Оптическая система для сельскохозяйственной машины

Заявленная группа изобретений относится к области оптических систем для сельскохозяйственных машин. Заявленная группа изобретений включает оптическую систему для сельскохозяйственной машины, способ эксплуатации оптической системы и сельскохозяйственную машину с оптической системой. Причем оптическая система для сельскохозяйственной машины (2) с оптическим элементом (3), в частности камерой (3), предназначенной для приема и/или излучения света через диафрагму (4), содержит экранирующую систему (5), предназначенную для механической защиты оптического элемента (3) от жестких внешних условий, нарушающих его работу, причем оптическая система (1) выполнена с возможностью перевода в конфигурацию с защитой, в которой диафрагма (4) оптического элемента (3) механически защищена экранирующей системой (5), и оптическая система (1) выполнена с возможностью перевода в конфигурацию без защиты, в которой диафрагма (4) не закрыта экранирующей системой (5), причем предусмотрен исполнительный элемент (6) для переключения оптической системы (1) между конфигурацией без защиты и конфигурацией с защитой и предусмотрен блок (7) управления экранирующей системой для переключения оптической системы (1) посредством исполнительного элемента (6) на основании, по меньшей мере, одного предварительно заданного события срабатывания. Технический результат заключается в обеспечении эффективной механической защиты оптических элементов, минимального влияния экранирующей системы на оптические характеристики и повышенной стойкости при эксплуатации в жестких условиях, например при наличии большого количества пыли и летучих частиц. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к оптической системе для сельскохозяйственной машины по пункту 1 формулы изобретения, к способу управления такой оптической системой по пункту 13 формулы и к сельскохозяйственной машине, оснащенной такой оптической системой, по пункту 15 формулы.

Уровень техники

Выражение «сельскохозяйственная машина» следует понимать в широком смысле. Оно описывает не только все виды самоходных сельскохозяйственных машин, например тракторы, погрузчики, силосоуборочные комбайны или комбайны, но и сцепные машины, например прессы, тягачи и транспортные средства, в частности, прицепы-кормораздатчики.

Оптические системы широко используются в современных сельскохозяйственных машинах для повышения удобства пользования, ускорения сельскохозяйственных процессов, например уборки урожая, в частности для повышения качества уборочных или подобных им процессов. В качестве примера подобной оптической системы можно привести оптический элемент, то есть камеру для контроля процесса разгрузки силосоуборочного комбайна (патентная заявка DE 102011002111 А1).

Оптическая система, описываемая изобретением, не ограничивается системами с приемом светового луча, например системами камер. Соответственно, оптическая система может представлять собой светоизлучающую систему, например прожектор или подобное ему устройство.

Поскольку рассматриваемая сельскохозяйственная машина в большинстве случаев работает в суровых условиях, оптическая система должна иметь исключительно прочную конструкцию. Жесткие внешние условия, ухудшающие работу оптической системы, могут выражаться в скоплениях пыли и летучих частиц, например соринок, а также камнях и подобных им предметах.

Вышеупомянутые жесткие внешние условия могут нарушать надлежащее функционирование камеры за счет разрушения оптических линз или подобных им элементов или накопления грязи на таких компонентах. В итоге нарушается передача световых лучей, необходимых для надлежащего функционирования камеры. То же самое можно сказать в отношении оптической системы, построенной по принципам излучения света.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка оптической системы для сельскохозяйственной машины, которая будет отличаться повышенной стойкостью при эксплуатации в жестких условиях, например при наличии большого количества пыли и летучих частиц.

Эта задача решается оптической системой для сельскохозяйственной машины с признаками, раскрываемыми в пункте 1 формулы изобретения.

Основная идея изобретения заключается в избирательной защите оптического элемента оптической системы, предназначенного для приема и/или излучения света через диафрагму, путем установки экранирующей системы. Такая механическая защита элемента позволяет гарантировать эффективную механическую защиту от любых жестких внешних условий.

