НИИПП – ТОЧНОСТЬ И КАЧЕСТВО В КАЖДОМ ИЗМЕРЕНИИ. КАК МЫ ЭТОГО ДОСТИГЛИ
Автор: Амбарникова Наталья Владимировна, инженер-испытатель ИТЦ
Рис 1. Первая гониофотометрическая установка
Качественное освещение бытовых и промышленных помещений, улиц, садово-парковых зон и административных зданий достигается применением светильников с параметрами, соответствующими требованиям нормативной документации. АО «НИИПП» как предприятие с полным циклом производства, от проведения поисковых исследований до изготовления конечного продукта, не только выпускает более 100 наименований световых приборов, но и гарантирует качество производимой продукции, измеряя световые параметры на современном высокотехнологичном оборудовании.
Как всё начиналось
Первый участок световых измерений на предприятии организовали ещё в 2007 г. Проектировать помещение пришлось практически «с нуля»: необходимо было сделать планировку, продумать расположение средств измерений и источников питания, предусмотреть разведение электрической проводки и приточно-вытяжной системы, организовать рабочее место и продумать качественную окраску всех поверхностей в чёрный цвет. Первой для измерения светотехнических параметров была приобретена гониофотометрическая установка отечественного производства на базе поворотного столика, фотоприёмника и обрабатывающего сигнал устройства. Важно при проектировании помещения было учесть расположение светильника в пространстве, он должен располагаться на поворотном устройстве таким образом, чтоб оптические оси между источником света и фотоприёмником совпадали. Дистанция между источником и приёмником должна быть достаточной для обеспечения расстояния фотометрирования при этом оптическим сигнал не должен быть слабым. Свет от монитора не должен попадать на фотоприёмник. Существует ряд других важных условий для проведения «чистых» измерений светотехнических параметров, в том числе климатические, которые также пришлось учесть при проектировании участка. Данная гониофотометрическая установка и по сей день используется при параметрическом контроле небольших источников света, позволяет измерять распределение силы света в пространстве (КСС) и угол излучения; активно эксплуатируется при приёмке продукции, регулярно успешно проходит процедуру калибровки, подтверждая заявленные метрологические характеристики.
Измерительные лаборатории: оборудование, методики, функциональные возможности
Всего в период работы с 2007 г. по 2024 г. были организованы четыре измерительных участка с высокотехнологичным оборудованием, в планах организовать 5 участок. При организации участков подбиралось и вводилось в эксплуатацию измерительное светотехническое оборудования от отечественных и зарубежных производителей. На участках в данное время располагаются две гониофотометрические установки для измерения пространственного распределения силы света от миниатюрных источников света до крупных светильников, фотометрическая скамья для измерения мощных источников света при использовании стола круглого и люксметра, высокотехнологичное оборудование фирмы Instrument Systems: комплексы измерительные IS-1, IS-2 для измерения радиометрических, фотометрических, спектральных и колориметрических характеристик источников света, таких как, светодиоды, лампы, световые модули и светильники.
Рис 2. Комплекс измерительный IS-1
Рис 3 – Комплекс измерительный IS-2
Комплекс измерительный IS-1 состоит из компактного гониометра, спектрометра и зонда измерительного. Любой миниатюрный источник света исследуется, в прямом смысле слова, во всех направлениях, автоматически вращаясь в заданных углах поворота, происходит измерение всех доступных параметров в каждой точке пространства, что позволяет получать пространственное распределение не только силы света, но и, например, коррелированной цветовой температуры, что важно при анализе неравномерности цветности «белого» светодиода вкупе с линзовой оптикой. Зонд измеряет светотехнические параметры излучателей по оси на расстоянии 100 мм, удобное исполнение позволяет быстро и качественно проводить параметрический контроль выпускаемой продукции.
Комплекс измерительный IS-2 на базе фотометрического шара и спектрометра позволяет измерять параметры источников света в разном временном и температурном диапазоне, для этого есть специальный температурный контроллер, который нагревает исследуемый образец до плюс 85°С, либо охлаждает до минус 10°С. Важно проверять как будет себя вести светодиод при разных режимах на этапе разработки прибора, для достоверного прогноза эксплуатационных характеристик.
Рис 4. Термостабилизированный светодиод ACS-530-1; зонд измерительный LED-434-В, входящий в состав комплексов IS-1, IS-4
Работоспособность и точность выше обозначенных комплексов контролируются специальными источниками света, такими как термостабилизированный «белый» светодиод, и набор галогеновых ламп. При необходимости проводятся все градуировочные мероприятия для обеспечения достоверности измерений.
Помимо крупных установок на предприятии есть отдельные приборы, например, люксметры, спектроколориметры, приборы комбинированные производства ООО «НТП ТКА» для измерения освещенности в видимом диапазоне, энергетической освещенности под УФ-излучением, светового потока миниатюрных ламп и коэффициента пульсаций источников излучения.
