CN108366878B

CN108366878B - 用于使个人保护设备内的光学装置的变暗加速反应的方法和系统

Info

Publication number: CN108366878B
Application number: CN201680071532.1A
Authority: CN
Inventors: R·帕普; K·力普塔科; R·劳考
Original assignee: Trafimet Group SpA
Current assignee: Trafimet Group SpA
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: WO2017098340A1; US20180353330A1; US10945887B2; EP3178454A1; EP3386451B1; EP3386451A1; EP3178454B1; CA3005703A1; CN108366878A; ES2703396T3; ES2753600T3

Abstract

一种系统，具有光学传感器(1)、具有透光率可变的光学元件(2)的光阑以及用于发射可由光学传感器(1)检测到的辐射的激活光源(3)。激活光源与开关(4)连接，并且它被安置于光学传感器(1)的可及范围内。在用于实现具有发光表现的工艺流程的装置内，用于启动给定工艺流程的指令被检测到，并且激活光源(3)基于该指令来点亮。这在光学传感器(1)检测到工艺流程自身的发光表现之前借助于激活光源(3)来激活光学传感器(1)。激活光源(3)可以是简单的红外LED二极管。其优点在于：保护装置自身不必按照任何方式来修改，并且它的反应时间可以被缩短至零，或者可以实现负反应时间，因为本发明将在发光表现的出现之前的工艺流程的启动过程中所经过的时间用于变暗。

Description

用于使个人保护设备内的光学装置的变暗加速反应的方法和系统

技术领域

本发明涉及在个人保护设备(如焊接头盔)内的自动变暗光学装置的反应时间的缩短，其中该光学装置响应于正在运行的工艺流程所伴有的强光发射(例如响应于焊接、切割等过程中的点燃的电弧)而变暗。

背景技术

为了保护视力，在伴随有强光发射的焊接、切割过程及类似的过程中会使用诸如自动变暗的护目镜、防护罩、面罩、头盔等个人保护设备。这样的保护设备的主要部分是可以根据来自控制电路的信号改变其透光率的光学装置(自动变暗过滤器，ADF)。电弧发射出强烈的紫外线、红外线和可见光辐射。光敏传感器发出使光学装置变暗或变黑的指令，并且变暗的光学装置可防止有害辐射传播到眼睛。

为了实现可靠的视力保护，必须在刚检测到危险的发光现象时(例如在焊接过程中电弧点燃之后)就触发光学装置的变暗。有多种可以用于完成这项技术任务的技术方案，例如在公开文献WO2005009309A1、WO2011097841A1、US8264265B2、US2013128135A1中描述的技术方案，其目的在于缩短危险发光的检测时间以及缩短光学装置自身的反应时间；也就是，它们缩短了光学装置实现光学变化所需的时间。检测和反应这两个阶段的持续时间少于0.3ms；特定质量的焊接头盔可以在电弧点燃之后的0.05ms(1/20000s)内变暗(图1和9)。就绝对值而言，这些时间流逝是短的，并且要进一步缩短它们是有问题的。但是为了提高对视力的保护，优选地实现零反应时间。

公开文献US2003206491A1和WO2008082751A1描述了声控焊接头盔的功能；焊接工人可以通过语音命令预先使光学装置变暗。基于类似原理的其它技术方案包括可允许甚至是在电弧点燃之前就变暗的控制按钮或类似元件。但是，这样的技术方案是不舒适的，因为它们需要连续发出命令，这与自动化操作的要求相悖。

在专利US 7,812,279 B2中提供了一种改进方案，其中在以保护气氛进行的焊接过程中，焊接头盔通过来自焊接设备的命令来控制。在这种焊接中，电弧以在焊枪触发器的激活之后的一定延迟来点燃。该延迟为几分之一秒，并且是为了允许由压力容器向焊接环境供应保护气体而刻意造成的。这允许发出命令来使焊接头盔在电弧的点燃之前变暗。在US 7,812,279 B2的情形中，变暗的命令经由无线电传输发送给头盔。但是，这只有在头盔含有可与焊接设备进行通信的接收器件时才可行。因此，这种技术方案无法用于现有的自动变暗头盔。在头盔上的发射器和接收器之间使用无线电传输是有问题的；在焊接过程中存在着可能会妨碍正确传输的强电磁场。在多个焊接过程同时发生的工作场所会由于多个射频通信通道的相互干扰而出现复杂情况。其缺点还在于高能量需求，以及需要功率相对较大的独立能量源来确保正常运行的接收电路的整体复杂性。

有必要提出这样的技术方案(目前尚不存在)：能量需求低，可用于各种保护设备，可缩短发光现象的产生与光学装置的变暗之间的时间，并且人员佩戴舒适且易于操作。

根据现有技术的保护装置可通过文献US 4 638 146 A来了解。

发明内容

上述缺陷可通过根据本发明的独立权利要求所述的系统和方法显著弥补。

特别地，示例性的方法涉及在用于视力保护的个人保护设备中的光学装置的变暗的加速反应，其中在保护设备上的光学传感器检测工艺流程所伴随的光发射，并且按照来自光学传感器的信号激活光学装置的变暗。因而，变暗限制了从光发射到眼睛的辐射的透过率。运行具有光发射的工艺流程的装置检测用于开始这样的工艺流程的指令(命令)，随后按照该指令打开激活光源，将光束导向保护设备上的光学传感器，以便借助于激活光源来甚至是在光学传感器检测到来自工艺流程自身的光发射之前激活光学传感器。通过光学传感器的激活意味着由光学传感器对光的检测会导致使光学装置变暗的指令或命令的发出。

