一种机动车回复反射器测试装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，该测试系统包括暗室和计算机；暗室内设置有配光转台、夹具、支撑台、导轨、照射光源、光谱仪和电源，待测回复反射器通过夹具固定设置在配光转台上，导轨、照射光源和光谱仪均固定设置在支撑台上，光谱仪的探头纵向滑动设置在导轨上，光谱仪的输出端连接计算机，电源的功率输出端连接照射光源，电源的信号传输端连接计算机，计算机还分别连接配光转台和导轨的驱动装置。本发明可以广泛应用于机动车回复反射器，包括三角警示牌、尾部标志板等一系列被动发光器件的光度和色度的测量过程中。
【专利说明】
-种机动车回复反射器测试装置
技术领域
[0001] 本发明是关于一种机动车回复反射器测试装置，设及机动车外部照明及光信号检 测技术领域。
【背景技术】
[0002] 回复反射器是一种将光线沿着与入射光方向的邻近方向反射，当照射角在很大范 围内变动时，仍能保持运一特性的被动信号装置。通常安装在自行车、摩托车、汽车尾部或 周身W及公路转弯处、分道线、护栏、桥梁等处，将汽车前照灯的照射光反射给驾驶员从而 提醒驾驶员。特别是在机动车静止、信号灯装置失去电力系统而失效时，回复反射器有效弥 补了运一不足，显著地提醒驾驶员，有助于降低事故发生率，保证道路交通安全。回复反射 器属于我国3C强制性认证产品，按照GBl 1564-2008《机动车回复反射器》或ECE R3-2005 《Uniform provisions concerning the approval of retro-reflecting devices for power-化iven vehicles and their trailers》的要求，光度和色度是回复反射器最主要 的检测参数，光度采用发光强度系数CIL(Coefficient of Luminous Intensity)值进行表 示，单位为mcd/lx，色度采用色坐标表示。回复反射器检测方法按照GBl 1564-2008和ECE R3-2005规定，在开始检测前，首先需要确定是否存在镜面反射效应，如有，应使0在V= ± 5° 范围内和H=0°的条件下，采用影响最小的位置(GB11564-2008第5.3.4条，ECER3-2005第4 条）。但是回复反射器反射光分布关于V轴对称，为了减弱镜面反射效应而使回复反射器偏 向一侧，不仅偏离了实际装车位置，还容易造成垂直光度不对称，可能会造成一端不合格的 误判。而且镜面反射现象不易察觉，只有通过连续扫描测量，甚至需要检测员从30.48米处 的受光器旁目视才能确定有无镜面反射效应，给检测工作带来了很大的繁琐性。在初始位 置不发生镜面反射效应，在其余检测位置仍有可能发生镜面反射效应，从而影响检测数据 的准确性。
[0003] 随着新型发光材料的探索、光学设计水平的提高，HID(High Intensity Discharge)、LED(Li曲t血itting Diode) W及第五代车灯光源一激光被越来越多的应用 于汽车照明。由于新型光源与面素灯相比，发光机理的不同导致光谱差异较大，照射光源光 谱功率分布的差异将直接影响回复反射器的光度和色度。而现行回复反射器检测标准 GB11564-2008或ECE R3中规定的标准A光源(仅代表面素灯）已不能全面、准确的代表汽车 前照灯的应用现状和发展趋势。现有的检测标准（国内GB11564和欧标ECE R3)中均采用 285服标准A光源作为照射光源(标准A光源技术成熟，稳定性好同时和普通面素汽车前照灯 如Hl、H4、H7等常用光源光谱差异很小），检测设备中均采用一个光度计直接采集获得反射 光强度。但是，LED光谱可调节的范围很广，更考虑到未来科技的发展，激光汽车前照灯的应 用，要统一规定一款Lm)的标准灯难度是非常大的，到目前为止，国际照明委员会还没有关 于LED标准灯的规定。如果仍沿用现有的检测设备和检测方法，所得到的检测结果将与实际 情况有一定的偏差，不利于道路交通安全。现有的检测系统完全按照标准设计，均无法从根 本上排除镜面反射效应对检测结果的影响，同时只能得到标准A光源照射下的光度和色度， 检测数据的准确度和实用性有待提高。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种根据照射光源和回复反射器反射光的光 谱，能够自动判断并消除镜面反射效应影响，通过模拟照射光谱得到任意光源照射下回复 反射器的发光强度系数与色坐标的机动车回复反射器测试装置。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取W下技术方案:一种机动车回复反射器测试装置，其 特征在于，该测试装置包括一暗室和一计算机;所述暗室内设置有一配光转台、一夹具、一 支撑台、一导轨、一照射光源、一光谱仪和一电源，待测回复反射器通过所述夹具固定设置 在所述配光转台上，所述导轨和照射光源均固定设置在所述支撑台上，所述光谱仪的探头 纵向滑动设置在所述导轨上，所述光谱仪的输出端连接所述计算机，所述电源的功率输出 端连接所述照射光源，所述电源的信号传输端连接所述计算机，所述计算机还分别连接配 光转台和导轨的驱动装置。
