CN111220363A - 自动变光焊接滤光镜的光学指标测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动变光焊接滤光镜的光学指标测试系统和方法，该测试系统包括：沿水平方向共轴依次排列的测量光源、承载装置、透镜和第二滤光片，以及光电信号转换模块和光学指标计算模块，其中：测量光源用于提供模拟照明体发出的测量光束，测量光束通过位于承载装置上的自动变光焊接滤光镜后，再通过透镜进行聚焦、通过第二滤光片进行光谱加权积分，形成输出光束；承载装置包括承载待测试的自动变光焊接滤光镜的承载面以及用于模拟焊接弧光的触发光源；光电信号转换模块用于接收输出光束，并将输出光束转换为输出电信号，将输出电信号发送至光学指标计算模块；以及光学指标计算模块根据输出电信号计算自动变光焊接滤光镜的光学指标。

Description

自动变光焊接滤光镜的光学指标测试系统及方法

技术领域

本发明涉及个体防护装备产品的检测技术领域，具体地涉及一种自动变光焊接滤光镜的光学指标测试系统和方法。

背景技术

自动变光焊接滤光镜(Automatic Welding Filter，AWF)是一种可以防御焊接作业中有害强光的光电子产品。当焊接瞬间产生电弧时，可以通过控制电路将AWF的遮光号以毫秒级的速度从较低值(如明态遮光号4，对应可见光透射比在5％左右)转换成较高值(如暗态遮光号11，对应可见光透射比在0.005％左右)，且当有电弧存在时能够保持暗态遮光号。AWF中用于控制遮光号变化的部件是液晶光阀，由液晶、偏光片、导电玻璃、定向层、镀膜片等组成。液晶是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物，在不同电场作用下，具有旋光特性的液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透射比的变化。不同的驱动电压将影响液晶光阀内液晶分子排列的改变程度，最终影响AWF的可见光透射比和遮光号。

AWF的关键光学性能指标包括遮光号(N)、可见光透射比(τ_v)、可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间等。遮光号是用来表示AWF暗度或可见光透射比衰减程度的编号，它是焊接工选用AWF的重要参考依据。可见光透射比是指在规定光照条件和观察条件下，透过AWF的光通量与入射光通量的比。

可见光透射比随时间的变化(Luminous transmittance variation over time)可用于表征AWF能否持续有效地工作在其设定的暗态遮光号下。可见光透射比随时间的变化越大，人眼遭受损伤的可能性越大。AWF的驱动电压不稳或不足等控制电路方面的问题都会导致可见光透射比的变化过大。因此，可见光透射比随时间的变化可直接反映出AWF制造商控制电路的设计和制造水平。

转换时间(Switching time)表征当引弧后AWF由明态变到暗态所需要的时间。当人眼短时间暴露在光辐射下时，其感知的眩光与其接受到的辐照和时间成正比，因此，转换时间关系到电焊工受到弧光辐射的总剂量，直接影响AWF对人眼的保护效果。一般AWF的转换时间为0.2ms左右，人眼的眨眼反应时间为0.25s左右，也就是说，AWF的反应速度比人眼快1000多倍。因此，从人眼遭受光辐射的总量来看，转换时间越短越好。

保持时间(Holding time)表征当收弧后AWF由暗态变到明态所需要的时间，具体是指收弧后AWF可见光透射比上升到暗态可见光透射比的3倍时所经历的时间。如果保持时间太短，强烈的熔池余光易损伤人眼，所以通常规定保持时间应不小于20ms。大多数产品中，AWF的控制电路允许用户依据弧光强弱程度、收弧后熔池消失时间的长短以及个人感受和习惯来设置AWF的保持时间。

综上可知，遮光号、可见光透射比、可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间不仅是AWF的关键技术指标，也是焊接工选用AWF和判断AWF质量优劣的重要依据。其中遮光号是在已知可见光透射比的情况下根据公式计算得到，遮光号相较于可见光透射比更便于日常使用。可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间，这三个指标的相同点在于都是在时间尺度上测量AWF的可见光透射比变化情况。这三个指标的不同点在于：可见光透射比随时间的变化是测量在一段时间内(例如1分钟或更长时间尺度上)AWF可见光透射比的变化；转换时间是测量毫秒甚至微秒时间尺度上AWF可见光透射比的变化；保持时间则是测量秒和毫秒时间尺度上AWF可见光透射比的变化。

