Tecnologia UV per la robotica: emettitori mobili, dose lungo il percorso e misurazione

La robotica UV significa guidare le sorgenti di radiazione ultravioletta, o l'apparecchiatura di misurazione associata, con un robot – come utensile sulla flangia, come carico utile di una piattaforma mobile, oppure movimentando il componente davanti a una sorgente stazionaria. Ciò che conta non è la potenza nominale dell'emettitore né la velocità di traslazione programmata, ma l'esposizione radiante H in J/m² che un singolo elemento di superficie del componente riceve effettivamente durante il passaggio. Questa grandezza si genera solo come integrale lungo il percorso: distanza, angolo di incidenza e tempo di permanenza cambiano in ogni punto del percorso, e con essi l'irradianza istantanea E nel punto di azione. Un valore di picco misurato a fermo non descrive questo processo. Il compito della misurazione si sposta quindi dalla caratterizzazione di una sorgente alla validazione di una traiettoria – ed è esattamente questo che distingue la robotica dall'automazione stazionaria e l'integrazione di processo.

Non esistono cifre di mercato attendibili specificamente per i processi UV guidati da robot. Gli studi disponibili sulla robotica per la disinfezione – il sottosegmento più chiaramente delineato – differiscono per più di un fattore sette nelle previsioni decennali, a seconda che vengano contati solo i sistemi mobili autonomi o anche cabine di irraggiamento, manipolatori e sistemi ambientali stazionari. Una cifra di mercato quantitativa risulterebbe qui ingannevolmente precisa. Ciò che si può descrivere in modo attendibile sono i fattori propulsivi, e tutti puntano in una direzione.

I robot stanno abbandonando la recinzione di protezione. Nei suoi rapporti World Robotics, la International Federation of Robotics identifica i robot collaborativi come il segmento in più rapida crescita, con un focus su elettronica, alimentare e bevande, e piccole e medie imprese. Per la tecnologia UV questo rappresenta un cambiamento qualitativo, non solo un effetto di volume: una volta rimossa la barriera di sicurezza, una sorgente UV aperta diventa una questione di esposizione fotobiologica – e il controllo di tale sorgente diventa parte del concetto di sicurezza.

Il cambio di sorgente è ciò che rende praticabile un emettitore mobile. Il regolamento UE sul mercurio riveduto è in vigore dal 30 luglio 2024 e l'esenzione RoHS per il mercurio scade all'inizio del 2027. Per la robotica, il passaggio ai LED UV è più di un semplice cambio di componente. Finché erano disponibili solo emettitori a mercurio, la tecnologia UV guidata da robot era limitata a due percorsi: un pesante emettitore ad arco sul braccio, oppure l'estrazione della radiazione tramite guida di luce. Solo i LED – con la loro massa ridotta, l'avvio istantaneo senza riscaldamento, la regolazione dimmerabile sotto il 2 % della potenza nominale e l'apporto di calore puramente per conduzione – permettono uno strumento UV trattabile come una pinza.

I giunti si stanno spostando nelle tre dimensioni. Elettronica miniaturizzata, incapsulamento di sensori, giunti leggeri in materiali misti e guarnizioni polimerizzate in loco sulle flange hanno una cosa in comune: non giacciono su un piano. I componenti tridimensionali possono essere esposti uniformemente solo con un emettitore mobile – la polimerizzazione guidata da robot con lampade ad arco a distanza focale costante è consolidata a livello industriale. Quanto più i giunti abbandonano il piano, tanto meno una linea di trasporto stazionaria può fare.

La robotica per la disinfezione si sta consolidando ovunque coincidano regimi igienici e carenza di personale – negli ospedali, nei nodi di trasporto e nella produzione farmaceutica. Dopo il boom indotto dalla pandemia, il metodo persiste ovunque sia richiesta una prova della fluenza. È proprio questa prova che lo rende, dal punto di vista della misurazione, più impegnativo di qualsiasi applicazione di polimerizzazione.