[0006] 进一步，所述计算机内设置一测试系统，所述测试系统包括一照射光源模拟模块、 一参数采集模块、一数据处理模块和一计算模块，所述照射光源模拟模块用于设置所述照 射光源的光谱参数，所述参数采集模块用于获取所述待测回复反射器的反射光谱，所述数 据处理模块根据接收的所述待测回复反射器的反射光谱判断所述待测回复反射器是否存 在镜面反射效应，如果不存在镜面反射效应则求出所述待测回复发射器的光谱反射率曲线 发送到所述计算模块，如果存在镜面反射效应则排除镜面反射效应后求出所述待测回复发 射器的光谱反射率曲线并将其发送到所述计算模块，所述计算模块根据所述照射光源的光 谱参数和所述待测回复反射器的反射率曲线计算所述待测回复反射器的光度与色度参数。
[0007] 进一步，所述数据处理模块接收所述待测回复反射器的反射光谱，并通过f值判断 所述待测回复反射器是否存在镜面反射效应，如果f小于设定阔值，则认为未发生镜面反射 效应，其中：
[000引
[0009] 式中，f表示假定发生了镜面反射，镜面反射占反射光光强的比例，V(A)表示光谱 光视效率，Sa(A)表示标准A光源光谱功率分布，Sr (A)表示反射光谱。
[0010] 进一步，所述照射光源模拟模块用于模拟汽车前照灯，根据汽车前照灯光源的不 同类型，所述照射光源模拟模块内置GB15766.1-2008和ECE R37标准规定的光源、L抓光源 和激光光源中的一种或两种W上。
[0011] 进一步，该测试装置还包括一用于对所述待测回复反射器进行位置校准的激光 器。
[0012] 本发明由于采取W上技术方案，其具有W下优点：1、本发明能够自动判断并消除 镜面反射效应对回复反射器检测结果的影响，改进镜面反射效应对发光强度系数的影响小 于4%，色坐标的漂移小于0.002,简化了检测步骤，有效提高了检测效率和准确度。2、本发 明一次测量即可得到任意光源照射回复反射器的CIL值和色坐标，检测结果覆盖范围广，实 用性强。3、本发明实际照射光源仍采用现有技术最成熟的标准A光源，随着汽车前照灯的发 展可W更新测试系统内的照射光源参数，即可适应汽车前照灯的发展不断，对现有设备改 进成本低，使用便捷。4、本发明通过测量回复反射器反射光的光谱，求得镜面反射系数和光 谱反射率曲线，从而得到任意光照条件下的回复反射器发光强度系数和色坐标，完全消除 了镜面反射效应的影响。本发明可W广泛应用于机动车回复反射器，包括=角警示牌、尾部 标志板等一系列被动发光器件的光度和色度的测量过程中。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明机动车回复反射器测试装置结构示意图；
[0014] 图2是本发明的测试系统工作流程示意图；
[0015] 图3是本发明的反射光光谱功率分布示意图；
[0016] 图4是本发明的标准A光源光谱功率分布示意图；
[0017] 图5是本发明的求解镜面反射系数的拟合示意图。
【具体实施方式】
[0018] W下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更 好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
[0019] 回复反射器按照颜色分成白色、班巧色和红色=类，通常白色回复反射器安装在 车辆前方，一般成独立结构，外表面光滑平整，不易发生镜面反射。班巧色和红色回复反射 器安装在车辆的侧方和后方，常与其他信号灯组合，由于信号灯配光光形的需要，配光镜通 常带有一定的曲率与花纹，常常会发生镜面反射效应。班巧色和红色回复反射器反射光谱 特征明显，均不含短波长部分的光谱，班巧色和红色回复反射器反射光分别在520nm和 580nm处才开始出现明显的光谱分布。而镜面反射的是照射光源，其光谱分布在整个可见光 波段且功率分布已知。因此根据检测信号中短波部分的光谱即可确定镜面反射系数，从而 消除镜面反射效应的影响。从原理上来讲380nm~500nm范围内，由任意点的光谱数据都能 求出镜面反射系数，但是单点计算误差较大，本发明选取一段光谱，采用最小二乘法求解镜 面反射系数k。
[0020] 本发明的光谱反射率曲线定义为：
[0021]
[0022] 式中，Sr(A)表示反射光谱，Si(A)表示照射光谱，k表示镜面反射系数。光谱范围一 般取380nm ~780nm。
[0023] 根据《GB11564-2008机动车回复反射器》的定义，发光强度系数(CIL值)可用下式 表不?
