(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ジェットの位置を特定するための方法であって、
前記位置は、
（ｉ）前記液体ジェットの基準点の位置、及び、
（ｉｉ）前記液体ジェットに関連付けられる方向ベクトル、
のうちの少なくとも１つによって規定され、
前記方法は、
ａ．前記液体ジェットと相互作用するために異なる高さ平面内に設けられた少なくとも２つの測定点を有する衝突物を設けるステップと、
ｂ．前記液体ジェットに対する前記衝突物の第１の空間的相対位置における前記液体ジェットの状態を検出するステップと、
ｃ．前記液体ジェットに対する前記衝突物の前記第１の空間的相対位置から第２の空間的相対位置へ変更することによって、少なくとも２つの相対位置変更を実行し、前記相対位置変更の結果、前記測定点と前記液体ジェットとの相互作用の変化による前記液体ジェットの前記状態の変化をもたらすステップと、
ｄ．前記液体ジェットの前記位置を特定するために、前記第１の空間的相対位置と前記第２の空間的相対位置との間の空間的差を検出するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記相対位置変更は、前記液体ジェットの縦方向軸を横断する方向においてのみ実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記液体ジェットの中点又は直径の位置を特定するために、前記衝突物を最初に、前記液体ジェットの第１の側にある第１の測定点と相互作用させ、その後、前記液体ジェットの第２の側にある第２の測定点と相互作用させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記液体ジェットの前記方向ベクトルを特定するために、前記第１の空間的相対位置および前記第２の空間的相対位置は、前記液体ジェットに対する前記衝突物の異なる軸方向高さに関連付けられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記液体ジェットの前記状態を特定するために、電磁スペクトルの所望の周波数領域の測定光が前記液体ジェットの中に結合され、
（ａ）前記測定光の後方散乱、
（ｂ）前記液体ジェット内の前記測定光の反射、および
（ｃ）前記液体ジェットからの前記測定光の抽出、
という効果のうちの少なくとも１つが検出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。
【請求項６】
前記空間的相対位置のうちの１つにおける前記液体ジェットは、前記衝突物上の前記測定点に対して前記液体ジェットの縦方向軸に沿って前記液体ジェットの方向にずれて配置され前記液体ジェットの直径と少なくとも同じ大きさである基準面上に突き当たることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記基準面は、非摂動状態の前記液体ジェットが突き当たると、測定光が前記液体ジェットの中に結合されるか、又は結合されたままになるように、前記測定光を反射する、ここで、非摂動状態において、前記液体ジェットは、仮想的な（幾何学的な）測定面において影響を受けず、前記衝突物との相互作用はなく、前記液体ジェットが実際には円滑に且つ偏向することなく中断するように前記測定面の下方において前記液体ジェットが自発的に液滴に分裂する前に前記基準面に突き当たることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記衝突物は、前記液体ジェットの前記状態を特定するために設計された手段を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記衝突物は、前記液体ジェットから抽出されるか、又は結合を解除される測定光を特定するように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記液体ジェットの前記状態は、規則的な時間間隔で繰り返し検出されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記衝突物は、液体ジェット導光レーザーを備える加工機の被加工物クランプ装置に強固に接続されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記衝突物の前記測定点は、少なくとも１つの鋭い縁部を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記衝突物は、前記液体ジェットが自由に通り抜けるための凹部を有し、前記空間的相対位置のうちの少なくとも１つにおける前記液体ジェットは、前記衝突物の前記凹部に通されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
液体ジェットの位置を特定するための衝突物であって、
