CN222014598U - 焊接防护用自动变光过滤器及焊接面罩 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种焊接防护用自动变光过滤器，其包括：弧光感测模块，所述弧光感测模块配置为检测焊接弧光；控制模块，所述控制模块与弧光感测模块电连接以接收来自弧光感测模块的检测信号，并且所述控制模块配置为基于所述检测信号来调制向变光防护模块输出的控制信号；变光防护模块，所述变光防护模块包括用于调节通过自动变光过滤器的光通量的遮光片和用于驱动遮光片的变光驱动电路，所述变光驱动电路电连接到控制模块以响应于来自控制模块的控制信号而驱动遮光片改变透光率；以及温度调节模块，所述温度调节模块与控制模块电连接并配置用于使遮光片周围的局域温度保持高于预限定的温度阈值。

Description

焊接防护用自动变光过滤器及焊接面罩

技术领域

本申请总的涉及焊接作业防护器具，且更具体地涉及一种适于在低温多变环境中使用的自动变光过滤器(Auto Darkening Filter,ADF)及配备有该自动变光过滤器的焊接面罩。

背景技术

焊接作业产生的强光、红外辐射、紫外线、飞溅物及有害气体等会不利地损害作业工人的眼睛、皮肤及呼吸系统等，因此在进行焊接作业时工人需佩戴防护器具以过滤有害射线、遮挡强光并阻隔人体皮肤与高热作业环境的直接接触。

近年来开发的自动变光过滤器运用光谱探测和光电控制技术实现了遮光片响应于环境光强自动改变遮光性的自动变光调节，能够为焊接作业工人提供更为舒适灵活的眼部保护。为确保安全，遮光片须在焊接起弧光瞬时变暗，因此要求遮光片具有快速响应性。也即，在响应于检测到弧光被激励时遮光片从明亮透光状态变化为暗黑遮光状态的响应时间应小于规定的阈值时间。

常见的用作遮光片的液晶材料大体可分为如下几种形式，即适于在0～50℃条件下工作的常温型液晶材料、适于在-20℃～70℃条件下工作的宽温型液晶材料，以及适于在-30℃～80℃条件下工作的超宽温型液晶材料。根据具体的作业环境，可选择具有相适工作温度区间的液晶材料作为遮光片。然而，对于更冷的环境温度(比如，在高纬度地区，冬季自然环境温度可低于-30℃)，并没有相适宜的液晶材料可供选择。此外，温度除影响分子的相态外还会影响分子的移动速率并进而影响材料的响应速度。因此，自动变光过滤器在一些高纬度地区的使用受到极大制约。

另一方面，自动变光过滤器在恶劣环境中面临的另一重挑战是温度变化。尤其，在一些恶劣环境条件下，局地天气变化往往很难预测，并伴有快速的温降。由此，使用自动变光过滤器将要求佩戴其的作业工人时刻关注环境温度变化并在注意到环境温度变化时根据个人经验判断或亲身试验自动变光过滤器是否仍安全可用。这是麻烦、危险且不受欢迎的。

因此，期望的是，提供一种自动变光过滤器及自动变光焊接面罩，其适于寒冷低温地区的使用并使焊接工人免于时刻关注环境温度变化的烦扰。

实用新型内容

本申请旨在解决如上所述现有技术中存在的一项或多项问题。

根据本申请的一个方面，提供一种焊接防护用自动变光过滤器，其包括：弧光感测模块，所述弧光感测模块配置为检测焊接弧光；控制模块，所述控制模块与弧光感测模块电连接以接收来自弧光感测模块的检测信号，并且所述控制模块配置为基于所述检测信号来调制向变光防护模块输出的控制信号；变光防护模块，所述变光防护模块包括用于调节通过自动变光过滤器的光通量的遮光片和用于驱动遮光片的变光驱动电路，所述变光驱动电路电连接到控制模块以响应于来自控制模块的控制信号而驱动遮光片改变透光率；以及温度调节模块，所述温度调节模块与控制模块电连接并配置用于使遮光片周围的局域温度保持高于预限定的温度阈值。

