專利名稱：具有濾光器布置的焊接面罩的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有濾光器布置的焊接面罩，且確切地說，是包括主濾光器以及至少一個輔助濾光器的濾光器布置。
背景技術：
配備有濾光器的焊接面罩可以防止焊工受到在焊接操作過程中產生的光輻射，這種焊接面罩是為人熟知的。典型的焊接面罩濾光器是設置在焊接面罩前部的孔中的裝置， 焊工可以透過該濾光器來觀察焊接操作，而他們的眼睛不會暴露在有害量的光輻射中。
電磁光譜的可見段，即人眼可以檢測到的光輻射范圍，在焊接行業(yè)中通常被認為是約為380納米至780納米(nm)的波長段。光輻射中波長小于可見段的另外波長段通常稱為紫外線(UV)輻射。焊接行業(yè)中所關注的UV輻射光譜部分約為200nm至380nm。光輻射中波長大于可見段的另外波長段通常稱為紅外線輻射(IR)。焊接行業(yè)中所關注的IR輻射光譜部分約為780nm至3000nm。
紫外線和紅外線輻射在焊接工藝的過程中通常由焊接弧產生，它們可能對人眼有害，例如，可能引起不可恢復的損壞。此外，在焊接工藝中產生的可見輻射通常太亮，從而導致焊工直接觀察起來很不舒適，因此，需要用一種 構件來減弱該可見輻射的透射。一般來講，人眼以正常的厭惡反應來避免亮的可見輻射，例如瞬目反射或頭部移動等，但在一些情況下，亮的可見輻射可能會使焊工眼花并且引起暫時性失明。
已知的焊接面罩濾光器類型包括無源濾光器或自動變暗濾光器(ADF)。無源濾光器常常是深色(通常是綠色)的玻璃透鏡，它使有限范圍內的輻射波長能夠以某水平的透射比穿過。無源濾光器通常相當暗并且在正常的環(huán)境光條件下對用戶僅提供有限量的可見度，因此通常定位在焊工面前，然后焊工即可開始焊接操作。傳統(tǒng)的ADF具有默認狀態(tài)，即光亮狀態(tài)，這樣焊工可以向前看得很清楚。在焊接操作開始時它會自動變?yōu)檩^暗狀態(tài)，當焊工停止焊接操作時則返回到光亮狀態(tài)。通常情況下，ADF使用可轉換的電光技術例如液晶技術等來提供這些不同狀態(tài)。ADF中使用的液晶技術的實例在US6，097，45UUS5, 825，441， 以及US7，477，330中描述。
通常，可用的焊接面罩濾光器具有某一色調或者某個范圍的色調或色調數(shù)。色調 S與發(fā)光透射比TL (表示為穿過濾光器的光相對于標準光源和標準觀察者的比率)有關，其關系如以下公式所示:
S = I+(7/3” 101g (!/TL)
此處，TL定義為透射發(fā)光強度與入射發(fā)光強度的比率。發(fā)光透射比的精確定義以各種標準給出，例如個人眼睛保護-透射比要求的歐洲標準，EN169:2002。對于給定的色調數(shù)而言，發(fā)光透射比的公差以及不同波長段的UV和IR輻射中的最大透射比通常由焊接濾光器所運用的行業(yè)標準指定。例如，個人眼睛保護-透射比要求的歐洲標準，EN169:2002 中的色調三(3)，指定了在8.5%與17.8%之間的發(fā)光透射比水平。在其他實例中，色調十二(12)指定了在0.0012%與0.0032%之間的發(fā)光透射比水平。對于色調12而言，波長在313nm 與365nm之間時，最大許可UV透射比為0.0012%，而對于從780nm至1400nm的波長帶，最大可允許的平均光譜IR透射比為0.027%。對特定濾光器中可能最暗的色調(例如，色調12) 而指定的最大UV和IR透射比的值也需適用于最亮的色調(例如，色調3)。
弧焊接中典型的無源濾光器的色調是色調十(10)。在光亮狀態(tài)中典型ADF的色調是色調3，而在黑暗狀態(tài)中的色調通?？梢杂珊腹ゎA先選擇并且通常在色調八(8)與色調十二(12)的范圍內。黑暗狀態(tài)色調的選擇取決于所進行的焊接操作類型以及焊工的個人偏好或舒適度。
提供配有ADF的焊接面罩，可以使焊工在不進行焊接時無需抬升該護面罩或移除焊接面罩便具有某視野，但是它沒有考慮到焊工的周邊視野。最近，一些焊接面罩已配有無源側濾光器，通常稱為側窗，以便改善焊工的周邊視野。這些側窗是無源濾光器，它們可以減小透射到焊工的可見輻射水平。通常，當前可用的無源濾光器的透射比相當于自動變暗焊接濾光器中的黑暗狀態(tài)與光亮狀態(tài)之間的水平。選定的色調或透射比水平是以下兩者之間的平衡:允許足夠的可見輻射透射比來改善焊工的周邊視野，以及使得在焊接操作過程中進入面罩并且會在主濾光器上引起眩光或內反射的可見輻射量最小化。具備該類側窗的焊接面罩在US5，191，468中描述。
本領域中已知的其他側窗配置，例如在US2004/0117888中描述的那些配置，包括用門覆蓋的透明側窗，所述門可以在焊工不執(zhí)行焊接操作時打開，而在焊接操作之前由焊工手動關閉。這些側窗通常位于主濾光器的任一側，所述主濾光器是位于焊接面罩前部由焊工用來觀察焊接操作的濾光器，因此可以在焊工不在焊接時改善焊工的周邊視野。
側窗可以顯著改善焊工的周邊視野和意識。然而，在一些情況下，具備無源側窗的焊接面罩的功能性可以進一步改善，從而更好地滿足焊工的需求。例如，進一步優(yōu)化焊工的周邊視野可以大大改善焊工對于面罩使用和焊接工藝的體驗。發(fā)明內容