Особую важность для изобретения представляет тот факт, что экранирующая система не является постоянной механической защитой оптического элемента оптической системы. Идея заключается в установке механической защиты по мере необходимости. В остальное время оптический элемент не закрывается экранирующей системой.

В частности, оптическая система выполнена с возможностью перевода в конфигурацию без защиты, в которой диафрагма не закрыта экранирующей системой, причем предусмотрен исполнительный элемент для переключения оптической системы между конфигурацией без защиты и конфигурацией с защитой, в которой диафрагма оптического элемента механически защищена экранирующей системой. Управление экранирующей системой осуществляется путем переключения оптической системы при помощи исполнительного элемента на основании, по меньшей мере, одного предварительно заданного события срабатывания.

Предлагаемое решение позволяет гарантировать, что экранирующая система, с одной стороны, обеспечит эффективную механическую защиту оптических элементов, а с другой стороны, оптические свойства оптической системы будут максимально сохранены за счет минимального влияния экранирующей системы на оптические характеристики.

Предлагаемое решение использует строение человеческого глаза, который механически защищается экранирующей системой, то есть веком.

Дальнейшее сходство с человеческим глазом заключается в том, что событие, вызывающее переключение оптической системы, предпочтительно распознается системой распознавания (пункт 4). Иными словами, оптическая система имеет встроенный «рефлекс» переключения экранирующей системы в защитное положение.

В соответствии с пунктом 5 формулы функции системы распознавания может выполнять сама оптическая система, что позволяет снизить затраты на оборудование. Тем не менее, надежность процесса срабатывания можно значительно повысить за счет использования дополнительного датчика для распознавания жестких внешних условий.

Следующие предпочтительные варианты исполнения, раскрываемые в пунктах 10 и 11 формулы, предусматривают две базовые конструкции оптической системы. Согласно пункту 10 различные конфигурации оптической системы реализуются за счет возможности перемещения экранирующей системы. Согласно пункту 11 различные конфигурации оптической системы реализуются за счет возможности перемещения оптического элемента, например камеры. Отсюда следует, что предлагаемое решение может применяться в разнообразных сельскохозяйственных процессах. Количество альтернативных конструкций практически не ограничено.

Второй аспект изобретения, раскрываемый в пункте 13 формулы, относится к способу эксплуатации вышеописанной оптической системы. Основная идея, как было описано выше, заключается в том, что обеспечивают переключение оптической системы между конфигурацией без защиты и конфигурацией с защитой за счет управления экранирующей системой, осуществляемого исполнительным элементом на основании, по меньшей мере, одного предварительно заданного события срабатывания. Предлагаемый способ использует возможности, предоставляемые конструкцией согласно первому аспекту изобретения. Это позволяет реализовать специализированную стратегию переключения оптической системы между конфигурацией без защиты и конфигурацией с защитой, то есть с учетом соответствующих внешних условий. Все пояснения, данные для предлагаемой оптической системы, в полной мере применимы ко второму аспекту изобретения.

Третий аспект изобретения, раскрываемый в пункте 15 формулы, относится к сельскохозяйственной машине, оснащенной предлагаемой оптической системой. В свою очередь, все пояснения, данные для предлагаемой оптической системы, в полной мере применимы к третьему аспекту изобретения.

Краткое описание чертежей

Выгодные варианты исполнения изобретения описываются ниже на основании фигур, на которых изображено:

Фигура 1: сельскохозяйственная машина, описываемая изобретением, оснащенная оптической системой согласно изобретению.

Фигура 2: оптическая система, представленная на фигуре 1: а) согласно первому варианту исполнения, b) согласно второму варианту исполнения.

Фигура 3: оптическая система, представленная на фигуре 2а), причем частица грязи приближается к системе камеры в последовательности а), b) и с).

Осуществление изобретения

Оптическая система 1, описываемая изобретением, разработана для сельскохозяйственной машины 2, которая в предпочтительном варианте исполнения, показанном на фигуре, представляет собой трактор 1. Некоторые возможные альтернативы сельскохозяйственной машины 2 перечислены в общей части настоящего описания.

