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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Verunreinigungen an einer Überwachungsfläche umfassend eine Scheibe mit einer Vorderfläche und einer Rückfläche, wobei die Vorderfläche oder ein Teil derselben die Überwachungsfläche bildet, einen hinter der Scheibe angeordneten Lichtsender zum Beleuchten der Überwachungsfläche von der Rückfläche der Scheibe aus und einen hinter der Scheibe angeordneten Lichtempfänger zum Empfangen von Empfangslicht und zum Ausgeben eines auf dem Empfangslicht beruhenden Verunreinigungssignals.
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Auf verschiedenen Gebieten der Technik ist es wünschenswert, Verunreinigungen von transparenten oder teilweise transparenten Scheiben automatisch zu erkennen. Beispielsweise weisen optische Sensoren wie Taster oder Lichtschranken in der Regel eine Frontscheibe auf, durch welche das Sendelicht bzw. das Empfangslicht hindurchtreten kann. Insbesondere bei einem Einsatz in industriellem Umfeld kann es zu Verunreinigungen dieser Frontscheibe kommen, welche eine ordnungsgemäße Sensorfunktion beeinträchtigen können. Eine Überwachung des Verunreinigungsgrads der Frontscheibe ist daher wünschenswert. Auch bei Fensterscheiben, Windschutzscheiben oder Deckscheiben von Solaranlagen kann eine Überwachung des Verunreinigungsgrads der Scheibenoberfläche erstrebenswert sein. Grundsätzlich ist unter einer "Scheibe" im Sinne der Erfindung ein beliebiges flachförmiges Bauteil zu verstehen, welches für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren, infraroten und/oder ultravioletten Spektralbereich zumindest teildurchlässig ist.
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Auf der Vorderfläche einer Scheibe können sich je nach Anwendung Verunreinigungen unterschiedlichster Art ablagern. Speziell können neben Feststoffpartikeln wie Staub oder Spänen auch Flüssigkeiten wie Öl, Wasser oder Reinigungsmittel auf die Scheibenoberfläche gelangen. Sofern sich die Scheibe im Freien befindet, ist auch mit Verunreinigungen durch Regen, Schnee, Eis, Ruß und Pollen zu rechnen. Im Allgemeinen sind Erfassungsvorrichtungen der eingangs genannten Art derart ausgelegt, dass der Lichtempfänger das von Schmutzpartikeln auf der Scheibe erzeugte Streulicht detektiert. Dieses Messprinzip versagt jedoch weitgehend, wenn flüssige Verunreinigungen vorliegen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein exakteres und zuverlässigeres Erfassen von Verunreinigungen an Scheibenoberflächen zu ermöglichen.
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Die Lösung der Erfindung erfolgt durch eine Erfassungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß weist die Überwachungsfläche eine lichtstreuende Feinstruktur auf, aufgrund welcher der Lichtempfänger bei fehlenden Verunreinigungen an der Überwachungsfläche ein Basissignal, bei vorhandenen trockenen Verunreinigungen an der Überwachungsfläche ein gegenüber dem Basissignal erhöhtes Verunreinigungssignal und bei vorhandenen flüssigen Verunreinigungen an der Überwachungsfläche ein gegenüber dem Basissignal abgesenktes Verunreinigungssignal ausgibt. Durch geeignete Strukturierung der Überwachungsfläche wird also dafür gesorgt, dass auch ohne Verunreinigungen an der Vorderfläche der Scheibe Streulicht auf den Lichtempfänger trifft und somit ein von Null verschiedenes Messsignal erzeugt wird. Falls sich im Bereich der Feinstruktur trockene Verunreinigungen wie zum Beispiel Feststoffpartikel ablagern, entsteht zusätzliches Streulicht, so dass das Messsignal dementsprechend ansteigt. Wenn sich hingegen flüssige Verunreinigungen wie Wasser oder Öl im Bereich der Feinstruktur ablagern, kommt es durch Füllen ihrer Vertiefungen zu einer Glättung der Feinstruktur und somit zu einer Verringerung des durch die Feinstruktur erzeugten Streulichts. Das Messsignal sinkt somit gegenüber dem Basissignal ab, falls sich eine Flüssigkeit mit einer ähnlichen Brechzahl wie der des Scheibenmaterials im Bereich der Feinstruktur ablagert. Somit ist es aufgrund der Feinstruktur möglich, zwischen trockenen Verunreinigungen einerseits und flüssigen Verunreinigungen andererseits zu unterscheiden. Dies erweitert die Einsatzmöglichkeiten einer gattungsgemäßen Erfassungsvorrichtung und ermöglicht ein zuverlässigeres und differenzierteres Erfassen von Verunreinigungen unterschiedlicher Art.
