CN117731480A - 焊接防护用自动变光过滤器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种焊接防护用自动变光过滤器，包括：光感测模块，其包括配置为检测焊接弧光的存在情况的第一传感器和配置为检测焊接环境的可见光强度的第二传感器；人机交互模块，其配置为接收用户对于自动变光过滤器的操作参数的设定；控制模块，其电连接到光感测模块和人机交互模块并配置为基于从第一传感器接收的指示焊接弧光存在情况的检测信号来确定焊接所处的阶段，并基于从第二传感器接收的可见光强度检测信号和从人机交互模块接收的用户设定来确定对对应于该阶段的操作参数的赋值，以及基于所述赋值调制向变光防护模块输出的控制信号；以及变光防护模块，其电连接到控制模块并配置为响应于控制信号而实现与赋值相对应的光遮挡。

Description

焊接防护用自动变光过滤器

技术领域

本申请总体涉及焊接作业防护器具，且更具体地涉及用于在焊接作业中为焊接工人的眼部提供防护的自动变光过滤器(Auto Darkening Filter，ADF)。

背景技术

焊接作业及气体切割作业中产生的高强光可严重损害人体的视觉功能。因此，在进行这类作业时需佩戴防护器具来保护人眼免于强光的损害。自动变光过滤器可自动响应于光强变化而在明亮透光状态与暗黑遮光状态之间转变，由此调节通过自动变光过滤器入射到人眼的光通量，同时允许操作员透过自动变光过滤器观察作业的细节。由于便捷性和灵活性，自动变光过滤器日益受到欢迎。

在焊接的整个过程中，焊接作业期间产生的电弧光和焊接作业结束后由焊接形成的高温熔池产生的辐射光都可具有损害人眼的光强。因此，需要准确地设定自动变光过滤器在焊接作业期间的遮光度(有时也称为“暗度”)和在焊接作业结束后的遮光时延(有时也简称为“时延”)，以实现预期的防护效果。

传统上，通过人工操作来设置自动变光过滤器在焊接作业期间的遮光度和在焊接作业结束后的遮光时延。一般而言，遮光度和遮光时延会由操作员根据待在焊接作业期间施加的焊接电流的强度来确定。然而，在一些情况中，焊接电流的强度可在操作中发生变化，使得基于预想焊接电流设置的遮光度和遮光时延不适于实际操作情况。尤其，当实际焊接电流高于预想焊接电流时，所设置的遮光度将无法起到有效的保护作用。

近年来，领域中出现了一种新的参数设置方式，即自动变光过滤器借助其所配备的可见光传感器来检测焊接作业区域的可见光强度且然后基于该可见光强度调整自动变光过滤器的遮光度。该方式免除了人工设置的需求，然而亦存在一些问题。例如，当可见光传感器失效、受遮挡或因污损而测量准确度降低时，通过该方式设置的遮光度可能远低于实际所需要的遮光度，并且无法通过人工调整的方式纠偏，从而使得自动变光过滤器失灵并产生重大安全隐患。

因此，期望的是，提供一种适于自动变光过滤器使用的改进的参数设置方式，其使自动变光过滤器的运行安全可靠且舒适灵活。

发明内容

本申请旨在解决如上所述现有技术中存在的一项或多项问题。

根据本申请的一个方面，提供一种焊接防护用自动变光过滤器，其包括：光感测模块，所述光感测模块包括配置为检测焊接弧光的存在情况的第一传感器和配置为检测焊接环境的可见光强度的第二传感器；人机交互模块，所述人机交互模块配置为接收用户对于自动变光过滤器的操作参数的设定；控制模块，所述控制模块电连接到光感测模块和人机交互模块并配置为基于从第一传感器接收的指示焊接弧光存在情况的检测信号来确定焊接所处的阶段，并基于从第二传感器接收的可见光强度检测信号和从人机交互模块接收的用户设定来确定对对应于该阶段的操作参数的赋值，以及基于所述赋值调制向变光防护模块输出的控制信号；以及变光防护模块，所述变光防护模块电连接到控制模块并配置为响应于所述控制信号而实现与所述赋值相对应的光遮挡。