简单来说，迄今为止所使用的光学装置的自动变暗的现有处理循环如下：

1.用于开始工艺流程的指令

2.工艺流程的开始

3.来自工艺流程的光发射

4.光学传感器对光发射的检测

5.使光学装置变暗的指令

6.光学装置变暗。

可以看出，在现有技术的前三个步骤中，保护设备仅处于待机模式，它没有引起任何活动。通过本发明的技术方案，对保护设备的控制从第一步骤开始，这保证了变暗所需的关键时间：

1.开始工艺流程的指令+打开激活光源的指令

2.工艺流程的开始+激活光源的点亮

3.光学传感器对激活光源的检测

4.来自工艺流程的光发射+光学装置变暗

5.光学传感器对光发射的检测；光学装置保持为变暗的。

只要激活光源打开直到保护设备的光学装置检测到来自工艺流程自身的光发射就足够了。激活光源通常将会与光发射的检测在时间上重叠，在检测到光发射之后激活光源将会关闭，以便降低整体能量需求。如果激活光源在非必要的长时间内保持为打开的，它可能会导致光学装置在工艺流程自身连同光发射一起已经完成的时刻仍变暗。无论如何，激活光源应当至少在来自工艺流程的光发射被检测到之前、与激活光源的预点亮时间对应的时间段内是打开的。激活光源的光束与光发射的在时间上的重叠值可以通过控制元件来调整。一般地，激活光源的总持续时间不会长于2-5s。

为了使激活光源的持续时间与正在运行的工艺流程更好地协调，应用以下设置将是优选的：激活光源的控制机制可以识别出光发射的产生，即例如直接通过它自己的第二光学传感器或者间接通过电弧中的电流变化等。这种识别对于激活光源的功能而言并不是必要的；激活光源可以简单地在例如点亮1秒钟后关闭。但是会存在其中激活光源的较长时段实际上与工艺流程的给定阶段的结尾重叠的工作操作(例如短点焊或线焊)。在这种情况下，尽管光发射结束了，光学装置也会变暗。如果激活光源的控制机制可以识别出光发射的开始，则激活光源可以立即关闭，因为光学装置变暗将会基于光发射的感测而得到保证。

为了关闭激活光源而识别光发射可以通过安置于例如焊枪的主体附近的激活光源邻近处的第二光学传感器来确保。术语“焊枪”表示用于焊接的焊炬，也就是，它主要界定了焊接的位置。识别光发射所需的光学传感器以“第二”来描述，只是为了将其与在保护设备自身上必不可少的光学传感器区分开。但是，在本发明的框架下，在另一种布局中，用于在光发射产生之后关闭激活光源的指令可以来自在焊枪的供电线缆内的电流测量仪器，或者这样的指令可以是自动化焊接工作场所的控制机制的一部分。激活光源的持续时间的缩短会降低能量需求，并增加所使用的电池或蓄电池的寿命。

取决于工艺流程的具体类型，在开始工艺流程的指令与其光发射之间的时间流逝可以是不同的。在惰性气体保护气氛(TIG，WIG)中以非熔融电极进行的焊接或者在CO₂或CO₂和氩气(金属惰性气体、金属活性气体)的保护气氛中以线电极(MIG-MAG)进行的焊接的情况下，刻意使电弧在焊枪触发器被按动之后延迟点燃。该延迟(预供气时间)可能会过长，使得激活光源的立即点亮会导致过早的变暗，这可能会使焊接工人不舒适或产生混淆。所提出的技术方案可以基本上实现响应于光发射而变暗的负反应时间。因此，优选的是启动激活光源的命令被延迟到启动工艺流程的命令之后。可以根据优选设置来调整该延迟，通常高达2秒。

为了实现可靠的视力保护与焊接工人的舒适度之间的平衡，优选的是实现在光发射与光学设备变暗之间一定的很短的负反应时间。实现在技术上稳定的零反应时间是有问题的；正反应时间的设定会导致对本发明潜力的利用不充分。为了优化短的负反应时间，可以应用以下设定：激活光源的控制器涉及识别工艺流程的光发射。这样的识别同样可以用来在光发射产生之后关闭激活光源，如以上说明书所述。激活光源的控制器可以包括适应算法，该适应算法将会允许控制机制学习设置相对于启动工艺流程的指令的时刻的延迟的最优值。该适应可以通过例如在激活光源的首次打开时将延迟设置为零以及同时通过测量直至光发射被记录的时间间隔来开始。减去了小的预点亮值的这个时间段将被用于校正后续的延迟。激活光源的控制机制将继续学习开始工艺流程的指令与工艺流程的光发射之间的时间段(包括其统计误差容限)为多长。在紧随复位之后的时间段或者可能表明过渡到另一个工作场所的一段时间的不活动之后，适应机制重新开始。而且，可以结合基于时间测量的自动调整来手动调整延迟。

