme charge utile d'une plateforme mobile, ou en manipulant la pièce devant une source fixe. Ce qui importe, ce n'est ni la puissance nominale de l'émetteur ni la vitesse de déplacement programmée, mais l'exposition énergétique H en J/m² qu'un élément de surface donné de la pièce reçoit réellement lors du passage. Cette grandeur ne se constitue que comme une intégrale le long de la trajectoire : la distance, l'angle d'incidence et le temps de séjour varient à chaque point de la trajectoire, et avec eux l'éclairement énergétique instantané E au point d'action. Une valeur de crête mesurée à l'arrêt ne décrit pas ce processus. La tâche de mesure passe donc de la caractérisation d'une source à la validation d'une trajectoire – et c'est précisément ce qui distingue la robotique de l'automatisation stationnaire et de l'intégration de procédé.

Il n'existe pas de chiffres de marché fiables spécifiquement pour les procédés UV guidés par robot. Les études disponibles sur la robotique de désinfection – le sous-segment le plus clairement délimité – divergent de plus d'un facteur sept dans leurs prévisions à dix ans, selon que l'on ne comptabilise que les systèmes mobiles autonomes ou également les chambres d'irradiation, les manipulateurs et les systèmes fixes de traitement de locaux. Un chiffre de marché quantitatif serait ici d'une précision trompeuse. Ce qui peut être décrit de manière fiable, ce sont les moteurs de cette évolution, et ils pointent tous dans la même direction.

Les robots quittent leur enceinte. Dans ses rapports World Robotics, la Fédération internationale de robotique identifie les robots collaboratifs comme le segment à la croissance la plus rapide, avec un accent sur l'électronique, l'agroalimentaire et les petites et moyennes entreprises. Pour la technologie UV, il s'agit d'un changement qualitatif, et non simplement d'un effet de volume : une fois la barrière de protection supprimée, une source UV ouverte devient une question d'exposition photobiologique – et le contrôle de cette source fait désormais partie intégrante du concept de sécurité.

Le changement de source est ce qui rend un émetteur mobile réalisable en premier lieu. Le règlement européen révisé sur le mercure est en vigueur depuis le 30 juillet 2024, et l'exemption RoHS pour le mercure expire début 2027. Pour la robotique, le passage aux LED UV est plus qu'un simple changement de composant. Tant que seuls des émetteurs au mercure étaient disponibles, la technologie UV guidée par robot se limitait à deux voies : un émetteur à arc lourd sur le bras, ou le couplage du rayonnement via un guide de lumière. Seules les LED – avec leur faible masse, leur démarrage instantané sans préchauffage, leur gradation en dessous de 2 % de la puissance nominale et leur dissipation thermique purement par conduction – permettent un outil UV qui peut être traité comme un préhenseur.

Les joints migrent vers la troisième dimension. L'électronique miniaturisée, l'encapsulation de capteurs, les joints légers en matériaux mixtes et les garnitures polymérisées in situ sur brides ont un point commun : ils ne se situent pas dans un plan. Les composants tridimensionnels ne peuvent être exposés de manière uniforme qu'avec un émetteur mobile – le séchage guidé par robot avec des lampes à arc à distance focale constante est établi industriellement. Plus les joints quittent le plan, moins une ligne de convoyage fixe peut y répondre.

La robotique de désinfection se consolide partout où les régimes d'hygiène et la pénurie de personnel se rejoignent – dans les hôpitaux, les pôles de transport et la production pharmaceutique. Après l'essor lié à la pandémie, la méthode perdure partout où une preuve de fluence est exigée. C'est précisément cette preuve qui la rend plus exigeante sur le plan métrologique que toute application de polymérisation.