可选地，所述操作参数包括自动变光过滤器在焊接弧光存在阶段期间的遮光度。

可选地，所述控制模块配置为基于如下两者的最大值来赋值所述遮光度：基于由第二传感器检测到的可见光强度计算得到的所需遮光度值，以及对于遮光度的用户设定值。

可选地，所述控制模块配置为在未从人机交互模块接收到所述用户设定值时以预先确定的默认值作为所述用户设定值。

可选地，所述控制模块配置为以所述最大值与预先确定的偏好遮光偏移量的加和来赋值所述遮光度。

可选地，所述偏好遮光偏移量利用在偏好标定过程中得到的偏好遮光度值与理论遮光度值的差被更新。

可选地，所述操作参数包括自动变光过滤器在焊接弧光熄灭后的遮光时延。

可选地，所述控制模块配置为初始以对于遮光时延的用户设定值来赋值所述遮光时延，并在初始赋值的遮光时延结束前基于从第二传感器接收的可见光强度检测信号来确定是否延长遮光时延。

可选地，所述控制模块配置为，在初始赋值的遮光时延结束前，如果基于由第二传感器检测到的可见光强度计算得到的所需遮光度值高于预限定的遮光度阈值，则确定延长遮光时延。

可选地，遮光时延的延长时间基于所需遮光度值与预限定的遮光度阈值的差值来确定。

根据本公开的原理的自动变光过滤器实现了覆盖焊接全过程的自适应操作参数设定，减轻了对于操作员精准设定参数的要求，同时也极大地降低了因感测仪器损坏而发生安全事故的风险，使得自动变光过滤器的操作和使用更加安全、方便及舒适。

附图说明

以下结合附图来具体说明根据本公开的原理的自动变光过滤器的优选实施方式。理解的是，以下的描述和附图中的图示仅出于促进对本公开的理解的目的而提供，而不意图是限制性的。为避免描述冗长及图示杂乱，一些已知的特征及细节被省去。然而，理解的是，包括这些已知特征及细节的实施方式也被包括在本公开的范围内。

图1是根据本公开的原理的自动变光过滤器的示意性结构框图。

图2是可用在图1的自动变光过滤器中用于检测焊接弧光的一种示例光电传感器的特性曲线图。

图3是可用在图1的自动变光过滤器中用于检测可见光强度的一种示例光电传感器的特性曲线图。

图4是流程图，图示出根据本公开的原理的自动变光过滤器的过程控制方法。

具体实施方式

本申请主要涉及焊接作业防护器具中用于为佩戴者的眼部提供可变的光遮挡的自动变光过滤器。

图1示意性地图示出了根据本公开的原理的自动变光过滤器1的基础架构。如图1中所示，自动变光过滤器1包括光感测模块10、人机交互模块20、控制模块30以及变光防护模块40。

光感测模块10配置为监测焊接作业区域的光变化并将检测到的光信号转换为电信号以发送到与之相连的控制模块30用于后续的分析及处理。在图1的实例中，光感测模块10包括用于检测焊接弧光的存在情况的第一传感器12和用于检测可见光强度的第二传感器14。

焊接作业所产生的弧光一般可包括有红外光、近红外光及可见光。相应地，配置用于检测焊接弧光的第一传感器12可具有覆盖可见光波段和红外光波段的检测波长范围。图2图示了第一传感器12的一种示例特性曲线，其中横轴表示入射光波长λ并且纵轴表示感测灵敏度S_real。如图2所示的示例传感器可针对约450～1100nm范围内的入射光进行有效检测(换言之，对于检测波长范围之外的光，将没有工作信号输出)，并且最大灵敏度波长为约925nm。在其它实施例中，也可采用具有其它形式的特性曲线的光电传感器作为第一传感器。优选的是，第一传感器具有在红外波段的最大灵敏度波长。

