DE602004010371T2

DE602004010371T2 - Automatische Zählerablesevorrichtung

Info

Publication number: DE602004010371T2
Application number: DE602004010371T
Authority: DE
Inventors: Stephan Bitterli; Hannes Klehr; Ulrich Gubler
Original assignee: Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Current assignee: Xemtec Ag Sarnen Ch
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2024-05-11
Also published as: EP1596164B1; DE602004010371D1; EP1596164A1; WO2005108930A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft die automatische Meßgeräteablesung und besonders Vorrichtungen und Verfahren zum Darstellen des Ergebnisses einer Zählung einer Zählvorrichtung in Form von elektrischen Signalen unter Verwendung von optoelektronischen Mitteln. Insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Überwachung einer Dosiervorrichtung. Diese Erfindung ist zur "Nachrüstung" oder als "Ergänzung" für alle Zählvorrichtungen geeignet, wie zum Beispiel Stromzähler, Wasserzähler oder Gaszähler in der Industrie oder in Wohngebäuden.
STAND DER TECHNIK
Das Ablesen der Werte von Dosiervorrichtungen ist auf verschiedenen Gebieten, wie zum Beispiel beim Verbrauch von Elektroenergie, Wasser oder Gas in einer Einrichtung, Haus oder Wohnung, von Bedeutung. Aktuell ist das häufigste Verfahren zum Ablesen der Meßgeräte das Installieren einer Zählvorrichtung am Ort des Verbrauchs und das Beauftragen einer Person, die die Zahlen von Zeit zu Zeit von der Vorrichtungsrolle abnimmt.
Da diese Standardlösung der visuellen Meßgeräteablesung zeitaufwendig und kostspielig ist, sind mehrere Lösungen für eine automatische Meßgeräteablesung (AMR) vorgeschlagen worden. Sie bestehen im allgemeinen aus einem Sensorteil, das den aktuellen Status des Meßgerätes mißt, einem Analyseteil, das die physikalische Messung in übertragbare Daten umwandelt, und einem Übertragungsteil, das die Daten für die Versorgungsfirma per Leitung oder drahtlos bereitstellt. Die optische Erkennung der Meßgerätewalze durch einen Kamerasensor ist unter allen anderen Lösungen besonders attraktiv, da sie von derselben Art von Messung abhängt wie ein menschlicher Betrachter, der auf die Meßgerätewalze blickt.
Ein automatisches Meßgeräteablesesystem kann ganz von vorn, mit den notwendigen Merkmalen eingeschlossen, im Gehäusevolumen aufgebaut werden. Ein Aufbau, der eine automatische und eine visuelle Meßgeräteablesung gleichzeitig ermöglicht, wird im US-Patent Nr. 4,680,704 (Case et al.) beschrieben. Da jedoch große Mengen von Zählvorrichtungen bereits am Ort des Verbrauchs installiert sind und die Versorgungsfirmen sie nicht alle auswechseln wollen, ist eine Lösung für alte, überkommene Meßgeräte notwendig. Solch eine Vorrichtung sollte ohne Modifizierung der Zählvorrichtung selbst an die originale Zählvorrichtung "ansteckbar" sein.
Es sind "Nachrüstungs-" oder "Ergänzungs-"Meßgeräteablesevorrichtungen bekannt, die entweder direkt am Vorderfenster der Zählvorrichtung befestigt werden und so die Meßgerätewalze für einen menschlichen Betrachter verdecken, oder einen halbtransparenten Spiegel verwenden, der einen Teil des Lichts auf den Detektor reflektiert und einen weiteren Teil für einen menschlichen Betrachter durchläßt oder umgekehrt. Beide Ansätze werden in der Patentliteratur beschrieben, z. B. in WO-02/101334 , EP-0'841'635 , DE-100'32'755 oder US-2002/0,039,068 .
Im Prinzip kann eine automatische Meßgeräteablesevorrichtung passiv ohne aktive Beleuchtung arbeiten und sich dabei auf das Hintergrundlicht der Umgebung verlassen. Zählvorrichtungen können sich jedoch an verschiedenen Orten befinden, z. B. in einem dunklen Keller, der nur durch eine Glühbirne beleuchtet wird, oder auch an der Außenseite eines Gebäudes. Daher ist in der Praxis eine aktive und gut geregelte Beleuchtung notwendig. Mögliche Lösungen für solche Beleuchtungen sind bekannt. Ihre Lichtquelle sind fast immer lichtemittierende Dioden (LEDs); aber auch Laserdioden oder thermische Emitter könnten verwendet werden.
Eines der Hauptprobleme bei der Verwendung eines halbtransparenten Spiegels für die gleichzeitige Sichtbarkeit der Meßgerätewalze für einen menschlichen Betrachter ist das Licht von außen, das den Detektor erreicht und manchmal eine ordnungsgemäße automatische Ablesung verhindert.