Ce qui en découle pour les années à venir. Premièrement, la dose remplacera le contrôle basé sur le temps et sur les heures de fonctionnement, car la baisse de rendement des sources UV modernes ne peut être gérée autrement. Deuxièmement, la planification de trajectoire deviendra radiométrique : l'accessibilité et l'évitement de collision ne suffisent plus comme critères de conception dès lors que la distance et l'angle d'incidence dominent la dose. Troisièmement, la commutation à sécurité intégrée de la source deviendra une exigence standard en fonctionnement collaboratif. Et quatrièmement, la validation traçable des trajectoires fera partie de la réception des machines – tout comme les radiomètres de référence et les tolérances de réglage sont réglementés de longue date dans la désinfection de l'eau potable. Les trajectoires adaptatives, assistées par IA, que l'IFR répertorie parmi ses tendances en robotique, renforcent cette exigence : une trajectoire qui évolue en cours d'exécution ne peut plus être mesurée une fois pour toutes – elle nécessite un modèle de dose qui l'accompagne, et une mesure qui soutienne ce modèle.

Le processus photochimique en lui-même ne diffère pas de l'irradiation stationnaire : un photo-initiateur, un colorant ou une cellule absorbe des photons et déclenche ainsi une réaction. Ce qui change, c'est uniquement la façon dont ces photons atteignent le point d'action.

Avec l'irradiation stationnaire, l'éclairement énergétique E au point d'action est pratiquement constant pendant la durée d'exposition, et l'exposition énergétique s'obtient comme le simple produit H = E · t. Avec l'irradiation guidée par robot, un point mobile ne frappe chaque élément de surface que pendant la durée de son passage. L'exposition énergétique d'un élément de surface à la position x est donc une intégrale de chemin sur la durée pendant laquelle cet élément se trouve dans le point lumineux. Le temps déterminant n'est pas le temps de cycle du programme du robot mais le temps de séjour du point lumineux sur l'élément de surface, lequel est inversement proportionnel à la vitesse de déplacement au point central de l'outil.

De plus, deux autres grandeurs varient continuellement au cours d'un déplacement à six axes sur une surface courbe : la distance entre l'émetteur et la surface, et l'angle sous lequel le rayonnement la frappe. Ces deux paramètres influent directement sur l'éclairement énergétique instantané. Le trajet n'est donc pas seulement une grandeur géométrique, mais aussi une grandeur radiométrique.

Le côté capteur – photodiode au silicium avec empilement de filtres, SiC, AlGaN et spectroradiomètre – est comparé en détail sur la page automatisation et intégration de processus ; les critères de sélection qui y sont indiqués s'appliquent sans changement. La robotique ajoute une exigence qui n'y joue aucun rôle : la résolution temporelle du système de mesure doit correspondre à la vitesse de déplacement.

Il convient de distinguer quatre grandeurs, qui sont régulièrement confondues dans la pratique.

L'éclairement énergétique E en W/m² décrit la puissance rayonnante qui frappe actuellement un élément de surface. C'est une grandeur instantanée qui, en robotique, varie le long de la trajectoire. Pour la conversion : 10 W/m² correspond à 1 mW/cm².

L'exposition énergétique H en J/m² est l'intégrale temporelle de l'éclairement énergétique et constitue donc la grandeur de procédé réelle. En désinfection, elle est appelée fluence. C'est la seule grandeur qui puisse être comparée à une limite de libération.

Le temps de séjour en s par élément de surface relie ces deux grandeurs. Il résulte de l'étendue du spot dans le sens de déplacement et de la vitesse de la trajectoire au point central de l'outil – et non du temps de cycle.

Le recouvrement des trajectoires adjacentes, en pour cent, détermine l'uniformité de l'exposition sur la surface. Il détermine si une zone est traitée de manière homogène, et il est indépendant de l'éclairement énergétique de crête.

Pour la conception, la distance de travail, l'angle d'incidence par rapport à la normale à la surface et, pour les sources LED pulsées, le mode de pilotage sont également pertinents.