Cosa ne deriva per i prossimi anni. Primo, la dose sostituirà il controllo basato sul tempo e sulle ore di funzionamento, perché il decadimento della potenza delle moderne sorgenti UV non può essere gestito altrimenti. Secondo, la pianificazione del percorso diventerà radiometrica: raggiungibilità e prevenzione delle collisioni non sono più sufficienti come criteri di progettazione, una volta che distanza e angolo di incidenza dominano la dose. Terzo, la commutazione della sorgente con classificazione di sicurezza diventerà un requisito standard nel funzionamento collaborativo. E quarto, la validazione tracciabile del percorso diventerà parte del collaudo della macchina – proprio come i radiometri di riferimento e le tolleranze di regolazione sono da tempo regolamentati nella disinfezione dell'acqua potabile. I percorsi adattivi, supportati dall'IA, che l'IFR annovera tra le sue tendenze robotiche, inaspriscono questo requisito: un percorso che cambia in fase di esecuzione non può più essere misurato una volta per tutte – necessita di un modello di dose che lo accompagni, e di una misurazione che supporti tale modello.

Il processo fotochimico in sé non differisce dall'irraggiamento stazionario: un fotoiniziatore, un colorante o una cellula assorbe fotoni e innesca così una reazione. Ciò che cambia è unicamente il modo in cui tali fotoni raggiungono il punto di azione.

Nell'irraggiamento stazionario, l'irradianza E nel punto di azione è pressoché costante durante il tempo di esposizione, e l'esposizione radiante risulta dal semplice prodotto H = E · t. Nell'irraggiamento guidato da robot, uno spot in movimento colpisce ogni elemento di superficie solo per la durata del suo transito. L'esposizione radiante di un elemento di superficie nella posizione x è quindi un integrale di percorso sul tempo durante il quale tale elemento si trova all'interno dello spot. Il tempo rilevante non è il tempo di ciclo del programma del robot, bensì il tempo di permanenza dello spot sull'elemento di superficie, che è inversamente proporzionale alla velocità di percorso al tool center point.

Inoltre, durante un movimento a sei assi su una superficie curva cambiano continuamente altre due grandezze: la distanza tra l'emettitore e la superficie e l'angolo con cui la radiazione la colpisce. Entrambe influiscono direttamente sull'irradianza istantanea. Il percorso non è quindi solo una grandezza geometrica, ma anche una grandezza radiometrica.

Il lato sensore – fotodiodo al silicio con stack di filtri, SiC, AlGaN e spettroradiometro – viene confrontato in dettaglio nella pagina automazione e integrazione di processo; i criteri di selezione indicati lì si applicano senza modifiche. La robotica aggiunge un requisito che lì non gioca alcun ruolo: la risoluzione temporale del sistema di misura deve essere adeguata alla velocità del percorso.

Occorre distinguere quattro grandezze che, nella pratica, vengono regolarmente confuse.

Irradianza E in W/m² descrive la potenza radiante che colpisce in un dato istante un elemento di superficie. È una grandezza istantanea e, nella robotica, variabile lungo il percorso. Per la conversione: 10 W/m² corrispondono a 1 mW/cm².

Esposizione radiante H in J/m² è l'integrale nel tempo dell'irradianza e rappresenta quindi l'effettiva variabile di processo. Nella disinfezione viene chiamata fluenza. È la sola grandezza che possa essere confrontata con un limite di rilascio.

Il tempo di permanenza in s per elemento di superficie collega le due grandezze. Deriva dall'estensione dello spot nella direzione di avanzamento e dalla velocità del percorso nel punto centrale dell'utensile – non dal tempo di ciclo.

La sovrapposizione dei percorsi adiacenti, in percentuale, determina quanto uniforme sia l'esposizione sulla superficie. Decide se un'area viene trattata in modo omogeneo ed è indipendente dall'irradianza di picco.