Das Umgebungslicht kann sich beträchtlich verändern, wenn z. B. eine Glühlampe in einem dunklen Keller eingeschaltet wird oder sich das Sonnenlicht während des Tages bewegt. Ein Deckel, der das Betrachtungsfenster abdeckt, ist eine mögliche Lösung, mit dem Nachteil, daß eine automatische Ablesung nicht möglich ist, wenn eine Person gerade das Meßgerät betrachtet, oder wenn zufällig oder absichtlich der Deckel nicht vollständig schließt. Das US-Patent Nr. 4,680,704 schlägt die Verwendung von Wellenlängenfiltern zur Lösung dieses Problems vor. Aus WO-90/05426 ist die Verwendung eines dichroitischen, halbtransparenten Spiegels zum Trennen von zwei Strahlengängen bekannt, und aus dem US-Patent Nr. 4,331,402 ist die Verwendung eines beweglichen Spiegels zur Wahl zwischen zwei Strahlengängen bekannt.
Ein weiteres Problem bei den automatischen Meßgeräteablesevorrichtungen ist die Rückspiegelung von Licht aus dem Meßgerätegehäusefenster. Diese spiegelnden Rückreflexionen von der Kunststoff- oder Glasfläche sind stärker als die diffuse Rückstreuung von der Meßgerätewalze. Daher können helle Reflexe eine ordnungsgemäße Ablesung der Ziffern auf der Meßgerätewalze verhindern. Die Lösung dieses Problems durch Bewegen der Lichtquellen zu größeren Winkeln, wie in WO-00/68643 vorgeschlagen, ist häufig wegen der begrenzten Größe der Meßgeräteablesevorrichtung nicht möglich. Ferner muß eine solche Großwinkelbeleuchtung separat für jede Art von Meßgerät optimiert werden, da der Abstand vom Vorderfenster zur Walze beträchtlich variieren kann. Eine Be leuchtungsform, die nicht von der genauen Meßgerätart abhängt, ist sehr erwünscht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine automatische Meßgeräteablesevorrichtung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik, wie oben beschrieben, verringert. Insbesondere müssen die Störungen der automatischen Ablesung durch das Hintergrundlicht der Umgebung und/oder die spiegelnde Reflexion der Beleuchtung auf der Meßgeräteabdeckung unterdrückt oder vermieden werden. Der Beleuchtungsaufbau darf nicht von der genauen Meßgerätart abhängen.
Diese und andere Ziele werden durch die Vorrichtung und das Verfahren gelöst, wie in den unabhängigen Ansprüchen festgelegt. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen definiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur automatischen Überwachung einer Dosiervorrichtung umfaßt einen Bilddetektor zum Erkennen eines Bildes der Dosiervorrichtung, ein Abschirmungsmittel zum Abschirmen des Bilddetektors zumindest von einem Teil des Umgebungslichtes und/oder Antiflexionsmittel zum Verhüten einer direkten Reflexion von Beleuchtungslicht, das den Bilddetektor erreicht.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatischen Überwachung einer Dosiervorrichtung wird die Dosiervorrichtung auf einen Bilddetektor abgebildet und vom Bilddetektor erkannt, wobei der Bilddetektor zumindest von einem Teil des Umgebungslichts abgeschirmt wird und/oder eine direkte Reflexion des Beleuchtungslichts daran gehindert wird, den Bilddetektor zu erreichen.
Eine erste Verbesserung gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft die Störung durch Hintergrundlicht. Sie schützt die Meßgeräteablesevorrichtung vor äußeren unerwünschten Lichtquellen, erhöht die Beleuchtungseffizienz, die vom halbtransparenten Spiegel reflektiert wird, und ergibt ein helleres Bild für den menschlichen Betrachter, der durch den halbtransparenten Spiegel auf die Meßgerätewalze blickt. Dies wird durch die Verwendung unterschiedlicher Wellenlängenbänder des Lichts für das Erkennungssystem und den menschlichen Betrachter und folglich die Verwendung von wellenlängenselektiven optischen Elementen im Strahlengang erreicht. Sehr praktisch ist, daß das automatische Erkennungs- und Beleuchtungssystem im nahen Infrarotbereich des Spektrums arbeitet, was das gesamte sichtbare Spektrum für den menschlichen Betrachter läßt.
