GL Optic: Elektronikom proponujemy gotowe narzędzia do wykonywania pomiarów optycznych zapewniające dużą dokładność i powtarzalność

• Inżynierowie elektronicy coraz częściej w swojej pracy stykają się z zagadnieniami, które są dla nich odległe merytorycznie. Pomiary źródeł optycznych są doskonałym przykładem takiej dziedziny wiedzy. Jak sobie radzić w takiej sytuacji, bo wiele firm rozwija biznes, zajmując się np. oświetleniem ledowym i sytuacja, w której elektronik ma też znać się na optyce, nie jest chyba wcale wyjątkowa?

Firma GL Optic zajmuje się pomiarami parametrów źródeł światła już od ponad 10 lat. W początkowym okresie byliśmy aktywni głównie na rynku niemieckim. Odwiedzałem wówczas wiele tamtejszych firm oświetleniowych i z wielu rozmów wynikało, że ich wspólnym problemem stała się na pewnym etapie konieczność rozszerzenia zakresu posiadanych kompetencji o elektronikę. Inne firmy, a więc te o profilu elektronicznym, musiały z kolei nauczyć się zagadnień optycznych. Im wszystkim trudno było się przestawić na szerszą perspektywę i z reguły im większa była organizacja, tym zajmowało to dłuższy czas i było więcej problemów. Na bazie takich potrzeb i wynikających z nich kłopotów na rynku pojawiło się wiele małych przedsiębiorstw specjalistycznych, takich, które dostarczały producentom oświetlenia elektronikę: do sterowania, zasilania, komunikacji.

Dla firm elektronicznych, które rozwinęły biznes o oświetlenie, okazało się, że pomiary i charakteryzacja źródeł światła to coś odległego od znanych im doskonale amperów i woltów. Takie firmy miały nierzadko duże zaplecze badawcze i pracowało w nich wielu inżynierów, którzy byli bardzo zaskoczeni tym, że parametrów optycznych nie da się tak prosto weryfikować. W niedługim czasie, jak rynek oświetlenia ledowego zaczął gwałtownie rosnąć, opisane zjawiska stały się szansą dla naszej firmy do zaistnienia na tym rynku.

Pierwotnym pomysłem było, aby zaproponować elektronikom gotowe do wykonywania pomiarów optycznych narzędzia zapewniające dużą dokładność i powtarzalność. Takie fabrycznie skalibrowane mierniki, które dostarczały przeliczone wyniki, a więc dokładne wartości i wyrażone w odpowiednich jednostkach, wykorzystywanych w badaniach, okazały się towarem poszukiwanym. Bo na rynku było dużo urządzeń pomiarowych, takich jak spektrometry, ale jedynie nieliczne z nich były kalibrowane w wartościach bezwzględnych i dopasowane możliwościami metrologicznymi do źródeł LED-owych.

Wiele firm produkujących aparaturę do badań optycznych wyrosło z uczelni i instytutów. Przez to ich produkty są z reguły skomplikowane w obsłudze i wymagają od operatora kompetencji. Inżynier elektronik, który nie ma styczności z pomiarami oświetlenia, fotometrią, radiometrią, niekoniecznie wie, czy to, co przyrząd mierzy, jest tym, co jemu się wydaje, czy stanowisko do badań jest dobrze ustawione, a przyjęte założenia słuszne.

• Nietrudno przekonać się, że większość publikacji z zakresu pomiarów parametrów optycznych to prace naukowe trudne w odbiorze. Dlaczego tak jest?

Inżynierowie elektronicy są zawsze zaangażowani w procesy związane z oświetleniem, bo nie da się tych zagadnień rozdzielić. Co więcej, wymaga się od nich wiedzy w zakresie oświetlenia, bo obie dziedziny stały się w ostatnich latach nierozerwalnie połączone w całość. W Polsce bardzo dużo projektuje się dzisiaj rozwiązań elektroniczno-optycznych, w tym dla branży samochodowej, niemniej optyka nie jest wykładana na wielu uczelniach technicznych, przez co wiedzę zdobywa się we własnym zakresie.

Zgadzam się oczywiście, że dostęp do wiedzy nie jest prosty. Wszystkie publikacje są po angielsku, większość z nich to materiały naukowe, a nie wiedza inżynierska, na którą jest największy popyt. Dlatego staramy się dzielić wiedzą i organizujemy szkolenia dla osób zainteresowanych zagadnieniami optycznymi. Dawniej miały one formę spotkań seminaryjnych, teraz są prowadzone online. Dotyczą one ogólnych zagadnień związanych z pomiarami oświetlenia, ale poza nimi są też specjalne wykłady o tematyce zamawianej. Jest na nie duże zapotrzebowanie, stąd mamy plany, że w przyszłości będziemy rozszerzać ich dostępny zakres.

