Risico Inventarisatie en Evaluatie (RIE) Werkstation Trumpf TruMicro Samenvatting Dit document vormt de Risico Inventarisatie en Evaluatie betreffende het werkstation met een Trumpf TruMicro 5050, -5020, -5350 laser, zoals deze is opgesteld in het microlaboratorium (WH117) van vakgroep Werktuigbouwkundige Automatisering, leerstoel Toegepaste Laser Technologie.
Revisie log Datum
Omschrijving
Auteur
2008.12.19
Initiële versie
Dr.ir. G.R.B.E. Römer, Ing. T. Klaver
Acceptatie log Datum
Naam
Functie
Prof.dr.ir. B. Huis in ’t Veld Ing. T. Klaver Ing. T. Klaver Dr.ir. G.R.B.E. Römer
AMC VMM UHD
Versie: 12-1-2009
Paraaf
pagina: 1/6
Inhoud
1
INLEIDING ................................................................................................................................................. 3
2
OMSCHRIJVING VAN OPSTELLING & WERKZAAMHEDEN....................................................... 3 2.1 DOEL .................................................................................................................................................... 3 2.1.1 Laboratorium .................................................................................................................................. 3 2.1.2 Werkstation ..................................................................................................................................... 3 2.1.3 (On)bedoeld gebruik ....................................................................................................................... 4 2.2 PROCESBESCHRIJVING (AARD VAN DE WERKZAAMHEDEN) .................................................................. 4
3
RISICO INVENTARISATIE & EVALUATIE ........................................................................................ 5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
4
LASERSTRALING ................................................................................................................................... 5 PROCES EMISSIES EN CHEMISCHE REACTIES .......................................................................................... 5 HOGE SPANNINGEN ............................................................................................................................... 5 GELUID ................................................................................................................................................. 6 MANIPULATOR...................................................................................................................................... 6
GEAUTORISEERDE WERKNEMERS................................................................................................... 6
REFERENTIES .................................................................................................................................................... 6
Versie: 12-1-2009
pagina: 2/6
1 Inleiding. De leerstoel Toegepaste Laser Technologie van de vakgroep Werktuigbouwkundige Automatisering (WA) van de faculteit Construerende Technische Wetenschappen (CTW) van de Universiteit Twente, verricht onderwijs en onderzoek naar de materiaalbewerking met (hoogvermogen) lasers. Het in bedrijf kunnen nemen van dergelijke lasers voor onderwijs en onderzoek is aan wettelijke regels gebonden [1]. Eén van de bepalingen is het uitvoeren en vastleggen van een Risico Inventarisatie en Evaluatie (RIE). Dit document is de vastlegging van de RIE van het werkstation rondom de TRUMPF TruMicro-5050, -5020, -5350 laserbron (verder “TRUMPF TruMicro laserbron genoemd”).
2 Omschrijving opstelling en werkzaamheden. 2.1
Doel
Het uiteindelijke doel van het werkstation rondom de TRUMPF TruMicro laserbron is het geven van onderwijs, maar vooral het uitvoeren van onderzoek naar het bewerken van materialen (metalen, kunststoffen, keramiek, enz.) en automatiseren met deze laser. Deze RIE brengt de risico’s in kaart, evalueert deze en beschrijft veiligheidsmaatregelen die van toepassing zijn tijdens: 1. De opbouw, c.q. installatie van de laserbron en bijbehorende opstelling. 2. De eerste inleidende experimenten met de opstelling die gedaan zullen moeten worden om de opstelling te kunnen testen en af te nemen. De uiteindelijke opstelling zal afwijken van deze initiële opstelling.
2.1.1
Laboratorium
Het werkstation rondom de TRUMPF TruMicro laserbron is opgesteld, zoals al aangegeven is, in ruimte WH117 van het Horst gebouw. Deze RIE is enkel van toepassing indien er één opstelling in de ruimte, namelijk die rondom de TRUMPF TruMicro laserbron aanwezig is.
2.1.2
Werkstation
Het werkstation rondom de TRUMPF TruMicro opstelling gedurende de installatie en afname tests bestaat uit: o een optische tafel (TMC 780-series Clean Top II) met daarop: o de TRUMPF TruMicro laserbron [3, 4] met frequentiemodulator, welke het toestaat de laser, naast op 1030nm ook 515nm golflengte te bedrijven, zie Tabel 1. o optische elementen (spiegels, lenzen, power-dump, etc) voor bundeltransport van de laserbron naar een galvanoscanner. o meetapparatuur (bijv. laservermogen-meter). o een galvano-scanner en focusseer optiek, ter scannen/focussering van de laserbundel over/op het werkstuk. o een manipulator waarop het werkstuk opgespannen wordt bestaande uit: o x-y tafel (indien nodig en beschikbaar). o rotatietafel (indien nodig en beschikbaar). o z-as, waaraan de scanner/optiek bevestigd wordt, en waarmee het mogelijk wordt om axiaal (het focus van) de laserbundel t.o.v. het werkstuk te positioneren. o middelen (slangen/buizen) voor de toevoer van materiaal (bijv. procesgassen) naar de lasermateriaal-interactie zone, indien nodig. o Besturingsunit om de laser, scanner, manipulator (en evt. andere randapparatuur) gesynchroniseerd aan te kunnen sturen.
