KR20240003878A - 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧 - Google Patents

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Abstract

실시예는, 헤드 기어; 상기 헤드 기어에 해제 가능하게 설치된 헬멧 케이스; 상기 헬멧 케이스의 개구 상에 설치되어 작업자의 시야를 확보하는 시야패널; 상기 헬멧 케이스에 설치된 라이팅부; 상기 헬멧 케이스에 설치되고 용접의 상태 정보에 기초하여 용접 부위에 상기 라이팅부로부터의 광의 조사를 제어하는 제어장치;를 포함하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.

Description

지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧{Welding helmet with intelligent light system}
본 발명은 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧에 관한 것으로 상세하게, 용접 상태에 기반하여 지능적으로 조명의 조사 방향과 조명의 출력 여부를 제어할 수 있는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧에 관한 것이다.
용접이란 2개 또는 2개 이상의 재료를 용융이나 반용융 상태로 하여 접합 또는 상온 상태의 부재를 접촉시키고 압력을 작용시켜 접촉면을 밀착시키면서 접합하는 금속적 이음과 두 물체 사이에 용가재를 첨가하여 간접적으로 접합시키는 작업을 말한다.
산업기술의 발달과 더불어 필수 금속가공기술인 용접은 거의 전 공업분야에 적용되고 있다. 대부분의 공업화된 국가에서는 상당히 많은 근로자들이 용접분야에 종사하고 있다. 용접에 있어서 작업자의 안전과 건강은 매우 중요하며 생산에 종사하고 있는 모든 작업자들은 항상 잠재적인 위험에 노출되어 있다. 최근 용접기술의 발전 및 사용범위의 확대와 더불어 안전의 중요성이 부각되고 있으며, 용접시 발생하는 위험성과 유해성이 작업자의 안전위생 측면에서 문제점으로 지적되고 있다. 따라서 용접 작업환경에 대한 법적 규제가 점차 강화되고 있으며, 용접사의 용접 기피현상도 증가하고 있는 실정이다. 또한 용접작업시 발생하는 안전과 위생 문제는 종종 노사 관계의 핵심적 쟁점사항으로 비화하여 사회문제를 야기하기도 한다. 용접시 발생 가능한 유해인자로는 감전, 강한 아크광에 의한 시각장해, 용접시 발생하는 용접매연 및 가스에 의한 공기 오염에 따른 건강질환, 화재, 화상, 폭발에 의한 피해 및 소음에 의한 청각장해, 부적절하거나 몸에 피로를 유발하는 용접자세로 인해 발생하는 근골격계 계통의 질환 등과 같은 직접적인 인자들과, 용접시 사용되는 압축가스나 가연성가스에 의한 인자, 용접부의 청정작업시 발생 가능한 인자, 그리고 금속의 취급시에 발생할 수 있는 일반 인자 등 간접적인 인자들을 들 수 있다.
용접의 안전과 위생과 관련하여 주요 이슈 중 하나는 아크광이나 스파크 등에 의한 화상이나 아크로부터의 강한 빛에 의한 시력 손상 문제이다.
용접작업시 눈, 얼굴 및 신체의 화상은 매우 심각한재해로서 아크광이나 스파크, 스패터, 화염 및 과열된 금속 및 레이저 조사에 의해 발생한다. 아크용접시 발생되는 아크는 대단히 고온이며 강한 빛을 발출한다. 아크빛은 복합광이며 파장에 따라 가시광선, 자외선, 적외선 등의 여러 가지 유해광선들이 포함되어 있다. 용접아크빛의 강도는 용접법의 종류에 따라 다르고, 같은 용접법에서도 용접조건에 따라 변화한다. 일반적으로 동일한 용접전류인 경우, 가스 실드 아크 용접법에서 발생하는 빛의 강도가 다른 아크 용접법 보다 크며, 또한 이 용접법은 일반적으로 높은 전류를 사용하므로 빛의 강도가 매다. 강렬한 가시광선, 자외선 및 적외선은 안구와 피부에 장해를 유발시킨다.
화상이나 시력 손상 등의 문제를 방지하기 위해서는 용접작업시 가죽장갑, 보호안경, 앞치마 등의 방호장비를 착용하는 것이 중요하며 작업복도 가급적 난연성 재질로 만들어진 것을 착용하는 것이 바람직하다. 특히, 적절한 차광보호구를 착용하는 것이 필수적이다. 또한 주변 작업자를 위한 측면 차폐도 필요하다.
