专利名称：具有滤光器布置的焊接面罩的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有滤光器布置的焊接面罩，且确切地说，是包括主滤光器以及至少一个辅助滤光器的滤光器布置。
背景技术：
配备有滤光器的焊接面罩可以防止焊工受到在焊接操作过程中产生的光辐射，这种焊接面罩是为人熟知的。典型的焊接面罩滤光器是设置在焊接面罩前部的孔中的装置， 焊工可以透过该滤光器来观察焊接操作，而他们的眼睛不会暴露在有害量的光辐射中。
电磁光谱的可见段，即人眼可以检测到的光辐射范围，在焊接行业中通常被认为是约为380纳米至780纳米(nm)的波长段。光辐射中波长小于可见段的另外波长段通常称为紫外线(UV)辐射。焊接行业中所关注的UV辐射光谱部分约为200nm至380nm。光辐射中波长大于可见段的另外波长段通常称为红外线辐射(IR)。焊接行业中所关注的IR辐射光谱部分约为780nm至3000nm。
紫外线和红外线辐射在焊接工艺的过程中通常由焊接弧产生，它们可能对人眼有害，例如，可能引起不可恢复的损坏。此外，在焊接工艺中产生的可见辐射通常太亮，从而导致焊工直接观察起来很不舒适，因此，需要用一种 构件来减弱该可见辐射的透射。一般来讲，人眼以正常的厌恶反应来避免亮的可见辐射，例如瞬目反射或头部移动等，但在一些情况下，亮的可见辐射可能会使焊工眼花并且引起暂时性失明。
已知的焊接面罩滤光器类型包括无源滤光器或自动变暗滤光器(ADF)。无源滤光器常常是深色(通常是绿色)的玻璃透镜，它使有限范围内的辐射波长能够以某水平的透射比穿过。无源滤光器通常相当暗并且在正常的环境光条件下对用户仅提供有限量的可见度，因此通常定位在焊工面前，然后焊工即可开始焊接操作。传统的ADF具有默认状态，即光亮状态，这样焊工可以向前看得很清楚。在焊接操作开始时它会自动变为较暗状态，当焊工停止焊接操作时则返回到光亮状态。通常情况下，ADF使用可转换的电光技术例如液晶技术等来提供这些不同状态。ADF中使用的液晶技术的实例在US6，097，45UUS5, 825，441， 以及US7，477，330中描述。
通常，可用的焊接面罩滤光器具有某一色调或者某个范围的色调或色调数。色调 S与发光透射比TL (表示为穿过滤光器的光相对于标准光源和标准观察者的比率)有关，其关系如以下公式所示:
S = I+(7/3” 101g (!/TL)
此处，TL定义为透射发光强度与入射发光强度的比率。发光透射比的精确定义以各种标准给出，例如个人眼睛保护-透射比要求的欧洲标准，EN169:2002。对于给定的色调数而言，发光透射比的公差以及不同波长段的UV和IR辐射中的最大透射比通常由焊接滤光器所运用的行业标准指定。例如，个人眼睛保护-透射比要求的欧洲标准，EN169:2002 中的色调三(3)，指定了在8.5%与17.8%之间的发光透射比水平。在其他实例中，色调十二(12)指定了在0.0012%与0.0032%之间的发光透射比水平。对于色调12而言，波长在313nm 与365nm之间时，最大许可UV透射比为0.0012%，而对于从780nm至1400nm的波长带，最大可允许的平均光谱IR透射比为0.027%。对特定滤光器中可能最暗的色调(例如，色调12) 而指定的最大UV和IR透射比的值也需适用于最亮的色调(例如，色调3)。
弧焊接中典型的无源滤光器的色调是色调十(10)。在光亮状态中典型ADF的色调是色调3，而在黑暗状态中的色调通常可以由焊工预先选择并且通常在色调八(8)与色调十二(12)的范围内。黑暗状态色调的选择取决于所进行的焊接操作类型以及焊工的个人偏好或舒适度。
提供配有ADF的焊接面罩，可以使焊工在不进行焊接时无需抬升该护面罩或移除焊接面罩便具有某视野，但是它没有考虑到焊工的周边视野。最近，一些焊接面罩已配有无源侧滤光器，通常称为侧窗，以便改善焊工的周边视野。这些侧窗是无源滤光器，它们可以减小透射到焊工的可见辐射水平。通常，当前可用的无源滤光器的透射比相当于自动变暗焊接滤光器中的黑暗状态与光亮状态之间的水平。选定的色调或透射比水平是以下两者之间的平衡:允许足够的可见辐射透射比来改善焊工的周边视野，以及使得在焊接操作过程中进入面罩并且会在主滤光器上引起眩光或内反射的可见辐射量最小化。具备该类侧窗的焊接面罩在US5，191，468中描述。
本领域中已知的其他侧窗配置，例如在US2004/0117888中描述的那些配置，包括用门覆盖的透明侧窗，所述门可以在焊工不执行焊接操作时打开，而在焊接操作之前由焊工手动关闭。这些侧窗通常位于主滤光器的任一侧，所述主滤光器是位于焊接面罩前部由焊工用来观察焊接操作的滤光器，因此可以在焊工不在焊接时改善焊工的周边视野。
侧窗可以显著改善焊工的周边视野和意识。然而，在一些情况下，具备无源侧窗的焊接面罩的功能性可以进一步改善，从而更好地满足焊工的需求。例如，进一步优化焊工的周边视野可以大大改善焊工对于面罩使用和焊接工艺的体验。发明内容
