SK501162015U1 - Spôsob a systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku - Google Patents

Abstract

Systém má optický snímač (1), priezor s optickým prvkom (2) s meniteľnou priepustnosťou a aktivačné svetlo (3) vyžarujúce žiarenie, ktoré je detekované optickým snímačom (1). Aktivačné svetlo (3) je spojené so spínačom (4) a je umiestnené v dosahu optického snímača (1). V rámci zariadenia, ktoré realizuje technologický proces so svetelným prejavom, sa detekuje pokyn na začatie príslušného technologického procesu a na základe tohto pokynu sa rozsvieti aktivačné svetlo (3). Tým dôjde k aktivácii optického snímača (1) pomocou aktivačného svetla (3) ešte pred tým, než optický snímač (1) detekuje svetelný prejav samotného technologického procesu. Aktivačné svetlo (3) môže byť jednoduchá infračervená LED dióda. Výhoda spočíva najmä v tom, že samotný ochranný prostriedok nie je potrebné žiadnym spôsobom upravovať a môžeme jeho reakčnú dobu skrátiť na nulu, resp. môžeme dosiahnuť akoby záporný čas reakcie, keďže na stmavenie využijeme čas plynúci pri rozbehu technologického procesu ešte pred vznikom svetelného prejavu.

Description

Spôsob a systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka skrátenia času reakcie samostmievacieho optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku, napríklad v zváračskej helme, kde optický prvok sa stmieva v reakcii na intenzívny svetelný prejav rozbehnutého procesu, napríklad v reakcii na zapálený elektrický oblúk pri zváraní, rezaní a podobne.

Doterajší stav techniky

Na ochranu zraku pri zváraní, rezaní a pri podobných činnostiach, ktoré sú sprevádzané intenzívnym svetlom, sa používajú osobné ochranné prostriedky ako sú samostmievacie okuliare, štíty, kukly, helmy a podobné prvky. Podstatnou súčasťou takýchto ochranných prostriedkov je optický prvok, ktorý je schopný zmeniť svoju svetelnú priepustnosť na základe pokynu z riadiaceho obvodu. Pri elektrickom oblúku vzniká intenzívne ultrafialové, infračervené a viditeľné svetelné žiarenie. Senzor citlivý na uvedený svetelný prejav vydá pokyn na stmavenie optického prvku a stmavený optický prvok bráni prechodu škodlivých zložiek žiarenia do zraku.

Na dosiahnutie spoľahlivej ochrany zraku je dôležité, aby k zatmaveniu optického prvku došlo čo najrýchlejšie po detekcii vzniku nebezpečného svetelného javu, teda napríklad po zapálení elektrického oblúka pri zváraní. Na splnenie tejto technickej úlohy existujú rôzne riešenia napr. podľa zverejnených spisov W02005009309A1, WO2011097841A1, US8264265B2, US2013128135A1, ktoré skracujú čas detekcie vzniku nebezpečného svetelného javu a skracujú čas reakcie samotného optického prvku, to znamená skracujú čas, ktorý potrebuje optický prvok na dosiahnutie optickej zmeny. Tieto dve etapy detekcie a reakcie trvajú menej ako 0,3 ms, niektoré kvalitné zváračské helmy sú schopné zotmenia do 0,05 ms (1/20 000 sek.) od záblesku elektrického oblúku (obrázok 1 a 9). Tieto časy sú v absolútnom vyjadrení nízke a je problematické ich ďalej skracovať, avšak na dosiahnutie lepšej ochrany zraku by bolo výhodné dosiahnuť nulový čas reakcie.

Zverejnenia US2003206491A1, W02008082751A1 opisujú ovládanie zváračskej helmy hlasom, zvárač môže optický prvok vopred stmaviť pomocou hlasového povelu. Na podobnom princípe fungujú ďalšie riešenia, ktoré majú i

Pwv W-W\~ ovládacie tlačidlo alebo podobné prvky a vďaka tomu sa môžu stmievať ešte pred momentom zapálenia elektrického oblúku. Takéto riešenia sú však nepohodlné, vyžadujú si neustále vydávanie pokynov, čo je v rozpore s požiadavkou na automatizovanú činnosť.

Zlepšenie poskytuje zverejnenie patentu US 7,812,279 B2, kde sa zváračská helma ovláda pomocou pokynu zo zváracieho aparátu pri zváraní s ochrannou atmosférou. Elektrický oblúk je pri takomto zváraní zapálený s určitým zdržaním od aktivovania spúšte na zváračskej pištoli. Toto zdržanie rádovo v zlomkoch sekundy je vytvorené zámerne, aby sa najskôr do okolia zvaru dopravil ochranný plyn z tlakovej nádoby. To poskytuje možnosť zadať pokyn na stmievanie zváračskej helmy ešte pred zapálením elektrického oblúku. V prípade technického riešenia podľa zverejnenia US 7,812,279 B2 sa pokyn na stmievanie vysiela do helmy rádiovým prenosom. To si však vyžaduje, aby helma mala prijímací prvok na komunikáciu so zváracím aparátom. Takéto riešenie sa preto nedá použiť pri už existujúcich samostmievacích helmách. Použitie rádiového prenosu medzi vysielačom a prijímačom na helme je problematické, pri zváraní sa tvorí silné elektromagnetické pole, ktoré môže zabrániť správnemu prenosu. Na pracoviskách s viacerými miestami zvárania nastanú komplikácie s interferenciou viacerých komunikačných rádiofrekvenčných kanálov. Nevýhodou je tiež energetická náročnosť a komplikovanosť prijímacieho obvodu, ktorý na svoju činnosť bude potrebovať relatívne výkonný vlastný zdroj energie.