Eine erste Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt also ferner ein Gehäuse, ein erstes Fenster und ein zweites Fenster im Gehäuse, einen ersten Strahlengang innerhalb des Gehäuses zur automatischen Überwachung der Dosiervorrichtung, wobei der erste Strahlengang das erste Fenster mit dem Bilddetektor verbindet, einen zweiten Strahlengang innerhalb des Gehäuses zur visuellen Überwachung der Dosiervorrichtung, wobei der zweite Strahlengang das erste Fenster dem zweiten Fenster verbindet, und eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Dosiervorrichtung durch das erste Fenster, wobei die Lichtquelle Licht mit einer bestimmten spektralen Charakteristik emittiert. Das Abschirmungsmittel umfaßt ein optisches wellenlängenselektives Mittel, das im ersten und/oder zweiten Strahlengang angeordnet ist, wobei das wellenlängenselektive Mittel einem ersten Teil des elektromagnetischen Spektrums, der mindestens eine Wellenlänge umfaßt, die von der Lichtquelle emittiert wird, ermöglicht, den Bilddetektor zu erreichen, und einen zweiten, anderen Teil des elektromagnetischen Spektrums daran hindert, den Bilddetektor zu erreichen.
In einer ersten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Dosiervorrichtung aktiv von Licht einer bestimmten spektralen Charakteristik beleuchtet, wird ein erster Strahlengang zur automatischen Überwachung der Dosiervorrichtung mit dem Bilddetektor bereitgestellt, und wird ein zweiter Strahlengang für die visuelle Überwachung der Dosiervorrichtung bereitgestellt. Einem ersten Teil des elektromagnetischen Spektrums, der mindestens eine Wellenlänge umfaßt, die im Beleuchtungslicht enthalten ist, wird ermöglicht, den Bilddetektor zu erreichen, und ein zweiter, anderer Teil des elektromagnetischen Spektrums wird daran gehindert, den Bilddetektor zu erreichen.
Ein alternativer Ansatz zum Erhalten einer ähnlichen Verbesserung, wie bei den zwei Wellenlängenbändern, besteht darin, einen Klappspiegel statt des halbtransparenten Spiegels zu verwenden. Der Klappspiegel kann zwischen zwei Stellungen, mit oder ohne Verriegelung, bewegt werden. Der Spiegel kann entweder vom menschlichen Betrachter oder von einem automatischen Betätigungssystem gedreht werden. Ein Beispiel für eine Meßgeräteablesevorrichtung mit menschlicher Betätigung ist eine Anwendung, bei der der Vorgabestrahlengang auf den Bilddetektor gerichtet ist und ein menschlicher Betrachter den Spiegel drehen und halten muß, um die Meßgerätewalze zu sehen. Ein Beispiel für eine Meßgeräteablesevorrichtung mit einem automatischen Betätigungssystem ist eine Anwendung, bei der der Vorgabestrahlengang zum menschlichen Betrachter gerichtet ist und die Meßgeräteablesevorrichtung den Spiegel zeitweilig umklappt, um das Meßgerät durch das Nachweissystem abzulesen.
Daher umfaßt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung ferner ein Gehäuse, ein erstes Fenster und ein zweites Fenster im Gehäuse, einen ersten Strahlengang innerhalb des Gehäuses zur automatischen Überwachung der Dosiervorrichtung, wobei der erste Strahlengang das erste Fenster mit dem Bilddetektor verbindet, einen zweiten Strahlengang innerhalb des Gehäuses zur visuellen Überwachung der Dosiervorrichtung, wobei der zweite Strahlengang das erste Fenster mit dem zweiten Fenster verbindet, und eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Dosiervorrichtung durch das erste Fenster, wobei die Lichtquelle Licht mit einer bestimmten spektralen Charakteristik emittiert. Das Abschirmungsmittel umfaßt einen Spiegel, der zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich ist, wobei der Spiegel in der ersten Position den ersten Strahlengang freigibt und den zweiten Strahlengang sperrt oder blockiert, und wobei der Spiegel in der zweiten Stellung den zweiten Strahlengang freigibt und den ersten Strahlengang sperrt oder blockiert.
In einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Dosiervorrichtung aktiv von Licht mit einer bestimmten spektralen Charakteristik beleuchtet, wird ein erster Strahlengang zur automatischen Überwachung der Dosiervorrichtung mit dem Bilddetektor bereitgestellt, und wird ein zweiter Strahlengang für die visuelle Überwachung der Dosiervorrichtung bereitgestellt. Der erste Strahlengang wird freigegeben, während der zweite Strahlengang gesperrt oder blockiert ist, und der zweite Strahlengang wird freigegeben, während der erste Strahlengang gesperrt oder blockiert ist.
Ein weitere Verbesserung gemäß der Erfindung betrifft die unerwünschten spiegelnden Rückreflexionen auf dem Meßgerätfenster. Sie beruht auf einer aufeinanderfolgenden Beleuchtung und Ablesung verschiedener Bereiche des Meßgerätes.
Eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt also ferner mindestens zwei Lichtquellen zur Beleuchtung der Dosiervorrichtung, wobei die Lichtquellen lokal getrennt voneinander sind, wobei das Antireflexionsmittel Mittel zum getrennten Ein- und Ausschalten der Lichtquellen umfaßt.