本發(fā)明涉及具有濾光器布置 的焊接面罩，所述焊接面罩包括主濾光器以及至少一個輔助濾光器。至少一個輔助濾光器與所述主濾光器分離并且經定位靠近所述主濾光器。 至少一個輔助濾光器包括電光元件，所述電光元件適于減弱入射到所述輔助濾光器上的光輻射的透射。
在一些實施例中，主濾光器也可以包括電光元件。在該類實施例的示例性實施方案中，所述主濾光器的電光元件可以包含液晶材料，并且至少一個輔助濾光器可以包含電致變色材料。
在一些實施例中，至少一個輔助濾光器可以適于獨立于所述主濾光器來轉換，與所述主濾光器協(xié)同轉換，或二者兼?zhèn)洹?br> 根據本發(fā)明的一種示例性焊接面罩可以包括至少兩個輔助濾光器，其中至少一個輔助濾光器設置在主濾光器的一側上。至少兩個輔助濾光器可以經配置以彼此獨立地轉換。
根據本發(fā)明的一種示例性焊接面罩可以包括第一護面罩以及可移動地附接到所述第一護面罩的第二護面罩。主濾光器可以設置在所述第二護面罩的孔中。一個或多個輔助濾光器可以設置在第一護面罩中、第二護面罩中或兩者中。


下面將僅以舉例的方式結合附圖描述本發(fā)明的實施例，在附圖中:
圖1示意性地示出了根據本發(fā)明的電光元件的示例性配置；
圖2示意性地示出了根據本發(fā)明的電光元件的另一種示例性配置；
圖3為適用于本發(fā)明的示例性實施例中的自動變暗濾光器(ADF)的圖解說明；
圖4示意性地示出了根據本發(fā)明的示例性濾光器布置；
圖5為根據本發(fā)明的示例性實施例的焊接面罩的圖解說明；
圖6A、圖6B和圖6C示意性地示出了允許主濾光器與輔助濾光器協(xié)同或單獨轉換的濾光器布置；
圖7A和圖7B示出了根據本發(fā)明的另一個示例性實施例的焊接面罩；
圖8示出了根據本發(fā)明的又一個示例性實施例的焊接面罩；以及
圖9為根據本發(fā)明的另外的實施例的焊接面罩的圖解說明；
附圖未必按比例繪制。附圖中所使用的類似標號是指類似部件。然而，應當理解， 使用標號來指代給定附圖中的部件并非意圖限制另一個附圖中使用相同標號標記的部件。
具體實施方式
在以下的說明中，參考附圖，附圖構成說明的一部分，并且其中通過舉例說明的方式示出了若干具體實施例。應當理解，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可以設想其他實施例并可進行修改。因此，以下的具體實施方式
不具有限制性意義。
除非另外指明，否則本文所用的所有科技術語具有本領域中常用的含義。本文給出的定義有利于理解本文中頻繁使用的某些術語，且并不意味著限制 本發(fā)明的范圍。
除非另外指明，否則本說明書和權利要求中使用的表示特征尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字均應該理解為在所有情況下均是由術語“約”來修飾的。因此，除非有相反的說明，否則上述說明書和所附權利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均是近似值，根據本領域的技術人員利用本文所公開的教導內容尋求獲得的所需特性，這些近似值可以變化。
以端點表述的數(shù)值范圍包括歸入該范圍內的所有數(shù)值(例如，I至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及該范圍內的任何范圍。
除非本文內容以其他方式明確指出，否則本說明書和所附權利要求書中使用的單數(shù)形式“一”、“一個”和“所述”涵蓋具有復數(shù)形式的實施例。除非本文內容以其他方式明確指出，否則本說明書和所附權利要求書中使用的術語“或”一般以包括“和/或”的意義使用。
本發(fā)明提供了一個或多個輔助濾光器，所述輔助濾光器包括適于減弱入射光輻射的透射的一個或多個電光元件。一些示例性輔助濾光器可以用至少兩種狀態(tài)為特征。可以提供光亮狀態(tài)以增加周邊視野和對周圍物的意識，并且可以提供黑暗狀態(tài)以在焊接操作過程中或在焊接發(fā)生在周邊視野附近時減少通過輔助濾光器進入焊接面罩的可見輻射。
根據本發(fā)明的電光兀件包括光響應介質層，所述光響應介質層能夠響應于施加的電壓，而改變它的至少一種光學特性，以影響透射穿過電光元件的光的量。例如，當對光響應介質施加電壓時，會使入射到光響應介質上的光的反射率、透射比、吸收率、偏振態(tài)等發(fā)生變化。
圖1示意性地示出了該類電光元件10的一種示例性配置，其包括設置在透明基底 14a與14b之間的光響應介質12。透明基底可以用任何合適的材料制成，只要該材料的透明度足以用于特定應用中。合適材料的實例有玻璃以及透明塑性材料，例如聚碳酸酯。電光元件10還包括經配置以向光響應介質12施加電壓17的透明導電層16a和16b。導電層 16a和16b可以分別設置在透明基底14a和14b上。
適用于本發(fā)明的實施例中的一類優(yōu)選的光響應介質為液晶材料。該類電光兀件可以稱為液晶單元(cell)。當光響應介質12中含有液晶材料時，電光元件10通常還包括一個或多個偏振器19a和1%，所述偏振器可以相對于光介質設置在透明基底14a和14b的外側上?；蛘?，如果適用，那么各偏振器19a和19b可以設置在光響應介質12與透明基底 14a或14b之間。
