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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Sichtsystem mit Stroboskopefffekt,
wobei bei einer kontinuierlichen Beleuchtung ein Stroboskopeffekt
für den Betrachter
oder ein Bilderfassungssystem mittels einer in ihrer Schaltzeit
einstellbaren elektrochromen Durchsichteinheit erzeugt wird.
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Elektrochrome
Durchsichtseinheiten sind seit langem bekannt. Unter einer Durchsichtseinheit wird
dabei eine durchsichtige Glas- oder Kunststoffscheibe verstanden,
gegebenenfalls auch mehrlagig, die dergestalt ausgerüstet ist,
dass unter Anlegung einer Spannung diese verdunkelt oder aufgehellt werden
kann. Mithin können
derartige elektrochrome Durchsichteinheiten mittels geeigneter Schaltungseinrichtungen
so geschaltet werden, dass eine Durchsicht möglich ist oder alternativ eine
Verdunkelung und damit keine Durchsicht erfolgt. Zum allgemeinen
technischen Umfeld von Elektrochromen wird nur beispielhaft auf
die
EP 0 886 804 , WO 96/003475,
EP 0 622 660 oder
EP 0 735 408 verwiesen.
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Eine
bekannte Anwendung der genannten elektrochromen Durchsichteinheiten,
insbesondere elektrochromer Gläser,
ist deren Verwendung in sogenannten automatischen Schweißschilden.
Beim Schweißen,
insbesondere Elektroschweißen,
muss der Schweißer
zum Schutze seines Augenlichtes den Schweißvorgang durch eine getönte Scheibe,
dem Schweißschild
verfolgen.
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Bei
den bekannten automatischen Schweißschilden ist, solange kein
Schweißvorgang
stattfindet, die Sichtscheibe auf klar, d.h. durchsichtig geschaltet.
Bei Beginn des Schweißvorganges
wird der Lichtbogen durch eine Photozelle registriert und mittels
nachfolgender elektronischer Schaltung das Sichtglas auf Verdunkelung
geschaltet. Bei Beendigung oder Unterbrechung des Schweißvorganges
erfolgt unter Steuerung der genannten Photozelle die Rückschaltung
des Sichtglases auf Durchsicht. So werden von der Firma 3M, USA
unter dem Handelsnamen Speedglas derartige elektrochrome Sichtfenster
vertrieben, die Schaltzeiten von 0,1 Millisekunden oder weniger
aufweisen. Unter Schaltzeit wird dabei die Zeit der Umschaltung
zwischen dem Zustand durchsichtig und verdunkelt, bzw. umgekehrt,
verstanden.
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Stroboskopeinrichtungen
sind ebenfalls seit langem bekannt. Derartige Einrichtungen dienen
insbesondere zur Beobachtung schnellablaufender zyklischer oder
oszillierender Vorgänge,
wie beispielsweise der Rotation von Kurbelwellen oder Ähnlichem.
Zur Beobachtung der genannten zyklischen Vorgänge werden mittels der Stroboskopeinrichtung jeweils
Lichtblitze erzeugt, die der Frequenz oder einem ganzzahligen Bruch
der Frequenz des zu beobachtenden Vorganges entsprechen. Anders
ausgedrückt
ist die Frequenz des zyklischen Vorganges gleich der Frequenz der
Lichtblitze oder ein ganzzahliges Vielfaches davon. Hierdurch wird
dem Auge des Betrachters ein stehendes Bild vorgegaukelt, was die genauere
Betrachtung einer ausgesuchten Phase des genannten zyklischen Vorganges
ermöglicht. Beispielhaft
seien hier nur die Erstellung von Ventilen oder Schaltern genannt,
die kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit arbeiten.
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Die
zuvor genannten stroboskopischen Verfahren weisen jedoch den Nachteil
auf, dass die Verfahren nur in einer abgedunkelten, bzw. einer hinreichend
dunklen Umgebung durchgeführt
werden können.
Letzteres ist nachteilig, insbesondere bei der Anwendung der Stroboskopverfahren
bei größeren Maschinen
oder Maschinenbauteilen, da die zu untersuchenden Maschinen entweder
in einen verdunkelten Raum geschafft werden müssen oder die Verfahren nur
bei Nacht angewendet werden können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung bereitzustellen,
mit der stroboskopische Untersuchungen ohne weitergehende Verdunkelung
des Umfeldes des zu untersuchenden Objektes durchgeführt werden
können.
Weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung der
zuvor genannten Art bereitzustellen, die von dem jeweiligen Benutzer
am Mann getragen werden kann. Weitere Teilaufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es eine Vorrichtung der genannten Art bereitzustellen,
die kostengünstig
herzustellen ist.
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Gelöst werden
die Aufgaben nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches. Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Soweit
nachfolgend im Sinne der vorliegenden Beschreibung der Begriff Beobachter
verwendet wird, so umfaßt
dieser sowohl einen natürlichen
Beobachter, wie einen Menschen oder technische Bilderfassungssysteme,
wie Kameras. Soweit nachfolgend der Begriff Bilderfassungsorgan
verwendet wird, so umfaßt
dies sowohl das menschliche oder tierische Auge, als auch den Einfallsbereich
für Lichtbilder
mit nachgeschalteten Bilderfassungseinrichtungen eines technischen
Bilderfassungssystems. Beispielhaft sei hier die Eingangsoptik einer
Kamera genannt.
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Die
vorliegende Erfindung geht den Weg, den Beobachter und/oder das
Bilderfassungsorgan des Beobachters einer verdunkelten Umgebung
auszusetzen. Die verdunkelte Umgebung kann in Form eines abgedunkelten
Raumes hergestellt werden oder alternativ durch eine lichtdichte
Brille oder einen lichtdichten Helm für einen natürlichen Beobachter. Bei einem
technischen Bilderfassungssystem kann dies durch einen lichtdichten
Vorsatz vor dem Bilderfassungsorgan erfolgen.
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Im
Weiteren weist das erfindungsgemäße Sichtsystem
wenigstens eine Sichtscheibe auf, wobei die Sichtscheibe elektrochrome
Eigenschaften hat. Weiterhin wird erfindungsgemäß die Sichtscheibe mittels
einer Steuereinrichtung angesteuert, wobei unter Wirkung der Steuereinrichtung
die Sichtscheibe wechselweise auf durchsichtig oder verdunkelt geschaltet
wird. Die Frequenz der zuletzt genannten Schaltung kann durch den
Bediener mittels der Steuereinrichtung wahlweise frei eingestellt
werden oder optional mittels weiterer Sensoren. Zu Letzteren werden
nachfolgend noch gesonderte Ausführungen
gemacht.
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Die
vorliegende Erfindung geht damit den Weg, das Stroboskop-Verfahren
nach dem Stande der Technik, wobei das zu untersuchende Objekt verdunkelt
sein muß und
mit Lichtblitzen erhellt wird, umzukehren, wobei der Beobachter
und/oder das Bilderfassungsorgan des Beobachters verdunkelt wird und
das zu untersuchende Objekt in herkömmlicher Weise kontinuierlich
beleuchtet wird. Der Stroboskopeffekt wird durch Verdunkeln sowie
Klarschalten der Sichtscheibe mit einstellbaren Schaltzeiten erreicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert, die
eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Sichtgerätes darstellt, nämlich als
durch einen natürlichen
Beobachter tragbare Brille. Dabei zeigen:
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1 das
erfindungsgemäße Sichtgerät in seiner
Ausführungsform
als Brille in Klarschaltung;
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2 das
erfindungsgemäße Sichtgerät nach 1 in
Dunkelschaltung;
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3 ein
erfindungsgemäßes Sichtgerät nach 1 mit
einer Sicherheitsschaltung.
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1 zeigt
das erfindungsgemäße Sichtgerät 1 in
einer Ausführungsform
als Brille, getragen durch den natürlichen Beobachter 2.
Das Sichtgerät 1 umfaßt die elektrochromen
Sichtgläser 3.
Je nach Ausführungsform
des Sichtgerätes 1 kann
das Sichtglas als eine durchgehende Fläche oder mehrere einzelne Sichtgläser ausgeführt werden.
Im zuletzt genannten Fall sind bei einem natürlichen Beobachter die Sichtgläser 3 den
jeweiligen Bilderfassungsorganen 9, welche bei einem natürlichen
Beobachter durch die Augen dargestellt sind, zugeordnet. Im Weiteren
umfaßt
das erfindungsgemäße Sichtgerät eine Verdunkelungseinrichtung 4.