[0024
[0025]式中，Km = 6831m/W，V(A)为光谱光视效率，Q为光谱仪探头所对应的立体角，S为 回复反射器表面积。对于同一块回复反射器，Q和S为固定值。那么在任意光源X下，其CIL值 计算方法如下：
[0026]
[0027] 式中，Sx(A)表示任意照射光源的光谱功率分布。
[0028] 求得光谱反射率曲线P(A)后，结合照射光谱Sx(A)即可求得色坐标：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034] 式中，X、Y、Z表示CIE1931标准系统=刺激值，云品;表示CIE1931标准色度观察者匹 配函数。
[0035] 基于上述原理，如图1所示，本发明提供一种机动车回复反射器测试装置，包括一 暗室1和一计算机2。暗室内设置有一配光转台3、一夹具4、一激光器5、一支撑台6、一导轨7、 一照射光源8、一光谱仪9和一直流电源10,待测回复反射器11通过夹具4固定设置在配光转 台3上，激光器5用于对待测回复反射器11位置进行照准定位，支撑台6上固定设置导轨7和 照射光源8,光谱仪9的探头纵向滑动设置在导轨7上，光谱仪9输出端连接计算机2,直流电 源10的功率输出端连接照射光源8,直流电源10的信号传输端连接计算机2,计算机2还分别 连接配光转台3和导轨7的驱动装置。
[0036] 计算机2内设置一测试系统，测试系统包括一照射光源模拟模块、一参数采集模 块、一数据处理模块和一计算模块，照射光源模拟模块用于设置照射光源的光谱参数，参数 采集模块用于获取待测回复反射器11的反射光谱，数据处理模块根据接收的待测回复反射 器11的反射光谱判断待测回复反射器11是否存在镜面反射效应，如果不存在镜面反射效应 则求出待测回复发射器11的光谱反射率曲线发送到计算模块，如果存在镜面反射效应，贝U 根据上述原理排除镜面反射效应后求出待测回复发射器11的光谱反射率曲线，并将其发送 到计算模块，计算模块根据照射光源8的光谱参数和待测回复反射器11的反射率曲线计算 待测回复反射器11的光度与色度参数。
[0037] 在一个优选的实施例中，数据处理模块接收待测回复反射器11的反射光谱，并判 断待测回复反射器11是否存在镜面反射效应，判断方法是通过计算f的值，如果f小于4% (根据684599-2007标准中6.1.3条规定，使用的一级照度计可接受误差不超过4%)可认为 未发生镜面反射效应，其中：
[00；3 引
[0039] 式中，V(A)表示光谱光视效率，Sa(A)表示标准A光源光谱功率分布，f表示假定发 生了镜面反射，镜面反射占反射光光强的比例。
[0040] 如果发生镜面反射效应，数据处理模块根据待测回复反射器11的颜色选择部分光 谱数据，分别选择450nm~500nm和500nm~550nm部分的光谱数据计算班巧色和红色回复反 射器镜面反射系数，本发明确定镜面反射系数是基于最小二乘法，从反射光谱Sr(A)中去除 镜面反射部分求出光谱反射率曲线P(入)。
[0041] 在一个优选的实施例中，考虑到科技的不断发展，汽车前照灯光源日新月异，现有 的Lm)前照灯光源光谱可调，无法用一个统一的形式表示，更不用说今后的激光前照灯。所 W本发明在测试系统的照射光源模拟模块内置常用照射光源模拟汽车前照灯，并提供照射 光源光谱自定义功能，能够根据今后的发展随时更新照射光源的光谱。例如，照射光源模拟 模块内部可W内置现有常用的汽车前照灯光源光谱，包括GB15766.1-2008和ECE R37标准 规定的光源(例如:标准A光源、D65光源、D2S光源）、L邸光源(6500K巧光粉型)或未来可能用 到的激光光源，采用本发明的系统通过一次测量即可同时得到所有已设置光源照射下待测 回复反射器的发光强度系数和色坐标。
[0042] 如图2所示，下面结合具体实施例详细说明本发明的机动车回复反射器测试装置 的使用方法，整个使用过程包括标定、测量和计算=部分，具体过程为：
[0043] 1、标定，目的是用于确定照射光源光谱和照射到照准位置时的照度，具体步骤为：
