專利名稱：一種電焊護目鏡片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電焊防護技術(shù)，特別公開一種電焊護目鏡片的制造方法。
背景技術(shù)：
目前通用的電焊護目鏡是極暗的鏡片，電焊工人帶上它在起弧前無法看見被焊工件。因此只好一只手拿著護目鏡，另一只手握著電焊手柄，為避免強烈電弧光對眼睛的刺激和損傷，一般會在電焊條接近工件尚未起弧前將護目鏡扣好。其主要缺點有二一是不能騰出兩只手同時有效地進行操作，特別是對高空作業(yè)影響較大；二是盲目起弧靠經(jīng)驗焊接，事后再找補初始焊點，影響焊接質(zhì)量，浪費焊接材料和電力。
為了解決上述問題，目前已申請的專利主要有三大類一是利用光、電、磁控制液晶鏡片變色；二是利用光、電、磁控制護目鏡機械移動，使護目鏡在起弧后移至眼前，?；『蠓_；三是靠張嘴時的下顎運動控制護目鏡機械移動。這幾種方法都可以使起弧前后在眼前形成亮場和暗場。但前兩種的缺點是都有幾到幾十毫秒的延遲，在這段延遲時間內(nèi)強烈的電弧光仍會對眼睛造成損傷。第三種對電焊人員的人體協(xié)調(diào)配合能力要求較高，且易受電焊工地的粉塵污染。
造成上述使用不便的原因都在于現(xiàn)有電焊護目鏡片不能充分過濾有害強光而保留可視物的無害光線通過，只能借助其他結(jié)構(gòu)或方法來避免有害強光傷害眼睛。
干涉濾光片是利用光的干涉原理只使特定光譜范圍的光通過的光學(xué)系統(tǒng)，通常由多層薄膜構(gòu)成。常見干涉濾光片分截止濾光片和帶通濾光片兩大類。截止濾光片能把光譜范圍分成兩個區(qū)，一個區(qū)中的光不能通過(稱為截止區(qū))，而另一區(qū)中的光能充分通過(稱為通帶區(qū))。
帶通濾光片則只允許較窄波長范圍的光通過，常見的是Fabry-Perot(法布里-珀羅)型濾光片。它是典型的多光束干涉濾光片，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示玻璃襯底上鍍一層半透明金屬層作為一層反射膜，接著鍍一層透明介質(zhì)間隔層作為干涉腔層，再鍍一層半透明金屬層作為另一層反射膜，兩金屬層構(gòu)成了法布里-珀羅干涉儀的兩塊反射平行板。
當(dāng)平行光線以微小角度入射時，波長與兩極間隔同數(shù)量級的光，形成干涉極大透過，使透射光中不同波長的干涉高峰分得很開，即中心峰值和次級峰值離得很遠。再利用別的吸收型或截止型濾光片可把不允許透過的次級光濾掉，從而得到很窄的帶通濾光片。
濾光片通帶區(qū)的帶寬由λ0和Δλ來定義，如圖2所示，其中λ0——濾光片透過率峰值波長；Tm——濾光片透過率峰值；λ1和λ2——濾光片透過率峰值一半處對應(yīng)的兩邊波長；Δλ＝λ2-λ1稱為半高寬度，簡稱為半寬度或帶寬。
通常用相對半寬度Δλ/λ0來標(biāo)志帶通濾光片的帶寬特性，Δλ/λ0＞5％的稱為寬帶濾光片；1％≤Δλ/λ0≤5％的稱為窄帶濾光片；Δλ/λ0＜1％的稱為超窄帶濾光片。
由于半透明金屬層的吸收率較高，所以這種“金屬-介質(zhì)”型干涉濾光片的中心峰值透過率很難高于40％。為解決這一問題，可以用高低兩種不同折射率的透明介質(zhì)以λ0/4光學(xué)厚度交替鍍制多層膜，形成與金屬層作用相同的反射板，但吸收卻比金屬層小得多。此法鍍制的干涉濾光片稱為“全介質(zhì)”型干涉濾光片，可使峰值透過率達到80％以上。
全介質(zhì)F-P型干涉濾光片的典型膜系為G(HL)mHnL(HL)mH其中G表示玻璃基片；H表示高折射率介質(zhì)；L表示低折射率介質(zhì)；m表示高低交替的重復(fù)次數(shù)，值越大反射板的反射率越高，其他光的透過率則越低；n表示間隔層的λ0/4倍數(shù)，n/2即間隔層的干涉級次，值越大間隔層越厚；反射板的反射率越高，干涉級次越高，則半寬度越窄，濾光片透射光的單色性就越好，膜系的設(shè)計主要是適當(dāng)選擇m、n的值。
