Установка для удержания лазерного излучения в безопасном замкнутом пространстве

Установка содержит по меньшей мере два расположенных противоположно по бокам отверстия (О1, О2), через которые может протягиваться по меньшей мере одна металлическая лента, оболочку, содержащую первое и второе устройства с зажимными губками (М11, М12, M12s, М21, М22, M22s) для ленты, расположенные на пути протягивания ленты между двумя отверстиями, при этом упомянутые губки расположены поперечно, по меньшей мере, ширине ленты, головку (TL) установки для резки или сварки, испускающую пучок лазерного излучения в замкнутом пространстве, при этом упомянутый пучок является поперечно перемещаемым между парой губок (М11, М12), расположенных напротив одной из сторон поверхности ленты, причем в сжатом положении губок на ленте соединение губок (М11, М12, M12s; М21, М22, M22s) на поверхностях ленты приводит к образованию физического экрана (F1b) для лазерного излучения, препятствующего прохождению излучения через два отверстия оболочки. Достигается повышение безопасности лазерной резки. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение касается установки для удержания лазерного излучения в безопасном замкнутом пространстве в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения, а также ее применения для сварки и резки материалов, в частности металлических лент, подвергаемых металлургическим операциям.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В рамках металлургического использования в поточных линиях сварочные установки для обработки лент выполняют несколько возможных и известных вариантов сварки: электроискровая обработка, восстановление, TIG (сварка вольфрамом в инертном газе), MIG (полуавтоматическая сварка в нейтральном газе) и лазерная сварка. Для сварочных установок, называемых лазерными сварочными установками, типом используемого источника является источник СО2. Другими типами источников могут быть также источники, называемые «ASOLID» (также известные как иттриево-алюминиевые гранаты, диск или волокно), имеющие длины волн около 1060 нм и обладающие многими преимуществами, например простотой оптического направления, лучшей отдачей, высоким качеством пучка. Эти источники могут быть также использованы в качестве средства отрезания ленты при ее протягивании. В дальнейшем в настоящем документе не будет различий между использованиями сварки и отрезанием, которые в обоих случаях требуют наличия замкнутого пространства, что и предлагается использовать в изобретении. Действительно, недостаток такого типа лазерного источника вытекает из выбора длины волны пучка и сопутствующих опасностей, так что должно быть предусмотрено замкнутое пространство для исключения любого аварийного случая. Выполнение такого замкнутого пространства во всяком случае проблематично или, по меньшей мере, обусловлено, различными аспектами:

- в очень тесном замкнутом пространстве (например, инкапсулирующем сварочную зону) для оператора затруднено наблюдение за операционной зоны в машине (резка и сварка);

- ленты (поступающие от сварочной установки или к сварочной установке путем протягивания от или к соседней линии обработки, намоточному станку и т.д.) должны иметь возможность входить и выходить без больших затруднений, чем в классических машинах. Зная, что протягиваемые ленты являются весьма длинными (несколько сотен метров), невозможно образовать совокупное физическое замкнутое пространство вокруг разрезаемой или свариваемой ленты. Таким образом, замкнутое пространство может содержать только оболочку, инкапсулирующую место сварки, резки, имеющую отверстия для ввода и выхода ленты, то есть имеются возможности выхода лазерного излучения через эти отверстия,

- доступ в машину для регулирования и технического обслуживания должен быть наиболее простым.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является предложение установки для удержания в безопасном замкнутом пространстве лазера устройства лазерной резки и/или сварки ленты, входящей или выходящей из упомянутого устройства путем протягивания.

Такая установка предложена таким образом в пункте 1 формулы изобретения. Применения этой установки предложены дополнительно для резки и/или сварки металлических лент, поступающих или выходящих из упомянутой установки, которая расположена на линии протягивания упомянутой ленты.