• Gdzie kryje się trudność w konstrukcji aparatury do pomiarów optycznych?

Pomiar nawet podstawowych parametrów źródeł jak CCT lub CRI opiera się na analizie danych widmowych. Ich przełożenie na wyniki wymaga wykonania odpowiednich działań matematycznych. Metody obliczeniowe są ogólnie dostępne, ale kluczem do właściwych wyników pomiarowych jest właściwe wzorcowanie urządzeń. Stąd na rynku dostępne są urządzenia o różnej dokładności. Przy wzorcowaniu urządzeń trzeba też zastosować szereg korekcji, w tym charakterystyk wykorzystanych układów optycznych, a także kompensację temperaturową, liniowości i filtrację światła rozproszonego itp. Są też różne "szkoły" opisujące metodologię i podejścia do rozwiązania takich problemów. Sam sensor połączony z elektroniką tego nie zapewnia, a cały know-how, zawarty w aparaturze, producenci tacy jak my rozwijają i doskonalą latami.

Niemniej sama aparatura tego typu jest niszowa w porównaniu do rozwiązań do pomiarów parametrów elektrycznych. Jej skomplikowanie techniczne jest relatywnie duże, a odbiorców jest kilka rzędów wielkości mniej, co niestety przekłada się na wysokie ceny. Koszty rozwoju rozkładają się na znacznie mniejszą liczbę urządzeń, a dodatkowo trzeba jeszcze wspomnieć o tym, że każdy egzemplarz jest wzorcowany indywidualnie. To czasochłonny proces i wymagający posiadania rozbudowanego laboratorium oraz utrzymywania wysokiej jakości metrologicznych wzorców.

• Jaka jest Wasza koncepcja na taką aparaturę? Czym zdobywacie uznanie ludzi techniki?

Staramy się projektować aparaturę, aby była ona łatwa w użyciu, bo wiemy, że posługują się nią osoby niekoniecznie będące specjalistami z zakresu metrologii optycznej. Z tego też powodu poza przyrządami pomiarowymi do pomiarów parametrów optycznych konieczne jest posiadanie wielu akcesoriów, jak na przykład kul całkujących nakładanych na głowicę pomiarową miernika. W naszym rozwiązaniu akcesoria mają wbudowany tag RFID, który jest odczytywany przez oprogramowanie miernika i automatycznie uwzględniane są współczynniki korekcyjne. Jest to wygodne rozwiązanie, a zarazem ograniczające możliwość pomyłki i złego ustawienia. Jesteśmy też w stanie kalibrować urządzenie i przystawki jako komplety i co chciałbym dodać, takie podejście prowadzi do większej dokładności aparatury. Kładziemy nacisk, aby nasza aparatura była jak najbardziej dokładna, a wyniki były powtarzalne. Nasz wysiłek włożony w kalibrację jest bardzo duży. Mamy wzorce zakładowe i zbudowaliśmy w firmie laboratorium, gdzie wszystkie wytwarzane mierniki są wzorcowane i adiustowane. Nie chodzi o zatwierdzenie typu, czyli ogólną ocenę możliwości pomiarowych rodziny mierników, ale o ustawienie wskazań każdej produkowanej sztuki.

• Częścią GL Optic jest laboratorium pomiarowe. Jakie przesłanki kryją się za jego powołaniem?

Laboratorium powstało także dlatego, że udało nam się uzyskać dofinansowanie na zakup aparatury na jego wyposażenie i dzięki temu mamy dzisiaj unikatowy sprzęt w skali Europy Środkowej, w tym wzorce stanowiące część światowego łańcucha metrologicznego, takie, których na całym świecie jest jedynie kilkanaście. Przykładem może być wzorzec pierwotny, czyli promiennik ciała czarnego wykorzystujący rdzeń z kompozytu grafitowego podgrzewany do temperatury w zakresie od 2950 do 3000 K. W oparciu o niego możemy tworzyć wtórne wzorce dla klientów oraz kalibrować wzorce dla innych laboratoriów. Tak właśnie działa łańcuch metrologiczny, gdzie przy zastosowaniu wzorców wyższego rzędu wzorcuje się kolejne wzorce robocze.

Posiadanie najwyższej klasy wzorców daje nam możliwość zaoferowania na rynku usług kalibracji aparatury dla innych firm i placówek naukowych z Polski i krajów naszego rejonu Europy. Pierwotnie laboratorium było tworzone na wewnętrzne potrzeby GL Optic i wytwarzanej aparatury, ale w związku z rozwijającym się rynkiem oświetlenia dzisiaj oczekiwania są istotnie większe.