可选地，所述温度调节模块包括配置用于在遮光片周围产生热的加热膜片。

可选地，所述加热膜片包括ITO镀膜玻璃，和/或所述加热膜片具有在5欧姆至30欧姆的范围内的方阻。

可选地，所述加热膜片贴靠所述遮光片设置，和/或所述加热膜片设置在自动变光过滤器的包含所述遮光片的观察视窗的面向佩戴者的一侧。

可选地，所述温度调节模块还包括与控制模块电连接的用于检测遮光片周围的局域温度的温度传感器，其中，所述温度传感器附接到所述加热膜片。

可选地，所述温度调节模块还包括用于为所述加热膜片供能的加热供电区块和电连接在加热供电区块与加热膜片之间的加热控制开关。

可选地，所述加热控制开关电连接到控制模块以响应于来自控制模块的控制信号而接通和断开加热供电区块与加热膜片的电连接。

可选地，所述自动变光过滤器还包括人机交互模块，所述人机交互模块电连接到控制模块并具有能够由佩戴者使用来指示启用或停用温度调节模块和向佩戴者反馈温度调节模块的当前工作状态的配置构造。

可选地，所述控制模块配置为，在所述温度调节模块被启用时，响应于来自温度传感器的检测信号指示遮光片周围的局域温度低于或等于预限定的温度阈值，向加热控制开关输出第一控制信号来促使加热控制开关接通加热供电区块与加热膜片的电连接，并向人机交互模块输出第二控制信号来促使人机交互模块以第一显示模式显示温度调节模块当前处于加热状态；和/或所述控制模块配置为，在所述温度调节模块被启用时，响应于来自温度传感器的检测信号指示遮光片周围的局域温度高于预限定的温度阈值，向加热控制开关输出第三控制信号来促使加热控制开关断开加热供电区块与加热膜片的电连接，并向人机交互模块输出第四控制信号来促使人机交互模块以第二显示模式显示温度调节模块当前处于加热到高于预限定的温度阈值的状态；和/或所述控制模块配置为，在所述温度调节模块被停用和/或检测到所述加热供电区块不可用时，向人机交互模块输出第五控制信号来促使人机交互模块以第三显示模式显示温度调节模块当前处于未加热状态。

根据本申请的另一方面，还提供一种焊接面罩，其包括配置用于使佩戴者的面部与焊接作业局域环境隔开的面罩本体和以能够移除的方式附接到所述面罩本体的如上所述的自动变光过滤器。

根据本申请的原理的自动变光过滤器提供在低于预想的温度范围的温度条件下的响应于焊接弧光的及时自动变光防护，并能够自动地适应温度变化来保障这种自动变光防护的持续可靠提供。

附图说明

以下结合附图来描述根据本申请的原理的自动变光过滤器及自动变光焊接面罩的优选实施例。理解的是，以下的描述仅为说明性的，而不意图是限制性或穷尽性的。为便于说明，附图可能以稍微示意性的形式图示出一些元件或特征，并且附图中的元件或特征的形状、尺寸、位置等不一定是按比例绘制的。在实践中，本领域技术人员可视具体情况调整、修改和/或替换相应特征的尺寸比例和/或位置关系，而不偏离本公开的精神和范围。

图1是配备有根据本公开的原理的自动变光过滤器的焊接面罩的一个示例的立体图。

图2是根据本公开的原理的自动变光过滤器的配置构造的示意性框图。

图3是结构示意图，图示出图1的自动变光过滤器的观察视窗的组成部分及布置结构。

图4是平面示意图，图示出加热导线及温度传感器在观察视窗中的加热膜片上的布置。

图5是示意性框图，图示出根据本公开的原理的自动变光过滤器的温度调节功能的运行机制。

具体实施方式

本申请涉及配置为由焊接工人佩戴的防护性自动变光过滤器及焊接面罩。因此，为便于理解，将从佩戴者(即焊接工人，有时也称为“用户”)的角度来描述自动变光过滤器和焊接面罩的特征的位置关系。相应地，如本文中所使用的空间方位术语“前”表示的是装置在被佩戴时与佩戴者的面部前方对应的部分或方位，“后”表示的是装置在被佩戴时与佩戴者的面部后方对应的部分或方位，“顶”表示的是装置在被佩戴时与佩戴者的头部上方对应的部分或方位，“侧”表示的是装置在被佩戴时与佩戴者的耳部周围或附近对应的部分或方位，“内”表示的是装置在被佩戴时面向佩戴者的部分或方位，并且“外”表示的是装置在被佩戴时背向佩戴者的部分或方位。理解的是，这些术语的使用仅旨在促进对所公开的装置的空间布置结构的更好的理解而不意图进行限制。当装置在使用中被旋转时，这些空间描述用语可被相应地诠释，而仍落在本申请的范围内。

