WO2022058545A1 - Verfahren zur freihaltung eines sichtbereichs einer optischen überwachungsvorrichtung - Google Patents

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ultrasonic
transparent
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Mincheol Shin
Oliver Matthews
Steffen Walter
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Echovista Gmbh
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    • G01S7/4043—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system of sensor or antenna obstruction, e.g. dirt- or ice-coating including means to prevent or remove the obstruction

Definitions

  • the invention relates to a method for keeping a field of view of an optical surveillance device clear.
  • Optical monitoring devices are, for example, cameras, radar devices, laser scanners, infrared cameras. Since optical monitoring devices receive and possibly also emit electromagnetic waves in the visible and invisible wavelength range, it is important that the field of vision of such an optical monitoring device is largely unimpaired in order to obtain the highest possible light yield and the fewest possible scattering effects.
  • optically transparent protective panes are generally provided in the relevant wavelength range, which can be cleaned in various ways. This can be done mechanically, manually or automatically, for example by a windshield wiper. Since the field of vision is also impaired, at least at times, by the mechanical means, an alternative possibility is to clean optical monitoring devices using an ultrasonic device.
  • EP 3 618 415 A1 shows an optical monitoring device with a cleaning device, by means of which a dome-shaped cover plate is excited by ultrasound and a cleaning liquid is thereby moved from an edge area to a central area of the cover plate.
  • a cleaning liquid On the movement paths of the liquid, any buildup on the cover plate is absorbed by the liquid and transported with the liquid.
  • the cover pane is cleaned by evaporating the cleaning liquid at a point where the energy of an ultrasonic field is at its maximum. Due to the fact that the cleaning liquid is evaporated on the cover pane, there is the possibility that solid residues remain on the cover pane despite complete evaporation of the liquid.
  • the solid residue is present at the point where the cleaning liquid is vaporized. This point can lie in the field of view and, at worst, in the center of the field of view of the optical monitoring device.
  • salts can collect on the cover plate.
  • the use cycles of such an ultrasonic cleaning process are shortened by the residues described above.
  • the cleaning liquid itself can also impair the view through the cover pane if the cleaning liquid is moved to the energy maximum of an ultrasonic field and accumulates there.
  • DE 28 09 748 A1 describes a method according to which a cleaning liquid is sprayed onto a surface to be cleaned and the liquid sprayed on is evaporated again to clean the surface. This evaporation can also take place, for example, by using mechanical waves in the frequency range from 20 to 50 kHz.
  • US 2012/0 243 093 A1 deals with the application of a fluid, for example through a windshield wiper system of a motor vehicle, and subsequent evaporation of the liquid.
  • DE 42 17 559 A1 also describes moistening of the surface to be cleaned by means of fogging, which even occurs intermittently.
  • DE 10 2010 041 475 A1 describes a vibration mechanism that vibrates a cover glass so that a washing fluid sprayed onto a cover glass is removed from the cover glass.
  • DE 10 2019 123 478 A1, DE 10 2019 130 604 A1 and DE 10 2019 000 306 A1 describe motor vehicle headlights whose surface can be excited by means of ultrasonic waves. The headlights are sprayed (fogged) with liquid via an ejector of a dispenser.
  • US 2012/0 117 745 A1 describes the wetting of a surface excited to vibrate by means of ultrasound by means of a spray device.
  • US 2014/0 299 748 A1 in turn shows a combination of the application of a fluid with the coupling of ultrasonic waves, with the fluid exiting at discrete outlets of a supply device and partially and intermittently moistening the surface to be cleaned.
  • CN 1 01 885 323 A describes a method for operating a headlight cleaning system using moisture present on the headlight.
  • the object of the invention is to provide a method with which the clearing of a field of view of an optical monitoring device is further improved and, in particular, solid deposits can be reliably removed.
  • the following method steps are provided: forming a closed film of a liquid on the transparent element;
  • the energy required for the ultrasonic waves to remove dirt is significantly lower when a liquid is present on the transparent element.
  • the formation of a closed liquid film on the transparent element to be cleaned which can be an outer lens or a protective pane of an optical monitoring device, results in the advantage that the optical properties for looking through the transparent element are largely the same.
  • the refraction of light waves through the closed film is largely the same.
  • the frequency can be set depending on the type of dirt to be removed and the waveform for the ultrasonic excitation can also be selected depending on the dirt to be removed.
  • Soiling of the transparent element can be organic or inorganic buildup. For example, insect residues, mineral adhesions, oil films, growths or metallic residues are mentioned here.
  • the closed liquid film can be present on the entire surface of the transparent element or on a partial area of the transparent element.
  • a closed liquid film is understood to mean that the transparent element is continuously wetted by the liquid, at least in certain areas. A continuous layer of liquid is thus formed on the transparent element, at least in regions.
  • the ultrasonic waves can be transmitted at least partially through the surface contact from the transparent element into the liquid film.
  • the ultrasonic waves coupled into the transparent element and optionally also into the liquid film stimulate the transparent element and any deposits or dirt on it to vibrate.
  • the liquid can enclose deposits on the transparent element and thereby conduct ultrasonic waves coupled into the liquid to the deposit or stimulate the deposits to oscillate through their own oscillation or reduce adhesion to the transparent element.
  • the liquid is obtained from precipitation, such as rain, dew or snow.
  • the liquid is at least partially vaporized by the ultrasonic waves, with cavitation being able to occur in the liquid in a further embodiment.
  • the effect on the impurities or deposits on the transparent element is further intensified, so that even strongly or firmly adhering deposits can be detached or at least partially detached from the transparent element.
  • dissolved impurities are transported out of the viewing area by the liquid.
  • the liquid is advantageously used in addition to the ultrasonic waves in order to remove the impurities and/or adhesions from the transparent element.