Рис 5. Оборудование производства ООО «НТП ТКА»
Спектрорадиометр CS-2000A позволяет проводить точечные измерения яркости на малой площади, проанализировать спектральные и колориметрические характеристики любой излучающей или отражающей поверхности. Оптическое разрешение прибора вкупе с дополнительной линзой-насадкой позволяет исследовать объекты размером менее 1 мм2.
Рис 6. Процесс измерения яркости при использовании спектрорадиометраCS-2000A
После закупки оборудования силами АО «НИИПП» проводились работы с целью утверждения типа комплексов измерительных IS-1, IS-2 (ФИФ ОЕИ № 73267-18, № 73266-18), гониометра LEDGON-100 (ФИФ ОЕИ № 70503-18) игониометровIS-LGS350-100 (ФИФ ОЕИ № 90644-23), оформлялась необходимая эксплуатационная и метрологическая документации, предварительно организовывались сличительные измерения световых параметров комплексов.
Основные параметры, доступные к измерениям на оборудовании материально-технической базы НИИПП, представлены в таблице 1.
| Таблица 1. Основные параметры светоизмерительного оборудования АО «НИИПП» | |
| Наименование измеряемого параметра | Значение |
| Сила света, КСС | от 0,5 до 200000 кд |
| Световой поток | от 0,03 до 100000 лм |
| Координаты цветности | х: от 0,0039 до 0,7347 |
| у: от 0,0048 до 0,8338 | |
| Коррелированная цветовая температура | от 2000 до 10000 К |
| Яркость, неравномерность яркости | от 1 до 20000 кд/м2 |
| Габаритная яркость | от 1 до 50000 кд/м2 |
| Спектральная плотность энергетической величины | от 0 до 100 % |
| Класс светораспределения | П, Н, В, Р, О |
| Тип кривой силы света | К, Г, Д, Л, Ш, М, С |
| Защитный угол светильников | от 0 до 90° |
| Освещенность, распределение освещенности | от 0,051 до 200000 лк |
| Коэффициент полезного действия | от 1 до 99 % |
| Световая отдача | от 1 до 300 лм/Вт |
| Коэффициент световой отдачи | от 1 до 99 % |
| Коэффициент снижения светового потока | от 1 до 99 % |
| Время стабилизации | от 1 до 300 мин |
| Коэффициент пульсации освещённости | от 1 до 100 % |
| Угол излучения | от 2° до 300° |
Часть фотометрического оборудования и помещений входит в состав Испытательного технического центра (ИТЦ) АО «НИИПП», в котором проводят сертификационные испытания светильников. ИТЦ, основанный в 2017 году, ежегодно подтверждает свои компетенции в Системе добровольной сертификации ИНТЕРГАЗСЕРТ.
В рамках работ по выполнению ОКР и государственных субсидий в НИИПП для обеспечения качества продукции разрабатывались программы и методики проведения светотехнических измерений, часть из них аттестованы: «Методика измерений силы света, угла излучения, светового потока, габаритной яркости и коррелированной цветовой температуры источников света полупроводниковых» (ФИФ ОЕИ № ФР.1.37.2018.31657), «Методика измерений мощности, силы и угла излучения полупроводниковых излучателей инфракрасного излучения» (ФИФ ОЕИ № ФР.1.37.2020.38493).
Предприятие не стоит на месте и в данное время участвует в проведении работ по утверждению типа комплексов измерительных IS-3 и IS-4, которые состоят из «большого» гониометровIS-LGS350-100, шара фотометрического, зонда измерительного, фотометров и спектрометра. Данное оборудование вводится в рамках расширения функциональной деятельности и будет применимо в производственном процессе после прохождения процедуры. Важная решаемая задача проводимой работы – это измерение параметров излучателей в расширенном спектральном диапазоне от 220 до 1020 нм.
Рис 7. Гониометр IS-LGS350-100
В дополнении к вышеперечисленному, стоит отметить, что на предприятии вводится в эксплуатацию оборудование фирмы EVERFINE: большой гониофотометр и двухметровый фотометрический шар со спектрометром для измерения характеристик светильников, а также комплекс поменьше для контроля параметров светодиодов, состоящий из аналогичных частей, но более подходящих по габариту для миниатюрных источников света. Для вновь прибывшего оборудования прорабатывается новый измерительный участок: подбирается соизмеримая площадка для размещения крупных установок, прорабатываются возможные направления развития как производственной, так и научно-исследовательской деятельности.
Кадры решают всё/Осторожно работают профессионалы
Инженеры АО «НИИПП» в рамках своей трудовой деятельности выполняют разного рода светотехнические расчеты и при проведении данных работ используется фотометрическое оборудование.
