CN105455947A - 具有弧形液晶面板的自动变光焊接面罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动变光焊接面罩，其包括：面罩壳体；与所述面罩壳体操作性连接的头带结构；以及在所述面罩壳体上安装的自动变光过滤器，所述自动变光过滤器包弧形液晶面板，所述弧形液晶面板在所述面罩壳体上向外突出。

Description

具有弧形液晶面板的自动变光焊接面罩

技术领域

本发明大体上涉及自动变光焊接面罩，其自动变光过滤器具有弧形液晶面板。

背景技术

在焊接作业时，为了保护操作者免受飞溅物碰伤和起弧产生的各种有害射线对人体的伤害，通常操作者会佩戴焊接面罩。

常见的焊接面罩通常配备有自动变光过滤器(ADF)。自动变光过滤器主要为一液晶面板，在焊接起弧之前液晶面板是透明的，在起弧的瞬间液晶面板转变成不透明的状态，从而为操作者的眼睛提供保护。通常这种自动变光过滤器配备有调节旋钮或按钮，在使用焊接面罩之前操作者可以取下面罩对自动变光过滤器的诸如灵敏度、延迟时间、遮光号、焊接方式等操作参数进行调节，然后再佩戴上面罩进行焊接操作。

在这种传统的自动变光焊接面罩中，所配置的自动变光过滤器、尤其液晶面板通常为平板形状，当操作者佩戴好面罩后，平坦的自动变光过滤器位于人眼前方。受到面罩壳体本身结构所限，这种平坦的自动变光过滤器水平方向的尺寸不能制造得太大，导致操作者透过自动变光过滤器向外观察的水平方向的视野较小。在这种情况下，为了在较大工件面积上进行焊接工作，需要操作者在起弧后左右摇头观察工件的焊接区，增加了操作者焊接作业的难度。另外，当操作者透过这种平坦的自动变光过滤器向外观察时，人眼余光透过自动变光过滤器的边缘附近观察物体时有可能出现变形，导致操作者在焊接操作时可能出现误判。

发明内容

本发明旨在提供一种改进的自动变光焊接面罩，其相比传统的自动变光焊接面罩具有在水平方向上扩大的观察视野，同时最大程度地减小了观察物体时可能出现变形的情况，便于佩戴面罩的操作者在不摇头的情况下更方便且更准确地观察工件的焊接区并完成焊接工作。

根据本发明的一个方面，提供了一种自动变光焊接面罩，其包括：

面罩壳体；

与所述面罩壳体操作性连接的头带结构；以及

在所述面罩壳体中安装的自动变光过滤器，所述自动变光过滤器包弧形液晶面板，所述弧形液晶面板在所述面罩壳体上向外突出。

可选地，所述弧形液晶面板为柱面弧形，且操作者佩戴好所述自动变光焊接面罩后，所述柱面的母线与操作者的头部高度方向大致平行或者稍微成一小角度。

可选地，在与所述柱面的母线垂直且经过所述柱面截取的横截面中观察，所述弧形液晶面板相对于所述焊接面罩的形心所扫过的角度是在60度与180度之间、优选是120度。

可选地，所述弧形液晶面板包括两个左右对称彼此隔开的弧形液晶面板区段，其中每个区段与佩戴焊接面具的操作者的一只眼相对。

可选地，还包括保持组件，所述弧形液晶面板经由所述保持组件能够拆卸地安装在所述面罩壳体上。

可选地，为所述弧形液晶面板提供保护的弧形透明保护片在所述保持组件上保持。

可选地，在所述横截面中观察，所述弧形液晶面板的弧心位于所述形心后方或前方或大致重合。

可选地，所述保护片与所述液晶面板的弯曲程度和/或弯曲方向相同或不同。

可选地，所述自动变光过滤器包括弧形布置的太阳能电池单元。

可选地，所述弧形液晶面板的水平方向的尺寸设置成在操作者佩戴好所述焊接面罩后在头不动的情况下提供能够观察到左右180度视野范围的能力。

附图说明

从后述的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本发明的前述及其它方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本发明的理解。在附图中：

