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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Lichttaster oder eine Lichtschranke
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Außerdem bezieht
sich die Erfindung auf ein Testverfahren für den Verschmutzungsgrad einer Frontscheibe
eines Lichttasters oder einer Lichtschranke zum Nachweis von Objekten
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
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Ein
optischer Sensor der genannten Art und ein solches Testverfahren
sind in
DE 196 31
059 A1 offenbart.
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Ein
gattungsgemäßer Lichttaster
oder eine gattungsgemäße Lichtschranke
zum Nachweis von Objekten weist auf: Eine Strahlungsquelle zum Aussenden
von Licht, eine Sendeoptik zum Leiten des Lichts auf ein nachzuweisendes
Objekt, mindestens einen Detektor zum Nachweis von von dem Objekt reflektiertem
oder gestreutem Licht, eine Detektoroptik zum Leiten des reflektierten
oder gestreuten Lichts auf den Detektor, eine zum Schutz vor der
Sendeoptik und der Detektoroptik angebrachte Frontscheibe, die für das Licht
der Strahlungsquelle und das vom nachzuweisenden Objekt reflektierte
oder gestreute Licht durchlässig
ist und eine Zusatzquelle zum Aussenden von Zusatzlicht zum Überprüfen eines
Verschmutzungsgrads der Frontscheibe.
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Bei
einem gattungsgemäßen Verfahren
wird Licht auf ein nachzuweisendes Objekt geleitet, von dem nachzuweisenden
Objekt reflektiertes oder gestreutes Licht wird nachgewiesen und
es wird Zusatzlicht verwendet, um den Verschmutzungsgrad einer zum
Schutz vor einer Sensoroptik des Lichttasters oder der Lichtschranke
angebrachten Frontscheibe zu überprüfen.
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Die
Verschmutzung einer optischen Frontscheibe eines Lichttasters oder
einer Lichtschranke wurde bisher nur als integraler Bestandteil
der Gesamtabschwächung
der Strahlung ermittelt. Hierzu gehören die Dämpfungen der optischen Strahlung durch
Dejustage im Übertragungsweg
sowie aufgrund des Reflexionsgrads eines die optische Strahlung
reflektierenden Objekts, beispielsweise eines verschmutzten Reflektors
bei Reflexionslichtschranken oder eines dunklen, nur wenig Strahlung
reflektierenden Objekts bei Reflexionslichttastern.
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Bei
Lichttastern mit Hintergrundausblendung wird beispielsweise die
Signaldämpfung
durch geometrische Kompensation der Signale mehrerer Empfängerelemente
stark unterdrückt,
so dass bei zunehmender Verschmutzung der Frontscheibe nach langem,
scheinbar ungestörtem
Betrieb ein plötzlicher Ausfall
bei zu starker Verschmutzung erfolgen kann. Aufgrund der lange kompensierten
Verschmutzung ist eine geregelte Wartung entsprechend dem tatsächlichen
Verschmutzungsgrad hier kaum möglich.
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DIN
44030 (Lichtschranken- und Lichttaster Begriffe und Messverfahren)
gibt die Funktionsreserve als die überschüssige Leistung an, welche auf
die Lichteintrittsfläche
fällt und
vom Empfänger
bewertet wird. Die dort beschriebene Messung der Funktionsreserve
mittels Neutraldichtefiltern erfasst, wie oben beschrieben, nur
die Summe der verschiedenen Einflussfak toren auf die empfangene
Lichtleistung und bietet keinen Ansatz zur separaten Erfassung der Verschmutzung
der optischen Frontscheibe.
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Eine
Information über
den Verschmutzungsgrad einer optischen Frontscheibe eines optoelektronischen
Sensors, wie zum Beispiel einer Lichtschranke oder eines Lichttasters,
ist jedoch wesentlich für den
sicheren Betrieb und die optimale Wartung oder Reinigung der Sensoren.
Dies ist insbesondere der Fall bei Anwendungen mit hoher Staubbelastung,
wie zum Beispiel in Druckereimaschinen oder in der Zementindustrie.
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Neben
einer Verschmutzung durch staubartige Materialien können auch
Benetzungen der optischen Frontscheibe mit Flüssigkeiten den zur Objektdetektion
genutzten Strahlengang des Lichttasters oder der Lichtschranke beeinflussen
und somit seine Betriebssicherheit beeinträchtigen.