目前窄帶濾光片主要用于光學(xué)、光譜學(xué)、激光、天文物理學(xué)、光通信等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電焊護目鏡片的制造方法，以解決現(xiàn)有電焊護目鏡片在對有害強光過濾的同時不能保留無害可視物光線通過的問題。本發(fā)明所述方法包括如下步驟A、根據(jù)電焊弧光光譜確定弱譜線區(qū)域的波長范圍；B、確定僅使位于所述波長范圍以內(nèi)的光波中心波長峰值透過率在70％以上，帶寬不大于5nm的光學(xué)膜系；C、根據(jù)所述光學(xué)膜系制造窄帶濾光片并將該窄帶濾光片封裝為電焊護目鏡片。
其中，所述步驟C具體包括如下步驟C11、選擇過濾強藍光和紫外光的玻璃作為第一基片，并在該第一基片一側(cè)鍍制所述光學(xué)膜系；C12、選擇吸收紅外光的玻璃作為第二基片封裝在所述第一基片鍍有所述膜系的一側(cè)形成所述護目鏡片?；駽21、選擇吸收紅外光的玻璃作為第一基片，并在該第一基片一側(cè)鍍制所述光學(xué)膜系；C22、選擇過濾強藍光和紫外光的玻璃作為第二基片封裝在所述第一基片鍍有所述膜系的一側(cè)形成所述護目鏡片。
所述步驟C中，在步驟C12或C22之后還包括步驟選擇第三玻璃基片加固在所述護目鏡片外側(cè)并封裝。所述第三玻璃基片為高硬度的K4玻璃或石英玻璃。
其中，所述步驟A中，所述弱譜線區(qū)域的波長范圍為584nm(λ0)±14nm之間，λ0為中心波長。
所述的方法中，所述光學(xué)膜系包括第一反射層和第二反射層由折射率高于所述玻璃基片折射率的高折射率材料鍍層和折射率低于所述玻璃基片折射率的低折射率材料鍍層交替形成的多層結(jié)構(gòu)；以及位于所述第一反射層和第二反射層的間隔層，由所述低折射率材料鍍制。
其中，所述高折射率材料為硫化鋅，所述低折射率材料為冰晶石；或者所述高折射率材料為二氧化鋯，所述低折射率材料為二氧化硅。
所述高折射率材料鍍層和低折射率材料鍍層的光學(xué)厚度為λ0/4，所述間隔層的低折射率材料鍍層的光學(xué)厚度為λ0/2的整倍數(shù)。
所述多層結(jié)構(gòu)包括HLHLHLH或HLHLHLHLH，其中，H表示一層高折射率材料鍍層，L表示一層低折射率材料鍍層；和/或所述整倍數(shù)為1、2或3倍。
本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明內(nèi)容主要是利用了光譜學(xué)原理，在充分分析電焊弧光光譜的基礎(chǔ)上，找出其中光強度最弱的波段，然后鍍制超窄帶干涉濾光片，使其在弧光最弱波段有很高的透過率，而在其他波段則透過率非常低。以此濾光片做成的護目鏡片，在起弧前完全可以看清工件，起弧后也能有效地保護眼睛，能夠有效提高焊接質(zhì)量，節(jié)省焊接材料和電力；利用本發(fā)明所述的電焊護目鏡片，利用光學(xué)原理有效地防護電弧光對人眼的損傷，不再借助機械傳動部分達到防護目的，使操作人員可以騰出兩只手進行焊接操作，提高了高空焊接作業(yè)的安全性；利用本發(fā)明所述的電焊護目鏡片成本低廉，省去了復(fù)雜的光、電、磁控制電路和機械傳動部分，可以適用于各種電焊鏡、電焊面罩和電焊頭盔等。


圖1為干涉濾光片結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為干涉濾光片帶寬特性示意圖；圖3為JB510玻璃的透過率曲線圖，主要利用其對藍光以下波段的截止特性；圖4為在JB510玻璃上鍍制超窄帶濾光片后的透過率曲線圖；圖5為GRB3玻璃的透過率曲線圖，主要利用其對紅外光的截止特性；圖6用GRB3玻璃與鍍膜后的JB510玻璃對膜封裝后的透過率曲線圖；圖7為鏡片封裝剖面示意圖；圖8為本發(fā)明所述方法流程示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為根據(jù)光譜學(xué)原理，并利用現(xiàn)有窄帶濾光片技術(shù)，在充分分析電焊弧光光譜的基礎(chǔ)上，找出其中光強度最弱的波段，然后鍍制超窄帶干涉濾光片，使其在弧光最弱波段有很高的透過率，而在其他波段則透過率非常低。以此濾光片做成的護目鏡片，在起弧前完全可以看清工件，起弧后也能有效地保護眼睛。