图1a示意性地示出了操作者佩戴传统自动变光焊接面罩的观察视野，其中为了简化仅仅图示了焊接面罩中设置的自动变光过滤器；

图1b示意性示出了操作者佩戴根据本发明的自动变光焊接面罩的观察视野，其中为了简化仅仅图示了在该焊接面罩中所设置的根据本发明的思路设计的弧形自动变光过滤器；

图2示意性示出了根据本发明的一个实施例的自动变光焊接面罩的分解图；

图3示意性示出了根据本发明的实施例的自动变光焊接面罩的剖切立体图；

图4示意性示出了根据图2的自动变光焊接面罩的剖切俯视图；

图5示意性示出了在弧形水平周向宽度不变的前提下不同弧度的自动变光过滤器的示意图；

图6示意性示出了采用根据本发明的弧形自动变光过滤器的另一实施例的面罩壳体的水平剖切图；并且

图7示意性示出了采用根据本发明的弧形自动变光过滤器的另一实施例的面罩壳体的水平剖切图。

具体实施方式

在本申请的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。

自动变光焊接面罩大体上包括面罩壳体、与所述面罩壳体相连的头带结构以及在所述面罩壳体上安装的自动变光过滤器。需要指出的与自动变光过滤器有关的其它控制电路和/或元器件以及头带结构设计同现有技术相同，因此它们不在本说明书讨论范畴内。

当操作者佩戴好焊接面罩后，在头固定不动的情况下，操作者透过自动变光过滤器向外观察的水平方向的视野主要取决于两点因素：1、自动变光过滤器的水平方向的宽度；2、人眼左右摆动的最大角度。对于第2点因素而言，大多数人的左右摆动角度相差不大，基本上不会超过180度。因此，如何针对第1点因素考虑设计更大水平方向宽度的自动变光过滤器将会是一种有效扩大焊接面罩佩戴者的观察视野的手段。

图1a与图1b分别简化图示了焊接面罩中配备传统的平坦自动变光过滤器和配备根据本发明思路设计的自动变光过滤器对人眼观察视野影响的区别。为了清楚起见，在这两幅图中除了保留自动变光过滤器外省略了焊接面罩的其它部分。

从图1a可以看出，在佩戴配备传统的平坦自动变光过滤器10的焊接面罩时，操作者的眼睛的视野在水平方向上受到自动变光过滤器10的水平宽度限制。通常，自动变光过滤器10的水平宽度受到焊接面罩壳体本身的结构限制——只能覆盖佩戴面罩壳体的操作者的人眼1前方的一部分，而无法制造成更宽。如图所示，操作者透过面罩、尤其透过面罩的这种平坦的自动变光过滤器10向外观察的视野角度为α。

应当清楚，在本发明的上下文中，视野角度指的是在操作者佩戴好焊接面罩之后透过其上的自动变光过滤器头不动仅通过左右摆动双眼所能够观察到的水平方向的最大角度或角度范围。

本发明的主要设计思路是将自动变光过滤器设计为呈圆弧形，如图1b所示的弧形自动变光过滤器20那样。自动变光过滤器的主要组成元件为液晶面板。也就是说，根据本发明的这种弧形自动变光过滤器20主要包括弧形可弯曲的液晶面板。这种弧形自动变光过滤器20在水平方向上可以涵盖人眼1的左右两侧更大的范围，使得操作者透过面罩、尤其透过面罩的这种弧形的自动变光过滤器20向外观察的视野角度更大，为β。

焊接面罩的面罩壳体在佩戴者的人脸前方的部分大体上具有一定的弧度，由此，这种弧形自动变光过滤器可以设计出恰好顺应面罩壳体的前方部分的弧形结构，从而在水平方向上具有更大的面积地、即具有如图1b所示的更大的视野角度β地装配在焊接面罩上。β可以设计成远大于α。

另外，当人眼1透过如图1a所示的这种平坦的自动变光过滤器的边缘附近的部分向外观察物体时，来自物体的光线相对于自动变光过滤器的平面法线以较大的角度入射，由于像差的原因会造成所观察的物体变形。在某些情况下，甚至可以造成操作者对工件焊接区的误判，造成焊接失误、工件作废等的严重情况。