如果系统还包括第二光学传感器，即对于光发射自身的传感器，则该方法可以包括用于分析工艺流程的触发器的按动与其光发射之间的时间的学习算法。在时间被测量之后，在触发器的下一次按动时，正好在光发射之前发送激活光源的发射信号，这节省了激活光源的电源的能量。激活光源的控制过程可以被编程为“多冲程(stroke)”(如二冲程或四冲程)焊接，其中焊接机通过点燃电弧同时使其保持运行直到触发器的第二次按动来对触发器的一次按动作出反应。电弧将会在触发器的这个第二次按动之后关闭。还可以按照相同的方式以脉冲模式(regime)来进行，在脉冲模式下，在触发器的第一次按动之后，焊接机在个体焊接点处以不连续的电弧启动脉冲焊接。脉冲模式在触发器的第二次按动之后结束。

某些工艺流程具有以下工作模式：通过按动触发器来启动，然后它们继续进行直到触发器的下一次按动。触发器的第二次按动是用于结束该流程的给定阶段的指令。如果激活光源的控制开关在给定阶段的结束时与这样的触发器(如焊枪的触发器)连接，则激活光源将会接收到不合适的点亮信号，这不会是危险的，但是这将会降低焊接工人的舒适度。在从触发器的第一次按动开始并且继续进行直到触发器的第二次按动的模式的情况下，优选的是：激活光源总是在触发器的第一次按动之后点亮，并且激活光源的控制器总是忽略触发器的第二次按动。这样的可选模式可以通过激活光源的控制机制来调整。通常可以调整计数顺序，即哪次按动为第一次按动以及哪次按动为第二次按动。

可以遵循同一目标，即在上述模式下在开关的第二次按动时排除激活光源，同时按照以下方式进行：激活光源的控制器识别正在进行的工艺流程，并且决定开关在技术阶段中的正在进行的阶段中的按动或按住不是用于打开激活光源的指令。正在进行的工艺流程可以借助于与激活光源的控制机制连接的第二光学传感器来识别。

还存在着诸如脉冲焊接的工艺流程，在此类工艺流程中，触发器的按动以及由此开关的按动会启动具有不连续的光发射的过程的阶段。在激活光源的控制器与不连续的流程的控制器连接的情况下，激活光源将会随同每次光发射不连续地打开和关闭。如果给定的装置完全独立并且与激活光源的控制器断开连接，则激活光源的控制器识别出工艺流程的光发射的重复循环将是优选的。这样的程序可以是适应算法的一部分，在该适应算法中控制机制将会在基于光发射定期重复的出现和消失而计算出的光发射的发生之前打开激活光源(无需按动开关)。

除了在光发射发生之前发出变暗的指令之外，实施例包括保护设备的现有光学传感器会对其作出反应的激活光源。根据现有技术，线缆传输或射频通道可以用于例如焊接头盔的控制，但是这将需要新的头盔设计。这样的头盔只会与来自同一生产商的装置兼容，并且该技术方案无法用于现有的头盔上。正是根据本说明书的激活光源的创造以简单的方式解决了所有这些问题。借助于激活光源，本发明产生了与保护设备上的光学传感器的单向通信通道，而不需要对保护设备进行修改或补充性装配。现有的光学传感器充当该单向通信通道中的接收器。只要激活光源被安置于保护设备的光学传感器的可及范围内就足够了，该激活光源将会控制所有类型的保护设备，不管是哪家生产商的，因为它们都会对光作出反应。

在激活光源被放置于具有激活光源的其它工作场所附近的情况下，激活光源没有干扰的问题。事实上，如果激活光源透光到邻近的工作场所，则工艺流程的危险光发射同样会透光到该工作场所，并且有必要更好地分开这些工作场所，否则保护设备将会根据来自邻近工作场所的指令变暗。因此，没有必要以任何方式对来自激活光源的信号进行编码或调制。

现有技术的上述缺陷通过使在用于视力保护的个人保护设备中的光学装置的变暗加速反应的系统显著弥补。该系统包括光学传感器以及为了限制从光发射到眼睛的辐射的透过率而具有透光率可调的光学装置的光阑。用于检测光发射的光学传感器被安置于保护设备内，并且它与光学装置的控制器连接。实施例包括用于发射可由光学传感器检测到的辐射的激活光源。激活光源具有旨在与技术装置的触发器接口连接的开关，由此激活光源被安置于光学传感器的可及范围内。

激活光源发射出落在保护设备中的光学传感器的敏感光谱内的辐射。自然地，它不应该是人员应当被保护远离的危险的紫外线辐射。激活光源通常包括至少一个红外LED二极管。光学传感器对红外光敏感，并且即使是LED二极管的低输入功率也足以激活光学传感器。预期的效果可以通过用于例如遥控的LED二极管的结构和电源来实现；LED二极管的功率范围为0.1-2W是足够的。这样的二极管被认为是安全的且对人的健康无害。使用激活光源(例如以红外LED二极管形式)就好像是对工艺流程的光发射的检测的仿效或误导。在激活光源打开之后，光学传感器如同光发射已经发生的情况一样进行评估，并且它发出使光学装置变暗的指令。实际上，由工艺流程引起的光发射(即具有危险辐射元素的光发射)只有在激活光源点亮之后才发生。

