CN103635282A

CN103635282A - 用于激光辐射的安全封闭设备

Info

Publication number: CN103635282A
Application number: CN201280032602.4A
Authority: CN
Inventors: 尼古拉斯·多雷; 热雷米·吕施; 埃尔韦·托马森
Original assignee: Siemens VAI Metals Technologies SAS
Current assignee: Clecim SAS
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: KR20140035451A; EP2726245B1; KR102026488B1; ES2543779T3; EP2540435A1; WO2013004404A1; RU2607295C2; BR112013033569B1; CN103635282B; RU2014103430A; BR112013033569A2; US20140197141A1; US10022819B2; EP2726245A1

Abstract

本发明涉及一种用于激光辐射的安全封闭设备，包括：安全封闭壳体（EN），其具有至少两个横向上相对的开口（O1，O2），至少一个金属带（B）可以通过开口（O1，O2），壳体包括布置在两个开口之间的带的传送路径上的用于夹紧带的第一和第二夹持装置（M11，M12，M12s；M21，M22，M22s），其中所述夹持装置被横向地布置在带的至少宽度上，切割或焊接设备的头部（TL），发射要约束的激光辐射脉冲，所述脉冲能够在带表面一侧上彼此相对放置的一对夹持装置（M11，M12）之间横向移动，其中，在夹持装置夹紧带的位置中，夹持装置（M11，M12，M12s；M21，M22，M22s）在带表面上的接合对激光辐射导致形成物理屏蔽（F1b），禁止所述辐射通过壳体的两个开口。

Description

用于激光辐射的安全封闭设备

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于激光辐射的安全封闭设备，以及其作为焊接和切割材料、尤其是经受冶金操作的金属带的方法的一部分的用途。

作为连续线冶金应用的一部分，带对接焊接机提供多个可能且已知的焊接方式：闪光、搭接、TIG、MIG和激光。对于称为激光焊接机的焊接机，主要使用的源的类型是CO2源。也可以使用其他类型的源，例如称为ASOLID（也称为YAG、盘或光纤类型）的源，其波长约1060nm，具有许多优点，除了别的优点以外，包括光路简单、更好的效率和高质量的光束。根据情况，也可以使用这些源作为切割移动带的装置。在本文接下来的部分，将不做焊接和切割应用之间的区别，它们都需要本发明提出解决的封闭。事实上，这样类型的激光源的不足在于光束波长的选择和固有危险，从而必须安装封闭以阻止对别人的任何事故。然而，这样的封闭不是没有问题或者至少与不同方面相关联：

-太窄的封闭（例如封闭焊接区），对于操作者而言，难以看到机器中的操作区（切割和焊接）；

-带（来自焊接机或朝焊接机传送，来自或朝向相邻处理线、绕线机等）必须能够与传统机器相比无任何更多困难地进入和离开焊接机。鉴于移动带很长（几百米），不可能绕要切割的的带或要焊接的带进行整体物理封闭。因此，封闭只能够包括包封焊接/切割机的具有带输入和输出开口的壳体，因此存在激光辐射通过这些开口泄漏的可能性。