然而，对于根据本发明的设计而言，如图1b所示，在这种弧形的自动变光过滤器的边缘处，由于外界物体的光线能够以尽量更加垂直的角度(即、光线相对于弧形自动变光过滤器的切平面法线以较小的角度)入射到人眼1中，使得人眼1透过弧形的自动变光过滤器的边缘附近的部分观察到的物体变形更小。因此，这种弧形的自动变光过滤器的优点不仅在于增大焊接面罩的佩戴者的水平方向的视野角度，还能够减少操作者对工件焊接区的误判可能性，提高焊接工作效率。

图2至4示意性地示出了配置有根据本发明的一个实施例的弧形自动变光过滤器的焊接面罩。如图2所示，焊接面罩主要包括面罩壳体70以及与所述面罩壳体70操作性相连的用于在操作者头上佩戴的头带结构60。面罩壳体70例如可以由合成纤维制成，尤其是由尼龙制成。面罩壳体70的形状相应于人体头部的轮廓。

在面罩壳体70的前部设有观察窗口71。在该观察窗口71处安装有观察窗体，观察窗体大体上由保护片30、自动变光过滤器20和保持组件组成。保护片30可以由高强度的透明材料、例如玻璃或塑料制成，在焊接时与各种飞溅物直接接触，防止自动变光过滤器20受损。保持组件用于将保护片30和自动变光过滤器20同时可拆卸地保持固定在面罩壳体70上，主要包括保持框架40以及锁定构件50。保持框架40例如可由塑料制成，在其上设有多个突出部用于固定自动变光过滤器20和保护片30。在自动变光过滤器20和保护片30于保持框架40上固定就位后，可以将保持框架40经由锁定构件50可拆卸地固定在面罩壳体70的内侧上。

自动变光过滤器20的本体上设有太阳能电池单元21以及液晶面板22。在起弧时，该液晶面板22可依据设定迅速由透明状态转变为不透明状态，对操作者的眼睛提供保护。根据本发明，自动变光过滤器20的液晶面板22为圆弧形设计。除此以外，自动变光过滤器可以与现有设计相同。另外，太阳能电池单元21也可以与液晶面板22一致而呈弧形布置。

图3和4示出了弧形自动变光过滤器20在面罩壳体70上安装后的状态。可以看出，自动变光过滤器20的弧形液晶面板22在观察窗口71的位置向外突出，方便操作者的双眼在左右摆动的情况下于更宽的视野中进行观察。

应当清楚在本发明的上下文中，弧形自动变光过滤器20、尤其弧形自动变光过滤器20的弧形液晶面板22指的是呈柱面弧形设计，其中，该柱面的母线在操作者佩戴好面罩后大体上与头部高度方向平行或稍微成一小角度，以不影响人眼上下观察物体为宜。也就是说，从人体解剖学观点看，当操作者佩戴好面罩后，所述柱面的母线与操作者头部的矢状面或冠状面大致平行或稍微成一小角度。保护片30也可以与弧形自动变光过滤器20呈相同的弧形地设置。例如，保护片30的弯曲程度和/或弯曲方向可以与液晶面板22大致相同地设置。当然，本领域技术人员应当清楚，保护片30的弯曲程度和/或弯曲方向也可以与液晶面板22不同地设置。

如图4所示，在面罩壳体70的水平横截面(例如大致经过人眼位置的水平横截面)中观察，弧形自动变光过滤器20、尤其弧形自动变光过滤器20的弧形液晶面板22的圆弧中心(弧心)为O′，而焊接面罩的形状中心为O。从佩戴焊接面罩的操作者身体前后方向观察，圆弧中心为O′位于焊接面罩的形状中心为O之后，这样可以确保圆弧的形状不会过分地从面罩壳体70向外突出。但是，应当清楚，根据需要可以相应地更改圆弧的弯曲半径。