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Vorzugsweise ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, ein erstes, auf trockene Verunreinigungen an der Überwachungsfläche hinweisendes Warnsignal zu erzeugen, wenn das Verunreinigungssignal einen – bezogen auf das Basissignal positiven – Schwellwert übersteigt, und ein zweites, auf flüssige Verunreinigungen an der Überwachungsfläche hinweisendes Warnsignal zu erzeugen, wenn das Verunreinigungssignal einen – bezogen auf das Basissignal negativen – Schwellwert unterschreitet. Die Warnsignale können zum Beispiel den Benutzer eines optischen Sensors darauf hinweisen dass eine Reinigung der Frontscheibe des Sensors erforderlich ist. Durch Festlegung eines positiven und eines negativen Schwellwerts kann bei der Auswertung des Verunreinigungssignals zwischen trockenen Verunreinigungen und flüssigen Verunreinigungen unterschieden werden. Trockene Verunreinigungen und flüssige Verunreinigungen können also unabhängig voneinander bewertet werden, um so den Verschmutzungsgrad einer Scheibe exakter zu charakterisieren.
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Es ist bevorzugt, dass sich die Überwachungsfläche lediglich über einen Teilbereich der Vorderfläche der Scheibe erstreckt, wobei dem Lichtsender eine Sendeoptik zugeordnet ist, um die Beleuchtung der Vorderfläche der Scheibe durch das Sendelicht zumindest im Wesentlichen auf die Überwachungsfläche zu beschränken. Im Allgemeinen reicht es aus, einen vergleichsweise kleinen Teilbereich der Scheibe zu überwachen, da in der Regel von einer annähernd gleichmäßigen Verunreinigung einer Scheibenoberfläche auszugehen ist. Insbesondere bei Fensterscheiben oder Windschutzscheiben ist es wünschenswert, die Überwachungsfläche mit der lichtstreuenden Feinstruktur auf einen unauffälligen kleinen Teilbereich zu beschränken. Um das auf die Scheibe auftreffende Sendelichtbündel in geeigneter Weise zu beschränken, kann die Sendeoptik eine oder mehrere Linsen, Blenden und dergleichen umfassen. Vorzugsweise ist die Sendeoptik dazu ausgebildet, ein zumindest annähernd kollimiertes Sendelichtbündel zu erzeugen. Bei Bedarf kann auch dem Lichtempfänger eine Optik zugeordnet sein, damit der Lichtempfänger vorzugsweise von der Überwachungsfläche ausgehendes Licht empfängt. Bei einem optischen Sensor kann der nicht zur Überwachungsfläche gehörende Bereich der Frontscheibe für einen Durchtritt von Sensorlicht, also für den regulären Sensorbetrieb, genutzt werden.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich die lichtstreuende Feinstruktur über die gesamte Überwachungsfläche erstreckt. Dem Lichtsender kann bei dieser Ausgestaltung eine Sendeoptik zugeordnet sein, welche das Sendelichtbündel zumindest im Wesentlichen auf die lichtstreuende Feinstruktur beschränkt. Die Verschiebung des Basissignals in Bezug auf ein Nullsignal ist bei dieser Ausgestaltung maximal.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich die Überwachungsfläche aus einem strukturierten Bereich, über welchen sich die lichtstreuende Feinstruktur erstreckt, und einem unstrukturierten Bereich zusammensetzt, wobei der Lichtempfänger zwei separate Empfangskanäle zum Empfangen von Empfangslicht von dem strukturierten Bereich einerseits und von dem unstrukturierten Bereich andererseits aufweist. Eine solche zweikanalige Ausführung ermöglicht die vollkommen unabhängige Erfassung von trockenen Verunreinigungen einerseits und flüssigen Verunreinigungen andererseits. Auf diese Weise können zum Beispiel auch Suspensionen wie trübes Schmutzwasser sicher erfasst werden. Zum Bereitstellen zweier separater Empfangskanäle muss der Lichtempfänger nicht zwingend mit zwei einzelnen Empfängerbauteilen versehen sein. Vielmehr ist es bei Bedarf möglich, zum Bereitstellen der beiden getrennten Empfangskanäle beispielsweise eine einzelne Doppelempfangsdiode mit zwei getrennten Segmenten vorzusehen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht hierbei vor, dass der Lichtsender eine erste Lichtquelle zum Beleuchten ausschließlich des strukturierten Bereichs und eine hierzu separate zweite Lichtquelle zum Beleuchten ausschließlich des unstrukturierten Bereichs umfasst. Die separaten Lichtquellen können bei Bedarf unterschiedliche spektrale Emissionscharakteristiken aufweisen und/oder alternierend angesteuert werden, um so eine schärfere Kanaltrennung zu ermöglichen.