관련하여 사용자의 안면 부위의 화상 장비 및 시력 보호를 용접 마스크에 대해서 지속적으로 개량된 기술이 소개되고 있다. 특히, 용접 상황에 따라서 차광의 정도를 조절하거나, 마스크를 벗지 않고도 마스크의 창 너머로 용접의 결과물을 용이하게 확인할 수 있도록 하는 기술이 다수 소개되었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0127009호는 자동 암흑화 용접 헬멧을 개시한다. 센서를 통해 용접시의 광을 검출하는 방식으로 자동 암흑화 필터의 투명 또는 불투명 상태의 전환을 하여 작업자의 시야를 보호하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 자동 암흑화 필터를 투명으로 전환한다고 하여도 창을 통해 용접 부위를 관찰해야 하므로 용접 부위를 선명하게 관찰하는데 한계가 있고, 작업자의 눈 가까이에 위치한 자동 암흑화 필터의 잦은 온오프에 따라 작업자의 어지러움 등을 유발할 수 있는 한계가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0603327호는 다기능 용접 마스크에 관한 것으로 수동으로 위치 조정이 가능하고 용접 부위를 비추기 위한 라이트 장치가 구비된 용접 마스크를 개시하고 있고, 대한민국 등록특허공보 제10-2160663호는 엘이디가 구비된 용접 마스크를 개시하고 있다. 그러나, 작업자가 직접 라이트의 조사 영역 위치를 조정해야 하는 불편함이 있다. 또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0127009호는 조명등이 구비된 용접마스크에 관한 것으로 용접 부위를 향하여 조사되는 조명등을 이용하여 용접부위의 쉬운 확인이 가능하도록 하는 특징이 있다. 그리고, 대한민국 등록특허공보 제10-1202519호는 용접 마스크에 관한 것으로 용접 부위나 주변 위치 확인이 용이하도록 조명이 발산되되 특히, 차광부의 개폐 동작과 연동되어 조명이 온/오프 작동되도록 하여 사용이 편리하도록 한 특징이 있다. 그러나, 스위칭 방식이나 점등 제어부의 상하 조작 방식과 물리 수동으로 조명의 동작 여부를 조작하는 점에서 작업의 자유도가 떨어지고, 조명광이 용접 부위에 조사되도록 머리의 위치를 조정하거나 작업자가 직접 조명의 위치를 조정해야 하나 헬멧의 착용 상태에서는 시야가 잘 확보되지 못하여 여전히 용접 부위에 광을 조사하기 곤란한 한계가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0127009호 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0127009호 대한민국 등록특허공보 제10-0603327호 대한민국 등록특허공보 제10-1202519호 대한민국 등록특허공보 제10-2160663호
본 발명은 전술한 문제점을 해결할 수 있는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공한다.
또한, 본 발명은 작업자가 용접 작업 시 용접용 헬멧의 착용을 유지한 상태에서도 용접, 용접 덧살 제거 및 용접 부위를 육안으로 확인할 때 충분한 시야를 제공함으로써 작업의 편의성을 더하고 헬멧의 반복된 탈부착에 따른 고온의 환경에 안면의 반복된 노출 문제, 유해한 가스의 직접적인 노출 문제, 인접한 용접 환경으로부터 발생하는 아크로 인한 안면 부위 손상 문제 등을 해결할 수 있는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공하고자 한다.
다만, 전술한 해결과제에 한정하는 것은 아니고 이하의 명세서로부터 본 발명의 해결하고자 하는 다양한 과제를 도출할 수 있다.
실시예는, 헤드 기어; 상기 헤드 기어에 해제 가능하게 설치된 헬멧 케이스; 상기 헬멧 케이스의 개구 상에 설치되어 작업자의 시야를 확보하는 시야패널; 상기 헬멧 케이스에 설치된 라이팅부; 상기 헬멧 케이스에 설치되고 용접의 상태 정보에 기초하여 용접 부위에 상기 라이팅부로부터의 광의 조사를 제어하는 제어장치;를 포함하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 헬멧 케이스에 설치되어 상기 용접 상태 정보를 검출하기 위한 센서부;를 더 포함하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 제어장치는 상기 센서부의 검출 결과에 기초하여 용접 아크 집중 영역을 검출하고 상기 용접 아크 집중 영역을 추적하며, 용접 아크 잔상 영역을 검출하면 상기 라이팅부를 제어하여 상기 용접 아크 잔상 영역 상에 제1 광을 조사하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 제어장치는 상기 센서부의 검출 결과에 기초하여 용접 아크 잔상 영역을 검출하고 상기 용접 아크 잔상 영역을 추적하며, 용접 아크 잔상이 제거되면 상기 라이팅부를 제어하여 상기 용접 부위에 제2 광을 조사하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 제어장치는 상기 센서부의 검출 결과에 따른 상기 헬멧 케이스의 위치 정보에 기초하여 상기 라이팅부로부터의 출력된 광의 조사 방향을 제어하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 라이팅부는 라이트 및 상기 라이트를 고정 및 상기 라이트의 위치를 제어하는 라이트마운트를 포함하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 제어장치는 상기 센서부의 검출 결과에 따른 상기 헬멧 케이스의 각도 변화가 기 설정 변화치를 초과하는 것으로 판단하면 상기 라이팅부로부터의 광조사를 턴오프하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 