从附图4可以看出，面罩壳体70的前部通常会制造为呈弧形。也就是说，如果在面罩壳体70中采用本发明的这种弧形自动变光过滤器设计的话，在确保面罩壳体结构强度满足要求的前提下，可以适当将自动变光过滤器20的弧形水平周向宽度加大，尽量拓展佩戴者人眼两侧的覆盖面积，从而确保佩戴者在头不动的情况下通过左右摆动双眼可以尽量看到更宽的视野。

另外，在保持自动变光器的保持组件模块化制造的前提下，可以仅仅通过将现有的平坦的自动变光过滤器和保护片替换为如本发明思路的这种弧形自动变光过滤器和保护片，然后再将保持组件安装在面罩壳体上，就可以方便地批量制造改进佩戴者观察视野的焊接面罩，无需重新配置生产线，节约了规模化的生产成本。

除了加大自动变光过滤器20的弧形水平周向宽度可以提高佩戴者的水平方向的观察视野以外，通过改变自动变光过滤器20的弧度也可以提高佩戴者在头不动的情况下对人眼两侧区域的观察效果。

图5示意性示出了在弧形水平周向宽度不变的前提下不同弧度的自动变光过滤器的示意图，为了清楚在图中仅仅图示了弧形液晶面板，省略了面罩壳体以及自动变光过滤器的其它部分。附图标记20′和20″分别代表弧度不同的弧形液晶面板，且它们的圆弧中心分别由O′和O″图示，面罩的形心由O图示。液晶面板20″的弧度大于液晶面板20′的弧度，因此液晶面板20″的圆弧中心O″位于形心O之前，而液晶面板20′的圆弧中心O′位于形心O之后。本领域技术人员应当清楚，液晶面板20′的圆弧中心O′相对于形心O的位置可以根据需要任意设定，例如O′也可以位于形心O之前或恰好与其重合。

当面罩佩戴好后，在头不动的前提下，佩戴者的右眼1向右透过液晶面板20′或20″的右边缘处向外看以及佩戴者的左眼1向左透过液晶面板20′或20″的左边缘处向外看确定了佩戴者的水平方向的最大视野。如果光线相对于切平面以一角度入射到液晶面板20′或20″上会出现像差，若这个角度越小，则相差越明显。从图5中看，在液晶面板20′或20″的边缘处相对于切平面的这种入射角度由表示θ。可以看出，在弧形水平宽度恒定的情况下，弧度较大的液晶面板20″的入射角度θ2要明显大于弧度较小的液晶面板20′的入射角度θ1。也就是说，若采用弧度较大的液晶面板20″的话，佩戴者的眼睛透过液晶面板边缘处观察到的物体将失真更小。反之，则失真更大。可以想到，这种像差失真的现象在平坦的液晶面板中尤其会表现得更加明显。

虽然增加液晶面板的弧度可以改善边缘成像失真的现象，但是受到强度、设计以及制造成本的限制，液晶面板的弧度不可无限加大，因此在液晶面板的水平圆弧周向宽度与本身的弧度之间确定合适的折衷选择将有利于以更低的成本制造改善佩戴者视野的合适的弧形自动变光过滤器。

应当清楚，本发明的焊接面罩的面罩壳体并不限于如图2至4所示的具体形状。任何可以在其中采用弧形设计的自动变光过滤器的面罩壳体均可以在根据本发明的焊接面罩中采用。

例如，图6示意性示出了根据本发明的另一实施例的焊接面罩的面罩壳体80。该面罩壳体80的前部大体上也呈圆弧形。图6为大体上在与佩戴者眼睛对应的水平高度上所截取的配备有自动变光过滤器的面罩壳体80的横截面图。在该实施例中，弧形自动变光过滤器201包括一体的弧形液晶面板221、(未示出的)太阳能电池单元以及与弧形液晶面板221隔开的弧形保护片301。弧形自动变光过滤器201经由保持组件41以与图2至4所示类似的方式可拆卸地固定在面罩壳体80的观察窗口中。

