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Die
Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor mit Lichtdurchlässigkeitstest
für eine Schutzscheibe nach den Oberbegriffen von Anspruch
1 und 2 beziehungsweise ein Verfahren zum Testen der Lichtdurchlässigkeit
einer Schutzscheibe eines optoelektronischen Sensors nach den Oberbegriffen
von Anspruch 13.
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Optoelektronische
Sensoren werden häufig zur Überwachung eines Überwachungsbereichs
beispielsweise in der Diebstahlsicherung, der Fabrikautomation oder
der Sicherheitstechnik verwendet. Der Lichtempfänger mit
seiner Abbildungsoptik wird dabei gewöhnlich durch ein
Gehäuse geschützt, in das Licht durch eine Frontscheibe
eintritt.
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Wenn
diese Frontscheibe beschädigt oder beschmutzt ist, kann
der Sensor seine Aufgabe nicht mehr vollständig erfüllen.
In der Diebstahlsicherung und der Fabrikautomation führt
das zu ärgerlichen Fehlentscheidungen und möglicherweise
Ausfallzeiten zur Behebung dieser Fehler. In der Sicherheitstechnik
hängen Gesundheit und möglicherweise Leben des
Bedienpersonals von der korrekten Funktion des Sensors ab, wenn
dieser einen Gefahrenbereich absichert oder eine geschützte
Maschine abschaltet, sobald das Bedienpersonal zu nahe kommt.
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Deshalb
ist es wünschenswert oder sogar erforderlich, die Durchsichtigkeit
der Frontscheibe im Betrieb sicherzustellen. Die Frontscheibe muss
also ununterbrochen auf Schmutz, Beschädigungen oder Niederschläge
geprüft werden.
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Eine
herkömmliche Lösung ist das Durchleuchten der
Frontscheibe, um über eine unerwartete Abnahme der Lichtintensität
Rückschlüsse auf die Durchlässigkeit
der Scheibe und deren Beeinträchtigung durch Beschädigungen
oder Verschmutzungen zu ziehen. Dabei kann aber die Frontscheibe
nur punktuell, nämlich an den Durchleuchtungspunkten, geprüft
und somit keine flächendeckende Überwachung der
gesamten Frontscheibe gewährleistet werden. Zudem entsteht
an den Durchtrittspunkten des Prüflichts Streulicht, welches
das Detektionsvermögen des Sensors beeinträchtigen
können. Der Test auf Lichtdurchlässigkeit kann
daher nur eingeschränkt während des gewöhnlichen
Sensorbetriebs durchgeführt werden. Außerdem ist
für den Prüfstrahl und dessen Auswertung ein separates
Messsystem mit einem eigenen Empfänger erforderlich. Schließlich
liefert das Transmissionssignal des Lichtstrahls nur einen groben
Anhaltspunkt für die tatsächliche Beeinträchtigung
des Detektionsvermögens des Sensors, der trotz beschädigter
oder verschmutzter Frontscheibe möglicherweise vollkommen
fehlerfrei funktioniert. Aus Sicherheitsgründen muss dennoch aus
Vorsicht das System abgeschaltet werden. Die unzureichende Information über
den Zustand der Frontscheibe führt somit zu unnötigen
Ausfallzeiten.
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Es
ist aus anderen Gebieten der Technik bekannt, die Totalreflexion
an optischen Grenzflächen auszunutzen, um Aufschluss über
den Oberflächenzustand zu erhalten. Die
DE 32 35 590 C2 zeigt eine solche
Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fremdkörpern auf
der Oberfläche einer durchsichtigen Scheibe. Dabei ist
ein Lichtsender seitlich an der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs
so angeordnet, dass sein Licht im Inneren der Scheibe durch mehrfache
Totalreflexion zur gegenüberliegenden Kante gelangt. Fällt
nun Regen auf die Windschutzscheibe, so ändert sich der
optische Grenzübergang, so dass das Licht an dem Übergang
Glas-Regentropfen nicht mehr totalreflektiert wird und aus dem Inneren
der Windschutzscheibe entkommt. Ein Lichtempfänger an der
gegenüberliegenden Kante kennt die erwartete Lichtintensität
bei trockener Scheibe und kann anhand des Lichtverlustes feststellen,
ob Regen auf die Windschutzscheibe gefallen ist oder, in ganz analoger
Weise, ob die Windschutzscheibe verschmutzt ist.
