KR900006884B1 - Electro-optic welding lens assembly - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 제1실시예의 개략도.1 is a schematic diagram of a first embodiment.
제2도는 제2실시예의 개략도.2 is a schematic diagram of a second embodiment.
제3도는 제3실시예를 간단하게 도시한 개략도.3 is a schematic diagram schematically showing a third embodiment;
제4도는 제1실시예에서의 렌즈(lens)조립체의 측면도4 is a side view of the lens assembly in the first embodiment
제5도는 제2실시예에서의 렌즈 조립체의 측면도5 is a side view of the lens assembly in the second embodiment;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
FA : 훨터(filter)장치 Q : 전원 공급기FA: Filter Device Q: Power Supply
W : 광-전기 변환기 소자 ST : 안정 장치 회로W: opto-electric converter element ST: stabilizer circuit
WR : 발진기 S : 감광 소자WR: oscillator S: photosensitive device
V1 : 차동 증폭기 TR : 트리거(trigger)회로V1: Differential Amplifier TR: Trigger Circuit
SA : 아날로그(analog)스위치 회로 P : 전위차계SA: analog switch circuit P: potentiometer
V2: 전력 증폭기 UV : 자외선 휠터 소자V 2 : power amplifier UV: UV filter element
IR : 적외선 휠터 소자 D1및 D2: 광선 셔터(shutter)소자IR: infrared filter element D 1 and D 2 : light shutter element
P1, P2: 편광자P 1 , P 2 : polarizer
본 발명은 용접 회로(arc) 또는 용접 불꽃(flame)의 눈부심으로부터 용접공의 눈을 보호하기 위해 용접공의 헬멧(helmet) 또는 보호용 보안경에 유용하게 사용할 수 있는 전자-광학 용접 렌즈 조립체에 관한 것이다.The present invention relates to an electro-optic welding lens assembly that can be usefully used in a welder's helmet or protective goggles to protect the welder's eyes from the glare of a welding arc or a welding flame.
대단히 밝은 자외선 및 적외선 광선이 전기 아크 용접뿐만 아니라 개스(gas) 용접에 의해 발생된다는 것은 알고 있는 사실이다. 용접공의 눈을 이러한 광선에 오랫동안 노출시키는 것은 매우 해롭다. 그러므로, 일반적으로 용접공은 그의 눈 앞에 배치된 보호 휠터를 갖고 있는 헬멧을 사용하거나, 보호 휠터를 포함하고 용접공의 눈과 용접 아크 또는 불꽃사이에서 손으로 잡고 작업하는 보호용 차폐기를 사용한다.It is known that very bright ultraviolet and infrared rays are generated by gas welding as well as electric arc welding. Long exposure of the welder's eyes to these rays is very harmful. Therefore, the welder generally uses a helmet with a protective filter disposed in front of his eye, or a protective shield that includes a protective filter and works hand-held between the welder's eye and the welding arc or flame.
이러한 보호 수단들이 갖고 있는 근본적인 문제점은 가시 광선이 크게 감소되어, 용접공이 용접 공정을 시작할 때나 용접 공정이 끝단 후에 작업면을 보기가 어렵게 된다는 것이다.The fundamental problem with these protective measures is that the visible light is greatly reduced, making it difficult to see the working surface when the welder starts or after the end of the welding process.
미합중국 특허 제3,878,804호에는, 보호 휠터로서 액정 광선 셔터조립체를 사용하는 용접공의 헬멧에 대해 기술되어 있다. 1개의 편광 휠터소자는 셔텨 소자의 앞에 있고 1개의 편광 휠터 소자는 셔터 소자의 뒤에 있는 2개의 편광 휠터 소자와 이러한 액정 광선 셔터를 결합하면 광선셔터의 액정 물질 양단에 전계를 인가함으로써 필터 조립체를 통하는 광선전달비를 변화시킬 수 있다. 더욱 상세한 설명은 미합중국 특허 제3,878,804호에 기술되어 있다.US Patent No. 3,878, 804 describes a welder's helmet using a liquid crystal beam shutter assembly as a protective filter. One polarization filter element is in front of the shutter element and one polarization filter element is coupled to the two polarization filter elements at the back of the shutter element and the liquid crystal ray shutter, which passes through the filter assembly by applying an electric field across the liquid crystal material of the ray shutter. Can change the light transmission ratio. A more detailed description is described in US Pat. No. 3,878,804.