Оптическая система 1, показанная на фигуре, представляет собой систему 1 камеры, которая может использоваться для навигации путем идентификации контуров соответствующего поля. Кроме того, подобная система 1 камеры может использоваться для идентификации и/или распознавания положения других сельскохозяйственных машин, в частности положения грузовых бункеров других сельскохозяйственных машин. Еще одной задачей системы 1 камеры согласно изобретению может быть контроль качества в процессе уборки урожая или другом процессе.

Оптическая система 1, выполненная в виде системы камеры, является всего лишь предпочтительным вариантом исполнения. Тем не менее, все пояснения, данные для системы 1 камеры, в полной мере применимы ко всем прочим возможным вариантам исполнения оптической системы 1.

Оптическая система 1 содержит оптический элемент 3, в данном случае и предпочтительно камеру 3, предназначенную для приема света через диафрагму 4.

Если оптическая система 1 выполнена в виде светоизлучающей системы, например, прожектора, оптический элемент 3 может представлять собой некоторый светящий элемент.

На фигуре 2 показано, что предусмотрена экранирующая система 5, предназначенная для механической защиты оптического элемента 3 от жестких внешних условий, нарушающих работу оптического элемента 3. На фигуре 3 показано (в отношении варианта исполнения с фигуры 2а), что оптическая система 1 может быть переведена в конфигурацию с защитой (фигуры 3b, 3c), в которой диафрагма 4 оптического элемента 3 механически защищена экранирующей системой 5.

Кроме того, оптическая система 1 может быть переведена в конфигурацию без защиты (фиг.3a), в которой диафрагма 4 не закрывается экранирующей системой 5. На фигурах 2 и 3 показано, что в конфигурации без защиты экранирующая система 5 совершенно не влияет на оптический элемент 3, в то время как на фигурах 3b, 3c показано, что в конфигурации с защитой гарантирована эффективная механическая защита оптического элемента 3.

Оптическая система 1 оснащена исполнительным элементом 6, переключающим оптическую систему 1 между конфигурацией без защиты (фигура 3а) и конфигурацией с защитой (фигуры 3b, 3c). Для управления исполнительным элементом 6 предусмотрен блок 7 управления экранирующей системой, который переключает оптическую систему 1 посредством исполнительного элемента 6 на основании, по меньшей мере, одного предварительно заданного события срабатывания, которое будет описано ниже.

Как уже говорилось, в представленной варианте исполнения оптическая система 1 представляет собой систему 1 камеры, причем оптический элемент 3 является камерой 3. Тем не менее, в другом предпочтительном варианте исполнения оптическая система 1 представляет собой источник света, испускающий свет через диафрагму 4. В особо предпочтительном варианте исполнения оптическая система 1 является прожектором. Как уже говорилось, все пояснения, данные для системы 1 камеры, в полной мере применимы ко всем прочим вариантам исполнения, в частности, к исполнению оптической системы 1 в виде источника света.

Предпочтительно предусмотрена система распознавания, предназначенная для распознавания предварительно заданных жестких внешних условий, нарушающих работу оптического элемента 3. Такое распознавание упомянутых жестких внешних условий является событием срабатывания, вызывающим переключение оптической системы 1 в конфигурацию с защитой (фигуры 3b, 3c) посредством исполнительного элемента 6. Соответственно, система распознавания позволяет оптической системе 1 реагировать на жесткие внешние условия, нарушающие работу оптического элемента 3. Например, могут распознаваться скопления пыли, и факт такого распознавания может служить событием срабатывания, вызывающим переключение оптической системы 1 в конфигурацию с защитой посредством исполнительного элемента 6.

В компактном и экономичном варианте исполнения оптический элемент 3 распознает вышеупомянутые предварительно заданные жесткие внешние условия, выполняя функции датчика в рамках системы распознавания. Тем не менее, может быть предпочтительным вариант, в котором предусмотрен дополнительный датчик 8, распознающий предварительно заданные жесткие внешние условия в рамках системы распознавания. Подобный дополнительный датчик 8 показан на фигуре 3 пунктирными линиями.