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Gemäß den
Anforderungen der Anwendung in einem Kraftfahrzeug wird somit zwar
eine Verschmutzung oder Regen erkannt, so dass die Scheibenwischeranlage
automatisch bedient werden kann, genauere Informationen über
den Zustand der Windschutzscheibe liefert das Verfahren aber nicht.
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In
der
DE 102 03 300
C1 wird eine Fasersuspension aus Altpapier auf Reste von
Klebstoffen untersucht. Dabei ist eine Kamera oberhalb der Suspension
angeordnet, die auf einem transparenten Träger gefördert
wird. In den Träger wird seitlich Licht eingestrahlt, das
unter Totalreflexion nur den Innenraum des transparenten Trägers
beleuchtet. Lagert sich Klebstoff an der Oberseite des Trägers
ab, so ändern sich die optischen Eigenschaften an dieser Stelle,
und die Totalreflexion findet nicht mehr statt. An diesen Stellen
tritt also Licht aus dem Träger aus, das von der Kamera
erkannt werden kann. Obwohl mit diesem Prinzip grundsätzlich
auch eine Verschmutzung oder Beschädigung des Trägers
erkannt werden könnte, ist das Ziel des herkömmlichen
Verfahrens die Untersuchung der Suspension. Auf die Beeinträchtigung
der Lichtdurchlässigkeit des Trägers kommt es überhaupt
nicht an. Die Kamera dient nicht der Überwachung eines Überwachungsbereichs
jenseits des Trägers, sondern allein der Überwachung
der Suspension, die diesseits des Trägers gefördert
wird.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige Durchlässigkeitsprüfung
der Frontscheibe eines gattungsgemäßen Sensors
unter weitgehender Vermeidung von Ausfallzeiten zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor gemäß Anspruch
1 bzw. 2 und ein Verfahren zum Testen der Lichtdurchlässigkeit
einer Schutzscheibe gemäß Anspruch 13 gelöst.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Schutzscheibe ununterbrochen
und vollständig auf Verschmutzungen oder Beschädigungen überwacht
werden kann. Fehlentscheidungen aufgrund von Beeinträchtigungen der
Schutzscheibe treten damit nicht mehr auf, die Überwachung
ist vollständig und sicher. Zusätzlich wird die
mit herkömmlichen Durchleuchtsystemen einhergehende Erzeugung
von störendem Streulicht vermieden. Die somit geringere
Beeinträchtigung des Lichtpfades von Überwachungsbereich
zu Lichtempfänger führt zu einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis.
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Die
Lösung geht von dem Prinzip aus, die Schutzscheibe nicht
wie üblich senkrecht, sondern streifend zu beleuchten.
Dieser Ansatz allein, beispielsweise mit einer Flächenbeleuchtung
unter streifendem Winkel mithilfe eines Linienlasers, ist aber aufwändig
und hinsichtlich des notwendig verursachten Streulichts problematisch.
Dann ist Kerngedanke, das Testlicht zur Vermeidung von Beeinträchtigungen des
Sensors gar nicht erst in den Überwachungsbereich gelangen
zu lassen. Hierzu wird das Testlicht unter Ausnutzung der Totalreflexion
nur in den Innenraum der Schutzscheibe gestrahlt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Lichtempfänger
ein Bildsensor oder eine Kamera und weist insbesondere eine CCD-
oder CMOS-Matrix auf. Gerade bei diesen Bildsensoren kommt es nicht nur
darauf an, dass pauschal genügend Licht durch die Schutzscheibe
tritt, sondern auf deren Durchlässigkeit an allen Stellen.
Andernfalls zeigen einzelne Pixel des Bildsensors fälschlich
kein Abbild des Überwachungsbereichs, sondern der Beeinträchtigung der
Schutzscheibe.
