CN101912326B - 自动变暗滤光器的控制 - Google Patents

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Abstract

一种自动变暗滤光器(ADF)的系统，包括：工具；可转换滤光器，其包括电色度滤光器，所述可转换滤光器响应于黑暗状态命令消息由明亮状态变为黑暗状态；动力控制器，其响应于启动工具命令向所述工具提供动力；通信单元，其响应于工具启动信号生成黑暗状态命令消息，并在黑暗状态等待时间过去以后生成启动工具命令。其中，所述可转换滤光器与所述通信单元通过在所述黑暗状态命令消息中传输的至少一个唯一识别码唯一地关联。

Description

自动变暗滤光器的控制
本申请是基于2008年4月10日提交的申请号为2006800376441、发明创造名称为“自动变暗滤光器的控制”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及能够从明亮状态变为黑暗状态的自动变暗保护滤光镜。
背景技术
自动变暗滤光器(或ADF)常用于类似焊接的应用，其中期望能够防护高强度的入射光如焊接电弧的强光。典型的ADF包括电池供电的电子控制电路，所述ADF使滤光器从未受焊接电弧强光照射下的明亮(透光或透明)状态变为受此强光照射时的黑暗(几乎不透明)状态。这让焊工可以执行焊接操作，并且还可以在焊接区域外执行任务，而不必移除防护罩。
传统的ADF包括液晶材料层，该材料层能够在控制电压的控制下从明亮状态变为黑暗状态。传感器检测焊接电弧的开始，并生成相应的控制电压，当该控制电压施加到滤光镜上时，该控制电压使滤光镜由明亮状态变为黑暗状态。因为电弧在传感器反应时已经开启，所以ADF的开关时间必须很短，例如，小于几百微秒。这种明亮状态与黑暗状态之间的突然或“硬”转变，尤其是在典型工作日的整个过程中经历多次明暗转变的工作条件下，可能会使用户感到不适。
附近的其它光源、其它焊机、电流或磁场的干扰会对传统ADF的传感器造成不利的影响，这可能导致ADF在没有焊接电弧的情况下进入黑暗状态。在某些应用(如低电流钨极惰性气体保护焊(TIG))中焊接电弧的可用信号相对较弱。在这些情况下，检测器可能无法检测到电弧，从而导致ADF在有焊接电弧时也无法进入黑暗状态。
发明内容
本发明提供保护性的自动变暗滤光器(ADF)及配套工具(如焊枪)，该ADF和工具由相应的通信单元控制。本发明帮助确保在ADF达到其黑暗状态前所述工具不会启动。所述通信单元与ADF之间的通信通道可以用有线或无线介质建立。
根据本发明的一个方面，提供了一种系统，所述系统包括：工具；可转换滤光器，其包括电色度滤光器，所述可转换滤光器响应于黑暗状态命令消息由明亮状态变为黑暗状态；动力控制器，其响应于启动工具命令向所述工具提供动力；通信单元，其响应于工具启动信号生成黑暗状态命令消息，并在黑暗状态等待时间过去以后生成启动工具命令，其中，所述可转换滤光器与所述通信单元通过在所述黑暗状态命令消息中传输的至少一个唯一识别码唯一地关联。
根据本发明的另一个方面，提供了一种系统，所述系统包括：工具；可转换滤光器，其响应于黑暗状态命令消息由明亮状态变为黑暗状态，并且在进入黑暗状态时生成黑暗状态确认消息；动力控制器，其响应于启动工具命令向所述工具提供动力；通信单元，其响应于工具启动信号生成黑暗状态命令消息，并在从所述可转换滤光器接收到所述黑暗状态确认消息之后生成启动工具命令，其中，所述可转换滤光器与所述通信单元通过在所述黑暗状态命令消息中传输的至少一个唯一识别码唯一地关联。