Je žiadané a nie je známe také riešenie, ktoré bude jednoduché, energeticky nenáročné, bude použiteľné pre rôzne druhy ochranných prostriedkov, skráti čas medzi vznikom svetelného javu a zotmením optického prvku a nebude pre personál nepohodlné na nosenie a obsluhu.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje spôsob na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku na ochranu zraku, pri ktorom sa optickým snímačom na ochrannom prostriedku detekuje svetelný prejav technologického procesu a na základe signálu z optického snímača sa aktivuje stmievanie optického prvku, ktorý svojím zotmením obmedzuje prienik žiarenia zo svetelného prejavu do zraku podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že v rámci zariadenia, ktoré realizuje technologický proces so svetelným prejavom, sa detekuje pokyn na začatie príslušného technologického procesu a následne sa na základe tohto pokynu rozsvieti aktivačné svetlo, ktorým sa svieti smerom k optickému snímaču na ochrannom prostriedku tak, aby došlo k aktivácii optického snímača pomocou aktivačného svetla ešte pred tým, než optický snímač detekuje svetelný prejav technologického procesu. Aktiváciou optického snímača sa má na mysli zaznamenanie svetla optickým snímačom, ktoré má za následok vydanie pokynu na stmavenie optického prvku.

Doterajší riadiaci cyklus automatického stmievania optického prvku bol zjednodušené nasledovný:

1. pokyn na začatie technologického procesu

2. rozbeh technologického procesu

3. svetelný prejav technologického procesu

4. detekcia svetelného prejavu optickým snímačom

5. pokyn na stmavenie optického prvku

6. stmavenie optického prvku.

Tu vidíme, že počas prvých troch krokov podľa doterajšieho stavu techniky je ochranný prostriedok len v pohotovostnom stave, nevykonáva žiadnu aktivitu. Pri riešení podľa predloženého úžitkového vzoru sa ovládanie ochranného prostriedku začína už od prvého kroku, čím sa získa dôležitý čas potrebný na stmavenie:

1. pokyn na začatie technologického procesu + pokyn na rozsvietenie aktivačného svetla

2. rozbeh technologického procesu + rozsvietenie aktivačného svetla

3. detekcia aktivačného svetla optickým snímačom

4. svetelný prejav technologického procesu + stmavenie optického prvku

5. detekcia svetelného prejavu optickým snímačom, ponechanie stmavenia.

Postačuje, ak aktivačné svietenie trvá do doby, kedy optický snímač ochranného prostriedku zaznamená svetelný prejav samotného technologického procesu. Aktivačné svietenie sa zvyčajne bude krátko časovo prekrývať s detekciou svetelného prejavu a potom aktivačné svetlo zhasne, aby sa znížili jeho celkové energetické nároky. Ak by svietenie aktivačným svetlom trvalo zbytočne dlho, mohlo by spôsobovať stmavenie optického prvku aj v čase, kedy už samotný technologický proces aj so sprievodným svetelným prejavom skončil. V každom prípade má aktivačné svetlo svietiť aspoň po dobu, ktorá zodpovedá času predstihu, predzápalu aktivačného svetla pred momentom detekcie svetelného prejavu technologického procesu. Hodnota časového prekrývania svietenia aktivačného svetla so svetelným prejavom môže byť pritom nastaviteľná pomocou ovládacieho prvku, zvyčajne celková doba aktivačného svietenia nebude dlhšia ako 2 až 5 s.

S cieľom zlepšiť koordináciu doby svietenia aktivačného svetla s rozbehnutým technologickým procesom bude výhodné usporiadanie, pri ktorom je ovládanie aktivačného svetla schopné rozpoznať vznik svetelného prejavu a to napríklad priamo vlastným, druhým optickým snímačom alebo nepriamo pomocou merania nárastu prúdu elektrického oblúku a podobne. Toto rozpoznanie nie je pre funkciu aktivačného svetla nevyhnutné, aktivačné svetlo môže jednoducho zhasnúť po napr. jednej sekunde od rozsvietenia, ale existujú pracovné operácie (napr. krátke bodové alebo švové zvary), kde dlhá doba aktivačného svietenia by už v skutočnosti prekrývala aj ukončenie príslušnej fázy technologického procesu. Vtedy by bol optický prvok zatmavený napriek už ukončenému svetelnému prejavu. Ak teda ovládanie aktivačného svetla vie rozpoznať začiatok svetelného prejavu, môže byť aktivačné svetlo ihneď vypnuté, pretože zatmavenie optického prvku už bude zabezpečené na základe snímania svetelného prejavu.

Rozpoznávanie svetleného prejavu pre potreby zhasnutia aktivačného svetla môže zabezpečovať druhý optický snímač umiestnený napríklad v blízkosti aktivačného svetla pri telese zváracej pištole. Tento optický snímač je v tomto spise pomenovaný ako druhý len z dôvodu odlíšenia od nevyhnutného optického snímača na samotnom ochrannom prostriedku. Pokyn na zhasnutie aktivačného svetla po vzniku svetelného prejavu môže v inom vyhotovení podľa tohto technického riešenia vychádzať z merača prúdu v prívodných kábloch zváracej pištole alebo takýto pokyn môže byť súčasťou riadenia automatizovaného zváracieho pracoviska. Skracovanie doby svietenia aktivačného svetla znižuje energetické nároky a zvyšuje výdrž použitej batérie alebo akumulátora.

