Bezpečnostné a environmentálne aspekty laserového pracoviska
Laser, akronym vytvorený z anglických slov: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, je zdroj monochromatického koherentného svetla, ktorý vznikne umiestnením zosilňovača svetla do optického rezonátora nastaveného na príslušnú vlnovú dĺžku. Ako aktívne laserové prostredia môžu slúžiť rozličné materiály v rôznych skupenstvách (obr.1). Laser mal v máji 2010 už päťdesiat rokov.
História laserového zariadenia začala v Hughes Research Laboratories dňa 16.mája pred 50-timi rokmi, keď americký fyzik Theodore Harold Maiman po prvýkrát odskúšal svoj vynález - laser. Laserový zväzok vytvoril tak, že do špeciálnej tyče z umelého rubínu vyslal lúče obyčajného svetla. Ako aktívne prostredie použil teda rubínový kryštál. Maimanov laser využíval tri energetické hladiny a pracoval iba v pulznom režime.
Obr. 1 Rozdelenie laserov podľa použitej aktívnej látky
Aplikácie lasera
Časom sa začal tento nový vynález etablovať v každej oblasti modernej spoločnosti. Jeho aplikovateľnosť nadobudla tisíce možných variantov. Používa sa napríklad pri zváraní karosérií a presnom obrábaní súčiastok alebo pri výrobe hologramov, v leteckej doprave, v monitorovaní škodlivín v ovzduší, pri čítaní čiarového kódu, pri výrobe a čítaní CD, DVD, blu-ray a magnetooptických diskov, v laserových tlačiarňach, pri chirurgických zákrokoch, na vymeriavanie v stavebníctve a geodézii, v odevnom priemysle na strihanie stoviek vrstiev látok súčasne a úspešne sa používa aj v telekomunikačnej technike. Momentálne je veľkou výzvou alternatívnych zdrojov energie použitie laserových systémov vo fúznej energetike.
Laser v strojárstve
Strojárstvo ako také však pozná hodnotu tejto progresívnej technológie a používa vysoko-výkonové lasery od oblasti ako je rezanie kovov až po vysoko presné spracovanie vzoriek, ktoré môže byť obrábané vysokými rýchlosťami, Obr.2. Ďalšou strojárskou aplikáciou je laserové zváranie, kde výhody zahrňujú možnosť vytvoriť úzku zvarovú húsenicu s menšími deformáciami od zvaru. Iné použitie je laserové označovanie rôznych nerovných povrchoch a kódové popisovanie výrobkov. Technológia laserového vŕtania umožňuje vytvárať malé otvory, ktoré nie je možné vytvoriť iným spôsobom alebo je ich možné vytvoriť, ale stálo by to neuveriteľne veľa, Obr.3. Laserové povrchové spracovanie pokrýva množstvo ďalších a ďalších aplikácií ako žíhanie, kalenie, striekanie resp. nanášanie a čistenie povrchov.
Obr. 2 Detail rezania laserom
Obr. 3 Vŕtanie malých otvorov laserom
Strojárstvo používa hlavne dva typy laserov: Nd:YAG a CO2. V prvom je aktívne médium tyč z ytrio-hlinitého granátu (Y3Al5O12). Ide o bezfarebný, opticky izotropný kryštál s kubickou štruktúrou dotovaný kovovým neodýmom. V druhom prípade je to typ plynového lasera, v ktorom je médiom oxid uhličitý (CO2).
Granátové lasery poskytujú výstupné výkony až do približne 5kW pre zváranie, značenie, vŕtanie atď. Jednou z výhod žiarenia granátových laserov je možnosť prenášať lúč cez optické vlákna, ktoré sú ľahko manipulovateľné robotom. CO2 lasery ponúkajú oveľa vyššie úrovne výkonov až do približne 50kW.
