CN219737921U - 用于激光加工防护的自动变光过滤器以及防护面罩 - Google Patents

Abstract

本申请公开了用于激光加工防护的自动变光过滤器，包括：安装框架；以及在所述安装框架内安装的观察窗组件以及光传感器，所述光传感器配置成检测激光加工时产生的强光后产生激励信号，所述观察窗组件包括位于激光加工时朝向强光产生方向那一侧的激光防护片以及位于所述激光防护片下游的液晶面板，所述自动变光过滤器还包括控制单元，所述控制单元与所述光传感器电连接，并且在接收到所述激励信号后，所述控制单元控制所述液晶面板从闲置状态切换至变暗状态，其中，所述液晶面板在闲置状态时的针对可见光、远紫外线和红外线的透射率高于在变暗状态时的针对可见光、远紫外线和红外线的透射率。本申请还包括配备该自动变光过滤器的防护面罩。

Description

用于激光加工防护的自动变光过滤器以及防护面罩

技术领域

本申请大体上涉及用于激光加工防护的自动变光过滤器以及配备该自动变光过滤器的防护面罩。

背景技术

与传统手持焊接装置相比，手持激光焊接装置能够仅仅占用焊接人员的单独一只手，便于灵活操作焊接装置。此外，因激光焊接能量密度高度集中、焊接时加热和冷却速度极快、热影响区小；焊接应力和变形很小；无需接触加工、对焊件不产生外力作用等优势在焊接作业中越来越得到广泛采用。

在激光焊接作业的过程中，焊接用激光照射待焊接金属零件表面，使得局部产生高温熔池，从而将两个金属零件的表面焊接在一起。在这个过程中，所照射的激光本身会在金属零件的表面处发生散射并进而可能灼伤焊接人员的眼睛和裸露皮肤。另外，高温熔池本身因为高温高热，会产生对人体有害的射线(可见光谱的和不可见光谱的射线)。

目前，焊接人员在进行手持激光焊接作业时往往仅仅佩戴一副激光防护眼镜。这虽然可以避免散射激光直射人眼，但是无法防护焊接人员的裸露的面部皮肤，从而有可能导致散射激光以及高温熔池产生的有害射线灼伤焊接人员的眼睛和面部。此外，这种传统的激光防护眼镜仅具有固定不变的透光率。因此，如果针对不同功率要求的激光焊接作业场合，焊接人员必须佩戴不同透光率规格的激光防护眼镜以满足焊接作业防护要求，会导致劳动效率下降并且如果焊接人员戴错规格的激光防护眼镜的话也会造成眼镜受损。此外，这种传统的激光防护眼镜往往没有考虑到高温熔池产生的射线也会对人眼造成危害这一潜在的威胁。

另外，如果仅仅将诸如激光防护眼镜的镜片简单地置于焊接面罩内部以提供针对激光焊接防护的话，因焊接现场情况复杂，这种镜片如果意外脱落的话，容易造成对人眼的激光防护失败。

此外，不仅是激光焊接领域，其它需要手持激光加工处理的领域例如激光切割领域等都会存在类似的问题。

实用新型内容

针对以上问题，本申请旨在提出一种新颖的用于激光加工、特别是用于激光焊接防护的自动变光过滤器以及配备该自动变光过滤器的防护面罩。

根据本申请的一个方面，提供了一种用于激光加工防护的自动变光过滤器，包括：

安装框架；以及

在所述安装框架内安装的观察窗组件以及光传感器，所述光传感器配置成检测激光加工时产生的强光后产生激励信号，所述观察窗组件包括位于激光加工时朝向强光产生方向那一侧的激光防护片以及位于所述激光防护片上游或下游的液晶面板，

所述自动变光过滤器还包括控制单元，所述控制单元与所述光传感器电连接，并且在接收到所述激励信号后，所述控制单元控制所述液晶面板从闲置状态切换至变暗状态，其中，所述液晶面板在闲置状态时的针对可见光、远紫外线和红外线的透射率高于在变暗状态时的针对可见光、远紫外线和红外线的透射率。

这样，根据本申请的自动变光过滤器不仅可以对激光加工过程中意外散射的激光束进行防护，还可以对因激光加工所产生的强光进行防护，从而可以为人眼提供更加全面的保护。

可选地，所述激光防护片的针对激光的透射率配置成经过所述激光防护片后的激光无法损害下游的液晶面板的液晶阵列。由于加工用(例如焊接用)激光直射液晶阵列有可能因能量过大而烧毁液晶阵列，所以通过合适地选择激光防护片的制造材料和制造方法以确保即使有透过激光防护片的激光，这种激光的能量也不足以烧毁液晶阵列并通过液晶阵列的自动变暗进而为人眼提供针对这种已经能量减弱的透过激光进行阻隔。