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Besonders
bevorzugt ist die Auswertungseinheit für eine Bewertung
der Testlicht-Austrittsstellen als Beschädigungs- oder
Verschmutzungsgrad und weiter dafür ausgebildet, den Lichtdurchlässigkeitstest
als gescheitert zu erkennen, wenn der Beschädigungs- oder
Verschmutzungsgrad zu hoch ist. Diese Bewertung kann im einfachsten
Fall eine Schwelloperation sein, damit nicht schon bei jeglicher,
sondern erst einer merklichen Beeinträchtigung der Schutzscheibe
reagiert wird. Besonders wenn der Bildsensor im Falle einer Kamera
eine Ortsauflösung hat, kann durch Bildauswertung überprüft
werden, welcher Teil der Scheibe betroffen ist, wie groß die
Störstellen sind, wie hell und damit wie gefährlich sie
sind und dergleichen. Diese Bildauswertung kann anhand eines vorgegebenen
Schemas in einem Bewertungsgrad umgerechnet werden, der dafür
sorgt, dass der Betrieb wirklich nur dann abgebrochen wird, wenn
die Beeinträchtigung die Funktionsfähigkeit des
Sensors und damit die Sicherheit einschränkt. Dies führt
im Ergebnis zu einer genaueren Bewertung der Funktionsfähigkeit
der Schutzscheibe und damit insgesamt zu einer besseren Verfügbarkeit
des Sensors. Besonders Kamerasysteme mit großem Sichtwinkel
eignen sich für eine ausreichend scharfe Abbildung der
Oberfläche der Schutzscheibe und geben damit die Möglichkeit
der genauen Bewertung der Verschmutzungspartikel und Beschädigungen auf
ihre Relevanz für die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems.
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Vorteilhafterweise
ist der Sensor eine Sicherheitskamera, die beim Erkennen eines Gefahrereignisses
ein Warnsignal erzeugen oder einen Abschaltbefehl an eine geschützte
Maschine abgegeben kann, wobei das Gefahrereignis, insbesondere
der Eintritt eines Objekts in den Überwachungsbereich, eine
unerlaubte Bewegung des Objektes innerhalb des Überwachungsbereichs
oder ein Scheitern des Lichtdurchlässigkeitstests ist.
Eine Sicherheitskamera ist ganz besonders darauf angewiesen, dass
die Schutzscheibe hinreichend transparent bleibt. Sie ist gleichzeitig
auch in der Lage, die Testlicht-Austrittsstellen selbst zu bewerten
und ihre Schutzfunktion dann zu erfüllen, wenn sie die
Durchlässigkeit der Schutzscheibe als nicht mehr gewährleistet
ansieht, indem sie diese Gefährdung erkennt und sich selbst sowie
auch etwaige geschützte Maschinen abschaltet, bis Wartung
erfolgt. Somit kann ein besonders hoher Sicherheitsgrad erreicht
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an
einer Kante der Schutzscheibe ein Testlichtempfänger vorgesehen,
und die Auswertungseinheit kann dessen Empfangspegel bei dem Lichtdurchlässigkeitstest
zusätzlich berücksichtigen. Der Testlichtempfänger
liefert bei intakter und sauberer Schutzscheibe einen bekannten
Lichtpegel, dessen Absinken die Auswertungseinheit als zusätzliches
Indiz für eine noch sicherere Erkennung einer Beeinträchtigung
der Schutzscheibe ausnutzen kann.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Kanten der Schutzscheibe
außer an den Stellen lichtundurchlässig oder reflektierend,
wo der Testlichtsender und/oder der Testlichtempfänger
angeordnet ist. Da die Bedingung der Totalreflexion nur an den Flächen
der Schutzscheibe gilt, könnte Testlicht ansonsten an den
Kanten der Schutzscheibe austreten. Da diese Richtung wegen der
Anordnung der Schutzscheibe zum Lichtempfänger senkrecht zum
Sensor steht, kann das Testlicht gewöhnlich zwar auf direktem
Wege weder den Überwachungsbereich noch den Lichtempfänger
als störendes Streulicht erreichen. Indem die Kanten lichtundurchlässig
sind, wird die Erzeugung von zusätzlichem Störlicht
durch das Testlicht aber ganz sicher und auch nach immerhin denkbarer
Mehrfachreflexion ausgeschlossen. Wenn die Kanten darüber
hinaus oder alternativ reflektierend sind, wird das Licht in den
Innenraum der Scheibe zurückgeworfen und kann so weiter
als Testlicht verwendet werden. Auf diese Weise wird die Lichtquelle
effizienter ausgenutzt.