Versie: 12-1-2009
pagina: 3/6
Tabel 1: Eigenschappen van de TRUMPF TruMicro laserbron [3]. Eigenschap Waarde Golflengte (instelbaar) Golflengte richtlaser Max. gemiddeld vermogen Max. piek vermogen M2 Puls lengte Max. pulsfrequentie Max. pulsenergie Uittrede bundel diameter Bundel waist relatief tot uitkoppelvenster Klasse (volgens ISO EN60825) Richtlaser Laserbron met gesloten bekapping Laserbron met bekapping open Focusseringsoptiek met gesloten afscherming Focusseringsoptiek zonder afscherming Laserfiber
2.1.3
1030 nm (nabij IR), 515nm (zichtbaar, groen) 635nm 50W 50MW < 1.3 < 10 ps 200kHz 250μJ (@1030nm),25μJ (@515nm), 5 mm ±1m II I IV I IV I
(On)bedoeld gebruik
Trumpf specificeert het bedoeld en onbedoeld gebruik van de TruMicro laserbron als volgt [3]: The laser device is intended exclusively for processing solid metals or metal alloys, semiconductor materials and plastics (dielectrics). The laser device is not designated for processing materials in connection with flammable or explosive materials (example: containers filled with combustible gas or fuel, ammunition). The laser device must not be operated in an explosion-prone environment.
2.2
Procesbeschrijving.
De aard van de werkzaamheden aan/met het werkstation de TRUMPF TruMicro laserbron is tweevoudig: 1. Installatie en afregeling van optieken (lenzen, scanners, spiegels, etc.) t.b.v. bundeltransport en -shaping van de laserbron naar het werkstuk. 2. Uitvoeren van inleidende experimenten waarbij er m.b.v. de laserbundel materiaal wordt bewerkt. Tijdens het uitvoeren van laser-materiaal-bewerkingen worden in het algemeen de volgende (al dan niet iteratieve) stappen verricht: i. Instellen van de laserbron (bijv. golflengte, pulsfrequentie, vermogen, enz.) met behulp van de bijbehorende besturing. ii. De galvanoscanner voorzien van de juiste optiek (d.w.z. van de juiste focusseer lens). iii. Opspannen werkstuk op bewerkingsstation (xy-tafel, rotatie-tafel, indien aanwezig). iv. Opbouw en afstelling van de toevoer van procesgassen (indien nodig). v. Opbouw en afstelling van de afvoer, dan wel afscherming van, van procesemissies (indien nodig). vi. Instellen van de z-as, opdat het focus van de laserbundel op de juiste positie t.o.v. het werkstukoppervlak wordt gepositioneerd. vii. Instellen van de juiste x, y , z , j pad van de assen van het bewerkingsstation, via de bijbehorende Besturingsunit. viii. Activering en uitvoering van de materiaalbewerking. ix. Analyse resultaten en (mogelijk) herhaling van een of meer van bovenstaande stappen.
Versie: 12-1-2009
pagina: 4/6
3 Risico inventarisatie & evaluatie. Risico’s die (mogelijk) een rol spelen bij de installatie en inleidende experimenten van de opstelling rondom de TRUMPF TruMicro laserbron bestaan uit risico’s t.g.v. • Laserstraling, met gevaar voor schade aan ogen en/of huid, • Emissie van schadelijke stoffen t.g.v. de laser-materiaal interactie, • Hoge elektrische spanningen, • Hoog geluidsniveau, • Kinetische energie van de manipulator. In de volgende paragrafen worden deze risico’s geëvalueerd en maatregelen gepresenteerd waarmee schade aan mens en machine tot een acceptabel niveau worden/zijn verlaagd.
3.1
Laserstraling.
