Проблемы безопасности при лазерной обработке, в соответствии с европейскими требованиями и стандартами, обсуждает С.Мунси, зам.гл.редактора журнала «Electro Optics».

Глаза человека - это замечательный орган чувств, динамический диапазон которого -106:1 - позволяет нам видеть свою дорогу и безлунной ночью, когда светят только звезды, и днем - при самом ярком солнечном освещении. Наши глаза хорошо приспособлены для восприятия видимого света с длинами волн в диапазоне 380-750 нм. Именно цвета, соответствующие этому спектральному диапазону, характерны для окружающей нас природы. Но в природе на Земле нет источников, способных обеспечить такую же интенсивность света, какую создают современные лазеры.

Даже при относительно малой мощности лазерное излучение может повредить сетчатку глаза - причем независимо от того, является это излучение видимым или нет. Лазерное излучение высокой мощности может прожечь одежду и повредить кожный покров, может вызвать глубокие ожоги, которые причиняют сильную боль, долго не заживают и оставляют после себя уродливые шрамы.

Вопрос безопасности лазеров стал активно обсуждаться с первых дней их практического использования. Стандарты лазерной безопасности были впервые приняты в начале 1970-х годов. В них была включена система классификации источников лазерного излучения по степени их опасности, эта система осталась практически той же самой до наших дней. Тип защиты, которая требуется при работе с лазерным излучением, зависит от класса лазера.

Сегодняшняя система стандартов, определяющая и классификацию лазерных источников, и требуемые меры безопасности при работе с такими источниками, поддерживается Международной электротехнической комиссией (МЭК, английская аббревиатура - IЕС) - неправительственной и некоммерческой международной организацией, которая разрабатывает и публикует стандарты для всех видов электротехнического и электронного оборудования.

Защита глаз

Мощные лазеры - типа тех, которые используются в промышленности или научных лабораториях - всегда имеют несколько уровней защиты, предотвращающих попадание опасного высокоинтенсивного лазерного излучения на его пользователя.

В частности, когда работают с технологическим лазером, мощность которого соответствует классу 4, излучатель помещают в рабочую кабину, чтобы система в целом могла быть отнесена к классу 1, т.е. стала полностью безопасной. Тем не менее, несчастные случаи происходят, и для их предотвращения обслуживающий персонал в качестве меры предосторожности должен носить защитные очки. Эксперты считают, что специальные очки - это последний рубеж защиты у всех пользователей лазерной техники. Такие очки конструируются в расчете на худший из возможных сценариев попадания лазерного излучения в глаза - по мощности, энергии и возможному уровню ослабления на длинах волн, на которых осуществляется защита. Любое оборудование для защиты от лазерного излучения, продаваемое в странах Европейского Союза, должно отвечать требованиям соответствующих стандартов ЕС.  Для защитных очков это стандарт ЕN 207. Все очки, отвечающие этому стандарту, помечаются маркой "СЕ".

Стандарт ЕN 207 определяет минимальную величину оптической плотности для средств защиты глаз от лазерного воздействия в зависимости от длины волны, а для импульсного излучения - ещё и в зависимости от длительности импульса излучения. Для расчета используются логарифмические уравнения, разные для различных длин волн и типов модуляции излучения. Дизайнеры ориентируются на так называемый "фактор лазерной безопасности" или "число L", которое задает уровень ослабления излучения, который должны обеспечивать защитные очки.

Следует отметить, что защитные очки, сертифицированные в ЕС, должны не только удовлетворять требованиям по оптической плотности, но и обеспечивать некий минимальный уровень защиты при прямом попадании лазерного излучения в глаз, выдерживая это воздействие в течение либо 10 сек, либо 100 последовательных импульсов (в зависимости от схемы модуляции излучения).

В США для защитных очков действует стандарт АNSI Z 136, но он предъявляет требования только по оптической плотности и не включает в себя обязательность тестирования на продолжительность защиты при прямом воздействии - как в стандарте ЕМ 207.

Линзы защитных очков изготавливаются либо из стекла, либо из поликарбоната. В последнем случае материал насыщается красителями, поглощающими лазерное излучение. Поликарбонатные линзы имеют то преимущество перед стеклянными с поглощающими покрытиями, что не меняют свои защитные свойства при повреждении поверхности, обычные для производственных условий царапины на таких линзах не влияют на степень создаваемой ими защиты. Кроме того, пластиковые очки дешевле, они менее громоздки и более удобны в носке, чем большие очки со стеклянными линзами.