图1是结构立体图，图示出配备有根据本公开的原理的自动变光过滤器100的焊接面罩1。自动变光过滤器100可移除地附接到焊接面罩1的前部分12以用于为佩戴者的眼部提供防护同时仍允许佩戴者透过观察视窗160清楚地观察焊接的细节。焊接面罩1可包括由硬质材料形成的面罩本体。在图1的实例中，焊接面罩1的面罩本体被成形为后部敞通的结构，并包括前部分12、从前部分12的侧向两侧向后且远离彼此延伸的两个侧部分14以及从前部分12的顶部向后延伸并联结到两个侧部分14的顶部分16。前部分12、侧部分14和顶部分16围合而形成用于将佩戴者的头面部与焊接作业环境隔开的阻隔结构。在焊接面罩1的侧部分14的后部处设有开孔15，所述开孔用于装配头箍以便焊接面罩1以可枢转的方式固定到佩戴者的头部。自动变光过滤器100设置在焊接面罩1的前部分12中形成的开口中，并通过所述开口的周缘部分被保持。

参考图2，自动变光过滤器100大体包括人机交互模块110、弧光感测模块120、控制模块130、变光防护模块140以及温度调节模块150。

人机交互模块110配置为接收用户对于自动变光过滤器100的工作参数(比如，遮光度、灵敏度、延迟时间、焊接工作时间及操作模式等)的设定并向用户提供与自动变光过滤器100的当前工作参数设定及运行状态相关的反馈。人机交互模块110可包括用于由用户使用来提供指示的器具(比如机械按键、旋钮、触摸屏、麦克风等)，和用于向用户反馈信息的器具(比如指示灯、显示器、报警器、蜂鸣器等)。优选地，这些器具布置在自动变光过滤器的面向佩戴者的一侧(也即焊接面罩的内侧)上，以便佩戴者方便地进行操作并及时地接收相关信息，同时也避免因焊接过程中的意外磕碰而导致误操作并且减少由焊接飞溅物刮擦引起的磨损。人机交互模块110电连接到控制模块130以向控制模块130发送用户指示和从控制模块130接收指示待向用户反馈的信息的信号。

弧光感测模块120配置为监测焊接作业区域的光变化(比如，光谱分布变化、光强变化和/或它们的组合)以确定焊接弧光的存在情况(比如，何时产生弧光，何时弧光熄灭，以及弧光的强度变化等)。弧光感测模块120在自动变光过滤器100的面向焊接作业区的一侧(也即，自动变光过滤器的外侧)设置以促进对来自焊接作业区的光信号的接收。优选地，弧光感测模块120可包括用于将所接收的光信号转化为电信号的一种或多种光电传感器，比如红外线传感器、可见光传感器和/或紫外线传感器等。然而，能够检测弧光的其它弧光感测配置也是可行的。弧光感测模块120电连接到控制模块130以将表征所检测到的光信号的电学信号发送到控制模块130进行处理。

控制模块130配置为基于从弧光感测模块120接收的检测信号和从人机交互模块110接收的用户指示来调制输出到变光驱动电路142的控制信号。进一步地，控制模块130还配置为基于从人机交互模块110接收的用户指示和从温度调节模块150的温度传感器152接收的检测信号来控制温度调节模块150的加热控制开关154的启闭状态。控制模块130可被实现为微型控制器，并可与其它电子器件和/或电学部件一起被封装在由硬质材料构成的壳体内以减少外部环境的损害及干扰。

变光防护模块140包括电连接到控制模块130的变光驱动电路142和与变光驱动电路142电连接以响应于来自变光驱动电路142的激励而改变透光状态的遮光片144。遮光片144形成自动变光过滤器100的观察视窗160(在图1中示出)的一部分，并可在受到激励时从明亮透光状态变化为暗黑遮光状态，从而使佩戴者的眼部免于焊接弧光的损害。通过改变变光驱动电路142的激励电平，遮光片144可实现不同程度的光遮挡。由此，用户可基于所要施加的焊接电流的强度通过人机交互模块110输入或选择期望的遮光度(有时也称为“遮光号”)来实现适当的光强遮挡。