Het grootste risico voor mens en machine is schade aan ogen en/of huid t.g.v. (in)directe blootstelling aan laserstraling. De laserbron/optelling valt, voor de in deze RIE beschreven werkzaamheden, in klasse IV. Om het risico van schade aan ogen te minimaliseren zijn daarom de volgende maatregelen genomen: 1. Laserveiligheidsbrillen moeten worden gedragen wanneer de laser in gebruik of in de stand ‘Laser on’ is. 2. Interlockschakelaars op de toegangsdeuren van het microlaboratorium, welke de shutter van de laserbron sluit, zodra de deur wordt geopend, waardoor er zich dan geen straling in het microlaboratorium kan bevinden. 3. Noodschakelaars, die, zodra deze geactiveerd worden, de laserbron volledig uitschakelen, waardoor er zich geen straling in het microlaboratorium kan bevinden. 4. Een protocol lasermicrolaboratorium dat vastlegt hoe de werkwijze is van geautoriseerde personen die zich in het microlaboratorium bevinden. De risico’s voor schade aan de blootgestelde huid (vooral de handen) t.g.v. laserstraling zijn enkel aanwezig wanneer er werkzaamheden aan het bundelpad worden uitgevoerd (spiegels, lenzen enz. moet worden afgesteld c.q uitgelijnd). Immers dan bestaat het risico dat de laseroperator abusievelijk zijn hand in het bundelpad houdt en huidverbranding oploopt. Daarom moet men het bundelpad enkel uitlijnen: • Bij een zeer laag laservermogen, waarbij niet of nauwelijks verbranding kan optreden(instelling 0% op de console van de laser. • Met behulp van de richtlaser. Schade aan de huid tijdens het werken met een hoog laservermogen (dus tijdens de inleidende experimenten) kan worden voorkomen door niet het bundelpad van laserbron naar het werkstuk te belemmeren met lichaamsdelen. Men moet daarom altijd voldoende afstand in acht nemen tot de bewerkingstafel voor het starten van het experiment.
3.2
Proces emissies en chemische reacties.
Barcikowski S., et al. (2008) hebben experimenteel aangetoond dat er enkel een reëel risico op schade t.g.v. schadelijke procesemissies bestaat als een laseroperator 8 uur of meer per dag aan deze procesemissies wordt blootgesteld in een slecht geventileerde ruimte. De inleidende experimenten, voorzien tijdens de installatie en testen, zijn kort. Daarnaast wordt de lucht in het microlaboratorium volgens semicleanroom specificaties tenminste 6 maal per uur volledig gefilterd en ververst. Daarmee vormen schadelijke procesemissies geen risico.
3.3
Hoge spanningen.
Voor de opwekking van laserstraling worden hoge elektrische spanningen nodig. De hoogspanningsunit van de laserbron is ondergebracht in een beveiligde afscherming van TRUMPF, de supply unit genaamd. Gedurende de werkzaamheden beschreven in deze RIE is het openen van
Versie: 12-1-2009
pagina: 5/6
de supply unit niet nodig. Mocht dit werk nodig zijn, dan moeten de betreffende veiligheidsinstructies van TRUMPF, zoals opgenomen in [3] en [4] worden opgevolgd.
3.4
Geluid.
Er zullen geen hoge geluidsniveau ontstaan bij de installatie en inleidende experimenten van de opstelling, waardoor er geen schade aan het gehoor kan optreden.
3.5
Manipulator.
De snelheden en acceleraties van de assen van de manipulator zijn laag, waardoor ook de kinetische energie laag zal zijn. Dien ten gevolge zal er geen verwonding optreden t.g.v. collisie tussen mens en manipulator.
4 Geautoriseerde werknemers . Werknemers zijn geautoriseerd tot het verrichten van werkzaamheden aan dit werkstation indien hij/zij: • Deskundigheid heeft met het werken met lasers. • Zich op de hoogte heeft gesteld van alle in en outs van dit werkstation • Op basis van het in sectie 3.1 genoemde protocol geautoriseerd is.
Referenties [1]
http://www.utwente.nl/pao/info_voor/medewerkers/arbo/straling/lasers/Werken_met_lasers/ september 2008)
(16
[2] Barcikowski S., et al. (2008). Picosecond and femtosecond laser machining mau cause health risks erlated to nanoparticle emission. Proceedings of the LPM- the 9th International Syomposium on Laser Precision Microfabrication. Hotel Plaza Quebec, Quebec City, Canada, 2008. [3] Trumpf Laser (2008) Operator’s manual TruMicro 5050, TruMicro 5020, TruMicro 5350. Edition 2008-06. Trumpf Laser GmbH, Schramberg, Germany. [4] Trumpf Laser (2008) Installation conditions, TruMicro 5050, TruMicro 5020, TruMicro 5350. Edition 2008-06. Trumpf Laser GmbH, Schramberg, Germany.
Versie: 12-1-2009
pagina: 6/6