本专利申请中所用的术语“自动变暗滤光器”(ADF)表示一种保护装置，其包括电路和可转换滤光器或透镜，该滤光镜或透镜设计为可保护用户的眼睛，在诸如焊接环境或其它有可能因极强亮光而使人眼受伤的环境中，可以避免其受到过度强光的伤害。术语“可转换滤光器”和“ADF透镜”表示能够响应于控制信号从明亮状态变为黑暗状态的滤光器。
附图和下文的说明书给出了本发明的一个或多个实施例的详细说明。从本发明的说明书、附图以及从权利要求书中，本发明的其它特征、目的和优点将显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的焊接面罩10的透视图，其包括具有可转换滤光镜20的自动变暗滤光器(ADF)14。
图2是根据本发明的ADF系统的框图，其中ADF 14和配套工具50由相应的通信单元40控制。
图3A和3B是流程图，其说明了根据本发明的ADF的单向控制。
图4A和4B是流程图，其说明了根据本发明进入黑暗状态的ADF的双向控制。
图5A和5B是流程图，其说明了根据本发明进入明亮状态的ADF的双向控制。
具体实施方式
图1示出了焊接面罩10的实例，其包括面罩主体或外壳12，以及自动变暗滤光器(ADF)14。具体地讲，ADF 14包括自动变暗滤光镜20，其被支承在面罩外壳12中。自动变暗滤光镜20可安装在面罩外壳12中，以使得用户戴上面罩时滤光镜直接位于穿着者的眼睛前面。在一个实施例中，可转换滤光镜20是可替换的。滤光镜20可包括矩形(或其它形状)的框架或壳体。此类滤光器的实例在美国专利6,097,451和5,825,441(均授予
Figure BSA00000247862300031
和Palmer)中有所描述。例如，面罩外壳的实例可参阅美国专利6,185,739、5,533,206、5,191,468、5,140,707、4,875,235、和4,853,973。面罩12还可以向内部提供清洁空气，因而它可以包括面部密封件，以隔离呼吸区域和环境空气。此类面部密封件的实例在美国专利申请序列No.10/987,512、10/987,641、10/988,789、29/217,155、29/217,153、29/217,154、29/217,107和29/217,156中有所描述。
图2示出了ADF系统的框图，其包括ADF 14、工具50、动力控制器30和通信单元40。ADF 14包括能够从明亮状态变为黑暗状态的可转换滤光镜20。可转换滤光镜20的控制由滤光器控制电子器件22通过连接24提供。在一个实施例中，可转换滤光镜20可以是多个不同层的层板，例如，包括UV/IR滤光器、偏振片以及液晶元件。在其它实施例中，可以使用电色度滤光器构造可转换滤光镜20。可转换滤光镜20用作快门，其响应控制信号变暗以遮蔽透镜，从而保护用户的眼睛免受操作工具50引起的有害强光(如操作焊枪产生的焊接电弧的强光)的伤害。适用的可转换滤光器的实例在美国专利6,097,451和5,825,441，以及于2005年3月9日提交的共同待决和共同转让给Magnusson等人的美国专利申请序列号11/076,081中有所描述。
例如，工具50可以包括焊枪或其它类型的机械工具或电动工具。工具50可以是在许多不同行业中所用类型的任何种类的电动或机械工具-例如，木工工具、五金工具或其它行业的机械工具-并且应理解的是，本发明不限于此方面。然而，为了举例说明，本发明被描述为应用于焊接领域使用的工具，如焊枪。动力控制器30包含向工具50提供能量所必需的动力控制电子器件。
本发明提供了ADF 14和通信单元40之间的协议以确保在ADF 14进入黑暗状态前工具50不会被启动。单向或双向的通信通道32在ADF 14和通信单元40之间提供通信。图2示出了作为无线通信通道的通信通道32，但是通信通道32也可以通过有线连接提供。可以使用许多已知无线通信方式中的任何一种，如红外线通信、射频(RF)通信、或声通信，或者通过以后开发的任何适用技术提供无线通信。命令线42、44、和46使得通信单元40、动力控制器30、和工具50之间可以进行通信。