제어장치는 상기 센서부의 검출 결과에 따른 상기 헬멧 케이스의 기 설정치를 초과한 각도 변화 폭을 가진 흔들림이 검출되면 상기 라이트의 광 조사 영역을 둘러싼 영역에 광을 조사하는 보조라이트를 구동하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 작업자가 용접 작업 시 용접용 헬멧의 착용을 유지한 상태에서도 용접, 용접 덧살 제거 및 용접 부위 육안으로 확인이 가능하도록 작업자의 시야를 충분히 확보하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 용접 아크, 용접 아크 잔상 및 용접 아크 잔상이 제거된 상태를 판단하여 적절한 조도의 광을 제공하여 작업자가 시야패널을 통해서도 용접 부위를 자세히 관찰할 수 있도록 하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 작업자의 움직임에 따른 헬멧 케이스의 움직임이 있는 경우에도 광을 조사할 영역에 대한 지속적인 검출 및 추적을 통해 용접 부위 확인 시 용접 부위에 빠르게 광을 조사하여 작업자가 헬멧을 벗지 않고서도 시야패널을 통해 용접 부위를 확인할 수 있도록 하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 라이트로부터의 광이 불필요한 영역으로 조사되는 것을 방지할 수 있는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 용접 덧살 제거와 같이 도구를 이용하여 덧살 부위를 반복적으로 가격하는 경우에 용접 부위에 조사되는 광의 흔들림에 따른 작업자의 시야 방해 등의 문제를 방지할 수 있도록 하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 용접용 헬멧을 벗는 경우 용접 부위의 용접에 따른 고온의 환경으로부터의 작업자의 안면 보호의 필용성을 판단하여 작업자로 하여금 위험 상황을 인지할 수 있도록 하는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 용접 종료 후 용접 부위에 나타나는 용접 잔상 영역의 온도 정보에 기초하여 적절한 조도의 광을 제공하여 작업자의 시야를 보충할 수 있는 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 3는 작업자가 본 발명의 실시예에 따른 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 착용한 상태에서 피용접재에 용접을 하는 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 다양한 각도에서 바라본 모습이다.
도 7은 차광 컨트롤러에 관한 블록도이고, 도 8은 제어장치에 의해 제어되는 구성들에 대한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접용 헬멧을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧이 용접 부위에 광을 조사하는 방법을 설명한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 3는 작업자가 본 발명의 실시예에 따른 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 착용한 상태에서 피용접재에 용접을 하는 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 작업자는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧(10)을 착용한 상태에서 피용접재(1)를 대상으로 용접을 진행할 수 있다. 예시적으로, 작업자는 용접홀더(11)를 파지하고, 용접홀더(11)에 연결된 용접봉(12)을 이용하여 피용접재(1)에 용접을 진행할 수 있다.
용접을 진행하는 과정 중에 용접 지점을 중심으로 고온의 강한 빛을 가진 용접 아크(19)가 발생하게 되지만, 작업자는 용접용 헬멧(10)을 통해 용접을 진행하므로 작업자의 안면 부위를 비롯하여 시력의 보호를 유지할 수 있다.
용접 과정이 중지되면, 피용접재(1)의 용접 지점을 중심으로 소정의 시간 동안 용접 아크 잔상(18)이 형성될 수 있다. 그리고, 용접용 헬멧(10)은 용접 아크 잔상(18)이 형성된 영역의 위치를 추적하고, 용접 아크 잔상(18)이 형성된 영역 상에 광을 조사할 수 있다. 또한, 소정의 시간의 경과 후 용접 아크 잔상(18)이 사라지면 용접용 헬멧(10)은 용접 아크 잔상(18)이 사라진 영역을 중심으로 광을 조사할 수 있다. 따라서, 작업자는 용접용 헬멧(10)의 착용을 유지한 상태에서도 용접 부위를 용이하게 관찰할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧을 다양한 각도에서 바라본 모습이다. 그리고 도 7은 차광 컨트롤러에 관한 블록도이고, 도 8은 제어장치에 의해 제어되는 구성들에 대한 블록도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 용접용 헬멧(10)은 헤드 기어(100)와 헤드 기어(100)에 해제 가능하게 설치된 헬멧 케이스(200)를 포함할 수 있다. 예를 들어 헬멧 케이스(200)는 나일론 등의 합성 섬유로 제조될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 헬멧 케이스(200)는 보통 성인의 머리 윤곽에 맞게 모양이 되어 있다. 헤드 기어(100)는 작업자의 머리에 헬멧 케이스(200)를 씌우는데 사용된다. 즉, 헬멧 케이스(200)는 작업자의 안면 부위를 커버하고, 헤드 기어(100)를 머리에 둘러 착용함으로써 용접용 헬멧(10)을 착용할 수 있다.
