Purpose: The purpose of this article is to present the type of hazards, to study their impact on human safety, to carry out an occupational risk assessment at the laser metal cleaning station, and to establish corrective activities for the safety condition. Design/methodology/approach: an analysis of the problem of the occurrence of nuisance and hazardous factors during the use of lasers in the technology of machine parts is presented, in the case-study part, the identification and analysis of factors affecting the health risk is carried out, a risk assessment is carried out at the laser cleaning station using the five-step method according to PN-N-18002, the results obtained are discussed, technical and organizational solutions necessary to achieve an acceptable risk condition are presented. Findings: the developed list of hazards and the risk assessment sheet indicate the need to take measures to minimize the risk. The collected information on working with lasers can be used in the future for job training, creating a safety culture at the plant and reducing the negative impact on the health of employees. Research limitations/implifications: the analysis carried out has made it possible to develop recommendations in the context of safe work at a workstation designed for laser cleaning of metal surfaces. In the future it is possible, following the example shown, to develop risk cards for laser processing of other types performed on different materials. Practical implications: The results of the analysis and the developed recommendations for improving the organization of the machining station can be used in other companies in the context of the correct equipment of workstations, selection of individual and collective protective equipment, workstation training, risk management, etc. Social implications: the article will enable the dissemination of information about the specifics of metalworking with lasers and the promotion of a culture of work safety and good practices at workstations with lasers. Originality/value: The content presented in the article complements the research on the implementation and use of laser techniques in modern companies with knowledge and practical guidelines in the area of occupational health and safety management. The added value of the article is the reference to laser workstations, which have become increasingly common in recent years and are replacing previous, sometimes obsolete technologies, as well as the possibility of applying methods of analysis and assessment of occupational risk in work with lasers in practice.
The estimation and analysis of damages (present condition), object conservation (cleaning process), and the protection of an object against further degradation are the main tasks of conservator. One of the physical methods that is becoming more and more popular for unwanted deposit removal is the laser cleaning method. Laser tool is non-contact, selective, local, controlled, self-limiting, gives immediate feedback and preserves even the gentlest of relief - the trace of a paintbrush. Paper presents application of different, selected physical methods to characterize condition of works of art as well as laser cleaning process itself. It includes, tested in our laboratories, optical surface measurements (e.g. colourimetry, interferometry), thermography, and acoustic measurements for "on-line" evaluation of cleaning progress. Results of laser Raman spectrometry analyses will illustrate identification of objects superficial layers.
PL
Ocena i analiza uszkodzeń (stanu aktualnego) oraz obiektu poddanego konserwacji (np. w procesie czyszczenia) i zabezpieczenie obiektu przed dalszą degradacją stanowią główne zadania konserwatora. Jedną z metod fizycznych, którą staje się coraz powszechniej w usuwaniu niepożądanych nawarstwień, jest metoda z wykorzystaniem promieniowania laserowego (metoda laserowa). Laser, jako narzędzie konserwatorskie jest: bezkontaktowe, selektywne, lokalnie kontrolowane, samo się ograniczające, dające natychmiastowe sprzężenie zwrotne i zachowujące nawet najdelikatniejszy relief - zachowujące ślady pędzla artysty malarza. W artykule przedstawia się zastosowanie różnych, wybranych metod fizycznych, aby scharakteryzować aktualny stan dzieła sztuki, jak również sam proces czyszczenia laserowego. Artykuł zawiera opis przeprowadzonych testów w laboratoriach, pomiary optyczne powierzchni (np. kolorymetryczne, interferometryczne), termowizyjne i akustyczne, w celu oceny procesu czyszczenia laserowego "on line". Przedstawiono ponadto przykłady analizy warstw wierzchnich z wykorzystaniem spektrometru Ramana.
The state of laser processing in surface materials modification in Poland is reported, based on own experience, coworkers and coauthors results, as well the literature review. The curriculum concerning historical development of lasers and laser technology in Poland, laser-matter interaction, as well basis of different laser techniques applied in materials surface engineering (solid state hardening, melting, alloying, cladding, ablation, shot peening, cleaning and texturing) are reviewed, and compared with results of coauthors, as well with a wide range of Polish authors papers. Finally, it is concluded that overall state of research on laser application in surface engineering in Poland is well developed and still growing industrial application is observed.