本发明涉及具有滤光器布置 的焊接面罩，所述焊接面罩包括主滤光器以及至少一个辅助滤光器。至少一个辅助滤光器与所述主滤光器分离并且经定位靠近所述主滤光器。 至少一个辅助滤光器包括电光元件，所述电光元件适于减弱入射到所述辅助滤光器上的光辐射的透射。
在一些实施例中，主滤光器也可以包括电光元件。在该类实施例的示例性实施方案中，所述主滤光器的电光元件可以包含液晶材料，并且至少一个辅助滤光器可以包含电致变色材料。
在一些实施例中，至少一个辅助滤光器可以适于独立于所述主滤光器来转换，与所述主滤光器协同转换，或二者兼备。
根据本发明的一种示例性焊接面罩可以包括至少两个辅助滤光器，其中至少一个辅助滤光器设置在主滤光器的一侧上。至少两个辅助滤光器可以经配置以彼此独立地转换。
根据本发明的一种示例性焊接面罩可以包括第一护面罩以及可移动地附接到所述第一护面罩的第二护面罩。主滤光器可以设置在所述第二护面罩的孔中。一个或多个辅助滤光器可以设置在第一护面罩中、第二护面罩中或两者中。
下面将仅以举例的方式结合附图描述本发明的实施例，在附图中:
图1示意性地示出了根据本发明的电光元件的示例性配置；
图2示意性地示出了根据本发明的电光元件的另一种示例性配置；
图3为适用于本发明的示例性实施例中的自动变暗滤光器(ADF)的图解说明；
图4示意性地示出了根据本发明的示例性滤光器布置；
图5为根据本发明的示例性实施例的焊接面罩的图解说明；
图6A、图6B和图6C示意性地示出了允许主滤光器与辅助滤光器协同或单独转换的滤光器布置；
图7A和图7B示出了根据本发明的另一个示例性实施例的焊接面罩；
图8示出了根据本发明的又一个示例性实施例的焊接面罩；以及
图9为根据本发明的另外的实施例的焊接面罩的图解说明；
附图未必按比例绘制。附图中所使用的类似标号是指类似部件。然而，应当理解， 使用标号来指代给定附图中的部件并非意图限制另一个附图中使用相同标号标记的部件。
具体实施方式
在以下的说明中，参考附图，附图构成说明的一部分，并且其中通过举例说明的方式示出了若干具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以设想其他实施例并可进行修改。因此，以下的具体实施方式
不具有限制性意义。
除非另外指明，否则本文所用的所有科技术语具有本领域中常用的含义。本文给出的定义有利于理解本文中频繁使用的某些术语，且并不意味着限制 本发明的范围。
除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，这些近似值可以变化。
以端点表述的数值范围包括归入该范围内的所有数值(例如，I至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。
除非本文内容以其他方式明确指出，否则本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”涵盖具有复数形式的实施例。除非本文内容以其他方式明确指出，否则本说明书和所附权利要求书中使用的术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。
本发明提供了一个或多个辅助滤光器，所述辅助滤光器包括适于减弱入射光辐射的透射的一个或多个电光元件。一些示例性辅助滤光器可以用至少两种状态为特征。可以提供光亮状态以增加周边视野和对周围物的意识，并且可以提供黑暗状态以在焊接操作过程中或在焊接发生在周边视野附近时减少通过辅助滤光器进入焊接面罩的可见辐射。
根据本发明的电光兀件包括光响应介质层，所述光响应介质层能够响应于施加的电压，而改变它的至少一种光学特性，以影响透射穿过电光元件的光的量。例如，当对光响应介质施加电压时，会使入射到光响应介质上的光的反射率、透射比、吸收率、偏振态等发生变化。
图1示意性地示出了该类电光元件10的一种示例性配置，其包括设置在透明基底 14a与14b之间的光响应介质12。透明基底可以用任何合适的材料制成，只要该材料的透明度足以用于特定应用中。合适材料的实例有玻璃以及透明塑性材料，例如聚碳酸酯。电光元件10还包括经配置以向光响应介质12施加电压17的透明导电层16a和16b。导电层 16a和16b可以分别设置在透明基底14a和14b上。
适用于本发明的实施例中的一类优选的光响应介质为液晶材料。该类电光兀件可以称为液晶单元(cell)。当光响应介质12中含有液晶材料时，电光元件10通常还包括一个或多个偏振器19a和1%，所述偏振器可以相对于光介质设置在透明基底14a和14b的外侧上。或者，如果适用，那么各偏振器19a和19b可以设置在光响应介质12与透明基底 14a或14b之间。
