用于除去并防止车辆透镜上的透镜表面污染物的方法和设备与流程

用于除去并防止车辆透镜上的透镜表面污染物的方法和设备

背景技术：
将光学设备引入例如自动导引车(AGV)等的物料运输工业车辆中，操作以辅助将车辆保持在预定路径之上。同样地，由物料运输车辆抬起的载荷可以使用光学设备识别，以确保抬起正确的载荷，并且由车辆移动。这种光学设备，例如光学导引系统经常经受变化的大气与空气质量状况。由于在这种状况下操作，冷凝物与灰尘的积聚可以遮挡或使得形成光学设备部分的透镜失去作用。例如，安装于AGV上的光学导引系统使用直射光束，以从特定已知的反射器反射，从而确定车辆相对于反射器的位置。同样地，安装于车辆上的条码扫描器使在车辆上装载时或者在抬起载荷之前用光读取载荷的条形码，以确保所需的载荷将要运输。灰尘、污物、或冷凝物在光学设备的透镜之上的积聚将缩短可以探测的反射器的距离或使得条形码误读。在由于车辆驶入或驶出不同温度与湿度区域而使得冷凝物普遍存在的环境中，光学设备不能使用，或者功能明显降低。通常，光学设备透镜按预定计划方式进行清洁，或仅当其变得不起作用的时候清洁。这些方案没有一个能够提供用于物料运输车辆操作的有效与划算的方法。例如，在计划的清洁时间或当装备变得不起作用时，车辆必须停止操作，直至将透镜清洁干净。除了清洁步骤的成本，清洁步骤所需的停机时间导致车辆生产率的降低。因此，系统存在需求，在不需要车辆停机的情况下，防止灰尘与尘埃颗粒积聚在扫描仪与视觉装备的透镜上。系统还存在这样的需求，以允许在驶入与驶出不同温度与湿度区域的车辆之上有效使用扫描仪与视觉装备。

技术实现要素：
本发明提供一种车辆，其包括车辆框架与安装于车辆框架之上的光学装置。车辆还包括感测车辆框架周围的环境空气温度的第一温度传感器，感测光学装置的透镜温度的第二温度传感器，以及感测靠近透镜的空气含湿量的湿度传感器。车辆还包括响应于感测的环境空气温度、感测的透镜温度、以及感测的含湿量将气体引导至透镜处的排气口。本发明的总体目标在于除去并且防止安装于车辆框架之上的光学装置的透镜上的表面潮湿污染物。通过感测环境空气温度与靠近透镜的含湿量、感测透镜温度、并且响应于感测的温度与含湿量而通过排气口将潮湿污染物排除气体引导至透镜处而实现该目标。本发明的前述及其它目标与优势将从以下的详细说明中显而易见。在说明书中，参考了示例了本发明优选实施例的附图。附图说明图1为根据本发明的光学装置与透镜清洁器的示意图；图2为图1的透镜清洁器的替换实施例；图3为图1的透镜清洁器的另一替换实施例；以及图4为用于防止并且除去根据本发明的光学装置的透镜表面污染物的示例性操作的流程图。具体实施方式参照图1，包括透镜12的光学装置10安装于车辆18的框架16之上。光学装置10的透镜12，例如扫描仪或摄像头，通过包括透镜温度传感器14、环境温度传感器22、湿度传感器24、加热器26、鼓风机28、排气口30、以及微控制器或处理器32的透镜清洁器20而清洁。车辆18，例如AGV或其他工业车辆，可以在包括能够在透镜12之上积聚的水分、灰尘、或其他悬浮颗粒的环境中操作。操作透镜清洁器20以防止冷凝物、灰尘、或其他颗粒积聚在透镜12上，以使得光学装置10可以通过透镜12获得图像采集和/或扫描的无阻挡视野。更具体地，透镜清洁器20可以连续地或周期性地监控透镜12附近的温度和/或湿度，并且提供朝向透镜12引导的调节空气的气流，以清洁当前与潜在的积聚。因此，透镜清洁器20可以通过需求较少的检查与保养间隔而提供改进的车辆可用性与操作成本。透镜温度传感器14可以是在透镜12附近安装的热电偶或本领域公知的其他温度传感装置，其感测透镜的一部分、例如透镜12的外表面的实际温度。可替换的，可以在不脱离本发明范围的情况下使用感测透镜12附近的空气温度的透镜温度传感器。环境温度传感器22远离透镜温度传感器14布置，以感测车辆18周围的空气温度。优选地，环境温度传感器22远离车辆18上任何热源安装至车辆18，热源会影响由环境温度传感器22所感测的温度。