Per la progettazione sono inoltre rilevanti la distanza di lavoro, l'angolo di incidenza rispetto alla normale alla superficie e, per le sorgenti LED pulsate, lo schema di pilotaggio.

La conclusione errata più comune è equiparare la velocità di traslazione programmata al tempo di esposizione effettivo sul componente. Un robot raggiunge i 300 mm/s programmati solo nel tratto stabilizzato del percorso. Durante l'accelerazione e la frenata, quando il percorso viene arrotondato negli angoli e quando cambia l'orientamento degli assi, la velocità reale è inferiore – e la dose corrispondentemente più alta. È esattamente per questo motivo che nei punti di inversione compaiono sovra-polimerizzazione, ingiallimento o danni termici, mentre i tratti rettilinei restano sotto-dosati.

La seconda conclusione errata è considerare una misura puntuale a fermo come prova per un percorso in movimento. Essa fornisce un valore di picco dell'irradianza in una posizione. Non dice nulla sull'integrale lungo la traiettoria.

La terza conclusione errata è equiparare la potenza elettrica della lampada alla dose ottica nel punto di azione. Una specifica generica del produttore non sostituisce una misurazione. È documentato che singoli tipi di LED UV-C scendono al 50–70 % del valore iniziale entro circa le prime 100 ore di funzionamento, e che le durate R70 vanno da 1.000 h a oltre 10.000 h a seconda del tipo. Una cella gestita in base alle ore di funzionamento piuttosto che alla dose esce fuori specifica entro questo intervallo. Approfondimenti in Invecchiamento di lampade UV e LED UV.

La quarta conclusione errata è trascurare l'angolo di incidenza su componenti curvi. A un angolo di 60° rispetto alla normale alla superficie, resta efficace solo il 50 % dell'irradianza rispetto all'incidenza normale alla stessa distanza.

Il quinto errore risiede in una frequenza di campionamento troppo bassa del sistema di misura. Un logger a 128 campioni/s non risolve un transito di pochi millisecondi e sottostima il picco.

Infine, si sottovaluta che un sensore inserito interferisce esso stesso con il processo. A una distanza di 13 mm sono documentate una perdita di energia del 4,83 % e una riduzione del picco di irradianza del 13,85 %. Un sensore sulla flangia inoltre non vede necessariamente la stessa geometria del componente: ha una posizione diversa rispetto allo spot e un orientamento diverso rispetto alla normale alla superficie.

Queste tre grandezze agiscono in modo moltiplicativo e in parte in contrapposizione, motivo per cui gli errori nella pianificazione del percorso non possono essere compensati con più potenza.

La distanza agisce secondo la legge dell'inverso del quadrato per una fonte sufficientemente piccola nel campo lontano: raddoppiare la distanza di lavoro riduce l'irradianza a un quarto. Questa approssimazione non vale per emettitori a superficie estesa o per ottiche focalizzanti; in questi casi la distribuzione deve essere misurata o determinata tramite simulazione ottica. In pratica ciò significa: un percorso che aumenta la distanza da 20 mm a 40 mm in corrispondenza di una protuberanza perde in quel punto tre quarti dell'irradianza, senza che nulla cambi alla fonte.

L'angolo di incidenza agisce tramite la legge del coseno. Nei processi guidati da robot è il fattore più frequentemente trascurato, poiché i percorsi sono spesso ottimizzati per evitare collisioni e per la raggiungibilità piuttosto che per l'allineamento con la normale alla superficie.

La velocità del percorso agisce linearmente sulla dose tramite il tempo di permanenza. Dimezzare la velocità raddoppia l'esposizione radiante – ma non necessariamente l'effetto, poiché la reciprocità vale solo entro certi limiti.

Banda normativa, banda del sensore, banda del produttore

Nella valutazione dei valori misurati, occorre distinguere tre concetti di "banda". Nelle scheda tecniche appaiono identici ma significano cose diverse.