Mnoho iných typov lasera pracuje v širokom pásme vlnových dĺžok pokrývajúc skoro celé spektrum od infračervenej oblasti cez viditeľnú až po ultrafialovú. Každý z nich ponúka výhody v špecifických aplikáciách. Avšak Nd:YAG a CO2 lasery sú v spracovaní materiálov dominantné vzhľadom na poskytované výkony laserového lúča.
Bezpečnostné a environmentálne aspekty na strojárskom pracovisku s laserom
Bezpečnosť na laserovom pracovisku má vysokú mieru informovanosti personálu, preto je potrebné pred zapnutím lasera upovedomiť všetky osoby v pracovnom priestore o uvedení lasera do činnosti. Pre každé laserové zariadenie má byť určená zodpovedná osoba zodpovedajúca za jeho prevádzku. Monitorovanie prezencie pracovníkov na pracovisku s laserovým žiarením je tiež jedným z účinných ochranných nástrojov.
Ak nie je manipulácia zdrojom laserového žiarenia zabezpečená tak, aby sme mohli vylúčiť možné riziko zasiahnutia osôb laserovými lúčmi, používa sa najväčší použiteľný priemer lúča a len taká energia výstupného výkonu, ktorá je pre dané použitie zdroja laserového žiarenia nevyhnutná.
Nastavovanie optických systémov zdrojov laserového žiarenia s výnimkou zdrojov triedy 1 zabezpečujeme spôsobom, ktorý vylučuje zasiahnutie zraku a pokožky laserovým žiarením.
K zaisteniu cielenej ochrany presne poznáme intenzitu laserového žiarenia v určitej vzdialenosti od zdroja, tzn. bezpečnú vzdialenosť od zdroja pre priamy pohľad do laserového lúča.
Oba typy laserov, najviac používaných v strojárstve, generujú svetlo v infračervenej oblasti, čo znamená, že samotný laserový lúč nie je viditeľný. Pre lepšie nastavovanie obrobku sa často zapína aj laser s nízkym výkonom vo viditeľnej oblasti spektra. Mikroskopy, ďalekohľady a iné optické systémy, ktoré sa používajú na pozorovanie priameho alebo odrazeného žiarenia lasera by sme mali nastaviť tak, aby vystavenie oka žiareniu lasera neprekračovalo najvyššie prípustné hodnoty.
Ak nie je možné vylúčiť zasiahnutie zraku a pokožky zamestnancov pracujúcich na pracovisku so zdrojmi laserového žiarenia priamym alebo zrkadlovo resp. difúzne odrazeným žiarením s hodnotami vyššími ako sú prípustné, ochranu očí a pokožky zabezpečujeme účinnými osobnými ochrannými prostriedkami.
Na laserovom pracovisku je používanie ochranných okuliarov podmienkou a ďalší pracovníci musia byť chránení konštrukčným riešením, napr. krytmi stroja. Pri výbere okuliarov je potrebné postupovať podľa typu lasera, zvoleného ochranného stupňa a na ich základe zvoliť vhodné filtre a rám, Obr.4. Pri určovaní ochranného stupňa je potrebné rozlíšiť, či sa jedná o kontinuálny alebo pulzný mód lasera.
Pred zásahom laserového žiarenia rúk a ramien sa osvedčili tkaninové a nepriepustné rukavice, pri vyšších triedach aj z ohňovzdorných materiálov.
Obr. 4 Osobné ochranné okuliare používané pri práci s laserovým žiarením
Z týchto dôvodov sú laserové prístroje značené dohodnutou značkou a kategorizované do štyroch základných bezpečnostných tried podľa Európskej normy EN 60 825. Klasifikácia laserov do tried je nepriamo založená na niektorých expozičných limitov pre ľudské oko, ale tiež uvažuje o iných nebezpečných prípadoch, týkajúcich sa vzdialenosti zamestnancov od laserovej clony, doby expozície atď.