前記位置は、
（ｉ）前記液体ジェットの基準点の位置、及び、
（ｉｉ）前記液体ジェットに関連付けられる方向ベクトル、
のうちの少なくとも１つによって規定され、
前記衝突物は、
ａ）前記液体ジェットと相互作用するための測定点を規定する鋭い縁部と、
ｂ）前記液体ジェットによって導光される測定光を反射するための反射面を有する基準面と、
を有し、
ｃ）前記基準面は、前記液体ジェットのジェット方向において前記衝突物の測定面の後方に配置されている、
ことを特徴とする、衝突物。
【請求項１５】
前記液体ジェットの状態を検出するための手段を備えることを特徴とする、請求項１４に記載の衝突物。
【請求項１６】
前記液体ジェットの前記状態を検出するための前記手段は、前記液体ジェットから出る測定光を検出することを特徴とする、請求項１５に記載の衝突物。
【請求項１７】
液体ジェットの位置を特定するための装置であって、
前記位置は、
（ｉ）前記液体ジェットの基準点の位置、及び
（ｉｉ）前記液体ジェットに関連付けられる方向ベクトル、
のうちの少なくとも１つによって規定され、
前記装置は、
ａ）前記液体ジェットと相互作用するために異なる高さの平面内に設けられた少なくとも２つの測定点を有する衝突物と、
ｂ）前記液体ジェットに対する前記衝突物の第１の空間的相対位置から第２の空間的相対位置へ変更することによって少なくとも２つの相対位置変更を実行するための変位装置と、
ｃ）前記第１の空間的相対位置および前記第２の空間的相対位置において前記液体ジェットのそれぞれ第１の状態および第２の状態を検出するための装置と、
を備え、
前記衝突物と前記液体ジェットとの間の相互作用が変化することから、前記第１の状態は、前記第２の状態とは測定可能な程度が異なる、
ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
ａ）液体ジェットを生成するノズルを有する装置と、
ｂ）前記液体ジェット内にレーザービームを結合するレーザービーム結合ユニットと、
を備えることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記衝突物の前記測定点は、前記液体ジェットとの相互作用のための少なくとも１つの鋭い縁部を有することを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】
測定光を前記液体ジェットの中に結合するための光学ユニットを備え、それによって前記測定光は、導波体のように前記液体ジェットを通して導光され、前記液体ジェットの状態を特定することができることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記衝突物は、板状部分又は枠状部分を有することを特徴とする、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記衝突物に対する固定された空間位置に反射面が設けられ、前記反射面は、前記測定光の少なくとも一部を後方に戻し、前記液体ジェットの中に結合できることを特徴とする、請求項２０のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体ジェット、詳細には、レーザービームを光学的に導くための液体ジェットの空間位置を特定するための方法に関する。さらに、本発明は、その方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（Synova）から、材料を機械加工するためのレーザービームを液体ジェット中にいかに結合できるかに関する方法が知られている。特許文献２（Synova）では、液体ジェットを安定させるために、液体ジェットがガスジェットによって更に包囲される。改善された方法は、数ある中でも、ノズルから徐々に大きくなる間隔において機能することを可能にする。それゆえ、ジェットの位置を正確に特定する必要性が生じる。
【０００３】
特許文献３（Sugino）では、或る表面上に突き当たるときに、ＣＣＤカメラがレーザービーム及びウォータージェットの両方を観測する方法が記述されている。しかし、レイアウトの目的は、２つのビームを互いに方向付けることであり、それゆえ、液体ジェット中へのレーザーの結合を確立することである。
【０００４】
また特許文献４及び特許文献５では、液体ジェットが、今度は２つのレーザーマイクロメーターによって測定され、それらのレーザーマイクロメーターは、互いに垂直に、かつビーム軸に対しても垂直に位置する。例えば、１つのみの測定光源と、ビームの周りで動くことができる１つの検出器とを使用することも提案される。位置を測定するために、ノズルヘッドが、測定装置に対して高さ方向に動かされる。
【０００５】
