CN113244047A - 参数自适应调节的自动变光滤光镜及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接面罩技术领域，尤其涉及一种参数自适应调节的自动变光滤光镜，包括：焊接弧光强度检测单元，提供用于确定焊接弧光强度的第一信号；太阳能供电组件，为焊接弧光强度检测单元提供电能，且提供用于确定环境光线强度的第二信号；CPU及光阀，CPU根据第一信号及第二信号计算焊接弧光强度与环境光线强度的差值，且根据差值对光阀色号进行控制。本发明中所提供的自动变光滤光镜可实现色号的自动调节，且在调节过程中通过环境光线强度对焊接弧光强度的信号进行修订，可有效确保最终色号确定的准确性，通过上述自适应的调节，能够节约使用者的工作时间，提高工作效率。同时本发明中还请求保护一种参数自适应调节的自动变光滤光镜的工作方法。

Description

参数自适应调节的自动变光滤光镜及其工作方法

技术领域

本发明涉及焊工用焊接面罩技术领域，尤其涉及一种参数自适应调节的自动变光滤光镜及其工作方法。

背景技术

在焊接作业时，不同类型的焊接就会产生不同的焊接弧光以及不同的热辐射强度，为了应对不同的焊接作业类型，操作人员必须要在焊接前，多次尝试设置自动变光滤光镜（auto darkning filter 以下简称ADF）的各项参数，已达到能够符合当前焊接的最佳状态。

即便当焊接的类型确定完成，不同的焊接工件适应的焊接电流也不同，从而产生的电焊弧光强弱也不一样，即便是同一个焊接工件，不同的焊接位置，不同的焊接角度也会产生不同的焊接弧光强度，因此此时也同样需要使用者不停的设置ADF的各项参数，来适配当前的电焊弧光情况。

另外，目前市面上主流的ADF都是使用的光电检测技术，即使用光电传感器来探测电焊弧光的强度，控制光阀的开启和关闭，从而起到对用户眼睛的保护作用；但是这一类光电传感器在检测电焊弧光的同时，也受到了周围环境光线的干扰，如照明的灯光、太阳光线、车辆灯光等。这些干扰的光线会影响ADF对电焊弧光的准确判断，当干扰光线存在的时候，使用者需要经常性的修正ADF的参数，以适配当前的工作状况。

鉴于上述问题的存在，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，创造出一种参数自适应调节的自动变光滤光镜及其工作方法。

发明内容

本发明提供了一种参数自适应调节的自动变光滤光镜，可有效解决背景技术中问题。同时还提供了一种参数自适应调节的自动变光滤光镜的工作方法，具有同样的技术效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

参数自适应调节的自动变光滤光镜，包括：

焊接弧光强度检测单元，提供用于确定焊接弧光强度的第一信号；

太阳能供电组件，为所述焊接弧光强度检测单元提供电能，且提供用于确定环境光线强度的第二信号；

CPU及光阀，所述CPU根据所述第一信号及第二信号计算焊接弧光强度与环境光线强度的差值，且根据所述差值对所述光阀色号进行控制。

进一步地，还包括焊接动作检测单元，所述焊接动作检测单元提供用于确定焊接动作是否执行的第三信号，所述CPU根据所述第三信号确定所述差值计算的起始时间。

进一步地，所述太阳能供电组件包括：

太阳能板，通过环境光线进行发电，且根据所述环境光线的变化而产生不同的电压信号作为所述第二信号；

第一ADC模数转换器，采集所述第二信号且转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号传输至所述CPU。