上述主要特征可允许专家将各种实现选项用于特定的技术装置。在示例性的实施例中，激活光源可以被安置在保护设备的光学传感器的可及范围内的工作场所的各种位置。结果是，在以具有触发器的焊炬(所谓的焊枪)进行的焊接期间，将激活光源的开关安置于焊枪的触发器上或者将其集成到触发器内，以及将激活光源直接安置在焊枪上(例如在焊枪的喷嘴处)就已足够。实际上，焊接工人总是以在工作期间能看到焊枪的方式来握持焊枪，并且光发射的位置位于焊枪附近。由此其结果是，保护设备(主要是焊接头盔)使其光学传感器按照使得焊枪总是处于传感器的视野内的方式来取向。

即使是在工作场所自动化或机器人化的情况下，激活光源也被安置于焊炬上，因为在其附近将会发生光发射。在示例性的实施例中，激活光源可以被安置于生产线上的固定位置，或者可以使用多个共同控制的激活光源。因而，从预期的那侧看给定的工作场所的每个工作人员在个人保护设备的光学传感器的视野内都有一个激活光源。

当激活光源被打开时，它可以连接至稳定的电源或者频繁间歇性电源。某些光学传感器提高了对于特定频率范围的灵敏度，并且因而系统可以包括用于改变激活光源的供应频率的调整元件。在这种情况下，激活光源不仅会具有特定的发射波长，还会具有特定的发射频率。在频繁间歇性电源的情形中，优选的是频率在5-250Hz范围内。激活光源的电源、频率发生器、延迟调整元件以及控制激活光源所需的其它电子元件在本说明书中以及在所附的权利要求书中可以统称为控制电子器件或控制单元。

LED二极管的波长是基本稳定的；如果需要发射不同波长的光，则在单个激活光源内可以使用多个不同的LED二极管，这多个LED二极管可选择性地打开或者同时打开。使用波长在700-1850nm范围内的光谱被证明是优选的。

所提出的发明可以被用于焊接技术的新设计中，但是它可非常有利地应用于现有的焊接装置。主要优点在于：无需以任何方式来修改保护设备自身。该系统包括激活光源的开关，该开关用于与焊枪的常见触发器配合使用。开关可以具有用以按动焊枪的触发器的微型开关的形式。所以，在触发器的按动过程中，开关也被按动。为了实现利用激活光源的装置的高度通用性，激活光源可以被集成到可以经由焊炬的喷嘴进行固定和连接的环内。该环被附接于焊炬的主体或者焊枪的主体。该环携带着激活光源的至少一个源，优选为红外LED二极管。对于光发射到环的其它部分的分发，有利的是使用光扩散器。同样可以使用具有不同的或相同的发光特性的(即主要是波长不同或相同的)多个LED二极管。在多个LED二极管的情形中，它们可以分布于环的周围和内部，以便确保激活光源在焊炬或焊枪的不同位置的可靠运行。

优选地，激活光源可以由可更换的透明保护盖覆盖，该透明保护盖可耐热，可抵抗机械应力以及在工艺流程中(主要是在焊接过程中)出现的火花。这样的盖子将会被设计为易于更换的消耗材料，其在折旧后可以被更换为新的件，无需工具。盖子保护了激活光源的表面，该表面在例如LED光源的情形中可以用塑料来生产。激活光源的保护盖可以是圆形的或U形的，并且它可以用聚碳酸酯或玻璃来生产。

除开关外，激活光源或者激活光源的控制电子器件还可以具有用于设置其特性的控制电路。可以设置光源在开关被按动之后延迟打开。而且，可以调整电源的频率。优选地，由激活光源停用的发光的持续时间同样可调整。激活光源同样可以具有关于电池电量低或其它服务功能的指示。为了增加电池的寿命，激活光源可以有电源设置。

焊枪的触发器开关连接至激活光源的控制电子器件。在用于MIG/MAG、TIG的焊枪的情形中，触发器开关通常是具有长的开关周期寿命的微型开关。优选的是，在控制电子器件连接至开关之后，例如借助于继电器或光耦合器为开关创建电流分配。用于焊接过程的启动以及激活光源的控制的一个开关的使用同样可以具有逆层次结构，其中控制电子器件的开关被用于启动焊接过程。这将意味着，在控制电子器件的故障开关的情形中，例如在激活光源的扁平电池的情形中，焊接自身同样不会启动。这提高了对视力的保护，因为将只能利用运行的系统来进行焊接。

焊枪上的开关可以被生产为二冲程机制的，使得切换总是会连续发生。这可以有利地用于以下情形：保护气体的预吹时间被设置为零，并且电弧在开关刚被按下之后就点燃。对于二冲程开关，第一开关电路控制激活光源的控制电子器件，并且第二开关电路启动焊接过程自身。由于此，即使在保护气体的预吹时间短或者为零的情况下，也有足够的预点燃时间。

即使是在没有启动工艺流程的情况下，也可以为了测试的目的而打开激活光源，这将同样是有利的。这样的模式用于关于给定的保护设备是否对激活光源作出正确反应的简单测试。在激活光源的开关自身连接至焊枪的触发器的情形中，在技术装置关闭(例如，焊接机或焊接电源关闭)时只需要按动触发器(以及由此激活光源的开关)。在激活光源的开关被并入技术装置内或者开关具有软件形式的情形中，用于启动激活光源的独立硬件或软件测试开关可以以类似的方式来生产。