类似地，用于检测可见光强度的第二传感器14可具有覆盖可见光波段的检测波长范围。图3图示出了第二传感器14的一种示例特性曲线。该传感器的最大灵敏度波长处在约630nm处，并且当波长超过最大灵敏度波长后，如图3所示，传感器的灵敏度迅速下降，使得对于超过700nm波长的光，该传感器的灵敏度低于10％。然而，也可采用具有其它形式的特性曲线的光电传感器作为第二传感器。优选地，第二传感器具有处在550～650nm范围内的最大灵敏度波长。

人机交互模块20配置为由用户(也即佩戴者，有时也称为“操作员”)使用来提供对自动变光过滤器1的操作参数的用户设定。所述操作参数至少包括自动变光过滤器1在焊接起弧光期间的遮光度、在焊接弧光熄灭后的遮光时延以及对于遮光度的微调偏移量。人机交互模块20优选地还配置为向用户提供与自动变光过滤器的当前工作参数设定及运行状态相关的反馈，以便用户确知自动变光过滤器已接收所提供的设定并正常工作。相应地，人机交互模块20可包括用于由用户使用来提供指示的器具(比如机械按钮、按键、旋钮、触摸屏、麦克风等)，和用于向用户反馈信息的器具(比如指示灯、显示器、扬声器、报警器、蜂鸣器等)。根据用户操纵模块20所提供的人机交互模式，用户可以以相应的方式与自动变光过滤器进行交互。例如，当人机交互模块20包括按钮时，用户可通过包括但不限于多次长按复用按钮或多次短按专用按钮的方式来选取期望的选项；当人机交互模块20包括旋钮时，用户可通过旋转旋钮的方向来指示调整的增减方向并以旋转量来指示所期望的增减量。可选地，人机交互模块20也可从与自动变光过滤器1分离的外部设备接收用户对于各项操作参数的设定。

控制模块30与光感测模块10和人机交互模块20电连接并配置为基于从第一传感器12接收的焊接弧光检测信号来确定焊接所处的阶段，并基于从第二传感器14接收的可见光强度检测信号和从人机交互模块20接收的用户设定来确定对与该阶段对应的操作参数的赋值。控制模块30可被实现为微型控制单元，并可包括存储器和处理器。存储器可存储有操作参数的默认缺省值(有时也称为“出厂设置值”)和预先编程的指令，所述指令当由处理器执行时促使自动变光过滤器实施如以下参考图4描述的过程控制方法。在确定对于所述操作参数的赋值之后，控制模块30可基于所述赋值来调制向变光防护模块输出的控制信号，以促使变光防护模块40提供与所述赋值相对应的光遮挡。

在图1的实例中，变光防护模块40包括电连接到控制模块30的变光驱动电路42和与变光驱动电路42电连接以响应于来自变光驱动电路42的激励而改变透光状态的遮光片44。遮光片44可具有为不同暗度的遮光状态，具体取决于由变光驱动电路42施加的激励电平。变光驱动电路42配置为基于来自控制模块30的控制信号而改变向遮光片施加的激励电平，从而使遮光片的暗度与由控制模块30确定的遮光度赋值相对应。此外，变光驱动电路42还配置为基于来自控制模块30的控制信号而停止向遮光片44施加激励，从而允许佩戴者在光强降低到人眼可接受的程度时及时获取明亮的视野来查看焊接细部。

图4以框图图示了可由控制模块30实现的用于自动变光过滤器1的自适应过程控制方法100。

在方框110中，响应于从人机交互模块接收到用户对于开启自适应工作模式的指令，控制模块向人机交互模块发送控制信号以促使人机交互模块向用户传达请求设置安全遮光度SHADE_min和初始遮光时延delay_manual的讯息。