进一步地，所述焊接弧光强度检测单元包括：

光学传感器，用于检测环境光强度信号；

第一运算放大器，对所述环境光强度信号进行放大作为所述第一信号；

第二ADC模数转换器，采集所述第一信号且转换为第一数字信号，并将所述第一数字信号传输至所述CPU。

进一步地，所述焊接动作检测单元包括：

红外传感器，用于检测由被焊接物体辐射的红外线信号；

第二运算放大器，对所述红外线信号进行放大作为所述第三信号；

ACMP比较器，采集所述第三信号且进行处理，并将处理后的信号传输至所述CPU。

进一步地，所述CPU与所述第二运算放大器连接，对所述第二运算放大器的放大倍数进行控制。

进一步地，还包括分别与所述CPU连接的RAM存储模块和Flash存储模块；

所述RAM存储模块一一对应存储所述第一数字信号及第二数字信号；

所述Flash存储模块用于存储不同色号与弧光强度间的对应关系；

所述CPU通过所述第一数字信号及第二数字信号的差值而获得所述弧光强度，且通过所述对应关系获得所需色号。

进一步地，所述CPU与光阀间还设置有定时器模块，用于设定所述光阀从黑态转变为待机亮态的延时时间。

参数自适应调节的自动变光滤光镜的工作方法，包括以下步骤：

对焊接弧光强度进行检测，获得用于确定焊接弧光强度的第一信号；

通过环境光线进行发电，且通过电压信号作为判断焊接场所中环境光线强度的第二信号；

根据所述第一信号和第二信号计算焊接弧光强度与环境光线强度的差值，且根据所述差值对光阀色号进行控制。

进一步地，还包括：

对被焊接物体所辐射的红外线进行检测；

对检测到的红外线信号进行放大获得第三信号，通过所述第三信号对焊接动作是否执行进行判断，且通过对放大倍数的调节实现自动变光滤光镜灵敏度的调节。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

本发明中提供了一种光阀色号自动调节的自动变光滤光镜，且在色号调节的过程中，通过环境光线强度的获取对焊接弧光强度的信号进行修订，排除如照明灯光、太阳光线、车辆灯光等多种因素的综合影响，且无论是环境光线强度或是焊接弧光强度的采集均是在工作当下进行的，可有效确保最终色号确定的准确性，针对不同焊接类型、不同焊接电流及不同焊接角度均可提供最佳匹配的色号，从而达到能够符合当前焊接的最佳状态。

另外，通过对本发明的进一步优化，还可实现灵敏度及延时等参数数值与环境变量的对应关系，从而实现包括色号、灵敏度及延时三个参数的自适应调节，从而能够节约使用者的工作时间，提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中参数自适应调节的自动变光滤光镜的总体框架图；

图2为图1中参数自适应调节的自动变光滤光镜的优化框架图；

图3为太阳能供电组件的框架图；

图4为焊接弧光强度检测单元的框架图；

图5为焊接动作检测单元的框架图；

图6为本发明中参数自适应调节的自动变光滤光镜的详细框架图；

图7 为色号和孤光强度间的对应关系拟合曲线；

图8为自动设置参数模式下，变光滤光镜的工作流程图；

图9为手动设置参数模式下，变光滤光镜的工作流程。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1~9所示，参数自适应调节的自动变光滤光镜，包括：焊接弧光强度检测单元，提供用于确定焊接弧光强度的第一信号；太阳能供电组件，为焊接弧光强度检测单元提供电能，且提供用于确定环境光线强度的第二信号；CPU及光阀，CPU根据第一信号及第二信号计算焊接弧光强度与环境光线强度的差值，且根据差值对光阀色号进行控制。

上述实施例中，提供了一种光阀色号自动调节的自动变光滤光镜，且在色号调节的过程中，通过环境光线强度的获取对焊接弧光强度的信号进行修订，排除如照明灯光、太阳光线、车辆灯光等多种因素的综合影响，且无论是环境光线强度或是焊接弧光强度的采集均是在工作当下进行的，可有效确保最终色号确定的准确性，针对不同焊接类型、不同焊接电流及不同焊接角度均可提供最佳匹配的色号，从而达到能够符合当前焊接的最佳状态。通过上述自适应的调节，能够节约使用者的工作时间，提高工作效率。

为了更为准确且及时有效的对色号进行调节，作为上述实施例的优选，参见图2，还包括焊接动作检测单元，焊接动作检测单元提供用于确定焊接动作是否执行的第三信号，CPU根据第三信号确定差值计算的起始时间。其中，第三信号的获取目的在于自动的判断对光阀进行控制的时机，具体通过对差值计算的起始时间来确定。当然，在实施的过程中，差值的计算优选周期性进行，从而使得焊接工作中的变化过程持续的被自动变光滤光镜所感知，其中，单个周期的时长根据具体的要求设定即可，但需要保证的是第一信号和第二信号获取的同步性，从而避免因延时而造成的差值偏差，在不进行差值计算时，第一信号和第二信号是否采集均可。

其中，如图3所示，太阳能供电组件包括：太阳能板，通过环境光线进行发电，且根据环境光线的变化而产生不同的电压信号作为第二信号；第一ADC模数转换器，采集第二信号且转换为第二数字信号，并将第二数字信号传输至CPU。