激活光源连同控制电子器件一起可以被安置在共同的主体内，在共同的PCB板上，这将是有利的，尤其是在旨在补充现有焊枪的、无需对焊枪自身进行进一步修改就可以进行补充的设计的情况下。独立添加到现有焊枪上的设计将会是紧凑的。在设计新焊枪的情形中或者在对焊枪进行硬件修改的情形中，优选的是将控制电子器件与激活光源分开。这将确保控制电子器件得到更好的机械保护、辐射保护、电磁保护和热保护，该控制电子器件可以被安置于焊枪的主体内，例如在焊枪的手柄内。激活光源只需要小的开口，这个小开口可以在焊枪的模制分割面内产生。这将简化注塑模具的给定修改。

安置于焊枪内的激活光源可以位于其外部主体的表面上或者位于主体之内，并且激活光源的光流将通过光导体引导到焊枪的表面，这将提高对激活光源的保护。在这方面，存在着具有不同数量的激活光源的源以及具有光信号到焊枪的表面的传导的不同设计的多种版本和组合。

控制电子器件被安置于焊枪的主体内为套管提供了良好的空间可能性，并且它为电源(如蓄电池或可拆卸电池)提供了足够的空间，其可从开口轴进入。为了在不增加由焊接工人所握持的焊枪的重量的情况下获得更大的构建空间，控制电子器件可以被安置在焊枪之外，例如在连接端子内，通过该连接端子，具有保护气体的软管及具有焊接电流的线缆连接至焊接机。它可以是例如欧制连接器(euro-connector)，该欧制连接器在其标准化设计下可由焊接机和焊接电源的多种生产商使用。然后电导体从控制电子器件向外朝着激活光源安置于其上的焊枪伸出。控制电子器件位于连接器之内或附近可允许产生对于控制电子器件足够大的套管。由于该设计，控制电子器件可以拥有来自电网的由它自己的适配器提供的电力供应；可替代地，适配器可以被用来对蓄电池再充电。控制电子器件安置于连接端子附近或之内可显著消除在其安置于焊接过程附近的情形中所引起的风险。

激活光源安置于焊枪之内或者直接安置于焊枪之上可成功覆盖大部分焊接情况和大部分焊接位置。焊接工人通常可看见焊枪，以便能够沿着焊缝移动焊枪。但是，还存在着焊接工人在保护装置的光学传感器被覆盖的环境中(例如在金属框架的焊接过程中)工作的情形。在这种情况下，保护设备(头盔)的变暗可能根本不会发生，因为即使焊接工人能够看见电弧，光学传感器也会被环境覆盖住(例如扁平金属件正好在头盔之前，穿过光学传感器的视野)，并且可使保护设备变暗的光信息不能到达光学传感器。

这是危险的现象，因为不仅保护设备的变暗延迟(该延迟根据示例性实施例可消除)将不会发生，而且即使在光发射期间也不会变暗。在此，所提出的示例性实施例提供了可独立传输有关光发射的信息的优点。激活光源之一可以作为外部光源来生产，其通过柔性线缆连接至控制电子器件或者附接到袖子上、手套上或者其它合适的地方。为了附接激活光源的外部源，可以使用维可牢(Velcro)紧固件、夹子或其他合适的机械装置。可替代地，可以为了这个目的而设计出例如其上缝制有同样可构成保护盖的小型透明口袋的衣服或手套。外部附接的激活光源可以是唯一的激活光源，或者它可以仅是包括多个激活光源的系统内的附加的激活光源。激活光源的外部源可以通过线缆连接至安置于焊枪的表面上的连接器(如插头)。根据设定，该连接可以停用稳定的激活光源，或者两个源可以同时均为活动的。激活光源的外部源可以附接于较接近光学传感器的焊接工人的身体上，或者直接附接于保护装置(如头盔)上。

所描述的透光率可变的光学装置的激活原理同样可以被用来提高质量和灵敏度较低的保护设备的灵敏度，这样的保护设备无法保证适当的视力保护并且无法可靠地识别出光发射或者只能识别出较高强度的光发射。为了改进来自激活光源的光信息的传输，可以使用信号中继构件，该信号中继构件在其输入端检测激活光源何时打开，然后在其输出端打开它自己的激活光源。该构件作为其空间扩散器、扩展器或放大器来工作。它可以用于保护设备上的光学传感器被屏蔽的情况，或者用于光学传感器不够灵敏的情况。信号中继构件可以附接于光学传感器的紧邻处；即例如直接附接在焊接头盔上。信号中继构件的激活光源将被安置于光学传感器附近。

可以通过一次性可拆卸电池来确保控制电子器件的电力供应；系统的能量需求是低的。同样可以使用可充电蓄电池，该蓄电池是可更换的或者可以以适配器或太阳能电池来充电，如同焊接头盔那样。基于另一种合适的技术方案，蓄电池通过在焊接线缆内感生出流动的电流来充电。焊接线缆附近以及具有流动的保护气体的软管同样可以用于以具有小型螺旋桨的发电机进行的充电，该发电机利用了流动的保护气体的能量。最后但并非最不重要的，可以由稳定的电源通过合适的适配器来供电。主要是当激活光源的控制电子器件被安置于焊枪之外，例如在线缆和软管的连接器内时，这样的连接是有利的。

