CN110657962B - 用于记录喷水喷嘴的喷射图像的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于记录喷水喷嘴(2)的喷射图像(10)的装置(1)，具有：用于要检查的喷水喷嘴(2)的支架；和辐射器(9)，所述辐射器能够产生光射束或光幕(4)，所述光射束在测量平面(3)中沿着辐射轴线传播，所述光幕在测量平面(3)中展开。装置(1)具有摄像机(5)，摄像机(5)可以拍摄图像或图像序列并具有光学轴线(6)，所述光学轴线与测量平面(3)相交。

Description

用于记录喷水喷嘴的喷射图像的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于记录喷水喷嘴的喷射图像的装置，所述装置具有：用于要检查的喷水喷嘴的支架；辐射器，所述辐射器可以产生光射束或光幕，所述光射束在测量平面中沿着辐射轴线传播，所述光幕在测量平面中传播。此外，本发明还涉及一种用于运行这种装置的方法。

背景技术

记录喷水喷嘴的喷射图像是非常重要的，以便能够对喷水喷嘴进行定位和定向，使喷水喷嘴能够实现其目的(例如清洁玻璃)。此外，记录也是需要的，以提供证明：喷嘴在要清洁的表面上的喷射图像满足技术规格。在现有技术中存在不同的可能性来记录喷射图像。例如，通过人员进行观察，但是当喷水喷嘴产生具有动态特性的喷水射流时，这种观察尤其是会引起不可靠的结果。此外，喷射图像的可识别性由于(部分)透明的洗涤介质而受限。在不同的背景颜色下，也不能给出喷射图像的高对比度的视图。

另一可能性是，在冲击区(即例如喷射水射流所撞击到的板)设置多个开口，以便例如确定，喷射水流体通过哪个开口进入并且以何种量进入。在此不利的是，在开口的边沿处容易引起喷射射流的反射或偏转，这使得喷射图像的记录明显变得困难。如果喷射到这种冲击区上，则通过流出的水还会产生使评估变得更加困难的显著效应。

如果例如冲击区配备有多个力传感器，则一般仅能关于喷射图像的部分给出结论。

因此，用于记录喷射图像的已知的方法具有下述缺点：这些方法在最佳情况下也仅能给出好/差的结论，而不能例如给出在方向和范围方面的偏差的量化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种装置，该装置能够改进地记录喷水喷嘴的喷射图像。

本发明的目的通过根据本发明的用于记录喷水喷嘴的喷射图像的装置和用于运行该装置的方法来实现。

在本发明的意义下，术语“辐射器”应理解为能够发射光的装置。辐射器构成为，使得所述辐射器可以产生光射束或光幕，光射束在测量平面中沿着辐射轴线传播，光幕在测量平面中展开。在一个可设想的实施方式中，辐射器构成为，能够产生多个光射束。优选辐射器为激光器，即用于产生激光的装置。

在本发明的意义上，术语“光射束”应理解为由辐射器基本上以直线射出的光。光射束优选是激光射束。

在本发明的意义上，术语“光幕”应理解为包含光的面，所述光由辐射器产生，而所述面沿光的传播方向延伸。该面优选是平坦的，但也可以是不平坦的。所述面例如可以类似于挡风玻璃的形状是拱曲的。优选地，光幕是激光光幕。

光幕优选由线性激光形成。线性激光由作为辐射器的线性激光器产生。在此，不产生单个的激光射束，即由辐射器基本上以直线发出的激光。而是，激光面状地传播，使得当这些激光射在投影平面上时，可见一条线(即不存在例如在激光指示器情况下的点)。

但是也可设想的是，光幕由多个光射束、优选为激光射束形成。有利地，由此可以产生光幕，该光幕不必是平坦的：例如可以通过辐射器产生多个平行的光射束来实现弯曲的光幕，其中，当沿传播方向观察光射束时，所述光射束不是位于一个平面中，而是例如以设置在曲线上的方式显现。通过这种方式例如可以记录用于清洁弯曲的玻璃的喷水喷嘴的喷射图像。