더욱 양호한 필터링은 미합중국 특허 제4,039,254호에 기술된 바와같은 렌즈 조립체에 의해 달성될 수 있다. 이 특허에는 렌즈 조립체가 동작하는 동안 약 0.01%의 최대 광선 전달을 달성하기 위해 2개 이상의 액정 광선 셔터와 최소한 3개의 편광자가 직렬로 선택적으로 사용되는 용접 헬멧용 액정 셔터를 결합하는 보호용 렌즈 조립체가 제공되고 있다.Better filtering can be achieved by the lens assembly as described in US Pat. No. 4,039,254. This patent describes a protective lens assembly that combines two or more liquid crystal light shutters and a liquid crystal shutter for a welding helmet in which at least three polarizers are selectively used in series to achieve a maximum light transmission of about 0.01% while the lens assembly is operating. Is being provided.
예를들어 미합중국 특허 게4,039,803호, 제4,071,912호 및 제4,155,122호에 기술된 바와같이, 다수의 유사한 보호용 렌즈 조립체들이 공지되어 있지만, 이 모든 공지된 장치들을 동작시키기 위해서는 전원 공급기로서 건전지 또는 축전기가 필요하다는 공통적인 단점을 갖고 있다. 그러므로, 이 장치들은 건전지 또는 축전지가 용접 작업 중 모두 소모되어, 결과적으로 요구된 보호 효과가 거의 없어지기 때문에 신뢰할 수가 없다. 소정의 경우에, 제한된 건전지 수명이 단점이 될 수 있는데, 그 이유는 건전지가 모두 소모되면 렌즈조립체가 최대 투명 상태로 되어 헬멧 또는 보안경의 보호 효과를 보장할 수 없기 때문이다 그 밖의 다른 소정의 경우에, 전원 공급기가 동작하지 않을 경우 렌즈 조립체가 최대 광선 전달상태로 됨으로, 용접공이 용접 작업 전후에 헬멧 또는 보안경을 벗어야 한다.Although many similar protective lens assemblies are known, for example as described in US Pat. It has a common disadvantage. Therefore, these devices are not reliable because the batteries or accumulators are both consumed during the welding operation, and as a result the required protection effect is almost lost. In some cases, limited battery life may be a disadvantage because the lens assembly becomes maximally transparent when the batteries are exhausted and cannot guarantee the protective effect of the helmet or goggles. If the power supply does not operate, the lens assembly is in maximum light transmission, so the welder must remove the helmet or goggles before and after the welding operation.
공지된 렌즈 조립체의 다른 단점은, 이 렌즈 조립체들이 최대 광선 전말 상태와 최소 광선 전달 상태 사이에서만 스위치될 수 있고, 중간 상태에서는 스위치될 수 없다는 사실이다.Another disadvantage of known lens assemblies is the fact that these lens assemblies can only be switched between the maximum light transmission state and the minimum light transmission state, and cannot be switched in the intermediate state.
그러므로, 본 발명의 목적은 전술한 바와같은 단점들을 해결했으며, 건전지 또는 이와 유사한 전원 공급기 수단과 무관하게 동작할 수 있는 용접공의 헬멧 또는 보안경에 사용하기 위한 전자-광학 용접 렌즈 조립체를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 다른 목적은 광선 전달비를 광선의 최소 전달 상태와 광선의 최대전달 상태사이에서 연속적으로 변화시킴으로써 기존 주위 조명에 자동적으로 적응하는 전자-광학 용접 렌즈 조립체를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 다른 목적은 더 긴 수명을 갖고 있어 장기간의 용접 작업시에 약간의 수리만을 필요로 하는 전자-광학 용접렌즈 조립체를 제공하기 위한 것이다.It is therefore an object of the present invention to solve the shortcomings described above and to provide an electro-optical welding lens assembly for use in a welder's helmet or goggles capable of operating independently of a battery or similar power supply means. . It is another object of the present invention to provide an electro-optical welding lens assembly that automatically adapts to existing ambient lighting by continuously changing the light transmission ratio between the minimum transmission state and the maximum transmission state of the ray. Another object of the present invention is to provide an electro-optic welding lens assembly having a longer service life and requiring only minor repairs in prolonged welding operations.