In einer dritten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Dosiervorrichtung aufeinanderfolgend aus mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen beleuchtet, wobei während jeder der zwei Beleuchtungen die Dosiervorrichtung auf einen Bilddetektor abgebildet und vom Bilddetektor erkannt wird, und mindestens zwei sich ergebende Bildsignale zum Erhalten eines Bildes der Dosiervorrichtung verwendet werden, das nicht durch direkte Reflexion des Beleuchtungslichtes gestört wird.
Eine alternative Verbesserung gemäß der Erfindung zum Reduzieren unerwünschter spiegelnder Rückreflexionen verwendet zwei gekreuzte Polarisatoren. Die Beleuchtung wird mit einem ersten Polarisator polarisiert, und ein zweiter Polarisator (ein Analysator) mit senkrechter Polarisationsrichtung wird zur Unterscheidung zwischen der spiegelnden Rückreflexion auf dem Fenster und der diffusen Rückstreuung auf der Meßgerätewalze verwendet. Das reflektierte Licht auf dem Meßgerätefenster behält seinen Polarisationszustand bei und wird durch den "kreuzpolarisierten" Analysator vor dem Nachweissystem blockiert. Andererseits wird das diffus rückgestreute Licht von der Meßgerätewalze teilweise depolarisiert und kann in einem gewissen Umfang durch den Analysator laufen. Das Bild auf dem Detektor ist daher durch keine spiegelnde Reflexion gestört.
Daher umfaßt eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung ferner eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Dosiervorrichtung, wobei das Antireflexionsmittel Polarisationsmittel zur linearen Polarisierung von Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, in einer ersten Polarisationsrichtung und Analysemittel zur linearen Polarisierung von Licht, das auf den Bilddetektor fällt, in einer zweiten Polarisationsrichtung, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Polarisationsrichtung ist, umfaßt.
In einer vierten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Dosiervorrichtung mit Licht beleuchtet, das in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert ist, und nur Licht, das linear in einer zweiten Polarisationsrichtung polarisiert ist, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Polarisationsrichtung ist, kann auf den Bilddetektor fallen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden detaillierter hierin nachstehend in Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht.
Die 2 und 3 zeigen die Transmission und Reflexion als Funktion der Lichtwellenlänge von (teilweise) dichroitischen Spiegeln zur Verwendung in der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Die 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung in zwei verschiedenen Zuständen in einer Seitenansicht.
Die 6–8 zeigen (a) Draufsichten und (b) Bilder, die vom Bilddetektor in einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung in drei verschiedenen Zuständen aufgenommen wurden.
9 zeigt eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Draufsicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine erste Ausführungsform der Ablesevorrichtung 1 gemäß der Erfindung wird in 1 gezeigt. Die Ablesevorrichtung 1 dient zur automatischen Überwachung von einer oder mehreren Meßgerätewalze(n) 101, die in einem Meßgerätgehäuse 102 einer Zählvorrichtung 10 angeordnet ist/sind, und zur gleichzeitigen Möglichkeit für einen menschlichen Betrachter 9, die Meßgerätewalze(n) 101 zu sehen und abzulesen. Das Meßgerätgehäuse 102 hat ein transparentes Meßgerätefenster 121 zum Betrachten der Meßgerätewalze(n) 101. Die Ablesevorrichtung 1 umfaßt ein Ablesegehäuse 2 mit einem ersten Ablesefenster 21 und einem zweiten Ablesefenster 22. Das Ablesegehäuse 2 kann auf dem Meßgerätegehäuse 102 so montiert werden, daß das Meßgerätefenster 121 und das erste Ablesefenster 21 zusammenfallen oder sich überlappen.
Die Ausführungsform, die in 1 gezeigt wird, verwendet zwei verschiedene Wellenlängenbänder 53, 54 für das automatische Bilderkennungssystem und den menschlichen Betrachter 9. Sie umfaßt eine Lichtquelle 3 zur Beleuchtung der Meßgerätewalze(n) 101. Aus Gründen der Klarheit wird die Lichtquelle 3 in 1 nicht gezeigt, kann aber innerhalb des Ablesegehäuses vor oder hinter einem Bilddetektor angeordnet werden, in Analogie zu 9. Die Lichtquelle 3 sendet Licht in einem ersten, beschränkten Spektralband 53, das normalerweise im infraroten Teil des elektromagnetischen Spektrums liegt, zu einem dichroitischen halbtransparenten Spiegel 5 aus. Die Lichtquelle 3 kann z. B. eine LED, eine Laserdiode oder eine thermische Quelle mit einem Bandpaßfilter sein.
