LED灯具在线检测系统的研究与应用

杨灵华，王文杰，陈佩聪，樊荣涛

(东莞华明灯具有限公司，东莞 523653)

LED灯具在线检测系统的研究与应用

杨灵华，王文杰，陈佩聪，樊荣涛

(东莞华明灯具有限公司，东莞 523653)

色差问题在LED照明行业一直存在，如何科学合理地解决色差检测问题，是考验灯具企业品质控制能力的一大难题。本文研究了一种LED灯具在线检测系统，对LED灯具成品的光学和电学参数进行测试，通过一系列的数据收集和分析，制定了一套科学可行的内部检测标准，实现了根据光色差异对LED灯具进行快速分类。

LED灯具；在线检测；分选

引言

随着LED照明行业的发展，市场对照明产品品质要求越来越高。在大批量的灯具应用场合，LED的光色不一致不仅会给客户带来困扰，也会影响灯具生产厂商的声誉。LED的光色一致性问题一直是LED照明产业发展的一个阻碍，造成此问题的原因很多，可以追溯到LED产业链上游的材料外延生长、中游的芯片制造,再到下游的芯片封装，产业链过长导致LED产品光色一致性的控制难度加大。LED照明处于整个LED产业链的下游，是直接与客户连接的输出口，因此如何在生产过程中对灯具光色一致性进行控制，对产品进行质量分档，就显得十分有必要。

现在一般LED灯具企业主要还是采用人眼目视的方法进行控制和分档，这种方法的缺陷是主观性太强，由于个体之间会存在视觉敏锐度的差异，对于同样的LED灯具出光，不同的个体会有不同的观感，而且同样的个体在不同的状态下也会做出不同的判断。

众所周知，光色是可以测量的，使用颜色指标评定产品的质量更具客观性和科学性，可以稳定的把控每批灯具的出光品质。目前已经有灯具厂商开始采用实验室抽检的方式对灯具的光色一致性进行控制，虽然能够准确的得到灯具的光学数据，但是实验室检测效率较低，无法满足生产线高速运转的要求，还需要耗费较多的人工成本和流转成本，也无法实现出厂产品的全检和分选。因此，开发一种稳定可靠的LED灯具在线检测系统，解决如上所述的LED灯具的光色一致性问题，不仅可以对LED灯具的光色品质进行量化，同时制定一套可行的分类判断标准，对出货的LED成品灯具，工厂端能实现高效、快捷的品质追溯，提升品质控制能力。

1 在线检测系统简介

一套完善的LED灯具在线测试系统必须要解决测试结果准确和检测快速的问题，同时还要对产品进行快速分档，满足产品分选的需求。

考虑到生产车间的安装问题，设计LED灯具在线检测系统时要充分考虑积分球的体积大小、电气设备的集成以及整个测试系统流程控制，此外，工装夹具的机构设计与运动机构设计也是需要考虑的问题。本文研究的LED灯具在线测试系统如图1所示。该在线测试系统包括光电测试设备和测试软件两部分。

图1 LED灯具在线测试系统Fig.1 LED lamp online detection system

1.1 光电测试设备

光电测试设备主要由精密数显直流稳流稳压电源、光谱分析仪、DPS智能交流测试电源以及安装在外部的积分球组成。使用光谱分析仪和积分球对色温、色坐标和显示指数等光学参数进行测量，经校准后，其色品坐标(x,y)测量准确度为±0.003，色坐标重复性为±0.000 3，其余光参数精度为±0.2%。同时系统也会得出相关的电学参数。虽然测量时间短，但这套系统可实现LED的瞬态光学特性测量(脉冲测量)及稳态光学特性测量(直流测量)，完全满足IESNA LM-79和GB/T 24824等标准要求。

1.2 测试软件

该套系统可程控电压，在软件界面可根据需要输入对应的电压、频率。为便于将产品进行分档，对灯具出光坐标范围进行设定，现有测试系统对灯具出光最多可分3类，图2中四个指示灯分别代表A类、B类、C类以及不合格。软件对测试数据进行分析后，会有对应颜色的指示灯亮，测试员只需依照指示灯提示对产品进行分档即可。

图2 LED灯具分类指示灯Fig.2 Classify pilot light of LED lamp

2 在线测试系统评估方法

实现LED灯具的在线测试，必须满足在对LED灯具能实现送样、通电、测试以及取样等步骤的快速操作。为满足上述要求，夹具的结构设计采用往复的直线运动结构设计。测试过程中，将灯具固定在可移动的测试平台上，接好输入线后，启动电动气压装置，将LED灯具推入积分球内，在线测试系统灯具在积分球中的测试位置如图3(a)所示。到达测试位置后，灯具光色稳定一段时间后开始进行测试，光电测试数据会自动保存并进行分析处理，相应的指示灯亮。测试完成后，夹具自动退出积分球，取下灯具按照指示灯进行分类，即可进行下一轮测试。

图3 测试灯具安装示意图Fig.3 Install sketch of LED lamp

积分球的开口尺寸约为300 mm×400 mm，小于此尺寸的灯具，可采用如图3(a)所示的夹具系统。大于该尺寸的灯具，则采用如图3(b)所示的安装方式。由于灯具的尺寸大于积分球的开口，无法将其直接送入到积分球的内部，只需将其固定在工作台上，外部使用黑色幕布将其封闭，避免了测试仪器外部周围的杂色的干扰。灯具的出光方向对准积分球的开口，逸出的光被黑色幕布吸收，此种安装方式不可避免会对LED灯具的总光通量造成损失，因此大尺寸的灯具在测试结果分析时可以不用考虑总光通量这一项参数。