可选地，所述激光防护片配置成至少针对1064nm或1070nm波长的激光能量透过率至少能够达到10^-3～10^-6的量级。本领域技术人员应当清楚，在涉及防护等级的术语时可以参照相应的中华人民共和国国家标准。

可选地，所述激光防护片配置成针对可见光的透射率达到至少30％。这样，自动变光过滤器即使在其闲置状态中，也可以确保使用者能够透过自动变光过滤器进行观察，以方便地对尚未进行激光加工(例如激光焊接)的零件进行调整或者通过观察将瞄准光斑合适地对准待加工部位，进而避免激光加工出现差错。

可选地，所述液晶面板与所述激光防护片贴合在一起。

可选地，自动变光过滤器还包括控制面板，以使得所述液晶面板在变暗状态时的针对可见光的透射率可以设定为13.9％、5.18％、1.93％、0.72％、0.27％、0.1％、0.037％、0.0139％、0.0052％、0.0019％、0.00072％或0.00027％；所述液晶面板(231)在变暗状态时的针对远紫外线的透射率可以设定为0.07％、0.04％、0.02％、0.01％、0.007％、0.004％、0.002％、0.001％、0.0007％、0.0004％、0.0002％或0.0001％；所述液晶面板在变暗状态时的针对红外线的透射率可以设定为9.0％、5.0％、2.5％、1.5％、1.3％、1.0％、0.8％、0.6％、0.5％、0.4％或0.3％。

可选地，所述液晶面板为多片液晶面板，所述多片液晶面板中的任意数量的液晶面板可以选择性工作以从闲置状态切换至变暗状态。这样，通过多片液晶面板组合工作的方式，能够以更低成本制造观察窗组件，从而通过多片液晶面板的在变暗状态下的选择性组合来确保上述透射率参数要求的实现。

可选地，所述激光加工是激光焊接。光传感器配置成所述激励信号因其检测到激光焊接过程中从高温熔池发出的强光和/或因在待焊部位处反射的激光束而产生。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种用于激光加工防护、特别是用于激光焊接防护的防护面罩，包括：

面罩壳体；

在所述面罩壳体上安装的前述的自动变光过滤器，其中，所述自动变光过滤器的激光防护片相对于所述自动变光过滤器的液晶面板位于外侧。

采用本申请的上述技术手段，自动变光过滤器可以设计成针对不同功率需求的激光焊接作业场合均可以确保人眼的自动有效防护，避免因现有技术因需要选用不同透光率规格的防护眼镜有可能造成的因误戴眼镜而造成的人眼受损的情况，可以在提高人眼防护安全性的前提下进一步提高劳动效率。另外，由于激光防护片内置在自动变光过滤器中，而自动变光过滤器与焊接面罩的连接仍可以采用传统现有技术可靠的连接方式，从而避免了外置激光防护片在使用的过程中意外脱离造成防护失败。此外，自动变光过滤器被设计成针对高温熔池和/或焊接激光束的出现而在提供激光防护的前提下自动改变其透光率，从而有效地隔离因高温熔池本身产生的不利射线对人眼的伤害。与传统的激光防护眼镜相比，进一步提高了人眼防护安全性。

另外，本申请的自动变光过滤器安装在防护面罩中，并且焊接人员在作业时佩戴防护面罩，可以提供对焊接人员面部的高效防护，避免有害射线对人脸的灼伤。

附图说明

从下文的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本申请的原理及各个方面。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申请的理解。在附图中：

图1是立体图，示意性示出了根据本申请的一个实施例的防护面罩；

图2是分解立体图，示意性示出了根据本申请的一个实施例的自动变光过滤器；

图3是系统框图，示意性示出了根据本申请的实施例的自动变光过滤器；

图4示意性示出了根据本申请的实施例的观察窗组件，其中，仅仅为了清楚，观察窗组件的液晶面板与激光防护片被示出彼此隔开；

图5示意性示出了根据本申请的另一个实施例的观察窗组件内的各部件叠放方式。

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。

本领域技术人员应当清楚，虽然在如下的实施例介绍中以激光焊接防护进行说明，但是这些实施例描述的内容同样适用于其它激光加工处理例如激光切割处理等。

图1示意性示出了根据本申请的一个实施例的防护面罩10，其包括面罩壳体100以及在面罩壳体100上设置的自动变光过滤器200。面罩壳体100能够与一头带结构(图中被隐藏在面罩壳体100的内部)经由旋钮结构110相连。头带结构配置成能够直接佩戴在使用者的头上，从而使得面罩壳体100相对于使用者的头部固定。该面罩壳体100被成形为能够至少覆盖使用者的面部。在该面罩壳体100的前部形成有一开口。自动变光过滤器200经由一(未示出的)框架从面罩壳体100所围绕的内部中空空间的内侧安装在该开口处。在自动变光过滤器200的外侧，一透明的保护片可以安装在面罩壳体100中，从而为自动变光过滤器200提供防止飞溅物接触磨损的保护。

