LED燈具在線檢測系統的研究與應用

楊靈華，王文杰，陳佩聰，樊榮濤

(東莞華明燈具有限公司，東莞 523653)

LED燈具在線檢測系統的研究與應用

楊靈華，王文杰，陳佩聰，樊榮濤

(東莞華明燈具有限公司，東莞 523653)

色差問題在LED照明行業一直存在，如何科學合理地解決色差檢測問題，是考驗燈具企業品質控制能力的一大難題。本文研究了一種LED燈具在線檢測系統，對LED燈具成品的光學和電學參數進行測試，通過一系列的數據收集和分析，制定了一套科學可行的內部檢測標準，實現了根據光色差異對LED燈具進行快速分類。

LED燈具；在線檢測；分選

引言

隨著LED照明行業的發展，市場對照明產品品質要求越來越高。在大批量的燈具應用場合，LED的光色不一致不僅會給客戶帶來困擾，也會影響燈具生產廠商的聲譽。LED的光色一致性問題一直是LED照明產業發展的一個阻礙，造成此問題的原因很多，可以追溯到LED產業鏈上游的材料外延生長、中游的芯片制造,再到下游的芯片封裝，產業鏈過長導致LED產品光色一致性的控制難度加大。LED照明處于整個LED產業鏈的下游，是直接與客戶連接的輸出口，因此如何在生產過程中對燈具光色一致性進行控制，對產品進行質量分檔，就顯得十分有必要。

現在一般LED燈具企業主要還是采用人眼目視的方法進行控制和分檔，這種方法的缺陷是主觀性太強，由于個體之間會存在視覺敏銳度的差異，對于同樣的LED燈具出光，不同的個體會有不同的觀感，而且同樣的個體在不同的狀態下也會做出不同的判斷。

眾所周知，光色是可以測量的，使用顏色指標評定產品的質量更具客觀性和科學性，可以穩定的把控每批燈具的出光品質。目前已經有燈具廠商開始采用實驗室抽檢的方式對燈具的光色一致性進行控制，雖然能夠準確的得到燈具的光學數據，但是實驗室檢測效率較低，無法滿足生產線高速運轉的要求，還需要耗費較多的人工成本和流轉成本，也無法實現出廠產品的全檢和分選。因此，開發一種穩定可靠的LED燈具在線檢測系統，解決如上所述的LED燈具的光色一致性問題，不僅可以對LED燈具的光色品質進行量化，同時制定一套可行的分類判斷標準，對出貨的LED成品燈具，工廠端能實現高效、快捷的品質追溯，提升品質控制能力。

1 在線檢測系統簡介

一套完善的LED燈具在線測試系統必須要解決測試結果準確和檢測快速的問題，同時還要對產品進行快速分檔，滿足產品分選的需求。

考慮到生產車間的安裝問題，設計LED燈具在線檢測系統時要充分考慮積分球的體積大小、電氣設備的集成以及整個測試系統流程控制，此外，工裝夾具的機構設計與運動機構設計也是需要考慮的問題。本文研究的LED燈具在線測試系統如圖1所示。該在線測試系統包括光電測試設備和測試軟件兩部分。

圖1 LED燈具在線測試系統Fig.1 LED lamp online detection system

1.1 光電測試設備

光電測試設備主要由精密數顯直流穩流穩壓電源、光譜分析儀、DPS智能交流測試電源以及安裝在外部的積分球組成。使用光譜分析儀和積分球對色溫、色坐標和顯示指數等光學參數進行測量，經校準后，其色品坐標(x,y)測量準確度為±0.003，色坐標重復性為±0.000 3，其余光參數精度為±0.2%。同時系統也會得出相關的電學參數。雖然測量時間短，但這套系統可實現LED的瞬態光學特性測量(脈沖測量)及穩態光學特性測量(直流測量)，完全滿足IESNA LM-79和GB/T 24824等標準要求。