ノズルを数学的に正確に作製し、設置できることを仮定することはできない。詳細には、ノズルが取り替えられる必要がある場合、又は新たな被加工物が自動加工機上に固定される場合に、その位置及び方向が高い精度で要求される場合には、液体ジェットがもう一度測定されなければならない。従来技術から知られている方法は、技術的に複雑であるか、自動化できないかのいずれかである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第０７６２９４７号
【特許文献２】欧州特許第１８３３６３６号
【特許文献３】特開２００９−２６２１６３号
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２０１００１１５８０号
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２０１２００３２０２号
【発明の概要】
【０００７】
本発明が解決することを提案する問題は、最小限の可能な技術的労力で、液体ジェット、特にレーザービームを光学的に導くための液体ジェットの位置を特定することを可能にする、上記の技術分野に属する方法を生み出すことである。その問題の解決は、請求項１の特徴によって規定される。
【０００８】
本発明によれば、液体ジェットの空間位置を特定するための方法は、以下のステップを含む。
ａ）測定点を有する衝突物が設けられる。測定点は、液体ジェットと相互作用するのに適している。
ｂ）衝突物と液体ジェットとの間の第１の相対位置において、液体ジェットの状態が検出される。
ｃ）液体ジェットの状態が変化するように、相対位置が変更される。
ｄ）第１の相対位置と第２の相対位置との間の変化が検出される。
【０００９】
本発明による方法は、液体ジェットの簡単、かつ迅速な位置特定（位置又は向き）のための前提条件を生成する。さらに、その方法は、技術的労力をほとんど伴わずに実行することができるので、既存のレイアウトに較正装置を追加導入することもできる。
【００１０】
出発点は、ノズル（ウォータージェットによって誘導されるレーザー加工機等）によって生成される液体ジェットである。液体ジェットは、好ましくは、連続的な層流ジェットであるべきである。詳細には、液体ジェットは、導波体のように或る特定の長さに沿ってレーザービームを導くのに適しているべきである。この関連において、一群の液滴のみからなる噴霧ジェットは対象ではない。本発明との関連において、基本的には、液体ジェットの３つの異なる状態、すなわち、自由状態、非摂動状態及び摂動状態を区別することができる。しかしながら、液体ジェットの外形に主に関わるのではなく、代わりに、結合される放射エネルギーの量又はこの放射の周波数のような他の特性に関わる状態も存在することができる。
【００１１】
自由状態では、液体ジェットはノズルから現れ、個々の液滴に分裂するまで、自由飛行において周囲条件下（例えば、空中内）で伝搬する。非摂動状態では、液体ジェットは仮想的な（幾何学的な）測定面において影響を受けず、衝突物との相互作用はない。しかし、液体ジェットは、測定面下方において、かつ自発的に液滴に分裂する前に、好ましくは、液体ジェットの縦軸に対して実質的に垂直である表面に突き当たることを規定することができる。この場合、液体ジェットは、実際には円滑に、偏向することなく中断する。摂動状態では、液体ジェットは少なくとも部分的に（測定面において）衝突物と衝突し、その結果、液体ジェットの摂動（偏向、分割及び／又は遮断）が生じる。
【００１２】
したがって、本発明の基本概念は、液体ジェットの状態を衝突物で明確に変更することができ、相対位置変化に関連して状態の変化が観測されることである。一方における第１の状態と他方における第２の状態との間の相対位置変更が小さいほど、液体ジェットの位置又は方向をより正確に特定することができる。２つの状態のうちの一方は、例えば、「摂動」状態とすることができ、他方は「非摂動」又は「自由」とすることができる。状態の更に別の組み合わせも使用することができる。
【００１３】
空間位置は、本発明との関連において以下のように理解されるべきである。空間位置は、適切な基準点の位置と、適切な方向ベクトルとの両方を包含すべきである。個々の物体のそのような一般的に規定される位置は、空間内で６つのパラメーターによって示すことができる。例えば、それらのパラメーターは、基準点の３つの空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）、及び選択された方向ベクトルの３つの成分とすることができる。
【００１４】
したがって、液体ジェットの場合、ノズルの出口開口部の空間座標と、ジェットの伝搬方向とを使用することができる。方向ベクトルは、当然、適切な平面及び零方向に対する３つの角度によって示すこともできる。例えば、これはノズルの運動面とすることができ、作業域の境界のうちの１つが直線境界であるなら、零方向としてその境界を使用することができる。
【００１５】