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DE 195 30 289 A1 offenbart
einen Sensor zur Sichtweiten- und Regenbelagsermittlung, welches
den Fahrer bei nicht sichtweitenangepasster Fahrgeschwindigkeit
warnt.
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DE 10 2004 015 040
A1 beschreibt eine Kamera in einem Kraftfahrzeug mit einem
Bildsensor, wobei die Kamera Primärfunktionen, wie Nachtsichtunterstützung, Spurverlassenswarnung,
Verkehrszeichenerkennung und/oder Rückfahrhilfe durch Erfassung
der optischen Strahlung des Verkehrsraums der Umgebung des Kraftfahrzeuges
sowie eine Regensensorfunktion zur Verfügung stellt.
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EP 1 507 138 A2 hat
ein Bildverarbeitungssystem zum Gegenstand, welches artfremde Materie auf
einer Scheibe des Fahrzeugs mit hoher Zuverlässigkeit detektiert.
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In
DE 102 61 923 A1 wird
eine Sensorvorrichtung zur Erfassung der Benetzung einer transparenten
Scheibe beschrieben. Hierbei wird die von einem Sender emittierte
Strahlung in die Scheibe eingekoppelt und ein von der Benetzung
der Scheibe abhängiger
Teil der unter Totalreflexion in der Scheibe geführten, eingekoppelten Strahlung
wird an wenigstens einer Oberfläche
der Scheibe aus der Scheibe ausgekoppelt und einem Empfänger zugeführt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Lichttaster oder eine Lichtschranke
bereitzustellen, bei dem oder bei der der Verschmutzungszustand
der optischen Frontscheibe besonders zuverlässig ermittelt werden kann.
Außerdem
soll ein besonders zuverlässiges
Testverfahren für
den Verschmutzungsgrad eines Lichttasters oder einer Lichtschranke
angegeben werden. In einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese
Aufgabe durch den Lichttaster oder die Lichtschranke mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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In
einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch das Testverfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
und vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
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Im
Folgenden wird ein Lichttaster oder eine Lichtschranke auch kurz
als optischer Sensor bezeichnet. Der optische Sensor der oben genannten Art
ist erfindungsgemäß dadurch
weitergebildet, dass die Zusatzquelle bezüglich der Frontscheibe so angeordnet
ist, dass das Zusatzlicht in die Frontscheibe einkoppelbar ist und
nach mehreren internen Reflexionen an einer Vorderseite der Frontscheibe aus
der Frontscheibe auskoppelbar und in dem Detektor oder einem separaten
Zusatzdetektor quantitativ nachweisbar ist und dass die Sender-Empfänger-Anordnung
für das
Zusatzlicht so angeordnet und ausgerichtet ist, dass eine Objektdetektion
mit dem Zusatzlicht ausgeschlossen ist.
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Das
Testverfahren der oben beschriebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch
weitergebildet, dass das Zusatzlicht so in die Frontscheibe eingeleitet
wird, dass das Zusatzlicht mehrmals an einer Vorderseite der Frontscheibe
intern reflektiert wird und dass das Zusatzlicht anschließend aus
der Frontscheibe ausgekoppelt wird und auf einen Detektor geleitet
und von diesem quantitativ nachgewiesen wird.
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Als
Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, das Zusatzlicht
so in die Frontscheibe einzukoppeln, dass es dort eine Vielzahl
von Reflexionen an der Vorderseite durchläuft, bevor es wieder aus der
Frontscheibe ausgekoppelt wird. Auf diese Weise kann zum einen ein
größerer Bereich
der Frontscheibe erfasst werden und außerdem können bei nur geringer, jedoch
im Wesentlichen homogener Verschmutzung wegen der Mehrfachreflexionen auch
diese geringen Verschmutzungen nachgewiesen werden.
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Das
insgesamt durch die Frontscheibe transmittierte Zusatzlicht kann
durch eine Verschmutzung sowohl verstärkt als auch gedämpft werden.
Beispielsweise tritt eine Verstärkung
auf, wenn normalerweise aus der Frontscheibe austretende Strahlenbündel durch
reflektierende Beläge,
wie zum Beispiel weißen
Papierstaub, in die Frontscheibe zurückreflektiert werden und somit
auf den Detektor zum Nachweis des Zusatzlichts gelangen. Außerdem kann
eventuell aufgrund von Streuung an einer nicht ideal glatten Oberfläche der
Frontscheibe auftretende elektromagnetische Strahlung durch Schmutz
wenigstens teilweise reflektiert und somit zusätzlich zu dem intern reflektierten
Licht empfangen werden.
