DE3612820A1

DE3612820A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der retroreflexionsfaehigkeit einer reflektierenden schicht

Info

Publication number: DE3612820A1
Application number: DE19863612820
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Potters Industries LLC
Current assignee: Potters Industries LLC
Priority date: 1985-04-18
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1986-10-23
Also published as: GB8609431D0; CA1267299A; BR8601729A; GB2173897A; GB2173897B; AU573437B2; MX161559A; FR2580811B1; JPS61243344A; FR2580811A1; AU5610186A; US4721389A

Description

Henkel, Feiler, Hänzel & Partner & Patentanwälte

Dr phil. G Henkel

4^1 ΟΟΟΠ ^r.^rer·^nat· L- Feiler

O D IZOZU Dipl.-Ing. W. Hänzel

Dipl.-Ing. D. Kottmann

Mohlstraße 37 POTTERS INDUSTRIES, INC. D-8000 München 80

Hasbrouck Heights. N.J., V.St.A. j_ei 089/982085-87

Telex: 5 29 802 hnkl d

Telefax (Gr. 2+3): 089/981426
Telegramm: ellipsoid

724,775 Hz/bb 16. April 1986

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der
Retroreflexionsfähigkeit einer reflektierenden Schicht

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung der Retroreflexionsfähigkeit (retroreflectivity), insbesondere die Messung eines retroreflektierenden Mediums oder Rückstrahlmediums. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Retroreflexxonsfahigkext eines Rückstrahlmediums unter Verwendung eines Laserstrahls zum Beleuchten eines Bereichs des Mediums mit einer bekannten Lichtmenge unter einem gewählten oder bestimmten Einfallswinkel,, wobei das Licht zurückgeworfen und unter einem gewählten oder bestimmten Beobachtungswinkel gemess-i. wird.

Unabhängig von ihrem weiteren Anwendungsgebiet eignet sich die Erfindung speziell für die Untersuchung von rückstrahlenden (retroreflective) Fahrbahnmarkierungen auf Straßen und dgl., insbesondere von Farbauftraglinien, bei denen rückstrahlende Perlen aus Glas oder einem anderen Werkstoff in die Markierungsfarbschicht eingebettet sind.

Bisher sind noch keine Geräte entwickelt worden, mit denen fortlaufend der Leistungszustand von Fahrbahnmarkierungsstreifen oder -linien gemessen und eine Erosion der Rückstrahl-Perlen erfaßt werden könnten, was sich an besonders beanspruchten Stellen, wie in Kurven, an Brückenauffahrten usw., als zweckmäßig erweisen würde. Bisher wurde eine solche Abnützung (d.h.

Erosion der Rückstrahl-Perlen) meist nur dann entdeckt, wenn ein Kraftfahrer zufällig eine starke Abnützung an der betreffenden Stelle meldete. Aufgrund der Eigenschaften der Rückstrahlteilchen konnten zudem deren Reflexionseigenschaften vornehmlich nur nachts oder anderweitig unter Bedingungen praktisch vollständiger Dunkelheit geprüft werden.

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Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Messen der Retroreflexionsfähigkeit von reflektierenden Fahrbahnmarkierungen und anderer Rückstrahlmedien unter Vermeidung der oben geschilderten Probleme. Dies soll dabei mittels einer Meßtechnik erfolgen, bei welcher die Retroreflexionsfähigkeit des Rückstrahl- oder Reflexionsmediums in der Weise nachgeahmt wird, wie sie einem Kraftfahrer unter Beleuchtung der betreffenden Stelle durch das Scheinwerferlicht erscheinen würde.

Die Erfindung bezweckt dabei die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Messen der Retroreflexionsfähigkeit unter normalen, kleinen oder flachen (low) Blickwinkeln, ggf. jedoch auch unter großen Blickwinkeln, und insbesondere aus beliebiger Entfernung von einigen Metern bis zu einem Mehrfachen ^von zehn Metern (einigen Fuß bis zu mehreren hundert Fuß) durch einfache Einstellung der Erhöhung und/oder des Zielpunkts der betreffenden Bauelemente. Diese Messung soll dabei unter beliebigen Unigebungslichtbedingungen, und zwar sowohl am Tage als auch nachts, und unabhängig von Regen, Staubentwicklung usw. möglich sein.

Außerdem soll die genannte Meßtechnik automatisch durchführbar sein.

Die angegebene Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Teil einer reflektierenden oder rückstrahlenden Schicht (auf einer Oberfläche) mit einem unter einem bestimmten Einfallswinkel i auf die Schicht auftreffenden Laser-

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strahl einer vorbestimmten Wellenlänge bestrahlt. Der auftreffende Laserstrahl wird dabei zurückgeworfen, wobei zumindest ein Teil der zurückgeworfenen Strahlung unter einem bestimmten Beobachtungs- oder Meßwinkel o_s der um einen Divergenzwinkel δ vom Einfallswinkel i abweicht, beobachtet oder untersucht wirdο Das unter diesem Meßwinkel ο zurückgeworfene Licht wird durch ein optisches Schmalbandfilter, dessen Durchlasbereich oder -band auf der vorbestimmten Wellenlänge des Laserstrahls zentriert ist, gefiltert, worauf das gefilterte Reflexionslicht von einem Telephotoelek·=- tronen-Vervielfacher (telephotomultiplier) oder exneia anderen empfindlichen Lichtmesser abgenommen wir«I, ° Der Lichtmesser erzeugt daraufhin eine elektrische Größe oder ein anderes Signal entsprechend der auf ihn auftreffenden Lichtmenge.