所提出的技术方案的重要优点在于其对于具有用于检测工艺流程的光发射的光学传感器的任何保护设备的通用性。该技术方案可以用于现有的焊接头盔、面罩、防护罩或护目镜。而且，工艺流程可以是手动的、自动的，或者手动自动结合的。通常，它会是电弧或激光焊接、切割、等离子体切割等。该技术方案是有利的，尤其是在以保护气体进行的电弧焊接的过程中使用时。该方法和系统不需要对保护设备进行任何修改或完善。使用这种技术方案，即使是反应缓慢的保护设备(即便宜的保护设备)也可以实现相对于工艺流程的光发射出现的时间点很短的、基本上为零或负的反应时间。这将使得可降低视力保护的总体成本并改善焊接工人的健康。

附图说明

实施例在图2至18中进行了解释。所使用的系统的各个元件之间的比例和比率、激活光源的形状以及所显示的时间比率并不是约束性的，它们是告知性的或者它们为了提高清晰度已经直接对它们进行了调整。

图1示出了根据现有技术的焊接头盔的焊接和变暗的过程的时间图。过程G对应于保护气体的流入，并且它从焊枪上的触发器的按动开始。过程E是电弧的点燃和燃烧。过程D是焊接头盔的变暗。时间段x表示保护设备变暗相对于光发射的延迟。

图2是焊接头盔的焊接和变暗的过程的时间图。过程A示出了激活光源的点亮。在图1和2中，阶段I是预气(pre-gas)阶段，阶段II是燃烧电弧的时段，阶段III是后气(post-gas)阶段。时间a是激活光源的打开相对于开始工艺流程的指令的刻意延迟。时间b是激活光源在光发射之前的提前时间。时间c是在光发射产生之前的变暗的提前时间。

图3是以其上安置有环形激活光源的手动控制的焊枪进行焊接的焊接工作场所的轴测图。从激活光源引出的虚线表示红外辐射。

图4示出了激活光源。箭头表示具有激活光源的环安装到焊枪上的方向。从激活光源引出的虚线表示向激活光源周围传播的红外辐射。

图5示出了按照可使得它的具有控制元件的主体可以被看见的方式旋转的图4的激活光源。

图6是在检测到光发射之后关闭激活光源的情况下保护设备的焊接和变暗的过程的时间图。激活发光的持续时间与其中激活光源在设定的时段内发光的图2的情形相比更短。时间a是激活光源的打开相对于开始工艺流程的指令的刻意延迟。时间b是在光发射之前的激活光源的提前时间。时间c是在光发射产生之前的变暗的提前时间。

图7和8示出了激活光源的控制器的适应的步骤。根据图7，在第一步骤中，激活光源正好在启动工艺流程的指令之后打开。在第x步骤中，例如在根据图8的适应的第二步骤中，控制器已经设置了延迟“a”，该延迟“a”在下一步骤中甚至可以被进一步缩短。为了提高清晰度，激活发光在图7和8中被视为具有相同的持续时间，但是该适应可以可以与激活光源的关闭结合起来，如图6所示。

图9是在根据现有技术的焊接头盔的变暗过程中所遵循的程序的算法。

随后，图10是在使用激活光源的保护设备的变暗过程中所遵循的程序。

图11是激活光源的控制器的基本元件的框图。

图12是在激活光源根据来自第二光学传感器的指令而关闭的情况下的控制机制的框图。

图13示出了在其中在触发器的第一次按动之后发生了一系列循环的工艺流程的过程中激活光源的控制器的适应。激活光源在触发器的第一次按动之后打开，然后在两个周期内，保护设备仅基于对光发射自身的检测而变暗。

图14示出了控制电子器件在焊枪的主体内的安置。

图15示出了控制电子器件在软管和线缆的欧制连接器内的安置。

图16示出了通过来自AC/DC电子适配器的电力供电的控制电子器件的独立安置。

图17是外部激活光源的示意连接，并且它还示出了控制电子器件的开关是焊枪的触发器。

图18示出了用于将信号从激活光源传送至焊接头盔上的光学传感器附近的信号中继构件。

具体实施方式

实例1

如同图2、3、4、5、10和11中的本实例所示，该系统被用于常见的车间中，没有系统集成。用于通过熔融电极在保护气氛中进行的MIG/MAG焊接的焊接设备具有带触发器的焊枪5，该触发器开始以下工艺流程：气体流入，电线和电弧移动。焊接工人有由与该焊接装置不同的生产商生产的自动变暗头盔。在焊接期间，焊接头盔对检测到的焊接的光发射作出反应。在本实例中，焊接头盔具有0.15ms水平的变暗的反应时间。在该时段内，焊接工人的视域暴露于危险辐射的影响下。

在本实例中的设置由激活光源3提供。它是其内径比焊枪5上的焊炬的直径大的小环的一部分。该环具有可拆卸的内小环，这些内小环的逐渐删减或添加可以设定环的期望内径。存在着安置于环内部的相对侧的两个红外LED二极管。这两个红外LED二极管均由用于将所发射的光分发到环境中的光扩散器8覆盖。