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Eine
Abschwächung
des Signals kann auftreten, wenn normalerweise an der Frontscheibe
intern reflektiertes Licht durch hinreichend transparente, optisch
mit der Frontscheibe verbundene Beläge mit geeignetem Brechungsindex
zum Auskoppeln gebracht werden. Beispielsweise kann dies durch Flüssigkeitstropfen
auf der Frontscheibe erfolgen.
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Der
Sender und der Empfänger
für die
Strahlung, mit welcher die Verschmutzung der Frontscheibe nachgewiesen
wird, können
im Grundsatz beliebige Winkel zueinander einnehmen. Auch sehr große Öffnungswinkel
sind, wenn beispielsweise von Verschmutzungspartikeln auf der Frontscheibe
gestreute Strahlung ausgewertet werden soll, möglich und können vorteilhaft sein.
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Als
Licht für
die Objektdetektion und als Zusatzlicht wird bei bevorzugten Varianten
Infrarotlicht verwendet. Dies hat den Vorteil, dass keine störenden sichtbaren
Lichtpulse oder Reflexe auftreten. Es kann aber grundsätzlich auch
sichtbares oder eventuell für
Sonderanwendungen, UV-Licht verwendet werden.
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Solche
Sensoren, beispielsweise Lichtschranken oder Lichttaster, können kostengünstig realisiert
werden, wenn als Strahlungsquelle und als Zusatzquelle Leuchtdioden
verwendet werden.
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Der
Detektor kann grundsätzlich
auch ein Mehrelementedetektor, beispielsweise ein CCD-Array, ein.
Mit solchen Detektoren können
insbesondere ortsaufgelöste
Messungen, beispielsweise Triangulationsmessungen, durchgeführt werden.
Der Detektor kann auch aus mehreren einzelnen, insbesondere voneinander
getrennten Elementen bestehen.
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Der
erfindungsgemäße optische
Sensor kann grundsätzlich
auch ein Kamerasensor oder ein Vision-Sensor sein. Grundsätzlich kann
der erfindungsgemäße optische
Sensor allgemein zum Nachweis von optisch erfassbaren Strukturen,
beispielsweise auch zum Nachweis von Schrift, dienen.
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Grundsätzlich kann
für das
Zusatzlicht eine völlig
separate Sender-Anordnung gewählt
werden. Bei einer kosten-günstigen
Variante kann dabei der Detektor eine Fotodiode sein.
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Der
Nachweis des Zusatzlichts und damit von Verschmutzungen auf der
Frontscheibe ist besonders zuverlässig möglich, wenn es möglichst
keine Wechselwirkung zwischen dem zur Objektdetektion verwendeten
Licht und dem Zusatzlicht gibt.
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Zweckmäßigerweise
wird demnach die zusätzliche
Sender-Empfänger-Anordnung
für das
Zusatzlicht gerade so angeordnet und ausgerichtet, dass sie zur
Objektdetektion nicht geeignet ist, das heißt dass sie das Objekt, den
Retroreflektor oder den Sender, beispielsweise bei Einweg-Lichtschranken,
gerade nicht erfasst. Einflüsse
einer Dejustage und des Re flexionsgrads des Objekts können auf
diese Weise eliminiert und die Verschmutzung der Frontscheibe kann
erfasst werden. Zweckmäßig können demnach
die Zusatzquelle und/oder der Zusatzdetektor zum Vermeiden von Wechselwirkungen
von der Strahlungsquelle und/oder dem Detektor durch Gehäuseteile
getrennt angeordnet, insbesondere in separaten Gehäuseröhren, in
einem Sensorgehäuse untergebracht
sein.
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Besonders
bevorzugt sind der Zusatzsender und/oder der Zusatzdetektor in einem
von der Strahlungsquelle und/oder dem Detektor zur Objektdetektion
getrennten Tubus untergebracht. Um die eigentliche Objektdetektion
nicht zu beeinflussen, werden dabei die Strahlengänge der
zusätzlichen
Sender-Empfänger-Anordnung
durch separate Tuben von den zur Objektdetektion genutzten Sendern
beziehungsweise Empfängern
getrennt. Dies wird dadurch begünstigt,
dass das Zusatzlicht im Allgemeinen unter sehr flachem Eintritts-
beziehungsweise Austrittswinkel in die Frontscheibe ein- beziehungsweise
ausgeleitet wird. Solche flachen Eintritts- und Austrittswinkel
sind bei den Strahlengängen
der zur Objektdetektion genutzten Sender und Empfänger üblicherweise
nicht gegeben.