在本说明书中，使用的术语“偏振器”是指偏振滤光器，其用于透射具有第一偏振态的光并且吸收和/或反射具有第二偏振态的光，所述第二偏振态不同于第一偏振态。根据光响应介质中使用的液晶材料类型，偏振器19a和19b可以为线性偏振器，它们经布置使得其透射轴彼此交叉或正交、彼此平行或具有另一种合适的取向。基于液晶的电光元件还可以包括一个或多个对齐层，例如18a和18b，以便帮助实现液晶材料所需的取向。一个或多个对齐层18a和18b通常设置成与光响应介质12相邻或相接触。在一些示例性实施例中，一个或多个对齐层也可以用作偏振器。
某些类型的液晶，例如向列型液晶，会响应于施加的电场而改变其取向，从而又改变折射率分布，特别是介质的双折射。在使用扭曲向列型的液晶单元中，向列型分子布置在特定角位置处(通常是由于对齐层的原因)，这样这些分子在透明基底14a与14b之间通过它们各自的扭曲角进行扭曲。可以通过在透明电极16a与16b之间施加电场，来控制向列型液晶分子的取向。
进一步参考图1，当没有对扭曲向列型液晶单元施加电压时，当光穿过光响应介质 12 (此处是扭曲向列型材料)时，由输入偏振器19b进行偏振的该入射光LO的偏振平面发生旋转。如果输出偏振器19a与离开光响应介质12的光输出偏振态相对齐,那么光电装置 10仍为透明的，从而透射光LI的量相对较高。电压17的施加在透明电极16a与16b之间产生了电场。向列型液晶分子随后重新定向成与电场相对齐，从而垂直于电极16a与16b。 因此，透射穿过光响应介质12的光的偏振平面不会经历很多旋转并且该光中的至少一部分被输出偏振器19a阻断。在这种情况下，透射光LI的量减少，并且电光器件10实现了变暗或减弱状态。因此，当将电压施加到扭曲向列型液晶单元时，便会获得减弱效果。可以通过改变所施加的电压来控制向列型分子的旋转程度，因此，也可以控制相应的减弱效果。在上述示例性实施例中，液晶单元在没有施加电压时为光亮状态而在施加电压时为黑暗状态。然而，在其他示例性实施例中，情况可能相反。一般来讲，当电场施加到液晶光响应介质时，液晶材料会重新定向，从而使偏振光的透射性质发生变化。例如，入射光LO 可以由第一偏振器19b来偏振并且其偏振态随后可以由液晶光响应介质12重新定向，从而不与第二偏振器19a的透射轴重合，在这种情况下，第二偏振器19a只传递光LI减弱后的量。
适用于本发明的实施例中的另一类优选的光响应介质为电致变色材料。图2示意性地示出了该类电光元件20的一种示例性配置,其包括光响应介质。在该示例性实施例中，光响应介质包括设置在透明基底24a与24b之间的一层电致变色材料22。如果适用， 那么电光元件20还包括设置在电致变色材料22与透明基底24a或24b之间的透明导电层 26a和26b。离子导体层23可以设在电致变色材料22与导电层26a之间，并且离子存储层 27也可以设在离子导体层23与导电层26a之间。透明导电层经配置以，例如，通过施加电压27而将电场施加到电致变色材料22。导电层26a和26b可以分别设置在透明基底24a 和24b上。
当向透明导电层26a和26b施加电压时，离子便在电致变色层、离子导体层与离子存储层之间转移。因此，电致变色材料22中会发生化学反应，从而改变该材料的光学性质。 在该示例性实施例中，电压的施加将导致化学反应，从而会改变由电致变色材料22所透射的光的量。在一个实施例中，电压的施加会改变由电致变色材料所吸收的光的量。电致变色材料22初始时可以是不透明的，而随着电压的施加而变为较透明状态，或者反之亦然(SP， 电致变色材料22初始时可以是透明的，而随着电压的施加而变为较不透明状态)。合适的电致变色材料的实例包括基于钨或镍的氧化物以及各种其他材料。离子导体层23可以是或者可以包括液体或聚合物电解质。关于电致变色材料，需要用反向电压来使光响应介质转换回到初始状态。因此，电致变色技术可以是非常节能的，因为它可能只需要从一种状态转换为另一种状态的能量。
图3为适用于本发明的实施例中的示例性自动变暗滤光器(ADF)的图解说明。自动变暗滤光器I包括示例性电光元件2。在该实施例中，电光元件2包括两个或多个液晶单元3a和3b，优选地是与偏振器4a、4b、4c交替布置。一个或两个液晶单元可以具有如图1 中所描述的配置或另一种合适的构造。电子控制器5与液晶单元3a和3b中的一个或两个电气连通，它经配置以使液晶单元3a、3b具备适当的电信号从而与液晶分子对齐或至少部分地对齐。如上所述，通过改变与偏振滤光器4a、4b、4c组合在一起的液晶单元3a、3b中的液晶的对齐方式，入射到自动变暗滤光器I上的可见辐射LO的透射可以减弱到较小值L2。 偏振器中的偏振方向通常经布置使得 交替的滤光器的透光轴与邻近的偏振器成90度。在该实例中，中间的偏振滤光器4b的透光轴可以在水平方向上对齐，而两个外侧的偏振滤光器4a、4c可以在垂直方向上对齐。然而，其他相应的角度和取向也在本发明的范围内。
