"Methodik zur Spezifikation von Sicherheitsanforderungen bei der Konstruktion und Herstellung von Maschinen mit Laser-Kit."

Art der Maschine und Funktion, die für den Laserstrahl bestimmt sind, der auf dieser Maschine emittiert wird, bestimmen Art und Stärke des installierten Lasers. Zeit- und Energieparameter des Laserstrahls werden auf einen bestimmten technologischen Prozess (Schweißen, Schneiden, Gravieren, Markieren, Bohren usw.) oder eine andere Anwendung von Laser auf einer gegebenen Maschine (z. B. Laserpointer, Laserführung, etc.) .).

Bei der Entwicklung und Herstellung von Maschinen, die mit Laserausrüstung ausgerüstet sind, bestimmt der Konstrukteur seine Laserschutzklasse und bietet entsprechende Schutzeinrichtungen entsprechend dieser Klasse. Bei Laserbearbeitungsmaschinen werden zusätzlich zusätzliche Laserschutzeinrichtungen berücksichtigt.

Der Designer einer gegebenen Maschine wählt ein spezifisches Laser- oder Laser-Kit aus, das eine Komponente einer gegebenen Maschine darstellt. In diesem Stadium kann unter der Voraussetzung, dass zeit- und energiebezogene Daten eines gegebenen Lasers bekannt und verfügbar sind (Leistung, Energie, Wellenlänge, Betriebsart, etc.), seine Sicherheitsklasse bzw. eine solche Klasse ermittelt werden wurde bereits vom Hersteller eines gegebenen Laser-Kits bestimmt.

Merkmale und Kriterien zur Bestimmung der Lasersicherheitsklasse sind in der Norm PN-EN 60825-1: 2010 Sicherheit von Laserprodukten - Teil 1: Geräteklassifizierung und Anforderungen ausführlich beschrieben . Die folgende Tabelle enthält eine Beschreibung der einzelnen Sicherheitsklassen .

Hinweis:

Laserbearbeitungsmaschinen (zum Schweißen, Schneiden usw.) verwenden normalerweise Laser der Klasse 4 (seltener Laser der Klasse 3B). Laserführungen und Laserpointer, die in Maschinen verwendet werden, sind normalerweise Laser der Klasse 2 (seltener Laser der Klasse 3R).

Abhängig von der Laserstrahleinfassung, Einführung von Strahlbegrenzern, Expandern oder optischen Instrumenten, durch die der Strahl hindurchgeht, kann die Laserklasse einer gegebenen Maschine von der des Lasers abweichen, der in diese Maschine integriert ist. Daher ist es notwendig, die Lasersicherheitsklasse für Maschinen zu bestimmen.

Ø     Bestimmung der Laserklasse (basierend auf der Norm PN-EN 60825-1: 2010)

Nach dem Entwurf einer Maschine muss der Konstrukteur die Laserklasse anhand von Berechnungen bestimmen. Diese Klasse wird durch Messungen nach Herstellung eines Prototyps der Maschine verifiziert.

Die Klassifizierung der Lasersicherheit erfolgt auf der Grundlage der zugänglichen Emissionsgrenzwerte (AEL), dh der maximalen Strahlung, die vom Laser innerhalb einer bestimmten Laserklasse emittiert wird. Um die Lasersicherheitsklasse zu bestimmen, muss der Grad der Laserstrahlung angegeben werden - die sogenannte barrierefreie Emission (wenn der Zugang von Personen zu einem bestimmten Gerät berücksichtigt wird). Dies wird mit dem zugänglichen Emissionsgrenzwert (AEL) verglichen.

Der Grad der zugänglichen Emission muss für Betriebs-, Wartungs- und Instandhaltungsbedingungen für eine bestimmte Maschine bestimmt werden. Die ermittelte Lasersicherheitsklasse kann für verschiedene oben aufgeführte Betriebszustände der Maschine unterschiedlich sein.