Die Verdunkelungseinrichtung 4 ist so ausgelegt, daß sie jeglichen Lichteinfall
außer
durch die Sichtgläser 3 verhindert. In
der dargestellten Ausführungsform
erfolgt dies durch die das Brillengestell 5 umlaufende
Sichtblende.
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Das
Steuergerät 6 ist
mittels Steuerkabel 7 mit der Ansteuereinrichtung 10 verbunden.
Die Ansteuereinrichtung 10 schaltet die Sichtgläser in die
jeweiligen Zustände
durchsichtig und verdunkelt. Die Ansteuereinrichtung 10 umfaßt die nötigen Baugruppen
zur Ansteuerung der Sichtgläser 3.
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Die
Frequenz der Umschaltung der Sichtgläser 3 wird mittels
Steuereinrichtung 6 gesteuert. Hierzu kann der Bediener
mittels der manuellen Regelung 8 eine Frequenz zur Umschaltung
dem Steuergerät 6 eingeben,
wonach das Steuergerät 6 die
entsprechenden Steuersignale an die Ansteuereinrichtung 10 übermittelt.
Die Ansteuereinrichtung 10 umfaßt an sich bekannte Baugruppen,
zur jeweiligen Steuerung des Schaltungszustandes der Sichtgläser 3.
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In
anderen Ausführungsformen
des Sichtgerätes 1 als
tragbarer Helm oder stationäre
Einrichtung können
die Baugruppen der Steuereinrichtung 6 sowie der Ansteuereinrichtung 10 in
geeigneter Weise zusammengefasst werden.
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Optional
kann die Steuereinrichtung 6 mit wenigstens einem weiteren
externen Sensoren und/oder Gebereinrichtungen versehen werden.
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Ein
geeigneter externer Sensor ist beispielhaft in der Induktionszange 11 dargestellt.
Diese Ausführungsform
ist insbesondere geeignet für
die stroboskopische Untersuchung von Verbrennungsmotoren oder anderen
Einrichtungen mit elektrischer Zündung.
Dabei wird mit der Induktionszange 11 der Zündimpuls
erfaßt
und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 6 abgegeben.
Unter Wirkung dieses einkommenden Signales steuert die Steuereinrichtung 6 die
Schaltzeiten der Sichtgläser 3.
Dabei kann die Frequenz der Schaltung der Sichtgläser 3 zwischen
dem Schaltzustand durchsichtig und verdunkelt der Frequenz entsprechen,
die mittels der Induktionszange 11 abgenommen wird. Die
Ansteuerung der Sichtgläser 3 in
einem ganzzahligen Bruch der mit der Induktionszange 11 abgenommenen
Frequenz ist ebenfalls möglich.
Es liegt auf der Hand, daß mit
der dargestellten Ausführungsform
stroboskopische Untersuchungen an Motoren oder ähnlichem in einfacher Weise
möglich
sind. Dabei wird die Grundfrequenz des zu untersuchenden Vorganges durch
den externe Sensor, hier die Induktionszange 11, abgenommen
und die Sichtgläser
entsprechend dieser abgenommenen Frequenz geschaltet. Dem Beobachter
erscheint damit als stillstehendes Bild die Phase des zu untersuchenden
zyklischen oder oszillierenden Vorganges, die mit dem Eingangssignal des
externen Sensors korreliert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist es möglich
mittels Handsteuerung 8 der Steuereinrichtung 6 das
externe Signal in seiner Phase zu verschieben. Durch diesen Kunstgriff
kann das mittels der erfindungsgemäßen Sichteinrichtung 1 erzeugte stehendes
Bild des zyklischen oder oszillierenden Vorganges schrittweise beliebig
der zu untersuchenden Phase angepasst werden. Um bei dem Beispiel eines
Verbrennungsmotors zu bleiben, kann mittels der genannten Phasenverschiebung
jegliche Stellung eines rotierenden Teiles wie die Kurbelwelle oder
eines oszillierenden Teils, wie einem Ventil, als Standbild dargestellt
werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann die Steuereinrichtung 6 durch ein externes Taktsignal
angesteuert werden. Beispielhaft ist in der 1 eine Anschlußeinrichtung 12 für ein externes
Taktsignal dargestellt. Das externe Taktsignal gibt der Steuereinrichtung 6 den
Grundzyklus zur Ansteuerung des Sichtgerätes 1 vor. Das Sichtgerät 1 kann
wahlweise in der gleichen Taktfrequenz wie das externe Taktsignal
geschaltet werden oder in ganzzahligen Bruchteilen hiervon. Geeigneter
Weise kann das externe Taktsignal durch die manuelle Regelung 8 in
der zuvorgenannten Weise phasenverschoben werden.
