DE102021201017A1 - Measuring system for determining the condition of a hydraulic fluid - Google Patents

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Jochen Hoerer
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem (20) zur Zustandsüberwachung eines Hydraulikfluides, wobei eine Leitung (30) für das Hydraulikfluid vorgesehen ist, wobei die Leitung (30) zumindest abschnittsweise (32) transparent für Licht ist, wobei eine erste Lichtquelle (41) außen an der Leitung (30) angeordnet ist, wobei ein erster Lichtdetektor (40) außen an der Leitung (30) gegenüberliegend zur ersten Lichtquelle (41) an der Leitung (30) angeordnet ist, wobei die Transparenz (32; 32a; 32b) der Leitung (30) so gewählt ist, dass Licht von der ersten Lichtquelle (41) durch das Hydraulikfluid innerhalb der Leitung (30) zum ersten Lichtdetektor (40) gelangen kann.Erfindungsgemäß umfasst der erste Lichtdetektor (40) eine Optik (51) und einen Bildsensor (50), wobei der Bildsensor (50) eine Vielzahl von in einem zweidimensionalen Raster angeordneten Einzelsensoren (52) umfasst, die jeweils lichtempfindlich sind, wobei die Optik (51) so ausgelegt und angeordnet ist, dass sie eine Vergrößerung des mit der ersten Lichtquelle (41) auf den Bildsensor (50) projizierten Bildes des Hydraulikfluids bewirkt.The invention relates to a measuring system (20) for monitoring the condition of a hydraulic fluid, a line (30) being provided for the hydraulic fluid, the line (30) being transparent to light at least in sections (32), a first light source (41) being on the outside of the line (30), a first light detector (40) being arranged on the outside of the line (30) opposite the first light source (41) on the line (30), the transparency (32; 32a; 32b) of the line (30) is selected so that light from the first light source (41) can pass through the hydraulic fluid within the line (30) to the first light detector (40). According to the invention, the first light detector (40) comprises an optical system (51) and an image sensor (50), wherein the image sensor (50) comprises a multiplicity of individual sensors (52) arranged in a two-dimensional grid, which are each light-sensitive, the optics (51) being designed and arranged in such a way that they increase the m ith the first light source (41) on the image sensor (50) projected image of the hydraulic fluid causes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine verteilte Messanordnung mit wenigstens einem derartigen Messsystem und ein Verfahren zum Betrieb des Messsystems.The invention relates to a measuring system according to the preamble of claim 1, a distributed measuring arrangement with at least one such measuring system and a method for operating the measuring system.

Aus dem Artikel „COPS - Combined Oil quality and Particle measurement System“ (von T. Bley, E. Pignanelli und A. Schütze, erschienen in „2012 Sixth International Conference on Sensing Technology (ICST)“, Seite 561ff) ist ein Messsystem zur Bestimmung der Qualität von Öl bekannt. Hierbei wird das Öl durch eine Messküvette geleitet und beispielsweise mit Infrarotlicht durchstrahlt, wobei das aus der Messküvette austretende Licht mittels einer Fotodiode gemessen wird. Um darüber hinaus eine Information über die im Öl enthaltenen Partikel zu erhalten, wird das Öl mit Laserlicht bestrahlt, wobei das aus der Messküvette austretende Laserlicht mittels einer Fotodiode gemessen wird. Die Verwendung von Laserstrahlen ist aufwändig und teuer. Es lassen sich nur vergleichsweise wenige Information über die im Öl mitschwimmenden Partikel gewinnen.From the article "COPS - Combined Oil quality and Particle measurement System" (by T. Bley, E. Pignanelli and A. Schütze, published in "2012 Sixth International Conference on Sensing Technology (ICST)", page 561ff) is a measurement system for Known to determine the quality of oil. In this case, the oil is passed through a measuring cuvette and irradiated with infrared light, for example, with the light emerging from the measuring cuvette being measured using a photodiode. In order to obtain additional information about the particles contained in the oil, the oil is irradiated with laser light, with the laser light emerging from the measuring cuvette being measured using a photodiode. The use of laser beams is complex and expensive. Only comparatively little information can be obtained about the particles floating in the oil.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Messsystems besteht darin, dass auf außerordentlich kostengünstige Weise vergleichsweise viele Kennzahlen gewonnen werden können, die den Zustand eines Hydraulikfluids charakterisieren. Bei dem Hydraulikfluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit und höchst vorzugsweise um Mineralöl. Die vielen Kennzahlen können in der Folge zusammen betrachtet werden, um eine Aussage darüber zu erhalten, ob das Hydraulikfluid weiter verwendbar ist oder nicht. Die Messvorrichtung wird vorzugsweise unmittelbar an hydraulischen Anlagen oder Fahrzeugen verwendet, um beispielsweise zu entscheiden, wann ein Wechsel des Hydraulikfluids notwendig ist. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung benötigt wenig Bauraum, so dass sie an Orten eingesetzt werden kann, die bisher für eine Qualitätsüberwachung des Hydraulikfluids unzugänglich waren. Weiter lässt sich die gleiche Messvorrichtung zur Überwachung verschiedener Hydraulikfluide einsetzen, die sich hinsichtlich der Alterungsprozesse unterscheiden. Weiter kann die Partikelzahl nach ISO 44060:99 bestimmt werden. Weiter kann die Form der Partikel bestimmt und zahlenmäßig charakterisiert werden. Weiter können Gasblasen im Hydraulikfluid erkannt werden. Weiter können Informationen über genaue chemische Bindungen ermittelt werden, wodurch eine Analyse des chemischen Zustands des Hydraulikfluids ermöglicht wird.One advantage of the measuring system according to the invention is that a comparatively large number of key figures which characterize the state of a hydraulic fluid can be obtained in an extremely cost-effective manner. The hydraulic fluid is preferably a liquid and most preferably mineral oil. The many key figures can subsequently be viewed together in order to obtain a statement as to whether the hydraulic fluid can still be used or not. The measuring device is preferably used directly on hydraulic systems or vehicles, for example to decide when the hydraulic fluid needs to be changed. The measuring device according to the invention requires little installation space, so that it can be used in places that were previously inaccessible for monitoring the quality of the hydraulic fluid. Furthermore, the same measuring device can be used to monitor different hydraulic fluids that differ with regard to the aging processes. The particle number can also be determined according to ISO 44060:99. Furthermore, the shape of the particles can be determined and characterized numerically. Gas bubbles can also be detected in the hydraulic fluid. Furthermore, information about precise chemical bonds can be determined, which enables an analysis of the chemical state of the hydraulic fluid.