Ein Bilddetektor 4, z. B. ein Festkörperbilddetektor mit einem zweidimensionalen Feld von Pixeln, ist innerhalb des Ablesegehäuses 2 angeordnet. Der Bilddetektor 4 dient zur automatischen Ablesung der Meßgerätewalze(n) 101. Zu diesem Zweck bildet ein bildgebendes optisches System 41, im einfachsten Fall eine Linse, die Meßgerätewalze(n) 101 auf die Detektorebene ab. Der Bilddetektor 4 wandelt die Bilder in entsprechende elektrische Signale um, die über eine Ausgangsleitung (nicht dargestellt) ausgelesen werden können. Geeignete Bilddetektoren 4, Ausgangsleitungen und Vorrichtungen zum Empfangen, Verarbeiten und Auswerten der Ausgangssignale sind Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt.
Die Ablesevorrichtung 1 umfaßt ferner einen dichroitischen halbtransparenten Spiegel 5 zum Trennen des ersten Spektralbandes 53 von einem zweiten, verschiedenen Spektralband 54, das normalerweise im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums liegt. Der dichroitische Spiegel 5 reflektiert das erste Spektralband 53 stärker, als er es durchläßt, und läßt das zweite Spektralband 54 stärker durch, als er es reflektiert. Die Trennung kann entweder teilweise sein, was z. B. mit einer metallbeschichteten (z. B. Au-beschichteten) transparenten Platte 5 erreicht werden kann, oder kann vollständig sein, was z. B. mit einer mit einem Dielektrikum beschichteten Platte 5 erreicht werden kann. Der dichroitische Spiegel 5 ist innerhalb des Ablesegehäuses 2 so angeordnet, daß er Licht, das von der Lichtquelle 3 ausgesendet wird, zu der/den Meßgerätewalze(n) 101 reflektiert, und daß er Licht, das von der/den Meßgerätewalze(n) 101 gestreut wird, zum Bilddetektor 4 reflektiert.
2 zeigt die Transmission und Reflexion eines teilweise dichroitischen halbtransparenten Spiegels 5, und 3 zeigt die Transmission und Reflexion eines dichroitischen Spiegels mit vollständiger Trennung als Funktion der Lichtwellenlänge λ. Das erste Spektralband 53 liegt z. B. zwischen 800 und 950 nm und wird zur automatischen Ablesung durch den Bilddetektor 4 verwendet, während das zweite Spektralband 54 z. B. zwischen 400 und 700 nm liegt und zur visuellen Ablesung durch den Betrachter 9 verwendet wird. Einerseits läßt der dichroitische Spiegel 5 mehr Licht im Sichtbaren als im Infraroten durch, was zu einem helleren Bild für den Betrachter 9 führt. Andererseits reflektiert der dichroitische Spiegel 5 mehr Licht im Infraroten als im Sichtbaren, was zu einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis für das automatische Ablesesystem führt.
Der Bilddetektor 4 und möglicherweise die Linse 41 werden in einen Abschirmkasten 42 gebracht, der für alles Licht undurchdringlich ist. Licht im ersten Spektralband 53 kann in den Abschirmkasten 42 durch ein Kastenfenster 43, das ein spektrales (oder Farb-)Filter umfaßt oder vorzugsweise als ein solches ausgelegt ist, eintreten und aus demselben austreten. Das Filter 43 dient zur Abschirmung des Bilddetektors 4 vor unerwünschtem reflektiertem oder gestreutem Licht aus dem zweiten Spektralband 54, welches die automatische Meßgeräteablesung stören könnte. Das Filter 43 kann vor oder hinter der bildgebenden Linse 41 angeordnet sein. Das Filter 43 kann auch in die Linse 41 selbst durch entsprechendes Färben der Linse 41 aufgenommen werden. Der Bilddetektor 4 kann nur Licht empfangen, das durch das Filter 43 gelaufen ist.
Eine zweite Ausführungsform der Ablesevorrichtung 1 gemäß der Erfindung verwendet einen Klappspiegel 5', der das Umschalten zwischen dem Strahlengang 51 zur automatischen Ablesung und dem Strahlengang 52 zur visuellen Ablesung ermöglicht. Ein Beispiel für diese zweite Ausführungsform wird in den 4 und 5 gezeigt. Elemente, die denen von 1 entsprechen, werden durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und einige Elemente (wie zum Beispiel der Abschirmkasten 42) werden zugunsten der Übersichtlichkeit weggelassen.
Der Klappspiegel 5' kann zwischen zwei verschiedenen Positionen geschwenkt werden. 4 zeigt die Ablesevorrichtung 1 in einem ersten Zustand, in dem der Klappspiegel 5' sich in einer horizontalen Position befindet und so dem Betrachter ermöglicht, die Meßgerätewalze(n) 101 zu sehen.
5 zeigt die Ablesevorrichtung 1 in einem zweiten Zustand, in dem der Klappspiegel 5' sich in einer 45°-Position befindet, wodurch er die Abbildung der Meßgerätewalze(n) 101 auf den Bilddetektor 4 zur automatischen Ablesung ermöglicht.
