绍兴市质量技术监督检测院 浙江省 绍兴市 312366
摘要：随着白炽灯的大量淘汰以及灯的大量替换应用，LED的失效及质量问题已经成为各国政府、投资商以及釆购方等多方的关注焦点。但产品具有其独特的特性，在质量控制方面，也应选取更加科学的检测方案。
关键词：LED灯具；在线检测；分选
1 LED产品应用发展迅速，质量问题引发关注
1.1 LED早期失效频发
引发市场担忧的理论寿命可以达到甚至更高但本身是一个复杂的集成系统，他的整体可靠性取决于其光、电、热及机械原件以及组装技术，也就是说其实每个元件证实可靠，组装缺陷，环境因素导致的各原件的迅速衰变，以及各元件之间的相互影响均会造成LED产品光色性能的衰变，甚至毁灭性失败，使其宣称的长寿命瞬间失去意义，由此所带来的维修更换等费用极高，LED的价格本身高于传统照明产品，这样的情况下，成本的回收期难以预计引发担忧。
1.2 传统质量控制手段已不能满足led质量控制需要
LED产品的众多特性与传统照明产品存在差异，传统的老化加光色电抽检的方法和设备由于重要老化环节缺失，抽检比率低等原因并不能满足LED的质量控制需求，因此适合LED特点的专业的LED早期实效评价及性能检测设备成为LED生产企业的急需。
2 在线检测系统简介
一套完善的LED灯具在线测试系统必须要解决测试结果准确和检测快速的问题，同时还要对产品进行快速分档，满足产品分选的需求。考虑到生产车间的安装问题，设计LED灯具在线检测系统时要充分考虑积分球的体积大小、电气设备的集成以及整个测试系统流程控制，此外，工装夹具的机构设计与运动机构设计也是需要考虑的问题。
2.1光电测试设备
光电测试设备主要由精密数显直流稳流稳压电源、光谱分析仪、DPS智能交流测试电源以及安装在外部的积分球组成。使用光谱分析仪和积分球对色温、色坐标和显示指数等光学参数进行测量，经校准后，其色品坐标（x，y）测量准确度为±0.003，色坐标重复性为±0.0003，其余光参数精度为±0.2%。同时系统也会得出相关的电学参数。虽然测量时间短，但这套系统可实现LED的瞬态光学特性测量（脉冲测量）及稳态光学特性测量（直流测量），完全满足IESNALM-79和GB/T24824等标准要求。
2.2测试软件
该套系统可程控电压，在软件界面可根据需要输入对应的电压、频率。为便于将产品进行分档，对灯具出光坐标范围进行设定，现有测试系统对灯具出光最多可分3类，四个指示灯分别代表A类、B类、C类以及不合格。软件对测试数据进行分析后，会有对应颜色的指示灯亮，测试员只需依照指示灯提示对产品进行分档即可。
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3 工作原理及系统设计
3.1系统工作原理
系统通过CCD摄像机及光源组成的成像系统对带钢上下表面进行不间断的扫描，形成高清晰的带钢表面图像，这些带有缺陷或不带有缺陷（称为背景）的图像数据通过专用电缆或光纤传输至摄像机采集及处理单元，通过运行于其中的处理算法对图像进行分析，滤除不含有缺陷的背景图像，对含有缺陷的图像进行图像分割及特征提取，最终通过决策分类算法获得该缺陷的类别并通过计算机系统进行呈现（包括缺陷类别、位置、大小等信息）、存储等操作。
3.2系统安装
为了满足检测设备安装需求，对热轧产线上的相关设备进行了改造，主要包括用于检测设备安装的上、下测量小房，带钢导向翻板装置和保护翻板装置，压缩空气吹扫装置及内冷辊道的改造等内容。
3.3光源设计系统
光源一般离带钢表面保持2m以上距离，若是采用透镜的方式进行聚光，则需要很大的透镜弧面，光源的体积将会很大，透镜的制作也将会相当复杂。系统采用自主研发的高照度光源照明，将高亮度带有圆锥形光杯的LED灯以阵列形式等间距排布，并适当加以边部照度补偿。其特点：超远距离、超高亮度照明；矩形均匀照明区域，可适用面阵相机和线阵相机成像；采用LED照明，工作寿命可达5～10年；LED亮度可调;适用于热轧带钢表面视觉检测系统。