  • the transport out of the field of vision of the optical monitoring device is not exclusively provided by the ultrasonic waves, but can be supported or completely taken over by a preferably constant flow of the liquid.
  • the energy from the ultrasonic waves is advantageously required for detaching the contaminants and/or adhesions and only in a secondary function for transporting them away after detachment.
  • the energy requirement for the ultrasonic waves can thus be dosed in a targeted manner and reduced overall. It can be conceivable, for example, for the ultrasonic waves to be coupled into the transparent element intermittently and/or for the energy input via the ultrasonic waves to be increased intermittently to detach or partially detach contaminants and/or adhesions. In an optional development of the method, it is provided that the ultrasonic waves propagate essentially in an outer layer of the transparent element. Alternatively or additionally, provision can be made for the ultrasonic waves to be in the form of surface waves. This results in the advantage that, in the case of multi-layer transparent elements, such as laminated glass panes, the ultrasonic waves only propagate in the layer on which contamination and/or adhesion may be present. This prevents ultrasonic energy from being released into the non-cleanable interior of a multilayer transparent element, for example when there is a layer change, by reflection or refraction.
  • the ultrasonic waves are coupled into the transparent element by at least one ultrasonic transducer.
  • the ultrasonic transducer can be arranged on the side of the transparent element to be cleaned or behind it.
  • the ultrasonic transducer can be arranged on the layer to be cleaned.
  • this can include the transducer also being arranged between the layer to be cleaned and another layer.
  • at least one standing wave is formed between at least two ultrasonic transducers.
  • the ultrasonic waves are advantageously coupled directly into the transparent element by the ultrasonic transducers, which are preferably arranged on the side of the transparent element on which the ultrasonic wave is intended to propagate, preferably as a surface wave. In this way, losses due to impedance contrasts of intermediate layers and/or elements are prevented.
  • the ultrasonic transducers it is also possible for the ultrasonic transducers to be arranged backwards on the side on which the ultrasonic wave is intended to propagate as a surface wave.
  • the ultrasonic transducers are arranged between two layers of the transparent element and preferably couple the ultrasonic wave directly into the layer on which the ultrasonic wave is intended to propagate as a surface wave.
  • a local energy maximum is generated by the formation of a standing wave, in which the liquid and/or the transparent element has a maximum amplitude.
  • the mechanical action on impurities and/or adhesions and on the liquid is greatest in the area in which the energy maximum lies, so that the effects described above occur preferentially here.
  • the ultrasonic transducers can preferably be designed in such a way that they have one or more resonance frequencies.
  • the ultrasonic transducers can have an electrode configuration that permits one or more resonance frequencies. on in this way, the ultrasonic transducers can be operated efficiently in several frequency ranges. This results in the advantage that different contaminants and/or adhesions can be detached.
  • the liquid is supplied to the transparent element from an edge region.
  • a component of the liquid is water.
  • a cleaning agent is a component of the liquid.
  • Water is advantageously suitable as a component, and particularly as a main component, of the liquid because water is readily available and has no special requirements for storage, management and use.
  • cleaning agents can chemically remove impurities and/or adhesions from the transparent element, so that less energy is required to be introduced via ultrasonic waves.
  • ultrasonic cleaning it can be advantageous that the surface tension of water can be reduced by a cleaning agent. In this way, the connection between the impurities and/or adhesions and the water-based liquid is improved.
  • a further development of the method results in a cleaning agent and/or a disinfectant being added to the liquid intermittently or permanently. Provision can also be made for a gas to be added intermittently to the liquid as it is supplied. This results in the advantages described above for the cleaning agent, which also apply to a disinfectant.
  • the intermittent admixture or addition of cleaning agent and/or disinfectant advantageously represents a need-based consumption of these additives. In this way, the maintenance intervals for refilling cleaning agent and/or disinfectant can be extended.
  • a gas which can be compressed air, for example, dirt that cannot be removed by the liquid and/or the ultrasonic waves can be mobilized.
  • the method is optionally designed in that the liquid flows from a first side of the transparent element to a second side of the transparent element and forms a flowing cover layer on the transparent element.
  • the flowing cover layer has a constant thickness or film thickness Has.
  • the flow of the flowing cover layer is laminar and/or continuous.
  • the flow of the liquid is at least partially caused by a gravitational component. The fact that a flow is provided for the liquid results in the advantage that impurities and/or adhesions detached by ultrasonic waves or the liquid itself do not have to be transported out of the field of vision by the ultrasonic waves. The flow of the liquid takes over the transport in an advantageous manner.
  • the liquid to be fed in on the first side of the transparent element it being possible in a further development for the liquid to be fed in through one or more outlets on the first side.
  • the outlets can be designed as openings in an edge area of a recess in which the transparent element is inserted. Equally, a single opening can be provided, which fans out in the direction of the transparent window, in particular in a trapezoidal manner. In this way, an even wetting of the surface of the transparent element is achieved and the cleaning result is improved by a combined ultrasonic coupling.
  • the liquid is fed to the feed line in a circuit.
  • the liquid can be processed in the circuit between the inlet and the outlet. In this way, the liquid and in particular optionally added cleaning and/or disinfecting agents can be reused, as a result of which process resources are saved and maintenance intervals can be made correspondingly longer.
  • a control unit regulates the supply of the liquid and/or generates a control signal for generating the ultrasonic waves.
  • the control unit regulates the addition of cleaning agent and/or disinfectant to the liquid and/or controls the intermittent gas phase.
  • the flow of liquid through the control unit is briefly increased spontaneously. All this contributes to a more efficient use of the liquid or to a more efficient use of energy for the ultrasonic excitation.
  • a gas phase in the cleaning liquid which can be provided for example by added compressed air, contamination that can be caused by the liquid and / or Do not allow ultrasound waves to be transported away, mobilize them. The same applies to a spontaneous and short-term increased flow of the liquid.
