SK7142Y1 - Spôsob riadenia bezpečnosti vykresľovania laserových zariadení nastavovaním výkonu laserového žiarenia - Google Patents

Abstract

Spôsob riadenia bezpečnosti vykresľovania laserových zariadení pomocou nastavovania výkonu laserového žiarenia spočíva v tom, že riadiace zariadenie nastaví výkon na takú hodnotu, pri ktorej nedôjde k poškodeniu zraku alebo k iným nežiaducim účinkom laserového žiarenia na ľudí alebo objekty nachádzajúce sa v časti vykresľovacieho priestoru laserového zariadenia s definovanou vzdialenosťou od laserového zariadenia.

Description

Technické riešenie sa týka spôsobu riadenia výkonu laserových zariadení laserovej triedy II. až IV z hľadiska bezpečnosti vykresľovania.

Doterajší stav techniky

V súčasnosti sa na riadenie bezpečnosti vykresľovania laserových projektorov využívajú rôzne elektronické zariadenia, ktoré pre svoju funkciu používajú sledovanie pohybu vychyľovacej sústavy projektorov, tzv. skenerov. Pokiaľ dôjde k zastaveniu či už horizontálneho, alebo vertikálneho pohybu skenerov, a teda aj laserového lúča, elektronika to po uplynutí reakčného času vyhodnotí ako nebezpečnú situáciu a preruší laserovú emisiu. Zariadenia často ponúkajú používateľovi možnosť nastavenia zón, teda oblastí, v ktorých daná ochrana je aktívna a mimo ktorých je neaktívna. Medzi hlavné nevýhody tohto princípu patrí absencia dynamiky nastavenia, čiže sa nevie samostatne prispôsobiť aktuálnym podmienkam v skenovanej oblasti, a vypínanie skenovania aj u tých obrazcov, ktoré nepredstavujú hrozbu pre laserovú bezpečnosť. Ďalšou nevýhodou je skutočnosť, že tento spôsob riadenia bezpečnosti vykresľovania nie je schopný určiť úroveň optického výkonu pre objekty, nachádzajúce sa v skenovanej oblasti laserového zariadenia, ani ju obmedziť bez úplného vypnutia emisie.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky sú podstatne alebo úplne odstránené spôsobom riadenia bezpečnosti vykresľovania laserových zariadení nastavovaním výkonu laserového žiarenia na takú hodnotu, pri ktorej nedôjde k poškodeniu zraku alebo k iným nežiaducim účinkom laserového žiarenia u ľudí alebo objektov nachádzajúcich sa v časti vykresľovacieho priestoru laserového zariadenia s definovanou vzdialenosťou od laserového zariadenia.

Podstata spôsobu riadenia bezpečnosti vykresľovania laserových zariadení podľa technického riešenia spočíva v tom, že pre každý bod alebo objekt nachádzajúci sa vo vykresľovacom priestore laserového zariadenia v definovanej vzdialenosti od laserového zariadenia sa výpočtom stanoví hodnota maximálnej bezpečnej úrovne výkonu laserového žiarenia a tú následne riadiace zariadenie nastaví na osvit daného bodu alebo objektu. Pre výpočet maximálnej bezpečnej úrovne laserového žiarenia je potrebné poznať viaceré premenné: vzdialenosti medzi daným bodom a laserovým zariadením a hodnôt modulačných napätí v danom bode pre každý z použitých zdrojov laserového žiarenia v danom laserovom zariadení, ďalej nasledovné konštanty: maximálny výkon laserového žiarenia, tvar prevodovej charakteristiky vstupného modulačného napätia na výkon, vlnová dĺžka laserového žiarenia, priemer lúča na výstupe laserového zariadenia a rozbiehavosť lúča, všetky osobitne zmerané pre každý z použitých zdrojov laserového žiarenia v danom laserovom zariadení. Parametre použitých zdrojov laserového žiarenia sa určia meraním a vo výpočte sa používajú ako konštanty. Ďalej je potrebné poznať vzdialenosť medzi laserovým zariadením a objektmi, na ktoré jeho laserové žiarenie dopadá, pretože so vzrastajúcou vzdialenosťou od laserového zariadenia rastie priemer laserového lúča a klesá hodnota výkonovej hustoty laserového žiarenia, čo umožňuje nastaviť vyšší výkon laserového žiarenia pre vzdialenejšie objekty vo vykresľovacom priestore. Maximálna bezpečná úroveň laserového žiarenia je taká úroveň, pri ktorej nedochádza k prekročeniu maximálneho dovoleného ožiarenia rohovky oka, definovaného vzťahom 18.t^0,75, kde t je čas expozície, podľa normy STN EN 60825-1 : 2008-06.

