CN104568385A - 一种cob光组件光色空间分布测试方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED的光色空间分布测试方法及设备，包括测试平台、测试探头结构、摇臂机构、机架和控制系统，以测试平台的中心点作为坐标原点建立虚拟的垂直平面坐标轴，水平轴为γ轴，垂直轴为C轴，所述测试平台安装在机架上，所述测试探头结构安装在摇臂机构上，所述摇臂机构安装在机架上，所述测试探头结构上的探头对准测试平台上的LED元件的中心点，所述控制系统用于控制所述摇臂机构绕γ轴旋转，以及控制测试平台以C轴为自转中心自转。采用本发明可自动对LED器件的整个发光面进行光色度数据采集，结构简单、成本低、测试效率高、可测试大功率LED、通用性好。

Description

一种COB光组件光色空间分布测试方法及设备

技术领域

本发明涉及LED发光元件检测领域，尤其涉及的是一种COB光组件光色空间分布测试方法及设备。

背景技术

随着LED技术的发展，LED灯具逐渐代替传统灯泡，尤其是白光LED成为未来通用照明的主流光源。目前商业化生产的白光LED，除部分加入红色或绿色荧光粉外，一般采用蓝光LED芯片加黄色荧光粉制成。由于LED芯片光强分布的不均匀，以及LED器件封装中荧光粉涂覆的不一致，导致目前白光LED器件在光的空间分布上的存在不均匀性。而光色空间分布的不均匀性是评价白光LED器件质量的一个十分重要的指标。

目前LED产业界的测试仪器绝大多数针对LED灯具或LED光源的分布光度计，针对LED元器件的光色空间分布测试仪器还是近似空白，这对评价白光LED器件质量指标很困难，不利于及时发现产品质量问题，行业内亟待解决这个问题。

另外，在测试大功率LED器件时，主要针对COB光组件，COB是LED的一种封装方式，当然也可以对其他封装方式的LED进行测试，由于大功率LED的发热量很高，测试过程中若不能及时将LED产生的热量散走，LED的温度必然会不断升高，从而影响测试条件的一致性，导致测量结果的准确性和可靠性降低。因此，在测试过程LED的散热和温控也是必须解决的问题。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED的光色空间分布测试方法及设备，只在解决现在行业中没有白光LED光色空间分布测试的设备的问题以及解决LED测试过程中的散热温控问题。

本发明的技术方案如下：

一种LED的光色空间分布测试方法，其包括以下步骤：

步骤S1：将待测的LED发光元件置于样品台上，并进行定位，调整两根测试探针的长度和角度使探针的末端正好分别压在LED的两极上；

步骤S2：设定所要测试的角度范围，包括垂直设置的C转轴，即测试平台旋转的主轴，以及水平设置的γ转轴，即摇臂、测试探头结构的转轴；C转轴可带LED在-180°至180°的角度范围内旋转，γ转轴可从-90°至90°的角度范围内旋转，γ转轴所在的轴心线与C转轴所在的轴心线垂直相交，交点与待测LED器件的发光部的中心点重合；

步骤S3：调整摇臂的高度，使之到达目标测试距离；

步骤S4：用遮光罩将测试整机罩住，隔绝外部光线，消除外部光线的干涉；

步骤S5：将光纤探头收集的光信号输送送至光谱仪，将光谱仪与外部计算机相连，对待测LED元件通电进行测试，将所测的光谱数据在计算机中进行处理，并通过计算机将测试结果以图形、表格或文字的方式输出。

一种LED的光色空间分布测试设备，其包括测试平台、测试探头结构、摇臂机构、机架和控制系统，以测试平台的中心点作为坐标原点建立虚拟的垂直平面坐标轴，水平轴为γ轴，垂直轴为C轴，所述测试平台安装在机架上，所述测试探头结构安装在摇臂机构上，所述摇臂机构安装在机架上，所述测试探头结构上的探头对准测试平台上的LED元件的中心点，所述控制系统用于控制所述摇臂机构绕γ轴旋转，以及控制测试平台以C轴为自转中心自转。

