包括盖元件的传感器装置和用于制造盖元件的方法

摘要

本发明涉及一种机动车辆的传感器装置，该传感器装置包括：沿测量方向发射电磁辐射以确定测量信号的传感器元件(20)；以及沿测量方向设置在传感器元件(20)之前的盖元件(18)，该盖元件是可透过电磁辐射的注射成型塑料部件，并且具有面向车辆环境的外侧和面向传感器元件(20)的内侧；以及包括导体带(34)的加热器件。导体带(34)在通过注射成型制造盖元件(18)的过程中被施加到形成在盖元件(18)的内侧的膜(32)上，膜(32)连同导体带(34)从而形成注射成型的盖元件(18)的插入物，导体带(34)位于膜(32)的背离传感器元件(20)的一侧。

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括权利要求1的前序部分的特征的机动车辆的传感器装置，并且涉及一种用于制造传感器装置的盖元件的方法。

背景技术

这种类型的传感器装置在实践中是已知的，并且可以在机动车辆中用于监控车辆环境。为此，传感器装置包括例如在一个或多个特定方向上发射激光辐射形式的电磁辐射的传感器元件，允许车辆系统检测和处理车辆环境，包括道路的路线，交通状况等。传感器元件设置在例如车辆的车顶区域或车辆的前端区域中，并且定位在可使传感器元件发射的电磁辐射透过的盖元件之后。盖元件可以由塑料材料制成。为了使盖元件在恶劣天气条件下也能透过电磁辐射并且能够除冰，可以提供加热器件，该加热器件包括设置在盖元件的内侧上的导体带，该内侧面向传感器元件。在已知传感器装置的情况下，加热器件的导体带暴露在盖元件的内侧。这意味着他们可能会暴露在例如潮湿的环境条件下，这会影响他们的功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种根据现有技术配置的传感器装置，其确保加热器件的高功能可靠性，并提供一种用于制造这种传感器装置的盖元件的方法。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的传感器装置来实现。

根据本发明的传感器装置的盖元件设置在传感器元件的之前，并且对于传感器元件发射的电磁辐射是透明的，该盖元件在其内侧、即在其面向传感器元件的一侧设有膜，所述膜在背离传感器元件的一侧设有导体带，因此导体带由膜保护，并且不暴露于环境条件或天气条件下。导体带靠近盖元件的外侧定位，该外侧面向车辆环境，且可能需要除冰。

在根据本发明的传感器装置的一个优选实施例中，膜在其背离导体带并因此面向传感器元件的一侧具有抗反射涂层，以便提高由传感器装置检测的测量信号的质量，并确保由传感器发射的电磁辐射能够不受阻碍地穿过盖元件。

在膜连接到盖元件之前施加到膜上的抗反射涂层特别专用于根据本发明的传感器装置所使用的电磁辐射。例如，抗反射涂层由基于聚硅氧烷生产的材料制成。替代性地，抗反射涂层可以由铟化合物制成。

抗反射涂层有利地反射波长在特定波长光谱之外的电磁辐射。抗反射涂层所抗反射的波长光谱覆盖了由传感器元件发射的辐射的波长。

有利的是，抗反射涂层具有表面结构，以便提高其有效性。例如，表面结构是通过等离子体蚀刻产生的，并且可以具有所谓的蛾眼结构，这是由紧密排列的小锥体组成的纳米结构。

根据本发明的传感器装置的盖元件尤其可以由聚碳酸酯材料或适合所讨论的应用的另一种材料制成。

因此，在一个优选实施例中，根据本发明的传感器装置的膜包括聚碳酸酯材料或由聚碳酸酯材料制成。

在根据本发明的传感器装置的一个有利实施例中，盖元件在其面向车辆环境的外侧上设有保护涂层，以便能够保护盖元件免受损坏和磨损。保护涂层可由施加了一层或两层的油漆系统组成，油漆系统可提供防刮伤、耐候性和/或化学性保护。使用的油漆系统可以是热硬化油漆系统或借助于紫外线辐射硬化的油漆系统。油漆系统可以通过喷涂或流涂来涂覆。