Chcemy też poza aparaturą pomiarową zacząć w niedalekiej przyszłości sprzedawać też wzorce. Firmy zajmujące się oświetleniem bardzo ich potrzebują, bo bez wiarygodnych źródeł poziomów odniesienia ich możliwości badawcze sprowadzają się de facto do badań porównawczych, a nie pomiaru wartości bezwzględnych.

Usługi pomiarowe są potrzebne do tego, aby firmy mogły utrzymywać posiadane instrumentarium przez długi czas w dobrej kondycji. Układy optyczne się starzeją i muszą być okresowo kalibrowane. Inaczej pomiary stają się loterią.

To zaplecze pomaga nam oczywiście w sprzedaży aparatury, ponieważ jest w pewnym stopniu potwierdzeniem naszych kompetencji. Żaden inny dostawca takich mierników nie ma dostępu do wzorca ciała czarnego i dzięki niemu awansowaliśmy do prestiżowej ligi firm z czołówki światowej. Bierzemy dzięki temu udział w różnych projektach naukowo- badawczych, gdzie dzielimy się wiedzą i udostępniamy zespołom nasze wzorce.

• Czy polskie firmy inwestują w aparaturę badawczą z zakresu optyki? Jak to wygląda w rzeczywistości?

Krajowe firmy oświetleniowe z czołówki rynku krajowego dbają o zaplecze pomiarowe i jej okresową kalibrację. Być może to dlatego, że odcinają się one od rynkowej tandety i stawiają na produkty o wysokiej jakości, a to wiąże się z możliwością oceny produktów i podzespołów od strony optycznej. Firmy te starają się budować pozycję rynkową na jakości i przekłada się to na to, że wiele z nich jest naszymi klientami. Podobnie jest na wielu innych rynkach w Europie.

Przez wiele lat, kiedy źródłem światła były żarówki halogenowe i świetlówki, nikt specjalnie nie interesował się pomiarami tych źródeł, być może dlatego, że były one bardzo stabilne w czasie. W przypadku LED-ów to się całkowicie zmieniło, bo jest wiele produktów, mnóstwo dostawców, a dodatkowo na parametry wpływa też układ optyczny, zasilanie i temperatura. Konieczne stało się badanie nie tylko produktu końcowego, a więc przeprowadzanie charakteryzacji, ale także kontrola kupowanych komponentów na wejściu procesu produkcyjnego.

Stąd sprzedajemy też urządzenia bardzo proste po to, aby firmy mogły szybko sprawdzić kupowane podzespoły, np. pojedyncze diody. Bo niestety często zamówione elementy nie odpowiadają wcześniej przesłanym próbkom i trzeba weryfikować deklaracje dostawców, a najlepiej kontrolować wszystko. Producenci LED-ów realizują pomiar w czasie ok. 25 ms, dzięki czemu nie ma obaw o przegrzanie diody bez zamontowanego chłodzenia i dają informację, czy emiter mieści się w założonym BINie i ma odpowiednią sprawność.

Co ciekawe, gdy dostawca azjatycki ma świadomość, że klient ma narzędzia do kontroli i będzie weryfikował jakość, okazuje się, że problemów jest o wiele mniej. Poza tym dzięki przyrządom można kierować się przy wyborze czymś więcej niż ceną.

Zwykle jak przyjeżdżamy do firm i proponujemy kupno naszej aparatury, to często dowiadujemy się o tym, jakie problemy firmy mają i potrzeby. Gdy są one wspólne dla wielu, staramy się znaleźć jakieś rozwiązanie i tak powstają nasze produkty.

• W jakich kierunkach aktualnie trwa szybki rozwój technologii oświetlenia ledowego?

Obszarów zastosowań oświetlenia ledowego, które dzisiaj się bardzo szybko rozwijają, jest coraz więcej, a przykładem może być rolnictwo i motoryzacja. Pandemia wywołała też popyt na lampy UV do dezynfekcji.

Oświetlenie dla roślin i zwierząt musi mieć specyficzne parametry i niekoniecznie takie, które z punktu widzenia oka ludzkiego wydają się dobre. Co więcej, parametry specyficzne są dla różnych gatunków. Dobrze dobrane widmo światła sprawia, że zwierzęta czują się bezpiecznie i lepiej się chowają. To trzeba badać, bo nikt wizualnie nie jest w stanie ocenić, czy jest dobrze. W przypadku źródeł UV konieczna jest weryfikacja sprawności oraz kontrola, czy instalacje tego typu są bezpieczne. Zapewnienie odpowiedniej dawki promieniowania na dezynfekowanej powierzchni jest tutaj kluczowe. Bez aparatury nie da się określić mocy lamp ani czasu ekspozycji. A mając narzędzia pomiarowe, można odpowiednio ustawić lampy, dobrać moc itp. W tematyce UV prowadzonych jest wiele prac rozwojowych, a nasze laboratorium jest wypełnione zleceniami po brzegi.

