100% prüfen auf Farbnuancen

Dr.-Ing. Erik Marquardt ist Systementwickler bei der FiberVision GmbH, Würselen. Dipl.-Ing. Eckard Eikelmann ist Geschäftsführer der FiberVision GmbH

LEDs sind die Standard-Lichtquelle in KFZ-Cockpits. Hier reicht es nicht, nur festzustellen, ob eine LED leuchtet, oder nicht. Sie muss genau die spezifizierte Helligkeit und Farbe haben, um ihre Funktion zu erfüllen. Auf Platinen für KFZ-Displays sind die LEDs sind quasi beliebig angeordnet. Würde man die gesamte Platine aufnehmen, um die LEDs darauf mit einer Kamera zu inspizieren, würde jede LED nur einen winzigen Lichtfleck liefern. Dessen Farbe könnte man nur ungenau bestimmen. Das Einlernen der Produkte wäre mühselig, da das Auswertefenster für jede LED einzeln eingegeben werden muss. Für die Prüfung der LEDs müssten diese mit Spannung versorgt werden, während die Kamera freien Blick auf die Leuchtdioden haben müßte. Damit könnte die Farbprüfung der LEDs nicht mit der ohnehin stattfindenden elektrischen Prüfung der Platine kombiniert werden.

Mit Glasfasern ist es möglich, die Probleme mit weit auseinander liegenden LEDs auf der Platine zu vermeiden. Über jede LED auf der Platine wird ein Lichtleiter mit einem Glasfaserbündel positioniert. Praktisch kann das realisiert werden, indem der Testadapter mit den Abgreifpunkten für die elektrische Prüfung um Aufnahmen für die Lichtleiter erweitert wird. Damit ist kein separater Testaufbau für die optische Prüfung erforderlich, und sogar LED-Prüfungen bei unterschiedlichen Betriebsspannungen lassen sich leicht verwirklichen.

Die Glasfasern fangen das Licht der LEDs ein und leiten es an das andere Ende der Lichtleiter. Diese Enden werden in einen Halter mit festem Bohrraster gesteckt.

Das LED-Licht der im Raster angeordneten Glasfasern wird von LED-Check ausgewertet. Die LED-Check Kamera nimmt die dicht nebeneinander platziert Lichtflecken auf. Jeder einzelne Lichtfleck wird im Kamerabild groß dargestellt und ermöglicht eine präzise Farbauswertung der dazu gehörenden LED. Mit der gleichmäßigen Anordnung der Lichtflecken wird zudem erreicht, dass die Konfiguration von LED-Check besonders einfach ist: Um die Auswertung von bis zu 250 LEDs einzulernen, reicht es, den Startpunkt des Musters und die Position der nächsten Nachbarn nach rechts und nach unten vorzugeben. Damit werden die restlichen Punkte von selbst gefunden, auch dann wenn die Start-LEDs selber defekt sein sollten.

Der Halter für die Glasfasern auf der Kameraseite kann bei Prüfadaptern für unterschiedliche Produkte immer gleich aufgebaut werden. Wenn die LED-Check-Kamera z.B. mittels Passstiften reproduzierbar zu den Fasern eingebaut wird, lässt sich eine Kamera an mehreren Prüfständen verwenden. Damit ist eine besonders effiziente Nutzung des Prüfsystems möglich.

Das Kernstück von LED-Check ist eine digitale CCD Kamera mit 1,4 Megapixeln und FireWire 1394A Interface. Der 2/3“ CCD-Chip der Kamera ist zugleich lichtempfindlich und rauscharm. Zusammen mit der Glasfaser-Aufnahmetechnik ist damit die Grundlage für eine präzise Farbauswertung gelegt. Die Kamera wird über ein bis zu 4,5 m langes FireWire-Kabel an den PC, auf dem die LED-Check Software läuft, angeschlossen. Die LED-Check Software überträgt die Kamerabilder zum PC und wertet diese aus. Der Benutzer von LED-Check braucht sich um die Ansteuerung der Kamera also nicht zu kümmern.

Aus den Kamerabildern mit den gleichmäßigen angeordneten Faserenden berechnet LED-Check für jeden einzelnen Farbfleck die Farbinformationen:

Die HSI-Werte sind besser geeignet, eine Lichtquelle zu charakterisieren, als die RGB (Rot, Grün, Blau) Rohdaten einer Kamera: Wenn eine weiße LED einfach nur heller wird, ohne den Farbwert zu ändern, dann ändert sich der R, G und B Wert in den Bilddaten. Im HSI-Modell bleibt H und S wie es ist, nur I ändert sich. Farbverschiebungen lassen sich mit hoher Genauigkeit in Änderungen nur des H-Wertes erkennen.

Die Testanwendung des Kunden kann die HSI-Werte für jede einzelne LED bei jeder Messung abfragen. Damit ist es mit LED-Check auch möglich, die gleichen LEDs mehrfach unter unterschiedlichen Randbedingungen zu testen und die Fehlergrenzen bei jedem Test neu festzulegen. Damit ist die vollständige Prüfung auch von mehrfarbigen LEDs möglich.

Die LED-Check Software läuft unter Windows 2000 und unter XP. Die LED-Check Software kann über eine DLL (Dynamic Link Library) oder über LabVIEW VIs direkt in eigene Testanwendungen integriert werden. Auf die Funktionalität von LED-Check kann aber auch von einem anderen Rechner aus zugegriffen werden. Mit dem Datenaustausch über die seriellen Schnittstelle (RS232) oder Ethernet (TCPIP) können z.B. auch Unix und Linux Systeme mit LED-Check ausgestattet werden.

Die LED-Check-Software übernimmt die Kameraansteuerung, die Zuordnung der Lichtflecken im Raster und die HSI-Auswertung der Kamera-Rohdaten. Dabei vergehen zwischen der Messanforderung und der Ermittlung der bis zu 250 HSI-Werte weniger als eine Sekunde. Der Anwender von LED-Check muss das System nur mit wenigen Parametern konfigurieren und die Ergebnisse abfragen.

LED-Check wird zusammen mit Glasfasern in der Endkontrolle von fertig bestückten Platinen eingesetzt. In der Endkontrolle von Platinen werden elektrische Parameter routinemäßig erfasst. Mit LED-Check kann die optische Prüfung der LEDs in die Endkontrolle integriert werden. Damit können auch Bestückungen mit der falschen Farbe oder Helligkeitsunterschiede zwischen den LEDs erkannt werden. Die Funktionalität von LED-Check kann als Software-Modul in die eigene Testanwendung integriert werden. Dabei werden einfache Schnittstellen zur Konfiguration und Ergebnisabfrage benutzt. LED-Check wurde für die hohen Anforderungen an die Leuchtdiodenprüfung bei KFZ-Displays entwickelt und wird dort weltweit eingesetzt. Da es die 100% – Prüfung einer jeden Platine ermöglicht, wo bisher nur Stichprobenprüfungen mit Spektrometern möglich waren, ist es auch für LED-Anwender in anderen Branchen besonders dann gut geeignet, wenn viele LEDs gleichzeitig zu prüfen sind.

FiberVision, Würselen

QE 507