La banda normativa è il limite di banda standardizzato. Qui esistono definizioni in concorrenza tra loro: la CIE definisce l'UV-A come 315–400 nm, mentre la ISO 20473 la definisce come 315–380 nm. Un processo che lavora con un LED a 385 nm si trova quindi dentro o fuori la banda UV-A a seconda della norma citata.

La banda del sensore è la responsività spettrale effettivamente tarata S(λ) della testa di misura utilizzata. La corrente del sensore risulta quindi i = ∫ E(λ) · S(λ) dλ. Ogni valore misurato è quindi valido solo in combinazione con la banda del sensore e la fonte per cui è stato tarato. Utilizzare lo stesso sensore su una fonte diversa produce un mismatch spettrale. Sono documentate deviazioni dal 9 al 91 % derivanti da ciò, incluso una sottostima del 65 % a 385 nm. Il contesto è illustrato in mismatch spettrale dei sensori UV. Come una testa di misura arriva alla sua lettura è illustrato in Come funzionano i sensori UV.

La banda del produttore è la voce della scheda tecnica, come "UV-A 320–390 nm". È una descrizione, non una taratura. Due sensori con specifiche di banda identiche possono fornire valori diversi sullo stesso LED se le loro curve di responsività all'interno della banda differiscono.

Per la robotica ne deriva una regola praticabile: il logger mobile e il sensore di monitoraggio stazionario devono essere calibrati rispetto allo stesso riferimento a risoluzione spettrale, altrimenti la validazione del percorso e il monitoraggio continuo non possono essere messi in relazione tra loro.

Ipotesi: uno spot LED UV nel punto centrale dell'utensile produce un'irradianza di E₀ = 3 W/cm² alla distanza di lavoro con incidenza normale. L'estensione dello spot nella direzione di avanzamento è b = 10 mm, la velocità di percorso v = 300 mm/s. Nel tratto considerato, la superficie è piana e irradiata perpendicolarmente.

Conversione dell'irradianza: 3 W/cm² = 30.000 W/m². La conversione tra irradianza, dose e flusso di fotoni è gestita dai UV Tools.

Tempo di transito: t_d = 10 mm / 300 mm/s = 0,0333 s.

Esposizione radiante: H = 30.000 W/m² · 0,0333 s = 1.000 J/m² = 100 mJ/cm².

Su un tratto curvo dello stesso percorso, la radiazione incide con θ = 60°. Lì, H = 1.000 J/m² · cos 60° = 500 J/m² = 50 mJ/cm² – la metà, senza che nulla sia stato modificato alla fonte o nella velocità. Se la distanza cresce inoltre da 20 mm a 30 mm, si aggiunge il fattore (20/30)² = 0,44: rimangono 220 J/m², e quindi il 22 % della dose del tratto piano.

Per la misurazione ne consegue che a t_d = 33,3 ms, un logger a 128 campioni/s fornisce circa quattro punti di campionamento. Ciò è sufficiente per integrare la dose in modo approssimativo, ma non per rilevare l'irradianza di picco o la forma del fronte d'onda.

Il semplice prodotto tra irradianza di picco e tempo di ciclo avrebbe suggerito qui un progetto completamente errato: avrebbe sovrastimato la dose di ordini di grandezza, occultando al contempo che un'area della superficie del componente riceve solo un quinto della dose del tratto di riferimento.

Incollaggio e sigillatura. Il robot dosa adesivo o sigillante e lo polimerizza direttamente nel punto di applicazione – come polimerizzazione point-of-dispense con uno spot LED UV sulla flangia. Con le guarnizioni cure-in-place, un materiale sigillante liquido viene applicato a mano o tramite robot sulla faccia di accoppiamento di un giunto flangiato e successivamente esposto. Dal punto di vista metrologico sono critiche le zone d'ombra nel giunto e l'inibizione da ossigeno sulla superficie rivolta verso il gas di processo, che lascia in quel punto un grado di reticolazione inferiore rispetto al volume interno. I dettagli sono riportati in incollaggio, colata e incapsulamento UV.

