JP6825047B2 - 加工ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、レーザービームを液体ジェットに結合する加工ヘッドであって、この加工ヘッドは、レーザービームを集束させるための少なくとも１つの光学素子を備える光学ユニットと、壁によって画定される液体チャンバーを備える結合ユニットであって、上記壁には、液体ジェットを生成するためのノズル開口を有するノズルが配置される、結合ユニットとを備える加工ヘッドに関する。結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、光学ユニットによって集束可能なレーザービームは、ビーム方向に結合ユニットの液体チャンバーを通してノズル開口内へ方向付けることが可能であるとともに、ノズルによって生成可能かつビーム方向に延びる液体ジェットに結合可能である。ここでは、光学ユニットから液体チャンバーに液体を供給するために、光学ユニットと結合ユニットとの間に液体インターフェースが形成されている。

光導波体（optical waveguide）におけるのと同様にレーザービームを材料加工箇所に案内するために、レーザービームが細い水ジェットに結合されるレーザー加工装置が既知である。このようなレーザー加工装置には、レーザーのエネルギーが、水ジェットの長さにわたって水ジェットの断面上に集中するという利点がある。したがって、材料加工箇所からの間隔が変化する場合に、レーザービームの焦点を連続的に追跡する必要がない。さらに、このような装置には、加工される材料を水ジェットによって連続的に冷却することができるという利点がある。

このタイプのレーザー加工装置は、細い水ジェットを生成するために、またレーザービームをこの水ジェットに結合するために、加工ヘッドを備える。この加工ヘッドは、様々な構成及び形状とすることができる。このようにして、上記加工ヘッドは、例えば、いわばレーザービームが結合された水ジェットがレーザー加工装置の壁から出るように、残りのレーザー加工装置に埋め込むことができる。この場合、レーザービームが結合された水ジェットが物体の加工されるべき箇所に到達することができるように、加工される物体を、この壁の前で加工ヘッドに対して移動させることができる。一方で、加工ヘッドは、レーザー加工装置の自由遠位端部を形成するか、又は、レーザー加工装置の可動アームの自由遠位端部に配置することも可能である。これにより、加工が必要な箇所に水ジェットを到達させるために、レーザービームが結合された水ジェットを、加工される物体に対して移動可能とすることが可能になる。

加工ヘッドがどのように具体的に形作られるのかとは独立して、加工ヘッドは、通常、光学ユニット及び結合ユニットによって形成される。ここで、光学ユニットは、レンズ素子又はレンズ素子群等の、レーザービームを集束させるための少なくとも１つの光学素子を備える。対照的に、結合ユニットは、液体ジェットを生成するためのノズル開口を有するノズルを備える。ここでは、光学ユニットと結合ユニットとは、加工ヘッドにおいて、レーザービームが液体ジェットに結合されるよう、光学ユニットがレーザービームを液体ジェット内に集束させることができるように互いに配置される。

このタイプの加工ヘッドの１つの例が、Synova S. A.の特許文献１に記載されている。この加工ヘッドは、液体ノズルによって液体ジェットを生成するための結合ユニットを備える。この加工ヘッドは、レーザービームを液体ジェットに結合させるために、液体ノズルの液体ダクト内にレーザービームを集束させるのに用いられる光学ユニットを更に備える。結合ユニットは、マウントと、窓部材と、閉鎖部（closure part）とを備える。光学ユニット用の円錐形開口が、マウントの上側に配置される。この円錐形開口の下端部において、マウントは肩部を有し、その上側に窓部材が載っている。閉鎖部は窓部材の下側に配置され、底部に向かって、窓部材と閉鎖部との間にある狭いディスク状の中間空間を終端させる。この中間空間は、この中間空間に面する閉鎖部の上側にある間隙に挿入される液体ノズル用の液体送込みラインの役割を果たす。この液体ノズルは、レーザー放射が結合される微細な液体ジェットを形成する中央ダクトを有する。

このような加工ヘッドの欠点は、液体ジェットに対して垂直方向に加工ヘッドの幅が大きいことである。さらに、液体ジェットは、限られた距離にわたってしか安定でない。その後、上記液体ジェットは個々の液滴に分裂し、これらの液滴は、傾斜距離にわたって僅かに平坦かつ略球状の液滴に変形する。レーザービームの導光体の役割を果たすことができるのは安定な液体ジェットだけであるので、液体ノズルから加工されるべき箇所までの有効距離は限られている。このため、実質的に平坦なワークピースは、このような加工ヘッドによって容易に加工可能である。しかしながら、物体の三次元加工に関して、よりアクセス困難な箇所が加工されるときは、このような加工ヘッドは不適である。この場合では、レーザービームが結合された安定な液体ジェットを、加工されるべき箇所に到達させるために、加工される物体が加工ヘッドに十分近接して保持される場合であって、かつ保持されるとき、加工ヘッドはその幅に起因してその物体と衝突する。

欧州特許第１８３３６３６号

本発明の目的は、冒頭で述べた技術分野に関連する、物体の三次元加工も可能にする加工ヘッドを提供することである。

上記目的の達成は、請求項１の特徴部によって規定される。本発明によれば、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、液体インターフェースは、ビーム方向に見た場合、ビーム方向に見た場合の光学ユニットの最後の光学素子の前方に配置される。

本明細書では、「液体インターフェース」という用語は、液体チャンバーに液体を供給するために、光学ユニットからの液体が前方に結合ユニットへ方向付けられる箇所を意味する。このために、光学ユニットは、液体チャンバーのための液体が光学ユニットを出ることができる開口を有する。さらに、結合ユニットは、液体チャンバーのための液体をその中へ方向付けることができる開口を有する。結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、これらの２つの開口は、光学ユニットの開口から出る液体が結合ユニットの開口に流れ込むことができるように互いに配置される。そのため、これらの２つの開口は、必要に応じて光学ユニットと結合ユニットとの間で包囲される領域であって、光学ユニットの開口から出る液体が該領域に入って結合ユニットの開口へ方向付けられる領域とともに、液体インターフェースを形成する。

ここで、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、上記２つの開口は、互いに直接重なることができる。この場合、互いに重なるこれらの２つの開口は、液体インターフェースを形成する。しかしながら、これらの２つの開口は、互いに対していくらか横方向にオフセットされるように配置してもよい。これらの２つの開口の構成とは独立して、光学ユニット及び結合ユニットは、光学ユニットの開口から出る液体が結合ユニットの開口へ方向付けられる領域を更に包囲することができる。この領域は、例えば、光学ユニットと結合ユニットとの間に配置される１つ又は複数のシールによって画定することができる。この場合、液体インターフェースは、この領域及び上記２つの開口を横切って延在する。

ビーム方向に見た場合の光学ユニットの最後の光学素子とは、レーザービームが光学ユニットから離れる前かつ結合ユニットにおいて液体ジェットに結合される前に、光学ユニットにおける最後の光学素子として、このレーザービームがそこを通して方向付けられる光学素子である。したがって、この最後の光学素子は、例えば、レーザービームを集束させるのに用いることができるレンズ素子又はレンズ素子群とすることができる。しかしながら、ビーム方向に見た場合の最後の光学素子は、光学ユニットを外部に対して閉鎖する、それ自体では集束特性を有しない窓とすることもできる。ビーム方向に見た場合の最後の光学素子の具体的な実施形態とは独立して、本発明に係る液体インターフェースは、光学ユニットを通して方向付けられたレーザービームが、最初は液体インターフェースを迂回するように液体インターフェースの近傍に（beside the liquid interface：液体インターフェースから外れて）方向付けられるか、又は、このレーザービームが光学ユニットの最後の光学素子を通過する前に液体インターフェースを通して方向付けられるように、ビーム方向に見た場合にこの光学素子の前方に配置される。ここで、結合ユニットが光学ユニットに直接接続可能であるか、又は結合ユニットが中間部材によって光学ユニットに接続可能であるかは、本発明に係る解決策とは無関係である。同様に、光学ユニット及び結合ユニットがどのように構成されるのかも無関係である。このようにして、光学ユニットは、例えば別個のユニットとしてレーザー加工装置に取付け可能とすることができる。そのため、レーザー加工装置に関連付けられるレーザーによって生成されたレーザービームを、光学ユニットを通して方向付けることができる。このレーザーは、光学ユニットによって集束させることができ、また、光学ユニットに取り付けられる結合ユニットによって生成される液体ジェットに結合することができる。一方で、光学ユニットは、例えば、レーザー加工装置に関連付けられるレーザーによって生成されたレーザービームがその中で案内される、レーザー加工装置のランスの端部領域を形成することもできる。この場合、ランスは、レーザー加工装置の一部とし、その端部領域において光学ユニットに遷移することができる。ここで、結合ユニットは、例えば、光学ユニットの一部であるランスの端部領域に外側から締結することができる。

本発明に係る解決策は、加工ヘッドをより小型に構成することができるという利点を有する。さらに、加工ヘッドは、レーザービームが結合された液体ジェットが加工ヘッドから離れる領域において、より狭小であるように構築することができる。そのため、加工ヘッドによって、安定な液体ジェット及びそれに結合されたレーザービームを、アクセス困難な箇所により容易に到達させることができる。したがってそのため、物体の三次元加工も容易になる。

結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、液体インターフェースは、ビーム方向に対して垂直に位置合わせされる平面に対して或る角度で位置合わせされる液体インターフェース領域を有することが有利である。ここで、液体インターフェース領域は、液体インターフェースを通って延び、したがって光学ユニットの開口を囲む光学ユニットの表面と、結合ユニットの開口を囲む結合ユニットの表面との間に延びる。したがって、光学ユニットから結合ユニットに方向付けられる液体チャンバーに供給される液体が、光学ユニットの開口から結合ユニットの開口に直接流れ込むように、光学ユニットの開口が結合ユニットの開口に直接重なる場合、液体インターフェース領域は、ひいては、２つの開口周囲に延びる、互いに重なる光学ユニットの表面及び結合ユニットの表面の領域によって画定され、開口のために光学ユニット及び結合ユニットのそれぞれの表面が欠けている領域において着実に（steadily）前進方向に延びる。ここでは、２つの開口周囲に延びる上記表面のこれらの領域が液体インターフェースに限定されているか、又は上記領域が液体インターフェースのすぐ外側まで達するかは重要ではない。対照的に、光学ユニットの開口が結合ユニットの開口に直接重ならない場合、及び、光学ユニットの開口から出る液体チャンバーに供給される液体が、光学ユニットと結合ユニットとの間で包囲された領域を通って結合ユニットの開口に方向付けられる場合、液体インターフェース領域は、ひいては、光学ユニットの開口周囲に延びる光学ユニットの表面の領域と、結合ユニットの開口周囲に延びる結合ユニットの領域との間に延びる。開口周囲の領域における光学ユニットの表面と結合ユニットの表面との間の間隔が一定である場合、及び、この領域における２つの表面がひいては互いに平行に延びる場合、液体インターフェース領域は、ひいては、これらの２つの表面間で光学ユニットの表面と平行に延びるとともに結合ユニットの表面と平行に延び、開口のために光学ユニット及び結合ユニットのそれぞれの表面が欠けている領域において着実に前進方向に延びる。ここでは、２つの開口周囲に延びる表面のこれらの領域が液体インターフェースに限定されているか、又は上記領域が液体インターフェースのすぐ外側まで達するかは重要ではない。したがって、対照的に、液体インターフェース内で上記２つの表面に対して垂直方向に測定した場合のこれらの表面間の間隔が変化するように、光学ユニットの表面が結合ユニットの表面に対して或る角度で延びる場合、液体インターフェース領域はこれらの２つの表面間に延びる。ここで、液体インターフェース領域は、光学ユニットの表面に対しても結合ユニットの表面に対しても同一の角度をなし、開口のために光学ユニット及び結合ユニットのそれぞれの表面が欠けている領域において着実に前進方向に延びる。ここでは、２つの開口周囲に延びる表面のこれらの領域が液体インターフェースに限定されているか、又は上記領域が液体インターフェースのすぐ外側まで達するかは重要ではない。

光学ユニットの開口周囲に延びる光学ユニットの表面の領域及び結合ユニットの開口周囲に延びる結合ユニットの表面の領域の双方を湾曲させることができる場合、液体インターフェース領域も湾曲させることができる。このようにして、結合ユニットは、例えば、円筒形領域を有することができ、液体チャンバーに液体を供給するための開口は、上記円筒形領域の径方向外側領域に配置される。さらに、光学ユニットは、例えば、円形断面を有する開口を有することができ、結合ユニットを光学ユニットに接続するために、この開口に結合ユニットの円筒形領域を押し込むことができる。この場合、液体チャンバーのための液体が光学ユニットから出ることができる光学ユニットの開口は、円形断面を有する開口の内面に配置することができる。液体インターフェースは、ひいては結合ユニットの円筒形領域上に延びるので、液体インターフェース領域も結合ユニットの円筒形領域の形状に従う。したがって、この場合、液体インターフェース領域は湾曲状である。

液体インターフェース領域が、ビーム方向に位置合わせされる平面に対して垂直に位置合わせされるということは、液体インターフェース内で、液体インターフェース領域の各点の場合にこの点に対する法線がビーム方向に対して或る角度をなし、したがってこの法線はビーム方向と平行であるように位置合わせされないことを意味する。これは、光学ユニットに接続される結合ユニットが、光学ユニットに対してビーム方向の反対方向に可動であるとともに、ひいては光学ユニットに簡単な方法で接続可能であるように構成される場合であって、かつ構成されているとき、液体インターフェースを簡単な方法でシールすることができるという利点を有する。ここで、液体インターフェース領域が結合ユニットの移動方向に対して或る角度で位置合わせされる場合であって、かつ位置合わせされているとき、結合ユニットを光学ユニットに接続すると、結合ユニットの開口及び光学ユニットの開口は、光学ユニットの開口周囲に延びる光学ユニットの表面の領域の法線及び結合ユニットの開口周囲に延びる結合ユニットの表面の領域の法線の方向に移動されないが、横方向に収束する。そのため、液体インターフェースをより簡単な方法でシールすることができる。