Речь идет об установке для удержания лазерного излучения в безопасном замкнутом пространстве, содержащей:

- оболочку для удержания в безопасном замкнутом пространстве (EN), содержащую по меньшей мере два расположенных по бокам отверстия (О1, О2), через которые может быть протянута, по меньшей мере, металлическая лента (В),

- оболочка содержит первое и второе устройства с зажимными губками (М11, М12, M12s; M21, M22, M22s) для ленты, размещенные на пути протягивания ленты между двумя отверстиями, при этом упомянутые губки размещены поперечно, по меньшей мере, ширине ленты,

- головку (TL) установки для сварки или резки, излучающую пучок удерживаемого в замкнутом пространстве лазерного излучения, при этом пучок является поперечно перемещаемым между парой губок (М11, М12), расположенных напротив одной стороны поверхности ленты,

- причем в сжатом положении губок на ленте сжатие губок (М11, М12, M12s; М21, М22, M22s) на сторонах ленты приводит к образованию физического экрана (F1b) для лазерного излучения, мешающего упомянутому излучению проходить сквозь два отверстия оболочки.

Первым преимуществом упомянутой оболочки является то, что она способна закрыть следующее оборудование: лазерную головку, губки и их основание. Исходя из этого, оболочка имеет размер, сопоставимый с камерой, в которую оператор может проникнуть с помощью простой дверцы, расположенной на стенке упомянутой оболочки. Равным образом можно также расположить на стенках упомянутой оболочки или на дверце по меньшей мере одно окно, обеспечивающее наблюдение за устройством сварки/резки, при этом упомянутые окна выполнены с возможностью фильтрации всего лазерного излучения в соответствии с принятыми нормами безопасности. Наконец, оболочка может содержать съемную крышку, обеспечивающую при прекращении работы устройства сварки/резки трудные операции технического обслуживания (например, удаление упомянутой крышки и перемещение блока зажимных губок с помощью единого мостового крана или иного средства погрузки и разгрузки). Кроме того, возможно также разместить пульты управления устройством сварки/резки вне оболочки, и за исключением окна средства наблюдения и контроля могут быть установлены в оболочке и управляться извне. Благодаря этим устройствам оператор может также легко наблюдать зону операции сварки/резки в оболочке, может также проникнуть в оболочку при отключенном лазере и осуществить в ней легкие и даже более сложные операции технического обслуживания легко и непринужденно.

Второе преимущество установки по изобретению вытекает из того факта, что оболочка располагается в таком месте, как кабина, закрывая устройство сварки/резки ленты, и имеет, в основном, только два отверстия для входа и выхода по меньшей мере одной ленты в упомянутую кабину или из нее. Зная, что соединение губок преграждает выход лазерного излучения через два отверстия, удержание в замкнутом пространстве становится простым и эффективным без необходимости добавления дополнительных дверец к упомянутой кабине для удержания в замкнутом пространстве. Кабина для удержания в замкнутом пространстве является также универсально и просто устанавливаемой вокруг существующих устройств сварки или резки, для которых необходимо размещать «твердотельный» лазерный источник или лазер иного типа. В процессе такой установки будет предусмотрено, что отверстия кабины будут расположены так и иметь такие размеры, чтобы поместиться под экраном излучения в сжатом положении каждой пары губок каждого из отверстий. Другими словами, геометрия пар губок, зажимающих ленту, должна обеспечивать наиболее простой экран. Дополнительные устройства по изобретению, представленные в зависимых пунктах, также имеют такие преимущества.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает установку для удержания лазерного излучения в безопасном замкнутом пространстве по изобретению,

фиг. 2 изображает механически приводимый в действие экран,

фиг. 3 изображает экран, объединенный с губками посредством волнообразности,

фиг. 4 изображает отклоняемый экран, частично регулируемый губками,

фиг. 5 изображает отклоняемый экран по линии отклонения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Фиг. 1 изображает, в соответствии с изобретением, вариант воплощения установки для удержания лазерного излучения в безопасном замкнутом пространстве, содержащей:

- оболочку (EN) для удержания в безопасном замкнутом пространстве, содержащую по меньшей мере два боковых противолежащих отверстия (О1, О2), через которые может протягиваться по меньшей мере одна металлическая лента (В), в данном случае главным образом горизонтально,