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Alternativ kann der Lichtsender eine einzelne Lichtquelle aufweisen, welche sowohl den strukturierten Bereich als auch den unstrukturierten Bereich beleuchtet. Eine geeignete Sendeoptik kann dafür sorgen, dass beide Bereiche gleichermaßen beleuchtet werden. Da lediglich eine einzige Lichtquelle benötigt wird, können so Herstellungskosten gespart werden.
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Die lichtstreuende Feinstruktur kann durch Nachbearbeiten einer unstrukturierten Vorderfläche der Scheibe erzeugt sein, beispielsweise durch Sandstrahlen, Ätzen, Prägen oder Bürsten. Derartige Nachbehandlungsschritte sind relativ leicht und kostengünstig durchführbar.
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Die lichtstreuende Feinstruktur kann auch direkt an einen, insbesondere als Spritzgussteil ausgeführten, Grundkörper der Scheibe angeformt sein. Es sind dann keine Nachbehandlungsschritte erforderlich, um die lichtstreuende Feinstruktur zu erzeugen.
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Die Scheibe kann auch einen Grundkörper und ein auf diesen aufgebrachtes, insbesondere aufgeklebtes, Strukturelement umfassen, wobei die lichtstreuende Feinstruktur an einer Vorderfläche des Strukturelements vorgesehen ist. Beispielsweise könnte eine strukturierte Folie auf die Vorderfläche der Scheibe aufgeklebt sein.
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Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung sind eine Hauptsenderichtung des Lichtsenders und eine Hauptempfangsrichtung des Lichtempfängers in Bezug auf eine Flächennormale der Rückfläche der Scheibe symmetrisch angeordnet. Speziell ist es bevorzugt, dass der Einfallswinkel der Sendelichtstrahlen gleich dem Ausfallswinkel der Empfangslichtstrahlen ist. Bei dieser symmetrischen Anordnung ergibt sich die maximale Streulichtsensitivität.
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Um Beeinflussungen des Messsignals aufgrund von Oberflächenreflexen zu verringern, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass Mittel zum Polarisieren des Sendelichts vorgesehen sind und der Einfallswinkel des auf die Rückfläche der Scheibe treffenden Sendelichts zumindest annähernd dem Brewsterwinkel entspricht. Ein unerwünschtes Übersteuern der Streulichtmessung durch Oberflächenreflexe kann auf diese Weise vermieden werden.
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Der Lichtsender kann eine auf eine Platine aufgebrachte Halbleiterlichtquelle und einen dieser zugeordneten Sende-Lichtwellenleiter umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der Lichtempfänger einen auf eine Platine aufgebrachten Halbleiterlichtdetektor und einen diesem zugeordneten Empfangs-Lichtwellenleiter umfassen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders kostengünstige Fertigung und beansprucht zudem nur wenig Bauraum. Die Lichtwellenleiter können zur Strahlbündelformung sowie zur Festlegung der Hauptsenderichtung und der Hauptempfangsrichtung dienen, so dass auf aufwändige zusätzliche Optiken verzichtet werden kann. Vorzugsweise sind der Lichtsender und der Lichtempfänger auf einer gemeinsamen Platine untergebracht. Anstelle von Lichtwellenleitern können dem Lichtsender und/oder dem Lichtempfänger auch Umlenkspiegel, Umlenkprismen, Molded Interconnect Devices (MID), winklige LEDs (Sidelooker) oder dergleichen zugeordnet sein.
