CN201624874U - 自动设置遮光号的自动变光焊接滤光镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动设置遮光号的自动变光焊接滤光镜，包括液晶镜片组、光敏管、触发电路和单片机，所述光敏管包括两组，一组为红外光敏管，另一组为绿光光敏管，其中红外光敏管用于检测焊接弧光并通过所述触发电路控制所述单片机工作，绿光光敏管用于检测焊接弧光中的绿光信号，并将所检测信号传输给与其匹配的光强处理电路，由光强处理电路处理成光强信号后传输给单片机，单片机根据绿光光强值自动控制所述液晶镜片组变光。本实用新型的滤光镜克服了现有的变光焊接滤光镜的使用复杂性和容易误操作给使用者造成伤害的问题。

Description

自动设置遮光号的自动变光焊接滤光镜

技术领域

本实用新型涉及一种根据焊接弧光实际光强自动设置遮光号的变光焊接滤光镜。

背景技术

现有变光焊接滤光镜在使用前，需要操作者根据将要进行的焊接类型及准备使用电流的大小参照《焊接护目镜和面罩GB 3609.1-83》中表3来手动设置滤光镜变光后的遮光号值，每当操作者重新选择焊接类型或是改变所使用电流时，都需要将头盔取下并再次设置滤光镜变光后的遮光号值，这不仅给操作者的工作带来不便，无形中增加了大量的工时，特别是有的操作者忘记重新修改设置就进行新的焊接操作，而使眼睛受到伤害。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够根据焊接弧光光强自动设置滤光镜变光后的遮光号的自动变光焊接滤光镜。

为实现上述目的，本实用新型的自动设置遮光号的自动变光焊接滤光镜，包括液晶镜片组、光敏管、触发电路和单片机，所述光敏管包括两组，一组为红外光敏管，另一组为绿光光敏管，其中红外光敏管用于检测焊接弧光并通过所述触发电路控制所述单片机工作，绿光光敏管用于检测焊接弧光中的绿光信号，并将所检测信号传输给与其匹配的光强处理电路，由光强处理电路处理成光强信号后传输给单片机，单片机根据绿光光强值自动控制所述液晶镜片组变光。

进一步，所述液晶镜片组变光后的遮光号与焊接弧光中绿光成分的光强值相对应。

进一步，该自动变光焊接滤光镜还包括遮光号调节装置，该遮光号调节装置用于对遮光号进行细微调整。

进一步，该自动变光焊接滤光镜还设置有LCD显示屏，用于显示滤光镜的工作参数。

进一步，所述工作参数包括遮光号偏移量、灵敏度和延时状态中的一个或多个。

进一步，该自动变光焊接滤光镜还设置有供其工作的电池及与所述单片机相连的电池电量检测电路。

进一步，该自动变光焊接滤光镜还设置有与所述单片机相连的用于发出报警信号的蜂鸣器。

进一步，所述红外光敏管和绿光光敏管每组包括两只。

进一步，所述电池包括为整个变光焊接滤光镜供电的锂电池和为锂电池充电的硅光电池，其中锂电池连接有电源稳压芯片，并经电源稳压芯片为整个变光焊接滤光镜供电，当环境光＞10勒克斯时，硅光电池输出电流给锂电池充电，当环境光＜10勒克斯时，电源稳压芯片关闭并使整个变光焊接滤光镜处理关闭状态。

进一步，所述LCD显示屏还显示检测到的所述电池电量。

进一步，所述LCD显示屏以图像和/或栅条的形式显示检测到的所述电池电量。

进一步，所述LCD显示屏以数字形式显示所述遮光号。

进一步，在所述工作参数变化时，所述蜂鸣器发出声音。

进一步，在所述电池电量小于设定阀值时，所述蜂鸣器发出声音。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的自动设置遮光号的自动变光焊接滤光镜增加了绿光光敏管和光强处理电路，可以通过检测焊接弧光中绿光的光强值来通过单片机中的软件来推算出需要设置的遮光号，并通过程序来自动设置遮光号，调整输出电压的幅度。这将非常有效的减少焊接使用者的不方便性，真正做到一种“傻瓜”型的全自动产品，从而使得操作者在焊接前不必按照手册上的数值进行参数设置，减少了使用准备时间和培训时间，降低了使用者的技术门槛，也可以更加充分的保护使用者，避免忘记设置或是设置错误所造成的眼睛伤害。