在进行激光焊接作业时，该防护面具10由焊接人员佩戴就位，以确保面部被足够覆盖。然后，焊接人员利用(未示出的)手持激光焊接装置瞄准待焊接零件的待焊接部位。接着，焊接人员启动手持激光焊接装置使得在待焊接零件在激光的作用下彼此相互熔接在一起。在此过程中，根据本申请的防护面罩10不仅能够防护因激光在待焊接零件处散射而产生的散射激光还能够防护熔接过程中因高温熔池所产生的有害射线对焊接人员的面部和眼睛的伤害。此外，根据本申请的自动变光过滤器200被设计成能够随着激光光束的发出或者随着高温熔池的产生而自动地从一闲置状态切换至一变暗状态。在自动变光过滤器200的闲置状态中，自动变光过滤器200的可见光透射率被设计为可以至少为30％，以确保在闲置的状态下人眼能够透过自动变光过滤器200观察待焊接部位、特别是能够观察到待焊接部位处手持激光焊接装置的瞄准装置产生的光束。在自动变光过滤器200切换至其变暗状态后，自动变光过滤器200的可见光透光率可以设计成根据需要选择性地低于13.9％、5.18％、1.93％、0.72％、0.27％、0.1％、0.037％、0.0139％、0.0052％、0.0019％、0.00072％、0.00027％，从而确保人眼在观察焊接部位时的安全性。

图2示意性示出了根据本申请的一个示例的自动变光过滤器200。该自动变光过滤器200包括安装框架。例如，该安装框架包括在自动变光过滤器200安装在防护面罩10上后向外朝向的外框201以及向内朝向的内框202。外框201与内框202能够彼此相互附接在一起。例如，经由粘合剂和/或经由彼此可以插接的结构(如图所示的插销与接收插销的容座等)附接在一起。

如图3所示，自动变光过滤器200包括控制单元206、观察窗组件230、光传感器220、光电转换元件210以及电池240，其中，观察窗组件230包括液晶面板231以及激光防护片232。液晶面板231相对于激光防护片232更靠近内侧布置。也就是说，在自动变光过滤器200在防护面罩10上安装就位并且防护面罩10由使用者佩戴后，外部光线或射线仅仅能够以先经过激光防护片232、再经过液晶面板231的次序进入到防护面罩10的中空内部。控制单元206可以由电池240例如纽扣电池供电。此外，控制单元206包括控制电路与光传感器220、光电转换元件210、以及用于驱动液晶面板231的各液晶阵列的液晶驱动电路231a电连接。在外框201中形成有多个孔口207。根据本申请的实施例，例如可以为四个孔口207，其中在图2中示出两个，另外两个被隐藏。这些孔口207用于安装相应数量的光传感器220。光传感器220配置成能够检测到焊接用激光所产生的高能激光光束造成在待焊接部位产生的强光光斑或者因而所产生的高温熔池散发的强光(例如，红外光分量)和/或因在待焊部位处反射的激光束，并且产生电信号提供给控制单元206。控制单元206配置成在接收到所述电信号后，能够相应激励液晶驱动电路231a，使得液晶面板231的透光率因各液晶阵列通电而相应发生变化。光电转换元件210配置成能够接收高温熔池所产生的强光并将所接收的强光转换为电能，以经由存储到电池240供随后驱动控制单元206使用。

进一步如图2所示，在外框201和内框202中分别形成有开口204和205，它们在自动变光过滤器200的安装框架组装就位后彼此对正。观察窗组件230在安装框架内容纳，从而观察窗组件230的绝大部分面积区域能够经由彼此对正的开口204和205而暴露。在外框201中还形成有开口203，使得当光电转换元件210安装在安装框架中后，光电转换元件210的绝大部分面积区域能够经由该开口203而暴露，以将接收到的光能转换成电能。自动变光过滤器200还可以包括控制面板250，例如其可以位于观察窗组件230的旁边。在所示的实施例中，控制面板250在组装就位的安装框架中与光电转换元件210或其开口203对正。控制面板250例如可以是触摸屏面板，从而方便使用者输入指令以经由控制单元206设定液晶面板231的各项参数，例如遮光号(例如，液晶面板在变暗状态下的透光率)、响应时间(即，液晶面板从闲置状态切换至变暗状态的时间)等。