La conclusion erronée la plus fréquente consiste à assimiler la vitesse de déplacement programmée à la durée d'irradiation réelle au niveau du composant. Un robot n'atteint les 300 mm/s programmés que sur la portion stabilisée de la trajectoire. Pendant l'accélération et le freinage, lorsque la trajectoire est lissée dans les virages, et lors des changements d'orientation d'axe, la vitesse réelle est plus faible – et la dose correspondingly plus élevée. C'est précisément pour cette raison que des surexpositions, un jaunissement ou des dommages thermiques apparaissent aux points d'inversion, tandis que les sections rectilignes restent sous-exposées.

La deuxième conclusion erronée consiste à considérer une mesure ponctuelle à l'arrêt comme une preuve valable pour une trajectoire en mouvement. Elle ne fournit qu'une valeur de crête de l'éclairement énergétique en une seule position. Elle ne dit rien sur l'intégrale le long de la trajectoire.

La troisième conclusion erronée consiste à assimiler la puissance électrique de la lampe à la dose optique au point d'action. Une spécification générale du fabricant ne remplace pas une mesure. Il est documenté que certains types de LED UV-C individuels chutent à 50 à 70 % de leur valeur initiale au cours des 100 premières heures de fonctionnement environ, et que les durées de vie R70 vont de 1 000 h à plus de 10 000 h selon le type. Une cellule pilotée en fonction des heures de fonctionnement plutôt que de la dose dérive hors spécification dans cet intervalle. Fondamentaux sous Vieillissement des lampes UV et des LED UV.

La quatrième conclusion erronée consiste à négliger l'angle d'incidence sur des composants courbes. Pour un angle de 60° par rapport à la normale à la surface, seuls 50 % de l'éclairement énergétique restent effectifs par rapport à une incidence normale à la même distance.

La cinquième erreur réside dans une fréquence d'échantillonnage trop faible du système de mesure. Un enregistreur à 128 échantillons/s ne résout pas un passage de quelques millisecondes et sous-estime la valeur de crête.

Enfin, on sous-estime le fait qu'un capteur inséré interfère lui-même avec le procédé. À une distance de 13 mm, une perte d'énergie de 4,83 % et une baisse de l'éclairement énergétique de crête de 13,85 % sont documentées. Un capteur monté sur la bride ne voit pas non plus nécessairement la même géométrie que le composant : il occupe une position différente par rapport au spot et une orientation différente par rapport à la normale à la surface.

Ces trois grandeurs agissent de manière multiplicative et en partie de façon opposée, c'est pourquoi les erreurs de planification de trajectoire ne peuvent pas être compensées par davantage de puissance.

La distance agit selon la loi de l'inverse du carré pour une source suffisamment petite en champ lointain : doubler la distance de travail divise par quatre l'éclairement énergétique. Cette approximation ne s'applique pas aux émetteurs à surface étendue ni aux optiques de focalisation ; dans ce cas, la distribution doit être mesurée ou déterminée par simulation optique. En pratique, cela signifie qu'une trajectoire qui fait passer la distance de 20 mm à 40 mm au niveau d'un bombement y perd les trois quarts de l'éclairement énergétique, sans que rien ne change au niveau de la source.

L'angle d'incidence agit selon la loi du cosinus. Dans les procédés guidés par robot, c'est le facteur le plus souvent négligé, car les trajectoires sont généralement optimisées pour l'évitement des collisions et l'accessibilité plutôt que pour l'alignement avec la normale à la surface.

La vitesse de déplacement agit linéairement sur la dose par l'intermédiaire du temps de séjour. Diviser la vitesse par deux double l'exposition énergétique – mais pas nécessairement l'effet obtenu, car la réciprocité ne vaut que dans certaines limites.

Bande normative, bande du capteur, bande du fabricant

Lors de l'évaluation des valeurs mesurées, trois notions de « bande » doivent être distinguées. Elles paraissent identiques dans les fiches techniques mais désignent des choses différentes.

La bande normative est la limite de bande normalisée. Des définitions concurrentes existent ici : la CIE définit l'UV-A comme la plage de 315 à 400 nm, tandis que l'ISO 20473 la définit comme la plage de 315 à 380 nm. Un procédé fonctionnant avec une LED à 385 nm se situe donc à l'intérieur ou à l'extérieur de la bande UV-A selon la norme citée.