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Die
Verschmutzungsdetektion und die Objektdetektion können durch
unterschiedliche Frequenzen beziehungsweise Phasenlagen der Signale oder
unterschiedliche Abtastzeitpunkte für beide Aufgaben noch besser
voneinander getrennt werden. Beispielsweise kann die Intensität des Lichts und/oder
des Zusatzlichts moduliert werden.
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Eine
Separierung von Objektnachweis und Verschmutzungsdetektion ist dadurch
besonders einfach möglich,
dass die Strahlungsquelle und die Zusatzquelle mit unterschiedlicher
Frequenz moduliert werden. In apparativer Hinsicht ist dann zweckmäßig, dass
zum individuellen Modulie ren der Intensität des Lichts und/oder des Zusatzlichts
eine Ansteuereinrichtung für
die Strahlungsquelle und/oder die Zusatzquelle vorhanden ist.
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Schließlich kann
der Zusatzsender total asynchron zum Sender für die Objektdetektion, also zur
Strahlungsquelle, moduliert werden.
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Es
ist dann möglich,
beispielsweise für
die Verschmutzungsdetektion nur einen zusätzlichen Sender, also die Zusatzquelle,
einzusetzen und zum Nachweis des Zusatzlichts den auch für den Objektnachweis
herangezogenen Detektor zu nutzen.
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Das
von einem nachzuweisenden Objekt reflektierte oder gestreute Licht
und das durch die Frontscheibe transmittierte Zusatzlicht werden
also mit demselben Detektor nachgewiesen, so dass der Aufbau des
Sensors insgesamt einfacher gehalten werden kann.
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Ein
besonders kompakter optischer Aufbau des Sensors wird erreicht,
wenn die Frontscheibe mindestens ein die optische Abbildung formendes optisches
Element, beispielsweise eine Linse oder ein Beugungselement, etwa
ein Gitter, enthält.
Beispielsweise kann das zu bewertende Zusatzlicht, dessen Intensität durch
einen möglichen
Verschmutzungsbelag auf der Frontscheibe verändert wird, durch ein geeignet
gekrümmtes
reflektierendes Element gesammelt und auf den Detektor geleitet
werden.
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Hierbei
wird das Zusatzlicht mit Hilfe eines Spiegels auf den Detektor geleitet.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel,
welches eine hohe Variabilität
des Aufbaus gestattet, ist zum Leiten des Zusatzlichts auf die Frontscheibe
und/oder zum Leiten von aus der Frontscheibe austretendem Zusatzlicht
auf den Detektor mindestens ein Lichtleiter vorhanden. Bei kompakten und
betriebssicher arbeitenden Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Sensors
ist der Lichtleiter zum Sammeln und Leiten des durch einen möglichen Verschmutzungsbelag
auf der Frontscheibe intensitätsmäßig veränderten
Zusatzlichts auf den Detektor integraler Bestandteil der Frontscheibe
oder des Detektors.
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Vorteilhafte
Eigenschaften im Hinblick auf den Verschmutzungsnachweis können außerdem erreicht
werden, wenn die Frontscheibe zum gezielten Einkoppeln oder Auskoppeln
des Zusatzlichts mit mindestens einer lokalen Strukturierung, wobei
es sich beispielsweise um eine Beschichtung oder eine Aufrauung
handeln kann, versehen ist. Durch solch eine geeignete Strukturierung
von Zonen, insbesondere auf der Innenseite der Frontscheibe, wird
ein Auskoppeln und ein Auswerten von Strahlungsbündeln des Zusatzlichts ermöglicht,
die ohne die genannte Strukturierung aufgrund des Einfallswinkels nicht
ausgekoppelt würden,
die Frontscheibe mithin nicht verlassen würden.
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Weiterhin
kann eine solche Strukturierung, insbesondere auf der Innenseite
der Frontscheibe, auch dazu dienen, zusätzliche diffuse Strahlungsanteile
zu generieren, deren Reflexion an eventuell an der Außenseite
der Frontseite befindlichen Verschmutzungen mit Hilfe des Detektors
empfangen und ausgewertet werden können.