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Die Erfindung betrifft auch einen optischen Sensor umfassend ein Sensorgehäuse mit einer Frontscheibe, die für einen Durchtritt von Sendelicht und/oder Empfangslicht vorgesehen ist.
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Optische Sensoren werden in vielfältiger Weise zum berührungslosen Detektieren von im Sichtbereich des Sensors vorhandenen Objekten eingesetzt. Beispielsweise dienen Lichttaster dazu, den Abstand einer Objektoberfläche von einer Bezugsebene des Sensors zu ermitteln. Mittels Lichtschranken oder Lichtgittern können zum Beispiel in einen abgesicherten Bereich eindringende Personen erkannt oder Gefahrenbereiche einer Maschine, z. B. einer Presse, überwacht werden. Ein weiteres Einsatzgebiet von optischen Sensoren ist die Ermittlung bestimmter Eigenschaften von Objekten, beispielsweise in Form einer Farberkennung oder des Identifizierens von objektseitigen Markierungen oder Kennzeichen.
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Für einen zuverlässigen Sensorbetrieb ist es erforderlich, dass die Frontscheibe möglichst frei von Verunreinigungen ist. Mit dem Begriff "Frontscheibe" soll nicht nur eine an der Vorderseite des Sensorgehäuses angeordnete Scheibe gemeint sein, sondern allgemein das den Lichtdurchtritt ermöglichende transparente Bauteil eines Sensors, welches zum Beispiel auch seitlich an einem länglichen Gehäuse angeordnet sein kann. Die Frontscheibe eines optischen Sensors ist während des Sensorbetriebs häufig verschiedenen Verunreinigungen wie Staub, Spänen, Wasser oder Öl ausgesetzt.
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Um Fehlmessungen aufgrund einer Verunreinigung der Frontscheibe – welche unter Umständen schwerwiegende Folgen haben können – zu verhindern, ist erfindungsgemäß eine Erfassungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben in das Sensorgehäuse integriert, wobei die Scheibe der Erfassungsvorrichtung die Frontscheibe des Sensorgehäuses bildet. Der optische Sensor kann somit durch Auswertung des Verunreinigungssignals fortlaufend hinsichtlich einer Verunreinigung der Frontscheibe überwacht werden. Bei fortschreitender Verunreinigung kann ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden. Dies ermöglicht es einem Benutzer, eine bedarfsgerechte Reinigung der Frontscheibe vorzunehmen. Insbesondere kann im Rahmen einer Zustandsüberwachung (condition monitoring) die Sicherheit und die Effizienz einer mit optischen Sensoren versehenen Gesamtanlage verbessert werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Erfassungsmodul zum Erfassen von Verunreinigungen an einer Überwachungsfläche, das in einem Umgebungsbereich eines optischen Sensors anzuordnen ist und ein Modulgehäuse mit einer Frontscheibe umfasst.
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Eine erfindungsgemäße wie vorstehend beschriebene Erfassungsvorrichtung ist dann in das Modulgehäuse integriert, wobei die Scheibe der Erfassungsvorrichtung die Frontscheibe des Modulgehäuses bildet. Ein derartiges autarkes Erfassungsmodul ist im Prinzip universell einsetzbar, kann aber insbesondere direkt neben einem optischen Sensor angeordnet werden, um so gewissermaßen indirekt den Verunreinigungsgrad der Frontscheibe des optischen Sensors abzuschätzen. Das Erfassungsmodul kann hierbei in flexibler Weise in der Umgebung des zu überwachenden Sensors angeordnet werden. Ein Vorteil der Verunreinigungserfassung einer Scheibe mittels eines externen Moduls besteht darin, dass auch bestehende, mit Scheiben versehene Einrichtungen wie optische Sensoren leicht mit einer automatischen Verschmutzungsüberwachung nachgerüstet werden können.
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Das Erfassungsmodul kann zur Befestigung an einem optischen Sensor ausgebildet sein, vorzugsweise derart, dass die Überwachungsfläche des Erfassungsmoduls und die Vorderfläche einer Frontscheibe des optischen Sensors parallel zueinander verlaufen. Eine mechanische Verbindung zwischen dem optischen Sensor und dem Erfassungsmodul stellt sicher, dass die Erfassung der Verunreinigungen stets annähernd am Ort des Sensors erfolgt.