目前，用于精确测量可见光透射比和遮光号的方法和设备主要有两种：一种是分光光度计法，该方法计算和测试过程繁琐、费时，不利于工业化生产和产品质量的在线监控；另一种是基于标准A光源的宽光谱测量方法，但标准A光源通常使用的卤钨灯不仅发热量大、能耗高，且使用寿命较短。另一方面，还没有一种可以同时测量遮光号、可见光透射比、可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间的检测设备和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以简单地、低成本地、高度集成化地同时测量自动变光焊接滤光镜的光学指标测试系统和方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种自动变光焊接滤光镜的光学指标测试系统，其特征在于，包括：沿水平方向共轴依次排列的测量光源、承载装置、透镜和第二滤光片，以及光电信号转换模块和光学指标计算模块，其中：所述测量光源用于提供模拟照明体发出的测量光束，所述测量光束通过位于所述承载装置上的自动变光焊接滤光镜后，再通过所述透镜进行聚焦、通过所述第二滤光片进行光谱加权积分，形成输出光束；所述承载装置包括用于承载待测试的自动变光焊接滤光镜的承载面，以及用于模拟焊接弧光的触发光源；所述光电信号转换模块用于接收所述输出光束，并将所述输出光束转换为输出电信号，所述光电信号转换模块与所述光学指标计算模块相连接，将所述输出电信号发送至所述光学指标计算模块；以及所述光学指标计算模块根据所述输出电信号计算所述自动变光焊接滤光镜的光学指标。

在本发明的一实施例中，所述照明体是CIE标准照明体A、CIE标准照明体D65或辐射温度在1900K的普朗克黑体中的任一种。

在本发明的一实施例中，所述光学指标包括：可见光透射比、遮光号、可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间。

在本发明的一实施例中，所述测量光源包括沿水平方向共轴排列的光源本体和第一滤光片，所述光源本体用于提供具有可见光范围的初始光束，所述初始光束通过所述第一滤光片进行光谱修正之后成为所述测量光束。

在本发明的一实施例中，所述光源本体是白光LED。

在本发明的一实施例中，所述自动变光焊接滤光镜包括太阳能电池板，所述承载装置还包括为所述太阳能电池板提供光照的照明光源。

在本发明的一实施例中，所述承载面上包括由透明材料制成的承载区。

在本发明的一实施例中，所述触发光源包括一个或多个交流驱动的红外发光二极管。

在本发明的一实施例中，所述照明光源包括一个或多个可见光发光二极管。

在本发明的一实施例中，还包括与所述光学指标计算模块连接的显示装置，所述显示装置用于显示所述光学指标。

本发明为解决上述技术问题还提出一种自动变光焊接滤光镜的承载装置，其特征在于，包括：箱体，所述箱体的一个表面是用于承载自动变光焊接滤光镜的承载面，所述承载面上包括由透明材料制成的承载区；套筒，设在所述箱体的内部且位于所述承载区下方，所述套筒内依次共轴排列有透镜和滤光片；触发光源，设置在所述箱体内部不同于所述承载面的表面上，用于模拟焊接弧光。

在本发明的一实施例中，还包括为所述自动变光焊接滤光镜上的太阳能电池板提供光照的照明光源。

在本发明的一实施例中，所述触发光源包括一个或多个交流驱动的红外发光二极管。

在本发明的一实施例中，所述照明光源包括一个或多个可见光发光二极管。

在本发明的一实施例中，所述套筒中还包括用于将通过透镜和滤光片的输出光束转换为输出电信号的光电信号转换模块。

本发明为解决上述技术问题还提出一种自动变光焊接滤光镜的光学指标测试方法，使用如前所述的光学指标测试系统进行测试，其特征在于，包括：开启所述测量光源以产生模拟照明体发出的所述测量光束，所述测量光束通过所述透镜和所述第二滤光片形成第一输出光束；所述光电信号转换模块将所述第一输出光束转换为第一输出电信号，并将所述第一输出电信号发送至所述光学指标计算模块，所述光学指标计算模块计算入射光通量；将所述待测试的自动变光焊接滤光镜放置在所述承载装置的承载面上，所述自动变光焊接滤光镜的正面朝向所述承载装置中的触发光源；开启所述触发光源以模拟焊接弧光，所述测量光束通过所述自动变光焊接滤光镜、所述透镜和所述第二滤光片形成第二输出光束；所述光电信号转换模块将所述第二输出光束转换为第二输出电信号，并将所述第二输出电信号发送至所述光学指标计算模块，所述光学指标计算模块计算第二光通量；以及所述光学指标计算模块根据所述入射光通量和所述第二光通量计算所述自动变光焊接滤光镜的光学指标。

在本发明的一实施例中，所述照明体是CIE标准照明体A、CIE标准照明体D65或辐射温度在1900K的普朗克黑体中的任一种。

在本发明的一实施例中，所述光学指标包括：可见光透射比、遮光号、可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间。