温度调节模块150配置为使遮光片144周围的局域温度保持在预限定的温度阈值之上，所述预限定的温度阈值可根据所采用的遮光片材料的适宜工作温度区间来设置。如图2中所示，温度调节模块150包括用于使遮光片144周围产生热的加热膜片156、用于监控遮光片144周围的局域温度的温度传感器152、用于向加热膜片156供应能量的加热供电区块158以及电连接在加热供电区块158与加热膜片156之间的用于控制到加热膜片156的能量供应的加热控制开关154。

加热膜片156为透明且导电的。可被用作加热膜片156的一个示例为ITO镀膜玻璃。然而，也可采用其它的透明导电材料来形成加热膜片156。对于由特定材料构成的加热膜片，加热膜片的方阻R、膜片厚度d和电阻率ρ的关系为：R＝ρ/d。由此，可通过调整膜片厚度d来实现对膜片方阻R的调整控制，从而满足透光率和加热要求。根据本公开的一个示例，加热膜片156被配置为具有在5～30欧姆范围内的方阻。优选地，加热膜片156的方阻为20欧姆。

温度传感器152被配置来感测遮光片周围的局域温度，并配置为将检测信号发送到控制模块130以用于控制模块130调制向加热控制开关154输出的控制信号。温度传感器152可以是接触式或非接触式的。根据本申请的一个示例，温度传感器152被实现为贴装在加热膜片156上的负温度系数热敏电阻，如将在以下参考图4进一步描述的。然而，允许感测遮光片周围局域温度的其它温度感测器也是可行的。

加热控制开关154响应于从控制模块130接收到的控制信号而接通或断开加热供电区块158与加热膜片156的电连接，从而以自动化的方式维持遮光片的局域温度处在适于遮光片工作的温度区间(比如，高于预限定的温度阈值的温度范围)内。加热供电区块158可以是整合到自动变光焊接面罩1中的可再充电电池组，或者也可以是可与外部电源对接以从外部电源获取电能的供电接口。

在一个优选的实施例中，遮光片由液晶材料构成，并且如图3中所示，观察视窗160包括沿着从自动变光过滤器100的外侧向内侧的方向(对应于页面从左向右的方向)依序布置的UV/IR过滤层162、第一液晶遮光片164、第二液晶遮光片166和加热膜片156，其中所述UV/IR过滤层162用于过滤(例如，反射和/或吸收)焊接弧光中的红外线和紫外线，并且所述第一和第二液晶遮光片用于管控通过自动变光过滤器100到达佩戴者眼部的可见光通量。可选地，观察视窗160可还包括在UV/IR过滤层162的外侧设置的可更换的防护镜片161，所述防护镜片配置为防护在其内侧的UV/IR过滤层162和第一和第二液晶遮光片等功能镜片免于飞溅物的损害。此外，第一和第二液晶遮光片各自可在光入射侧上和光出射侧上包含有用于光偏振的偏光片，如本领域技术人员熟知的。

尽管在图3中示出的是加热膜片156被布置在第二液晶遮光片166的内侧作为观察视窗160的最内侧层，然而这不是必须的。加热膜片156靠近液晶遮光片布置可有利地缩短传热路径、减少热耗散并提高对遮光片的加热效率。然而，在其它实施例中，加热膜片也可以布置在其它位置处，比如布置在第一和第二液晶遮光片之间，布置在UV/IR过滤层与第一液晶遮光片之间，或布置在UV/IR过滤层的外侧。此外，在其它的实施例中，也可以根据需求而减少或增加液晶遮光片的层数，而不偏离本公开的范围。