在本說明書中，使用的術語“偏振器”是指偏振濾光器，其用于透射具有第一偏振態(tài)的光并且吸收和/或反射具有第二偏振態(tài)的光，所述第二偏振態(tài)不同于第一偏振態(tài)。根據光響應介質中使用的液晶材料類型，偏振器19a和19b可以為線性偏振器，它們經布置使得其透射軸彼此交叉或正交、彼此平行或具有另一種合適的取向?；谝壕У碾姽庠€可以包括一個或多個對齊層，例如18a和18b，以便幫助實現(xiàn)液晶材料所需的取向。一個或多個對齊層18a和18b通常設置成與光響應介質12相鄰或相接觸。在一些示例性實施例中，一個或多個對齊層也可以用作偏振器。
某些類型的液晶，例如向列型液晶，會響應于施加的電場而改變其取向，從而又改變折射率分布，特別是介質的雙折射。在使用扭曲向列型的液晶單元中，向列型分子布置在特定角位置處(通常是由于對齊層的原因)，這樣這些分子在透明基底14a與14b之間通過它們各自的扭曲角進行扭曲。可以通過在透明電極16a與16b之間施加電場，來控制向列型液晶分子的取向。
進一步參考圖1，當沒有對扭曲向列型液晶單元施加電壓時，當光穿過光響應介質 12 (此處是扭曲向列型材料)時，由輸入偏振器19b進行偏振的該入射光LO的偏振平面發(fā)生旋轉。如果輸出偏振器19a與離開光響應介質12的光輸出偏振態(tài)相對齊,那么光電裝置 10仍為透明的，從而透射光LI的量相對較高。電壓17的施加在透明電極16a與16b之間產生了電場。向列型液晶分子隨后重新定向成與電場相對齊，從而垂直于電極16a與16b。 因此，透射穿過光響應介質12的光的偏振平面不會經歷很多旋轉并且該光中的至少一部分被輸出偏振器19a阻斷。在這種情況下，透射光LI的量減少，并且電光器件10實現(xiàn)了變暗或減弱狀態(tài)。因此，當將電壓施加到扭曲向列型液晶單元時，便會獲得減弱效果?？梢酝ㄟ^改變所施加的電壓來控制向列型分子的旋轉程度，因此，也可以控制相應的減弱效果。在上述示例性實施例中，液晶單元在沒有施加電壓時為光亮狀態(tài)而在施加電壓時為黑暗狀態(tài)。然而，在其他示例性實施例中，情況可能相反。一般來講，當電場施加到液晶光響應介質時，液晶材料會重新定向，從而使偏振光的透射性質發(fā)生變化。例如，入射光LO 可以由第一偏振器19b來偏振并且其偏振態(tài)隨后可以由液晶光響應介質12重新定向，從而不與第二偏振器19a的透射軸重合，在這種情況下，第二偏振器19a只傳遞光LI減弱后的量。
適用于本發(fā)明的實施例中的另一類優(yōu)選的光響應介質為電致變色材料。圖2示意性地示出了該類電光元件20的一種示例性配置,其包括光響應介質。在該示例性實施例中，光響應介質包括設置在透明基底24a與24b之間的一層電致變色材料22。如果適用， 那么電光元件20還包括設置在電致變色材料22與透明基底24a或24b之間的透明導電層 26a和26b。離子導體層23可以設在電致變色材料22與導電層26a之間，并且離子存儲層 27也可以設在離子導體層23與導電層26a之間。透明導電層經配置以，例如，通過施加電壓27而將電場施加到電致變色材料22。導電層26a和26b可以分別設置在透明基底24a 和24b上。
當向透明導電層26a和26b施加電壓時，離子便在電致變色層、離子導體層與離子存儲層之間轉移。因此，電致變色材料22中會發(fā)生化學反應，從而改變該材料的光學性質。 在該示例性實施例中，電壓的施加將導致化學反應，從而會改變由電致變色材料22所透射的光的量。在一個實施例中，電壓的施加會改變由電致變色材料所吸收的光的量。電致變色材料22初始時可以是不透明的，而隨著電壓的施加而變?yōu)檩^透明狀態(tài)，或者反之亦然(SP， 電致變色材料22初始時可以是透明的，而隨著電壓的施加而變?yōu)檩^不透明狀態(tài))。合適的電致變色材料的實例包括基于鎢或鎳的氧化物以及各種其他材料。離子導體層23可以是或者可以包括液體或聚合物電解質。關于電致變色材料，需要用反向電壓來使光響應介質轉換回到初始狀態(tài)。因此，電致變色技術可以是非常節(jié)能的，因為它可能只需要從一種狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)的能量。
圖3為適用于本發(fā)明的實施例中的示例性自動變暗濾光器(ADF)的圖解說明。自動變暗濾光器I包括示例性電光元件2。在該實施例中，電光元件2包括兩個或多個液晶單元3a和3b，優(yōu)選地是與偏振器4a、4b、4c交替布置。一個或兩個液晶單元可以具有如圖1 中所描述的配置或另一種合適的構造。電子控制器5與液晶單元3a和3b中的一個或兩個電氣連通，它經配置以使液晶單元3a、3b具備適當?shù)碾娦盘枏亩c液晶分子對齊或至少部分地對齊。如上所述，通過改變與偏振濾光器4a、4b、4c組合在一起的液晶單元3a、3b中的液晶的對齊方式，入射到自動變暗濾光器I上的可見輻射LO的透射可以減弱到較小值L2。 偏振器中的偏振方向通常經布置使得 交替的濾光器的透光軸與鄰近的偏振器成90度。在該實例中，中間的偏振濾光器4b的透光軸可以在水平方向上對齊，而兩個外側的偏振濾光器4a、4c可以在垂直方向上對齊。然而，其他相應的角度和取向也在本發(fā)明的范圍內。