- причем оболочка содержит первое и второе устройства зажимных губок (М11, М12, M12s; М21, М22, M22s) для ленты, расположенные на пути протягивания ленты между двумя отверстиями, при этом упомянутые губки расположены поперечно, по меньшей мере, на ширине ленты,

- лазерную головку (TL) установки для разрезания и сварки ленты, испускающую вертикальный пучок лазерного излучения, который необходимо удержать в замкнутом пространстве, при этом упомянутый пучок является поперечно перемещаемым между парой губок (М11, М21), расположенных напротив друг друга со стороны одной поверхности ленты (в данном случае губки располагаются выше над лентой),

- причем в сжатом положении губок на каждой стороне ленты соединение губок на сторонах ленты образует физический экран (F1b) для лазерного излучения, препятствующий прохождению упомянутого излучения через оба отверстия оболочки. Фиг. 1 ясно показывает, что экран (F1b) образован сечением задних поверхностей губок (М11, М12; М21, М22), имеющим размер, достаточный для создания тени для каждого отверстия излучения. В данном случае, понятие «задний» для поверхностей губок (М11, М12; М21, М22) означает наиболее близкое расположение к отверстиям (О1, О2).

Главным образом, губки, верхние относительно ленты (М11, М21), могут быть зафиксированы или регулироваться по высоте относительно ленты, а губки, нижние относительно ленты (М12, М22), могут перемещаться вертикально от ленты с помощью силовых цилиндров (V12, V22), размещенных на шасси, закрытом оболочкой (EN). Две зажимные губки, нижние относительно ленты (M12s, M22s), являются губками, сегментированными поперечно ширине ленты (то есть поперечно направлению протягивания ленты) и обеспечивают более жесткое и точное сжатие благодаря средствам блокирования/сжатия (V12s, V22s), расположенным независимо на каждом сегменте.

Таким образом, схематично оболочка для удержания в закрытом пространстве закрывает лазерную головку и две стойки зажимных губок, при этом каждая из стоек содержит соответственно зажимную губку выше ленты, зажимную губку ниже ленты и серию зажимных губок, сегментированных снизу ленты. Обычно по меньшей мере одна из двух стоек имеет боковую подвижность, и установка по изобретению предусматривает, что, по меньшей мере, в подвижном положении стойки, наиболее близком к отверстию оболочки, экран, образованный соединением губок, обеспечивает исключение прохождение всего лазерного излучения через упомянутое отверстие.

Упомянутый экран полностью образован абсорбирующим излучение покрытием (Fla) поверхностей губок (M11, M12s; M21, M22s), боковых относительно лазерной головки. Такие покрытия предусмотрены на внутренних стенках оболочки для исключения всякого паразитного отражения излучения, испускаемого лазерной головкой или отражающими поверхностями, так как они неизбежны от ленты под лазерной головкой.

Как указывалось выше, на фиг. 1 представлена съемная крышка (Т) оболочки (EN), образующая таким образом по меньшей мере третье верхнее открываемое отверстие оболочки. Даже если оно отсутствует, по меньшей мере, дверца или окно также предусмотрены по меньшей мере в одной из стенок без отверстий (О1, О2), то есть параллельных направлению протягивания ленты. В оболочке расположены средства контроля для удостоверения закрывания дверец, крышки и т.д. перед любой активацией излучения.

Лазерное излучение, испускаемое лазерной установкой с длиной волны, близкой к инфракрасной области около 1000 нм, предпочтительно, в интервале, адаптированном к использованию лазера типа волокно/диск, от около 1060 нм до использования диодного лазера с длиной волны около 870 нм. Так, установка для удержания в замкнутом пространстве по изобретению предназначена для различных требований безопасности, касающихся лазеров для различных применений (сварка или лазерная резка), и форматов/материалов ленты.

Кроме того, возможны различные применения установки для удержания в замкнутом пространстве.