Opisano metodę laserowego umacniania udarowego pozwalającą nawet dziesięciokrotnie zwiększyć wytrzymałość zmęczeniową niektórych części metalowych. Opracowanie technologii tej obróbki do wdrożenia przemysłowego wymaga m.in. pomiaru ciśnienia fal uderzeniowych. Ciśnienie fal mierzono za pomocą polimerowego czujnika ciśnienia typu PVDF. Pokazano, że modyfikacja eksperymentu związana z pomiarem ciśnienia zakłóca proces laserowego umacniania udarowego. Zamieszczono porównanie wyników pomiarów oraz numerycznego modelowania wzbudzania i propagacji fal uderzeniowych przez impulsowe promieniowanie laserowe. Do modelowania wykorzystano równania hydrodynamiki w przybliżeniu jednowymiarowym, które rozwiązywano metodą różnic skończonych. Mimo stosowania uproszczonego modelu numerycznego uzyskano dość dobrą zgodność wyników obliczeń i pomiarów. Zamieszczone porównania pozwalają wyciągać wnioski dotyczące rzeczywistej wartości amplitud fal w ośrodkach bezpośrednio stykających się z czujnikiem. Opisane metody pomiarowe oraz modelowanie numeryczne są wykorzystywane podczas prac badawczych dotyczących laserowego umacniania udarowego. Fale uderzeniowe mogą również być łatwo wzbudzane w procesach czyszczenia laserowego na mokro i wówczas mogą uszkadzać czyszczony obiekt.
EN
The method of laser shock processing is described in the paper. The method allows significantly to improve the fatigue strength of metal parts (ten times in the case of titanium blades of turbine). In the course of development of laser shock processing method appropriate for industrial applications, measurement of laser induced shockwave pressure is necessary. Shockwave pressure was measured with the use of PVDF pressure gauges (Fig. 1). It was shown that modification of the experimental setup related to measurements influenced shockwave pressure profile (Fig. 2, 3). A comparison of the both: the results of numerical modelling of laser induced shockwaves and the results of shockwave pressure measurements is presented in the work (Fig. 3, 5). One dimensional equations of hydrodynamic were used for mathematical description of the process. The equations were solved with the use of finite difference method. In spite of very simple numerical model used, quite good agreement was obtained (Fig. 2, 4). The comparison of numerical and experimental results indicated the true value of pressure in media contacting with PVDF gauge. The shockwave of pretty high amplitude (Fig. 8) may be easily induced during the wet laser cleaning process of artworks and, if it is strong enough it may destroy the object under cleaning.
W artykule przedstawiono metody kontroli grubości warstw wierzchnich - nawarstwień usuwanych z dzieł sztuki i obiektów zabytkowych w architekturze. Omówiono również wybrane wyniki eksperymentalne. Dla wielu materiałów, a zwłaszcza tych, z których wykonane są dzieła sztuki i zalegające na nich nawarstwienie, istnieje granica związana ze stopniem oczyszczenia obiektu, jak również ryzyko uszkodzenia powierzchni substancji zabytkowej. W konserwacji dzieł sztuki obowiązuj e, podobnie jak w medycynie, zasada "przede wszystkim nie szkodzić". Omówione w artykule metody kontroli wykorzystywano podczas prac konserwatorskich związanych z usuwaniem warstw wierzchnich - nawarstwień z dzieł sztuki.
EN
The paper presents and discusses the methods of removal control of top layers - encrustation on works of art and architectural monuments. Author presents also and discuss selected experimental results. A particular limit as well as minimal risk of substrate surface damage exist for many materials, especially original works of art materials and lying on it encrustation. Similarly to the medicine, a rule "first of all not to harm" is forced also in the conservation of the works of art. Discussed control methods were utilized during conservation works connected with the removal of top surface layers - - encrustation on works of art.
W pracy przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych metodami stosowanymi powszechnie w inżynierii materiałowej (SEM, EDS, XRF, ?Raman, FIB, XRD oraz ?XCT) na obiektach archeologicznych poddanych czyszczeniu metodą laserową. Na potrzeby optymalizacji parametrów pracy lasera wykorzystywanego do usuwania niepożądanych nawarstwień z tych dzieł sztuki wykonano szczegółową charakterystykę ich powierzchni przed i po procesie oczyszczania przeprowadzonym przy dwóch różnych czasach trwania impulsu laserowego i energii deponowanej na powierzchni materiału w czasie pojedynczego impulsu. Przeprowadzone badania i obserwacje wykazały, że zastosowanie impulsu krótszego, tj. o czasie trwania 120 ns, daje lepsze rezultaty, choć nie prowadzi do całkowitego usunięcia nawarstwień z oczyszczanego obiektu.