为保证测试结果的准确性，测试温度应尽量满足25 ℃±1 ℃，相对湿度应小于65%，在无对流风的环境中进行，测量时LED灯具周围无明显的空气流动。

3 在线测试系统的验证与分档标准确定

色容差是实测灯具坐标值(x，y)偏离标准色度坐标目标值的距离。国家标准规定灯的色度坐标(x，y)的初始读数距离标准色度坐标应在5SDCM之内，即色容差≤5。ANSI 2011年推出 ANSI C78.377，以 8 个标称CCT和100K间隔的可变 CCT的四边形区域替代SDCM色差表示方法，并用于评价固态照明产品的色差范围。

要根据光色参数对LED灯具的进行分类，首先需要制定一套可行的分类标准。在LED灯具大批量的测试前，先对实验室标准样品进行测试，样品色坐标打靶测试结果如图4所示。图中的四边形区域是LED光源厂商提供的色品坐标允许范围。我们可以看到，灯具的色品坐标相对于LED光源供应商提供的中心坐标朝右下方偏移，这是由于厂商提供的规格书中的数据是基于冷态状态下测试的数据，本文采用的是热态测试，两种测试结果本身是存在差异的，此外灯具受到光学器件和系统偏差的影响，在实际分类的过程中，需要对四边形区域进行平移校正。

图4 抽检LED灯具打靶图Fig.4 Target zome of sampling inspection

计算该批灯具色品坐标x和y的平均值，得出该批灯具的平均坐标(0.434 6，0.400 3)，即认为是该批灯具的校正后的色品中心坐标值，将原LED光源色品坐标四边形整体进行平移，得出校正后的色品坐标允许范围为(0.428 1,0.400 6)、(0.440 3, 0.404 9)、(0.440 3,0.404 9)、(0.428 1，0.440 6)。

该在线测试系统最多可以将产品分为三档，基于质量控制成本的考虑，以及方便出货产品质量的追溯，将产品分为A、B两类。在本文中以按照色品坐标上下分区为例。下半区色品坐标允许范围为(0.428 1,0.400 6)、(0.440 3,0.404 9)、(0.435 9,0.396 0)、(0.424 2,0.391 9)，落在此范围内的产品归为A类；上半区色品坐标允许范围为(0.432 2,0.409 6)、(0.444 9,0.414 1)、(0.440 3,0.404 9)、(0.428 1，0.440 6)，落在此范围的产品归为B类；落在色品坐标允许范围外的产品则判定不合格。灯具的分类标准如图5所示。

图5 LED灯具分类标准Fig.5 Classify standard of LED lamp

由于积分球的尺寸有限，因此积分球的开口尺寸有限制，尺寸较大的灯具无法通过积分球开口推入积分球内部进行测试。只能采用图3(b)所示的测试方式，这种测试方法会对总光通量造成损失，灯具只有一部分光进入积分球内，这一部分进入积分球的光，即为我们测试的“色样”。

对大尺寸灯具的“色样”测试结果如图6所示，从图中我们可以看到，灯具的色坐标相对于光源的四边形区域向左偏移。采用上述的同样的方法计算出出灯具的色坐标平均值，然后对四边形区域进行校正，并且制定分档标准。

图6 尺寸灯具色品坐标校正图Fig.6 Chromaticness coordinate correction sheet of big LED lamp test result of integrating sphere

制定好分类标准后，对线上的某批次产品进行抽检，采用积分球内部测试和外部抽取“色样”两种方式进行测试，分析 “色样”的的实验误差。检测结果见表1和图7。

表1 积分球测试结果Table 1 Test result of integrating sphere

从表1中我们可以看出，两种测试方式的测试结果存在轻微的偏差，色坐标偏差ΔCx均小于0.001 2，ΔCy均小于0.001 8，对灯具的分类结果不造成影响。实验结果如图7显示，无论是哪种测试方法，同一个灯具都得到相同的判定结果。并且对产品进行分档的目的是将光色相差较大的灯具区别归类，因此，分档测试不要求测试结果的绝对正确，只需将色坐标相对较大的灯具分类出来即可。

图7 积分球内外部测试结果对比Fig.7 Comparison of test in and out integrating sphere

该在线测试系统与企业数据库连接，通过记录每批次产品的数据，收集足够多的数据，针对市场的接受程度，建立内部灯具的可接受色容差的判断标准。对每批次产品使用特定的条形码进行标记，结合企业供应链综合管理，可以快捷高效的实现产品质量的追溯，提升品质控制能力。

4 结论与展望

色差问题在LED照明行业一直存在，如果不能解决色差检测问题，高品质LED灯具照明就无从谈起。本文研究了一种LED灯具在线检测系统，通过一系列的数据收集和分析，制定了一套可行的内部检测标准，实现了根据光色差异对LED灯具进行快速分类，并且可以快捷的对产品质量进行追溯，这套在线测试系统和测试方法对LED照明行业有着重要的积极作用。

[1] 颜色的表示方法: GB/T 3977—2008[S].

[2] 荆其诚，焦书兰，喻柏林，等．色度学[M]. 北京:科学出版社，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