如在透镜温度传感器14中，环境温度传感器22可以是热电偶或本领域公知的其它温度传感装置。湿度传感器24，例如电子湿度计，感测透镜12附近的含湿量。优选地，湿度传感器24相邻于透镜12安装，即，安装在透镜12的一个脚中，以提供对透镜12附近含湿量的准确测量。然而，在不脱离本发明范围的情况下，可以通过安装在车辆18上任意位置处的湿度传感器24测量透镜12附近的空气的含湿量。鼓风机28优选地为安装于车辆18之上的轴流风机或离心风机，其通过朝向透镜12引导空气的排气口30排气。本发明的内容中的空气可以是任意气体，例如发动机或压缩机排气、氮气和适合于吹过透镜12以除去污染物类似气体。因此，鼓风机28可以是任意加压气体源，例如内燃机、压缩机、包含加压气体的容器等等，在不脱离本发明的范围的情况下，其提供穿过排气口30朝向透镜12吹动的气体。加热器26加热通过排气口30排放的气体。加热器26可以是车辆18之上的任意元件，其产生可以传递至通过排气口30排放的气体的热。优选地，加热器26为布置于通过排气口排出之前的空气流路中的电阻加热器。微控制器32可以接收并且分析来自透镜温度传感器14、环境温度传感器22、以及湿度传感器24的信号(例如，通过信号放大器34和一个或多个模数转换器36)，并且可以将控制信号传递至加热器26以及鼓风机28(例如，通过信号放大器38)。基于从透镜温度传感器14、环境温度传感器22、以及湿度传感器24接收的信号，微控制器32可以确定对穿过透镜12的空气运动和/或调节的相对需求。微控制器32随后可以控制鼓风机28，以推进连续的或周期性的空气流穿过排气口30，并且越过透镜12的外表面40。微控制器32还可以控制加热器26加热，并且降低由鼓风机28穿过排气口30而推进的空气的含湿量，从而防止透镜表面40之上的潮湿污染物。排气口30可以相邻于透镜12布置，从而迫使空气越过透镜12。在一些实施例中，排气口30可以是成型的充气室，如图1中所示的，从而辅助将被迫穿过排气口30的空气朝向透镜12引导。在其它实施例中，排气口30可以是软管或管道，如图2中所示。此外，如果光学装置10包括多于一个的透镜12，如图3中所示，则排气口30可以包括多个分支41，以朝向每个透镜12引导空气。控制器20可以完成一个或多个操作，从而正确清洁与维护透镜12。例如，可以将多个程序保存在微控制器32中，并且可以通过微控制器32执行一个或多个程序，从而实现这些操作。可以基于预设程序、使用者输入、和/或感测的输入而执行程序，或者可以允许程序执行。以下段落描述了根据本发明的一些实施例的透镜清洁器20的示例操作。在第一示例的操作中，鼓风机28为可以提供越过透镜12的稳定空气流的风机。稳定空气流可以防止灰尘颗粒在透镜12上的积聚，因此，降低或消除对在灰尘环境中频繁的清洁程序的需求。在一个实施例中，鼓风机28以恒速运转，从而总是实现恒定的气流。例如，可以预先编制恒定气流速度的程序，以适应在车辆18的运行位置中发现的特定类型的灰尘颗粒。在另一实施例中，鼓风机28为能够以不同速度运转的风机，其中，每个速度均使得不同数量的气流穿过排气口。例如，透镜清洁器20可以包括与微控制器32相通讯的传感器(未示出)，其可以探测或测量给定条件下穿过透镜12的返回光的量。微控制器32随后能够基于感测的光级度以更高或更低速度操作鼓风机28，从而尽管在周围环境中存在或多或少悬浮颗粒，也能保持穿过透镜12的能见度。在另一示例的操作中，能够以脉冲方式将来自鼓风机28的空气流发射至透镜12。相比于稳定空气流，脉冲空气流可以辅助在具有更大数量空气污染的环境中或在具有比简单灰尘更重或更潮湿的颗粒的环境中保持穿过透镜12返回的光的量。例如，如果将恒定气流施加于透镜12，则气流中的任意颗粒将具有如公式中所示的动量：M＝(m*V2)/2其中M为动量，m为颗粒质量，V为颗粒速度。空气流的流动还将对每个颗粒施加力，以用力F“推动”颗粒，力F还依靠于空气流的速度与质量。由空气流施加的力与颗粒自己的动量的组合将倾向于保持颗粒运动，并且不停留在透镜表面40上。