Da die Lasereinheit eine geregelte, bekannte Licht-

*® menge erzeugt und das Licht über eine feste, kleine Fläche verteilt oder verstreut ist, kann das vom Lichtmesser erzeugte elektrische Signal unmittelbar in Beziehung zum Reflexionsvermögen der Glasperlen bzw. -kügelchen oder sonstiger Rückstrahl(er)teilchen in der untersuchten Schicht gesetzt werden. Vorzugsweise entsprechen der Einfallswinkel i und der Beobachtungs- oder Meßwinkel ο den jeweiligen Winkelstellungen der Fahrzeug-Scheinwerfer bzw. der Augen des Fahrers. Der Divergenzwinkel δ entspricht der Winkelbeziehung zwischen der Augenposition des Fahrers und der Scheinwerferposition am Fahrzeug. Mit dem Laserstrahl kann die Fahrbahnmarkierung wiederholt bestrichen werden, um somit deren Retroreflexionsfähigkeit über ihre Breite hinweg zu messen. Die Ab-

**" tastbewegung der Laserstrahls bietet zudem den Vorteil, daß auch dann ein kontinuierliches oder fort-

laufendes Signal erhalten wird, wenn die Markierung Richtungsänderungen aufweist.

Da das Laserlicht eine einzige Frequenz enthält und in Form eines kleinen (engen) geregelten Strahl erzeugt wird, wird die Zielfläche mit einer bekannten Lichtmenge bestrahlt. Der zum Meßpunkt zurückgeworfene Lichtanteil kann daher zu einem Bruchteil des Einfallslichts in Bezug gesetzt (correlated) werden.

Hierdurch wird eines der größeren Probleme aller üblichen, unter einem flachen Winkel arbeitenden Systeme, bei denen die Beleuchtung mittels eines gewöhnlichen Lichtstrahls erfolgt, gelöst. Bisher erwies es sich als unmöglich, die zu beleuchtende und auf Retroreflexionsfähigkeit zu messende Fläche mit annehmbarer Genauigkeit zu kontrollieren.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Messen der Retroreflexionsfähigkeit einer reflektierenden oder rückstrahlenden Schicht, umfassend eine optische Laser-Beleuchtungseinheit zum Beleuchten eines Teils der Rückstrahlschicht mit einem Strahl einer vorbestimmten Wellenlänge sowie einen Telephotoelektronen-Vervielfächer zum Abnehmen des unter einem bestimmten Beobachtungs- oder Meßwinkel zurückgeworfenen Lichts, zum anschließenden Filtern des Lichts in einem schmalen, auf die vorbestimmte Wellenlänge des Laserstrahls zentrierten Durchlaßbereich und zum Erzeugen eines elektrischen Signals eines der Intensität des gefilterten, reflektierten Lichts entsprechenden Größe, die ein Maß für die Retroreflexionsfähigkeit der Rückstrahlschicht darstellt. Die Lasereinheit und der genannte Vervielfacher können zusammen an einem bewegbaren, beispielsweise durch Servomotorantrieb angetriebenen Rahmen montiert sein, um Einfalls- und Meßwinkel einzustellen und die Rückstrahl-

schicht abzutasten. In bevorzugter Ausführungsform handelt es sich beim Laser um einen Helium-Neon-Laser einer Wellenlänge von 632,8 nm, und das im Telephotoelektronen-Vervielfacher verwendete optische Schmalbandfilter (narrow pass optical filter) ist ein solches des Typs Oriel 5272 mit einem auf die Wellen= länge des Lichts vom Helium-Neon-Laser zentrierten

Durchlaßbereichs (pass band) von etwa 1 nm. 10

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiels dar Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert« Sa zeigen:

° Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Teils

einer Fahrbahnfläche zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips,

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung der Anwendung des erfindungsgemäßen Ver

fahrens für die Messung der Retroreflexionsfähigkeit unter flachen oder kleinen Winkeln,

Fig. 3 und 4 vereinfachte schematische Darstellungen anderer Verfahren zum Messen der Retro

ref lexionsfähigkeit unter vergleichsweise großen Winkeln,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfin- ^Q dungsgemäß einsetzbaren Telephotoelektronen-

Vervielfachers (telephotomultiplier),

Fig. 6A und 6B perspektivische Darstellungen des erfindungsgemäß eingesetzten Telephotoelektronen-Vervielfachers,

Fig. 7 eine handbedienbare Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer automatischen (automatisch arbeitenden) Anordnung des erfindungsgemäßen Laser-Reflektometers,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Intensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge zur Er

läuterung von Arbeitsweise und Vorteilen der Erfindung und

Fig. 10 eine schaubildliche Darstellung einer praktisch einsetzbaren Anordnung gemäß der Er

findung.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, läßt sich der Grundgedanke der zu beschreibenden Ausführungsbeispiele der Erfindung in einfachster Form als Beleuchtung einer Zielfläche mit einem Laserstrahl unter einem gewünschten oder Soll-Einfallswinkel beschreiben. Gemäß Fig. 1 weist eine Fahrbahn 10 auf ihrer Oberfläche eine Farbmarkierungslinie 12 auf, in welche zahlreiche rückstrahlende (retroreflective), sphärische Glasperlen oder -kügelchen 14 eingebettet sind, welche Fahrbahnmarkierungen rückstrahlend machen, so daß deren Sichtbarkeit besonders nachts erheblich verbessert ist. Aus verschiedenen Gründen läßt sich eine gleichmäßige Verteilung dieser Glasperlen oder -teilchen 14 auf der Farbmarkierungslinie 12 in manchen Fällen nur schwierig erreichen. Aufgrund von Witterungs- und Verkehrseinflüssen werden zudem die Glasperlen 14 häufig abgenützt oder aus der Markierungslinie 12 herausgerissen, wodurch die Wirksamkeit der Rückstrahlschicht beeinträchtigt wird. Dies gilt insbesondere für Fahrbahnkurven, Brückenauffahrten und dgl., wo die Reifen eines eine Kurve durchfahrenden

Fahrzeugs quergerichtete Scherkräfte auf die Markierungslinie 12 ausüben.