Gemäß Anspruch 1 wird vorgeschlagen, dass der erste Lichtdetektor eine Optik und einen Bildsensor umfasst, wobei der Bildsensor eine Vielzahl von in einem Raster angeordneten Einzelsensoren umfasst, die jeweils lichtempfindlich sind, wobei die Optik so ausgelegt und angeordnet ist, dass sie eine Vergrößerung des mit der ersten Lichtquelle auf den Bildsensor projizierten Bildes des Hydraulikfluids bewirkt. Es ist denkbar, dass die Leitung vollständig transparent ist, wobei sie beispielsweise aus Glas besteht. Man spricht dann von einer Messküvette. Vorzugsweise wird das Messsystem mit einem Hydraulikfluid verwendet, welches unter einem Druck steht, welcher den Umgebungsdruck übersteigt. Meist wird es sich hierbei um den Druck um Tank des Hydrauliksystems bzw. den Niederdruck handeln. Der Druck kann beispielsweise 30 bar betragen. Dann wird vorzugsweise eine Leitung aus Metall verwendet, welche transparente Abschnitte oder kleine Fenster aus transparentem Material aufweist. Die erste Lichtquelle sendet vorzugsweise im für den Menschen sichtbaren Bereich des Farbspektrums Licht aus. Bei dem Bildsensor kann es sich um einen CCD- oder einen CMOS-Bildsensor handeln. Vorzugsweise ist der Bildsensor so ausgelegt, dass er ein digitales Standbild erzeugen kann. Dem Bildsensor kann ein fotografischer Verschluss zugeordnet sein, mit welchem sich die Belichtungszeit steuern lässt. Es ist aber auch denkbar, die Belichtungszeit über den Bildsensor selbst zu steuern. Dem Bildsensor kann eine fotografische Blende zugeordnet sein, mit der sich einerseits die Tiefenschärfe der optischen Abbildung und andererseits die auf den Bildsensor eintreffende Lichtmenge steuern lässt. Unter der genannten Vergrößerung soll verstanden werden, dass ein Partikel, welcher sich in der Ebene der größten Bildschärfe befindet, auf dem Bildsensor größer abgebildet wird, als er tatsächlich ist. Die genannten Einzelsensoren sind untereinander vorzugsweise identisch ausgebildet. According to claim 1 it is proposed that the first light detector comprises optics and an image sensor, the image sensor comprising a plurality of individual sensors arranged in a grid, each of which is light-sensitive, the optics being designed and arranged in such a way that they increase the size of the the first light source causes the image of the hydraulic fluid projected onto the image sensor. It is conceivable that the line is completely transparent, being made of glass, for example. One then speaks of a measuring cuvette. The measuring system is preferably used with a hydraulic fluid which is under a pressure which exceeds the ambient pressure. In most cases, this will be the pressure in the tank of the hydraulic system or the low pressure. The pressure can be 30 bar, for example. Then preferably a line made of metal is used, which has transparent sections or small windows made of transparent material. The first light source preferably emits light in the human-visible range of the color spectrum. The image sensor can be a CCD or a CMOS image sensor. The image sensor is preferably designed in such a way that it can generate a digital still image. A photographic shutter can be assigned to the image sensor, with which the exposure time can be controlled. However, it is also conceivable to control the exposure time via the image sensor itself. A photographic aperture can be assigned to the image sensor, with which the depth of field of the optical image on the one hand and the amount of light incident on the image sensor on the other hand can be controlled. The magnification mentioned is to be understood as meaning that a particle which is located in the plane of greatest image sharpness is imaged larger on the image sensor than it actually is. The individual sensors mentioned are preferably designed to be identical to one another.

Das Raster ist vorzugsweise ein orthogonales Raster. Die Teilung des Rasters ist in beiden Richtungen vorzugsweise konstant. Die Teilung des Rasters ist in beiden Richtungen vorzugsweise gleich. Der Bildsensor kann im sichtbaren und/oder im infraroten Bereich des Lichtspektrums empfindlich sein.The grid is preferably an orthogonal grid. The pitch of the grid is preferably constant in both directions. The pitch of the grid is preferably the same in both directions. The image sensor can be sensitive in the visible and/or in the infrared range of the light spectrum.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.Advantageous developments and improvements of the invention are specified in the dependent claims.

Es kann vorgesehen sein, dass die Optik so ausgelegt ist, dass auf jeden Einzelsensor ein Bereich in einer Ebene der größten Bildschärfe abgebildet wird, dessen größte Querabmessung höchstens 4 µm, vorzugsweise höchstens 1 µm, beträgt. In der Folge sind alle in der ISO 44060:99 definierten Partikelzahlen zuverlässig bestimmbar.Provision can be made for the optics to be designed in such a way that an area in a plane of greatest image sharpness is imaged on each individual sensor, the greatest transverse dimension of which is at most 4 μm, preferably at most 1 μm. As a result, all particle numbers defined in ISO 44060:99 can be reliably determined.

Es kann vorgesehen sein, dass die Einzelsensoren jeweils farbempfindlich sind. Für die weiter unten erläuterte Bestimmung der Anzahl, der Größe und der Form der Partikel reicht grundsätzlich aus, einen Schwarz-Weiß-Bildsensor zu verwenden. Ein Farb-Bildsensor ist aber heute üblich. Im Rahmen der Erfindung können die sich dadurch ergebenen Möglichkeiten beispielsweise genutzt werden, um die Farbe des Hydraulikfluids zu bestimmen. Weiter kann die Farbe der Partikel berücksichtigt werden, insbesondere, wenn Abrieb von eingefärbten Bauteilen im Hydraulikfluid vorhanden ist. Die Einzelsensoren können jeweils drei gesonderte Untersensoren aufweisen, welche hinsichtlich unterschiedlicher Bereiche des Farbspektrums lichtempfindlich sind, beispielsweise hinsichtlich rotem, grünem und blauem Licht.It can be provided that the individual sensors are each color-sensitive. For the determination of the number, the size, explained below and the shape of the particles is basically sufficient to use a black-and-white image sensor. However, a color image sensor is common today. Within the scope of the invention, the resulting possibilities can be used, for example, to determine the color of the hydraulic fluid. The color of the particles can also be taken into account, in particular if there is abrasion from colored components in the hydraulic fluid. The individual sensors can each have three separate sub-sensors which are light-sensitive with regard to different areas of the color spectrum, for example with regard to red, green and blue light.

Es kann vorgesehen sein, dass dem ersten Lichtdetektor eine zweite Lichtquelle zugeordnet ist, welche auf der gleichen Seite der Leitung angeordnet ist wie der erste Lichtdetektor, wobei die Transparenz der Leitung so ausgelegt ist, dass Licht von der zweiten Lichtquelle, welches vom Hydraulikfluid in der Leitung reflektiert wird, zum Bildsensor gelangen kann. Es hat sich gezeigt, dass Partikel aus Metall das Licht deutlich stärker reflektieren als Partikel, die aus anderen Materialien bestehen. Mit dem weiter unten erläuterten Verfahren kann also u.a. festgestellt werden, wie hoch der Anteil an metallischen Partikeln im Hydraulikfluid ist. Metallische Partikel deuten beispielsweise auf Verschleiß im Hydrauliksystem hin.Provision can be made for the first light detector to be assigned a second light source, which is arranged on the same side of the line as the first light detector, the transparency of the line being designed such that light from the second light source, which is emitted by the hydraulic fluid in the Line is reflected, can reach the image sensor. It has been shown that metal particles reflect light much more strongly than particles made of other materials. The method explained below can be used to determine, among other things, how high the proportion of metallic particles in the hydraulic fluid is. Metallic particles, for example, indicate wear in the hydraulic system.

Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein zweiter Lichtdetektor benachbart zur Leitung angeordnet ist, wobei der zweite Lichtdetektor einen einzigen Lichtsensor umfasst, welcher einen einzigen, skalaren Messwert ausgibt, wobei dem wenigstens einen zweiten Lichtdetektor wenigstens eine dritte Lichtquelle zugeordnet ist. Die wenigstens eine dritte Lichtquelle kann sich auf der dem zweiten Lichtdetektor gegenüberliegenden Seite der Leitung und/oder auf der gleichen Seite der Leitung befinden, so dass wahlweise eine Transmissions- oder eine Reflexionsmessung durchgeführt werden kann. Es ist denkbar, dass einem zweiten Lichtdetektor beide Arten von dritten Lichtquellen zugeordnet sind, welche im Wechsel verwendet werden. Eine erste Art der dritten Lichtquelle strahlt überwiegend sichtbares Licht ab, wobei eine zweite Art der dritten Lichtquelle überwiegend infrarotes Licht abstrahlt.Provision can be made for at least one second light detector to be arranged adjacent to the line, with the second light detector comprising a single light sensor which outputs a single, scalar measured value, with at least one third light source being assigned to the at least one second light detector. The at least one third light source can be located on the side of the line opposite the second light detector and/or on the same side of the line, so that a transmission or a reflection measurement can be carried out as desired. It is conceivable that both types of third light sources, which are used alternately, are assigned to a second light detector. A first type of third light source primarily emits visible light, while a second type of third light source primarily emits infrared light.