同样，本实用新型也采用了LCD显示屏显示遮光号、灵敏度和延时的各项性能以及电池电量，可以更直观的实时了解自动变光焊接滤光镜的状况。采用了蜂鸣器的声音提示作用，可以更及时的提醒操作者性能设定的更改以及电池电量不足，提高了使用的安全性能。采用了单片机应用程序来控制整个电路，可以使长时间触发的电路也能维持在一个稳定值。本实用新型可以在-10℃到+60℃的宽广温度范围内，更快地使液晶镜片组由亮态变为暗态，可以更实用地、稳定地、精确地、有效地保护好焊接工人的眼睛，避免受到有害光辐射的损害。并且由于使用单片机为电路控制系统的核心，单片机内的充足空间可以为附加在镜片组或者使用该镜片组的焊接护目镜上的其它功能预留出一定的程序空间和外部接口，极大地增强了本实用新型的可扩展性。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理方框图；

图2为本实用新型实施例的单片机和LCD显示屏各端口部分电连接图；

图3为本实用新型实施例的单片机和蜂鸣器的电连接图；

图4为本实用新型实施例的供电电源电路原理图；

图5为本实用新型实施例的光强处理电路原理图；

图6为本实用新型实施例的触发电路原理图；

图7为本实用新型实施例的升压电路原理图；

图8为本实用新型实施例的单片机各端口部分电连接电路图；

图9为本实用新型实施例的正面示意图；

图10为本实用新型实施例的反面示意图；

图11为相对视敏函数曲线。

图1-10中各部件标记如下：

1.单片机；2.LCD显示屏；3.延时开关调节按钮；4.遮光号偏移量调节按钮；5.灵敏度调节按钮；6.电池电量显示；7.绿光光敏管；8.红外光敏管；9.光强处理电路；10.触发电路；11.热敏电阻；12.信号输出电路；13.温度补偿电路；14.升压电路；15.液晶镜片组；16.硅光电池；17.锂电池；18.电源稳压芯片；19.蜂鸣器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

如图1的电路原理图所示，单片机1与灵敏度调节按钮5，遮光号偏移量调节按钮4，延时开关调节按钮3，触发电路10，热敏电阻11，信号输出电路12，温度补偿电路13，升压电路14和电源稳压芯片18电连接；红外光敏管8和触发电路10电连接；绿光光敏管7和光强处理电路9电连接，液晶镜片组15同时和信号输出电路12，温度补偿电路13和升压电路14电连接；锂电池17和电源稳压芯片18电连接，硅光电池16和锂电池17电连接。

电路在接收到由红外光敏管8探测到的光强信号(一般大于10勒克斯)后被触发启动，单片机1系统处于待机状态。

电路在接受到绿光光敏管7探测到的光强信号，并由光强处理电路9处理后输入到单片机1系统中，单片机1将根据程序算出满足此光强信号，并满足《焊接护目镜和面罩GB 3609.1-83》中表3手工电弧焊滤光片的参数的数值，并将其设置为输出信号的基准值。红外光敏管8和绿光光敏管7每组两只，红外光敏管8和绿光光敏管7的数量不仅限于每组两只，可以根据需要自行调整。其中触发电路10和光强处理电路9的原理图如图6和5示出。

如图8所示的单片机各端口部分电连接电路图，单片机1向外输出三个控制信号：

第一个是对信号输出电路12的驱动，由单片机1控制信号输出电路12来调整向液晶镜片组15施加脉冲输出电压的电压值，使其达到和由光强处理电路9处理后得到的相应遮光号的电压值，这个电压值是使液晶镜片组变暗的基础电压值。

第二个是对温度补偿电路13的驱动，由单片机1控制温度补偿电路13向液晶镜片组15输出温度补偿电压。由热敏电阻11探测到温度并将数据传送给单片机1，单片机1根据事先被输入的温度补偿表程序中该温度所对应的补偿电压，控制温度补偿电路13对脉冲输出电压做出相应的调整。

