CN100364492C

CN100364492C - 一种电焊护目镜片的制造方法

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Publication number: CN100364492C
Application number: CNB2005101055534A
Authority: CN
Inventors: 黄宁宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: CN1895192A

Abstract

本发明涉及电焊防护技术，特别公开一种电焊护目镜片的制造方法，以解决现有电焊护目镜片在对有害强光过滤的同时不能保留的无害可视光线通过的问题。本发明所述方法包括如下步骤：根据电焊弧光光谱确定弱谱线区域的波长范围；确定仅使位于所述波长范围以内的光波中心波长峰值透过率在70%以上的光学膜系；根据所述光学膜系制造窄带滤光片并将该窄带滤光片封装为电焊护目镜片。本发明旨在利用窄带滤光片的现有技术解决电焊护目镜片起弧前不能看清工件的问题，使得本发明制造的电焊镜片在起弧前可以看清工件、起弧后仍能有效防护眼睛。

Description

一种电焊护目镜片的制造方法

技术领域

本发明涉及电焊防护技术，特别公开一种电焊护目镜片的制造方法。

背景技术

目前通用的电焊护目镜是极暗的镜片，电焊工人带上它在起弧前无法看见被焊工件。因此只好一只手拿着护目镜，另一只手握着电焊手柄，为避免强烈电弧光对眼睛的刺激和损伤，一般会在电焊条接近工件尚未起弧前将护目镜扣好。其主要缺点有二：一是不能腾出两只手同时有效地进行操作，特别是对高空作业影响较大；二是盲目起弧靠经验焊接，事后再找补初始焊点，影响焊接质量，浪费焊接材料和电力。

为了解决上述问题，目前已申请的专利主要有三大类：一是利用光、电、磁控制液晶镜片变色；二是利用光、电、磁控制护目镜机械移动，使护目镜在起弧后移至眼前，停弧后翻开；三是靠张嘴时的下颚运动控制护目镜机械移动。这几种方法都可以使起弧前后在眼前形成亮场和暗场。但前两种的缺点是都有几到几十毫秒的延迟，在这段延迟时间内强烈的电弧光仍会对眼睛造成损伤。第三种对电焊人员的人体协调配合能力要求较高，且易受电焊工地的粉尘污染。

造成上述使用不便的原因都在于现有电焊护目镜片不能充分过滤有害强光而保留可视物的无害光线通过，只能借助其他结构或方法来避免有害强光伤害眼睛。

干涉滤光片是利用光的干涉原理只使特定光谱范围的光通过的光学系统，通常由多层薄膜构成。常见干涉滤光片分截止滤光片和带通滤光片两大类。截止滤光片能把光谱范围分成两个区，一个区中的光不能通过(称为截止区)，而另一区中的光能充分通过(称为通带区)。

带通滤光片则只允许较窄波长范围的光通过，常见的是Fabry-Perot(法布里-珀罗)型滤光片。它是典型的多光束干涉滤光片，具体结构如图1所示：玻璃衬底上镀一层半透明金属层作为一层反射膜，接着镀一层透明介质间隔层作为干涉腔层，再镀一层半透明金属层作为另一层反射膜，两金属层构成了法布里-珀罗干涉仪的两块反射平行板。

当平行光线以微小角度入射时，波长与两极间隔同数量级的光，形成干涉极大透过，使透射光中不同波长的干涉高峰分得很开，即中心峰值和次级峰值离得很远。再利用别的吸收型或截止型滤光片可把不允许透过的次级光滤掉，从而得到很窄的带通滤光片。

滤光片通带区的带宽由λ₀和Δλ来定义，如图2所示，其中：λ₀——滤光片透过率峰值波长；T_m——滤光片透过率峰值；λ₁和λ₂——滤光片透过率峰值一半处对应的两边波长；Δλ＝λ₂-λ₁称为半高宽度，简称为半宽度或带宽。

通常用相对半宽度Δλ/λ₀来标志带通滤光片的带宽特性，Δλ/λ₀＞5％的称为宽带滤光片；1％≤Δλ/λ₀≤5％的称为窄带滤光片；Δλ/λ₀＜1％的称为超窄带滤光片。

由于半透明金属层的吸收率较高，所以这种“金属-介质”型干涉滤光片的中心峰值透过率很难高于40％。为解决这一问题，可以用高低两种不同折射率的透明介质以λ₀/4光学厚度交替镀制多层膜，形成与金属层作用相同的反射板，但吸收却比金属层小得多。此法镀制的干涉滤光片称为“全介质”型干涉滤光片，可使峰值透过率达到80％以上。