  • the transparent element provision is made for the transparent element to be occasionally wetted with the closed film of the liquid.
  • the consumption or use of the liquid can be further optimized by wetting the transparent element at times, but preferably completely in this case.
  • the transparent element is only wetted with a closed film of the liquid when cleaning of the transparent element is indicated.
  • a device for detecting contamination is provided on the transparent element and the transparent element is wetted with the closed film of the liquid when contamination is detected.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an optical monitoring device on which the method is carried out
  • FIG. 1 shows an optical monitoring device 100 with which the method can be carried out.
  • An optical means such as a camera, is used inside a housing 110 for the sake of clarity.
  • the housing 1 10 has a viewing window, not shown here, as a transparent element 10.
  • the transparent element 10 is arranged on an edge region 130 of the recess 120. In this edge area 130, the liquid is supplied via a supply line 30 and passed through outlets 32 in this edge area 130 onto the transparent element 10.
  • the liquid forms a closed film 50 on the transparent element 10 .
  • the closed film 50 of the liquid flows due to gravity from the outlets 32 arranged on the first side 14 of the transparent element to inlets 42 which are arranged on a second side 16 of the transparent element 10 opposite the first side 14 in the edge region 130 .
  • FIG. 2 shows the transparent element 10 with two ultrasonic transducers 60 , 62 mounted on an outer side 12 of the transparent element 10 .
  • the transparent element 10 can be designed as a multilayer element, for example as a laminated glass pane.
  • the ultrasonic transducers 60, 62 are in contact with the layer of the transparent element 10 to be cleaned.
  • the ultrasonic transducers 60, 62 couple ultrasonic waves 64 into the transparent element.
  • the ultrasonic transducers can thus be arranged on the side of the transparent element 10 to be cleaned.
  • the ultrasonic transducers 60, 62 it is also possible for the ultrasonic transducers 60, 62 to be arranged backwards on the side on which the ultrasonic wave 64 should preferably propagate as a surface wave.
  • the ultrasonic transducers 60, 62 are arranged between two layers of the transparent element 10 and couple the ultrasonic wave 64 preferably directly into the layer on which the ultrasonic wave 64 is intended to propagate as a surface wave .
  • the ultrasonic transducers 60, 62 are suitable for transmitting and receiving ultrasonic waves 64.
  • a closed film 50 of the liquid is formed on the transparent element 10 through the outlets 32 described in FIG.
  • An impurity 70 to be dissolved or removed in a central region of the transparent element 10 is shown schematically in FIG. However, the impurity 70 can be located anywhere on the outside 12 of the transparent element 10 .
  • the closed film 50 of the liquid encloses the contamination 70 on all sides and can also flow over the contamination 70 in one embodiment.
  • the ultrasonic waves 64 emitted by the ultrasonic transducers 60, 62 are also coupled into the closed film 50 of the liquid by the transparent element 10 and/or by the transducers 60, 62. As a result, both the transparent element 10 and the closed film 50 of the liquid vibrate.
  • the impurity 70 is detached from the transparent member 10 by these vibrations.
  • the dissolution of the impurity 70 can by increasing the energy input over the Ultrasonic waves 64 are amplified. This leads to partial evaporation 52 of the liquid and/or evaporation of the impurity 70 itself. If the energy input is increased further, cavitation 54 can occur in the liquid and/or the impurity 70, causing the impurity 70 to detach from the transparent element is further supported.
  • a gas such as air

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Abstract

Verfahren zur Freihaltung eines Sichtbereichs durch ein transparentes Element (10) einer optischen Überwachungsvorrichtung (100), aufweisend die Verfahrensschritte: - Ausbilden eines geschlossenen Films (50) einer Flüssigkeit auf dem transparenten Element (10); - Einkoppeln von Ultraschallwellen (64) in das transparente Element (10), wobei ein Lösen von Verunreinigungen (70) und/oder Anhaftungen an dem transparenten Element (10) durch die in den Flüssigkeitsfilm (50) und/oder das transparente Element (10) eingekoppelten Ultraschallwellen (64) gefördert wird.

Description

Verfahren zur Freihaltung eines Sichtbereichs einer optischen Überwachungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Freihaltung eines Sichtbereichs einer optischen Überwachungsvorrichtung.
Optische Überwachungsvorrichtungen, sind beispielsweise Kameras, Radargeräte, Laserscanner, Infrarotkameras. Da optische Überwachungsvorrichtungen elektromagnetische Wellen im sichtbaren und unsichtbaren Wellenlängenbereich empfangen und gegebenenfalls auch aussenden, ist es wichtig, dass ein Sichtbereich einer solchen optischen Überwachungsvorrichtung weitestgehend unbeeinträchtigt ist, um eine möglichst hohe Lichtausbeute und möglichst wenig Streueffekte zu erhalten.
Für optische Überwachungsvorrichtungen sind daher in der Regel in dem maßgebenden Wellenlängenbereich optisch transparente Schutzscheiben vorgesehen, die durch verschiedene Möglichkeiten zu reinigen sind. Dies kann auf mechanischem Wege manuell oder automatisiert - etwa durch einen Scheibenwischer - erfolgen. Da das Sichtfeld zumindest zeitweise ebenfalls durch die mechanischen Mittel beeinträchtigt ist, besteht eine alternative Möglichkeit darin, optische Überwachungsvorrichtungen mittels einer Ultraschallvorrichtung zu reinigen.