その１つの好ましい変形形態において、液体インターフェース領域は、ビーム方向と平行に延びる。これは、液体インターフェース内で、液体インターフェース領域の各点の場合にこの点に対する法線が、ビーム方向に対して垂直に位置合わせされる平面に延びることを意味する。これは、光学ユニットに接続される結合ユニットが、光学ユニットに対してビーム方向の反対方向に可動であるとともに、ひいては光学ユニットに簡単な方法で接続可能であるように構成される場合であって、かつ構成されているとき、液体インターフェースを簡単な方法でシールすることができるという利点を有する。なぜなら、ここで、液体インターフェース領域は、結合ユニットの移動方向と平行に位置合わせされ、したがって、結合ユニットの開口は、この開口周囲に延びる結合ユニットの表面の領域に沿って、光学ユニットの開口の前方に押されるからである。この利点を達成するために、液体インターフェース内の液体インターフェース領域が平面状に平坦になっているか、又は湾曲状であるかは問題とならない。このようにして、結合ユニットは、例えば、円筒形領域を有することができ、液体チャンバーに液体を供給するための開口は、その径方向外側領域上に配置され、一方で、光学ユニットは、円形断面を有する開口を有し、結合ユニットを光学ユニットに接続するために、この開口に結合ユニットの円筒形領域を押し込むことができる。この場合、液体チャンバーのための液体が光学ユニットから出ることができる光学ユニットの開口は、円形断面を有する開口の内面に配置することができる。したがってこの場合、液体インターフェース領域は湾曲状である。一方で、結合ユニットは、例えば、四角形断面を有する領域を有することも可能であり、ここでは、液体チャンバーに液体を供給するための開口は、この領域の４つの平坦な外面のうちの１つに配置される。ここで、光学ユニットは、同様に四角形断面を有する開口を有することができ、結合ユニットを光学ユニットに接続するために、この開口に結合ユニットの上記領域をビーム方向の反対方向に押し込むことができる。この場合、液体チャンバーのための液体が光学ユニットから出ることができる光学ユニットの開口は、四角形断面を有する開口の内面において、４つの平坦な側部のうちの１つに配置することができる。したがってこの場合、液体インターフェース領域は、平面状に平坦になっている。

一方で、その代わりに、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、液体インターフェースは、少なくとも１つの領域において、ビーム方向に対して垂直に位置合わせされる平面と平行に位置合わせされる液体インターフェース領域を有することも可能である。

結合ユニットは、液体インターフェースを液体チャンバーに接続する少なくとも１つの液体ダクトを備えることが有利である。これは、光学ユニットから移送される液体が、液体チャンバーのための液体をその中へ方向付けることができる結合ユニットの開口に、この開口から液体ダクトを通して液体チャンバーに方向付けられように方向付けられるという、液体チャンバーに液体を簡単な方法で供給できる利点を有する。

一方で、その代わりに、結合ユニットは、液体チャンバーに液体が別の方法で供給されることから、このタイプの液体ダクトを備えないことも可能である。これは、例えば、液体チャンバーのための液体をそこに通して方向付けることができる結合ユニットの開口が、液体チャンバーに直接接続される場合であって、かつ直接接続されているとき、当てはまり得る。このタイプの一代替形態は、加工ヘッドをよりコンパクトに構成することができ、そのため、到達困難な箇所に加工ヘッドを容易に到達させることができ、物体の三次元加工が簡単になるという利点を有する。

結合ユニットは、一方向において先細りになっていることが好ましく、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、この方向はビーム方向に対応する。そのため、ビーム方向に対して横断方向に測定した場合の加工ヘッドの幅は、ノズル開口によって生成可能な液体ジェットが加工ヘッドを出る加工ヘッドの箇所に向かって減少する。そのため、到達困難な箇所にもより容易に到達することができ、これによって物体の三次元加工が簡単になる。

一方で、その代わりに、結合ユニットは、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態においてビーム方向に対応する方向に先細りになっていないことも可能である。このタイプの一代替形態は、加工ヘッドをより簡単な方法で構成することができ、したがって加工ヘッドをより費用効果的に製造することができるという利点を有することができる。

結合ユニットが一方向に先細りになっており、この方向は、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態ではビーム方向に対応する場合、先細り部は円錐外殻形状であることが有利である。これは、先細り部が、ビーム方向に見た場合に常に均一であるという利点を有する。そのため、加工ヘッドは、加工される領域に対して、円錐外殻形状の先細り部の円錐開き角度に従って容易に傾斜することができる。これにより、到達困難な箇所のアクセス性が促進され、したがって物体の三次元加工が簡単になる。

一方で、その代わりに、先細り部は、円錐外殻形状以外の別の形状を有することも可能である。

結合ユニットが一方向に円錐外殻形状として先細りになっており、この方向は、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態ではビーム方向に対応する場合、円錐外殻形状の先細り部は、円錐外殻形状の回転対称中心軸と円錐外殻形状の外側領域との間で測定した場合、最大で６０度、最大で４５度、最大で３０度、特に最大で２０度の円錐開き角度を有することが好ましい。これは、アクセス困難な箇所に最適な方法で到達することができ、これによって物体の三次元加工が簡単になるという利点を有する。

一方で、その一代替形態として、円錐外殻形状の先細り部は、それぞれ２０度超、又は３０度超、４５度超、又は６０度超の円錐開き角度を有することもできる。これは、結合ユニットの構成が簡単になるという利点を有する。

結合ユニットは、液体ジェットを包囲するガスジェットを形作るためのガス出口ノズルを備えることが好ましい。これは、液体ジェットが安定である距離がより長くなるという利点を有する。そのため、レーザービームは安定な液体ジェットのみに結合されたままとなることから、加工される箇所からの加工ヘッドの潜在的な間隔を増大させることができる。したがってそのため、加工ヘッドによってアクセス困難な箇所をより簡単な方法で加工することができ、これによって物体の三次元加工が簡単になる。

その一代替形態として、結合ユニットは、液体ジェットを包囲するガスジェットを形作るためのガス出口ノズルを備えなくてもよい。このタイプの一代替形態は、加工ヘッドをより簡単な方法で構成することができ、それに対応してより費用効果的に製造することができるという利点を有する。そのため、さらに、加工ヘッドの保守が簡単になる。

結合ユニットが、液体ジェットを包囲するガスジェットを形作るためのガス出口ノズルを備える場合、結合ユニットは、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、ビーム方向に見た場合にノズル開口の後方に配置されるガス背圧チャンバーを備えることが更に好ましい。そのようなガス背圧チャンバーは、液体ジェットを包囲するガスジェットであって、液体ジェットが安定である距離を拡大するガスジェットの生成が簡単になるという利点を有する。

一方で、その代わりに、結合ユニットは、このタイプのガス背圧チャンバーを備えないことも可能である。これは、結合ユニットをより簡単な方法で構成することができるという利点を有する。

結合ユニットが、液体ジェットを包囲するガスジェットを形作るためのガス出口ノズルを備える場合、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、ガス出口ノズルは、ノズル開口から見た場合にビーム方向に配置されることが好ましい。ここで、ガス出口ノズルは、ノズル開口から見た場合、ビーム方向においてノズル開口の直後に配置することができる。一方で、必要に応じて利用可能なガス背圧チャンバーを、ノズル開口とガス出口ノズルとの間に配置することも可能である。この場合、ノズル開口によってビーム方向に生成可能な液体ジェットは、ガス背圧チャンバーを通って延び、ガス出口ノズルを通って結合ユニットから出ることができる。ノズル開口から見た場合のビーム方向におけるガス出口ノズルの構成の利点は、ノズル開口によって生成可能な液体ジェットが、結合ユニットからガス出口ノズルを通って出ることができることにより、液体ジェットを包囲するガスジェットを、ガス出口ノズルによって最適な方法で生成することができるようになっていることである。

一方で、その代わりに、ガス出口ノズルを別様に配置することも可能である。

結合ユニットが、液体ジェットを包囲するガスジェットを形作るためのガス出口ノズルを備える場合、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、結合ユニットにガスジェット用のガスを供給するために、光学ユニットと結合ユニットとの間にガスインターフェースが形成されていることが好ましい。このために、光学ユニットは、ガスジェット用のガスが光学ユニットから出ることができる開口を有する。さらに、結合ユニットは、ガスジェット用のガスをその中に方向付けることができる開口を有する。これらの２つの開口は、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、光学ユニットの開口から出るガスが結合ユニットの開口に流れ込むことができるように、互いに配置される。そのため、２つの開口は、必要に応じて光学ユニットと結合ユニットとの間で包囲される領域であって、光学ユニットの開口から出るガスが結合ユニットの開口に方向付けられる領域とともに、ガスインターフェースを形成する。ここで、これらの２つの開口は、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、互いに面するように互いに直接重なることができる。この場合、互いに重なる２つの開口は、ガスインターフェースを形成する。しかしながら、２つの開口は、互いに対していくらか横方向にオフセットされるように配置することもできる。２つの開口の構成とは独立して、光学ユニットと結合ユニットとは、光学ユニットの開口から出るガスが結合ユニットの開口に方向付けられる領域を更に包囲することができる。この領域は、例えば、光学ユニットと結合ユニットとの間に配置される１つ又は複数のシールによって画定することができる。この場合、ガスインターフェースは、この領域及び２つの開口を横切って延びる。

ガスインターフェースの利点は、光学ユニットへの接続部とは別個の、ガスジェット用のガスを供給するためのコネクタを結合ユニットが備える必要がないので、加工ヘッドをコンパクトに構成することができることである。この利点は、光学ユニットからガスインターフェースを通して結合ユニットに方向付けられるガスジェット用のガスが、気相であるか又は液化形態であるかとは独立して達成される。

一方で、一代替形態として、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態において、結合ユニットにガスジェット用のガスを供給するために、光学ユニットと結合ユニットとの間にガスインターフェースが形成されていないことも可能である。このタイプの一代替形態は、光学ユニットへの結合ユニットの接続が簡単になるという利点を有する。

結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、結合ユニットにガスジェット用のガスを供給するために、光学ユニットと結合ユニットとの間にガスインターフェースが形成されている場合であって、かつ形成されているとき、ガスインターフェースは、ビーム方向に見た場合、ビーム方向に見た場合の光学ユニットの最後の光学素子の前方に配置されることが有利である。そのため、光学ユニットを通して方向付けられたレーザービームは、まずガスインターフェースを迂回するようにガスインターフェースの近傍に方向付けられるか、又は上記レーザービームが光学ユニットの最後の光学素子を通過する前にガスインターフェースを通って方向付けられる。これは、潜在的により小型の構成となるという利点を有する。さらに、そのため、加工ヘッドを、レーザービームが結合されるとともにガスジェットによって包囲される液体ジェットが加工ヘッドから出る領域においてより狭小であるように構成することができる。そのため、加工ヘッドによってアクセス困難な箇所に、安定な液体ジェット及びそれに結合されたレーザービームをより簡単な方法で到達させることができる。したがってそのため、物体の三次元加工が容易になる。

一方で、その一代替形態として、ガスインターフェースを、ビーム方向に見た場合、ビーム方向に見た場合の光学ユニットの最後の光学素子と同じ高さに、又はそうでなければビーム方向に見た場合の光学ユニットの最後の光学素子の後方に配置することも可能である。

結合ユニットが、液体ジェットを包囲するガスジェットを形作るためのガス出口ノズルを備える場合、かつ、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、結合ユニットにガスジェット用のガスを供給するためにガスインターフェースが形成されている場合、ガスインターフェースは、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、ビーム方向に対して垂直に位置合わせされる平面に対して或る角度に位置合わせされるガスインターフェース領域を有することが好ましい。ここでは、ガスインターフェースが、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、ビーム方向に見た場合の光学ユニットの最後の光学素子の前方に配置されるか、その光学素子の後方に配置されるか又はその光学素子と同じ高さに配置されるかは問題とならない。

このガスインターフェース領域は、ガスインターフェースを通って延び、ひいては、ガスジェット用のガスが光学ユニットから出ることができる光学ユニットの開口と、ガスジェット用のガスをその中に方向付けることができる結合ユニットの開口との間、及びこれらの開口を囲む光学ユニットの表面と結合ユニットの表面との間に延びる。したがって、光学ユニットから結合ユニットに方向付けられるガスジェットに供給されるガスが、光学ユニットの開口から結合ユニットの開口に直接流れ込むように、光学ユニットの開口が結合ユニットの開口に直接重なる場合であって、かつ直接重なっているとき、ガスインターフェース領域は、互いに重なる光学ユニットの表面及び結合ユニットの表面の２つの開口周囲の領域によって画定され、開口のために光学ユニット及び結合ユニットのそれぞれの表面が欠けている２つの開口の領域において着実に前進方向に延びる。ここでは、２つの開口周囲に延びる表面の領域がガスインターフェースに範囲を定められているか、又は上記領域がガスインターフェースのすぐ外側まで達するかは重要ではない。対照的に、光学ユニットの開口が結合ユニットの開口に直接重ならず、光学ユニットの開口から出る、ガスジェットに供給されるガスが、光学ユニットと結合ユニットとの間で包囲された領域を通って結合ユニットの開口に方向付けられる場合であって、かつ方向付けられるとき、ガスインターフェース領域は、光学ユニットの開口周囲に延びる光学ユニットの表面の領域と、結合ユニットの開口周囲に延びる結合ユニットの表面の領域との間に延びる。開口周囲の領域における光学ユニットの表面と結合ユニットの表面との間の間隔が一定であり、ひいてはこの領域の２つの表面が互いに平行に延びる場合であって、かつそうなっているとき、ガスインターフェース領域は、光学ユニットの表面と平行かつ結合ユニットの表面と平行に延び、これらの２つの表面間に延び、２つの開口のために光学ユニット及び結合ユニットのそれぞれの表面が欠けている領域において、着実に前方に延びる。ここでは、２つの開口周囲に延びる表面の領域がガスインターフェースに範囲を定められているか、又は上記２つの開口がガスインターフェースのすぐ外側まで達するかは重要ではない。対照的に、ガスインターフェース内での表面に対して垂直に測定した２つの表面間の間隔が変更されるように、光学ユニットの表面が結合ユニットの表面に対して或る角度で延びる場合であって、かつ延びているとき、ガスインターフェース領域は、これらの２つの表面間に延びる。ここで、ガスインターフェース領域は、光学ユニットの表面及び結合ユニットの表面に対して同一の角度をなし、開口のために光学ユニット及び結合ユニットのそれぞれの表面が欠けている領域において、着実に前進方向に延びる。ここでも同様に、２つの開口周囲に延びる表面のこれらの領域がガスインターフェースに範囲を定められているか、又は上記２つの開口がガスインターフェースのすぐ外側まで達するかは重要ではない。