液体ジェットの場合、例えば、位置の基準点としてノズル出口の中心の位置を使用することができ、方向ベクトルとして、ノズルにおける液体ジェットの伝搬方向を使用することができる。さらに、位置は、液体ジェットに対して動かないツールヘッド上の点によって与えることもできる。同様に、空間内の抽象点を選択することもできる。衝突物の場合、中点が、位置と、測定縁部方向に対して平行な方向ベクトルとを規定することができる。しかし、位置特定のために測定点を同じく使用することもでき、他の方向ベクトルを選択することができる。これらの基準に対する液体ジェットの測定値又は測定点を検出することができるように、位置及び方向ベクトルは、液体ジェット又は測定点を包含しなければならない。例えば、液体ジェットの方向及び方向ベクトルが差分ベクトル（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）だけ異なるか、又は測定点が位置に対してベクトル（ａ，ｂ，ｃ）だけ変位すると言うことができなければならない。その際、差分ベクトル（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）又は空間ベクトル（ａ，ｂ，ｃ）がわからなければならない。
【００１６】
「相対位置」は、本発明との関連において、液体ジェット及び衝突物の互いに対する位置を意味する。それゆえ、相対位置は、選択された座標系から独立している。同様に、それは、６つのパラメーターを用いて示すことができる。したがって、例えば、２つの位置間の並進及び方向ベクトル間の回転を使用することができる。
【００１７】
外部座標系において相対位置を固定するために、別の６つのパラメーターが必要とされる。「外部座標系」は、本明細書において、液体ジェット及び物体から独立して規定される座標系を意味する。そのような座標系の原点は、例えば、空間内の任意の所与の点に取り付けられる測定機器によって規定することができる。または、座標系の軸のうちの１つは、例えば、機械が全体として傾斜しているために、液体ジェット及び物体の方向ベクトルが垂直線から独立している場合に、垂直線によって規定することができる。材料を機械加工する場合、一般的に、被加工物に対するツールの位置を得ることが望ましい。本明細書におけるツールは液体ジェットであるので、求められる空間位置は、被加工物の場所において測定するために衝突物が使用されるときの相対位置に対応する。
【００１８】
その際、液体ジェット及び衝突物の位置が外部座標系内で特定されるときに、６つの必要とされるパラメーターとともに外部座標系が生じる。例えば、これは、カメラシステムを用いて行うことができる。そのようなデータによれば、その際、この外部座標系における空間位置も得られる。衝突物又は液体ジェットが所望の座標系に対して幾つかのパラメーターに関してのみ変位する場合には、当然、この変位のみを知ればよい。
【００１９】
１つの好ましい実施形態では、いつでも、相対位置の１つのパラメーターのみが順次変更される。他のパラメーターは一定のままである。これは、測定値の評価を大幅に簡単にする。
【００２０】
相対位置の変化は種々の方法において検出することができる。例えば、変化を実際に測定することができる。このための１つの可能性は、例えば、相対位置を変更するのに用いるステップモーターのカウンターである。定速又は既知の運動パターンにおける変化の場合、相対位置変化は、時間測定を通して検出することもできる。しかし、液体ジェット及び衝突物の位置を検出し、この位置から相対位置を計算し、これを直前の相対位置と比較することもできる。これは、例えばカメラの助けを借りて行うことができる。或る特定のパラメーターのみが変更される場合には、この知識を利用して、これらのパラメーターの特定の変化のみを測定することができる。そのような個々のパラメーターは、例えば、座標系の軸の方向における一方又は両方の基準点の変位にすぎない。しかし、空間内に基準点を確立し、適切な軸の周りの回転によって方向ベクトルの１つの成分を変更することもできる。
【００２１】
液体ジェットの状態を特定し、監視する種々の方法がある。幾つかの測定方法が以下に論じられることになる。
【００２２】
液体ジェットと衝突物との間の相対位置は、１つの相対位置において、衝突物と液体ジェットとの間に相互作用（「摂動」）が存在し、別の相対位置において、相互作用がないか、又は異なる相互作用が存在するようにして、変更されるべきである。液体ジェットが変位又は回転したか、衝突物が変位又は回転したか、両方が変位又は回転したかは、それ自体、問題ではない。原則として、液体ジェットは被加工物を加工するために利用され、被加工物も液体ジェットに対して所望の精度で変位しなければならないので、加工装置内にいずれにしても既に存在している変位機構を利用することが有利である。可動機械加工ヘッドとともに動作する機械の場合、それゆえ、液体ジェットを動かすことが有利である。別の状況では、静止した機械加工ヘッド及び可動被加工物ホルダー（ｘ−ｙ作業台等）とともに動作する機械も存在する。