正如以上所解释的，弧形自动变光过滤器201或其弧形液晶面板221的弧形圆周宽度需要在改善佩戴者水平视野以及面罩壳体结构强度、加工可行性的前提下考虑选择。因此，根据发明人的构思，若面罩或其壳体80的形心为O，则弧形自动变光过滤器201或其弧形液晶面板221以该形心O为中心所扫过的角度ω例如可以是在60度与180度之间、优选为120度。需要指出的是这里的角度ω与弧形自动变光过滤器201或其弧形液晶面板221本身的弧度无关，仅代表弧形自动变光过滤器201或其弧形液晶面板221在水平横截面中沿圆周方向相对于面罩壳体80所扫过的角度。

通常，液晶面板弯曲面积越大的话，则强度有可能降低越多或者导致制造成本急剧上升。因此，为了降低制造成本同时确保液晶面板具有足够的结构强度，可以考虑将如图6所示的一体的弧形液晶面板和/或保护片分成两个部分单独制造然后再组装在一起。图7示出了根据另一个示意性实施例的弧形自动变光过滤器202，其能够与图6所示的面罩壳体80组装在一起。该弧形自动变光过滤器202包括两个分立的弧形液晶面板222以及两个分立的保护片302，它们经由保持组件42固定。该保持组件42与保持组件41的区别在于在中间位置处设置有附加的支承部，用于对两个分立的弧形液晶面板222和两个分立的保护片302提供支持。这两个分立的弧形液晶面板222分别与操作者的每只眼睛相对应。由于附加的支承部大致位于佩戴者的两眼之间，所以不会影响到佩戴者的视线，同时单块弧形液晶面板无需制造成面积较大，降低了制造成本并且较小面积的液晶面板的结构强度也相应提高。

根据本发明的技术方案，焊接面罩采用弧形设计的自动变光过滤器可以为佩戴者提供在水平方向上更大的观察视野，同时最大程度地减小了观察物体时可能出现变形的情况，便于佩戴者在不摇头的情况下更方便且更准确地观察工件的焊接区并完成焊接工作。

尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

Claims (10)

1.一种自动变光焊接面罩，其包括：

面罩壳体；

与所述面罩壳体操作性连接的头带结构；以及

在所述面罩壳体中安装的自动变光过滤器，所述自动变光过滤器包弧形液晶面板，所述弧形液晶面板在所述面罩壳体上向外突出。

2.根据权利要求1所述的自动变光焊接面罩，其特征在于，所述弧形液晶面板为柱面弧形，且操作者佩戴好所述自动变光焊接面罩后，所述柱面的母线与操作者的头部高度方向大致平行或者稍微成一小角度。

3.根据权利要求2所述的自动变光焊接面罩，其特征在于，在与所述柱面的母线垂直且经过所述柱面截取的横截面中观察，所述弧形液晶面板相对于所述焊接面罩的形心所扫过的角度是在60度与180度之间、优选是120度。

4.根据前述权利要求任一所述的自动变光焊接面罩，其特征在于，所述弧形液晶面板包括两个左右对称彼此隔开的弧形液晶面板区段，其中每个区段与佩戴焊接面具的操作者的一只眼相对。

5.根据前述权利要求任一所述的自动变光焊接面罩，其特征在于，还包括保持组件，所述弧形液晶面板经由所述保持组件能够拆卸地安装在所述面罩壳体上。

6.根据权利要求5所述的自动变光焊接面罩，其特征在于，为所述弧形液晶面板提供保护的弧形透明保护片在所述保持组件上保持。

7.根据权利要求3所述的自动变光焊接面罩，其特征在于，在所述横截面中观察，所述弧形液晶面板的弧心位于所述形心后方或前方或大致重合。

8.根据权利要求7所述的自动变光焊接面罩，其特征在于，所述保护片与所述液晶面板的弯曲程度和/或弯曲方向相同或不同。

9.根据前述权利要求任一所述的自动变光焊接面罩，其特征在于，所述自动变光过滤器包括弧形布置的太阳能电池单元。

10.根据权利要求1或2所述的自动变光焊接面罩，其特征在于，所述弧形液晶面板的水平方向的尺寸设置成在操作者佩戴好所述焊接面罩后在头不动的情况下提供能够观察到左右180度视野范围的能力。