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2 zeigt
das erfindungsgemäße Sichtgerät nach 1 mit
verdunkelten Sichtgläsern 3.
Im Betrieb schalten die Sichtgläser 3 in
zuvor genannter Weise zwischen dem Zustand verdunkelt und durchsichtig,
entsprechend den Darstellungen nach 2 sowie 1.
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3 zeigt
eine Sicherheitsausführung
des erfindungsgemäßen Sichtgerätes in Form
einer Brille für
einen natürlichen
Beobachter. In der genannten Sicherheitsausführung sind jeweils zwei Sichtgläser vorgesehen,
die den einzelnen Augen des Beobachters zugeordnet sind. Dabei ist
eines der Sichtgläser erfindungsgemäß ausgeführt und
schaltet in der gewünschten
Frequenz zwischen durchsichtig und nicht durchsichtig, um den Stroboskopeffekt
zu erzeugen. Das andere Glas kann wahlweise ein Klarglas sein. In
einer Unterausführungsform
kann das zweite Sichtglas ebenfalls als elektrochromes Sichtglas 3 ausgeführt sein,
wobei dieses beständig
auf durchsichtig geschaltet ist. In der zuletzt genannten Ausführungsform
werden die Sichtgläser
somit unabhängig
voneinander von der Steuerungseinrichtung 6 angesteuert.
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Die
letztgenannte Ausführungsform
ist besonders vorteilhaft, da sie in einfacher Weise realisiert
werden kann, ausgehend von der Hauptausführungsform gemäß 1 oder 2,
wobei die einzelnen Sichtgläser
unabhängig
voneinander geschaltet werden. Die genannte unabhängige Schaltung, wobei
eines der Sichtgläser
getaktet geschaltet ist und das zweite Sichtglas beständig auf
klar geschaltet ist, wird im Folgenden auch Sicherheitsschaltung genannt.
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Insbesondere
die Ausführungsform
einer durch einen natürlichen
Beobachter tragbaren Brille, die wahlweise mit vollständigem Stroboskopbetrieb, d.h.
beide Sichtgläser
werden getaktet geschaltet, oder Sicherheitsschaltung betrieben
werden kann, ist besonders vorteilhaft.
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Die
Ausführungsform
mit Sicherheitsschaltung weist den Vorteil auf, dass der Beobachter
das durch das Sichtgerät 1 erzeugte
Standbild 1 nur auf einem Auge sieht. Gleichzeitig wird
auf dem zweiten Auge weiterhin das bewegte Bild gesehen. Hierdurch wird
vermieden, dass der Beobachter durch die ständige Betrachtung des scheinbar
stillstehenden Vorganges darüber
getäuscht
wird, dass er sich in der Nähe
rotierender oder bewegter Maschinenteile befindet. Ein irrtümliches
Hineingreifen oder Hineingeraten in die bewegten Maschinenteile
wird hierdurch vermieden.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Sichtgerätes 1,
bei dem der Beobachter 2 als Bilderfassungssystem ausgeführt ist.
