專利名稱：為防護(hù)激光射線將一工作或作用區(qū)圍住的保護(hù)裝置之壁件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個防護(hù)激光源之激光射線、圍住一工作區(qū)域或作用區(qū)域的保護(hù)裝置之壁件，如一個艙室，一個壁結(jié)構(gòu)或一個屏蔽結(jié)構(gòu)，其具有一個與工作區(qū)域或作用區(qū)域相鄰的內(nèi)壁和一個與內(nèi)壁平行的，并離該工作區(qū)域或作用區(qū)域遠(yuǎn)于內(nèi)壁的外壁。
在DE 8908806 U1中已公開了一種用于一個激光射線-加工機(jī)械的保護(hù)裝置。這個保護(hù)裝置的壁件包括一個外部的板件，其由玻璃纖維或人造樹脂制成；還包括一個在該外部板件之內(nèi)側(cè)面上曲折形狀(meander)安置的熔絲以用作電導(dǎo)體以及包括一個內(nèi)板件，其由透明的塑料或由一種吸收激光射線的材料制成。該熔絲通過導(dǎo)線連接在一個所述加工機(jī)械的應(yīng)急電路上。一旦在加工機(jī)械的反常運行狀態(tài)時激光射線照射到一壁件上的情況下，該內(nèi)板件就在相當(dāng)大的區(qū)域內(nèi)由于這個板件材料之相對高的吸收能力而熔化。這樣形成的溫度是足夠高的，以致于也會將附近安置的導(dǎo)線熔化并因此使得在這些導(dǎo)線中連續(xù)減弱的電流中斷。由于通過導(dǎo)線中的電流中斷，則使得應(yīng)急電路并進(jìn)而使激光源以及加工機(jī)械斷開停止運行。同時，該應(yīng)急電路在該壁件之外部的玻璃纖維板被照射的激光射線熔斷之前就應(yīng)該觸發(fā)。
另外還公開了一種在激光系統(tǒng)中對光纜的監(jiān)控裝置或者說一種激光透鏡的控制裝置。在激光焊接時，在焊接過程中產(chǎn)生的等離子體同樣可以用一個光電管進(jìn)行監(jiān)控。最后還有這樣的方案，即在激光透鏡系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置得能夠根據(jù)剩余反射作用獲知，從激光源發(fā)出的激光射線是否通過了透鏡(optik)或者說，激光射線是否為不可控地在空間中散射的。
所有公知的監(jiān)控或防護(hù)系統(tǒng)的任務(wù)是，觸發(fā)一個應(yīng)急裝置，借助它，使激光源或加工裝置停止運行。
但是正如實際的經(jīng)驗以及在過去所發(fā)生的事故表明的那樣，這些已知的監(jiān)控系統(tǒng)，對防止激光射線從保護(hù)裝置中射出方面不可能提供百分之百的安全性，因為該應(yīng)急裝置不可能在所有可想到的故障情況下都能如此速地反應(yīng)以使得可靠地避免激光射線通過保護(hù)裝置射出以及由此引起的該保護(hù)裝置之貫穿熔化。
這些迄今公知的保護(hù)裝置還不能提供令人滿意的效果，卻也表明了在該專業(yè)鄰域中人們所進(jìn)行的研究。例如，在皮爾(pren)12254(1995、11月)的“激光工作場所的屏蔽”中對用于壁件的材料提出了要求，但是卻沒有給出解決途徑。另外還在世界范圍內(nèi)討論了該20.IEC 8254“激光防護(hù)”設(shè)計方案，這在當(dāng)時正處在一個更新的協(xié)調(diào)原則上。在這個方案中，建議所應(yīng)用的被動式壁件在內(nèi)部被充注有負(fù)壓的水或負(fù)壓的空氣。由此這種壁件必須是絕對的密封，所以導(dǎo)致很高的制造成本。另外還存在的危險是，在有故障時，水會從壁件中流出并進(jìn)入工作間或類似地方，這樣，還存在著電擊危險的問題。