Okrem optického žiarenia lasera je tu nebezpečenstvo expozície vznikajúcimi plynmi, ktoré sú tvorené pri formovaní plazmy, používajú sa pre ochrannú atmosféru a na preplachovanie dráhy laserového lúča (vodík, hélium dusík, argón a ich zmesi). Inými škodlivinami sú aj vodné pary, ktoré vznikli počas procesu chladenia, kovové alebo nekovové znečisťujúce látky odparené z povrchu obrobku. Podľa druhu prevádzky a vykonávanej technológie musí byť pracovisko vybavené výkonnými odsávacími zariadeniami, napr. sekvenčnými, povrchovými a kombinovanými. Dbá sa tiež na osobnú ochranu dýchacích ciest, Obr.5.
Obr. 5 Osobný ochranný respirátor používaný pri práci s laserovým žiarením
Laserový proces tiež vyžaduje elektrickú energiu a generuje žiarenie. V napájacom zdroji elektrickej jednotky a tak tiež v pracovnej komore laserovej výkonnej jednotky je vysoké napätie. Laserové zariadenia musia mať kryty, pretože striedavé napätie v napájacom zdroji ma hodnotu 380 V a jednosmerné vo výkonovej laserovej jednotke je približne 2000 V. Zabezpečovať pravidelnú kontrolu elektrickej inštalácie, aby sa predišlo zásahu elektrickým prúdom, je dôležité a prísne evidované.
Spracovávane povrchy polovýrobkov môžu pri dotyku popáliť zamestnanca a vyvolať požiar pri zásahu zápalných materiálov laserom. Pri práci s materiálmi so sklonom k samovznieteniu musí byť oblasť, s ktorou laser prichádza do styku, obklopená tepelnou bariérou schopnou zamedziť šíreniu laserového lúča mimo pracovné miesto. Rovnako by nemali byť v priestore, v ktorom sa pracuje s laserovým žiarením, uložené látky uvoľňujúce vplyvom laserového žiarenia škodlivé plyny alebo podnecujúce vznik výbušných zmesí.
Súčasťou ochranných opatrení sú požiadavky na označovanie a vybavenie zdrojov laserového žiarenia a pracovísk, na ktorých sa tieto zdroje používajú ako aj zabezpečenie bezpečnostných a zdravotných požiadaviek na pracovisku so zdrojom laserového žiarenia.
Požiadavky na označovanie a vybavenie zdrojov laserového žiarenia a pracovísk, na ktorých sa tieto zdroje používajú
Vchody do priestorov, v ktorých sú umiestnené zdroje laserového žiarenia tried podľa Tab.1 (1M, 2, 2M, 3R, 3B a 4) sa musia označiť príslušnými značkami (napr. kombináciou vybraných výstražných značiek, Obr.6 až Obr.8, zákazovej značky Obr.9 a príkazových značiek Obr.10 a Obr.11) spolu s doplnkovým textom. Zdroje laserového žiarenia musíme vybaviť svetelnou resp. akustickou signalizáciou chodu zariadenia a štítkami s textami v súlade s príslušnou technickou normou.
Zdroje laserového žiarenia sú vybavené pevným krytom a označujeme ich zákazom snímania krytu. Pri zámernom odstránení krytu s týmito zdrojmi zaobchádzame ako so zdrojmi laserového žiarenia triedy zodpovedajúcej parametrom ich výstupného žiarenia a laserového žiarenia danej triedy. Je nutné úplné alebo čiastočné zapuzdrenie laserových systémov, najlepšie s použitím absorbujúcich materiálov, aby sme zabránili odrazom. Zdroje laserového žiarenie triedy 3B a 4 je potrebné zabezpečiť pred nežiaducou manipuláciou, napr. zámkom. Mali by sme ich vybaviť konektorom diaľkového ovládania s pripojením k hlavnému núdzovému blokovaniu, ktorý nám zabezpečí odpojenie od zdroja alebo k blokovaniu vstupu do miestnosti. Je potrebné, aby boli zabezpečené trvalým zabudovaním tzv. „zastavovačov" alebo „zoslabovačov" zväzku lúčov laserového žiarenia. Okrem predchádzajúcich požiadaviek zdroje laserového žiarenia triedy 4 musíme zabezpečiť príslušnou signalizáciou pri vstupných dverách na mieste, ktoré je viditeľné aj z miesta obsluhy zdroja. Ďalšou bezpečnostnou výbavou je zariadenie spoľahlivo zamedzujúce uvedenie zdroja do prevádzky nepovolanou osobou. Zdroj je umiestnený iba v priestore zabezpečenom proti vstupu nepovolaných osôb. Ak je zdroj laserového žiarenia umiestnený v stavebne oddelenom priestore, vstupné dvere sa upravia tak, aby sa pri pootvorení dverí zvonka prerušil chod zdroja laserového žiarenia pomocou koncového spínača a po ich následnom zatvorení sa zdroj neuviedol opätovne do prevádzky.
