CN107073502A - 用于确定液体射流的位置的方法 - Google Patents

Abstract

该申请涉及一种用于确定液体射流(1)、尤其用于光学引导激光射束的液体射流(1)的空间位置的方法，包括如下步骤：提供带有用于与液体射流(1)的相互作用的测量点的碰撞对象(2)；检测液体射流(1)在碰撞对象(2)与液体射流(1)之间的第一种构型中的状态；改变构型，从而使得液体射流(1)的状态改变。检测在第一种与第二种构型之间的构型变化。

Description

用于确定液体射流的位置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定液体射流、尤其用于光学引导激光射束的液体射流的空间位置的方法。另外，本发明涉及一种用于执行该方法的装置。

背景技术

由EP 0 762 947 B1(Synova)已知一种比如用于加工材料的激光射束可如何被耦入到液体射流中的方法。在EP 1 833 636 B1(Synova)中，液体射流额外地被气体射流包围，从而使液体射流稳定。此外，经改善的方法允许以喷嘴的越来越大的距离来工作。因此，对射流的精确位置确定的需求增加。

在JP 2009-262 163 A2(Sugino)中描述了一种在其中CCD摄像机不仅观察在撞击在表面上的情形中的激光射束而且观察水射流的方法。然而，该组件的目的是使两个射流彼此相对地定向且因此确定激光到液体射流中的耦入。

在DE 10 2010 011 580 A1和DE 10 2012 003 202 A1中也测量液体射流，更确切地说利用两个不仅彼此垂直地而且相对射流轴线垂直的激光测微仪。例如还提出，使用可绕射流被移动的仅一个测量光源和探测器。为了测量点，喷嘴头在高度上相对测量装置被调节。

不可以以下为出发点，即喷嘴可在数学上精确地被制造和安装。尤其当喷嘴须被更换时或新工件被夹紧到自动加工机上时，液体射流须被重新测量，当其位置和方向被需要以高的精度时。由现有技术已知的方法在技术上是复杂的或不可自动化的。

发明内容

本发明的目的是实现一种属于开头所提及的技术领域的允许以尽可能少的技术成本确定液体射流、尤其用于光学引导激光射束的液体射流的位置的方法。该目的的解决方案通过权利要求1的特征来定义。

根据本发明，该用于确定液体射流的空间位置的方法包括如下步骤：

a)提供具有测量点的碰撞对象。该测量点适合用于与液体射流相互作用。

b)在碰撞对象与液体射流之间的第一种构型中检测液体射流的状态。

c)该构型改变成，使得液体射流的状态改变。

d)检测在第一种与第二种构型之间的变化。

根据本发明的方法设立了如下前提条件，即，液体射流的位置确定(位置或定向)可被简单且快速地执行。此外，该方法可以较少的技术成本来实现，从而也可利用校准装置改进现有设施。

出发点是由喷嘴(例如水射流引导的激光加工机)所产生的液体射流。液体射流应优选是相关联的层状的射流。尤其地，液体射流应适合用于如波导那样在一定长度上引导激光射束。仅由一群微滴构成的喷洒射流在本文中是不感兴趣的。在本发明的情况中，原则上液体射流的三种不同状态可被区分：自由的状态、不受干扰的状态和受干扰的状态。然而还可能存在主要不涉及液体射流的外部形状而是涉及其它的特性例如耦入的射流能量的量或该射流的频率的状态。

在自由的状态的情形中，液体射流从喷嘴中离开且在环境条件下(例如在空气中)自由飞行地扩散直至其分裂成各个微滴。在不受干扰的状态的情形中，液体射流在一个虚拟的(几何的)测量平面中不被影响且不带有与碰撞对象的相互作用。然而可设置成，液体射流在测量平面下方且在其自发分裂成微滴之前撞击到优选大致垂直于液体射流的纵轴线的面上。在该情况中，液体射流实际平稳地且无偏转地中止。在受干扰的状态的情形中，液体射流(在测量平面中)至少部分与碰撞对象相撞，从而产生液体射流的干扰(偏转、分开且/或中断)。

本发明的基本思想于是在于，液体射流的状态利用碰撞对象被有目的地改变且状态的改变与构型变化相关联地被观察。在一方面第一状态与另一方面第二状态之间的构型变化越小，液体射流的位置或方向可被越精确地确定。两种状态中的其中一种可例如是“受干扰的”状态而另一种是“不受干扰的”或“自由的”。然而也可利用状态的其它组合。

在本发明的情况中，空间位置理解成如下：由此应检测不仅合适的参考点的位置而且合适的方向矢量。各个对象的如此通常被检测的位置在空间上可利用6个参数来描述。这可例如是参考点的3个空间坐标(x,y,z)和所选择的方向矢量的3个分量。对于液体射流而言于是提供了喷嘴离开口的空间坐标和射流的传播方向。方向矢量自然也可通过关于合适的平面和零方向的3个角度来描述。这可例如是喷嘴的运动平面且作为零方向可利用工作范围的边界中的其中一个，只要该边界是直的。

对于液体射流而言，例如喷嘴出口中心的位置可充当该位置的参考点且液体射流在喷嘴处的传播方向充当方向矢量。该位置然而还可通过在工具头上的相对液体射流不移动的点来给定。同样地可选择在空间中的抽象的点。在碰撞对象的情况中，中心可定义该位置且平行于测量边的方向矢量定义方向。同样良好地，该测量点然而还可被用于位置确定且可选择其它方向矢量。位置和方向矢量须如此地检测液体射流或者测量点，即，可检测液体射流或者测量点关于这些参考的尺寸。于是例如应可表明的是，液体射流的方向和方向矢量区别以矢量差(dx,dy,dz)或测量点相对该位置被移动以矢量(a,b,c)。在此于是须已知矢量差(dx,dy,dz)或距离矢量(a,b,c)。

在本发明的情况中，“构型”被认为是液体射流和碰撞对象相对于彼此的位置。因此，构型不取决于所选择的坐标系。其同样可以6个参数来描述。因此可例如利用在两个位置之间的平移和在方向矢量之间的转动。

为了将构型固定在外部的坐标系中，另外的6个参数是必要的。此处以“外部的坐标系”所表示的是，其不取决于液体射流和对象来限定。这样的坐标系的原点可例如通过被装配在空间中的任意位置处的测量仪器来定义。或坐标系的轴中的其中一个可在如下情况中通过垂直方向来定义，在其中液体射流和对象的方向矢量不取决于垂直方向，因为例如机器作为整体倾斜。对于材料加工而言一般寻找工具相对工件的位置。因为该工具此处是液体射流，当碰撞对象在工件的位置处被用于测量时，所寻找的空间位置相应于构型。

于是当液体射流和碰撞对象的位置在该坐标系中被确定时，得出外部的坐标系连同6个必要的参数。这可例如通过摄像系统来进行。利用这样的数据然后还获得恰在该外部坐标系中的空间位置。当碰撞对象或液体射流在仅较少的参数中相对期望坐标系被移动时，则自然仅该移动须是已知的。

在一种优选的实施形式中，总是依次改变构型的仅一个参数。其它的参数保持恒定。由此，测量的评估明显简化。

构型的改变可被不同地检测。实际上例如测量该改变是可能的。一种对此的可行性方案例如是在以其改变构型的步进电机处的计数器。在带有恒定的速度或已知的运动模式的改变的情形中，还可经由时间测量检测构型变化。检测液体射流和对象的位置然而也是可能的，由此计算出构型且将该构型与最后的构型比较。这可例如借助于摄像机进行。如果仅单个参数被改变，则该知识可被利用且适宜地仅测量该参数的变化。这样的各个参数例如仅是一个或两个参考点在坐标系轴线的方向上的移动。参考点然而还可在空间中被确定且方向矢量的分量通过绕合适轴线的转动被改变。

存在不同的用于确定和监控液体射流的状态的可行性方案。以下进一步阐述一些测量方法。

在液体射流与碰撞对象之间的构型应如此被改变，即，在一种构型中存在在碰撞对象与液体射流之间的相互作用(“干扰”)而在另一种构型中不存在或存在其它的。无关紧要的是，是液体射流还是碰撞对象或者是两者被移动或转动。因为通常液体射流被用于加工工件且其还须以期望的精度相对液体射流被移动，所以所提供的是，利用总归已在加工装置中存在的移动机构。在利用可移动的加工头工作的机器中因此是有利的是，移动液体射流。另一方面还存在利用位置固定的加工头和可移动的工件支架(例如x-y定位台)工作的机器。

备选地，碰撞对象然而还可被装配在合适的微侧仪台上且如此受控制地移动。还可设想到其它的组件。在此重要的是，在构型中的改变足够大，以便于实现在碰撞对象-液体相互作用中的改变。同时希望避免大的构型变化，因为否则几何分辨率被降低。