Čas medzi pokynom na začatie technologického procesu a jeho svetelným prejavom je rôzne dlhý v závislosti na konkrétnom type technologického procesu. V prípade zvárania netaviacou elektródou v ochrannej atmosfére plynov (TIG, WIG), alebo zvárania odvíjanou elektródou (MIG-MAG) v ochrannej atmosfére CO2, alebo CO₂ s Argónom (Metal Inert Gas, Metal Active Gas) sa elektrický oblúk cielene zapaľuje s oneskorením od stlačenia spúšte na zváracej pištoli. Táto doba (pre-gas time) môže byť natoľko dlhá, že okamžité rozsvietenie aktivačného svetla by spôsobovalo zbytočne skoré stmavenie, ktoré by mohlo pre zvárača pôsobiť nepohodlne alebo mätúco. Predloženým riešením sa môže vlastne dosiahnuť akoby záporný čas reakcie stmievania na svetelný prejav. Bude preto výhodné, ak sa pokyn na rozsvietenie aktivačného svetla bude dať časovo zdržať, oneskoriť po pokyne na začatie technologického procesu. Toto oneskorenie bude vo výhodnom usporiadaní nastaviteľné, zvyčajne s časom do maximálne 2 sekúnd.

Aby sa dosiahla rovnováha medzi spoľahlivou ochranou zraku a medzi komfortom zvárača, je vhodné dosahovať určitý, ale veľmi krátky záporný čas reakcie medzi svetelným prejavom a zatmavením optického prvku. Presne nulový čas reakcie je problematické technicky stabilne dosahovať, nastavenie s nenulovým kladným časom reakcie vedie k nedostatočnému využitiu potenciálu toho technického riešenia. Na optimalizáciu krátkeho záporného času sa môže využiť usporiadanie, kde ovládanie aktivačného svetla zahrňuje rozpoznávanie svetelného prejavu technologického procesu. Toto rozpoznávanie môže slúžiť aj na vypínanie aktivačného svietenia po vzniku svetelného prejavu ako bolo opísané skôr v tomto opise. Ovládanie aktivačného svetla môže zahrňovať adaptačný algoritmus, ktorým sa ovládanie naučí nastaviť optimálnu hodnotu oneskorenia oproti momentu pokynu na rozbeh technologického procesu. Adaptácia môže začať napríklad tým, že pri prvom zasvietení aktivačného svetla bude oneskorenie zasvietenia nulové a bude sa pritom merať čas do zaznamenania svetelného prejavu. Tento čas znížený o malú hodnotu predstihu sa použije ako korekcia pre následné oneskorenie. Postupne sa ovládanie aktivačného svetla môže naučiť aký dlhý čas a s akou štatistickou odchýlkou trvá doba medzi pokynom na rozbeh technologického procesu a jeho svetelným prejavom. Po určitej dobe nečinnosti, ktorý by mohol signalizovať prechod na iné pracovisko alebo po rešete, sa adaptačný algoritmus rozbehne nanovo. Je pritom možné používať ručné nastavenie oneskorenia kombinované s automatickým nastavením podľa merania času.

Niektoré technologické procesy majú pracovné režimy, ktoré sa spúšťajú stlačením spúšte a následne pokračujú až do ďalšieho stlačenia spúšte. Druhé stlačenie spúšte znamená pokyn na ukončenie danej fázy procesu. Ak bude spínač ovládania aktivačného svetla prepojený s uvedenou spúšťou, napríklad so spúšťou zváracej pištole, bude aktivačné svetlo na konci danej fázy procesu dostávať nevhodný signál na rozsvietenie, čo síce nebude nebezpečné, ale bude znižovať komfort zvárača. V prípade režimov, ktoré sa začínajú prvým stlačením spúšte a pokračujú až do druhého stlačenia spúšte, bude výhodné postupovať tak, že aktivačné svetlo sa rozsvieti pri každom prvom zopnutí spínača a ovládanie aktivačného svetla bude ignorovať každé druhé zopnutie spínača. Takýto voliteľný režim môže byť nastaviteľný v rámci ovládania aktivačného svetla. Počítanie, ktoré zopnutie v poradí je prvé a ktoré druhé, bude zvyčajne nastaviteľné.

S rovnakým cieľom - vynechať aktivačné svietenie pri druhom zopnutí spínača v skôr opísanom režime - je možné postupovať aj tak, že ovládanie aktivačného svetla vie rozoznať prebiehajúci technologický proces a potom dokáže rozhodnúť, že stlačenie spúšte a zopnutie spínača počas prebiehajúcej fázy technologického procesu neznamená pokyn na rozsvietenie aktivačného svetla. Na rozpoznanie prebiehajúceho technologického procesu sa môže použiť druhý optický snímač prepojený s ovládaním aktivačného svetla.

Existujú tiež technologické procesy, napríklad bodové zváranie, kde po stlačení spúšte a teda po zopnutí spínača sa rozbehne fáza procesu s prerušovaným výskytom svetelného prejavu. V prípade, že je ovládanie aktivačného svetla prepojené s riadením prerušovaného procesu, bude sa aktivačné svetlo rozsvecovať pred každým samostatným vznikom svetelného prejavu. V prípade, že príslušné zariadenie je úplne samostatné a neprepojené s ovládaním aktivačného svetla, bude výhodné, ak ovládanie aktivačného svetla bude rozpoznávať opakujúce sa cykly svetelných prejavov technologického procesu. Takýto postup môže byť súčasťou adaptačného algoritmu, kde na základe pravidelne sa opakujúceho zániku a vzniku svetelného prejavu (bez stlačenia spínača), bude ovládanie rozsvecovať aktivačné svetlo pred vypočítaným vznikom nasledujúceho svetelného prejavu.