4 在线测试系统评估方法
实现LED灯具的在线测试，必须满足在对LED灯具能实现送样、通电、测试以及取样等步骤的快速操作。为满足上述要求，夹具的结构设计采用往复的直线运动结构设计。测试过程中，将灯具固定在可移动的测试平台上，接好输入线后，启动电动气压装置，将LED灯具推入积分球内，线测试系统灯具在积分球中的测试位置。到达测试位置后，灯具光色稳定一段时间后开始进行测试，光电测试数据会自动保存并进行分析处理，相应的指示灯亮。测试完成后，夹具自动退出积分球，取下灯具按照指示灯进行分类，即可进行下一轮测试。积分球的开口尺寸约为300mm×400mm，小于此尺寸的灯具，可采用夹具系统。由于灯具的尺寸大于积分球的开口，无法将其直接送入到积分球的内部，只需将其固定在工作台上，外部使用黑色幕布将其封闭，避免了测试仪器外部周围的杂色的干扰。灯具的出光方向对准积分球的开口，逸出的光被黑色幕布吸收，此种安装方式不可避免会对LED灯具的总光通量造成损失，因此大尺寸的灯具在测试结果分析时可以不用考虑总光通量这一项参数。
5 系统软件实现
5.1图像处理算法流程
软件系统凭借特别优化的图像处理算法能够适应最高1210m/min带钢运动速度下的检测要求。系统采用OD1实时处理与OD2及时处理相结合的双层处理架构，保证在最短18ms的处理时间内对每帧图像完成图像采集、边缘检测及目标检测，并将含有疑似缺陷的图像存入图像缓存，反之删除，然后对于缓存队列中的疑似目标图像进行进一步处理，包括缺陷分割、图像保存、特征提取、分类及后处理等。由于实时处理已经过滤了大量仅含有带钢背景的图像，因此可将OD2精细处理的时间扩展到100ms以内。
5.2分类识别
算法分类识别模块的目的主要是根据图像处理模块输出的图像进行特征提取，形成特征空间后通过模式识别算法确定其类别。样本训练部分，通过手工收集各类缺陷的典型图像样本（称之为MSOS，主缺陷样本库）后，通过特征提取模块完成对每一幅图像的特征提取，形成整个MSOS的特征空间，最后通过决策树分类器分析样本训练集中的数据，形成树结构的分类模型。
6 工业应用
热轧带钢表面缺陷在线检测方法已经在国内某条热轧带钢生产线上得到了应用。在线应用的系统共用了4台线阵CCD摄像机，上下表面各用2台。系统采用超高亮度LED光源作为照明设备。在应用前，经测试，其距离在3.5m远处产生高达6klux的矩形均匀照明区域，且照度波动小于10%。系统在线终端主界面，它包括工具栏、硬件装置的运行状态及报警器。提供了当前钢卷和历史钢卷信息，方便用户查询；同时提供了缺陷信息列表，当用户点击某钢卷号时，在缺陷列表一栏中会列出该钢卷中已分类出的所有缺陷及其编号、位置等信息。点击该缺陷，会在主界面显示出该缺陷所在的图像及缺陷ROI位置，也可在界面右端的钢卷上、下表面模拟图中看出缺陷所在的位置。系统经现场运行，达到的技术指标如下：最高检测速度为20.16m/s；检测精度为带钢板横向上0.5mm/pixel，纵向上1mm/pixel；对生产线上常见表面缺陷的检出率为95%以上；对生产线上常见表面缺陷的识别率为75%以上；系统利用率为99%以上。
7 结束语
通过一系列的数据收集和分析，制定了一套可行的内部检测标准，实现了根据光色差异对 LED 灯具进行快速分类，并且可以快捷的对产品质量进行追溯，这套在线测试系统和测试方法对 LED 照明行业有着重要的积极作用。
参考文献
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论文作者:梁梦颖,郦建英,张剑明
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/8
标签：在线论文; 缺陷论文; 测试论文; 灯具论文; 系统论文; 图像论文; 带钢论文; 《防护工程》2017年第14期论文;