본 발명에 따르면, 편광된 광선을 90。회전시키기에 적합한 최소한 1개의 액정 광선 셔터, 상기 광선 셔터의 전방에 배치되고 광선 셔터의 뒤에 배치되어 동일한 방향으로 편광되는 제1편광자와 제2편광자, 및 광선 셔터에 접속된 전기 신호를 발생시키고 주위 광선 상태에 응답하는 감지 수단들을 결합하기 위한 제어수단을 포함하는 용접공의 헬멧 또는 보안경용 전자-광학 용접 렌즈 조립체가 제공된다 상기 전기 신호의 진폭은 렌즈 조립체를 통하는 광선 전달비를 변화시키기 위해 상기 감지 수단에 의해 수신된 주위 광선량에 응답하여 변화된다. 또한, 제어 수단은 주위 광선 상태에 노출된 최소한 1개의 변환기 부재와 결합하고 상기 제어 수단을 동작시키기 위한 전원 공급기로서 작용하는 광-전기 변환기 수단을 포함한다According to the present invention, there is provided at least one liquid crystal light shutter suitable for rotating the polarized light by 90 DEG, a first polarizer and a second polarizer disposed in front of the light shutter and behind the light shutter to be polarized in the same direction, and There is provided an electro-optic welding lens assembly for a welder's helmet or goggles including control means for generating an electrical signal connected to the beam shutter and for coupling the sensing means responsive to the ambient light condition. It changes in response to the amount of ambient light received by said sensing means to change the light transmission ratio through. The control means also includes opto-electric converter means coupled with at least one transducer member exposed to ambient light conditions and acting as a power supply for operating the control means.
유리하게도, 상기 감지 수단은 전원 공급기의 광-전기 변환기 부재에 의해 구성된 최소한 1개의 감지기를 포함한다. 양호하게도, 제어 수단은 렌즈 조립체의 최소한 일부분에 의해 구성된 최소한 l개의 조절 부재에 결합되는, 렌즈 조립체를 통하는 광선 전달비를 제어하기 위한 조절 루우프(1oop}를 포함한다.Advantageously, said sensing means comprises at least one detector configured by the opto-electric converter member of the power supply. Preferably, the control means comprises an adjustment loop 1oop for controlling the light transmission ratio through the lens assembly, which is coupled to at least one adjustment member constituted by at least a portion of the lens assembly.
전자-광학 용접 렌즈 조립체의 이 특징들 및 그외의 다른 특징들을 첨부된 청구범위에 더욱 상세히 기술되어 있다.These and other features of the electro-optical welding lens assembly are described in more detail in the appended claims.
이제, 본 발명의 상기 목적 및 그밖의 다른 목적 및 특징들에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기술하겠다.The above and other objects and features of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도에서 알 수 있는 바와같이, 전자-광학 용접 렌즈 조립체의 제1실시예는 미합중국 특허 제4,039,254호에 기술된 바와같이 공지된 휠터장치(FA)를 포함한다. 이 휠터 장치를 통해 광선을 전달하는 것에 대해서는 상세하게 후술한 제어 장치(unit)에 의해 영향을 받는다. 전원공급기(Q)는 전력을 공급하기 위해 필터 장치와 제어 장치에 접속된다.As can be seen in FIG. 1, a first embodiment of an electro-optical welding lens assembly includes a known filter apparatus FA as described in US Pat. No. 4,039,254. The transmission of light rays through this filter device is influenced by the control unit described below in detail. The power supply Q is connected to the filter device and the control device for supplying power.