용접용 헬멧(10)이 제자리에 착용되면 헬멧 케이스(200)가 작업자의 전체 얼굴을 감쌀 수 있도록 헬멧 케이스(200)가 헤드 기어(100) 내에 피벗 가능하게 설치된다. 헬멧 케이스(200)의 전면의 일부 영역에는 실질적으로 직사각형 개구(201)가 형성된다. 개구(201)는 용접용 헬멧(10)을 착용한 작업자의 시야 확보를 위해 작업자의 눈 부위에 대응하는 영역 상에 형성될 수 있다. 시야패널(210)은 개구(201) 상에 설치된다. 다양한 실시예에서, 시야패널(210)이 개구(201) 내에 해제 가능하게 설치될 수 있다. 작업자는 시야패널(210)을 통해 외부를 관찰할 수 있다. 또한, 용접 아크와 같은 강한 빛을 적당히 차광하여 시야패널(210)을 통과할 수 있다. 따라서, 시야패널(210)은 시야의 확보가 가능하도록 투명하게 구성되나 소정의 빛의 차광을 위해서 차광 기능을 가진다.
도 7을 더 참조하면, 헬멧 케이스(200)의 내측에는 차광 콘트롤러(220)가 설치될 수 있다.
차광 콘트롤러(220)는 시야패널(210) 상의 차광도의 밝기를 조절할 수 있다. 또한, 차광 콘트롤러(220)는 시야패널(210)의 차광 변동 시간을 조절할 수 있다.
헬멧 케이스(200)에는 차광 밝기 조절부(221)가 설치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 차광 밝기 조절부(221)는 헬멧 케이스(200)의 외측에 설치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 차광 밝기 조절부(221)는 작업자의 손이 닿기에 용이한 위치에 설치될 수 있다.
차광 밝기 조절부(221)는 휠 타입으로 구성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 작업자는 차광 밝기 조절부(221)를 제어하여 시야패널(210) 상의 차광 정도를 조절할 수 있다. 여기서의 차광 정도는 작업자가 시야패널(210)을 통해 외부를 관찰할 때 외부의 시인성 정도와 관련한 것으로 차광 정도가 높은 경우 외부의 시인성이 떨어지고 차광 정도가 낮은 경우 외부의 시인성이 높아진다.
또한, 헬멧 케이스(200)에는 차광 변동 시간 조절부(222)가 설치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 차광 변동 시간 조절부(222)는 헬멧 케이스(200)의 외측에 설치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 차광 변동 시간 조절부(222)는 작업자의 손이 닿기에 용이한 위치에 설치될 수 있다.
차광 변동 시간 조절부(222)는 휠 타입으로 구성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 작업자는 차광 변동 시간 조절부(222)를 제어하여 시야패널(210) 상의 차광 정도의 변화에 대한 시간을 조절할 수 있다. 예시적으로, 용접이 중단된 경우 시야패널(210)의 시야 밝기가 미리 설정된 밝기까지 걸리는 시간이 조절될 수 있다.
여기서의 시야 밝기는 작업자가 시야패널(210)을 통해 외부를 관찰할 때 외부의 시인성 정도를 의미한다.
다양한 실시예에서, 자동 암흑화 필터가 시야패널(30) 내에 해제 가능하게 설치될 수 있다. 자동 암흑화 필터는 일반적으로 액정 패널을 포함할 수 있다. 자동 암흑화 필터의 제어 회로의 제어 하에 액정 패널은 일반적으로 불투명하지 않은 상태에 있다. 그러나 아크 용접이 시작되는 순간에 불투명 상태가 되어 임의의 손상가능한 광선으로부터 작업자의 눈을 보호할 수 있다. 자동 암흑화 필터는 외측에 광학 센서가 제공되어서, 아크 용접이 시작되는 순간에 아크광 신호를 수신하여, 제어 회로에 액정 패널을 작동시킬 것을 통지한다. 광전 변환기가 또한 자동 암흑화 필터의 외측에 제공되어, 아크 용접이 시작되는 동안 고세기 아크광(high-intensive arc-light)을 전기 에너지로 변환한다. 이 전기 에너지는 차후 사용을 위해 자동 암흑화 필터의 배터리에 저장될 수 있다. 특히, 자동 암흑화 필터의 외측에서는 투명 보호 시트가 개구(201) 내에 해제 가능하게 제공되어, 튕긴 임의의 물질이 액정 패널을 타격하지 못하게 할 수 있다.