可以包含電源6以向電子控制器并且隨后向液晶單元提供電力。電源6可以包括由原電池形成的電池。作為另外一種選擇或除此之外，電源6可以包括光電池，通常稱為太陽能電池，它經布置使得周圍的可見輻射或來自焊接操作的可見輻射被轉變成電能，從而向電子控制器和電光兀件供電。也可以使用光電池與電池的組合。
示例性自動變暗濾光器I可以包括可選的干涉濾光器7以用于反射大量的紅外線輻射和紫外線輻射。干涉濾光器可以包括某種透明基底，所述透明基底涂有組成不同的交替層，例如，介電材料和金屬。除了過濾紅外線輻射和紫外線輻射以外，該類干涉濾光器7 可以具有以下效果:減小透射到焊工的可見輻射的波長段。
電子控制器5用于驅動一個或多個液晶單元3a、3b，它可以包括經配置以檢測焊接弧的焊接檢測器8。焊接檢測器8確定焊接操作的啟動時間。例如，焊接檢測器可以包括: 光電二極管，例如硅光電二極管；以及具有邏輯功能以對光電二極管所檢測到的信號進行處理的電子器件。一旦焊接檢測器8檢測到焊接操作啟動，該信息便被傳輸?shù)娇刂破?，從而觸發(fā)自動變暗濾光器I從光亮狀態(tài)轉換到黑暗狀態(tài)，所述黑暗狀態(tài)為具有以下特征的狀態(tài)，即入射的可見輻射的減弱程度比光亮狀態(tài)下更大。
在焊接工業(yè)中，光亮狀態(tài)的特征通常為色調約為3至約為4，而黑暗狀態(tài)的特征通常為色調約為8至約為13。在一些實施例中，光亮狀態(tài)可以為色調3,而黑暗狀態(tài)可以由用戶在色調8與12之間(S卩，8、9、10、11或12)選出。在其他實施例中，光亮狀態(tài)可以為色調 4，而黑暗狀態(tài)可以在色調9與13之間(S卩，9、10、11、12或13)選出。在又一些實施例中， 黑暗狀態(tài)的特征可以為色調5或6，例如在氣體焊接和磨削應用中。一般來講，與光亮狀態(tài)和黑暗狀態(tài)相關聯(lián)的任何合適色調都在本發(fā)明的范圍內，此色調的選擇可以取決于焊接方法、所使用的焊接電流以及自動變暗濾光器的位置。
自動變暗濾光器I的轉換速度，也就是說，焊接弧的點燃與自動變暗濾光器I到達其完全黑暗狀態(tài)之間的時間，通常非常短。根據ADF技術和環(huán)境，自動變暗濾光器I的轉換速度可以約為0.1毫秒(ms)或另一合適的時間段。在一些實施例中，在焊工停止焊接操作與自動變暗濾光器I返回到光亮狀態(tài)之間的時間中可以引入延遲。該延遲可以在IOOms與 250ms之間，或為取決于ADF技術的另一合適時間段，從而確保從焊接操作中放射出來的可見輻射的水平在暴露于焊工之前已經下降到所需水平。
盡管ADFl已參考電光元件2進行了描述，但是本領域的普通技術人員將容易認識至IJ，可以使用具有其他配置的電光元件。例如，ADFl可以配置有關于圖1和圖2所描述的電光兀件中的任一者。
上述自動變暗濾光器適合作為主濾光器或作為輔助濾光器而用于焊接面罩。通過參照圖4進行解釋可以進一步理解主濾光器和輔助濾光器的概念，該圖示意性地示出了由用戶I佩戴的示例性焊接面罩100，該焊接面罩包括:主濾光器102 ;輔助濾光器104，該輔助濾光器設置成靠近主濾光器102并且在主濾光器的一側(此處是左側)；以及額外的輔助濾光器106，該額外的輔助濾光器設置成靠近主濾光器102并且在主濾光器的另一側(此處是右側)。出于本發(fā)明的目的，術語“側”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前部”，以及其他類似術語用于描述當含有濾光器的焊接面罩被用戶佩戴時的濾光器的空間關系。在工作位置中， 主濾光器102設置在用戶I的眼睛2a和2b前方，這樣用戶的兩只眼睛2a和2b通過主濾光器102來觀察，并且優(yōu)選地，在用戶I的直線視野103中觀察。直線視野103定義為視軸 103a與103b之間的空間，所述視軸從用標準頭形表示的用戶I的每只眼睛中心畫出來并且垂直于每只眼睛。直線視野103包括用戶兩只眼睛2a和2b的視野的中心部分101之間的重疊區(qū)域。輔助濾光器104和106與主濾光器102分離但設置成靠近主濾光器，且優(yōu)選是鄰近主濾光器。該示例性輔助濾光器104和106設置成不與用戶I的直線視野103重疊。在一些實施例中，輔助濾光器104和106設置成不與視野的中心部分101重疊。優(yōu)選地，輔助濾光器104和106分別設置在用戶I的周邊視野區(qū)105和107中。周邊視野區(qū)105和107 可以定義為分別與每只眼睛2a和2b的中心成45°圓錐體A和B外的視場(當示例性實施例安裝在標準頭形上時可以確定)圍繞視軸103a和103b畫出來。在一些示例性實施例中， 當在含有觀察者眼睛2a和2b中心的水平面內測量時，輔助濾光器104和106可以各自相對于主濾光器102形成非零角度a。通常，角度α在約45度與約90度之間。然而,角度α的其他值也在本發(fā)明的范圍內，包括但不限于O度、45度和90度。