光学ユニットの開口周囲に延びる光学ユニットの表面の領域及び結合ユニットの開口周囲に延びる結合ユニットの表面の領域の双方は、湾曲させることができるので、ガスインターフェース領域も湾曲させることができる。

このようにして、結合ユニットは、例えば、円筒形領域を有することができ、ガスジェットにガスを供給するための開口は、上記円筒形領域の径方向外側領域に配置される。さらに、光学ユニットは、例えば、円形断面を有する開口を有することができ、結合ユニットを光学ユニットに接続するために、この開口に結合ユニットの円筒形領域を押し込むことができる。この場合、ガスジェット用のガスが光学ユニットから出ることができる光学ユニットの開口は、円形断面を有する開口の内面に配置することができる。このように、ガスインターフェースは結合ユニットの円筒形領域上に延びるので、ガスインターフェース領域も結合ユニットの円筒形領域の形状に従う。したがってこの場合、ガスインターフェース領域は湾曲状である。

ガスインターフェース領域が、ビーム方向に対して垂直に位置合わせされる平面に対して或る角度に位置合わせされるということは、ガスインターフェース内で、ガスインターフェース領域の各点の場合にこの点に対する法線が、ビーム方向に対して或る角度をなし、したがって、上記法線が、ビーム方向と平行であるように位置合わせされないことを意味する。これは、光学ユニットに接続される結合ユニットが、光学ユニットに対してビーム方向の反対方向に可動であるとともに、ひいては光学ユニットに簡単な方法で接続可能であるように構成される場合であって、かつ構成されているとき、ガスインターフェースを簡単な方法でシールすることができるという利点を有する。その理由は、ガスインターフェース領域が、結合ユニットの移動方向に対して或る角度に位置合わせされ、そのため、結合ユニットを光学ユニットに接続すると、結合ユニットの開口及び光学ユニットの開口は、光学ユニットの開口周囲に延びる光学ユニットの表面の領域の法線及び結合ユニットの開口周囲に延びる結合ユニットの表面の領域の法線の方向に移動されず、横方向に収束するからである。そのため、ガスインターフェースをより簡単な方法でシールすることができる。

ガスインターフェースは、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、ビーム方向と平行に延びることが好ましい。これは、ガスインターフェース内で、ガスインターフェース領域の各点の場合にこの点に対する法線が、ビーム方向に対して垂直に位置合わせされることを意味する。これは、光学ユニットに接続される結合ユニットが、光学ユニットに対してビーム方向の反対方向に可動であるとともに、ひいては光学ユニットに簡単な方法で接続可能であるように構成される場合であって、かつ構成されているとき、ガスインターフェースを簡単な方法でシールすることができるという利点を有する。なぜなら、ここで、ガスインターフェース領域は、結合ユニットの移動方向と平行に位置合わせされ、したがって、結合ユニットの開口は、この開口周囲に延びる結合ユニットの表面の領域に沿って光学ユニットの開口の前方に押されるからである。この利点を達成するために、液体インターフェース内のガスインターフェース領域が平面状に平坦になっているか、又は湾曲状であるかは問題とならない。このようにして、結合ユニットは、例えば、円筒形領域を有することができ、ガスジェットチャンバーにガスを供給するための開口は、その径方向外側領域に配置され、一方で、光学ユニットは、円形断面を有する開口を有し、結合ユニットを光学ユニットに接続するために、この開口に結合ユニットの円筒形領域を押し込むことができる。この場合、ガスジェット用のガスが光学ユニットから出ることができる光学ユニットの開口は、円形断面を有する開口の内面に配置することができる。したがってこの場合、ガスインターフェース領域は湾曲状である。しかしながら、結合ユニットは、例えば、四角形断面を有する領域を有することも可能であり、ガスジェットにガスを供給するための開口は、この領域の４つの平坦な外面のうちの１つに配置される。ここで、光学ユニットは、同様に四角形断面を有する開口を有することができ、結合ユニットを光学ユニットに接続するために、この開口に結合ユニットの上記領域をビーム方向の反対方向に押し込むことができる。この場合、ガスジェット用のガスが光学ユニットから出ることができる光学ユニットの開口は、四角形断面を有する開口の内面において、４つの平坦な側部のうちの１つに配置することができる。この場合、ガスインターフェース領域は平面状に平坦になっている。

一方で、その代わりに、ガスインターフェースは、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、少なくとも１つの領域において、ビーム方向に対して垂直に位置合わせされる平面と平行に位置合わせされるガスインターフェース領域を有することも可能である。

結合ユニットは、ガスインターフェースをガス出口ノズルに接続する少なくとも１つのガスダクトを備えることが有利である。これは、光学ユニットから移送されるガスが、ガスジェット用のガスをその中に方向付けることができる結合ユニットの開口に方向付けられ、この開口からガスダクトを通してガス出口ノズルに方向付けられるので、ガス出口ノズルにガスを簡単な方法で供給することができるという利点を有する。ここでは、ガスダクトからのガスが、まず必要に応じて利用可能なガス背圧チャンバーに方向付けられてからガス出口ノズルに方向付けられるか、又はガスがガス出口ノズルに直接方向付けられるかは問題とならない。

一方で、その代わりに、結合ユニットは、ガス出口ノズルにガスが別の方法で供給されることから、このタイプのガスダクトを備えないことも可能である。これは、例えば、そこを通るガスジェット用のガスを方向付けることができる結合ユニットの開口が、ガス出口ノズルに直接接続されるか、又は必要に応じて利用可能なガス背圧チャンバーに接続される場合であって、かつ接続されているとき、当てはまり得る。このタイプの一代替形態は、加工ヘッドをよりコンパクトに構成することができ、そのため、加工ヘッドによって到達困難な箇所により容易に到達することができ、物体の三次元加工が簡単になるという利点を有する。

結合ユニットがガス出口ノズルを備える場合、結合ユニットは、ガス出口ノズルが配置される交換可能なヘッドチップユニットを備えることが有利である。これは、ガス出口ノズルが摩耗の徴候を示し、したがってガス出口ノズルによって生成可能なガスジェットがもはや液体ジェットを最適に包囲しない場合であって、かつそのようなとき、ガス出口ノズルを含むヘッドチップユニットを簡単な方法で交換することができるという利点を有する。

その代わりに、結合ユニットは、ガス出口ノズルを含むそのようなヘッドチップを備えないことも可能である。

結合ユニットが、ガス出口ノズル及びヘッドチップユニットを備え、ガス出口ノズルはヘッドチップユニットに配置される場合、ヘッドチップユニットは、円錐状の外形を備えることが好ましい。ヘッドチップユニットは、加工ヘッドの先端部上に配置されるので、これは、液体ジェット及びガスジェットが出る加工ヘッドの先端部が、より狭小であるという利点を有する。そのため、アクセス困難な箇所に加工ヘッドをより容易に到達させることができ、これによって物体の三次元加工が簡単になる。

その好ましい一変形形態として、ヘッドチップユニットは、液体ジェット及びガスジェットが加工ヘッドから出る箇所に向かって先細りになっている。これも同様に、加工ヘッドがこの箇所の領域においてより狭小であり、そのため、アクセス困難な箇所に加工ヘッドを到達させることができるという利点を有する。したがってそのため、物体の三次元加工が簡単になる。

一方で、その代わりに、ヘッドチップユニットは、円錐状の外形を有せず、液体ジェット及びガスジェットが加工ヘッドから出る箇所に向かって先細りにもなっていないことも可能である。

結合ユニットが、ガス出口ノズル及び必要に応じて交換可能なヘッドチップユニットを備えることとは独立して、液体ジェットを生成するためのノズル開口を有するノズルは、交換可能なノズルブロックに配置されることが好ましい。ここで、交換可能なノズルブロックは、液体チャンバーを画定する結合ユニットの壁に挿入してもよいし、液体チャンバーを画定する結合ユニットの壁を形成してもよい。交換可能なノズルブロックは、ノズルが摩耗の徴候を示し、したがって、ノズル開口によって生成可能な液体ジェットの安定な距離が減少するか、又はその液体ジェットがもはや全く安定でない場合であって、かつそのようなとき、ノズルを含むノズルブロックを簡単な方法で交換することができるという利点を有する。

一方で、その代わりに、結合ユニットは、液体ジェットを生成するためのノズル開口を有するノズルが配置される、交換可能なノズルブロックを備えないことも可能である。

結合ユニットは、片側が開口しているキャビティであって、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、光学ユニットはこのキャビティ内に突出する、キャビティを有することが有利である。これは、結合ユニットが光学ユニットに簡単な方法で接続可能であるという利点を有する。さらに、これは、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、ビーム方向に見た場合の光学ユニットの最後の光学素子がこのキャビティ内に位置することができ、したがって、結合ユニットによってその最後の光学素子を外部に対して保護することができるという利点を有する。ここでは、それにもかかわらず、結合ユニットが光学ユニットから取り外される場合であって、かつ取り外されたとき、ビーム方向に見た場合の光学ユニットの最後の光学素子は容易にアクセス可能とすることができる。

一方で、その代わりに、結合ユニットは、片側が開口しているこのタイプのキャビティを有しないことも可能である。

結合ユニットが、片側が開口したキャビティであって、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、光学ユニットがこのキャビティ内に突出する、キャビティを有するか否かとは独立して、光学ユニットは、フェルールを形成し、液体インターフェースにおいて結合ユニットを包囲することが好ましい。そのため、液体インターフェースは、フェルールの内側に位置する。これにより、液体チャンバーのための液体が光学ユニットから出ることができる開口は、フェルールの内側に位置することになる。したがって、結合ユニットが光学ユニットに接続されない場合であって、かつ接続されていないとき、液体チャンバーのための液体が光学ユニットから出ることができる開口は、より良好に保護される。さらに、フェルールは、光学ユニットへの結合ユニットの接続をより良好に案内するという利点を有する。

一方で、その代わりに、光学ユニットがフェルールを形成しないか、又は、光学ユニットが、液体インターフェースにおいて結合ユニットを包囲しないことも可能である。

液体チャンバーは、レーザービームのレーザー光に対して透明な部材によって片側が閉鎖されることが有利であり、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、透明部材は、ビーム方向において液体チャンバーの前方に配置される。これは、光学ユニットによって集束可能なレーザービームを、透明部材を通して液体チャンバー内へ方向付けることができ、それによってレーザービームの液体ジェットへの結合が容易になるという利点を有する。

一方で、その一代替形態として、液体チャンバーは、レーザービームのレーザー光に対して透明な部材によって片側が閉鎖されていないことも可能である。

ノズル開口は、２０μｍ〜１５０μｍの範囲の直径を有することが好ましい。これは、ノズルを費用効果的に製造することができ、それにもかかわらず、ノズルは小径のノズル開口を有するという利点を有する。ノズル開口は、４０μｍ〜８０μｍの範囲の直径を有することが特に好ましい。これは、このノズル開口によって、レーザービームを最適に結合することができる直径を有する液体ジェットを生成することができるという利点を有する。更なる１つの好ましい変形形態において、ノズル開口は、４０μｍ未満、特に好ましくは３０μｍ未満、又は２０μｍ未満の直径を有する。これは、非常に小径の液体ジェットを生成することができ、そのため、物体のより微細かつより精密な加工が可能になるという利点を有する。

一方で、その代わりに、ノズル開口が、それぞれ８０μｍ超又は１５０μｍ超の直径を有することも可能である。

レーザービームは、光学ユニットによって、ノズル開口の直径のサイズの最大で２／３の直径、特に好ましくは最大で半分の直径を有する焦点上に集束可能であることが好ましい。これは、焦点において、レーザービームのエネルギーの少なくとも９５％が、ビーム方向に対して垂直に位置合わせされる、その直径がノズル開口の直径のサイズの最大で２／３、特に最大で半分であることが好ましい円の内側の領域を通過することを意味する。その１つの有利な変形形態において、レーザービームのエネルギーの少なくとも９８％は、この円の内側の領域を通過する。これは、レーザービームを、ノズル開口によって生成可能な液体ジェットに最適な方法で結合することができるという利点を有する。

一方で、その代わりに、レーザービームを、光学ユニットによって、その直径がノズル開口の直径のサイズの半分よりも大きいか又は２／３よりも大きい焦点上に集束可能とすることも可能である。

液体ジェット式レーザー加工機は、本発明に係る加工ヘッドを備えることが好ましい。しかしながら、加工ヘッドを液体ジェット式レーザー加工機とは別個に製造、販売及び保管することも可能である。

本発明に係る加工ヘッドを備える液体ジェット式レーザー加工機の場合、上記液体ジェット式レーザー加工機は、少なくとも１つの光学素子を備える光学ユニットによって集束可能なレーザービームであって、結合ユニットが光学ユニットに接続されている状態では、光学ユニットによって、ビーム方向に結合ユニットの液体チャンバーを通してノズル開口内へ方向付けることが可能であるとともに、ノズルによって生成可能かつビーム方向に延びる液体ジェットに結合可能であるレーザービームを生成するレーザーを更に備えることが有利である。一方で、液体ジェット式レーザー加工機は、そのようなレーザーを備えず、別個のレーザーによって生成可能なレーザービーム用のポートのみを有することも可能である。ここで、ポートは、要件に応じて様々な構成とすることができる。このようにして、上記ポートは、レーザービームを液体ジェット式レーザー加工機に方向付けるために、例えば、窓、レンズ素子又はミラーを備えてもよく、ここで、レーザービームを前進方向に加工ヘッドへ案内することができる。一方で、ポートは、導光体によって別個のレーザーから液体ジェット式レーザー加工機に案内されたレーザービームを、液体ジェット式レーザー加工機に方向付けるために、導光体を取り付けるための結合箇所としてもよく、ここで、レーザービームを前進方向に加工ヘッドへ案内することができる。

