DE202008018087U1

DE202008018087U1 - Radiation protection element, radiation protection arrangement and computer system, data carrier and signal sequence

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Publication number: DE202008018087U1
Application number: DE202008018087U
Authority: DE
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Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2012-04-30
Anticipated expiration: 2018-04-03

Abstract

Strahlenschutzelement, -anordnung und – und Rechneranlage, Datenträger sowie Signalfolge zum Schutz vor dem Austreten von Strahlen (ST') einer Strahlungsquelle (L), insbesondere einer Laserstrahlungsquelle, aus einem Raum (R) mit: einem leeren Innenraum (I2; I2'''; I2''''), welcher allseitig von einer durch die Strahlen (ST') perforierbaren Hülle (W2; W2', W2''; W2'''; W2'''') umgeben ist; einer in diesem leeren Innenraum (I2; I2'''; I2'''') vorgesehenen Erfassungseinrichtung (S1–S4; SP; S1a–S4a) zum Erfassen einer Änderung einer physikalischen Größe (STR; P'; SP) in diesem Innenraum (I2; I2'''; I2''''), welche sich nach einer Perforation (P) der Wand (W2; W2', W2''; W2'''; W2'''') durch die Strahlen (ST') ergibt und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals (L1–L4; LSP; L1a–L4a), welches zum Einleiten einer Schutzmassnahme außerhalb der Kammer (I2; I2'''; I2'''') verfügbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Größe (STR; P'; SP) eine von den (Laser-)strahlen (ST') verschiedene optische Strahlung ist.Radiation protection element, arrangement and computer system, data carrier and signal sequence for protection against the escape of rays (ST ') from a radiation source (L), in particular a laser radiation source, from a room (R) with: an empty interior (I2; I2' ' '; I2' '' '), which is surrounded on all sides by an envelope (W2; W2', W2 ''; W2 '' '; W2' '' ') that can be perforated by the rays (ST'); a detection device (S1-S4; SP; S1a-S4a) provided in this empty interior (I2; I2 '' '; I2' '' ') for detecting a change in a physical variable (STR; P'; SP) in this interior (I2; I2 '' '; I2' '' ') which, after a perforation (P) in the wall (W2; W2', W2 ''; W2 '' '; W2' '' '), is caused by the rays ( ST ') and for generating a corresponding output signal (L1-L4; LSP; L1a-L4a), which is available for initiating a protective measure outside the chamber (I2; I2' ''; I2 '' ''); characterized in that the physical quantity (STR; P '; SP) is an optical radiation different from the (laser) beams (ST').

Description

Ohne Beschränkung ihrer allgemeinen Verwendbarkeit werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf Laserstrahlung erläutert. Die Vorrichtungen und die Signalfolge können auch für andere Strahlungsarten zum Einsatz kommen: elektromagnetische Strahlung, ionisierende und nicht ionisierende Strahlung, Partikelstrahlung, Elektronen-, Protonen-, Neutronenstrahlung etc.Without limiting its general applicability, the present invention and the problem underlying it with respect to laser radiation are explained. The devices and the signal sequence can also be used for other types of radiation: electromagnetic radiation, ionizing and non-ionizing radiation, particle radiation, electron, proton, neutron radiation, etc.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung von Elementen und einer Rechneranlage mit Datenträger und einer Signalfolge zum Detektieren einer sich vollziehenden aber auch bereits vorliegenden Perforation bzw. der Unversehrtheit eines Strahlenschutzelements durch Laserstrahlung oder andere Strahlungsarten durch Nachweis des Eindringens einer von der schädigenden Strahlung verschiedenen optischen Referenzstrahlung in das referenzstrahlungsdichte Schutzwandelement und Auslösung einer Schutzmaßnahme.The invention relates to an arrangement of elements and a computer system with data carriers and a signal sequence for detecting an executing but also existing perforation or the integrity of a radiation protection element by laser radiation or other types of radiation by detecting the penetration of a different optical radiation from the harmful radiation into the reference radiation-proof protective wall element and triggering of a protective measure.

Stand der TechnikState of the art

Die neueste Entwicklung im Bereich Hochleistungslaser sind Faser- bzw. Scheibenlaser mit hoher Ausgangsleistung und kleinem Strahlparameterprodukt bei großen Brennweiten. Insbesondere Faserlaser können Leistungen von bis zu 450 kW (militärische Anwendung) bzw. mehrere 10 kW, die für die industrielle Anwendung sinnvoll erscheinen, erreichen. Eine andere Entwicklung im Bereich Laser sind gepulste Systeme mit immer kürzeren Pulsdauern und höheren Pulsspitzenleistungen.The latest developments in high-power lasers are high-output fiber and disk lasers with small beam parameter product at long focal lengths. In particular, fiber lasers can achieve powers of up to 450 kW (military application) or several 10 kW, which appear reasonable for industrial applications. Another development in the field of lasers is pulsed systems with ever shorter pulse durations and higher pulse peak powers.

DE 10325906 A1 und DE 19629037 C1 betreffen den rein passiven Schutz vor Laserstrahlung durch Erhöhung der Schutzdauer von Laserstrahlschutzwänden mittels entsprechender Oberflächenbeschaffenheiten bzw. Zwischenräumen zwischen den Wänden. Es werden materialspezifische, unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften bzw. materialspezifische Absorptions- und Reflexionseigenschaften genutzt. Im praktischen Einsatz gehen diese Oberflächeneigenschaften durch Kontamination nach kurzer Zeit verloren und/oder würden stetige Dekontamination erfordern. DE 10325906 A1 and DE 19629037 C1 relate to the purely passive protection against laser radiation by increasing the duration of protection of laser beam barriers by means of appropriate surface textures or spaces between the walls. Material-specific, different heat-conducting properties or material-specific absorption and reflection properties are used. In practical use, these surface properties are lost by contamination after a short time and / or would require continuous decontamination.

In DE 10017284 C1 wird ein Wandelement gegen Laserstrahlung beschrieben, in das teilweise Metallschaum eingebracht ist. Daneben werden Temperatur-, Gas und Rauchsensoren in der Wand eingesetzt. Versuche haben gezeigt, dass Metallschaum die Schutzzeit der Wand herabsetzt und die Ausbreitung von Gas und Rauch behindert. Aufgrund der kleinen Wechselwirkungszone und -zeit von vielen Lasern mit Material wird in der Praxis nur wenig und kurzzeitig wärme in der Wand erzeugt, was viele Temperatursensoren notwendig macht. Der Aufbau ist insbesondere unter Beachtung von sicherheitstechnischen Anforderung (Kalibrierung, Störfreiheit, mehrkanalige Verkabelung etc.) sehr aufwendig. Fehlalarme aufgrund anderer Ereignisse oder Umstände, die Wärme in der Wand freisetzen, und die nicht durch den Laser bedingt sind, sind bei diesem Wandsystem nicht auszuschließen.In DE 10017284 C1 a wall element is described against laser radiation, is introduced into the partial metal foam. In addition, temperature, gas and smoke sensors are used in the wall. Tests have shown that metal foam reduces the protection time of the wall and hinders the spread of gas and smoke. Due to the small interaction zone and time of many lasers with material is in practice only a little and short-term heat generated in the wall, which makes many temperature sensors necessary. The structure is very expensive especially in consideration of safety requirements (calibration, freedom from interference, multi-channel cabling, etc.). False alarms due to other events or circumstances that release heat in the wall and that are not caused by the laser, can not be ruled out with this wall system.

In DE 19940476 A1 wird eine Laserschutzwand bestehend aus Lochblende und Folie beschrieben. In dieser ist ein Lichtsensor, auf den die Laserstrahlung direkt einwirkt, verbaut. Eine spiegelnde Beschichtung ist vorgesehen, um die Laserstrahlung zum Lichtsensor zu leiten. D. h. dieser Lichtsensor ist selektiv bezüglich der Wellenlänge des Lasers-”LichtsiDaneben ist in der Wand ein Wärmesensor verbaut.In DE 19940476 A1 a laser protective wall consisting of pinhole and film is described. In this a light sensor, on which the laser radiation acts directly installed. A reflective coating is provided to direct the laser radiation to the light sensor. Ie. this light sensor is selective with respect to the wavelength of the laser light. In addition, a thermal sensor is installed in the wall.

Aufgrund der kleinen Wechselwirkungszone und -zeit von vielen Lasern mit Material wird in der Praxis nur wenig und kurzzeitig Wärme in der Wand erzeugt, was viele und sehr sensitive Wärmesensoren notwendig macht. Der Aufbau ist insbesondere unter Beachtung von sicherheitstechnischen Anforderung (Kalibrierung, Störfreiheit, mehrkanalige Verkabelung etc.) sehr aufwendig. Fehlalarme aufgrund anderer Ereignisse oder Umstände, die Wärme in der Wand freisetzen, und die nicht durch den Laser bedingt sind, sind bei diesem Wandsystem nicht auszuschließen.Due to the small interaction zone and time of many lasers with material, in practice only a small amount of heat is generated in the wall for a short time, which makes many and very sensitive heat sensors necessary. The structure is very expensive especially in consideration of safety requirements (calibration, freedom from interference, multi-channel cabling, etc.). False alarms due to other events or circumstances that release heat in the wall and that are not caused by the laser, can not be ruled out with this wall system.

DE 36 38 874 C2 und DE 89 08 806 beschreiben ein nahezu identisches Verfahren, bei dem das durch Laserstrahlung verursachte Durchschmelzen eines elektrischen aktiven Leiters durch eine elektrische Schaltung detektiert wird. Bei Lasern mit sehr kleinem Strahlparameterprodukt müssten die elektrischen Leiter sehr eng beieinander liegen, was die Herstellung sehr aufwendig macht. DE 36 38 874 C2 and DE 89 08 806 describe a nearly identical process in which the melting of an electrically active conductor caused by laser radiation is detected by an electrical circuit. For lasers with a very small beam parameter product, the electrical conductors would have to be very close to one another, which makes the production very expensive.