圖5為根據本發(fā)明的另一個實施例的焊接面罩200的圖解說明。焊接面罩200具有護面罩210以及配在護面罩210內部的頭帶具(未示出)。護面罩210經塑形以至少覆蓋焊工的眼睛，并且優(yōu)選地至少覆蓋焊工的面部。在一些示例性實施例中，護面罩210還覆蓋焊工的耳朵，例如圖5中所示的焊接護罩。護面罩210可以由任何合適的非透明材料制成。 優(yōu)選地，焊接護罩的材料的透射比低于主濾光器中的暗色調所需的透射比。制造護面罩210 的一個示例性方法包括注射模制一種熱塑性材料，其中所述材料為黑色并且具有輕質的性質，具有較高的抗融化能力和較好的阻燃特性。護面罩210可以在該護面罩內部設有亞光表面光潔度以減少內反射。
頭帶具(未示出)可以包括適用于將護面罩固持在用戶頭部的任何裝置并且可以用任何合適的方式來配置，包括本領域的技術人員已知的方式。一種示例性帶具包括塑料帶，該塑料帶具有一種用于調整周邊尺寸的構件，這樣該帶具可以固定至焊工的頭部并且拉緊以舒適地固持在適當位置。護面罩210通常用兩個樞轉機構208a和208b附接到頭帶具，這兩個樞轉機構位于焊工頭部兩側的鬢角與耳朵之間的頭帶具的相對外表面上。樞轉機構可以使護面罩210在不使用時抬升到焊工的視線外，并且在焊工執(zhí)行焊接操作之前降低，這樣護面罩210可以放置在焊工的面部與弧之間，從而防止焊接操作中的光輻射直接到達焊工眼睛，以及優(yōu)選地還有防止直接到達面部和耳朵。
圖5中所示的示例性焊接面罩包括:布置在位于護面罩210前部的第一孔202a中的主濾光器202，以及分別布置在護面罩210的第二孔204a和第三孔206a中的輔助濾光器 204和206。輔助濾光器204和206位于主濾光器202的任一側(左側和右側)上并且與之靠近。一個輔助濾光器204或206設置在主濾光器202的任一側上，這樣焊工的周邊視野得以延伸。如上所述，輔助濾光器204和20 6是單獨的構造并且與主濾光器202分離。在前部孔中的主濾光器202經布置使得當焊工執(zhí)行焊接操作時，他或她可以通過濾光器202 來觀察焊接點。重要的是主濾光器202這種方式的配備使得由焊接操作產生的未減弱的可見輻射不會直接到達焊工的眼睛。
主濾光器202以及輔助濾光器204和206中的任何一者或多者可以包括上述的一個或多個電光元件。在一個示例性實施例中，輔助濾光器204和206中的每一者都包括一個電光元件。因此，主濾光器202以及輔助濾光器204和206中的一者或多者可以在至少兩種狀態(tài)之間轉換，其中第一狀態(tài)不同于第二狀態(tài)。第一狀態(tài)可以是光亮狀態(tài)而第二狀態(tài)可以是黑暗狀態(tài)，所述黑暗狀態(tài)的特征為入射可見輻射的減弱程度比光亮狀態(tài)下更大。在光亮狀態(tài)下透射穿過輔助濾光器204和206的可見輻射的水平通常約為色調2至4，而在黑暗狀態(tài)下色調可以從色調6至色調12或更高。然而，其他色調水平也在本發(fā)明的范圍內。 例如，色調5可以被認為是黑暗狀態(tài)色調或光亮狀態(tài)色調，這取決于具體應用。
在一個示例性實施例中，輔助濾光器可以只具有一個亮色調(例如，2至3)并且只具有一個暗色調(例如，7至10)。在其他示例性實施例中，輔助濾光器的暗色調可以由焊工來選擇。焊工可以用來選擇色調的一種方式是通過在用戶界面上按動合適的按鈕，所述用戶界面定位在主濾光器、輔助濾光器附近，或處于另一合適位置。因此，該色調的選擇可以取決于焊工的個人偏好和所預期或需要可見輻射透射穿過輔助濾光器的量。在主濾光器 202以及輔助濾光器204和206包括電光元件的實施例中，與主濾光器中的黑暗狀態(tài)和光亮狀態(tài)相關聯(lián)的色調可以與輔助濾光器中的黑暗狀態(tài)和光亮狀態(tài)的色調相同或不同。在又一示例性實施例中，一個或多個濾光器可以為無源或保持永久的色調。
輔助濾光器的轉換速度可能無需如主濾光器202的轉換速度那么快，因為焊工無意通過輔助濾光器204和206來觀察焊接操作。然而，轉換速度需足夠快使得經由輔助濾光器204和206而透射到焊接面罩內的可見輻射不會在焊接操作開始時便弓I起內反射使焊工眼花。在一個示例性實施例中，輔助濾光器轉換速度可以在Ims至5ms的范圍內。如果入射到與輔助濾光器204或206相連的焊接檢測器上的可見輻射水平不滿足焊接亮度的標準，那么輔助濾光器將維持在光亮狀態(tài)，從而使焊工可以在焊接操作過程中更好地意識到他或她的周圍物。
在一些示例性實施例中，輔助濾光器204和205中每一者的狀態(tài)可以彼此單獨且獨立地并且與主濾光器202單獨且獨立地控制。在一個實施例中，當焊工準備好執(zhí)行焊接操作時，主濾光器202以及輔助濾光器204和206可以處于光亮狀態(tài)，這樣焊工不僅能看清楚主濾光器202前面的區(qū)域而且能看清楚并且更好地意識到周圍物。輔助濾光器204和 206的光亮狀態(tài)可以為同一色調或比主濾光器202的光亮狀態(tài)更亮的色調，因此，焊工的周邊視野進一步優(yōu)化并且與色調通常需高于或暗于主濾光器光亮狀態(tài)的無源側窗相比具有更好的視野。如果第二個焊工在該焊工的一側執(zhí)行焊接操作，那么當來自第二個焊工的焊接操作的可見輻射水平滿足預定標準時第二個焊工一側的輔助濾光器會變暗至黑暗狀態(tài)， 無論主濾光器202的狀態(tài)如何。因此，只有當入射在輔助濾光器204和206上的可見輻射水平達到它們變暗所需水平時，它們才會轉換成黑暗狀態(tài)。