La bande du capteur est la réponse spectrale S(λ) réellement étalonnée de la tête de mesure utilisée. Le courant du capteur s'obtient par i = ∫ E(λ) · S(λ) dλ. Chaque valeur mesurée n'est donc valable qu'en association avec la bande du capteur et la source pour laquelle il a été étalonné. Utiliser le même capteur sur une source différente entraîne une inadéquation spectrale (« spectral mismatch »). Des écarts de 9 à 91 % résultant de ce phénomène sont documentés, y compris une sous-estimation de 65 % à 385 nm. Le contexte est exposé à la page inadéquation spectrale des capteurs UV. La manière dont une tête de mesure obtient sa valeur est expliquée à la page Fonctionnement des capteurs UV.

La bande du fabricant est l'indication figurant dans la fiche technique, telle que « UV-A 320–390 nm ». Il s'agit d'une description, pas d'un étalonnage. Deux capteurs présentant des spécifications de bande identiques peuvent fournir des valeurs différentes sur la même LED si leurs courbes de réponse à l'intérieur de la bande diffèrent.

Pour la robotique, il en résulte une règle pratique : l'enregistreur mobile et le capteur de surveillance fixe doivent être ajustés sur la même référence spectralement résolue, faute de quoi la validation de trajectoire et la surveillance continue ne pourront pas être mises en relation l'une avec l'autre.

Hypothèses : un spot de LED UV au point central de l'outil produit un éclairement énergétique de E₀ = 3 W/cm² à la distance de travail sous incidence normale. L'étendue du spot dans la direction de déplacement est b = 10 mm, la vitesse de déplacement v = 300 mm/s. Dans la section considérée, la surface est plane et irradiée perpendiculairement.

Conversion de l'éclairement énergétique : 3 W/cm² = 30 000 W/m². La conversion entre éclairement énergétique, dose et flux de photons est prise en charge par les Outils UV.

Temps de passage : t_d = 10 mm / 300 mm/s = 0,0333 s.

Exposition énergétique : H = 30 000 W/m² · 0,0333 s = 1 000 J/m² = 100 mJ/cm².

Sur une section incurvée du même trajet, le rayonnement frappe à θ = 60°. Là, H = 1 000 J/m² · cos 60° = 500 J/m² = 50 mJ/cm² – la moitié, sans que rien n'ait été modifié à la source ou dans la vitesse. Si la distance passe en outre de 20 mm à 30 mm, le facteur (20/30)² = 0,44 s'ajoute : il reste 220 J/m², soit 22 % de la dose de la section plane.

Pour la mesure, il en résulte qu'à t_d = 33,3 ms, un enregistreur à 128 échantillons/s fournit environ quatre points d'échantillonnage. C'est suffisant pour intégrer la dose de manière approximative, mais pas pour saisir l'éclairement énergétique de crête ni la forme du front montant.

Le simple produit de l'éclairement énergétique de crête et du temps de cycle aurait suggéré ici une conception totalement erronée : il aurait surestimé la dose de plusieurs ordres de grandeur tout en masquant qu'une zone de la surface de la pièce ne reçoit qu'un cinquième de la dose de la section de référence.

Collage et étanchéité. Le robot dépose de l'adhésif ou du matériau d'étanchéité et le fait polymériser directement au point d'application – selon le principe du « point-of-dispense curing » avec un spot LED UV sur la bride. Avec les joints formés en place (cure-in-place gaskets), un matériau d'étanchéité liquide est appliqué manuellement ou par robot sur la face d'appui d'un assemblage à bride, puis exposé. D'un point de vue métrologique, les zones d'ombre dans le joint et l'inhibition par l'oxygène à la surface exposée au gaz de process sont critiques, car elles y laissent un degré de réticulation plus faible que dans la masse. Les détails sont donnés sous collage, enrobage et encapsulation UV.

