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杂志精选_LED灯具自动化在线检测与标定系统介绍

通过研发LEDKOK体育最新版本光色参数自动化测试技术,建设LED灯具自动化在线检测与标定系统,实现LED灯具在生产线上的自动检测和光色标定,可以极大地提升LED灯具的光色一致性,提高灯具显色性能,进而提升LED照明质量。

1 系统主要组成

1.1

程序控制的自动恒温测试平台

通过采用高精度热电偶作为温度传感器,配合嵌入式数字化控制系统,驱动大功率无触点控温电路进行闭环温度控制,以实现精准、高速的温控效果,使待测灯具快速、稳定地在预设温度条件下实行不同温度下LED的光色光度参数检测。

1.2

在线快速光谱测量系统

系统采用先进的光纤光谱仪,通过在生产线上实时同步方式,利用CCD传感器技术、自动控制技术和高速通信技术建立快速光谱测量与数据处理系统,对LED灯具的光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数进行检测,实现对可见光全光谱范围进KOK体育最新版本行精确测量,并由高速数据处理系统对数据进行处理,生成完备的产品光谱数据库,用于产品的光谱标定和校准。

1.3

在线快速照度测量系统

主控制系统通过光电传感器对不同工作条件下LED的照度进行自动测量,得到相应LED在不同工作温度和驱动电流下的照度数据,并由高速数据处理系统对数据进行处理,生成完备的产品相对光通数据库,用于产品的光学参量标定和校准。

1.4

在线标定系统

自动优化混色算法:研究以显色指数和输出功率为目标的优化算法,基于灯具在线测量的光学数据,自动计算单个灯具的最优混色方案,优化各色LED的驱动电流配比,实现高显色指数的照明要求。

补偿控制软件:通过不同温度下各色LED驱动电流的自动补偿,达到对LED灯具的恒定色温和高显色指数的自动控制,对灯具固件进行在线式标定和校准,保证灯KOK体育最新版本具输出参数的一致性和稳定性。

2 解决的关键技术

2.1

自动优化混色算法

研究以显色指数和输出功率为目标的优化算法,基于灯具在线测量的光学数据,自动计算单个灯具的最优混色方案,优化各色LED的驱动电流配比,实现高显色指数的照明要求。可根据任意指定的Ra及特殊显色指数组合作为混色目标进行光谱灵活定制,并对混色光效或总光通量寻优。

图8中,四种LED光源光谱,其中红光峰值波长为638 nm,绿光峰值波长为524 nm,蓝光峰值波长为447 nm,白光色温为3 000 K,普通显色指数为79。RGBW四种光源的光通量依次为:1 226 lm、2 808 lm、414.3 lm、图7 人眼视觉效果图 7 718 lm,功率分别为38.7 W、68.8 W、46.6 W、136.6 W。

图8 LED光源光谱

1)设定混色目标:色温3 200 K,Ra>95,R9>95可获得混色光谱如图9所示。

图9 混色光谱(Ra>95,R9>95)

该混色方案光谱显色指数为:Ra= 95.99, R9=97.56

R1~R15依次为:98.46, 98.1, 86.08, 94.18, 98.68, 97.35, 96.89, 98.18,97.56, 94.58,94.51, 83.57, 99.22, 95.26, 99.72KOK体育最新版本总光通量为8 281.1 lx,LED总功率为151.87 W

2)设定混色目标:色温3 200 K,Ra>90,R9>80可获得混色光谱如图10所示。

图10 混色光谱(Ra>90,R9>80)

该混色方案光谱显色指数为:Ra= 90.85, R9=80.26

R1~R15依次为:91.07, 99.34, 83.02, 84.27, 91.15, 96.04, 93.64, 88.3,80.26, 99.18,78.02, 95.07, 92.72, 93.1, 93.11总光通量为10 169 lm,LED总功率为204.22 W。

3)设定混色目标:色温3 200 K,Ra>90可获得混色光谱如图11所示。

图11 混色光谱(Ra>90)

该混色方案光谱显色指数为:Ra=90.08,R9=76.78

R1~R15依次为:90.1, 99.03, 82.77, 83.22, 90.21, 95.46, 93.12, 86.7,76.78, 98.68, 76.55, 96.1, 91.86, 92.93, 92.02总光通量为10 277.0 lm,LED总功率为207.23 W。

4)设定混色目标:色温3 200 K,Ra>85可获得混色光谱如图12所示。

图12 混色光谱(Ra>85)

该混色方案光谱显色指数为:Ra=85.05, R9=55.29

R1~R15依次为:84.03, 96.61, 81.19, 76.49, 84.25, 91.66, 89.53,76.59, 55.29, 93.11, 67.32, 96.28, 86.46, 91.85, 85.19总光通量为11 010.0 lm,LED总功率为 227.65 W。

如图13所示,红绿蓝黑四条光谱曲线,依次为上面1~4种混色方案的混色光谱。由以上不同的混色方案对比可知,混色目标不同,混色比例优化后的结果也不同,灯具可达到的光通量和功率也不同。从趋势看,目标显色指数越高,混色后灯具的光通量越小,LED功率也越低。因此,灯具的混色优化方案,需要依据客户需求,进行定制化设计,对于显色性要求稍低的需求,可以通过设定合适的显色指数指标来提高灯具输出光光通量。因此,混色软件需要做到可以根据客户需求灵活定制需要KOK体育最新版本的性能参数,并且混色程序需要根据LED灯具中的LED配置进行比例优化,使混色比例在满足客户需求情况下尽量提高灯具输出的光通量。

图13 3200 K白光混色光谱综合对比

2.2

补偿控制软件

研究自动温度补偿控制软件,通过不同温度下各色LED驱动电流的自动补偿,达到对LED灯具的恒定色温和高显色指数的自动控制,对灯具固件进行在线式标定和校准,保证灯具输出参数的一致性和稳定性。

LED发光性能不只受结温影响,还受驱动电路及PWM周期等因素影响,因此,精确地测量LED结温以及明确驱动电路等因素对LED发光性能的影响关系很关键,需要模拟出LED正常工作时的环境进行测量试验,开发专用的测量设备。

另外,还要依据试验总结出的补偿算法开发配套的测试数据处理软件,实现对测量数据的分析计算,提取出补偿系数,并将补偿参数传递给灯具,由灯KOK体育最新版本具存储并在运行时调用,见图14。

图14 测试数据处理工具界面

最终,整个系统将LED灯具数据测量、数据处理、混色计算、灯具参数设置等一些列过程串联起来,由系统自动化分步执行,整个过程只需要提前设置好目标参数,然后一键启动,这对于提高生产效率,降低人工成本重要意义。通过多色LED混色,可实现以任意指定的Ra及特殊显色指数组合作为混色目标进行光谱灵活定制,并对混色光效或总光通量寻优。根据测试,采用低显色指数LED光源元件仍然可混出高显色指数白光,有助于降低光源采购要求。通过灵活配置光源中不同色彩的功率比例,可实现高光效高显指白光应用。

利用混色方式,可充分发挥LED彩色优势,灯具功能灵活。LED混色方案有以上诸多优点,但LED混色灯具产品的实施并不容易。通过本文中阐述的自动化检测标定平台能够大大降低LED混色方案实施难度,但LED混色灯具还要特别注意的另一个关键点是灯具的光学设计,如何将多色LED发出的光进行均匀混合,这是产品实施过程中的另一个难点,值得各位业内同行深入探讨。

节选自《演艺科技》2018年第2期  陈阔家,甄何平《LED混色灯具在线检测标定平台》,转载请标注:演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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