光射束沿着辐射轴线在测量平面中传播，或者光幕在测量平面中传播。因此，测量平面包含光射束或光幕。测量平面是假想的、不受限的面。测量平面优选不在任何位置弯曲。替选地，例如当光幕具有弯曲的形状时，测量平面也可以是弯曲的。因此关于这种实施方式，术语“平面”不应理解为严格的几何形状上的意义。

摄像机可以构成为，能够拍摄图像或图像序列。摄像机例如可以是照相机或摄影机。摄像机可以拍摄特定频率范围的电磁辐射，例如可见光或红外光。摄像机还可以是高光谱摄像机。除了记录喷射图像以外，摄像机因此还可以构成为，使得所述摄像机还可以用于确定其它数据。这些数据例如可以是喷射图像的温度或温度场。还可行的是，摄像机可以辨识在喷射图像上的包含在流体中的物质并能确定所述物质的分布。

摄像机用于拍摄喷水喷嘴的喷射图像并且记录喷射图像的方位。因此，拍摄对象是喷射图像。术语“喷射图像”应理解为在光射束/光幕和喷水喷嘴的喷射水射流之间的交点或交叉区域的形状。当线状的喷射水射流与平坦的光幕相交时，例如可以产生交点。如果作为喷射水射流的扇形射流与平坦的光幕相交，则基本上会产生一条作为喷射图像的线。如果锥形射流作为喷射水射流与平坦的光幕相交，则当锥形射流垂直地射到平坦的光幕上时，基本上会产生圆形的喷射图像。因此，喷射图像还与喷射水射流射到光幕上的角度相关。

拍摄图像序列尤其具有下述优点：可以从喷射图像的动态特性中获得认知。喷射水射流的动态特性应理解为喷射水射流的形状随着时间的改变。通过拍摄喷射图像的序列例如可以识别，喷射图像是相同的或是不同的。在喷射图像不同的情况下，例如可以推断出，喷射水射流具有动态特性。此外，例如可以通过喷射图像的叠加来记录在特定时间内在光射束/光幕和喷射水射流之间的整个交叉区域。由此可以识别该交叉区域的末端方位(Endlagen)和在这些末端方位之间的水分布。从中可以确定平均的喷射图像和围绕所述平均喷射图像的散射。

摄像机具有光学轴线。在本发明的意义上，“光学轴线”应理解为摄像机的输入光学装置的光学轴线。输入光学装置是摄像机光学系统的一部分，要拍摄的对象的光射束首先射在该部分上。此外，摄像机的光学系统可以包括其他光学组件，例如镜。输入光学装置通常为摄像机的镜头。

光学轴线与测量平面相交。光学轴线优选与测量平面的光幕或光射束所处于的部分相交。但是也可设想的是，光学轴线与测量平面的不包括光幕或光射束的部分相交。在这种情况下，只要光幕或光射束位于摄像机的视野中就足够了。摄像机的视野是摄像机的图像角中能够拍摄对象的区域。视野从摄像机的输入光学装置沿着输入光学装置的光学轴线延伸。

优选地，在光学轴线和测量平面之间的交叉角基本上为90°，在此也可设想位于0°和180°之间的其它交叉角。

在本发明的意义上，表述“记录喷水喷嘴的喷射图像”包括提供关于喷射图像的信息和/或分析这些信息。在该意义上信息例如可以是喷射图像的形状或方位(例如通过给出坐标)。信息例如可以通过在屏幕上可视化或者通过存放在数据库中来提供。分析应理解为，利用所述信息，可以得出关于喷射图像的特性的有力结论。对此的示例是，比较喷射水射流的多个在短的时间序列中拍摄的喷射图像，以便获得关于喷射图像是否表现为动态的以及喷射图像的末端方位位于何处的结论。另一示例是确定喷射图像上的流体分布。

在一个优选的实施方式中，所述装置具有喷水喷嘴，该喷水喷嘴可以产生喷射水射流，在此，喷水喷嘴这样设置在支架中，使得由喷水喷嘴产生的喷射水射流的至少一部分与光射束或光幕相交。

可设想的是，喷水喷嘴根据喷水喷嘴装入其中的系统可以加载有不同的压力，使得喷射水射流可以不同的角度喷射。在这种情况下，加载这些不同的压力中的至少一个压力就足以使由喷水喷嘴产生的喷射水射流的至少一部分与光射束或光幕相交。