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Bevorzugt
ist mindestens ein Lichtsender zur Ausleuchtung des Überwachungsbereichs
vorgesehen. Damit ist eine sichere Überwachung des Überwachungsbereichs
gewährleistet, auch wenn das Umgebungslicht schwach und
zu kontrastschwach ist.
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Vorteilhafterweise
ist die Auswertungseinheit dafür ausgebildet, den Lichtdurchlässigkeitstest
periodisch durchzuführen und den Testlichtsender jeweils
nur während des Lichtdurchlässigkeitstests einzuschalten
und/oder während des Lichtdurchlässigkeitstests
den Lichtsender auszuschalten. Durch den periodischen Lichtdurchläs sigkeitstest
werden die erforderlichen Rechenkapazitäten und die Leistung
des Testlichtsenders zur Ressourcenschonung nur in regelmäßigen
Intervallen abgerufen. Ein Ausschalten des Lichtsenders während
des Lichtdurchlässigkeitstests führt dazu, dass
genau getestet werden kann, weil kein oder weniger anderes Licht
außer dem Testlicht auf den Lichtempfänger fallen
kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Auswertungseinheit
dafür ausgebildet, den Lichtdurchlässigkeitstest
während des eigentlichen Sensorbetriebs durchzuführen,
wobei der Testlichtsender permanent eingeschaltet ist. Somit geht durch
den Test der Schutzscheibe keine Betriebszeit des Sensors verloren,
und es ist jederzeit gewährleistet, dass die Schutzscheibe
hinreichend lichtdurchlässig ist.
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Vorteilhafterweise
ist die Schutzscheibe im Wesentlichen planparallel und/oder aus
Glas oder Kunststoff. Bei der Geometrie der Schutzscheibe ist zumindest
darauf zu achten, dass die Bedingung der mehrfachen Totalreflexion
erfüllt werden kann. Dies ist mit einer planparallelen
Scheibe leicht erfüllbar. Glas oder Kunststoff sind robuste,
leicht zu bearbeitende Werkstoffe mit den notwendigen optischen
Eigenschaften.
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Bevorzugt
weist der Testlichtsender einen großen Abstrahlwinkel auf,
um den gesamten Innenraum der Schutzscheibe auszuleuchten und/oder
er sendet ein schmalbandiges Testlicht insbesondere außerhalb
des sichtbaren Bereichs aus. Der große Abstrahlwinkel dient
dazu, die gesamte Fläche der Schutzscheibe überprüfen
zu können. Wenn ein schmalbandiges Testlicht verwendet
wird, so kann die Auswertungseinheit die Testlicht-Austrittsstellen anhand
des schmalen Bandes leichter erkennen. Liegt der Wellenlängenbereich
des Testlichts außerhalb des sichtbaren Bereiches, so kann
selbst im Falle von Störstellen das von dem Sensor aufgenommene
Testlicht den üblichen Betrieb nicht stören, sofern dieser
auf sichtbares Licht ausgelegt ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann auf ähnliche
Weise weitergebildet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile.
Derartige vorteilhafte Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend
in den sich anschließenden Unteransprüchen beschrieben.
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Die
Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und
Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und
unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher
erläutert. Die Abbildungen der Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Sensors mit intakter Schutzscheibe;
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2 eine
Darstellung gemäß 1 mit beschädigter
und verschmutzter Schutzscheibe;
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3a den
Querschnitt einer Schutzscheibe in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung mit einem zusätzlichen Testlichtempfänger;
und
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3b den
Querschnitt einer Schutzscheibe in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung mit lichtundurchlässigen oder reflektierenden
Kanten.