圖6A示出了一種示例性濾光器配置，使得輔助濾光器204和206可以彼此獨立且獨立于主濾光器202進行轉換。在該示例性實施例中，每個濾光器都具有單獨連接的焊接檢測器以及單獨連接的電子控制器。第一焊接檢測器32和第一電子控制器62與主濾光器 202相連。第一焊接檢測器32包括:第一傳感器42 (例如，光電二極管)以及具有邏輯功能的第一電子器件52，所述邏輯功能用于處理來自第一傳感器42的信號并且確定這些信號是否到達主濾光器202以及第一傳感器42是否滿足一個或多個標準。基于該確定，第一控制器62可以使主濾光器202進入黑暗狀態(tài)或保持在光亮狀態(tài)。類似地，第二焊接檢測器 34和第二電子控制器64與輔助濾光器204相連。第二焊接檢測器34包括:第二傳感器44 (例如，光電二極管)以及具有邏輯功能的第二電子器件54，所述邏輯功能用于處理來自第二傳感器44的信號并且確定這些信號是否到達輔助濾光器204以及第二傳感器44是否滿足一個或多個預定標準。同樣，第三焊接檢測器36和第三電子控制器66與輔助濾光器206 相連。第三焊接檢測器36包括:第三傳感器46 (例如，光電二極管)以及具有邏輯功能的第三電子器件56，所述邏輯功能用于處理來自第三傳感器46的信號并且確定這些信號是否到達輔助濾光器206以及第三傳感器46是否滿足一個或多個預定標準。因此，在該示例性實施例中，每個濾光器可以獨立于其他濾光器而變亮和變暗。作為上述實施例的替代方案，有時可能需要使輔助濾光器204彼此協(xié)同和/或與主濾光器202協(xié)同地控制。在這種情況下，在濾光器的電子控制器之間可能存在電連接用來同步轉換濾光器或者它們可以具有共同的電子控制器。圖6B示出了這樣的示例性濾光器布置。在該示例性實施例中，每個濾光器都具有單獨連接的焊接檢測器以及共同的電子控制器162。與主濾光器202相連的第一焊接檢測器132包括:第一傳感器142 (例如，光電二極管)以及具有邏輯功能的第一電子器件152，所述邏輯功能用于處理來自第一傳感器142的信號并且確定這些信號是否到達主濾光器202以及第一傳感器142是否滿足一個或多個標準。類似地，與輔助濾光器204相連的第二焊接檢測器134包括:第二傳感器144 (例如，光電二極管)以及具有邏輯功能的第二電子器件154，所述邏輯功能用于處理來自第二傳感器144的信號并且確定這些信號是否到達輔助濾光器204以及第二傳感器144是否滿足一個或多個預定標準。同樣，與輔助濾光器206相連的第三焊接檢測器136包括:第三傳感器146 (例如，光電二極管)以及具有邏輯功能的第三電子器件156，所述邏輯功能用于處理來自第三傳感器146的信號并且確定這些信號是否到達輔助濾光器206以及第三傳感器146是否滿足一個或多個預定標準。
第一焊接檢測器132、第二焊接檢測器134以及第三焊接檢測器136的輸入由共同的電子控制器162處理以控制主濾光器202以及輔助濾光器204和206的狀態(tài)。在一些實施例中，需要的是主濾光器202為主導濾光器(即，主濾光器202以及輔助濾光器204和 206都響應于來自第一焊接檢測器132的適當信號而變暗)，從而確保焊工在向前的視野范圍內不會暴露在不必要的高水平可見輻射中。除此之外或作為另外一種選擇，主濾光器202 可以具備一種構件以確保主濾光器202在不必要或不需要時刻不會轉換。例如，電子控制器162可以使主濾光器202只有在向前方向上檢測到焊接(例如，只由第一檢測器132檢測至IJ)時才變暗。繼而，當在特定的輔助濾光器一側，例如由檢測器134或136檢測到焊接操作時，輔助濾光器204和206中的一者或兩者可能會變暗。然而，也可以提供該示例性布置用于獨立轉換輔助濾光器和/或主濾光器，如關于圖6A所述。
圖6C示出了主濾光器202和輔助濾光器協(xié)同控制的另一個示例性實施例。在該示例性實施例中，只有主濾光器202才具有相連的焊接檢測器232和電子控制器262。焊接檢測器232包括:傳感器242 (例如，光電二極管)以及具有邏輯功能的電子器件252，所述邏輯功能用于處理來自傳感器242的信號并且確定這些信號是否到達主濾光器202以及傳感器242是否滿足一個或多個標準。焊接檢測器232的輸入由電子控制器262處理以控制主濾光器202以及輔助濾光器204和206的狀態(tài)。因此，當在向前方向上檢測到焊接時，電子控制器262可以使一個或多個或所有濾光器變暗。
一個或多個濾光器中包含的電光元件可以使用任何合適的光響應介質。在一個示例性實施例中，濾光器(主濾光器202以及輔助濾光器204和206)包括一個或多個液晶單元。通常，液晶單元包括玻璃基底。玻璃基底可以具有較高的光學清晰度。當需要使主濾光器202具有非常好的光學清晰度時，在一些實施例中，可能較為不重要的是使輔助濾光器204和206具有同樣高的光學清晰度水平，因為焊工無意通過輔助濾光器來觀察焊接操作。因此，輔助濾光器204和206可以替代性地制作其他類型的基底，例如塑料基底。