在本优选方案中，太阳能板既作为功能单元提供电能从而实现电能的辅助供给，同时还作为控制信号的提供者而通过自身电压随环境光线的变化而提供环境光线强度的推断依据，有效的实现了多功能化，信号经过数字化转换，可直接供CPU进行调用，本优选方案中，通过对电压信号的采集替代了其他类型传感器的使用，降低了实施的成本。在实施过程中，焊接工作的进行是在局部空间内实现的，因此焊接弧光强度对太阳能板电压的影响是可以忽略不计的，对背景光线的强度并无影响，因此通过电压信号作为环境光线的推断依据准确性较高，可实现焊接弧光强度的高精度校准。

作为上述实施例的优选，如图4所示，焊接弧光强度检测单元包括：光学传感器，用于检测环境光强度信号；第一运算放大器，对环境光强度信号进行放大作为第一信号；第二ADC模数转换器，采集第一信号且转换为第一数字信号，并将第一数字信号传输至CPU。通过光学传感器的使用，可对焊接的动作进行及时的采集，具体可采用光电二极管，且带有对光线的滤波功能；当然，此处光学传感器所采集的环境光强度信号是包括环境中多种光线影响的。

作为上述实施例的优选，如图5所示，焊接动作检测单元包括：红外传感器，用于检测由被焊接物体辐射的红外线信号；第二运算放大器，对红外线信号进行放大作为第三信号；ACMP比较器，采集第三信号且进行处理，并将处理后的信号传输至CPU，从而可使得CPU对是否存在弧光进行准确的判断，具体地，ACMP比较器能够将输入的模拟信号与基准电压相比较，将模拟输入信号转化为数字信号输出，以供给后续的CPU使用；当输入的模拟信号高于基准电压的时候，ACMP比较器输出高电平；当输入的模拟信号低于基准电压的时候，ACMP比较器输出低电平，使得不规则的模拟信号变为有规律的数字信号，从而实现焊接弧光的准确判断。当确定存在焊接弧光，可通过控制电路来驱动光阀变黑，达到保护使用者眼睛的目的。

为了实现自动变光滤光镜灵敏度的自动调节，作为上述实施例的优选，如图5中虚线部分所示， CPU与第二运算放大器连接，对第二运算放大器的放大倍数进行控制。

通过对第二运算放大器放大倍数的控制，可获得有效数据和无效数据的不同区分标准，更大的放大倍数会提高有效数据的比例，从而提高灵敏度，而更小的放大倍数则会降低有效数据的比例，从而降低灵敏度；其中，有效数据会作为第三信号被利用，而因放大倍数的改变而被认定为无效的数据则可忽略，从而不对焊接弧光强度检测单元或者太阳能供电组件的工作造成影响。

当周围环境存在灯光、阳光等其他光线干扰的时候，CPU自动降低第二运算放大器的放大倍数，减少干扰光线对自动变光滤光镜的影响，防止出现误动作；当周围环境光线较暗，且焊接弧光信号比较微弱的时候，CPU自动提高第二运算放大器的放大倍数，提高焊接弧光信号的检出正确率。

在实施过程中，为了降低CPU的运算难度，且实现数据的储存，如图6所示，参数自适应调节的自动变光滤光镜还包括分别与CPU连接的RAM存储模块和Flash存储模块；其中，RAM存储模块一一对应存储第一数字信号及第二数字信号；Flash存储模块用于存储不同色号与弧光强度间的对应关系；CPU通过第一数字信号及第二数字信号的差值而获得弧光强度，且通过对应关系获得所需色号。

通过两个存储模块的使用，一方面实现了各信号的及时有效存储，同时CPU的数据调用也更加方便，通过计算获得的差值与预先存储的标准曲线的比对可快速获取所需的色号。

为了便于CPU的计算，如图7所示，优选将色号和孤光强度间的对应关系拟合成曲线，由于单片机的CPU无法直接处理连续的模拟量信号，因此必须使用软件将连续的模拟量信号抽样，从而将曲线离散成数组数据存储在Flash存储模块中。