两个红外LED二极管均具有波长850nm、大约140°的角度传播，并且它们由来自在其输出端具有频率激励的共同电源的电力供电。频率发生器6上的频率的值可借助于小型旋转式电位器在5-250Hz的范围内调整。同样地，还可以调整从开关4被触发的时刻起到激活光源开始的延迟的持续时间。在延迟的调整元件7的帮助下，可以将该时段设置为0-1秒。第三调整元件用来设置激活发光的持续时间。在本实例中，持续时间可以被设置为1-3秒。第四调整元件改变红外LED二极管的电力供应；在常见的条件下，通过一个250mW的LED二极管的电力供应进行激活是可行的。激活光源3对于周围人员未受保护的眼睛的无害性可由以下事实证明：所使用的LED二极管被用于家用电子器件的遥控器。红外遥控器的使用并没有被认为是有风险的，即使是在不可见辐射被直接引向人眼的情况下。

激活光源3的开关4在本实例中具有平面开关电路的形式，该平面开关电路被粘在触发器的控制边缘。触发器的按动会首先促使开关4被按动，然后焊接设备的触发器也被打开。

在焊枪5的触发器被按动之后，焊接设备打开具有保护气体的阀门。大约在阀门打开之后0.5s，启动工艺流程的电弧打开。在触发器被按动的同时，激活光源3的开关4也已经被按动。控制电路使激活光源3的打开自开关4的按动起延迟大约0.4s。在那一刻，激活光源3打开，并且在焊接头盔上的光学传感器1按照使得它发出指令以使光学装置2变暗的方式作出反应。该指令在电弧自身点燃之前大约0.1s进入光学装置2。在焊接的光发射出现时的0.5s之后，焊接头盔已经变暗。因而，焊接头盔的负变暗时间基本上达到了大约0.1s。

实例2

在车身车间中，自动焊接线具有分布于固定点的多个激活光源3。控制焊接系统在使电弧于焊接线的给定部分中点燃的指令之前大约0.1秒发出使激活光源3启动的指令。监视该过程的工人通过配备有自动变暗光学装置2的焊接头盔来观察焊接线。该装置对接收自光学传感器1的指令作出反应，光学传感器1首先检测激活光源，然后检测工艺流程自身的光发射。

实例3

本实例的系统被用于激光切割机。开关4具有软件形式。在将激光束送至切割位置之前，指令由中央控制系统发出，以点亮安置于工作臂上以及工作台的边缘的激活光源3。一个激活光源3可以受到直接控制，其它激活光源可以被集成到独立的信号中继构件11中。

实例4

在图6和12中示出的激活光源3有它自己的用于关闭光源的控制机制。该功能基于与第二光学传感器9的合作，该第二光学传感器9在本实例中被安置于焊枪5上的环内。激活光源的控制器3接收有关第二光学传感器9记录工艺流程的光发射的信息。该信息意味着不再需要激活光源，并且基于该信息来关闭激活光源3。

由于保护设备中的第二光学传感器9可以快于未知生产商的光学传感器1，因而用于关闭激活光源3的指令可以被刻意延迟例如3ms，这是即使是普通的或低劣的保护设备也会对光发射作出反应的持续时间。

实例5

对激活光源3的控制涉及适应算法，该适应算法测量用于启动工艺流程的指令与光发射出现之间的时间间隔。根据图7和8所示的测得时间段，点亮激活光源3的延迟在各个迭代步骤中逐渐增加，直到点亮激活光源3相对于光发射的提前时间达到0.1s的时候。然后该延迟在后续的冲程中得到遵守，由此继续测量激活光源3的点亮相对于光发射是否存在足够的提前时间。

实例6

激活光源3在触发器的第一次按动之后打开，然后在两次循环期间，保护设备仅基于光发射自身的检测而变暗，因为这些循环不会伴随有开关4的按动。在三次循环内，激活光源3的控制器适应于光发射的检测过程，并且在预期的第四及每次后续的光发射之前，控制机制点亮激活光源3。因此，保护设备的第二次及第三次变暗根据给定保护设备的反应时间来延迟；下一次变暗以提前时间来实现。

实例7

图14所示的激活光源3被套装在焊枪5的塑料主体内。在焊枪5的表面上存在着开口，开口突出有激活光源3的LED二极管的可拆卸盖子。盖子用透明塑料来生产，并且在有损坏的情况下，它可以通过旋转来去除和更换。

控制电子器件10被安置在焊枪5的手柄内，该手柄还含有电池或可充电蓄电池可以被插入其内的开口轴。

实例8

如图15所示，具有形式为LED二极管的三个源的激活光源3按照与前一实例相似的方式安置于焊枪5的塑料主体内。控制电子器件10被安置于电缆和软管的连接器内，在本实例中该连接器为标准化的欧制连接器。激活光源3通过与具有保护气体的软管连接的细线缆接收电力供应。

实例9

控制电子器件10处于靠近焊接机的独立盒子内。用于连接控制电子器件10与激活光源3的连接电缆被附接于具有保护气体的软管。控制电子器件10和激活光源3的电力供应由AC/DC适配器提供，在本实例中该ACD/DC适配器具有微型USB端子，即在控制电子器件10的主体上的相应连接器。使用5V的USB电源适配器简化了系统的构造。