在本发明的一实施例中，所述光电信号转换模块以预定采样率、在预定时间内持续接收所述第二输出光束。

在本发明的一实施例中，在开启所述光源之后还包括：校准所述光学指标测试系统。

在本发明的一实施例中，还包括：在开启所述触发光源之前开启所述照明光源。

在本发明的一实施例中，还包括在显示装置上显示所述光学指标。

本发明的光学指标测试系统采用测量光源模拟照明体所发出的测量光束，具有能耗低、使用寿命长、成本低的优点；承载装置利用触发光源模拟焊接弧光，并利用套筒有效的获得自动变光焊接滤光镜的光通量的变化；在一套测试系统中同时获得自动变光焊接滤光镜的遮光号、可见光透射比、可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间等光学指标，可以方便快捷的完成对大批量自动变光焊接滤光镜产品的光学性能测试。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本发明一实施例的自动变光焊接滤光镜的光学指标测试系统的模块图；

图2是本发明一实施例的光学指标测试系统中的第一滤光片的透射比特性曲线示意图；

图3是本发明一实施例中的待测试自动变光焊接滤光镜的示意图；

图4是本发明一实施例的光学指标测试系统中的承载装置的示意图；

图5是本发明一实施例的光学指标测试系统中的第二滤光片的透射比特性曲线示意图；

图6是本发明一实施例的自动变光焊接滤光镜的光学指标测试方法的示例性流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

AWF的遮光号和可见光透射比可以通过公式(1)进行换算。

其中τ_v可以是τ_vA、τ_vD65和τ_v1900K中的任一种，具体取决于测试中所使用的照明体或光源类型，如公式(2)～(4)所示。

在公式(2)～(4)中：

λ：波长；

τ_ν：可见光透射比；

τ_νA：采用CIE(国际照明委员会)标准照明体A时AWF的可见光透射比；

τ_νD65：采用CIE标准照明体D65时AWF的可见光透射比；

τ_ν1900K：采用普朗克黑体(辐射温度在1900K)时AWF的可见光透射比；

V(λ)：明视觉光谱光视效率函数；

S_A(λ)：CIE标准照明体A的光谱分布函数；

S_D65(λ)：CIE标准照明体D65的光谱分布函数；

S_1900K(λ)：辐射温度在1900K时普朗克黑体的光谱分布函数。

AWF的转换时间可以由公式(5)计算。

在公式(5)中：

t＝0：开始引弧时间；

τ_ν(t)：引弧后在时间t时刻的可见光透射比；

τ_ν0：明态可见光透射比；

τ_ν1：暗态可见光透射比；

t＝t{τ_ν(t)＝3τ_ν1}：引弧后可见光透射比下降到暗态可见光透射比τ_ν1的3倍时所需要的时间。

图1是本发明一实施例的自动变光焊接滤光镜(AWF)的光学指标测试系统的模块图。参考图1所示，该实施例的AWF的光学指标测试系统包括：沿水平方向共轴依次排列的测量光源110、承载装置120、透镜130和第二滤光片140，以及光电信号转换模块150和光学指标计算模块160。

其中，测量光源110用于提供模拟照明体所发出的测量光束101。在图1中用粗箭头表示该测量光束101及其传播方向。参考图1所示，测量光束101由测量光源110发出后，到达承载装置120，通过位于该承载装置120上待测试的AWF后，该测量光束101再通过透镜130进行聚焦、通过第二滤光片140进行光谱加权积分，形成输出光束104。该输出光束104被光电信号转换模块150接收并被转换为输出电信号。光电信号转换模块150与光学指标计算模块160相连接，光电信号转换模块150将该输出电信号发送至光学指标计算模块160。光学指标计算模块160根据该输出电信号计算待测试的AWF的光学指标。

在具体实施例中，光电信号转换模块150可以是一种光电探测器，其中可以包括信号处理功能，例如可以包括具有数据采集、存储、滤波、信号放大等功能的元件。

照明体可以是前文所述的CIE标准照明体A、CIE标准照明体D65或辐射温度在1900K的普朗克黑体中的任一种。

在一些实施例中，该光学指标包括：可见光透射比、遮光号、可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间。关于这些光学指标的计算方法可以参考公式(1)～(5)。对于公式的选取根据所要选取的照明体类型而定。例如，在本发明的优选实施例中，测量光源110用于提供模拟标准照明体A光源所发出的测量光束101，因此结合公式(1)和(2)来计算可见光透射比τ_vA和遮光号，其中用到CIE标准照明体A的光谱分布函数S_A(λ)。公式(5)中的可见光透射比也采用τ_vA。在其它的实施例中，测量光束101也可由CIE标准照明体D65或辐射温度为1900K的普朗克黑体中的任一种提供。相应地，在计算光学指标时，不同的照明体或光源应采用其相对应的光谱分布函数，如公式(3)和(4)中的S_D65(λ)和S_1900K(λ)。