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1 zeigt
eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Sensors 10 in einer schematischen Querschnittsdarstellung.
Der Sensor 10 empfängt Licht 12 aus einem Überwachungsbereich 14. Dieses
Licht 12 wird von einer Empfangsoptik 16, im einfachsten
Fall einer Linse, auf einen Bildsensor 18 gelenkt. Als
Bildsensor 18 ist besonders ein CCD- oder CMOS Chip geeignet,
der eine Matrix von einzelnen Pixelelementen aufweist. Alternativ
ist aber auch eine Zeile von Pixelelementen, eine PSD (Position
Sensing Device) oder eine einfache Photodiode denkbar. Auf den Bildsensor 18 einfallendes
Licht 12 wird dort in ein elektrisches Signal umgewandelt
und als Bilddaten an eine Auswertungseinheit 20 weitergegeben.
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Die
genau Auswertung der Bilddaten in der Auswertungseinheit 20 hängt
von der Anwendung ab. Denkbar ist eine Objektdetektion in dem Überwachungsbereich 14,
eine Entfernungsbestimmung oder eine Lage- und Bewegungsüberwachung
für ein Objekt in dem Überwachungsbereich 14.
Ist der Sensor 10 insbesondere eine Sicherheitskamera,
so löst die Auswertungseinheit 20 bei einem Gefahrereignis in
dem Überwachungsbereich 14 ein Warnsignal oder
einen Abschaltbefehl an eine geschützte gefährliche
Maschine aus. Dabei hängt es von einer Klassifikation in
der Auswertungseinheit 20 ab, welches Ereignis als gefährlich
einzustufen ist. So kann der bloße Objekteingriff, aber
auch die zu große räumliche Nähe zwischen
dem Objekt und Bedienpersonal oder eine zu hohe Geschwindigkeit
je nach Anwendung gefährlich oder erlaubt sein. Möglich sind
auch eingelernte oder erkannte erlaubte Objekte, wie bestimmte Pakete,
Paletten oder Roboter, die sich in dem Überwachungsbereich 14 bewegen
dürfen, während unbekannte Objekte als Gefährdung
erkannt werden.
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Mit
der Auswertungseinheit 20 ist eine externe Beleuchtung 22a, 22b für
den Oberwachungsbereich 14 verbunden. Die externe Beleuchtung 22a, 22b weist
jeweils eine Lichtquelle 24a, 24b, die eine Halbleiterlichtquelle
wie eine Diode oder ein Laser sein kann, und eine strahlformende
Optik 26a, 26b auf. Die Auswertungseinheit 20 ist
damit in der Lage, den Überwachungsbereich 14 mit
Beleuchtungslicht 28 einer einstellbaren Intensität
auszuleuchten. Die externe Lichtquelle 22a, 22b kann
auch intern angeordnet sein, insbesondere als bewegliche oder durch einen
beweglichen Spiegel oder dergleichen ablenkbare Laserlichtquelle,
die zusammen mit einer Photodiode als Lichtempfänger 18 einen
Laserscanner bildet.
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Die
Empfangsoptik 16 und der Bildsensor 18 sind geschützt
in einem Gehäuse 30 angeordnet. Abweichend von
der Darstellung in 1 und der bisherigen Beschreibung
ist auch denkbar, weitere oder sämtliche Elemente des Sensors 10 wie
die Auswertungseinheit 20 und die Beleuchtung 22a, 22b ebenfalls
innerhalb des Gehäuses 30 anzuordnen.
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Zu
dem Überwachungsbereich 14 hin weist das Gehäuse 30 eine
transparente Schutzscheibe 32 auf. Die Schutzscheibe 32 besteht
aus einem Material wie Glas oder Kunststoff, das optisch dichter
als Luft ist. Die Schutzscheibe 32 ist bevorzugt planparallel,
kann aber auch eine andere Geometrie aufweisen, sofern diese die
nun folgenden optischen Anforderungen erfüllt. Abweichend
von der Darstellung in 1 kann die Schutzscheibe 32 auch
nur einen Teil der in Richtung des Überwachungsbereichs 14 liegenden
Gehäusewand des Gehäuses 30 bilden.