根据本申请的实施例，激光防护片232可以包括基片。例如，基片可以由聚碳酸酯材料制成。根据本申请，激光防护片232可以采用反射激光进行能量衰减的方式或者吸收激光进行能量衰减的方式制造。例如，在以反射激光进行能量衰减的方式中，激光防护片232的基片表面上可以镀有或涂覆有一层激光光束反射涂层，例如在基片上利用蒸镀氧化锆(ZrO₂)和二氧化硅(SiO₂)膜，使得照射到激光防护片232上的激光能量能够大部分被反射，没有、或者仅仅对裸眼无害的、或者对下游液晶面板231中的液晶阵列不会造化任何损害的能量级别的激光能够透过激光防护片232的基片。再例如，在以吸收激光进行能量衰减的方式中，激光防护片232的基片在制造的过程中可以掺杂有能够使得激光束发生散射以衰减其能量的吸收剂，例如532吸收剂、IR1064吸收剂、和IR10600吸收剂等。当然，本领域技术人员应当清楚，上述两种方式也可以同时采用而制造激光防护片232。

根据本申请的实施例，激光防护片232被制造成针对激光辐射的防护等级例如针对1064nm或1070nm波长的激光能量透过率至少可以达到10^-3～10^-6的量级。应当清楚的是，本申请所采用的激光防护片232也配置成针对其它波长范围的激光焊接的激光能量透过率也应达到10^-3～10^-6的量级。此外，激光防护片232被制造成针对可见光的透射率至少为30％。在一优选的实施例中，激光防护片232被制造成针对可见光的透射率以确保使用者透过处于闲置状态下的自动变光过滤器200能够观察到手持激光焊接装置的瞄准光斑为佳。

如图4所示，附图标记L1以及实线箭头代表在激光焊接时由待焊接工件处所散射的激光束，附图标记L2以及虚线箭头代表在激光焊接时由高温熔池所产生的其它有害射线。根据本申请的自动变光过滤器200，当进行激光焊接作用的时候，激光束L1受到激光防护片232的阻挡而无法伤害人眼。此外，由于本申请考虑到焊接人员在进行焊接作业时必须可以观察到焊接部位或者激光瞄准光斑，所以激光防护片232针对可见光的透射率难以做到完全阻挡激光焊接时所产生的其它有害射线L2(主要是可见光有害射线)。因此，其它有害射线L2通过处于变暗状态中的液晶面板231被阻挡。这样，本申请的自动变光过滤器200可以为焊接人员提供更加全面的保护。特别是，当焊接人员佩戴根据本申请的防护面罩10后，在尚未开始进行激光焊接时可以方便地透过处于闲置状态中的自动变光过滤器200观察外界，而在实际进行激光焊接且高温熔池产生的瞬间，自动变光过滤器200、特别是其液晶面板231自动切换至变暗状态，从而自动变光过滤器200可以同时提供针对激光束L1以及其它有害射线L2的防护。此外，防护面罩10的面罩壳体100也可以为焊接人员提供针对面部或头部的有害射线防护。

根据本申请的实施例，自动变光过滤器200的液晶面板231在其处于变暗状态中时，针对可见光的平均透射率可以分别达到13.9％、5.18％、1.93％、0.72％、0.27％、0.1％、0.037％、0.0139％、0.0052％、0.0019％、0.00072％、0.00027％；针对远紫外线的平均透射率也可以分别达到0.07％、0.04％、0.02％、0.01％、0.007％、0.004％、0.002％、0.001％、0.0007％、0.0004％、0.0002％、0.0001％；针对红外线的平均透射率也可以分别达到9.0％、5.0％、2.5％、1.5％、1.3％、1.0％、0.8％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％。上述参数可以利用控制面板250而选择性地设定。

为了确保液晶面板231可以能够达到上述要求，根据本申请的一个实施例，液晶面板231可以为一片、两片或更多片液晶面板的组合体。该液晶面板的组合体由液晶驱动电路231a驱动，从而该液晶面板的组合体中的一片、两片或任意数量的液晶面板可以选择性地工作，以使得在变暗状态下可以分别达到上述提及的透射率。此外，该液晶面板的组合体中的单片液晶面板的透射率也可以根据需要单独调整。这样，根据本申请利用参数要求较低且因此成本较低的多片液晶面板的选择性组合工作，也可以实现所要求的透射率参数，从而以较低的成本来实现本申请的技术方案。