Pittura e rivestimento. I componenti tridimensionali possono essere esposti in modo uniforme solo con un emettitore in movimento. L'asciugatura guidata da robot e le lampade ad arco a 600 mm/s con distanza focale costante sono consolidate a livello industriale. Questa distanza focale costante non è una comodità, ma la condizione perché la legge dell'inverso del quadrato non diventi una fonte di errore.

Elettronica e ottica. L'incapsulamento assistito da cobot, la colata chip-on-board e l'avvolgimento di filamenti operano con giunti piccoli e irradianza molto elevata. Qui la riproducibilità è fondamentale, perché il controllo successivo di un componente incapsulato non è più possibile.

Manifattura additiva. I bracci robotici con un end effector a polimerizzazione UV estendono la stampa 3D a percorsi non planari, alla post-polimerizzazione in situ e alla riparazione di componenti di grandi dimensioni. È documentato un end effector per la stampa 3D di polimeri a memoria di forma polimerizzabili UV con un sistema robotico collaborativo. Ulteriore materiale in manifattura additiva e stampa 3D.

Robotica per la disinfezione. Robot UV-C mobili eseguono la disinfezione terminale di ambienti in ospedali, in snodi di trasporto e nella produzione farmaceutica; i manipolatori trattano superfici tridimensionali e strumenti. Il compito metrologico è qui particolarmente ben definito, poiché la fluenza per elemento di superficie deve essere dimostrata rispetto a un valore limite e l'ombreggiatura conduce strutturalmente a una sottodosaggio. Basi in disinfezione UV.

Ispezione. La fluorescenza UV sul robot serve a controllare i cordoni di adesivo e le tracce di sigillante, a rilevare crepe e a verificare lacune nel rivestimento. Il presupposto per valori di grigio riproducibili nella visione artificiale è un'irradianza di eccitazione costante: se l'eccitazione varia, varia la soglia, e la decisione di ispezione si sposta senza che nulla sia cambiato sul componente. Ulteriori informazioni in prova di fluorescenza e ispezione industriale.

Pretrattamento delle superfici. L'attivazione UVC/ozono guidata da robot prima dell'incollaggio opera con le linee a 185 e 254 nm. La distanza di lavoro e la gestione dell'ozono determinano il risultato.

Ombreggiatura. Sottosquadri, forature e cordoni di saldatura ricevono strutturalmente una dose inferiore. Il riflesso ovvio di aumentare la potenza non serve, perché l'area ombreggiata non viene raggiunta geometricamente – si finisce solo per sovra-polimerizzare le zone esposte. Ciò che funziona invece è l'irraggiamento multilaterale, il ri-afferraggio o un secondo passaggio con orientamento modificato, e soluzioni modulari su misura che irradiano da più direzioni contemporaneamente. La domanda che resta sempre aperta è quale dose arrivi effettivamente nel cordone – e questo si può stabilire solo con un sensore in quella geometria, non per calcolo sulla superficie libera.

Funzionamento dei cobot senza protezione. Una volta rimossa la protezione, la valutazione si sposta dalla sicurezza macchina alla valutazione dell'esposizione fotobiologica. Oltre alla EN ISO 10218-1/-2 nella revisione 2025 e alla ISO/TS 15066 per il funzionamento collaborativo, si applicano allora la EN/IEC 62471 e la IEC/TR 62471-2 con la loro classificazione in gruppi di rischio, così come la Direttiva 2006/25/CE con la OStrV tedesca e la TROS IOS per l'esposizione sul posto di lavoro. In pratica ciò significa che la fonte UV deve essere in grado di uno spegnimento a sicurezza garantita. Un'unità di controllo idonea fino al Performance Level e (Categoria 4) secondo EN ISO 13849-1 e al SIL 3 secondo IEC 61508 non è quindi un accessorio, ma parte del concetto di sicurezza della cella. Per gli UV-C, la IEC TR 63381 fornisce indicazioni complementari. Per saperne di più: sicurezza sul lavoro e sicurezza fotobiologica.