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An
einer seitlichen Kante der Schutzscheibe 32 ist ein Testlichtsender 34 angeordnet,
der ebenfalls mit der Auswertungseinheit 20 verbunden ist,
um von dieser angesteuert, beispielsweise ein- und ausgeschaltet
zu werden. Auch der Testlichtsender 34 kann abweichend
von der Darstellung innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet
sein. Der Testlichtsender 34 kann wie die externe Beleuchtung 22a, 22b eine beliebige
Lichtquelle sein. Bevorzugt ist eine Leuchtdiode oder ein divergenter
Laser, der Testlicht 36 in einem schmalen Wellenlängenbereich
im infraroten oder ultravioletten Bereich aussendet. Damit ist das Testlicht 36 in
der Auswertungseinheit 20 leicht von Licht 12 aus
dem Überwachungsbereich 14 zu unterscheiden. Auch
in dem Fall, dass die externe Beleuchtung 22a, 22b außerhalb
des sichtbaren Bereichs arbeitet, kann zumindest das schmale Band des
Testlichts 36 noch erkannt werden. Die Erfindung funktioniert
aber auch bei jeweils beliebigen Wellenlängenbereichen
für Testlichtsender 38 und Lichtsender 22a, 22b.
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Der
Testlichtsender 34 ist so angeordnet, dass sein Testlicht 36 ausschließlich
in den Innenraum der Schutzscheibe 32 gestrahlt wird. Dazu
kann eine strahlformende Optik vor dem Testlichtsender 34 verwendet
werden, oder der Testlichtsender 34 ist zusätzlich
oder alternativ von Gehäusewänden umgeben, welche
dasjenige Licht absorbieren, das nicht in den Innenraum der Schutzscheibe 32 strahlen
würde.
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Der
Einstrahlwinkel des Testlichts 36 in den Innenraum der
Schutzscheibe 32 ist so gewählt, dass es mindestens
unter dem Totalreflexionswinkel auf die Innenflächen der
Schutzscheibe 32 auftrifft. Durch einmalige oder mehrfache
Totalreflexion leuchtet das Testlicht 36 somit den Innenraum
der Schutzscheibe 32 aus, kann aber durch die Flächen der
Schutzscheibe 32 nicht austreten, weil es totalreflektiert
wird. Erst an der gegenüberliegenden Kante der Schutzscheibe 32 ist
der Auftreffwinkel spitz genug, um eine Transmission und damit ein
Austreten aus der Schutzscheibe 32 zu ermöglichen.
Das Testlicht 36 kann nicht auf den Bildsensor 18 auftreffen und
ist somit keine Quelle für Störlicht. Der Abstrahlwinkel
des Testlichtsenders 34 ist groß genug gewählt,
um den gesamten Innenraum der Schutzscheibe 32 auszufüllen.
Es können auch mehrere Testlichtsender 34 eingesetzt
werden.
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Anhand
der 2 soll nunmehr erläutert werden, wie
sich die Situation bei beschädigter oder verschmutzter
Schutzscheibe 32 ändert und derartige Beeinträchtigungen
der Schutzscheibe 32 somit von der Auswertungseinheit 20 erkannt
werden können. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen hier wie
im Folgenden gleiche Merkmale.
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Lagert
sich nämlich Niederschlag oder eine Verschmutzung 38 an
der Schutzscheibe 32 ab oder weist die Schutzscheibe 32 eine
Beeinträchtigungsstelle 40 auf, so sind die Bedingungen
der Totalreflexion an dieser Stelle verletzt. Die Verschmutzung 38 verändert
den Übergang an der optischen Grenzfläche hin
zu einem Medium mit einem von Luft abweichenden Brechungsindex.
