DE29707192U1 - Gerät zur Messung des Streulichts von Sichtscheiben, insbesondere Fahrzeugscheiben, auch im eingebauten Zustand, mit Oberflächenverschleiß auf der Außenseite der Scheibe - Google Patents

Gerät zur Messung des Streulichts von Sichtscheiben, insbesondere Fahrzeugscheiben, auch im eingebauten Zustand, mit Oberflächenverschleiß auf der Außenseite der Scheibe

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    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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Description

Sch wann Systems GmbH Köln, GebraiKJfteifltisteiäfwafetilunö^ESijA 04.97
Beschreibung
Gerät zur Messung des Streulichts von Sichtscheiben, insbesondere Fahrzeugscheiben, auch im eingebauten Zustand, mit Oberflächenverschleiß auf der Außenseite der Scheibe.
Fahrzeugscheiben, insbesondere Windschutzscheiben, unterliegen einem Oberflächenverschleiß durch Kratzer von spitzen Körpern, Schleifspuren von Scheibenwischern und Prallverschleiß durch Aufprall winziger Partikel (Staub, Sand, Steinchen) während des Fahrens. An solchen Oberflächenschäden wie Kratzern, Riefen und Kratern entsteht Streulicht mit (im allgemeinen) kontinuierlicher räumlicher Verteilung um die Durchstrahlungsrichtung (Primärstrahl). Streulicht von kleinen Kratern produziert einen Lichthof, von Kratzern und Riefen Lichtschweife senkrecht zur Kratzerlage.
Streulicht reduziert bei Nacht merklich den wahrgenommenen Kontrast z.B. zwischen einem Hindernis auf der Straße und der Umgebung. Damit verringert sich die Entfernung, aus der das Hindernis entdeckt werden kann - ein potentielles Risiko für die Verkehrssicherheit (Helmers und Lundvist, VTI-Rapport 339A, Linköping 1988, Swedish Road and Traffic Institute). Voraussichtlich wird in absehbarer Zeit - geplant ab 1.1.1998 - in den EU-Staaten die regelmäßige Fahrzeuginspektion (in Deutschland schon nach §29 StVZO) - darunter auch die der Windschutzscheiben - vorgeschrieben werden (EG-Richtlinie 91/328/EWG U.77/143/EWG bzw. 77/649/EWG).
5 Deutsche Verkehrssicherheitsexperten teilen überwiegend den Standpunkt Schwedens, der eine Streulichtmessung vorschreibt, nicht nur eine Besichtigung durch einen Experten (W.Schneider, New Aspects of Minimum Requirements for Windscreen Standards, Conf. VIV, 1995 Derby U.K.). Diese Meinung wird durch die Ergebnisse von Felduntersuchungen 0 insbesondere der Forschungsgemeinschaft ASS e.V. Köln gestützt.
Schwarm Systems GmbH Köln, Gebray djp3$ustff§pfj&dufl*£jtöj»LA 04.97
Aus physikalischen Gründen nimmt das Streulicht, das beim Durchtritt durch die Glasoberfläche entsteht, zu höheren Streuwinkeln hin stark ab. Der Streuwinkel wird zwischen dem Primärstrahl und dem gestreuten Strahl gemessen. Den Hauptanteil des Streulichts findet man bei kleinen Winkeln unterhalb von ca. 10° (Kleinwinkelvorwärtsstreuung). Das Streulicht bei kleinen Streuwinkeln von ca. 2° ist für die Blendwirkung durch die Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge von Bedeutung; wegen seiner relativ hohen Intensität läßt es sich gut messen. Demgemäß sind die bisher bekanntgewordenen Meßgeräte auf Streulichtmessung mit Durchstrahlung (Transmission) der Scheibe und auf Erfassung des Streuwinkelbereichs 1,5° bis 2° ausgelegt (Streulichtmeßgeräte Typ SLA nach dem Konzept der Forschungsgemeinschaft A.S.S. e.V. Köln, angelehnt an DIN 4646-2; Gebrauchsmuster G 92 08 017.0 aus 06.1996; DIN 52298-1/12.93). Diese Geräte sind ausgelegt für Messungen an eingebauten Windschutzscheiben; daher sind Lichtstrahler und Strahlungsempfänger auf beiden Seiten einer Gabel angeordnet, damit die Scheibe in den Strahl gebracht werden kann. Der erforderliche Aufwand und der bei den Geräten übliche technische Standard (Messung der Streulichtverteilung) sind für eine technische Fahrzeuginspektion kostenseitig nicht vertretbar.