碰撞对象是带有至少一个测量点的物体。在此，测量点优选是可被带到液体射流中的表面间断点(通常棱角或棱边)。然而原则上，任意物体的表面的每个位置可充当测量点。其位置须可简单地以足够的精度被确定。测量点的可能性在下面还将进一步深入讨论。

碰撞对象无须一体式地构造，然而所有在其处存在的表面间断点应在刚性的相互位置中。尤其在微米范围中的测量的情形中通常存在如下危险，即，位置的测量变得不可靠。

最后，碰撞对象还可被特殊地装备，以便于检测液体射流的状态。因此例如还可设想表现为传感器的碰撞对象，以便于检测直接在实际液体射流的附近中的气体中的流动变化和温度变化或还检测被耦入的射流的离开的电磁场。备选地，碰撞对象还可如此地影响这样的特性，即，其在其它位置处的改变是可测量的。此类改变也是相互作用的形式。

在一优选的实施形式中，碰撞对象具有至少两个用于与液体射流相互作用的测量点，其中，这些测量点处在不同的平面中。在此，实施至少两次构型变化。

平面优选地垂直于液体射流的方向定向。这些平面然而还可有意识地如此来选择，即，液体射流以例如70º的确定角度穿过这些平面。这例如在当确定的角度对于工件紧接着的加工而言须被确认或者被确保时，是有利的。

两个或多个棱边在至少两个不同高度中(或者在两个关于液体射流的轴向位置中)的布置允许液体射流的定向在测量坐标系中的测量，而用于产生液体射流的装置和碰撞对象无须在液体射流的方向(z方向)上移动。这例如对于仅允许x-y移动的加工机而言是有利的。在一优选的变体方案中，至少一次构型变化在仅横向于液体射流的纵轴线的方向上被执行。构型变化于是仅作为在x-y平面中而不在z方向上的移动实现(其中，z方向表示液体射流的方向)。

在许多应用中，需要射流与产生液体射流的喷嘴的固定距离的位置。对于工件利用液体射流的完整的三维(3D)加工而言，与之相反确定液体射流的规定的加工点的所有三个坐标。还应检验液体射流在空间中的方向。

当碰撞对象在相对产生液体射流的喷嘴的出口的所期望的z轴线距离中具有至少一个棱边时，则仅还须测量两个坐标，更确切地说在x-y平面中的两个。接下来由以下为出发点，即，x和y轴线彼此垂直且两者垂直于限定“高度方向”的z轴线。

测量此时如下来执行：碰撞对象和液体射流彼此如此相对移动，使得液体射流在某一位置中撞击到碰撞对象的棱边上。液体射流的状态的改变被确定且附属的在其中发生构型变化的方向上的构型被确定。运动方向被改变，从而其与第一运动方向(Bewegungsrichtig)非线性相关。当碰撞对象具有仅一个测量点时，在产生第二构型变化之前，碰撞对象被转动以>0的角度(例如以90°)。当该对象具有两个测量点时，构型变化指向第二测量点。在两种情况中，液体射流在第二构型变化之后(朝向第二运动方向)撞击到期望的测量点上。在液体射流的状态变化处，识别出该事件被且由此还确定第二构型。

如此可获得在喷嘴与碰撞对象之间的固定距离中的两个坐标。

在一优选的变体方案中，在碰撞对象相对于射流的另外的轴向位置中确定射流的构型且进而确定射流的角度位置。

该测量类似于在x-y平面中的测量进行。在一种变体方案中可能的是，棱边和液体射流在z方向上被彼此相对移动直至确定液体射流的状态改变。那么，这例如在当在z方向与液体射流的方向(纵轴线)之间的角度超出确定的最小值(例如10°、尤其20°)时是可能的。

优选的测量方法如下：在带有恒定的z位置的第一平面中的第一位置利用上面所描述的用于确定在平面中的位置的方法来确定。这可与已知的z一起是二维或三维的位置。然后改变z位置且测量在该平行于第一平面的第二平面中的位置。由所获得的数据此时可确定水射流在二维或三维中的定向。

该方法所暗示的是，液体射流是大致直的。如果液体射流垂直向下定向且不存在干扰力，则其是直的。如果液体射流水平地定向，其在某些情况下以可测量的方式由直线偏离。相同的适用于如下情况，即，与在电磁场中移动的带电射流相关或当存在侧面的气体流时。如果存在对多个支撑点的需求，在带有恒定的z的另外的平面上的进一步的测量是必要的。

在一种特定的实施形式中，构型变化通过液提射流的移动来实现。碰撞对象于是保持不可动。

为了避免机械负荷且节省能量，优选移动具有较少质量的部分。然而同时是有利的是，在测量过程中被移动的部分是也在使用中(也就是说在工件加工的情形中)移动的那部分。经常地尤其在3D加工机的情形中，该部分是产生液体射流的单元，即加工头。

备选地，然而也可移动例如松开装置或仅碰撞对象。

在一种优选的实施形式中，为了确定液体射流的中心或直径，碰撞对象首先以第一测量点在液体射流的第一侧上被带到相互作用中。然后，碰撞对象以第二测量点在液体射流的第二侧上被带到相互作用中。第二侧在直径上与第一侧相对。液体射流的中心和直径然后可由两个发出的碰撞位置计算出。两个测量点处在关于液体射流的方向的相同测量平面中。

为了使测量变得尽可能精确，液体射流的状态须利用足够灵敏的测量方法来确定。于是轻微的干扰(即测量点与液体射流的最小的碰撞)须已可探测。合适的测量方法在以下进一步描述。

因为测量点的相互距离和在液体射流的状态变化的位置之间的距离是已知的，所以由这两个测量值的差得出射流直径。利用该信息和状态变化位置中的其中一个于是可计算出射流中心的位置。

在一优选的实施方案中，测量光被耦入到液体射流中且为了确定液体射流的状态探测测量光的反散射、反射或去耦。在此，测量光可选自电磁频谱的任意频率范围，然而须可利用不受干扰的液体射流作为波导。反散射、反射或者去耦取决于液体射流的状态。在液体射流通过碰撞对象的干扰的情形中，测量光不同于在未受干扰的状态中(或不再)被反射或去耦。

该实施形式所具有的优点是，可非常简单且可靠地确定在液体射流的哪种状态中相应地液体射流是否被干扰。

测量光在一优选的变体方案中在红外线、紫外线或可见光的范围中。计算指标取决于波长。当液体射流的计算指标是n₁而环境气体的计算指标是n₂时，那么须是n₁>n₂以便于实现全反射。n₂/n₁的比例越小，光在其情形下可被耦入到射流中的接受角越大。此外，渐失场对于更小的比例和较小的波长而言更快速地下降。在此在该申请中绝对可设想的是，有意识地将能量从渐失场中去耦且测量其。在该情况中，缓慢下降的渐失场也可能是有利的。然后可确定“干扰”，而测量点和液体射流在实际意义中不接触(光学隧道效应)。这所具有的优点是，测量点在机械上不被加负荷。因为液体射流本身不被影响，所以还可设想的是，与工件的加工同时进行这样的测量。为此，带有两个非常不同的波长的辐射可被耦入，其中一个富含能量的短波辐射用于材料加工而长波辐射被用于位置确定。

对于在真空中的水射流而言例如得出如下，即，在10nm-80nm之间的波长不适合，因为在该处n₁<1。可利用的波长向上通过液体射流的直径来限制。此外，干扰位置应可被探测，因此波长应至少在与干扰位置或在液体射流中所产生的干扰相同的尺寸级别中。因此，带有超过1mm的波长的辐射(微波、雷达波)不再有利。对于非常短波的辐射而言，未受干扰的液体射流已允许具有绝大部分地防止反射的表面粗糙度。因此，带有小于0.1nm尺寸级别的波长的辐射(中间的伦琴辐射)对于该应用而言也不再可有意地被利用。

按照测量方法，所有三种状态(“自由的”、“受干扰的”、“未受干扰的”)或同样地仅两个状态(“受干扰的”或“自由的”和“未受干扰的”)可被区分。测量方法进一步在下面详细描述。

在一优选的实施方案中，测量光被耦入到液体射流中。如此形成测量光束。

在一优选的实施形式中，空间位置中的其中一个选择成，使得液体射流撞击到大致垂直于液体射流的方向的反射面上。由此，测量光的至少一部分被向后耦合到液体射流中。测量光的经反射的部分例如在喷嘴上方利用光电二极管来观察。碰撞对象和液体射流的相互作用或液体射流的毁坏通过去耦且进而经反射的测量光的损失来表现。

利用该方法于是可区分“受干扰的”和“自由的”两种状态与“未受干扰的”状态。优点是用于探测液体射流的状态的光学元件可被安装在加工头中。此外，该测量方法可简单且低成本地实现。光在此处被理解为任意波长的电磁辐射，只要其可被引导穿过液体射流，且当其被干扰时从该液体射流去耦。