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Die
Empfindlichkeit der optischen Anordnung auf Benetzungen der Frontscheibe
mit Flüssigkeitstropfen
kann darüber
hinaus erhöht
werden, wenn die internen Reflexionen des Zusatzlichts in der Frontscheibe
annähernd
oder vollständig
Totalreflexionen sind. Das Zusatzlicht muss dann in einem entsprechend
flachen Winkel relativ zur Oberfläche der Frontscheibe in die
Frontscheibe eingekoppelt werden.
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Die
beschriebene Verschmutzungsdetektion muss nicht notwendig kontinuierlich
erfolgen, sondern kann beispielsweise auch nur auf externe Anforderung
hin, etwa durch eine Bedienperson oder eine Maschinensteuerung,
durchgeführt
werden. Nur auf Anforderung wird dann die Zusatzquelle eingeschaltet
und die nachgewiesene Intensität
des Zusatzlichts ausgewertet.
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Eine
Information über
Art und Grad der Verschmutzung kann erhalten werden, wenn mit Hilfe
eines Fensterkomparators eine Abweichung der Intensität des Zusatzlichts
von einem bei sauberer optischer Frontfläche ermittelten Sollwert festgestellt wird.
Ab einem bestimmten Maß wird
eine solche Abweichung dann als Verschmutzung bewertet.
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Zweckmäßigerweise
kann weiterhin nicht nur eine einfache Unterscheidung zwischen sauberer und
verschmutzter optischer Frontscheibe getroffen werden, sondern anhand
des Maßes
der Signaländerung
kann eine Unterscheidung in unterschiedliche Verschmutzungskategorien,
wie beispielsweise leichte, wesentliche und kritische Verschmutzung, getroffen
werden.
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Bei
einer Verfahrensvariante, bei der die Intensität des durch die Frontscheibe
transmittierten Zusatzlicht bewertet und im Hinblick auf unterschiedliche
Verschmutzungskategorien ausgewertet wird, ist eine gezielte Wartung
und Reinigung möglich.
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Mit
einem Fensterkomparator, der dem Detektor oder dem Zusatzdetektor
nachgeschaltet ist, kann insbesondere sowohl eine Signalerhöhung als auch
eine Signalabschwächung
im Strahlengang des Zusatzlichts nachgewiesen werden. Auch hieraus kann
eine Information über
die Art der Verschmutzung, etwa Benetzung durch eine Flüssigkeit
oder anhaftende Staubteilchen, gewonnen werden.
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In
vorrichtungsmäßiger Hinsicht
ist dann zum Auswerten des nachgewiesenen Zusatzlichts eine Auswerteeinrichtung
mit einem Fensterkomparator vorhanden.
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Insbesondere
kann aus einer Veränderung der
Intensität
des transmittierten Zusatzlichts auch eine Information gewonnen
werden, über
die Benetzung der Frontscheibe, beispielsweise mit Kondens- oder
Regenwasser, oder eine mögliche
Vereisung der Frontscheibe. Beispielsweise kann ein Betauungs- oder
Vereisungszustand von optoelektronischen Sensoren in Kühllagern
ermittelt werden. Hierbei können
Wassertropfen oder Reif die ordnungsgemäße Funktion des Sensors beeinträchtigen,
so dass eine interne oder eine externe Heizung des Sensors oder
jedenfalls der optischen Frontscheibe notwendig ist. Die Intensität des durch
die Frontscheibe transmittierten Zusatzlichts kann also als Indikator
für eine
Benetzung oder Vereisung der Frontscheibe und insbesondere auch
zur Regelung einer Frontscheibenheizung verwendet werden.
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Besonders
vorteilhaft können
die erfindungsgemäßen Sensoren
außerdem
in Druckmaschinen eingesetzt werden.
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Bei
einer besonders kompakten Variante des erfindungsgemäßen Sensors
weisen die Sendeoptik und die Detektoroptik gemeinsame optische
Elemente auf und es ist ein Strahlteiler zum Separieren von Sende-
und Detektorstrahlengang vorhanden. Gemeinsame optische Elemente
können
beispielsweise als Teil einer Autokollimationsoptik vorgesehen sein. Der
Strahlteiler, der zum Trennen von von der Strahlungsquelle gesendetem
und vom Detektor nachzuweisendem Licht dient, kann ein teil- oder
halbdurchlässiger
Spiegel sein. Neben räumlichen
Vorteilen und dem Aufbau mit weniger Komponenten zeichnen sich solche
Sensorvarianten insbesondere dadurch aus, dass im Wesentlichen kein
Blindbereich vorhanden ist und demnach Sensoren mit einer Reichweite von
praktisch Null realisiert werden können.