1.2 測試軟件

該套系統可程控電壓，在軟件界面可根據需要輸入對應的電壓、頻率。為便于將產品進行分檔，對燈具出光坐標范圍進行設定，現有測試系統對燈具出光最多可分3類，圖2中四個指示燈分別代表A類、B類、C類以及不合格。軟件對測試數據進行分析后，會有對應顏色的指示燈亮，測試員只需依照指示燈提示對產品進行分檔即可。

圖2 LED燈具分類指示燈Fig.2 Classify pilot light of LED lamp

2 在線測試系統評估方法

實現LED燈具的在線測試，必須滿足在對LED燈具能實現送樣、通電、測試以及取樣等步驟的快速操作。為滿足上述要求，夾具的結構設計采用往復的直線運動結構設計。測試過程中，將燈具固定在可移動的測試平臺上，接好輸入線后，啟動電動氣壓裝置，將LED燈具推入積分球內，在線測試系統燈具在積分球中的測試位置如圖3(a)所示。到達測試位置后，燈具光色穩定一段時間后開始進行測試，光電測試數據會自動保存并進行分析處理，相應的指示燈亮。測試完成后，夾具自動退出積分球，取下燈具按照指示燈進行分類，即可進行下一輪測試。

圖3 測試燈具安裝示意圖Fig.3 Install sketch of LED lamp

積分球的開口尺寸約為300 mm×400 mm，小于此尺寸的燈具，可采用如圖3(a)所示的夾具系統。大于該尺寸的燈具，則采用如圖3(b)所示的安裝方式。由于燈具的尺寸大于積分球的開口，無法將其直接送入到積分球的內部，只需將其固定在工作臺上，外部使用黑色幕布將其封閉，避免了測試儀器外部周圍的雜色的干擾。燈具的出光方向對準積分球的開口，逸出的光被黑色幕布吸收，此種安裝方式不可避免會對LED燈具的總光通量造成損失，因此大尺寸的燈具在測試結果分析時可以不用考慮總光通量這一項參數。

為保證測試結果的準確性，測試溫度應盡量滿足25 ℃±1 ℃，相對濕度應小于65%，在無對流風的環境中進行，測量時LED燈具周圍無明顯的空氣流動。

3 在線測試系統的驗證與分檔標準確定

色容差是實測燈具坐標值(x，y)偏離標準色度坐標目標值的距離。國家標準規定燈的色度坐標(x，y)的初始讀數距離標準色度坐標應在5SDCM之內，即色容差≤5。ANSI 2011年推出 ANSI C78.377，以 8 個標稱CCT和100K間隔的可變 CCT的四邊形區域替代SDCM色差表示方法，并用于評價固態照明產品的色差范圍。

要根據光色參數對LED燈具的進行分類，首先需要制定一套可行的分類標準。在LED燈具大批量的測試前，先對實驗室標準樣品進行測試，樣品色坐標打靶測試結果如圖4所示。圖中的四邊形區域是LED光源廠商提供的色品坐標允許范圍。我們可以看到，燈具的色品坐標相對于LED光源供應商提供的中心坐標朝右下方偏移，這是由于廠商提供的規格書中的數據是基于冷態狀態下測試的數據，本文采用的是熱態測試，兩種測試結果本身是存在差異的，此外燈具受到光學器件和系統偏差的影響，在實際分類的過程中，需要對四邊形區域進行平移校正。

圖4 抽檢LED燈具打靶圖Fig.4 Target zome of sampling inspection

計算該批燈具色品坐標x和y的平均值，得出該批燈具的平均坐標(0.434 6，0.400 3)，即認為是該批燈具的校正后的色品中心坐標值，將原LED光源色品坐標四邊形整體進行平移，得出校正后的色品坐標允許范圍為(0.428 1,0.400 6)、(0.440 3, 0.404 9)、(0.440 3,0.404 9)、(0.428 1，0.440 6)。