此外，测量电子装置可被放置在产生液体射流的加工头中。碰撞对象且同样地工件夹具于是不带有额外的传感器和电子测量元件。

还可能的是，碰撞对象具有光被不同良好地反射的多个平的面，从而经由所反射的信号的强度可获得关于液体射流的位置的信息。

在另一优选的实施方案中，液体射流的状态被声学地或机械地测定。

当液体射流撞击到碰撞对象上时产生确定的噪音。该噪音可以麦克风来测量。因为液体射流利用在喷嘴前腔中的巨大压力(通常大于100bar)来产生，所以当其被液体射流撞击时有力作用到测量点上。该力可被机械地测量。由此，在液体射流的“自由的”状态与“受干扰的或未受干扰的”状态之间的区别是明显可测量的。

声学传感器可被放置在碰撞对象和液体射流的合适的距离中或也可直接与碰撞对象或其它构件相连接。

对于机械测量而言，测量点可由可弯曲的元件形成，从而可利用传感器(例如压力传感器或振动传感器)测量力作用。

最后还可利用光栅探测液体射流是被干扰了还是未被干扰。当液体射流在一定高度上被干扰时，其进一步在下方不再存在或被偏转。

在一种特殊的实施形式的情形中，液体射流在空间构型中的其中一种中撞击到参考面上。该参考面相对在碰撞对象处的测量点在液体射流的方向上被偏置。这也就是说，参考面在一定程度上在测量点之下且进而在测量平面之下。

在一优选的实施方案中，在其处射流穿过凹槽所撞击的自由的射流位置与在其处液体射流与棱边在相互作用中的受干扰的位置之间存在至少一个平的面，从而使得液体射流可未受干扰地撞击到该面上。该参考面至少与液体射流的直径一样大。在液体射流被测量点干扰之前或之后，利用该参考没可例如产生参考信号。

当液体状态被光学测量时，参考面反射性地构造。在液体射流中被引导的激光射束然后可被参考面反射。其可例如由铜或不锈钢构成。

在该实施方案中，液体射流当其被引导到碰撞对象上时处于所有三种可能的状态中：在凹槽处(或在与碰撞对象的相互作用区域之外)具有自由的液体射流。在参考平面的情形中，液体射流在未受干扰的状态中且在测量点(棱边、棱角等等)处具有受干扰的状态。用于确定液体射流的状态的方法至少可将受干扰的与未受干扰的状态区分。优选地然而选择可区分所有三种不同的状态的测量方法。

进一步下面所介绍的测量方法中的其中一种利用经反射的光或其它合适的电磁辐射。接下来，所有合适的电磁辐射被称作光。这样的光可被耦入到液体射流中。如果该射流在未受干扰的状态中且撞击到对于光而言反射性的平面上，则光被反射回到液体射流中且可被测量。对于这样的测量方法而言，因此反射平面是重要的，以便于明显地识别出“未受干扰的”状态。

对于许多测量方法而言，由“未受干扰的”状态至“受干扰的”状态的过渡相比由“自由的”至“受干扰的”更容易被识别出。因此有利的是，在碰撞对象上具有隔开“自由的”状态与“受干扰的”状态的区域。

在一种特别的实施形式中，为了检测液体射流的第一和第二状态测定液体射流的起光导体作用的长度。

作为光导体的长度在其处液体射流(在自由飞行中)开始分散的位置处截止，相应地在其处液体射流(在未受干扰的或受干扰的状态中)撞击到在碰撞对象处的规定的参考面或测量点上。

该变体方案所允许的是，一方面在液体射流的自由的、受干扰的和未受干扰的状态之间区分。即使当在不同高度上存在多个在碰撞对象处的测量点时，这些测量点可被彼此区分。此外获得关于在z方向上在产生液体射流的喷嘴与碰撞对象的测量点之间的绝对的(而不仅相对的)距离的信息。

该长度可例如通过被耦入的激光脉冲的飞行时间测量来实现。然而其它的方法同样是可行的。例如液体射流作为整体可利用CCD摄像机来拍摄，且之后可评估图片。另一示例是“光学相干断层成像术”。

在一种优选的实施形式中，较短的激光脉冲被耦入到液体射流中。观察内部的(向后)反射。由这些数据可确定在碰撞对象与液体射流之间的相互作用的位置和/或形式。

在该测量的情形中的优点在于，获得非常详细的关于液体射流的信息，因此除了三种状态之外还可获得关于光导能力的数据。

在液体引导的激光加工装置的情形中的应用中可设想的是，还使用以明显削弱的形式(例如削弱到1/1000上)的加工激光来作为测量激光。为了达到足够的长度分辨率，激光脉冲须是相应较短的。

该数据评估相比在上述光学测量方法的情形中略微更复杂。然而其可良好地计算机辅助地来实现且是在商业上可获得的。

与在利用经反射的测量光束的方法的情形中类似，此处整个传感装置和测量电子装置可被集成在机器的加工头中(用于加工激光的镜头和用于液体射流的喷嘴也处在其中)。碰撞对象和工件支架或者加工台可因此是被动的。

在一优选的实施方案中，构型变化的值和方向通过关于位置和在第一和第二位置处的状态的信息来确定。在此，在其中液体射流经历状态变换的构型变化被确定。

如果执行两次任意的测量，则可能发生的是，状态变换不可被观察到(可能在较小移动的情形中)或者但是具有大于所要求的测量精度的在两个位置之间的距离。

为了避免这个情况，建议如下基于二元搜索的操作方式：

原则上可由此为出发点，即通过用手调节或通过利用旧的设置始终可找到带有液体射流的不同状态的两个(彼此足够远离的)位置X1和X2。接下来假设，在位置X1中的状态是“未受干扰的”或“自由的”而在位置X2中是“受干扰的”。此外为了更容易地理解假设如下，即，构型变化的流程在位置X1处开始。

为了尽可能高效且精确地找到在“未受干扰的或自由的”与“受干扰的”之间的过渡，执行在前两个位置X1与X2之间的位置X3上的下一状态测量。如果在X3处的状态是“受干扰的”，位置X2被新的位置X3替代(情况A)。与之相反如果在X3处的状态是“未受干扰的或自由的”，位置X1被新的位置X3替代(情况B)。下一测量点X4此时在情况A中在位置X1与X3之间而在情况B中在位置X2与X3之间来选择。利用该二元搜索方法可有目的地将带有状态变换的位置限制到期望的精度上。

构型变化X1->X3,X3->X4等均处在相同的直线上。

在这样的测量方法的情形中的优点是，传感器仅须很少被读取且位置也仅在特殊的点处被询问。位置测量的精度甚至可被改变且在最后的步骤中才被过渡至完全的测量精度。缺点是具有许多方向变化和与此相联系的朝向机械的力和在其中系统须稳定的可能的等待时间。

在另一优选的实施形式中，液体射流的状态以有规律的时间间隔来测量。在此，时间间隔可被协调于碰撞对象和液体射流的构型变化的速度。

为了找到在其处液体射流由“自由的”或“未受干扰的”状态变换至“受干扰的”状态的或反之亦然的位置，还可将液体射流放置到合适的位置处且由该处以合适的运动如此地引导到碰撞对象上，即，接触测量点。在该运动期间，执行测量，更确切地说优选以被如此地匹配于运动速度的频率，即，达到所要求的测量精度。

在该测量方法的情形中的优点是，在整个装置中的振动和用于稳定装置的等待时间在很大程度上被避免，因为均匀的运动最高程度地与最小的加速度相联系。当被经过的行程是固定的时，所需要的用于测量的时间也是固定的。且数据的评估可在实际测量之后进行。定性的比较(例如不同面的反射特性)是可更好实现的。

在一种特别的实施形式中，液体射流的第一空间位置选择成，使得液体射流不在受干扰的状态中(而是在“自由的”或“未受干扰”的状态中)。第一位置例如选择成，使得液体射流撞击到反射表面上，从而使得在液体射流中被引导的测量光在液体射流的端部处被反射回到射流中。第一位置然而也可选择成，使得液体射流在“自由的“状态中。

这所具有的优点是，第一次测量确定自由的液体射流的状态。该测量可被用作用于设备和测量装置的功能性的测试，因为对于该情况而言可与已知的以前的测量值相比较。

备选地，第一空间位置然而也可选择成，使得液体射流撞击或接触碰撞对象。“未受干扰的”液体射流允许与“自由的”液体射流类似地简单地在测量结果中被识别出。然而，于是还多了一部分(即碰撞对象)被牵涉到该测量过程中。如果射流仅部分撞击碰撞对象，相互作用变得更复杂。该配置因此较少地适合用于测试运行。