EN
The paper reports the results of investigations involving the methods commonly used in materials science and engineering (SEM, EDS, XRF, ?Raman, FIB, XRD and ?XCT) performed on archaeological object submitted to laser cleaning. In the aim to optimise the parameter range for the laser-cleaning device used for removal of unwanted encrustation from the artwork a detailed analyses of those objects surfaces before and after laser treatment have been performed. Two sets of laser cleaning parameters in terms of pulse duration and energy deposited in one pulse have been used. The analyses allowed to conclude that application of shorter laser pulse with duration time of 120 ns yields in better results, however does not lead to complete removal of encrustation from the cleaned object surface.
Głównym zadaniem konserwatorów dzieł sztuki i obiektów zabytkowych jest oszacowanie i analiza uszkodzeń (aktualny stan obiektu), restauracja obiektu (np. proces oczyszczania) oraz zabezpieczenie dzieła sztuki przed dalszą jego degradacją. Jedną z metod, która jest coraz powszechniej stosowana w procesie usuwania warstw wierzchnich (czyszczenia), jest metoda laserowa. Metoda laserowa jest: bezkontaktowa, selektywna, lokalna, kontrolowana, samoograniczająca, dająca natychmiastowe sprzężenie zwrotne z oczyszczanym obiektem i zachowująca najdrobniejszy relief - nawet ślad pędzla. W artykule przedstawiono opis jednowymiarowego (1D) modelu numerycznego oraz wyniki obliczeń numerycznych oddziaływania impulsu laserowego z wielowarstwową próbką imitującą metalowy oplot nici stosowanych w tkaninach zabytkowych. Model numeryczny wykazuje dużą uniwersalność i poprawnie pokazuje jakościowo- ilościowe zachowanie się naświetlanych obiektów. Może być wykorzystany podczas opisu oddziaływania jednego lub wielu impulsów laserowych na próbkę, w dowolnych przedziałach czasu i w dość szerokim zakresie wykorzystywanych gęstości mocy impulsów laserowych (do 108 W/cm2), stosowanych podczas usuwania nawarstwień z dzieł sztuki.
EN
Main task of conservators of artworks and historical monuments is evaluation and analysis of damages (actual object condition), object restoration (e.g. cleaning process) as well as artefact protection against further deterioration. Laser method is one of the processes of top layer removal, which turns to be more and more popular. Laser method is noncontact, selective, local, controlled, self-limiting, giving immediate feedback with cleaned object, and preserving in minute detail any relief - even paintbrush trace. Paper presents description of one-dimensional (1D) numerical model as well as calculation results of interaction of laser pulse with multilayer sample that imitates metal braid of threads used in historical fabrics. Numerical model shows high universality and correctly calculates qualitative-quantitatively behaviour of illuminated objects. It can be utilized in description of one or multiple laser pulses interaction with sample, in any period of time and in quite large range of laser pulse energy densities (up to 108 W/cm2) that are used during removal of encrustation from artworks.
Na podstawie doświadczeń autorów związanych ze spektrofotometrycznymi i kolorymetrycznymi analizami procesów czyszczenia różnych materiałów w artykule podjęto próbę oceny przydatności kolorymetrii, jako metody oceny efektów czyszczenia laserowego blachy miedzianej, zdjętej podczas restauracji poszycia dachowego Pałacu w Wilanowie w Warszawie. Pomiary kolorymetryczne poprzedzone były wnikliwą analizą materiałową próbek i ich nawarstwień. Przeprowadzone analizy pozwoliły na sformułowanie szeregu wskazówek dla stosowalności metody przy ocenach skuteczności i wpływu oddziaływania promieniowania laserowego na powierzchnie metaliczne w obecności zmian spowodowanych przez zanieczyszczenia atmosfery. W szczególności kolorymetria może być dobrym narzędziem badawczym w przypadku usuwania pojedynczych warstw korozyjnych oraz czyszczenia osadzeń atmosferycznych na pozłotach.
EN
Paper presents an attempt to validate application of colourimetry as a method of examination of laser cleaning of the copper sheet, taken from the roof of the Wilanów Palace in Warsaw during its restoration. Analysis has been made on the base of authors experience in spectrophotometric and colourimetric analysis of laser cleaning processes in case of different historical materials. Material analysis of samples and encrustation preceded colourimetric surface measurements. Complex analyses allowed formulation of several indications for applicability of the colourimetric method in the evaluation of its effectiveness an influence on metallic surfaces in the presence of degradation caused by atmospheric pollution. In particular, colourimetry could be considered as a proper diagnostic tool in case of removal of single corrosion layers as well as removal of atmospheric deposits on gilding.