实例10

如图17中的本实例所示，焊枪5自身的触发器被用作开关4。在焊枪5的表面上存在着可允许连接外部激活光源32的插孔连接器。这具有带套管的LED二极管的形式，该套管具有可以附接于焊接工人的手套或防护服的袖子的机械夹子。在本实例中，外部激活光源32连同焊枪5上的激活光源3一起被打开。

实例11

如图18中的实例所示，系统具有独立的信号中继构件11。它具有带有其自己的电能来源的小盒子的外形。信号中继构件11具有光信号的接收器以及形式为激活光源33的用于信号中继的发射器。在接收到来自激活光源3的光之后，用于信号中继的激活光源33被打开，该激活光源33可以更靠近地附接于焊接头盔的光学传感器1。信号中继构件11可以具有粘合剂层，使得用于信号中继的激活光源33可以直接粘在焊接头盔的光学传感器1的视场内。

Claims

1.一种用于使光学元件(2)的变暗加速反应的系统，所述光学元件(2)针对被配置为执行电弧或激光焊接或切割或者等离子体切割的技术装置的发光表现进行保护，所述系统包括：

保护装置，所述保护装置是焊接头盔或焊接护罩或焊接护目镜，以及

技术装置，被配置为执行电弧或激光焊接或切割或者等离子体切割；

其中所述保护装置包括用于所述发光表现的检测的光学传感器(1)，

其中所述保护装置包括透光率可调的光学元件(2)，用于限制从所述发光表现到视域的辐射的透过率，

其中所述光学传感器(1)与所述光学元件(2)的控制器连接，并且

其中所述技术装置包括激活光源(3)，所述激活光源(3)被配置为发射由所述光学传感器(1)检测的辐射，由此所述激活光源(3)被安置在所述光学传感器(1)的视场内，

所述技术装置包括能够被按动以启动所述电弧或激光焊接或切割或者等离子体切割的触发器；

其特征在于

所述技术装置包括开关(4)，所述开关(4)与所述触发器连接，使得在所述触发器被按动的过程中，所述开关(4)也被按动，并且

所述激活光源(3)连接至所述开关(4)，并且响应于所述开关(4)被按动而发射由所述光学传感器(1)检测的辐射。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述激活光源(3)具有至少一个红外LED二极管。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述系统包括具有不同发射特性的多个LED二极管。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述激活光源(3)是主体中为了与焊枪(5)连接而调整的部分，其中所述主体携带调整元件、电源和所述开关(4)。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述主体是环形的。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述激活光源(3)具有光扩散器(8)。

7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述技术装置包括发生器(6)，所述发生器(6)用于产生所述激活光源(3)的电源的频率，其中所述发生器(6)是可调整的。

8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述技术装置包括用于调整所述激活光源(3)相对于所述开关(4)的切换的延迟的可调整元件(7)。

9.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述技术装置包括用于调整所述激活光源(3)的发光时段的调整元件。

10.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述技术装置包括用于所述发光表现的检测的第二光学传感器(9)，所述第二光学传感器(9)与所述激活光源(3)的控制器连接。

11.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述开关(4)为焊枪(5)的开关。

12.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述激活光源(3)是焊枪(5)的主体的一部分。

13.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述激活光源(3)的控制电子器件(10)是焊枪(5)的主体的一部分，或者控制电子器件(10)是用于将所述焊枪(5)与焊接电源连接的管子和电缆的连接端的一部分，由此所述控制电子器件(10)借助于电导体与所述激活光源(3)连接，其中所述电导体至少在其长度的一部分与一束管子和电缆连接。

14.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述系统具有通过柔性线缆与所述激活光源(3)的控制电子器件(10)连接的至少一个外部激活光源(32)。

15.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述系统包括信号中继元件(11)，所述信号中继元件(11)具有所述激活光源(3)的光信号的接收器，并且具有形式为激活光源(3)的用于中继所述光信号的发射器，由此所述信号中继元件(11)针对在所述光学传感器(1)附近的独立安置来调整。

16.根据权利要求13所述的系统，其特征在于所述控制电子器件(10)和所述激活光源(3)的电源具有定位于焊接线缆和/或AC/DC适配器的邻近处的电池和/或感应充电器。

17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述保护装置是焊接面罩。

18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于所述电池是可充电电池或太阳能电池。

19.一种用于通过使用根据权利要求1所述的系统使光学元件(2)的变暗加速反应的方法，所述光学元件(2)针对被配置为执行电弧或激光焊接或切割或者等离子体切割的技术装置的发光表现而进行保护，所述方法包括以下步骤

按动所述技术装置的触发器，

所述触发器的按动促使开关(4)被按动，从而促使所述激活光源(3)打开，

所述激活光源(3)在所述光学传感器(1)检测到所述发光表现之前促使所述光学传感器(1)激活。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述激活光源(3)一直发光，至少直到所述光学传感器(1)检测到所述发光表现的时间点。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于所述激活光源(3)在从它点亮时起的预定时间内发光。

22.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于所述激活光源(3)在其控制器接收到有关所述发光表现的检测的信息之后熄灭。

23.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于所述激活光源(3)在所述发光表现产生之前的0.05-0.5秒点亮。

24.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于所述激活光源(3)发出波长为700-1850nm的辐射。

25.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于所述激活光源(3)在5-250Hz的频率范围内发光。

26.根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述激活光源(3)在从它点亮时起的预定时间内发光至少1秒。