So ist etwa in EP 3 618 415 A1 eine optische Überwachungsvorrichtung mit einer Reinigungseinrichtung gezeigt, mittels derer eine kuppelförmige Abdeckscheibe durch Ultraschall angeregt wird und dadurch eine Reinigungsflüssigkeit von einem Randbereich zu einem zentralen Bereich der Abdeckscheibe bewegt wird. Auf den Bewegungsbahnen der Flüssigkeit werden etwaige Anhaftungen auf der Abdeckscheibe durch die Flüssigkeit aufgenommen und mit der Flüssigkeit transportiert. Die Reinigung der Abdeckscheibe erfolgt durch das Verdampfen der Reinigungsflüssigkeit in einem Punkt, an dem ein Energiemaximum eines Ultraschallfeldes vorliegt. Dadurch, dass die Reinigungsflüssigkeit auf der Abdeckscheibe verdampft wird, besteht die Möglichkeit, dass trotz eines vollständigen Verdampfens der Flüssigkeit feste Rückstände auf der Abdeckscheibe verbleiben.
Dies können etwa feste Verunreinigungen der Abdeckscheibe sein oder etwa Bestandteile der Reinigungsflüssigkeit, die durch das Verdampfen abgeschieden werden. Die festen Rückstände liegen an dem Punkt vor, an dem die Reinigungsflüssigkeit verdampft wird. Dieser Punkt kann in dem Sichtbereich und schlechtestenfalls im Zentrum des Sichtbereichs der optischen Über- wachungsvorrichtung liegen. Insbesondere in salzhaltigen Umgebungen (Streusalz, Gischt) ist ein Abscheiden von Salzen auf der Abdeckscheibe möglich.
Durch die vorstehend beschriebenen Rückstände verkürzen sich die Einsatzzyklen eines solchen Ultraschallreinigungsverfahrens. Ebenfalls kann die Reinigungsflüssigkeit selbst die Durchsicht durch die Abdeckscheibe beeinträchtigen, wenn die Reinigungsflüssigkeit zu dem Energiemaximum eines Ultraschallfeldes bewegt wird und sich dort akkumuliert.
Diese vorstehend beschriebenen Nachteile ergeben sich auch bei weiteren Anwendungen nach dem Stand der Technik. So beschreibt DE 28 09 748 A1 ein Verfahren, wonach auf eine zu reinigende Oberfläche eine Reinigungsflüssigkeit aufgesprüht wird und die aufgesprühte Flüssigkeit zur Reinigung der Oberfläche wieder verdampft wird. Dieses Verdampfen kann beispielsweise auch durch Einsatz von mechanischen Wellen im Frequenzbereich von 20 bis 50kHz erfolgen. Auch hier besteht das oben beschriebene Problem der Rückstände durch das Verdampfen und den vergleichsweise geringen Auftrag von Reinigungsfluid. Gleichermaßen behandelt US 2012 / 0 243 093 A1 das Aufbringen eines Fluids beispielsweise durch eine Scheibenwischwasser Anlage eines Kraftfahrzeugs und anschließendes Verdampfen der Flüssigkeit.
Ebenso beschreibt DE 42 17 559 A1 eine Befeuchtung der zu reinigenden Oberfläche mittels einer Benebelung, welche sogar intermittierend erfolgt. DE 10 2010 041 475 A1 beschreibt einen Vibrationsmechanismus, der ein Deckglas vibrieren lässt, sodass ein auf ein Deckglas aufgesprühtes Waschfluid von dem Deckglas entfernt wird.
DE 10 2019 123 478 A1 , DE 10 2019 130 604 A1 und DE 10 2019 000 306 A1 beschreiben Kraftfahrzeugscheinwerfer, deren Oberfläche mittels Ultraschallwellen anregbar sind. Die Scheinwerfer werden mit Flüssigkeit über einen Ejektor einer Abgabevorrichtung besprüht (benebelt). Gleichermaßen beschreibt US 2012 / 0 117 745 A1 das Benetzen einer mittels Ultraschall zur Vibration angeregten Oberfläche mittels einer Sprühvorrichtung. US 2014 / 0 299 748 A1 zeigt wiederum eine Kombination aus der Applikation eines Fluids mit der Einkopplung von Ultraschallwellen, wobei das Fluid an diskreten Austritten einer Zufuhreinrichtung austritt und die zu reinigende Fläche partiell und intermittierend befeuchtet.
CN 1 01 885 323 A beschreibt eine Verfahren zum Betrieb einer Scheinwerferreinigunsanlage unter Ausnutzung von auf dem Scheinwerfer vorhandener Feuchtigkeit. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren vorzusehen, bei dem mithilfe dessen die Freihaltung eines Sichtbereichs einer optischen Überwachungsvorrichtung weiter verbessert wird und insbesondere feste Ablagerungen zuverlässig entfernt werden können.
Hierfür ist das Verfahren nach Anspruch 1 vorgesehen. Ausgestaltungen ergeben sich nach den Ansprüchen 2 bis 14.
Nach dem Verfahren zur Freihaltung eines Sichtbereichs durch ein transparentes Element einer optischen Überwachungsvorrichtung sind die folgenden Verfahrensschritte vorgesehen: Ausbilden eines geschlossenen Films einer Flüssigkeit auf dem transparenten Element;
Einkoppeln von Ultraschallwellen in das transparente Element, wobei ein Lösen von Verunreinigungen und/oder Anhaftungen an dem transparenten Element durch die in den Flüssigkeitsfilm und/oder das transparente Element eingekoppelten Ultraschallwellen gefördert wird.
Es hat sich gezeigt, dass die zur Ablösung von Verschmutzungen benötigte Energie für die Ultraschallwellen wesentlich geringer ist, wenn eine Flüssigkeit auf dem transparenten Element vorhanden ist. Durch das Ausbilden eines geschlossenen Flüssigkeitsfilms auf dem zu reinigenden transparenten Element, das etwa eine äußere Linse oder eine Schutzscheibe einer optischen Überwachungsvorrichtung sein kann, ergibt sich der Vorteil, dass sich weitestgehend gleichbleibende optische Eigenschaften für eine Durchsicht durch das transparente Element einstellen. Insbesondere ist die Brechung von Lichtwellen durch den geschlossenen Film weitestehend gleich. Hierbei kann die Frequenz je nach Art der zu beseitigenden Verschmutzung eingestellt werden und die Wellenform für die Ultraschallanregung ebenfalls in Abhängigkeit der zu beseitigenden Verschmutzung gewählt werden. Verschmutzungen des transparenten Elements können organische oder anorganische Anhaftungen sein. Beispielsweise sind hier Insektenrückstände, mineralische Anhaftungen, Ölfilme, Bewüchse, oder metallische Rückstände genannt.