Prevencia verzus odstraňovanie následkov
Otázky, ktoré by sme si mali položiť pred prácou s laserovými zariadeniami pokrývajú hlavné tieto oblasti:
Trieda zariadenia: Aká je bezpečnostná trieda laserového zariadenia? Podľa zaradenia laserového zariadenia do príslušnej bezpečnostnej triedy je potrebné aby sme dodržiavali definované opatrenia, požiadavky a označenia daných bezpečnostných tried laserových zariadení;
Ochrana zraku: Môže laserový lúč zamestnanca zraniť alebo oslepiť? Ak používame laserové zariadenia v súlade s predpismi, normami a ak použijeme ochrannú kabínu, ktorá zabraňuje expozícii laserového lúča nie je nevyhnutné použiť ochranné okuliare;
Ochrana dýchacích ciest: Je laserové zariadenie vybavené adekvátnym odvetrávaním? Pri niektorých laserových zariadeniach dochádza k uvoľňovaniu nebezpečných škodlivín, preto nesmieme zabudnúť na riadené odsávanie, odvetrávanie a používanie respirátorov;
Celková bezpečnosť: Je bezpečné použiť laserové zariadenie? Je dôležité na začiatku poznať všetky nebezpečenstvá a riziká, ktorá sa môžu vyskytnúť na pracovisku s laserovým zariadením a usilovať sa o to, aby sa venovalo 80% pozornosti prevencii a odstraňovaniu následkov len zvyšných 20 %.
Budúcnosť bezpečnosti laserového pracoviska pomocou environmentálneho inžinierstva
Je potrebné mať neustále na pamäti, že bezpečnosť je dôležitou zložkou priemyselnej automatizácie a závisí na používanej technológii a na laserovom zariadení. Všetky bezpečnostné opatrenia sú prevenciou zranenia a nehôd na pracovisku a tiež školenie je významným faktorom pre úspešnú implementáciou akejkoľvek progresívnej technológie v prevádzke alebo výrobnom postupe. Bezpečnostné smernice vypracované bezpečnostnými technikmi a odborníkmi v laserových technológiách znížia alebo odstránia záťaže a nehody v pracovnom priestore. Pracovná záťaž a únava zamestnancov môžu byť znížené dôkladným plánovaním vykonávaných prác a dobre integrovanými bezpečnostnými opatreniami. V kocke môžeme uviesť, že vypracované preventívne a bezpečnostné opatrenia a predpisy na laserovom pracovisku sa týkajú najmä konštrukčného návrhu zariadenia (napr. krytovanie, použitie tzv. klietky, lokálne a centrálne odsávanie škodlivín). Po druhé ide o zaistenie bezpečnostného a zdravotného označenia. Po tretie je to dôsledné používanie osobných ochranných prostriedkov a pomôcok. Ako posledné je veľmi dôležité zabezpečiť odbornú výchovu a vzdelávanie zamestnancov vo výrobe a servisnej obsluhy pomocou školení a praktických cvičení.