在通信单元40和ADF 14之间传输的消息用于控制透镜20由明亮状态到黑暗状态的过渡，反之亦然。这些消息还控制工具50的启动。这样，系统可在其允许工具50启动之前确保透镜20处于黑暗状态。在焊接环境中(例如，在工具50为焊枪的环境中)，在允许动力控制器30触发焊接电弧前，通信单元40可确保透镜20处于黑暗状态。尽管在图2中通信单元40显示为分离的组件，但其实通信单元的功能也可以位于工具50内、位于将工具50连接到动力控制器30的电缆之间、位于动力控制器30内或其它适合的位置，这取决于将要使用该系统的具体应用和环境。
除了来自通信单元40的状态改变命令和来自ADF 14的状态确认之外，在ADF 14和工具控制器60之间通过通信通道32传输的消息还可包括其它信息。例如，通过在通信通道32内传输的消息中嵌入唯一识别码，系统可确保每个ADF与一个且只与一个工具相关。为此，通过在黑暗状态命令消息中传输至少一个唯一识别码，每个ADF 20都可与一个工具50唯一关联。ADF 20和工具50和/或通信单元40之间的唯一关联有助于确保来自其它光源、电流或磁场的干扰不会影响ADF的操作而导致其不适当地变暗或变亮。
工具50可以包括至少一个开关52，用户可通过它控制工具50的启动和停止。例如，在焊接环境中，焊工通过按压或释放一个或多个位于焊枪上的开关来控制焊接电弧的启动和停止。开关52可包括例如按钮、板机、其它用户控制开关、或它们的一些组合。
开关52的动作，即启动或关闭(例如，按压或释放)，可产生随之而来的工具动作信号。在本说明书中，所使用的术语“工具启动信号”表示开关52的任何动作，或者是旨在启动工具、关闭工具，或者是旨在调节提供给工具的动力的量(例如，调节工具的速度、扭矩或强度)。
由于开关52的动作而产生的工具启动信号由通信单元40通过连接46接收。响应于工具启动信号，通信单元40可通过通信通道32与ADF 14进行通信，以确保ADF透镜变为正确的状态，然后允许动力控制器30进行相应的动作。这样，ADF系统确保了工具50在ADF 20进入其黑暗状态前不会启动，这样用户的眼睛就不会失去保护。
在某些情况下，系统还可使可靠性提高。例如，通过在通信通道32内传输的消息中嵌入唯一识别码，每个ADF都可以与具体的工具控制器相关。此构造确保了附近的其它焊机不会影响特定ADF的操作。来自其它光源、电流或磁场的干扰将不会影响ADF的操作。此外，当系统利用命令消息而不是较弱的光电二极管信号来检测焊接电弧的启动时，低电流TIG焊接的检测可能会更加可靠。
图3A和3B是流程图，其图示说明了ADF的单向控制。这些用于处理步骤的图表用附图中圆括号中的识别编号进行描述。在文中使用不在圆括号内的识别编号来表示图1和2中显示的结构部件。图3A和3B示出了通信单元40为控制由明亮状态到黑暗状态的过渡(100)而执行的处理，以及通信单元40为控制由黑暗状态到明亮状态的过渡(120)而执行的处理。由明亮状态到黑暗状态过渡(100)的控制在通讯单元40收到来自工具50的工具启动信号(102)时开始。工具启动信号可以是用户生成的，例如，通过启动位于工具50上的开关中一个开关52生成。响应于工具启动信号，通信单元40生成黑暗状态命令消息(104)。例如，黑暗状态命令消息可以包括指示ADF进入黑暗状态的命令，以及对通信单元40和相关的(黑暗状态命令所指的)ADF 20进行识别的(多个)唯一识别码。