Retrofit. In una cella esistente lo spazio di installazione è fisso. Separare la fonte dal punto di applicazione tramite una guida di luce si rivela utile in questo caso, perché solo la guida si muove e l'alloggiamento resta fuori dall'asse di movimento. Per il monitoraggio permanente sono adatti sensori a basso profilo e con un'interfaccia che il controllore già comprende – analogica con 0–10 V o 4–20 mA, digitale via RS-232, RS-485 o USB, e in rete tramite PoE e Modbus TCP/IP. Resta da notare che un sensore inserito modifica il processo; la perdita di energia documentata del 4,83 % a 13 mm di distanza deve essere considerata nel suo posizionamento.

Il compito di misurazione si articola in tre fasi che richiedono strumenti diversi.

Caratterizzazione di riferimento, spettrale. Tutto inizia con una misurazione spettralmente risolta della sorgente, perché senza uno spettro non è possibile alcuna affermazione sulla mismatch spettrale di un sensore a banda larga. Uno spettroradiometro come l'SR900 che copre 200–1100 nm registra la curva E(λ) e consente la correzione della mismatch secondo CIE 220:2016. Su questa base viene regolato il sensore di processo. Per la distribuzione spaziale e per valutare la sovrapposizione dei percorsi, è adatto uno spettroradiometro a basso profilo come UVpad o UVpad E.

Validazione del percorso, in movimento con il pezzo. La dose lungo la traiettoria viene registrata con un logger che si muove insieme al pezzo. curelog e curelog Base offrono una misurazione della dose ad alta risoluzione lungo il percorso; tinyTracker è sufficientemente piccolo da adattarsi a maschere e pinze con spazi ristretti. Per irradianza estremamente elevata direttamente nel punto di azione, sono disponibili i sensori per polimerizzazione UV XT nella variante XTR con impugnatura rigida e XTF con guida luce flessibile. Il criterio di selezione decisivo è la frequenza di campionamento in relazione alla velocità del percorso.

Monitoraggio e controllo continui. Nella cella, i sensori inline a basso profilo, PLC.net tramite PoE e Modbus TCP/IP, PLC.D tramite RS-232, RS-485 o USB, e sensori PLC analogici con 0–10 V o 4–20 mA monitorano il funzionamento in modo permanente. 

Sopra tutto ciò si pone la riferibilità metrologica. L'incertezza di taratura è tipicamente compresa tra 4,5 e 6,0 % (k = 2); i coefficienti di temperatura da −0,8 %/K a +0,4 %/K devono essere presi in considerazione nelle celle calde. Approfondimenti e documentazione in laboratorio di taratura, grandezze radiometriche, intervallo di taratura per i misuratori UV e valutazione della capacità dei sistemi di misura UV. Le normative pertinenti sono raccolte in linee guida, standard e norme nel settore UV; per l'integrazione in macchina, IO-Link e OPC UA sono le vie più comuni.

ASME IMECE 2009, "Control of a Robotic UV Curing Process With Thermal Vision Feedback Through Two IR Cameras". Il lavoro chiude l'anello di controllo della polimerizzazione UV robotizzata utilizzando due telecamere infrarosse. Il risultato più importante per la pratica non riguarda il controllo in sé: la distribuzione dell'irradianza sulla superficie target risponde in modo più sensibile alla configurazione geometrica relativa che all'intensità radiante della sorgente. Chiunque cerchi di compensare un percorso sfavorevole con più potenza sta quindi lavorando contro l'effetto dominante.

arXiv 2507.11270, "Development of an Autonomous Mobile Robotic System for Efficient and Precise Disinfection". Gli autori ricostruiscono le superfici in nuvole di punti 3D tramite OctoMap e la posa dell'end effector, utilizzandole per la pianificazione del percorso e la stima della dose. La validazione è stata effettuata con misuratori a 20, 30 e 40 cm; la deviazione massima tra misurazione e modello rientrava nella tolleranza di misura del 10 % dei sensori UV-C utilizzati. L'ordine di grandezza è notevole: l'incertezza del modello si muove nell'intervallo dell'incertezza di misura stessa – il che lascia la misurazione come punto di riferimento.