具体地，当承载装置120上未放置样品时，根据本发明的光学指标测试系统获得由测量光源发射的测量光束所产生的入射光通量；接着，在承载装置120上放置AWF样品，模拟焊接弧光产生前后，AWF的可见光透射比发生改变，在该变化过程中，根据本发明的光学指标测试系统获得实时变化的第二光通量。结合前文所述的公式(1)～(4)可以计算出该AWF的可见光透射比、遮光号，从而获得可见光透射比随时间的变化，根据公式(5)可以计算出转换时间，以及保持时间的定义获得保持时间。具体的测试方法将在后文中进行说明。

需要说明，根据本发明的光学指标测试系统可以同时对上述光学指标进行测量。本领域技术人员可以采用本发明的光学指标测试系统计算上述光学指标中的一个或多个。

在一些实施例中，光学指标计算模块160可以是计算机或计算机可读存储介质。光电信号转换模块150可以通过有线(图1中的实线箭头)或无线(图1中的虚线箭头)的方式与光学指标计算模块160连接，并通过有线或无线的方式将输出电信号发送至光学指标计算模块160。另一方面，光学指标计算模块160可以发送指令至光电信号转换模块150和承载装置120上的触发光源，以控制光电信号转换模块150的工作参数和触发光源开启和关闭时刻等。

在一些实施例中，可以通过外接的计算机对本发明的光学指标测试系统进行统一的控制。例如，外接计算机与光电信号转换模块150、光学指标计算模块160以及承载装置上的触发光源和照明光源相连接并对其进行控制。

在一些实施例中，本发明的光学指标测试系统中还包括与光学指标计算模块160连接的显示装置，该显示装置用于显示由光学指标计算模块160计算出来的光学指标。该显示装置可以是显示器、显示屏以及任意具有显示功能的装置。本发明对于光学指标的显示方式不做限制，在显示装置中可以通过数字、曲线、图表等方式来显示光学指标。

在一些实施例中，该显示装置可以包括在外接计算机中，可以通过外接计算机控制显示装置以及光学指标的显示方式。

在一些实施例中，光学指标计算模块160实时地计算光学指标，显示装置同步地、实时地将光学指标显示出来。

参考图1所示，在一些实施例中，测量光源110包括沿水平方向共轴排列的光源本体111和第一滤光片112，该光源本体111用于提供具有可见光范围的初始光束102，初始光束102通过该第一滤光片112修正之后成为测量光束101。

在一些实施例中，该光源本体111是白光LED。白光LED所发射出的光谱在可见光范围内，覆盖380nm～780nm波长范围。

图2是本发明一实施例的光学指标测试系统中的第一滤光片的透射比特性曲线示意图。其中，横轴为波长，单位是nm，纵轴是透射比，单位是％。参考图2所示，该第一滤光片112对可见光谱中的波长较高的部分光波具有较高的透射比，对波长较低的部分光波的透射比相对偏低。

参考图1，结合光源本体111和第一滤光片112，可以获得模拟标准照明体A光源的测量光束。相比通常使用的卤钨灯，本发明所采用的光源本体111可以是白光LED这样的冷光源，具有能耗低、使用寿命长、成本低的优点。

在其它的实施例中，采用具有其它透射比特性曲线的第一滤光片，配合光源本体111，可以获得模拟CIE标准照明体D65或辐射温度在1900K的普朗克黑体所发出的光束。

图3是本发明一实施例中待测试自动变光焊接滤光镜(AWF)的示意图。参考图3所示，该AWF300除了液晶光阀310之外，还包括用于接收焊接弧光并将焊接弧光转换为电信号的光敏元件320，以及根据电信号来控制液晶光阀310遮光号的控制电路(图未示)。可以理解，图3所示仅为示意，不用于限制本发明的AWF300的具体形状、液晶光阀310的具体形状和大小、光敏元件320的具体数量和位置等。在图3所示的实施例中，该AWF300包括两个光敏元件320。

通常，AWF300具有正反面之分。其正面，也称前面，即该产品朝向焊接弧光的一面。在进行光学指标测试时，将AWF300放置在承载装置120上时，需注意AWF300的正面应朝下放置于承载装置120上，以便光敏元件320能够接收到触发光源的信号。

在一些实施例中，AWF300还可以包括为控制电路供电的太阳能电池板330，如图3所示。在白天或AWF300被放置在有光的环境中时，太阳能电池板330接收光照，使AWF300处于待机状态，此时，如果在AWF300前方发生焊接弧光，AWF300的控制电路控制其改变遮光号，从而起到防护作用。在夜里或AWF300被放置在没有光的环境中时，太阳能电池板330没有光照，AWF300自动处于休眠或关机状态，可以节约电量。例如，当环境光小于5勒克斯时，太阳能电池板的输出电压小于1V，控制电路会切断AWF内部的供电电源，使产品处于关机或休眠状态，以降低产品的功耗。