Na razie większość źródeł promieniowania UV to wyładowcze lampy rtęciowe przypominające świetlówki. Rozwiązania diodowe dopiero są w fazie projektów, bo ich wydajność jest niewielka. Być może pandemia przyspieszy rozwój w tym segmencie, bo perspektywicznie większy rynek przyspieszy inwestycje w rozwój technologii.

Dużo zmian dotyczy też motoryzacji, gdzie oświetlenie jest coraz bardziej zaawansowane i wykorzystuje m.in. układy matrycowe o wysokiej rozdzielczości czy lasery do wytwarzania światła białego, gdzie wiązka świetlna jest precyzyjnie kierowana. W takich rozwiązaniach trzeba kontrolować bezpieczeństwo, a więc czy lampa nie oślepia i nie stanowi zagrożenia dla wzroku. Nowoczesne reflektory samochodowe to w praktyce wydajne projektory, o skomplikowanym układzie optycznym. Tu także występuje potrzeba badań ich działania i homologacji, bo liczba pojawiających się koncepcji i innowacji jest ogromna.

• Czy rynek ma problemy z tanią chińszczyzną?

Napływ tanich i kiepskich produktów nie dotyczy tylko oświetlenia diodowego, to problem ogólny, na którego nie ma chyba innej metody, jak budowanie wymagań jakościowych w oparciu o normy i regulacje nakładane przez stowarzyszenia branżowe i presję na producentów na ich wdrożenie. Niestety, jeśli producent chce spełnić wszystkie wymagania jakościowe, to z reguły jego produkt jest droższy. Dlatego problemem jest to, że mimo norm klient ma dostęp na rynku do produktów tańszych i niespełniających wymagań, co niestety jest źródłem dyskusji na temat tego, czy powinniśmy definiować nowe, bardziej surowe wymagania.

Ale powoli zmiany takie wchodzą w życie. Przykładem mogą być nowe wymagania Ekoprojektu dotyczące źródeł LED-owych, które wejdą w życie od września 2021 roku. Definiują one wymagania jakościowe w zakresie migotania światła i efektu stroboskopowego. O tym parametrze decyduje głównie zasilacz, ale przemysł oświetleniowy musi wiedzieć, jak mierzyć migotanie, jaki poziom jest akceptowalny, a jaki już nie. Do tego też będzie potrzebna aparatura, bo pomiary nie dotyczą tętnień napięcia zasilacza, tylko zmian strumienia świetlnego.

• Czy te potrzeby rynku w zakresie kontroli jakości źródeł światła dotyczą rozwiązań profesjonalnych, czy też produkty konsumenckie również to zagadnienie dotyczy?

Na poziomie producentów jest takie zainteresowanie, bo firmy te wiedzą, że w warunkach w jakich funkcjonują, nie ma innej drogi rozwoju jak jakość i zaawansowanie techniczne. Dla nich aparatura jest też narzędziem do optymalizacji konstrukcji opraw, a więc aby były możliwie najtańsze i najlepsze.

Rynek dystrybucji też jest zainteresowany kontrolą jakości, może trochę w mniejszym stopniu, ale importerzy czują oddech konkurencji i wiedzą, jakie ryzyko ponoszą, jeśli produkty okazałyby się wadliwe.

• Jaką skalę działania ma GL Optic?

Jesteśmy firmą inżynierską. Projektujemy i prototypujemy urządzenia oraz je kalibrujemy, ale produkcję zlecamy kooperantom, zarówno jeśli chodzi o elektronikę, jak i mechanikę oraz elementy optyczne. Zatrudniamy 16 inżynierów plus jeszcze kilka osób w produkcji. Nasze portfolio produktów liczy ok. 40 pozycji.

Są to rozwiązania stworzone przez inżynierów dla inżynierów. Szefem technicznym firmy jest Jan Lalek, który ma ogromne doświadczenie w elektronice, optyce i kolorymetrii. Przez całe lata projektował i produkował w Polsce urządzenia do wywoływania zdjęć. Dzięki jego wiedzy i zespołowi, który u siebie utrzymał, m.in. projektantów, programistów oraz mechaników, powstała firma GL Optic. To on zapewnił firmie know-how i nasz rozwój techniczny jest przede wszystkim jego zasługą. On jest praktykiem, stąd inżynierowie elektronicy doceniają takie przyrządy, bo one przypominają im te, które używają na co dzień do pomiarów elektrycznych na przykład multimetr: małe, dokładne i zawsze przydatne narzędzie.

Rozmawiał Robert Magdziak