IEEE, documento 9335055, "UV-C Mobile Robots with Optimized Path Planning". Progettazione dell'algoritmo e misurazioni sul campo per migliorare la disinfezione delle superfici. Il lavoro mostra che l'ottimizzazione del percorso non è affidabile senza una misurazione sul campo di accompagnamento.

JPMDP, Robotics and Autonomous Systems. Ottimizzazione congiunta del posizionamento della base e della pianificazione del percorso multi-configurazione per la disinfezione di superfici 3D con un sistema robotico UV-C. Rilevanza per la pratica: la posizione da cui opera il robot è essa stessa una decisione radiometrica.

arXiv 2104.10739, "Surface Disinfection using Ultraviolet Light with a Mobile Manipulation Robot". I percorsi mantengono una distanza costante di circa 30 cm per evitare collisioni; i dosimetri UV registrano la dose effettivamente ricevuta. La distanza costante serve qui a due scopi contemporaneamente – sicurezza e definizione radiometrica.

arXiv 2108.10810. Progettazione e integrazione di un end effector per la stampa 3D di polimeri a memoria di forma polimerizzabili UV con un sistema robotico collaborativo.

Ulteriori lavori in cui è stata utilizzata la strumentazione di misura Opsytec sono raccolti nelle pubblicazioni dei clienti.

Perché una misurazione puntuale da fermo non è sufficiente per un percorso robotizzato in movimento?

Una misurazione puntuale fornisce l'irradianza in una posizione con l'utensile fermo. La grandezza di processo, tuttavia, è l'esposizione radiante in J/m² che un elemento di superficie riceve durante il transito. Essa risulta da un integrale lungo il percorso, in cui distanza, angolo di incidenza e tempo di permanenza variano continuamente. Solo una misurazione della dose in movimento lungo la traiettoria reale è quindi affidabile.

Come dipende la dose dalla velocità di percorso?

Il tempo di permanenza di un elemento di superficie all'interno dello spot è inversamente proporzionale alla velocità di percorso; la dose scala quindi linearmente con il reciproco della velocità. Dimezzare la velocità raddoppia l'esposizione radiante. L'effetto non raddoppia necessariamente, poiché la reciprocità vale solo entro certi limiti. Va inoltre notato che durante le fasi di accelerazione e frenata la velocità programmata non viene raggiunta.

405 nm è ancora UV?

Dipende dalla definizione a cui ci si riferisce. La CIE limita l'UV-A a 315–400 nm, la ISO 20473 a 315–380 nm. Secondo entrambe le definizioni 405 nm si trova al di fuori della banda UV-A e quindi nel campo del visibile, tuttavia nella tecnologia di polimerizzazione viene trattata come una lunghezza d'onda UV. Ciò che conta ai fini della misurazione non è l'etichetta, ma se la banda del sensore copre la lunghezza d'onda oggetto di taratura.

Quando è sufficiente un sensore a banda larga sul robot?

Un sensore a banda larga è sufficiente per il monitoraggio continuo se la sorgente e lo spettro restano invariati e il sensore è stato tarato rispetto a un riferimento a risoluzione spettrale proprio su quella sorgente. Non è sufficiente con sorgenti variabili, dopo una modifica della lunghezza d'onda del LED, o per affermazioni assolute: il mismatch spettrale causa deviazioni documentate dal 9 al 91 %.

Quale frequenza di campionamento richiede un logger in movimento?