Es kann vorgesehen sein, dass zumindest einem zweiten Lichtdetektor wenigstens ein optischer Farbfilter zugeordnet ist, welcher im Lichtweg zwischen der wenigstens einen dritten Lichtquelle und dem zugeordneten zweiten Lichtdetektor angeordnet ist. Bei der Alterung von Hydraulikfluid entstehen bestimmte chemische Verbindungen im Hydraulikfluid. Diese werden durch Infrarotlicht eines sehr spezifischen spektralen Bereichs in Schwingung versetzt, so dass dieser spektrale Bereich absorbiert wird. Andere spektrale Bereiche des Infrarotlichts werden im Wesentlichen ungehindert transmittiert. Die optischen Farbfilter sind so gewählt, dass der zugeordnete zweite Lichtdetektor auf eben diesen Teil des Farbspektrums empfindlich ist. In der Folge kann festgestellt werden, ob einer der genannten chemischen Verbindungen im Hydraulikfluid vorhanden ist oder nicht, wobei auch eine entsprechende Quantifizierung möglich ist. Durch die Verwendung optischer Filter kann der auszuwertende Teil des Farbspektrums sehr viel präziser abgegrenzt werden, als dies durch die eine digitale Auswertung der digitalen Standbilder des Bildsensors möglich wäre. Weiter ist eine Messung im infraroten Bereich des Farbspektrums ohne Weiteres möglich und wird bevorzugt auch durchgeführt. Bei dem zweiten Lichtdetektor kann es sich beispielsweise um eine Fotodiode handeln.It can be provided that at least one optical color filter is assigned to at least one second light detector, which is arranged in the light path between the at least one third light source and the assigned second light detector. When hydraulic fluid ages, certain chemical compounds are formed in the hydraulic fluid. These are set in motion by infrared light of a very specific spectral range, so that this spectral range is absorbed. Other spectral ranges of infrared light are transmitted essentially unhindered. The optical color filters are selected in such a way that the associated second light detector is sensitive to precisely this part of the color spectrum. As a result, it can be determined whether one of the chemical compounds mentioned is present in the hydraulic fluid or not, with a corresponding quantification also being possible. By using optical filters, the part of the color spectrum to be evaluated can be delimited much more precisely than would be possible with digital evaluation of the digital still images of the image sensor. Furthermore, a measurement in the infrared range of the color spectrum is easily possible and is preferably also carried out. The second light detector can be a photodiode, for example.

Es kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei zweite Lichtdetektoren vorgesehen sind, die in unterschiedlichen Bereichen des Farbspektrums empfindlich sind, wobei die zugeordneten transparenten Abschnitte der Leitung in Richtung des betreffenden Lichtwegs unterschiedlich dick sind. Vorzugsweise ist daran gedacht, dass wenigstens ein zweiter Lichtdetektor im Infrarotbereich arbeitet, wobei zumindest ein weiterer zweiter Lichtdetektor im sichtbaren Bereich oder in einem anderen Abschnitt des infraroten Spektralbereichs arbeitet. Im sichtbaren Bereich können ohne Weiteres sehr dicke transparente Abschnitte in der Leitung verwendet werden, wobei diese bis zu 20 mm dick sein können. Im Infrarotbereich werden demgegenüber dünne transparente Abschnitte der Leitung bevorzugt, die beispielsweise 0,05 mm oder 0,1 mm dick sind. Der transparente Abschnitt besteht beispielsweise aus Glas oder einem lichtdurchlässigen Kristall, wobei vorzugsweise CaF2, BaF2, KBr, NaCl, Ge, SiO2 oder ZnSe verwendet werden. Vorzugsweise ist daran gedacht, den zweiten Lichtdetektor in das Glas oder einen lichtdurchlässigen Kristall einzubetten, um eine geringe optisch wirksame Dicke des transparenten Abschnitts zu erhalten, wobei der transparente Abschnitt dennoch dem Druck innerhalb der Leitung stand hält.Provision can be made for at least two second light detectors to be provided, which are sensitive in different areas of the color spectrum, the associated transparent sections of the line having different thicknesses in the direction of the relevant light path. It is preferably considered that at least one second light detector works in the infrared range, with at least one further second light detector working in the visible range or in another section of the infrared spectral range. In the visible range, very thick transparent sections can easily be used in the line, which can be up to 20 mm thick. In the infrared range, on the other hand, thin transparent sections of the line are preferred, which are, for example, 0.05 mm or 0.1 mm thick. The transparent portion is made of glass or a transparent crystal, for example, and CaF 2 , BaF 2 , KBr, NaCl, Ge, SiO 2 or ZnSe is preferably used. It is preferably thought of embedding the second light detector in the glass or a transparent crystal in order to obtain a small optically effective thickness of the transparent section, the transparent section nevertheless withstanding the pressure within the line.

Schutz wird außerdem für eine verteilte Messanordnung mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Messsystem beansprucht, wobei eine einzige zentrale Datenauswertevorrichtung vorgesehen ist, welche räumlich entfernt von dem wenigstens einen Messsystem angeordnet ist, wobei die zentrale Datenauswertevorrichtung über eine Computer-Netzwerkverbindung mit allen Messsystemen verbunden ist. Die Datenauswertevorrichtung umfasst vorzugsweise einen programmierbaren Digitalrechner, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren programmiert ist. Die Computer-Netzwerkverbindung basiert vorzugsweise auf dem Internet-Protokoll. Sie kann drahtgebunden beispielsweise nach dem Ethernet-Standard ausgeführt sein. Sie kann aber auch drahtlos, beispielsweise nach den Standards WLAN, Bluetooth, GSM, LTE oder 5G, ausgeführt sein, wobei auch Mischformen denkbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise auf der zentralen Datenauswertevorrichtung ausgeführt, so dass an dem einzelnen Messsystem wenig Rechenleistung installiert werden muss. Dadurch können beispielsweise bei einer Flotte mit einer Vielzahl von Fahrzeugen oder Anlagen mit hydraulischen Funktionen die gewonnenen Informationen über das Hydraulikfluid an einer Stelle zusammengeführt werden, um die Wartung der Fahrzeuge bzw. der Anlagen zu koordinieren. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit einer Offline-Auswertung verwendet wird, die benachbart zum Bildsensor durchgeführt wird.Protection is also claimed for a distributed measurement arrangement with at least one measurement system according to the invention, with a single central data evaluation device being provided which is spatially remote from the at least one measurement system, with the central data evaluation device being connected to all measurement systems via a computer network connection. The data evaluation device preferably includes a programmable digital computer which is programmed according to the method according to the invention. The computer network connection is preferably based on the Internet Protocol. It can be wired, for example, according to the Ethernet standard. However, it can also be wireless, for example according to the WLAN, Bluetooth, GSM, LTE or 5G standards, although mixed forms are also conceivable. The method according to the invention is preferably carried out on the central data evaluation device, so that little computing power has to be installed on the individual measuring system. As a result, for example in a fleet with a large number of vehicles or systems with hydraulic functions, the information obtained about the hydraulic fluid can be brought together at one point in order to coordinate the maintenance of the vehicles or systems. It goes without saying that the present invention is also used in connection with an offline evaluation that is carried out adjacent to the image sensor.

Schutz wird außerdem für ein Verfahren beansprucht, wobei ein erfindungsgemäßes Messsystem verwendet wird, wobei mit dem Bildsensor wenigstens ein digitales Standbild aufgenommen wird, wobei das wenigstens eine digitale Standbild einer digitalen Filterung unterzogen wird, wobei die Filterung so gewählt ist, dass sich ein gefiltertes Standbild ergibt, bei dem jedem Pixel ein einziger Farbwert mit zwei möglichen Farbzuständen zugeordnet ist. Die digitale Filterung kann eine Ausfilterung bestimmter Bereiche des Farbspektrums umfassen, wobei sich als Ergebnis ein digitales Standbild ergibt, bei dem jedes Pixel einen einzigen skalaren Farbwert hat. Man spricht hier auch von einem Graustufenbild. Beim ursprünglichen Farbbild hat ein Pixel dagegen drei Farbwerte. An die genannte Farbfilterung kann sich eine Kontrastverstärkung anschließen, bei welcher den skalaren Farbwerten, die unter einem vorgegebenen Schwellwert liegen, ein erster Farbzustand zugeordnet wird, wobei allen anderen skalaren Farbwerten ein zweiter Farbzustand zugeordnet wird. Die genannten Pixel (Picture Elements) entsprechen vorzugsweise dem Messwert eines Einzelsensors bzw. den Messwerten der entsprechenden drei Untersensoren. Als digitale Filter können alle Filter zum Einsatz kommen, die beispielsweise die Bildbearbeitungssoftware Gimp (https://github.com/GNOME/gimp) zur Verfügung stellt.Protection is also claimed for a method in which a measurement system according to the invention is used, with at least one digital still image being recorded with the image sensor, with the at least one digital still image being subjected to digital filtering, with the filtering being selected in such a way that a filtered still image is obtained results in which each pixel is assigned a single color value with two possible color states. Digital filtering can involve filtering out certain regions of the color spectrum, the result being a still digital image in which each pixel has a single scalar color value. This is also referred to as a grayscale image. In the original color image, on the other hand, a pixel has three color values. The color filtering mentioned can be followed by a contrast enhancement, in which a first color state is assigned to the scalar color values that are below a predetermined threshold value, with a second color state being assigned to all other scalar color values. The named pixels (picture elements) preferably correspond to the measured value of an individual sensor or the measured values of the corresponding three sub-sensors. All filters that are available, for example, in the image editing software Gimp (https://github.com/GNOME/gimp) can be used as digital filters.