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Das Erfassungsmodul kann über einen Lichtwellenleiter-Anschluss an einen Lichtsender und/oder an einen Lichtempfänger des optischen Sensors anschließbar sein. Dadurch können die in dem optischen Sensor ohnehin vorhandenen optischen Komponenten in vorteilhafter Weise zur Erfassung der Verunreinigungen mittels des Erfassungsmoduls genutzt werden. Grundsätzlich kann das Erfassungsmodul jedoch auch mit einem eigenen Lichtsender und einem eigenen Lichtempfänger ausgestattet sein.
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Das Erfassungsmodul kann einen drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsanschluss zur Übermittlung von Signalen an eine externe Steuereinheit aufweisen. Das Erfassungsmodul kann somit das Verunreinigungssignal oder ein aus diesem abgeleitetes Signal wie ein Frühwarnsignal an eine Auswerteeinheit des zugehörigen optischen Sensors oder auch an eine übergeordnete Steuereinrichtung übermitteln. Dies ermöglicht eine Berücksichtigung des Verunreinigungsgrads der Scheibe bei der Steuerung der Gesamtanlage.
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Weiterbildungen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine vereinfachte Darstellung einer Erfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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2 ist eine vereinfachte Darstellung einer Erfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Die in 1 gezeigte Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Verunreinigungen an einer Überwachungsfläche 11 umfasst eine z. B. aus Glas oder Kunststoff gefertigte Scheibe 13, einen Lichtsender 15 sowie einen Lichtempfänger 17. Die zumindest teilweise transparente Scheibe 13 weist eine Vorderfläche 19 sowie eine Rückfläche 21 auf und trennt dementsprechend einen vorderen Raum 23 von einem hinteren Raum 25. Beispielsweise kann es sich bei der Scheibe 13 um die Frontscheibe eines optischen Sensors handeln, wobei in diesem Fall der vordere Raum 23 der Außenraum und der hintere Raum 25 der Innenraum eines Sensorgehäuses ist. Ein Teil der Vorderfläche 19 der Scheibe 13 wird durch Sendelicht von dem Lichtsender 15 beleuchtet. Dieser Teil der Vorderfläche 19 der Scheibe 13 bildet die Überwachungsfläche 11.
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Der Lichtsender 15 umfasst eine Lichtquelle 27, beispielsweise eine Halbleiterlichtquelle wie eine Leuchtdiode oder einen Halbleiter-Laser, sowie eine Sendeoptik 29 zur Strahlformung. Die Sendeoptik 29 ist hier beispielhaft als Einzellinse dargestellt, sie kann jedoch bei Bedarf mehrere Linsen sowie gegebenenfalls Spiegel, Prismen und Blenden umfassen. Die Sendeoptik 29 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass ein kollimiertes Sendestrahlenbündel 30 erzeugt wird. Das Sendestrahlenbündel 30 könnte auch geringfügig divergent sein. Ein Polarisator 31 sorgt dafür, dass das Licht des Sendestrahlenbündels 30 in der Einfallsebene polarisiert ist. Weiterhin ist der Lichtsender 15 derart angeordnet, dass der Einfallswinkel W1 des auf die Rückfläche 21 der Scheibe 13 treffenden Sendestrahlenbündels 30 zumindest annähernd dem für diese Grenzfläche maßgeblichen Brewsterwinkel entspricht. Somit wird an der Rückfläche 21 der Scheibe 13 kein Sendelicht reflektiert. Das Sendestrahlenbündel 30 durchquert die Scheibe 13 und trifft unter dem Auftreffwinkel W2, welcher ebenfalls dem zugehörigen Brewsterwinkel entspricht, auf die Vorderfläche 19 auf.