全介质F-P型干涉滤光片的典型膜系为：

G(HL)^mHnL(HL)^mH

其中：G表示玻璃基片；H表示高折射率介质；L表示低折射率介质；m表示高低交替的重复次数，值越大反射板的反射率越高，其他光的透过率则越低；n表示间隔层的λ₀/4倍数，n/2即间隔层的干涉级次，值越大间隔层越厚；反射板的反射率越高，干涉级次越高，则半宽度越窄，滤光片透射光的单色性就越好，膜系的设计主要是适当选择m、n的值。

目前窄带滤光片主要用于光学、光谱学、激光、天文物理学、光通信等领域。

发明内容

本发明提供一种电焊护目镜片的制造方法，以解决现有电焊护目镜片在对有害强光过滤的同时不能保留无害可视物光线通过的问题。

本发明方法1步骤包括：

A、根据电焊弧光光谱确定弱谱线区域的波长范围；

B、确定仅使位于所述波长范围以内的光波中心波长峰值透过率在70％以上，带宽不大于5nm的光学膜系；

C、选择过滤强蓝光和紫外光的玻璃作为第一基片，并在该第一基片一侧镀制所述光学膜系；

D、选择吸收红外光的玻璃作为第二基片封装在所述第一基片镀有所述膜系的一侧形成所述护目镜片。

本发明方法2步骤包括：

a、根据电焊弧光光谱确定弱谱线区域的波长范围；

c、选择吸收红外光的玻璃作为第一基片，并在该第一基片一侧镀制所述光学膜系；

d、选择过滤强蓝光和紫外光的玻璃作为第二基片封装在所述第一基片镀有所述膜系的一侧形成所述护目镜片。

所述步骤D或d之后还包括步骤：选择第三玻璃基片加固在所述护目镜片外侧并封装。所述第三玻璃基片为高硬度的K4玻璃或石英玻璃。

其中，所述步骤A或a中，所述弱谱线区域的波长范围为：584nm(λ₀)±14nm之间，λ₀为中心波长。

所述的方法中，所述光学膜系包括：

第一反射层和第二反射层：由折射率高于所述第一基片折射率的高折射率材料镀层和折射率低于所述第一基片折射率的低折射率材料镀层交替形成的多层结构；以及

位于所述第一反射层和第二反射层的间隔层，由所述低折射率材料镀制。

其中，所述高折射率材料为硫化锌，所述低折射率材料为冰晶石；或者所述高折射率材料为二氧化锆，所述低折射率材料为二氧化硅。

所述高折射率材料镀层和低折射率材料镀层的光学厚度为λ₀/4，所述间隔层的低折射率材料镀层的光学厚度为λ₀/2的整倍数。

所述多层结构包括HLHLHLH或HLHLHLHLH，其中，H表示一层高折射率材料镀层，L表示一层低折射率材料镀层；和所述整倍数为1、2或3倍。

本发明的有益效果如下：

本发明内容主要是利用了光谱学原理，在充分分析电焊弧光光谱的基础上，找出其中光强度最弱的波段，然后镀制超窄带干涉滤光片，使其在弧光最弱波段有很高的透过率，而在其他波段则透过率非常低。以此滤光片做成的护目镜片，在起弧前完全可以看清工件，起弧后也能有效地保护眼睛，能够有效提高焊接质量，节省焊接材料和电力；

利用本发明所述的电焊护目镜片，利用光学原理有效地防护电弧光对人眼的损伤，不再借助机械传动部分达到防护目的，使操作人员可以腾出两只手进行焊接操作，提高了高空焊接作业的安全性；

利用本发明所述的电焊护目镜片成本低廉，省去了复杂的光、电、磁控制电路和机械传动部分，可以适用于各种电焊镜、电焊面罩和电焊头盔等。

附图说明

图1为干涉滤光片结构示意图；

图2为干涉滤光片带宽特性示意图；

图3为JB510玻璃的透过率曲线图，主要利用其对蓝光以下波段的截止特性；

图4为在JB510玻璃上镀制超窄带滤光片后的透过率曲线图；

图5为GRB3玻璃的透过率曲线图，主要利用其对红外光的截止特性；

图6用GRB3玻璃与镀膜后的JB510玻璃对膜封装后的透过率曲线图；

图7为镜片封装剖面示意图；

图8为本发明所述方法流程示意图。

具体实施方式

本发明的技术构思为：根据光谱学原理，并利用现有窄带滤光片技术，在充分分析电焊弧光光谱的基础上，找出其中光强度最弱的波段，然后镀制超窄带干涉滤光片，使其在弧光最弱波段有很高的透过率，而在其他波段则透过率非常低。以此滤光片做成的护目镜片，在起弧前完全可以看清工件，起弧后也能有效地保护眼睛。

实现本发明所述技术方案包括如下部分：

1、电焊弧光光谱分析

经过查阅标准铁光谱表以及用摄谱仪拍摄电焊条发出的电弧光分析，没有强谱线只有极少弱谱线的区域有三个，如表1所示。

表1.标准铁光谱谱线特性

中心波长	±	弱光范围
中心波长	±	弱光范围	480nm	6nm	12nm
584nm	14nm	28nm	480nm	6nm	12nm
584nm	14nm	28nm	679nm	4nm	8nm