液体ジェット式レーザー加工機がレーザーを備えるか、又はレーザービームが別個のレーザーによって生成され、ポートを通して液体ジェット式レーザー加工機に送り込まれるかとは独立して、液体ジェット式レーザー加工機は、コリメーションユニットを備えることが好ましい。これは、レーザービームが加工ヘッドにおいて液体ジェットに結合される前に、このレーザービームを最適な方法でコリメートすることができるという利点を有する。

一方で、その代わりに、液体ジェット式レーザー加工機は、コリメーションユニットを備えないことも可能である。

液体ジェット式レーザー加工機がコリメーションユニットを備える場合、コリメーションユニットの個々の光学素子又はコリメーションユニット全体は、ビーム方向及びビーム方向の反対方向の双方に可動であることが好ましい。ここで、「ビーム方向」という用語は、レーザービームがコリメーションユニットの領域において位置合わせされる方向を意味する。レーザービームが、例えば、コリメーションユニットと加工ヘッドの光学ユニットとの間でミラーによって方向転換される場合、コリメーションユニットの領域におけるビーム方向は、加工ヘッド内でのビーム方向から逸脱してもよい。それとは独立して、コリメーションユニットの個々の要素又はコリメーションユニット全体が、ビーム方向及びビーム方向の反対方向に可動であることは、レーザービームを加工ヘッドにおいて最適な方法で液体ジェットに結合することができ、加工ヘッドの光学ユニットが可動光学素子を備えないか、又は少なくとも可動光学素子の数が減るという利点を有する。これにより、加工ヘッドをより簡単、より小型かつよりコンパクトに構成することが可能になり、そのため、加工ヘッドを、より費用効果的に製造することができる。さらに、物体の三次元加工が、よりコンパクトな加工ヘッドによって容易になる。

一方で、その代わりに、ビーム方向又はビーム方向の反対方向のいずれにも可動なコリメーションユニットの光学素子が存在しないか、又は、コリメーションユニットは、ビーム方向にもビーム方向の反対方向にも可動でないことも可能である。

基本的には、本発明に係る加工ヘッドを備える液体ジェット式レーザー加工機は、任意の方法で構成することができる。一方で、液体ジェット式レーザー加工機は、以下に記載する第２の発明に係る液体ジェット式レーザー加工機であることが有利である。

第２の発明の目的は、レーザービームの液体ジェットへの結合を簡単にする液体ジェット式レーザー加工機を達成することである。さらに、第２の発明の目的は、このタイプの液体ジェット式レーザー加工機において、レーザービームをノズルのノズル開口内に集束させる方法を提供することである。ここで、この方法も同様に、レーザービームの液体ジェットへの結合を容易にする。

この目的の達成は、以下の特徴によって規定される。第２の発明によれば、液体ジェット式レーザー加工機は、レーザービームを液体ジェットに結合する加工ヘッドを備え、加工ヘッドは、液体ジェットを生成するためのノズル開口を有するノズルを備え、レーザービームは、レーザービームを液体ジェットに結合させるために、集束用装置によってノズル開口のポート内に集束可能である。ここで、液体ジェット式レーザー加工機は、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域を描画するための二次元イメージセンサーを備える。さらに、レーザービームは、ノズル開口のポートの周りでデフォーカスさせ（defocused：焦点をずらす）、レーザービームからのレーザー光がノズルのノズル開口のポート周囲の領域からイメージセンサーに向かって反射されるようにすることが可能であり、それにより、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域の描画をイメージセンサーによって捕捉することが可能であり、この描画においてノズル開口のポートが識別可能である。液体ジェット式レーザー加工機は、レーザービームを生成するレーザーを備えることが有利である。同様に有利な一変形形態において、液体ジェット式レーザー加工機は、このようなレーザーを備えず、別個のレーザーによって生成可能なレーザービーム用のポートを備える。ここで、ポートは、要件に応じて様々な構成とすることができる。このようにして、上記ポートは、レーザービームを液体ジェット式レーザー加工機に方向付けるために、例えば、窓、レンズ又はミラーを備えることができ、ここで、レーザービームを前進方向に加工ヘッドへ案内することができる。一方で、ポートは、導光体によって別個のレーザーから液体ジェット式レーザー加工機に案内されたレーザービームを、液体ジェット式レーザー加工機に方向付けるために、導光体を取り付けるための結合箇所とすることもでき、ここで、レーザービームを前進方向に加工ヘッドへ案内することができる。

レーザービームをノズルのノズル開口によって生成される液体ジェットに結合するために、このタイプの液体ジェット式レーザー加工機においてレーザービームをノズル開口内に集束させる本発明に係る方法は、レーザービームをノズル開口のポートの周りでデフォーカスさせ、レーザービームからのレーザー光がノズルのノズル開口のポート周囲の領域から二次元イメージセンサーに向かって反射されるようにする第１のステップを含む。ここで、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域の描画がイメージセンサーによって捕捉され、この描画において、ノズル開口のポートが識別可能である。これに関して、レーザービームのレーザー光がノズルのノズル開口のポート周囲の領域によって二次元イメージセンサーに向かって「反射」されることは、広い意味で理解される。ノズルのノズル開口のポート周囲の領域は、反射ミラーの意味で反射性であるように、例えばレーザー光の大部分を反射するように構成することができる。一方で、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域は、例えば、非常に低反射性（weakly reflective）であるか又は拡散散乱性（diffusely scattering）であるように構成することもできる。レーザービームのレーザー光の少なくとも少しの割合を、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域から二次元イメージセンサーに反射させることで十分である。したがって、レーザービームの十分なレーザー光がノズルのノズル開口のポート周囲の照射された領域からイメージセンサーに戻されるように、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域を、デフォーカスされたレーザービームによって十分に照射し、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域の描画において、ノズル開口のポートを識別することができるようにすることで十分である。ここで、ノズルのノズル開口周囲の領域の描画においてノズル開口のポートを識別することができる限り、戻される又は反射されるレーザー光の割合は、それぞれ大きくても又はそうでなければほんの僅かであってもよい。

この方法で使用される液体ジェット式レーザー加工機のこの液体ジェット式レーザー加工機の加工ヘッドは、上述した第１の発明に係る加工ヘッドであることが有利である。そのため、第１の発明の利点及び第２の発明の文脈で言及した利点が達成される。一方で、加工ヘッドは、この加工ヘッドが、液体ジェットを生成するためのノズル開口を有するノズルを備えるとともにレーザービームを液体ジェットに結合するという目的を果たす限り、任意の別の方法で構成することもできる。この場合、第２の発明の文脈で言及した利点が達成される。

さらに、レーザービームをノズル開口のポートに集束させることが可能な集束用装置は、任意の方法で構成することができ、また、複数の部材を備えることもできる。このようにして、上記集束用装置は、例えば、上述した加工ヘッドが有する光学ユニット等の光学ユニットを備えることができる。一方で、上記集束用装置は、完全に他の構成の光学ユニットを備えることもできる。さらに、上記集束用装置は、例えば、光学ユニットによってノズル開口のポート内に集束可能な平行又は略平行なビームを形成するように、レーザービームをコリメートする役割を果たすコリメーションユニットを備えることができる。

レーザービームをどのようにノズル開口のポートからデフォーカスさせることが可能であるかは、第２の発明とは関係ない。レーザービームは、デフォーカスされたレーザービームのレーザー光が、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域からイメージセンサーに反射されるように、デフォーカス可能であることが非常に重要である。したがって、液体ジェット式レーザー加工機は、光学素子であって、レーザービームのビーム経路に出入りするように可動であるとともに、ビーム経路に配置されると、例えばノズル開口のポートからレーザービームをデフォーカスさせるようにレーザービームを拡散的に散乱させる光学素子を備えることができる。ここで、光学素子は、レーザービームを拡散的に透過するか又は拡散的に反射することができる。一方で、液体ジェット式レーザー加工機は、拡散的に散乱させるこのタイプの光学素子を備えず、レーザービームの焦点を、ビーム方向に見た場合にノズル開口のポートの前方又は後方で集束用装置によって集束可能とすることも可能である。このような方法では、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域の描画であって、この描画においてノズル開口のポートを識別可能である描画を、イメージセンサーによって捕捉可能とするために、レーザービームのレーザー光が、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域からデフォーカスされ、この領域からイメージセンサーに反射される。

イメージセンサーによって捕捉可能な描画は、例えば、個々の画像、又は動画の場合は一連の画像とすることができる。したがって、イメージセンサーの構成には様々な可能形態がある。このようにして、上記イメージセンサーは、例えば、個々の画像の捕捉、又は一連の画像若しくは一連の動画それぞれの捕捉を可能にすることができる。イメージセンサーは、例えば、ＣＣＤカメラ又は別のタイプのカメラとすることができる。イメージセンサーの構成タイプとは独立して、イメージセンサーは、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域によって反射されるレーザービームのレーザー光の光を感知可能であることが有利である。これにより、ノズル開口は、ノズルの周囲領域とは反対にレーザービームのレーザー光を反射しないので、描画におけるノズル開口のポートの識別性が促進される。したがってそのため、ノズル開口は、それぞれ描画における黒色領域又は非照射領域として現れる。

イメージセンサーの特定の構成とは独立して、第２の発明の達成は、方法及び液体ジェット式レーザー加工機が、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域の描画をイメージセンサーによって捕捉するためにノズルのノズル開口のポート周囲の領域を照射することができる更なる光源を必要としないという利点を有する。したがって、液体ジェット式レーザー加工機と、レーザービームをノズルのノズル開口内に集束させる方法との双方は、この達成によって簡単になる。

液体ジェット式レーザー加工機は、レーザービームを方向転換させる第１のミラーと、レーザービームを方向転換させる第２のミラーとを備えることが好ましく、第１のミラーは、第１のモーターによって駆動され、第１の軸の周りでのみ旋回可能であり、第２のミラーは、第２のモーターによって駆動され、第２の軸の周りでのみ旋回可能であり、第１の軸は、第１の軸の周りで第１のミラーを旋回させることにより、レーザービームが第１の直線に沿ってノズルのノズル開口のポート周囲の領域を横切って可動であり、第２の軸の周りで第２のミラーを旋回させることにより、レーザービームが第２の直線に沿ってノズルのノズル開口のポート周囲の領域を横切って可動であるように、第２の軸と位置合わせされ、第１の直線及び第２の直線は、互いに或る角度で配置され、したがって交差する。ここで、直線は、全体的に直線状であっても僅かな曲線部を有してもよい。これらの曲線部は、例えば、レーザービームを焦点上に集束させる光学部品の歪みによって生じ得る。それとは独立して、駆動されて旋回する２つのミラーは、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域及びノズル開口のポートを横切る、レーザービームの焦点の制御された移動を簡単にするという利点を有する。

その１つの好ましい変形形態において、第１の直線及び第２の直線は、実質的に互いに垂直であるように配置される。これにより、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域及びノズル開口のポートを横切る、レーザービームの焦点の最適に制御された移動が可能になるという利点を有する。

その１つの好ましい変形形態において、液体ジェット式レーザー加工機は、レーザービームを方向転換させる第１のミラーと、レーザービームを方向転換させる第２のミラーとを備え、第１のミラーは、第１のモーターによって駆動され、第１の軸の周りでのみ旋回可能であり、第２のミラーは、第２のモーターによって駆動され、第２の軸の周りでのみ旋回可能であり、第１の軸及び第２の軸は、実質的に互いに垂直であるように配置される。これも同様に、上記軸によって、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域及びノズル開口のポートを横切る、レーザービームの焦点の制御された移動が簡単になるという利点を有する。

一方で、その代わりに、液体ジェット式レーザー加工機は、このタイプの第１のミラー及び第２のミラーを備えず、レーザービームの焦点は、別の方法でノズルのノズル開口のポート周囲の領域及びノズル開口のポートを横切って可動とすることも可能である。このようにして、液体ジェット式レーザー加工機は、レーザービームを方向転換させるミラーを備えることもでき、このミラーは、１つ又は２つのモーターによって駆動され、第１の軸の周り及び第２の軸の周りで旋回可能であり、第１の軸は、第１の軸の周りでミラーを旋回させることにより、レーザービームが第１の直線に沿ってノズルのノズル開口のポート周囲の領域を横切って可動であり、第２の軸の周りでミラーを旋回させることにより、レーザービームが第２の直線に沿ってノズルのノズル開口のポート周囲の領域を横切って可動であるように、第２の軸と位置合わせされ、第１の直線及び第２の直線は、互いに或る角度で配置され、したがって交差する。

集束用装置は、平行又は略平行なビームを形成するようにレーザービームをコリメートするコリメーションユニットと、平行又は略平行なビームを焦点上に集束させる光学ユニットとを備えることが有利である。これは、レーザービームの最適な集束を達成することができるという利点を有する。

一方で、その代わりに、集束用装置は、平行又は略平行なビームを形成するようにレーザービームをコリメートするコリメーションユニットを備えないことも可能である。このようにして、集束用装置は、例えば、レーザービームを集束させる光学ユニットのみを備えてもよい。一方で、上記集束用装置は、レーザービームを集束させる光学ユニットと、１つ又は複数の他の光学素子とを備えることもできる。このタイプの一代替形態は、液体ジェット式レーザー加工機をより簡単な方法で構成することができるという利点を有する。

集束用装置が、平行又は略平行なビームを形成するようにレーザービームをコリメートするコリメーションユニットと、平行又は略平行なビームを焦点上に集束させる光学ユニットとを備える場合、レーザービームのコリメーションを変更し、そのため光学ユニットからのレーザービームの焦点の距離を変更するために、好ましくはコリメーションユニット全体又は好ましくはコリメーションユニットの個々の光学素子が可動である。

