Prüfung von Kfz-Displays

Farbmesssystem prüft Baugruppe mit 250 LEDs gleichzeitig

26.02.2008 | Autor / Redakteur: Erik Marquardt, Eckard Eikelmann* / Gerd Kucera

Ein perfekt ausgeleuchtetes Display: zur Beleuchtung von Armaturentafeln werden mitunter über 200 LEDs eingesetzt

Bei Kfz-Baugruppen sind die Toleranzen besonders eng, wenn ein Bauteil neben seiner sicherheitsrelevanten Funktion auch ästhetischen Ansprüchen genügen muss. Dies ist bei Kfz-Displays der Fall. Bei Nachtfahrten ist es wichtig, dass alle Instrumente gut und gleichmäßig beleuchtet sind. Hellere oder dunklere Bereiche sind genauso störend, wie eine etwas andere Farbe in einem Teil der Hintergrundbeleuchtung. Das hier beschriebene Farbmesssystem prüft in der bestückten Baugruppe die Qualität von 250 LEDs gleichzeitig.

Für die Beleuchtung von Kfz-Displays werden teilweise über 200 LEDs eingesetzt. In der Endkontrolle ihrer Elektronikplatine kommt es darauf an, dass alle Komponenten perfekt zusammen arbeiten. Für die LED-Prüfung auf der Platine heißt das, dass jede einzelne der verstreut auf der Platine angeordneten LEDs unter der jeweiligen Testbedingung genau die Helligkeit und genau die Farbe haben muss, die erwartet wird.

Natürlich könnte man einen Farbsensor über jeder LED anordnen, und dann die Farbe und Helligkeit individuell tolerieren. Abgesehen davon, dass der Platz für eine größere Anzahl diskreter Farbsensoren schnell knapp werden kann: Der Verdrahtungsaufwand ist enorm, jede Anpassung auf ein neues Produkt ist ein Abenteuer und an Testreihen mit unterschiedlichen Treiberströmen braucht man erst gar nicht zu denken.

Der optische LED-Check ist in die elektrische Prüfung integrierbar

Das LED-Check-System von FiberVision wurde speziell auf die Anforderungen der Platinenprüfung mit LEDs zugeschnitten. LED-Check kann bis zu 250 LEDs gleichzeitig prüfen. In weniger als einer Sekunde liegen alle Ergebnisse vor, sodass LED-Check problemlos in die elektrische Prüfung der Platine integriert werden kann, ohne die Zykluszeiten zu sehr zu verlängern.

Glasfasern sammeln das Licht, die Kamera erfasst das Raster

Erreicht wird dies durch den Einsatz von Glasfasern. Über jede LED auf der Platine wird für die Messung ein Glasfaser-Lichtleiter positioniert. Die Glasfasern fangen das Licht der LEDs ein und leiten es an das andere Ende der Fasern. Die anderen Enden der Lichtleiter werden in einem gleichmäßigen Raster angeordnet, z.B. indem sie in einen Halter mit einem festen Bohrraster gesteckt werden. Die LED-Check Kamera nimmt Bilder von diesem Raster auf. Mit den Glasfasern können also viele LED gleichzeitig genau vermessen werden, auch wenn diese physikalisch weit auseinander liegen.

HSI-Werte sind besser geeignet als RGB-Daten

Das HSI-Modell: Es beschreibt den Farbraum als Zylinder - mit diesem Modell lassen sich Farbänderungen von LEDs besonders gut erkennen und tolerieren
Das HSI-Modell: Es beschreibt den Farbraum als Zylinder - mit diesem Modell lassen sich Farbänderungen von LEDs besonders gut erkennen und tolerieren

Aus den Kamerabildern mit den gleichmäßigen angeordneten Faserenden berechnet LED-Check für jeden einzelnen Farbfleck einer LED die Farbinformationen: H (Hue = Farbwert), S (Saturation = Farbsättigung) und I (Intensity = Helligkeit). Die HSI-Werte sind besser geeignet, eine Lichtquelle zu charakterisieren, als die RGB-Rohdaten (Rot, Grün, Blau) der Kamera: Wenn eine weiße LED einfach nur heller wird, ohne den Farbton 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. In der RGB-Darstellung kann sich bei einer Farbwertänderung wie bei der Helligkeitsänderung jeder der drei Werte ändern. Das System ordnet die LEDs den Messpositionen zu

Ergebnisanzeige von LED-Check: Feinste Änderungen des Farbtons werden von LED-Check erkannt
Ergebnisanzeige von LED-Check: Feinste Änderungen des Farbtons werden von LED-Check erkannt

Die Konfiguration von LED-Check ist sehr einfach: Um die bis zu 250 Messfelder einzulernen, ist es nicht etwa erforderlich, 250 Arbeitsfenster einzugeben. Da die Faserenden in einem gleichmäßigen Muster angeordnet sind, reicht es, den Startpunkt des Musters und den des nächsten Nachbarn nach rechts und nach unten vorzugeben. Damit werden die restlichen Punkte von selbst gefunden. Das Verfahren funktioniert auch, wenn die eingelernten Start-LEDs einmal nicht funktionieren. LED-Check ordnet die anderen LEDs trotzdem der richtigen Messposition zu.

Rauscharmut und Lichtempfindlichkeit als Grundlage

Das Kernstück von LED-Check ist eine CCD-Kamera mit 1,4 Megapixeln und FireWire-1394A-Interface. Der 2/3“-CCD-Chip der Kamera ist zugleich lichtempfindlich und rauscharm. Damit ist die Grundlage für eine präzise Farbauswertung gelegt. Die Kamera wird über bis zu 4,5 m langes FireWire-Kabel an den PC, auf dem die LED-Check-Software läuft, angeschlossen.

Die LED-Check-Kamera: Das Licht der Leuchtdioden wird über Glasfasern zur Kamera geführt
Die LED-Check-Kamera: Das Licht der Leuchtdioden wird über Glasfasern zur Kamera geführt

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. Die Software findet bei den Messungen automatisch die im Raster angeordneten Lichtflecken und führt die Farbauswertung für jeden Lichtfleck durch.

Die hohe effektive Kameradynamik und die groß sichtbaren Lichtflecken im Kamerabild liefern zusammen mit einem speziell für LED-Check entwickelten Auswerteverfahren sehr genaue und reproduzierbare HSI-Messwerte.

Kunststofffasern und schwach dämpfende Quarzglaslichtleiter

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

Kunststofffasern sind eine preisgünstige Variante, um das Licht von den LEDs zur Kamera zu leiten. Leider dämpfen diese Fasern verschiedene Wellenlängen unterschiedlich stark. FiberVision bietet schwach dämpfende Quarzglaslichtleiter für die Verwendung mit LED-Check an. Durch die Verwendung von dünnen Einzelfasern in einem Faserbündel wird ein großer effektiver Faserquerschnitt mit einer guten mechanischen Flexibilität des Lichtleiters kombiniert. Die Faserbündel sind beidseitig mit Endhülsen konfektioniert. Um das Licht von seitlich emittierenden LEDs einzufangen, stehen spezielle Endhülsen zur Verfügung.

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

 

100%-Kontrolle statt nur einer Stichprobe

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 244689 / Bildverarbeitung)