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技术文章 | LED汽车前照灯的光品质控制及在线检测技术

原文标题:The Light Quality Control and on-Line Test Technology for LED Automotive Headlamp

作者:Xiaoxia Qin, Xin Peng, Xu Zhou, Qian Li

EVERFINE Institute of Optoelectronics,Hangzhou, P.R.China

编译:李奕帆 井硕

指导老师:林燕丹



1、介绍


汽车前照灯是汽车必不可少的设备,主要用于在夜间或黑暗环境下行驶时提供合适的照明。随着半导体照明的快速发展,LED大灯由于其寿命长、能耗低、效率高、外观高档等优点被广泛应用于汽车大灯系统中。

LED大灯作为固态照明产品,与传统的氙气和卤素大灯有很多不同。一方面,受芯片设计、荧光粉和封装工艺的影响,会导致不同批次的LED组件之间,甚至同批次LED组件之间的光度和色度性能具有不一致性;另一方面,LED的装配方式不同,大灯使用的LED模块也不同。因此,对于实现预期的光分布,精确的二次光学设计是非常必要的。然而,在实际生产过程中,LED大灯的光分布可能与理想的光学设计有很大的不同。为了控制汽车前照灯的光品质,对前照灯在线调整与测试技术以及解决方案是必要的。



2、汽车前照灯的相关标准要求


针对汽车前照灯的光品质控制,已出台多项国际与国家标准,其中对LED前照灯的光度、色度性能及光分布等相应规范进行了规定。以GB25991-2010为例,该标准对光通量、显色指数和红色比做出要求,并对汽车前照灯的光分布进行了规定,包括明暗截止线的形状和位置、关键点的照度等。

近年来,智能前照灯系统迅速发展,自适应前照灯系统(AFS)已应用于一些高档轿车,可根据天气和环境自动切换前照灯系统模式。与传统的前照灯相比,采用AFS系统的前照灯光束类型更加复杂,相应的质量控制也更加复杂。

LED前照灯的光品质直接影响行车安全,因此对前照灯进行相应的检测是十分必要的。考虑到前文介绍的LED前照灯的不一致性,有必要在产品投入使用前对大灯进行在线测试。



3、LED模块光学性能及在线测试


3.1LED前照灯模块的光学性能

汽车灯具生产的典型生产线如图1所示。LED模块在整个生产线中起着至关重要的作用,LED模块的光学性能直接影响到前照灯产品的整体照明效果和安全性。因此,对LED模块的光度和色度性能进行相应的测试和质量评价,对于保证LED前照灯的最终照明效果具有重要意义。LED模块的关键参数主要包括光通量、显色指数、色坐标和红色比。


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图1 LED汽车前照灯生产线

3.2LED模块在线测试技术及解决方案

测试速度、效率和自动化是LED模块在线测试技术的基本要求,同时还必须保证测试精度。基于以上要求,本文提出了一种LED模块在线测试解决方案,如图2所示。采用先进的机械自动传动设备和高精度光学测量系统,实现对光通量、色度、CCT、CRI等参数的高精度高速测量。同时还可以对LED模块的性能进行准确的分析和评价,提高测试效率。

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图2 LED模块自动测试系统

该测试解决方案的测试界面如图3、图4所示。每次测试完毕后,根据判定依据进行合格判定。

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图3测试界面图

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图4合格判定界面


4、LED汽车前照灯的配光测试


4.1实验室测试方案

LED前照灯的光分布测试通常在暗室中进行,被测前照灯与配光屏幕之间的距离为25m。为了测试灯具光束和明暗截止线,配光屏幕应具有足够的宽度。实验室测试一般采用测角光度计来进行光分布测试。该方法将光度计固定,通过旋转前照灯得到灯具的照度分布。

实验室测试解决方案可以实现高精度的照度分布测试。但单次测试时间较长,随着AFS的逐步应用,测试时间会更长。

4.2在线测试解决方案及技术要求

为了实现前照灯光分布的快速测量,可以采用在线测试技术。典型的在线测试解决方案如图5所示,测量等效为25m处配光屏幕的照度参数。通过专用软件,可以获得近光光束和远光光束的光分布信息。

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图5典型汽车前照灯光分布在线测试解决方案

为了保证较高的测试精度,在线测试系统必须具有先进的硬件和软件。

(1)良好的光学设计

在LED大灯的在线测试中,不仅需要判断明暗截止线的形状和位置,还需要定量测试照度值。这对光学设计和光学器件都提出了很高的要求,是光学测试的基础。

(2)光度测试设备的光谱匹配和线性范围

光度测试设备是重要的光学测试设备,其性能直接影响测试结果的准确性。为确保照度测试结果的准确性,探测器应该V(λ)匹配。而光度测量设备的动态范围至少要覆盖汽车前照灯灯光光度参数范围。

(3)综合软件分析技术

图像的处理和分析技术直接影响对明暗截止线的判断,尤其是在捕获的图像明暗边界比较模糊的情况下(如图6b所示)。

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a.边界清晰的图像

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b.边界模糊的图像

图6两种前照灯的光分布图像


近光灯光束的光分布测试的另一个难点是HV点的位置判。如图5所示,该软件可以通过专业的算法实现高精度的HV点位置确定,能够满足各种汽车前照灯光分布分析的测试要求。

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图7典型前照灯近光灯光束的光分布


为了实现汽车前照灯的在线调光,测试系统还配备了一台自动电机,可以自动完成调光。通过垂直方向和水平方向的调整,可将近光灯光束的明暗截止线位置和远光灯光束的最大光强点调整到标准规定的范围内。实际的垂直方向近光灯光束调节界面如图8所示,黄线表示标准规定的极限位置。

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图8垂直方向近光灯光束的自动调节界面




5.总结


如今,LED已广泛应用于汽车前照灯系统中。与传统的氙气和卤素前照灯不同,LED汽车前照的固态照明特性和较长的生产线,使其光学性能和一致性较差。因此,控制每一个LED前照灯的照明质量,对于确保行车安全是非常重要的。在研究分析LED前照灯性能的基础上,提出了LED组件光度性能在线测试技术和配光测试解决方案。通过精密的光学和机械设计,并配备专业的图像处理软件,在线测试和调整系统可以保证更高的测试精度。




文章转载自IFAL公众号


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