實現(xiàn)本發(fā)明所述技術(shù)方案包括如下部分1、電焊弧光光譜分析經(jīng)過查閱標(biāo)準(zhǔn)鐵光譜表以及用攝譜儀拍攝電焊條發(fā)出的電弧光分析，沒有強譜線只有極少弱譜線的區(qū)域有三個，如表1所示。
表1.標(biāo)準(zhǔn)鐵光譜譜線特性

2、設(shè)計超窄帶干涉濾光片由于480nm過于接近強藍光，對人眼損傷較大，故應(yīng)該過濾掉，因此設(shè)計光學(xué)膜系時以584nm為中心波長(λ0)，半高寬度小于5nm，并盡量使次峰落在679nm附近位置，波長范圍以內(nèi)的光波中心波長峰值584nm(λ0)透過率在70％以上。
如圖3所示，圖3為JB510玻璃的透過率曲線圖，由于JB510玻璃(國產(chǎn)有色玻璃型號，其他型號參見附表2)在500nm以下透過率極低，可有效地截止強藍光和紫外光，因此選擇在JB510玻璃上鍍制超窄帶干涉濾光片。光學(xué)膜系為G(HL)mHnL(HL)mH其中G表示玻璃基片；H表示高折射率材料；L表示低折射率材料；m表示高低交替的重復(fù)次數(shù)，值越大反射板的反射率越高，其他光的透過率則越低；n表示間隔層的λ0/4倍數(shù)，n/2即間隔層的干涉級次，值越大間隔層越厚。
具體實施例說明如下1)、反射層可選用硫化鋅(H)與冰晶石(L)或者選用二氧化鋯(H)與二氧化硅(L)，高低兩種折射率材料交替鍍膜，高低交替鍍膜的重復(fù)次數(shù)m一般為3到4；2)、間隔層一般選用其中的低折射率材料，n必須是2的整數(shù)倍，如2、4、6等。
3、鍍制超窄帶干涉濾光片可采用真空蒸發(fā)鍍膜極值控制法進行鍍膜，具體說明如下控制示意如下光源→真空罩石英窗口入口→基片→真空罩石英窗口出口→硅光電池→微安表，其中光源是控制波長的關(guān)鍵，設(shè)計的濾光片的峰值波長(λ0)是多少，光源的控制系統(tǒng)就需要能夠輸出與λ0相同的單色光。
當(dāng)?shù)谝粚痈哒凵渎式橘|(zhì)鍍到λ0/4時，通過微安表讀出的光電轉(zhuǎn)換后的電流達到極小值；第二層低折射率介質(zhì)鍍到λ0/4時，電流表又達到極大值；第三層鍍到λ0/4時，電流表又達到極小值；第四層鍍到λ0/4時，電流表又達到極大值。如此反復(fù)。最后一層高折射率的鍍到λ0/4時，電流表又達到極小值。到此為止第一層高反射板鍍制完成。
接著鍍間隔層，電流表讀數(shù)從極小到極大又到極小，這是連續(xù)兩層λ0/4低折射率介質(zhì)。如果接著再重復(fù)一次極小到極大又到極小，就是連續(xù)四層λ0/4了。
第二層高反射板與第一層高反射板控制方法相同，只是極值方向相反。前后兩層高反射板的膜層層數(shù)要對稱。
如圖4所示，圖4為在JB510玻璃上鍍制超窄帶濾光片后的透過率曲線圖，滿足光學(xué)膜系在584nm為中心波長(λ0)，加上玻璃的峰值透過率超過65％，半高寬度小于5nm，其他有害光透過率極低，并且光學(xué)膜系的次峰落在679nm附近位置，對人眼不會造成危害。
4、鏡片封裝由于760nm至3000nm的紅外線對人眼有積累性損傷，而上述所得鏡片不能有效防止紅外光透過，如圖5所示，為GRB3(國產(chǎn)有色玻璃型號，其他型號參見表2)玻璃的透過率曲線圖，其對紅外光具有截止特性，因此用一片熱吸收玻璃GRB3與鍍膜后的JB510玻璃，封裝在一起，并將有膜的一面封裝在兩片玻璃夾層中。