W ramach pracy przeprowadzono badania metalowych elementów z XVIII-wiecznego, haftowanego okładu ikony z przedstawieniem św. Paraskiewy ze zbiorów Muzeum Narodowego w Poznaniu: nimbu, rozety oraz detalu z elementem jubilerskim w otoku, wytypowanych do prób czyszczenia laserowego. W Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej wykonano próby oczyszczenia detali za pomocą impulsowego promieniowania laserowego emitowanego z urządzenia ReNOVALaser 2 z zaadaptowanym na wyjściu lasera światłowodem wielomodowym (energetycznym). Wartość gęstości energii (fluencji) promieniowania laserowego regulowano w zakresie od około 80 mJ/cm2 do 2,2 J/cm2. Celem badań była identyfikacja materiałów, z jakich wykonane zostały elementy metalowe, określenie składu produktów korozji i zanieczyszczeń oraz ocena efektów prób czyszczenia laserowego wytypowanych detali. Przeprowadzone badania pozwoliły określić skład badanych materiałów oraz rodzaj zanieczyszczeń nagromadzonych w trakcie 300-letniej historii okładu ikony. Na podstawie obserwacji mikroskopowych stwierdzono, że zastosowanie promieniowania laserowego skutecznie usuwa zanieczyszczenia i produkty korozji. Jednak wymaga ono ściśle określonych i kontrolowanych parametrów, żeby uniknąć uszkodzenia pierwotnej struktury materiałów.
EN
In the present work, studies of the decorative elements from a 18th century embroidered icon dress of Saint Paraskiewia were undertaken. The icon is a part of the Poznan National Museum collection. The detailed analysis was done on the newer cover decorations such as: the crown, rosette, and jeweled detail, selected for the removal of corrosion products using laser radiation. The details were cleaned at the Optoelectronic Institute of the Military University of Technology using the ReNOVALaser 2 system. The device emitted laser pulse radiation with a front-mounted multimode fiber-optic adapter. The density value of laser energy radiation (fluence) was regulated to the range of around 80 mJ/cm2 to 2.2 J/cm2. The goal of the studies was to identify the materials, the composition of the corrosion products and pollutants, and asses the effectiveness of the laser cleaning. The finished studies let to identify the composition of the above mentioned metal elements and pollutants that have gathered on the icon cover over its 300 year history. Microscopic observations have shown that the laser cleaning was successful in removing corrosion products and pollutants from different kinds of threads and metal elements. However, the cleaning process requires detailed and strictly controlled laser radiation parameters as to avoid melting the surface layer and removing any decorati ve gilding.
The paper presents the results of examinations of several archeological objects (on bow, ring, and ferrule) dated at the 12 th-14th century and a copper sheet, 100 year old, taken from the roof of the Wilanow Palace. The aim of the investigation was to identify corrosion products on the surface of these objects and to optimize technology of their cleaning. The corrosion deposits were removed from the surface of the objects with the use of a Q-switched Nd:YAG laser. The areas cleaned were examined to find how the cleaning process affected the surface topography and microstructure of the substrate. The examinations were conducted with the use of a scanning electron microscope (SEM), an optical profiler, an X-ray diffractometer, and a tomograph.
PL
W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań obiektów archeologicznych (kabłączka skroniowego, pierścionka, fragmentu okucia) pochodzących z XII - XIV wieku n.e. oraz 100-letniej blachy pochodzącej z dachu Pałacu w Wilanowie. Badania miały na celu określenie składu chemicznego oraz scharakteryzowanie produktów korozji występujących na ich powierzchni. Wszystkie badane obiekty zostały wykonane z miedzi lub jej stopów. Do usunięcia warstw nalotowych na próbkach wyciętych z blachy dachowej użyto lasera Nd: YAG. Przeprowadzono badania wpływu procesu czyszczenia na topografię powierzchni i mikrostrukturę materiału podłoża. Do badań powierzchni zastosowano: skaningowy mikroskop elektronowy (SEM), profilometr, dyfrakcję rentgenowską oraz tomografię.
Na podstawie literatury i prac własnych przedstawiono wybrany przegląd stanu wiedzy dotyczący powierzchniowej obróbki materiałów za pomocą ablacyjnej mikroobróbki laserowej, ze specjalnym naciskiem na zastosowanie laserów o krótkich i ultrakrótkich impulsach. przedstawiono propozycje autorów w zakresie definicji oraz usystematyzowania podziału mikroobróbki laserowej na grupy jakościowe. przedstawiono wybrane wyniki badań własnych w zakresie oczyszczania laserowego, modyfikacji oraz laserowej mikroobróbki ubytkowej w areologii.