その１つの好ましい変形形態において、レーザービームのコリメーションを変更し、そのため光学ユニットからのレーザービームの焦点の距離を変更するために、コリメーションユニット全体又はコリメーションユニットの個々の光学素子が、ビーム方向及びビーム方向の反対方向の双方に可動である。

その１つの更に好ましい変形形態において、レーザービームのコリメーションは、別の方法で調整可能である。このようにして、コリメーションユニットは、例えば、レーザービームのコリメーションを変更し、そのため光学ユニットからのレーザービームの焦点の距離を変更するための、少なくとも１つの変形可能なレンズを備えることができる。

上述の３つの変形形態では、コリメーションの変更とは、コリメーションユニットによって、コリメーションユニット後のレーザービームの形状を変更することを意味する。このようにして、コリメーションユニットと光学ユニットとの間のレーザービームは、例えば、レーザービームの光線が厳密に互いに平行に延びるように、完全にコリメートすることができる。一方で、コリメーションユニットと光学ユニットとの間のレーザービームは、レーザービームの光線が互いに僅かに収束するか又は互いに僅かに発散するよう延びるように、完全にはコリメートされなくてもよい。レーザービームのコリメーションを変更する場合、コリメーションユニットと光学ユニットとの間でのレーザービームの光線の平行、収束又は発散のこのプロファイルが変更される。この変更により、光学ユニットからのレーザービームの焦点の距離を変更し、静止した静的光学ユニット（motionless static optical unit）の場合には正確に調整することができる。ここで、静止した静的光学ユニットを使用することができる。静止した静的光学ユニットは、光学ユニットからのレーザービームの焦点の距離を再調整するための可動部材を備える光学ユニットよりもコンパクトに構成することができる。したがって、このような静止した静的光学ユニットは、ノズル開口のポートのより近くに配置することができる。そのため、レーザービームは、ビーム方向に対して横断方向に測定した場合により小さい直径の焦点上に集束させることができる。したがって、レーザービームのコリメーションの変更は、レーザービームを、より小さい断面を有する液体ジェットに結合することができるという利点を有する。ひいては、液体ジェットの断面がより小さいことで、加工される物体のより精密な加工が可能になる。

一方で、その代わりに、レーザービームのコリメーションは、コリメーションユニットによって変更可能でないことも可能である。

レーザービームのコリメーションが、光学ユニットからのレーザービームの焦点の距離を変更するためのコリメーションユニットによって変更可能である場合、レーザービームの焦点は、液体ジェットに結合されるレーザービームをノズル開口のポート内に集束させるために、ノズル開口のポート内に位置決め可能であることが好ましい。さらに、ノズル開口のポートが識別可能であるノズルのノズル開口のポート周囲の領域の描画をイメージセンサーによって捕捉可能とするため、レーザービームのレーザー光をノズルのポート周囲のノズルの領域からイメージセンサーに反射させるように、レーザービームをノズル開口のポートからデフォーカスさせるために、レーザービームの焦点は、光学ユニットからノズル開口のポートよりも遠くに離して位置決め可能であることが好ましい。これは、レーザービームを液体ジェットに簡単な方法で結合させることができるとともに、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域の記録をイメージセンサーによって捕捉するために、レーザービームを簡単な方法でデフォーカスさせることができるという利点を有する。

一方で、その代わりに、レーザービームの焦点は、レーザービームのコリメーションの変更によってノズル開口のポート内に位置決め可能でなく、また上記焦点は、光学ユニットからノズル開口のポートよりも遠くに離して位置決め可能とすることも可能である。このようにして、レーザービームの焦点は、ノズル開口のポート内に位置決め可能とすることができるとともに、例えば、レーザービームのコリメーションを変更することにより、ノズル開口のポートよりも光学ユニットの近くに位置決め可能とすることができる。さらに、レーザービームの焦点をノズル開口のポートに、光学ユニットからノズル開口のポートよりも遠くに離れるように又はノズル開口のポートよりも光学ユニットの近くに位置決めするために、光学ユニット全体又は光学ユニットの個々の光学素子は可動とすることも可能である。

液体ジェット式レーザー加工機におけるノズルのノズル開口においてレーザービームを集束させる方法は、イメージセンサーによって捕捉された描画において、イメージセンサーによって捕捉された別の描画に転写可能なマーカーであって、この他方の描画においてノズル開口の位置を確立するためのマーカーを用いて、ノズル開口をマークする第２のステップを含むことが有利である。ここで、マーカーは、別の描画に仮想的に又は物理的に転写可能であるマスクとしてもよい。一方で、マーカーは、イメージセンサーによって捕捉された描画におけるノズル開口の位置の座標によって定義することができ、それにより、イメージセンサーによって捕捉された別の描画において、ノズル開口の位置を確立可能である。イメージセンサーがＣＣＤカメラである場合、マーカーは、ひいては、描画においてノズル開口が位置する領域に関するカメラのピクセル情報とすることができる。マーカーの特定の形態とは独立して、これは、ノズル開口が識別可能でない描画において、マーカーによってノズル開口の位置を識別することができるという利点を有する。したがって、これにより、レーザービームがノズル開口のポートからデフォーカスされていない時点でイメージセンサーによって捕捉された描画において、ノズル開口の位置を確立することが可能になる。ここで、レーザービームが、この描画が捕捉された時点でノズルのノズル開口のポート周囲の領域上の或る点上に集束されていた場合、レーザービームの焦点が、描画が捕捉された時点でノズル開口のポートに対して位置決めされていた箇所を更に確立することができる。

一方で、その代わりに、本方法は、このタイプの第２のステップを含まないことが可能である。

本方法が、イメージセンサーによって捕捉された描画において、イメージセンサーによって捕捉された別の描画に転写可能なマーカーであって、この他方の描画においてノズル開口の位置を確立するためのマーカーを用いて、ノズル開口をマークする第２のステップを含む場合、マーカーは、直交する２つの直線によって補正されることが有利であり、その交点は、ノズル開口の中心に配置される。これは、マーカーを別の描画に転写する場合、レーザービームの焦点が、この他方の描画が捕捉された時点でノズル開口のポートに対して位置決めされていた箇所を、より容易に確立することができるという利点を有する。

その１つの好ましい変形形態において、マーカーは、別の描画におけるノズル開口のポートに対するレーザービームの焦点の位置決めの確立を簡単にする、１つ又は複数の他の線を用いて補正される。

一方で、その代わりに、マーカーは、更なる線を用いて補正されないことも可能である。

本方法は、レーザービームをノズルのノズル開口のポート周囲の領域上の或る位置に集束させ、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域の更なる描画をイメージセンサーによって捕捉する更なるステップを含むことが好ましい。ここで、レーザービームの出力は、レーザービームによってノズルのノズル開口のポート周囲の領域が損傷しないように低減されることが有利である。対照的に、ノズルのノズル開口のポート周囲の材料が、最大出力での集束されたレーザービームによって損傷されない場合、レーザービームは、ノズルのポート周囲の領域上の或る位置に最大出力で集束させることもできる。レーザービームの出力とは独立して、このステップは、１つ又は複数の更なる描画をイメージセンサーによって捕捉することにより、レーザービームがノズルのノズル開口のポート周囲の領域上にどれほど良好に集束されているかを確認することができるという利点を有する。必要に応じてこのステップを繰り返すことにより、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域の平面と同一平面に焦点を設定することが可能になる。さらに、このステップは、レーザービームの焦点がノズル開口のポートに対してどのように位置決めされているかを確立することができるという利点を有する。したがってさらに、焦点を、特定の距離まで特定の方向にノズルのノズル開口のポート周囲の領域を横切ってどのように移動させることができるかが分かっている場合であって、かつ分かっているとき、レーザービームを液体ジェットに結合するために、ポートにおけるレーザービームの焦点を、ノズル開口のポート内に位置決めすることができる。

一方で、その代わりに、本方法はこのタイプのステップを含まないことも可能である。

本方法が、第２のステップであって、イメージセンサーによって捕捉された描画において、イメージセンサーによって捕捉された別の描画に転写可能なマーカーであって、この他方の描画においてノズル開口の位置を確立するためのマーカーを用いてノズル開口をマークし、その交点がノズル開口の中心に配置される直交する２つの直線を用いてマーカーを補正する第２のステップを含む場合、及び、本方法が、更なるステップであって、レーザービームをノズルのノズル開口のポート周囲の領域上の或る位置に集束させ、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域の更なる描画をイメージセンサーによって捕捉する更なるステップを含む場合、本方法は、以下の３つの更なるステップを含むことが有利である。第１に、レーザービームの焦点が、直交する線のうちの第１の線に位置決めされ、そのために使用された第１の位置決めパラメーターが記憶される。その後、レーザービームの焦点が、直交する線のうちの第２の線上に位置決めされ、そのために使用された第２の位置決めパラメーターが記憶される。その後、記憶された第１の位置決めパラメーター及び第２の位置決めパラメーターに基づき、レーザービームの焦点がノズル開口のポート内に位置決めされる。これらの３つのステップの場合、焦点の位置決めは、各場合において、１つ又は複数の更なる描画をイメージセンサーによって捕捉することにより確認することができる。これらの３つのステップの利点は、レーザービームの焦点を、レーザービームを液体ジェットに結合するためのノズル開口のポートに簡単な方法で最適に位置決めすることができることである。

一方で、その代わりに、本方法はそのような３つのステップを含まないことも可能である。

使用されるレーザー加工装置が、レーザービームを方向転換させる第１のミラーと、レーザービームを方向転換させる第２のミラーとを備え、第１のミラーは、第１のモーターによって駆動され、第１の軸の周りでのみ旋回可能であり、第２のミラーは、第２のモーターによって駆動され、第２の軸の周りでのみ旋回可能である場合、直交する線のうちの一方は、第１のミラーを第１の軸の周りで旋回させることにより、レーザービームの焦点がそれに沿って移動可能である移動経路に対応し、直交する線の他方は、第２のミラーを第２の軸の周りで旋回させることにより、レーザービームの焦点がそれに沿って移動可能である移動経路に対応することが好ましい。この場合、第１の位置決めパラメーター及び第２の位置決めパラメーターはそれぞれ、第１のミラー及び第２のミラーの、第１の軸及び第２の軸それぞれの周りでの旋回角又は向きであることが好ましい。

一方で、その代わりに、上記直交する線がこれらの移動経路に対応しないことも可能である。

本発明の更なる有利な実施形態及び特徴の組み合わせは、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲全体から得られる。

本発明に係る加工ヘッドの中心軸に沿った断面の概略図である。 加工ヘッドの断面の概略的な分解図である。 ノズルブロックの断面の概略図である。 加工ヘッドを備える、本発明に係る液体ジェット式レーザー加工機の断面の概略図である。 図５ａ−ｆは、レーザービームを液体ジェット式レーザー加工機のノズルのノズル開口によって生成される液体ジェットに結合するために、レーザービームをノズル開口内に集束させる本発明に係る方法を例示する、ＣＣＤカメラが捕捉した描画の概略図である。

例示的な実施形態の説明に用いられるこれらの図では、基本的に、同じ部分には同じ参照符号が与えられている。

図１は、本発明に係る加工ヘッド１の中心軸に沿った断面の概略図を示している。図１のこの中心軸は、この図の平面において上から下へ延びる。

加工ヘッド１は、液体ジェット式レーザー加工機（ここではより詳細には図示せず）に関連付けられる（associated）。この液体ジェット式レーザー加工機は、レーザービームを生成することができるレーザーを備えるか、又はそうでなければ、ポートであって、このポートを通して、別個のレーザーによって生成されるレーザービームを液体ジェット式レーザー加工機内に案内することができるポートを備える。どちらの場合でも、レーザービーム１００は、液体ジェット式レーザー加工機において案内され、そこで液体ジェット２００に結合される。

図１の断面では、レーザービーム１００は点線で示されている。このレーザービーム１００は、加工ヘッド１の中心軸に沿って上から下へ加工ヘッド１内に延び、加工ヘッド１において液体ジェット２００に結合され、加工ヘッド１の先端において、加工ヘッド１の中心軸に沿って加工ヘッド１から放出される。したがって、図１の図の平面において、ビーム方向も上から下へ延びる。

加工ヘッド１は、光学ユニット２と結合ユニット３とを備える。光学ユニット２は、示されている図において、残りの光学ユニット２に対して下方に位置する前端部を有する。前端部の外殻は円筒形であり、円筒外殻形状の回転対称軸は、加工ヘッド１の中心軸に沿って又は光学ユニット２の中心軸に沿って延びる。光学ユニット２の前端部の内側には、４つのレンズ素子２１．１、２１．２、２１．３、２１．４を備えるレンズ２０が配置される。ビーム方向に見た場合の最後のレンズ素子２１．４は、光学ユニット２の前端部の終端部を形成する。このように、ビーム方向に見た場合のこの最後のレンズ素子２１．４は、ビーム方向に見た場合の光学ユニット２の最後の光学素子である。

光学ユニット２の前端部の円筒外殻形状は、残りの液体ジェット式レーザー加工機から発させられたレーザービーム１００がその中で加工ヘッド１内に案内される、ランス２２の前方領域によって実質的に形成されている。レンズ２０は、このランス２２の前端部に配置され、レーザービーム１００を光学ユニット２前方の焦点上に集束させる役割を果たす。この焦点の直径は、２５μｍ〜４０μｍの範囲である。

結合ユニット３は、本体３６と、透明部材３０と、交換可能なノズルブロック３３と、交換可能なヘッドチップユニット３５とを備える。加工ヘッド１の装着状態では、図１に示すように、結合ユニット３は光学ユニット２に接続されている。ここでは、上記結合ユニット３は、その本体３６によって、レンズ２０を備える光学ユニット２の前端部を包囲するとともに、ビーム方向の反対方向に後方へレンズ２０の背後まで達する。これを可能にするために、本体３６は、片側が開口するとともに円形断面を有するキャビティを有する。このキャビティの基部には、光学ユニット２を出てレンズ２０のビーム方向において最後のレンズ素子２１．４を通って結合ユニット３に入るレーザービーム１００を通すことが可能な透明部材３０が配置される。このキャビティは、横方向において、円形断面を有する筒状壁３１によって閉鎖される。実際上、キャビティに面しない壁３１の外側部も同様に円形断面を有する。内側部とは対照的に、外側部の断面の直径は、全体にわたって同じサイズでない。外側部の断面の直径は、加工ヘッド１の装着状態において光学ユニット２に面する壁３１の端部の１つの領域においてのみ一定である。したがって、この領域における壁３１の端部の外側部は、円筒外殻形状を有する。光学ユニット２に面する壁３１の端部から見ると、この円筒形領域に続く壁３１の外側部の断面の直径は、最初増大し、その後、先細りになって先端部を形成する。