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Weitere
Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Sensors und des erfindungsgemäßen Testverfahrens
werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert.
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Hierin
zeigen:
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1 in
schematischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel
eines Sensors mit einem zweiten Detektor;
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2 in
schematischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Sensors;
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3 eine
weitere Ansicht des Sensors aus 1 mit Flüssigkeitstropfen
auf der Frontscheibe;
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4 eine
weitere Ansicht des Sensors aus 1 mit Verschmutzungspartikeln
auf der Frontscheibe;
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5 eine
schematische und geschnittene Detailansicht der Frontscheibe; und
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6 eine
weitere schematische und geschnittene Detailansicht der Frontscheibe
mit einem Verschmutzungsteilchen.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Sensors
und das erfindungsgemäße Testverfahren
werden mit Bezug auf die 1 sowie 3 und 4 erläutert. Äquivalente
Komponenten sind in den Figuren insgesamt jeweils mit denselben
Bezugszeichen versehen.
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Der
in den 1, 3 und 4 gezeigte Sensor 100 weist
als wesentliche Bestandteile eine Strahlungsquelle 10,
eine Sendeoptik 14, einen Zusatzdetektor 60, einen
Detektor 30 mit einer Detektoroptik 34 und eine
Frontscheibe 40 auf, die zum Schutz der Sendeoptik 14 und
der Detektoroptik 34 vor diesen Komponenten angeordnet
ist. Es ist außerdem
eine Zusatzquelle 80 vorhanden.
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Der
Sensor arbeitet wie folgt: Die Strahlungsquelle 10 sendet
Licht 12 aus, das von der als stilisierte Linse angedeuteten
Sendeoptik 14 entlang einer optischen Achse 16 zunächst durch
die für
das Licht 12 transparente Frontscheibe 40 und
im Anschluss auf ein nachzuweisendes Objekt 20 geleitet wird.
Von dem nachzuweisenden Objekt 20 zurückgeworfenes, also reflektiertes
oder gestreutes Licht 22, gelangt nach erneutem Durchtritt
durch die Frontscheibe 40 auf die ebenfalls durch eine
stilisierte Linse dargestellte Detek toroptik 34 mit einer
optischen Achse 36. Die Detektoroptik 34 leitet
das von dem nachzuweisenden Objekt reflektierte oder gestreute Licht 22 auf
den Detektor 30, wo es nachgewiesen wird.
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Die
Zusatzquelle 80 sendet durch Pfeile veranschaulichtes Zusatzlicht 82 aus,
welches unter flachem Winkel in die Frontscheibe 40 eingekoppelt wird.
Nach einer Mehrzahl von internen Reflexionen an einer Vorderseite 42 und
einer Rückseite 44 der Frontscheibe 40 tritt
das Zusatzlicht 82 wieder aus der Frontscheibe 40 aus,
trifft auf einen Zusatzdetektor 60 auf und wird von diesem
quantitativ nachgewiesen. Ein geringer Teil des Zusatzlichts 82 tritt
bei jedem Reflexionsvorgang aus der Frontscheibe aus. Der interne
Einfallswinkel des Zusatzlichts 82 auf die durch die Vorderseite 42 der
Frontscheibe 40 gebildete Grenzfläche ist deshalb zwar nahe bei
dem Einfallswinkel für
Totalreflexion, erreicht diesen aber nicht ganz. Diese Konfiguration
hat den Vorteil, dass die, wenn auch geringen, durch Pfeile 83 veranschaulichten
Strahlungsanteile, die aus der Frontscheibe 40 bei jedem
Reflexionsvorgang austreten, auf eventuelle Verschmutzungen, die
sich auf der Frontscheibe 40 befinden können, reagieren können. Eine
solche Konstellation ist in 4 dargestellt,
wo sich zwei schematisch veranschaulichte Verschmutzungspartikel 72, 74 direkt
an beziehungsweise etwas beabstandet vor der Frontscheibe 40 befinden.
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Die
aus der Frontscheibe 40 austretenden Strahlungsanteile,
veranschaulicht durch Pfeile 83, werden von diesen Partikeln 72, 74 zurückgeworfen und
gelangen somit, beispielhaft dargestellt als Pfeil 86,
ebenfalls auf den Detektor 60.