2、设计超窄带干涉滤光片

由于480nm过于接近强蓝光，对人眼损伤较大，故应该过滤掉，因此设计光学膜系时以584nm为中心波长(λ₀)，半高宽度小于5nm，并尽量使次峰落在679nm附近位置，波长范围以内的光波中心波长峰值584nm(λ₀)透过率在70％以上。

如图3所示，图3为JB510玻璃的透过率曲线图，由于JB510玻璃(国产有色玻璃型号，其他型号参见附表2)在500nm以下透过率极低，可有效地截止强蓝光和紫外光，因此选择在JB510玻璃上镀制超窄带干涉滤光片。光学膜系为：

G(HL)^mHnL(HL)^mH

其中：G表示玻璃基片；H表示高折射率材料；L表示低折射率材料；m表示高低交替的重复次数，值越大反射板的反射率越高，其他光的透过率则越低；n表示间隔层的λ₀/4倍数，n/2即间隔层的干涉级次，值越大间隔层越厚。

具体实施例说明如下：

1)、反射层可选用硫化锌(H)与冰晶石(L)或者选用二氧化锆(H)与二氧化硅(L)，高低两种折射率材料交替镀膜，高低交替镀膜的重复次数m一般为3到4；

2)、间隔层一般选用其中的低折射率材料，n必须是2的整数倍，如2、4、6等。

3、镀制超窄带干涉滤光片

可采用真空蒸发镀膜极值控制法进行镀膜，具体说明如下：

控制示意如下：光源→真空罩石英窗口入口→基片→真空罩石英窗口出口→硅光电池→微安表，其中：

光源是控制波长的关键，设计的滤光片的峰值波长(λ₀)是多少，光源的控制系统就需要能够输出与λ₀相同的单色光。

当第一层高折射率介质镀到λ₀/4时，通过微安表读出的光电转换后的电流达到极小值；第二层低折射率介质镀到λ₀/4时，电流表又达到极大值；第三层镀到λ₀/4时，电流表又达到极小值；第四层镀到λ₀/4时，电流表又达到极大值。如此反复。最后一层高折射率的镀到λ₀/4时，电流表又达到极小值。到此为止第一层高反射板镀制完成。

接着镀间隔层，电流表读数从极小到极大又到极小，这是连续两层λ₀/4低折射率介质。如果接着再重复一次极小到极大又到极小，就是连续四层λ₀/4了。

第二层高反射板与第一层高反射板控制方法相同，只是极值方向相反。前后两层高反射板的膜层层数要对称。

如图4所示，图4为在JB510玻璃上镀制超窄带滤光片后的透过率曲线图，满足光学膜系在584nm为中心波长(λ₀)，加上玻璃的峰值透过率超过65％，半高宽度小于5nm，其他有害光透过率极低，并且光学膜系的次峰落在679nm附近位置，对人眼不会造成危害。

4、镜片封装

由于760nm至3000nm的红外线对人眼有积累性损伤，而上述所得镜片不能有效防止红外光透过，如图5所示，为GRB3(国产有色玻璃型号，其他型号参见表2)玻璃的透过率曲线图，其对红外光具有截止特性，因此用一片热吸收玻璃GRB3与镀膜后的JB510玻璃，封装在一起，并将有膜的一面封装在两片玻璃夹层中。

如此封装后的镜片透过率如图6所示，最高透过率的波长在584nm附近，半高宽度为4nm左右，次峰落在679nm附近，满足防护需求。

如果需要增强电焊飞屑冲击时的抗击强度，可在最外面(靠近工件一面)再加封一片K4玻璃或石英玻璃。封装后的镜片结构示意如图5所示，电焊弧光经过镜片过滤后，强谱线区域的光的透过率极低，不会对人眼产生伤害；但是在起弧前人眼可以通过弱谱线区域的高透过率观察到工件的具体位置，从而对准焊缝进行焊接，避免盲目操作。

针对含有不同成分其他物质的焊条，可用同样方法测定其光谱弱区，然后设计干涉滤光片膜系。也就是说，针对不同成分的焊条，采用相同的方法，可以设计出不同峰值位置的护目镜片。

综上所述，实现上述技术构思的电焊护目镜片如图7所示，包括：第一玻璃基片1、第二玻璃基片2、第三玻璃基片3和位于所述第一玻璃基片和第二玻璃基片之间的光学膜系4；其中：