所述的LED的光色空间分布测试设备，其中，还设置有一升降平台机构，所述测试平台安装在升降平台机构上，所述升降平台机构安装在机架上。

所述的LED的光色空间分布测试设备，其中，所述升降平台机构包括总安装板、底板、顶板、升降板、梯形丝杆、丝杆螺母、同步带轮传动机构、滚珠轴承、导向轴、直线轴承、丝杆夹紧块以及手轮，所述总安装板固定在机架上，底板安装在总安装板上；所述导向轴共有四根，导向轴的上下端分别与底板和顶板相连接；所述梯形丝杆共有两根，梯形丝杆的上下端通过滚珠轴承分别与底板和顶板相连接；所述升降板分别通过直线轴承和丝杆螺母与导向轴和梯形丝杆相连接，所述梯形丝杆的下端通过同步带轮传动机构相互连接以同步转动，所述梯形丝杆的上端有一段穿过顶板的通孔并高出顶板，与丝杆夹紧块和手轮相连接。

所述的LED的光色空间分布测试设备，其中，所述摇臂机构包括伺服电机、减速机、轴承座、主轴、联轴器、连接块、摇臂、带夹紧块的直线导轨以及配重臂，减速机和轴承座安装在安装板上，伺服电机通过减速机和联轴器连接主轴，连接块通过其中心孔固定在主轴上，摇臂和配重臂对称地安装在连接块上，直线导轨固定在摇臂的背面，伺服电机通过减速机、主轴、连接块带动摇臂绕γ轴进行旋转。

所述的LED的光色空间分布测试设备，其中，所述测试探头结构包括L形安装横梁、探头组件和光谱仪，所述L形安装横梁的短臂端固定在所述摇臂背面的直线导轨上，长臂端探出摇臂，光谱仪安装在L形安装横梁的长臂端的根部；探头组件安装在L形安装横梁的长臂端的梢部，探头正对着待测LED的中心点，探头传输信号的光纤与光谱仪相连接。

所述的LED的光色空间分布测试设备，其中，所述测试平台包括电动旋转台、支撑架和样品台，所述支撑架包括环形底盘、立柱以及环形顶盘，环形底盘安装在电动旋转台的转盘上，环形顶盘通过立柱与环形底盘相连接，所述样品台包括底座、定位片和测试探针；底座安装在支撑架上，定位片和测试探针安装在底座上。

所述的LED的光色空间分布测试设备，其中，所述同步带轮传动机构包括两个传动带轮、两个惰轮和同步带；两个传动带轮分别安装在梯形丝杆的下端，两个惰轮安装在总安装板的底部；四个带轮之间连线形成一个菱形，带轮之间通过同步带相连接。

所述的LED的光色空间分布测试设备，其中，所述散热温控装置安装在支撑架中，并使散热表面与底座的下表面紧密相连，且所述底座由黄铜制成。

所述的LED的光色空间分布测试设备，其中，所述定位片可对应不同的LED器件进行更换；测试探针数目为两根，并可分别进行伸缩、转动以适应不同的LED器件。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种对LED空间光色分布测试仪及测试方法，可自动对LED器件的整个发光面进行光色度数据采集，结构简单、成本低、测试效率高、可测试大功率LED、通用性好；测试过程中可实现散热温控功能，检测精度高；可代替人工，降低劳动强度和人工成本。

附图说明

图1为LED器件光线分布示意图。

图2为LED器件光色空间分布示意图。

图3为本发明提供的测试设备的内部整体结构示意图。

图4为本发明提供的升降平台机构示意图。

图5为本发明提供的摇臂机构和测试探头结构示意图。

图6为本发明提供的测试平台示意图。

图7为本发明提供的测试设备的封装后整机示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图1所示为LED发光元件的光照效果，为了使光照强度分布均匀利用该元件制造出的产品，例如LED屏幕等能够色彩均匀，则需要对光照的各个角度进行检测，使不良品能够在使用前就被检测出来。由于器件的光照角度为一个半球形覆盖面，所有要对其各个角度进行测量。具体测量方式示意图请参见图2所示，本发明提供的方法是测试探头围绕中心垂直面做180°旋转，同时载物检测平台绕中心主轴360°旋转实现对整个半球面扫描式的检测。具体方法步骤如下：