在其他示例性實施例中，主濾光器202可以包括第一類型光響應介質，而輔助濾光器204和206中的至少一者可以包括不同于第一類型的第二類型光響應介質。在一個實施例中，第一類型光介質包括液晶材料，而第二類型光響應介質包括電致變色材料?，F(xiàn)轉向圖7A和圖7B，示例性焊接面罩300包括第一護面罩310和頭帶具(未示出)。第一護面罩310通過兩個樞轉機構308a和308b而附接到頭帶具。樞轉機構使第一護面罩310在不使用時抬升到焊工的視野外，并且在焊工執(zhí)行焊接操作之前降低。第一護面罩包括第一孔330以及布置在第一孔330中的透光護目鏡332。焊接面罩300還包括第二護面罩320，所述第二護面罩可移動地附接到第一護面罩310。主濾光器302布置在位于第二護面罩320中的第二孔302a中。在朝下的位置處，第二護面罩320經布置使得主濾光器302在用戶的直線視野中，這樣當焊工執(zhí)行焊接操作時，他們可以通過主濾光器302來觀察焊接點。在朝上的位置處，第二護面罩320經布置使得主濾光器302在用戶的直線視野外。
輔助濾光器304和306分別布置在護面罩310中的第三孔304a和第四孔306a中。 當?shù)诙o面罩320在朝下的位置時，輔助濾光器304和306位于主濾光器302的任一側(左側和右側)并且靠近主濾光器。當?shù)诙o面罩320在朝上位置時，輔助濾光器304和306位于第一孔330的任一側(左側和右側)。主濾光器302以及輔助濾光器304和306中的任何一者或多者可以包括根據本發(fā)明的一個或多個電光元件。
圖8示出了另一個示例性焊接面罩400，它包括第一護面罩410和頭帶具440。護面罩410通過兩個樞轉機構408 (—個未示出)而附接到頭帶具440。樞轉機構使護面罩 410在不使用時抬升到焊工的視野外，并且在焊工執(zhí)行焊接操作之前降低。第一護面罩410 包括第一孔430以及布置在第一孔430中的透光護目鏡432。焊接面罩400還包括第二護面罩420，所述第二護面罩可移動地附接到第一護面罩410。在該示例性實施例中，第二護面罩420經由樞轉機構408而以可樞轉方式附接到第一護面罩410。
主濾光器402布置在位于第二護面罩420中的第二孔402a中。兩個輔助濾光器 404 (只示出了其中一個)布置在第二護面罩420中的第三和第四孔404a (只示出了其中一個)中。輔助濾光器404定位成靠近主濾光器402并且位于主濾光器的任一側(左側和右側) 上。在朝下的位置處，第二護面罩420經布置使得主濾光器402在用戶的直線視野中而輔助濾光器404在用戶的直線視野外。因此，當焊工執(zhí)行焊接操作時，他或她可以通過主濾光器402來觀察焊接點并且通過輔助濾光器404來獲得周邊視野。在朝上位置處，第二護面罩420經布置使得主濾光器和輔助濾光器在用戶的視野外。在其他示例性那個實施例中， 主濾光器402以及輔 助濾光器404中的任何一者或多者可以包括根據本發(fā)明的一個或多個電光元件。
根據本發(fā)明的焊接面罩在實例中只具有兩個輔助濾光器，這兩個輔助濾光器獨立于主濾光器且與主濾光器分離并且定位成靠近主濾光器，其中一個輔助濾光器在主濾光器的任一側。圖9為其他焊接面罩的圖解說明，其示出了本發(fā)明的又一些實施例。焊接面罩 500可以包括護面罩510,所述護面罩包括位于主濾光器502上方的輔助濾光器534,該輔助濾光器作為側輔助濾光器504和506的補充或替代，用于使焊工通過主濾光器更好地看清他或她視野范圍上方的環(huán)境。例如，如果焊工在其頭上有移動機器的情況下執(zhí)行焊接操作， 那么可能需要該特征?？梢蕴峁┹o助濾光器的其他布置，例如輔助濾光器536位于主濾光器502的下方，這些方案也可以用于改善焊工的周邊視野以及他們對周圍物的意識。
或者，若干輔助濾光器可以矩陣形式布置在主濾光器502周圍。在這種情況下，輔助濾光器可以經配置以不同轉換速度進行轉換，或以不同轉換閾值進行轉換，或以這些方式的任何組合進行轉換，這些轉換速度或閾值要么彼此獨立要么彼此協(xié)同。輔助濾光器504 和506可以從色調三(3)轉換成可在八(8)與十二(12)之間選擇的色調。根據焊工的工作情況，可能需要將焊接面罩中的輔助濾光器設置成不同的色調，這取決于焊工的工作位置和/或輔助濾光器在焊接面罩上的位置。例如，如果焊工在頭上照亮的情況下工作，那么他們可能需要位于主濾光器502上方的輔助濾光器534具有色調四(4)至五(5)的亮色調， 這樣透射穿過輔助濾光器534的環(huán)境光照度不會在主濾光器502上引起不需要的反射。此夕卜，當一個以上輔助濾光器位于主濾光器502的任一側時，可以設想到，亮色調與暗色調的選擇應適于焊接操作。例如，相比輔助側濾光器504和506，輔助側濾光器524和526距主濾光器502更遠，它們的色調可能比設置成更接近主濾光器502的輔助濾光器504和506 更亮(亮色調、暗色調或兩者)。