第三个是对升压电路14的驱动，由单片机1控制升压电路14向液晶镜片组15输出24V的高电平电压，用以把系统电压(5V)加到一个相当高的电平(24V)，来加快液晶镜片组15的转变速度。如图7所示，升压电路14由二极管6倍压整流电路组成。由分压电阻和MOS管电路构成的控制部分通过控制单片机输出的高电平充电脉冲把5V系统电压调整到需要的高电平(24V)。

液晶镜片组15接收到由单片机1所驱动的根据温度调整后的脉冲输出电压和升压电路14的高电平电压后，液晶光阀进行翻转，液晶镜片组15按照不同遮光号的值，参考公式：

N(Ev)＝2.93+2.25log(Ev/lx)

其中：Ev表示光强，单位勒克斯；N(Ev)表示该光强下对应的遮光号(选自：欧标BS EN 379：2003)

来决定变暗的程度，开始发挥保护眼睛的作用。整个变暗过程的时间为0.3毫秒左右。

如图9和10所示，本实用新型的滤光镜包括外壳、液晶镜片组15、延时开关调节按钮3、遮光号偏移量调节按钮4、灵敏度调节按钮5；

当按动延时开关调节按钮3时，LCD显示屏2上表示延时状态的标志处于激活状态，指示出当前的延时状态，想要改变状态时，可以重复按下按键，LCD显示屏2上以循环的方式显示出延时状态，只要切换至期望的延时状态，停止按动按键即可。延时开关调节按钮3也可以采用旋钮方式。

另外，灵敏度调节按钮5，其工作方式与延时调节按钮3类似，按动灵敏度调节按钮5，灵敏度逐渐增大，增至最大值之后，变为最小值，然后再继续增大，如此循环。显而易见的是，与此相反，灵敏度也可以设置为逐渐减小地工作，也可以起到同样的功能。尽管灵敏度调节按钮5显示为按键，显而易见的是，这仅仅是示例性的，可以用其他形式实现，例如利用旋钮。

另外，遮光号偏移量调节按钮4用来在正负一个遮光号内通过手动设置以满足不同类型使用者的习惯偏差，此偏移量并不影响《焊接护目镜和面罩GB 3609.1-83》中表3手工电弧焊滤光片的数值，只是在允许的范围内可以进行细微的调节。

图3示出了本实用新型滤光镜中与单片机连接的蜂鸣器电路示意图。

当在具有LCD显示屏的自动变光焊接滤光镜的工作参数变化时，所述蜂鸣器发出声音，用于提醒操作者工作参数的状态变化，使得用户及时获悉滤光镜的工作参数。优选地，当不同的工作参数状态变化时发出不同的声音。这样布置的优点在于，利用声音来提醒用户焊接工作参数的变化，使得用户及时获悉滤光镜的工作状态，以便更好地方便使用。例如，优选地，当具有LCD显示屏的自动变光焊接滤光镜的电池电量小于设定阀值时，蜂鸣器发出声音，提醒用户，电池及时更换电池。

另外，蜂鸣器发出声音的方式不局限于某种声音，显然，可以用各种各样的声音信号。只要能够使得用户听到的各种声音，都可以用作蜂鸣器发出的声音。例如，可以考虑对于工作人员的舒适、情感等角度的考虑，设置一些悦耳的音乐声作为蜂鸣器发出的声音。

整个电路的电源由锂电池17提供，硅光电池16可以有效地延长锂电池17的使用寿命。如图10所示，硅光电池16设置在滤光镜的背部，在焊接护目镜工作的过程中，当外界环境光的光强大时，硅光电池16通过吸收外界光强成为重要的供电源，为锂电池充电，延长了锂电池的使用时间。如图4示出了供电电源电路原理图，当外界环境光的光强小于10勒克斯时，系统电源自动关闭，减少了锂电池的电量损耗。

图2示出了示例性实施例的LCD显示屏显示的示意图，在LCD显示屏2上显示有灵敏度201，电池电量202，遮光号203，延时状态204。

具体而言，灵敏度201是以表示信号强弱的栅条阵列的形式显示，当灵敏度高的时候，显示多个栅条，且栅条的高度越来越高；相反地，当灵敏度低的时候，则显示少量的栅条，且栅条的高度较矮。容易想到的是，还可以利用其他图像，例如星号(*)、线条等来显示灵敏度的大小。进一步，灵敏度还可以利用数字来显示。因此，图示的显示方式仅仅是示例性的而非限制性的。利用这样的布置，可以以LCD显示屏上显示图像的形式直接观察出自动变光焊接滤光镜的灵敏度，不需要比照丝印和旋钮来读取灵敏度信号，因此大大提高了自动变光焊接滤光镜的灵敏度调节效率，且避免了误读而造成等到开始工作之后才发现错误的麻烦。