步骤S1：将待测的LED发光元件置于样品台上，用定位片进行定位，调整两根测试探针的长度和角度使探针的末端正好分别压在LED的两极上；

步骤S2：设定所要测试的角度范围，包括垂直设置的C转轴，即测试平台旋转的主轴，以及水平设置的γ转轴，即摇臂、测试探头结构的转轴，C转轴可带LED在-180°至180°的角度范围内旋转，γ转轴可从-90°至90°的角度范围内旋转，γ转轴所在的轴心线与C转轴所在的轴心线垂直相交，交点与待测LED器件的发光部的中心点重合；

步骤S3：调整摇臂的高度，使之到达目标测试距离；

步骤S4：用遮光罩将测试整机罩住，隔绝外部光线，消除外部光线的干涉；

步骤S5：将光纤探头收集的光信号输送送至光谱仪，将光谱仪与外部计算机相连，对待测LED元件通电进行测试，将所测的光谱数据在计算机中进行处理，并通过计算机将测试结果以图形、表格或文字的方式输出。

根据上述的方法本发明提供一套具体实施设备，但本发明的方法并不限于本发明提供的一种设备结构，可以用其他结构进行实施。

参见图3，本发明提供一种具体设备用于测试LED的光色空间分布参数，其具体包括：测试平台39、测试探头结构37、摇臂机构36、机架35、电源和控制系统，以测试平台39的中心点作为坐标原点建立虚拟的垂直平面坐标轴，水平轴为γ轴，垂直轴为C轴。所述测试平台39安装在机架35上，所述测试探头结构37安装在摇臂机构36上，所述摇臂机构36安装在机架35上，所述测试探头结构37上的探头对准测试平台39上的LED元件的中心点。所述电源与控制系统电连接，所述控制系统用于控制所述摇臂机构36绕γ轴旋转，以及控制测试平台39以C轴为自转中心自转。所述摇臂机构36则带动测试探头结构37上的探头绕γ轴在竖直面上﹣90°～90°的范围内进行旋转。

更进一步的，参见图3和图4，本发明还设置有一升降平台机构38，所述测试平台39安装在升降平台机构38上。所述升降平台机构38包括总安装板41、底板15、顶板16、升降板17、梯形丝杆18、丝杆螺母19、同步带轮传动机构(图中未示出，设置在底板下方)、滚珠轴承22、导向轴20、直线轴承21、丝杆夹紧块23以及手轮24。

所述总安装板41固定在机架35上，底板15安装在总安装板41上；所述导向轴20共有四根，导向轴20的上下端分别与底板15和顶板16相连接；所述梯形丝杆18共有两根，梯形丝杆18的上下端通过滚珠轴承22分别与底板15和顶板16相连接；所述升降板17分别通过直线轴承21和丝杆螺母19与导向轴20和梯形丝杆18相连接。所述总安装板41、升降板17和底板15的中心位置各有一个用以布管、布线的同轴通孔。所述两根梯形丝杆18的下端各有一段穿过底板15和总安装板41的通孔并伸入总安装板41的下方，通过同步带轮传动机构相互连接以同步转动；梯形丝杆18的上端有一段穿过顶板16的通孔并高出顶板16，与丝杆夹紧块23和手轮24相连接。所述同步带轮传动机构包括两个传动带轮25、两个惰轮和同步带2；两个传动带轮25分别安装在梯形丝杆18的下端，两个惰轮安装在总安装板41的底部；四个带轮之间连线形成一个菱形，带轮之间通过同步带26相连接。所述升降平台是用于调整LED元件发光的中心位置与水平γ轴重合，在步骤2里有提及γ转轴所在的轴心线与C转轴所在的轴心线垂直相交，交点与待测LED器件的发光部的中心点重合。