Der geschlossene Flüssigkeitsfilm kann in einer Ausgestaltung der Erfindung auf der gesamten Fläche des transparenten Elements oder auf einem Teilbereich des transparenten Elements vorhanden sein. Unter einem geschlossenen Flüssigkeitsfilm wird verstanden, dass zumindest bereichsweise eine durchgehende Benetzung des transparenten Elements durch die Flüssigkeit gegeben ist. Es ist also zumindest bereichsweise eine durchgehende Flüssigkeitsschicht auf dem transparenten Element ausgebildet. Die Ultraschallwellen können wenigstens teilweise durch den flächigen Kontakt in von dem transparenten Element in den Flüssigkeitsfilm übertragen werden. Durch das wenigstens teilweise Einkoppeln der Ultraschallwellen in die Flüssigkeit kann vorgesehen sein, dass die Flüssigkeit bzw. der Flüssigkeitsfilm durch die Ultraschallwellen bewegt wird. Die in das transparente Element und optional auch in den Flüssigkeitsfilm eigekoppelten Ultraschallwellen regen das transparente Element und etwaig darauf befindliche Ablagerungen oder Verschmutzungen zum Schwingen an. Die Flüssigkeit kann Ablagerungen auf dem transparenten Element umschließen und dadurch in die Flüssigkeit eingekoppelte Ultraschallwellen an die Ablagerung leiten bzw. durch die eigene Schwingung die Ablagerungen zum Schwingen anregen bzw. die Anhaftung an dem transparenten Element verringern.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, die Flüssigkeit über ein internes Reservoir der optischen Überwachungsvorrichtung oder über ein externes Reservoir zuzuführen. Alternativ ist denkbar, dass die Flüssigkeit aus Niederschlag, wie etwa Regen, Tau oder Schnee gewonnen wird.
Bei entsprechendem Energieeintrag kann sich darüber hinaus ergeben, dass die Flüssigkeit durch die Ultraschallwellen zumindest teilweise verdampft wird, wobei in einer weiteren Ausgestaltung Kavitation in der Flüssigkeit entstehen kann. Hierdurch wird die Einwirkung auf die Verunreinigungen oder Ablagerungen auf dem transparenten Element weiter verstärkt, sodass auch stark bzw. fest anhaftende Ablagerungen von dem transparenten Element abgelöst oder zumindest teilweise abgelöst werden können.
Nach einer näheren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass gelöste Verunreinigungen durch die Flüssigkeit aus dem Sichtbereich transportiert werden. So wird die Flüssigkeit in vorteilhafter Weise zusätzlich zu den Ultraschallwellen genutzt, um die Verunreinigungen und/oder Anhaftungen von dem transparenten Element zu entfernen. Auf diese Weise ist nach der Ablösung der Verunreinigungen und/oder Anhaftungen der T ransport aus dem Sichtbereich der optischen Überwachungsvorrichtung nicht ausschließlich durch die Ultraschallwellen gegeben, sondern kann durch eine vorzugsweise stetige Strömung der Flüssigkeit unterstützt oder vollständig übernommen werden. Somit wird die Energie aus den Ultraschallwellen in vorteilhafter Weise für die Ablösung der Verunreinigungen und/oder Anhaftungen und nur in einer nebengeordneten Funktion für deren Abtransport nach dem Ablösen benötigt. Somit lässt sich der Energiebedarf für die Ultraschallwellen gezielt dosieren und insgesamt verringern. Es kann beispielsweise denkbar sein, dass die Ultraschallwellen intermittierend in das transparente Element eingekoppelt werden und/oder der Energieeintrag über die Ultraschallwellen intermittierend zur Ablösung oder teilweisen Ablösung von Verunreinigungen und/oder Anhaftungen erhöht wird. In einer optionalen Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass sich die Ultraschallwellen im Wesentlichen in einer äußeren Lage des transparenten Elements ausbreiten. Alternativ oder zusätzlich kann ausgestaltend vorgesehen sein, dass die Ultraschallwellen als Oberflächenwellen ausgebildet sind. Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, dass sich die Ultraschallwellen bei mehrlagigen transparenten Elementen, wie etwa Verbundglasscheiben nur in der Lage ausbreiten, auf der eine Verunreinigung und/oder Anhaftung vorhanden sein kann. Dadurch wird vermieden, dass Ultraschallenergie etwa bei einem Schichtwechsel durch Reflektion oder Refraktion in das nicht zu reinigende Innere eines mehrlagigen transparenten Elements abgegeben wird.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Ultraschallwellen durch zumindest einen Ultraschall-Transducer in das transparente Element eingekoppelt werden. Der Ultraschall-Transducer kann auf der zu reinigenden Seite des transparenten Elements oder rückwärtig dazu angeordnet sein. Bei einem mehrlagigen transparenten Element kann der Ultraschall-Transducer auf der zu reinigenden Lage angeordnet sein. Dies kann für ein mehrlagiges Element einschließen, dass der Transducer auch zwischen der zu reinigenden Lage und einer weiteren Lage angeordnet ist. Nach einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest eine stehende Welle zwischen zumindest zwei Ultraschall- Transducern ausgebildet wird. Durch die Ultraschall-Transducer, die vorzugsweise auf der Seite des transparenten Elements angeordnet sind, auf der sich die Ultraschallwelle vorzugsweise als Oberflächenwelle ausbreiten soll, werden die Ultraschallwellen in vorteilhafter Weise direkt in das transparente Element eingekoppelt. So werden Verluste durch Impedanzkontraste von zwischengelagerten Schichten und/oder Elementen verhindert. Es ist für ein einlagiges transparentes Element aber ebenfalls möglich, dass die Ultraschall-Transducer rückwärtig zu der Seite angeordnet sind, auf der sich die Ultraschallwelle als Oberflächenwelle ausbreiten soll. Für ein mehrlagiges transparentes Element kann daher vorgesehen sein, dass die Ultraschall-Transducer zwischen zwei Lagen des transparenten Elements angeordnet sind und die Ultraschallwelle vorzugsweise direkt in die Lage einkoppeln, auf der sich die Ultraschallwelle als Oberflächenwelle ausbreiten soll. Durch das Ausbilden einer stehenden Welle wird ein lokales Energiemaximum erzeugt, in dem die Flüssigkeit und/oder das transparente Element eine maximale Amplitude aufweist. In dem Bereich, in dem das Energiemaximum liegt, ist die mechanische Einwirkung auf Verunreinigungen und/oder Anhaftungen und auf die Flüssigkeit am höchsten, sodass die vorstehend beschriebenen Effekte hier bevorzugt auftreten.