In EP 0321 965 B1 wird ein Unfallverhütungsverfahren beschrieben, bei dem in einer Wand aus transparentem Material ständig die Illumination mittels eines Illuminationsdetektors gemessen wird, die dem Umgebungslicht entspricht. Dieser Messwert dient als Vergleichswert. Beim Auftreffen des Laserstrahls kommt es zu einem Blitz innerhalb des transparenten Materials. Die resultierende Strahlung wird durch Mehrfachreflexionen zum Illuminationsdetektor geleitet, was zum Überschreiten des Vergleichswerts führt und daraufhin den Laser abschaltet. Ein Photoemitter wird verwendet, um durch gezielte Illumination des Illuminationsdetektors dessen Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Der Aufbau ist insbesondere unter Beachtung von sicherheitstechnischen Anforderung (Kalibrierung, Störfreiheit, mehrkanalige Verkabelung etc.) sehr aufwendig. Fehlalarme aufgrund anderer Ereignisse oder Umstände (z. B. Blitzgerät), die die Illumination des transparenten Materials beeinflussen, und die nicht durch den Laser bedingt sind, sind bei diesem Wandsystem nicht auszuschließen.In EP 0321 965 B1 describes an accident prevention method in which the illumination is constantly measured in a wall of transparent material by means of an illumination detector which corresponds to the ambient light. This measured value serves as a comparison value. Upon impact of the laser beam, there is a flash within the transparent material. The resulting radiation is directed by multiple reflections to the illumination detector, which leads to exceeding the comparison value and then switches off the laser. A photoemitter is used to check its functionality by targeted illumination of the illumination detector. The structure is very expensive especially in consideration of safety requirements (calibration, freedom from interference, multi-channel cabling, etc.). False alarms due to other events or circumstances (eg, flash) that illuminate the transparent material can not be ruled out in this wall system and that are not caused by the laser.

In EP 1 646 334 A2 und identisch in DE 10 2005 034 110 A1 wird eine Laserschutzwand beschrieben, in der ein oder mehrere Sensoren zur Erkennung von Nah-Infrarot-Strahlung (NIR-Strahlung) angeordnet sind. Entsprechende der Lehre von EP 1 646 33 A2 „trifft die Laserstrahlung auf die Innenwand, die dadurch lokal erwärmt wird und Wärmestrahlung (NIR-Strahlung) in den Innenraum sendet. Diese NIR Strahlung wird von den Sensoren empfangen.” D. h. die Laserstrahlung dringt nicht selbst in den Innenraum vor und die Innenwand wird nicht durchbrochen. Das Wirkprinzip dieser Wand ist demnach DE 19 940 476 A1 (Wärmesensor) DE 10 017 284 C1 (Temperatursensor) identisch. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung von EP 1 646 334 A2 kann mittels NIR-Teststrahlern die Funktionsfähigkeit der Sensoren überprüft werden, indem „vorzugsweise in regelmäßigen Abständen oder dauerhaft ein Teststrahler Wärmestrahlung aussendet um vom gegenüberliegenden Sensor geprüft wird.” D. h. die Teststrahlung ist der Strahlung identisch, die im Falle des Auftreffens des Lasers detektiert werden soll, um die Anlage abzuschalten. Die durch den Laser hervorgerufene Wärmestrahlung müsste bei dauerhafter Teststrahlung diese übersteigen bzw. bei Teststrahlungsimpulsen länger anhalten. Aufgrund der kleinen Wechselwirkungszone und -zeit von vielen Lasern wird in der Praxis nur wenig und kurzzeitig Wärme in der Wand erzeugt. Als Folge wird eine solche Laserbestrahlung der Wand während gleichzeitig Teststrahlung zur Funktionsprüfung ausgesandt wird, nicht erkannt. Die Teststrahlung heizt das Wandelement kontinuierlich auf, da es sich um Wärmestrahlung handelt. NIR-Strahlung ist außerdem divergent und heizt somit den gesamten Innenraum auf, in dem sich bei EP 1 646 334 A2 die Verkabelung und auch die Auswerte- und Schaltereinheit befinden. Jeweils ein Sensor und ein Teststrahler sind nach EP 1 646 334 A2 zu einem Modul zusammengefasst. Diese Module sind an gegenüberliegenden Seiten des Wandelements angebracht. Die Sensoren müssen somit einen Raumwinkel von 180° überdecken. Der Aufbau ist insbesondere unter Beachtung von sicherheitstechnischen Anforderungen (Kalibrierung, Störfreiheit, mehrkanalige Verkabelung etc.) sehr aufwendig. Fehlalarme aufgrund anderer Ereignisse oder Umstände, die Wärme in der Wand freisetzen, und die nicht durch den Laser bedingt sind, sind bei diesem Wandsystem nicht auszuschließen.In EP 1 646 334 A2 and identical in DE 10 2005 034 110 A1 a laser protective wall is described in which one or more sensors for detecting near-infrared radiation (NIR radiation) are arranged. Corresponding to the doctrine of EP 1 646 33 A2 "The laser radiation strikes the inner wall, which is heated locally and sends heat radiation (NIR radiation) into the interior. This NIR radiation is received by the sensors. "D. h. The laser radiation does not penetrate into the interior itself and the inner wall is not broken. The operating principle of this wall is accordingly DE 19 940 476 A1 (Heat sensor) DE 10 017 284 C1 (Temperature sensor) identical. According to an advantageous embodiment of EP 1 646 334 A2 The functionality of the sensors can be checked by means of NIR test emitters by "preferably at regular intervals or permanently a test emitter emits heat radiation to be tested by the opposite sensor." D. h. the test radiation is identical to the radiation that should be detected in the event of the laser impinging to shut down the system. The thermal radiation caused by the laser would have to exceed it in the case of permanent test radiation or to last longer during test radiation pulses. Due to the small interaction zone and time of many lasers in practice only a small amount of heat is generated in the wall for a short time. As a result, such laser irradiation of the wall while simultaneously emitting test radiation for functional testing is not recognized. The test radiation heats the wall element continuously, since it is heat radiation. NIR radiation is also divergent and thus heats up the entire interior, in which at EP 1 646 334 A2 the wiring and also the evaluation and switch unit are located. Each one sensor and a test emitter are after EP 1 646 334 A2 combined into a module. These modules are mounted on opposite sides of the wall element. The sensors must therefore cover a solid angle of 180 °. The structure is very expensive especially in compliance with safety requirements (calibration, freedom from interference, multi-channel cabling, etc.). False alarms due to other events or circumstances that release heat in the wall and that are not caused by the laser, can not be ruled out with this wall system.

Das Wirkprinzip von EP 1 646 334 A2 , durch Detektion von NIR-Strahlung das Auftreffen von Laserstrahlung auf die Wand nachzuweisen, ist identisch GB 21 71 513 A zu entnehmen. Hier wird lediglich ein Scanner verwendet, was den Einbau einzelner Module in den Wandelementen überflüssig macht und den Aufbau vereinfacht. Dieser sogenannte Hot Spot Detector (HSD) wurde erprobt, konnte jedoch unter praktischen Bedingungen nicht eingesetzt werden (vgl. Barat, K.: Laser Safety Management, CRC Press Taylor & Francis Group, Boca Raton, 2006 ).The working principle of EP 1 646 334 A2 to detect the impact of laser radiation on the wall by detecting NIR radiation is identical GB 21 71 513 A refer to. Here only a scanner is used, which makes the installation of individual modules in the wall elements unnecessary and simplifies the structure. This so-called Hot Spot Detector (HSD) was tested but could not be used under practical conditions (cf. Barat, K .: Laser Safety Management, CRC Press Taylor & Francis Group, Boca Raton, 2006 ).

In DE 10 2006 026 555 A1 und DE 20 2007 012 255 U1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von optischer Strahlung, wie kontinuierliche oder gepulste Laserstrahlung, beschrieben. Dazu wird innerhalb der Wandungen der Schutzeinhausung von einem Sender eine im Wellenlängenbereich der zu detektierenden Strahlung liegende, modulierte und/oder codierte Strahlung als Referenzstrahlung von einem Sender erzeugt. Das Verfahren beruht darauf, dass die optische Strahlung das Muster stört und die optische Strahlungsquelle abgeschaltet wird. Diese Störung beruht augenscheinlich auf einer Interferenz der Referenzstrahlung mit der eindringenden optischen Strahlung. Um Fehlfunktionen durch Streu- oder Tageslicht zu vermeiden, wird dem Empfänger ein Filter vorgeschaltet, der sein empfangendes Wellenlängenband auf λ₂ = λ₁ + Δλ beschränkt, wobei λ₁ der Wellenlängenbereich der zu detektierenden Strahlung als auch der Referenzstrahlung ist. Entsprechend diesem Wirkprinzip müssen die Sender der Referenzstrahlung jeweils auf die zu detektierende Strahlung angepasst werden, da nur ein eingeschränkter Wellenlängenbereich Δλ abdeckt werden kann. Das Verfahren ist nicht unabhängig von der Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung, was einen hohen Adaptionsaufwand für disjunkte Wellenlängenbereiche von Strahlern, wie z. B. bei unterschiedlichen Lasern, verursacht. Die Laserstrahlung, vor der das Verfahren schützen soll, ist gefährlich. Das Verfahren setzt aber Referenzstrahlung im selben Wellenlängenbereich frei, die auch potentiell gefährlich ist. In DE 20 2007 012 255 U1 wird ein Test zur Selbstüberwachung des Empfängers durch einen zugeordneten Sender beschrieben, der dem Wirkprinzip einer Teststrahlung wie in EP 1 646 334 A2 und dem Photoemitter wie in EP 0321 965 B1 identisch ist. In DE 20 2007 012 255 U1 wird eine Anordnung beschrieben mit der dieses Verfahren umgesetzt wird. Die Anordnung durchbricht die äußere Wandung mit einer durchsetzenden Sender-/Empfängereinheit, die aus mehreren auf einem Rohrmantel umfangsseitig angeordneten Empfängern und mehreren auf einem Kreis die Empfänger konzentrisch umgebenden Sendern besteht. Der Vorteil dieser Anordnung ist wohl, dass die so mögliche 360° Überwachung es lediglich erfordert nur einen Detektor pro Wandelement mittig einzusetzen. Obwohl die Empfänger in einem Detektor redundant verbaut sind, ist keine redundante Überwachung des Raums gegeben, da jeweils nur ein Empfänger einen Raumwinkel abdeckt. Ein zweiter ähnlicher Detektor kann aufgrund des geometrischen Schattens auch keine redundante Überwachung des Raums ermöglichen. Die Verschaltung mehrerer Detektoren findet in Reihe statt, die zusammen einen Sensorstrang bilden, der wiederum an einen Not-Aus-Kreis angeschlossen ist. Mehrere Sensorstränge können über eine Sicherheits-SPS bzw. dezidierten Safety-Controller kombiniert werden, um an einen Not-Aus-Kreis angeschlossen zu werden. Der Zustand jedes Detektors wird durch zwei Status-LEDs an diesem Detektor selbst angezeigt. Diese Reihenschaltung erlaubt keine zentrale Information über den Status der einzelnen Detektoren. Zur Wartung und bei einem Zwischenfall, muss jeder einzelne Detektor überprüft werden, was bei großen Anlagen mit einem hohen personellen und zeitlichen Aufwand verbunden ist.In DE 10 2006 026 555 A1 and DE 20 2007 012 255 U1 For example, a method and apparatus for detecting optical radiation, such as continuous or pulsed laser radiation, is described. For this purpose, a modulated and / or coded radiation lying in the wavelength range of the radiation to be detected is generated within the walls of the protective housing by a transmitter as reference radiation from a transmitter. The method is based on the fact that the optical radiation disturbs the pattern and the optical radiation source is switched off. This interference is apparently due to interference of the reference radiation with the penetrating optical radiation. In order to avoid malfunctions due to scattered or daylight, the receiver is preceded by a filter which limits its receiving wavelength band to λ ₂ = λ ₁ + Δλ, where λ _{1 is} the wavelength range of the radiation to be detected as well as the reference radiation. According to this mode of action, the transmitters of the reference radiation must each be adapted to the radiation to be detected, since only a limited wavelength range Δλ can be covered. The method is not independent of the wavelength of the radiation to be detected, which requires a high adaptation effort for disjoint wavelength ranges of radiators, such. B. at different lasers caused. The laser radiation that is supposed to protect the process is dangerous. However, the method releases reference radiation in the same wavelength range, which is also potentially dangerous. In DE 20 2007 012 255 U1 a test for the self-monitoring of the receiver by an associated transmitter is described, the principle of action of a test radiation as in EP 1 646 334 A2 and the photoemitter as in EP 0321 965 B1 is identical. In DE 20 2007 012 255 U1 An arrangement will be described with which this method is implemented. The arrangement breaks through the outer wall with an interspersed transmitter / receiver unit, which consists of a plurality of receivers peripherally arranged on a tubular jacket and a plurality of transmitters concentrically surrounding the receivers on a circle. The advantage of this arrangement is probably that the so possible 360 ° monitoring only requires to use only one detector per wall element centered. Although the receivers are redundantly installed in a detector, no redundant monitoring of the room is given, since only one receiver covers a solid angle. A second similar detector can not be redundant due to the geometric shadow Allow monitoring of the room. The interconnection of several detectors takes place in series, which together form a sensor string, which in turn is connected to an emergency stop circuit. Several sensor strings can be combined via a safety PLC or dedicated safety controller to connect to an emergency stop circuit. The state of each detector is indicated by two status LEDs on this detector itself. This series connection does not allow central information about the status of the individual detectors. For maintenance and an incident, every single detector must be checked, which is associated with a high staff and time in large systems.