Дополнительный датчик 8 может представлять собой, например, ультразвуковой или инфракрасный датчик. Дополнительный датчик 8 может быть выполнен в виде датчика приближения или датчика, анализирующего состав окружающего воздуха, в частности, концентрацию пыли в воздухе.

На фигурах 3а, 3b, 3c показана последовательность, в которой объект 9 приближается к оптической системе 1, причем такое приближение объекта 9, который может представлять собой частицу грязи, считается вышеупомянутым предварительно заданным жестким внешним условием. В зависимости от соответствующей конструкции это жесткое внешнее условие может распознаваться в качестве вышеупомянутого события срабатывания оптическим элементом 3 или дополнительным датчиком 8 системы срабатывания. В любом случае при распознавании приближающегося объекта 9 блок 7 управления экранирующей системой переключает оптическую систему 1 в конфигурацию с защитой (фигура 3b). Когда объект 9 «поражает» оптическую систему 1 (фигура 3c), экранирующая система 5 уже обеспечивает механическую защиту таким образом, чтобы приближающийся объект 9 не повлиял на оптический элемент 3 и его надлежащее функционирование. Это еще раз свидетельствует о том, что предлагаемое решение приближено к основному строению человеческого глаза за счет того, что экранирующая система 5 разработана на основе строения человеческого века.

Помимо вышеупомянутого ответного переключения оптической системы 1 в конфигурацию с защитой предпочтителен вариант, в котором блок 7 управления экранирующей системой переключает оптическую систему 1 в конфигурацию с защитой, когда оптическая система 1 не используется сельскохозяйственной машиной 2 в течение предварительно заданного промежутка времени. Иными словами, после этого оптическая система 1 переводится в режим готовности и может быть пробуждена, когда сельскохозяйственная машина 2 снова начнет использовать оптическую систему 1.

Может оказаться выгодным вариант, в котором блок 7 управления экранирующей системой переключает оптическую систему 1 в конфигурацию с защитой, когда уровень естественного освещения оказывается недостаточным для надлежащей работы системы 1 камеры. В этом случае нахождение оптической системы 1 в конфигурации без защиты не дает никаких преимуществ.

Существует множество возможностей определить события срабатывания в указанном смысле. Возможности, упомянутые в описании, даны только для примера.

Также может оказаться выгодным вариант, в котором блок 7 управления экранирующей системой переключает оптическую систему 1 регулярно, в частности, периодически, между конфигурацией без защиты и конфигурацией с защитой. В связи с этим может также оказаться выгодным вариант, в котором оптическая система 1 регулярно переключается в конфигурацию с защитой на непродолжительный период времени, что можно считать «мерцающим режимом». Такое регулярное изменение конфигурации гарантирует, что механические компоненты экранирующей системы 5 и исполнительного элемента 6 не будут забиты пылью или подобными ей веществами. Кроме того, такое постоянное изменение конфигурации выгодно, в частности, в том случае, если изменение конфигурации сопровождается процессом очистки оптического элемента 3, который будет описан ниже.

В предпочтительном варианте исполнения экранирующая система 5, по меньшей мере, частично прозрачна в такой степени, которая обеспечивает, по меньшей мере, сниженную работоспособность оптического элемента 3 в конфигурации с защитой. Это позволяет гарантировать постоянную работу оптического элемента 3 независимо от соответствующей конфигурации оптической системы 1.

Оптическая система 1, показанная на фигуре 2а, содержит щиток 10, причем щиток 10, приводящийся в движение исполнительным элементом 6, может перемещаться между положением с защитой (фигуры 3b, 3c), в котором щиток механически защищает диафрагму 4 оптического элемента 3, и положением без защиты, в котором диафрагма 4 не закрывается щитком 10. Положение с защитой и положение без защиты соответствуют конфигурации с защитой и конфигурации без защиты оптической системы 1 соответственно.