Gemäß Fig. 1 wird ein Laserstrahl 16 auf die Markierungslinie 12 geworfen. Der Laserstrahl besitzt dabei eine gleichförmige endliche Breite und umfaßt einen Haupt- oder Zentralstrahl 16c sowie Weben- oäsr Randstrahlen 16a. Der Laserstrahl 16 ist unter eineia Einfallswinkel i auf die Fahrbahn 10 gerichtet«

Das auf die Glasperlen 14 auftreffende Laserlicht -?izd zu einem großen Teil in einer allgemeinen Richtung zur Lichtquelle zurück reflektiert, so daß zumindest ein Teil dieses Lichts unter einem gegebener: Beobach-= tungs- oder Meßwinkel ο zurückgeworfen wird» Dieser Meßwinkel ο ist dabei, wie dargestellt, um einen kleinen Trennwinkel δ vom Einfallswinkel i verschieden. Das unter dem Meßwinkel ο zurückgeworfene Laserlicht ist in Fig. 1 als reflektierter Strahl 18 mit einem Zentralstrahl 18c und Randstrahlen 18a dargestellt.

Der aus der Lasereinheit austretende Laserstrahl besitzt typischerweise einen Anfangsstrahldurchmesser von etwa 0,8 mm, doch wird er in einem optischen Strahlspreizsystem auf eine Breite von etwa 25 - 100 mm aufgespreizt. Das genannte System besteht typischerweise aus einer Strahlspreizlinse mit nachgeschalteter Kollimatorlinse. Ein solches Linsensystem ist in der Optik allgemein bekannt und braucht daher vorliegend nicht im einzelnen dargestellt zu werden.

Der Laserstrahl 16 einer endlichen Breite beleuchtet . eine Zielfläche 20. Die Größe oder Weite des Strahls 16 ist so gewählt, daß er eine Zielfläche 20 mit einer Querbreite von etwa 25 - 100 mm beleuchtet und der Strahl somit auf eine große Zahl von Glasperlen

auftrifft. Die Strahlbreite ist dabei jedoch ausreichend klein, so daß die Zielfläche 20 innerhalb des Umrisses der zu untersuchenden Markierungslinie 12 verbleibt.

Die Intensität des zurückgeworfenen (retroreflected) Laserstrahls 18 kann mittels eines Photometers oder Lichtmessers einfach gemessen werden. Da die Intensität des auftreffenden Laserstrahls 16 festgelegt und bekannt ist, kann die gemessene Intensität des reflektierten Laserlichts im reflektierten Strahl 18 unmittelbar als Maß für die Retroreflexionsfähigkeit der Farbmarkierungslinie 12 benutzt werden.

In grundsätzlicher Ausführungsform sind gemäß Fig. 2 eine Lasereinheit 22 mit einem Strahlspreizlinsensystern 23 und ein Telephotoelektronen-Vervielfacher 24 so angeordnet, daß sie die Glasperlen oder Rückstrahlteilchen 14 auf der Fahrbahnoberfläche 10 unter einem gegebenen kleinen oder flachen Einfallswinkel i beleuchten und das reflektierte Licht 18 unter einem gegebenen kleinen oder flachen Beobachtungs- oder Meßwinkel ο aufgefangen wird. Bei dieser Anordnung können der Einfallswinkel i und der Meßwinkel ο, die zwischen sich den Divergenzwinkel $ festlegen, so gewählt werden, daß sie einer gegebenen Fahrer/Scheinwerferkonfiguration in einem beliebigen Abstand entsprechen. Der Ausdruck "flacher Winkel" bedeutet vorliegend Winkel im Bereich von etwa 1-5° gegenüber der Waagerechten. Die Lasereinheit 22 emittiert den Laserstrahl 16, der auf die Glasperlen 14 auftrifft und als Strahl 18 zurückgeworfen wird, wobei letzterer durch den TeIephotoelektronen-Vervielfacher 24 (im folgenden einfach als "Vervielfacher" bezeichnet) ausgewertet wird. Ein optisches Schmalbandfilter mit einem schmalen (d.h. in der Größenordnung von 1 nm), auf die Wellen-

länge des Laserstrahls 16 zentrierten Durchlaßbereich läßt nur das von den reflektierenden Glasperlen 14 zurückgeworfene Licht der Laser-Wellenlänge durch» Der Vervielfacher 24 kann verstellt werden, um das reflektierte Licht unter beliebigen Beobachtungs- oder Meßwinkeln o, entsprechend verschiedenen Divergenzwinkeln δ, aufzufangen.

Mit der dargestellten Anordnung kann die Retroreflexionsfähigkeit durch Einstellung von Erhöhung und Neigungswinkel (pitch) von Lasereinheit 32 ".ad Vervielfacher bzw. Lichtmesser 24 aus einer beliebigen Entfernung von wenigen Metern bis zu einem Mehrfachen von zehn Meter gemessen werden„ Aufgrund der Empfindlichkeit der Vervielfachers 24 und des schmalen Durchlaßbereichs des Filters 26 kann außerdem die Retroreflexionsfahigkeit sowohl unter Nacht- als auch Tagesbedingungen und unabhängig von regnerischen Witterungsbedingungen gemessen werden.