在一优选的变体方案中，碰撞对象牢固地与带有液体射流引导的激光的加工机的工件夹具相连接。

这防止碰撞对象的位置无意地变化。且夹具和产生液体射流的系统在实际中一般被彼此固定地定位。作为备选方案然而还可能的是，将碰撞对象直接固定在工件处。

在一种优选的应用中存在参考线、模板或量规，以其可快速且精确地确定液体射流是否具有期望的定向的。

利用上述方法可非常精确地测量且进而同样非常精确地定向和校准液体射流。在使用过程本身中，校准和定向应被经常控制，而无须每次执行整个过程。在此，目标是控制而不是实际的测量。如果该控制显示出液体射流不再被足够好地校准，应执行完整的校准过程。

这样的测试通常借助于参考(例如线、模板或量规)来执行。例如可想象的是，加工激光被削弱且液体射流被偏转到在定义位置处的测试量规或模板中。如果此时产生在量规或模板与液体射流之间的相互作用，存在误调节。该相互作用可如在与在碰撞对象处的棱边的相互作用的情形中那样被探测。按照传感器和测量方法，附加物例如反射的或压敏的表面是必要的。

液体射流是跟随规定的直线还是撞击要求的点，可由眼睛或利用摄像机来控制。也可设想到其它的传感器。

在该方法的一种优选的变体方案中，构型变化中的至少一个是小于10微米、尤其地不大于1微米的移动。

这是液体导引的激光以其被利用的精度。该调节应允许最佳可能地使用该设备。备选地自然可进行不那么精确的调节。这加速了测量过程。较精确的调节也是可能的，当碰撞对象的制造和构型变化的控制允许这样时。

在一优选的实施形式中，碰撞对象具有至少一个充当测量点的锋利棱边。

该棱边应是锋利的，这也就是说，其应具有小于(尤其至少十倍地小于)液体射流的直径的曲率半径。该测量点可被用作用于在其中液体射流的位置被确定的坐标系的参考。

测量点同样可构造在两个彼此相撞的棱边的位置处，即在碰撞对象的棱角中。

该棱边可以然而不是必须尖锐地构造。这也就是说，碰撞物体的彼此相碰的表面优选彼此处在不大于90°的角度中。该棱边可以是直的，然而不是必须。其例如还可呈圆形地弯曲。

如果测量点是在碰撞对象处的棱角或尖部，则棱角的角度例如不大于120°或不大于90°。

在碰撞对象处还可构造有两个、三个或四个(或更多个)以棱边或棱角形式的测量点。优选地每个空间方向使用彼此定义地间隔的测量点中的其中两个。液体射流然后首先以第一测量点被带到碰撞中且然后与在直径上与第一测量点相对的第二测量点。

两个测量点的定义的距离可例如处在1-5cm的范围中。

锋利的棱边允许液体射流的状态在其处变化的位置的可靠确定。因为对于多维的位置确定而言不同的空间尺寸被有利地依次测量，所以测量点(棱边)应具有足够的长度，其例如为液体射流的直径的至少五倍、尤其地至少二十倍。

由此还可利用其位置仅不精确地已知的液体射流执行该测量。在该情况中于是存在在某一尺寸上扩展的棱边且相碰线相应较大。

该棱边然而同样可较不锋利地制成。那么，为了较好的测量，棱边走向然而须已知。如果棱边平行于液体射流纵轴线被扩展，则相互作用点且尤其地其精确的位置还取决于液体射流以其撞击到棱边上的角度。恰是该角度然而在测量开始时仍未知。测量数据的评估因此明显复杂。

在另一优选的变体方案中，物体具有多个棱边。尤其地有用的是，具有两个展开期望的坐标系的底面的棱边。该底面通常是垂直于液体射流纵轴线的平面或是平行于松开装置的平面。然而其还可以是其它平面。所提及的底面也可被看作是在其中液体射流的碰撞被监控的测量平面。

在另一优选的变体方案中，物体具有总共四条棱边，其中相应地两条彼此平行，且不平行的棱边展开该平面。平行的棱边彼此的距离应以足够的精度已知。这所允许的是，确定液体射流的直径和其中心，而不移动碰撞对象。该方法进一步在下面详细解释。

在另一优选的变体方案中，碰撞对象具有总共六条或更多的棱边。在该情况中，棱边中的四条形成在先前段落中所描述的布置且定义了第一平面。其它棱边布置在第一平面之外然而平行于该第一平面。在此应注意，碰撞对象可被装配成，使得液体射流可撞击所有棱边且没有棱边被其它棱边盖住。因为所有棱边的位置在所有空间尺寸中彼此已知(例如关于预先定义的测量坐标系)，则以这样的碰撞对象可实现的是，在所有三个维度中确定液体射流的工作点或也确定液体射流的空间方向。在此，在仅两个空间方向上移动碰撞对象或液体射流足够。

在一优选的变体方案中，碰撞对象在空间构型的其中一种中具有用于液体射流的自由穿过的凹槽。液体射流在空间构型的其中一种中被引导穿过所提及的凹槽。液体射流可首先被粗略地定位成，使得其自由地穿过凹槽。其后产生期望数量的构型变化，以便于将该射流与碰撞对象的一个或多个测量点带到接触中。在此，测量点可处在不同于凹槽的平面中。其可伸入到凹槽的自由区域中或相对该区域回移。

测量点可被成对地放置在凹槽的相对的侧处。

因为液体射流在与碰撞对象的相互作用的情形中失去其液体的至少一部分，所以碰撞对象应成形成，使得液体可顺畅地流出。在测量点的区域中的碰撞对象的表面上的液体阻塞可能干扰与液体射流的相互作用性能。

根据本发明的用于执行该方法的装置包括用于与液体射流的相互作用的碰撞对象、用于产生在液体射流与碰撞对象之间的可规定的构型变化的移动装置和用于检测在第一和第二空间构型中的液体射流的第一和第二状态的装置。在此，第一状态由于在碰撞对象与液体射流之间的经改变的相互作用可测量地与第二状态不同。

根据本发明的装置可以是加工机的部分。该加工机包括带有用于产生待定位的液体射流的液体喷嘴的装置。此外优选存在用于将激光射束耦入到液体射流中的激光射束耦入装置。到液体射流中的激光耦入可如在EP 0 762 947 B1(Synova)中所描述的那样来实施。

碰撞对象例如是带有至少一个用于与液体射流相互作用的棱边的由金属构成的模制件。该模制件可例如是带有中央凹槽的框架。在框架处可构造有一个至四个测量点。优选地，相应地两个测量点在x或y方向的轴线上彼此相对而置。

碰撞对象还可具有在不同平面上的测量点。在此，凹槽可布置在与测量点分开的平面上。

碰撞对象例如具有用于与液体射流相互作用的尖部或棱角。在此，尖部形成测量点。该尖部例如以箭尖形式构造在碰撞对象的呈板状或呈框架状的部分中。在此，呈板状的部分优选垂直于液体射流的方向定向，这也就是说，尖部横向于液体射流。

在一特别的实施形式的情形中，该装置具有用于将测量光耦入到液体射流中的光学单元，从而使得测量光束被引导穿过波导形式的液体射流，且液体射流的状态可利用合适的测量来测定。测量光的频率可以是由电磁频谱构成的任意合适的。这按照材料选择和测量方法是带有在0.1nm和1mm的尺寸级别之间的波长的辐射。

该碰撞对象可具有在其处构造有至少一个测量点的呈板状或呈框架状的部分。所提及的部分例如定义了该装置的测量平面。还可设置有多个布置在不同高度上的呈板状或呈框架状的带有附属的测量点的部分。

在另一实施形式中，在关于碰撞对象的刚性空间位置中设置有适合用于将测量光中的至少一部分耦入回到液体射流中的反射表面。该表面定义了参考平面且通常设置在碰撞对象本身处。其具有相对在碰撞对象处的测量点的刚性的空间关系。

反射表面在液体射流的传播方向上观察有利地处在该装置的测量平面之后。然而还可能的是，将反射平面放置在测量平面中。例如，测量点可通过在参考板中的凹处或缝隙来实现。当水射流由参考平面过渡到缝隙上时，水射流的状态变化，这例如可利用被耦入到水射流中的测量光来探测。

碰撞对象可以是本发明的可单独操作的元件。其特征在于，其具有至少一个测量点、尤其至少一个锋利的棱边且由于其精确的制造和材料适合用于根据本发明的方法。测量点还可以是另一表面间断点。在横截面上，测量点例如除了锐角之外还可具有直角或钝角。碰撞对象此外可具有已描述的特征中的一个或多个：