另外，电池电量202显示为电池以图像和/或栅条的形式显示检测到的电池电量。电池电量显示标记202显示为虚拟电池的图样，且其中有表示电池电量的栅条，利用栅条填充虚拟电池方框的数量的多少来显示电池剩余电量。进一步，容易理解的是，电池电量202还可以利用其他方式来显示，例如数字或其他能够直观识别出电池电量的图像。利用这种布置，以图像、字符形式显示电量，因此能使焊接工程师随时都能获悉电池的电量，在必要时进行更换电池或重新充电，提高了工作效率。

另外，遮光号203以数字形式显示，用于指示遮光号的大小。如图2中所示，数字“13”指示当前遮光号数值为13。进一步，容易理解的是，遮光号还可以以其他能够视觉反映出遮光号大小的其他图像或标记的形式在LCD显示屏上显示。利用这种布置，可以快速识别当前遮光号的大小，从而判断该数值是否合理，从而进行调节。

另外，延时状态204以字符“slow”和“fast”的形式示出了延时状态。容易理解的是，可以利用其他字符例如“快”和“慢”、“S”和“F”、“K”和“M”等字符来显示，例如也可以利用颜色标志来显示，如“红”(表示快)和“绿”(表示慢)等方式来显示出延时状态。这样的布置，极大的提高了获取延时状态的效率，提高了工作效率。

容易理解的是，图2仅仅是本实用新型的一个示例性实施例，仅仅示意显示出了灵敏度201、电池电量202、遮光号203、延时状态204等参数，显然LCD显示屏上还可以显示其他数字，例如当前时间等。

本实用新型的自动设置遮光号的自动变光焊接滤光镜采用最高光谱灵敏度在555nm处的黄绿光光敏管，这是为了确保满足欧盟BS EN379：20034.4 Spectral sensitivity of welding filters withautomatic scale number setting(自动遮光号设定的电焊滤光片的光谱灵敏度)中的要求，而且也是出于对人眼的充分保护，这是因为人眼能比较光谱波长及能量大小，但各种波长的光引起人眼感觉、灵敏度不同。在相同的辐射功率条件下，人眼感到最亮的光是黄绿光。

为了确定人眼对不同波长的光的敏感程度，可以在得到相同亮度感觉的条件下测量各个波长的光的辐射功率Pr(λ)。显然，Pr(λ)越大，人眼对该波长的光越不敏感；而Pr(λ)越小，人眼对它越敏感。因此，Pr(λ)的倒数可用来衡量人眼视觉上对各波长为λ的光的敏感程度。我们把1/Pr(λ)就称为视敏函数(或称视敏度，视见度)，用K(λ)表示：K(λ)＝1/Pr(λ)如上所述，在明亮环境下，人眼对波长为555nm的黄绿光最为敏感，这里可用K(555)＝Kmax来表示。于是，可以把任意波长光的视敏函数K(λ)与最大视敏函数Kmax相比，将这一比值称为相对视敏函数，并用V(λ)表示。即：V(λ)＝K(λ)/Kmax＝K(λ)/K(555)＝Pr(555)/Pr(λ)显然，除555nm之外，各波长上的V(λ)都是小于1的数。通过对大量视力正常者的实验统计，可得到图11所示的相对视敏函数曲线。可见，在辐射功率相同的条件下，人眼感觉555nm的黄绿光最亮，波长自555nm起向左和向右逐渐减小，亮度感觉逐渐下降。

而电焊弧光的光谱为全光谱，包含了红外线，可见光线、紫外线三个部分，且在可见光部分均匀分布。红外线和紫外线被液晶镜片组中包含有的滤光片滤除不会对人眼造成伤害。从而通过判断可见光部分中人眼感知最敏感的黄绿光光强可以更加有效和可靠的衡量出自然光范围的光强强度，而更加有效的对眼睛提供保护。