AEL-Werte beziehen sich auf die Wellenlänge und die Emissionsdauer der Laserstrahlung. Bei der Bestimmung muss berücksichtigt werden, ob die Laserquelle vom lokalen oder erweiterten Typ ist (basierend auf dem bestimmten Sichtwinkel der beobachtbaren Quelle, deren Bestimmung in der Norm PN-EN 60825-1: 2010 festgelegt ist). Bei der Bestimmung der Lasersicherheitsklasse sind entsprechende Emissionszeiten zu verwenden, nämlich: 0,25 s, 100 s und 30000 s und bei gepulsten Lasern zusätzlich die Dauer eines einzelnen Impulses plus die Zeit T, für die Gruppen von Impulsen aufsummiert werden (Tabelle 3) in der Norm PN-EN 60825-1: 2010 ).

AEL-Werte werden üblicherweise als Strahlungsleistung [W] oder Energie [J] angegeben, und im Falle von ultravioletter Strahlung im Bereich von 180 - 302,5 nm für die Klassen 1, 1M und 3R als Bestrahlungsstärke [W / m ² ] oder Strahlung Belichtung [J / m ² ]. AEL-Werte sind in den Tabellen 4 bis 9 der Norm PN-EN 60825-1 aufgeführt.

Ø     Ermittlung weiterer Sicherheitsanforderungen in Abhängigkeit von der ermittelten Laserklasse ( basierend auf der Norm PN-EN 60825-1: 2010)

Ein Schutzgehäuse ist für alle Klassen von Lasergeräten erforderlich, da es den Zugang begrenzt, der für einen sicheren Betrieb des Geräts erforderlich ist.

Klasse 1 muss mit folgendem ausgestattet sein:

Ø   Sicherheitsverriegelung im Schutzgehäuse, um das Entfernen der Platte zu verhindern, bis die erreichbaren Emissionswerte unter denen der Klasse 3R liegen

Ø   Sicherheitsmaßnahmen, die sicherstellen, dass ein Scan-Fehler nicht zu einer Überschreitung der Klassifizierung von Geräten führt

Ø   Klassenschild - Beschriftung ist erforderlich

Ø   ggf. Interlock-Label überschreiben

Ø   Wellenlängenbereich für unsichtbare Strahlung

Ø   Bedienungsanleitung inkl. Benutzerhandbuch zum sicheren Betrieb der Geräte

Ø Das   Einkaufs- und Serviceheft muss die Produktklasse angeben und sicherheitsrelevante Informationen enthalten

Klasse 2 muss mit folgendem ausgestattet sein:

Ø   Eine solche optische Optik, so dass die Emission von allen visuellen Systemen AEL für Klasse 1M nicht überschreitet

Ø   Klassenschild - Laserstrahlung Gefahrensymbol und Inschrift

Ø   Serviceeingangsaufkleber

Klasse 2M muss mit folgendem ausgestattet sein:

Ø   Bedienungsanleitung inkl. Bedienungsanleitung für den sicheren Betrieb der Geräte und zusätzliche Warnung vor dem direkten Blick auf den Laserstrahl mit optischen Instrumenten

Klasse 3R muss mit folgendem ausgestattet sein:

Ø   Sicherheitsverriegelung im Schutzgehäuse, die das Entfernen der Schalttafel verhindert, bis die erreichbaren Emissionswerte für bestimmte Geräte unter denen der Klasse 3B oder 3R liegen

Ø   Emissionswarnvorrichtung (sichtbare oder hörbare Warnung), wenn unsichtbare Strahlung emittiert wird

Ø   Standortanpassung, die sicherstellt, dass die Kontrollen so angeordnet sind, dass keine Gefahr der Exposition gegenüber AEL über den Klassen 1 oder 2 besteht, wenn Anpassungen vorgenommen werden

Ø   Blendenkennzeichnung - vorgeschriebener Wortlaut ist erforderlich

Klasse 3B muss mit folgendem ausgestattet sein:

Ø   Fernverriegelungsschalter, der das Hinzufügen einer externen Verriegelung im Lasersystem erleichtert

Ø   Schlüsselkontrolle, die sicherstellt, dass der Laser nicht funktioniert, wenn der Schlüssel entfernt wird

Klasse 4 muss mit folgendem ausgestattet sein:

Ø   Manuelles Zurücksetzen, falls eine Unterbrechung der Stromversorgung auftritt oder der Fernverriegelungsschalter betätigt wird

Ø   Strahlabschwächer, der Mittel gibt, um den Strahl vorübergehend zu blockieren

Design von Schutzvorrichtungen für Laserbearbeitungsmaschinen

Einer der wichtigen technischen Standards bei der Konstruktion von Maschinen mit Laserausrüstung ist die folgende Norm: PN-EN 60825-4: 2010 Sicherheit von Laserprodukten - Teil 4. Laserschutzgitter. In diesem Teil werden die Anforderungen an Laserschutzvorrichtungen, die die Prozesszone einer Laserbearbeitungsmaschine einschließen, und die Spezifikationen für geschützte Laserschutzvorrichtungen festgelegt. Dies sind Schutzvorrichtungen, die vor schädlichen Einflüssen der diffus oder gerichtet reflektierten Laserstrahlung schützen. Es enthält Informationen zur Auswahl eines Laserschutzes und zur Beurteilung und Festlegung der Schutzeigenschaften eines Laserschutzes. Diese Norm gilt für alle Bestandteile einer Schutzeinrichtung einschließlich klarer (sichtbar durchlässiger) Bildschirme und Sichtfenster, Paneele, Laservorhänge und Wände.

Darüber hinaus muss die entworfene Laserschutzvorrichtung den Anforderungen der folgenden Norm entsprechen: PN-EN ISO 12100: 2012 Sicherheit von Maschinen. Allgemeine Grundsätze für das Design. Risikobeurteilung und Risikominimierung (S. 6.3.2) einschließlich allgemeiner Anforderungen an die Schutzeinrichtungen und auch speziellerer Anforderungen unter Berücksichtigung von Schutzort und Befestigungsart.

Bei der Planung von Schutzeinrichtungen ist Folgendes sicherzustellen:

Ø   Wenn die Frontfläche einer Laserschutzvorrichtung an dem vorhersehbaren Expositionsgrenzwert mit Laserstrahlung bestrahlt wird, muss die Laserschutzvorrichtung verhindern, dass die an ihrer Rückseite zugängliche Laserstrahlung während der Wartungsinspektion jederzeit die Klasse 1 AEL überschreitet Intervall (bei automatisierten Laserbearbeitungsmaschinen muss der Mindestwert des Wartungsinspektionsintervalls 8 Stunden betragen).

Ø   Eine Laserschutzeinrichtung darf an ihrem vorgesehenen Ort bei Bestrahlung mit Laserstrahlung bis zum voraussichtlichen Expositionsgrenzwert keine Gefährdung (z. B. hohe Temperaturen, Freisetzung giftiger Stoffe, Feuer, Explosion) an oder hinter deren Rückseite verursachen.

Es ist anzumerken, dass einige Materialien ihre Schutzeigenschaften aufgrund von Alterung, Exposition gegenüber ultravioletter Strahlung, bestimmten Gasen, Temperatur usw. verlieren können.

Die Laserschutzeinrichtungen sind in die folgenden Kategorien unterteilt: passive Laserschutzeinrichtungen (die nur auf ihre physikalischen Eigenschaften angewiesen sind) und aktive Laserschutzeinrichtungen (Laserschutzeinrichtungen, die Teil einer sicherheitsbezogenen Steuerung sind; die Steuerung erzeugt ein aktives Schutzabbruchsignal als Reaktion auf die Einwirkung von Laserstrahlung auf die Vorderseite des Laserschutzes).