Es kann vorgesehen sein, dass zusammenhängende Bereiche des gefilterten Standbildes bestimmt werden, die einheitlich einen zweiten Farbwert aufweisen. Die zusammenhängenden Bereiche entsprechen in erster Näherung jeweils einem Partikel, welches vom Hydraulikfluid mitgeführt wird.It can be provided that contiguous areas of the filtered still image are determined, which uniformly have a second color value. In a first approximation, the contiguous areas each correspond to a particle that is carried along by the hydraulic fluid.

Es kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der zusammenhängenden Bereiche in einem vorgegebenen Auswertebereich des gefilterten digitalen Bildes ermittelt wird. Die genannte Anzahl ist eine Kennzahl, welche die Verschmutzung des Hydraulikfluids charakterisiert. Das gefilterte Standbild ist typischerweise rechteckig, wobei der Auswertebereich beispielsweise kreisrund sein kann. Damit hängt der gewonnene Zahlenwert nicht von der Drehlage des Bildsensors relativ zur Leitung ab. Der Auswertebereich kann auch das gesamte gefilterte Standbild umfassen.It can be provided that the number of contiguous areas in a predetermined evaluation area of the filtered digital image is determined. The number mentioned is a key figure that characterizes the contamination of the hydraulic fluid. The filtered still image is typically rectangular, with the evaluation area being able to be circular, for example. This means that the numerical value obtained does not depend on the rotational position of the image sensor relative to the line. The evaluation area can also include the entire filtered still image.

Es kann vorgesehen sein, dass eine größte und/oder eine kleineste Querabmessung zumindest eines zusammenhängenden Bereichs bestimmt wird. Die entsprechenden Kennzahlen sind ein Indiz für den Ursprung des betreffenden Partikels. Vorzugsweise werden alle zusammenhängenden Bereiche im Auswertebereich ausgewertet, wobei eine statistische Häufigkeitsverteilung der genannten Querabmessungen ermittelt wird. Dabei werden vorzugsweise mehrere Abmessungsklassen gebildet, die sich jeweils über einen Teilbereich der möglichen Querabmessungen erstrecken, wobei die Anzahl der in eine Abmessungsklasse fallenden, gemessenen Querabmessungen bestimmt wird.It can be provided that a largest and/or a smallest transverse dimension of at least one contiguous area is determined. The corresponding key figures are an indication of the origin of the particle in question. All contiguous areas in the evaluation area are preferably evaluated, with a statistical frequency distribution of the transverse dimensions mentioned being determined. In this case, a plurality of dimension classes are preferably formed, each of which extends over a sub-range of the possible transverse dimensions, with the number of measured transverse dimensions falling into a dimension class being determined.

Es kann vorgesehen sein, dass ein Quotient aus der größten und der kleinsten Querabmessung ermittelt wird. Alternativ kann ein Quotient aus der größten Querabmessung und einer Querabmessung orthogonal zur größten Querabmessung bestimmt werden. Die genannten Quotienten bilden jeweils eine Kennzahl, welche die Form der Partikel charakterisiert. Diese ist wiederum ein Indiz für die Herkunft der Partikel. Wenn der Quotient in der Nähe von Eins liegt, könnte es sich um Gasblasen im Hydraulikfluid handeln, wobei der entsprechende zusammenhängende Bereich gewünschtenfalls von der Auswertung ausgeschlossen wird, da Gasblasen kein Indiz für die Alterung des Hydraulikfluids sind. Es ist auch denkbar, dass für diese Fälle eine gesonderte Kennzahl gebildet wird.Provision can be made for a quotient to be determined from the largest and smallest transverse dimension. Alternatively, a quotient of the largest transverse dimension and a transverse dimension orthogonal to the largest transverse dimension can be determined. The quotients mentioned each form a key figure which characterizes the shape of the particles. This in turn is an indication of the origin of the particles. If the quotient is close to one, there could be gas bubbles in the hydraulic fluid, with the corresponding connected area being excluded from the evaluation if desired, since gas bubbles are not an indication of the aging of the hydraulic fluid. It is also conceivable that a separate indicator is created for these cases.

Es kann vorgesehen sein, dass mit dem Bildsensor ein erstes digitales Standbild unter Verwendung der ersten Lichtquelle aufgenommen wird, wobei ein zweites digitales Standbild unter Verwendung der zweiten Lichtquelle in kurzem zeitlichen Abstand zum ersten digitalen Standbild aufgenommen wird, wobei durch einen Vergleich des ersten mit dem zweiten digitalen Standbild ermittelt wird, ob ein Partikel aus Metall besteht. Hierfür wird ausgenutzt, dass Partikel aus Metall das Licht vergleichsweise stark reflektieren, so dass diese Partikel im zweiten digitalen Standbild vergleichsweise hell sind. Der genannte kurze zeitliche Abstand kann zwischen 0,1 ms und 10 ms betragen. Im Rahmen der Datenauswertung wird vorzugsweise berücksichtigt, dass sich das strömende Hydraulikfluid in dem kurzen zeitlichen Abstand etwas weiterbewegt hat. Die Reihenfolge, in der das erste und das zweite digitale Standbild aufgenommen werden, kann beliebig gewählt werden.Provision can be made for a first digital still image to be recorded with the image sensor using the first light source, with a second digital still image being recorded using the second light source at a short time interval from the first digital still image, with a comparison of the first with the second digital still image it is determined whether a particle consists of metal. For this purpose, use is made of the fact that metal particles reflect the light comparatively strongly, so that these particles are comparatively bright in the second digital still image. Said short time interval can be between 0.1 ms and 10 ms. As part of the data evaluation, it is preferably taken into account that the flowing hydraulic fluid has moved somewhat further in the short time interval. The order in which the first and the second digital still image to be recorded can be chosen arbitrarily.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Farbe des Hydraulikfluids bestimmt wird, indem mit dem Bildsensor ein drittes digitales Standbild aufgenommen wird, wobei die erste bzw. die zweite Lichtquelle gegenüber der Bestimmung einzelner Partikel mit einer reduzierten Helligkeit betrieben wird. Aus dem dritten digitalen Standbild wird vorzugsweise eine gemittelte Farbe über einen Auswertebereich ermittelt, wobei diese Farbe die Farbe des Hydraulikfluids charakterisiert.It can be provided that a color of the hydraulic fluid is determined by recording a third digital still image with the image sensor, with the first or the second light source being operated with a reduced brightness compared to the determination of individual particles. An average color over an evaluation area is preferably determined from the third digital still image, this color characterizing the color of the hydraulic fluid.

Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine, mittels des Bildsensors gewonnene Kennzahl und wenigstens eine, mittels des wenigstens einen zweiten Lichtdetektors gewonnene Kennzahl verwendet werden, um den Zustand des Hydraulikfluids zu charakterisieren. Im einfachsten Fall wird der Zustand des Hydraulikfluids mit den beiden Zuständen „Hydraulikfluid in Ordnung“ und „Hydraulikfluid nicht in Ordnung“ charakterisiert. Mit dem Bildsensor können beispielsweise folgende Kennzahlen gewonnen werden:

  • - gesamte Partikelanzahl innerhalb des Auswertebereichs
  • - Partikelanzahlen in verschiedenen Partikelgrößenklassen innerhalb des Auswertebereichs
  • - Partikelanzahlen in verschiedenen Formklassen innerhalb des Auswertebereichs
  • - Mittelwert der Farbe über den gesamten Auswertebereich
  • - Differenz des ersten und des zweiten Standbilds, wobei vorzugsweise eine maximale Differenz als Kennzahl verwendet wird.
It can be provided that at least one characteristic number obtained by means of the image sensor and at least one characteristic number obtained by means of the at least one second light detector are used to characterize the state of the hydraulic fluid. In the simplest case, the state of the hydraulic fluid is characterized by the two states “hydraulic fluid OK” and “hydraulic fluid not OK”. For example, the following key figures can be obtained with the image sensor:
  • - total number of particles within the evaluation range
  • - Particle numbers in different particle size classes within the evaluation range
  • - Number of particles in different shape classes within the evaluation range
  • - Mean value of the color over the entire evaluation range
  • - Difference between the first and the second still image, a maximum difference preferably being used as a key figure.