Der Klappspiegel 5' ist an Achse 55 drehbar aufgehängt. Er kann optional in einer und/oder der anderen Position verriegelt werden. Er kann entweder manuell vom menschlichen Betrachter 9 oder von einem automatischen Betätigungssystem (nicht dargestellt) gedreht werden.
Eine dritte Ausführungsform der Ablesevorrichtung 1 gemäß der Erfindung ermöglicht es, zwei aufeinanderfolgende Bilder aufzunehmen, um die spiegelnde Rückreflexion vom/von den Fenster(n) 21, 121 zu verhüten. Sie wird mit Bezug auf die 6–8 beschrieben. Diese Figuren zeigen für drei verschiedene Zustände der Ablesevorrichtung 1: (a) Draufsichten auf die Ablesevorrichtung 1 und (b) Bilder, die vom Bilddetektor 4 aufgenommen wurden. Die als Beispiel dienende Ausführungsform der 6–8 hat zwei LEDs, d. h. eine linke LED 3.1 und eine rechte LED 3.2 als Lichtquellen, die Ablesevorrichtung 1 könnte jedoch auch mehr LEDs oder andere Arten von Lichtquellen haben.
In dem Zustand, der in 6 gezeigt wird, sind beide LEDs 3.1, 3.2 eingeschaltet. Die spiegelnden Rückreflexionen 31.1, 31.2 vom Meßgerätefenster 121 und dem Ablesefenster 21 werden im Bild der Meßgerätewalzen 101 überlagert und machen ein automatisches Ablesen unmöglich (6(b)). Gemäß der Erfindung wird diese unbefriedigende Situation auf folgende Weise vermieden.
Zuerst, wie in 7 gezeigt, wird die linke LED 3.1 eingeschaltet und beleuchtet die rechte Fläche der Meßgerätewalzen 101. Die spiegelnde Rückreflexion 31.1 scheint im linken Teil des Bildes auf, was den rechten Teil zu Erken nung ungestört läßt (7(b)). Zweitens, wie in 8 gezeigt, wird die rechte LED 3.2 eingeschaltet und beleuchtet die linke Fläche der Meßgerätewalzen 101. Die spiegelnde Rückreflexion 31.2 scheint im rechten Teil des Bildes auf, was den linken Teil zur Erkennung ungestört läßt (8(b)). Die zwei ungestörten Halbbilder (7(b) und 8(b)) müssen getrennt analysiert werden oder können zu einem einzigen Bild zur weiteren Verarbeitung kombiniert werden. Statt zuerst die linke LED 3.1 und dann die rechte LED 3.2 zu verwenden, kann die Folge natürlich auch zuerst rechts und dann links sein. Mittel zum Ein- und Ausschalten der LEDs 3.1, 3.2 in einer koordinierten Weise, zum Auslesen von Teilen der Bilder, zum Kombinieren von Teilbildern usw. sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt und brauchen hier nicht weiter beschrieben zu werden.
9 zeigt eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung, die die unerwünschten spiegelnden Rückreflexionen 31.1, 31.2 mittels zweier gekreuzter Polarisatoren 61.1, 61.2 und 62 reduziert. Das Licht 30, das die Meßgerätewalzen 101 beleuchtet, ist linear polarisiert, z. B. durch die ersten Polarisatoren 61.1, 61.2, die hinter den Lichtquellen 3.1, 3.2 angeordnet sind. Ein zweiter Polarisator (ein Analysator) 62 mit einer Polarisationsrichtung, die senkrecht zu der der ersten Polarisatoren 61.1, 61.2 ist, wird zur Unterscheidung zwischen der spiegelnden Rückreflexion 31.1, 31.2 auf den Fenstern 21, 121 und der diffusen Rückstreuung auf den Meßgerätewalzen 101 verwendet. Das Licht, das an den Fenstern 21, 121 reflektiert wird, behält seinen Polarisationszustand bei und wird durch den "kreuzpolarisierten" Analysator 62 vor dem Bilddetektor 4 blockiert. Andererseits wird das diffus rückgestreute Licht von der Meßgerätewalzen 101 teilweise depolarisiert und kann in einem gewissen Umfang durch den Analysator 62 laufen.
Das Bild auf dem Detektor 4 wird daher durch keine spiegelnde Reflexion 31.1, 31.2 gestört.
Diese Erfindung ist nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen, die oben beschrieben werden, beschränkt, an denen Variationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich des vorliegenden Patentes abzuweichen. Die erfindungsgemäßen Lösungen für die Unterscheidung der spiegelnden Reflexionen 31.1, 31.2 werden zum Beispiel für eine Vorrichtung 1 oben skizziert und beschrieben (6–9), die direkt am Meßgerätefenster 121 befestigt ist und die Meßgerätewalzen 101 für einen menschlichen Betrachter 9 verdeckt. Der analoge Ansatz kann für einen Aufbau mit einem halbtransparenten Spiegel 5 gewählt werden (vgl. 1), wobei die Beleuchtung 30 über diesen Spiegel 5 reflektiert wird. Insbesondere können verschiedene Ausführungsformen der Erfindung miteinander kombiniert werden. Solch eine Kombination kann eine sogar noch größere Verbesserung als eine einzelne Ausführungsform der Erfindung, wie oben beschrieben, ergeben.