•适合用于水射流的穿过的凹槽；

•多个、尤其四个用于与液体射流相互作用的测量点；

•参考板，其对于在液体射流中被引导的测量光而言是反射性的；

•两个或多个带有附属的测量点的测量平面(例如每个测量平面至少两个测量点)；

•用于将碰撞对象固定在工件支架上的固定器件，该固定器件可以是螺纹孔；

•用于碰撞对象在工件或工件支架上的微米精度的定位的定位元件(槽、肋等等)。

由专利权利要求的下面的详细描述和整体性得出本发明的另外的有利的实施形式和特征组合。

附图说明

用于阐述实施例的附图显示如下：

图1a-c显示了液体射流的三种状态。

图2a-f显示了在一个平面中带有所有测量棱边的碰撞对象的实施例。

图3a-c显示了带有在两个平面上的测量棱边的碰撞对象的实施例。

图4a-b显示了用于利用由液体射流导引的激光工件加工的机器的基本结构。

图5显示了测量系统的一种实施形式，在其中加工激光被用于测量液体射流的状态。

图6显示了作为液体射流和碰撞对象的构型的功能的反射光的强度。

图7a-d显示了用于推导出测量结果的解释的几何草图。

图8a-b显示了测量原理的插图。

原则上，在附图中相同的部分设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1a示意性地显示了在自由状态中的液体射流1。该射流通过以形成层状射流的方式构造的喷嘴来产生。液体射流1为了稳定可以已知的方式被包裹以气体射流。由于其层状性，液体射流可充当用于材料加工的激光束的光导体，当该液体例如是水时。在一段距离(例如液体射流的直径的百倍)中，该液体射流分解成各个微滴且因此例如不再可充当光导体(关于液体射流的长度的进一步细节可例如由EP 1 833 636 B1(Synova)得悉)。下面仅考虑液体射流的层状的那部分。

图1b显示了当液体射流1撞击到碰撞对象2的棱边2x上时的情况。即使当棱边2x仅很少地侵入到液体射流1中时，该液体射流被因此偏转。如果棱边2x进一步侵入到液体射流1中，该射流在某一个时候被分解。例如，微滴由液体射流1分离且射流失去其层状。液体射流1的被由棱边改变的状态在下面被称为“受干扰的”。

在图1c中，液体射流1完全撞击到碰撞对象2的平的面3x上。射流1因此截止且分解成微滴且形成在平的面3x上的液体层。液体射流1的该状态在下面被称为“未受干扰的”(也可以说“有目的地限制”)。

原则上，任何接触液体射流1的碰撞对象2干扰该液体射流。为了相对在液体射流1的入射角31中的不确定性还应是尽可能不敏感的准确测量，建议然而锋利的棱边2x作为测量点。如果期望精确的定位，碰撞对象2应尽可能少地在液体射流1的压力或其它效应的情形下变形。因此，碰撞对象2尽可能实心地来制造，从而使得在碰撞对象2处的所有测量点彼此具有刚性关系。

图2a显示了穿过简单的碰撞对象2的横截面和俯视图。此处涉及棱边2a，其以间隔垫片被固定在相对支承面的一定的距离中。棱边2a在横截面上是锐角的(这也就是说彼此碰撞的表面围成最大90º的角度)且在大致垂直于液体射流1的之后的传播方向FS的方向上(在图2a中：垂直于图纸平面)具有液体射流1的例如至少十倍直径的一定的扩张。

为了测量，运动平面(BE)中的构型变化尽可能垂直于扩张方向(Ausdrehungsrichtung)且大致垂直于液体射流1的传播方向FS发生。该方向在下面被称为“测量方向”。

足够大的扩张所允许的是，实现与液体射流1的相互作用，而其位置在扩张方向上无须准确已知。

如果液体射流1通过棱边2x的干扰被探测出，则由此获得如下信息：射流1的一部分处在然而其中在扩张方向上的坐标未知的构型中。利用类似的测量，构型可在第二方向上被确定，该第二方向大致垂直于液体射流1且与第一方向一起定义一个平面。这可通过碰撞对象2以不等于n x 180º(n：整数和零)的角度绕大致平行于液体射流传播方向FS的轴线的转动来进行或通过在碰撞对象处的与第一棱边2a围成不等于n x 180º的角度的第二棱边2b来进行。如此可确定第二坐标。在此应注意，在第二次测量的情形中自然不测定在液体射流1处的相同位置(因为碰撞对象2在液体射流1的侧表面上的接触点彼此相对扭转)。

从实际观点出发，相比在液体射流1的边界面处经常更有利的是在射流中心和其横截面直径处。为了测量中心和直径，进一步的测量是必要的。常见的方法是沿着相同的测量轴线测量在液体射流1的第一侧处的相互作用和在液体射流1的相对的第二侧处的相互作用。在两个相互作用位置(22a,22b)之间的已知的路段与在两次相互作用(23a,b)之间测得的路段之间的差等于在测量轴线的方向上的射流直径。在此假设，射流1垂直地撞击到两个所使用的测量棱边KE的平面上(此处自然也可以是仅一个被移动的棱边)。之后阐述该入射角31可如何被测量。当以这样的精确度要求射流直径时，利用该知识然后可带来所要求的修正。

对于带有圆形横截面的射流1的位置的测量而言于是至少三次测量是必要的。带有仅一条棱边2a的碰撞对象2为此须被转动两次(即以在0º与180º之间例如90º的角度和以180º)。

碰撞对象2和/或液体射流1的转动可被避免，在其中使用具有彼此在所要求的布置中的至少三条棱边2a-c(0º,0º<x<180º,180º)的碰撞对象2。

图2b-f显示了碰撞对象2的另外的形式。两条棱边2a,b相对而置且因此可在横截面中被识别出。第三条棱边2c可不同地布置且因此得出不同的俯视图。在图2b-f中各显示了两种可行性方案。第一种是完全对称的，带有方形或矩形的俯视图。这具有的优点是，测量棱边2a-d相对较长，从而即使仅以较少的关于构型的预知便可执行测量。多边形所具有的优点是，射流1的横截面形状可被更精确地测量，然而所具有的缺点是，棱边长度降低且因此已须存在构型的相当准确的预估。十字形或棱角(以对角线划分的十字)所具有的优点是，其具有相对较长的棱边，然而仅较少的面积被加负荷。有利的是，碰撞对象2仅具有较少的面积，因为撞击的液体因此可良好地流出。

棱边2x被相应地固定在间隔垫片处。该间隔垫片须是稳定的且足够牢固的，以便于还在测量条件下将棱边2x保持在位置中。间隔垫片为此可具有任意的直径且由任意合适的材料构成。其可以是实心的或是空心的且还可具有固定可行性方案(例如螺纹)。这样的固定可行性方案然而须设计成，使得其不影响测量。液体于是须可合适地流出且固定可行性方案不允许影响棱边2x且应如此程度地从棱边2x移开，即，使得其在测量结果中不可与棱边2x混淆。间隔垫片应将棱边2x如此程度地保持远离固定平面，即，射流的偏转和干扰对于所使用的测量方法而言可明显足够地被识别出。该距离准确地有多大，取决于测量方法、射流1、棱边张角和在材料与液体之间的相互作用且可能最佳地在试验中被解释清楚。

图2b示出了带有四条棱边2a-d的非常简单的碰撞对象2。该对象围绕其竖轴线对称。棱边2a-d在外部围绕间隔垫片。这允许稳定且精确的制造。不利的是，处在外部的棱边2a-d在使用中更容易受磨损且在手操作中形成一定的受伤风险。

图2c是图2b的一种改进方案，在其中额外地设置有反射参考面3。该参考面处在不同于测量棱边2a-d的水平上(即在更深的平面上)。在图2c中，其在处在测量棱边2a-d之下的整个区域上延伸。因此，在每个被用于测量的棱边2a-d之下是反射表面。参考面3对于不同的测量方法而言带来优点。

另一实施形式在图2d中显示。此处一方面棱边2a-d在横截面中是非对称的。这应指出的是，该方法不被限制于对称的棱边。所有其它非对称的棱边是同样可能的。如上面已提及的那样，其实完全不需要棱边。棱边仅由于其良好的可测量性是优选的。如果利用需要反射参考面3的测量方法，则该参考面还可在上方被安在碰撞对象2上。在该情况中，反射材料3然而须恰在棱边处开始，或完全取消棱边2x且简单地仅利用已知规模的反射面3。在两种情况中，测量方法然而被变得困难，因为此时在信号中的逐渐上升的开始须被识别出而不是突然的下降或局部的最小值。因此对于该方法而言与在图2d中所描述的碰撞对象2相联系在带有反射面3的变体方案中更精细的采样可能是必要的，以便于达到可比较的分辨率。备选地，图2d的碰撞对象2也可被安在反射面3上，类似于图2c)。然后，棱边2a-d在利用发射测量光的测量方法中会作为在强度中的局部最小值出现。