在生成黑暗状态命令消息后，通信单元40等待预定长度的、足以使ADF透镜20进入黑暗状态的时间(黑暗状态等待时间)(106)。黑暗状态等待时间可以小于1秒，并且进一步来讲，可以是例如1毫秒和900毫秒之间的任意值。在黑暗状态等待时间过去后，通信单元40将启动工具命令传输至动力控制器30(108)。在一个实施例中，在黑暗状态等待时间期间，通信单元40可对黑暗状态命令消息进行一次或多次的重复。如果第一条黑暗状态命令消息未被正确地收到，那么在再次传输黑暗状态命令消息时，透镜20将有另一次机会来正确接收和响应该命令。等待期间的每次重复传输都将增加消息成功接收的概率。
由黑暗状态到明亮状态的过渡控制(120)在通信单元40收到来自工具50的工具关闭信号(122)时开始。此工具关闭信号可以是用户生成的，例如，通过启动(按压按钮、释放按钮或扳机，等等)位于工具50上的开关中一个开关52生成。响应于工具关闭信号，通信单元40将关闭工具命令传输至动力控制器30(124)。
在传输关闭工具命令后，通信单元40将等待预定长度的、足以使动力控制器30关闭工具50的时间(关闭工具等待时间)(126)。关闭工具等待时间通常小于1秒，并且可以是例如1毫秒和900毫秒之间的任意值。在关闭工具等待时间过去后，通信单元40生成明亮状态命令消息并将其传输至ADF 14(128)。同样，明亮状态命令消息可包括指示ADF进入明亮状态的命令，以及对通信单元和相关的透镜20(明亮状态命令指向它)进行识别的(多个)唯一识别码。明亮状态命令导致ADF透镜20由黑暗状态过渡到明亮状态。
图4A和4B是流程图，其图示说明了ADF透镜由明亮状态过渡到黑暗状态时的双向控制。图4A示出了双向握手协议期间通信单元40所进行的处理(150)，图4B示出了双向握手协议期间ADF20所进行的处理(160)。响应于工具启动信号的接收(152)，通信单元40通过通信通道32生成并传输黑暗状态命令消息(154)。通信单元40等待通过通信通道32接收来自ADF 14的黑暗状态确认消息(156)，黑暗状态确认消息指示了ADF透镜20已完成由明亮状态到黑暗状态的过渡。响应于来自ADF 14的黑暗状态确认消息，通信单元40将启动工具命令传输到动力控制器30，从而将动力施加到工具50上。
在该协议的ADF 14方(160)，一旦接收到黑暗状态命令消息(162)，滤光器控制器22就向可转换滤光器26施加相应的控制电压，从而使其进入黑暗状态(164)。一旦透镜20完成其向黑暗状态的过渡，那么透镜20将通过通信通道32传输黑暗状态确认消息(166)。如上所述，黑暗状态命令消息和黑暗状态确认消息可以包括对透镜20和通信单元40以及黑暗状态命令和黑暗状态确认进行唯一关联的(多个)唯一识别码。
图5A和5B是流程图，其说明了ADF 14由黑暗状态过渡到明亮状态的双向控制。图5A示出了双向握手协议期间通信单元40所进行的处理(170)，图5B示出了双向握手协议期间ADF 14所进行的处理(180)。响应于工具关闭信号的接收(172)，通信单元40生成针对动力控制器30的关闭工具命令(174)。然后，通信单元40等待，直到工具50已关闭为止(176)，这就说明了动力已从工具50移除。当工具已关闭时(176)，通信单元40通过通信通道32生成并传输明亮状态命令消息(178)。在该协议的ADF 14方(180)，一旦接收到明亮状态命令消息(182)，滤光器控制器22就向可转换滤光器26施加适当的控制电压，从而使其过渡到明亮状态(184)。
这样，ADF 14和通信单元40协作以确保工具50在ADF透镜20进入黑暗状态前不会被启动。因为ADF和通信通过唯一识别码相互唯一地关联，所以本发明可有助于确保ADF的操作不会受到附近其它工具的影响，也不会受到来自其它光源、电流或磁场的干扰的影响。