Die Auswahl der Laserschutzgitter besteht aus ( PN-EN 60825-4: 2010):

-         Festlegung der bevorzugten Position für den Laserschutz und Schätzung der voraussichtlichen Expositionsgrenze (FEL, dh maximale Laserbelastung auf der Vorderseite des Laserschutzes, innerhalb des Wartungsintervalls, bewertet unter normalen und vernünftigerweise vorhersehbaren Fehlerbedingungen) an dieser Position ;

-         falls notwendig, Minimierung der FEL unter Fehlerbedingungen durch:

ü    einschließlich automatischer Überwachung in der Maschine, oder

ü     Sicherstellen, dass der Laserschutz ausreichend weit entfernt vom durch Fokusoptik erzeugten Strahlfokus ist, oder

ü die    Installation gefährdeter Teile des Laserschutzes entfernt von Bereichen, die einer hohen Bestrahlungsstärke ausgesetzt sein könnten, oder

ü    Bewegen der Laserschutzvorrichtung weiter weg von der Laserprozesszone, oder

ü    Einbeziehung in das Design der Maschinenstrahlsteuerungsmerkmale, um eine verbesserte Laserstrahlsteuerung zu ermöglichen.

Passive Laserschutz ist die einfachste Option. Wenn der FEL nicht auf einen Wert reduziert werden kann, bei dem gängige Schutzmaterialien einen ausreichenden Schutz in Form eines passiven Laserschutzes bieten, kann immer ein aktiver Laserschutz verwendet werden.

Die Bewertung der voraussichtlichen Expositionsgrenzwerte (FEL) ist in Anhang B der Norm PN-EN 60825-4: 2010 beschrieben.

Bei der Entwicklung von Laserbearbeitungsmaschinen müssen die Sicherheitsanforderungen berücksichtigt werden, die in zwei Teilen der Norm PN-EN ISO 11553 festgelegt sind: 2010 Sicherheit von Maschinen. Laserbearbeitungsmaschinen.

Ø   Teil 1: Allgemeine Sicherheitsanforderungen - betrifft Lasergeräte, die ausschließlich und speziell für die Anwendung in der Photolithographie, Stereolithographie, Holographie, Medizin und Datenspeicherung hergestellt werden.

Ø   Teil 2: Sicherheitsanforderungen für handgeführte Laserbearbeitungsgeräte - betrifft handgehaltene oder handbetätigte Geräte, die nicht in Teil 1 der obigen Norm aufgeführt sind.

Bei der Gestaltung der Schutzart muss Folgendes festgelegt werden:

-         Ausbreitungsrichtung eines Laserstrahls (fest, variabel) gegenüber einem Werkstück

-         Art der durchgeführten Operation (Schneiden, Schweißen usw.)

-         Material und Form eines Werkstücks

-         Befestigung eines Werkstücks

-         Sichtbarkeit eines Bearbeitungsbereichs

Die Norm EN 60825-4: 2010 enthält folgende Richtlinien:

-         Richtlinien für die Anordnung und Installation von Laserschutzvorrichtungen - Anhang E

-         Richtlinien für die Konstruktion und den Bau von Laserschutzvorrichtungen - Anhang F

-         Leitlinien zu den Anforderungen an Zugangspaneele und Sicherheitsverriegelung - Anhang G

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·                      CO2-Laserstrahlmaschinen zum Schweißen und Schneiden

Bei der Konstruktion einer CO2-Laserstrahlmaschine zum Schweißen oder Schneiden in Zweiachsenkonfiguration muss der Konstrukteur die in drei Teilen der folgenden Norm festgelegten Anforderungen berücksichtigen: PN-EN ISO 15616 Abnahmetests für CO2-Laserstrahlmaschinen für hohe Qualität Schweißen und Schneiden:

-         Teil 1: Allgemeine Grundsätze, Annahmebedingungen

-         Teil 2: Messung der statischen und dynamischen Genauigkeit

-         Teil 3: Kalibrierung von Instrumenten zur Messung von Gasfluss und -druck