Es gibt belegbare Versuche, die Gabelanordnung durch eine Streulichtmessung in Reflexion zu umgehen: dabei könnten Strahler und Empfänger in einem Gehäuse montiert und die Messung durch ein von außen auf die Scheibe gesetztes Gerät vorgenommen werden: (a) Gebrauchsmuster 90 15 015.5, (b) Offenlegungsschrift DE 43 18 358 A1 - Patentansprüche. Das Gerät nach (a) ist zu aufwendig. Verfahren und Gerät nach (b) entspricht - im Gegensatz zu (a) - nicht der Norm DIN 52298-1 und damit nicht annähernd den Sichtbedingungen des Autofahrers; denn bei der in (b) vorgenommenen Einstrahlung unter 50°-70° und Messung des Streulichts 0 im Bereich des Einfallslots handelt es sich um Rückwärtsstreuung unter großen Winkeln.
Schwahn Systems GmbH Köln, Gebra^cj^ftiust$rapfp^du|ig;tfE^LA 04.97
Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Meßgerät für das Streulicht unter kleinen Winkeln zur Durchstrahlungsrichtung (Kleinwinkelvorwärtsstreuung) zu schaffen, bei dem durch reflektiye Messung ein vergleichbarer Streuwinkelbereich und ein vergleichbarer Streulichtanteil, bezogen auf das ungestreut durch die Scheibe gegangene Licht, erfaßt und ausgewertet wird, wie bei Geräten mit der genormten transmissiven Messung nach DIN 52298-1.
Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausbildung ist in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.
Zunächst ist auf bestimmte optische Eigenschaften einer Sichtscheibe im allgemeinen sowie die Meßnorm DlN 52298-1 hinzuweisen: Sichtscheiben reflektieren Licht wie ein gewöhnlicher, auf der Hinterfläche belegter Spiegel; weil aber die Hinterfläche, d.i. bei einer Fahrzeugscheibe die Innenseite, nicht mit Spiegelmetall belegt ist, liefert die Scheibe doppelte Spiegelbilder von jedem vor der Scheibe befindlichen Gegenstand: je ein Bild von der Außen- bzw. Innenseite. Beide Bilder sind relativ lichtschwach, weil der Reflexionsgrad { = Verhältnis von reflektiertem Lichtfluß zu einfallendem Lichtfluß) der beiden Glasoberflächen nur einige Prozent beträgt (beim gewöhnlichen Spiegel wird das Spiegelbild von der Glasaußenfläche kaum wahrgenommen, weil die verspiegelte Seite über 90 Prozent reflektiert). Stellt man einen punktförmigen Strahier vor eine Scheibe, kann man die beiden Spiegelbilder entweder mit dem Auge sehen oder mit einer Kamera abbilden.
Die Wirkung der Kamera erzielt man auch, wenn man eine Sammeloptik erfindungsgemäß zwischen Strahler und Scheibe anordnet, bevor das Licht von außen auf die Scheibe eingestrahlt wird: bei passender Brennweite erhält man ein konvergentes Strahlenbündel, und nach der Reflexion an der 0 Scheibe entstehen - wie bei der Kamera - zwei reelle Spiegelbilder, je eines von Außen- bzw. Innenseite der Scheibe, die man winkelmäßig desto
Schwahn Systems GmbH Köln, Gebr^c^KustpregwJplclujigjlii^LA 04.97
besser trennen kann, je kurzer der üchtweg von den reflektierenden Seiten bis zu den Bildorten im Verhältnis zur Glasdicke ist. Bei vorgegebenem Glasdickenbereich muß man kurze Wege einhalten, um die Spiegelbilder um einige Winkelgrade, bezogen auf den Lichtweg, zu trennen.
Weist die Außenseite der Scheibe Kratzer, Riefen oder kleine Krater auf, sind die Spiegelbilder von Streulicht umgeben, das man getrennt von dem ungestreuten Licht in den Spiegelbildern messen kann.
Will man nur das bei der Durchstrahlung der Außenseite entstehende Streulicht unter kleinen Winkeln zur Durchstrahlungsrichtung erfassen, muß man das Spiegelbild von der Innnenseite der Scheibe und dessen umgebendes Streulicht messen. (Das an der Außenseite reflektierte Spiegelbild liefert rückgestreutes Licht, das eliminiert werden muß, damit das erfindungsgemäße Gerät zur Meßnorm korrespondierende Resultate erzielt.)
Der überwiegende Teil des Lichts wird an der Innenseite der Scheibe nicht reflektiert, sondern durchgelassen und erzeugt ebenfalls ein Strahlerbild, das jedoch erheblich heller als das Spiegelbild ist.