可以包含电源6以向电子控制器并且随后向液晶单元提供电力。电源6可以包括由原电池形成的电池。作为另外一种选择或除此之外，电源6可以包括光电池，通常称为太阳能电池，它经布置使得周围的可见辐射或来自焊接操作的可见辐射被转变成电能，从而向电子控制器和电光兀件供电。也可以使用光电池与电池的组合。
示例性自动变暗滤光器I可以包括可选的干涉滤光器7以用于反射大量的红外线辐射和紫外线辐射。干涉滤光器可以包括某种透明基底，所述透明基底涂有组成不同的交替层，例如，介电材料和金属。除了过滤红外线辐射和紫外线辐射以外，该类干涉滤光器7 可以具有以下效果:减小透射到焊工的可见辐射的波长段。
电子控制器5用于驱动一个或多个液晶单元3a、3b，它可以包括经配置以检测焊接弧的焊接检测器8。焊接检测器8确定焊接操作的启动时间。例如，焊接检测器可以包括: 光电二极管，例如硅光电二极管；以及具有逻辑功能以对光电二极管所检测到的信号进行处理的电子器件。一旦焊接检测器8检测到焊接操作启动，该信息便被传输到控制器5，从而触发自动变暗滤光器I从光亮状态转换到黑暗状态，所述黑暗状态为具有以下特征的状态，即入射的可见辐射的减弱程度比光亮状态下更大。
在焊接工业中，光亮状态的特征通常为色调约为3至约为4，而黑暗状态的特征通常为色调约为8至约为13。在一些实施例中，光亮状态可以为色调3,而黑暗状态可以由用户在色调8与12之间(S卩，8、9、10、11或12)选出。在其他实施例中，光亮状态可以为色调 4，而黑暗状态可以在色调9与13之间(S卩，9、10、11、12或13)选出。在又一些实施例中， 黑暗状态的特征可以为色调5或6，例如在气体焊接和磨削应用中。一般来讲，与光亮状态和黑暗状态相关联的任何合适色调都在本发明的范围内，此色调的选择可以取决于焊接方法、所使用的焊接电流以及自动变暗滤光器的位置。
自动变暗滤光器I的转换速度，也就是说，焊接弧的点燃与自动变暗滤光器I到达其完全黑暗状态之间的时间，通常非常短。根据ADF技术和环境，自动变暗滤光器I的转换速度可以约为0.1毫秒(ms)或另一合适的时间段。在一些实施例中，在焊工停止焊接操作与自动变暗滤光器I返回到光亮状态之间的时间中可以引入延迟。该延迟可以在IOOms与 250ms之间，或为取决于ADF技术的另一合适时间段，从而确保从焊接操作中放射出来的可见辐射的水平在暴露于焊工之前已经下降到所需水平。
尽管ADFl已参考电光元件2进行了描述，但是本领域的普通技术人员将容易认识至IJ，可以使用具有其他配置的电光元件。例如，ADFl可以配置有关于图1和图2所描述的电光兀件中的任一者。
上述自动变暗滤光器适合作为主滤光器或作为辅助滤光器而用于焊接面罩。通过参照图4进行解释可以进一步理解主滤光器和辅助滤光器的概念，该图示意性地示出了由用户I佩戴的示例性焊接面罩100，该焊接面罩包括:主滤光器102 ;辅助滤光器104，该辅助滤光器设置成靠近主滤光器102并且在主滤光器的一侧(此处是左侧)；以及额外的辅助滤光器106，该额外的辅助滤光器设置成靠近主滤光器102并且在主滤光器的另一侧(此处是右侧)。出于本发明的目的，术语“侧”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前部”，以及其他类似术语用于描述当含有滤光器的焊接面罩被用户佩戴时的滤光器的空间关系。在工作位置中， 主滤光器102设置在用户I的眼睛2a和2b前方，这样用户的两只眼睛2a和2b通过主滤光器102来观察，并且优选地，在用户I的直线视野103中观察。直线视野103定义为视轴 103a与103b之间的空间，所述视轴从用标准头形表示的用户I的每只眼睛中心画出来并且垂直于每只眼睛。直线视野103包括用户两只眼睛2a和2b的视野的中心部分101之间的重叠区域。辅助滤光器104和106与主滤光器102分离但设置成靠近主滤光器，且优选是邻近主滤光器。该示例性辅助滤光器104和106设置成不与用户I的直线视野103重叠。在一些实施例中，辅助滤光器104和106设置成不与视野的中心部分101重叠。优选地，辅助滤光器104和106分别设置在用户I的周边视野区105和107中。周边视野区105和107 可以定义为分别与每只眼睛2a和2b的中心成45°圆锥体A和B外的视场(当示例性实施例安装在标准头形上时可以确定)围绕视轴103a和103b画出来。在一些示例性实施例中， 当在含有观察者眼睛2a和2b中心的水平面内测量时，辅助滤光器104和106可以各自相对于主滤光器102形成非零角度a。通常，角度α在约45度与约90度之间。然而,角度α的其他值也在本发明的范围内，包括但不限于O度、45度和90度。