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An der Vorderfläche 19 ist eine lichtstreuende Feinstruktur 35 vorgesehen, welche beispielsweise durch Sandstrahlen, Ätzen, Prägen oder Bürsten erzeugt sein kann. Die Feinstruktur 35 könnte jedoch prinzipiell auch bereits bei der Herstellung der Scheibe 13 direkt in diese eingeformt werden. Weiterhin könnte die Feinstruktur 35 auch in ein separates Element eingebracht sein, welches auf die Scheibe 13 aufgeklebt ist. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die lichtstreuende Feinstruktur 35 über die gesamte Überwachungsfläche 11 hinweg. Das an der Überwachungsfläche 11 entstehende Streulicht 37 wird durch eine Empfangsoptik 39 des Lichtempfängers 17 auf einen Lichtdetektor 40 wie zum Beispiel eine Fotodiode gebündelt. Ein der Empfangsoptik 39 vorgeschalteter Polarisator 41 ist zur Erhöhung der Messempfindlichkeit vorgesehen. Wie dargestellt sind der Lichtsender 15 und der Lichtempfänger 17 in Reflexionsanordnung ausgerichtet, das heißt eine Hauptsenderichtung S des Lichtsenders und eine Hauptempfangsrichtung E des Lichtempfängers sind in Bezug auf eine Flächennormale N der Rückfläche 21 der Scheibe 13 symmetrisch angeordnet und befinden sich in der Einfallsebene. Auf diese Weise wird hinsichtlich einer Detektion des Streulichts 37 eine besonders hohe Empfindlichkeit erreicht.
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Derjenige Bereich vor der Vorderfläche 19 der Scheibe 13, in welchem sich das Sendestrahlenbündel 30 mit dem Empfangsstrahlenbündel 32 überschneidet, definiert einen Unsicherheitsbereich 50, in welchem zum Beispiel von einem optischen Sensor zu erkennende Objekte als Verunreinigungen missinterpretiert werden können. Im Allgemeinen sind für die optische Anordnung große Einfalls- und Ausfallswinkel zu bevorzugen, damit der Unsicherheitsbereich 50 möglichst klein ist und die beleuchtete Überwachungsfläche 11 möglichst groß ist. In der Praxis hat sich ein Einfallswinkel zwischen 45° und 65° bei symmetrischem Ausfallswinkel als besonders günstig erwiesen.
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In Abwesenheit von jeglichen Verunreinigungen an der Überwachungsfläche 11 erzeugt der Lichtempfänger 17 ein Basissignal, welches von Null verschieden ist und sich aus dem Empfang des an den Strukturelementen der Feinstruktur 35 erzeugten Streulichts 37 ergibt. Sofern sich an der Feinstruktur 35 der Überwachungsfläche 11 trockene Verunreinigungen ablagern, wird durch diese zusätzliches Streulicht erzeugt, so dass das von dem Lichtempfänger 17 ausgegebene Verunreinigungssignal gegenüber dem Basissignal ansteigt. Wenn sich demgegenüber flüssige Verunreinigungen wie Wasser oder Öl an der Feinstruktur 35 der Überwachungsfläche 11 ablagern, füllen sich die Vertiefungen der Feinstruktur 35 mit Flüssigkeit, welche im Allgemeinen einen ähnlichen Brechungsindex wie das Glas oder der Kunststoff der Scheibe 13 aufweist. Die Feinstruktur 35 wird demzufolge geglättet, so dass das durch sie erzeugte Streulicht 37 abnimmt und somit auch das von dem Lichtempfänger 17 ausgegebene Verunreinigungssignal gegenüber dem Basissignal absinkt.
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Einer dem Lichtempfänger 17 nachgeordneten Auswerteeinheit (nicht dargestellt) ist es somit möglich, anhand des Pegels des Verunreinigungssignals im Vergleich zu dem bekannten Pegel des Basissignals zwischen trockenen Verunreinigungen und flüssigen Verunreinigungen an der Überwachungsfläche 11 zu unterscheiden. Speziell kann eine derartige Auswerteeinheit dazu ausgebildet sein, ein erstes, auf trockene Verunreinigungen an der Überwachungsfläche 11 hinweisendes Warnsignal zu erzeugen, wenn das Verunreinigungssignal einen bezogen auf das Basissignal positiven Schwellwert übersteigt, und ein zweites, auf flüssige Verunreinigungen an der Überwachungsfläche 11 hinweisendes Warnsignal zu erzeugen, wenn das Verunreinigungssignal einen bezogen auf das Basissignal negativen Schwellwert unterschreitet. Die Auswerteeinheit kann die Warnsignale über einen drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsanschluss an eine geeignete Steuereinrichtung übermitteln.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung, welche im Prinzip ähnlich gestaltet ist wie die in 1 gezeigte Erfassungsvorrichtung. Demgemäß sind gleich wirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Bei der in 2 dargestellten Erfassungsvorrichtung sind die Lichtquelle 27 des Lichtsenders 15 und der Lichtdetektor 40 des Lichtempfängers 17 auf einer gemeinsamen Platine 45 aufgebracht. Weiterhin sind dem Lichtsender 15 sowie dem Lichtempfänger 17 jeweilige Lichtwellenleiter 47 zugeordnet, welche das Sendelicht und das Empfangslicht entlang eines gewünschten Pfades leiten. Somit kann auf aufwändige Strahlumlenkungselemente wie Prismen oder Spiegel verzichtet werden. Mittels Blenden 49, die bei Bedarf auch in Halteelementen der Lichtwellenleiter 47 integriert sein können, werden der Einfallswinkel und der Ausfallswinkel der Anordnung definiert. Die Blenden 49 könnten grundsätzlich auch auf die Rückfläche 21 der Scheibe 13 aufgebracht, z. B. aufgedruckt, sein. Bei der Erfassungsvorrichtung gemäß 2 ist das Sendestrahlenbündel 30' divergent und das Empfangsstrahlenbündel 32' konvergent.