具体的参见图3和图5，所述摇臂机构36包括安装板1、伺服电机2、减速机3、轴承座5、主轴6、联轴器4、连接块7、摇臂8、带夹紧块的直线导轨9以及配重臂14。所述安装板1固定在机架35上，减速机3和轴承座5通过安装底座安装在安装板1上，伺服电机2连接在减速机3输入轴上，主轴6安装在轴承座5中通过联轴器4与减速机3输出轴相连，连接块7通过其中心孔固定在主轴6上，摇臂8和配重臂14对称地安装在连接块7上，直线导轨9固定在摇臂8的背面。伺服电机2通过减速机3、主轴6、连接块带动摇臂8进行旋转。

所述测试探头结构37包括L形安装横梁11、探头组件13和光谱仪12。所述L形安装横梁11的短臂端固定在所述摇臂8背面的直线导轨9的滑块10上，长臂端探出摇臂8的前方；光谱仪12安装在L形安装横梁11的长段后端；探头组件13安装在L形安装横梁11的长臂前端上，探头正对着待测LED的中心点，探头传输信号的光纤与光谱仪12相连接。所述探头组件13在L形安装横梁11上的位置可以沿γ轴方向调整，以使探头能正对着待测LED的中心点。

其中，所述摇臂机构36和测试探头结构37的连接方式可以阻挡直线导轨9光亮表面的反光进入测试探头中，从而提高测试结果的准确性。

具体的参见图3和图6，所述测试平台39包括电动旋转台27、支撑架和样品台34。所述电动旋转台27中心安装在升降平台机构38的升降板17上，并使电动旋转台27中心的通孔与升降板17通孔同轴。所述支撑架包括环形底盘28、立柱29以及环形顶盘30，环形底盘28安装在电动旋转台27的转盘上，环形顶盘30通过立柱29与环形底盘28相连接。所述样品台34包括底座31、定位片32和测试探针33；底座31安装在支撑架上，定位片32和测试探针33安装在底座31上。

所述底座31由黄铜制成以提高导热能力；所述定位片32可对应不同的LED器件进行更换；所述测试探针33与恒流电源相连，测试探针33数目为两根，并可分别进行伸缩、转动以适应不同的LED器件。

所述散热温控装置40安装在支撑架中，并使散热表面与底座31的下表面紧密相连。测试过程中能将LED发出的热量迅速导出散走，保证测试过程中LED测试温度的一致性。

参见图3和图7，为了使设置方便移动，所述机架35的底部安装有脚轮42、脚座43，以调整测试仪整机的水平和便于搬迁、移动。同时在设备使用时会为设备整体配上一个遮光罩，将整个测试平台封闭在一个相对黑暗的环境中，以保障测试结果的准确性。

本发明通过提供一种对LED空间光色分布测试设备及测试方法，可自动对LED器件的整个发光面进行光色度数据采集，结构简单、成本低、测试效率高、可测试大功率LED、通用性好；测试过程中可实现散热温控功能，检测精度高；可代替人工，降低劳动强度和人工成本。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种LED的光色空间分布测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：将待测的LED发光元件置于样品台上，并进行定位，调整两根测试探针的长度和角度使探针的末端正好分别压在LED的两极上；

步骤S2：设定所要测试的角度范围，包括垂直设置的C转轴，即测试平台旋转的主轴，以及水平设置的γ转轴，即摇臂、测试探头结构的转轴；C转轴可带LED在-180°至180°的角度范围内旋转，γ转轴可从-90°至90°的角度范围内旋转，γ转轴所在的轴心线与C转轴所在的轴心线垂直相交，交点与待测LED器件的发光部的中心点重合；

步骤S3：调整摇臂的高度，使之到达目标测试距离；

步骤S4：用遮光罩将测试整机罩住，隔绝外部光线，消除外部光线的干涉；

步骤S5：将光纤探头收集的光信号输送送至光谱仪，将光谱仪与外部计算机相连，对待测LED元件通电进行测试，将所测的光谱数据在计算机中进行处理，并通过计算机将测试结果以图形、表格或文字的方式输出。