在本发明的意义上，术语“喷水喷嘴”不限于仅具有一个喷嘴开口的装置，流体通过所述喷嘴开口射流状地向外喷出。作为通过喷嘴开口喷出的流体(尽管名称为喷水喷嘴)不仅考虑水，而且还可考虑其它流体，例如清洁剂、防冻剂。流体也不限于液体，也可以是气态或蒸气态的。这种液体或气体或蒸汽是适宜的，它们在与由辐射器产生的光接触时产生可由摄像机拍摄的光学事件。这种可拍摄的光学事件可以是光射束在流体上的反射，例如光射束在形成喷射水射流的一部分的液滴的表面上的反射。然而，这种可拍摄的光学事件也可以是在由辐射器产生的光射束和流体之间的反应中产生的光射束，或者是在由辐射器产生的光幕和流体之间的反应中产生的光射束。因此可设想的是，特定的气体的组成成分可以通过激光射束的能量输入激发来发光。

还可设想的是，喷水喷嘴具有多个喷嘴开口。这些喷嘴开口可以形状相同或不同。这些喷嘴开口还可以相同或不同地定向。

作为喷水喷嘴例如可以考虑玻璃清洗喷嘴(用于车辆的前窗或后窗)、摄像机清洁喷嘴或用于传感器(例如用于雷达传感器、用于夜视拍摄的热成像摄像机)的清洁喷嘴。

在一个优选的实施方式中，摄像机设置为，使喷射水射流与光射束相交的区域或喷射水射流与光幕相交的区域位于摄像机的视野中。

可将喷水喷嘴设计为，使得所述喷水喷嘴能够产生特定形状的喷射水射流。还可以将喷水喷嘴设计为，使得所述喷水喷嘴可以产生具有不同形状的多个喷射水射流。

在一个优选的实施方式中，喷射水射流是扇形射流或锥形射流，也就是说，喷射水射流具有扇形或锥形的形状。在这种情况下，喷射水射流基本上是面状的或立体的形状。喷射水射流也可以是点式辐射器，即流体射流，所述流体射流基本上沿着线延伸并且所述流体射流基本上在一个点处与由辐射器产生的光射束或由辐射器产生的光幕相交。根据本发明的装置出色地适用于记录这种喷射水射流的喷射图像。

在另一优选的实施方式中，喷射水射流构成为，使得喷射图像具有肾或镰刀的形状。在一个替选的实施方式中，喷射水射流是线性的(由此其喷射图像是点状的)。

在本发明的意义上，术语“支架”应理解为用于固定或保持要检查的喷水喷嘴的装置。支架以有利的方式构成为，使喷水喷嘴固定在支架中，以使喷水喷嘴在通过产生喷射水射流而产生的反冲的情况下不(例如由于移动或扭转)改变其方位。有意义的是，喷水喷嘴可以再次从支架中被移除。

支架优选构成为，使得喷水喷嘴能够固定在支架中，使得喷嘴开口(进而喷射水射流的原点)相对于支架的空间方位和定向固定。

在一个优选的实施方式中，摄像机相对于支架的空间方位固定。这具有下述优点：在每次记录和分析喷射图像时可以采用已知的几何关系。当喷嘴开口相对于支架的空间方位和定向也固定和/或测量平面与喷嘴开口和与摄像机的空间方位固定时，这是特别有利的。由此，例如通过三角关系可以确定点状的喷射图像与喷嘴开口的竖直距离。

在一个优选的实施方式中，所述装置具有壳体，摄像机、支架和辐射器设置在该壳体中，在此，辐射器是壳体中唯一的光源。

在一个替选的实施方式中，所述装置具有壳体，摄像机、支架和辐射器设置在该壳体中，其中在壳体中存在至少一个其它光源。该其它光源可以独立于辐射器接通和关断。

还可设想的是，这些替选的实施方式这样实施，使得支架设置在壳体中，但摄像机和辐射器不设置在壳体中。替代地，壳体可以具有入口，光射束或光幕可以通过入口进入壳体中，以及还具有入口，使得在光射束/光幕和喷射水射流之间的交叉区域位于摄像机的视野中或者使所述入口为此设置。在这种情况下，所述入口可以是相同的入口或不同的入口。入口例如可以是开口或者是由可透光的材料(例如可透光的玻璃或膜)构成的窗户。