如此封裝后的鏡片透過率如圖6所示，最高透過率的波長在584nm附近，半高寬度為4nm左右，次峰落在679nm附近，滿足防護需求。
如果需要增強電焊飛屑沖擊時的抗擊強度，可在最外面(靠近工件一面)再加封一片K4玻璃或石英玻璃。封裝后的鏡片結(jié)構(gòu)示意如圖5所示，電焊弧光經(jīng)過鏡片過濾后，強譜線區(qū)域的光的透過率極低，不會對人眼產(chǎn)生傷害；但是在起弧前人眼可以通過弱譜線區(qū)域的高透過率觀察到工件的具體位置，從而對準(zhǔn)焊縫進行焊接，避免盲目操作。
針對含有不同成分其他物質(zhì)的焊條，可用同樣方法測定其光譜弱區(qū)，然后設(shè)計干涉濾光片膜系。也就是說，針對不同成分的焊條，采用相同的方法，可以設(shè)計出不同峰值位置的護目鏡片。
綜上所述，實現(xiàn)上述技術(shù)構(gòu)思的電焊護目鏡片如圖7所示，包括第一玻璃基片1、第二玻璃基片2、第三玻璃基片3和位于所述第一玻璃基片和第二玻璃基片之間的光學(xué)膜系4；其中第一玻璃基片1為有色玻璃，用于截至藍強光和紫外光；第二玻璃基片2為有色玻璃，用于吸收紅外線；第三玻璃基片3為K4玻璃或石英玻璃，封裝在護目鏡外側(cè)，用于增加強度。
光學(xué)膜系4為僅使位于電焊弧光光譜弱譜線區(qū)域波長范圍內(nèi)的中心波長峰值透過率在70％以上，帶寬小于5nm的窄帶干涉濾光膜系。
當(dāng)選用弱譜線區(qū)域的波長范圍的中心波長(λ0)為584nm時，光學(xué)膜系4包括由折射率高于所述玻璃基片折射率的高折射率材料鍍層和折射率低于所述玻璃基片折射率的低折射率材料鍍層，交替鍍制的第一反射層和第二反射層；位于所述第一反射層和第二反射層之間的間隔層，由所述低折射率材料鍍制。其中光學(xué)膜系4可以鍍在第一玻璃基片1或第二玻璃基片2上，高折射率材料為硫化鋅或二氧化鋯，低折射率材料為冰晶石或二氧化硅，每層光學(xué)厚度為λ0/4。
第一玻璃基片1或第二玻璃基片2的玻璃型號國內(nèi)外型號如表2所示表2.國內(nèi)外玻璃型號對照表

實現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思的護目鏡片的制造方法流程如圖8所示，包括如下步驟S1、根據(jù)電焊弧光光譜確定弱譜線區(qū)域的波長范圍；S2、確定僅使位于上述波長范圍以內(nèi)的中心波長峰值透過率在70％以上，帶寬不大于5nm的光學(xué)膜系結(jié)構(gòu)；S3、根據(jù)光學(xué)膜系制造窄帶濾光片；
S4、將該窄帶濾光片制成電焊護目鏡片；上述兩個步驟中選擇過濾強藍光和紫外光的玻璃作為基片，在該基片一側(cè)鍍制光學(xué)膜系形成窄帶干涉濾光片；然后將吸收紅外光的玻璃封裝到鍍膜的一側(cè)形成所述護目鏡片；或者選擇吸收紅外光的玻璃作為基片，在該基片一側(cè)鍍制光學(xué)膜系形成窄帶干涉濾光片，然后將過濾強藍光和紫外光的玻璃封裝在鍍膜的一側(cè)形成護目鏡片。
具體結(jié)構(gòu)和鍍制方法如前所述，這里不再重復(fù)。
S5、利用K4玻璃或石英玻璃等高硬度玻璃加固在護目鏡片外側(cè)一起封裝。
通過上述方法制成的護目鏡片經(jīng)測試符合美國ANSI Z87.1標(biāo)準(zhǔn)，410nm以下的紫外透過率≤0.1％，760nm以上的紅外透過率≤0.7％。