图3不用于限制该太阳能电池板330的具体位置、形状、大小以及性能等。

图4是本发明一实施例的光学指标测试系统中的承载装置的示意图。参考图4所示，本发明的光学指标测试系统中的承载装置400包括用于承载图3所示的AWF300的承载面410，以及用于模拟焊接弧光的触发光源420。在一些实施例中，该承载装置400的承载面410上包括由透明材料制成的承载区411。

参考图4所示，该实施例的承载装置400包括箱体401。该箱体401呈六面体状。该箱体401的一个表面是用于承载AWF的承载面410，该承载面410上包括由具有一定厚度的透明材料制成的承载区411。优选地，该承载区411采用透明的PC板，厚度为10mm。为了增加PC板的耐磨性能，还对PC板的上表面进行镀膜加硬处理。在一些实施例中，还可以在PC板的上表面贴一层防刮擦膜。在一些实施例中，承载区411可以采用透明的玻璃板。

参考图4所示，该承载区411的面积小于承载面410的总面积，并位于承载面410的中部。承载区411的形状呈矩形，与图3所示的AWF300的镜片310的形状类似。可以理解，图4所示仅为示例。在其他的实施例中，承载区411可以覆盖整个承载面410，即该承载面410全部由透明材料制成。承载区411也可以是其他的形状和大小。

图4中还示出了该承载装置400位于光学指标测试系统中时，测量光束101的传播方向X。结合图1所示，由测量光源110所发出的测量光束101沿着方向X通过位于承载装置400上所放置的待测试的AWF。优选地，在本发明的光学指标测试系统中，承载面410的中心与测量光源110的中心轴共轴。

在本发明的实施例中，承载装置400中还包括触发光源420，设置在箱体内部不同于承载面的表面上，用于模拟焊接弧光。本发明的承载装置400中可以包括控制单元，或者通过外部的控制单元来开启和关闭触发光源，并记录其开启和关闭的时刻。

在图4所示的实施例中，承载装置400中包括两个触发光源420。该触发光源420设置在箱体401内部相对于承载面410的表面430上。通常，焊接弧光是来自于焊接工的正面，因此，这样设置可以更好的模拟焊接的现场。当然，在其他的实施例中，触发光源420还可以设置在箱体401内部除承载面410之外的内表面上。

可以理解，触发光源420和承载面410之间具有一定的空间，由触发光源420发出的模拟焊接弧光可以到达放置在承载面410上的AWF300的光敏元件320处，光敏元件320接收到该模拟焊接弧光，触发AWF的控制电路改变该液晶光阀310的遮光号，也就是使镜片处于暗态，从而起到保护人眼的作用。

参考图4所示，该承载装置400中还包括一套筒440。套筒440设置在箱体401的内部且位于承载区411下方。在套筒440内依次共轴排列有透镜130和第二滤光片140。

优选地，在本发明的光学指标测试系统中，承载面410的中心、套筒440、透镜130和第二滤光片140都与测量光源110的中心轴共轴。

当测量光束101沿方向X通过放置在承载区411上待测AWF后，继续进入套筒440，依次通过其中的透镜130进行聚焦、第二滤光片140进行光谱加权积分，形成输出光束，也就是图1中所示的输出光束104。套筒440可以通过例如光纤与外置设备相连接，从而将输出光束引出，在外置设备中对光信号进行进一步的处理。在本发明的光学指标测试系统中，套筒440可以与光电信号转换模块150相连接，光电信号转换模块150将该输出光束104转换为输出电信号，进而将该输出电信号发送至光学指标计算模块160。可以理解，光电信号转换模块150可以包括其它信号处理功能，例如滤波、放大等功能。本发明中所述的输出电信号包括经过对原始的输出电信号进行放大、滤波等处理之后所获得的输出电信号。在一些实施例中，光学指标计算模块160根据输出电信号计算出该AWF的光学指标，该光学指标计算模块160还与显示装置相连接，显示装置用于显示该光学指标。

在另一些实施例中，光电信号转换模块150可以内置在套筒440中，套筒440中依次共轴的排列有透镜130、第二滤光片140和光电信号转换模块150。该套筒440与外置设备相连接，将输出电信号发送到光学指标计算模块160等中。

在图4所示的实施例中，套筒440紧挨着承载区411，也就是说，通过AWF之后的光束可以直接进入套筒440，使进入套筒440的光束只包括测量光束101通过AWF之后的光束，而不包括其他杂散光。套筒440的横截面积小于承载区411的面积，并且位于承载区411的中心位置。

在一些实施例中，承载区411与套筒440相接触的区域为镂空，可以使测量光束101通过AWF之后直接进入套筒440内的透镜和滤光片，而不需要再通过承载区411上的透明材料。优选地，该镂空区域与套筒440的横截面大小相同。套筒440本身由不透明材料制成。