俯视图可选自上述变体方案中的其中一个。

在图2e和2f中，碰撞对象2大致呈框状。这也就是说存在被四个测量棱边2a-d包围的中央空腔100。测量棱边2a-d于是处在呈框状的碰撞对象2的内侧上。碰撞对象2的外侧在测量技术上不具有功能。

图2e显示了一种不带有反射面3的变体方案。围绕棱边2x的布置的讨论类似于在图2b的说明中。在十字形俯视图中，此处设有棱边2x的平行六面体伸入到空腔100中。这些平行六面体在此不接触。每个平行六面体具有三条适合作为测量棱边2x的棱边。其中两条2a,b相应地相对而置。为了具有最小数量的棱边，两个布置在棱角上的平行六面体于是就足够了。然而优选对称的物体。间隔垫片此处现在具有框的形状。关于制造和特性和尺寸适用与在图2a-d的情形中相同的要求。

图2f最后显示了2e围绕反射参考面3的伸展。此处，反射参考面3此时处在空腔100下方且因此在碰撞对象内。其例如在中心具有开口101，以便于可使液体流出而不妨碍测量。

利用上述形状，液体射流1和碰撞对象2的构型可在一个平面中被确定。更切确地说在通过构型变化被撑开的平面中。该平面在下面被称作“运动平面”BE。此时可能有利的是，还测定液体射流的角度位置、即在液体射流与运动平面BE之间的角度(在下面称为射流角度32)和在棱边平面KE与液体射流之间的角度，即入射角31。

液体射流1不总是垂直于产生射流的元件的运动平面BE_D离开。并非从一开始就可靠的是，棱边平面KE平行于碰撞对象2的运动平面BE_G(情况1)。另外可能的是，产生射流的元件的运动平面BE_D不平行于棱边平面KE(情况2)。当然，不同的效应可能累积。

液体射流的角度位置于是可通过四个角度被检测：

a)通过在产生射流的元件的运动平面BE_D与液体射流FS之间在运动平面BE_D的方向上的角度。这是其中一个射流角度32.1。(或当对象被移动时，在棱边平面KE的法线与碰撞对象BE_G的运动平面之间的角度)

(b)通过在第二方向上的第二射流角度32.2，从而使得运动平面BE被撑开；

(c)在棱边平面KE的法线与液体射流的传播方向FS之间在运动平面BE中的某一方向上的角度。这是入射角31。

(d)通过第二入射角31.2在第二方向上，从而使得运动平面BE被撑开。

在进一步的进程中，为了清晰性起见仅涉及在某一方向上的角度测量且仅如下情况，即，实际的位置测量通过液体射流的移动来执行。碰撞对象可被移动，然而仅用于重新定位棱边而不用于执行实际的测量。因此，带有仅一条棱边2a的碰撞对象2可承担在多个棱边平面上带有三条或多条棱边2x的碰撞对象2的功能。或者在仅一个棱边平面KE中带有棱边2a-d的碰撞对象还可更换棱边平面KE且进而使得完整的测量成为可能。在其它方向上的测量类似地起作用。在其中碰撞对象为了测量目的被移动的测量方法同样类似地起作用。

测量方法和测量的评估根据图7a)—e)在两个维度上进行描述。在该处变得清楚的是，所有期望的角度且进而所有被需要的值为了转换到任意的设备坐标系中可由此被确定，即，测量三个合适的点。需要以下数据：三个点(2a,e,f)彼此沿着通过其中两个点(2e,f)被定义的直线(KE)的距离(22a,b)和第三个点(2a)垂直于该直线的距离(21)和在显示液体射流与棱边之间的相互作用的测量信号之间的产生射流的元件的移动(23a,b)。对于角度确定而言不必要的是，考虑液体射流中心。然后应注意的是，总是液体射流1的侧表面的相同的部分触发相互作用。

一种精确地且以尽可能少的在试验构建处的调节获得必要的测量数据的简单形式在于如下，即，使用具有多条测量棱边2x的碰撞对象2，其中相应地两个彼此相对而置(例如2a和2b或2c和2d)。在第一测量平面KE1中优选存在四条测量棱边(2a,b,c,d)。类似的布置在第二测量平面KE2中。

替代相应地两条相对而置的撑开棱边平面KE的棱边(棱边对)，还可仅是每个棱边平面三条棱边，其中仅两条相对而置。第三条与前两条棱边一起撑开棱边平面KE。在第二棱边平面KE2中还可完全取消棱边对。最后还可能的是，绝不使用棱边对，而是仅使用通过转动对象才撑开两个不同的平行的平面KE1和2的四条测量棱边。在该最后的情况中，然后射流直径和其中心可仅借助于碰撞对象或产生射流的元件的转动被确定。当设置有仅一个唯一的测量棱边时，相应地需要更多的位置变化，因为所有必要的棱边位置须借助于该条棱边来测量。

在图3a-c中显示了三个用于碰撞对象2的实施例，该碰撞对象具有足够数量和合适布置的测量棱边2x，以便于不带有碰撞对象的移动和转动地执行所有必要的测量。

图3a显示了仅适合用于不依赖于反射表面的测量方法的形式。图3a仅显示了横截面。俯视图可类似于在图2中的示例和变体方案和对这些附图的说明来选择。

碰撞对象2具有两个平行的棱边平面KE1和KE2，其相应地由3至4条棱边2x形成。在此，下部的棱边平面KE1的棱边2a-d相比上部的棱边平面KE2的棱边2e-f彼此更远地移开。在棱边平面的方向上在上部平面KE2的棱边与下部平面KE1的棱边之间的距离在此应如此地大，即，使得所有像这样的棱边2x可被检测，更确切地说在液体射流1的所有待设定的入射角31的情形中。该距离通常应大于射流直径且优选大于10个射流直径。在棱边之前的面相碰。因此得出以下最小距离'22a'_min：

在此，d是液体射流直径且'31'max是最大的待设定的入射角。棱边2a-d在间隔垫片处的固定的形式可任意来选择，只要与棱边2x的相互作用仍可被无疑地确定。间隔垫片用于如下，即，在棱边平面KE1的棱边2a-d)处的相互作用显著到如此程度，即，使得其在受干扰的射流撞击到可能存在的底板上之前可被测量。为此，间隔垫片一方面须足够高且另一方面须足够窄，使得被偏转的射流在其偏转可被测量之前不可与间隔垫片相碰。间隔垫片、棱边和棱边的固定须足够稳定，以便于不在液体射流下被过渡弯曲或由于其它原因棱边(21,22a,b)彼此的定位以大于期望的测量精度的程度被改变。间隔垫片不应如此程度地超出棱边，即，棱边在待期望的入射角31的情形中通过间隔垫片阻碍与液体射流的相互作用。该要求同样适用于棱边平面KE1和KE2彼此的距离。如果间隔垫片或棱边平面的距离应非常大，则棱边在棱边平面中的距离须相应被匹配。

图3b显示了一种变体方案，其适合用于依赖反射表面3的测量。此处，在碰撞对象2之下存在作为参考平面的反射面3。第二反射面3处在棱边平面KE1与KE2之间的面上。最后还存在在上部棱边2e-h的固定装置上的第三反射面3。这是用于例如检查液体射流1还实际如所期望的那样测量上部棱边2e-h的一种可行性方案。该反射面3然而也可被取消。也可减少其它反射面。这些反射面无须盖住棱边固定装置的整个面。为了良好的测量，“反射面相对测量棱边的”过渡须可容易地被测量。在一种实施形式中，整个碰撞对象由反射材料构成。在另一实施形式中其完整地被涂以反射材料，其中，棱边的反射位置然而进一步精确已知。对于间隔垫片而言适用与在图3a中相同的。

图3a和3b具有在外侧上的测量棱边2x。如下自然是同样可能的，即，将测量棱边2x安装在内侧处。这在图3c中显示。除了在两个不同棱边平面KE1和KE2上的向内指示的测量棱边2a-h之外，还显示了两个在外侧上的棱边2a'和2b'。其简单地提供了多个测量点且因此可使得更精确的测量成为可能。其然而不一定被需要且还可被去除。

然而作为替代，还可去除相同的棱边平面KE1的内部的棱边2a和2b。当外棱边2a',2b'被去除时，最下面的反射面3可较小地来选择。在最上面的棱边平面KE1的固定装置上的反射面3同样可被去除。如果其为这种情况，则同样可获得控制值。因此，例如在其上测量光被反射的路段的长度在测量中与在理论上比较且进而识别出在定向上的粗略的误差。

图4a,b说明了该测量方法。在图4a中显示了如下情况，即，产生液体射流的元件4(例如机器的加工头)可被移动。工件6处在工件支架5上。在该工件支架上固定有碰撞对象2，其用于校准。备选地，碰撞对象2还可被固定在工件6上。其它可行性方案是微测计台或在松开装置5不远处的位置。最后还可能的是，适配地设计松开装置本身或其部分的外棱边。在每种情况中，液体射流然而须可达到碰撞对象，更切确地说仍在液体射流之前如在图1a中所显示的那样分解。