Die Kennzahl, welche mit einem zweiten Lichtdetektor gewonnen wird, ist vorzugsweise dessen Messwert oder dessen über eine vorgegebene Zeitspanne gemittelter Messwert.The index, which is obtained with a second light detector, is preferably its measured value or its measured value averaged over a predetermined period of time.

Es kann vorgesehen sein, dass die genannten Kennzahlen mittels einer Diskriminanzanalyse und/oder einer logarithmischen Regression und/oder einer linearen Regression ausgewertet werden, um den Zustand des Hydraulikfluids zu charakterisieren. Zur Diskrimanzanalyse wird beispielsweise auf die Internetseite https://de.wikipedia.org/wiki/Diskriminanzanalyse verwiesen. Zur Logarithmischen Regression wird beispielsweise auf die Internetseite https://de.wikipedia.org/wiki/Logistische Regression verwiesen. Beide Verfahren eröffnen die Möglichkeit, im Rahmen der Datenauswertung besonders viele Kennzahlen zu verwenden. Hierdurch kann selbst dann zuverlässig auf den Zustand des Hydraulikfluids geschlossen werden, wenn die verwendeten Kennzahlen die tatsächlichen Verhältnisse nur ungenau wiedergeben.It can be provided that the specified key figures are evaluated by means of a discriminant analysis and/or a logarithmic regression and/or a linear regression in order to characterize the state of the hydraulic fluid. For example, reference is made to the website https://de.wikipedia.org/wiki/Diskriminanzanalyse for discriminant analysis. For logarithmic regression, reference is made to the website https://de.wikipedia.org/wiki/Logistic Regression, for example. Both methods open up the possibility of using a particularly large number of key figures in the context of data evaluation. As a result, the state of the hydraulic fluid can be reliably inferred even if the key figures used only imprecisely reflect the actual conditions.

Im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung ist mehrfach von einem Standbild die Rede. Es versteht sich, dass mit dem Bildsensor auch Videos bzw. bewegte Bilder aufgenommen werden können, wobei das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Einzelbild des Videos durchgeführt wird, welches einem Standbild entspricht.Within the scope of the present patent application, a still image is mentioned several times. It goes without saying that videos or moving images can also be recorded with the image sensor, with the method according to the invention being carried out with an individual image of the video which corresponds to a still image.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 eine grobschematische Ansicht einer verteilten Messanordnung, welche ein erfindungsgemäßes Messsystem umfasst;
  • 2 ein digitales Standbild, welches mit dem Bildsensor aufgenommen wurde; und
  • 3 ein gefiltertes Standbild.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
  • 1 a rough schematic view of a distributed measurement arrangement, which includes a measurement system according to the invention;
  • 2 a digital still image captured by the image sensor; and
  • 3 a filtered still image.

1 zeigt eine grobschematische Ansicht einer verteilten Messanordnung 10, welche ein erfindungsgemäßes Messsystem 20 umfasst. Das Messsystem 20 umfasst eine Leitung 30, in deren Innerem das zu untersuchende Hydraulikfluid entlang der Fließrichtung 23 fließt. Bei dem Hydraulikfluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit und höchst vorzugsweise um Öl. Die Leitung 30 wird vorliegend von einem Metallrohr gebildet, welches mit mehreren transparenten Abschnitten 32; 32a - 32f versehen ist, welche jeweils in der Art eines Fensters aus Glas oder einem transparenten Kristall ausgebildet sind. Anstelle eines Rohres kann auch ein Metallblock mit einer Bohrung verwendet werden. Es ist aber auch denkbar, die Leitung vollständig aus einem transparenten Material, insbesondere aus Glas, herzustellen. 1 shows a rough schematic view of a distributed measurement arrangement 10, which includes a measurement system 20 according to the invention. The measuring system 20 comprises a line 30 inside which the hydraulic fluid to be examined flows along the direction of flow 23 . The hydraulic fluid is preferably a liquid and most preferably is oil. In the present case, the line 30 is formed by a metal tube which is provided with a plurality of transparent sections 32; 32a - 32f each formed in the manner of a window of glass or transparent crystal. A metal block with a bore can also be used instead of a tube. However, it is also conceivable to produce the line entirely from a transparent material, in particular from glass.

Außerhalb der Leitung ist eine erste Lichtquelle 41 angeordnet, die beispielsweise sichtbares Licht ausstrahlt. Das entsprechende Licht tritt durch den transparenten Abschnitt 32a in die Leitung 30 ein, durchstrahlt das Hydraulikfluid und tritt durch den transparenten Abschnitt 32b auf der gegenüberliegenden Seite wieder aus der Leitung 30 aus. Dort ist ein erster Lichtdetektor 40 vorgesehen, welcher eine Optik 51 und einen Bildsensor 50 umfasst. Die Optik 51 ist stark vereinfacht als optische Linse dargestellt, wobei es sich tatsächlich um eine vergrößernde Optik handelt, wie sie beispielsweise bei einem Mikroskop vorzufinden ist. Der Bildsensor 50 umfasst eine Vielzahl von untereinander identischen Einzelsensoren 52, die rasterartig verteilt über eine rechteckige oder eine quadratische Fläche angeordnet sind. Ein einzelner Einzelsensor 52 ist innerhalb von 1 vergrößert dargestellt. Dieser umfasst jeweils drei Untersensoren 53, die jeweils hinsichtlich unterschiedlicher Bereiche des Farbspektrums lichtempfindlich sind, beispielsweise hinsichtlich der Farben rot, grün und blau. Der Bildsensor 50 kann in CCD- oder in CMOS-Bauweise ausgeführt sein. A first light source 41, which emits visible light, for example, is arranged outside the line. The corresponding light enters the line 30 through the transparent section 32a, shines through the hydraulic fluid and exits the line 30 again through the transparent section 32b on the opposite side. A first light detector 40 is provided there, which includes an optical system 51 and an image sensor 50 . The optic 51 is shown in simplified form as an optical lens, which is actually magnifying optics such as those found on a microscope. The image sensor 50 comprises a multiplicity of ones which are identical to one another Individual sensors 52, which are distributed in a grid over a rectangular or square area. A single individual sensor 52 is within 1 shown enlarged. This includes three sub-sensors 53, each of which is sensitive to light with regard to different areas of the color spectrum, for example with regard to the colors red, green and blue. The image sensor 50 can be implemented in CCD or in CMOS design.

Ein kostengünstiger Bildsensor, wie er in digitalen Fotokameras vorzufinden ist, kann im Rahmen der Erfindung verwendet werden.An inexpensive image sensor such as that found in digital still cameras can be used within the scope of the invention.

Die Norm ISO 4406:99 sieht vor, dass Partikel bis zu einer minimalen Größe von 4 µm bestimmt werden, um die Reinheitsklasse von Öl zu bestimmen. Im Rahmen der Erfindung ist es daher bevorzugt, dass solch kleine Partikel mit dem Bildsensor 50 hinreichend deutlich abgebildet werden können. Hieraus folgt, dass die Optik vorzugsweise einen hohen Vergrößerungsfaktor aufweist. In der Folge ist die Tiefenschärfe der optischen Abbildung vergleichsweise gering. Es werden im Wesentlichen nur die in der Ebene der größten Bildschärfe 54 schwimmenden Partikel scharf abgebildet, wobei alle im Strahlengang davor oder dahinter schwimmenden Partikel unscharf abgebildet werden, wobei ein vergleichsweiser geringer Abstand zur Ebene 54 schon zu einer bedeutenden Unschärfe führt. Vorzugsweise ist die Optik 51 so ausgelegt, dass Partikel mit einer größten Querabmessung von 1 µm einen Einzelsensor 52 gerade vollständig ausfüllen. Es versteht sich, dass die Optik 51 eine Vorrichtung umfassen kann, mit welcher die Lage der Ebene der größten Bildschärfe 54 verstellbar ist.The ISO 4406:99 standard stipulates that particles down to a minimum size of 4 µm are determined in order to determine the cleanliness class of oil. It is therefore preferred within the scope of the invention that such small particles can be imaged sufficiently clearly with the image sensor 50 . It follows from this that the optics preferably have a high magnification factor. As a result, the depth of focus of the optical image is comparatively small. Essentially only the particles floating in the plane of greatest image sharpness 54 are sharply imaged, with all particles floating in the beam path in front of or behind being imaged out of focus, with a comparatively small distance from the plane 54 already leading to significant blurring. The optics 51 are preferably designed in such a way that particles with a largest transverse dimension of 1 μm just completely fill an individual sensor 52 . It goes without saying that the optics 51 can include a device with which the position of the plane of greatest image sharpness 54 can be adjusted.