图4不用于限制套筒440的实际大小和形状。在一些实施例中，套筒440的横截面应大于测量光束101的横截面积。在一些实施例中，套筒440的横截面可以是圆形、矩形等。

参考图4所示，在承载装置400的箱体401内部还设置有两个照明光源450。对于有太阳能电池板的AWF来说，该照明光源450用于为太阳能电池板提供光照。在图4所示的实施例中，照明光源450处于触发光源420所在表面430上，并分别排列在两个触发光源420的两边。图4不用于限制触发光源420和照明光源450的数量和位置。在一些实施例中，触发光源420和照明光源450可以分别设置于箱体401内不同的内表面上。在有多个触发光源420和照明光源450的实施例中，也可以分散、交错地设置在箱体401内不同的内表面上。承载装置400可以通过自身的控制单元，或外部的控制单元来分别控制触发光源420和照明光源450的开启和关闭，并记录其开启和关闭的时刻。

在一些实施例中，触发光源420包括一个或多个交流驱动的红外发光二极管。优选地为850nm的红外发光二极管。在其它的实施例中，触发光源420也可以采用紫外或可见光的发光二极管。

在一些实施例中，照明光源450包括一个或多个可见光发光二极管。

在本发明的优选实施例中，套筒440为直径为30mm的圆柱形黑筒。承载区411与套筒440接触的镂空区域为直径为30mm的圆孔。透镜130为平凸透镜，其标称直径为25.4mm，焦距为30mm。第二滤光片140的透射比特性曲线如图5所示。其中，横轴为波长，单位是nm，纵轴进行了归一化处理的透射比。参考图5所示，该第二滤光片140对波长在555nm左右的光波来说，其透射比最大。第二滤光片140的特性即公式(2)～(4)中所用到的明视觉光谱光视效率函数V(λ)。因此，根据测量光束经过AWF之后，再通过透镜130和第二滤光片140之后所获得的输出光束，就可以获得可见光透射比τ_v，以及其他相关的光学指标。

本发明还包括一种独立的自动变光焊接滤光镜的承载装置，包括箱体，箱体的一个表面是用于承载AWF的承载面，承载面上包括由透明材料制成的承载区；套筒，设在箱体的内部且位于承载区下方，套筒内依次共轴排列有透镜和滤光片；触发光源，设置在箱体内部不同于承载面的表面上，用于模拟焊接弧光。该承载装置可以与其他的测试元件一起，用于测试AWF的光学指标。该承载装置的结构以及相关的变化例与前文所述的光学指标测试系统中的承载装置120相同，其中的滤光片即前文所述的第二滤光片140。因此，前文的描述都可以用于说明该独立的承载装置。

该独立的承载装置可以与其它的测试元件一起，用来对AWF的光学性能进行测试。该其它的测试元件不限于前文所述的光学指标测试系统中除承载装置之外的元件。

在一些实施例中，该独立的承载装置还包括为AWF上的太阳能电池板提供光照的照明光源。

在一些实施例中，该独立的承载装置中的触发光源包括一个或多个交流驱动的红外发光二极管。

在一些实施例中，该独立的承载装置中的照明光源包括一个或多个可见光发光二极管。

在一些实施例中，该独立的承载装置中的套筒中还包括用于将通过透镜和滤光片的输出光束转换为输出电信号的光电信号转换模块。

图6是本发明一实施例的AWF的光学指标测试方法的示例性流程图。该光学指标测试方法使用如前文所述的光学指标测试系统对AWF的光学指标进行测试。参考图6所示，该实施例的测试方法包括以下步骤：

步骤610，开启测量光源以产生模拟照明体发出的测量光束，测量光束通过透镜和第二滤光片形成第一输出光束。

在本步骤610中，待测试的AWF尚未放置在光学指标测试系统中的承载装置上。参考图1所示，当测量光源110开启时，产生测量光束101，该测量光束101可以通过承载装置120上的透光的承载区、透镜130和第二滤光片140之后形成第一输出光束。

在一些实施例中，在步骤610中开启测量光源之后，还包括校准该光学指标测试系统的步骤。具体地，该校准步骤包括调整光学指标测试系统中的各个元件的位置，使各个元件共轴的排列，以使测量光束101可以沿着承载装置120、透镜130和第二滤光片140的中心轴传播。

步骤620，光电信号转换模块将第一输出光束转换为第一输出电信号，并将第一输出电信号发送至光学指标计算模块，光学指标计算模块计算入射光通量。

在本步骤，根据第一输出光束可以计算初始的入射光通量。光通量的计算方法可以参考公式(2)～(4)中的分母部分。也可以采用本领域常用的方法来计算，在此不做限制。

步骤630，将待测试的AWF放置在承载装置的承载面上，AWF的正面朝向承载装置中的触发光源。

参考图4所示，承载面411上的黑色区域用于表示AWF的液晶光阀460，也即AWF的变光区域，同样也是本发明的测试系统所要测试的对象。该液晶光阀460的正面向下，朝向承载装置400内部的触发光源420。