Doc. Ing. Alena Pauliková
PhD. Ing. Anna Beneová
Strojnícka fakulta Technickej univerzity v Košiciach
Pridať komentár
Najčítanejšie
Skalár III OS – ultra přesné měření
Prvním krokem k úsporám teplé vody (TV) v domě, je nezbytné, co nejpřesněji změřit její spotřebu. Česká společnost ULITEP, spol. s.r.o., ve spolupráci se společností Hydrometer GmbH, představuje vlastní výrobek, měřicí sestavu Skalár III OS s přesností do 1 %. VIAC
Automatické kotle na pelety ATMOS představují moderní vytápění
Automatické kotle na pelety dnes přestavují moderní způsob vytápění rodinných domů a jiných objektů. Kotle určené pro topení peletami s hořáky na pelety ATMOS A25 nebo A45 mají hodně společného s topením zemním plynem nebo topným olejem. VIAC
Energeticky úsporné, teplé, cenovo dostupné suché podlahové kúrenie
Zdravá, prírodná alternatíva podlahy v podobe keramickej dlažby CREATON so sebou prináša množstvo výhod: úspora energie, nízka váha - len 38,25 kg/m2, hrúbka dlažby len 2 cm, použiteľnosť už po 48 hodinách, rýchlosť pokládky, jednoduchý perodrážkový systém, ktorý môže realizovať iba jeden človek a dokonca laik. VIAC
Copyright © 2008 TechPark, o.z. | Všetky práva vyhradené | Realizácia: Webmax
Komentáre k článku | Pridať komentár
Anna Beneová (03.06.2011)
Dobrý deň pán Diviak,
ďakujeme veľmi pekne za Váš záujem o danú problematiku, následne Vám zasielam odpoveď na Vašu otázku.
Priestor prevádzky lasera triedy č. IV. musí byť označený výstražnou tabuľkou „LASEROVÉ ŽIARENIE, NEVSTUPOVAŤ!“ a musí byť zabezpečený zámkom voči neželanému vstupu nepovolaných osôb. Vstup do priestoru je povolený iba za použitia okuliarov, ktoré slúžia ako ochrana voči laserovému žiareniu. Samotné laserové zariadenie je potrebné označiť tabuľkou „LASER IV.TRIEDY“. Pri zásahu priamym, ale i odrazeným laserovým lúčom hrozí veľmi ťažké poškodenie zdravia človeka. Preto je potrebné zabezpečiť laserové zariadenie zariadením, ktoré zamedzí jeho samovoľnému uvedeniu do chodu. Laserové zariadenie musíme zabezpečiť tak, aby dráha lúča bola okrytovaná a ukončená absorpčným terčom, ktorý je upravený tak, aby ani difúzne odrazeným žiarením nemohlo dôjsť k zásahu očí osôb. Kryt dráhy luča sa upravuje spôsobom, aby po jeho otvorení bol prerušený prívod elektrickej energie do napájacieho zdroja. V okolí laserového zariadenia je potrebné minimalizovať výskyt horľavých materiálov.
Dúfam, že predchádzajúce informácie boli pre Vás dostačujúce.
S pozdravom a prianím pekného dňa
Ing. Anna Beneová
milan diviak (23.05.2011)
dobry den mohol by som vas poprosit o zaslanie informaci o rizikach ktore vznikaju pri praci s laserom 4.TRIEDy neaki analiz rizik a o opatrenia ktore sa musia urobit aby neboli zamestnanci ohrozeni pri praci s laserom 4.TRIEDy DAKUJEM VELMI PEKNE KED BUDETE TAKI DOBRI MOJ MEJL JE DIVO85@azet.sk prajem pekny den
Mária Muchová (09.10.2010)
Dobrý deň,
so záujmom som si prečítala Váš článok. Pomohol mi v mojej práci - som autorizovaný bezpečnostný technik v spoločnosti, zaoberajúcej sa elektrotechnickou výrobou.
S úctou
Muchová