Peinture et revêtement. Les composants tridimensionnels ne peuvent être exposés de manière uniforme qu'avec un émetteur en mouvement. Le séchage guidé par robot avec des lampes à arc à 600 mm/s et à distance focale constante est établi sur le plan industriel. Cette distance focale constante n'est pas un simple confort d'utilisation, mais la condition pour que la loi de l'inverse du carré ne devienne pas une source d'erreur.

Électronique et optique. L'encapsulation assistée par cobot, l'enrobage « chip-on-board » et le bobinage filamentaire travaillent avec de petits joints et un éclairement énergétique très élevé. La reproductibilité y est primordiale, car un contrôle ultérieur d'un composant encapsulé n'est plus possible.

Fabrication additive. Des bras robotisés équipés d'un effecteur terminal à polymérisation UV étendent l'impression 3D à des trajectoires non planes, à la post-polymérisation in situ et à la réparation de grands composants. Un effecteur terminal pour l'impression 3D de polymères à mémoire de forme réticulant sous UV avec un système robotique collaboratif est documenté. Plus de matière sous fabrication additive et impression 3D.

Robotique de désinfection. Des robots UV-C mobiles effectuent la désinfection terminale des locaux dans les hôpitaux, dans les plateformes de transport et dans la production pharmaceutique ; des manipulateurs traitent des surfaces et instruments tridimensionnels. La tâche de mesure y est particulièrement bien définie, car la fluence par élément de surface doit être démontrée par rapport à une valeur limite, et l'ombrage entraîne structurellement un sous-dosage. Les principes de base sont exposés sous désinfection UV.

Inspection. La fluorescence UV sur le robot sert à contrôler les cordons d'adhésif et les traces de matériau d'étanchéité, à détecter les fissures et à vérifier les lacunes de revêtement. La condition pour obtenir des valeurs de gris reproductibles en vision industrielle est un éclairement énergétique d'excitation constant : si l'excitation dérive, le seuil dérive lui aussi, et la décision d'inspection se déplace sans que rien n'ait changé sur le composant. Plus d'informations sous contrôle par fluorescence et inspection industrielle.

Prétraitement de surface. L'activation UVC/ozone guidée par robot avant collage fonctionne avec les raies à 185 et 254 nm. La distance de travail et la gestion de l'ozone déterminent le résultat.

Ombrage. Les contre-dépouilles, les trous et les cordons de soudure reçoivent structurellement une dose plus faible. Le réflexe évident d'augmenter la puissance ne sert à rien, car la zone ombragée n'est pas atteinte géométriquement – cela ne fait que sur-polymériser les zones exposées. Ce qui fonctionne en revanche, c'est l'irradiation multi-face, le repositionnement de la pièce ou une seconde passe avec une orientation modifiée, ainsi que des solutions modulaires sur mesure qui irradient depuis plusieurs directions à la fois. La question qui demeure est toujours de savoir quelle dose parvient réellement dans le cordon – et cela ne peut être déterminé qu'avec un capteur placé dans cette géométrie, et non par calcul sur la surface libre.

Fonctionnement d'un cobot sans carter de protection. Une fois la protection supprimée, l'évaluation passe de la sécurité des machines à l'évaluation de l'exposition photobiologique. Outre l'EN ISO 10218-1/-2 dans sa révision de 2025 et l'ISO/TS 15066 pour le fonctionnement collaboratif, s'appliquent alors l'EN/IEC 62471 et l'IEC/TR 62471-2 avec leur classification en groupes de risque, ainsi que la directive 2006/25/CE avec, en Allemagne, l'OStrV et la TROS IOS pour l'exposition sur le lieu de travail. En pratique, cela signifie que la source UV doit être capable d'un arrêt de sécurité certifié. Une unité de commande adaptée jusqu'au niveau de performance e (catégorie 4) selon l'EN ISO 13849-1 et au SIL 3 selon l'IEC 61508 n'est donc pas un accessoire, mais fait partie du concept de sécurité de la cellule. Pour l'UV-C, l'IEC TR 63381 fournit des indications complémentaires. Pour aller plus loin : sécurité au travail et sécurité photobiologique.