또한, 광-전기 렌즈 조립체는 도면에 화살표로 도시된 주위 광선 상태에 노출되는 광-전기 변환기 소자(W), 상기 변환기 소자(W)와 직렬로 접속된 안전 장치 회로(ST) 및 발진기( WR)을 포함한다. 제어 장치는 감지기로서 감광 소자(S)를 포함하는 휠터 장치의 전달비에 영향을 미치도록 감지 수단 및 제어 수단과 결합한다. 차동 증폭기(V1)은 비교기 회로로서 동작하므로, 증폭기(Vl)의 정(+)입력 단자는 상기 감지 소자(S)에 접속되고, 증폭기(V1)의 부(-)입력은 전위차계의 테이퍼(taper)에 접속되어, 선정된 조절 가능한 전압을 상기 부(-)입력에 공급한다. 증폭기(V1)의 전원 공급 단자는 상기 변환기 소자상에 마주치는 주위광선에 응답하여 전기 에너지를 전달하는 변환기 소자(W)에 안정 장치회로(ST)를 통해 접속된다. 증폭기(V1)의 출력 단자는 아날로그 스위치 회로(SA)의 제어 단자에 접속된 트리거 회로(TR)에 접속된다. 아날로그 스위치 회로(SA)의 스위치된 단자는 휠터 장치(FA)대에 있는 액정 광선셔터 소자에 제어 신호를 제공하는 전원 공급기 회로(Q)와 직렬로 접속된다. 방금 기술한 바와같이 렌즈 조립체는 건전지와 같은 분리된 전원 공급기 수단과 무관하고, 매우 신뢰성 있게 동작하여 스위치 한계에 관련하여 정확히 조절될 수 있다.The opto-electric lens assembly also includes an opto-electric converter element W exposed to the ambient light condition indicated by the arrow in the figure, a safety device circuit ST and an oscillator WR connected in series with the converter element W. ). The control device is combined with the sensing means and the control means to influence the transfer ratio of the filter apparatus comprising the photosensitive element S as a detector. (-) differential amplifier (V 1) is positive (+) input terminal of it operates as a comparator circuit, an amplifier (V l) is part of and connected to said sensing element (S), the amplifier (V 1) input of the potentiometer It is connected to a taper and supplies a predetermined adjustable voltage to the negative input. The power supply terminal of the amplifier V 1 is connected via a stabilizer circuit ST to a converter element W that transfers electrical energy in response to ambient light encountered on the converter element. The output terminal of the amplifier V 1 is connected to the trigger circuit TR connected to the control terminal of the analog switch circuit SA. The switched terminal of the analog switch circuit SA is connected in series with a power supply circuit Q which provides a control signal to the liquid crystal light shutter element in the filter unit FA. As just described, the lens assembly is independent of a separate power supply means such as a battery and operates very reliably so that it can be precisely adjusted in relation to the switch limits.
제2도에 도시된 제2실시예에 있어서, 감지 소자(S)는 인입 광선(화살표)의 방향에 있는 필터 장치(FA)의 뒤에 배치된다. 그러므로, 휠터장치의 전달비를 제어하기 위한 조절 루우프가 실현되고, 조절 부재는 휠터 장치(FA)로 된다. 차동 증폭기(Vl)은 제1도에 도시한 실시예와 유사한 비교기로서 접속됨으로써, 전위차계(P)는 증폭기(Vl)의 부 입력을 선택가능한 선정된 값으로 셋트시킨다. 증폭기(V1)의 출력은 발진기(WR)를 구동시키는 전력 증폭기(V2)에 접속된다.In the second embodiment shown in FIG. 2, the sensing element S is arranged behind the filter device FA in the direction of the incoming light beam (arrow). Therefore, the adjustment loop for controlling the transmission ratio of the filter apparatus is realized, and the adjusting member becomes the filter apparatus FA. The differential amplifier V l is connected as a comparator similar to the embodiment shown in FIG. 1, whereby the potentiometer P sets the negative input of the amplifier V l to a selectable predetermined value. The output of the amplifier V 1 is connected to a power amplifier V 2 which drives the oscillator WR.
나머지 회로 구성은 제1도에 도시한 실시예에 대응하게 구성한다.The remaining circuit configuration corresponds to the embodiment shown in FIG.
제2도에 따른 실시예는 휠터 장치(FA)에 의해 전달된 광선량이 소정한계내에서 거의 일정하게 하는 제어 장치를 갖고 있는 렌즈 조립체를 제공한다. 이러한 렌즈 조립체는 용접공의 헬멧 또는 보호용 보안경에 사용될 수 있고, 사용자의 눈에 달하는 광선의 량 또는 세기가 넓은 한계내에서 세기를 변환시킬 수 있는, 주위 광선 상태와 무관하게, 상당히 일정하게 유지되게 한다.The embodiment according to FIG. 2 provides a lens assembly having a control device which makes the amount of light transmitted by the filter apparatus FA almost constant within a predetermined limit. Such lens assemblies can be used in a welder's helmet or protective goggles and allow the amount or intensity of light reaching the user's eye to remain fairly constant, regardless of the ambient light conditions, which can convert the intensity within wide limits. .