在图4所示的实施例中，将AWF直接放置在承载面411上。该AWF可以是从护具上拆卸下来的单独的一片滤光镜，具备变光能力。在其他的实施例中，可以将包括AWF的护具直接放置在承载装置400上，并使其上的AWF位于承载面411的区域中，该护具的其他部位不会遮挡测试系统中的光束通路。

步骤640，开启触发光源以模拟焊接弧光，测量光束通过AWF、透镜和第二滤光片形成第二输出光束。

参考图4所示，当触发光源420被开启时，其所模拟的焊接弧光会触发AWF的控制电路改变其可见光透射比，从而改变其遮光号，使AWF变暗以起到防护的作用。

在一些实施例中，在开启触发光源之前开启照明光源。在这些实施例中，AWF中包括太阳能电池板。提前开启照明光源的目的是为了确保该AWF处于待机状态。这样，当开启触发光源之后，模拟的焊接弧光可以触发该AWF马上处于工作状态，即控制电路马上改变AWF的可见光透射比。

结合上述的实施例，本发明的测试方法中，对于有太阳能电池板供电的AWF来说，照明光源应早于触发光源开启。

步骤650，光电信号转换模块将第二输出光束转换为第二输出电信号，并将第二输出电信号发送至光学指标计算模块，光学指标计算模块计算第二光通量。

在本步骤，根据第二输出光束可以计算通过工作状态下的AWF的第二光通量。第二光通量的计算方法可以参考公式(2)～(4)中的分子部分。也可以采用本领域常用的方法来计算，在此不做限制。

步骤660，光学指标计算模块根据入射光通量和第二光通量计算AWF的光学指标。

如前文所述，根据通过AWF的第二光通量和初始的入射光通量的比可以获得该AWF的可见光透射比τ_vA。将该可见光透射比τ_vA带入公式(1)，即可以计算出AWF的遮光号N。

光电信号转换模块实时地接收光信号，并实时地将光信号转换为电信号发送给光学指标计算模块，光学指标计算模块可以实时地计算光学指标。

在一些实施例中，光学指标计算模块与显示装置相连接，显示装置也可以实时地显示计算出来的光学指标的结果。例如，在显示装置中以数值、曲线、图表等方式显示实时获得的可见光透射比和遮光号。

在一些实施例中，光电信号转换模块以预定采样率、在预定时间内持续接收第二输出光束。在这种情况下，光电信号转换模块实时的将第二输出光束转换为第二输出电信号。光学指标计算模块也可以实时地计算光学指标。

转换时间是自动变光焊接滤光镜由明态变到暗态所需要的时间。因此，光学指标计算模块根据所获得变化的可见光透射比，来计算可见光透射比从明态下降到暗态可见光透射比的3倍时所需要的时间，再根据公式(5)来计算转换时间。

保持时间的计算可以根据其定义来计算。光学指标计算模块根据所获得的变化的可见光透射比，计算在触发光源关闭之后，即收弧后，AWF的可见光透射比上升到暗态可见光透射比的3倍时所经历的时间。

在一些实施例中，为了精确的测量AWF的转换时间和保持时间，可以按照前述步骤重复多次来进行，即多次打开和关闭触发光源，以所获得的多次转换时间的平均值以及多次保持时间的平均值分别作为该AWF的转换时间和保持时间。

光学指标计算模块根据持续接收的第二输出光束获得可见光透射比随时间的变化这一指标。可以根据需要来设置该持续时间的长短，本发明对此不做限制。预定采样率的优选值为5000Hz。预定时间的优选值为5分钟。

根据本发明的光学指标测试设备和方法，可以降低测试设备的成本，提高测试设备的寿命，利用一套设备即可以同时获得AWF的可见光透射比、遮光号、可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间等光学指标，可以方便快捷的完成对大批量的AWF的光学性能测试。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (22)

1.一种自动变光焊接滤光镜的光学指标测试系统，其特征在于，包括：沿水平方向共轴依次排列的测量光源、承载装置、透镜和第二滤光片，以及光电信号转换模块和光学指标计算模块，其中：

所述测量光源用于提供模拟照明体发出的测量光束，所述测量光束通过位于所述承载装置上的自动变光焊接滤光镜后，再通过所述透镜进行聚焦、通过所述第二滤光片进行光谱加权积分，形成输出光束；