Rétrofit. Dans une cellule existante, l'espace d'installation est fixe. La séparation entre la source et le point d'action au moyen d'un guide de lumière s'avère utile ici, car seul le guide se déplace et le boîtier reste en dehors de l'axe de mouvement. Pour une surveillance permanente, des capteurs à profil bas dotés d'une interface déjà compatible avec la commande conviennent – analogique de 0 à 10 V ou de 4 à 20 mA, numérique via RS-232, RS-485 ou USB, et en réseau via PoE et Modbus TCP/IP. Il convient de noter qu'un capteur inséré modifie le processus ; la perte d'énergie documentée de 4,83 % à 13 mm de distance doit être prise en compte lors de son positionnement.

La tâche de mesure se décompose en trois étapes qui font appel à des instruments différents.

Caractérisation de référence, spectrale. Tout commence par une mesure spectralement résolue de la source, car sans spectre aucune affirmation sur l'écart spectral d'un capteur à large bande n'est possible. Un spectroradiomètre tel que le SR900 couvrant 200–1100 nm enregistre la courbe E(λ) et permet une correction d'écart selon la CIE 220:2016. Le capteur de process est ajusté sur cette base. Pour la répartition spatiale et l'évaluation du recouvrement des passages, un spectroradiomètre à profil bas tel que l'UVpad ou UVpad E convient.

Validation du parcours, en déplacement avec la pièce. La dose le long de la trajectoire est enregistrée avec un enregistreur mobile. curelog et curelog Base fournissent une mesure de dose haute résolution le long du parcours ; le tinyTracker est suffisamment petit pour s'intégrer dans des montages et pinces exigus. Pour un éclairement énergétique extrêmement élevé directement au point d'action, les capteurs de polymérisation UV XT sont disponibles en variante XTR avec prise rigide et XTF avec guide de lumière flexible. Le critère de sélection déterminant est la fréquence d'échantillonnage par rapport à la vitesse de défilement.

Surveillance et contrôle continus. Dans la cellule, les capteurs inline à profil bas, PLC.net via PoE et Modbus TCP/IP, PLC.D via RS-232, RS-485 ou USB, ainsi que les capteurs PLC analogiques avec 0–10 V ou 4–20 mA surveillent le fonctionnement en permanence. 

Au-dessus de tout cela se trouve la traçabilité métrologique. L'incertitude d'étalonnage est typiquement de 4,5 à 6,0 % (k = 2) ; les coefficients de température de −0,8 %/K à +0,4 %/K doivent être pris en compte dans les cellules chaudes. Fondamentaux et justificatifs sous laboratoire d'étalonnage, grandeurs radiométriques, intervalle d'étalonnage pour appareils de mesure UV et évaluation de l'aptitude des systèmes de mesure UV. Les réglementations applicables sont regroupées sous directives, normes et standards en UV ; pour l'intégration machine, IO-Link et OPC UA sont les voies courantes.

ASME IMECE 2009, « Control of a Robotic UV Curing Process With Thermal Vision Feedback Through Two IR Cameras ». Ces travaux referment la boucle de régulation de la polymérisation UV robotisée à l'aide de deux caméras infrarouges. Le constat le plus important pour la pratique ne concerne pas la régulation elle-même : la répartition de l'éclairement énergétique sur la surface cible réagit de manière plus sensible à la configuration géométrique relative qu'à l'intensité rayonnante de la source. Quiconque tente de compenser une trajectoire défavorable par davantage de puissance travaille donc à l'encontre de l'effet dominant.

arXiv 2507.11270, « Development of an Autonomous Mobile Robotic System for Efficient and Precise Disinfection ». Les auteurs reconstituent les surfaces sous forme de nuages de points 3D via OctoMap et la pose de l'effecteur terminal, et les utilisent pour la planification de trajectoire et l'estimation de la dose. La validation a été réalisée avec des instruments de mesure à 20, 30 et 40 cm ; l'écart maximal entre la mesure et le modèle se situait dans la tolérance de mesure de 10 % des capteurs UV-C utilisés. L'ordre de grandeur est notable : l'incertitude du modèle se situe dans la plage de l'incertitude de mesure elle-même – ce qui fait de la mesure le point de référence.