EN
Paper presents, on the base of own research and literature data, selected review of state of art of surface material engineering using laser ablation method, with a special emphasis on application of short and ultrashort laser pulses. Authors propose definitions and systematic split up of the field of laser micromachining into quality groups. Selected results of our research in the domains of laser cleaning, modification and laser decrement micromachining in areology are also presented.
This article considers a potential application cleaning of superficially metals by CO(2) laser. Consider the problem in respect of technical and economical method of experimental design. Present an analysis of condition knowledge from range of theory purpose of work, technology and practical utilization of laser processing. In this work are considered the Taguchi's model with reduce a number of experiments but still provide sufficient number of parameters information and interaction between parameters. The paper presents methodology and results of research.
PL
W artykule omówiono możliwości użycia lasera technicznego CO(2) do czyszczenia metalowych powierzchni. Rozpatrzono to zagadnienie pod względem technicznym i ekonomicznym. Przedstawiono analizę stanu wiedzy z zakresu teorii, technologii i praktycznego wykorzystania obróbki laserowej. Przedstawiono model Taguchiego, który pozwala zmniejszyć liczbę eksperymentów, ale wciąż dostarcza wystarczającej ilości informacji o parametrach oraz oddziaływaniach między nimi. W pracy przedstawiono metodykę oraz wyniki przeprowadzonych badań.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The effect of pulsed laser radiation applied for surface cleaning of historical paper samples from the 17th c. and also samples of newly made paper was investigated by means of measurement of the colorimetric parameters: lightness L*, chromaticity C* and yellowness G. For production of the new paper samples the same method and material (linters cellulose) as used in the past were adopted. An artificial sample contamination was simulated by a mixture of charcoal powder with dust. Surface cleaning was performed by means of a Nd:YAG laser (6 ns pulsewidth) at wavelengths from UV, visible, and near IR ranges (355, 532, and 1064 nm). The laser fluence was selected from the range between the ablation and damage thresholds (0.3-0.9 J/cm/sup 2/) of the substrate materials. The absolute differences Delta L*, Delta C* and Delta C indicate that the smallest changes of the original color parameters and the most effective surface cleaning occurred at 532 nm. Artificial aging equivalent to periods of 25 and 50 years resulted in negligible changes of the L* and G values of laser cleaned, laboratory soiled samples, while for non-soiled samples a marked enhancement of the surface darkening with time was observed. Changes in L*, C*, and G after the laser treatment at 355 nm and 1064 nm are ascribed to the photochemical damage of the cellulose fibers and to enhanced absorption of the laser radiation by soil particles.
W pracy przedstawiono charakterystyczne wyniki badań dotyczące laseroego usuwania zanieczyszczeń i modyfikacji warstwy wierzchniej za pomocą impulsowego promieniowania laserowego. Obiektem badań był szereg próbek cegły pochodzącej z Kościoła o.o. Jezuitów w Łodzi. W badaniach stosowano metody mikroskopii elektronowej (SEM) i mikroanalizy rentgenowskiej.
EN
Restoration of ancient artwork and architecture requires even more effective cleaning techniques than are currently available. Laser cleaning appears to be a suitable method for removing surface contaminants from porous materials. This paper presents some effects of laser beam interaction with cleam and contaminated surface of brick.The effects of the laser beam interaction with clean and contaminated surface of brick. The effects of the laser beam interaction have been examined by the scanning electron microscopy and X-ray microanalysis.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono i omówiono niekonwencjonalne sposoby oczyszczania i przygotownia powierzchni takie, jak: hydrościerne oczyszczanie z użyciem rozpuszczalnych w wodzie materiałów ściernych, oczyszczanie powierzchni przy wykorzystaniu niskich temperatur, ciekłym CO2, wysokociśnieniowe oczyszczanie strumieniem wody, oczyszczanie powierzchni za pomocą promieniowania laserowego, ksenonowej lampy błyskowej, plazmy oraz pneumatyczne strumieniowo-ścierne oczyszczanie przy ciśnieniach sprężonego powietrza powyżej 0,7 MPa.
EN
The following inconventional surface cleaning and preparation methods are presented and described: wet blasting with soluble abrasives, cryogenic blast cleaning, surface cleaning with supercritical carbon dioxide, high and ultra-high pressure water jetting, cleaning with laser radiation, cleaning with xenon flashlamp. plasma cleaning, abrasive blast cleaning above 0,7 MPa.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.