還有，在應(yīng)用這種壓力容器作為壁件時，還應(yīng)該注意另外的涉及到壓力容器之安全規(guī)定的技術(shù)要求。此外，在所述的后者設(shè)計方案中用于激光射線的保護(hù)裝置之主動式壁件還應(yīng)能被啟動，而這些壁件在結(jié)構(gòu)上類似于被動式壁件，為此還要設(shè)置有傳感器以便檢測在內(nèi)壁和外壁之間的內(nèi)壓或溫度差。由此，這種解決方案應(yīng)能是導(dǎo)致令人滿意的效果，然而，由于這種壁件的結(jié)構(gòu)設(shè)置卻使得其結(jié)構(gòu)消耗以及制造成本都是特別高昂的。
由此引出本發(fā)明的任務(wù)是對開關(guān)所述類型的壁件如此地改型設(shè)置，即，該壁件具有一個特別簡單的結(jié)構(gòu)方案并且還能滿足當(dāng)前適用的對保護(hù)裝置防護(hù)1級激光的要求。依此，對壁件的要求是耐用度為100秒。也就是說，激光在此時間期限內(nèi)不能將壁件擊穿。此外，還必須遵守MZB一值。在本申請的范圍內(nèi)，關(guān)于激光射線或激光源應(yīng)該理解為這樣的激光，它的能量足以破壞多種材料。關(guān)于這種激光源可以涉及CO2激光器，其功率達(dá)30KW，或涉及Ecimer-激光器，氦激光器，氬激光器，紅寶石激光器和Nd-YAG激光器等。
這一任務(wù)按照本發(fā)明基本上如此解決內(nèi)壁和外壁由金屬如鐵板或鋼板構(gòu)成，其中，內(nèi)壁至少在朝向工作區(qū)域或作用區(qū)域的側(cè)表面上設(shè)置一個具有高吸收能力的涂層；而且外壁之朝向內(nèi)壁的側(cè)表面具有一個較小的吸收能力。
這種壁件具有優(yōu)點是，在一個故障情況下散射的激光射線擊中到該壁件上時，覆置在該側(cè)表面上的涂層就會在擊中點的區(qū)域內(nèi)由于加熱而開始燃燒。因為從擊中點徑向上擴(kuò)散的熱量傳送不是足夠迅速的，故在應(yīng)用適當(dāng)?shù)念伭锨闆r下該燃燒核心可保持狹小地局限在一個圓形區(qū)域上。同時發(fā)生的氣體可導(dǎo)致一個通過自身散射發(fā)出的射線擴(kuò)散或射線變形(熱力初軋Thermal Blooming)，因此，激光射線的功率密度被明顯地減小。由于這種因為內(nèi)壁涂層的燃燒而產(chǎn)生的氣體還使得在散射射線的邊緣區(qū)域的溫度也顯著地下降。而外壁的具有一個較小吸收能力或較高的反射能力的側(cè)表面則將被內(nèi)壁的外側(cè)表面所發(fā)射的熱能往回反射，因此，該外壁的側(cè)表面在100秒的時間期限內(nèi)只承受很小的加熱作用?？傊呀?jīng)證明，本發(fā)明壁件的結(jié)構(gòu)設(shè)置和成本是特別經(jīng)濟(jì)的，同時，由于在故障情況下于壁件上激光射線的擊中點區(qū)域內(nèi)按要求產(chǎn)生了氣體或蒸汽，因此，基于氣體或蒸汽對激光光線的強(qiáng)烈控制作用就會引起該激光射線的有效減弱。
按照本發(fā)明的第一優(yōu)選的結(jié)構(gòu)方案，該涂層由黑色的顏料構(gòu)成。該內(nèi)壁側(cè)表面的這種附加涂層可實現(xiàn)，在故障情況下壁件之內(nèi)壁被燒化時，在壁件的內(nèi)壁和外壁之間引起一個較強(qiáng)的氣體或蒸汽形成，其用于進(jìn)一步提高激光射線之功率密度的發(fā)散度或者說減弱該激光射線的功率密度。
另外已經(jīng)證明有利的方式是，在內(nèi)壁和外壁之間設(shè)置至少一個中間壁。這種中間壁已被證明特別有用的是，該壁件被用于屏蔽特別高功率的激光射線的場合，例如屏蔽具有數(shù)千瓦功率的Nd-YAG型激光源的情況。