图4图示出加热膜片156上的布置结构。如图4中所示，用于将加热膜片156电连接到加热供电区块158的一对加热导线157沿着加热膜片156的相反两侧的周缘部分布置，以利用加热膜片156的大体全部面积来加热遮光片并允许最大化观察视窗的尺寸。此外，温度传感器152也配置为与加热导线157分开地附接到加热膜片156的周缘。尽管图4中示出的是温度传感器与加热导线分开设置，然后也可行的是，温度传感器与加热导线被布置在贴装到加热膜片156的周缘部分的柔性线路板的不同部分中。由此，可通过简单地将组装有加热导线和温度传感器的柔性线路板贴装在加热膜片156的相反两侧边缘上来同时完成加热膜片与加热供电区块的电连接以及加热膜片与温度传感器的物理接触。

图5示出了根据本公开的原理的自动变光过滤器的温度调节功能的运行机制。

在方框510中，利用控制模块，从人机交互模块接收用户对于启用或停用温度调节模块的指令，并检测温度调节模块的加热供电区块是否可用，以确定是否使能温度调节模块。检测加热供电区块是否可用包括：检测用作加热供电区块的电池组是否已连接到电路中，检测连接在电路中的用作加热供电区块的电池组是否具有大于阈值的电量，或者检测用作加热供电区块的外部电源接口是否已与可用的外部电源连接而允许由外部电源供电进行加热。

如果用户指示停用温度调节模块和/或检测到温度调节模块的加热供电区块不可用，则控制模块确定温度调节模块不被使能。当确定温度调节模块不被使能时(如在图5中以“N”表示的)，则转到方框520。在方框520中，控制模块向人机交互模块输出控制信号来促使人机交互模块以第三显示模式显示温度调节模块当前处于未加热状态。所述第三显示模式可包括：用于指示温度调节模块工作状态的指示灯未被点亮，和/或用于指示温度调节模块工作状态的显示器区域以文字或图形的方式指示温度调节模块当前处于未加热状态。

如果用户指示启用温度调节模块并且检测到温度调节模块的加热供电区块可用，则控制模块确定温度调节模块被使能。当确定温度调节模块被使能时(如在图5中以“Y”表示的)，则转到方框530。在方框530中，控制模块从温度调节控制模块的温度传感器接收对于遮光片周围的局域温度的实时检测信号以监控遮光片周围的局域温度保持高于预限定的温度阈值。所述预限定的温度阈值可根据遮光片的材料来选择以确保遮光片以正常工作状态运行。例如，所述预限定的温度阈值可设定为-10℃。

在方框540中，控制模块将所接收的对于遮光片周围的局域温度的实时检测信号与预限定的温度阈值进行比较。

如果控制模块确定实时检测到的遮光片周围的局域温度T_rel低于或等于预限定的温度阈值T_th(如在图5中以“Y”表示的)，则转到方框550，在方框550中，控制模块向加热控制开关输出控制信号来促使加热控制开关接通加热供电区块与加热膜片之间的电连接以对遮光片进行加热，并且控制模块向人机交互模块输出控制信号来促使人机交互模块以第一显示模式显示温度调节模块当前处于加热状态。所述第一显示模式可包括：用于指示温度调节模块工作状态的指示灯发出红光，比如持续地发出红光或者断续地发出红光；和/或用于指示温度调节模块工作状态的显示器区域以文字、图形、符号和/或其组合的方式指示温度调节模块当前处于加热状态。

如果控制模块确定实时检测到的遮光片周围的局域温度T_rel高于预限定的温度阈值T_th(如在图5中以“N”表示的)，则转到方框560，在方框560中，控制模块向加热控制开关输出控制信号来促使加热控制开关断开加热供电区块与加热膜片之间的电连接，并且控制模块向人机交互模块输出控制信号来促使人机交互模块以第二显示模式显示温度调节模块当前处于加热至高于预限定的温度阈值的状态。所述第二显示模块可包括用于指示温度调节模块工作状态的指示灯发出绿光，比如持续地发出绿光或者断续地发出绿光；和/或用于指示温度调节模块工作状态的显示器区域以文字、图形、符号和/或其组合的方式指示温度调节模块当前处于加热至高于预限定的温度阈值的状态。

在方框550或方框560的过程完成之后，返回到方框510(如在图5中借助接点S表示的)，并重复实施方框510至560中的相关过程，以便确保自动变光过滤器自动地实施温度保持并允许佩戴者实时地知悉温度调节模块的当前工作状态以及根据需求适时地停用或重新启用温度调节功能。