-进入机器以进行调节和维护必须尽量简单。

本发明的目的是提出一种用于一种装置的激光安全封闭设备，该装置激光切割和/或焊接通过传送进入或离开该装置的带。

因此，通过权利要求1提出这样的设备。又提出这个设备的用途作为切割和/或焊接进入或离开所述设备的金属带的一部分，其被布置在所述带的传送线中。

本发明涉及一种用于激光辐射的安全封闭设备，包括：

-具有至少两个横向上相对开口的安全封闭壳体，至少一个金属带可以通过上述开口，

-所述壳体包括布置在两个开口之间的带的传送路径上的用于夹紧带的第一和第二夹持装置，其中，所述夹持装置被横向地布置在带的至少宽度上，

-切割或焊接设备头部，用于发射要约束的激光辐射脉冲，所述脉冲能够在带表面一侧上彼此相对放置的一对夹持装置之间横向移动，

-其中，在夹持装置夹紧带的位置中，夹持装置接合在带表面上导致形成对激光辐射的物理屏蔽，禁止所述辐射通过壳体的两个开口。

所述壳体具有按比例定尺寸以覆盖以下装备的第一优点：激光辐射发射头部、用于夹紧的夹持装置和它们的框。以这种方式，壳体具有可与房间相比的尺寸，通过位于所述壳体的一个壁上的单个门，操作者可以进入壳体中。此外，还能够在壳体的壁上或甚至门上布置至少一个窗，从而使得能够查看焊接/切割装置，所述窗根据应用的安全标准被设计成过滤任何激光辐射。最后，壳体可以包括可动顶，允许在焊接/切割装置停止时进行重型维护操作（例如，通过单个高架起重机或其他升降装置，移去所述顶和移动用于夹紧的夹持装置单元）。此外，还能够在壳体外放置用于焊接/切割装置的控制台，除了窗之外，在从外部控制的壳体中可以安装查看和控制装置。通过这些布置，因此操作者可以容易地查看壳体中的焊接/切割操作区，并且可以在无任何复杂性或被束缚的情况下进入壳体中（激光关闭）和进行轻型且甚至更重型的维护。

根据本发明的设备的第二优点在于壳体被布置为如下舱室，该舱室覆盖带焊接/切割装置，且原则上只具有用于至少一个带到所述舱室的输入和从所述舱室的输出的两个开口。鉴于夹持装置的接合阻碍了激光辐射通过两个开口的输出，简单和有效地使封闭安全，无需必须给所述封闭舱室添加门。还可以在现有焊接或切割装置周围整体且简单地安装封闭舱室，针对其能够安装具有“asolid”源或其他类型源的激光。通过这样的安装，将提供的是，舱室的开口被放置和缩放成放置在辐射屏蔽之下，其中每对夹持装置邻近被夹紧位置中的每个开口。更一般地，夹紧带的夹持装置对的几何形状应该尽量简单地提供屏蔽。通过从属权利要求提出与优点相关的根据本发明的附加布置。

使用描述的图片来提供示例性实施方式和应用：

图1根据本发明的用于激光辐射的安全封闭设备，

图2机械控制的屏蔽，

图3通过褶皱集成到夹持装置中的屏蔽，

图4由夹持装置部分控制的偏离屏蔽，

图5通过偏移传送线产生的偏离屏蔽

图1示出了根据本发明的用于激光辐射的安全封闭设备的实施方式，包括：

-安全封闭壳体（EN），其具有至少两个横向上相对的开口（O1，O2），至少一个金属带（B）可以在此原则上水平地通过开口（O1，O2），

-壳体，包括布置在两个开口之间的带的传送路径上的第一和第二带夹紧夹持装置（M11，M12，M12s；M21，M22，M22s），其中，所述夹持装置被横向地布置在带的至少宽度上，

-用于切割或焊接带的设备的辐射发射头部（TL），所述头部发射要约束的激光辐射的竖直脉冲，所述脉冲能够在带表面一侧上彼此相对放置的一对夹持装置（M11，M21）之间横向移动（这里，已知夹持装置在带之上的较高处），

-其中，在夹持装置夹紧带的每个表面的位置中，夹持装置在带表面上的接合导致形成对激光辐射的物理屏蔽（F1b），禁止所述辐射通过壳体的两个开口。图1清楚地示出了屏蔽（F1b）由夹持装置（M11，M12；M21，M22）的后表面的一部分形成，其尺寸足够大以对辐射遮蔽每个开口。这里，针对夹持装置（M11，M12；M21，M22）表面的术语“后”表示离开口（O1，O2）最近。

原则上，带上面的夹持装置（M11，M21）相对于带可以是固定的或高度上可调节的，且带下面的夹持装置（M12，M22）可以通过放置在壳体（EN）覆盖的框上的起重器（V12，V22）被竖直地远离带而移动。带下面的两个夹紧的夹持装置（M12s，M22s）是对带的宽度被横向分段的夹持装置（即横向于带的传送），且由于独立分布在每个分段上的阻挡/夹紧装置（V12s，V22s），而允许更有力和精确的夹紧。