2.一种LED的光色空间分布测试设备，其特征在于，包括测试平台、测试探头结构、摇臂机构、机架和控制系统，以测试平台的中心点作为坐标原点建立虚拟的垂直平面坐标轴，水平轴为γ轴，垂直轴为C轴，所述测试平台安装在机架上，所述测试探头结构安装在摇臂机构上，所述摇臂机构安装在机架上，所述测试探头结构上的探头对准测试平台上的LED元件的中心点，所述控制系统用于控制所述摇臂机构绕γ轴旋转，以及控制测试平台以C轴为自转中心自转。

3.根据权利要求2所述的LED的光色空间分布测试设备，其特征在于，还设置有一升降平台机构，所述测试平台安装在升降平台机构上，所述升降平台机构安装在机架上。

4.根据权利要求3所述的LED的光色空间分布测试设备，其特征在于，所述升降平台机构包括总安装板、底板、顶板、升降板、梯形丝杆、丝杆螺母、同步带轮传动机构、滚珠轴承、导向轴、直线轴承、丝杆夹紧块以及手轮，所述总安装板固定在机架上，底板安装在总安装板上；所述导向轴共有四根，导向轴的上下端分别与底板和顶板相连接；所述梯形丝杆共有两根，梯形丝杆的上下端通过滚珠轴承分别与底板和顶板相连接；所述升降板分别通过直线轴承和丝杆螺母与导向轴和梯形丝杆相连接，所述梯形丝杆的下端通过同步带轮传动机构相互连接以同步转动，所述梯形丝杆的上端有一段穿过顶板的通孔并高出顶板，与丝杆夹紧块和手轮相连接。

5.根据权利要求2或4所述的LED的光色空间分布测试设备，其特征在于，所述摇臂机构包括伺服电机、减速机、轴承座、主轴、联轴器、连接块、摇臂、带夹紧块的直线导轨以及配重臂，减速机和轴承座安装在安装板上，伺服电机通过减速机和联轴器连接主轴，连接块通过其中心孔固定在主轴上，摇臂和配重臂对称地安装在连接块上，直线导轨固定在摇臂的背面，伺服电机通过减速机、主轴、连接块带动摇臂绕γ轴进行旋转。

6.根据权利要求5所述的LED的光色空间分布测试设备，其特征在于，所述测试探头结构包括L形安装横梁、探头组件和光谱仪，所述L形安装横梁的短臂端固定在所述摇臂背面的直线导轨上，长臂端探出摇臂，光谱仪安装在L形安装横梁的长臂端的根部；探头组件安装在L形安装横梁的长臂端的梢部，探头正对着待测LED的中心点，探头传输信号的光纤与光谱仪相连接。

7.根据权利要求6所述的LED的光色空间分布测试设备，其特征在于，所述测试平台包括电动旋转台、支撑架和样品台，所述支撑架包括环形底盘、立柱以及环形顶盘，环形底盘安装在电动旋转台的转盘上，环形顶盘通过立柱与环形底盘相连接，所述样品台包括底座、定位片和测试探针；底座安装在支撑架上，定位片和测试探针安装在底座上。

8.根据权利要求4所述的LED的光色空间分布测试设备，其特征在于，所述同步带轮传动机构包括两个传动带轮、两个惰轮和同步带；两个传动带轮分别安装在梯形丝杆的下端，两个惰轮安装在总安装板的底部；四个带轮之间连线形成一个菱形，带轮之间通过同步带相连接。

9.根据权利要求7所述的LED的光色空间分布测试设备，其特征在于，所述散热温控装置安装在支撑架中，并使散热表面与底座的下表面紧密相连，且所述底座由黄铜制成。

10.根据权利要求9所述的LED的光色空间分布测试设备，其特征在于，所述定位片可对应不同的LED器件进行更换；测试探针数目为两根，并可分别进行伸缩、转动以适应不同的LED器件。