[0044] 1)打开直流电源10,点亮照射光源8-段时间使之稳定，本发明实施例中的照射光 源8采用现今技术最完善的标准A光源；
[0045] 2)测量照射光源8的归一化光谱功率分布，记为Si(入）；
[0046] 3)在激光器3所确定的照准位置处测量照度，记为E;
[0047] 4)将Si(A)和E输入到计算机内的数据处理模块和计算模块中，并定期进行校准。
[0048] 2、对待测回复反射器11的光度与色度进行测量，具体步骤为：
[0049] 1)将待测回复反射器11按照设计要求通过夹具4固定在配光转台3上；
[0050] 2)打开激光器5,手动调整配光转台3的乂、￥、2、山￥照准待测回复反射器11;
[0051] 3)根据GB11564-2008进行测量，即根据标准要求调整配光转台3旋转的角度，WlA 类红色回复反射器为例，所需测量位置和限值如下，单位:mcd/lx:
[0化2]表1 IA类红色回复反射器国际标准限值
[0化3]
[0054] 4)打开照射光源8,待照射光源8稳定后，按照表1依次测量不同观察角和照射角条 件下的反射光谱Sr(A),并将测得的反射光谱Sr(A)发送到参数采集模块。
[0055] 3、计算待测回复反射器11的CIL值和色坐标，具体步骤为：
[0056] 1)根据不同观察角和照射角条件下的反射光谱Sr(A),数据处理模块分别判断是 否存在镜面反射效应，如有则计算镜面反射系数，排除镜面反射效应后求出光谱反射率曲 线P(入)；
[0057] 2)计算模块根据照射光源光谱W及反射率曲线P(A)计算待测回复反射器的CIL值 和色坐标.
[0058] 3)生成检测报告，提供输出打印等功能。
[0059] 如图3~5所示，下面W红色回复反射器为具体实施例进一步说明本发明的机动车 回复反射器测试装置的使用方法：
[0060] Stepl)检测红色回复反射器，W观察角a = 2〇/，照射角H = V = QD运一个测试点为 例，所有测试点过程都相同，测得反射光谱如图3所示，通过现有设备得到红色回复反射器 的测量值:CIL = 504.95mcd/lx，色坐标(0.6158，0.3429)。
[0061] step2)判断红色回复反射器是否存在镜面反射效应，f表示假定发生了镜面反射， 镜面反射占反射光光强的比例，如果f小于4%可认为未发生镜面反射效应，直接进入 St巧4)(即k = 0)，其中f:
[0062]
[0063] 式中，V(A)表示光谱光视效率。由于面鹤灯工作稳定，技术成熟，在此仍选择2856K 标准A光源作为照射光源8,其光谱功率分布如图4所示，计算得到f = 35.29%，判断存在镜 面反射效应。
[0064] step3)基于最小二乘法求出镜面反射系数k。
[0065] 由于标准A光源光谱功率分布随波长的增加而增大，蓝紫光部分信号较弱受噪声 干扰较大，选择500nm~550nm部分的光谱数据来计算镜面反射系数k，如图4所示。（对于班 巧色反射器，选择450皿~500nm部分的光谱)通过最小二乘法拟合得到k= 1.0368*1〇-5 ,R2= 0.97,其中，R2是一个用来表示拟合效果的参数，当R2=I时表示拟合的数值和原数值完全 一样，拟合没有一点偏差，一般R2〉0.95表不拟合效果良好。
[0066] 。+。n/i、'、/'邮全链而G fef础 KtT，计算光谱反射率曲线；
[0067]
[0068] 31日95)计算标准4光源照射下的红色回复反射器的修正值:(：化=322.12111。(1/1又， 色坐标(0.6853,0.3125)。
[0069] 为了演示镜面反射效应又能得到红色回复反射器光度和色度的真实值，在实验时 将配光镜和红色回复反射器强行拆开(此汽车灯具被不可逆转的破坏了，平常的检测中无 法使用运种方法)把配光镜取下，即可得到红色回复反射器的真实值CIL = 314.46mcd/lx， 色坐标(0.6869,0.3122)。
[0070] 表2消除镜面反射效应前后的检测参数
[0071]