Technisches ProblemTechnical problem

Allen genannten Erfindungen gemeinsam ist das technische Problem, dass eine Vorschädigung der Schutzeinhausung, die vor deren Inbetriebnahme stattgefunden hat, nicht festgestellt werden kann, da die Erfindungen auf die Laserstrahlung selbst oder auf ein durch sie unmittelbar hervorgerufenes Phänomen reagieren. Allen Erfindungen gemeinsam ist weiterhin das technische Problem, dass jeweils ein Vergleichssignal vorliegen muss, bei dessen Über- oder Unterschreitung eine Schutzmaßnahme eingeleitet wird. Es findet also eine Relativmessung statt. Bei Messung von NIR-Wärmestrahlung kann eine nachteilige Beeinflussung des Vergleichssignals durch andere Wärmequellen, die nicht mit den Laser korrelieren, nicht ausgeschlossen werden. Bei Messung der Laserstrahlung kann eine nachteilige Beeinflussung des Vergleichssignals durch andere optische Quellen, wie Streu- oder Umgebungslicht nicht ausgeschlossen werden. Allen Erfindungen gemeinsam ist schließlich das sicherheitstechnische Problem, dass eine Einschränkung oder gar Außerkraftsetzung ihres physikalischen Wirkprinzips (durch unvorhergesehene Umgebungsbedingungen) nicht erkannt wird, da sowohl das Vergleichssignal als auch das zu detektierende Signal gleichermaßen betroffen sind. Keine der Erfindungen beschreibt einen Wandaufbau, der unter allen Umständen sicherstellt, dass auch Strahlen mit extrem kleinen Durchmessern nicht undetektiert durch die Wand, insbesondere an den Stoßflächen einzelner Wandelemente sowie Grenzflächen zu Funktionsdurchbrüchen (bsp. Türen, Absaugungen oder Hubtore), nach außen dringen.Common to all inventions mentioned is the technical problem that a prior damage of the protective housing, which has taken place prior to commissioning, can not be determined, since the inventions react to the laser radiation itself or to a directly caused by them phenomenon. Common to all inventions is still the technical problem that in each case a comparison signal must be present, in the case of exceeding or falling below a protective measure is initiated. So there is a relative measurement instead. When measuring NIR heat radiation, adverse effects on the comparison signal by other heat sources that do not correlate with the laser can not be excluded. When measuring the laser radiation, an adverse effect on the comparison signal by other optical sources, such as scattered or ambient light can not be excluded. All inventions in common is the safety problem that a restriction or even override of their physical effect principle (by unforeseen environmental conditions) is not recognized, since both the comparison signal and the signal to be detected are equally affected. None of the inventions describes a wall construction which ensures under all circumstances that even extremely small diameter beams do not escape undetected through the wall, in particular at the abutting surfaces of individual wall elements and interfaces to functional openings (eg doors, exhausts or lifting gates).

Technische LösungTechnical solution

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahlenschutzelement, eine Strahlenschutzanordnung und ein Strahlenschutzverfahren mit besonderer Signalfolge zum Schutz vor dem Austreten von Strahlen aus einem Raum, insbesondere zum Schutz vor aus einem Raum austretenden Laserstrahlen.The present invention relates to a radiation protection element, a radiation protection arrangement and a radiation protection method with a special signal sequence for protection against the escape of rays from a room, in particular for protection against escaping from a room laser beams.

Ohne Beschränkung ihrer allgemeinen Verwendbarkeit werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf Laservorrichtungen erläutert.Without limiting its general utility, the present invention as well as its underlying problem with respect to laser devices will be explained.

Vorteilhafterweise wird erfindungsgemäß im Gegensatz zu bekannten Lösungen nicht die einfallende störende (Laser-) Strahlung oder durch die Laserstrahlung erzeugte Wärme, Gase oder Rauche in der aktiven inneren Wand erfasst, sondern das Auftreten einer optischen Strahlung, die von den störenden Strahlen verschieden ist bzw. nicht mit den Strahlen korreliert. Insofern handelt es sich um einen indirekten Nachweis der störenden Strahlen in den Strahlenschutzelementen, da nur die störenden Strahlen potentiell die Schutzwand perforieren können, und durch die von ihnen verschiedene optische Strahlung eine Perforation nicht verursachen kann.Advantageously, according to the invention, in contrast to known solutions not the incident interfering (laser) radiation or generated by the laser radiation heat, gases or smoke detected in the active inner wall, but the occurrence of optical radiation that is different from the interfering rays or not correlated with the rays. In this respect, it is an indirect proof of the interfering radiation in the radiation protection elements, since only the interfering rays can potentially perforate the protective wall, and can not cause a perforation by their different optical radiation.

Diese von der störenden Laserstrahlung verschiedene optische Strahlung wird vorzugsweise von Referenzstrahlungsquellen (SE) erzeugt, die sich im Raum (R) befinden, bzw. um Schattenbildung zur vermeiden, in einem dem Detektionsvolumen (DV) vorgelagerten Bestrahlungsvolumen.This optical radiation, which is different from the interfering laser radiation, is preferably generated by reference radiation sources (SE) which are located in the space (R) or in order to avoid shadowing in an irradiation volume upstream of the detection volume (DV).

Die Erfassungseinheit innerhalb des Detektionsvolumens (DV) weist ein oder mehrere Strahlungssensoren auf, welche zum Erfassen einer Intensitätsänderung von Referenzstrahlung eingerichtet sind, welche z. B. in dem Raum von Referenzstrahlungsquellen (SE) erzeugbar ist.The detection unit within the detection volume (DV) has one or more radiation sensors, which are set up for detecting a change in intensity of reference radiation, which z. B. in the space of reference radiation sources (SE) can be generated.

Nur während oder nach einer Perforation des Detektionsvolumens durch die störende, schädigende Strahlung tritt Referenzstrahlung im Detektionsvolumen auf.Only during or after a perforation of the detection volume by the interfering, damaging radiation occurs reference radiation in the detection volume.

Die Erfindung ist somit gänzlich unabhängig von der Wellenlänge, der Intensität und anderen Eigenschaften der schädigenden, störenden Strahlen. Die Strahlenschutzelemente können somit unter anderem für sämtliche Laserarten bzw. andere Strahlenarten eingesetzt werden.The invention is thus completely independent of the wavelength, the intensity and other properties of the damaging, disturbing rays. The radiation protection elements can thus be used inter alia for all types of laser or other types of radiation.

Das Detektionsvolumen der Wand ist im unperforierten Zustand strahlungsdicht bezüglich der Referenzstrahlen.The detection volume of the wall in the unperforated state is radiation-tight with respect to the reference beams.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Referenzstrahlung breitbandiges Licht.According to a further preferred development, the reference radiation is broadband light.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist auf der Innenseite des Detektionsvolumens (DV) eine Reflexionsbeschichtung zum Reflektieren der Referenzstrahlung vorgesehen.According to a further preferred development, a reflection coating for reflecting the reference radiation is provided on the inside of the detection volume (DV).