Do riadiaceho zariadenia môže používateľ zadávať konkrétne hodnoty vzdialenosti pre všetky oblasti vykresľovacieho priestoru laserového zariadenia, v ktorých sa môžu nachádzať osoby alebo objekty, ktoré je treba chrániť pred účinkami laserového žiarenia. Zadávanie musí vždy obsahovať tvar a rozmery danej oblasti vykresľovacieho priestoru a hodnotu jej minimálnej vzdialenosti od laserového zariadenia. Počas vykresľovania mimo zadaných oblastí riadiace zariadenie obmedzí výkon na používateľom stanovenú hodnotu alebo výkon vôbec neobmedzí. Vzdialenosti jednotlivých objektov nachádzajúcich sa vo vykresľovacom priestore laserového zariadenia je tiež možné zmerať jednorazovo tzv. kalibračným bezkontaktným meraním, pričom namerané hodnoty vzdialeností sa následne uložia do pamäte riadiaceho zariadenia a počas prevádzky sa považujú za konštantné. Vzdialenosti jednotlivých objektov nachádzajúcich sa vo vykresľovacom priestore laserového zariadenia je tiež možné merať neustále počas vykresľovania laserového zariadenia bezkontaktným meraním, pričom namerané hodnoty vzdialeností sa následne aktualizujú a do výpočtu maximálneho bezpečného výkonu vstupuje vždy aktuálna hodnota príslušnej vzdialenosti.

Na výpočet maximálneho bezpečného výkonu je tiež potrebné zohľadniť rýchlosť pohybu laserového lúča v mieste dopadu lúča na objekt, z ktorej sa vypočíta zodpovedajúci čas ožiarenia laserovým žiarením.

Keďže maximálny výkon laserového žiarenia daného laserového zariadenia je tvorený súčtom všetkých maximálnych výkonov použitých zdrojov laserového žiarenia daného laserového zariadenia, tak aj maximál2

SK 7142 Υ1 ny bezpečný výkon laserového zariadenia v konkrétnom bode vykresľovacieho priestoru je tvorený súčtom všetkých redukovaných výkonov použitých zdrojov laserového žiarenia daného laserového zariadenia pre konkrétny bod vykresľovacieho priestoru.

Hodnota maximálnej bezpečnej úrovne laserového žiarenia sa určuje ako súčet súčinov výkonov zodpovedajúcich modulačným napätiam všetkých použitých zdrojov laserového žiarenia v danom zariadení pre konkrétny bod vykresľovacieho priestoru a korekčného koeficientu k, pričom hodnota korekčného koeficientu k je výsledkom výpočtu riadiaceho zariadenia a môže nadobúdať hodnoty z intervalu 0<k<l. Pre daný bod vykresľovacieho priestoru je vždy rovnaká pre všetky použité zdroje laserového žiarenia v danom laserovom zariadení. Hodnota korekčného koeficientu k nadobúda rôzne hodnoty pre rôzne body vykresľovacieho priestoru.

Hodnota maximálneho dovoleného ožiarenia laserovým žiarením (MPE) je stanovená vzťahom 18.t⁰’⁷⁵, kde t je čas expozície, v norme STN EN 60825-1 : 2008-06 a riadiace zariadenie neustále prispôsobuje okamžitú hodnotu výkonu laserového žiarenia daného laserového zariadenia tak, aby maximálne dovolené ožiarenie nepresiahlo normou stanovené hodnoty.