优选的是，在涉及壳体的该替选实施方式中，可以产生喷射水射流的喷水喷嘴设置在支架中，使得由喷水喷嘴产生的喷射水射流的至少一部分可以与光射束或光幕相交。

壳体具有使壳体的内腔变暗的功能。因此，壳体有利地由不透光的材料或者允许少量的光进入内腔中的材料构成。通过变暗可以更好地识别和拍摄在内腔中的光反射，这可以明显改进喷射图像的记录。

但是壳体不仅能够用于实现在光反射和周围环境之间的更好的对比度。壳体还可以用作测试室，在所述测试室中可以建立特定的测试条件。例如，在壳体中可以产生空气流，以便确定其对喷射图像的作用。在此空气流可以模拟车辆的迎面风。在测试室中还可以提供特定的温度条件，以便确定其对喷射图像的作用。

壳体还具有下述优点：壳体可以构成为，能够接收流体(例如清洁流体)。此外还可设想的是，可以再次使用被壳体接收的和/或收集的流体。

如已经阐述的，壳体可以用于实现在光反射和周围环境之间的更好的对比度。也可设想的是，借助于调谐到辐射器上的带通滤波器来实现增加对比度。这种带通滤波器的使用可能性例如在风洞中记录喷水喷嘴的喷射图像时或者在由于安全措施而必须屏蔽的区域中产生，因为例如存在爆炸的风险或者需要化学耐抗性。

在一个优选的实施方式中，所述装置具有分析单元，该分析单元对由摄像机产生的图像进行进一步处理。分析单元尤其有助于对喷射图像的自动分析。分析单元可以将关于喷射图像的重要数据存储在数据库中并例如将其用于喷射图像的对比。分析单元可以有利地确定与平均值的偏差和散射。

本发明还涉及一种用于运行根据本发明的用于记录喷水喷嘴的喷射图像的装置的方法。该方法包括下述步骤：借助喷水喷嘴产生喷射水射流，所述喷射水射流与光射束或光幕相交，并且借助摄像机拍摄喷射水射流与光射束或光幕相交的区域的图像。

在一个优选的实施方式中，所述方法包括下述步骤：借助喷水喷嘴在一定时间段内产生喷射水射流，所述喷射水射流与光射束或光幕相交，并且借助摄像机在一定时间段中拍摄下述区域的图像序列，在该区域中喷射水射流与光射束或光幕相交。图像序列的频率可以高到有如“电影”，例如每秒16个或更多个图像。但是，还可设想的是(例如，为了减少要存储的数据量)，使图像序列具有较低频率，例如8个或更少的图像，例如每秒一个图像。

在另一优选的实施方式中，所述方法包括下述步骤：借助喷水喷嘴在一定时间段内产生与光射束或光幕相交的喷射水射流，而摄像机在该时间段内将喷射水射流与光射束或光幕相交的区域长时间曝光。可将该时间段称作曝光时间。优选地，该曝光时间为至少3秒。即使喷射水射流具有动态特性，长时间曝光也是有帮助的。这也适用于例如当由于喷射水射流的动态特性，喷射图像随着时间以振荡的方式改变时的情况。

利用滤波器或利用漫射的射束，即使在环境光下，尤其是在没有壳体的情况下也可以进行拍摄。这尤其是在风洞中是有意义的。

在一个优选的实施方式中，所述方法包括下述步骤：将由摄像机拍摄的图像在分析单元中进行进一步处理。该进一步处理可以包含光学的进一步处理步骤，例如滤波。但是，该进一步处理也可以包含将图像与所存储的图像进行比较，以便确定下述信息：所拍摄的图像是否对应于所存储的图像，或者所拍摄的图像以何种方式偏离于所存储的图像。

附图说明

下面借助示出本发明的示例性实施方式的附图来说明本发明。附图中示出：

图1示出本发明装置的示例性实施方式的侧视图；

图2示出第二示例性实施方式的立体前视图。

具体实施方式

图1示出用于记录喷水喷嘴2的喷射图像的装置1的示例性实施方式。该装置包括用于要检查的喷水喷嘴2的支架(未示出)和辐射器(未示出)，所述辐射器产生光幕4，光幕4在测量平面3中展开。光幕4垂直于纸面并至少从箭头A伸展至箭头B。测量平面3也垂直于纸面并包含光幕4。