尽管已结合发明人已知的优选实施方式描述并图示了根据本申请的原理的自动变光过滤器及配备其的焊接面罩，然而，本公开并不意图被限于所具体公开的实施方式。相反，在不偏离本公开的精神和原理的情况下，本领域技术人员可对所公开的具体实施方式作出各种修改、替换和/或变更，并且发明人也意欲本公开被以不同于本文中所描述的方式来实现。

Claims (10)

1.一种焊接防护用自动变光过滤器，其特征在于包括：

弧光感测模块，所述弧光感测模块配置为检测焊接弧光；

控制模块，所述控制模块与弧光感测模块电连接以接收来自弧光感测模块的检测信号，并且所述控制模块配置为基于所述检测信号来调制向变光防护模块输出的控制信号；

变光防护模块，所述变光防护模块包括用于调节通过自动变光过滤器的光通量的遮光片和用于驱动遮光片的变光驱动电路，所述变光驱动电路电连接到控制模块以响应于来自控制模块的控制信号而驱动遮光片改变透光率；以及

温度调节模块，所述温度调节模块与控制模块电连接并配置用于使遮光片周围的局域温度保持高于预限定的温度阈值。

2.根据权利要求1所述的焊接防护用自动变光过滤器，其特征在于，所述温度调节模块包括配置用于在遮光片周围产生热的加热膜片。

3.根据权利要求2所述的焊接防护用自动变光过滤器，其特征在于，所述加热膜片包括ITO镀膜玻璃，和/或所述加热膜片具有在5欧姆至30欧姆的范围内的方阻。

4.根据权利要求2或3所述的焊接防护用自动变光过滤器，其特征在于，所述加热膜片贴靠所述遮光片设置，和/或所述加热膜片设置在自动变光过滤器的包含所述遮光片的观察视窗的面向佩戴者的一侧。

5.根据权利要求4所述的焊接防护用自动变光过滤器，其特征在于，所述温度调节模块还包括与控制模块电连接的用于检测遮光片周围的局域温度的温度传感器，其中，所述温度传感器附接到所述加热膜片。

6.根据权利要求5所述的焊接防护用自动变光过滤器，其特征在于，所述温度调节模块还包括用于为所述加热膜片供能的加热供电区块和电连接在加热供电区块与加热膜片之间的加热控制开关。

7.根据权利要求6所述的焊接防护用自动变光过滤器，其特征在于，所述加热控制开关电连接到控制模块以响应于来自控制模块的控制信号而接通和断开加热供电区块与加热膜片的电连接。

8.根据权利要求7所述的焊接防护用自动变光过滤器，其特征在于，所述自动变光过滤器还包括人机交互模块，所述人机交互模块电连接到控制模块并具有能够由佩戴者使用来指示启用或停用温度调节模块和向佩戴者反馈温度调节模块的当前工作状态的配置构造。

9.根据权利要求8所述的焊接防护用自动变光过滤器，其特征在于，

所述控制模块配置为，在所述温度调节模块被启用时，响应于来自温度传感器的检测信号指示遮光片周围的局域温度低于或等于预限定的温度阈值，向加热控制开关输出第一控制信号来促使加热控制开关接通加热供电区块与加热膜片的电连接，并向人机交互模块输出第二控制信号来促使人机交互模块以第一显示模式显示温度调节模块当前处于加热状态；和/或

所述控制模块配置为，在所述温度调节模块被启用时，响应于来自温度传感器的检测信号指示遮光片周围的局域温度高于预限定的温度阈值，向加热控制开关输出第三控制信号来促使加热控制开关断开加热供电区块与加热膜片的电连接，并向人机交互模块输出第四控制信号来促使人机交互模块以第二显示模式显示温度调节模块当前处于加热到高于预限定的温度阈值的状态；和/或

所述控制模块配置为，在所述温度调节模块被停用和/或检测到所述加热供电区块不可用时，向人机交互模块输出第五控制信号来促使人机交互模块以第三显示模式显示温度调节模块当前处于未加热状态。

10.一种焊接面罩，其特征在于包括配置用于使佩戴者的面部与焊接作业局域环境隔开的面罩本体和以能够移除的方式附接到所述面罩本体的如权利要求1至9中任一项所述的自动变光过滤器。