Auch das Streulicht durch die Kratzer, Krater usw. auf der Scheibenaußenseite, das im gleichen Streuwinkelbereich neben dem Strahlerbild beobachtet wird, ist in seiner Intensität (Helligkeit) um den gleichen Faktor heller 0 wie dieses Strahlerbild im Verhältnis zum Spiegelbild. Diese Korrespondenz ergiebt sich aus der Energiebilanz sowie aus den Winkelbeziehungen nach dem Reflexions- bzw. Brechungsgesetz.
Bei den Streulichtmeßgeräten nach der Meßnorm DIN 52298-1 wird das eben beschriebene von der Scheibe durchgelassene gestreute bzw. ungestreute Licht gemessen (transmissive Messung).
Allerdings wird die Scheibe mit parallelem Licht durchstrahlt, so daß eine zweite Sammeloptik hinter der Scheibe nötig ist, um den Strahler abzubilden.
Für die reflektive Messung ist das parallele Licht unzweckmäßig, weil die 0 zweite Sammeloptik sowohl das an der Außenseite als auch das an der Innenseite der Scheibe reflektierte Licht in einem einzigen Spiegelbild
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sammelt und auch das Streulicht {Vorwärtsstreuung an der Innenseite bzw. Rückwärtsstreuung an der Außenseite) überlagert.
Dies wird durch den konvergenten Strahlengang beim erfindungsgemäßen reflektiven Streulichtmeßgerät vermieden.
Analog zu den Meßgeräten nach o.g. Norm wird der gewünschte Streulichtbereich mit einer zum Strahierbild konzentrischen Ringblende vor dem Streulichtempfänger gemessen.
Die dadurch festgelegten Streuwinkelgrenzen sind bei den genormten Geräten für alle Punkte der durchstrahlten Scheibenfiäche gleich; beim erfindungsgemäßen Meßgerät variieren die Grenzen wegen des konvergenten Strahlengangs etwas. Dieser Effekt wird bei der Kalibrierung des Gerätes berücksichtigt.
Mit der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, daß das als Maß für den Streulichtanteil dienende Verhältnis von refleketiertem Streulicht zu reflektiertem ungestreuten Licht in einer einfachen, praktisch festen Relation zu der Kenngröße nach DIN 52298-1 (reduzierter Leuchtdichtekoeffizient, Einheit: (cd/m2)/Ix) steht.
Da die Messung reflektiv durch das von außen auf die Scheibe, insbeson-0 dere eine eingebaute Windschutzscheibe mit Oberflächenverschleiß, aufgesetzte Gerät erfolgt, kann das Gerät kompakt und leicht aufgebaut werden, so daß es für die Einhandbedienung geeignet ist.
Die Scheibendicke hat keinen Einfluß auf die Gerätefunktion, weil die Strahlungsempfänger nicht fixiert, sondern während des Meßvorgangs 5 bewegt werden, um das Strahlerbild sowie das umgebende Streulicht deren Position mit der Scheibendicke etwas variiert - abzutasten.
Durch die Nähe des Funktionsprinzips zur Meßnorm DIN 52298-1 kann das Gerät zuverlässig, d.h. mit sehr guter Korrelation, mittels normgemäß gemessener Proben kalibriert werden.
Schwahn Systems GmbH Köln, Gebrajjcj|i|mustfräjiffi©ldufi*g*;fTE^LA 04.97
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 3 angegeben. Die Weiterbildungen nach Anspruch 2 bieten folgende Vorteile: (a) Messung ist bei Tageslicht möglich (wegen NF-Modulation des Strahlers).
(b) Der Einfallswinkel von (50 + /- 5)° entspricht dem Neigungswinkel der Windschutzscheibe gegen die Vertikale bei der Mehrzahl der Personenkraftwagen; der einfallende Strahl folgt somit weitgehend der Blicklinie des Fahrers.
(c) Meßgeometrie {Streuwinkelbereich und Verhältnisbildung zum ungestreuten Licht) sind ähnlich den Festlegungen in der Meßnorm DIN 52298-1.
(d) Netzunabhängiger Betrieb und kurze Meßzeiten durch Einsatz von Halbleitern möglich.
(e) Automatisierte Messung ist durch Rotation der Empfänger einfach zu realisieren.