同時這至少一個中間壁可以由金屬如鐵板或鋼板和/或由石墨或由石墨涂層的板件制成。應(yīng)用石墨或石墨涂層的板材已被證明由于這些材料之高的吸收能力而具有特別重要的意義。在壁件內(nèi)部使中間壁進(jìn)行特殊的組合設(shè)置例如就可實現(xiàn)，壁件在故障情況下的耐用時間被提高到超出要求的100秒的數(shù)值，或者也可實現(xiàn)，壁件被用于屏蔽具有激光功率超過10KW的激光源。
按照本發(fā)明另一個優(yōu)選的結(jié)構(gòu)方案，一個中間壁至少在一個側(cè)表面上設(shè)置一個涂層，特別是一種黑色的顏料涂層，如果該內(nèi)壁在一個故障情況下可能被激光射線燒透的話，則這涂層的中間壁可基于所覆置的涂層被燃燒而用作另外的發(fā)送氣體或蒸汽的源泉，因此，該激光射線可被進(jìn)一步擴(kuò)展進(jìn)而其功率密度也被減弱。
另外已被證明有利的是，和外壁相鄰的中間壁及和內(nèi)壁相鄰的中間壁具有一個較小的吸收能力。通過這個特殊形式的結(jié)構(gòu)配置，使得壁件的耐用時間進(jìn)一步提高或者說，所要求的抵抗能力即使在更高的激光功率條件下也可達(dá)到。
而且還表明，根據(jù)不同的應(yīng)用場合，設(shè)置一個由石墨或由石墨涂層的板材構(gòu)成的中間壁是很有意義的。
在壁件的內(nèi)壁和外壁之間的距離大致與激光源之原始射線束的直徑相一致。在此，原始射線束被理解為從激光源射出后的激光射線或者更確切地說進(jìn)入激光透鏡之前的激光射線。在遵循這個度量標(biāo)準(zhǔn)的情況下，就可實現(xiàn)一個特別有效的激光射線之散射或者說功率密度的減弱。
此外已被證明有利的是，相鄰壁的間距，例如內(nèi)壁相對于中間壁或者中間壁相對于中間壁或者中間壁相對于外壁，同樣大致與激光源之原始射線束的直徑相一致。可以理解，當(dāng)然是在壁件的各個壁之間還可以設(shè)置較大的間距，同時，理所當(dāng)然地在壁件之最大的厚度和其效能之間也應(yīng)該找到一個協(xié)調(diào)關(guān)系。
如實際的試驗表明的那樣，相鄰壁的間距約為60mm或者更多一些被證明是有利的。
按照本發(fā)明又一個有利的優(yōu)選變型，在壁件和激光源之間的距離至少為激光透鏡之焦距的4倍至5倍。原則上說，該壁件不應(yīng)該設(shè)置在激光透鏡之焦點區(qū)域或焦距范圍內(nèi)。這是因為，此處存在一個很高的激光射線的功率密度。此外，通過壁件的這種結(jié)構(gòu)配置還可適應(yīng)相關(guān)的安全規(guī)定或事故防范規(guī)定。
根據(jù)本發(fā)明之另一個實施方案，該多層式壁件的端側(cè)面最好在各方面是封閉的。因此，這種壁件就可以很好地被操作，或者說可被組裝成一個更大的聯(lián)合方案，同時，由此就可附加地實現(xiàn)，在發(fā)生故障時于壁件之內(nèi)腔中產(chǎn)生的氣體或蒸汽就可被集中起來并不會過快地散失。
按照本發(fā)明之又一結(jié)構(gòu)方案，該壁件在一個垂直向的上邊部分中并最好在端側(cè)面區(qū)域中置有孔。這些孔用于在一種故障情況下使得在壁件之內(nèi)腔中產(chǎn)生的煙霧氣體有一個可控的排出。
一個附加的安全措施是如此實現(xiàn)的，即在壁件的內(nèi)壁和外壁之間安置一個煙霧或氣體傳感器，其與一個控制單元相連接。這個控制單元可以用來在故障期間發(fā)出緊急信號，這一點在全自動的激光裝置中已被證明是特別有用的，在這種裝置中，不是在任何時間都有一操作人員在場。但是也有這樣的方案，即借助這個控制單元以適當(dāng)?shù)姆绞嚼缤ㄟ^切斷(運行)或使功率下降或類似方式來控制激光裝置。