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Eine nicht dargestellte Ausführungsform sieht zwei getrennte Empfangskanäle und gegebenenfalls auch zwei getrennte Sendekanäle vor, welche der Feinstruktur 35 einerseits und einem unstrukturierten Bereich der Vorderfläche 19 der Scheibe 13 andererseits zugeordnet sind. Hierdurch ist ein vollkommen unabhängiges Erfassen von trockenen Verunreinigungen einerseits und flüssigen Verunreinigungen andererseits möglich.
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Eine Erfassungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben kann insbesondere in das Sensorgehäuse eines optischen Sensors integriert sein, wobei die Scheibe 13 die Frontscheibe des Sensorgehäuses bildet. Auf diese Weise kann die Frontscheibe eines optischen Sensors fortlaufend überwacht werden. Bei zu starken Verunreinigungen kann ein Warnsignal ausgegeben werden, so dass ein Betreiber des Sensors eine bedarfsgerechte Reinigung veranlassen kann.
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Alternativ kann eine wie vorstehend beschriebene Erfassungsvorrichtung auch modulartig ausgeführt sein und dementsprechend in ein Modulgehäuse integriert sein. Die Scheibe 13 bildet in diesem Fall die Frontscheibe des Modulgehäuses.
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Ein solches externes Modul kann unmittelbar neben einem zu überwachenden Sensor angeordnet werden, um dessen Frontscheibe zu überwachen. Dann kann davon ausgegangen werden, dass auf der Frontscheibe des Modulgehäuses zumindest annähernd die gleiche Verschmutzung auftreten wird wie auf der daneben befindlichen Frontscheibe des Sensors. Auf diese Weise ist es möglich, bei bestehenden Sensorsystemen ohne Umbaumaßnahmen eine Verschmutzungsüberwachung vorzusehen. Bei Bedarf kann ein solches Erfassungsmodul zur mechanischen Befestigung an einem vorgegebenen optischen Sensor, beispielsweise einem Standardsensor, ausgebildet sein. Das Erfassungsmodul muss hierbei nicht zwingend mit einem eigenen Lichtsender und einem eigenen Lichtempfänger ausgestattet sein. Vielmehr ist es möglich, über einen entsprechenden Lichtwellenleiter-Anschluss den Lichtsender und den Lichtempfänger des zugehörigen optischen Sensors zu nutzen. Bei Bedarf kann auch die Stromversorgung des optischen Sensors genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Überwachungsfläche
- 13
- Scheibe
- 15
- Lichtsender
- 17
- Lichtempfänger
- 19
- Vorderfläche
- 21
- Rückfläche
- 23
- vorderer Raum
- 25
- hinterer Raum
- 27
- Lichtquelle
- 29
- Sendeoptik
- 30, 30'
- Sendestrahlenbündel
- 31
- Polarisator
- 32, 32'
- Empfangsstrahlenbündel
- 35
- Feinstruktur
- 37
- Streulicht
- 39
- Empfangsoptik
- 40
- Lichtdetektor
- 41
- Polarisator
- 45
- Platine
- 47
- Lichtwellenleiter
- 49
- Blende
- 50
- Unsicherheitsbereich
- S
- Hauptsenderichtung
- E
- Hauptempfangsrichtung
- N
- Flächennormale der Rückfläche
- W1
- Einfallswinkel
- W2
- Auftreffwinkel