黄绿光(555nm)光敏管将电焊接弧光中的黄绿光部分的光强信号转换成电信号，且和光强成线性关系，通过运算放大电路将相对而言较弱的电信号进行放大，使其可以满足单片机中AD采集接口采集的幅度级别，我们采用具有8位AD采集接口的单片机可以有效的通过采集真实的反应出可见光的光强变化。

单片机将按照电压值的大小来参照实验数据得到对应的光强信号，并参考公式：

N(Ev)＝2.93+2.25log(Ev/lx)

其中：Ev表示光强，单位勒克斯；N(Ev)表示该光强下对应的遮光号(选自：欧标BS EN 379：2003)得到下表中的暗态遮光号与环境照度的关系得到需要设置的遮光号值，电路将把满足此值的电压值输出。

表1暗态遮光号与环境照度

暗态遮光号N	8	9	10	11	12	13	14
								照度Ev/lx	180	500	1400	3900	10700	30000	83000

同样，当黄绿光光敏管检测到黄绿光光强发生变化后，单片机将作出输出电压值的修改以满足新情况的遮光号。或是检测不到强光而不输出信号，将液晶镜片组变亮。

优势：目前，一般使用的变光焊接滤光镜需要在焊接前通过自己将要焊接的类型及所用电流的大小来参照《焊接护目镜和面罩GB3609.1-83》中表3手工电弧焊滤光片的使用选择来手动设置需要遮光号的值，但当工人再改变焊接用的类型或是电流时，就需要将头盔拿下来设置遮光号，这十分的不方便，无形中增加了大量的工时，特别是有的焊接工忘记了修改以前的设置就进行新的焊接，这将增加了对焊接工人眼睛的伤害，对使用者眼睛的也没有做到充分的保护。

需要指出的是根据本实用新型的具体实施方式所做出的任何变形，均不脱离本实用新型的精神以及权利要求记载的范围。

Claims (9)

1.一种自动设置遮光号的自动变光焊接滤光镜，包括液晶镜片组、光敏管、触发电路和单片机，其特征在于，所述光敏管包括两组，一组为红外光敏管，另一组为绿光光敏管，其中红外光敏管用于检测焊接弧光并通过所述触发电路控制所述单片机工作，绿光光敏管用于检测焊接弧光中的绿光信号，并将所检测信号传输给与其匹配的光强处理电路，由光强处理电路处理成光强信号后传输给单片机，单片机根据绿光光强值自动控制所述液晶镜片组变光。

2.如权利要求1所述的自动变光焊接滤光镜，其特征在于，所述液晶镜片组变光后的遮光号与焊接弧光中绿光成分的光强值相对应。

3.如权利要求1所述的自动变光焊接滤光镜，其特征在于，该自动变光焊接滤光镜还包括遮光号调节装置，该遮光号调节装置用于对遮光号进行细微调整。

4.如权利要求1所述的自动变光焊接滤光镜，其特征在于，该自动变光焊接滤光镜还设置有LCD显示屏，用于显示滤光镜的工作参数。

5.如权利要求4所述的自动变光焊接滤光镜，其特征在于，所述工作参数包括遮光号偏移量、灵敏度和延时状态中的一个或多个。

6.如权利要求1所述的自动变光焊接滤光镜，其特征在于，该自动变光焊接滤光镜还设置有供其工作的电池及与所述单片机相连的电池电量检测电路。

7.如权利要求1所述的自动变光焊接滤光镜，其特征在于，该自动变光焊接滤光镜还设置有与所述单片机相连的用于发出报警信号的蜂鸣器。

8.如权利要求1所述的自动变光焊接滤光镜，其特征在于，所述红外光敏管和绿光光敏管每组包括两只。

9.如权利要求6所述的自动变光焊接滤光镜，其特征在于，所述电池包括为整个变光焊接滤光镜供电的锂电池和为锂电池充电的硅光电池，其中锂电池连接有电源稳压芯片，并经电源稳压芯片为整个变光焊接滤光镜供电，当环境光＞10勒克斯时，硅光电池输出电流给锂电池充电，当环境光＜10勒克斯时，电源稳压芯片关闭并使整个变光焊接滤光镜处于关闭状态。

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