Dargestellt ist beispielhaft eine Videokamera bekannter Art mit
einer Linsenoptik als Bilderfassungsorgan 9. Aus zeichnerischen
Gründen
ist eine Explosionsdarstellung gewählt, wobei das erfindungsgemäße Sichtgerät 1 nicht
mit dem Bilderfassungsorgan 9 verkoppelt ist. Das Sichtgerät 1 weist
weiterhin die Verdunkelungseinrichtung 4 auf, die bei bestimmungsgemäßen Gebrauch
einen Seitenlichteinfall zwischen dem Sichtglas 3 und dem
Bilderfassungsorgan 9 verhindert. In der dargestellten
Ausführungsform
ist die Verdunkelungseinrichtung 4 als Hülse ausgeführt, die
mit geeigneten Mitteln, wie beispielsweise üblichen Schraubverschlüssen an
dem Bilderfassungsorgan oder geeigneten Einrichtungen hieran befestigt
werden kann. Erfindungswesentlich ist dabei allein, dass jeglicher
seitlicher Lichteinfall vermieden wird. Dies kann durch geeignete
Vorsätze
geschehen, die beispielsweise in für Zusatzlinsen vorhandene Verschraubungen
eingepaßt
werden.
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Die
Sichteinrichtung 1 weist wie zuvor beschrieben in Beobachtungsrichtung
das elektrochrome Sichtglas 3 auf. Weiterhin weist die
Sichteinrichtung in der dargestellten Ausführungsform die Ansteuereinrichtung 10 auf,
zur unmittelbaren Ansteuerung des Sichtglases 3.
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Entsprechend
den Ausführungen
zu den 1 bis 3 weist das erfindungsgemäße Sichtsystem
noch die Steuereinrichtung 6 auf, die mit dem Steuerkabel 7 mit
der Ansteuereinrichtung 10 verbunden ist. Weiterhin kann
die Steuereinrichtung 6 die Handsteuerung 8 aufweisen
sowie weitere Einrichtungen zur Eingabe eines externen Taktsignals, dargestellt
durch die Anschlußeinrichtung
für ein
externes Taktsignal 12 und/oder zur Aufnahme eines externen
Signales, dargestellt durch die Induktionszange 11.
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In
der in 4 dargestellten Ausführungsform ist das Sichtglas 3 auf
dunkel geschaltet. Übergehend
zu 4 ist die Sichteinrichtung 1 eingestellt, wobei
das Sichtglas 3 auf durchsichtig geschaltet ist. In 5 sind
aus zeichnerischen Gründen
sowohl der Beobachter 2 als auch die Steuereinrichtung 6 mit
jeweilig zugehörigen
Baugruppen weggelassen worden.
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Die
Schaltung des Sichtglases 3 auf durchsichtig entspricht
dem Zustand der Sichteinrichtung, bei dem entweder wechselweise
im Takt mit der Dunkelschaltung des Sichtglases 3 die Beobachtung
des zyklischen Vorganges stattfindet oder einer Dauerschaltung auf
durchsichtig, bei der der zyklische Vorgang ohne Stroboskopwirkung
beobachtet werden kann.
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Eine
weitere nicht dargestellte Ausführungsform
umfasst ein stationäres
Sichtsystem mit Stroboskopeffekt. In der stationären Ausführungsform ist die Verdunkelungseinrichtung
ein betretbarer Raum, in dem sich der Beobachter aufhalten kann.
Es versteht sich, dass unter dem Beobachter ein natürlicher
Beobachter oder ein technisches Bilderfassungssystem verstanden
wird.
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Das
elektrochrome Sichtglas ist in dieser Ausführungsform in wenigstens eine
der Außenseiten
des Raumes angebracht, entsprechend einem Fenster. Diese Ausführungsform
eignet sich insbesondere für
stationäre
Messstände
oder andere Einrichtungen, bei denen die Bewegung von Großgeräten kontinuierlich
beobachtet werden muss. Beispielhaft seien hier nur Motorenmessstände oder
Turbinenhallen genannt. Erfindungswesentlich ist dabei alleine,
dass die Lichtverhältnisse
dergestalt sind, dass die zu beobachtende Vorrichtung hinreichend einer
kontinuierlichen Beleuchtung ausgesetzt ist, während beobachterseitig eine
ausreichende Verdunkelung besteht.
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- 1
- Sichteinrichtung
- 2
- Beobachter
- 3
- Sichtglas
- 4
- Verdunkelungseinrichtung
- 5
- Brillengestell
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- Steuerkabel
- 8
- Handsteuerung
- 9
- Bilderfassungsorgan
- 10
- Ansteuereinrichtung
- 11
- Induktionszange
- 12
- Anschlusseinrichtung
externes Taktsignal