光学ユニット２は、その前端部の近位端部において、前端部を囲む環状の溝を有する。ここでは、この溝の外周部がフェルール２３を形成する。結合ユニット３が光学ユニット２に接続される場合であって、かつ接続されているとき、結合ユニット３の本体３６にあるキャビティの開口側は、ビーム方向の反対方向に位置合わせされ、本体３６は、光学ユニット２の前端部が本体３６のキャビティに位置するように、光学ユニット２の前端部上に押し嵌められる。ここでは、加工ヘッド１の装着状態において光学ユニット２に面する本体３６の壁３１の端部の領域は、上記溝内に位置し、フェルール２３によって包囲される。

光学ユニット２のフェルール２３は、ビーム方向に見た場合、円錐状に先細りになっている外側部を有する。フェルール２３の前端部におけるこの外側部は、本体３６の壁３１の外側部の円錐状先細り領域に遷移する。そのため、フェルール２３と本体３６とは一緒に、ビーム方向に先細りになっている円錐体を形成する。この円錐体の回転対称中心軸とこの円錐体の外側領域との間で測定した場合のこの円錐体の円錐開き角度は、２３度である。しかしながら、この円錐開き角度は、より小さくてもより大きくてもよい。このようにして、上記円錐開き角度は、例えば２０度以下とすることができる。一方で、実施形態によって、上記円錐開き角度は、３０度、４５度、６０度又は６０度超とすることができる。

既に述べたように、片側が開口している本体３６のキャビティの基部には、レーザービーム１００のレーザー光に対して透明である部材３０が配置される。この透明部材３０はディスク状であり、その２つの主要領域によって、それぞれ加工ヘッド１の中心軸に対して又は結合ユニット３の中心軸に対して垂直に位置合わせされる。透明部材３０の主要領域のうちの一方が、片側が開口している本体３６のキャビティの基部の大部分を形成する。対照的に、透明部材３０の他方の主要領域は、本体３６に配置される液体チャンバー３２をキャビティに対して閉鎖する。この液体チャンバー３２も同様にディスク状であり、その２つの主要領域によって、結合ユニット３の中心軸に対して垂直に位置合わせされる。交換可能なノズルブロック３３は、透明部材３０の反対側で液体チャンバー３２を閉鎖する。この交換可能なノズルブロック３３は、液体ジェット２００を生成するノズルを形成する。このノズルブロック３３は、その基本形状に関して円筒形であり、その回転対称軸上にあるその２つの端部において、平坦な主要領域を有する。これらの２つの端部のうちの一方には、回転対称軸に対して垂直方向に測定する場合に残りの基本的な円筒形状部の直径よりも大きい直径を有するリングが、基本的な円筒形状部と同心に配置される。したがって、ノズルブロック３３が結合ユニット３の本体３６に挿入される場合であって、かつ挿入されているとき、このリングはデテント３４を形成し、ノズルブロック３３が本体３６内で正確に位置決めされることを可能にする。このデテント３４のために、ノズルブロック３３は実質的にハット形状になっている。

デテント３４の反対側のノズルブロック３３の主要領域において、ノズルブロック３３は、ノズルブロック３３の回転対称軸に沿って延びる、直径７０μｍのノズル開口３７を有する。加工ヘッド１の装着状態では、ノズルブロック３３のこの主要領域は液体チャンバー３２に面し、ノズルブロック３３の回転対称軸は、それぞれ加工ヘッド１の中心軸に沿って又は結合ユニット３の中心軸に沿って延びる。そのため、加工ヘッド１の装着状態では、ノズル開口３７は、加工ヘッド１の中心軸に沿って延びる。しかしながら、ここでは、ノズル開口３７は、ノズルブロック３３全体を通っては延びず、ビーム方向に見た場合に開口３８に遷移し、この開口３８は、円錐状に広がるとともにノズルブロック３３を通ってデテント３４を有するノズルブロック３３の主要領域まで延びる。そのため、ノズルブロック３３は、加工ヘッド１の中心軸に沿って方向付けられる液体ジェット２００であって、ひいてはビーム方向に、円錐状に広がる開口３８を通ってノズルブロック３３を出る液体ジェット２００を、液体チャンバー３２からの液体を用いてノズル開口３７を通して生成することを可能にする。この場合ここで使用される液体は水であるが、水ではない液体を使用することもできる。

既に述べたように、加工ヘッド１の動作中、レーザービーム１００は、光学ユニット２のレンズ２０によって、光学ユニット２前方の焦点上に集束される。ここで、焦点は、ノズル開口３７の始端領域内にあるように位置決めされる。そのため、レーザービーム１００は、ノズル開口３７によって生成される液体ジェット２００内に集束され、液体ジェット２００に結合される。ここで、上記レーザービーム１００は、液体ジェット２００の表面での全反射によって、液体ジェット２００に結合されたままとなる。

液体チャンバー４０及びひいては液体ジェット２００に液体を供給するために、光学ユニット２は、液体供給源（ここでは図示せず）に接続される液体ダクト５１を有する。この液体ダクト５１は、光学ユニット２のフェルール２３の内側につながり、ここで、液体ダクト５１は開口において終端する。加工ヘッド１の装着状態では、光学ユニット２における液体ダクト５１のこの開口は、光学ユニット２に面する結合ユニット３の端部にある開口に位置する。結合ユニット３にあるこの開口は、結合ユニット３の本体３６を通って液体チャンバー３２につながる更なる液体ダクト４２へのポートを形成する。そのため、光学ユニット２及び結合ユニット３にある、互いに重なる上記２つの開口は、液体チャンバー３２に光学ユニット２からの液体を供給するのに用いることができる液体インターフェース５０を形成する。したがって、液体インターフェース５０によって、液体ジェット２００にも液体を供給することができる。

液体インターフェース５０において、結合ユニット３の開口内へ方向付けられる液体は、光学ユニット２の開口を通して送出される。ここで、光学ユニット２の開口は、円筒外殻領域の内面の形状を有するフェルール２３の内面に配置される。この円筒外殻領域の回転対称軸は、光学ユニット２の中心軸及びひいては加工ヘッド１の中心軸と一致する。したがって、加工ヘッド１の装着状態では、この円筒外殻領域は、ビーム方向と平行であるように位置合わせされる。対照的に、結合ユニット３の開口は、光学ユニット２に面する結合ユニット３の端部の外面に配置される。この外面は円筒外殻領域の外面の形状を有し、この円筒外殻領域の回転対称軸は結合ユニット３の中心軸に対応する。したがって、この円筒外殻領域も、加工ヘッド１が装着される場合であって、かつ装着されているとき、ビーム方向と平行であるように位置合わせされる。

液体インターフェース５０の液体インターフェース領域は、液体インターフェース５０と関連付けられる光学ユニット２の開口周囲に延びる円筒外殻形状領域の領域と、液体インターフェース５０と関連付けられる結合ユニット３の開口周囲に延びる円筒外殻形状領域の領域とによって画定される。ここで、液体インターフェース領域は、開口周囲に延びる円筒外殻形状領域の領域から進んで、着実に前進方向に開口の領域を横切って延びる。したがって、液体インターフェース領域も、その回転対称軸が結合ユニット３の中心軸に対応する円筒外殻領域上に位置する。しかしながら、ここで、液体インターフェース５０がこの開口の領域に制限されるので、液体インターフェース領域はこの領域に制限される。それにもかかわらず、液体インターフェース領域は、ビーム方向と平行であるように位置合わせされる。

液体インターフェース５０は、加工ヘッド１の装着状態においてビーム方向に見た場合、光学ユニット２のフェルール２３と同じ高さであるように位置するので、レーザービーム１００は、光学ユニット２のレンズ２０を通過する前に液体インターフェース５０を通過する。したがって、液体インターフェース５０は、ビーム方向に見た場合、ビーム方向に見た場合のレンズ２０の最後のレンズ２１．４の前方に位置する。

結合ユニット３のヘッドチップユニット３５は、実質的に円錐状の外形を有する。さらに、上記ヘッドチップユニット３５はその内部に開口３９を有し、この開口３９は、ヘッドチップユニット３５の長手軸に沿ってヘッドチップユニット３５を通って連続し、同様に円錐状である。加工ヘッド１が組み立てられる場合であって、かつ組み立てられるとき、ヘッドチップユニット３５は、結合ユニット３の本体３６に装着される。ここで、ヘッドチップユニット３５は、その長手軸により加工ヘッド１の中心軸に沿って延び、ヘッドチップユニット３５の円錐状の外形により、フェルール２３及び本体３６によって形成される円錐体の先端部を形成する。円錐形開口３９は、その内部において、外形の先端方向に先細りになるように位置合わせされる。

加工ヘッド１の装着状態では、ヘッドチップユニット３５は、結合ユニット３の本体３６に面するその端部により、ノズルブロック３３を結合ユニット３の本体３６内でのその位置に保持する。ここで、ヘッドチップユニット３５において、開口３９のノズルブロック３３に面する側は、円錐状に広がるノズルブロック３３の開口３８にすぐ接して位置する。そのため、ノズルブロック３３の開口３８及びヘッドチップユニット３５の開口３９が、加工ヘッド１の中心軸に沿った断面において実質的に菱形断面を有する、加工ヘッド１のキャビティを形成する。このキャビティは、ガス背圧チャンバー４０を形成する。加工ヘッド１の動作時、ノズル開口３７によって生成される液体ジェット２００は、このガス背圧チャンバー４０を通って延び、ヘッドチップユニット３５の円錐形開口３９の先細り側を通って加工ヘッド１から出る。しかしながら、ここで、液体ジェット２００は、開口３９の先細り側の周縁に接触せず、全周囲に少しの間隙を残す。ガス背圧チャンバー４０からのガスは、液体ジェット２００を包囲するガスジェットを形成するように、この間隙を通って出ることができる。したがって、ヘッドチップユニット３５の円錐形開口３９の先細り側は、ガス出口ノズル６２を形成する。このガス出口ノズル６２によって生成されるとともに液体ジェット２００を包囲するガスジェットは、液体ジェット２００を安定化させる役割を果たし、液体ジェット２００がヘッドチップユニット３５から比較的長距離にわたって安定であり、液体ジェット２００がその後にのみ不安定となって個々の液滴に分裂しないようにする。そのため、レーザービーム１００が、より長い距離にわたって液体ジェット２００に結合されたままとなることが可能になる。

ガス背圧チャンバー４０にガスを供給するために、光学ユニット２は、ガス供給源（ここでは図示せず）に接続されるガスダクト６１を有する。このガスダクト６１は、光学ユニット２のフェルール２３の内側につながり、ここで、ガスダクト６１は開口において終端する。加工ヘッド１の装着状態では、光学ユニット２のガスダクト６１のこの開口は、光学ユニット２に面する結合ユニット３の端部にある開口上に位置する。結合ユニット３のこの開口は、結合ユニット３の本体３６及びヘッドチップユニット３５を通ってヘッドチップユニット３５の開口３９につながる更なるガスダクト４１へのポートを形成する。そのため、互いに重なる光学ユニット２及び結合ユニット３の２つの開口は、ガス背圧チャンバー４０に光学ユニット２からのガスを供給するのに用いることができるガスインターフェース６０を形成する。したがって、ガスインターフェース６０によって、ガスジェットにもガスを供給することができる。

ガスインターフェース６０のガスインターフェース領域は、ガスインターフェース６０と関連付けられる光学ユニット２の開口周囲に延びる円筒外殻形状領域の領域と、ガスインターフェース６０と関連付けられる結合ユニット３の開口周囲に延びる円筒外殻形状領域の領域とによって画定される。ここで、ガスインターフェース領域は、開口周囲に延びる円筒外殻形状領域の領域から進んで、着実に前進方向に開口の領域を横切って延びる。したがって、ガスインターフェース領域も、その回転対称軸が結合ユニット３の中心軸に対応する円筒外殻領域上に延びる。しかしながら、ここで、ガスインターフェース６０がこの開口の領域に制限されるので、ガスインターフェース領域はこの領域に制限される。それにもかかわらず、ガスインターフェース領域は、ビーム方向と平行であるように位置合わせされる。

ガスインターフェース６０は、加工ヘッド１の装着状態においてビーム方向に見た場合、光学ユニット２のフェルール２３と同じ高さであるように位置するので、レーザービーム１００は、光学ユニット２のレンズ２０を通過する前にガスインターフェース６０を通過する。したがって、ガスインターフェース６０は液体インターフェース５０と同様に、ビーム方向に見た場合、ビーム方向に見た場合のレンズ２０の最後のレンズ２１．４の前方に位置する。

ガスインターフェース６０及び液体インターフェース５０のこの構成により、ビーム方向に見た場合に光学ユニット２及び結合ユニット３の外形が尖っている加工ヘッド１の構成が可能になる。これにより、加工ヘッド１を加工される物体に対して傾斜させ、それにもかかわらず、加工ヘッド１がその物体に衝突することなく、液体ジェット２００の安定な領域をその物体に到達させることが可能になる。したがって、この構成により、物体の三次元加工が容易になる。さらに、ビーム方向に見た場合、レンズ２０が液体インターフェース５０の後方に配置され、またガスインターフェース６０が光学ユニット２の前端部に配置されることにより、ノズル開口３７の直前でレーザービーム１００を集束させることが可能になる。そのため、レンズが短い焦点距離を有することができ、それにもかかわらず、レーザービームをノズル開口３７のポート領域にある焦点上に集束させることができる。これにより、レーザービーム１００を直径の小さい焦点上に集束させることができるようになる。したがって、加工ヘッド１のこの構成により、レーザービーム１００を直径の小さい液体ジェット２００に結合することができるようになる。