图5为根据本发明的另一个实施例的焊接面罩200的图解说明。焊接面罩200具有护面罩210以及配在护面罩210内部的头带具(未示出)。护面罩210经塑形以至少覆盖焊工的眼睛，并且优选地至少覆盖焊工的面部。在一些示例性实施例中，护面罩210还覆盖焊工的耳朵，例如图5中所示的焊接护罩。护面罩210可以由任何合适的非透明材料制成。 优选地，焊接护罩的材料的透射比低于主滤光器中的暗色调所需的透射比。制造护面罩210 的一个示例性方法包括注射模制一种热塑性材料，其中所述材料为黑色并且具有轻质的性质，具有较高的抗融化能力和较好的阻燃特性。护面罩210可以在该护面罩内部设有亚光表面光洁度以减少内反射。
头带具(未示出)可以包括适用于将护面罩固持在用户头部的任何装置并且可以用任何合适的方式来配置，包括本领域的技术人员已知的方式。一种示例性带具包括塑料带，该塑料带具有一种用于调整周边尺寸的构件，这样该带具可以固定至焊工的头部并且拉紧以舒适地固持在适当位置。护面罩210通常用两个枢转机构208a和208b附接到头带具，这两个枢转机构位于焊工头部两侧的鬓角与耳朵之间的头带具的相对外表面上。枢转机构可以使护面罩210在不使用时抬升到焊工的视线外，并且在焊工执行焊接操作之前降低，这样护面罩210可以放置在焊工的面部与弧之间，从而防止焊接操作中的光辐射直接到达焊工眼睛，以及优选地还有防止直接到达面部和耳朵。
图5中所示的示例性焊接面罩包括:布置在位于护面罩210前部的第一孔202a中的主滤光器202，以及分别布置在护面罩210的第二孔204a和第三孔206a中的辅助滤光器 204和206。辅助滤光器204和206位于主滤光器202的任一侧(左侧和右侧)上并且与之靠近。一个辅助滤光器204或206设置在主滤光器202的任一侧上，这样焊工的周边视野得以延伸。如上所述，辅助滤光器204和20 6是单独的构造并且与主滤光器202分离。在前部孔中的主滤光器202经布置使得当焊工执行焊接操作时，他或她可以通过滤光器202 来观察焊接点。重要的是主滤光器202这种方式的配备使得由焊接操作产生的未减弱的可见辐射不会直接到达焊工的眼睛。
主滤光器202以及辅助滤光器204和206中的任何一者或多者可以包括上述的一个或多个电光元件。在一个示例性实施例中，辅助滤光器204和206中的每一者都包括一个电光元件。因此，主滤光器202以及辅助滤光器204和206中的一者或多者可以在至少两种状态之间转换，其中第一状态不同于第二状态。第一状态可以是光亮状态而第二状态可以是黑暗状态，所述黑暗状态的特征为入射可见辐射的减弱程度比光亮状态下更大。在光亮状态下透射穿过辅助滤光器204和206的可见辐射的水平通常约为色调2至4，而在黑暗状态下色调可以从色调6至色调12或更高。然而，其他色调水平也在本发明的范围内。 例如，色调5可以被认为是黑暗状态色调或光亮状态色调，这取决于具体应用。
在一个示例性实施例中，辅助滤光器可以只具有一个亮色调(例如，2至3)并且只具有一个暗色调(例如，7至10)。在其他示例性实施例中，辅助滤光器的暗色调可以由焊工来选择。焊工可以用来选择色调的一种方式是通过在用户界面上按动合适的按钮，所述用户界面定位在主滤光器、辅助滤光器附近，或处于另一合适位置。因此，该色调的选择可以取决于焊工的个人偏好和所预期或需要可见辐射透射穿过辅助滤光器的量。在主滤光器 202以及辅助滤光器204和206包括电光元件的实施例中，与主滤光器中的黑暗状态和光亮状态相关联的色调可以与辅助滤光器中的黑暗状态和光亮状态的色调相同或不同。在又一示例性实施例中，一个或多个滤光器可以为无源或保持永久的色调。
辅助滤光器的转换速度可能无需如主滤光器202的转换速度那么快，因为焊工无意通过辅助滤光器204和206来观察焊接操作。然而，转换速度需足够快使得经由辅助滤光器204和206而透射到焊接面罩内的可见辐射不会在焊接操作开始时便弓I起内反射使焊工眼花。在一个示例性实施例中，辅助滤光器转换速度可以在Ims至5ms的范围内。如果入射到与辅助滤光器204或206相连的焊接检测器上的可见辐射水平不满足焊接亮度的标准，那么辅助滤光器将维持在光亮状态，从而使焊工可以在焊接操作过程中更好地意识到他或她的周围物。
在一些示例性实施例中，辅助滤光器204和205中每一者的状态可以彼此单独且独立地并且与主滤光器202单独且独立地控制。在一个实施例中，当焊工准备好执行焊接操作时，主滤光器202以及辅助滤光器204和206可以处于光亮状态，这样焊工不仅能看清楚主滤光器202前面的区域而且能看清楚并且更好地意识到周围物。辅助滤光器204和 206的光亮状态可以为同一色调或比主滤光器202的光亮状态更亮的色调，因此，焊工的周边视野进一步优化并且与色调通常需高于或暗于主滤光器光亮状态的无源侧窗相比具有更好的视野。如果第二个焊工在该焊工的一侧执行焊接操作，那么当来自第二个焊工的焊接操作的可见辐射水平满足预定标准时第二个焊工一侧的辅助滤光器会变暗至黑暗状态， 无论主滤光器202的状态如何。因此，只有当入射在辅助滤光器204和206上的可见辐射水平达到它们变暗所需水平时，它们才会转换成黑暗状态。