在碰撞对象2、工件6的合适的尺寸和碰撞对象2的安装的情形中，然而并非强制必须的是，产生液体射流的元件4在多于一个的平面中移动。然而不可以是液体射流的传播方向FS位于其中的平面。

在图4b中，产生射流的元件被位置固定地保持且松开装置5利用被固定在其上的碰撞对象2移动。备选地，碰撞对象2还可被固定在工件6处且其被移动。

如果碰撞对象2被固定在微测计台或其它固定装置上，以其可改变其位置，则仅可移动碰撞对象2，且液体射流1和松开装置5和工件6保持固定。

在所有情况中，可能的相对运动须足够大且碰撞对象2的定位选择成，使得所有必要的在碰撞对象2处的测量点被检测或者可与液体射流1被带到相互作用中。

图5显示了利用碰撞对象2的反射特性的测量系统的可能的实施形式。接下来，“光”理解为任意电磁辐射，其可在液体射流1中被引导。其典型地是在0.1nm至1mm的尺寸级别的波长范围中的辐射。

光源8、优选激光且优选也适合用于工件加工的激光借助于电压源7来运行。利用透镜9，使来自光源8的光束扩张。经扩张的光束在测量模式中被导引穿过过滤轮10的过滤器，以便于削弱其。因此，碰撞对象2不被测量损坏。如果光源8不是激光或是其传导不够的激光，则扩张透镜9和过滤器不是必要的且可被去掉。

光束经由偏转镜11被偏转到透镜12中，其在液体腔14的喷嘴处具有其焦点。在透镜12之后，光束经过半透明的镜子13，其尽可能少地削弱由上方落下的光。如下然而还可能的是，使用该镜子13替代用于削弱功率强劲的激光的透镜过滤器组合(9,10)。光于是在(仅示意性显示的)液体腔14内在喷嘴入口中聚焦且进而被耦入到液体射流中。液体腔、液体喷嘴、气体入口和气体喷嘴的精确形状可以不同的形式设计且不是该文件的部分。这些构件的结果然而是适合作为光导体的液体射流1。

液体射流1如同光学纤维那样起作用且引导光束。当液体射流1如在图1a中那样分解成微滴时，光去耦且实际不存在返回至液体腔的反射。如果液体射流1如同在图1b中那样撞击到棱边上，则光由于偏转同样去耦且不存在反向反射。

然而如果液体射流1撞到反射面3，则被耦入的光的大部分被反射且经由液体射流1回到液体腔14。在该处，光从液体中去耦且此时由下方撞击到半透明的镜子13上。其将经反射的测量光偏转通过在过滤轮10中的空心的开口到透镜15上，其又将光聚焦到光电探测器16(例如光电二极管)上。过滤轮10在该位置中还可装备有过滤器，其例如最小化散射光或保护测量电子装置。

光电探测器16被联接到电子装置17处。经由该电子装置可在该变体方案中此外控制过滤轮10。过滤轮10在测量模式中且在加工模式中被带到相应适配的位置中。备选地，电压源、读取电子装置、存储器、传感器和过滤轮的控制装置然而还可被分开且被安置在不同的位置处或通过其它机构来实现。读取方法可例如简单地确定阈值的超出或采集信号电压曲线。然而还可能的是，在脉冲激光的情形中执行运行时间分析或以锁定放大器和脉冲光源工作，以便于最小化散光效果。

在加工激光应充当测量激光的情况中，在最简单的形式中过滤轮10装备有强烈削弱的过滤器和敞开的通道或用于光源的频谱的过滤器(“清晰”)。自然地，根据需求可使用另外的过滤器。

在测量模式中，激光光线在扩张之后通过强烈削弱的过滤器被削弱到期望的功率上。在光电探测器16之前，在该情况中然后是敞开的位置或清晰的过滤器。光电探测器16因此获得尽可能大量的反射光且碰撞对象2被保护以防由于激光的损坏。

在加工模式中，过滤轮10被转动以180°。此时，激光未被削弱地撞击到工件6上。在加工的情形中形成的反射光被过滤器防止以整个强度撞到光电探测器16上，由此保护该光电探测器。

如果该削弱不利用过滤器而是利用镜子13来执行，则须在加工模式中将该镜子从光路中取出，以便于保护探测器16或其须是相应耐用的探测器16。依据可能必要的，还保护激光本身或光学装置免于反射。

如果利用光源8测得如此小的功率，即，不可形成在碰撞对象2处的损坏，则可完全取消削弱。当探测器不足够耐用时，整个测量结构或至少探测器单元应在加工模式中例如通过光圈被解耦，以便于无损害地经受住全面的反射。

当然，还可设想其它光学系统。例如还可利用合适地成形的镜子，以便于替代透镜的部分。作为半透明镜子的替代可使用例如被合适地涂层的合适的棱镜。同样地，既不必使用过滤器也无须将其装配在轮子上。还可设想例如一个或多个滑块。过滤器又可被半透明的镜子或棱镜替代。还可利用带有可调节的功率的激光。光路可匹配成，使得构件彼此在另一布置中。

利用合适的结构(快速脉冲的激光、足够敏感的探测器和精确的时间检测)还可测量液体射流内部的反射，更确切地说还测量其位置。因此，在液体射流1的三个状态之间的区别还可在无反射面3的情形中被识别处且获得距离信息。

图6显示了用于如下情况的可能的测量顺利，即，利用反射观察来进行测量。

在此由此为出发点，即，液体射流沿着在图2中的直线A-A被引导到碰撞对象2上。此处考虑的碰撞对象是带有反射面3的这样的碰撞对象。

显示出五条理论曲线。在x轴线上，构型在移动(沿着A-A)的情形中被记入。在y轴线上显示了光电探测器的信号。编号说明了图2和图3的相应的实施例。存在三个信号电平：

f：实际无信号(自由的液体射流1)；

u1：强烈的信号(在反射面3上的未受干扰的液体射流1)；

u2：弱的信号(在较少反射的面上的未受干扰的液体射流)。

如果液体射流接触棱边，则信号降低到深的值上。由此，棱边的构型可被非常精确地测量。

对于近似连续的测量而言显示测量序列。以此表示一种测量，在其中信号在相比相对运动的速度非常短的间隔中被采集或者被读取。自然还是可能的，以迭代法测量棱边位置。在此反复确定，在棱边2x的哪侧上存在液体射流1且在带有不同结果的两次测量之间的间隔内选择下一测量点。该测量值于是限制用于选择下一点的间隔，直至位置以期望的精度已知。

相对运动无须在直线上实现。可设想所有可能的扫描模式，只要决定性的棱边被交叉。且这些扫描模式中的每个可近似连续地或离散地被测量。该测量也可在连续运动期间或在静止中发生。经加速的运动也是可设想的，然而在评估中更困难。然而如果该运动如此地快速，即使得液体射流1不再可被视为是直的，则评估变得较复杂且须获得关于射流1的传播方向FS的额外的知识。如果该运动还更快，则可能发生的是，无完整的液体射流1可以足够的长度构成。在这些情况下，测量不再可被执行。

液体射流还可通过外部的电磁场被偏转，只要其被电气加载或电流流经。气压也可使射流变形。当射流传播方向FS不平行于重力时，可发生类似的。在所有这些情况中，须确定射流在其传播方向上所描述的曲线。

在图7a至7e中阐述了以哪种方式液体射流的角度位置即射流角度32和入射角31可被测定。如已在相对图3的说明中所提及的那样，此处仅考虑一个示例，更确切地说在两个棱边平面KE1和KE2中带有三个测量棱边2a,2e和2f的碰撞对象2。碰撞对象2被假设为位置固定的，且液体射流1在该例子中被移动。液体射流1的相对运动被测量。同样地，仅在某一维度上考虑该运动。其它角度(32.2和31.2)可被类似地测量和计算。同样地，在其中碰撞对象2移动和液体射流1固定的情况和在其中两者被移动的情况被类似地评估。此外应强调，此处所描述的角度和平面以一定的方式被任意选择。其应该用于相互换算靠近的坐标系或者描述碰撞对象2和液体射流1的相对位置。其例如包括通过碰撞对象2定义的、通过射流1定义的或通过产生液体射流的元件的运动平面BE_D定义的坐标系。

在图7a中勾勒了该情况且标记了已知的和寻找的尺寸。三个点2a,2e和2f标记碰撞对象2的棱边。延伸穿过这些点的两个虚线是两个平行的棱边平面KE1和KE2。点线在不同的棱边平面KE1和KE2上将两条棱边2a和2e彼此连接。棱边平面KE1和KE2的法线N作为矢量在图7a中标记。粗的虚线是产生射流的元件BE_D的运动平面。三个平行的、点虚线代表在接触棱边2a,2e,2f中的各一个的时刻的液体射流FS1-FS3。