液体インターフェース５０及びガスインターフェース６０の双方がビーム方向に見た場合のレンズ２０の最後のレンズ２１．４の前方に位置する場合であっても、ガスインターフェース６０は、ビーム方向に見た場合、常に液体インターフェース５０と同じ高さであるように配置されるのではなく、ビーム方向に見た場合、液体インターフェース５０のいくらか後方にある。そのため、ガスインターフェース６０と液体インターフェース５０とをシールによって互いに分離することができるようになっている。このために、加工ヘッド１の装着状態において光学ユニット２に面する結合ユニット３の端部の円筒外殻形状領域は、３つの同心包囲環状シール（concentrically encircling annular seals）（図１には示さず）を有する。これらの環状シールのうちの第１の環状シールは、ビーム方向に見た場合に液体インターフェース５０の前方に延び、これらの環状シールのうちの第２の環状シールは、液体インターフェース５０とガスインターフェース６０との間に延び、これらの環状シールのうちの第３の環状シールは、ビーム方向に見た場合にガスインターフェース６０の後方に配置される。そのため、液体インターフェース５０とガスインターフェース６０とは、液体が液体インターフェース５０からガスインターフェース６０に進むことができず、またガスがガスインターフェース６０から液体インターフェース５０に進むことができないように、互いに分離される。さらに、そのため、液体インターフェース５０及びガスインターフェース６０はまた、光学ユニット２と結合ユニット３との間から液体もガスも漏出する可能性がないように、外部に対してシールされる。

図１と同様に、図２は、加工ヘッド１の中心軸に沿った断面の概略図を示している。しかしながら図１とは異なり、図２では分解図が示されている。そのため、フェルール２３とレンズ２０を備える前端部とを備える光学ユニット２を、加工ヘッド１とは別個の構成要素として識別することができる。さらに、そのため、結合ユニット３の本体３６と、透明部材３０と、ノズルブロック３３と、ヘッドチップユニット３５とを別個の構成要素として見て取ることもできる。

図３は、ノズルブロック３３の断面の概略図を示している。図３では、図１及び図２と比較して拡大された図として、ノズルブロック３３の細部を見て取ることができる。このようにして、ノズルブロック３３のそれぞれの主要領域に凹設されたインサート７０に、ノズル開口３７が位置しているのを見て取ることができる。このインサート７０は円筒形である。インサート７０の回転対称軸に沿ってインサート７０の円錐状に広がる開口７１に遷移するノズル開口３７が、上記インサート７０の２つの主要領域のうちの一方に配置される。ここに図示するように、インサート７０が残りのノズルブロック３３に凹設される場合であって、かつ凹設されているとき、インサート７０の円錐形開口７１は、ノズルブロック３３の円錐形開口３８に遷移する。

第１の発明は、図１〜図３に示す例示的な実施形態に限定されず、この例示的な実施形態からの様々な逸脱が可能である。このようにして、例えば、加工ヘッドの外形は円錐以外としてもよい。さらに、光学ユニット及び結合ユニットの双方を別様の形状としてもよい。さらに、液体インターフェース及びガスインターフェースを別の箇所に配置し、別様の形状としてもよい。このようにして、例えば、上記インターフェースは、光学ユニットに面する結合ユニットの端部の最外端部に配置してもよい。さらに、上記インターフェース領域は、例えばビーム方向に対して或る角度で位置合わせされてもよいし、ビーム方向に対して垂直に位置合わせされる平面に延びてもよい。

さらに、光学ユニット及び結合ユニット内の液体ダクト及びガスダクトの輪郭は、別様に延びてもよい。このようにして、ガスダクトを結合ユニットの本体からヘッドチップユニットを介して経路付けるのではなく、ノズルブロックを介して経路付けるか、又は結合ユニットの本体から例えばガス背圧チャンバーに直接経路付けることが可能である。結合ユニットが、交換可能なヘッドチップユニットを備えないことも可能である。

これらの変形形態とは独立して、加工ヘッドは、ガス背圧チャンバーを備えずに実施可能とすることもできる。この場合、ガスダクトは、例えばガス出口ノズルに直接接続してもよい。一方で、加工ヘッドは、液体ジェットを包囲するガスジェットを生成することが全く不可能とすることも可能である。この場合、ガスダクト、ガスインターフェース、ガス背圧チャンバー、又はガス出口ノズルのいずれも必要とされない。

さらに、ノズルブロックを別様に構築することも可能である。例えば、上記ノズルブロックを別様の形状とすることができる。上記ノズルブロックは、一体的に形成し、したがってインサートを備えなくてもよい。さらに、ノズル開口が７０μｍ以外の別の直径を有することも可能である。このようにして、ノズル開口は、例えば２０μｍ〜１５０μｍの範囲の直径を有することができる。一方で、この直径は、２０μｍ以下、又はそうでなければ１５０μｍ以上としてもよい。同様に、レーザービーム１００の焦点の直径は、２５μｍ〜４０μｍの範囲から逸脱してもよい。

図４は、第２の発明に係る液体ジェット式レーザー加工機３００の断面の概略図を示している。図示の断面は、レーザービーム１００のビーム経路に沿って延びる。したがって、レーザービーム１００のビーム経路は、実質的に図の平面内を延びる。ここで、液体ジェット式レーザー加工機３００は、図の上部及び下部が液体ジェット式レーザー加工機３００の場合の上部及び下部に対応するように位置合わせされているものとして示されている。

液体ジェット式レーザー加工機３００は、レーザービーム１００のビーム経路を包囲するランス３０１を備える。このランス３０１は、接合部によって相互接続される３つのアーム３０２．１、３０２．２、３０２．３を備える。ランス３０１の第１のアーム３０２．１の自由端部は、第１の発明に係る加工ヘッド１によって形成されている。この場合、これはここでは、図１〜図３によって詳細に説明された加工ヘッド１である。対照的にこの図４では、加工ヘッド１は非常に簡略化して示されており、図示の要素は正確な縮尺にはしていない。ランス３０１の第２のアーム３０２．２の自由端部は、レーザービーム１００のビーム経路の終端部を形成する。この終端部の内側には、イメージセンサーとして、レーザービーム１００の波長の光を感知可能なＣＣＤカメラ３０３が配置される。実際上、ランス３０１の第３のアーム３０２．２の自由端部も接続されているが、ポート３０４を有する。液体ジェット式レーザー加工機３００とは別個のレーザーによって生成される、液体ジェット式レーザー加工機３００のレーザービーム１００は、ガラスファイバー（ここでは図示せず）によって又は中空導体（ここでは図示せず）によってポート３０４を通して送り込まれる。しかしながら、この実施形態の一変形形態において、液体ジェット式レーザー加工機３００は、ポート３０４ではなく、レーザービーム１００を生成する専用のレーザーを備えることもできる。

第３のアーム３０２．３の自由端部は、ポート３０４が上部に向かって開口するように、上方に向けられる。したがって、レーザービーム１００は、液体ジェット式レーザー加工機３００のポート３０４を通して上から下へ送り込まれる。したがって、第３のアーム３０２．３のこの自由端部内でのレーザービーム１００のビーム方向は、上から下へ延びる。ここで、レーザービーム１００は、レーザービーム１００をコリメートするコリメーションユニット３０５を通って延びる。レーザービーム１００のこのコリメーションを変更するために、コリメーションユニット３０５をビーム方向に又はビーム方向の反対方向に移動させることができる。したがって、コリメーションユニット３０５を適切に位置決めすることにより、例えばコリメーションユニット３０５後のレーザービーム１００の光線が厳密に互いに平行に延びるように、コリメーションユニット３０５後のレーザービーム１００を完全にコリメートすることができる。一方で、コリメーションユニット３０５は、コリメーションユニット３０５後のレーザービーム１００が完全にコリメートされるようにではなく、レーザービーム１００の光線が互いに僅かに収束して又は互いに僅かに発散して延びるように、別様に位置決めすることもできる。したがって、ランス３０１内でコリメーションユニット３０５を適切に位置決めすることにより、要件に応じて、コリメーションユニット３０５後のレーザービーム１００の光線が平行になるか、収束又は発散するように設定することができる。

ランス３０１の第３のアーム３０２．３は、ビーム方向に見た場合、コリメーションユニット３０５の後で矩形の屈曲部を有し、その後、ランス３０１は水平方向に延びる。この屈曲部には、第１のミラー３０６であって、この第１のミラー３０６後のレーザービーム１００がランス３０１の水平領域に前進するようにレーザービーム１００を反射する、第１のミラー３０６が配置される。第１のミラー３０６は、ここでは図示されていないモーターによって駆動され、第１の軸３０７の周りで旋回可能である。この第１の軸３０７は、水平に位置合わせされ、図の平面から垂直方向に向く。したがって、第１の軸３０７は、第１のミラー３０６の前後でレーザービーム１００のビーム方向に対して垂直に位置合わせされる。したがって、第１の軸３０７の周りで第１のミラー３０６の向きを設定することにより、第１のミラー３０６後のレーザービーム１００のビーム方向は、厳密に水平であるか、又は、僅かに上方若しくは僅かに下方に傾斜するように位置合わせすることができる。

第３のアーム３０２．３の屈曲部から進んで、ランス３０１の第３のアーム３０２．３の水平方向に延びる領域は、ランス３０１の接合部まで延びる。この接合部から進むと、ランス３０１の第１のアーム３０２．１は鉛直方向下方に延び、ランス３０１の第２のアーム３０２．２は鉛直方向上方に延びる。上記接合部には、第２のミラー３０８であって、ランス３０１の第１のアーム３０２．１の第２のミラー３０８後のレーザービーム１００が下方向に前進するようにレーザービーム１００を反射する、第２のミラー３０８が配置される。第２のミラー３０８は、ここでは図示していないモーターによって駆動され、第２の軸３０９の周りで旋回可能である。この第２の軸３０９は図の平面内に延び、したがって第１の軸３０７に対して垂直に位置合わせされる。上記第２の軸３０９は、おおよそランス３０１の第３のアーム３０２．３の自由端部の方向に、斜め下方から斜め上方へ４５度の角度に向く。第２の軸３０９の周りで第２のミラー３０８の向きを設定することにより、第２のミラー３０８後のレーザービーム１００のビーム方向を位置合わせすることができる。これにより、要件に応じて、第２のミラー３０８後のレーザービーム１００のビーム方向を、厳密に図の平面内に保持するか、又は、図の平面から観察者に向かって若しくは観察者から離れる方向に僅かに傾斜するように保持することが可能になる。

加工ヘッド１において、レーザービーム１００は、機械において鉛直方向下方に延びるランス３０１の第１のアーム３０２．１の自由端部にある光学ユニット２によって、焦点上に集束される。したがって、第２の軸３０９の周りで第２のミラー３０８の向きを設定することにより、レーザービーム１００の焦点の位置を、図の平面に対して垂直の方向に設定することができる。さらに、第１の軸３０７の周りで第１のミラー３０６の向きを設定することにより、焦点の位置を、ランス３０１の第１のアーム３０２．１の位置合わせに対して垂直であるとともに図の平面と平行に延びる方向に設定することができる。したがって、２つのミラー３０６、３０８により、加工ヘッド１におけるレーザービーム１００を、第１のアーム３０２．１の位置合わせに対して垂直の平面に位置決めすることが可能になる。

光学ユニットは可動部材を備えないので、光学ユニット２からのレーザービーム１００の焦点の間隔は、光学ユニット２の直前でのレーザービーム１００のコリメーションに依拠する。したがって、第３のアーム３０２．３でのコリメーションユニット３０５の位置決めにより、コリメーションユニット３０５後のレーザービーム１００のコリメーションの設定だけでなく、光学ユニット２からのレーザービーム１００の焦点の間隔の設定も可能になる。

レーザービーム１００の焦点が、ビーム方向に見た場合に光学ユニット２に面する交換可能なノズルブロック３３の壁又はノズルの壁のかなり前方又は後方に位置決めされる場合、レーザービーム１００がノズル開口３７のポートからデフォーカスされ、それにより、レーザービーム１００のレーザー光が、ノズルのノズル開口３７のポート周囲の領域から反射される。この反射された光は、光学ユニット２によってランス３０１の第１のアーム３０２．２に戻され、ここで、上記反射された光は、反射された光を少なくとも部分的に透過する第２のミラー３０８に衝突する。したがって、反射された光の少なくとも一部がランス３０１の第２のアーム３０２．２に進み、この反射された光の少なくとも一部は、上記ランス３０１の自由端部においてＣＣＤカメラ３０３に衝突する。これを可能にするために、第２のミラー３０８を例えば半透明とすることができる。一方で、第２のミラー３０８は、例えば、一方の偏光方向の光を反射して、他方の偏光方向の光を透過してもよい。この場合、レーザービーム１００のレーザー光は、例えば、液体ジェット式レーザー加工機３００のポート３０４を通して既に偏光されるか、又はそうでなければランス３０１の第３のアーム３０２．１において偏光されるように送り込むことができる。ここでレーザー光の偏光が適切に選択される場合であって、かつ選択されたとき、レーザービーム１００は、第２のミラー３０８から加工ヘッド１に反射される。さらに、ランス３０１の第１のアーム３０２．１にλ／４板（ここでは図示せず）が設置される場合であって、かつ設置されているとき、第２のミラー３０８から反射されたレーザービーム１００の光は、ランス３０１の第１のアーム３０２．１に進み、ノズルのノズル開口３７のポート周囲の領域から第２のミラー３０８に戻って上記λ／４板を２度通って進む。そのため、この反射された光は、第１のアーム３０２．１において再び偏光される。これにより、ここでは上記反射された光が第２のミラー３０８を透過してＣＣＤカメラ３０３に到達可能になる。したがって、ノズル開口３７のポートからデフォーカスされたレーザーの場合に、ＣＣＤカメラ３０３によって描画が捕捉される場合であって、かつ捕捉されたとき、この描画において、ノズル開口３７のポートは非照射点として識別することができる。この描画においてノズル開口３７のポートの輪郭を明確に識別するために、ＣＣＤカメラ３０３は、可動とすることができる好適なレンズを更に備えることができる。