輔助濾光器可以經調適使得它們可以由焊工轉換。在這種情況下，一個或多個輔助濾光器可以具備與電子控制器處于電氣連通的轉換器，從而使焊工可以改變輔助濾光器的狀態(tài)或色調。當濾光器在其不同狀態(tài)之間轉換時，一些焊工想要的是對濾光器的狀態(tài)進行手動控制。以舉例的方式有，當焊工在存在許多其他焊接操作的環(huán)境中工作時，焊工可能想要使輔助濾光器處于黑暗狀態(tài)一段很長的時間，這樣無論輻射強度如何，來自鄰近焊接操作的可見輻射都不會引起分心。隨后，當從工作位置移動到另一工作位置時，即，移動到延伸周邊視野較為有利的時刻，焊工可能想要將輔助濾光器轉換到光亮狀態(tài)。
此外，輔助濾光器可以經配置使得輔助濾光器的色調可以借助于轉換器來改變。 連接到轉換器的電子控制器可以經配置使得轉換器的連續(xù)按壓會使輔助濾光器變化通過一系列的不同色調。合適的轉換器可以是隔膜類型的轉換器，其位于主濾光器或輔助濾光器附近，或在任何其他合適位置。優(yōu)選地，一個或多個轉換器可以經定位使得它們可以由焊工在佩戴焊接面罩的同時進行操作。各種類型的轉換器均在本發(fā)明的范圍內，例如按鈕轉換器和搖桿轉換器。在一種焊接面罩中，其所包括的輔助濾光器從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的轉換并不頻繁且該轉換借助于轉換器來觸發(fā)，此時使用電致變色技術是特別有利的。當焊接面罩的濾光器布置中包含一個以上輔助濾光器時，輔助濾光器的轉換可以關聯(lián)于一個轉換器或多個單獨的轉換器。手動轉換器可以與自動模式組合起來使用。在這種情況下，轉換器可以是超控轉換器，這樣焊工能夠選擇是在手動模式還是在自動模式下使用輔助濾光器。
權利要求
1.一種具有濾光器裝置的焊接面罩，所述焊接面罩包括:主濾光器；以及至少一個輔助濾光器，所述至少一個輔助濾光器與所述主濾光器分離并且定位為靠近所述主濾光器；其中至少一個輔助濾光器包括電光元件，所述電光元件適于減弱入射到所述輔助濾光器上的光輻射的透射。
2.根據權利要求1所述的焊接面罩，其中所述電光元件包括設置在透明基底之間的光響應介質。
3.根據權利要求2所述的焊接面罩，其中所述光響應介質包括液晶材料。
4.根據權利要求2所述的焊接面罩，其中所述光響應介質包括電致變色材料。
5.根據權利要求1所述的焊接面罩，其中所述主濾光器包括電光元件。
6.根據權利要求5所述的焊接面罩，其中所述主濾光器的所述電光元件包括液晶材料，并且至少一個輔助濾光器包括電致變色材料。
7.根據權利要求1所述的焊接面罩，其中所述電光元件適于在第一狀態(tài)與至少一個第二狀態(tài)之間轉換，其中所述第二狀態(tài)減弱入射到所述輔助濾光器上的光輻射的透射。
8.根據權利要求1所述的焊接面罩，其中所述至少一個輔助濾光器適于獨立于所述主濾光器而轉換。
9.根據權利要求1所述的焊接面罩，其中所述至少一個輔助濾光器適于與所述主濾光器協(xié)同轉換。
10.根據權利要求1所述的焊接面罩，其中至少一個輔助濾光器適于手動轉換。
11.根據權利要求1所述的焊接面罩，其包括至少兩個輔助濾光器，其中至少一個輔助濾光器設置在所述主濾光器的一側。
12.根據權利要求11所述的焊接面罩，其中至少一個輔助濾光器設置在所述主濾光器一側的周邊視野區(qū)中。
13.根據權利要求11所述的焊接面罩，其中所述至少兩個輔助濾光器彼此獨立地轉換。
14.根據權利要求1所述的焊接面罩，其中至少一個輔助濾光器設置在所述主濾光器上方。
15.根據權利要求1所述的焊接面罩，其中至少一個輔助濾光器設置在所述主濾光器下方。
16.根據權利要求1所述的焊接面罩，其還包括能夠在佩戴時抬升和降低的護面罩，所述主濾光器以及所述至少一個輔助濾光器定位在所述護面罩的孔中。
17.根據權利要求1所述的焊接面罩，其還包括第一護面罩以及可移動地附接到所述第一護面罩的第二護面罩，其中所述主濾光器設置在所述第二護面罩的孔中。
18.根據權利要求17所述的焊接面罩，其還包括設置在所述第二護面罩的孔中的至少一個輔助濾光器。
19.根據權利要求17所述的焊接面罩，其還包括設置在所述第一護面罩的孔中的至少一個輔助濾光器。
20.根據權利要求17所述的焊接面罩 ，其中所述第一護面罩能夠在佩戴時被抬升和降低。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有濾光器布置的焊接面罩(100,200,300,400,500)。所述焊接面罩設有主濾光器(102,202,302,402,502)以及至少一個輔助濾光器(104,204,304,404,504)，所述至少一個輔助濾光器與所述主濾光器分離并且經定位靠近所述主濾光器。所述至少一個輔助濾光器包括電光元件(10,20)，所述電光元件適于減弱入射到所述輔助濾光器上的光輻射的透射。
文檔編號A61F9/06GK103221005SQ201180055974
公開日2013年7月24日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權日2010年12月1日
發(fā)明者克里斯蒂娜·芒努松, 肯尼思·亞雷福斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司