在空气流停止的情况中(例如，车辆18不运行，并且鼓风机28关闭)，由于围绕车辆18的正常空气运动，灰尘颗粒会开始积聚在透镜表面40上。一旦在透镜表面40上，由于范德瓦尔斯相互作用、静电，颗粒可以倾向于粘连至透镜表面40，或颗粒可以具有一些粘着性。在这些情况中，稳定的气流可能不施加足够的力，以将颗粒重新悬浮回空气流。然而，由脉冲空气流施加的力可以提供手持式风钻效果，从而从透镜表面40驱散颗粒。更具体地，当空气流越过透镜表面40吹过时，施加在灰尘颗粒上的力将增加。施加在颗粒上的力F示出为F＝m*a；其中，F为力，m为流体质量，a为加速度。如果空气为脉冲的，则在第一时间t1，速度v1将为零，并且在第二时间t2，速度v2将为更高的值。将通过空气流速度以及从v1至v2的时间间隔的变化实现由空气传递至颗粒的脉冲能量。如果加速度为相对于时间的速度的变化，则F＝m*(dv)/(dt)。因此，例如，如果力F为脉冲的，并且从零至力F的时间间隔为0.01秒，则施加的力的瞬间变化相比于简单施加的稳态力大100倍。平均力保持相同，但灰尘颗粒上的短期脉冲能量可以大得多。脉冲空气流为有益的环境可以包括灰尘中包含少量橡胶与煤烟的处理轮胎制造装备的设施，或者包括灰尘中可包括少量水滴的屠杀与清洁动物的食品处理区域的设施。为了产生脉冲空气流，微控制器32可以传递脉宽调制控制信号，以操作鼓风机28。在某些实施例中，空气流能够以特定频率和/或脉冲幅度脉冲，以根据颗粒的类型以及其对透镜表面40的粘附而获得赋予至灰尘或煤烟颗粒的更多能量脉冲。在某些实施例，如果可以确定或监控车辆18的非操作时间，并且如果污染物的类型(例如，灰尘、煤烟、冷凝物等)是已知的，或由使用者输入，则微控制器32可以分析这些条件和/或其他传感条件，并且执行鼓风机28与可变空气速度以及脉冲的组合的操作，以协助清洁透镜12。此外，在又一示例中操作中，加热器26可以与鼓风机28一起操作。因此，微控制器32可以执行鼓风机28与加热器26以及可变空气速度、脉冲、以及可变温度的组合的操作，以协助清洁透镜12。例如，图4为示例了鼓风机28与加热器26操作过程的流程图。在步骤44处，微控制器32可以确定如由环境温度传感器22感测的、来自输入数据方框46的透镜12附近或车辆18周围的环境温度。在步骤48处，微控制器32可以确定如由湿度传感器24感测的、来自输入数据方框50的透镜12附近空气的环境湿度或含湿量。在步骤52处，微控制器32可以基于感测的温度与湿度计算露点温度，例如使用以下等式之一：Tdc＝Tc-((100-RH)/5)其中，Tdc为摄氏度露点温度，Tc为摄氏度环境温度，RH为相对湿度。Tdf＝Tf-((100-RH)/2.778)其中，Tdf为华氏度露点温度，Tf为华氏度环境温度，RH为相对湿度在步骤54处，微控制器32可以从输入数据方框56确定如由透镜温度传感器14感测的透镜12的当前温度。在步骤58处，微控制器32可以比较露点温度与透镜12的当前温度。如果露点温度大于当前温度，则微控制器32可以返回，以在步骤44处确定环境温度。如果露点温度小于或等于透镜的当前温度(例如，表示将在透镜12之上产生冷凝物的条件)，则微控制器32可以在步骤60处打开加热器26，并且在步骤62处打开鼓风机28。鼓风机28可以引导空气流越过透镜表面40，并且加热器26可以加热与干燥由鼓风机28引导的空气，从而将引导的空气的含湿量降低至由湿度传感器感测的含湿量之下。如上所述，在加热器26调节空气或者不调节空气的情况下，鼓风机28能够以稳定的气流速度、变化的气流速度、和/或脉冲的空气流连续地或周期性地运行。鼓风机28和/或加热器26的运行可以防止灰尘颗粒在透镜表面40上的积聚，可以清洁积聚的灰尘颗粒(例如，当车辆18停止或空转时形成)的透镜表面40，并且当车辆18穿过不同环境运动时可以防止透镜表面40上的冷凝物。尽管已经示出并且描述了本发明目前考虑的优选实施例，但本领域技术人员显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以进行各种改变与修改。