Il tempo di transito risulta dall'estensione dello spot divisa per la velocità di percorso. Con uno spot di 10 mm e 300 mm/s si ottengono 33 ms. Pochi punti di campionamento sono sufficienti per determinare la dose; per rilevare l'irradianza di picco e la forma dei bordi, se ne dovrebbero raggiungere almeno dieci. Un sistema a 128 campioni/s fornisce in questo esempio solo circa quattro.

Un cobot con sorgente UV a vista necessita di un'enclosure di protezione?

Non necessariamente, ma la valutazione cambia: senza protezione si applica la valutazione dell'esposizione fotobiologica secondo EN/IEC 62471 accanto a EN ISO 10218 e ISO/TS 15066, così come la Direttiva 2006/25/CE con OStrV e TROS IOS. La sorgente UV deve quindi essere in grado di uno spegnimento con classificazione di sicurezza – un'unità di controllo fino al Performance Level e (Categoria 4) e SIL 3 fa parte del concetto di sicurezza, non è un accessorio.

Come si convalida un percorso robotizzato per la disinfezione UV?

Mediante il fluence per elemento di superficie, non mediante il tempo di percorrenza. Ciò che funziona nella pratica è combinare dosimetri in posizioni rappresentative e in posizioni sfavorevoli – soprattutto nelle aree in ombra – con una caratterizzazione spettralmente garantita della sorgente. Lavori pubblicati ottengono deviazioni della dose modellata entro la tolleranza di misura del 10 % dei sensori UV-C; la misurazione resta il punto di riferimento.

Perché un sistema di misura UV deve essere tarato in modo riferibile?

Perché senza riferibilità metrologica non è possibile alcun confronto – né tra collaudo e riqualifica della stessa cella, né tra due siti. L'incertezza di taratura è tipicamente del 4,5–6,0 % (k = 2) e definisce il limite di ciò che può essere affermato. La deriva del sensore e i coefficienti di temperatura da −0,8 %/K a +0,4 %/K rendono inoltre necessario un intervallo di taratura.

Come vengono monitorati i processi UV nelle celle di produzione automatizzate?

La misurazione nella cella avviene in due punti. La sorgente viene monitorata per deriva e guasto da un sensore installato in modo permanente; la dose effettivamente applicata al pezzo in movimento viene registrata da un logger che si muove con esso. Il motivo è geometrico: distanza, angolo di incidenza e tempo di permanenza cambiano continuamente lungo il percorso. L'irraggiamento guidato da robot a 600 mm/s con distanza focale costante è una prassi consolidata nell'industria.

• Automazione e integrazione di processo – il lato stazionario dello stesso compito: sensori inline, collegamento PLC, misurazione PWM e retrofit su linee a nastro e continue.
• Incollaggio UV, colaggio ed incapsulamento – il lato adesivi e colaggio della polimerizzazione guidata da robot, con inibizione da ossigeno e geometria del giunto.
• Disinfezione UV – fluenza, riduzione logaritmica e metodi di verifica, su cui si basa tutta la robotica di disinfezione.
• Sicurezza sul lavoro e sicurezza fotobiologica – gruppi di rischio, limiti di esposizione e valutazione delle sorgenti aperte in funzionamento collaborativo.
• Test di fluorescenza e ispezione industriale – il lato eccitazione della visione UV sul robot e la stabilità delle soglie di ispezione.
• Produzione additiva e stampa 3D – percorsi non planari, dose per strato e post-polimerizzazione di componenti di grandi dimensioni.

Il quadro completo si trova nella panoramica Applicazioni UV.

Non siete sicuri che la dose lungo il percorso del vostro robot venga effettivamente raggiunta ovunque – o se una misurazione alla flangia descriva il componente? Verifichiamo insieme a voi la validazione del percorso, la selezione dei sensori e il controllo della dose, e misuriamo in caso di dubbio. Contattateci.

Dr Mark Paravia
Amministratore delegato e Responsabile del laboratorio di taratura
Opsytec Dr. Gröbel GmbH, Ettlingen, Germania
Tel. +49 (0)7243 / 94 783-50 · mark.paravia@opsytec.de