Okrem zadávania pokynu na stmavenie ešte pred vznikom svetelného prejavu je podstatnou črtou predloženého technického riešenia aktivačné svietenie, na ktoré reaguje existujúci optický snímač ochranného prostriedku. Podľa stavu techniky by sa na ovládanie napríklad zváračskej helmy mohol použiť káblový prenos alebo rádiofrekvenčný kanál, to by si však vyžadovalo novú konštrukciu helmy. Takáto helma by bola kompatibilná len s prístrojmi rovnakého výrobcu a riešenie by sa nedalo použiť na už existujúcich helmách. Práve vytvorenie aktivačného svetla podľa tohto opisu všetky tieto problémy rieši jednoduchým spôsobom. Pomocou aktivačného svetla vytvárame jednosmerný komunikačný kanál s optickým snímačom na ochrannom prostriedku, pričom sa nevyžaduje žiadna úprava alebo dovybavenie ochranného prostriedku. Ako prijímač v tomto jednosmernom komunikačnom kanáli slúži existujúci optický snímač. Postačuje, aby sa v dosahu optického snímača ochranného prostriedku umiestnilo aktivačné svetlo a ním sa budú ovládať všetky typy ochranných prostriedkov bez rozdielu ich výrobcu, všetky takéto ochranné prostriedky totiž reagujú práve na svetlo.

Aktivačné svetlo nemá problémy s interferenciou v prípade blízkeho umiestnenia s inými pracoviskami s aktivačným svetlom. Jednoducho platí, že ak aktivačné svetlo preniklo do susedného pracoviska, znamená to, že tam preniká aj nebezpečný svetelný prejav technologického procesu a je potrebné tieto pracoviská lepšie oddeliť, alebo sa bude stmievať ochranný prostriedok aj na pokyn zo susedného pracoviska. Nie je teda potrebné žiadnym spôsobom kódovať alebo modulovať signál z aktivačného svetla.

Nedostatky uvedené v stave techniky v podstatnej miere odstraňuje aj systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku na ochranu zraku, ktorý zahrňuje optický snímač, priezor s optickým prvkom s meniteľnou priepustnosťou na obmedzenie prieniku žiarenia zo svetelného prejavu do zraku, kde optický snímač na detekciu svetelného prejavu je umiestnený v rámci ochranného prostriedku a je prepojený s ovládaním optického prvku podfa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že zahrňuje aktivačné svetlo vyžarujúce žiarenie, ktoré je detekované optickým snímačom, aktivačné svetlo má spínač, ktorý je určený na prepojenie so spúšťaním technologického zariadenia, pričom aktivačné svetlo je umiestnené v dosahu optického snímača.

Aktivačné svetlo vyžaruje žiarenie, ktoré spadá do spektra citlivosti optického snímača na ochrannom prostriedku. Prirodzene, nemalo by sa jednať o nebezpečné ultrafialové žiarenie, proti ktorému sa má personál chrániť. Zvyčajne bude aktivačné svetlo tvoriť aspoň jedna infračervená LED dióda. Optické snímače sú citlivé na infračervené svetlo a na aktiváciu optického snímača postačuje aj malý príkon infračervenej LED diódy. Na dosiahnutie účinku postačuje konštrukcia a príkon LED diódy, ktorá sa používa napríklad v diaľkových ovládačoch, postačuje výkon LED diódy v rozsahu 0,1 až 2 W. Tie sa považujú za úplne bezpečné pre ľudské zdravie. Použitie aktivačného svetla, napríklad v podobe infračervenej LED diódy, predstavuje akoby emulovanie, či oklamanie detekcie svetelného prejavu technologického procesu. Po zasvietení aktivačného svetla sa pre optický snímač javí situácia tak, že svetelný prejav už nastal a preto vydá pokyn na zatmavenie optického prvku.

V skutočnosti svetelný prejav spôsobený technologickým procesom, teda svetelný prejav s nebezpečnými zložkami žiarenia nastáva až po rozsvietení aktivačného svetla.

Uvedené hlavné znaky technického riešenia poskytujú pre odborníka rôzne možnosti ako ich zrealizovať konkrétnymi technickými prostriedkami. Aktivačné svetlo môže byť umiestnené na rôznych miestach na pracovisku, pričom by malo byť v dohľade optického snímača ochranného prostriedku. Pri zváraní so zváracím horákom, s tzv. zváracou pištoľou, ktorá má spúšť, sa ukázalo ako veľmi výhodné usporiadanie, pri ktorom je spínač aktivačného svetla umiestnený na spúšti zváračskej pištoli alebo je súčasťou tejto spúšte a aktivačné svetlo je umiestnené priamo na pištoli, napríklad na jej ústi. Pištoľ totiž drží zvárač vždy tak, aby ju pri práci videl a tiež miesto svetelného prejavu je lokalizované v blízkosti pištole. Z tohto vyplýva, že ochranný prostriedok, najmä zváračská helma, je so svojím optickým snímačom orientovaná tak, že optický snímač má zváraciu pištoľ vo svojom zornom uhle.

Aj v prípade, že pracovisko je automatizované alebo robotizované, môže byť aktivačné svetlo umiestnené na zváracom horáku, keďže v jeho blízkosti sa bude vytvárať svetelný prejav. Na linke môže byť aktivačné svetlo umiestnené aj na pevnom mieste alebo sa môže použiť viacero aktivačných svetiel, ktoré sú spoločne ovládané. Potom každý pracovník, ktorý sa pozerá z predpokladanej strany na dané pracovisko, má v zornom uhle optického snímača svojho ochranného prostriedku niektoré z aktivačných svetiel.

Aktivačné svetlo môže mať počas svietenia stabilné napájanie alebo môže byť napájané frekvenčné prerušovaným napätím. Niektoré optické snímače majú zvýšenú citlivosť na určitý rozsah frekvencií a z toho dôvodu môže systém zahrňovať aj nastavovací prvok na zmenu napájacej frekvencie aktivačného svetla. Vtákom prípade bude mať aktivačné svetlo nielen konkrétnu vyžarovanú vlnovú dĺžku, ale aj vyžarovaciu frekvenciu. V prípade frekvenčné prerušovaného napájania je výhodné, ak napájanie má frekvenciu v rozsahu 5 až 250 Hz.