該在線測試系統最多可以將產品分為三檔，基于質量控制成本的考慮，以及方便出貨產品質量的追溯，將產品分為A、B兩類。在本文中以按照色品坐標上下分區為例。下半區色品坐標允許范圍為(0.428 1,0.400 6)、(0.440 3,0.404 9)、(0.435 9,0.396 0)、(0.424 2,0.391 9)，落在此范圍內的產品歸為A類；上半區色品坐標允許范圍為(0.432 2,0.409 6)、(0.444 9,0.414 1)、(0.440 3,0.404 9)、(0.428 1，0.440 6)，落在此范圍的產品歸為B類；落在色品坐標允許范圍外的產品則判定不合格。燈具的分類標準如圖5所示。

圖5 LED燈具分類標準Fig.5 Classify standard of LED lamp

由于積分球的尺寸有限，因此積分球的開口尺寸有限制，尺寸較大的燈具無法通過積分球開口推入積分球內部進行測試。只能采用圖3(b)所示的測試方式，這種測試方法會對總光通量造成損失，燈具只有一部分光進入積分球內，這一部分進入積分球的光，即為我們測試的“色樣”。

對大尺寸燈具的“色樣”測試結果如圖6所示，從圖中我們可以看到，燈具的色坐標相對于光源的四邊形區域向左偏移。采用上述的同樣的方法計算出出燈具的色坐標平均值，然后對四邊形區域進行校正，并且制定分檔標準。

圖6 尺寸燈具色品坐標校正圖Fig.6 Chromaticness coordinate correction sheet of big LED lamp test result of integrating sphere

制定好分類標準后，對線上的某批次產品進行抽檢，采用積分球內部測試和外部抽取“色樣”兩種方式進行測試，分析 “色樣”的的實驗誤差。檢測結果見表1和圖7。

表1 積分球測試結果Table 1 Test result of integrating sphere

從表1中我們可以看出，兩種測試方式的測試結果存在輕微的偏差，色坐標偏差ΔCx均小于0.001 2，ΔCy均小于0.001 8，對燈具的分類結果不造成影響。實驗結果如圖7顯示，無論是哪種測試方法，同一個燈具都得到相同的判定結果。并且對產品進行分檔的目的是將光色相差較大的燈具區別歸類，因此，分檔測試不要求測試結果的絕對正確，只需將色坐標相對較大的燈具分類出來即可。

圖7 積分球內外部測試結果對比Fig.7 Comparison of test in and out integrating sphere

該在線測試系統與企業數據庫連接，通過記錄每批次產品的數據，收集足夠多的數據，針對市場的接受程度，建立內部燈具的可接受色容差的判斷標準。對每批次產品使用特定的條形碼進行標記，結合企業供應鏈綜合管理，可以快捷高效的實現產品質量的追溯，提升品質控制能力。

4 結論與展望

色差問題在LED照明行業一直存在，如果不能解決色差檢測問題，高品質LED燈具照明就無從談起。本文研究了一種LED燈具在線檢測系統，通過一系列的數據收集和分析，制定了一套可行的內部檢測標準，實現了根據光色差異對LED燈具進行快速分類，并且可以快捷的對產品質量進行追溯，這套在線測試系統和測試方法對LED照明行業有著重要的積極作用。

[1] 顏色的表示方法: GB/T 3977—2008[S].

[2] 荊其誠，焦書蘭，喻柏林，等．色度學[M]. 北京:科學出版社，1979.

Study and Application of Online Detection System for LED Lamp

YANG Linghua, WANG Wenjie, CHEN Peicong,FAN Rongtao

(WACLIGHTING(DONGGUAN),CO．Ltd，Dongguan523653,China)

Color difference is an inevitable issue in LED lamp industry, how to properly detect the color difference is also a difficult problem for LED lamp manufacturer’s quality control. In this study, we proposed a realizable LED lamp online detection system to test chromatic and electronic parameters and made a practicable inner detection standard by gathering and analyzing the test data, the LED lamp can be rapid classified base on color difference by using this system.

LED lamp; online detection;classify

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.02.022