(f) Wahlweise Selektion des an der Außenseite der Scheibe ungestreut refektierten bzw. rückgestreuten Lichts; ebenso Messung an polierten undurchsichtigen Scheiben mit Oberflächenfehlern bzw. -schaden.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 umfaßt eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Meßgeräts mit folgenden Vorteilen:
(g) einfache Montage und sichere Justage der Empfänger,
(h) einfacher Bewegungsablauf und genaue, reproduzierbare Messung des Streulichts (bei bekanntem Winkelabstand zwischen den beiden Empängern; Position des Streulichtempängers mit dem Drehwinkel definiert),
(i) auch bei gebogenen Scheiben automatische richtige Meßpositionen der Empfänger durch Überfahren (Scannen) eines ausreichend 0 großen Dreh Winkelbereichs,
(j) tauglich für Einsatz bei staubbelasteter Umgebung durch Abdichtung
Schwahn Systems GmbH Köln, GebrajucjT^ustpVcsmJ^ldujigjriE^LA 04.97
des Gehäusebodens mit lichtdurchlässiger Glasplatte in der Bodenöffnung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 2 erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Streulichtmeßgerät in einer schematischen Seitenansicht,
Fig.2 die Form der Blenden vom Streulichtempfänger bzw. Empfänger für ungestreutes Licht.
Die Seitenansicht von Fig. 1 liegt in der Einfallsebene. Die Einfallsebene verläuft senkrecht zur horizontalen Biegung (Hauptbiegung) der Windschutzscheibe (9). Anmerkung: Senkrecht zur Hauptbiegung ist im Hauptsichtfeid der Scheibe im allgemeinen der Biegeradius viel größer. Daher ist die in der Fig. 1 erkennbare Biegung schwach. Das Gehäuse (8) mit den Auflagern (7) wird in konstantem Abstand über die Scheibe (9) geführt. Das Gehäuse enthält den LED-Strahler (1) mit der Sammeloptik (2) zur Beleuchtung der Außenseite der Scheibe (9) unter (50 + /-5) ° Einfallswinkel und die Empfänger (3) und (4) auf dem drehbaren Zylinder (5) mit der Achse (6) zur Drehung mit einem nicht dargestellten Motor in zwei Richtungen (Doppelpfeil). Der Empfänger (3) für ungestreutes Licht und der Empfänger (4) für gestreutes Licht werden über die Reflexe V (von der Außenseite der Scheibe) und H (von der Innenseite der Scheibe) sowie über das Streulicht S (gezeigt ist ein Reflex, der durch Streuung beim Eindringen in die Scheibe entsteht) hinweg bewegt; dabei werden Intensität und Drehwinkel des Lichtes erfaßt und ausgewertet.
Die Ausbildung der Blenden für die Empfänger (3) und (4) ist in Fig. 2 gezeigt. Blende (3) (Blende für ungestreutes Licht) gehört zu Empfänger (3), Blende (4) (Streulichtblende) zu Empänger (4). Der Steg auf der 0 Kreisblende vom Streulichtempfänger (4) und die Kreisbiende des Empfängers (3) für ungestreutes Licht liegen in der Einfallsebene E-E. Sie sind so
Schwahn Systems GmbH Köln, Gebr^c^^ustprVflT^ldujigsR©LA 04.97
breit, daß auch bei den gebogenen Windschutzscheiben mit etwas verbreiterten Reflexen V und H im Vergleich zu planen Scheiben der Reflex H (LED-Bild) vollständig durch die Kreisblende (3) paßt und vollständig vom Steg beim Empfänger (4) abgedeckt wird. Erfindungsgemäß wird der Reflex H und das umgebende Streulicht in dem durch die Streulichtblende (4) festgelegten Streuwinkelbereich der Messung zugrundegelegt.
Der Reflex V läßt sich je nach Drehrichtung des Zylinders (5) nach Winkellage und Intensität im Vergleich zum Reflex H identifizieren.