有利的是，保护涂层的折射率小于盖元件的注射成型塑料材料的折射率。这可以改善盖元件的传输行为。

根据本发明的传感器装置基本上可以设置在机动车辆上的任何位置，并且可以被设计用于不同的目的。例如，传感器装置被集成在车顶中，并形成所述车辆的自主或半自主驾驶系统的一部分。在这种情况下，盖元件形成车顶的外壳元件，即，特别是相对于车身固定不动的固定车顶部分。然而，传感器装置也可以以圆顶的方式放置在车顶上。在这种情况下，盖元件至少形成传感器装置的壳体的一部分，该壳体容纳传感器元件。

在一个替代实施例中，盖元件形成车辆前部或车辆后部的外壳元件。在这种情况下，传感器装置也可以是距离控制系统、停车辅助系统和/或所讨论的车辆的另一安全特征的一部分。

本发明还涉及一种用于制造机动车辆的传感器装置的盖元件的方法，该方法包括以下步骤：

-提供具有第一侧和第二侧的膜；

-将导体带施加到膜的第一侧；

-将带有导体带的膜引入到注射模具的模腔中；

-用塑料材料填充注射模具的模腔；

-硬化模腔中的塑料材料，以形成其上模制有膜的盖元件；和

-对其上模制有膜的盖元件脱模。

在根据本发明的方法的一个优选实施例中，在将膜插入模腔之前，将抗反射涂层施加到膜的第二侧。抗反射涂层可以在将导体带施加到膜的另一侧之前或之后施加。

导体带可以通过任何技术施加到膜上。为此目的，可以采用印刷技术、压花技术或转移技术。具体的例子包括丝网印刷技术、分配技术、热冲压技术和转移印刷技术。此外，可以采用合适的硬化技术、例如激光硬化技术来硬化导体带。

抗反射涂层优选通过例如刮刀、通过丝网印刷或通过共挤出广泛施加于膜的第二侧。随后，抗反射涂层可以经受结构化工艺，例如等离子体蚀刻工艺，以增加抗反射效果。

此外，导体带可以施加于宽的膜网或膜切割件，其尺寸对应于膜的尺寸或对应于将被插入模腔的膜。

当盖元件被注射成型时，膜或膜切割件被包覆成型，以使得其上设有导体带的一侧被塑料材料包覆成型。膜的优选设有抗反射涂层的另一侧不含塑料材料。

根据本发明的方法特别设计成使得膜从第一辊上展开，然后抗反射涂层被广泛地施加到膜的一侧。随后，膜被卷绕到第二辊上。在另一个方法步骤中，然后将膜从第二辊上展开，并在背离抗反射涂层的一侧提供导体带和用于电连接到车辆电气系统的接触点。然后，该膜可以被冲切，以产生具有导体带的膜切割件，然后该膜切割件被插入到注射模具中，特别是借助于机器人被插入到注射模具中，膜切割件在该注射模具的模腔中被用塑料材料包覆成型。

在盖元件从注射模具的模腔中脱模后，盖元件优选地在背离膜或膜装置的一侧上设置有保护涂层，以保护其免受刮擦、天气条件和化学物质的影响。

附图说明

根据说明书、附图和权利要求，本发明主题的其他优点和有利实施例是显而易见的。

根据本发明的传感器装置的示例性实施例和用于制造传感器装置的盖元件的方法在附图中以示意性简化的方式示出，并将在以下描述中更详细地解释。

图1是具有集成在车顶中的根据本发明的传感器装置的车辆的透视图；

图2是传感器装置中的一个的透视图；

图3是传感器装置的盖元件的剖视图；

图4示出了盖装置生产过程中的第一步骤；

图5示出了盖装置生产过程中的第二步骤；

图6示出了盖装置生产过程中的第三步骤；和

图7示出了盖装置生产过程中的第四步骤。

具体实施方式

附图示出了机动车辆10，其在当前的情况下实现为旅行车，并且具有覆盖车辆内部的车顶12。在前方，即车辆前部的方向上，车顶12终止于挡风玻璃14。

车顶12是由塑料材料制成的注射成型部件，该塑料材料在当前的情况下是聚碳酸酯材料。

机动车辆10以允许自主或半自主驾驶的方式设计。为此，在车顶12上实现了四个传感器装置16，它们是环境监测传感器。这使得传感器装置成为激光雷达(LiDAR)传感器，它使用激光作为电磁辐射。