图6A示出了一种示例性滤光器配置，使得辅助滤光器204和206可以彼此独立且独立于主滤光器202进行转换。在该示例性实施例中，每个滤光器都具有单独连接的焊接检测器以及单独连接的电子控制器。第一焊接检测器32和第一电子控制器62与主滤光器 202相连。第一焊接检测器32包括:第一传感器42 (例如，光电二极管)以及具有逻辑功能的第一电子器件52，所述逻辑功能用于处理来自第一传感器42的信号并且确定这些信号是否到达主滤光器202以及第一传感器42是否满足一个或多个标准。基于该确定，第一控制器62可以使主滤光器202进入黑暗状态或保持在光亮状态。类似地，第二焊接检测器 34和第二电子控制器64与辅助滤光器204相连。第二焊接检测器34包括:第二传感器44 (例如，光电二极管)以及具有逻辑功能的第二电子器件54，所述逻辑功能用于处理来自第二传感器44的信号并且确定这些信号是否到达辅助滤光器204以及第二传感器44是否满足一个或多个预定标准。同样，第三焊接检测器36和第三电子控制器66与辅助滤光器206 相连。第三焊接检测器36包括:第三传感器46 (例如，光电二极管)以及具有逻辑功能的第三电子器件56，所述逻辑功能用于处理来自第三传感器46的信号并且确定这些信号是否到达辅助滤光器206以及第三传感器46是否满足一个或多个预定标准。因此，在该示例性实施例中，每个滤光器可以独立于其他滤光器而变亮和变暗。作为上述实施例的替代方案，有时可能需要使辅助滤光器204彼此协同和/或与主滤光器202协同地控制。在这种情况下，在滤光器的电子控制器之间可能存在电连接用来同步转换滤光器或者它们可以具有共同的电子控制器。图6B示出了这样的示例性滤光器布置。在该示例性实施例中，每个滤光器都具有单独连接的焊接检测器以及共同的电子控制器162。与主滤光器202相连的第一焊接检测器132包括:第一传感器142 (例如，光电二极管)以及具有逻辑功能的第一电子器件152，所述逻辑功能用于处理来自第一传感器142的信号并且确定这些信号是否到达主滤光器202以及第一传感器142是否满足一个或多个标准。类似地，与辅助滤光器204相连的第二焊接检测器134包括:第二传感器144 (例如，光电二极管)以及具有逻辑功能的第二电子器件154，所述逻辑功能用于处理来自第二传感器144的信号并且确定这些信号是否到达辅助滤光器204以及第二传感器144是否满足一个或多个预定标准。同样，与辅助滤光器206相连的第三焊接检测器136包括:第三传感器146 (例如，光电二极管)以及具有逻辑功能的第三电子器件156，所述逻辑功能用于处理来自第三传感器146的信号并且确定这些信号是否到达辅助滤光器206以及第三传感器146是否满足一个或多个预定标准。
第一焊接检测器132、第二焊接检测器134以及第三焊接检测器136的输入由共同的电子控制器162处理以控制主滤光器202以及辅助滤光器204和206的状态。在一些实施例中，需要的是主滤光器202为主导滤光器(即，主滤光器202以及辅助滤光器204和 206都响应于来自第一焊接检测器132的适当信号而变暗)，从而确保焊工在向前的视野范围内不会暴露在不必要的高水平可见辐射中。除此之外或作为另外一种选择，主滤光器202 可以具备一种构件以确保主滤光器202在不必要或不需要时刻不会转换。例如，电子控制器162可以使主滤光器202只有在向前方向上检测到焊接(例如，只由第一检测器132检测至IJ)时才变暗。继而，当在特定的辅助滤光器一侧，例如由检测器134或136检测到焊接操作时，辅助滤光器204和206中的一者或两者可能会变暗。然而，也可以提供该示例性布置用于独立转换辅助滤光器和/或主滤光器，如关于图6A所述。
图6C示出了主滤光器202和辅助滤光器协同控制的另一个示例性实施例。在该示例性实施例中，只有主滤光器202才具有相连的焊接检测器232和电子控制器262。焊接检测器232包括:传感器242 (例如，光电二极管)以及具有逻辑功能的电子器件252，所述逻辑功能用于处理来自传感器242的信号并且确定这些信号是否到达主滤光器202以及传感器242是否满足一个或多个标准。焊接检测器232的输入由电子控制器262处理以控制主滤光器202以及辅助滤光器204和206的状态。因此，当在向前方向上检测到焊接时，电子控制器262可以使一个或多个或所有滤光器变暗。
一个或多个滤光器中包含的电光元件可以使用任何合适的光响应介质。在一个示例性实施例中，滤光器(主滤光器202以及辅助滤光器204和206)包括一个或多个液晶单元。通常，液晶单元包括玻璃基底。玻璃基底可以具有较高的光学清晰度。当需要使主滤光器202具有非常好的光学清晰度时，在一些实施例中，可能较为不重要的是使辅助滤光器204和206具有同样高的光学清晰度水平，因为焊工无意通过辅助滤光器来观察焊接操作。因此，辅助滤光器204和206可以替代性地制作其他类型的基底，例如塑料基底。