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist auf der Seite der auftretenden schädigenden Strahlung der perforierbaren Wand eine Absorptionsbeschichtung zum Absorbieren der schädigenden Strahlen vorgesehen.According to a further preferred development is on the side of the harmful radiation occurring the perforable wall a Absorption coating provided for absorbing the harmful rays.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung bestehe die perforierbare Strahlungssperre aus einem dünnen Material, insbesondere einem metallischen Material.According to a further preferred development, the perforable radiation barrier consists of a thin material, in particular a metallic material.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Strahlenschutzelement mehrlagig, vorzugsweise dreilagig also mit zwei übereinanderliegenden Kammern, aufgebaut, wobei die erste dem Innenraum zugewandte Kammer ein Bestrahlungsvolumen (IV) ist, in dem vorzugsweise die Referenzstrahlungsquellen (SE) angeordnet sind, und die zweite Kammer das Detektionsvolumen (DV) bildet, das strahlungsdicht bezüglich der Referenzstrahlung ist und vom Bestrahlungsvolumen durch die Strahlungssperre getrennt wird.According to a preferred development, the radiation protection element is multi-layered, preferably three-layered, with two superimposed chambers, wherein the first chamber facing the interior is an irradiation volume (IV) in which preferably the reference radiation sources (SE) are arranged, and the second chamber the detection volume (DV), which is radiation-tight with respect to the reference radiation and is separated from the irradiation volume by the radiation barrier.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Erfassungseinheiten jeweils in den Ecken der Strahlenschutzelemente angebracht und vorzugsweise in den freien Raum der Strahlenschutzelemente hin ausgerichtet; im Unterschied zum Stand der Technik, wo die Erfassungseinheiten an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind ( EP 1746334 A2 , Anspruch 4) oder auf einem Rohrmantel umfangseitig angeordnet sind ( DE 20 2007 012 255 U19 ). Die Anordnung der Erfassungseinheit in den Ecken benötigt somit Sensoren von längerer Reichweite bei sonst gleichen Abmessungen der Strahlenschutzelemente, was im Vergleich zum Stand der Technik als Nachteil aufgefasst werden könnte. Jedoch erlaubt diese Anordnung die Reduzierung der Überwachungswinkel auf lediglich 90° bei rechteckigen Strahlenschutzelementen, gegenüber 180° bei gegenüberliegenden oder 360° bei umfangsseitig auf einem Rohrmantel angeordneten Sensoren bzw. Empfängern.According to a preferred embodiment, the detection units are each mounted in the corners of the radiation protection elements and preferably aligned in the free space of the radiation protection elements; in contrast to the prior art, where the detection units are arranged on opposite sides ( EP 1746334 A2 , Claim 4) or on a tubular jacket are peripherally arranged ( DE 20 2007 012 255 U19 ). The arrangement of the detection unit in the corners thus requires sensors of longer range with otherwise identical dimensions of the radiation protection elements, which could be considered a disadvantage compared to the prior art. However, this arrangement allows the reduction of the monitoring angle to only 90 ° for rectangular radiation protection elements, compared to 180 ° at opposite or 360 ° at the periphery arranged on a tube jacket sensors or receivers.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung befinden sich in einem geometrisch komplexen oder räumlich ausgedehnten Strahlenschutzelement mehrere Erfassungseinheiten in verschiedenen Ecken, um die Überwachung ggf. auch redundant des Raums in der Kammer zu ermöglichen.According to a further preferred refinement, a plurality of detection units in different corners are located in a geometrically complex or spatially extended radiation protection element, in order to enable monitoring, if necessary, also redundantly of the space in the chamber.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Ausgangssignal an der Rückseite verfügbar. Somit kann beispielsweise eine Kabelverlegung zwischen passiver und aktiver Schutzwand erfolgen.According to a further preferred development, the output signal is available on the rear side. Thus, for example, a cable laying between passive and active protection wall done.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die perforierbare Wand eine flache polyedrische Form mit einer im Wesentlichen zueinander parallel angeordneten Vorderseite und Rückseite und entsprechenden Kanten auf.According to a further preferred development, the perforable wall has a flat polyhedral shape with a substantially mutually parallel arranged front and back and corresponding edges.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Kanten mindestens mit zwei voneinander unterschiedlichen Winkeln geneigt oder gestuft. Das Versehen der Strahlungsschutzelemente mit geneigten oder gestuften Kanten ermöglicht eine überlappende formschlüssige Anordnung, durch die sichergestellt werden kann, dass die aus den Strahlenschutzelementen bestehende innere aktive Schutzwand nicht von der Strahlung umgangen werden kann, also die schädigende Strahlung immer mindestens ein Strahlenschutzelement perforiert.According to a further preferred embodiment, the edges are inclined or stepped at least with two mutually different angles. The provision of the radiation protection elements with inclined or stepped edges enables an overlapping form-fitting arrangement, by which it can be ensured that the existing of the radiation protection elements inner active protection wall can not be bypassed by the radiation, so the damaging radiation always perforated at least one radiation protection element.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weitebildung sind zu einer aus mehreren Strahlungsschutzelementen zusammengesetzten Wand überlappend durch eine abwechselnde Staffelung in der Tiefe realisiert. Die Staffelung erfolgt formschlüssig so dass die schädigende Strahlung immer mindestens ein Strahlenschutzelement perforiert und dabei die innere aktive Schutzwand nicht umgangen werden kann.In accordance with a further preferred embodiment, a wall composed of a plurality of radiation protection elements overlaps by an alternating staggering in the depth. The staggering takes place in a form-fitting manner so that the damaging radiation always perforates at least one radiation protection element and the internal active protective wall can not be bypassed.

Zusätzlich vorgesehen ist auch eine Transmissions-Überwachung, welche die Atmosphäre des Raums und in den Schutzwandelementen auf ihre Referenzstrahlungs-Transmissionsfähigkeit hin überprüft, um sicherzustellen, dass das physikalische Wirkprinzip (Transmission der Referenzstrahlung), auf dem die Strahlschutzwirkung dieser Erfindung beruht, auch zu jeder Zeit des Betriebs und an jedem Ort des Einsatzes uneingeschränkt ist. Die Transmissions-Überwachung dient also insgesamt dazu, eine unvorhersehbare Veränderung der Umgebungsbedingungen, die eigentlich in der Spezifikation des Einsatzes als ggf. nicht zulässig ausgeschlossen ist, zu erkennen, und eine entsprechende Reaktion herbeizuführen.In addition, a transmission monitoring is also provided, which checks the atmosphere of the room and in the protective wall elements for their reference radiation transmissibility to ensure that the physical principle of action (transmission of reference radiation) on which the beam protection effect of this invention is based, also to each Time of operation and in any place of use is unrestricted. Overall, the transmission monitoring serves to detect an unpredictable change in the ambient conditions, which is actually excluded in the specification of the insert as possibly not permissible, and to bring about a corresponding reaction.

Ebenso kann die Transmissions-Überwachung durch Einbau von Schikanen oder durch Überwachung des Auftretens oder der Abwesenheit von Reflexionen an den Flächen des überwachten Volumens genutzt werden, um die mechanische Unversehrtheit und Integrität des Schutzwandelements zu überprüfen.Likewise, transmission monitoring may be utilized by incorporating baffles or by monitoring the presence or absence of reflections on the surfaces of the monitored volume to verify the mechanical integrity and integrity of the barrier member.

Der elektronische/programmierbar elektronische Anteil des Schutzsystems wird durch ein Ensemble einzelner Erfassungseinheiten (mindestens eine je Wandelement) und einer Rechneranlage mit Datenträger, auf der eine Signalfolge in Form eines Computerprogramms hinterlegt ist und abläuft, dargestellt. Diese Komponenten bilden eine computerbasierte Steuereinrichtung.The electronic / programmable electronic portion of the protection system is represented by an ensemble of individual detection units (at least one per wall element) and a computer system with data carrier on which a signal sequence in the form of a computer program is stored and runs. These components form a computer-based control device.

Die Erfassungseinheiten sind in der Lage Zustandsänderungen ihrer verbauten Sensoren, die mit Veränderungen im Wandelement korrelieren, zu erkennen und diese in Form von Signalfolgen der Steuereinrichtung mitzuteilen. Diese Kommunikation findet kontinuierlich, zyklisch oder selektiv statt. Die Steuereinrichtung kann durch Verarbeitung der Signalfolgen mittels einer auf der Steuereinrichtung selbst in Form eines Computerprogramms und einer in dieses implementierten Signalfolge eine entsprechende Reaktion erzeugen, die auf einzelnen Steuerungen der Produktionsanlage oder auf einen übergeordneten Not-Aus-Kreis einwirkt.The detection units are able to detect changes in the state of their installed sensors, which correlate with changes in the wall element, and to notify them in the form of signal sequences of the control device. This communication takes place continuously, cyclically or selectively. The Control device can generate a corresponding reaction by processing the signal sequences by means of a on the control device itself in the form of a computer program and a signal sequence implemented in this, which acts on individual controls of the production facility or on a parent emergency stop circuit.

Um die Sicherheit des Systems zu gewährleisten, werden verschiedene optische Zustandsgrößen im Überwachungsvolumen bzw. im Raum kontrolliert. Diese sind die optische Strahlung (überwacht durch Perforationssensor) und die freie optische Transmissionsfähigkeit (überwacht durch Transmissionssensor).
Um die korrekte Funktion des Gesamtsystems zu gewährleisten, sind Diagnosemechanismen in Form von Signalfolgen vorhanden. Dabei handelt es sich um einen Aktivitätstest, der die elektronischen Komponenten im Wandelement auf korrekte Reaktion testet, und um die Perforationsdiagnose, anhand derer sich feststellen lässt, ob eine Beschädigung der Strahlungssperre vorliegt.
Die Ergebnisse von solchen und anderen Diagnosen können auf einem Datenträger in der Steuerung gespeichert werden, um eine nötige Auswertung vorzunehmen bzw. eine Dokumentation der Zustände in der Vergangenheit darzustellen. So können Fehlbedienungen durch den Anwender von Fehlfunktionen der Steuerungseinheit, der Erfassungseinheit oder aufgrund falscher Verknüpfung oder fehlerhafter Signalfolge selbst unterschieden und zurückverfolgt werden.To ensure the safety of the system, various optical state variables are monitored in the monitoring volume or in the room. These are the optical radiation (monitored by perforation sensor) and the free optical transmission capability (monitored by transmission sensor).
In order to ensure the correct functioning of the entire system, diagnostic mechanisms exist in the form of signal sequences. This is an activity test that tests the electronic components in the wall element for correct reaction, and the perforation diagnosis, which can be used to determine whether there is damage to the radiation barrier.
The results of such and other diagnostics can be stored on a data medium in the controller in order to carry out a necessary evaluation or to present a documentation of the states in the past. Thus, operator errors can be distinguished and traced back by malfunctions of the control unit, the detection unit or due to incorrect linking or faulty signal sequence.

Wird ein Diagnosemechanismus mit einem negativen Ergebnis ausgeführt, leitet die Steuereinrichtung die Einnahme des sicheren Zustands ein.If a diagnostic mechanism is executed with a negative result, the controller initiates the capture of the safe state.

Damit wird der korrekte und überwachte Betrieb durch eine definierte Signalfolge zwischen Erfassungseinheiten und Steuereinrichtung ausgeführt.Thus, the correct and monitored operation is performed by a defined signal sequence between detection units and control device.

Mit einer solchen Steuereinheit, solchen Signalfolgen, Diagnosefunktionen und einer derartigen Kommunikation durch Datenaustausch und Interaktion der Erfassungseinheiten mit der Steuereinheit kann das System zur Erfüllung der Anforderungen der funktionalen Sicherheit ausgeführt werden.With such a control unit, such signal sequences, diagnostic functions and such communication by data exchange and interaction of the detection units with the control unit, the system can be implemented to fulfill the requirements of functional safety.