因此，示意性地，封闭壳体（EN）覆盖辐射发射头部和两列夹紧的夹持装置，每列分别包括带上面的夹紧的夹持装置、带下面的夹紧的夹持装置和带下面一系列分段的夹紧的夹持装置。作为一般原则，两列中的至少一列也是横向上可动的，且根据本发明的设备提供了：在最远离壳体中邻近开口的可动列的至少一个位置中，提供由夹持装置的接合形成的屏蔽，以禁止任何激光辐射通过所述开口。

所述屏蔽补充地由辐射发射头部侧的夹持装置（M11，M12s；M21，M22s）的表面上的辐射吸收涂层（F1a）形成。该涂层也被提供在壳体的内壁上，以禁止来自辐射发射头部或来自反射面的辐射的任何虚假反射，例如不可避免的辐射发射头部之下带的辐射。

正如上面已经提到的，图1提供了壳体（EN）的可动顶（T）的表示，从而在壳体中形成可堵塞的至少第三上开口。即使未示出，在没有开口（O1，O2）的至少一个壁中，即平行于带的传送方向，提供至少一个门和一个窗。在壳体中放置监控装置，以确保启动任何辐射之前之前门、顶等被关闭。

通过激光单元以约1000nm的近红外波长发射激光辐射，理想地在与约1060nm的光纤/盘类型的激光应用到约870nm的二极管类型的激光应用匹配的范围内。因此，根据本发明的封闭设备适于与用于不同用途（激光焊接和/或切割）和带格式/材料的激光有关的各种水平的安全要求。

因此，封闭设备的多种用途是可能的。

根据本发明的激光封闭设备的一种用途是辐射发射头部是激光带切割机。

根据本发明的激光封闭设备的替选或补充用途是辐射发射头部（或第二辐射发射头部）是第一带尾部和第二带头部的激光焊接机。在这种情况下，一个带的尾部被带到并保持在第一夹紧的夹持装置中（即第一列夹紧的夹持装置），第二带头部被带到并保持在与第一夹紧的夹持装置相对的第二夹紧的夹持装置中（即第二列夹紧的夹持装置），当两个带被保持在夹紧位置的夹持装置中时，允许辐射的启动。最后，这样的用途提供：

-在将第一带尾部穿过第一夹紧的夹持装置和随后第二夹紧的夹持装置之前，两个夹紧的夹持装置被放置在未夹紧的位置，同时促进机械分离，该机械分离足以允许第一带穿过激光封闭壳体的输出开口和输入开口，激光封闭壳体包围至少夹持装置和焊接头部，这个步骤禁止辐射启动，

-最迟在完成将第二带的头部带入第二夹持装置的保持位置中之后，两个夹持装置返回到夹紧的位置，从而针对在壳体外通过激光辐射引起屏蔽，以允许辐射的启动。

在图1的基础上，图2示出了夹持装置处通过机械控制的期望屏蔽的实施方式。该例子在一个上夹持装置（M11）上给出，然而可以在任何其他夹持装置（M12，M21，M22…）上给出。因此，通过机械耦接（CPL），在夹紧夹持装置（例如M11和M12）后，由机械控制的一个或多个壁（F1b’）形成屏蔽。如果夹持装置的固有几何耦接不构成针对可以通过开口出现的辐射的足够安全的屏蔽，那么这个系统尤其有效。这样的壁也可以是局部堵塞开口直到带表面一半高度的门。

作为图1和图2的替选或补充，屏蔽也可以由夹持装置和每个开口之间的迷宫式堵塞网络形成。这种类型的网络的布置是：如果夹持装置被接合，所述网络堵塞朝向开口（O1，O2）的其余可能的辐射路径。

