Logo PTB
Symbolbild "Zeitschriften"

Roboter-Goniophotometer zur Messung des Lichtstroms

Ein weltweit einzigartiges Goniophotometer mit drei langarmigen Robotern wurde jetzt in Betrieb genommen. Mit seinen neu entwickelten Photometerköpfen kann es simultan und spektral integrierend photometrische, radiometrische und colorimetrische Größen sowie gleichzeitig mit einem CCD-Array-Spektrometer relative spektrale Verteilungen erfassen.

Blick in das Roboter-Goniophotometer mit einem LED-Array als Lichtquelle im Gerätezentrum und den beiden Messrobotern in Grundstellung. Die Personengruppe gibt einen Größenvergleich.

Aufgabe der PTB ist es, die Einheit „Lumen“ des Lichtstroms, die fundamental aus der SI-Basiseinheit „Candela“ für die Lichtstärke abgeleitet ist, an die Industrie weiterzugeben. Bisher wurde in der PTB für Kalibrierung der hierfür eingesetzten Transfernormale ein in den siebziger Jahren entwi-ckeltes Goniophotometer in Kardanausführung eingesetzt. Messtechnische Einschränkungen und eine veraltete Rechnertechnik waren der Grund für eine Neukonstruktion, von der man sich auch eine Verringerung der Messunsicherheiten versprach.

Das völlig neu gestaltete Goniophotometer, dessen Konzept durch ein internationales Patent geschützt ist, wurde in der PTB entwickelt und jetzt in Betrieb genommen. Es besteht aus drei Robotern mit je 7 gesteuerten Achsen zur Bewegung der schlanken Arme von mehr als 6,40 m Länge. Ein Roboter trägt die Lichtquelle in frei wählbarer Brennlage, richtet sie im Gerätezentrum aus und hält sie während der Messung in Position. Die beiden anderen Roboter richten je einen Photometerkopf auf die Lichtquelle aus und teilen den Raum in Hemisphären. Sie können beliebige Bahnen mit Abständen von 1 m bis 3 m bei Messdauern von typisch 10 min bis 1 h ausführen. Die Orientierung der Roboter im Raum sowie ihre kinematische Charakterisierung wird mit einem Lasertracker-System bestimmt. Damit ergeben sich Bahnabweichungen des Photometerkopfes von < 0,6 mm bzw. im Mittel von nur 0,2 mm. Die bewegbaren Photometerköpfe und ein Monitor-Photometerkopf sind jeweils als Dreibereichsfarbmesskopf mit 4 Kanälen ausgeführt. Sie beinhalten zusätzlich eine ungefilterte Si-Photodiode für radiometrische Messungen und ein CCD-Array-Spektrometer. So werden Licht, Farbe und optische Strahlung durch dasselbe Lichteintrittsfenster gemessen, alle Photoströme parallel erfasst und in Frequenzen gewandelt. Das erlaubt die simultane Messung aller 18 Kanäle bei synchroner Triggerung und beliebigen Integrationszeiten, optimal angepasst an Bewegungsabläufe der Roboter und Modulierungen des Lichtes.

Mit dem neuen Roboter-Goniophotometer können nun bei erheblich reduzierter Messzeit neben den photometrischen auch Farbkennzahlen von Lichtquellen ermittelt werden. Durch den Einsatz der frei programmierbaren Roboter sind nahezu beliebige Messkopf-Bahnkurven und Nah- und Fernfeldmessungen möglich. Die ozonfeste Ausführung des Goniometers lässt zudem auch die Messung von UV-Lampen zu, und durch den einstellbaren Temperaturbereich von 25 °C bis 35 °C können auch Leuchtstofflampen bei der jeweiligen Leuchtentemperatur gemessen werden.

Ansprechpartner:

Telefon: +49-531-592-0