【００２３】
しかしながら、代替的には、適切なマイクロメーター測定台上で制御しながら、衝突物を動かすこともできる。他の構成も考えることができる。相対位置の変更は、衝突物と液体との相互作用の変化を成し遂げるほど十分に大きいことが重要である。同時に、相対位置の大きな変更を避けるべきであり、そうでなければ、幾何学的分解能が低減されることになる。
【００２４】
衝突物は少なくとも１つの測定点を有する物体である。測定点は、液体ジェット内に配置することができる表面の凹凸（通常、角又は縁部）であることが好ましい。しかし、理論的には、任意の所与の物体の表面上の任意の点が測定点としての役割を果たすことができる。その位置は、十分な精度で簡単に特定される必要がある。測定点の可能性が、以下に更に詳細に論じられる。
【００２５】
衝突物は単体である必要はなく、その上に存在する全ての表面の凹凸が固定された相互位置に存在すべきである。そうでなければ、特にマイクロメートル範囲の測定の場合、位置の測定は、信頼性がなくなるおそれがある。
【００２６】
最後に、衝突物は、液体ジェットの状態を検出するために特別な装備を備えることもできる。したがって、例えば、実際の液体ジェットのすぐ近くにあるガスの流量変化及び温度変化を検出する、又は結合される放射の出現する電磁界も検出するために、センサーを有する衝突物を想定することもできる。代替的には、衝突物は、特性の変化を別の点において測定することができるように、そのような特性に影響を与えることもできる。そのような変化は、相互作用の形態もある。
【００２７】
好ましい実施形態では、衝突物は、液体ジェットと相互作用するための少なくとも２つの測定点を有し、それらの測定点は異なる平面内に存在する。この場合、少なくとも２つの相対位置変更が実行される。
【００２８】
それらの平面は、液体ジェットの方向に対して垂直に向けられることが好ましい。しかし、それらの平面は、液体ジェットが特定の角度、例えば、７０度の角度においてその中を通過するように意図的に選択することもできる。これは、例えば、被加工物の後続の機械加工のために特定の角度が検証されるか、又は保証される必要があるときに対象となる。
【００２９】
少なくとも２つの異なる高さにある（又は液体ジェットに対して２つの軸方向位置にある）２つ以上の縁部の構成によって、液体ジェットの方向（ｚ方向）において液体ジェットを生成するための装置及び衝突物を動かす必要なく、測定座標系内で液体ジェットの向きを測定できるようになる。これは、例えば、ｘ−ｙ変位のみを考慮する加工機の場合に対象になる。
【００３０】
１つの好ましい変形形態では、少なくとも１つの相対位置変更が、液体ジェットの縦方向軸に対して横断する方向においてのみ実行される。それゆえ、相対位置変更は、ｘ−ｙ平面内の変位としてのみ生じ、ｚ方向では生じない（ただし、ｚ方向は、液体ジェットの方向を表す）。
【００３１】
数多くの適用例において、液体ジェットを生成するノズルから一定の間隔にあるジェットの位置が必要とされる。一方、液体ジェットで被加工物の３次元（３Ｄ）全体を機械加工する場合、液体ジェットの所与の機械加工点の３つの座標全てが決定される必要がある。空間内の液体ジェットの方向も検証されるべきである。
【００３２】
衝突物が、液体ジェットを生成するノズルの出口から所望のｚ軸間隔にある少なくとも１つの縁部を有する場合には、２つの更なる座標、すなわち、ｘ−ｙ平面内にある２つの座標のみが測定される必要がある。以下において、ｘ軸及びｙ軸は互いに垂直であり、いずれも「垂直方向」を規定するｚ軸に対して垂直であると仮定されることになる。
【００３３】
ここで、以下のように測定が行われる。すなわち、１つの位置にある液体ジェットが衝突物の縁部に突き当たるように、衝突物及び液体ジェットが互いに動かされる。液体ジェットの状態の変化が確認され、相対位置の変更が生じた方向における対応する相対位置が確認される。運動方向は、第１の運動方向から直線的に独立しているように変更される。衝突物が１つの測定点のみを有する場合には、第２の相対位置変更が引き起こされる前に、０度超の角度（例えば、９０度）だけ回転させる。物体が２つの測定点を有する場合には、相対位置変更は第２の測定点に向けられる。いずれの場合も、第２の相対位置変更後の（第２の運動方向にある）液体ジェットは、所望の測定点に突き当たる。この事象は、液体ジェットの状態の変化から認識され、それゆえ、第２の相対位置も特定される。
【００３４】
このようにして、ノズルと衝突物との間の一定の間隔にある２つの座標を得ることができる。
【００３５】
１つの好ましい変形形態では、ジェットの相対位置、それゆえ、ジェットの角度位置が、ジェットに対する衝突物の更なる軸方向位置において特定される。
【００３６】
この測定は、ｘ−ｙ平面内の測定と同様に行われる。１つの変形形態では、液体ジェットの状態の変化が特定されるまで、縁部及び液体ジェットがｚ方向において互いに変位することができる。これは、例えば、ｚ方向と液体ジェットの方向（縦方向軸）との間の角度が特定の最小値（例えば、１０度、特に２０度）を超えるときに可能である。