Da das Laserlicht eine einzige Wellenlänge besitzt und in Form eines dünnen, kontrollierten Strahls erzeugt wird, empfängt die mit dem Laserstrahl 16 beleuchtete Zielfläche 20 eine bekannte Lichtmenge.

Demzufolge kann der mit dem reflektierten Strahl 18 unter dem Meßwinkel ο zurückgeworfene Lichtanteil gemessen und unmittelbar als Maß für die Retroreflexionsfahigkeit der untersuchten Fläche benutzt werden.

Außerdem kann die Geometrie einer Messung aus einer gewünschten Entfernung oder unter einem gewünschten Winkel bei kürzerer oder größerer Entfernung einfach durch Absenken oder Anheben von Lasereinheit 22 und Vervielfacher 24 und Änderung ihres Neigungswinkels simuliert werden. Zufriedenstellende Ergebnisse lassen sich mit Schrägentfernungen, d.h. von der

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Lasereinheit 22 zur Zielfläche 20, von weniger als etwa 3,0m erzielen.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen wahlweise Möglichkeiten für die Retroreflexionsfähigkeitsmessung unter vergleichsweise großen Einfallswinkeln (d.h. von 15 60°). Bei derart großen Winkeln sind die auf die Einbettung der Glasperlen zurückzuführenden Differenzen in der Retroreflexionsfähigkeit minimiert, so daß die resultierende Retroreflexionsfahigkextsmessung unmittelbarer auf die Menge der in der Farbmarkierungslinie 12 verbliebenen reflektierenden Glasperlen 14 bezogen ist. Die Reflexionsmessungen unter höherem bzw. größerem Winkel können entweder durch Höherlegen von Lasereinheit 22 und Vervielfacher 24 und stärkere Abwärtsneigung derselben gemäß Fig. 3 oder aber durch Einhaltung der Neigungswinkel (pitch angles) von Lasereinheit 22 und Vervielfacher 24, wie in Fig. 4 gezeigt, und Drehen eines oder mehrerer Spiegel 28 zur kontrollierten Änderung von Einfallswinkel i und Meßwinkel ο von kleinen auf große Werte durchgeführt werden. Für den einfallenden Strahl und den reflektierten Strahl kann ein einziger Spiegel 28 benutzt werden, wahlweise können aber auch getrennte Spiegel vorgesehen werden. Die beiden Ausgestaltungen des Laser-Retroreflektometers gemäß Fig. 3 bzw. 4 bieten jeweils die Möglichkeit für Messungen sowohl unter einem großen als auch einem kleinen Winkel mittels eines einzigen Geräts.

Eine bevorzugte, erfindungsgemäß zu verwendende Lasereinheit ist ein Helium-Neon-Laser, vorzugsweise einer Leistung von 1 - 2 mW.

Ein gefilterter Telephotoelektronen-Vervielfacher 30, der erfindungsgemäß einsetzbar ist, ist schematisch

in Fig. 5 dargestellt. Ein Teleskop 32 des Vervielfachers oder Lichtmessers 30 ist auf den aufgefangenes« zurückgeworfenen Strahl 18 ausgefluchtet und auf den ° Fleck oder die Stelle 20, wo die Retroreflexionsfähigkeit gemessen werden SoIl₁, fokussiert. Das Teleskop 3 2 gemäß Fig. 5 umfaßt eine Objektivlinse 34 und eine Okularlinse 36. Ein der Okularlinse 36 nachgeschalteter Strahlteiler 38 sendet einen Teil des reflektierten Strahls 18 zu einem Okular (eyepiece) 40, das für die visuelle Ausrichtung des Teleskops 32 benutzt werden kann. Der Rest des reflektierte Strahls 18 passiert den Strahlteiler 38 unä triLc r;e= dann durch ein in einem Filterhalter 44 angeordnetes Filter 32 hindurch, so daß praktisch nur aas schmale Band des Laserlichts durch das Filter 32 hindurch in eine schematisch dargestellte Photovervielfacherröhre (PMT) 46 einfällt. In bevorzugter Ausführungsform ist das Filter 42 ein solches vom Typ Oriel 5272, das nur ein auf der Wellenlänge des Helium-Neon-Lasers zentriertes Band von etwa 1 nm durchläßt. Für andere Anwendungszwecke können jedoch auch andere Filter verwendet werden. Für allgemeine Verwendung kann auch entweder ein Neutralfilter oder ein kleines Feinloch vorgesehen werden, so daß der Telephotoelektronen-Vervielfacher 30 zu einem Weißlicht-Photometer wird.

Während Fig. 5 schematisch eine Photovervielfacherröhre 46 mit einer Kathode, einer Anode und mehreren Dynoden veranschaulicht, ist darauf hinzuweisen, daß gleichermaßen verschiedene Arten empfindlicher photoelektrischer Zellen verwendet werden können.

Fig. 6A veranschaulicht einen auf einem Stativ montierten Telephotoelektronen-Vervielfacher zur Verwendung bei der Erfindung. Dabei ist das Teleskop 32 auf einem Stativ 48 montiert. Die Photovervielfacher-

BAD ORIGINAL

röhre 46, gemäß Fig. 6A in einem zylindrischen Gehäuse 46a untergebracht, ist mit einer Kombination aus einem Ausdruck-Mikrovoltmeter und einer Strom-Versorgung 50 über ein mehradriges Kabel 52 verbunden. Ein nicht dargestellter Laserkopf kann am Stativ 48 in einer Lage unterhalb des Teleskops 32 montiert sein. Die anderen Bauelemente gemäß Fig. 5 sind in Fig. 6A mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet.

