LED-Messtechnik

Wie sich LED-Leuchten schnell und automatisiert prüfen lassen

| Autor / Redakteur: Christian Dini und Dr. Efi Rotem * / Hendrik Härter

Photometrisches Messsystem: FluxGage basiert auf dem Prinzip der sphärischen Lichtausbreitung und lässt sich in den industriellen Fertigungsprozess integrieren. Es liefert wesentliche Qualitätsparameter von kompletten LED-Leuchten oder einzelnen Modulen.
Photometrisches Messsystem: FluxGage basiert auf dem Prinzip der sphärischen Lichtausbreitung und lässt sich in den industriellen Fertigungsprozess integrieren. Es liefert wesentliche Qualitätsparameter von kompletten LED-Leuchten oder einzelnen Modulen. (Bild: Ophir)

FluxGage senkt signifikant den Messvorgang bei LED-Leuchten. Anstatt Lichtsensoren kommen hier Solarmodule zum Einsatz und auch bei der Größe punktet das Messsystem.

Die Vorteile der LED in der Beleuchtung liegen auf der Hand: Sie sparen Energie, bieten eine Fülle an Gestaltungsmöglichkeiten und eröffnen durch ihr vielseitiges Farbspektrum Lichtdesignern ganz neue Möglichkeiten. Doch im Letzteren liegen aber auch die besonderen Herausforderungen. Insbesondere dort, wo viele LED-Module verwendet werden, werden schon kleine Abweichungen von der Spezifikation deutlich und das teilweise sehr unangenehm. Je nach Anwendung können diese sicherheitsrelevante Auswirkungen haben, so beispielsweise bei Straßenbeleuchtung, Signalen oder im medizinischen Umfeld. Um die Qualität einer LED-Leuchte zu beurteilen, müssen folgende Parameter gemessen werden:

  • Lichtfarbe (Correlated Colour Temperature – CCT): Die Kenngröße wird in Kelvin angegeben und charakterisiert ein Leuchtmittel. Bei weißem Licht unterscheidet man prinzipiell zwischen warm-weißem Licht (<3300 K), neutralweißem Licht (3300 bis 5300 K) und tageslichtähnlichem Licht (>5300 K).
  • Farbwiedergabewert (auch Colour Rendering Index – CRI). Die Farbwiedergabe kennzeichnet die Wirkung des Lichts auf die farbliche Wahrnehmung von Gegenständen oder Personen. Optimal ist ein Wert von 100.
  • Lichtstrom: Als Lichtstrom wird die Lichtleistung einer Lampe bezeichnet, deren Einheit n Lumen angegeben wird. Setzt man den Lichtstrom ins Verhältnis zur beleuchteten Fläche, erhält man daraus die Beleuchtungsstärke oder Lichtstromdichte in lm/m² oder Lux.

Bei der Konstruktion der Leuchten spielen darüber hinaus Parameter wie Schattenwurf, Reflexionen und unerwünschtes Flimmern eine wesentliche Rolle. Sowohl bei der Entwicklung und Produktion der einzelnen LED-Module als auch bei der Fertigung der LED-Leuchten gilt es, die Qualitätskennzahlen zu prüfen.

Darüber hinaus haben die Kunden ein verstärktes Interesse daran, die Qualität der LED-Leuchten vor der Installation zu prüfen. Bis dato scheiterten solche Kontrollen häufig an den aufwendigen Messaufbauten, die dazu erforderlich waren: Traditionell werden Lichtstrom und Farbwerte von LEDs mit Sensoren vermessen, die auf dem Prinzip der Ulbricht-Kugel funktionieren. Sie arbeiten zuverlässig, müssen aber mindestens dreimal so groß sein wie das zu testende System. Der gesamte Messaufbau wird damit aufwendig, empfindlich und langsam und die Sensoren müssen zudem, aufgrund der Selbstabsorption des zu messenden Objekts, regelmäßig kalibriert werden. In einigen Branchen müssen LED-Leuchten gar zur Endabnahme an ein externes Prüflabor geschickt und dort zertifiziert werden.

Das Prinzip der sphärischen Lichtausbreitung

Ophir Spiricon hat eine Technik entwickelt, welche den Messvorgang signifikant vereinfacht. Das Unternehmen entwickelte FluxGage, ein photometrisches Messsystem, das auf dem Prinzip der sphärischen Lichtausbreitung basiert. Das kompakte und robuste Gerät lässt sich in den industriellen Fertigungsprozess integrieren und liefert in wenigen Sekunden die wesentlichen Qualitätsparameter von kompletten LED-Leuchten oder einzelnen Modulen.

Im Gegensatz zu der diffus reflektierenden Ulbrichtkugel nutzt das rechteckige FluxGage als Lichtsensoren Solarmodule, die an den Innenseiten des Gehäuses angebracht sind. Die Module sind mit einer schwarzen Beschichtung versehen, die ein dichtes Array feiner Löcher enthält, durch die das Licht einfällt.

Wirkprinzip: Anstatt Lichtsensoren gibt es Solarmodule, die an den Innenseiten des Gehäuses angebracht sind. Die Module sind mit einer schwarzen Beschichtung versehen, die ein dichtes Array feiner Löcher enthält, durch die das Licht einfällt.
Wirkprinzip: Anstatt Lichtsensoren gibt es Solarmodule, die an den Innenseiten des Gehäuses angebracht sind. Die Module sind mit einer schwarzen Beschichtung versehen, die ein dichtes Array feiner Löcher enthält, durch die das Licht einfällt. (Bild: Ophir)

Diese Anordnung reduziert weitestgehend die Reflexionen der Solarmodule, womit das Messsystem insgesamt nur wenig größer sein muss als das zu prüfende Leuchtmittel. Das einfallende Licht wird von den Solarmodulen aufgenommen, in ein messbares elektrisches Signal umgewandelt und daraus der Gesamt-Lichtstrom ermittelt. Zusätzlich befindet sich in der Mitte des Systems am Boden ein Spektrometer, womit FluxGage die Farbparameter wie Lichtfarbe und den Farbwiedergabewert ermittelt. Daneben verfügt das System über eine Photodiode, die das Flimmern der LED misst.

Zur Messung der Qualitätsparameter wird die LED-Leuchte einfach über die Öffnung des Messsystems platziert, so dass das Licht auf die Solarmodule fällt. Die vorhandene Hintergrundbeleuchtung wird automatisch gemessen und von den Messwerten subtrahiert. Die Messung selbst dauert nur wenige Sekunden. Durch die dunklen Innenflächen des Messgeräts lässt sich auch die Strahlverfolgung (Raytracing) nutzen, um die Messergebnisse weiter zu optimieren. Der Anwender gibt dazu vorab Länge, Breite und Höhe des zu messenden Objektes ein, über einen eigenen Algorithmus optimiert die Software daraus die Messgenauigkeit des Systems.

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