关于光源自动测试系统的技术探究

关于光源自动测试系统的技术探究

赵洪非

杭州康代思锐生物科技有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：LED即发光二极管，是一种利用固体半导体芯片作为发光材料。因其具有节能环保、寿命长、可塑性高等特点，从而成为目前照明市场上主流器件。然而随着其应用的广泛，行业内在质检方面的短板也逐渐显现，一套高效、自动的检测系统逐渐成为行业内的一致需求。

关键词：LED；光源测试；技术探究

引言

LED是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿色的光，在此基础上，利用三基色原理，添加荧光粉，可以发出任意颜色的光。根据其用途，LED照明可分为室外照明、室内照明、专用照明、安全照明、特种照明、普通照明。

目前，LED通用照明应用是LED照明应用市场的第一驱动力，由于LED照明技术发展迅速，以及成本快速下降，已成为全球主流照明光源。近年来，通过将智能控制模块嵌入LED通用照明终端，形成了具有自动控制、系统化控制等功能的智能照明创新领域，已成为LED通用照明市场的新增长点。

同时，随着物联网、大数据、5G、云计算等新兴信息技术的发展，智能照明应用的场景不断拓展，通过对照明系统或控制方式的节能改造，实现精细化管理，也可以减少用电消耗所产生的碳排放，不管是在道路照明管理还是绿色建筑、智能家居的应用当中都存在较大的市场潜力。

1 LED市场的规模

随着全球LED照明产业的快速发展，行业市场规模也随之不断扩张。从市场区域分布情况来看，由于亚太、欧洲和北美等地区作为世界主要经济体，消费能力强，市场需求旺盛，占据了全球LED照明行业绝大部分的市场。其中亚太地区是全球最大的LED照明消费市场，占比达47.9%，其次为欧洲和北美地区，占比分别为26%和20.2%。

我国作为LED照明产品最大的生产制造国，近年来产业规模迅速发展，加上在白炽灯替换需求的加持下，我国LED照明产品渗透率不断提升，为行业规模的增长提供了强劲动力。

当前，中国LED通用照明渗透率已达高位，半导体照明行业从高速增长迈入中低速增长区间。2015—2022年，中国LED照明行业整体产值规模呈现先上升触顶，而后波动震荡趋势。2021年，受国内经济持续复苏及出口转移替代效应持续，全年LED照明行业产值规模达到7773亿元的历史高点，同比增长了10.8%。2022年，受宏观经济增长放缓及出口效应较弱的影响，LED照明行业产值规模为6750亿元，同比下降13.16%。2022年LED照明产业细分市场中，LED外延芯片产值281亿元、封装市场产值778亿元、应用市场产值5691亿元。

2光源测试技术

标准与检测技术是引领半导体照明LED产业发展的重要杠杆。近年来，随着LED产业的发展，LED从器件、模块，到照明和显示等应用产品的标准也逐步受到重视，得到了较快的发展。国际相关标准化组织已陆续有相关的标准发布，同时，我国也实现了从跟踪、参与到积极主导国际相关标准的进步。

在LED光电检测设备及仪器市场中，LED生产用光电检测设备市场成长最为迅速，随着LED生产规模化、检测自动化水平的提高，市场规模近几年持续较快增长。在新型光源检测设备领域，主要包括Array制程光学检测设备、Array制程电性及其他检测设备，Cell/Module自动制程光学检测设备等先进设备。并且，CINNOResearch统计数据表明，中国大陆2021年检测设备市场规模约59亿元，且仍具有持续增长的态势。

3光源自动测试系统的技术方案

3.1现有技术的不足

在现有LED产品制造商的实验室中，一般是配置一套或多套积分球测光系统，通过这些测光系统实现抽检产品的光色电性能检测。然而，这种方法每次只测量一只光源而且耗时较长，效率较低，特别对于一些规模生产的大厂而言，实验室测量成本非常高。

为提高各种光源产品的测试效率，同时避免抽检风险，近年来，人们开始在产线上进行光色参数测量。然而，在线检测的测量精度远不能满足质检实验室的要求。在现有的测量方案均具有缺陷的情况下，一项能够满足目前市场上对于多种多样的光源产品进行高精度快速测量的需要的技术正呼之欲出。

3.2具体技术方案

为解决上述问题，现有一种光源自动测试系统，采用机械自动化控制，实现提前老化，预热稳定和高精度的光色电性能检测，具有测试精度高、测试效率高、自动化程度高、应用范围广等特点。其特征在于，包括上下灯机械装置、用于测量被测光源光学性能的光学测量装置、上灯单元、下灯单元以及环形传送装置；的环形传送装置上安装有一个或以上的测量工位，测量工位包括灯杆和位于灯杆末端的用于夹持被测光源的光源夹具；的光学测量装置位于环形传送装置的传送路径上，上下灯机械装置从上灯单元抓取待测的被测光源移送至环形传送装置上的光源夹具上，且从环形传送装置抓取已测的被测光源移送至下灯单元；的环形传送装置与上灯单元相独立设置，下灯单元也与环形传送装置相独立设置。