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Die
Verschmutzungspartikel führen
somit zu einer Erhöhung
der im Detektor 60 nachgewiesenen Intensität.
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Kommt
es dagegen zu einer Benetzung der Vorderseite 42 der Frontscheibe 40 mit
Flüssigkeitstropfen 70,
wie schematisch in 3 gezeigt, tritt aufgrund der
veränderten
Brechungsindizes an der optischen Grenzfläche mehr Zusatzlicht aus der Frontscheibe 40 aus.
Diese Lichtanteile sind in 3 durch
Pfeile 84 dargestellt. Nach Austritt aus den Flüssigkeitstropfen 70 unter
erneuter Brechung verlässt
dieses Licht, dargestellt durch Pfeile 85, den Sensor 100 und
kann somit nicht mehr von Detektor 60 nachgewiesen werden.
Eine Verminderung der vom Detektor 60 nachgewiesenen Intensität deutet somit
auf eine Benetzung der Vorderseite 42 der Frontscheibe 40 hin.
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Bei
dem in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Sensor wird das Zusatzlicht 82 durch
einen Spiegel 90 auf den Detektor 30, der auch
zum Objektnachweis verwendet wird, gelenkt. Das auf den Detektor 30 gespiegelte
Zusatzlicht ist durch einen Pfeil 92 dargestellt. Gegenüber 1 sind
somit im optischen Aufbau weniger Komponenten nötig. Allerdings müssen die
im Detektor 30 nachgewiesenen Signale durch geeignete Modulation
des Lichts 12 und des Zusatzlichts 82 getrennt
werden. Im Übrigen entspricht
die Funktion des in 2 dargestellten Sensors derjenigen
des in den 1 sowie 3 und 4 gezeigten
Beispiels.
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Details
der Reflexion des Zusatzlichts 82 innerhalb der Frontscheibe 40 werden
anhand der schematischen 5 und 6 erläutert.
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In 5 ist
dargestellt, wie das in die Frontscheibe 40 eintretende
Zusatzlicht 82 in den Bereichen 43 an der Vorderseite 42 sowie
im Bereich 45 an der Rückseite 44 der
Frontscheibe 40 reflektiert wird. Die Frontscheibe 40 ist
an der Rückseite 44 im Bereich 46 außerdem mit
einer Strukturierung 50, beispielsweise einer Beschichtung
oder einer Aufrauung, versehen, die ein definiertes Auskoppeln des Zusatzlichts 82 aus
der Frontscheibe 40 ermöglicht.
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Eine
weitere Anwendungsmöglichkeit
einer solchen Strukturierung 50 ist in 6 dargestellt. Dort
entstehen durch die Strukturierung 50 zusätzliche,
durch Pfeile 87 dargestellte Lichtanteile, die aus der
Frontscheibe 40 aufgrund des veränderten Einfallswinkels auf
die Grenzfläche
austreten und auf ein eventuell vorhandenes Verschmutzungspartikel 72 reagieren
können.
Von dem Verschmutzungspartikel 72 zurückreflektiertes oder gestreutes
Licht 88 kann dann als Signalerhöhung im Detektor 30 nachgewiesen
werden.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiger optoelektronischer
Sensor zur Detektion von Objekten bereitgestellt, welcher beispielsweise
als Lichtschranke oder als Lichttaster arbeiten kann. Der Sensor 30 weist
wenigstens ein Senderelement und/oder wenigstens ein Empfängerelement
auf, die in einem Gehäuse
angeordnet sind. Zum Durchtritt der Strahlung nach außen und
zum Objekt sowie zum Eintritt der vom Objekt reflektierten oder
gestreuten Strahlung in den Sensor und auf das Empfängerelement
ist das Gehäuse
mit einer optischen Frontscheibe versehen.
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Der
Sensor weist weiterhin mindestens ein weiteres Senderelement auf.
Innerhalb der Frontscheibe reflektierte Strahlung wird erfasst und
eine eventuelle Verstärkung
oder Abschwä chung
infolge zusätzlicher
Reflexion an Verschmutzungsteilchen oder Auskopplung aufgrund reflektierender
oder benetzender Beläge
können
als Maß für die Menge
und die Art einer Verschmutzung der Frontscheibe durch eben diese
unerwünschten
Beläge
ausgewertet werden.