直觀測試在直接照度為85lux的條件下，距離50cm可看清報紙上的四號漢字；距離35cm可看清報紙上的五號漢字。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造電焊護目鏡片的方法，其特征在于，包括如下步驟A、根據(jù)電焊弧光光譜確定弱譜線區(qū)域的波長范圍；B、確定僅使位于所述波長范圍以內(nèi)的光波中心波長峰值透過率在70％以上，帶寬不大于5nm的光學(xué)膜系；C、根據(jù)所述光學(xué)膜系制造窄帶濾光片并將該窄帶濾光片封裝為電焊護目鏡片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C具體包括如下步驟C11、選擇過濾強藍光和紫外光的玻璃作為第一基片，并在該第一基片一側(cè)鍍制所述光學(xué)膜系；C12、選擇吸收紅外光的玻璃作為第二基片封裝在所述第一基片鍍有所述膜系的一側(cè)形成所述護目鏡片。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C具體包括如下步驟C21、選擇吸收紅外光的玻璃作為第一基片，并在該第一基片一側(cè)鍍制所述光學(xué)膜系；C22、選擇過濾強藍光和紫外光的玻璃作為第二基片封裝在所述第一基片鍍有所述膜系的一側(cè)形成所述護目鏡片。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步驟C中，在步驟C21或C22之后還包括步驟選擇第三玻璃基片加固在所述護目鏡片外側(cè)后封裝。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第三玻璃基片為高硬度的K4玻璃或石英玻璃。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，所述弱譜線區(qū)域的波長范圍為584nm(λ0)±14nm之間，其中584nm(λ0)為所述弱譜線區(qū)域的中心波長。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)膜系包括第一反射層和第二反射層由折射率高于所述玻璃基片折射率的高折射率材料鍍層和折射率低于所述玻璃基片折射率的低折射率材料鍍層交替形成的多層結(jié)構(gòu)；以及位于所述第一反射層和第二反射層的之間的間隔層，由所述低折射率材料鍍制。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述高折射率材料為硫化鋅，所述低折射率材料為冰晶石；或者所述高折射率材料為二氧化鋯，所述低折射率材料為二氧化硅。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述高折射率材料鍍層和低折射率材料鍍層的光學(xué)厚度為λ0/4，所述間隔層的低折射率材料鍍層的光學(xué)厚度為λ0/2的整倍數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述多層結(jié)構(gòu)包括HLHLHLH或HLHLHLHLH，其中，H表示一層高折射率材料鍍層，L表示一層低折射率材料鍍層；和/或所述整倍數(shù)為1、2或3倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及電焊防護技術(shù)，特別公開一種電焊護目鏡片的制造方法，以解決現(xiàn)有電焊護目鏡片在對有害強光過濾的同時不能保留的無害可視光線通過的問題。本發(fā)明所述方法包括如下步驟根據(jù)電焊弧光光譜確定弱譜線區(qū)域的波長范圍；確定僅使位于所述波長范圍以內(nèi)的光波中心波長峰值透過率在70％以上的光學(xué)膜系；根據(jù)所述光學(xué)膜系制造窄帶濾光片并將該窄帶濾光片封裝為電焊護目鏡片。本發(fā)明旨在利用窄帶濾光片的現(xiàn)有技術(shù)解決電焊護目鏡片起弧前不能看清工件的問題，使得本發(fā)明制造的電焊鏡片在起弧前可以看清工件、起弧后仍能有效防護眼睛。
文檔編號C03C17/00GK1895192SQ20051010555
公開日2007年1月17日 申請日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者黃寧寧 申請人:黃寧寧