Eine andere Anordnung des erfindungsgemäßen Vervielfachers 130 ist in Fig. 6B dargestellt. Dabei umfaßt der Telephotoelektronen-Vervielfacher 130 ein Teleskop 132 mit einer Objektivlinse 134 und einem Strahlteiler 138, ein Okular 140, ein in einem Halter 144 angeordnetes Filter 142 und eine Photovervielfacherröhre (multiplier phototube) 146 mit zugeordnetem Kabel 152. Ein Rahmen oder Schlitten 156 ist durch einen Servomotorantrieb 160 längs einer Leit-Schiene 158 verschiebbar. Der Rahmen 156 trägt eine Halterung 166 für den Vervielfacher 130 und eine Einstellmutteranordnung 170 zum Einstellen des Abstands oder Neigungswinkels des Teleskops 132 zur Änderung des Beobachtungs- oder Meßwinkels o.

Fig. 7 veranschaulicht eine mögliche Ausführungsform einer Anordnung zum automatischen Abtasten der Farbmarkierungslinie 12. Dabei ist ein Laserkopf 54 mit nicht dargestellten Strahlspreizlinsen zusammen mit dem Vervielfacher 30 auf einem Schlitten oder Rahmen 56 montiert. Der Schlitten oder Rahmen ist dabei seitlich bewegbar und wird durch einen Servomotorantrieb 60 mit Kettenantrieb 62 zum Verfahren des Rahmens 56 angetrieben. Je eine Halterung 66 und 68 dient zur schwenkbaren Lagerung des Vervielfachers 30 bzw. des Laserkopfes 54. Entsprechende Einstellmutteranordnungen 70 und 72 dienen zur Änderung von Meß- bzw. Einfalls-

21 ^:>.y.

winkel durch Änderung der Neigung von Vervielfacher 30 bzw. Laserkopf 54.

Bei dieser Ausführungsform enthält das Kabel 52 mit dem Laserkopf 54 und dem Servomotor 60 verbundene Leiter. Der motorgetriebene Rahmen 56 kann somit einem Kleinrechner oder einer anderen Datenverarbe.?.-tungseinheit zugeordnet werden, die zweckmäßig programmiert ist, um den Vervielfacher 30 und den Laserkopf 54 eine Abtastbewegung längs und/oder hin und her über den zu untersuchenden Markierungsstreif ε ■; 12 ausführen zu lassen« Der Retroreflexionsfähio^v,e:!t der Markierungslinie entsprechende Daten können aufgezeichnet werden, wobei der Rechner so programmiert sein kann, daß er die Spitzenwertanzeigen bei jeder Abtastbewegung aufzeichnet. Ein Gerät des beschriebenen Aufbaus kann in ein Kraftfahrzeug eingebaut und längs der Fahrbahn 10 verfahren werden, um damit eine große Zahl von Meßwerten zu ermitteln, die für die Retroreflexionsfähigkeit der Farbmarkierungslinie 12 repräsentativer sind als eine einzige Messung oder einige wenige Messungen. Aufgrund der Beweglichkeit der Anordnung gemäß Fig. 7 können weiterhin Messungen bezüglich Leistungsfähigkeit und Glasperlen-Zurückhaltung an speziellen Stellen, beispielsweise in Kurven der Fahrbahn 10, vorgenommen werden.

Bei dieser Anordnung kann der Abtastpunkt von Laserkopf 54 und Vervielfacher 30 mittels des Rechnerprogramms digital eingestellt bzw. gerichtet und auf die Markierungslinie 12 ausgerichtet gehalten werden. Dies bedeutet, daß die Abtastgrenzen digital kontrolliert und z.B. mit Meßkennlinien niedriger Reflexionsfähigkeit in den Grenzbereichen verglichen werden können, so daß der Laserkopf 54 und der TeIephotoelektronen-Vervielfacher 30 stets auf die Mittel-

linie der Markierungslinie 12 ausgerichtet bleiben. Falls eine doppelt ausgezogene Linie vorhanden ist, kann die Ausrichtung von Vervielfacher 30 und Laserkopf 54 digital so gesteuert werden, daß die entsprechende Retroreflexxonsfahigkeitsmessung für jede Linie, entweder unter einem großen oder einem kleinen Winkel oder in beiden Stellungen, ausgelesen und aufgezeichnet wird.
10

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 kann die Einstell anordnung 170 mittels einer nicht dargestellten, getrennten Servomotorsteuerung automatisch angesteuert oder von Hand eingestellt werden.

Ein automatisiertes Laser-Retroreflektometer 200 ist schematisch in Fig. 8 dargestellt. Dabei ist ein TeIephotoelektronen-Vervielfacher 230 mit einem Teleskop 232, einem Okular 240 und einer Photovervielfacherröhre 246 mittels einer waagerechten Achse 230a schwenkbar in einem Rahmen 256 gelagert. Unter dem Vervielfacher 230 ist ein Laserkopf 254 mittels einer waagerechten Achse 254a im Rahmen 256 schwenkbar gelagert. Im oberen Bereich des Rahmens 256 ist eine Einheit 250 aus einem mikroprozessorgestützten Regler und einem Mikrovoltmeter angeordnet, während im unteren Bereich des Rahmens 256 eine Stromversorgung 251 für den Laserkopf 254 vorgesehen ist. Der Rahmen 256 ruht auf der Fahrbahnfläche 10 und enthält einen Erhöhungsmechanismus 257 zum Hochfahren und Herabfahren des oberen Teils des Rahmens 256 sowie einen Drehmechanismus 2 58 zum Drehen des Rahmens 256 in einer hin- und herstreichenden Abtastbewegung.