第一玻璃基片1为有色玻璃，用于截至蓝强光和紫外光；

第二玻璃基片2为有色玻璃，用于吸收红外线；

第三玻璃基片3为K4玻璃或石英玻璃，封装在护目镜外侧，用于增加强度。

光学膜系4为仅使位于电焊弧光光谱弱谱线区域波长范围内的中心波长峰值透过率在70％以上，带宽小于5nm的窄带干涉滤光膜系。

当选用弱谱线区域的波长范围的中心波长(λ₀)为584nm时，光学膜系4包括由折射率高于所述玻璃基片折射率的高折射率材料镀层和折射率低于所述玻璃基片折射率的低折射率材料镀层，交替镀制的第一反射层和第二反射层；位于所述第一反射层和第二反射层之间的间隔层，由所述低折射率材料镀制。其中：光学膜系4可以镀在第一玻璃基片1或第二玻璃基片2上，高折射率材料为硫化锌或二氧化锆，低折射率材料为冰晶石或二氧化硅，每层光学厚度为λ0/4。

第一玻璃基片1或第二玻璃基片2的玻璃型号国内外型号如表2所示：

表2.国内外玻璃型号对照表

	我国玻璃型号	前苏联型号	德国型号	日本型号
	我国玻璃型号	前苏联型号	德国型号	日本型号	第一玻璃基片	JB510	ЖC18	GG515	Y-50
第二玻璃基片	GRB3	C3C16	KG3	HA-30	第一玻璃基片	JB510	ЖC18	GG515	Y-50

实现本发明技术构思的护目镜片的制造方法流程如图8所示，包括如下步骤：

S1、根据电焊弧光光谱确定弱谱线区域的波长范围；

S2、确定仅使位于上述波长范围以内的中心波长峰值透过率在70％以上，带宽不大于5nm的光学膜系结构；

S3、根据光学膜系制造窄带滤光片；

S4、将该窄带滤光片制成电焊护目镜片；

上述两个步骤中：选择过滤强蓝光和紫外光的玻璃作为基片，在该基片一例镀制光学膜系形成窄带干涉滤光片；然后将吸收红外光的玻璃封装到镀膜的一侧形成所述护目镜片；或者

选择吸收红外光的玻璃作为基片，在该基片一侧镀制光学膜系形成窄带干涉滤光片，然后将过滤强蓝光和紫外光的玻璃封装在镀膜的一侧形成护目镜片。

具体结构和镀制方法如前所述，这里不再重复。

S5、利用K4玻璃或石英玻璃等高硬度玻璃加固在护目镜片外侧一起封装。

通过上述方法制成的护目镜片经测试符合美国ANSIZ87.1标准，410nm以下的紫外透过率≤0.1％，760nm以上的红外透过率≤0.7％。

直观测试在直接照度为85lux的条件下，距离50cm可看清报纸上的四号汉字；距离35cm可看清报纸上的五号汉字。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种制造电焊护目镜片的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、根据电焊弧光光谱确定弱谱线区域的波长范围；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D之后还包括步骤：选择第三玻璃基片加固在所述护目镜片外侧后封装。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三玻璃基片为高硬度的K4玻璃或石英玻璃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，所述弱谱线区域的波长范围为：584nm(λ₀)±14nm之间，其中：584nm(λ₀)为所述弱谱线区域的中心波长。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学膜系包括：

位于所述第一反射层和第二反射层的之间的间隔层，由所述低折射率材料镀制。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述高折射率材料为硫化锌，所述低折射率材料为冰晶石；或者

所述高折射率材料为二氧化锆，所述低折射率材料为二氧化硅。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述高折射率材料镀层和低折射率材料镀层的光学厚度为λ₀/4，所述间隔层的低折射率材料镀层的光学厚度为λ₀/2的整倍数。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多层结构包括HLHLHLH或HLHLHLHLH，其中，H表示一层高折射率材料镀层，L表示一层低折射率材料镀层；和所述整倍数为1、2或3倍。

9.一种制造电焊护目镜片的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、根据电焊弧光光谱确定弱谱线区域的波长范围；

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤d之后还包括步骤：选择第三玻璃基片加固在所述护目镜片外侧后封装。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第三玻璃基片为高硬度的K4玻璃或石英玻璃。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述弱谱线区域的波长范围为：584nm(λ₀)±14nm之间，其中：584nm(λ₀)为所述弱谱线区域的中心波长。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光学膜系包括：

第一反射层和第二反射层：由折射率高于所述第一基片折射率的高折射率材料镀层和折射率低于所述玻璃基片折射率的低折射率材料镀层交替形成的多层结构；以及

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，

15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述高折射率材料镀层和低折射率材料镀层的光学厚度为λ₀/4，所述间隔层的低折射率材料镀层的光学厚度为λ₀/2的整倍数。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述多层结构包括HLHLHLH或HLHLHLHLH，其中，H表示一层高折射率材料镀层，L表示一层低折射率材料镀层；和所述整倍数为1、2或3倍。