도 8을 더 참조하면, 헬멧 케이스(200)에는 라이팅부(300)가 설치될 수 있다.
라이팅부(300)는 복수개로 구성될 수 있다.
라이팅부(300)는 시야패널(210)의 좌우측에 위치할 수 있다.
라이팅부(300)는 라이트(310) 및 라이트마운트(320)를 포함할 수 있다.
라이트마운트(320)는 헬멧 케이스(200) 내에 내장될 수 있다. 라이트(310)는 라이트마운트(320)에 체결되고 외부로 광을 출력하기 위하여 전면부가 외부로 노출될 수 있다.
라이트마운트(320)에는 라이트(310)가 라이트마운트(320) 상에서 다양한 방향으로 소정의 각도로 회전할 수 있도록 구성된다. 따라서, 라이트(310)의 광조사 방향은 다양할 수 있다.
용접용 헬멧(10)은 센서부(400) 및 제어장치(500)를 더 포함할 수 있다.
제어장치(500)는 센서부(400)의 센싱 정보에 기초하여 라이트마운트(320)를 제어할 수 있다. 제어장치(500)는 라이트마운트(320)를 제어하여 라이트(310)의 위치를 변경함으로써 라이트(310)의 광조사 방향을 콘트롤할 수 있다.
센서부(400)는 움직임센서(410)와 이미지센서(420)를 포함할 수 있다.
움직임센서(410)는 헬멧 케이스(200) 내에 설치되어 헬멧 케이스(200)의 움직임 정보를 센싱할 수 있다. 움직임센서(410)는 3축 가속계, 3축 자이로스코프, 자력계를 포함하여 헬멧 케이스(200)의 움직임 정보를 검출할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이미지센서(420)는 화각 범위 내의 영상을 촬영할 수 있다.
센서부(400)는 용접 아크로부터의 강한 빛의 세기를 낮추어 이미지센서(420)에 수광되도록 하기 위하연 광필터를 더 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접용 헬멧을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 용접용 헬멧(10)은 헬멧 케이스(100)의 상단에 설치된 라이팅부(300)를 구비할 수 있다.
라이팅부(300)는 라이트(310)와 라이트마운트(320)를 포함하고, 라이트마운트(320)는 헬멧 케이스(100)의 상단 영역에 설치될 수 있다.
라이트마운트(320)에는 라이트(310)가 설치될 수 있다.
라이트마운트(320)는 라이트(310)를 고정하고, 라이트(310)가 다양한 방향으로 광을 조사할 수 있도록 라이트(310)의 위치를 조절할 수 있다.
제어장치(500)는 라이트마운트(320)를 제어하여 라이트(310)의 광 조사 방향을 콘트롤할 수 있다.
다양한 실시예에서, 시야 패널의 적어도 일부 영역 또는 헬멧 케이스(200) 상에는 광수신패널이 마련될 수 있다. 광수신패널은 용접에 따라 발생하는 광과 같은 인공광이나 태양광과 같은 자연광을 수신하여 전력으로 변환할 수 있다. 그리고, 제어장치(500)를 비롯하여 각종 장치는 광으로부터 변환된 전력을 이용하여 구동할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고 용접용 헬멧(10)은 별도의 배터리를 구비할 수도 있다.
다양한 실시예에서, 작업자는 수동으로 라이트(310)의 위치를 조절할 수 있다. 제어장치(500)는 라이트(310)의 위치가 수동으로 조절된 경우 라이트(310)의 위치를 추적하여 조절된 후의 라이트(310)의 위치 정보를 검출하고 저장할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧이 용접 부위에 광을 조사하는 방법을 설명한다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 용접용 헬멧, 라이팅부 및 이미지센서의 위치 관계 수립 단계(S110), 용접 상태를 모니터링하는 단계(S120), 용접 아크 영역을 검출하는 단계(S130), 용접 아크 집중 영역을 검출 및 추적하는 단계(S140), 용접의 일시 중지 여부를 판단하는 단계(S150), 용접이 일시 중지된 것으로 판단하면 용접 아크 잔상 영역을 검출 및 추적하는 단계(S160), 용접 아크 잔상 영역에 제1 광을 조사하는 단계(S170), 용접 아크 잔상의 존재 여부를 판단하는 단계(S180), 용접 아크 잔상이 사라진 것으로 판단하면 용접 부위를 검출 및 추적하는 단계(S190), 용접 부위에 제2 광을 조사하는 단계(S191)를 포함할 수 있다.