Ist das Licht erst einmal in den Bereich der Verschmutzung 38 eingedrungen,
so verändert sich zusätzlich wegen der unregelmäßigen Oberflächenform
der Verschmutzung 38 auch der Auftreffwinkel. Bei einer
Beschädigung 40 ändert sich je nach Ausprägung
der Brechungsindex, zumindest aber der Auftreffwinkel. In allen
diesen Fällen sind die Bedingungen für eine Totalreflexion
nicht mehr gewahrt. Deshalb kann das Testlicht an diesen Stellen 38, 40 aus
der Schutzscheibe 32 austreten und als Störlichts 42 in
alle Richtungen strahlen. Insbesondere wird ein Teil dieses Störlicht 42 auch
in dem Bildsensor 18 empfangen und kann somit von der Auswertungseinheit 20 erfasst
werden.
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Der
Bildsensor 18 kann wegen seiner Ortsauflösung
nicht nur erkennen, dass überhaupt eine Verschmutzung 38 oder
eine Beschädigung 40 vorliegt. Je nach Ausmaß der
Störstelle 38, 40 kann mehr oder weniger
Testlicht 36 aus der Schutzscheibe 32 austreten.
Der Bildsensor 18, beziehungsweise die nachgeordnete Auswertungseinheit 20,
kann damit nicht nur die genaue Lage, sondern auch die Größe
der Störstelle 38, 40 erkennen und bewerten. In
der Auswertungseinheit 20 werden Anzahl, Lage, Größe
und weitere erfassbare Eigenschaften der Störstellen 38, 40 zu
einem Beschädigungsgrad, einem Verschmutzungsgrad oder
allgemein einem Beeinträchtigungsgrad verrechnet. Die Auswertungseinheit 20 vergleicht
diesen Beeinträchtigungsgrad mit einem vorgegebenen oder
eingelernten Höchstgrad. Das Ergebnis ist eine Information
darüber, ob die Lichtdurchlässigkeit der Schutzscheibe 32 noch gut
genug ist.
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In
manchen Anwendungen mag es sinnvoll sein, gar keine Beeinträchtigung
zu tolerieren und schon beim Erkennen irgendwelchen Testlichts 36 in dem
Bildsensor 18 den Lichtdurchlässigkeitstest als gescheitert
anzusehen. Eine etwas besser anpassbare, aber immer noch relativ
groben Methode, ist eine Schwellbewertung erfassten Testlichts 36,
um einen geringen Testlichtpegel noch zu tolerieren. Ist der Bildsensor 18 nicht
ortsauflösend, beispielsweise eine einfache Photodiode,
die eine Beeinträchtigung nur anhand der Intensität
empfangenen Testlichts erkennen kann, so ist ein genauerer Lichtdurchlässigkeitstest,
wie der oben für ortsauflösenden Bildsensoren 18 beschriebene,
nicht möglich.
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Anhand
der beschriebenen Auswertung wird eine mangelnde Lichtdurchlässigkeit
der Schutzscheibe 32 sicher und flächendeckend über
die gesamte Schutzscheibe 32 erkannt. Wegen der Bewertung über
einen Beeinträchtigungsgrad muss der Sensor 10 wirklich
nur dann in einen Fehlfunktionsmodus gehen, wenn die Schutzscheibe 32 einen
sicheren Betrieb nicht mehr zulässt. Bei einer Sicherheitskamera
bedeutet der Fehlfunktionsmodus das Erkennen einer Gefährdung
und somit zumindest ein Warnsignal, meist aber die Abschaltung einer
geschützten Maschine. Eine geringfügige Beeinträchtigung
der Schutzscheibe 32, die noch keine Wartung erfordert,
wird aber erfindungsgemäß als unwesentlich erkannt
und vermeidet damit unnötige Ausfallzeiten.
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Da
das Testlicht 36 innerhalb der Schutzscheibe 32 totalreflektiert
wird und somit nicht in den Bildsensor 18 gelangen kann,
beeinträchtigt das Testlicht 36 den Betrieb des
Sensors 10 nicht. Die Auswertungseinheit 20 kann
den Lichtdurchlässigkeitstest parallel zum üblichen
Betrieb permanent ausführen. Zur Schonung von Rechnerressourcen
in der Auswertungseinheit 20 und um den Testlichtsender 34 nicht
dauerhaft betreiben zu müssen, ist aber auch ein nur periodischer
Lichtdurchlässigkeitstest denkbar. Die Periode der Testintervalle
ist dabei je nach Anforderung an die Zuverlässigkeit des
Sensors zu wählen. Um eine besonders genaue Informationen
der Störstellen 38, 40 der Schutzscheibe 32 zu erhalten,
ist es auch denkbar, während des Lichtdurchlässigkeitstests
die externe Beleuchtung 22a, 22b abzuschalten.