在其他示例性实施例中，主滤光器202可以包括第一类型光响应介质，而辅助滤光器204和206中的至少一者可以包括不同于第一类型的第二类型光响应介质。在一个实施例中，第一类型光介质包括液晶材料，而第二类型光响应介质包括电致变色材料。现转向图7A和图7B，示例性焊接面罩300包括第一护面罩310和头带具(未示出)。第一护面罩310通过两个枢转机构308a和308b而附接到头带具。枢转机构使第一护面罩310在不使用时抬升到焊工的视野外，并且在焊工执行焊接操作之前降低。第一护面罩包括第一孔330以及布置在第一孔330中的透光护目镜332。焊接面罩300还包括第二护面罩320，所述第二护面罩可移动地附接到第一护面罩310。主滤光器302布置在位于第二护面罩320中的第二孔302a中。在朝下的位置处，第二护面罩320经布置使得主滤光器302在用户的直线视野中，这样当焊工执行焊接操作时，他们可以通过主滤光器302来观察焊接点。在朝上的位置处，第二护面罩320经布置使得主滤光器302在用户的直线视野外。
辅助滤光器304和306分别布置在护面罩310中的第三孔304a和第四孔306a中。 当第二护面罩320在朝下的位置时，辅助滤光器304和306位于主滤光器302的任一侧(左侧和右侧)并且靠近主滤光器。当第二护面罩320在朝上位置时，辅助滤光器304和306位于第一孔330的任一侧(左侧和右侧)。主滤光器302以及辅助滤光器304和306中的任何一者或多者可以包括根据本发明的一个或多个电光元件。
图8示出了另一个示例性焊接面罩400，它包括第一护面罩410和头带具440。护面罩410通过两个枢转机构408 (—个未示出)而附接到头带具440。枢转机构使护面罩 410在不使用时抬升到焊工的视野外，并且在焊工执行焊接操作之前降低。第一护面罩410 包括第一孔430以及布置在第一孔430中的透光护目镜432。焊接面罩400还包括第二护面罩420，所述第二护面罩可移动地附接到第一护面罩410。在该示例性实施例中，第二护面罩420经由枢转机构408而以可枢转方式附接到第一护面罩410。
主滤光器402布置在位于第二护面罩420中的第二孔402a中。两个辅助滤光器 404 (只示出了其中一个)布置在第二护面罩420中的第三和第四孔404a (只示出了其中一个)中。辅助滤光器404定位成靠近主滤光器402并且位于主滤光器的任一侧(左侧和右侧) 上。在朝下的位置处，第二护面罩420经布置使得主滤光器402在用户的直线视野中而辅助滤光器404在用户的直线视野外。因此，当焊工执行焊接操作时，他或她可以通过主滤光器402来观察焊接点并且通过辅助滤光器404来获得周边视野。在朝上位置处，第二护面罩420经布置使得主滤光器和辅助滤光器在用户的视野外。在其他示例性那个实施例中， 主滤光器402以及辅 助滤光器404中的任何一者或多者可以包括根据本发明的一个或多个电光元件。
根据本发明的焊接面罩在实例中只具有两个辅助滤光器，这两个辅助滤光器独立于主滤光器且与主滤光器分离并且定位成靠近主滤光器，其中一个辅助滤光器在主滤光器的任一侧。图9为其他焊接面罩的图解说明，其示出了本发明的又一些实施例。焊接面罩 500可以包括护面罩510,所述护面罩包括位于主滤光器502上方的辅助滤光器534,该辅助滤光器作为侧辅助滤光器504和506的补充或替代，用于使焊工通过主滤光器更好地看清他或她视野范围上方的环境。例如，如果焊工在其头上有移动机器的情况下执行焊接操作， 那么可能需要该特征。可以提供辅助滤光器的其他布置，例如辅助滤光器536位于主滤光器502的下方，这些方案也可以用于改善焊工的周边视野以及他们对周围物的意识。
或者，若干辅助滤光器可以矩阵形式布置在主滤光器502周围。在这种情况下，辅助滤光器可以经配置以不同转换速度进行转换，或以不同转换阈值进行转换，或以这些方式的任何组合进行转换，这些转换速度或阈值要么彼此独立要么彼此协同。辅助滤光器504 和506可以从色调三(3)转换成可在八(8)与十二(12)之间选择的色调。根据焊工的工作情况，可能需要将焊接面罩中的辅助滤光器设置成不同的色调，这取决于焊工的工作位置和/或辅助滤光器在焊接面罩上的位置。例如，如果焊工在头上照亮的情况下工作，那么他们可能需要位于主滤光器502上方的辅助滤光器534具有色调四(4)至五(5)的亮色调， 这样透射穿过辅助滤光器534的环境光照度不会在主滤光器502上引起不需要的反射。此夕卜，当一个以上辅助滤光器位于主滤光器502的任一侧时，可以设想到，亮色调与暗色调的选择应适于焊接操作。例如，相比辅助侧滤光器504和506，辅助侧滤光器524和526距主滤光器502更远，它们的色调可能比设置成更接近主滤光器502的辅助滤光器504和506 更亮(亮色调、暗色调或两者)。