根据本发明的设备还提供：屏蔽可以由分段成多个夹持装置（以上称为“分段的”（M12s，M22s））的横向分布形成，该横向分布在带夹紧区域外且在所述带侧向的夹持装置分段可并排放置。带边缘处的“宽度可变”的这种屏蔽效果对适于具有高度可变格式且因而具有高度可变宽度的带的焊接/切割装置尤其有利。取决于提供的分段的数量，有可能的是带边缘上的至少一个分段夹持装置引起如果辐射发射头部接近则可透过辐射的空隙，因此可以设想屏蔽由带侧向的可动壁形成，可动壁被带到夹持装置夹紧的位置中带的边缘（侧向可动屏蔽的这一选择也适于带上面或下面的未分段的夹紧的夹持装置）。

图3示出了借助滚轴（R）通过带的褶皱集成入两个夹持装置的屏蔽，滚轴（R）的长度大于带上夹紧位置中的上夹持装置和下夹持装置（M11，M12或M21，M22）的长度（下夹持装置M12，M22能够被补充地分段或不分段）。滚轴原则上横向于两个夹持装置的一个中的传送被布置，滚轴圆柱横截面的一部分进入另一夹持装置的凹处中。因此，通过存在滚轴而在后夹持装置表面上开口处形成屏蔽，来自两个夹紧的夹持装置之间的辐射发射头部的、且没有带出现的（带边缘处）辐射被停止。屏蔽的这种实施方式能够彻底阻挡剩余辐射在夹紧的夹持装置之间传播，有利的是当滚轴的长度大于带的长度或开口宽度时、无论带的宽度怎样都是如此。

除了通过分布在两个夹持装置夹紧表面上的圆柱凹处的该最后可能性之外，更一般的是，可因此由夹持装置和每个开口中或之间的带偏离形成屏蔽，理想地通过使所述带褶皱或交错。

图4示出了具有偏离或褶皱的替选或补充屏蔽，这里，也由下夹紧的夹持装置（M12，M12s）部分地控制，其中，通过横向于带传送的偏离元件比如滚轴（R1）产生褶皱，所述滚轴能够被耦接到一对夹持装置的至少一个可动夹持装置的后面，甚至被放置在壳体外，从而通过一个开口进入或离开的带倾斜地进入或离开，阻挡辐射从壳体内到壳体外的通过。在根据图4的例子中，在具有例如用于输入带的开口的壳体的一侧上，在处于打开位置的一对上夹持装置和下夹持装置（M11；M12，M12s）之间的线（LP）上带通过壳体到达，机械耦接到例如下夹持装置（M12）的元件（R1）-滚轴-在所述夹持装置接近上夹持装置时升起。

在耦接的带夹紧位置中，滚轴（R1）产生了带的褶皱，从而通过开口中带的倾斜形成屏蔽。元件的尺寸（或所述滚轴的直径）可以被选择以超过壳体中开口的尺寸，并提供增强的安全封闭。

图5示出了具有通过偏移传送线而导致的偏离的替选或补充屏蔽，这里其例如由下夹持装置（M12，M12s）部分地控制，其中这里当下夹持装置（M12，M12s）夹紧时，通过至少一个夹持装置在中间传送线（见壳体外的平阴影线）外移动（H）产生带的偏离。因此，每列夹持装置的夹持装置的后表面更居中，从而在壳体中的开口上覆盖更多，且偏离有助于附加地增强在各个开口中的该屏蔽。

最后，根据本发明和根据所有上述附图的设备还可以包括具有隧道壁（TU）（或其他类型的套管）的安全装置，其链接夹持装置列的后表面和相对开口的周边。隧道的至少一个壁是可动的或可变形的，以能够跟随潜在的夹持装置的移动（横向，竖向）。更一般的是，所述隧道因此可以具有可变的几何形状。在夹持装置接合的位置，屏蔽由夹持装置和每个开口之间的带周围的隧道形成，所述隧道吸收或至少禁止任何剩余虚假辐射通过每列夹持装置和壳体中邻近开口之间的任何自由空间从壳体出去。

Claims

1.一种用于激光辐射的安全封闭设备，包括：

-安全封闭壳体（EN），其具有至少两个横向上相对的开口（O1，O2），至少一个金属带（B）能够通过所述开口（O1，O2），

-所述壳体包括布置在两个开口之间的带的传送路径上的用于夹紧带的第一和第二夹持装置（M11，M12，M12s；M21，M22，M22s），其中，所述夹持装置被横向地布置在所述带的至少宽度上，