Die Ultraschall-Transducer können vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass sie eine oder mehrere Resonanzfrequenzen aufweisen. Hierfür können die Ultraschall-Transducer eine Elektrodenkonfiguration aufweisen, die eine oder mehrere Resonanzfrequenzen zulässt. Auf diese Weise können die Ultraschall-Transducer effizient in mehreren Frequenzbereichen betrieben werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass unterschiedliche Verunreinigungen und/oder Anhaftungen abgelöst werden können.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Flüssigkeit aus einem Randbereich dem transparenten Element zugeführt wird. Durch die Zuleitung der Flüssigkeit aus einem Randbereich zu dem transparenten Element ergibt sich der Vorteil, dass sich die Flüssigkeit gleichmäßig über das transparente Element hinweg ausbreiten kann. Es kann vorgesehen sein, dass ein Bestandteil der Flüssigkeit Wasser ist. Nach einer optionalen Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Reinigungsmittel ein Bestandteil der Flüssigkeit ist. Wasser ist in vorteilhafter Weise als Bestandteil und insbesondere als Hauptbestandteil der Flüssigkeit geeignet, da Wasser leicht verfügbar ist und keine besonderen Anforderungen an Lagerung, Leitung und Gebrauch stellt. Ein Reinigungsmittel als weiteren Bestandteil der Flüssigkeit vorzusehen gestaltet sich vorteilhaft, da Reinigungsmittel insbesondere Verunreinigungen und/oder Anhaftungen auf einem chemischen Wege von dem transparenten Element ablösen können, sodass ein geringerer Bedarf an einem Energieeintrag über Ultraschallwellen nötig ist. Weiterhin kann sich in Hinblick auf die Ultraschall-Reinigung vorteilhaft gestalten, dass durch ein Reinigungsmittel die Oberflächenspannung von Wasser herabgesetzt werden kann. Auf diese Weise ist die Anbindung zwischen den Verunreinigungen und/oder Anhaftungen und der Flüssigkeit auf Wasserbasis verbessert.
Aus einer Weiterbildung des Verfahrens ergibt sich, dass der Flüssigkeit intermittierend oder permanent ein Reinigungsmittel und/oder ein Desinfektionsmittel zugesetzt wird. Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Flüssigkeit beim Zuführen intermittierend ein Gas zugesetzt wird. Hier ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile für das Reinigungsmittel, die gleichermaßen auch für ein Desinfektionsmittel gelten. Das intermittierende Beimengen bzw. Zusetzen von Reinigungs- und/oder Desinfektionsmittel stellt in vorteilhafter weise einen bedarfsgerechten Verbrauch dieser Zusätze dar. Auf diese Weise können die Wartungsintervalle für das Auffüllen von Reinigungs- und/oder Desinfektionsmittel verlängert werden. Durch das intermittierende Zusetzen eines Gases, das etwa Druckluft sein kann, lassen sich Verschmutzungen, die sich durch die Flüssigkeit und/oder die Ultraschallwellen nicht abtransportieren lassen, mobilisieren.
Das Verfahren ist optional dadurch ausgestaltet, dass die Flüssigkeit von einer ersten Seite des transparenten Elements zu einer zweiten Seite des transparenten Elements fließt und eine fließende Deckschicht auf dem transparenten Element ausbildet. Nach einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die fließende Deckschicht eine konstante Stärke oder Filmdicke hat. In einer konkreten Ausgestaltung kann zusätzlich vorgesehen sein, dass der Fluss der fließenden Deckschicht laminar und/oder stetig ist. Nach einer Weiterbildung ergibt sich, dass der Fluss der Flüssigkeit zumindest teilweise durch eine Gravitationskomponente bewirkt wird. Dadurch, dass für die Flüssigkeit ein Fluss vorgesehen ist, ergibt sich der Vorteil, dass durch Ultraschallwellen oder die Flüssigkeit selbst abgelöste Verunreinigungen und/oder Anhaftungen nicht durch die Ultraschallwellen aus dem Sichtbereich transportiert werden müssen. Der Fluss der Flüssigkeit übernimmt den Abtransport in vorteilhafter Weise.
Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Flüssigkeit an der ersten Seite des transparenten Elements zugeleitet wird, wobei in einer Weiterbildung vorgesehen sein kann, dass die Zuleitung durch ein oder mehrere Austritte an der ersten Seite erfolgt. Die Austritte können als Öffnungen in einem Randbereich einer Aussparung, in der das transparente Elements eingesetzt ist, ausgebildet sein. Gleichermaßen kann eine einzelne Öffnung vorgesehen sein, die sich in Richtung des transparenten Fensters insbesondere trapezartig auffächert. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Benetzung der Oberfläche des transparenten Elements erreicht und das Reinigungsergebnis durch eine kombinierte Ultraschalleinkopplung verbessert. Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Flüssigkeit an der zweiten Seite des transparenten Elements abgeleitet wird, wobei in einer Weiterbildung vorgesehen sein kann, dass die Ableitung durch ein oder mehrere Eintritte an der zweiten Seite erfolgt. In einer näheren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Flüssigkeit in einem Kreislauf der Zuleitung zugeführt wird. In einer weiteren Ausgestaltung kann in dem Kreislauf eine Aufbereitung der Flüssigkeit zwischen dem Eintritt und dem Austritt erfolgen. Auf diese Weise lassen sich die Flüssigkeit und insbesondere optional zugesetzte Reinigungs- und/oder Desinfektionsmittel wiederverwenden, wodurch Verfahrensressourcen gespart werden und Wartungsintervalle entsprechend länger ausgestaltet werden können.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Steuereinheit die Zufuhr der Flüssigkeit regelt und/oder ein Steuersignal zur Erzeugung der Ultraschallwellen erzeugt. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinheit den Zusatz von Reinigungsmittel und/oder Desinfektionsmittel zu der Flüssigkeit regelt und/oder die intermittierende Gasphase einsteuert. Dementsprechend kann in einer zweckmäßigen Weiterbildung vorgesehen sein, dass der Fluss der Flüssigkeit durch die Steuereinheit kurzzeitig spontan erhöht wird. All dies trägt zu einem effizienteren Einsatz der Flüssigkeit bzw. zu einem effizienteren Einsatz von Energie für die Ultraschallanregung bei. Durch das Vorsehen einer Gasphase in der Reinigungsflüssigkeit, die etwa durch zugesetzte Druckluft bereitgestellt werden kann, lassen sich Verschmutzungen, die sich durch die Flüssigkeit und/oder die Ultraschallwellen nicht abtransportieren lassen, mobilisieren. Gleiches gilt für einen spontan und kurzzeitig erhöhten Fluss der Flüssigkeit.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das transparente Element mit dem geschlossenen Film der Flüssigkeit zeitweise benetzt wird. Durch das zeitweise aber in dem Falle vorzugsweise vollständige Benetzen des transparenten Elements lässt sich der Verbrauch bzw. Einsatz der Flüssigkeit weiter optimieren. So wird in einer bevorzugten Ausführungsform das transparente Element nur dann mit einem geschlossenen Film der Flüssigkeit benetzt, wenn die Reinigung des transparenten Elements angezeigt ist. Dementsprechend ist nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass eine Vorrichtung zur Erfassung von Verunreinigungen auf dem transparenten Element vorgesehen ist und bei Erfassung einer Verunreinigung das transparente Element mit dem geschlossenen Film der Flüssigkeit benetzt wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer optischen Überwachungsvorrichtung an der das Verfahren durchgeführt wird;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Reinigungsvorgangs auf dem transparenten Element.
In Figur 1 ist eine optische Überwachungsvorrichtung 100 gezeigt, mit der das Verfahren durchführbar ist. Innerhalb einer Einhausung 110 ist ein hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestelltes optisches Mittel wie etwa eine Kamera eingesetzt. Die Einhausung 1 10 verfügt über hier nicht dargestelltes Sichtfenster als transparentes Element 10. Das transparente Element 10 an einem Randbereich 130 der Aussparung 120 angeordnet. In diesem Randbereich 130 wird die Flüssigkeit über eine Zuleitung 30 zugeleitet und durch Austritte 32 in diesem Randbereich 130 auf das transparente Element 10 geleitet. Auf dem transparenten Element 10 bildet die Flüssigkeit einen geschlossenen Film 50 aus. Der geschlossene Film 50 der Flüssigkeit fließt schwerkraftbedingt von den an der ersten Seite 14 des transparenten Elements angeordneten Austritten 32 zu Eintritten 42, die an einer der ersten Seite 14 gegenüberliegenden zweiten Seite 16 des transparenten Elements 10 in dem Randbereich 130 angeordnet sind. Die Flüssigkeit bildet hierbei eine fließende Deckschicht aus, die eine konstante Stärke hat. Die Eintritte 42 münden in eine nicht dargestellte Ableitung 40. Die Zuleitung 30 und die Ableitung 40 können miteinander in einem Kreislauf verbunden sein, wobei die Flüssigkeit in diesem Kreislauf aufbereitet werden kann. In Figur 2 ist das transparente Element 10 mit zwei auf einer Außenseite 12 des transparenten Elements 10 angebrachten Ultraschall-Transducern 60, 62 dargestellt. Das transparente Element 10 kann als mehrlagiges Element, etwa als Verbundglasscheibe, ausgebildet sein. Die Ultraschall-Transducer 60, 62 sind mit der zu reinigenden Lage des transparenten Elements 10 in Kontakt. Die Ultraschall-Transducer 60, 62 koppeln Ultraschallwellen 64 in das transparente Element ein. Die Ultraschall-Transducer können also auf der zu reinigenden Seite des transparenten Elements 10 angeordnet sein. Im Falle eines einlagigen transparenten Elements 10 ist es ebenfalls möglich, dass die Ultraschall-Transducer 60, 62 rückwärtig zu der Seite angeordnet sind, auf der sich die Ultraschallwelle 64 vorzugsweise als Oberflächenwelle ausbreiten soll. Für ein mehrlagiges transparentes Element 10 kann daher auch vorgesehen sein, dass die Ultraschall-Transducer 60, 62 zwischen zwei Lagen des transparenten Elements 10 angeordnet sind und die Ultraschallwelle 64 vorzugsweise direkt in die Lage einkoppeln, auf der sich die Ultraschallwelle 64 als Oberflächenwelle ausbreiten soll. Die Ultraschall-Transducer 60, 62 sind zum Aussenden und zu einem Empfangen von Ultraschallwellen 64 geeignet. Durch das Empfangen eines von einem Ultraschall-Transducers 60, 62 ausgesendeten Ultraschall-Signals und durch die Analyse dieses empfangenen Ultraschall-Signals kann bestimmt werden, ob eine Verunreinigung 70 auf dem transparenten Element 10 vorhanden ist. Auf diese Weise kann das Reinigungsverfahren nur dann aktiviert werden, wenn auch tatsächlich eine Verunreinigung 70 auf dem transparenten Element 10 vorhanden ist.