Vlnová dĺžka LED diódy je v zásade stabilná, ak bude potreba žiariť svetlo s rôznymi vlnovými dĺžkami, môže sa v rámci jedného aktivačného svetla použiť viacero odlišných LED diód, ktoré sa zapínajú selektívne alebo aj súčasne. Ako výhodné sa ukázalo spektrum vlnovej dĺžky v rozsahu 700 až 1850 nm.

Predložené technické riešenie sa môže využiť pri návrhu nových zváračských technológií, avšak bude veľmi výhodne použiteľné najmä pri existujúcich zváračských zariadeniach. Dôležitá výhoda spočíva v tom, že samotný ochranný prostriedok nie je potrebné žiadnym spôsobom upravovať. Systém môže zahrňovať spínač aktivačného svetla, ktorý bude určený na spoluprácu s bežnou spúšťou zváracej pištole. Spínač môže mať podobu mikrospínača, cez ktorý sa zatláča spúšť zváracej pištole. Pri stláčaní spúšte dochádza aj k stlačeniu spínača aktivačného svetla. Aby sa dosiahla vysoká univerzálnosť zariadenia s aktivačným svetlom, môže byť aktivačné svetlo súčasťou prstenca, ktorý je určený na nasadenie a pripevnenie cez ústie zváracieho horáka. Prstenec sa pripevní k telesu horáka, resp. k telesu pištole. Prstenec nesie aspoň jeden zdroj aktivačného svetla, výhodne infračervenú LED diódu. Na rozvod svetelného žiarenia do ostatných častí prstenca sa výhodne môže použiť optický difúzor. Môže sa tiež využívať usporiadanie, ktoré má viacero LED diód s rôznymi alebo zhodnými optickými vyžarovacími vlastnosťami, teda predovšetkým s rôznou alebo zhodnou vlnovou dĺžkou. V prípade viacerých LED diód môžu byť tieto rozmiestnené dookola v rámci prstenca, aby sa zabezpečila spoľahlivá funkcia aktivačného svetla pri rôznych polohách zváračského horáka, resp. zváračskej pištole.

Aktivačné svetlo môže mať okrem spínača aj riadiaci obvod, ktorým sa nastavujú jeho charakteristiky. Môže sa nastavovať oneskorenie začiatku zasvietenia od momentu zopnutia spínača. Ďalej sa môže nastavovať frekvencia napájania. Bude tiež výhodné, ak sa bude nastavovať aj doba rozsvietenia, po uplynutí ktorej aktivačné svetlo prestane svietiť. Aktivačné svetlo môže mať tiež indikáciu slabej batérie a podobné servisné funkcie. Na zvýšenie životnosti batérie môže mať aktivačné svetlo nastavenie príkonu.

Bude tiež výhodné, ak sa bude dať aktivačné svetlo zapnúť kontrolne aj bez rozbehnutia technologického procesu. Takýto režim slúži na jednoduchú kontrolu, či daný ochranný prostriedok správne reaguje na aktivačné svetlo. V prípade, že samostatný spínač aktivačného svetla je pripojený k spúšti zváracej pištole, postačuje, aby sa pri vypnutom technologickom zariadení (napr. pri vypnutej zváračke) stláčala spúšť a teda aj spínač aktivačného svetla. Ochranný prostriedok má na takéto zopnutie reagovať tým, že sa zatmaví na nastavenú dobu. V prípade, že spínač aktivačného svetla je zahrnutý v technologickom zariadení alebo má spínač softvérovú podobu, môže byť podobne vytvorený samostatný hardvérový alebo softvérový kontrolný spínač na spustenie aktivačného svetla.

Dôležitou výhodou predloženého technického riešenia je univerzálne použitie v súčinnosti s akýmkoľvek ochranným prostriedkom, ktorý má optický snímač na detekovanie svetelného prejavu technologického procesu. Riešenie je použiteľné s existujúcimi zváračskými helmami, kuklami, štítmi, okuliarmi. Technologický proces pritom môže byť ručný, automatizovaný alebo kombinovaný. Zvyčajne sa bude jednať o oblúkové alebo laserové zváranie, rezanie, plazmové rezanie a podobne. Výhodné bude najmä použitie pri oblúkovom zváraní s ochranným plynom. Spôsob a systém si nevyžaduje úpravu ani doplnenie ochranného prostriedku. Aj ochranné prostriedky s pomalou reakciou, teda aj ochranné prostriedky lacnej kategórie, môžu pri predmetnom riešení získať veľmi krátky, v podstate aj nulový alebo záporný čas reakcie oproti časovému bodu, kedy sa prejaví svetelný prejav technologického procesu. To umožní znížiť celkové náklady na ochranu zraku a zlepšiť zdravie zváračov.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov 1 až 12. Použitá mierka medzi jednotlivými prvkami systému, tvar aktivačného svetla ako aj zobrazené časové pomery sú nezáväzné, informatívne alebo boli priamo upravené pre zvýšenie prehľadnosti.

Na obrázku 1 je časový graf s priebehom zvárania a stmievania zváračskej helmy podľa stavu techniky. Proces G zodpovedá prívodu ochranného plynu a začína v momente stlačenia spúšte na zváracej pištoli. Proces E predstavuje zapálenie a horenie elektrického oblúku. Proces D je stmavenie zváračskej helmy. Časový úsek x vyjadruje oneskorenie stmavenia ochranného prostriedku oproti svetelného prejavu.