Ein verstellbares Gestänge 259 verbindet den Vervielfacher 230 mit dem Laserkopf 254, derart, daß beide Einheiten um ihre jeweiligen Achsen 230a bzw. 254a schwenkbar sind. Ein anderes Gestänge 260 dient zur

Einstellung des Neigungswinkels des Laserkopfes 254 relativ zum Rahmen 256.

° Bei dieser Anordnung können die Neigung von Laserkopf 254 und Vervielfacher 230, ihre Höheneinstellung und ihr Azimut mittels des Mikroprozessor-Reglers 250 automatisch eingestellt und geändert werden, so daß diese Einheiten auf die entsprechenden Einfalls- und Meßwinkel i bzw. ο ausgerichtet sind.

Die optischen Kennlinien des bevorzugten Helium-Eecm-Lasers sowie des zugeordneten Filters 42 oder 142 sind in Fig. 9 veranschaulicht. In diesem Diagramm steht die Kurve A für die ungefähre Empfindlichkeit des menschlichen Auges auf das sichtbare Licht, während die Kurve B für die ungefähre Frequenzverteilung einer Wolfram-Glühlampe, beispielsweise der Scheinwerferlampe eines Kraftfahrzeugs, steht. Die Empfindlichkeit des menschlichen Auges für das Licht des Scheinwerfers ist in der Nähe des Schnittpunkts X der Kurven A und B, d.h. im Bereich von Wellenlängen von etwa 600 - 650 nm, am größten. Wellenlängen in diesem Bereich sind daher für optimale Nachtsichtbedingungen repräsentativ. Die Kurve C in Form einer einzigen lotrechten Linie gibt die Wellenlängenverteilung des in bevorzugter Ausführungsform der Erfindung verwendeten Helium-Neon-Lasers an. Dieser Laser emittiert Licht einer einzigen Wellenlänge von 632,8 nm. Wie auf der Abszisse von Fig. 9 aufgetragen ist, besitzt das beim Telephotoelektronen-Vervielfacher verwendete Filter 42 des Typs Oriel 52 72 eine Filterbandbreite BW_f von nur etwa 1,0 nm, und zwar zentriert auf der Wellenlänge von 632,8 nm des Helium

^° Neon-Lasers.

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Da der Laserkopf 54 Licht einer spezifischen Wellenlänge erzeugt und das Filter 42 nur Licht dieser speziellen Wellenlänge durchläßt, können mittels der erfindungsgemäßen Anordnung Reflexionsfahigkeitsmessungen sowohl bei Tag als auch bei Nacht und auch in Gegenwart von Kunstlicht vorgenommen werden, ohne daß die Meßwerte eine wesentliche Beeinträchtigung erfahren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert außerdem zuverlässige Meßwerte sowohl im Regen als auch unter trockenen Bedingungen bei leichtem Nebel sowie unter verschiedenen anderen Bedingungen, unter denen andere Meßanordnungen ohne Lasereinheit und zugeordnetes

Filter praktisch nicht verwendbar sind. 15

Ersichtlicherweise können auch von einem Helium-Neon-Laser verschiedene Lasereinheiten zufriedenstellend angewandt werden, sofern sie die Nachtsichtbedingungen

in annehmbarer Weise repräsentieren. 20

Fig. 10 veranschaulicht eine spezielle, praktische Ausgestaltung der Erfindung für die Messung des Leistungsverhaltens von reflektierenden Glasperlen auf einer Fahrbahnfläche 10. Dabei ist ein Fahrzeug 200

*° an linker und rechter Seite mit jeweils einem Retroreflektometer 3OL bzw. 3OR ausgerüstet. Jedes Retroreflektometer 3OL, 3OR emittiert einen Laserstrahl 16L bzw. 16R, wobei diese Laserstrahlen jeweils auf eine Markierungslinie fallen, beispielsweise eine

unterbrochene Fahrbahn-Mittellinie 12 oder eine (durchgehende) Fahrbahnbegrenzungslinie 12'. Der Laserstrahl 16L bildet dabei einen Punkt oder Fleck 2OL, der bei fahrendem Fahrzeug 200 (in einer Abtastbewegung) hin und her geführt werden kann. Der Punkt 2OL tastet dabei hin- und hergehend die Markierungslinie 12 sowie eine ausgezogene, ein Überfahren verbietende Linie 12" ab. Mittels eines kleinen Bordrechners im Fahr-

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zeug 200 können numerische Daten bezüglich der Ret.roreflexionsfähigkeit der Markierungslinien 12, 12' und 12" aufgezeichnet werden. Im Bereich der Fahrerposi- ° tion im Fahrzeug 200 ist eine Fernsehkamera 210 montiert/ so daß der Blickwinkel des Fahrers und die numerischen Leistungsdaten gleichzeitig aufgezeichnet werden können.