-切割或焊接设备的头部（TL），其发射要约束的激光辐射的脉冲，所述脉冲能够在所述带的表面的一侧上彼此相对放置的一对夹持装置（M11，M21）之间横向地移动，

-其中，在所述夹持装置夹紧所述带的位置中，所述夹持装置（M11，M12，M12s；M21，M22，M22s）在所述带的表面上的接合导致形成对激光辐射的物理屏蔽（F1b），以禁止所述辐射通过所述壳体的两个开口。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述屏蔽由辐射发射头部侧的夹持装置的表面上的辐射吸收层（F1a）形成。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中，屏蔽（F1b）由夹持装置的后表面的一部分形成，其具有足够大的尺寸以针对辐射遮蔽每个开口。

4.如权利要求1或2所述的设备，其中，当夹持装置夹紧时，所述屏蔽由机械控制的壁（F1b’）形成。

5.如上述权利要求的任一项所述的设备，其中，所述屏蔽由所述带在夹持装置和每个开口之间的偏离形成，理想地通过使所述带褶皱或交错形成所述带偏离。

6.如权利要求5所述的设备，其中，通过至少一个夹持装置在中间传送线外移动产生带的偏离。

7.如权利要求5或6所述的设备，其中，通过横向于带传送的元件产生所述褶皱，所述元件能够被布置在一对夹持装置的后面，或者在元件是滚轴的情况下被布置在分布在两个夹持装置夹紧表面上的圆柱凹处中。

8.如上述权利要求的任一项所述的设备，其中，所述屏蔽由夹持装置和每个开口之间的迷宫式堵塞网络形成。

9.如上述权利要求的任一项所述的设备，其中，所述屏蔽由分段成多个夹持装置的横向分布形成，所述横向分布的在带夹紧区域外且在所述带侧向的所述夹持装置分段可以并排放置。

10.如上述权利要求的任一项所述的设备，其中，所述屏蔽由带侧向的可动壁形成，在所述夹持装置夹紧的位置中所述可动壁被带到带的边缘。

11.如上述权利要求的任一项所述的设备，其中，屏蔽由夹持装置和每个开口之间的围绕带的隧道或套管形成，所述隧道具有可变的几何形状。

12.如上述权利要求的任一项所述的设备，其中，通过激光单元在约1000nm的近红外波长、理想地在与约1060nm的光纤/盘类型的激光应用到约870nm的二极管类型的激光应用匹配的范围内发射激光辐射。

13.如上述权利要求的任一项所述的设备，其中，壳体包括通过可动顶可堵塞的至少第三上开口。

14.如上述权利要求的任一项所述的设备的用途，其中，所述辐射发射头部是激光带切割机。

15.如上述权利要求的任一项所述的设备的用途或权利要求14所述的用途，其中，所述辐射发射头部是用于焊接第一带尾部和第二带头部的激光焊接机。

16.如权利要求15所述的用途，其中，一个带的尾部被带到并保持在第一夹紧的夹持装置中，第二带的头部被带到并保持在与所述第一夹紧的夹持装置相对的第二夹紧的夹持装置中，且当两个带被保持在夹紧位置的夹持装置中时，允许辐射的启动。

17.如权利要求16所述的用途，其中：

-在使第一带尾部穿过第一夹紧的夹持装置和随后穿过第二夹紧的夹持装置之前，两个夹紧的夹持装置被放置在未夹紧的位置中，且同时促使机械分离，所述机械分离足以允许第一带通过激光封闭壳体的输出开口和输入开口，激光封闭壳体封闭至少夹持装置和焊接头，这个步骤禁止辐射启动，

-最迟在完成将第二带头部带入所述第二夹持装置的保持位置之后，两个夹持装置返回到夹紧位置，从而对在所述壳体外通过激光辐射产生屏蔽、从而允许辐射的启动。