Výhodou tohto riešenia je úplná bezpečnosť skenovania, pri ktorej nemôže dôjsť k poškodeniu zraku ani k inému poškodeniu objektov, nachádzajúcich sa vo vykresľovacom priestore laserového zariadenia v definovanej vzdialenosti od laserového zariadenia, pretože nikdy nie je prekročená hodnota maximálneho dovoleného ožiarenia laserovým žiarením. Tiež uvedené riešenie prináša výhodu v tom, že umožňuje použiť väčšie výkony laserového žiarenia pre vzdialenejšie objekty, čo umožňuje lepšie využitie laserového zariadenia.

Priemyselná využiteľnosť

Riadenie bezpečnosti vykresľovania laserových zariadení nastavovaním výkonu laserového žiarenia je možné použiť pre ľubovoľné laserové zariadenie laserovej triedy II až IV, ktorého lúč môže dopadnúť na ľudí alebo iný chránený objekt nachádzajúci sa v definovanej vzdialenosti od laserového zariadenia. Hlavné využitie uvedeného systému je v projektoroch pre laserovú šou, v priemyselných zariadeniach, ako sú napr. meracie, zameriavacie a navádzacie systémy, zváracie a gravírovacie zariadenia, medicínske zariadenia, dermatologické prístroje a mnohé iné.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (3)

1. Spôsob riadenia výkonu laserového žiarenia z hľadiska bezpečnosti vykresľovania, vyznačujúci sa tým, že pre každú časť vykresľovacieho priestoru laserového zariadenia so známou minimálnou vzdialenosťou tejto časti od laserového zariadenia sa v riadiacom zariadení stanoví hodnota maximálnej bezpečnej úrovne výkonu laserového žiarenia tak, aby v mieste dopadu laserového lúča v známej minimálnej vzdialenosti nebola prekročená hodnota maximálneho ožiarenia očnej rohovky MPE, ktorá je stanovená vzťahom 18.t⁰’⁷⁵, kde t je čas expozície, a riadiace zariadenie následne nastaví túto hodnotu maximálneho bezpečného výkonu laserového žiarenia pre danú časť vykresľovacieho priestoru.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že hodnota maximálnej bezpečnej úrovne výkonu laserového žiarenia v danom bode vykresľovacieho priestoru závisí od nasledovných premenných: vzdialenosti medzi daným bodom a laserovým zariadením a hodnôt modulačných napätí v danom bode pre každý z použitých zdrojov laserového žiarenia v danom laserovom zariadení, ďalej od nasledovných konštánt: maximálneho výkonu laserového žiarenia, tvaru prevodovej charakteristiky vstupného modulačného napätia na výkon, vlnovej dĺžky laserového žiarenia, priemeru lúča na výstupe laserového zariadenia a rozbiehavosti lúča, všetky osobitne zmerané pre každý z použitých zdrojov laserového žiarenia v danom laserovom zariadení; kde hodnota maximálnej bezpečnej úrovne laserového žiarenia sa určuje ako súčet súčinov výkonov zodpovedajúcich modulačným napätiam všetkých použitých zdrojov laserového žiarenia v danom zariadení pre konkrétny bod vykresľovacieho priestoru a korekčného koeficientu k, pričom hodnota korekčného koeficientu k je výsledkom výpočtu riadiaceho zariadenia a môže nadobúdať hodnoty z intervalu 0<k<l a pre daný bod vykresľovacieho priestoru je vždy rovnaká pre všetky použité zdroje laserového žiarenia v danom laserovom zariadení, pričom čas ožiarenia laserovým žiarením v mieste dopadu je závislá od rýchlosti pohybu laserového lúča v mieste dopadu lúča na objekt.

3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že zdrojom laserového žiarenia v laserovom zariadení je ľubovoľný laser s laserovou triedou II - IV.