Применение установки для удержания лазерного излучения в замкнутом пространстве по изобретению предусматривает, что лазерной головкой является головка для разрезания ленты.

Альтернативное или дополнительное применение установки для удержания лазерного излучения в безопасном замкнутом пространстве по изобретению заключается в том, что лазерная головка (или вторая лазерная головка) является сварочной лазерной головкой конца первой ленты и головкой второй ленты. В этом случае конец одной из лент подводится и удерживается в первых зажимных губках (= первая стойка зажимных губок), а начало второй ленты подводится и удерживается во вторых зажимных губках (= вторая стойка зажимных губок), расположенных напротив первых зажимных губок, и когда обе ленты удерживаются губками в зажатом состоянии, разрешают активацию излучения. Наконец, такое применение предусматривает, что

- перед подводом конца первой ленты через первые, затем вторые зажимные губки, обе зажимные губки находятся в разжатом состоянии и осуществляют одновременно достаточное механическое раздвижение для прохождения первой ленты через выходное отверстие и входное отверстие оболочки для удержания лазерного излучения в замкнутом пространстве, закрывая, по меньшей мере, губки и сварочную головку, причем на этом этапе активация излучения запрещена,

- потом, в конце подведения в положение удержания начала второй ленты во вторых губках, обе губки переходят в сжатое положение и образуют таким образом экран от прохождения лазерного излучения наружу оболочки для того, чтобы обеспечить активацию излучения.

Фиг. 2 представляет на основе фиг. 1 вариант реализации желаемого экрана путем механического отслеживания губок. Пример представлен для одной из верхних губок (М11), но мог бы быть также представлен для любой другой из губок (М12, М21, М22...). Также экран, образованный одной или несколькими перегородками (F1b’), механически регулируется зажимом одной или нескольких губок, например, (М11 с М12) с помощью механического соединения (CPL). Эта система особенно эффективна, если геометрическое соединение, свойственное губкам, не образует достаточно безопасный экран от излучений, способных выйти через отверстие. Такая перегородка может также являться дверцей, локально закрывающей отверстие наполовину высоты поверхности ленты.

Альтернативно или дополнительно к фиг. 1 и 2, экран может быть также образован сетью обтюраторов лабиринтного типа между губками и каждым из отверстий. Расположение этого типа сети таково, что если губки соединены, упомянутая сеть перекрывает возможные оставшиеся пути для излучений в отверстия (О1, О2).

Установка по изобретению предусматривает также, что экран может быть образован сегментированным поперечным распределением на множество губок (называемых ранее «сегментированными» (M12s, M22s), сегменты губок которых за зоной зажима ленты и сбоку от упомянутой ленты являются сцепленными. Этот эффект экрана «с изменяемой шириной» по краям ленты особенно заметен для устройств сварки/резки, предназначенных для форматных лент с сильно изменяемой шириной. В соответствии с количеством предусматриваемых сегментов возможно, что по меньшей мере одна из сегментированных губок на краю ленты оставляет возможный зазор для излучений, если лазерная головка приближается и можно также предусмотреть выполнение съемных боковых экранов для ленты, которые устанавливаются на краях ленты при сжатом положении зажимных губок (впрочем, эта опция боковых съемных экранов приемлема также для верхних, нижних и несегментированных зажимных губок для ленты).

Фиг. 3 изображает экран, встроенный в две губки путем выполнения волнистости ленты с помощью цилиндра (R), длина которого превышает длину верхних и нижних губок (М11, М12 или М21, М22) (нижние губки М12, М22 могут быть дополнительно сегментированы или нет) в сжатом положении на ленте. Цилиндр, главным образом, расположен перпендикулярно направлению протягивания ленты в одной из двух губок, и часть его цилиндрического сечения вращается в полости другой губки. Излучение со стороны лазерной головки между двумя зажимными губками и при отсутствии ленты (по краям ленты) прекращается наличием цилиндра, образующего экран в отверстии перед задней стороной губок. Этот вариант изготовления экрана позволяет полностью блокировать остаточное излучение между зажимными губками, и это, предпочтительно, независимо от ширины ленты, когда длина цилиндра больше, чем ширина ленты или отверстия.