IEEE, document 9335055, « UV-C Mobile Robots with Optimized Path Planning ». Conception d'algorithmes et mesures sur le terrain pour améliorer la désinfection de surface. Ces travaux montrent que l'optimisation de trajectoire n'est pas fiable sans mesure de terrain l'accompagnant.

JPMDP, Robotics and Autonomous Systems. Optimisation conjointe du positionnement de la base et de la planification de trajectoire multi-configuration pour la désinfection de surface 3D avec un système robotisé UV-C. Pertinence pour la pratique : la position depuis laquelle le robot opère est elle-même une décision radiométrique.

arXiv 2104.10739, « Surface Disinfection using Ultraviolet Light with a Mobile Manipulation Robot ». Les trajectoires maintiennent une distance constante d'environ 30 cm pour éviter les collisions ; des dosimètres UV enregistrent la dose effectivement reçue. La distance constante remplit ici une double fonction – sécurité et définition radiométrique.

arXiv 2108.10810. Conception et intégration d'un effecteur terminal pour l'impression 3D de polymères à mémoire de forme photopolymérisables aux UV avec un système robotisé collaboratif.

D'autres travaux dans lesquels des équipements de mesure Opsytec ont été utilisés sont regroupés sous publications clients.

Pourquoi une mesure ponctuelle à l'arrêt ne suffit-elle pas pour une trajectoire de robot en mouvement ?

Une mesure ponctuelle donne l'éclairement énergétique à une position avec l'outil immobile. La grandeur de procédé, en revanche, est l'exposition énergétique en J/m² que reçoit un élément de surface pendant son passage. Elle résulte d'une intégrale le long de la trajectoire, dans laquelle la distance, l'angle d'incidence et le temps de séjour varient continuellement. Seule une mesure de dose en déplacement le long de la trajectoire réelle est donc fiable.

Comment la dose dépend-elle de la vitesse de déplacement ?

Le temps de séjour d'un élément de surface dans le spot est inversement proportionnel à la vitesse de déplacement ; la dose évolue donc linéairement avec l'inverse de la vitesse. Diviser la vitesse par deux double l'exposition énergétique. L'effet ne double pas nécessairement, car la réciprocité ne vaut que dans certaines limites. Notez également que la vitesse programmée n'est pas atteinte pendant les phases d'accélération et de freinage.

405 nm est-il encore de l'UV ?

Cela dépend de la définition citée. La CIE limite l'UV-A à 315–400 nm, l'ISO 20473 à 315–380 nm. Selon ces deux définitions, 405 nm se situe en dehors de la bande UV-A et donc dans le domaine visible, pourtant la technologie de polymérisation le traite comme une longueur d'onde UV. Ce qui compte en mesure, ce n'est pas l'appellation, mais le fait que la bande du capteur couvre la longueur d'onde sous étalonnage.

Quand un capteur à large bande est-il suffisant sur le robot ?

Un capteur à large bande est suffisant pour une surveillance continue si la source et le spectre restent inchangés et si le capteur a été ajusté par rapport à une référence à résolution spectrale précisément sur cette source. Il ne suffit pas en cas de changement de sources, après un changement de longueur d'onde de LED, ou pour des déclarations absolues : la disparité spectrale provoque des écarts documentés de 9 à 91 %.

Quelle fréquence d'échantillonnage un enregistreur en déplacement nécessite-t-il ?

Le temps de transit résulte de l'étendue du spot divisée par la vitesse de déplacement. Pour un spot de 10 mm et 300 mm/s, cela donne 33 ms. Quelques points d'échantillonnage suffisent pour déterminer la dose ; pour saisir l'éclairement énergétique de crête et la forme des bords, il faut viser au moins dix points. Un système à 128 échantillons/s ne fournit qu'environ quatre points dans cet exemple.