Obrázok 2 je časový graf s priebehom zvárania a stmievania ochranného prostriedku podľa tohto technického riešenia, kde je vyznačený aj proces A svietenie aktivačného svetla. Fáza I na obrázkoch 1 a 2 je pre-gas fáza, fáza II je doba rozvinutého elektrického oblúka, fáza III na obrázkoch 1 a 2 je post-gas fáza. Čas aje zámerné oneskorenie rozsvietenia aktivačného svetla oproti pokynu na rozbeh technologického procesu. Čas b je predstih aktivačného svetla pred svetelným prejavom. Čas c predstavuje predstih stmavenia pred vznikom svetelného prejavu.

Obrázok 3 je axonometrický pohľad na pracovisko zvárača s ručne obsluhovanou zváracou pištoľou, na ktorej je umiestnené aktivačné svetlo s tvarom prstenca. Prerušované čiary vychádzajúce z aktivačného svetla predstavujú infračervené žiarenie.

Na obrázku 4 je znázornené aktivačné svetlo. Šípka naznačuje navlečenie prstenca s aktivačným svetlom na zváraciu pištoľ. Prerušované čiary vychádzajúce z aktivačného svetla predstavujú infračervené žiarenie. Na obrázku 5 je aktivačné svetlo z obrázku 4 pootočené tak, že je vidieť jeho teleso s ovládacími prvkami.

Na obrázku 6 je časový graf s priebehom zvárania a stmievania ochranného prostriedku s vypínaním aktivačného svetla po detekcii svetelného prejavu. Doba aktivačného svietenia je kratšia ako v prípade riešenia podľa obrázku 2, kde aktivačné svetlo svieti počas nastavenej doby. Čas a je zámerné oneskorenie rozsvietenia aktivačného svetla oproti pokynu na rozbeh technologického procesu. Čas b je predstih aktivačného svetla pred svetelným prejavom. Čas c predstavuje predstih stmavenia pred vznikom svetelného prejavu.

Obrázky 7 a 8 vyobrazujú kroky adaptácie ovládania aktivačného svetla. V prvom kroku podľa obrázku 7 aktivačné svetlo začína svietiť ihneď po pokyne na rozbeh technologického procesu. Vx-tom kroku, napríklad už v druhom kroku adaptácie podľa obrázku 8 ovládanie nastavilo oneskorenie „a“, ktoré sa v ďalšom kroku môže ďalej skrátiť. Doba svietenia aktivačného svetla je na obrázkoch 7 a 8 zobrazená rovnaká pre zvýšenie prehľadnosti, je pritom však možné túto adaptáciu kombinovať s vypínaním aktivačného svetla ako je naznačené na obrázku 6.

Obrázok 9 je algoritmus postupu pri stmievaní zváračskej helmy podľa stavu techniky.

Následne na obrázku 10 je postup pri stmievaní ochranného prostriedku s využitím aktivačného svetla.

Obrázok 11 je bloková schéma základných prvkov ovládania aktivačného svetla. Na obrázku 12 je bloková schéma ovládania s vypínaním aktivačného svetla podľa pokynu z druhého optického snímača.

Obrázok 13 predstavuje adaptáciu ovládania aktivačného svetla pri technologickom procese, kde po prvom stlačení spúšte nastáva séria cyklov. Aktivačné svetlo je spustené pri prvom stlačení spúšte, potom počas dvoch cyklov je ochranných prostriedok zatmavený len na základe detekcie samotného svetelného prejavu.

n

Príklady uskutočnenia technického riešenia

Príklad 1

Systém podľa tohto príkladu na obrázkoch 3, 4, 5, 10 a 11 je použitý v bežnej 5 dielni bez systémovej integrácie. Zvárací aparát na zváranie MIG/MAG taviacou sa elektródou v ochrannej atmosfére má zváraciu pištoľ 5 so spúšťou, ktorou sa spúšťa technologický proces - privádzanie plynu, posun drôtu a elektrický oblúk. Zvárač má samostmievaciu helmu, ktorá je vyrábaná odlišným výrobcom než zváracie zariadenie. Pri zváraní reaguje zváračská helma na detekovaný svetelný prejav zvárania. Zváračská helma má v tomto príklade reakciu stmievania na úrovni 0,15 ms. Počas tejto doby je zrak zvárača vystavený pôsobeniu nebezpečného žiarenia.

Uvedená zostava je v tomto príklade doplnená aktivačným svetlom 3. To je súčasťou malého prstenca, ktorý má vnútorný priemer väčší ako je priemer horáka na zváracej pištoli 5. Prstenec má vyberateľné vnútorné krúžky, ich postupným odstraňovaním alebo pridávaním sa dá zvoliť vhodný vnútorný priemer prstenca. V prstenci sú na protiľahlých stranách umiestnené dve infračervené LED diódy. Obe sú prekryté optickým difúzorom 8, ktorý rozvádza vyžarované svetlo do okolia.

Obe infračervené LED diódy majú vlnovú dĺžku 850 nm, približný uhlový rozptyl 140° a sú napájané zo spoločného zdroja, ktorý má na výstupe frekvenčné budenie.

Hodnota frekvencie na generátore 6 frekvencie je nastaviteľná pomocou malého otočného potenciometra v rozsahu 5 až 250 Hz. Podobne je nastaviteľná doba oneskorenia začiatku aktivačného svietenia od momentu zopnutia spínača 4. Táto doba je nastaviteľná od 0 s do 1 s pomocou nastavovacieho prvku 7 oneskorenia. Tretí nastavovací prvok slúži na určenie doby aktivačného svietenia. V tomto príklade je doba nastaviteľná od 1 s do 3 s. Štvrtý nastavovací prvok mení výkon napájania infračervených LED diód, pri bežných podmienkach postačuje na aktiváciu výkon jednej LED diódy na úrovni 250 mW.