Claims (3)

Schwahn Systems GmbH Köln, QebriuciÄjListtTWIsidLDi^RfSLA 04,97 Schutzansprüche
1. Gerät zur Messung des Streulichts von Sichtscheiben, insbesondere Fahrzeugscheiben, auch im eingebauten Zustand, mit Oberflächenverschleiß auf der Außenseite der Scheibe,
(a) das einen punktförmigen Lichtstrahler (1) und eine Sammeioptik (2) zur Durchstrahlung der Scheibe (9) sowie zwei Strahlungsempfänger (3) und (4) zur Messung des ungestreuten bzw. gestreuten Lichts in einem Gehäuse (8) mit Auflagern (7) aufweist,
(b) das zur Messung auf die Außenseite der Scheibe (9) gesetzt wird wobei durch die Auflager (7) ein fester Abstand von der Scheibenaußenseite eingehalten wird -, so daß das beim Durchgang (Transmission) durch die Scheibenaußenseite gestreute Licht sowie das ungestreut durchgehende Licht an der Scheibeninnenseite reflektiert (gespiegelt) und anschließend von den Strahlungsempfängern (4) und (3) gemessen wird,
(c) wobei die Scheibeninnenseite das Licht derart reflektiert, daß der ungestreute Anteil im Bild (H) des Strahlers (1) und das gestreute Licht seitlich des Bildes, z.B. an der Stelle (S), an zwei räumlich getrennten Stellen gemessen werden können,
(d) wobei während des Meßvorgangs die beiden Empfänger (3) und (4) über das Bild (H) und seine Umgebung hinweg bewegt werden und mit bestimmten Blenden versehen sind, die die gewünschten Anteile von ungestreutem bzw. gestreutem Licht selektieren,
(e) wobei die Bewegung der beiden Empfänger (3) und (4) gekoppelt ist, so daß die örtliche Korrespondenz zwischen den registrierten Empfängersignalen rekonstruiert werden kann.
(f) wobei mit einer Auswerteschaltung der Quotient von Streulichtsignal 0 und ungestreutem Lichtsignal als relationale Streulichtkenngröße
ermittelt wird.
Schwahn Systems GmbH Köln, Gebr^uc^^ust^r^rrrJ^ldujigSriOLA 04.97
2
2. Gerät nach Schutzanspruch 1,
(a) bei dem als Strahier (1) eine NF-modulierte Leuchtdiode (LED), z.B.
rot; ca. 0,4 mm &khgr; 0,4 mm Leuchtfläche, verwendet wird,
(b) bei dem das vom Strahler (1) und Sammeloptik (2) erzeugte konvergente Lichtbündel unter (50+ /-5)° (gemessen zwischen der optischen Achse und dem Einfallslot) auf die Scheibe einfällt,
(c) bei dem zwischen dem Fußpunkt des Einfallsiots und dem Bild (H) des Strahlers (1) ein Abstand von höchstens dem 10- bis 15-fachen der Scheibendicke eingehalten ist,
(d) bei dem der Empfänger (3) für das ungestreute Licht mit einer Kreisbiende von ca. 2°, bezogen auf den zuvor bezeichneten Abstand, versehen und der Streulichtempfänger (4) mit einer Kreisblende von ca. 6° Durchmesser und einem Steg (lichtundurchlässig) von ca.
2° Breite (zentriert und parallel zur Einfallsebene des Lichts eingebaut) versehen ist,
(e) bei dem die Empfänger (3) und (4) aus Halbleitern bestehen,
(f) bei dem die Empfänger (3) und (4) in der Einfallsebene um eine Achse (6) (senkrecht zur Einfallsebene) rotieren können, die die verlängerte optische Achse des ungestreut reflektierten Lichts trifft, wobei die Rotation in beiden möglichen Drehrichtungen erfolgen kann, und die Empfänger einen festen Abstand zur Achse (6) haben,
(g) bei dem wahlweise (optional) das an der Außenseite der Scheibe (9) ungestreut (regulär) reflektierte Licht im Bild (V) sowie das Streulicht seitlich dieses Bildes gemessen wird, wobei dieses Streulicht (überwiegend) reflektiv erzeugt ist.
Schwahn Systems GmbH Köln, Gebrauift&usifcrVT&ldijng SOLA 04.97
3. Gerät nach Schutzanspruch 1 bis 2,
(a) bei dem die Empänger (3) und (4) samt der jeweiligen Blenden auf dem Umfang eines Zylinders (5) eingebaut sind, der um die konzentrische Achse (6) mittels eines Motors drehbar ist,
(b) wobei der Motor ein Schrittmotor ist, so daß der Drehwinkel proportional zur Anzah! der Winkelschritte wächst,
(c) wobei der Abstand zwischen den Auflagern (7) und der Bodenplatte des Gehäuses (8) so groß ist, daß Windschutzscheiben, die üblicherweise gebogen sind, die Bodenplatte nicht berühren,
id) wobei das Gehäuse (8) lichtundurchlässig und die Bodenplatte mit einer geneigt eingebauten, reflexionsmindernd beschichteten (entspiegelten) Glasplatte in einer Bodenöffnung versehen ist.
DE29707192U 1997-04-22 1997-04-22 Gerät zur Messung des Streulichts von Sichtscheiben, insbesondere Fahrzeugscheiben, auch im eingebauten Zustand, mit Oberflächenverschleiß auf der Außenseite der Scheibe Expired - Lifetime DE29707192U1 (de)

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