Je nach Umfang der Sicherheitseinrichtung können die Steuerungsaufgaben, die in der Signalfolge hinterlegt sind, unterschiedlich verteilt werden:

1. Zentrales Konzept – hier werden alle Diagnosen durch die zentrale Steuerung ausgeführt. Die Erfassungseinheiten leiten ihre sicherheitsgerichteten Signale nur weiter, die Steuereinrichtung verarbeitet und interpretiert sie.
2. Dezentrales Konzept – Aktivitätstest und Perforationsdiagnose werden von den Erfassungseinheiten für jedes Wandelement separat ausgeführt und ausgewertet. Das Ergebnis wird an die zentrale Steuereinrichtung weitergeleitet, wo alle Informationen zusammenlaufen und die entsprechenden Systemreaktionen ausgeführt werden.

Depending on the scope of the safety device, the control tasks that are stored in the signal sequence can be distributed differently:

1. Central concept - here all diagnoses are carried out by the central control. The detection units only forward their safety-related signals, the control device processes and interprets them.
2. Decentralized concept - Activity test and perforation diagnosis are carried out and evaluated separately by the detection units for each wall element. The result is forwarded to the central controller, where all information converges and the corresponding system responses are executed.

Auch eine Mischung aus beiden Konzepten ist möglich, z. B. indem nur eine Diagnose (Aktivitätstest) dezentral ausgeführt wird, die andere (Perforationsdiagnose) jedoch zentral gesteuert wird.A mixture of both concepts is possible, for. B. by only one diagnosis (activity test) is performed decentralized, the other (perforation diagnosis), however, is centrally controlled.

Die Signalfolge ist derart eingerichtet, dass sie insbesondere folgende Operationen durchführen kann:
Ein Aktivitätstest wird durch eine gezielte Zustandsänderung der Sensorik hervorgerufen. Dafür wird Strahlung innerhalb des Überwachungsvolumens erzeugt. Die Reaktion der Sensorik wird ausgewertet, aber während dieses Tests nicht als Fehler gewertet. Bleibt jedoch eine Reaktion aus, ist die Sensoraktivität nicht mehr gewährleistet und die zentrale Steuerung muss den sicheren Zustand einnehmen. Gleiches gilt auch für die Transmissionsüberwachung. Hier wird der Transmissionsemission unterbrochen und die Reaktion bewertet. Die Transmissionsüberwachung und der Diagnosemechanismus können durch dieselbe physikalische Einrichtung implementiert werden. Die Perforationsdiagnose wird durch die Erzeugung von Referenzstrahlung im Bestrahlungsvolumen ausgeführt. Ist eine Perforation in der Strahlungssperre vorhanden, führt dies zu einem Zustandswechsel im Perforationssensor und damit zu einer sicheren Abschaltung.
Die Signalfolge bei den Überprüfungen ist wie folgt:
Systemstart: Aktivitätstest und Perforationsdiagnose (einmalig)
Überwachter Betrieb: Aktivitätstest (wiederholend)
Betriebsartenwechsel: Aktivitätstest und Perforationsdiagnose (einmalig)
Nicht überwachter Betrieb: –The signal sequence is set up in such a way that, in particular, it can perform the following operations:
An activity test is caused by a deliberate change in the state of the sensors. For this, radiation is generated within the monitoring volume. The reaction of the sensors is evaluated, but was not considered as an error during this test. However, if a reaction persists, the sensor activity is no longer guaranteed and the central controller must assume the safe state. The same applies to the transmission monitoring. Here, the transmission emission is interrupted and the reaction is evaluated. The transmission monitor and the diagnostic mechanism can be implemented by the same physical device. The perforation diagnosis is carried out by the generation of reference radiation in the irradiation volume. If there is a perforation in the radiation barrier, this leads to a change of state in the perforation sensor and thus to a safe shutdown.
The signal sequence during the checks is as follows:
System start: activity test and perforation diagnosis (once)
Monitored operation: activity test (repeated)
Mode change: activity test and perforation diagnosis (once)
Unmonitored operation: -

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer Strahlenschutzanordnung bestehend aus einer Vielzahl von Strahlenschutzelementen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic cross-sectional view of a radiation protection device consisting of a plurality of radiation protection elements according to a first embodiment of the present invention;

2 eine schematische Aufrisszeichnung eines Strahlenschutzelements bestehend aus einem bezüglich der Referenzstrahlung strahlungsdichten Detektionsvolumen DV an der außenseitig eine Wand (nicht dargestellt) mit passiver Schutzdauer angebracht ist. Weiterhin bestehend aus einer Strahlungssperre, die das DV vom Beleuchtungsvolumen IV trennt, in dem IV sich vorzugsweise die Referenzstrahlungsquellen SE befinden. Und in den Ecken weiter nicht näher bestimmte Erfassungseinheiten; 2 a schematic elevation drawing of a radiation protection element consisting of a respect to the reference radiation radiation-tight detection volume DV on the outside of a wall (not shown) is mounted with passive protection period. Furthermore, consisting of a radiation barrier, which separates the DV from the illumination volume IV, in the IV preferably the Reference radiation sources SE are located. And in the corners further unspecified detection units;

3 eine schematische Draufsicht auf ein Strahlenschutzwandelement der Strahlenschutzanordnung nach 1 und 2; 3 a schematic plan view of a radiation protection wall element of the radiation protection arrangement according to 1 and 2 ;

4 eine schematische Querschnittszeichnung eines Strahlenschutzwandelements nach 1 und 2 und 3; 4 a schematic cross-sectional drawing of a radiation protection wall element according to 1 and 2 and 3 ;

5 eine Draufsicht auf eine Wand der Strahlenschutzanordnung nach 1 bestehen aus Strahlenschutzelementen nach 2 und 3 und 4; 5 a plan view of a wall of the radiation protection arrangement according to 1 consist of radiation protection elements 2 and 3 and 4 ;

6 eine schematische Darstellung eines Strahlenschutzelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar in 6 im Querschnitt QS; 6 a schematic representation of a radiation protection element according to a first embodiment of the present invention, in 6 in cross-section QS;

7 eine schematische Darstellung der Rückseitenansicht eines Strahlenschutzwandelements gemäß einer ersten Ausführungsform; 7 a schematic representation of the rear view of a radiation protection wall element according to a first embodiment;

8 eine schematische Darstellung der Vorderansicht eines Strahlenschutzwandelements gemäß einer ersten Ausführungsform; 8th a schematic representation of the front view of a radiation protection wall element according to a first embodiment;

9 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der elektrischen Verschaltung der Strahlenschutzelemente einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 9 a block diagram for explaining the electrical interconnection of the radiation protection elements of a first embodiment of the present invention;

10 eine schematische Darstellung eines Strahlenschutzwandelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 10 a schematic representation of a radiation protection wall element according to a second embodiment of the present invention;

11 eine schematische Darstellung eines Strahlenschutzelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 11 a schematic representation of a radiation protection element according to a third embodiment of the present invention;

12 eine schematische Darstellung in Querschnittsansicht einer Anordnung mehrerer Strahlenschutzelemente nach 10 und 11 unter besonderer Berücksichtigung von Eckverbindungen nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 12 a schematic representation in cross-sectional view of an arrangement of multiple radiation protection elements according to 10 and 11 with particular regard to corner joints according to a fourth embodiment of the present invention;

13 ein Blockschaltbild einer Einbindung der Verschaltung und Verknüpfung der Erfassungseinheiten zusammen mit einer Steuereinrichtung und deren Verschaltung mit einer Gesamtanlagen mit ggf. übergeordneter Anlagensteuerung; 13 a block diagram of an integration of the interconnection and linking the detection units together with a control device and their interconnection with a total systems with possibly higher-level system control;

14 eine schematische Darstellung in Rückseitenansicht eines Strahlenschutzelements gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 14 a schematic representation in back view of a radiation protection element according to a fifth embodiment of the present invention;

15 eine schematische Darstellung in Vorderseitenansicht eines Strahlenschutzelements gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 15 a schematic representation in front view of a radiation protection element according to a fifth embodiment of the present invention;

1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Strahlenschutzanordnung bestehend aus einer Vielzahl von Strahlenschutzelementen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 is a schematic cross-sectional view of a radiation protection device consisting of a plurality of radiation protection elements according to a first embodiment of the present invention.

In 1 beschreibt Bezugszeichen R einen Raum, in dem mit einer Laser-Strahlquelle L durch Laserstrahlen ST ein Werkstück W bearbeitet wird. Der Raum R ist allseitig umgeben von einer passiven äußeren Schutzwand 5, welche bei diesem Beispiel aus einem ein- bzw. mehrschichtigen Verbund aus metallischen und nichtmetallischen oder Mischungen aus solchen Werkstoffen besteht. Auf der Innenseite der passiven äußeren Schutzwand ist eine Mehrzahl von Strahlenschutzwandelementen E1 bis E16 angebracht, die eine aktive innere Wand 3 bilden. Dabei sind die Vorderseite und die Rückseite der Strahlenschutzelemente E1 bis E16 wesentlich größer als ihre Kantenflächen.In 1 R denotes a space in which a workpiece W is processed by a laser beam source L by laser beams ST. The room R is surrounded on all sides by a passive outer protective wall 5 , which consists in this example of a single or multilayer composite of metallic and non-metallic or mixtures of such materials. On the inside of the passive outer protective wall is mounted a plurality of radiation protective wall elements E1 to E16, which form an active inner wall 3 form. The front side and the rear side of the radiation protection elements E1 to E16 are substantially larger than their edge surfaces.

In 1 bezeichnet weiterhin Bezugszeichen SE eine Referenzstrahlungsquelle, welche vorzugsweise Strahlen STR von breitbandigem sichtbarem Licht emittiert. Die Strahlenschutzelemente E1 bis E16 bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind derart ausgelegt, dass in Abwesenheit der Perforation, also bei intaktem Zustand, keine von der Laserstrahlung verschiedene optische Strahlung STR oder Strahlung der Referenzstrahlungsquelle SE in die Strahlenschutzelemente eindringen.In 1 Further, reference numeral SE designates a reference radiation source, which preferably emits beams STR of broadband visible light. The radiation protection elements E1 to E16 in the first embodiment of the present invention are designed such that in the absence of perforation, so in intact state, no different from the laser radiation optical radiation STR or radiation of the reference radiation source SE penetrate into the radiation protection elements.