Spínač 4 aktivačného svetla 3 má v tomto príklade podobu plochého spínacieho obvodu, ktorý sa nalepí na ovládaciu hranu spúšte. Pri stláčaní spúšte dochádza najskôr k zopnutiu spínača 4 a následne aj k zapnutiu spúšte zváracieho aparátu.

Po stlačení spúšte zváracej pištole 5 zvárací aparát otvorí ventil s ochranným plynom. Približne 0,5 s po otvorení ventilu spustí elektrický oblúk, čím sa technologický proces rozbehne. Zároveň so stlačením spúšte sa zopol aj spínač 4 aktivačného svetla 3. Riadiaci obvod oneskoril zasvietenie aktivačného svetla 3 približne o 0,4 s od stlačenia spínača 4. V tomto momente aktivačné svetlo 3 svieti a optický snímač i na zváračskej helme reaguje tak, že dáva pokyn na zatmenie optického prvku 2. Tento pokyn prichádza do optického prvku 2 približne 0,1 s pred samotným zapálením elektrického oblúka. V čase 0,5 s, kedy sa objavil svetelný prejav zvárania je už zváračská helma stmavená. Tak sa dosiahol v podstate záporný čas zotmenia zváračskej helmy na úrovni cca 0,1 s.

Príklad 2

Automatická zváracia linka v karosárni má rozmiestnené viaceré aktivačné svetlá 3 na pevných miestach. Riadiaci systém zvárania vydáva pokyn na rozsvietenie aktivačného svetla 3 cca 0,1 s pred pokynom na zapálenie elektrického oblúka v danej sekcii linky. Pracovníci, ktorí proces kontrolujú, sa pozerajú na linku cez zváračskú kuklu so samostmievacím optickým prvkom 2. Ten reaguje na pokyn z optického snímača 2, ktorý detekuje najskôr aktivačné svetlo 3 a neskôr aj samotný svetelný prejav technologického procesu.

Príklad 3

Systém v tomto príklade je použitý pri laserovom rezacom stroji. Spínač 4 má softvérovú podobu. Pred privedením laserového lúča na miesto rezania je centrálnym riadiacim systémom vydaný pokyn na zasvietenie aktivačných svetiel 3, ktoré sú umiestnené na pracovnom ramene ako aj na rohoch stola.

Príklad 4

Aktivačné svetlo 3 podfa obrázku 6 a 12 má vlastné riadenie zhasnutia. Táto funkcia pracuje na základe spolupráce s druhým optickým snímačom 9, ktorý je v tomto príklade umiestnený v prstenci na zváracej pištoli 5. Ovládanie aktivačného svetla 3 dostane informáciu, že druhý optický snímač 9 zaznamenal svetelný prejav technologického procesu. Táto informácia znamená, že aktivačné svietenie už nie je potrebné a na jej základe ovládanie vypne aktivačné svetlo 3.

Keďže druhý optický snímač 9 môže byť rýchlejší ako je optický snímač 1 neznámeho dodávateľa v ochrannom prostriedku, môže byť pokyn na zhasnutie aktivačného svetla 3 zámerne oneskorený o napr. 3 ms, počas ktorých reagujú na svetelný prejav aj bežné, menej kvalitné ochranné prostriedky.

Príklad 5

Ovládanie aktivačného svetla 3 zahrňuje adaptačný algoritmus, ktorým sa meria čas medzi pokynom na rozbeh technologického procesu a vznikom svetelného prejavu. Podľa nameraného času podľa obrázkov 7 a 8 sa postupne vo viacerých iteračných krokoch zvyšuje oneskorenie rozsvietenia aktivačného svetla 3 až do momentu, kedy je predstih zasvietenia aktivačného svetla 3 oproti svetelnému prejavu na úrovni 0,1 s. Potom je toto oneskorenie dodržiavané pre nasledujúce takty, pričom sa neustále meria, či sa aktivačné svetlo 3 rozsvecuje s dostatočným predstihom pred svetelným prejavom.

Príklad 6

Aktivačné svetlo 3 je spustené pri prvom stlačení spúšte, potom počas dvoch cyklov je ochranný prostriedok zatmavený len na základe detekcie samotného svetelného prejavu, pretože cykly neboli sprevádzané zopnutím spínača 4. Počas troch cyklov sa ovládanie aktivačného svetla 3 adaptovalo na detekovaný priebeh svetelných prejavov a pred predpokladaným štvrtým a každým nasledujúcim svetelným prejavom ovládanie rozsvecuje aktivačné svetlo 3. Dôsledkom tohto postupu je, že druhé a tretie zatmavenie ochranného prostriedku je oneskorené podľa reakčného času daného ochranného prostriedku, nasledovné zatmavenie je už vykonávané s predstihom.

V zmysle uvedených znakov a postupov môže odborník z príslušnej oblasti bez vynaloženia vynálezcovskej činnosti vytvoriť ďalšie konkrétne usporiadania a postupy, ktoré využívajú hlavné znaky tohto technického riešenia.

Priemyselná využiteľnosť

Priemyselná využiteľnosť technického riešenia je zrejmá. Podľa tohto technického riešenia je možné opakovane vyrábať a používať systémy na spustenie stmievania optického prvku v predstihu pred rozvinutím svetelného prejavu.