Поликарбонатные линзы могут иметь высокую прозрачность в видимом диапазоне, что облегчает работу в них. Однако при высоких интенсивностях излучения, создаваемых лазерами 4-го класса и выше, требуются стеклянные очки - особенно когда необходимо обеспечить большую оптическую плотность на коротких длинах волн. Очки, защищающие от лазерного излучения, выпускаются для различных спектральных диапазонов и различных уровней мощности излучения, поэтому пользователь должен хорошо знать параметры того излучения, от которого он собирается защищаться.

Постоянной проблемой для производителей защитных очков является рост числа длин волн, на которых работают лазеры, появление перестраиваемых по частоте излучения лазеров и, соответственно, необходимость обеспечивать защиту глаз на всё большем числе длин волн одним экземпляром защитных очков.

Повышение мощности используемых лазеров является ещё одной "головной болью" для производителей защитных очков, но на практике безопасность для персонала обеспечивается обычно полным экранированием мощного лазера, переводом его в Класс 1.

Наблюдение за рабочей зоной (при обработке лучом чего-либо) ведётся при этом через толстые защитные стёкла, к которым предъявляются те же требования, что и к защитным очкам. Кроме того, на многих лазерных установках в промышленности для транспортировки луча используются оптические волокна, что исключает возможность для обслуживающего персонала увидеть рассеянное по пути луча излучение.

Защита для глаз требуется тогда только очень малому числу специалистов - тем, кто ведет монтаж и/или сервисное обслуживание лазерной установки.

Отдельной проблемой является всё более широкое использование лазерных источников ультракоротких импульсов излучения (УКИ). Инновационные применения таких источников становятся всё более многообразными. Защитные фильтры для лазерных систем с источниками УКИ изготавливаются исходя из специального рейтинга таких систем, т.н. "М-рейтинга".
Главным параметром, который определяет этот рейтинг (будь система пикосекундной или фемтосекундной), является пиковая мощность излучения. В последние несколько лет был выполнен очень большой объем специальных исследований и разработок и сегодня производители защитных очков могут предложить лазерному сообществу широкий спектр таких очков, различающихся по М-рейтингу.

Перчатки

Процесс сертификации средств обеспечения лазерной безопасности в Европе может быть выполнен только в специальном испытательном центре, а таких центров сегодня всего 2.

Средства, импортированные из США, должны быть ресертифицированы в одном из этих центров, прежде чем они получат "СЕ"- маркировку для продажи в странах Евросоюза. Тесты для оборудования защиты глаз хорошо отработаны, но по мере создания новой защитной продукции должны использоваться и новые тесты.

С этой проблемой недавно столкнулась известная немецкая компания "Laser Vision", разработавшая новое средство лазерной безопасности - специальные перчатки, защищающие от лазерных ожогов.
Хотя случаи прямого попадания мощного лазерного луча на кожу редки, тем не менее каждый год случается несколько серьезных инцидентов. А ведь ожоги, нанесенные лазером, требуют для лечения многих месяцев.

Длина волны излучения определяет при этом глубину поражения, причем среди мощных лазеров только СО2-лазеры воздействуют лишь на кожные покровы.

Твердотельные, например, наносят более глубокие раны. Поэтому защитные перчатки, так же как и защитные очки, различаются по длинам волн излучения, от которого они должны защищать.

До недавнего времени не было стандартов, определяющих требования к одежде, защищающей от лазерного луча. Европейские (ЕС) директивы по оборудованию персональной защиты (РРЕ - от “personal protective equipment”) требуют для продукта, претендующего на "СЕ"-маркировку, внешнего, не зависящего от производителя подтверждения качества, и потому "Laser Vision" была должна тесно сотрудничать с одним из сертификационных центров, чтобы разработать необходимый стандарт испытаний.