対照的に、レーザービーム１００の焦点が、ビーム方向に見た場合、光学ユニット２に面する交換可能なノズルブロック３３の壁又はノズルの壁それぞれによって画定される平面上に位置決めされ、この平面において、ノズル開口３７のポート内に位置決めされる場合、レーザービーム１００は、ノズルによって生成される液体ジェット２００に結合される。この例示的な実施形態では、液体ジェット２００は水ジェットである。一方で、液体ジェット２００を生成するのに水以外の任意の他の液体を使用することも可能である。

以下、レーザービーム１００の焦点をこのようにして位置決めすることができる本発明に係る方法を説明する。

図５ａ〜図５ｆは、レーザービーム１００をノズルのノズル開口３７によって生成される液体ジェット２００に結合するために、レーザービーム１００を液体ジェット式レーザー加工機３００のノズル開口３７に集束させる第２の発明に係る方法の一実施形態を示している。

この方法では、第１のステップにおいて、ビーム方向に見た場合に焦点がノズルの後方に位置するように、コリメーションユニット３０５がランス３０１の第３のアーム３０２．３に位置決めされるので、レーザービーム１００はノズル開口３７のポートからデフォーカスされる。デフォーカスされたレーザービーム１００によってノズルが照射される間、ＣＣＤカメラ３０３によって、ノズルのノズル開口３７のポート周囲の領域の記録が捕捉される。図５ａは、ノズル開口３７のポートを非照射黒点３３７として識別することができる記録の概略図を示している。

第２のステップにおいて、この点３３７の輪郭が、この描画においてマーカー３３８によってマークされる。図５ｂに示すように、このマーカー３３８は、点３３７の中心において互いに直交する２つの直線３３９．１、３３９．２によって補正される。ここで、このマーカーは、このマーカーをＣＣＤカメラ３０３の他の描画に転写することができるように、中間メモリに記憶される。

第３のステップにおいて、コリメーションユニット３０５がランス３０１の第３のアーム３０２．３に相応に位置決めされることで、レーザーの減少した出力でのレーザービーム１００が、ノズルのノズル開口３７のポート周囲の領域における或る位置上に集束される。ここで、この描画のレーザービーム１００の焦点３４０が最小サイズになるまで、レーザービーム１００の集束が、各場合においてＣＣＤカメラ３０３の記録によって段階的な手順で確認される。レーザービーム１００が最適に集束されているこのタイプの描画が、図５ｃに概略的に示されている。ここでは、本方法の最初の２つのステップにおいて確立されたマーカー３３８が、この描画に転写されている。ここでは例示のために、明るく照射された焦点３４０が黒点として示されている。

この第３のステップの後、第４のステップにおいて、レーザービーム１００の焦点３４０は、マーカー３３８の互いに直交する２つの線のうちの第１の線３３９．１上に位置決めされる。第２の軸３０９の周りで第２のミラー３０８を旋回させることにより、互いに直交する２つの線のうちの第２の線３３９．３に沿った焦点３４０の移動が達成されるので、このための第２のミラー３０８の好適な向きの設定が十分となる。ＣＣＤカメラ３０３による描画を記録して、この描画にマーカー３３８を転写することにより、各場合においてレーザービーム１００の焦点３０４がマーカー３３８の第１の線３３９．１上に実際に位置決めされているか否かを確認することで、この第４のステップの手順を繰り返すことができる。その後、第２の軸３０９の周りでの第２のミラー３０８の向きは、第１の位置決めパラメーターとして記憶される。

第５のステップにおいて、レーザービーム１００の焦点３４０は、マーカー３３８の互いに直交する２つの線のうちの第２の線３３９．２上に位置決めされる。第１の軸３０７の周りで第１のミラー３０６を旋回させることにより、互いに直交する２つの線のうちの第１の線３３９．１に沿って焦点３４０の移動が達成されるので、このための第１のミラー３０６の好適な向きの設定が十分となる。ＣＣＤカメラ３０３によって描画を記録し、これらの描画にマーカー３３８を転写することにより、焦点３４０が第２の線３３９．２上に正しく位置決めされているか否かを確認するのを可能にするために、第１の軸３０７の周りで第１のミラー３０６が動かされた場合にレーザービーム１００の焦点３４０がノズル開口３７のポートの近傍を通って常に移動されるように、第５のステップの開始時点において、第２のミラー３０８が第２の軸３０９の周りでいくらか旋回される。図５ｅに示すように、焦点３４０がマーカー３３８の第２の線３３９．２上に位置決めされるとすぐに、第１の軸３０７の周りでの第１のミラー３０６の向きが第２の位置決めパラメーターとして記憶される。

本方法の第６のステップにおいて、第２のミラー３０８は、第２の軸３０９の周りで第１の位置決めパラメーターに従った向きにされ、第１のミラー３０６は、第１の軸３０７の周りで第２の位置決めパラメーターに従った向きにされる。そのため、レーザービーム１００の焦点３４０がノズル開口３７のポート内に位置決めされ、レーザービーム１００は、ノズル開口３７によって生成される液体ジェット２００に結合される。このタイプのレーザービーム１００の焦点３４０を位置決めする場合、レーザービーム１００の光は、ノズルのノズル開口のポート周囲の領域からＣＣＤカメラ３０３に反射されないので、ＣＣＤカメラ３０３によって捕捉される描画において、焦点３０４を識別することができない。したがって、図５ｆでは、レーザービーム１００の焦点３４０はマーカー３３８の中心において単に点線として示されている。

この方法の実行を可能にするために、液体ジェット式レーザー加工機３００は、第１の位置決めパラメーター及び第２の位置決めパラメーターを記憶するためのメモリと、マーカーを記憶するための中間メモリとを備えることができる。さらに、液体ジェット式レーザー加工機３００は、ランス３０１の第３のアーム３０２．３内でのコリメーションユニット３０５の位置決めを制御するとともに、第１の軸３０７又は第２の軸３０９それぞれの周りでの第１のミラー３０６及び第２のミラー３０８の向きを制御するための制御ユニットを備えることができる。一方で、メモリ、中間メモリ又は制御ユニットを、液体ジェット式レーザー加工機３００とは別個に構成することも可能である。このようにして、メモリ、中間メモリ及び制御ユニットは、例えば、液体ジェット式レーザー加工機が接続されるコンピューターによって形成することができる。

第２の発明は、液体ジェット式レーザー加工機３００及び図５ａ〜図５ｆによって詳細に説明された方法に限定されない。このため、液体ジェット式レーザー加工機３００は、例えば別の加工ヘッドを備えてもよい。また、ランス及びランスのアームを別様に構成してもよい。例えば、ランスが接合部を有せず、このランスが、接合部から延びるアームも備えないようにすることができる。さらに、２つのミラーを別様に配置し、別様に位置合わせすることもでき、別様に位置合わせされる軸の周りで旋回可能とすることができる。

さらに、液体ジェット式レーザー加工機は、ＣＣＤカメラではなく別のタイプの二次元イメージセンサーを備えることが可能である。また、コリメーションユニット全体をビーム方向に又はビーム方向の反対方向に可動とすることは必ずしも必要ではない。このため、コリメーションユニットは、例えば個々の可動部材のみを備えてもよい。一方で、同様に、液体ジェット式レーザー加工機は、このタイプのコリメーションユニットを備えず、光学ユニットのみを備えることも可能である。実施形態に応じて、光学ユニットは、加工ヘッドに付与してもよいし、又はそうでなければ加工ヘッドとは別個に実施してもよい。

さらに、レーザービームを液体ジェット式レーザー加工機のノズルのノズル開口によって生成される液体ジェットに結合するために、レーザービームをノズル開口に集束させる方法は、詳述した上記方法に限定されない。このため、本方法は、例えば更なるステップを含むことができる。さらに、記載したステップのうちの個々のステップを変更しても省いてもよい。例えば、互いに直交する２つの線を用いたマーカーの補正を省くことができる。このステップは、置き換えずに削除してもよいし、他の線をマーカーに加えるステップと置き換えてもよい。

要約すると、物体の三次元加工も可能にする液体ジェット式レーザー加工機用の加工ヘッドが達成されると言える。さらに、レーザービームの液体ジェットへの結合を簡単にする液体ジェット式レーザー加工機が達成される。さらに、レーザービームの液体ジェットへの結合を簡単にする、レーザービームをこのタイプの液体ジェット式レーザー加工機のノズルのノズル開口に集束させる方法が達成される。

Claims (8)

1. 液体ジェット式レーザー加工機（３００）においてレーザービーム（１００）をノズル（３３）のノズル開口（３７）によって生成される液体ジェット（２００）に結合するために、前記レーザービーム（１００）を前記ノズル開口（３７）内に集束させる方法であって、
   前記レーザービーム（１００）からのレーザー光が前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）のポートの周囲の領域から二次元イメージセンサー（３０３）に向かって反射されるように、前記レーザービーム（１００）を前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周りでデフォーカスさせる第１のステップを含み、
   前記イメージセンサー（３０３）によって、前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周囲の前記領域の描画が捕捉され、前記描画において、前記ノズル開口（３７）の前記ポートが識別可能であり、
   第２のステップにおいて、前記イメージセンサー（３０３）によって捕捉された前記描画の前記ノズル開口（３７）が、マーカー（３３８）を用いてマークされ、前記マーカー（３３８）は、前記イメージセンサー（３０３）によって捕捉された別の描画において前記ノズル開口（３７）の位置を確立するために、前記別の描画に転写可能であることを特徴とする方法。
2. 更なるステップにおいて、前記レーザービーム（１００）は、前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周囲の前記領域上の或る位置に集束され、前記イメージセンサー（３０３）によって、前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周囲の前記領域の更なる描画が捕捉されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記マーカー（３３８）は、直交する２つの直線（３３９．１、３３９．２）を用いて補正され、前記２つの直線の交点は、前記ノズル開口（３７）の中心に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 以下のステップにおいて、
   ａ）まず、前記レーザービーム（１００）の焦点（３４０）が、直交する前記２つの直線のうちの第１の直線（３３９．１）上に位置決めされ、前記位置決めのために使用された第１の位置決めパラメーターが記憶され、
   ｂ）その後、前記レーザービーム（１００）の前記焦点（３４０）が、直交する前記２つの直線のうちの第２の直線（３３９．２）上に位置決めされ、前記位置決めのために使用された第２の位置決めパラメーターが記憶され、
   ｃ）その後、記憶された前記第１の位置決めパラメーター及び前記第２の位置決めパラメーターに基づき、前記レーザービーム（１００）の前記焦点（３４０）が前記ノズル開口（３７）の前記ポート内に位置決めされる、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記ノズル開口（３７）の前記ポートの輪郭は、可動である好適なレンズを有するＣＣＤカメラ（３０３）によって明確に識別可能にされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. レーザービーム（１００）を液体ジェット（２００）に結合する加工ヘッド（１）を備え、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法を実行する液体ジェット式レーザー加工機（３００）であって、
   前記加工ヘッド（１）は、前記液体ジェット（２００）を生成するためのノズル開口（３７）を有するノズル（３３）を備え、前記レーザービーム（１００）は、前記レーザービーム（１００）を前記液体ジェット（２００）に結合するために、集束用装置（２、３０５）によって前記ノズル開口（３７）のポートに集束可能であり、
   前記液体ジェット式レーザー加工機（３００）は、前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周囲の領域を描画する二次元イメージセンサー（３０３）を備え、
   前記レーザービーム（１００）からのレーザー光が前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周囲の前記領域から前記イメージセンサー（３０３）に向かって反射されるように、前記レーザービーム（１００）は、前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周りでデフォーカスさせることが可能であり、それにより、前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周囲の前記領域の描画を前記イメージセンサー（３０３）によって捕捉することが可能であり、前記描画において、前記ノズル開口（３７）の前記ポートが識別可能であり、
   前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周囲の前記領域の描画を前記イメージセンサー（３０３）によって捕捉するために前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周囲の前記領域を照明することができる更なる光源は設けられておらず、
   前記集束用装置（２、３０５）は、平行又は略平行なビームを形成するように前記レーザービーム（１００）をコリメートするコリメーションユニット（３０５）と、前記平行又は略平行なビームを焦点（３４０）上に集束させるための静止した静的光学ユニット（２）とを含み、
   前記コリメーションユニット（３０５）の全体又は前記コリメーションユニット（３０５）の個々の光学素子は、前記レーザービーム（１００）のコリメーションが変更されるように、そしてそれに基づいて、前記静止した静的光学ユニット（２）からの前記レーザービーム（１００）の前記焦点（３４０）の距離が変更されるように、可動であることを特徴とする液体ジェット式レーザー加工機。
7. 前記レーザービーム（１００）を方向転換させる第１のミラー（３０６）と、前記レーザービーム（１００）を方向転換させる第２のミラー（３０８）とを備え、
   前記第１のミラー（３０６）は、第１のモーターによって駆動され、第１の軸（３０７）の周りのみで旋回可能であり、前記第２のミラー（３０８）は、第２のモーターによって駆動され、第２の軸（３０９）の周りのみで旋回可能であり、
   前記第１の軸（３０７）の周りで前記第１のミラー（３０６）が旋回することにより、前記レーザービーム（１００）が第１の直線に沿って前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周囲の前記領域を横切って移動可能であり、前記第２の軸（３０９）の周りで前記第２のミラー（３０８）を旋回させることにより、前記レーザービーム（１００）が第２の直線に沿って前記ノズル（３３）の前記ノズル開口（３７）の前記ポートの周囲の前記領域を横切って移動可能であるように、前記第１の軸（３０７）は、前記第２の軸（３０９）と位置合わせされ、
   前記第１の直線及び前記第２の直線は、或る角度で相互に配置され、それによって交差することを特徴とする請求項６に記載の液体ジェット式レーザー加工機。
8. 前記イメージセンサーは、前記ノズル開口（３７）の前記ポートの輪郭を明確に識別するために可動である好適なレンズを有するＣＣＤカメラ（３０３）であることを特徴とする請求項６又は７に記載の液体ジェット式レーザー加工機。