Das mit dem Bildsensor 50 gewonnene digitale Standbild wird vorzugsweise einer Datensammelvorrichtung 21 zugeführt, an der alle Lichtdetektoren 40; 60 und alle Lichtquellen 41; 42; 61 in 1 angeschlossen sind. Die Datensammelvorrichtung 21 überträgt die gemessenen Daten an eine zentrale Datenauswertevorrichtung 11 und zwar über eine Computer-Netzwerkverbindung 12, insbesondere über das öffentliche Internet. Vorzugsweise ist daran gedacht, mehrere ähnlich aufgebaute Messsysteme 20 an eine einzige, gemeinsame Datenauswertevorrichtung 11 anzuschließen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise ausschließlich von der Datenauswertevorrichtung 11 durchgeführt. Die Datensammelvorrichtung 21 nimmt allenfalls eine Vorverarbeitung der Messdaten vor, damit diese für die Übertragung über das Computer-Netzwerk 12 geeignet sind.The digital still image obtained with the image sensor 50 is preferably fed to a data collection device 21, on which all the light detectors 40; 60 and all light sources 41; 42; 61 in 1 are connected. The data collection device 21 transmits the measured data to a central data evaluation device 11 via a computer network connection 12, in particular via the public Internet. It is preferably intended to connect a plurality of similarly constructed measurement systems 20 to a single, shared data evaluation device 11 . The method according to the invention is preferably carried out exclusively by the data evaluation device 11 . If necessary, the data collection device 21 preprocesses the measurement data so that they are suitable for transmission via the computer network 12 .

Dem ersten Lichtdetektor 40 ist eine zweite Lichtquelle 42 zugeordnet, die sich auf der gleichen Seite der Leitung 30 befindet, wie der erste Lichtdetektor 40. Der erste Lichtdetektor 40 erfasst das Licht, welches von der zweiten Lichtquelle 42 ausgestrahlt wird, wobei es von Hydraulikfluid reflektiert wird. Mit diesem Ansatz können Metallpartikel, welche im Öl mitschwimmen, gut erkannt werden, da diese das Licht vergleichsweise stark reflektieren. Die zweite Lichtquelle 42 strahlt vorzugsweise sichtbares Licht aus. Zwischen der zweiten Lichtquelle 42 und dem ersten Lichtdetektor 40 ist vorzugsweise eine Lichtabschirmung 22 vorgesehen, so dass ausschließlich Lichtwellen der zweiten Lichtquelle 42, die sich über das Hydraulikfluid ausbreiten, zum Bildsensor 50 gelangen.Associated with the first light detector 40 is a second light source 42 located on the same side of the conduit 30 as the first light detector 40. The first light detector 40 detects the light emitted by the second light source 42 reflecting off hydraulic fluid becomes. With this approach, metal particles floating in the oil can be easily detected, as they reflect the light comparatively strongly. The second light source 42 preferably emits visible light. A light shield 22 is preferably provided between the second light source 42 and the first light detector 40, so that only light waves from the second light source 42, which propagate via the hydraulic fluid, reach the image sensor 50.

Die Messvorrichtung 20 umfasst darüber hinaus mehrere zweite Lichtdetektoren 60; 60a; 60b; 60c, die beispielsweise jeweils als Fotodiode ausgeführt sind. Im Gegensatz zum Bildsensor 50 liefern diese kein digitales Bild, sondern einen einzigen skalaren Messwert, welcher den am betreffenden zweiten Lichtdetektor 60 einfallenden Lichtstrom beschreibt. Damit der zweite Lichtdetektor 60 nur für einen bestimmten Teil des Farbspektrums empfindlich ist, können optische Farbfilter 64 vorgesehen sein, mit welchen der gewünschte Spektralbereich auf rein optischem Wege ausgefiltert wird, ehe er zum zugeordneten zweiten Lichtdetektor 60a gelangt. In 1 ist eine umschaltbare Farbfiltervorrichtung 63 vorgesehen, mit der beispielsweise zwischen vier Farbfiltern 64 gewählt werden kann, in dem diese vor den zweiten Lichtdetektor 60a geschoben werden. Es versteht sich, dass alternativ vier zweite Lichtdetektoren 60 mit jeweils zugeordneter dritter Lichtquelle 61 vorgesehen sein können, denen jeweils ein einziger Farbfilter 64 fest zugeordnet ist. Der in 1 linke zweite Lichtdetektor 60a arbeitet vorzugsweise im infraroten Bereich des Lichtspektrums. Die zugeordneten transparenten Abschnitte 32c; 32d in der Leitung sind deshalb dünn ausgeführt, wobei sie beispielsweise 0,1 mm dick sind. In diesem Bereich kann eine parallele Umgehungsleitung vorgesehen sein, welche so ausgelegt ist, dass ein größerer Fluidstrom über die Umgehungsleitung fließt, wobei ein vergleichsweise kleiner Fluidstrom an den transparenten Abschnitten 32c; 32d vorbei fließt. Die transparenten Abschnitte 32a; 32b; 32e; 32f, die für Licht im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums vorgesehen sind, können demgegenüber deutlich dicker ausgeführt werden, wobei sie bis zu 20 mm dick sein können. Das Lichtspektrum der wenigstens einen dritte Lichtquelle 61 ist vorzugsweise an das Lichtspektrum angepasst, auf welches der zugeordnete zweite Lichtdetektor 60 empfindlich ist.The measuring device 20 also comprises a plurality of second light detectors 60; 60a; 60b; 60c, each designed as a photodiode, for example. In contrast to the image sensor 50, these do not supply a digital image, but rather a single scalar measured value which describes the luminous flux incident on the relevant second light detector 60. So that the second light detector 60 is only sensitive to a specific part of the color spectrum, optical color filters 64 can be provided with which the desired spectral range is filtered out purely optically before it reaches the associated second light detector 60a. In 1 a switchable color filter device 63 is provided with which, for example, four color filters 64 can be selected by sliding them in front of the second light detector 60a. It goes without saying that, alternatively, four second light detectors 60, each with an assigned third light source 61, can be provided, with each of which a single color filter 64 is permanently assigned. the inside 1 The left second light detector 60a works preferably in the infrared range of the light spectrum. The associated transparent sections 32c; 32d in the line are therefore made thin, being 0.1 mm thick, for example. A parallel bypass line can be provided in this area, which is designed in such a way that a larger fluid flow flows via the bypass line, with a comparatively small fluid flow at the transparent sections 32c; 32d flows past. The transparent sections 32a; 32b; 32e; 32f, which are provided for light in the visible range of the light spectrum, can be made significantly thicker, being up to 20 mm thick. The light spectrum of the at least one third light source 61 is preferably adapted to the light spectrum to which the associated second light detector 60 is sensitive.