При проектировании городской инфраструктуры необходимо просчитать расположение световых приборов на объекте, для этого используют файлы фотометрических данных, которые формируются после измерения световых параметров светильника. Разработка вторичной оптики: линзовой, отражательной, комбинированной,- другое важное направление светотехнического проектирования. Высокая сходимость результатов расчётов с практическими данными обеспечиваются непосредственным контролем характеристик макетов ламп и промежуточных моделей линз/отражателей на современном измерительном оборудовании. Таким образом, специалисты не только разрабатывают вторичную оптику, но и проверяют результаты на оборудовании, которое расположено на измерительных участках АО «НИИПП».
Обширный парк светотехнического оборудования – весомый помощник в осуществлении эффективной научно-исследовательской деятельности. На предприятии работают доктора и кандидаты наук. Молодые специалисты НИИПП, перенимая опыт своих коллег, продолжают развитие в научной сфере, поступая в аспирантуру, работая над диссертациями. В сотрудничестве с передовыми томскими ВУЗами на предприятии идёт работа над изобретением инновационных технологий, изучением новых материалов и компонентов, разрабатываются новые методики исследований с применением светотехнического оборудования АО «НИИПП». Ряд работ поддержан грантами Российского научного фонда. В качестве примера работы над научным проектом можно привести исследование оптических свойств ИАГ-керамики, активированной оксидом церия, изготовленной по новаторской технологии Томским политехом (грант РНФ №23-73-00108).
Рис 8 Визуальный пример измерения неравномерности яркости и спектра люминесценции ИАГ-керамики.
При облучении пучком высокоэнергических электронов происходит спекание компонентов керамики, за секунды формируется новый материал в виде монолита. Готовый образец при возбуждении синим светом начинает преобразовывать излучение, люминесцируя в жёлтой области спектра, таким образом получается белый свет. На рисунке 8представлен процесс измерения распределения энергетической яркости и спектра излучения образца люминесцентной ИАГ-керамики. Результаты распределения яркости позволяют оценить равномерность внедрения активатора, по спектральным характеристикам наблюдается преобразование синего света в жёлтый. По спектру люминесценции можно судить о качестве такого преобразования, определить более эффективные области. При измельчении керамики в порошок свойства незначительно, но меняются, что дополнительно детально изучается при использовании спектрорадиометра. Люминофор в режиме тестирования используется в светодиоде, измерения светотехнических параметров проходит на комплексе измерительном IS-1. Получается изучение свойств люминесцентной керамики и при облучении синим светом и при прохождении света через неё.
Рис9. Распределение яркости по поверхности
Рис 10 Распределение яркости по поверхности.
Образовательный центр, перспективы развития
На базе измерительных лабораторий планируется создать некий образовательный центр для студентов томских ВУЗов, таких как Томский Политехнический Университет (ФГАОУ ВО НИ ТПУ) и Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). Базовые кафедры данных ВУЗов, связанные с оптотехникой, фотоникой и оптоэлектроникой, давно сотрудничают с АО «НИИПП», студенты выполняют свои научные работы в рамках образовательной деятельности и на перспективу развития светотехнической промышленности в целом.
Направленность проектов студентов связана с разработкой новых светотехнических устройств, например, фонарь, а правильнее говорить «огонь», для речной/морской навигации с дистанционным управлением и контролем параметров, или адаптивное освещение для комфортного пребывания человека в закрытом пространстве, а это и космическое, и подводное направление. Фундаментальные исследования – традиционное направление науки, студенты изучают свойства новых материалов и структур, среди них люминофоры и люминесцентная керамика, синие кристаллы, лазерные и инфракрасные диоды, источники оптической связи.
НИИПП ведёт активную работу не только со студентами, но и со школьниками-старшеклассниками, обучая их непосредственной работе на производстве и помогая реализовать креативные идеи и проекты. Проекты, выполненные молодым поколением, на базе предприятия отмечены дипломами и наградами на профильных конференциях и конкурсах. В рамках поддержки начинающих дарований АО «НИИПП» зачастую выступает в качестве спонсора и промышленного партнёра на региональных научных мероприятиях.
Справка:
Акционерное общество «Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов» (АО «НИИПП») — одно из ведущих предприятий госкорпорации «Ростех», обладающее самым современным оборудованием. НИИПП основан в Томске в 1964 году, а в 1967-м на его базе заработал завод по серийному выпуску полупроводниковых приборов. В институте налажен полный цикл от разработки до выпуска готовых изделий. Предприятие производит продукцию для ВПК и радиоэлектронную продукцию гражданского назначения: светотехнику (светодиодные светильники, речную светотехнику, светосигнальные приборы), медицинские приборы, устройства для автомобилей.
С полным перечнем продукции и услугами предприятия можно ознакомиться на сайте АО «НИИПП» www.niipp.ru