在虽然图4所示的实施例中，液晶面板231布置在激光防护片232的下游；但是在如图5所示的替代实施例中，液晶面板231也可以布置在激光防护片232的上游。在本申请的上下文中，涉及“上游”或“下游”的术语是参照激光束例如L1或有害射线例如L2最先到达的物体为处于上游的物体，较后到达的物体为处于下游的物体。实际上，由于透明的保护片在面罩壳体100中的安装，所以本申请的申请人发现，将集成在自动变光过滤器内的激光防护片232布置在液晶面板231上游对激光焊接也有足够的防护效果，例如当激光束并未直接照射自动变光过滤器时。

根据本申请的一个实施例，液晶面板231与激光防护片232在观察窗组件230内可以是彼此相互贴合在一起，例如贴合以面对面接触的方式同时在接触面之间可以采用静电或诸如水胶或光学胶的粘合剂来确保贴合牢固。

尽管这里详细描述了本申请的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出，而不应认为它们对本申请的范围构成限制。此外，本领域技术人员应当清楚，本说明书所描述的各实施例可以彼此相互组合使用。在不脱离本申请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 (11)

1.一种用于激光加工防护的自动变光过滤器(200)，其特征在于，包括：

安装框架；以及

在所述安装框架内安装的观察窗组件(230)以及光传感器(220)，所述光传感器(220)配置成检测激光加工时产生的强光后产生激励信号，所述观察窗组件(230)包括位于激光加工时朝向强光产生方向那一侧的激光防护片(232)以及位于所述激光防护片(232)上游或下游的液晶面板(231)，

所述自动变光过滤器(200)还包括控制单元(206)，所述控制单元(206)与所述光传感器(220)电连接，并且在接收到所述激励信号后，所述控制单元(206)控制所述液晶面板(231)从闲置状态切换至变暗状态，其中，所述液晶面板(231)在闲置状态时的针对可见光、远紫外线和红外线的透射率高于在变暗状态时的针对可见光、远紫外线和红外线的透射率。

2.根据权利要求1所述的自动变光过滤器(200)，其特征在于，所述激光防护片(232)的针对激光的透射率配置成经过所述激光防护片(232)后的激光无法损害下游的液晶面板(231)的液晶阵列。

3.根据权利要求2所述的自动变光过滤器(200)，其特征在于，所述激光防护片(232)配置成至少针对1064nm或1070nm波长的激光能量透过率至少能够达到10^-3～10^-6的量级。

4.根据权利要求3所述的自动变光过滤器(200)，其特征在于，所述激光防护片(232)配置成针对可见光的透射率达到至少30％。

5.根据权利要求1所述的自动变光过滤器(200)，其特征在于，所述液晶面板(231)与所述激光防护片(232)贴合在一起。

6.根据权利要求1至5任一所述的自动变光过滤器(200)，其特征在于，还包括控制面板(250)，以将所述液晶面板(231)在变暗状态时的针对可见光的透射率设定为13.9％、5.18％、1.93％、0.72％、0.27％、0.1％、0.037％、0.0139％、0.0052％、0.0019％、0.00072％或0.00027％；将所述液晶面板(231)在变暗状态时的针对远紫外线的透射率设定为0.07％、0.04％、0.02％、0.01％、0.007％、0.004％、0.002％、0.001％、0.0007％、0.0004％、0.0002％或0.0001％；并且将所述液晶面板(231)在变暗状态时的针对红外线的透射率设定为9.0％、5.0％、2.5％、1.5％、1.3％、1.0％、0.8％、0.6％、0.5％、0.4％或0.3％。

7.根据权利要求6所述的自动变光过滤器(200)，其特征在于，所述液晶面板(231)为多片液晶面板(231)，所述多片液晶面板(231)中的任意数量的液晶面板(231)可以选择性工作以从闲置状态切换至变暗状态。

8.根据权利要求7所述的自动变光过滤器(200)，其特征在于，所述激光加工是激光焊接。

9.根据权利要求8所述的自动变光过滤器(200)，其特征在于，所述光传感器(220)配置成所述激励信号因其检测到激光焊接过程中从高温熔池发出的强光和/或因在待焊部位处反射的激光束而产生。

10.一种用于激光加工防护的防护面罩(10)，包括：

面罩壳体(100)；

在所述面罩壳体(100)上安装的根据权利要求1至9任一所述的自动变光过滤器(200)，其中，所述自动变光过滤器(200)的激光防护片(232)相对于所述自动变光过滤器(200)的液晶面板(231)位于外侧。

11.根据权利要求10所述的防护面罩(10)，其特征在于，所述激光加工是激光焊接。