Кроме этой последней возможности, с помощью цилиндрической полости между двумя цилиндрическими поверхностями зажимных губок, экран может быть образован отклонением ленты в или между зажимными губками и каждым из отверстий, идеально за счет волнообразной поверхности или зигзагообразного направления упомянутой ленты.

Фиг. 4 изображает альтернативу или дополнения экрана отклонения, или выполнения волнообразной поверхности, в данном случае также имеется частичное регулирование нижней зажимной губки (М12, M12s), при этом обеспечение волнистости поверхности достигается с помощью элемента отклонения, поперечного направлению протягивания ленты, такого как цилиндр (R1), причем упомянутый цилиндр может быть соединен сзади, по меньшей мере, подвижной губкой пары губок и даже расположен вне оболочки, так что входящая или выходящая через отверстия лента входит или выходит из нее под наклоном, защищая прохождение излучений внутрь или наружу оболочки. В примере по фиг. 4 и со стороны оболочки с отверстием, например, для входа ленты лента проходит через оболочку по линии прохода (LP), расположенной между парой и верхних и нижних зажимных губок (М11; М12, M12s) в удаленном положении, и элемент (R1) – цилиндр - механически соединен, например, с нижними губками (М12), и поднимается вверх, когда упомянутые губки сближаются с верхними губками.

В соединенном положении сжатия ленты цилиндр (R1) создает волнистость ленты, образуя таким образом экран путем наклона ленты в отверстии. Размеры элемента (или диаметр упомянутого цилиндра) выбираются такими, чтобы перекрыть размеры отверстия оболочки и обеспечить удержание в безопасном замкнутом пространстве.

Фиг. 5 изображает альтернативу или дополнение экрана для отклонения путем смещения линии прохождения, в данном случае для примера частичного закрытия нижней зажимной губки (М12, M12s), причем отклонение ленты производится перемещением (Н) по меньшей мере одной из зажимных губок вне средней линии протягивания (см. штрихпунктирную линию вне оболочки), в данном случае, в процессе подъема при сжатии нижней зажимной губки (М12, M12s). Задняя поверхность губок каждой стойки губок в данном случае более центрована и в данном случае более закрыта отверстием оболочки и отклонением, способствующим дополнительному улучшению этого экрана в каждом соответствующем отверстии.

Наконец, установка по изобретению, в соответствии со всеми другими чертежами, может также содержать средство для обеспечения безопасности стенки туннеля (TU) (или другого типа рукава), связывающего задние поверхности стоек губок и находящегося напротив них периметра отверстий. По меньшей мере одна стенка туннеля является подвижной и деформируемой для того, чтобы отслеживать потенциальные перемещения (боковые, вертикальные) губок. Другими словами, упомянутый туннель может также иметь изменяемую геометрию. В положении соединения губок экран образован с помощью туннеля вокруг ленты между зажимными губками и каждым отверстием, при этом упомянутый туннель поглощает или, по меньшей мере, задерживает любое паразитное остаточное выходное излучение из оболочки через любое свободное пространство между каждой стойкой губок и расположенным рядом отверстием оболочки.

1. Установка для обработки в замкнутом пространстве металлической ленты лазерным излучением, содержащая:

- оболочку для удержания лазерного излучения в безопасном замкнутом пространстве (EN), по бокам которой выполнены по меньшей мере два отверстия (O1, O2) для протягивания по меньшей мере одной металлической ленты (В),

- первое и второе устройство с зажимными губками (M11, M12, M12s; М21, М22, M22s) для ленты, размещенные в упомянутой оболочке на пути протягивания ленты между двумя упомянутыми отверстиями, при этом упомянутые губки размещены поперечно ширине ленты,

- лазерную головку (TL) для сварки или резки, излучающую пучок удерживаемого в замкнутом пространстве лазерного излучения, выполненную с возможностью поперечного перемещения пучка между парой зажимных губок (М11, М12), расположенных с одной стороны поверхности ленты, при этом

- сжатие губок (М11, М12, M12s; М21, М22, M22s) обеспечивает образование экрана (F1b) для лазерного излучения в сжатом положении губок на ленте для предотвращения прохода упомянутого излучения через два отверстия для протягивания ленты в оболочке.