Auf dem transparenten Element 10 wird durch die in Figur 1 beschriebenen Austritte 32 ein geschlossener Film 50 der Flüssigkeit ausgebildet. Eine zu lösende bzw. zu entfernende Verunreinigung 70 in einem zentralen Bereich des transparenten Elements 10 ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Die Verunreinigung 70 kann aber an einer beliebigen Stelle auf der Außenseite 12 des transparenten Elements 10 liegen. Der geschlossene Film 50 aus der Flüssigkeit umschließt die Verunreinigung 70 allseitig und kann in einer Ausgestaltung auch über die Verunreinigung 70 fließen.
Die von den Ultraschall-Transducern 60, 62 ausgesendeten Ultraschallwellen 64 werden von dem transparenten Element 10 und/oder von den Transducern 60, 62 ebenfalls in den geschlossenen Film 50 der Flüssigkeit eingekoppelt. Dadurch schwingen sowohl das transparente Element 10, als auch der geschlossene Film 50 der Flüssigkeit.
Durch diese Schwingungen wird die Verunreinigung 70 von dem transparenten Element 10 gelöst. Das Lösen der Verunreinigung 70 kann durch eine Erhöhung des Energieeintrags über die Ultraschallwellen 64 verstärkt werden. Dies führt zu einer teilweise Evaporation 52 der Flüssigkeit und/oder zu einer Evaporation der Verunreinigung 70 selbst. Bei einer weiteren Erhöhung des Energieeintrags kann es zu einer Kavitation 54 in der Flüssigkeit und/oder der Verunreinigung 70 kommen, wodurch das Ablösen der Verunreinigung 70 von dem transparenten Ele- ment noch weiter unterstützt wird.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass neben der Erhöhung des Energieeintrags der Fluss der Flüssigkeit auf dem transparenten Element 10 erhöht wird. Hierdurch wird der Abtransport von gelösten oder zumindest teilweise gelösten Verunreinigungen 70 verbessert.
Ebenso kann es vorgesehen sein, dass aus den Austritten 32 intermittierend mit der Flüssigkeit ein Gas, wie beispielsweise Luft, herausgeblasen wird. Dies kann die Ablösung und/oder den Abtransport der Verunreinigung 70 weiter unterstützen oder Rückstände der Flüssigkeit von dem transparenten Element 10 wirksam entfernen.
Bezugszeichenliste
Transparentes Element
Außenseite erste Seite zweite Seite
Zuleitung
Austritt
Ableitung
Eintritt
Geschlossener Film
Evaporation
Kavitation , 62 Ultraschall-T ransducer
Ultraschallwelle
Verunreinigung 0 Optische Überwachungsvorrichtung 0 Einhausung 0 Aussparung 0 Randbereich

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Freihaltung eines Sichtbereichs durch ein transparentes Element (10) einer optischen Überwachungsvorrichtung (100), aufweisend die Verfahrensschritte:
Ausbilden eines geschlossenen Films (50) einer Flüssigkeit auf dem transparenten Element (10);
Einkoppeln von Ultraschallwellen (64) in das transparente Element (10), wobei ein Lösen von Verunreinigungen (70) und/oder Anhaftungen an dem transparenten Element (10) durch die in den Flüssigkeitsfilm (50) und/oder das transparente Element (10) eingekoppelten Ultraschallwellen (64) gefördert wird. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Flüssigkeit durch die Ultraschallwellen (64) bewegt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit durch Ultraschallwellen (64) zumindest teilweise verdampft wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei gelöste Verunreinigungen (70) durch die Flüssigkeit aus dem Sichtbereich transportiert werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ultraschallwellen (64) durch zumindest einen Ultraschall-Transducer (60, 62) in das transparente Element (10) eingekoppelt werden. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zumindest eine stehende Welle zwischen zumindest zwei Ultraschall-Transducern (60, 62) ausgebildet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit aus einem Randbereich (130) dem transparenten Element (10) zugeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flüssigkeit intermittierend oder permanent ein Reinigungsmittel und/oder ein Desinfektionsmittel zugesetzt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flüssigkeit beim Zuführen intermittierend ein Gas zugesetzt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit von einer ersten Seite (14) des transparenten Elements zu einer zweiten Seite (16) des transparenten Elements (10) fließt und eine fließende Deckschicht auf dem transparenten Element ausbildet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die fließende Deckschicht eine konstante Stärke hat. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit an der ersten Seite (14) des transparenten Elements (10) zugeleitet wird und die Zuleitung durch ein oder mehrere Austritte (31) an der ersten Seite (14) erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das transparente Element (10) mit dem geschlossenen Film (50) der Flüssigkeit zeitweise benetzt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vorrichtung zur Erfassung von Verunreinigungen (70) auf dem transparenten Element (10) vorgesehen ist und bei Erfassung einer Verunreinigung (70) das transparente Element (10) mit dem geschlossenen Film (50) der Flüssigkeit benetzt wird.
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