所述承载装置包括用于承载待测试的自动变光焊接滤光镜的承载面，以及用于模拟焊接弧光的触发光源；

所述光电信号转换模块用于接收所述输出光束，并将所述输出光束转换为输出电信号，所述光电信号转换模块与所述光学指标计算模块相连接，将所述输出电信号发送至所述光学指标计算模块；以及

所述光学指标计算模块根据所述输出电信号计算所述自动变光焊接滤光镜的光学指标。

2.如权利要求1所述的光学指标测试系统，其特征在于，所述照明体是CIE标准照明体A、CIE标准照明体D65或辐射温度在1900K的普朗克黑体中的任一种。

3.如权利要求1所述的光学指标测试系统，其特征在于，所述光学指标包括：可见光透射比、遮光号、可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间。

4.如权利要求1所述的光学指标测试系统，其特征在于，所述测量光源包括沿水平方向共轴排列的光源本体和第一滤光片，所述光源本体用于提供具有可见光范围的初始光束，所述初始光束通过所述第一滤光片进行光谱修正之后成为所述测量光束。

5.如权利要求4所述的光学指标测试系统，其特征在于，所述光源本体是白光LED。

6.如权利要求1所述的光学指标测试系统，其特征在于，所述自动变光焊接滤光镜包括太阳能电池板，所述承载装置还包括为所述太阳能电池板提供光照的照明光源。

7.如权利要求1所述的光学指标测试系统，其特征在于，所述承载面上包括由透明材料制成的承载区。

8.如权利要求1所述的光学指标测试系统，其特征在于，所述触发光源包括一个或多个交流驱动的红外发光二极管。

9.如权利要求6所述的光学指标测试系统，其特征在于，所述照明光源包括一个或多个可见光发光二极管。

10.如权利要求1所述的光学指标测试系统，其特征在于，还包括与所述光学指标计算模块连接的显示装置，所述显示装置用于显示所述光学指标。

11.一种自动变光焊接滤光镜的承载装置，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体的一个表面是用于承载自动变光焊接滤光镜的承载面，所述承载面上包括由透明材料制成的承载区；

套筒，设在所述箱体的内部且位于所述承载区下方，所述套筒内依次共轴排列有透镜和滤光片；

触发光源，设置在所述箱体内部不同于所述承载面的表面上，用于模拟焊接弧光。

12.如权利要求11所述的承载装置，其特征在于，还包括为所述自动变光焊接滤光镜上的太阳能电池板提供光照的照明光源。

13.如权利要求11所述的承载装置，其特征在于，所述触发光源包括一个或多个交流驱动的红外发光二极管。

14.如权利要求12所述的承载装置，其特征在于，所述照明光源包括一个或多个可见光发光二极管。

15.如权利要求11所述的承载装置，其特征在于，所述套筒中还包括用于将通过透镜和滤光片的输出光束转换为输出电信号的光电信号转换模块。

16.一种自动变光焊接滤光镜的光学指标测试方法，使用如权利要求1-10中任一项所述的光学指标测试系统进行测试，其特征在于，包括：

开启所述测量光源以产生模拟照明体发出的所述测量光束，所述测量光束通过所述透镜和所述第二滤光片形成第一输出光束；

所述光电信号转换模块将所述第一输出光束转换为第一输出电信号，并将所述第一输出电信号发送至所述光学指标计算模块，所述光学指标计算模块计算入射光通量；

将所述待测试的自动变光焊接滤光镜放置在所述承载装置的承载面上，所述自动变光焊接滤光镜的正面朝向所述承载装置中的触发光源；

开启所述触发光源以模拟焊接弧光，所述测量光束通过所述自动变光焊接滤光镜、所述透镜和所述第二滤光片形成第二输出光束；

所述光电信号转换模块将所述第二输出光束转换为第二输出电信号，并将所述第二输出电信号发送至所述光学指标计算模块，所述光学指标计算模块计算第二光通量；以及

所述光学指标计算模块根据所述入射光通量和所述第二光通量计算所述自动变光焊接滤光镜的光学指标。

17.如权利要求16所述的光学指标测试方法，其特征在于，所述照明体是CIE标准照明体A、CIE标准照明体D65或辐射温度在1900K的普朗克黑体中的任一种。

18.如权利要求16所述的光学指标测试方法，其特征在于，所述光学指标包括：可见光透射比、遮光号、可见光透射比随时间的变化、转换时间和保持时间。

19.如权利要求16所述的光学指标测试方法，其特征在于，所述光电信号转换模块以预定采样率、在预定时间内持续接收所述第二输出光束。

20.如权利要求16所述的光学指标测试方法，其特征在于，在开启所述光源之后还包括：校准所述光学指标测试系统。

21.如权利要求16所述的光学指标测试方法，其特征在于，还包括：在开启所述触发光源之前开启所述照明光源。

22.如权利要求16所述的光学指标测试方法，其特征在于，还包括在显示装置上显示所述光学指标。

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