在方框120中，接收并存储用户对于安全遮光度SHADE_min和初始遮光时延delay_manual的设置，并在未接收到用户输入的情况下以对于安全遮光度SHADE_min和初始遮光时延delay_manual的默认缺省值作为所述用户设定。

在可选的方框130中，响应于从人机交互模块接收到用户对于进入个人偏好标定过程的选择，控制模块向变光防护模块发送控制信号以促使变光防护模块在第一传感器检测到焊接弧光时以与第二传感器接收到的可见光强度相对应的理论遮光度实现变光。

在可选的方框140中，响应于从人机交互模块接收到的用户对于遮光度的偏移调节，控制模块向变光防护模块发送控制信号以促使变光防护模块实现与所述偏移调节相对应的遮光度变化，并重复该过程直至用户确认当前遮光度为符合个人偏好的遮光度。

在可选的方框150中，计算用户偏好遮光度与理论遮光度的差值，并将存储器中存储的偏好遮光偏移量Delt_Shade更新为该差值，同时向人机交互模块发送控制信号以促使人机交互模块向用户传达已完成偏好遮光度标定并将退出个人偏好标定过程的讯息。

在方框160中，在开始焊接作业之后，响应于从第一传感器接收的检测信号指示焊接起弧光，控制模块基于从第二传感器接收的对于可见光强度的实时检测信号和所存储的用户设定来确定即时采用的遮光度值并基于该遮光度值来调制向变光防护模块输出的控制信号。

具体地，基于由第二传感器检测到的包括焊接弧光在内的当前环境光强度visable_light，控制模块计算针对当前测量到的可见光强度所需的遮光度SHADE_vislight，即SHADE_vislight＝f(visable_light)，其中，所需遮光度SHADE_vislight与检测光强度visable_light之间的函数关系f可根据行业安全规范确定。

将所需遮光度SHADE_vislight与用户设定的安全遮光度SHADE_min进行比较，获取两者的最大值SHADE_sec，即SHADE_sec＝MAX(SHADE_vislight,SHADE_min)。由此，仅当根据第二传感器实时测得的可见光强度所需的遮光度高于用户预先设置的安全遮光度时，控制模块基于来自第二传感器的实时检测信号来确定对遮光度的赋值。这有效地防止了因第二传感器非预期地失效而造成安全事故。

此外，考虑到用户的个人偏好，在预先存储的偏好遮光偏移量Delt_Shade的基础上，控制模块计算得到最终实施的遮光度值SHADE_last，即SHADE_last＝SHADE_sec+Delt_Shade。在自动变光过滤器出厂时，偏好遮光偏移量可具有默认缺省值0，并且在被标定之后，该默认缺省值可由标定值覆盖。偏好遮光偏移量可不断地通过个人偏好标定过程被更新，以满足用户在不同情境中的个性化需求。

随后，在方框170中，响应于来自第一传感器的检测信号指示焊接弧光熄灭，控制模块基于从第二传感器接收的对于可见光强度的检测信号和所存储的用户设定来确定遮光时延的赋值并基于该赋值来调制向变光防护模块输出的控制信号。

具体地，当来自第一传感器的检测信号指示焊接弧光熄灭(例如，第一传感器检测不到工作信号)时，自动变光过滤器将进入到针对高温熔池辐射光的保护遮光度控制过程。相应地，控制模块将在遮光时延期间向变光防护模块发送控制信号以促使变光防护模块继续在遮光时延期间提供保护性遮光防护。

遮光时延持续至少由用户设置的初始遮光时延delay_manual的时长。在初始遮光时延delay_manual结束前，基于由第二传感器检测到的当前环境光强度visable_light，控制模块计算针对当前测量到的可见光强度所需的遮光度SHADE_vislight，即SHADE_vislight＝f(visable_light)，并将该遮光度SHADE_vislight与预先计算的人眼可接受的安全光强对应的遮光度值SHADE_eye进行比较。