在此，按照本發(fā)明另一個變型方案已被證明有利的是，至少兩個傳感器被安置在壁件的不同位置上。因為不應(yīng)排除的是，該激光射線在故障情況下被正好定位到一個這樣的傳感器上，但是，已被證明，在一個有余地的裝置方案中應(yīng)用一個第二傳感器是有意義的。
按照本發(fā)明應(yīng)該指出特別有意義的是，該內(nèi)壁和外壁以及必要時在其間安置的至少一個中間壁具有基本上相互對準(zhǔn)的、由兩個或多個依次疊置的層制成的板件，這些板件由聚碳酸酯或玻璃纖維構(gòu)成，依此，就可實現(xiàn)一個通過壁件與外部隔離的工作區(qū)域的光學(xué)控制，同時已經(jīng)表明，這種板式配置結(jié)構(gòu)可以對于CO2激光器的照射和同樣對于Nd-YAG-激光器的照射承受100秒以上的時間，明顯地，這一點要歸因于，激光射線在透過第一個板件時就已經(jīng)顯著地喪失了其能量并且改變了它的形式，所以隨著時間的延續(xù)它才射到與其以間距安置的另一板件上。通過另外的板件的設(shè)置還可以提高到達(dá)這個隨后的板件上的時間延遲。
在一具有至少一壁件的防止激光射線的保護(hù)裝置中已經(jīng)證明按照結(jié)構(gòu)的觀點看有利的方式是，該保護(hù)裝置具有一個框架結(jié)構(gòu)，其中，框架通過鋼支架構(gòu)成，而壁件被固定在該框架上。
下面借助附圖中描述的實施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。

圖1是帶有一內(nèi)壁和一外壁的本發(fā)明壁件之第一實施例圖2是圖1之本發(fā)明壁件的第二實施例，帶有一附加的中間壁；圖3是圖1之本發(fā)明壁件的另一實施方案，但帶有兩個中間壁；圖4是圖1之本發(fā)明壁件的又一實施例但帶有兩個中間壁，其中，一個中間壁由石墨構(gòu)成或覆置有石墨層；和圖5是圖1之本發(fā)明壁件的再一實施方案，但帶有在內(nèi)腔中安置的煙霧傳感器；在附圖中描述的用于防止一激光源38之激光射線的保護(hù)裝置的壁件10具有至少一個內(nèi)壁12和一個基本平行的外壁14。該內(nèi)壁12和外壁14由金屬構(gòu)成，最好由鐵板或鋼板制成，其中，該內(nèi)壁12至少在朝向工作區(qū)域或作用區(qū)域的側(cè)表面18上并最好也在外側(cè)面20上設(shè)置一涂層16。該涂層可以最好是一種具有高的吸收能力的顏料涂層，例如由黑色顏料或者類似物制成，而外壁14之面對內(nèi)壁12的側(cè)表面22具有一個小的吸收能力。該外壁14之側(cè)表面22的小的吸收能力或者說較高的反射能力在實踐中例如已經(jīng)如此實現(xiàn)，即一個基本上未處理的鐵板或鋼板可用作外壁14，而它已具有一個起反射用的表面。當(dāng)然，不能排除，對外壁14之面對內(nèi)壁12的側(cè)表面22實施專門的處理或加工，以提高所述的反射能力。另外，最好也使內(nèi)壁12的側(cè)表面20設(shè)有所述涂層。
按照圖2的實施例，在內(nèi)壁12和外壁14之間的中間腔內(nèi)設(shè)置一個中間壁24，它在兩側(cè)是未涂層的，因此具有一個較小的吸收能力或者說高的反射能力。可以理解，該中間壁24既可以是單側(cè)面地或者也可以兩側(cè)面地被涂有一種具有高的吸收能力的顏料涂層。這一點要取決于特殊的使用目的。
按照圖3的實施例，設(shè)置了兩個中間壁24,26，其中，該中間壁24按照一個特殊的實施例是未被涂層的，也就是說，是反射型的，而中間壁26是被涂層的，也就是說是吸收型的。
按照圖4的實施例，在壁件10之內(nèi)壁12和外壁14之間又設(shè)置了兩個中間壁24,28，其中，該中間壁28在該情況中由石墨或一種帶石墨涂層的板構(gòu)成，該中間壁24與此相反是不涂層的，并具有一個高的反射能力。