被测光源在测量前被安置在上灯单元中，在测试前对被测光源进行预热稳定，保证其在测量时的发光稳定状态；在测量过程中，每个光源夹具夹持一个被测光源，且每个测量工位对应夹装的被测光源可以相同也可以不相同；结合环形传送装置和机械定位，将每一个被测光源精确定位在指定测量位置，光学测量装置每次只将一个被测光源置于指定测量位置进行测量。

与现有的实验室检测方案相比，本产品通过上下灯机械装置进行上下灯操作，并且所有测试过程均自动完成，自动化程度高；操作人员可分批量地将被测光源样品放置在上灯单元，节约人工成本；设置多个测量工位，有效提高测量效率。与现有的在线检测方案相比，本产品将上灯单元、下灯单元和环形传送装置独立设置，可在测量前对被测光源进行单独的提前老练和预热稳定，同时可避免燃点姿态、测量位置及积分球等因素对测量结果的影响，测量精度更高；环形传送装置的设计，可节约空间成本。

4具体实施例

如图1至图2所示，本产品包括上下灯机械装置1、光学测量装置2、上灯单元3、下灯单元5以及环形传送装置4；环形传送装置4、上灯单元3和下灯单元5之间相互独立设置，上灯单元3和下灯单元5分别设置在上下灯机械装置1的两侧。

上下灯机械装置1为机器人10，包括底座10-1、四个转动轴10-2、转臂10-3和位于转臂10-3末端的夹持装置10-4。

光学测量装置2包括积分球2-1和光探测仪器2-2；的积分球2-1的球壁上设有测量窗口和用于夹装灯杆7-1的开孔，光探测仪器2-2设置在测量窗口的出射光路上，积分球2-1为可自动开合的电动积分球。

上灯单元3设置有老练电源13和多个用于安装被测光源9的灯座8，灯座8与老练电源13电连接。下灯单元5包括合格分区5-1和不合格分区5-2，用于放置测试完成的合格样品和不合格样品，且设有对产品合格或不合格进行标记的标识单元14，标识单元14可以为不同颜色的标记笔。

环形传送装置4上设有五个测量工位7，每个测量工位7包括灯杆7-1和灯杆7-1末端用于夹持被测光源9的光源夹具7-2。沿环形传送装置4的移动方向设置有一根环形的导电导轨15，导电导轨15由五根相互平行的导电导轨15组成，每根导电导轨15与一个测量工位5电连接，在环形传送装置的下方设置有一个与导电导轨15电连接的供电电源6。环形传送装置4设置在积分球2-1的正上方，灯杆7-1垂直向下安装，调整灯杆7-1的长度，使得被测光源9被传送至积分球2-1内时位于其中心位置。

机械控制单元17为计算机。通过机械控制单元17需要控制机器人10的上灯和下灯操作，环形传送装置4-1的传送与停止测试以及传送速度，积分球2-1的自动开合，标识单元对合格和不合格品进行标记以及控制机器人10将对应的被测光源9移送至对应的合格分区5-1或不合格分区5-2。

测试过程中，将一批被测光源9放置在上灯单元3的灯座8上，开启老练电源13，对被测光源9进行提前老练；老练完成后，机器人10从上灯单元3夹取被测光源9，并将其安装在测量工位7的光源夹具7-2上，开启供电电源6，将被测光源9点亮开始预热；通过环形传送装置4的运转，将被测光源9逐渐传送至光学测量装置2处，在到达光学测量装置2前达到发光稳定状态；随着前一测量工位7的移动，后一测量工位7被传送至上灯处，机器人10从上灯单元3夹取下一被测光源9并将其安装在光源夹具7-2上；当被测光源9被传送至积分球2-1附近，积分球2-1自动打开，环形传送装置4上的测量工位7把被测光源9输送到积分。

球2-1的中心位置，积分球2-1自动闭合进行测量，测试完成后积分球2-1自动打开，被测光源9被移出积分球2-1，并将下一个被测光源9输送至积分球2-1的中心位置；数据分析单元从光探测仪器2-2接收测量结果并对被测光源9进行合格判定，机械控制单元17控制机器人10从光源夹具7-2上将测试完成的被测光源9取下放置在下灯单元3的相应分区，并且从上灯单元3夹取下一个被测光源9安装在光源夹具上。如此循环，自动完成所有被测光源9的测试。

结语

随着技术的不断成熟以及监测技术的进一步完善，近年来LED照明产品在家居照明、工业照明等诸多领域亦逐步渗透，形成了潜力巨大的应用市场。未来，随着景观照明、汽车照明等细分行业的发展，可以预见到LED照明市场需求仍将保持快速增长。

参考文献

[1] 校内LED生产性实训场的产品品质分析与考核体系设计[J]. 王维维.邢台职业技术学院学报,2021(05)

[2] 温度波动对LED显示屏白平衡主要参数及图像色调的影响. 宿然；郑喜凤；陈宇；刘凤霞；张鑫；汪洋；曹慧；苗静.,2023

[3] LED显示屏灯点定位排序法及应用. 徐子程；郭贵新；郑喜凤；周洋.,2021