Wie sich die Qualität von LED-Leuchten im Medizinbereich effizient prüfen lässt Perfekt ausgeleuchtet - Quality Engineering

Wie sich die Qualität von LED-Leuchten im Medizinbereich effizient prüfen lässt

Perfekt ausgeleuchtet

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Human Centric Lighting, das Konzept einer dem Menschen angepassten Beleuchtung, beeinflusst Medizintechnik und Pflege nachhaltig. LED-Technologien ermöglichen individuell abgestimmte Lichtkonzepte. Heilungsverlauf, Behandlungsqualität und Arbeitsbedingungen werden deutlich verbessert – sofern die entsprechenden Qualitätsparameter eingehalten werden.

Patientenzimmer mit Wohlfühlfaktor, optimale Ausleuchtung von Operationsräumen, die beruhigende Wirkung durch Leuchten im Wartezimmer – die LED-Technik birgt gerade im medizinischen Bereich ein großes Potenzial. Innovative Lichtkonzepte nutzen die feinen Nuancierungsmöglichkeiten der lichtemittierenden Dioden, um die Sehleistung, den Sehkomfort und das visuelle Ambiente optimal aufeinander abzustimmen.

Die Leuchtenhersteller kombinieren dazu je nach Anwendungsgebiet unterschiedliche Parameter:
  • Lichtfarbe (Correlated Colour Temperature, kurz CCT): Diese Kenngröße wird in Kelvin angegeben und charakterisiert ein Leuchtmittel. Bei weißem Licht unterscheidet man prinzipiell zwischen warmweißem Licht (unter 3300 Kelvin), neutralweißem Licht (3300 bis 5300 Kelvin) und tageslichtähnlichem Licht (über 5300 Kelvin)
  • Farbwiedergabewert (Colour Rendering Index, kurz CRI): Die Farbwiedergabe kennzeichnet die Wirkung des Lichts auf die farbliche Wahrnehmung von Gegenständen oder Personen. Optimal ist ein Wert von 100.
  • Lichtstrom: Damit wird die Lichtleistung einer Lampe bezeichnet, deren Einheit in Lumen angegeben wird. Setzt man den Lichtstrom ins Verhältnis zur beleuchteten Fläche, erhält man daraus die Beleuchtungsstärke oder Lichtstromdichte in Lumen/m2 oder Lux.
Darüber hinaus sind bei der Konstruktion der Leuchten Parameter wie Schattenwurf, Reflexionen und unerwünschtes Flimmern zu berücksichtigen.
Insgesamt sind die Anforderungen im medizinischen Bereich sehr unterschiedlich. Klassische Operationen erfordern beispielsweise je nach Fachrichtung sehr hohe Beleuchtungsstärken zwischen 10 000 und 160 000 Lux, hohe Farbwiedergabewerte und ein neutral-weißes Licht. Für minimal-invasive Operationen genügen hingegen Beleuchtungsstärken bis hinunter auf 50 Lux, während es bei der Umsetzung von ganzheitlichen Beleuchtungskonzepten in Krankenhäusern und Arztpraxen auf die wohltuende Wirkung des Lichts ankommt. Hier geht es darum, dass mehrere Strahlquellen in einem Raum die gleichen Farbwerte und ein möglichst geringes Flimmern aufweisen.
Umso entscheidender ist es, die Einhaltung der spezifizierten Parameter an unterschiedlichen Stationen des Herstellungsprozesses zu prüfen. 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 aufwendigen Installation gerade in Operationsräumen zu prüfen. Bis dato scheiterten solche Kontrollen häufig an den aufwändigen Messaufbauten, die dazu erforderlich waren. Ophir Spiricon hat deshalb mit Fluxgage ein neues photometrisches Messsystem entwickelt, das auf dem Prinzip der sphärischen Lichtausbreitung basiert.
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. Das kompakte und robuste Messsystem von Ophir Spiricon lässt sich hingegen 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 Hohlkugel 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. 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 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, sodass 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 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.
Das Fluxgage-System lässt sich einfach in den Produktionsprozess integrieren: Es wird über USB oder Ethernet an ein Computersystem angeschlossen, liefert eine integrierte PC-Software sowie ein Software Development Kit, um eigene Anforderungen umzusetzen. ■

Die Autoren

Christian Dini
Geschäftsführer
Ophir Spiricon Europe
Dr. Efi Rotem
Projektleiter Optische Entwicklung
Ophir Photonics

Webhinweis
Mehr über das Fluxgage-System erfahren Sie in einem Video von Ophir Spiricon: wwww.goo.gl/qKHQf4Einfacher geht’s über das Scannen des QR-Codes.
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