Существует несколько возможностей привести щиток 10 в движение. В данном случае и предпочтительно щиток 10 при движении скользит вдоль диафрагмы 4 аналогично движению глазного века, как было указано ранее. Такое скользящее движение может являться в то же время поворотом вокруг оси 11 шарнира, показанной на фигуре 2а. Движение щитка 10 может также иметь линейный или любой иной характер.

На фигуре 2b представлен другой предпочтительный вариант исполнения, в котором экранирующая система 5 входит в состав корпуса 12 оптического элемента 3, причем оптический элемент 3, приводящийся в движение исполнительным элементом 6, может перемещаться между положением с защитой (сплошные линии на фигуре 2b), в котором экранирующая система 5 механически защищает диафрагму 4 оптического элемента 3, и положением без защиты (пунктирные линии на фигуре 2b), в котором диафрагма 4 оптического элемента 3 не закрывается экранирующей системой 5. Экранирующая система 5 представляет собой щиток 10 для защиты диафрагмы 4, как было описано в отношении варианта исполнения, показанного на фигуре 2а.

Вариант исполнения, показанный на фигуре 2b, особенно важен для областей применения, в которых важны оптические характеристики в конфигурации с защитой. Поэтому в варианте исполнения, показанном на фигуре 2b, вся оптическая система 1 может быть «скрыта» в корпусе 12, если соответствующая крышка, не показанная на фигуре, будет предусмотрена в верхней части оптического элемента 3.

Предпочтительно вышеупомянутая диафрагма 4 выполнена в виде окна 4а диафрагмы, изготовленного из прозрачного материала. Окно 4а диафрагмы может входить в состав системы линз оптического элемента 3. Также возможен вариант, в котором окно 4а диафрагмы представляет собой простую стеклянную пластину без какого-либо эффекта фокусировки.

В следующем предпочтительном варианте исполнения предусматривается, что экранирующая система 5, в частности щиток 10, во время переключения между конфигурацией с защитой и конфигурацией без защиты находится в зацеплении или входит в зацепление с окном 4а диафрагмы с выполнением функции очистки. Для этого можно сделать так, чтобы окно 4а диафрагмы обтиралось во время переключения между конфигурацией с защитой и конфигурацией без защиты. Очевидно, что вышеупомянутый мерцающий режим, который предпочтительно осуществляется регулярно, обеспечивает высокую эксплуатационную надежность оптического элемента 3 вследствие постоянного выполнения циклов очистки.

В соответствии со следующим аспектом изобретения заявлен способ эксплуатации предложенной оптической системы 1. Для заявленного способа особенно важно, что оптическая система 1 переключается между конфигурацией с защитой и конфигурацией без защиты при помощи блока 7 управления экранирующей системой и исполнительного элемента 6 на основании, по меньшей мере, одного предварительно заданного события срабатывания, как было описано выше. Все пояснения, данные в отношении работы оптической системы 1, полностью применимы к этому дополнительному аспекту.

В соответствии со следующим аспектом изобретения заявлена сельскохозяйственная машина 2, оснащенная оптической системой 1 согласно изобретению. В свою очередь, все пояснения, данные в отношении сельскохозяйственной машины 2 как таковой, полностью применимы.

1. Оптическая система для сельскохозяйственной машины (2) с оптическим элементом (3), в частности камерой (3), предназначенной для приема и/или излучения света через диафрагму (4), причем предусмотрена экранирующая система (5), предназначенная для механической защиты оптического элемента (3) от жестких внешних условий, нарушающих его работу, причем оптическая система (1) выполнена с возможностью перевода в конфигурацию с защитой, в которой диафрагма (4) оптического элемента (3) механически защищена экранирующей системой (5), и оптическая система (1) выполнена с возможностью перевода в конфигурацию без защиты, в которой диафрагма (4) не закрыта экранирующей системой (5), причем предусмотрен исполнительный элемент (6) для переключения оптической системы (1) между конфигурацией без защиты и конфигурацией с защитой и предусмотрен блок (7) управления экранирующей системой для переключения оптической системы (1) посредством исполнительного элемента (6) на основании, по меньшей мере, одного предварительно заданного события срабатывания.

2. Оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что оптическая система (1) представляет собой систему (1) камеры, а оптический элемент (3) представляет собой камеру (3).

3. Оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что оптическая система (1) представляет собой источник света, предпочтительно прожектор.

4. Оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что предусмотрена система распознавания, предназначенная для распознавания предварительно заданных жестких внешних условий, нарушающих работу оптического элемента (3), причем такое распознавание упомянутых жестких внешних условий является событием срабатывания, вызывающим переключение оптической системы (1) в конфигурацию с защитой посредством исполнительного элемента (6).

5. Оптическая система по п. 4, отличающаяся тем, что оптический элемент (3) выполнен с возможностью распознавания вышеупомянутых предварительно заданных жестких внешних условий, выполняя функции датчика в составе системы распознавания, и/или предусмотрен дополнительный датчик (8) для распознавания предварительно заданных жестких внешних условий в составе системы распознавания.

6. Оптическая система по п. 5, отличающаяся тем, что дополнительный датчик (8) представляет собой ультразвуковой или инфракрасный датчик.

7. Оптическая система по одному из пп. 4-6, отличающаяся тем, что предварительно заданное жесткое условие заключается в объекте (9), приближающемся к оптической системе (1), и/или предварительно заданное жесткое условие заключается в скоплении пыли вблизи оптической системы (1).

8. Оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что блок (7) управления экранирующей системой выполнен с возможностью переключения оптической системы (1) в конфигурацию с защитой, когда оптическая система (1) не используется сельскохозяйственной машиной (2) в течение предварительно заданного промежутка времени.

9. Оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что экранирующая система (5), по меньшей мере, частично прозрачна в такой степени, которая обеспечивает, по меньшей мере, сниженную работоспособность оптического элемента (3) в конфигурации с защитой.

10. Оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что экранирующая система (5) содержит щиток (10), причем щиток (10), приводимый в движение исполнительным элементом (6), выполнен с возможностью перемещения между положением с защитой, в котором щиток (10) механически защищает диафрагму (4) оптического элемента (3), и положением без защиты, в котором диафрагма (4) не закрыта щитком (10), причем щиток предпочтительно (10) выполнен с возможностью скольжения вдоль диафрагмы (4) наподобие движения глазного века во время движения.

11. Оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что экранирующая система (5) входит в состав корпуса (12) оптического элемента (3), причем оптический элемент (3), приводимый в движение исполнительным элементом (6), выполнен с возможностью перемещения между положением с защитой, в котором экранирующая система (5) механически защищает диафрагму (4) оптического элемента (3), и положением без защиты, в котором диафрагма (4) оптического элемента (3) не закрыта экранирующей системой (5).

12. Оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что диафрагма (4) выполнена в виде окна (4а) диафрагмы, изготовленного из прозрачного материала, при этом экранирующая система (5) во время переключения между конфигурацией с защитой и конфигурацией без защиты находится в зацеплении или входит в зацепление с окном (4а) диафрагмы с обеспечением очистки, предпочтительно с обеспечением обтирки окна (4а) диафрагмы во время переключения между конфигурацией с защитой и конфигурацией без защиты.

13. Способ эксплуатации оптической системы (1) по одному из предыдущих пунктов, причем обеспечивают переключение оптической системы (1) между конфигурацией с защитой и конфигурацией без защиты при помощи блока (7) управления экранирующей системой посредством исполнительного элемента (6) на основании, по меньшей мере, одного предварительно заданного события срабатывания.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что обеспечивают распознавание предварительно заданных жестких условий, нарушающих работу оптического элемента (3), посредством системы распознавания, причем распознавание упомянутого жесткого внешнего условия является событием срабатывания, вызывающим переключение оптической системы (1) в конфигурацию с защитой посредством исполнительного элемента (6).

15. Сельскохозяйственная машина с оптической системой (1) по одному из пп. 1-12.