Auf der in 1 rechten Seite sind zwei weitere zweite Lichtdetektoren 60b; 60c vorgesehen, die beispielsweise als Fotodiode ausgeführt sind. Diese arbeiten vorzugsweise im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums. Sie sind so außen an der Leitung 30 angeordnet, dass sie mit einer gemeinsamen zugeordneten dritte Lichtquelle 61b arbeiten. Der zweite Lichtdetektor 60b misst dabei das Licht, welches das Hydraulikfluid durchstrahlt. Der zweite Lichtdetektor 60c misst das Licht, welches vom Hydraulikfluid reflektiert wird. Diese zweiten Lichtdetektoren 60b; 60c können beispielsweise verwendet werden, um die gesamte Datenauswertung an die Grundfarbe des betrachteten Öls anzupassen, so dass für helles, sauberes Öl andere Auswerteparameter verwendet werden als für dunkles Öl, welches bereits stark verunreinigt ist.on the inside 1 right side are two more second light detectors 60b; 60c provided, which are designed, for example, as a photodiode. These preferably work in the visible range of the light spectrum. They are arranged on the outside of the line 30 that they share a common associated third light source 61b work. The second light detector 60b measures the light that shines through the hydraulic fluid. The second light detector 60c measures the light reflected from the hydraulic fluid. These second light detectors 60b; 60c can be used, for example, to adapt the entire data evaluation to the basic color of the oil under consideration, so that different evaluation parameters are used for light-colored, clean oil than for dark oil, which is already heavily contaminated.

2 zeigt ein digitales Standbild, welches mit dem Bildsensor (Nr. 50 in 1) aufgenommen wurde. Hierbei handelt es sich beispielhaft um eine Farbaufnahme, in der viele verschiedene Partikelarten zu erkennen sind, nämlich Metallpartikel, Fasern und organische Partikel. 2 shows a digital still image captured by the image sensor (No. 50 in 1 ) has been recorded. This is an example of a color image in which many different types of particles can be seen, namely metal particles, fibers and organic particles.

3 zeigt ein gefiltertes Standbild 71. 3 hat keinen unmittelbaren Bezug zu 2 und dient allein der Veranschaulichung des Auswerteverfahrenes. Zunächst ist ein kreisrunder Auswertebereich 74 eingezeichnet. Im Rahmen der Auswertung, werden vorzugsweise nur die Partikel innerhalb des Auswertebereichs 74 berücksichtigt, um vergleichbarere Ergebnisse zu erhalten. Weiter sind verschiedene zusammenhängende Bereiche mit einheitlichem Farbwert eingezeichnet, welche jeweils einem potentiellen Partikel im Hydraulikfluid entsprechen. Die zusammenhängenden Bereiche wurden, wie oben erläutert, durch digitale Filterung aus dem digitalen Standbild ermittelt, welches unmittelbar vom Bildsensor ausgegeben wurde. Diese Bereiche 73 lassen sich automatisiert erkennen und hinsichtlich ihrer Querabmessungen vermessen. Unter Querabmessung soll die Breite eines zusammenhängenden Bereichs 73 in der Bildebene der 3 verstanden werden. 3 shows a filtered still image 71. 3 has no direct relation to 2 and is only used to illustrate the evaluation process. First, a circular evaluation area 74 is drawn in. As part of the evaluation, preferably only the particles within the evaluation area 74 are taken into account in order to obtain more comparable results. Various connected areas with a uniform color value are also drawn in, each of which corresponds to a potential particle in the hydraulic fluid. As explained above, the contiguous areas were determined by digital filtering from the digital still image, which was output directly from the image sensor. These areas 73 can be recognized automatically and their transverse dimensions can be measured. Under transverse dimension, the width of a contiguous area 73 in the image plane of the 3 be understood.

Verschiedene Querabmessungen ergeben sich aus unterschiedlichen Richtungen, in welchen die genannte Breite gemessen wird.Different transverse dimensions result from different directions in which said width is measured.

Entgegen der Darstellung in 3 ist es bevorzugt, dass sich vergleichsweise viele Partikel bzw. zusammenhängende Bereiche 73 innerhalb des Auswertebereichs 74 befinden. Hierdurch lassen sich belastbarere Aussagen über das Hydraulikfluid treffen. Um dieses Ziel zu erreichen, kann beispielsweise die Vergrößerung der Optik (Nr. 51 in 1) verstellt werden. Es versteht sich, dass bei einem fabrikneuen Hydraulikfluid dennoch nur wenige Partikel bzw. Bereiche 73 im gefilterten digitalen Standbild 71 vorhanden sein werden.Contrary to what is shown in 3 it is preferred that a comparatively large number of particles or connected areas 73 are located within the evaluation area 74 . This allows more reliable statements to be made about the hydraulic fluid. To achieve this goal, for example, the enlargement of the optics (No. 51 in 1 ) can be adjusted. It goes without saying that with a brand-new hydraulic fluid, only a few particles or areas 73 will be present in the filtered digital still image 71 .

BezugszeichenlisteReference List

1010
verteilte Messanordnungdistributed measurement arrangement
1111
zentrale Datenauswertevorrichtungcentral data evaluation device
1212
Computer-Netzwerkverbindung computer network connection
2020
Messsystemmeasuring system
2121
dezentrale Datensammelvorrichtungdecentralized data collection device
2222
Lichtabschirmunglight shielding
2323
Fließrichtung des Hydraulikfluids Flow direction of the hydraulic fluid
3030
LeitungManagement
3131
Metallrohrmetal pipe
3232
transparenter Abschnitttransparent section
32a32a
transparenter Abschnitttransparent section
32b32b
transparenter Abschnitttransparent section
32c32c
transparenter Abschnitttransparent section
32d32d
transparenter Abschnitttransparent section
32e32e
transparenter Abschnitttransparent section
32f32f
transparenter Abschnitt transparent section
4040
erster Lichtdektektorfirst light detector
4141
erste Lichquellefirst light source
4242
zweite Lichquelle second light source
5050
Bildsensorimage sensor
5151
Optikoptics
5252
Einzelsensorsingle sensor
5353
Untersensorsub-sensor
5454
Ebene der größten Bildschärfelevel of greatest sharpness
6060
zweiter Lichtdetektorsecond light detector
60a60a
zweiter Lichtdetektorsecond light detector
60b60b
zweiter Lichtdetektorsecond light detector
60c60c
zweiter Lichtdetektorsecond light detector
6161
dritte Lichtquellethird light source
61a61a
dritte Lichtquellethird light source
61b61b
dritte Lichtquellethird light source
6363
Farbfiltervorrichtungcolor filter device
6464
Farbfilter color filter
7070
digitales Standbilddigital still image
7171
gefiltertes Standbildfiltered still image
7373
zusammenhängender Bereich mit einheitlichem Farbwertcontiguous area with a uniform color value
7474
Auswertebereichevaluation area

Claims (17)