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Die 3a und 3b zeigen
weitere Ausführungsformen der Erfindung, wobei hier nur
noch die Schutzscheibe 32 als Ausschnitt dargestellt ist. Gemäß der
in 3a dargestellten Ausführungsform ist
dem Testlichtsender 34 gegenüberliegend ein Testlichtempfänger 44 angeordnet.
Dieser Testlichtempfänger 44 ist vorzugsweise
als Photodiode ausgebildet, da es genügt, den Testlichtpegel
zu bestimmen und eine Ortsauflösung nicht erforderlich
ist. Der Testlichtempfänger 44, der ebenfalls
mit der Auswertungseinheit 20 verbunden ist, empfängt
bei intakter und sauberer Scheibe einen bekannten oder eingelernten
Testlichtpegel. Jegliche Verringerung von diesem Testlichtpegel
rührt, wie beschrieben, von Verschmutzungen 38 oder
Beschädigungen 40 der Schutzscheibe 32 her.
Somit kann auch diese Information als ein Maß für
die Beeinträchtigung der Schutzscheibe 32 herangezogen
werden. Der abgesunkene Testlichtpegel kann auch für eine
Plausibilitätsbetrachtung des in dem Bildsensor 18 empfangenen
Testlichts 36 verwendet werden. Wegen der bekannten Geometrie
des Sensors 10 lässt sich abschätzen,
welcher Anteil von verloren gegangenem Testlicht 36, das über
den abgesunkenen Testlichtpegel in dem Testlichtempfänger 44 bekannt
ist, sich bei dem Bildsensor 18 wiederfinden müsste.
Vorstellbar ist aber auch, dass der Bildsensor 18 das Testlicht 36 nicht
auswertet, sondern allein der Lichtpegel im Testlichtempfänger 44 ausgewertet
wird.
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Gemäß der
in 3b dargestellten Ausführungsform sind
die Kanten 46 der Schutzscheibe 32 lichtundurchlässig.
Dies gilt selbstverständlich nicht an der Stelle, an welcher
der Testlichtsender 34 Testlicht 36 in die Schutzscheibe 32 einstrahlt.
Wenn ein Testlichtempfänger 44 vorgesehen ist,
so ist auch an der Austrittsstelle für Testlicht 36 in
den Testlichtempfänger 44 die Kante lichtdurchlässig.
Obwohl das Testlicht 36 auch bei transparenten Kanten in
einer Richtung senkrecht zum Bild sensor 18 abgestrahlt wird,
wäre es nach mehrfacher Reflexion denkbar, dass es dennoch
zum Bildsensor 18 gelangt. Dies würde nicht nur
unnötiges Störlicht verursachen, dessen Intensität
nach der Mehrfachreflexion im Überwachungsbereich 14 allerdings
gering wäre, sondern könnte auch zu einer Fehleinschätzung
des Beeinträchtigungsgrads der Schutzscheibe 32 führen.
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Alternativ
oder zusätzlich sind die Kanten 46 reflektierend.
Alternativ heißt dabei, dass keine völlige Lichtundurchlässigkeit
gegeben sein muss. Das an den Kanten 46 reflektierte Licht
kann dann gar nicht oder nur zu einem geringen Anteil nach Außen gelangen.
Zugleich kann das reflektierte Licht, weil es in den Innenraum der
Schutzscheibe 32 zurückgeworfen wird, weiterhin
als Testlicht 36 genutzt werden. Somit werden gleich zwei
Vorteile erreicht: Reduzierung oder Eliminierung des nach Außen
dringenden potentiellen Störlichts und Erhöhung
der Effizienz des Testlichtsenders 34.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3235590
C2 [0006]
- - DE 10203300 C1 [0008]