2. Установка по п. 1, в которой боковые относительно лазерной головки поверхности губок выполнены с поглощающим излучение покрытием (F1a).

3. Установка по п. 1 или 2, в которой задние поверхности (F1b) губок выполнены размером, обеспечивающим затемнение каждого отверстия для протягивания ленты от излучения.

4. Установка по п. 1 или 2, в которой зажимные губки снабжены соединенными с ними перегородками (F1b') для экранирования излучения, механически регулируемыми при сжимании губок.

5. Установка по п. 1 или 2, в которой экран формируется путем перемещения ленты между губками и каждым из отверстий, с образованием волнистости или зигзагообразности упомянутой ленты.

6. Установка по п. 5, в которой перемещение ленты осуществляется путем перемещения по меньшей мере одной из губок от средней линии прохождения при протягивании.

7. Установка по п. 5, которая содержит элемент для образования волнистости ленты для экранирования излучения, расположенный поперечно направлению протягивания ленты, при этом упомянутый элемент расположен сзади пары губок или, в случае выполнения элемента в виде цилиндра, в цилиндрической полости, выполненной и распределенной по двум поверхностям зажимных поверхностей губок.

8. Установка по любому из пп. 1, 2, 6, 7, в которой экран образован сетью заслонок лабиринтного типа, расположенных между губками и каждым из отверстий.

9. Установка по любому из пп. 1, 2, 6, 7, которая снабжена дополнительными губками в виде сегментов для экранирования излучения, поперечно распределенных на зажимных губках вне зоны сжатия ленты и по бокам упомянутой ленты.

10. Установка по любому из пп. 1, 2, 6, 7, которая снабжена дополнительными экранами в виде съемных стенок, выполненных с возможностью размещения по боковым сторонам ленты и перемещения к краю ленты при сжатом положении губок.

11. Установка по любому из пп. 1, 2, 6, 7, которая снабжена рукавом для экранирования излучения, расположенным вокруг ленты между губками и каждым отверстием, при этом упомянутый рукав выполнен с изменяющейся геометрией.

12. Установка по любому из пп. 1, 2, 6, 7, в которой лазерная головка выполнена с возможностью испускания лазерного излучения с длиной волны около 1000 нм, близкой к инфракрасной области, или с длиной волны около 1060 нм от лазера волоконного типа, или с длиной волны около 870 нм от лазера диодного типа.

13. Установка по любому из пп. 1, 2, 6, 7, в которой оболочка содержит по меньшей мере третье расположенное сверху отверстие, перекрываемое съемной крышкой.

14. Способ лазерной резки металлической ленты с использованием установки по любому из пп. 1-13.

15. Способ лазерной сварки металлической ленты с использованием установки по любому из пп. 1-13.

16. Способ по п. 14, в котором конец одной из лент подводят и удерживают в первых зажимных губках, а начало второй ленты подводят и удерживают во вторых зажимных губках, противолежащих первым зажимным губкам, при этом обе ленты удерживают в губках в сжатом положении, после чего активируют лазерное излучение.

17. Способ по п. 14, в котором

- перед подводом конца первой ленты через первые, затем вторые зажимные губки, обе зажимные губки удерживают в разжатом положении и осуществляют одновременное их механическое расхождение, достаточное для прохода первой ленты через входное отверстие и выходное отверстие упомянутой оболочки, закрывая, по меньшей мере, губки и сварочную головку, причем на этом этапе активация излучения запрещена,

- после этого в конце подвода в положение удержания начала второй ленты во вторые губки обе зажимные губки переводят в сжатое положение и образуют экран, препятствующий прохождению лазерного излучения вовне оболочки, затем активируют лазерное излучение.