1: Ablesevorrichtung
2: Gehäuse
21, 22: Erstes und zweites Ablesefenster
3: Lichtquelle
30: Emittiertes Licht
31: Spiegelnde Rückreflexion
4: Bilddetektor
40: Auftreffendes Licht
41: Bildgebende Linse
42: Abschirmkasten
43: Kastenfenster, Farbfilter
5: Dichroitischer Spiegel
5': Klappspiegel
51, 52: Erster und zweiter Strahlengang
53, 54: Erstes und zweites Spektralband
55: Drehachse
61: Polarisator
62: Analysator
9: Betrachter
10: Zählvorrichtung
101: Meßgerätewalze
102: Meßgerätegehäuse
121: Meßgerätefenster

Claims

Vorrichtung (1) zur automatischen Überwachung eines Messgerätes (101), das hinter einem Fenster (21, 121) angeordnet ist, umfassend einen Bilddetektor (4) zum Detektieren eines Bildes des Messgerätes (101), und eine erste Lichtquelle (3.1; 3.2) zum Beleuchten des Messgerätes (101), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner mindestens eine zweite Lichtquelle (3.2; 3.1) zum Beleuchten des Messgerätes (101) umfasst, wobei die genannten erste und zweite Lichtquellen (3.1, 3.2) örtlich voneinander getrennt sind, und Antireflektionsmittel, das Mittel zum getrennten Ein- und Ausschalten jeder der Lichtquellen (3.1, 3.2) umfasst, so dass die Antireflektionsmittel dafür angepasst sind, eine direkte Reflektion (31) von Beleuchtungslicht (30) von dem Fenster (21, 121), welches den Bilddetektor (4) erreicht, zu verhüten.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei zwei der Lichtquellen (3.1, 3.2) auf jeder Seite des Bilddetektors (4) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) zur automatischen Überwachung eines Messgerätes (101), das hinter einem Fenster (21, 121) angeordnet ist, umfassend einen Bilddetektor (4) zum Detektieren eines Bildes des Messgerätes (101), und eine erste Lichtquelle (3.1; 3.2) zum Beleuchten des Messgerätes (101), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner Antireflektionsmittel umfasst, umfassend Polarisierungsmittel (61.1, 61.2) zum linearen Polarisieren von Licht (30), das von der Lichtquelle (3) emittiert ist, in einer ersten Polarisationsrichtung, und Analysierungsmittel (62) für linear polarisiertes Licht (40), das auf den Bilddetektor (4) in einer zweiten Polarisationsrichtung fällt, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Polarisationsrichtung ist, so dass die Antireflektionsmittel (61, 62) dafür angepasst sind, eine direkte Reflektion (31) von Beleuchtungslicht (30) von dem Fenster (21, 121), welches den Bilddetektor (4) erreicht, zu verhüten.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein Gehäuse (2), ein erstes Fenster (21) und ein zweites Fenster (22) im genannten Gehäuse (2), einen ersten Strahlengang (51) im Gehäuse (2) zur automatischen Überwachung des Messgerätes (101), wobei der erste Strahlengang (51) das erste Fenster (21) mit dem Bilddetektor (4) verbindet, einen zweiten Strahlengang (52) im Gehäuse (2) zur visuellen Überwachung des Messgerätes (101), wobei der zweite Strahlengang (52) das erste Fenster (21) mit dem zweiten Fenster (22) verbindet, und eine Lichtquelle (3) zum Beleuchten des Messgerätes (101) über das erste Fenster (21), wobei die Lichtquelle (3) Licht (30) im infraroten Teil des elektromagnetischen Spektrums emittiert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei sie ferner optische wellenlängenselektive Mittel (5, 43) umfasst, die im ersten (51) und/oder zweiten (52) Strahlengang angeordnet sind, wobei die optischen wellenlängenselektiven Mittel einem ersten Teil (53) des elektromagnetischen Spektrums, der mindestens eine Wellenlänge umfasst, die von der Lichtquelle (3) emittiert wird, ermöglicht, den Bilddetektor (4) zu erreichen, und einen zweiten, anderen Teil (54) des elektromagnetischen Spektrums daran hindert, den Bilddetektor (4) zu erreichen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei das wellenlängenselektive Mittel einen dichroitischen, halbdurchlässigen Spiegel (5) zum Trennen des ersten Strahlengangs (51) vom zweiten Strahlengang (52) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das wellenlängenselektive Mittel ein wellenlängenselektives Filter (43) umfasst, das vorzugsweise im ersten Strahlengang (51) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach irgendeinem der Ansprüche 5–7, wobei das wellenlängenselektive Mittel (5, 43) derart ausgelegt ist, daß der erste Teil (53) des elektromagnetischen Spektrums einen Spektralbereich innerhalb des Teils des nahen Infrarots des elektromagnetischen Spektrums umfasst, z. B. zwischen 800 und 950 nm, und der zweite Teil (54) des elektromagnetischen Spektrums einen Spektralbereich innerhalb des sichtbaren Teils des elektromagnetischen Spektrums umfasst, z. B. zwischen 400 und 700 nm.