装置1具有能拍摄图像或图像序列的摄像机5。摄像机5具有与测量平面相交的光学轴线6。

所述装置1还具有喷水喷嘴2，所述喷水喷嘴2可以产生喷射水射流7。喷射水射流7是扇形射流。喷水喷嘴2这样设置在支架中，使得由喷水喷嘴2产生的喷射水射流7与光幕4相交。

摄像机5设置为，使得喷射水射流7与光幕4相交的区域位于摄像机的视野8中。所述装置1还具有分析单元(未示出)，该分析单元能够进一步处理由摄像机5产生的图像。

摄像机5、喷水喷嘴2和光幕4具有固定的布置和定向，从而尤其是它们之间的距离是固定的并且是已知的。由此例如可以通过简单的三角关系来确定喷嘴开口和由摄像机检测到的光幕与喷射水射流之间相交的区域之间的竖直距离(在此例如通过值86.1mm给出)。

图2示出装置1的另一示例性的实施方式，但该实施方式可以从前方看到光幕4。在此也可看到辐射器9，辐射器9产生光幕4。所述辐射器9为激光辐射器，因此，光幕4由激光构成。喷水喷嘴2产生射流7，射流7的形状使其产生肾状的喷射图像10(在光幕和喷射水射流之间的交叉区域)。该交叉区域完全处于摄像机5的视野8中。

Claims (9)

1.一种用于记录喷水喷嘴(2)的喷射图像(10)的装置(1)，具有：

用于要检查的所述喷水喷嘴(2)的支架；

辐射器/光发射器(9)，所述辐射器能够产生光射束或光幕(4)，所述光射束在测量平面(3)中沿着辐射轴线传播，所述光幕(4)在测量平面(3)中展开，

其特征在于

设有摄像机(5)，所述摄像机能够拍摄图像或图像序列并具有光学轴线(6)，所述光学轴线与所述测量平面(3)相交；以及

设有壳体，所述摄像机(5)、所述支架和所述辐射器/光发射器(9)设置在所述壳体中，其中所述辐射器/光发射器(9)是所述壳体中的唯一光源，或者当在所述壳体中存在其它光源时，所述其它光源能够独立于所述辐射器/光发射器(9)接通和关断，

其中所述壳体是由不透光的材料构成的。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，设有喷水喷嘴(2)，所述喷水喷嘴能够产生喷射水射流(7)，其中，所述喷水喷嘴(2)设置在所述支架中，使得由所述喷水喷嘴(2)产生的喷射水射流(7)的至少一部分与所述光射束或所述光幕(4)相交。

3.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述摄像机(5)设置为，使得所述喷射水射流(7)与所述光射束相交的区域或所述喷射水射流与所述光幕(4)相交的区域位于该摄像机的视野(8)中。

4.根据权利要求2或3所述的装置(1)，其特征在于，所述喷射水射流(7)是扇形射流或锥形射流或点射流。

5.根据权利要求1至4之一所述的装置(1)，其特征在于，所述摄像机(5)的空间位置相对于所述支架固定。

6.根据权利要求1至5之一所述的装置(1)，其特征在于，设有分析单元，所述分析单元对由所述摄像机(5)产生的图像进行进一步处理。

7.一种用于运行根据权利要求2至6之一所述的装置(1)的方法，其特征在于，借助喷水喷嘴(2)产生喷射水射流(7)，所述喷射水射流与所述光射束或所述光幕(4)相交，以及借助摄像机(5)拍摄所述喷射水射流(7)与所述光射束或所述光幕(4)相交的区域的图像。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，借助所述喷水喷嘴(2)在一定时间段内产生喷射水射流(7)，所述喷射水射流与所述光射束或所述光幕(4)相交，以及借助所述摄像机(5)在一定时间段中拍摄所述喷射水射流(7)与所述光射束或所述光幕(4)在其中相交的区域的图像序列。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，将由所述摄像机(5)拍摄的图像在所述分析单元中进行进一步处理。