传感器装置16基本上是相同的，如图2和3所示，每个传感器装置包括形成传感器外壳的盖元件18，传感器元件20设置在传感器外壳中，传感器元件20沿测量方向X发射激光，激光穿过盖元件并用于监控车辆环境。

盖元件18包括由聚碳酸酯材料制成的注射模制芯22，并且注射模制芯22在其面向传感器元件20的内侧24上承载膜装置26。在其面向车辆环境的外侧28上，聚碳酸酯芯22设有保护涂层30，该保护涂层30是针对刮擦、天气和化学物质的保护，并且由油漆系统形成。

膜装置26包括由聚碳酸酯材料制成的膜32，膜32在其面向芯22的一侧设有导体带34，导体带34是盖元件18的加热器件。由聚硅氧烷化合物制成的抗反射涂层36在面对传感器元件20的一侧上被施加到膜32上。抗反射涂层36被构造成增加其抗反射效果。特别是，它具有所谓的蛾眼结构，这是由等离子蚀刻产生的。在目前的情况下，抗反射涂层36对波长范围在800nm和1200nm之间的电磁辐射具有抗反射效果。波长大于1200nm以及小于800nm的电磁辐射被抗反射涂层36反射。

传感器装置16的传感器元件20的制造将在下面参照高度示意性的图4至7进行解释。

在第一步骤中，将厚度在100μm至400μm之间的膜32设置在辊38上，并从辊38上展开。在涂层站39，膜32的一侧于是被材料40广泛涂布，以形成抗反射涂层36，该材料40基于聚硅氧烷制造并储存在容器41中，所涂布的材料40借助于刮刀43均匀分布在膜32上。一旦抗反射涂层36已经通过等离子体蚀刻形成和结构化，膜32就与抗反射涂层36一起被卷绕到第二辊42上。辊42然后可用于另一个加工站44。在那里，将设有抗反射涂层36的膜32从第二辊42上展开，并且在背离抗反射涂层36的一侧上被提供导体带34和接触点。在当前的情况下，这是通过转移印刷发生的，激光辐射用于硬化过程。然而，替代性地，导体带也可以通过丝网印刷、分配、热冲压等来施加。然后，具有包括接触点的导体带34和抗反射涂层36的膜32被卷绕到第三辊46上。辊46可用于切割站48，在切割站48处，设有导体带34和抗反射涂层36的膜32被展开，并通过模切工具52在传送带50上切割成一定尺寸，从而产生了对应于设置在所讨论的盖元件18上的膜装置26的膜切割件54。

膜切割件54可以通过传送机器人从传送带50上移除，并且可以作为插入物放置在注射模具58的模腔56中。注射模具58包括第一半工具60和第二半工具62。当注射模具58关闭时，两个半工具60和62限定并限制出模腔56。当注射模具58打开时，膜切割件54安装在半工具60上。随后，关闭注射模具58以形成模腔56，于是用于形成盖元件18的聚碳酸酯芯22的聚碳酸酯材料经由浇口流道64被引入模腔56。

在模腔56中的聚碳酸酯材料硬化之后，打开注射模具58，并且将包括膜切割件54(即膜装置26)和芯22的盖元件脱模。

在最后一个方法步骤中，芯22在背离膜装置26的一侧上被提供有保护涂层30。保护涂层30可以一层或两层施加。所使用的材料由热硬化或借助紫外线辐射硬化的油漆系统形成。它通过喷涂或流涂来施加。

得到的盖元件18可用于制造传感器装置16。

附图标记列表

10 机动车辆

12 车顶

14 挡风玻璃

16 传感器装置

18 盖元件

20 传感器元件

22 芯

24 内侧

26 膜装置

28 外侧

30 保护涂层

32 膜

34 导体带

36 抗反射涂层

38 辊

39 涂层站

40 材料

41 容器

42 辊

43 刮刀

44 加工站

46 辊

48 切割站

50 传送带

52 模切工具

54 膜切割件

56 模腔

58 注射模具

60 半工具

62 半工具

64 浇口流道