Die Erfindung bietet somit einen Beitrag zur Erhöhung der Verkehrssicherheit dadurch, daß sie eine genaue. schnelle und zuverlässige Prüfung der Reflexions-ai^snschäften von Fahrbahnmarkierungslinien und anderen Markierungen ermöglicht und Daten bezüglich der Ra= flexionsteilchenzurückhaltung an bestimmten Stellen zu liefern vermag, wodurch die einwandfreie Fahrbahn-=· wartung erleichtert wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern verschiedenen Abwandlungen und Änderungen zugänglich.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Messen der Retroreflexionsfahigkeit einer reflektierenden Schicht auf einer Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Teil der reflektierenden Schicht mit einem eine vorbestimmte Wellenlänge aufweisenden Laserstrahl beleuchtet oder bestrahlt wird, wobei der Laserstrahl unter einem bestimmten Einfallswinkel (i) auf die Schicht auftrifft und zumindest teilweise unter einem bestimmten Beobachtungs- oder MeBmakel (o), der um einen Divergenzwinkel (β) vom Einfaliswinkel getrennt (verschieden) ist, zurückgeworfen wird,

das unter dem Meßwinkel zurückgeworfene Licht mit= tels eines auf der vorbestimmten Wellenlänge zentrierten Schmalbandfilters (narrow pass filter) gefiltert wird,

das gefilterte Licht mittels eines Photometers oder Lichtmessers aufgenommen wird und ein der in den Lichtmesser einfallenden Lichtmenge entsprechendes elektrisches Signal, das mithin der Retroreflexionsfahigkeit (retroreflectivity) des beleuchteten Teils der reflektierenden Schicht entspricht, erzeugt wird.

2_; Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel (i) kleiner ist als der Beobachtungs- oder Meßwinkel (ο), so daß der Divergenzwinkel (δ) der Winkelbeziehung zwischen der Augenposition des Fahrers eines (Kraft-)Fahrzeugs und dessen Scheinwerferposition entspricht. 35

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einfalls- und Meßwinkel jeweils in der Größenordnung von etwa 1-5° liegen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einfalls- und Meßwinkel zwischen etwa 15° und 60° betragen.

*O

5. Verfahren zum Messen der Retroreflexionsfähigkeit einer reflektierenden Linie auf einer Fahrbahnfläche, wobei die Linie Kügelchen oder Perlen aus einem im wesentlichen durchsichtigen Material (eingebettet) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl unter einem bestimmten Einfallswinkel relativ zur Linie zum Beleuchten oder Bestrahlen einer Fläche derselben quer über die Linie hin- und hergeführt (sweeping) wird, wobei der auftreffende Laserstrahl zumindest teilweise unter einem bestimmten Beobachtungs- oder Meßwinkel zurückgeworfen wird,

ein Telephotoelektronen-Vervielfacher unter dem Beoachtungs- oder Meßwinkel quer über die Linie hin- und hergeführt wird, um der (Abtast-)Führungsbewegung des Laserstrahls zu folgen und eine Ausgangsgröße zu erzeugen, die auf die unter dem Meßwinkel zurückgeworfene Lichtmenge des Laserstrahls bezogen ist, und
die Retroreflexionsfähigkeit auf der Grundlage der Ausgangsgröße vom Telephotoelektronen-Vervielfacher bestimmt wird.

6. Verfahren zum Messen der Retroreflexionsfähigkeit einer reflektierenden Markierung auf einer Fahrbahnfläche, wobei die Markierung reflektierende Kügelchen oder Perlen aus einem im wesentlichen durchsichtigen Material (eingebettet) enthält,

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Laserstrahl unter einem bestimmten Einfallswinkel relativ zur Markierung quer über diese hin- und hergeführt wird, um eine Fläche derselben zu beleuchten oder zu bestrahlen, wobei der Laserstrahl eine vor be stimmte Wellenlänge innerhalb dessichtbaren Spektrums aufweist und zumindest teilweise unter einem bestimmten Beobachtungs- oder

^Q Meßwinkel zurückgeworfen wird, ein Telephotoelektronen-Vervielfacher unter de«* Meßwinkel quer über die Markierung hin- und hergeführt wird, um der (Abtast-)Führungsbiweguug *e~. Laserstrahls zu folgen, wobei der zurückgeworfene

¹^ Strahl im Telephotoelektronen-Vervielfacher durch ein auf der vorbestimmten Wellenlänge zentriertes Schmalbandfilter gefiltert wird und dann auf ein Lichtmesser- oder Photoelement fallt, das eine Ausgangsgröße erzeugt, die auf die unter dem Meßwinkel zurückgeworfene Lichtmenge des Laserstrahls bezogen ist, und

die Retroreflexionsfähigkeit der Markierung auf der Grundlage der Ausgangsgröße vom Telephotoelektronen-Vervielf acher bestimmt wird.

7. Verfahren zum Messen der Retroreflexionsfähigkeit einer reflektierenden Schicht auf einer Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Teil der reflektierenden Schicht mit einem eine vorbestimmte Wellenlänge aufweisenden Laserstrahl beleuchtet oder bestrahlt wird, der (zunächst) auf Einfalls-Spiegelmittel fällt und durch diese unter einem Einfallswinkel auf einen Bereich der Schicht geworfen wird, wobei der Laserstrahl zumindest teilweise unter einem Beobachtungs- oder Meßwinkel zurückgeworfen wird, das zurückgeworfene Licht durch Beobachtungs- oder

Meß-Spiegelmittel unter dem Meßwinkel zurück reflektiert wird,

das von den Meß-Spiegelmitteln zurückgeworfene Licht durch ein auf der vorbestimmten Wellenlänge zentriertes Schmalbandfilter gefiltert wird, das gefilterte Licht mittels eines Lichtmessers oder Photometers abgenommen wird und im Photometer eine elektrische Größe entsprechend der auf das Photometer auftreffenden Lichtmenge erzeugt wird, wobei diese Größe mithin der Retroreflexionsfähigkeit des bestrahlten Teils der reflektierenden Schicht entspricht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelmittel kontrolliert gedreht werden, um Einfalls- und Meßwinkel zu ändern.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Einfalls- und Meßwinkel zwischen etwa 15° und 60° betragen.