Процедура тестирования была официально принята в июне этого года, она основана на использовании специального измерителя энергии лазерного излучения, на который помещается испытываемый материал. В процессе испытания регистрируется рост температуры сенсора при лазерном обучении ткани. Условием обеспечения безопасности считается достаточно медленный рост температуры - настолько медленный, чтобы человек и успел осознать, что подвергается воздействию луча, и успел убрать руки из зоны воздействия до того, как произойдет ожог кожи.
Критерий установлен следующий: от начала ощущения боли носителем защитных перчаток до момента, когда может начаться реальное повреждение кожи, должно проходить не менее четырех секунд.

В "Laser Vision" было испытано несколько различных тканей, и оказалось, что легче всего выполнить указанные требования при использовании в качестве материала защитных перчаток ткань из волокон, вытянутых из силикатного стекла. Дополнительным преимуществом такой ткани является её прочность по отношению к разрезам.

А вот ткань из полиамидных волокон оказалась менее пригодной - из-за её малой теплопроводности человек не успевал почувствовать, что подвергается тепловому воздействию.
В будущем, возможно, защитные перчатки будут изготавливать из ткани, состоящей из нескольких слоёв различных материалов.

По мнению разработчиков, в ближайшее время можно ожидать появления специальных защитных халатов, закрывающих от воздействия лазерного излучения всё тело. Но пока не известен даже объём рынка для защитных перчаток, т.к. это совершенно новый продукт на рынке средств защиты от лазерного луча.

Другие средства обеспечения лазерной безопасности

Как упоминалось выше, лазеры различных классов требуют различных мер безопасности - помимо персональных средств защиты, используемых оператором.

Например, лазеры 3-го и 4-го классов должны быть оборудованы клавишными (кнопочными) выключателями и защитной блокировкой, чтобы только обладающие необходимыми полномочиями (и знаниями) специалисты могли использовать такие лазеры и чтобы лазер немедленно выключался при случайном открытии двери в то помещение, где он расположен (или при возникновении опасной нештатной ситуации). Английская компания "Lasermet" организовала свой бизнес именно на поставках оборудования, которое необходимо, чтобы удовлетворить всем требованиям стандартов безопасности при эксплуатации лазерных установок - блокировок, систем отключения, отражающих экранов, ограждений, предупредительных знаков, табличек.

В совокупности они позволяют обеспечить безопасность для более, чем 30 комбинаций "класс лазера - мощность излучения", дополнительно могут потребоваться лишь предупредительные наклейки (стикеры). Компания установила блокировочные системы более чем в тысяче исследовательских организаций и университетов по всей Великобритании.

Сейчас уже общепризнано, что инфраструктура, обеспечивающая лазерную безопасность, так же важна, как и персональные средства защиты. Она вдвойне важна, если лазерная установка используется в загроможденном помещении или в помещении, в котором работает и другое оборудование. Сохранение безопасности. Прежде, чем будет нажата кнопка включения, необходимо обеспечить персональную ответственность за безопасность персонала.

Необходима уверенность, что каждый сотрудник или сотрудница имеет адекватные средства защиты и знает, как нужно действовать при возникновении опасности. В нашем обществе, где всё большее распространение получает судебное разбирательство спорных ситуаций, и работодатели, и работники должны хорошо знать о своей личной ответственности за технику безопасности, за выполнение всех требований, задаваемых стандартами лазерной безопасности для конкретных условий использования лазерного излучения. Для получения дополнительной информации можно обратиться к стандарту ЕN 60825-14, который является инструкцией ЕС по обеспечению лазерной безопасности.

Центр Лазерных Технологий (ЦЛТ) - основан в 1987 году и является образцом реализации лучших традиций и школ Ленинградского политехнического института (ныне Санкт-Петербургский государственный политехнический университет - СПбГПУ).

Центр Лазерных Технологий предлагает следующие услуги:

• Разработка, производство и продажа лазерного технологического оборудования
• Сервисное обслуживание и ремонт лазерного оборудования
• Лазерная гравировка сувенирной и промышленной продукции
• Лазерная резка
• Производство табличек, вывесок, шильд, наклеек, бейджей, номерков, приборных панелей
• Продажа комплектующих для лазерных установок
• Продажа расходных материалов для лазерной гравировки и маркировки

Центр Лазерных Технологий - официальный дистрибьютор компании RAYLASE AG (Германия) – пионера и мирового лидера в разработке встраиваемых компонентов и комплексных решений в области систем отклонения (сканирования), модуляции и управления лазерным излучением, включая программное обеспечение, схемотехнику и электронику.