因为碰撞对象2被良好地测量，所以在棱边平面KE1或KE2中的棱边距离(22a和22b)和棱边平面KE1和KE2的距离21已知。该测量得出射流沿着运动平面BE_D的移动的长度(23a和23b)。所寻找的是一方面入射角(在N与液体射流FS之间的角度)31且另一方面射流角度(在液体射流FS相对运动方向BE_D的角度)32。借助于这两个角度于是还可描述在运动平面BE_D与棱边平面KE之间的角度：90º+'31'-'32'。

下面的图此时图解说明了如何可由现有的信息获得这两个角度：

在图7b中所显示的三角形中，角度33和长度24可通过两个已知的距离21和22a构成的正切和勾股定律来确定。

在图7c中通过23a的平行移动产生三角形。长度24由图7b已知。角度34等于'34'='33'-'31'。为此比较在图7b和7c中在棱边2e处的角度。角度32是所寻找的射流角度中的一个。利用正弦定律得出如下：

因此具有在入射角31与射流角度32之间的第一关系。

在图7d中产生另一三角形。这次通过23b的平行移动。在此其测量值此时被比较的两条棱边在棱边平面KE2中。如果该三角形与来自图7c的三角形相比较，则由此得出，'33'=90º且'24'=22b即等于在棱边平面中的两条棱边的距离。测得的距离此时是'23b'。于是得出：

因此此时存在两个用于两个未知的角度的表述且因此可实现用于两个角度的确定的解决方案。

显然还可能的是，所有三条棱边2a,2e和2f处在不同的平面KE1-KE3上。然后两次使用图7c的较普遍的方法。这还可通过如下方式进行，即，第二棱边平面KE2的两条棱边2e和2f相应地与第一棱边平面KE1的棱边2a作比较。

在图8a和8b中，再次阐述测量：在8a中显示了由“未受干扰”的射流状态(位置A)至“受干扰的”射流状态(位置B)的过渡。在x轴线上，在移动的情形中的构型被涂以X。在y轴线上存在任意传感器信号的强度I。传感器测量两个值：值u显示了未受干扰的状态而值g显示了受干扰的。u是否大于g或与之相反，取决于所使用的传感器和测得的量。此处仅显示一个示例。

测量此时如下来进行：

确定一种状态。其可以是“未受干扰的”、“受干扰的”或“自由的”。可使用区分所有三种状态的或可区别仅两种状态的传感器。如果使用可区分仅两种状态的传感器(例如“未受干扰”和无“未受干扰”)，则必要的是，如此精确地识别出构型变化，即，测得的变化可关联于测量点。

此时进行构型变化。碰撞对象或液体射流或两者可被彼此移动。还可设想的是，构型变化通过碰撞对象、液体射流或两者的倾斜或扭转实现。按照测量策略可进行或大或小的移动。移动本身可以然而非必须被测量。

在实现的移动之后，液体射流的状态(“未受干扰”、“受干扰”、“自由的”)被重新确定。当目标状态被确定时，构型由产生液体射流的元件和测量棱边来确定。这可通过独立的测量进行(例如利用激光距离测量器)，或通过观察移动(例如通过步进电机的旋转数量)。在一优选的实施形式中，利用测量系统，其也在工件的加工期间与待校准的机器一起被利用。

目标状态可按照测量方法和对象不同地来选择。空间上较小的采样率可例如是“受干扰的”状态。与之相反如果粗略地采样，则可能发生的是，不存在检测“受干扰的”状态的测量。在该情况中可能是有用的是，将“自由的”或“未受干扰的”定义为目标状态。同样地在如下情况中，即，应用仅识别出“未受干扰的”状态的测量方法，目标状态是“未受干扰”或非“未受干扰”。类似地适用于检测其它状态的测量系统。

代替利用目标状态的第一测量的位置，还可利用在另一状态中的带有液体射流的最后的位置。在两个位置的连接线的中间的点也是可能的选择。然而最后两种可能性所要求的是，在任意状态测量中确定构型，因为这样下面的测量才显示，当前的位置是否是在状态变化之前。

目标状态是在碰撞对象的测量点处所占据的。一般而言，测量点是锋利棱边的部分且进而于是是“受干扰的”状态。然而还可设想的是，测量点是特别好地反射的标记。在该情况中，状态于是是“未受干扰的”且带有在合适的传感器上最大的信号。其它形式的标记是可能的且可通过其它形式的传感器被识别。同样可能的是，传感器本身是标记：压力传感器可例如通过撞击的液体射流识别出压力。

按照传感器，此时可直接检测状态或检测期望的过渡。可测量由反射表面耦入回到射流中的光的光电传感器例如以带有棱边和反射面的碰撞对象和构型变化来使用，从而使得液体射流流经如下过渡，即“碰撞对象的棱边”-“反射面”。在该情况中，传感器感知作为信号的突然下降或上升的过渡。这在图8a)中显示。

声音传感器可例如在“受干扰的”和“自由的”状态之间被区分。为了使用这样的传感器，选择带有棱边然而不带有在该棱边下方的面的碰撞对象和构型变化，其在如下过渡、即“向下无界限直至碎滴”-“棱边”上引导液体射流。该过渡应再次在突然的信号变化中可被察觉，如其在图8b)中所显示的那样。

图8a和8b显示了数字曲线，在其中位置被划分成分散的步骤。连续的测量然而也是可能的或这样的在其中步宽足够小，以便于获得在状态之间的平滑过渡。在该情况中，须确定一阈，以便于将过渡定义为现存的。这样的阈可以是固定测量值或然而也可以是信号曲线的定义的斜率。

Claims (18)

1.用于确定液体射流、尤其用于光学引导激光射束的液体射流的空间位置的方法，包括如下步骤：

a.提供带有用于与所述液体射流相互作用的测量点的碰撞对象，

b.检测所述液体射流在碰撞对象与液体射流之间的第一种构型中的状态，

c.改变所述构型，从而使得所述液体射流的状态改变，

d.检测在第一种与第二种构型之间的构型变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碰撞对象具有至少两个用于与所述液体射流的相互作用的处在不同平面上的测量点，且实施至少两次构型变化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一次构型变化在仅横向于所述液体射流的纵轴线的方向上被执行。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述液体射流的中心或直径所述碰撞对象首先以第一测量点在所述液体射流的第一侧上被带到相互作用中且然后以第二测量点在所述液体射流的第二侧上被带到相互作用中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，来自电磁频谱的任意频率范围内的测量光被耦入到所述液体射流中且为了确定所述液体射流的状态探测所述测量光的反散射、去耦或反射。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述液体射流在所述空间构型的其中一种中撞击到相对所述碰撞对象的测量点在所述液体射流的方向上被偏置的参考面上。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参考面在完整的液体射流的撞击的情形中如此地反射测量光，即，其保持耦入或者被耦入到所述撞击的液体射流中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述液体射流的状态以有规律的时间间隔来检测。

9.根据权利要求1至8所述的方法，其特征在于，所述碰撞对象牢固地与带有液体射流引导的激光的加工机的工件夹具相连接。

10.根据权利要求1至8所述的方法，其特征在于，所述碰撞对象具有至少一个锋利的棱边作为测量点。

11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述液体射流在所述空间构型中的其中一种中被引导穿过用于所述液体射流的自由穿行的在所述碰撞对象中的凹槽。

12.用于执行根据权利要求1所述的方法的装置，包括

a)用于与所述液体射流相互作用的碰撞对象，

b)用于产生在液体射流与碰撞对象之间的规定的构型变化的移动装置，

c)用于检测所述液体射流在第一种和第二种空间构型中的第一和第二状态的装置，其中，所述第一状态由于在碰撞对象与液体射流之间的经改变的相互作用不同于所述第二状态。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，其具有

a)用于产生从液体喷嘴中离开的液体射流的装置，

和用于将激光射束耦入到所述液体射流中的激光射束耦入装置。

14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述碰撞对象具有至少一个用于与所述液体射流相互作用的棱边。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置，其特征在于，设置有用于将测量光耦入到所述液体射流中的光学单元，从而所述测量光束被引导穿过波导形式的液体射流，且所述液体射流的状态可利用一种光学测量装置来测定。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述碰撞对象具有呈板状或呈框架状的部分。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的装置，其特征在于，在关于所述碰撞对象的刚性空间位置中设置有可将所述测量光束的至少一部分反向耦合到所述液体射流中的反射表面。

18.一种适用于根据权利要求1的方法的碰撞对象，其特征在于，其为了形成至少一个与液体射流相互作用的测量点具有表面间断点。