- 용접용 헬멧과 라이팅부 및 이미지센서의 위치 관계 수립 단계
작업자가 용접용 헬멧(10)을 착용하면, 제어장치(500)는 용접용 헬멧(10)의 착용을 감지할 수 있다. 착용을 감지하는 방법으로는 작업자가 용접용 헬멧(10)의 착용에 따라 내부에 마련된 물리적 버튼이 두부에 의해 눌러질 수 있고, 제어장치(500)는 물리적 버튼의 동작에 기초하여 용접용 헬멧(10)의 착용을 감지할 수 있다. 다양한 실시예에서, 제어장치(500)는 용접용 헬멧(10)에 마련된 입력 버튼의 입력 신호의 감지에 기초하여 용접용 헬멧(10)의 착용을 감지할 수 있다. 다만, 전술한 바에 한정하는 것은 아니다.
제어장치(500)는 현재 용접용 헬멧(10)의 각도 정보, 라이트(310)의 초기 광조사 방향 정보, 이미지센서(420)의 기준 위치 정보에 기초하여 용접용 헬멧(10)과 라이팅부(300) 및 이미지센서(420)의 위치 관계를 수립할 수 있다.
제어장치(500)는 움직임센서(410)의 검출 결과를 이용하여 용접용 헬멧(10)의 각도 정보를 모니터링할 수 있다.
- 용접 상태를 모니터링하는 단계
제어장치(500)는 위치 관계 수립 이후 움직임센서(410)를 통해 용접용 헬멧(10)의 각도의 변화가 검출되면 용접 상태를 모니터링하는 동작을 수행할 수 있다. 제어장치(500)는 이미지센서(420)의 검출 결과에 기초하여 용접 아크(19)의 검출 여부를 모니터링할 수 있다. 그리고, 제어장치(500)는 용접 아크(19)가 검출되면 용접 아크 집중 영역의 위치 정보를 검출하고 검출된 위치를 추적할 수 있다.
용접 아크 집중 영역은 용접 부위와 대응할 수 있다.
제어장치(500)는 촬영된 이미지 상에서 용접에 의한 아크 영역에서의 화소값 비교를 통해 용접 아크 집중 영역을 검출할 수 있다.
제어장치(500)는 움직임센서(410)에 의해 용접용 헬멧(10)의 각도 변화를 모니터링할 수 있다. 그리고, 제어장치(500)는 이미지센서(420)의 검출 결과에 기초하여 객체를 검출하고, 검출된 객체의 위치 정보를 모니터링할 수 있다. 제어장치(500)는 각도 변화 및 검출된 객체의 위치 정보에 동기하여 용접 아크 집중 영역의 위치를 지속적으로 추적할 수 있다.
제어장치(500)는 이미지센서(420)의 검출 결과에 기초하여 용접 일시 중지 여부를 판단할 수 있다. 제어장치(500)는 이미지센서(420)의 검출 결과의 분석에 기초하여 용접 아크(19)가 검출되는 영역 내에서 용접 아크 집중 영역을 중심으로 그 주변부의 화소값의 변화에 기초하여 용접 일시 중지 여부를 판단할 수 있다.
제어장치(500)는 용접 일시 중지 상태로 판단하면, 이미지센서(420)의 검출 결과에 기초하여 용접 아크 잔상(18)이 존재하는 영역을 검출하고 용접 아크 잔상 영역의 위치 정보를 분석할 수 있다.
제어장치(500)는 움직임센서(410)에 의해 용접용 헬멧(10)의 각도 변화를 모니터링할 수 있다. 그리고, 제어장치(500)는 이미지센서(420)의 검출 결과에 기초하여 객체를 검출하고, 검출된 객체의 위치 정보를 모니터링할 수 있다. 제어장치(500)는 각도 변화 및 검출된 객체의 위치 정보에 동기하여 용접 아크 잔상 영역의 위치를 지속적으로 추적할 수 있다.
- 광 조사 단계
제어장치(500)는 라이트마운트 위치제어부(330)에 명령 신호를 전송하여 라이트마운트(320)가 라이트(310)의 광 조사 방향을 제어할 수 있다.
제어장치(500)는 라이트(310)의 광 조사 방향이 용접 아크 잔상 영역을 향하도록 하고, 제1 조도값의 광이 용접 아크 잔상 영역을 향해 조사되도록 할 수 있다.
다양한 실시예에서, 제어장치(500)는 이미지센서(420)의 검출 결과에 기초하여 용접 아크 잔상 영역에서의 검출되는 화소값에 기초하여 결정된 제1 조도 값의 광이 라이트(310)를 통해 조사되도록 할 수 있다.
다양한 실시예에서, 제어장치(500)는 용접 아크 잔상 영역에서 검출되는 화소값에 기초하여 용접 아크 잔상 영역에서의 빛의 강도를 추정할 수 있다. 다양한 실시예에서, 제어장치(500)는 용접 아크 잔상 영역에서 검출되는 화소값들과 이에 대응하는 빛의 강도 정보들에 관한 테이블 데이터베이스 정보를 참조하여 빛의 강도를 추정할 수 있다. 그리고, 제어장치(500)는 추정된 빛의 강도가 낮을수록 제1 조도값을 높일 수 있다.