Un cobot avec une source UV ouverte nécessite-t-il un carter de protection ?

Pas nécessairement, mais l'évaluation change : sans carter de protection, l'évaluation de l'exposition photobiologique selon EN/IEC 62471 s'applique en plus de l'EN ISO 10218 et de l'ISO/TS 15066, tout comme la directive 2006/25/CE avec l'OStrV et la TROS IOS. La source UV doit alors être capable d'un arrêt à sécurité intégrée – une unité de commande jusqu'au niveau de performance e (catégorie 4) et SIL 3 fait partie du concept de sécurité, et non un accessoire.

Comment valide-t-on une trajectoire de robot pour la désinfection UV ?

Par la fluence par élément de surface, et non par le temps de déplacement. Ce qui fonctionne dans la pratique, c'est de combiner des dosimètres à des positions représentatives et à des positions défavorables – notamment dans les zones d'ombre – avec une caractérisation spectralement sécurisée de la source. Des travaux publiés obtiennent des écarts de dose modélisée dans la tolérance de mesure de 10 % des capteurs UV-C ; la mesure reste le point de référence.

Pourquoi un système de mesure UV doit-il être étalonné de manière traçable ?

Parce que sans traçabilité métrologique, aucune comparaison n'est possible – ni entre la réception et la requalification de la même cellule, ni entre deux sites. L'incertitude d'étalonnage est typiquement de 4,5 à 6,0 % (k = 2) et fixe la limite de ce qui peut être affirmé. La dérive du capteur et les coefficients de température de −0,8 %/K à +0,4 %/K rendent en outre nécessaire un intervalle d'étalonnage.

Comment les procédés UV sont-ils surveillés dans les cellules de fabrication automatisées ?

La mesure dans la cellule s'effectue en deux points. La source est surveillée quant à la dérive et à la défaillance par un capteur installé en permanence ; la dose réellement appliquée à la pièce en mouvement est enregistrée par un enregistreur qui se déplace avec elle. La raison en est géométrique : la distance, l'angle d'incidence et le temps de séjour changent continuellement le long de la trajectoire. L'irradiation guidée par robot à 600 mm/s avec une distance focale constante est établie dans l'industrie.

• Automatisation et intégration de processus – le pendant stationnaire de la même tâche : capteurs en ligne, raccordement à l'automate, mesure PWM et rétrofits sur lignes de convoyage et lignes continues.
• Collage, empotage et encapsulation UV – le volet adhésif et empotage de la polymérisation guidée par robot, avec l'inhibition par l'oxygène et la géométrie du joint.
• Désinfection UV – fluence, réduction logarithmique et méthodes de vérification, sur lesquelles repose toute la robotique de désinfection.
• Sécurité au travail et sécurité photobiologique – groupes de risque, limites d'exposition et évaluation des sources ouvertes en fonctionnement collaboratif.
• Contrôle par fluorescence et inspection industrielle – le volet excitation de la vision UV sur le robot et la stabilité des seuils d'inspection.
• Fabrication additive et impression 3D – trajectoires non planes, dose par couche et post-polymérisation des pièces de grande taille.

La vue d'ensemble complète se trouve dans la présentation Applications UV.

Vous n'êtes pas sûr(e) que la dose le long de votre trajectoire robotisée soit réellement atteinte partout – ou qu'une mesure au niveau de la bride décrive réellement le composant ? Nous examinons avec vous la validation de trajectoire, le choix des capteurs et le contrôle de la dose, et procédons à des mesures en cas de doute. Contactez-nous.

Dr Mark Paravia
Directeur général et responsable du laboratoire d'étalonnage
Opsytec Dr. Gröbel GmbH, Ettlingen, Allemagne
Tél. +49 (0)7243 / 94 783-50 · mark.paravia@opsytec.de