Messsystem (20) zur Zustandsüberwachung eines Hydraulikfluides, wobei eine Leitung (30) für das Hydraulikfluid vorgesehen ist, wobei die Leitung (30) zumindest abschnittsweise (32) transparent für Licht ist, wobei eine erste Lichtquelle (41) außen an der Leitung (30) angeordnet ist, wobei ein erster Lichtdetektor (40) außen an der Leitung (30) gegenüberliegend zur ersten Lichtquelle (41) an der Leitung (30) angeordnet ist, wobei die Transparenz (32; 32a; 32b) der Leitung (30) so gewählt ist, dass Licht von der ersten Lichtquelle (41) durch das Hydraulikfluid innerhalb der Leitung (30) zum ersten Lichtdetektor (40) gelangen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtdetektor (40) eine Optik (51) und einen Bildsensor (50) umfasst, wobei der Bildsensor (50) eine Vielzahl von in einem zweidimensionalen Raster angeordneten Einzelsensoren (52) umfasst, die jeweils lichtempfindlich sind, wobei die Optik (51) so ausgelegt und angeordnet ist, dass sie eine Vergrößerung des mit der ersten Lichtquelle (41) auf den Bildsensor (50) projizierten Bildes des Hydraulikfluids bewirkt.Measuring system (20) for monitoring the condition of a hydraulic fluid, a line (30) being provided for the hydraulic fluid, the line (30) being at least partially (32) transparent to is light, a first light source (41) being arranged on the outside of the duct (30), a first light detector (40) being arranged on the outside of the duct (30) opposite the first light source (41) on the duct (30), wherein the transparency (32; 32a; 32b) of the line (30) is selected such that light from the first light source (41) can reach the first light detector (40) through the hydraulic fluid within the line (30), characterized in that the first light detector (40) comprises optics (51) and an image sensor (50), the image sensor (50) comprising a multiplicity of individual sensors (52) which are arranged in a two-dimensional grid and are each light-sensitive, the optics (51) is designed and arranged in such a way that it causes an enlargement of the image of the hydraulic fluid projected onto the image sensor (50) by the first light source (41). Messsystem (20) nach Anspruch 1, wobei die Optik (51) so ausgelegt ist, dass auf jeden Einzelsensor (52) ein Bereich in einer Ebene der größten Bildschärfe (54) abgebildet wird, dessen größte Querabmessung höchstens 4 µm, vorzugsweise höchstens 1 µm, beträgt.Measuring system (20) according to claim 1 , the optics (51) being designed in such a way that on each individual sensor (52) an area is imaged in a plane of greatest image sharpness (54), the greatest transverse dimension of which is at most 4 μm, preferably at most 1 μm. Messsystem (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einzelsensoren (52) jeweils farbempfindlich sind.Measuring system (20) according to claim 1 or 2 , wherein the individual sensors (52) are each color-sensitive. Messsystem (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem ersten Lichtdetektor (40) eine zweite Lichtquelle (42) zugeordnet ist, welche auf der gleichen Seite der Leitung (30) angeordnet ist wie der erste Lichtdetektor (40), wobei die Transparenz (32; 32b) der Leitung (30) so ausgelegt ist, dass Licht von der zweiten Lichtquelle (42), welches vom Hydraulikfluid in der Leitung (30) reflektiert wird, zum Bildsensor (50) gelangen kann.Measuring system (20) according to one of the preceding claims, wherein the first light detector (40) is assigned a second light source (42) which is arranged on the same side of the line (30) as the first light detector (40), the transparency ( 32; 32b) of the line (30) is designed such that light from the second light source (42), which is reflected by the hydraulic fluid in the line (30), can reach the image sensor (50). Messsystem (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein zweiter Lichtdetektor (60) benachbart zur Leitung (30) angeordnet ist, wobei der zweite Lichtdetektor (60) einen einzigen Lichtsensor umfasst, welcher einen einzigen skalaren Messwert ausgibt, wobei dem wenigstens einen zweiten Lichtdetektor (60) wenigstens eine dritte Lichtquelle (61) zugeordnet ist.Measuring system (20) according to one of the preceding claims, wherein at least one second light detector (60) is arranged adjacent to the line (30), wherein the second light detector (60) comprises a single light sensor which outputs a single scalar measured value, the at least one at least one third light source (61) is assigned to the second light detector (60). Messsystem (20) nach Anspruch 5, wobei zumindest einem zweiten Lichtdetektor (60) wenigstens ein optischer Farbfilter (64) zugeordnet ist, welcher im Lichtweg zwischen der wenigstens einen dritten Lichtquelle (61) und dem zugeordneten zweiten Lichtdetektor (60) angeordnet ist.Measuring system (20) according to claim 5 wherein at least one second light detector (60) is assigned at least one optical color filter (64) which is arranged in the light path between the at least one third light source (61) and the assigned second light detector (60). Messsystem (20) nach Anspruch 5 oder 6, wobei zumindest zwei zweite Lichtdetektoren (60; 60a; 60b; 60c) vorgesehen sind, die in unterschiedlichen Bereichen des Farbspektrums empfindlich sind, wobei die zugeordneten transparenten Abschnitte (32c; 32d; 32e; 32f) der Leitung (30) in Richtung des betreffenden Lichtwegs unterschiedlich dick sind.Measuring system (20) according to claim 5 or 6 , wherein at least two second light detectors (60; 60a; 60b; 60c) are provided, which are sensitive in different areas of the color spectrum, the associated transparent sections (32c; 32d; 32e; 32f) of the line (30) pointing in the direction of the relevant Light paths are of different thicknesses. Verteilte Messanordnung (10) mit wenigstens einem Messsystem (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine einzige zentrale Datenauswertevorrichtung (11) vorgesehen ist, welche räumlich entfernt von dem wenigstens einen Messsystem (20) angeordnet ist, wobei die zentrale Datenauswertevorrichtung (11) über eine Computer-Netzwerkverbindung (12) mit allen Messsystemen (20) verbunden ist.Distributed measuring arrangement (10) with at least one measuring system (20) according to one of the preceding claims, wherein a single central data evaluation device (11) is provided, which is arranged spatially remote from the at least one measuring system (20), wherein the central data evaluation device (11) is connected to all measuring systems (20) via a computer network connection (12). Verfahren, wobei ein Messsystem (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird, wobei mit dem Bildsensor (50) wenigstens ein digitales Standbild (70) aufgenommen wird, wobei das wenigstens eine digitale Standbild einer digitalen Filterung unterzogen wird, wobei die Filterung so gewählt ist, dass sich ein gefiltertes Standbild (71) ergibt, bei dem jedem Pixel ein einziger Farbwert mit zwei möglichen Farbzuständen zugeordnet ist.Method, wherein a measuring system (20) according to one of the preceding claims is used, wherein at least one digital still image (70) is recorded with the image sensor (50), the at least one digital still image being subjected to digital filtering, the filtering being selected in this way is that a filtered still image (71) results in which each pixel is assigned a single color value with two possible color states. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zusammenhänge Bereiche (73) des gefilterten Standbilds (71) bestimmt werden, die einheitlich einen zweiten Farbwert aufweisen.procedure after claim 9 , coherent areas (73) of the filtered still image (71) being determined which uniformly have a second color value. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Anzahl der zusammenhängenden Bereiche (73) in einem vorgegebenen Auswertebereich (74) des gefilterten Standbilds (71) ermittelt wird.procedure after claim 10 , the number of contiguous areas (73) in a predetermined evaluation area (74) of the filtered still image (71) being determined. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine größte und/oder eine kleinste Querabmessung zumindest eines zusammenhängenden Bereichs (73) bestimmt wird.procedure after claim 10 or 11 , wherein a largest and/or a smallest transverse dimension of at least one contiguous area (73) is determined. Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Quotient aus der größten und der kleinsten Querabmessung ermittelt wird.procedure after claim 12 , whereby a quotient is determined from the largest and the smallest transverse dimension. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei ein Messsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8 verwendet wird, wobei mit dem Bildsensor (50) ein erstes digitales Standbild unter Verwendung der ersten Lichtquelle (41) aufgenommen wird, wobei ein zweites digitales Standbild unter Verwendung der zweiten Lichtquelle (42) in kurzem zeitlichen Abstand zum ersten digitalen Standbild aufgenommen wird, wobei durch einen Vergleich des ersten mit dem zweiten digitalen Standbild ermittelt wird, ob ein Partikel aus Metall besteht.Procedure according to one of claims 9 until 13 , wherein a measuring system according to one of Claims 4 until 8th is used, with a first digital still image being recorded with the image sensor (50) using the first light source (41), with a second digital still image being recorded using the second light source (42) at a short time interval from the first digital still image, wherein by comparing the first with the second digital still image, it is determined whether a particle consists of metal. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei eine Farbe des Hydraulikfluids bestimmt wird, indem mit dem Bildsensor (50) ein drittes digitales Standbild aufgenommen wird, wobei die erste bzw. die zweite Lichtquelle (41; 42) gegenüber der Bestimmung einzelner Partikel mit einer reduzierten Helligkeit betrieben wird.Procedure according to one of claims 9 until 14 , wherein a color of the hydraulic fluid is determined by using the image sensor (50) a third digital still image is recorded, the first or the second light source (41; 42) is operated with a reduced brightness compared to the determination of individual particles. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei ein Messsystem nach Anspruch 5 verwendet wird, wobei wenigstens eine, mittels des Bildsensors (50) gewonnene Kennzahl und wenigstens eine, mittels des wenigstens einen zweiten Lichtdetektors (60) gewonnenen Kennzahl verwendet werden, um den Zustand des Hydraulikfluids zu charakterisieren.Procedure according to one of claims 9 until 15 , where a measurement system according to claim 5 is used, at least one characteristic number obtained by means of the image sensor (50) and at least one characteristic number obtained by means of the at least one second light detector (60) being used to characterize the state of the hydraulic fluid. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die genannten Kennzahlen mittels einer Diskriminanzanalyse und/oder einer logarithmischen Regression und/oder einer linearen Regression ausgewertet werden, um den Zustand des Hydraulikfluids zu charakterisieren.procedure after Claim 16 , wherein the parameters mentioned are evaluated by means of a discriminant analysis and/or a logarithmic regression and/or a linear regression in order to characterize the state of the hydraulic fluid.
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