本文所述的ADF系统可使可靠性提高，并放宽对ADF 14转换时间的要求。例如，ADF透镜20可更慢地进入黑暗状态。因为工具在到达黑暗状态前不会被启动，所以工具的启动可以延迟任意长度的时间(通常为若干毫秒，如1毫秒和900毫秒之间的任意值)，从而让透镜有足够的时间完全进入黑暗状态。这意味着可以利用从明亮到黑暗状态的“软”变化。对于用户的眼睛，由明亮到黑暗状态的平滑过渡比突然变化更舒适。同样，减慢技术(如电色度技术)可用于可转换滤光器。电色度技术提供的优势包括“更亮”的明亮状态、潜在的更好的光学特性和低成本。
本发明还有助于确保ADF不会受到来自其它光源、附近的其它焊机、电流或磁场的干扰(其可能在没有焊接电弧的情况下导致ADF进入黑暗状态)的不利影响。此外，向黑暗状态的过渡不会依赖于对焊接电弧或其它入射光源(用户被保护以免除这些光的损害)的感应。因此，在焊接电弧信号较弱的应用中，由于无法进入黑暗状态而产生的危险将被降低或消除。因此，本发明有助于在广泛的各种情形和环境中确保ADF对用户提供正确的保护。
以上引用的所有专利和专利申请，包括在背景技术部分引用的那些专利和专利申请，均以引用的方式分别完全并入本文。
本文描述了本发明的不同实施例。例如，描述了包括ADF和配套工具的系统，其确保了工具在ADF达到黑暗状态前不会被启动。尽管如此，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可对本文所述的系统进行各种修改。例如，尽管对本发明的描述主要集中在焊接领域，但本发明可以在其它不同的系统或领域中有广泛的应用。上述及其它实施例均处在所附权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种焊接保护系统，包括：
多个工具；
多个可转换滤光器，其包括电色度滤光器，所述可转换滤光器响应于黑暗状态命令消息由明亮状态变为黑暗状态；
动力控制器，其响应于启动工具命令向所述工具提供动力；
通信单元，其响应于工具启动信号生成黑暗状态命令消息，并在黑暗状态等待时间过去以后生成启动工具命令，
其中，所述可转换滤光器与所述通信单元通过在所述黑暗状态命令消息中传输的至少一个唯一识别码唯一地关联，并且在所述可转换滤光器与所述通信单元之间传输的消息中嵌入所述唯一识别码，以使得每个可转换滤光器与一个工具唯一关联。
2.根据权利要求1所述的焊接保护系统，其中所述可转换滤光器响应于明亮状态命令消息由黑暗状态变为明亮状态。
3.根据权利要求2所述的焊接保护系统，其中所述通信单元通过无线通信通道来产生并传输所述明亮状态命令消息。
4.根据权利要求1所述的焊接保护系统，其中所述黑暗状态等待时间在1毫秒和900毫秒之间。
5.一种焊接保护系统，包括：
多个工具；
多个可转换滤光器，其响应于黑暗状态命令消息由明亮状态变为黑暗状态，并且在进入黑暗状态时生成黑暗状态确认消息；
动力控制器，其响应于启动工具命令向所述工具提供动力；
通信单元，其响应于工具启动信号生成黑暗状态命令消息，并在从所述可转换滤光器接收到所述黑暗状态确认消息之后生成启动工具命令，
其中，所述可转换滤光器与所述通信单元通过在所述黑暗状态命令消息中传输的至少一个唯一识别码唯一地关联，并且在所述可转换滤光器与所述通信单元之间传输的消息中嵌入所述唯一识别码，以使得每个可转换滤光器与一个工具唯一关联。
6.根据权利要求5所述的焊接保护系统，其中所述通信单元通过无线通信通道来传输所述黑暗状态命令消息以及接收所述黑暗状态确认消息。
7.根据权利要求1或5所述的焊接保护系统，其中所述可转换滤光器被放置在安全头盔内。
8.根据权利要求1或5所述的焊接保护系统，其中所述通信单元还响应于工具关闭信号生成关闭工具命令；以及
其中所述动力控制器响应于所述关闭工具命令来关闭工具。
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