In 15 liegt hingegen die Perforation P eines Strahlenschutzelements, hier beispielsweise des Strahlenschutzelements E2, im Falle einer Störung vor, so dringen von der Laserstrahlung verschiedene optische Strahlung STR oder Strahlung der Referenzstrahlungsquelle ins Innere des betreffenden Strahlenschutzelements, hier E2, ein und lösen dort eine die Erfassungseinheit aus, welche zur sofortigen Abschaltung der Laser-Strahlungsquelle L als Schutzmaßnahme führt. Die Auslösezeit für diese Abschaltung ist dabei geringer als die Baltezeit bzw. Schutzzeit der passiven äußeren Schutzwand 5. Dabei können die Strahlenschutzelemente eine wesentlich geringer Dicke, beispielsweise nur einige Zentimeter, aufweisen als die passive äußere Schutzwand 5.In 15 If, on the other hand, the perforation P of a radiation protection element, in this case the radiation protection element E2, is present in the event of a fault, different optical radiation STR or radiation from the reference radiation source penetrate into the interior of the relevant radiation protection element, in this case E2, from the laser radiation and trigger the detection unit there , which leads to the immediate shutdown of the laser radiation source L as a protective measure. The trip time for this shutdown is less than the Baltezeit or guard time of the passive outer bulkhead 5 , The radiation protection elements may have a substantially smaller thickness, for example only a few centimeters, than the passive outer protective wall 5 ,

Der Aufbau der Strahlenschutzelemente gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 8 erläutert, welche schematische Darstellungen eines Strahlenschutzelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind, und zwar 2 in Aufrisszeichnung, 3 in Draufsicht, 4 im Querschnitt, 5 in Draufsicht, 6 im Querschnitt, 7 in Rückenansicht, 8 in Vorderansicht.The structure of the radiation protection elements according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG 2 to 8th explains which schematic representations of a radiation protection element according to the first embodiment of the present invention, namely 2 in a sketch, 3 in plan view, 4 in cross section, 5 in plan view, 6 in cross section, 7 in back view, 8th in front view.

In 2 weist das Strahlenschutzelement E2 nach 1 eine innere Kammer I2 auf, in welcher ein Detektionsvolumen DV durch eine Strahlungssperre SB von einem Beleuchtungsvolumen IV getrennt ist, welche aus durch die Strahlen ST der Laser-Strahlquelle L perforierbaren, geschichteten Wandflächen aufgebaut sind. Beispielsweise ist das Material der Strahlungssperre SB ein dünnes metallisches oder nichtmetallisches Material, und das Material der anderen Wandschichten ebenfalls ein metallisches oder nicht-metallisches Material oder Kombinationen aus diesen, welche eine Formstabilität aufweisen, sodass die Strahlenschutzelemente E1 bis E16 zusammen mit der passiven äußeren Schutzwand selbsttragende Wände bilden können. In DV und/oder IV sind mindestens einer oder mehrere Erfassungseinheiten bzw. Transmissionssensoren TR vorgesehen, die hier unabhängig von ihrer Funktion mit Bezugzeichen S1, S2, S3, S4 bezeichnet sind. S1–4 sind vorzugsweise in den Ecken der Kammer I2 angebracht.In 2 rejects the radiation protection element E2 1 an inner chamber I2, in which a detection volume DV is separated by a radiation barrier SB from an illumination volume IV, which are made up of perforated by the rays ST of the laser beam source L, layered wall surfaces. For example, the material of the radiation barrier SB is a thin metallic or non-metallic material, and the material of the other wall layers also a metallic or non-metallic material or combinations thereof, which have a dimensional stability, so that the radiation protection elements E1 to E16 together with the passive outer protective wall can form self-supporting walls. In DV and / or IV at least one or more detection units or transmission sensors TR are provided, which are designated here regardless of their function with reference numerals S1, S2, S3, S4. S1-4 are preferably mounted in the corners of the chamber I2.

Gemäß 3 ist die Strahlungssensoreinheit, hier S2, die zur Erfassung der Intensitätsänderung beim Auftreten einer Perforation P in der Wand W2 eingerichtet ist und dem damit verbundenen Auftreten einer von der Laserstrahlung verschiedenen optischen Strahlung bzw. der Referenzstrahlen STR, hier Lichtstrahlen, der Referenzstrahlungsquellen SE angeordnet. Die Transmissionsüberwachungssensoren, hier S1 und S4, sind an den anderen gegenüberliegenden Ecken angeordnet. Ebenso dargestellt ist die Achse im Raum R über die die Licht-Transmissionsfähigkeit überprüft wird. Nicht dargestellt ist, dass die Transmissionsüberwachungssensoren auch an denselben gegenüberliegenden Ecken wie die Referenzstrahlungsquellen angeordnet sein können. Des Weiteren ist eine Referenzstrahlungsquelle SE vorgesehen, um kontinuierlich, zyklisch, periodisch oder selektiv einen Aktivitätstest durchzuführen.According to 3 is the radiation sensor unit, here S2, which is adapted to detect the change in intensity in the occurrence of a perforation P in the wall W2 and the associated occurrence of a different from the laser radiation optical radiation and the reference beam STR, here light rays, the reference radiation sources SE arranged. The transmission monitoring sensors, here S1 and S4, are arranged at the other opposite corners. Also shown is the axis in the space R over which the light transmissivity is checked. It is not shown that the transmission monitoring sensors can also be arranged at the same opposite corners as the reference radiation sources. Furthermore, a reference radiation source SE is provided in order to carry out an activity test continuously, cyclically, periodically or selectively.

Gemäß 4 ist das Schutzwandelement mehrlagig aufgebaut, wobei das Bestrahlungsvolumen IV auch kongruent überlappend dem Detektionsvolumen DV angeordnet sein kann. Die Referenzstrahler SE, die Referenzstrahlung STR aussenden, befinden sich innerhalb des Bestrahlungsvolumens IV, das durch die Strahlungssperre SB vom Detektionsvolumen DV getrennt ist, in dem sich mindestens eine Erfassungseinrichtungen S1', bestehend aus (S1–S4; SP; S1a–S4a), Überwachungseinrichtungen TR und Funktionsüberwachungseinrichtungen (SEC; SET) befinden. Dadurch dass mindestens zwei Erfassungseinrichtungen vorhanden sind, ist eine redundante Raumüberwachung ermöglicht. Durch die Anbringung dieser Einheiten an gegenüberliegenden Ecken kann der Überwachungswinkel auf 90° eingeschränkt werden. Die Perforation P der Innenwand durch die schädigende Strahlung wird billigend in Kauf genommen. Die durch die schädigende Strahlung ebenfalls hervorgerufene Perforation P' der Strahlungssperre SB führt dazu, dass Referenzstrahlung bzw. im Spektralbereich der Referenzstrahlung entstehende Strahlung (STR') in das Detektionsvolumen (DV) vordringt und dort durch Reflexion an der Reflexionsbeschichtung (RB) die Erfassungseinheiten S1' und S2' erreicht, um die Schutzmaßnahme aufgrund von Perforation auszulösen, damit die schädigende Strahlung innerhalb der Schutzzeit der passiven Außenwand (5) abgeschaltet wird.According to 4 the protective wall element is constructed in multiple layers, wherein the irradiation volume IV can also be arranged congruently overlapping the detection volume DV. The reference radiators SE, which emit reference radiation STR, are located within the irradiation volume IV, which is separated from the detection volume DV by the radiation barrier SB, in which at least one detection device S1 ', consisting of (S1-S4; SP; S1a-S4a), Monitoring devices TR and function monitoring devices (SEC; SET) are located. The fact that at least two detection devices are present, a redundant room monitoring is possible. By mounting these units at opposite corners, the surveillance angle can be restricted to 90 °. The perforation P of the inner wall by the harmful radiation is accepted accepting. The also caused by the harmful radiation perforation P 'of the radiation barrier SB causes reference radiation or in the spectral region of the reference radiation radiation (STR') penetrates into the detection volume (DV) and there by reflection on the reflection coating (RB), the detection units S1 'and S2' is achieved in order to trigger the protective measure due to perforation, so that the harmful radiation within the protective time of the passive outer wall ( 5 ) is switched off.

Die Strahlenschutzwandelemente sind, wie 5 für die Wand 31 gezeigt, lückenlos und formschlüssig angeordnet. In analoger Weise sind die Strahlenschutzelemente auf den anderen drei Wänden 32, 33 und 34 vorgesehen.The radiation protection wall elements are, as 5 for the wall 31 shown, arranged gapless and form-fitting. Analogously, the radiation protection elements are on the other three walls 32 . 33 and 34 intended.

Gemäß 6 weist das Strahlenschutzelement E2 in 1 und 5 eine innere Kammer I2 auf, welche allseitig von einer die Strahlen ST der Laser-Strahlenquelle L perforierbaren Wand W2 umgeben ist. Beispielsweise ist das Wandmaterial ein dünnes metallisches oder nichtmetallische Material, welches derart formbeständig ist, dass die Strahlenschutzelemente E1 bis E16 ihre flache würfelförmige Form vor und nach dem Anbringen auf der passiven äußeren Schutzwand 5 beibehalten können.According to 6 has the radiation protection element E2 in 1 and 5 an inner chamber I2, which is surrounded on all sides by a ray ST of the laser radiation source L perforatable wall W2. For example, the wall material is a thin metallic or non-metallic material that is dimensionally stable in such a way that the radiation protection elements E1 to E16 have their flat cubic shape before and after mounting on the passive outer protective wall 5 can maintain.

Um die Auftreffwahrscheinlichkeit der Referenzstrahlen STR auf die Strahlungssensoren S1 bis S4 zu erhöhen, ist die Innenseite der Wand W2 mit einer Reflexionsbeschichtung, z. B. aus Silber, versehen. Wie aus 4 ersichtlich, sind entsprechende Leitungen L1 bis L4 mit den Strahlungssensoren S1 bis S2 verbunden, welche durch die Rückseite RS des Strahlenschutzelements E2 durch lichtdichte Durchführungen D1–D4 nach außerhalb der Kammer I2 geleitet sind. Obwohl die Leitungen L1 bis L4 in 4 als Einzelleitungen gezeichnet sind, können diese Leitungen auch als Flachbandkabel o. ä. vorgesehen werden.In order to increase the impact probability of the reference beams STR on the radiation sensors S1 to S4, the inside of the wall W2 is coated with a reflection coating, e.g. B. made of silver. How out 4 can be seen, corresponding lines L1 to L4 are connected to the radiation sensors S1 to S2, which are passed through the rear side RS of the radiation protection element E2 through light-tight feedthroughs D1-D4 to the outside of the chamber I2. Although the lines L1 to L4 in 4 drawn as a single lines, these lines can also be provided as a ribbon cable o. Ä.