제어장치(500)는 움직임센서(410)에 의해 용접용 헬멧(10)의 각도 변화를 모니터링할 수 있다. 그리고, 제어장치(500)는 이미지센서(420)의 검출 결과에 기초하여 검출된 객체의 위치 정보를 모니터링할 수 있다. 제어장치(500)는 각도 변화 및 검출된 객체의 위치 정보에 동기하여 라이트(310)의 광 조사 방향을 변화시키면서 용접 아크 잔상 영역을 추적함으로써 용접 아크 잔상 영역에 광이 지속적으로 조사되도록 할 수 있다.
다양한 실시예에서, 제어장치(500)는 움직임센서(410)에 의해 용접용 헬멧(10)의 각도 변화가 기 설정 변화치를 초과하는 것으로 판단하면 라이트(310)를 턴오프할 수 있다. 예시적으로 용접용 헬멧(10)의 각도 변화가 기 설정 변화치를 초과하는 상황은 작업자의 시선이 다른 곳으로 향하는 상황이 될 수 있다. 이 경우, 작업자의 시선이 향한 곳에 불필요거나 부적절하게 광이 조사되는 현상을 방지한다.
제어장치(500)는 움직임센서(410)에 의해 용접용 헬멧(10)의 각도 변화에 기초하여 융접용 헬멧(10)이 라이트(310)를 턴오프 이전 위치로 복귀한 것으로 판단하면 라이트(310)를 턴온하고, 용접 아크 잔상 영역을 검출하여 해당 영역에 광이 조사되도록 할 수 있다. 즉, 제어장치(500)는 작업자의 시선이 다시 용접 부위로 향하는 경우를 감지하여 라이트(310)를 턴온하여 용접 부위에 광이 조사되도록 할 수 있다.
제어장치(500)는 이미지센서(420)의 검출 결과에 기초하여 용접 아크 잔상이 제거된 것으로 판단하면, 제2 조도값의 광이 용접 아크 잔상이 제거된 영역을 향해 조사되도록 할 수 있다.
여기서의 제2 조도값은 전술한 제1 조도값보다 높은 값을 가질 수 있다. 즉, 용접 부위에 용접 아크 잔상이 사라진 경우 보다 높은 조도값의 광을 용접 부위에 조사함으로써 작용자가 용접 부위를 선명하게 관찰할 수 있도록 한다.
다양한 실시예에서, 제어장치(500)는 움직임센서(410)의 검출 결과에 기초하여 용접용 헬멧(10)의 기 설정치를 초과한 각도 변화 폭을 가진 흔들림이 검출되면 보조라이트(311)를 구동할 수 있다.
보조라이트(311)는 라이트(310)의 광 조사 영역을 둘러싼 영역을 향해 광을 조사하게 된다. 보조라이트(311)는 라이트(310)의 광 조도값과 동일한(소정의 조도값 오차는 허용) 조도값을 가진 광을 조사할 수 있다. 즉, 라이트(310) 및 보조라이트(311)가 제2 조도값의 광을 조사할 수 있다.
다양한 실시예에서, 보조라이트(311)를 구성하는 광원은 라이트(310)를 구성하는 광원을 둘러싸며 위치할 수 있다. 따라서, 보조라이트(311)로부터 출력된 광이 조사하는 광조사 영역은 라이트(310)로부터 출력된 광이 조사하는 광조사 영역을 둘러싸게 된다.
제어장치(500)는 보조라이트(311)가 턴온된 상태에서는 라이트(310)의 위치를 움직임센서(410)의 검출 결과에 동기시키지 않고 보조라이트(311)의 턴온 시점에서의 라이트(310)의 위치를 그대로 유지할 수 있다.
작업자가 용접 덧살을 제거하는 것과 같이 용접 부위를 도구로 가격하는 경우 용접용 헬멧(10)의 흔들림이 지속될 수 있고, 이 경우 라이트(310)와 보조라이트(311)의 구동에 의해 광 조사 영역을 넓게 형성함으로써 국소의 광 조사 영역이 용접용 헬멧(10)의 흔들림에 대응하여 반복적으로 흔들림에 따라 작업자의 시선의 어지러움이 발생하는 문제를 방지한다. 그리고, 용접용 헬멧(10)의 흔들림에도 불구하고 용접 부위에 광이 지속적으로 조사되도록 한다.
제어장치(500)는 움직임센서(410)의 검출 결과에 기초하여 용접용 헬멧(10)의 흔들림이 중단된 것으로 판단하면, 보조라이트(311)를 턴오프하고, 용접 부위의 위치를 추적하며 라이트(310)가 용접 부위에 광을 조사하도록 한다.