Tú V ΤΓΌΤΐύ- Tl/IS

Claims (21)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Spôsob zrýchlenej reakcie stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku na ochranu zraku, pri ktorom sa optickým snímačom (1) na ochrannom prostriedku detekuje svetelný prejav technologického procesu a na základe signálu z optického snímača (1) sa aktivuje stmievanie optického prvku (2) , ktorý svojím zotmením obmedzuje prienik žiarenia zo svetelného prejavu do zraku, vyznačujúci sa tým, že v rámci zariadenia, ktoré realizuje technologický proces so svetelným prejavom, sa detekuje pokyn na začatie príslušného technologického procesu, na základe tohto pokynu sa rozsvieti aktivačné svetlo (3), ktorým sa svieti vzornom poli optického snímača (1) na ochrannom prostriedku, čím dochádza k aktivácii optického snímača (1) pomocou aktivačného svetla (3) ešte pred tým, než optický snímač (1) detekuje svetelný prejav technologického procesu.
2. 2. Spôsob zrýchlenej reakcie stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že aktivačné svetlo (3) svieti aspoň do doby, kedy optický snímač (1) ochranného prostriedku zaznamená svetelný prejav samotného technologického procesu.
3. 3. Spôsob zrýchlenej reakcie stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že aktivačné svetlo (3) svieti počas nastavenej doby od rozsvietenia, výhodne aspoň po dobu 1 sekundy.
4. 4. Spôsob zrýchlenej reakcie stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že aktivačné svetlo (3) zhasne potom, čo jeho ovládanie príjme informáciu o zaznamenaní svetelného prejavu, výhodne ovládanie príjme túto informáciu z druhého optického snímača (9).
5. 5. Spôsob zrýchlenej reakcie stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že aktivačné svetlo (3) sa rozsvieti 0,05 až 0,5 sekundy pred vznikom svetelného prejavu, výhodne sa rozsvieti s oneskorením do 0,5 s oproti pokynu na rozbeh technologického procesu.
6. 6. Spôsob zrýchlenej reakcie stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že ovládanie aktivačného svetla (3) vypočíta čas medzi zasvietením aktivačného svetla (3) a svetelným prejavom technologického procesu a podľa vypočítanej hodnoty v ďalšom kroku upraví oneskorenie rozsvietenia aktivačného svetla (3) tak, aby sa v ďalšom kroku dosiahol požadovaný predstih rozsvietenia, výhodne v rozmedzí do 0,1 s.
7. 7. Spôsob zrýchlenej reakcie stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že aktivačné svetlo (3) vyžaruje žiarenie s vlnovou dĺžkou 700 až 1850 nm.
8. 8. Spôsob zrýchlenej reakcie stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že aktivačné svetlo (3) svieti s frekvenciou v rozsahu 5 až 250 Hz.
9. 9. Spôsob zrýchlenej reakcie stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že aktivačné svetlo (3) je umiestnené v rámci zváracej pištole (5).
10. 10. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku na ochranu zraku, ktorý zahrňuje optický snímač (1), priezor s optickým prvkom (2) s meniteľnou priepustnosťou na obmedzenie prieniku žiarenia zo svetelného prejavu do zraku, kde optický snímač (1) na detekciu svetelného prejavu je umiestnený v rámci ochranného prostriedku a je prepojený s ovládaním optického prvku (2), vyznačujúci sa tým, že zahrňuje aktivačné svetlo (3) vyžarujúce žiarenie, ktoré je detekované optickým snímačom (1), kde aktivačné svetlo (3) je spojené so spínačom (4), ktorý je určený na prepojenie so spúšťaním technologického zariadenia, pričom aktivačné svetlo (3) je umiestnené v dosahu optického snímača (1).
11. 11. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že aktivačné svetlo (3) má aspoň jednu infračervenú LED diódu.
12. 12. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa nároku 10 alebo 11, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje viacero LED diód s rozdielnymi vyžarovacími charakteristikami.
13. 13. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 10 až 12, vyznačujúci sa tým, že aktivačné svetlo (3) je súčasťou telesa, ktoré je prispôsobené na pripojenie k zváracej pištoli (5), výhodne teleso nesie nastavovacie prvky, zdroj napájania a spínač (4).
14. 14. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že teleso má tvar prstenca.
15. 15. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 10 až 14, vyznačujúci sa tým, že aktivačné svetlo (3) má optický difúzor (8).
16. 16. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 10 až 15, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje generátor (6) frekvencie napájania aktivačného svetla (3), výhodne je generátor (6) frekvencie nastaviteľný.
17. 17. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 10 až 16, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje nastavovací prvok (7) oneskorenia aktivačného svetla (3) oproti zopnutiu spínača (4).
18. 18. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 10 až 17, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje nastavovací prvok doby svietenia aktivačného svetla (3).
19. 19. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 10 až 18, v y z n a č u j ú c i sa tým, že má prvok na detekciu svetelného prejavu, ktorý je prepojený s ovládaním aktivačného svetla (3), výhodne má druhý optický snímač (9).
20. 20. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa nároku 19, vyznačujúci sa tým, že ovládanie aktivačného svetla (3) má blok na vypínanie aktivačného svetla (3) po vzniku svetelného prejavu a/alebo má blok adaptácie oneskorenia rozsvietenia aktivačného svetla (3) oproti zopnutiu spínača (4) a/alebo blok na vynechávanie rozsvietenia aktivačného svetla (3) pri každom druhom zopnutí spínača (4) a/alebo blok na rozsvietenie aktivačného svetla (3) v cykloch vypočítaných z predchádzajúceho priebehu technologického procesu.
21. 21. Systém na zrýchlenú reakciu stmievania optického prvku v osobnom ochrannom prostriedku podľa ktoréhokoľvek z nárokov 10 až 20, vyznačujúci sa tým, že ochranný prostriedok je zváračská helma alebo zváračská kukla alebo zváračský štít alebo zváračské okuliare.