辅助滤光器可以经调适使得它们可以由焊工转换。在这种情况下，一个或多个辅助滤光器可以具备与电子控制器处于电气连通的转换器，从而使焊工可以改变辅助滤光器的状态或色调。当滤光器在其不同状态之间转换时，一些焊工想要的是对滤光器的状态进行手动控制。以举例的方式有，当焊工在存在许多其他焊接操作的环境中工作时，焊工可能想要使辅助滤光器处于黑暗状态一段很长的时间，这样无论辐射强度如何，来自邻近焊接操作的可见辐射都不会引起分心。随后，当从工作位置移动到另一工作位置时，即，移动到延伸周边视野较为有利的时刻，焊工可能想要将辅助滤光器转换到光亮状态。
此外，辅助滤光器可以经配置使得辅助滤光器的色调可以借助于转换器来改变。 连接到转换器的电子控制器可以经配置使得转换器的连续按压会使辅助滤光器变化通过一系列的不同色调。合适的转换器可以是隔膜类型的转换器，其位于主滤光器或辅助滤光器附近，或在任何其他合适位置。优选地，一个或多个转换器可以经定位使得它们可以由焊工在佩戴焊接面罩的同时进行操作。各种类型的转换器均在本发明的范围内，例如按钮转换器和摇杆转换器。在一种焊接面罩中，其所包括的辅助滤光器从一种状态到另一种状态的转换并不频繁且该转换借助于转换器来触发，此时使用电致变色技术是特别有利的。当焊接面罩的滤光器布置中包含一个以上辅助滤光器时，辅助滤光器的转换可以关联于一个转换器或多个单独的转换器。手动转换器可以与自动模式组合起来使用。在这种情况下，转换器可以是超控转换器，这样焊工能够选择是在手动模式还是在自动模式下使用辅助滤光器。
权利要求
1.一种具有滤光器装置的焊接面罩，所述焊接面罩包括:主滤光器；以及至少一个辅助滤光器，所述至少一个辅助滤光器与所述主滤光器分离并且定位为靠近所述主滤光器；其中至少一个辅助滤光器包括电光元件，所述电光元件适于减弱入射到所述辅助滤光器上的光辐射的透射。
2.根据权利要求1所述的焊接面罩，其中所述电光元件包括设置在透明基底之间的光响应介质。
3.根据权利要求2所述的焊接面罩，其中所述光响应介质包括液晶材料。
4.根据权利要求2所述的焊接面罩，其中所述光响应介质包括电致变色材料。
5.根据权利要求1所述的焊接面罩，其中所述主滤光器包括电光元件。
6.根据权利要求5所述的焊接面罩，其中所述主滤光器的所述电光元件包括液晶材料，并且至少一个辅助滤光器包括电致变色材料。
7.根据权利要求1所述的焊接面罩，其中所述电光元件适于在第一状态与至少一个第二状态之间转换，其中所述第二状态减弱入射到所述辅助滤光器上的光辐射的透射。
8.根据权利要求1所述的焊接面罩，其中所述至少一个辅助滤光器适于独立于所述主滤光器而转换。
9.根据权利要求1所述的焊接面罩，其中所述至少一个辅助滤光器适于与所述主滤光器协同转换。
10.根据权利要求1所述的焊接面罩，其中至少一个辅助滤光器适于手动转换。
11.根据权利要求1所述的焊接面罩，其包括至少两个辅助滤光器，其中至少一个辅助滤光器设置在所述主滤光器的一侧。
12.根据权利要求11所述的焊接面罩，其中至少一个辅助滤光器设置在所述主滤光器一侧的周边视野区中。
13.根据权利要求11所述的焊接面罩，其中所述至少两个辅助滤光器彼此独立地转换。
14.根据权利要求1所述的焊接面罩，其中至少一个辅助滤光器设置在所述主滤光器上方。
15.根据权利要求1所述的焊接面罩，其中至少一个辅助滤光器设置在所述主滤光器下方。
16.根据权利要求1所述的焊接面罩，其还包括能够在佩戴时抬升和降低的护面罩，所述主滤光器以及所述至少一个辅助滤光器定位在所述护面罩的孔中。
17.根据权利要求1所述的焊接面罩，其还包括第一护面罩以及可移动地附接到所述第一护面罩的第二护面罩，其中所述主滤光器设置在所述第二护面罩的孔中。
18.根据权利要求17所述的焊接面罩，其还包括设置在所述第二护面罩的孔中的至少一个辅助滤光器。
19.根据权利要求17所述的焊接面罩，其还包括设置在所述第一护面罩的孔中的至少一个辅助滤光器。
20.根据权利要求17所述的焊接面罩 ，其中所述第一护面罩能够在佩戴时被抬升和降低。
全文摘要
本发明公开一种具有滤光器布置的焊接面罩(100,200,300,400,500)。所述焊接面罩设有主滤光器(102,202,302,402,502)以及至少一个辅助滤光器(104,204,304,404,504)，所述至少一个辅助滤光器与所述主滤光器分离并且经定位靠近所述主滤光器。所述至少一个辅助滤光器包括电光元件(10,20)，所述电光元件适于减弱入射到所述辅助滤光器上的光辐射的透射。
文档编号A61F9/06GK103221005SQ201180055974
公开日2013年7月24日 申请日期2011年11月28日 优先权日2010年12月1日
发明者克里斯蒂娜·芒努松, 肯尼思·亚雷福斯 申请人:3M创新有限公司