다양한 실시예에서, 용접용 헬멧(10)의 센서부(400)는 온도검출센서를 더 포함할 수 있다. 온도검출센서는 열화상 카메라 또는 스팟(spot) 고온계로 구성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제어장치(500)는 주기적으로 온도검출센서의 검출 정보를 수신할 수 있다. 제어장치(500)는 온도검출센서의 검출 정보에 기초하여 추적된 용접 아크 집중 영역, 용접 아크 잔상 영역 또는 용접 부위 상의 온도 정보를 판단할 수 있다.
제어장치(500)는 작업자가 용접용 헬멧(10)을 벗는 것을 판단할 수 있다.
제어장치(500)는 움직임센서(410)의 센싱 정보에 따른 헬멧 케이스(200)의 위치 정보에 기초하여 작업자가 용접용 헬멧(10)을 벗는 것을 판단할 수 있다. 다양한 실시예에서, 제어장치(500)는 용접용 헬멧(10)의 착용에 따라 작업자의 두부에 의한 압력에 따라 입력 신호를 수신한 물리적 버튼 상에 가해지는 압력 신호의 해제를 판단하면 용접용 헬멧(10)을 벗는 것으로 판단할 수 있다.
제어장치(500)는 작업자가 용접용 헬멧(10)을 벗는 것으로 판단하면 온도검출센서의 검출 정보에 따라 미리 설정된 온도 이상이 경우 용접용 헬멧(10)에 마련된 출력 장치를 통해 경보음을 출력할 수 있다. 출력 장치는 스피커를 포함할 수 있다.
실시예는, 용접 부위나 그 주변의 온도가 작업자의 안면에 영향을 줄 정도의 미리 설정된 온도값 이상을 가지는 경우에 작업자가 용접용 헬멧(10)을 벗는 경우 이를 감지하여 작업자에게 경보음을 출력함으로써 작업자로 하여금 용접 부위의 고온에 의해 안면 부위의 손상 등의 발생을 미연에 방지할 수 있도록 한다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
또한 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧(10)
헤드 기어(100)
헬멧 케이스(200)
개구(201)
시야패널(210)
차광 콘트롤러(220)
차광 밝기 조절부(221)
차광 변동 시간 조절부(222)
라이팅부(300)
라이트(310)
보조라이트(311)
라이트마운트(320)
라이트마운트 위치제어부(330)
센서부(400)
움직임센서(410)
이미지센서(420)
제어장치(500)

Claims (8)

  1. 헤드 기어;
    상기 헤드 기어에 해제 가능하게 설치된 헬멧 케이스;
    상기 헬멧 케이스의 개구 상에 설치되어 작업자의 시야를 확보하는 시야패널;
    상기 헬멧 케이스에 설치된 라이팅부;
    상기 헬멧 케이스에 설치되고 용접 상태 정보에 기초하여 용접 부위에 상기 라이팅부로부터의 광의 조사를 제어하는 제어장치;를 포함하는
    지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 헬멧 케이스에 설치되어 상기 용접 상태 정보를 검출하기 위한 센서부;를 더 포함하는
    지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 센서부의 검출 결과에 기초하여 용접 아크 집중 영역을 검출하고 상기 용접 아크 집중 영역을 추적하며,
    용접 아크 잔상 영역을 검출하면 상기 라이팅부를 제어하여 상기 용접 아크 잔상 영역 상에 제1 광을 조사하는
    지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 센서부의 검출 결과에 기초하여 용접 아크 잔상 영역을 검출하고 상기 용접 아크 잔상 영역을 추적하며,
    용접 아크 잔상이 제거되면 상기 라이팅부를 제어하여 상기 용접 부위에 제2 광을 조사하는
    지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧.
  5. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 센서부의 검출 결과에 따른 상기 헬멧 케이스의 위치 정보에 기초하여 상기 라이팅부로부터의 출력된 광의 조사 방향을 제어하는
    지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 라이팅부는 라이트 및 상기 라이트를 고정 및 상기 라이트의 위치를 제어하는 라이트마운트를 포함하는
    지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 센서부의 검출 결과에 따른 상기 헬멧 케이스의 각도 변화가 기 설정 변화치를 초과하는 것으로 판단하면 상기 라이팅부로부터의 광조사를 턴오프하는
    지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 센서부의 검출 결과에 따른 상기 헬멧 케이스의 기 설정치를 초과한 각도 변화 폭을 가진 흔들림이 검출되면 상기 라이트의 광 조사 영역을 둘러싼 영역에 광을 조사하는 보조라이트를 구동하는
    지능형 라이트 시스템을 구비한 용접용 헬멧.
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