Wie in 8 dargestellt, sind die Strahlenschutzelemente E1–E16 entweder allseitig oder zumindest auf ihrer Vorderseite VS mit eine Absorptionsbeschichtung AB versehen, welche gewährleistet, dass störende Strahlen ST' der Laser-Strahlungsquelle L eine unmittelbare sofortige Zerstörung der Wand W2 quasi ohne jegliche Verzögerung bewirken, um so die Auslösezeit zu minimieren. Die Absorptionsbeschichtung AB kann beispielsweise eine schwarze Färbung sein, welche verhindert, dass die Strahlen ST' unnötigerweise in den Raum R zurückgestreut werden.As in 8th 2, the radiation protection elements E1-E16 are provided on all sides or at least on their front side VS with an absorption coating AB, which ensures that interfering rays ST 'of the laser radiation source L cause an immediate immediate destruction of the wall W2 with virtually no delay, in order thus to minimize the trip time. The absorption coating AB may, for example, be a black color which prevents the rays ST 'from being unnecessarily scattered back into the space R.

Weiter mit Bezug auf 1 liefert die Referenzstrahlungsquelle SE ein Signal SEC im Falle der Funktionsuntüchtigkeit der Referenzstrahlungsquelle SE, z. B. über eine nicht dargestellte Leitung. Continue with reference to 1 the reference radiation source SE provides a signal SEC in the case of inoperability of the reference radiation source SE, z. B. via a line, not shown.

Zusätzlich vorgesehen ist auch ein Transmissionssensor TR, welcher die Atmosphäre des Raums R und die Wandvolumen auf ihre Referenzstrahlungs-Transmissionsfähigkeit hin überprüft und ein Funktionstüchtigkeitssignal SET liefert, z. B. über eine nicht dargestellte Leitung, falls dieser eine Referenzstrahlungs-Transmissionsfähigkeit unterhalb eines vorbestimmten Werts liefert, also das Erreichen der Strahlenschutzelemente E1 bis E16 durch die Referenzstrahlen STR der Referenzstrahlungsquelle SE unmöglich macht. Eine mangelnde Transmissionsfähigkeit im Raum R oder in den Wandelementen kann beispielsweise im Brandfall oder bei hoher Rauchentwicklung auftreten.Additionally provided is a transmission sensor TR, which checks the atmosphere of the space R and the wall volumes for their reference radiation transmissibility and provides a functional signal SET, e.g. B. via a line, not shown, if this provides a reference radiation transmissibility below a predetermined value, thus making reaching the radiation protection elements E1 to E16 impossible by the reference beams STR of the reference radiation source SE. A lack of transmissivity in space R or in the wall elements can occur, for example, in case of fire or high smoke.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht in einer kontinuierlichen Überprüfung der mechanischen Unversehrtheit einer Mehrzahl von Strahlenschutzelementen, welche auf der Innenseite einer passiven äußeren Schutzwand vorgesehen sind, und zwar vorzugsweise lückenlos und formschlüssig flächendeckend. Eine Schutzmaßnahme lässt sich unmittelbar dann einleiten, wenn die Unversehrtheit der innen liegenden Strahlenschutzelemente nicht mehr gegeben ist. Die Verletzung der Strahlenschutzelemente kann durch von der Strahlungsquelle induzierte mechanische Schäden, aber auch durch andere mechanische Schäden (z. B. Beschädigung durch Roboter o. ä.) hervorgerufen werden. Der Spektralbereich der Strahlungsquelle ist bei der erfindungsgemäßen Strahlenschutzanordnung irrelevant, da die optische Strahlung, deren Änderung in der Kammer des Strahlenschutzelements erfasst wird, von den (Laser-)Strahlen verschieden ist bzw. nicht mit den Strahlen korreliert, insoweit als es die Wellenlänge und/oder die Emissionsart der Laserstrahlung betrifft, also z. B. ob der Laser gepulst oder kontinuierlich strahlend betrieben wird.The idea underlying the present invention consists in a continuous check of the mechanical integrity of a plurality of radiation protection elements, which are provided on the inside of a passive outer protective wall, preferably completely and form-fitting area-wide. A protective measure can be initiated immediately if the integrity of the internal radiation protection elements is no longer present. The injury to the radiation protection elements can be caused by mechanical damage induced by the radiation source, but also by other mechanical damage (eg damage by robots or the like). The spectral range of the radiation source is irrelevant in the radiation protection arrangement according to the invention, since the optical radiation, the change of which is detected in the chamber of the radiation protection element, is different from the (laser) rays or does not correlate with the rays, as far as the wavelength and / or or the emission of laser radiation is concerned, ie z. B. whether the laser is pulsed or continuously operated.

Die durch die Strahlenschutzelemente gebildete aktive innere Schutzwand auf der Innenseite der passiven äußeren Schutzwand dient lediglich dazu, ein Ausgangssignal innerhalb einer bestimmten kurze Reaktionszeit zu erzeugen, auf welches ansprechend eine Steuereinrichtung eine Schutzmaßnahme, beispielsweise das Abschalten der Strahlungsquelle, auslöst.The active inner protective wall formed by the radiation protection elements on the inside of the passive outer protective wall serves only to generate an output signal within a certain short reaction time, in response to which a control device triggers a protective measure, for example switching off the radiation source.

Erfindungsgemäß werden somit die Anforderungen an die Schutzzeit der passiven äußeren Wand reduziert. Es wird davon ausgegangen, dass die störende schädigende Strahlung auf die passive äußere Wand treffen kann und darf, aber dass die Strahlenschutzanordnung die Strahlungsquelle ausschaltet, bevor die passive äußere Wand durchbrochen ist.According to the invention, the requirements for the protection time of the passive outer wall are thus reduced. It is believed that the interfering damaging radiation may and may strike the passive outer wall, but that the radiation protection arrangement shuts off the radiation source before the passive outer wall is broken.

Daher ist die passive äußere Schutzwand vorzugsweise derart zu gestalten, dass sie der direkten Beaufschlagung mit der schädigenden Strahlung oder anderen mechanischen Einflüssen, wie zum Beispiel durch Roboter, ein bestimmtes Zeitintervall lang standhält (vgl. DIN EN 60825-1 bis 4 ), das länger als eine Reaktionszeit bzw. Ansprechzeit zum Auslösen der Schutzmaßnahme ist.Therefore, the passive outer protective wall is preferably to be designed such that it withstands the direct exposure to damaging radiation or other mechanical influences, such as by robots, for a specific time interval (cf. DIN EN 60825-1 to 4 ), which is longer than a reaction time or response time for triggering the protective measure.

Entgegen dem in der EP 0912 858 B1 beschriebenen Mehrkammersystem, dessen Wirkweise auf den unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Wandmaterialien beruht, können bei der vorliegenden Erfindung auch einfache Wandsysteme aus Polykarbonat oder Perspex (Handelsname Plexiglas oder Lexan) oder Sandwich-Materialien für die passive äußere Schutzwand verwendet werden. Diese sind vorzugsweise mit feuerfestem Material gefüllt, das eine gute Temperaturwechselwirkung bei hoher Wärmeleitung aufweist. Solche Materialien sind in aller Regel Keramiken, z. B. Tone mit hohem Al₂O₃- und Glasgehalten, oder metallische Werkstoffe in Platten, z. B. Aluminium, Kupfer oder Stahl, oder Sandwich aus verschiedenen dieser Materialien. Die Dicke der passiven äußeren Schutzwand und insbesondere ihre Herstellungskosten lassen sich durch den Einsatz dieser Materialien senken, da eine höhere Schutzzeit bei geringerem Materialeinsatz erzielbar ist.Contrary to that in the EP 0912 858 B1 described in the present invention, also simple wall systems made of polycarbonate or Perspex (trade name Plexiglas or Lexan) or sandwich materials for the passive outer bulkhead can be used. These are preferably filled with refractory material, which has a good temperature interaction with high heat conduction. Such materials are usually ceramics, z. As clays with high Al ₂ O ₃ - and glass contents, or metallic materials in plates, z. As aluminum, copper or steel, or sandwich of various of these materials. The thickness of the passive outer protective wall and in particular its manufacturing costs can be reduced by the use of these materials, since a higher protection time can be achieved with less use of material.

13 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung der elektrischen Verschaltung der Strahlenschutzelemente mit der Steuerungseinheit ECU der vorliegenden Erfindung. In 9 bezeichnet Bezugszeichen ECU eine Steuereinrichtung, welche die Ausgangssignale auf den Leitungen L1 bis L4 der Strahlenschutzelemente E1 bis E16, gemäß 1 empfängt. Weiterhin empfängt die Steuereinrichtung ECU das Funktionsfähigkeitssignal SEC der Referenzstrahlungsquelle SE und das Funktionstüchtigkeitssignal SET des Transmissionssensors TR entsprechend einer weiteren Ausführungsform (zentrale Steuerung) der vorliegenden Erfindung. Ist die Verschaltung durch ein serielles Kommunikationssystem, z. B. Bussystem jedweder Ausführung, ausgeführt, sind die genannten Leitungen L1 bis L4 keine disjunkten physischen Leitungen sondern entsprechende virtuelle serielle Kommunikationsleitungen, die auch in einer oder mehreren physischen Leitung ausführbar sind. 13 FIG. 12 is a block diagram for explaining the electrical connection of the radiation protection elements with the control unit ECU of the present invention. In 9 reference numeral ECU denotes a control device, which controls the output signals on the lines L1 to L4 of the radiation protection elements E1 to E16, according to FIG 1 receives. Further, the controller ECU receives the operability signal SEC of the reference radiation source SE and the operation signal SET of the transmission sensor TR according to another embodiment (central control) of the present invention. Is the interconnection by a serial communication system, eg. Bus lines of any design, said lines L1 to L4 are not disjoint physical lines but corresponding virtual serial communication lines which are also executable in one or more physical lines.

Durch einen Vergleich dieser Signale L1 bis L4, ..., SET, SEC mit entsprechenden Sollpegeln erzeugt die Steuereinrichtung ECU ein Signal SIG zum Ausschalten der Laser-Strahlungsquelle L, falls diesen Signalen entnehmbar ist, dass ein Strahlenschutzelement perforiert ist bzw. eine Funktionsuntüchtigkeit der Referenzstrahlungsquelle SE oder eine Transmissionsunfähigkeit des Raumes R vorliegt.By comparing these signals L1 to L4, ..., SET, SEC with corresponding desired levels, the control unit ECU generates a signal SIG for switching off the laser radiation source L, if it can be deduced from these signals that a radiation protection element is perforated or inoperable Reference radiation source SE or a transmission inability of the space R is present.