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Lichtquelle (3) dafür ausgelegt ist, Licht im nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren, z. B. zwischen 800 und 950 nm.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei sie ferner einen Spiegel (5') umfasst, der zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich ist, wobei der Spiegel (5') in der ersten Position den ersten Strahlengang (51) freigibt und den zweiten Strahlengang (52) sperrt oder blockiert, und wobei der Spiegel (5') in der zweiten Position den zweiten Strahlengang (52) freigibt und den ersten Strahlengang (51) sperrt oder blockiert.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei der Spiegel (5') ein wegklappbarer Spiegel ist, der drehbar auf einer Achse (55) aufgehängt ist, und die erste und zweite Position sich vorzugsweise durch eine Drehung von ca. 45° um die genannte Achse (55) unterscheiden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Spiegel (5') in der ersten und/oder zweiten Position verriegelbar ist.
Vorrichtung (1) nach irgendeinem der Ansprüche 10–12, die ferner ein automatisches Betätigungssystem zum automatischen Bewegen des Spiegels (5') von der ersten zur zweiten Position und umgekehrt umfasst.
Verfahren zum automatischen Überwachen eines Messgerätes (101), wobei das Messgerät (101) auf einen Bilddetektor (4) abgebildet und vom Bilddetektor (4) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (101) nacheinander aus mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen beleuchtet wird, wobei bei während jeder der mindestens zwei Beleuchtungen das Messgerät (101) auf einem Bilddetektor (4) abgebildet und vom Bilddetektor (4) detektiert wird, und mindestens zwei resultierende Bildsignale verwendet werden, um ein Bild des Messgeräts (101) zu erhalten, das nicht durch direkte Reflektion von Beleuchtungslicht (30) gestört ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei mindestens zwei Lichtquellen (3.1, 3.2) zum Beleuchten des Messgeräts (101) bereitgestellt sind, wobei die Lichtquellen (3.1, 3.2) örtlich voneinander getrennt sind, eine erste Lichtquelle (3.1) der genannten mindestens zwei Lichtquellen eingeschaltet ist, während eine zweite Lichtquelle (3.2) der mindestens zwei Lichtquellen ausgeschaltet ist, und danach die erste Lichtquelle (3.1) ausgeschaltet ist, während die zweite Lichtquelle (3.2) eingeschaltet ist.
Verfahren zum automatischen Überwachen eines Messgeräts (101), wobei das Messgerät (101) auf einen Bilddetektor (4) abgebildet und vom Bilddetektor (4) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (101) von Licht (30) beleuchtet wird, das in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert ist und nur Licht (40), das in einer zweiten Polarisationsrichtung linear polarisiert ist, die im wesentlichen rechtwinklig zur ersten Polarisationsrichtung ist, auf den Bilddetektor (4) fallen kann, um ein Bild des Messgeräts zu erhalten, das durch direkte Reflektion von Beleuchtungslicht nicht gestört ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Messgerät (101) durch Licht (30) mit einer bestimmten Spektralcharakteristik aktiv beleuchtet wird, ein erster Strahlengang (51) zum automatischen Überwachen des Messgeräts (101) mit dem Bilddetektor (4) bereitgestellt wird, und ein zweiter Strahlengang (52) zum optischen Überwachen des Messgeräts (101) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein erster Teil (53) des elektromagnetischen Spektrums, der mindestens eine Wellenlänge umfasst, die im Beleuchtungslicht (30) enthalten ist, den Bilddetektor (4) erreichen kann, und ein zweiter, anderer Teil (54) des elektromagnetischen Spektrums daran gehindert wird, den Bilddetektor (4) zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste Teil (53) des elektromagnetischen Spektrums einen Spektralbereich innerhalb des Teils des nahen Infrarots des elektromagnetischen Spektrums umfasst, z. B. zwischen 800 und 950 nm, und der zweite Teil (54) des elektromagnetischen Spektrums einen Spektralbereich innerhalb des sichtbaren Teils des elektromagnetischen Spektrums umfasst, z. B. zwischen 400 und 700 nm.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der erste Strahlengang (51) freigegeben ist, während der zweite Strahlengang (52) blockiert ist, und der zweite Strahlengang (52) freigegeben ist, während der erste Strahlengang (51) blockiert ist.