10. Verfahren zum Messen der Retroreflexionsfahxgkeit einer reflektierenden Schicht auf einer Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Teil der reflektierenden Schicht mittels eines durch eine Lasereinheit erzeugten, eine vorbestimmte Wellenlänge aufweisenden Laserstrahls bestrahlt wird, der auf die Schicht unter einem flachen oder kleinen Einfallswinkel in der Größenordnung von etwa 1-5° gegenüber der Waagerechten auftrifft und der zumindest teilweise unter einem ähnlich flachen oder kleinen Beobachtungs- oder Meßwinkel zurückgeworfen wird, wobei Einfalls- und Meßwinkel um einen Divergenzwinkel getrennt sind,
mittels eines Lichtmessers oder Photometers die

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Intensität des unter dem kleinen Meßwinkel zurückgeworfenen Laser-Lichts gemessen wird,

der genannte Teil der reflektierenden Schicht mit 5

einem unter einem hohen oder großen Einfallswinkel in der Größenordnung von 15 - 60° gegenüber der Waagerechten auftreffenden Laserstrahl bestrahlt wird, der zumindest teilweise unter einem ähnlich großen Beobachtungs- oder Meßwinkel, der um einen Divergenzwinkel vom Einfallswinkel getrennt ist, zurückgeworfen wird,

mittels des Photometers die Intensität des unter dem großen Meßwinkel zurückgeworfenen Lichts gemessen wird und

die Intensitäten des unter dem großen und dem kleinen Meßwinkel zurückgeworfenen Lichts zur Lieferung einer Anzeige für den Zustand der reflektierenden Schicht gemittelt werden.

^O

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasereinheit und der Photometer (Reflektometer) zur Änderung zwischen den großen und kleinen Einfalls- und Meßwinkeln angehoben und abgesenkt

werden.
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12. Vorrichtung zum Messen der Retroreflexionsfähigkeit einer reflektierenden Schicht auf einer Fläche, gekennzeichnet durch

eine Laser-Beleuchtungseinheit zum Bestrahlen

^O eines Teils der reflektierenden Schicht mit einem eine vorbestimmte Wellenlänge aufweisenden Laserstrahl, der unter einem bestimmten, gewählten Einfallswinkel auf die Schicht auftrifft und zumindest teilweise unter einem bestimmten Beobachtungs- oder Meßwinkel zurückgeworfen wird, eine Telephotoelektronen-Vervielfachereinheit zum Abnehmen des unter dem Meßwinkel zurückgestrahlten

Lichts, zum Filtern des Lichts in einem schmalen, auf der vorbestimmten Wellenlänge zentrierten optischen Durchlaßbereich und zum Erzeugen einer elektrischen Größe entsprechend der Intensität des gefilterten, zurückgeworfenen Lichts zwecks Lieferung eines Maßes für die Retroreflexionsfähigkeit der reflektierenden Schicht, und eine Einrichtung zur Halterung von Lasereinheit und Telephotoelektronen-Vervielfachereinheit zwecks Ausrichtung dieser Einheiten für die Bestrahlung der Schicht unter dem Einfallswinkel bzw. für die Abnahme des von der Schicht unter dem Meßwinkel

zurückgeworfenen Lichts.
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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß

die Laser-Beleuchtungseinheit eine Einrichtung zum Aufspreizen (expanding) des Laserstrahls auf eine Strahlbreite in der Größenordnung von mehreren Zentimetern (einigen Zoll) aufweist, wobei der gespreizte Laserstrahl unter einem bestimmten Einfallswinkel auf die Schicht auftrifft und zumindest teilweise unter einem bestimmten Meßwinkel zurückgeworfen wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß

die Telephotoelektronen-Vervielfachereinheit ein unter dem Meßwinkel richtbares Teleskop mit einem Objektiv- und einem Okularende, einem Strahlteiler am Okularende zum Teilen des aus dem Okularende austretenden Strahls in einen ersten und einen zweiten Strahl, einem am Strahlteiler angeordneten Okular (eyepiece) zum Betrachten des ersten Strahls, einem längs des zweiten Strahls angeordneten Filtermittel, das nur Licht in einem schmalen, auf

der vorbestimmten Wellenlänge des Laserstrahls zentrierten Band oder Durchlaßbereich durchläßt, und einer dem Filtermittel nachgeschalteten Photometereinheit zum Erzeugen einer elektrischen Größe in Beziehung zur Intensität des auf die Photometereinheit auftreffenden, gefilterten zweiten Strahls aufweist.

^O

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermittel ein Filter mit einer Durchlaßbandbreite von praktisch 1 nm umfaßt»

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermittel einen Filterhalter und ein herausnehmbar in letzteren eingesetztes Filter umfaßt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16,

dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung die Laserbeleuchtungseinheit und die TeIephotoelektronen-Vervielfachereinheit zum Bestrahlen der Schicht unter dem Einfallswinkel und zum Abnehmen des von der Schicht zurückgeworfenen Lichts unter dem Meßwinkel haltert und einen Rahmen und eine auf diesem vorgesehene, gesteuerte oder geregelte Motorantriebseinheit zum Bewegen der Laserbeleuchtungseinheit und der Telephotoelektronen-Vervielfachereinheit mit einer Abtastbewegung (for scanning) quer über die reflektierende Schicht aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte oder geregelte Motorantriebseinheit Mittel aufweist, welche den Laserstrahl und die Telephotoelektronen-Vervielfachereinheit wiederholt die reflektierende Schicht (quer) überstreichen lassen.