10 ist eine schematische Darstellung eines Strahlenschutzelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10 is a schematic representation of a radiation protection element according to a second embodiment of the present invention.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 10 sind zwei Strahlenschutzelemente E1', E2' dargestellt, welche im Gegensatz zu den Strahlenschutzelementen E1, E2 gemäß 1 geneigte Kanten P1', P2' aufweisen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die störende Strahlung SE' die Strahlenschutzelemente E1', E2' nicht durch einen dazwischenliegenden Spalt umgehen kann und zumindest eine Wand W1', W2' der zwei Strahlenschutzelemente E1', E2' perforieren muss.In the second embodiment according to 10 are two radiation protection elements E1 ', E2' shown, which in contrast to the radiation protection elements E1, E2 according to 1 have inclined edges P1 ', P2'. In this way it can be ensured that the interfering radiation SE 'can not circumvent the radiation protection elements E1', E2 'by an intermediate gap and must perforate at least one wall W1', W2 'of the two radiation protection elements E1', E2 '.

11 ist eine schematische Darstellung eines Strahlenschutzelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11 is a schematic representation of a radiation protection element according to a third embodiment of the present invention.

Bei der dritten Ausführungsform gemäß 11 gezeigten Stufung, auch eine nutförmige Stufung bzw. mehrfache nutförmige bzw. mehrfach treppenförmige Stufung o. ä. zum Gewährleisten einer Fugendichtigkeit vorgesehen werden kann.In the third embodiment according to 11 shown gradation, even a groove-like gradation or multiple groove-shaped or multi-stepped step o. Ä. Can be provided to ensure a joint tightness.

12 ist eine schematische Darstellung der Anordnung von Strahlenschutzelementen gezeigt, um die optische Hinterschneidung der Wandelemente an spitzen und stumpfen Winkeln, also an Flächen und Ecken, zu erläutern. 12a und 12b zeigen einen möglichen Strahlengang der schädigenden Strahlung, der kongruent mit den Verschneidungen der Wandelemente ist. 12c und 12d zeigen die Verschneidung an Ecken bzw. Winkeln gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12 is a schematic representation of the arrangement of radiation protection elements shown to explain the optical undercut of the wall elements at acute and obtuse angles, ie at surfaces and corners. 12a and 12b show a possible ray path of the damaging radiation, which is congruent with the intersections of the wall elements. 12c and 12d show the intersection at corners according to a fourth embodiment of the present invention.

Bei der vierten Ausführungsform gemäß 12c und 12d gezeigten Anordnung an Ecken und Winkeln, ist eine nutförmige Stufung bzw. mehrfache nutförmige bzw. mehrfach treppenförmige Stufung o. ä. zum Gewährleisten der optischen Hinterschneidungen des optischen Strahlengangs vorgesehen, so dass die Strahlung nicht auf der Rückseite der Wand austreten kann, ohne mindestens ein Wandelement perforiert zu haben.In the fourth embodiment according to 12c and 12d shown arrangement at corners and angles, a groove-like gradation or multiple groove-shaped or multi-stepped gradation o. Ä. Is provided to ensure the optical undercuts of the optical beam path, so that the radiation can not escape on the back of the wall without at least one To have perforated wall element.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but variously modifiable.

Es sollte in diesem Zusammenhang erwähnt werden, dass die Form der Strahlenschutzelemente nur beispielhaft gewählt ist und mannigfaltig variiert werden kann, z. B. wabenförmig, dreiecksförmig, trapezförmig, usw.It should be mentioned in this context that the shape of the radiation protection elements is chosen only by way of example and can be varied in various ways, for. B. honeycomb, triangular, trapezoidal, etc.

Auch sind die angeführten Materialien nur beispielhaft gewählt. Die innere aktive Wand wurde in den obigen Bespielen als lückenlos und flächendeckend beschrieben. Selbstverständlich ist es bei eingeschränkter Bewegungsfreiheit der Strahlungsquelle möglich, diese aktive innere Wand auf lediglich die gefährdeten Bereiche zu beschränken.Also, the materials listed are chosen only by way of example. The inner active wall was described in the above examples as complete and comprehensive. Of course, it is possible with limited freedom of movement of the radiation source to restrict this active inner wall to only the vulnerable areas.

Obwohl die obigen Beispiele in Bezug auf Laserstrahlen beschrieben wurden, sind sie prinzipiell auch auf andere Strahlen, wie z. B. Partikelstrahlen oder Elektronenstrahlen usw. anwendbar.Although the above examples have been described in relation to laser beams, they are in principle also applicable to other beams, such as e.g. As particle beams or electron beams, etc. applicable.

Das Strahlenschutzelement, Strahlenschutzanordnung und Rechneranlage, Datenträger sowie Signalfolge sind so eingerichtet, dass sie ohne menschliche Einwirkungen eigensicher den Betrieb der Schutzanlage ermöglichen.The radiation protection element, radiation protection arrangement and computer system, data carrier and signal sequence are set up so that they allow intrinsically safe operation of the protection system without human intervention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 3638874 C2 [0008]
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EP 0321965 B1 [0009, 0012]
EP 1646334 A2 [0010, 0010, 0010, 0010, 0011, 0012]
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EP 0912858 B1 [0079]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Barat, K .: Laser Safety Management, CRC Press Taylor & Francis Group, Boca Raton, 2006 [0011]
DIN EN 60825-1 to 4 [0078]

Claims

Radiation protection element, arrangement and - and computer system, data carrier and signal sequence for protection against the escape of rays (ST ') of a radiation source (L), in particular a laser radiation source, from a room (R) with: an empty interior space (I2; I2'' I2 '''') which is surrounded on all sides by a shell (W2; W2 ', W2'';W2'''; W2 '''') which can be perforated by the beams (ST '); a detection means (S1-S4; SP; S1a-S4a) provided in said empty interior space (I2; I2 ''';I2'''') for detecting a change in a physical quantity (STR; P'; SP) in said interior space (I2; I2 ''';I2'''') which after a perforation (P) of the wall (W2; W2', W2 ''; W2 ''';W2'''') through the beams ( ST ') and for generating a corresponding output signal (L1-L4; LSP; L1a-L4a) available for initiating a protective measure outside the chamber (I2; I2'''; I2 ''''); characterized in that the physical quantity (STR; P '; SP) is an optical radiation other than the (laser) beams (ST').

Radiation protection arrangement according to claim 1, wherein in the space (R) are preferably reference radiation sources (SE) for generating these different from the (laser) radiation optical reference radiation (STR).

A radiation protection arrangement according to claim 1, wherein the detection means (S1-S4; SP; S1a-S4a) comprises one or more radiation sensors (S1-S4) which are sensitive to a change in intensity of reference beams (STR).

Radiation protection element according to claim 1 to 3, wherein on the inside of the perforable wall (W2, W2 ', W2' ', W2' '', W2 '' '') a reflection coating (RB) for reflecting the reference beams (STR) and optical radiation is provided.

Radiation protection element according to claim 3 or 4, wherein the wall (W2; W2 ', W2' '; W2' ''; W2 '' '') in the unperforated state is radiation-tight with respect to the reference beams (STR).

Radiation protection element according to claim 2, 4 or 5, wherein the reference radiation (STR) z. B. broadband optical radiation.

Radiation protection element according to one of the preceding claims, wherein on the outside of the perforable wall (W2, W2 ', W2 ", W2"', W2 "") an absorption coating (AB) is provided for absorbing the rays (ST ') ,

Radiation protection element according to one of the preceding claims, wherein the perforatable sheath (W2, W2 ', W2' ', W2' '', W2 '' '') may consist of a thin material, in particular a metallic material.

Radiation protection element according to one of the preceding claims, wherein the perforable wall (W2, W2 ', W2 ", W2' '', W2 '' '') has a flat polyhedral shape with a front side (VS, VS '') arranged essentially parallel to one another. 'VS' '' ') and back (RS' RS '' '; RS' '' ') and corresponding edges (P1', P2 '; P1' ', P2' ').

Radiation protection element according to claim 11, wherein the output signal (L1-L4; LSP; L1a-L4a) at the back (RS; RS '' '; RS' '' ') by means of electrical wires z. A multipolar flat cable via serial communication systems and corresponding lines.

Radiation protection element according to claim 8, 9 or 10, wherein the edges (P1 ', P2', P1 '', P2 '') are at least twice inclined or stepped so that they are optically undercutting the beam propagation axis.

Radiation protection element according to claim 8, 9, 10 or 11, wherein the perforable wall (W2; W2 ', W2' '; W2' ''; W2 '' '') overlap with other perforable walls and staggered in depth to form an expandable wall surface can be joined.

A radiation protection device according to claim 1, wherein there is provided in said space (R) a monitor (TR) for monitoring a malfunction of said radiation protection elements (E1-E16) and providing a corresponding fail-safe signal (SEC; SET), and wherein said control means (ECU) is established is to trigger the protective measure in response to the inoperative signal (SEC; SET).

Radiation protection arrangement according to claim 13, wherein the function monitoring device continuously or optionally cyclically, selectively or even periodically the laser Auszeiten using the reference radiation (STR) transmissivity of the empty interior (I2; I2 '' '; I2' '' ') and the space ( R) checked by optical sensors and at the same time the electrical wiring and sensors for systemic functionality.

Radiation protection arrangement and element according to claims 1-14, characterized in that the detection means (S1-S4; SP; S1a-S4a), monitoring devices (TR) and function monitoring devices (SEC, SET) in the space R and in the protective wall elements preferably at opposite corners are arranged.

Radiation protection arrangement and element according to claim 1-15, characterized in that at least one detection means (S1-S4; SP; S1a-S4a), monitoring devices (TR) and function monitoring devices (SEC, SET) are mounted in the space R and in the protective wall elements.

Radiation protection arrangement and element according to claim 1-16 wherein the function monitoring devices, which check the reference radiation (STR) transmissivity checked by introduced into the wall elements optical baffling as well as the mechanical and structural integrity and integrity of the protective wall elements or unforeseen reflections that in a structural disrespect and non-existent integrity.

Radiation protection arrangement according to one of claims 1 to 14, wherein the radiation protection elements (E1-E16) are arranged without gaps and form-fitting on the inside of the protective cabin.

A signal sequence according to claim 1 for subjecting the detection means (S1-S4; SP; S1a-S4a), monitoring means (TR) and function monitoring means (SEC, SET) cyclically, selectively or also periodically to an activity, perforation test.

Signal sequence according to claim 19, wherein the provision, processing or processing of the specific signals of the sequence can be distributed centrally or decentrally.

Signal sequence according to claim 19 and data carrier according to claim 1, wherein the signal sequence is arranged such that it continuously or event-controlled to log a list of states and operations of the electronic control unit (ECU) and the signals processed by it and archiving to on the disk to save.

Signal sequence according to claim 1, wherein the signal sequence is set up in such a way that the state of the protection arrangement and elements is displayed on a user interface and the user is provided with interaction possibilities for controlling the installation.

Radiation protection element, arrangement and - and computer system, data carrier and signal sequence according to claim 1 and according to claims 2-22 set up so that they are intrinsically safe without human interference.