[0072] 表2的数据体现了本发明消除镜面反射效应对检测结果干扰，效果从表2可知，发 生镜面反射效应时，测量所得的CIL值大于真实值60.57%，色坐标向白色区域偏移0.0774， 对色度判定结果为不合格。采用本发明的测量方法，修正后CIL值与真实值的偏差仅为 2.44%，色坐标偏移0.0016,可W忽略，同时修正了对色度不合格的误判，有效的消除了镜 面反射效应的影响。
[0073] Steps)根据照射光源模拟模块所设置的照射光源，并行计算出所有照射光源下的 CIL值与色坐标如表3所示，本实施例中仅列举了巧巾不同类型的汽车前照灯光源，在实际检 测中只要把需要的照射光源光谱输入就能得到相应的CIL值与色坐标。
[0074] 表3不同照射光源下的光度与色度
LUU/UJ 迎背大以化'|別1乂川-」抓W斗、汉W >巧下背巧^下口、J复日勺、化炊刀；Al作I!巾IJlF丄乙i守巧^ 是可W有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除 在本发明的保护范围之外。
【主权项】
1. 一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，该测试装置包括一暗室和一计算机； 所述暗室内设置有一配光转台、一夹具、一支撑台、一导轨、一照射光源、一光谱仪和一 电源，待测回复反射器通过所述夹具固定设置在所述配光转台上，所述导轨和照射光源均 固定设置在所述支撑台上，所述光谱仪的探头纵向滑动设置在所述导轨上，所述光谱仪的 输出端连接所述计算机，所述电源的功率输出端连接所述照射光源，所述电源的信号传输 端连接所述计算机，所述计算机还分别连接配光转台和导轨的驱动装置。2. 如权利要求1所述的一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，所述计算机内设 置一测试系统，所述测试系统包括一照射光源模拟模块、一参数采集模块、一数据处理模块 和一计算模块，所述照射光源模拟模块用于设置所述照射光源的光谱参数，所述参数采集 模块用于获取所述待测回复反射器的反射光谱，所述数据处理模块根据接收的所述待测回 复反射器的反射光谱判断所述待测回复反射器是否存在镜面反射效应，如果不存在镜面反 射效应则求出所述待测回复发射器的光谱反射率曲线发送到所述计算模块，如果存在镜面 反射效应则排除镜面反射效应后求出所述待测回复发射器的光谱反射率曲线并将其发送 到所述计算模块，所述计算模块根据所述照射光源的光谱参数和所述待测回复反射器的反 射率曲线计算所述待测回复反射器的光度与色度参数。3. 如权利要求2所述的一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，所述数据处理模 块接收所述待测回复反射器的反射光谱，并通过f值判断所述待测回复反射器是否存在镜 面反射效应，如果f小于设定阈值，则认为未发生镜面反射效应，其中：式中，f表示假定发生了镜面反射，镜面反射占反射光光强的比例，ν(λ)表示光谱光视 效率，Sa(X)表不标准Α光源光谱功率分布，Sr (λ)表不反射光谱。4. 如权利要求1或2或3所述的一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，所述照射 光源模拟模块用于模拟汽车前照灯，根据汽车前照灯光源的不同类型，所述照射光源模拟 模块内置GB15766.1-2008和ECE R37标准规定的光源、LED光源和激光光源中的一种或两种 以上。5. 如权利要求1或2或3所述的一种机动车回复反射器测试装置，其特征在于，该测试装 置还包括一用于对所述待测回复反射器进行位置校准的激光器。
【文档编号】G01M11/02GK105954009SQ201610265655
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】徐何辰, 葛志晨, 李加, 邵丽君, 王伟华, 甘良蔚
【申请人】江苏检验检疫车辆灯具检测实验室