제3도에 물체 조명의 세기를 일정하게 하는 휠터 장치를 통해 광선을 전달하는 것에 대해서는 연속적으로 제어할 수 있고 구조가 간단하며, 약간의 제어 회로 부품만을 필요로하는 또 다른 실시예가 도시되어 있다 이러한 경우에, 광선이 전달될때 휠터 장치(FA)뒤에 배치된 변환기 소자(W)는 전력을 제어 회로에 공급하기 위한 광-전기 변환기로서 작용함과 동시에 휠터 장치(FA)의 전달비를 조절하기 위한 감지부재로서 작용한다. 발진기(WR)은 변환기 소자(W)에 직접 접속된다. 휠터장치(FA)가 암흑 상태에 있으므로써 높은 내부 저항을 나타내는 동안 변환기 소자(W)가 매우 나은 광선 세기에서 동작하면, 제어 회로를 조절하기 위한 분로 전위차계(P)가 제공되는데, 이것은 필터 장치의 고임피던스 입력과 결합한다.In Fig. 3 there is shown another embodiment which is capable of continuously controlling the light transmission through the filter apparatus which makes the intensity of the object illumination constant, the structure is simple, and requires only a few control circuit components. In this case, the converter element W disposed behind the filter apparatus FA when the light beam is transmitted acts as an opto-electric converter for supplying power to the control circuit while simultaneously adjusting the transmission ratio of the filter apparatus FA. It acts as a sensing member. The oscillator WR is directly connected to the transducer element W. If the converter element W operates at very good light intensity while the filter device FA is in a dark state and exhibits high internal resistance, a shunt potentiometer P is provided for adjusting the control circuit, Combine with high impedance input.
제4도에는 병렬 접속된 변환기 소자(W)와 직렬 접속된 감지 소자(S)를 갖고 있는 휠터 장치(FA)의 단면도가 개락적으로 도시되어 있다 제4도에 도시한 도면은 명확하게 도시하기 위해 넓게 펼쳐 놓았지만, 실제로는 휠터 소자들이 서로 밀접하게 배치된다. 제4도로부터, 변환기 소자(W)는 자외선 휠터 소자(UV)뒤에 배치되어 있다는 것을 알 수 있다. 이것은 변환기 소자(W)가 감도 스펙트럼을 고려하여 최대효율로 동작할 수 있게 한다 제4도에 화살표로 도시된 광선 경로의 다른 단부상에는, 렌즈 조립체의 사용자를 위해 열을 차단시키는 적외선 휠터 소자(IR)이 제공된다. 제4도에 점선으로 도시된 바와같이 적외선휠터 소자(IR)이 제공된다. 제4도에 점선으로 도시된 바와같이 적외선 휠터 소자(IR)을 자외선 필터소자(UV)의 바로 뒤, 즉 휠터 장치(FA)의 앞에 배치할 수도 있다. 공지된 방법에서, 휠터 장치는 1개의 광선셔터 소자가 다른 1개의 셔텨 소자 뒤에 있는 2개의 광선 셔터 소자(Dl, D3)뿐만 아니라,3개의 편광자(P1대지 P2)와 결합한다.4 is a cross-sectional view of a filter apparatus FA having a transducer element W connected in parallel and a sensing element S connected in series. The drawing shown in FIG. For the sake of wide spread, the filter elements are actually arranged closely together. It can be seen from FIG. 4 that the transducer element W is arranged behind the ultraviolet filter element UV. This allows the transducer element W to operate at maximum efficiency, taking into account the sensitivity spectrum. On the other end of the ray path shown by the arrow in FIG. 4, an infrared filter element for blocking heat for the user of the lens assembly IR) is provided. An infrared filter element IR is provided as shown in dashed lines in FIG. As shown by the dotted line in FIG. 4, the infrared filter element IR may be disposed immediately after the ultraviolet filter element UV, that is, in front of the filter device FA. In a known method, the filter apparatus combines three light polarizers P 1 earth P 2 as well as two light shutter elements D 1 , D 3 , in which one light shutter element is behind the other shutter element.
또한, 제5도에 따른 실시예는 게4도에 도시한 바와같이, 2개의 광선 셔터 소자(Dl, D2)와 결합한다. 그러나, 제어 회로용 감지 소자 및 광-전기 전원 공급기 변환기로서 동시에 동작하는 변환기 소자(W)는 1개의 광선 셔터 소자(Dl)뒤에 배치된다. 결과적으로, 이것은 렌즈 조립체가 암흑 상태 있을때 더 큰 광선세기에 노출되므로, 더 높은 신뢰도로 동작한다.Further, the embodiment according to FIG. 5 combines with two light shutter elements D 1 , D 2 , as shown in FIG. 4. However, the transducer element W operating simultaneously as the sensing element for the control circuit and the opto-electric power supply transducer is arranged behind one ray shutter element D l . As a result, this operates with higher reliability since the lens assembly is exposed to greater light intensity when in the dark.
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