可以理解，為了適應(yīng)相關(guān)的應(yīng)用場合，對前面所述的實施例以任意組合的方式做出的變型方案和修正設(shè)置都是可以采用的。本發(fā)明的基本構(gòu)思在于，在發(fā)生故障狀態(tài)的情況下通過壁件10的相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)置就可產(chǎn)生符合要求的氣體，蒸汽或煙氣。為此，設(shè)置其具有一個涂層16的單個壁件。這樣，例如該中間壁26至少在內(nèi)側(cè)面32上或者也可附加地在外側(cè)面上具有一種顏料涂層30。在單個壁件12,14,24,26,28之間的間距34,36大致與激光源38的原始射束(Rohstrahl)之直徑基本一致。在實踐中已經(jīng)證明，相鄰的壁件12,14,24,26,28之間距34或36為約60mm或更多時是有益的。該壁件10之離激光源38的距離40應(yīng)該大致為激光透鏡之焦距的4倍至5倍。
多層式壁件10的端側(cè)面42,44，最好是所有側(cè)面都基本封閉的。然而在此可以，最好是在一個垂直的上邊部分中，并且優(yōu)選在端側(cè)面42的區(qū)域內(nèi)設(shè)置孔50，如在圖4中示意描述的那樣。壁件10的這種結(jié)構(gòu)設(shè)置例如可以被用作一個框架結(jié)構(gòu)，其中，該框架通過鋼支架或類似的型材支架構(gòu)成；而壁件14,16,24,26,28則固定在這個框架上。
按照圖5的實施例，在內(nèi)壁件10之壁12和外壁14之間的中間腔內(nèi)最好設(shè)置兩個煙霧或氣體傳感器46,48，其與一個控制單元相連接。
零件編號10壁件12內(nèi)壁14外壁16涂層18側(cè)表面20側(cè)表面22側(cè)表面24中間壁(空白的)26中間壁(黑色)28中間壁(石墨)30顏料涂層32側(cè)表面34間距36間距38激光源40間距42端側(cè)面44端側(cè)面46傳感器48傳感器50孔
權(quán)利要求
1.用于防護(hù)一激光源(38)的激光射線而將一工作區(qū)域或作用區(qū)域圍住的保護(hù)裝置之壁件(10)，如一個艙室，一種壁結(jié)構(gòu)或一種屏蔽結(jié)構(gòu)，其具有一個相鄰于工作區(qū)域或作用區(qū)域的內(nèi)壁(12)和一個與該內(nèi)壁(12)平行的外壁(14)，該外壁(14)與該工作區(qū)域或作用區(qū)域的間距大于內(nèi)壁(12)與該區(qū)域的距離，其特征在于該內(nèi)壁(12)和外壁(14)是由金屬，如鐵板或鋼板構(gòu)成；其中，該內(nèi)壁(12)至少在朝向工作區(qū)域或作用區(qū)域的側(cè)表面(18)上設(shè)置一種具有高吸收能力的涂層(16)；而外壁(14)之朝向內(nèi)壁(12)的側(cè)表面(22)具有一個小的吸收能力。
2.按權(quán)利要求1所述的壁件，其特征在于該涂層(16)由黑色顏料構(gòu)成。
3.按前述權(quán)利要求之一所述的壁件，其特征在于在內(nèi)壁(12)和外壁(14)之間安置至少一個中間壁(24,26,28)。
4.按權(quán)利要求3所述的壁件，其特征在于至少一個中間壁(24,28)由金屬，如鐵板或鋼板和/或由石墨或者由石墨涂層的板構(gòu)成。
5.按權(quán)利要求3或4之一所述的壁件，其特征在于一個中間壁(26)至少在一側(cè)表面(32)上設(shè)置一個涂層(18)，特別地設(shè)置一種黑色的顏料涂層(30)。