当自动变光滤光镜工作的时候，光阀会变成黑态，当焊接弧光消失之后，被电焊烧红的工件此时依旧是炙热和耀眼的，为了保护用户的眼睛，光阀会延时一段时间再变回亮态，因此作为上述实施例的优选，如图6、8和9 所示，CPU与光阀间还设置有定时器模块，用于设定光阀黑态转变为待机亮态的延时时间，当焊接弧光结束之后，系统将准备结束光阀的黑态，变成待机的亮态。在上述准备过层中，通过红外传感器继续检测被焊接物体其红外辐射强度数值，自动更改内部定时器模块的计时数值，来实现自动延时的功能，延时时间还可用户通过手动调节的，延时范围大致0.1s至0.9s。其中，优选在Flash存储模块中预先存储延时曲线，延时曲线为红外强度和对应的延时时间曲线，可按照设计经验值绘制成，以数组的形式存储在Flash存储器之中，通过查询的延时曲线数值，CPU可快速确定计时数值。

本发明中可采用单片机内部的存储器作为RAM存储模块和Flash存储模块对色号、灵敏度、延时等相关参数数值与环境变量的对应关系进行存储，各个变量经过CPU运算之后，通过DAC模块输出对应的色号数值，通过定时器模块来控制延时数值，并CPU通过来调节第二运算放大器放大倍数从而控制灵敏度，如图8所示，自动驱动电路对光阀进行驱动。当然，单片机还可通过I/O端口，检测按键或者电位器的操作，实现手动设置参数的模式，再控制LCD显示器或LED指示灯的显示，具体的手动设置参数模式的功能实现如图9所示：

在手动设置参数模式下，当系统检测到有焊接弧光的时候，打开DAC模块输出，将用户设置色号数值，通过外部功放电路，来驱动光阀变黑，保护使用者的眼睛；通过用户已经手动设定的灵敏度数值，来控制系统检测焊接弧光的灵敏度；通过用户已经手动设定的延时数值，来控制光阀黑态转变为待机亮态的延时时间。用户可通过操作面板来设定相关的参数，以符合当前具体的焊接条件；面板上特有的全自动功能按键，让用户能够快速的切换手动调节参数或自动调节参数的功能。

一种参数自适应调节的自动变光滤光镜的工作方法，包括以下步骤：

S1：对焊接弧光强度进行检测，获得用于确定焊接弧光强度的第一信号；

S2：通过环境光线进行发电，且通过电压信号作为判断焊接场所中环境光线强度的第二信号；

S3：根据第一信号和第二信号计算焊接弧光强度与环境光线强度的差值，且根据所述差值对光阀色号进行控制。

在实施的过程中，为了保证更好的使用体验，本发明中针对步骤S1进行了更为优化的改进，旨在使得操作者在焊接弧光强度变化的过程中可获得相对柔和的感受。具体地，通过对确定的焊接弧光强度进行短时的调节，可对因其变化而导致的光阀色号调节获得缓冲，即，使得光阀色号的变化针对每次所确定的焊接弧光强度通过至少两次调节而实现，通过分步的方式达到最终的控制结果，可在一定程度上使得操作者更加舒适。当然，需要说明的是，在分步骤的过程中，第一步调节需要确保的是调节完成的光阀色号已经能够保证操作者的操作安全，各步骤之间的调节梯度需要控制。

具体地，通过调节系数对确定后的焊接弧光强度在设定时间内进行至少一步调节，分别以调节后的焊接弧光强度和最终确定的焊接弧光强度分步实现光阀色号的控制；当调节为两步或两步以上时，优选各个步骤之间的调节比例相同。本发明中优选光阀色号调节分两步完成，即焊接弧光强度获得一次调节，从而降低控制难度。

其中，首先建立焊接弧光强度与时间的曲线图，且以当下时间点的曲线斜率确定调节系数，调节系数用于对确定后的焊接弧光强度进行调节，其中，0.9≤调节系数≤1，且随当下时间点的曲线斜率绝对值的增大而减小。当斜率较大时，说明当前的焊接弧光强度变化速率较快，通过相对较小的调节系数适当降低光阀色号首次调节与原状态之间的变化率，通过调节后的焊接弧光强度对光阀色号进行首次调节；当上述调节完成后，在设定时间内解除调节系数的影响，以实际确定的焊接弧光强度作为控制依据对光阀色号进行最终确定，其中，设定时间可采用定值，或者，同样与斜率建立关系，当斜率绝对值越大时，令设定时间的取值越小。在上述分步控制的过程中，根据焊接弧光强度不同的变化程度来尽可能的调节操作者的感受舒适度，在保证其操作安全的前提下获得短时的视觉缓冲，有效提高使用舒适度。