当确定当前所需的遮光度值大于安全光强对应的遮光度值(即，SHADE_vislight>SHADE_eye)时，控制模块确定应在初始遮光时延delay_manual的基础上延长保护性遮光防护的持续时间，并基于当前所需的遮光度值与安全光强对应的遮光度值的差值来计算最终将实现的遮光时延delay_last，即delay_last＝delay_manual+T(SHADE_vislight–SHADE_eye)。

在方框180中，响应于检测到自焊接弧光熄灭起已经过最终确定的遮光时延delay_last，控制模块向变光防护模块发送控制信号以促使变光防护模块的变光驱动电路停止向遮光片施加激励，以便使遮光片回复到明亮透光状态。

由此，根据本公开的自动变光过滤器能够在整个焊接过程中根据焊接电流及其熔池辐射情况实现兼顾安全与个人偏好的自适应遮光保护调节。

尽管已结合发明人已知的优选实施方式描述并图示了根据本申请的原理的自动变光过滤器，然而，本公开并不意图被限于所具体公开的实施方式。相反，在不偏离本公开的精神和原理的情况下，本领域技术人员可对所公开的具体实施方式作出各种修改、替换和/或变更，并且发明人也意欲本公开被以不同于本文中所描述的方式来实现。

Claims (10)

1.一种焊接防护用自动变光过滤器，包括：

光感测模块，所述光感测模块包括配置为检测焊接弧光的存在情况的第一传感器和配置为检测焊接环境的可见光强度的第二传感器；

人机交互模块，所述人机交互模块配置为接收用户对于自动变光过滤器的操作参数的设定；

控制模块，所述控制模块电连接到光感测模块和人机交互模块并配置为基于从第一传感器接收的指示焊接弧光存在情况的检测信号来确定焊接所处的阶段，并基于从第二传感器接收的可见光强度检测信号和从人机交互模块接收的用户设定来确定对对应于该阶段的操作参数的赋值，以及基于所述赋值调制向变光防护模块输出的控制信号；以及

变光防护模块，所述变光防护模块电连接到控制模块并配置为响应于所述控制信号而实现与所述赋值相对应的光遮挡。

2.根据权利要求1所述的焊接防护用自动变光过滤器，其中，所述操作参数包括自动变光过滤器在焊接弧光存在阶段期间的遮光度。

3.根据权利要求2所述的焊接防护用自动变光过滤器，其中，所述控制模块配置为基于如下两者的最大值来赋值所述遮光度：基于由第二传感器检测到的可见光强度计算得到的所需遮光度值，以及对于遮光度的用户设定值。

4.根据权利要求3所述的焊接防护用自动变光过滤器，其中，所述控制模块配置为在未从人机交互模块接收到所述用户设定值时以预先确定的默认值作为所述用户设定值。

5.根据权利要求4所述的焊接防护用自动变光过滤器，其中，所述控制模块配置为以所述最大值与预先确定的偏好遮光偏移量的加和来赋值所述遮光度。

6.根据权利要求5所述的焊接防护用自动变光过滤器，其中，所述偏好遮光偏移量利用在偏好标定过程中得到的偏好遮光度值与理论遮光度值的差被更新。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的焊接防护用自动变光过滤器，其中，所述操作参数包括自动变光过滤器在焊接弧光熄灭后的遮光时延。

8.根据权利要求7所述的焊接防护用自动变光过滤器，其中，所述控制模块配置为初始以对于遮光时延的用户设定值来赋值所述遮光时延，并在初始赋值的遮光时延结束前基于从第二传感器接收的可见光强度检测信号来确定是否延长遮光时延。

9.根据权利要求8所述的焊接防护用自动变光过滤器，其中，所述控制模块配置为，在初始赋值的遮光时延结束前，如果基于由第二传感器检测到的可见光强度计算得到的所需遮光度值高于预限定的遮光度阈值，则确定延长遮光时延。

10.根据权利要求9所述的焊接防护用自动变光过滤器，其中，遮光时延的延长时间基于所需遮光度值与预限定的遮光度阈值的差值来确定。