6.按權(quán)利要求3至5之一所述的壁件，其特征在于該相鄰于外壁(14)的中間壁(26)具有一個高吸收能力的顏料涂層(30)；而相鄰于內(nèi)壁(12)的中間壁(24)具有一個小的吸收能力。
7.按權(quán)利要求3至6之一所述的壁件，其特征在于一個中間壁(28)由石墨或由石墨涂層的板件構(gòu)成。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的壁件，其特征在于在內(nèi)壁(12)和外壁(14)之間的距離(34)大約與激光源(38)之原始射束的直徑相一致。
9.按前述權(quán)利要求之一所述的壁件，其特征在于相鄰壁的間距(36)，如內(nèi)壁(12)相對于中間壁(24)，或中間壁(24)相對于中間壁(26,28)，或中間壁(24,26,28)相對于外壁(14)，它使與激光源(38)之原始射束的直徑相一致。
10.按前述權(quán)利要求之一所述的壁件，其特征在于相鄰壁(12,14,24,26,28)的間距(34,36)至少為60mm。
11.按前述權(quán)利要求之一所述的壁件，其特征在于在壁件(10)和激光源(38)之間的距離(40)至少為激光透鏡之焦距的4至5倍。
12.按權(quán)利要求之一所述的壁件，其特征在于多層式壁件(10)的端側(cè)面(42,44)最好是所有方面都封閉的。
13.按權(quán)利要求12所述的壁件，其特征在于在一個垂直的上邊部分中，最好在端側(cè)面(42)的區(qū)域內(nèi)設(shè)置了孔(50)。
14.按前述權(quán)利要求之一所述的壁件，其特征在于在內(nèi)壁(12)和外壁(14)之間安置一個煙霧或氣體傳感器(46,48)，其與一個控制單元相連接。
15.按權(quán)利要求14所述的壁件，其特征在于至少兩個傳感器(46,48)安置在壁件(10)之不同的位置上。
16.按前述權(quán)利要求之一的壁件，其特征在于內(nèi)壁和外壁(12及14)和必要時在其間安置的至少一個中間壁(24,26,28)具有基本上相互對準(zhǔn)的、由聚碳酸酯(Policarbonat)或玻璃纖維制成的板件。
17.按權(quán)利要求16所述的壁件，其特征在于該板件至少由兩個，最好是多個依次安置的層構(gòu)成。
18.防護(hù)激光射線的保護(hù)裝置，具有至少一個由前述權(quán)利要求之一限定的壁件，其特征在于該保護(hù)裝置具有一個框架結(jié)構(gòu)，其中，該框架通過鋼支架構(gòu)成；該壁件(14,16,24,26,28)固定在框架上。
全文摘要
防護(hù)激光源(38)之激光射線的保護(hù)裝置之壁件(10),如一個艙室,一個壁結(jié)構(gòu)或一屏蔽結(jié)構(gòu),用于圍住一工作或作用區(qū)域,其具有一個相鄰于工作區(qū)域的內(nèi)壁(12)和一個與內(nèi)壁(12)平行的并離工作區(qū)域遠(yuǎn)于內(nèi)壁(12)的外壁(14)。為了啟動一個可使激光源或加工裝置停止運行的應(yīng)急裝置而規(guī)定,該內(nèi)壁(12)和外壁(14)由金屬如鐵或鋼板制成,其中,內(nèi)壁(12)至少在朝向工作區(qū)域的側(cè)表面(18)上設(shè)置一種高吸收能力的涂層(16);而外壁(14)之對著內(nèi)壁(12)的側(cè)表面(22)具有小的吸收能力。
文檔編號F16P3/00GK1225163SQ97196350
公開日1999年8月4日 申請日期1997年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月18日
發(fā)明者埃溫·馬丁·黑貝雷爾 申請人:埃溫·馬丁·黑貝雷爾