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Wie sich Lichtquellen für den Sensoriktest entwickeln lassen

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ams AG
Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
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Ein Fotodiodenarray als Beispiel aus der Praxis

So musste in einem Projekt ein lineares Fotodioden-Array getestet werden. Das Fotodioden-Array war Bestandteil eines Triangulationssensors. Diese Art von Array kann auch in Scannern und in der Druckerkantenerkennung verwendet werden. Im erwähnten Beispiel war das Produkt eine anwendungsspezifische Entwicklung.

Bei einem Triangulationssensor emittiert das Modul gebündeltes Licht auf ein Objekt. Dann wird das Licht vom Objekt zurück zum Sensor reflektiert. Um die korrekte Position des Objektes zu bestimmen, müssen die Fotodioden im Array alle gleich reagieren. Die maximale Abweichung zwischen den Fotodioden könnte je nach der benötigten Genauigkeit 1 Prozent oder weniger betragen.

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Die Lichtquelle besteht aus einem Array oberflächenmontierter LEDs, um beim Testen einen großen Bereich zu beleuchten. Aus Gründen der Redundanz gibt es drei Licht-Spannungs-Sensoren, womit ein beschädigter Sensor anhand der Messung der beiden anderen ermittelt werden kann. Während der Entwicklung wurde der LED-Typ getauscht. Grund war, dass die ursprünglichen LEDs die erforderliche Beleuchtungsstärke nur dann lieferten, wenn sie nahezu mit ihrem Maximalstrom betrieben wurden. Das allerdings erzeugte zu viel Wärme. Außerdem wurden die Sensoren ausgewechselt, da die ursprünglichen Sensoren eine Sättigung aufwiesen, was eine genaue Steuerung der Lichtquelle unmöglich machte.

Erfasst man die Daten eines realen Fotodioden-Arrays, erhält man folgendes Diagramm: Das Diagramm zeigt über das gesamte Array hinweg einen Abfall von etwa 3 Prozent bei der Ausgangsspannung. Benachbarte Pixel haben eine maximale Abweichung von 0,3 Prozent, was ebenfalls innerhalb der Spezifikation liegt. In der Produktion testet ams zwei DUTs parallel. Man spricht hier von Dual Site. Die Lichtquelle beleuchtet beide DUTs gleichzeitig. Dabei müssen die Ergebnisse beider Tests vergleichbar sein. Helle oder dunkle Flecken würden zu einem Korrelationsproblem führen.

Wenn für den Test mehrere Lichtquellen benötigt werden

Allein mit einem Device Interface Board (DIB) reicht für eine Massenproduktion nicht aus. Mehrere DIBs benötigen auch mehrere Lichtquellen. Um eine gute Korrelation zwischen den DIBs sicherzustellen, muss die Lichtquelle kalibriert werden, bevor sie zur Produktion zugelassen wird. Bei diesem Prozess werden Muster mit einer bekannten Reaktion auf Licht verwendet. Die Stromstärke für die neue Lichtquelle wird dann angepasst, um die erforderliche Leistung zu erzielen. Sobald die Stromstärke bekannt ist, wird die Ausgangsspannung der Lichtsensoren der Lichtquelle gespeichert und zur Steuerung der Lichtquelle für alle künftigen Durchläufe verwendet.

Eine kurze Zusammenfassung

Wird eine Lichtquelle zum Testen von Lichtsensoren entwickelt, muss man verschiedene Faktoren berücksichtigen. Ohne auf teure Software zurückzugreifen, muss die zu entwickelnde Lösung leicht anpassbar sein. Dabei sollte die LED eine Standardanschlussfläche bieten. Einige Anwendungen erfordern es, dass die Lichtquelle in einem Zylinder untergebracht ist. Es lassen sich schraubbefestigte Distanzstücke und Diffusoren hinzufügen. Außerdem muss die Leistung der Lichtquelle kontrolliert werden. Möglich ist das mit einem integrierten optischen Rückmeldesensor. Die Stromstärke sollte so niedrig wie möglich gehalten werden, um die von der Lichtquelle erzeugte Wärmemenge zu reduzieren. Falls übermäßige Wärme erzeugt wird, ist ein geeignetes Wärmemanagement notwendig.

* Martin Buck ist Senior Test Development Engineer beim Sensor-Spezialisten ams.

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