其中，步骤S1和S2的顺序可变换，同样可实现本发明的技术目的。如上所述，本实施例中通过环境光线强度的获取对焊接弧光强度的信号进行修订，排除如照明灯光、太阳光线、车辆灯光等多种因素的综合影响，且无论是环境光线强度或是焊接弧光强度的采集均是在工作当下进行的，可有效确保最终色号确定的准确性，针对不同焊接类型、不同焊接电流及不同焊接角度均可提供最佳匹配的色号。

作为上述实施例的优选，工作方法还包括：对被焊接物体所辐射的红外线进行检测；对检测到的红外线信号进行放大获得第三信号，通过第三信号对焊接动作是否执行进行判断，且通过对放大倍数的调节实现自动变光滤光镜灵敏度的调节；其中，通过被焊接物体的检测，可获得更为准确且客观的检测结果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.参数自适应调节的自动变光滤光镜，其特征在于，包括：

焊接弧光强度检测单元，提供用于确定焊接弧光强度的第一信号；

太阳能供电组件，为所述焊接弧光强度检测单元提供电能，且提供用于确定环境光线强度的第二信号；

CPU及光阀，所述CPU根据所述第一信号及第二信号计算焊接弧光强度与环境光线强度的差值，且根据所述差值对所述光阀色号进行控制。

2.根据权利要求1所述的参数自适应调节的自动变光滤光镜，其特征在于，还包括焊接动作检测单元，所述焊接动作检测单元提供用于确定焊接动作是否执行的第三信号，所述CPU根据所述第三信号确定所述差值计算的起始时间。

3.根据权利要求1或2所述的参数自适应调节的自动变光滤光镜，其特征在于，所述太阳能供电组件包括：

太阳能板，通过环境光线进行发电，且根据所述环境光线的变化而产生不同的电压信号作为所述第二信号；

第一ADC模数转换器，采集所述第二信号且转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号传输至所述CPU。

4.根据权利要求3所述的参数自适应调节的自动变光滤光镜，其特征在于，所述焊接弧光强度检测单元包括：

光学传感器，用于检测环境光强度信号；

第一运算放大器，对所述环境光强度信号进行放大作为所述第一信号；

第二ADC模数转换器，采集所述第一信号且转换为第一数字信号，并将所述第一数字信号传输至所述CPU。

5.根据权利要求2所述的参数自适应调节的自动变光滤光镜，其特征在于，所述焊接动作检测单元包括：

红外传感器，用于检测由被焊接物体辐射的红外线信号；

第二运算放大器，对所述红外线信号进行放大作为所述第三信号；

ACMP比较器，采集所述第三信号且进行处理，并将处理后的信号传输至所述CPU。

6.根据权利要求5所述的参数自适应调节的自动变光滤光镜，其特征在于，所述CPU与所述第二运算放大器连接，对所述第二运算放大器的放大倍数进行控制。

7.根据权利要求4所述的参数自适应调节的自动变光滤光镜，其特征在于，还包括分别与所述CPU连接的RAM存储模块和Flash存储模块；

所述RAM存储模块一一对应存储所述第一数字信号及第二数字信号；

所述Flash存储模块用于存储不同色号与弧光强度间的对应关系；

所述CPU通过所述第一数字信号及第二数字信号的差值而获得所述弧光强度，且通过所述对应关系获得所需色号。

8.根据权利要求5所述的参数自适应调节的自动变光滤光镜，其特征在于，所述CPU与光阀间还设置有定时器模块，用于设定所述光阀从黑态转变为待机亮态的延时时间。

9.参数自适应调节的自动变光滤光镜的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

对焊接弧光强度进行检测，获得用于确定焊接弧光强度的第一信号；

通过环境光线进行发电，且通过电压信号作为判断焊接场所中环境光线强度的第二信号；

根据所述第一信号和第二信号计算焊接弧光强度与环境光线强度的差值，且根据所述差值对光阀色号进行控制。

10.根据权利要求9所述的自动变光滤光镜的工作方法，其特征在于，还包括：

对被焊接物体所辐射的红外线进行检测；

对检测到的红外线信号进行放大获得第三信号，通过所述第三信号对焊接动作是否执行进行判断，且通过对放大倍数的调节实现自动变光滤光镜灵敏度的调节。

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