【００３７】
好ましい測定方法は以下の通りである。すなわち、或る平面内の位置を特定するために、一定のｚ位置を有する第１の平面内の第１の位置が上記の方法において確認される。これは、既知のｚとともに、２次元又は３次元の位置とすることができる。その後、ｚ位置が変更され、第１の平面に対して平行な、この第２の平面内の位置が測定される。得られたデータから、ここで、２次元又は３次元内のウォータージェットの向きを特定することができる。
【００３８】
この方法は、液体ジェットが実質的に直線であると仮定する。液体ジェットが垂直下方に向けられ、摂動力が存在しない場合には、液体ジェットは直線になる。液体ジェットが水平に向けられる場合には、状況によって、測定できる程度まで直線から外れることになる。同じことが、電磁界内で動いている帯電したジェットを伴う場合、又は横方向のガス流が存在する場合にも当てはまる。更に多くの支持点が必要とされている場合には、一定のｚを有する更なる平面上の更なる測定が必要とされる。
【００３９】
１つの具体的な実施形態では、相対位置変更は、液体ジェットの変位によって成し遂げられることになる。したがって、衝突物は動かないままである。
【００４０】
機械的負荷を回避し、エネルギーを節約するために、重量が少ない部分が動かされることが好ましい。しかしながら、同時に、測定プロセスに関与する可動部分は、使用中（すなわち、被加工物の機械加工中）にも動かされる同じ部分であることが有利である。多くの場合に、特に３Ｄ加工機の場合、それは液体ジェットを生成するユニット、すなわち機械加工ヘッドである。
【００４１】
しかしながら、代替的には、例えば、クランプ装置、又は衝突物のみを動かすことができる。
【００４２】
好ましい実施形態では、液体ジェットの中点又は直径を特定するために、衝突物を最初に、液体ジェットの第１の側において第１の測定点と相互作用させる。この後、衝突物を、液体ジェットの第２の側において第２の測定点と相互作用させる。第２の側は第１の側と正反対である。その際、結果として生じる２つの衝突位置から、液体ジェットの中点及び直径を計算することができる。２つの測定点は、液体ジェットの方向に対して同じ測定面内にある。
【００４３】
できる限り正確に測定するために、十分に感度がある測定方法を用いて、液体ジェットの状態が特定されなければならない。したがって、わずかな摂動（すなわち、測定点と液体ジェットとの最小限の衝突）であっても検出できなければならない。適切な測定方法が後に更に説明されることになる。
【００４４】
測定点の相互の間隔と、液体ジェットの状態変化の場所間の間隔とが既知であるので、これら２つの測定値の差から液体ジェットの直径が得られる。この情報と、状態変化の位置のうちの１つとによって、その後、ジェットの中点の位置を計算することができる。
【００４５】
１つの好ましい実施形態では、測定光が液体ジェットの中に結合され、液体ジェットの状態を特定するために、測定光の後方散乱、反射又は抽出が検出される。測定光は、電磁スペクトルの任意の所望の周波数範囲から選択することができるが、非摂動液体ジェットを導波体として利用できなければならない。後方散乱、反射又は抽出は、液体ジェットの状態によって決まることになる。衝突物によって液体ジェットが摂動すると、測定光は、非摂動状態とは異なるように反射又は抽出される（又はもはや反射若しくは抽出されない）ことになる。
【００４６】
この実施形態は、液体ジェットの状態、又は液体ジェットが摂動するか否かを非常に簡単で、かつ信頼性があるように判断することを可能にするという利点を有する。
【００４７】
好ましい変形形態における測定光は、赤外線、紫外線又は可視光の範囲内にある。屈折率は波長に依存する。液体ジェットの屈折率がｎ１であり、周囲のガスの屈折率がｎ２である場合には、全反射を達成するために、ｎ１＞ｎ２でなければならない。比ｎ２／ｎ１が小さいほど、光がジェットの中に結合できる受光角が大きい。さらに、比が小さいほど、そして短い波長ほど、近接場光が、より迅速に減衰する。それゆえ、この適用例では、特に近接場光からエネルギーを抽出し、それを測定することが実際に考えられる。この場合、少しずつ減衰する近接場光も有利である可能性がある。その際、測定点及び液体ジェットが実際に接することなく、「摂動」を確認することができる（光学的トンネル効果）。これは、測定点が機械的に応力を受けないという利点を有することになる。液体ジェット自体が影響を及ぼされないので、そのような測定を被加工物の機械加工と同時に実行することも考えられるであろう。このために、２つの大きく異なる波長を有する放射を結合することができ、一方は材料加工の高エネルギーで波長が短い放射であり、他方は、位置特定のための長波放射である。
【００４８】
真空内のウォータージェットの場合、例えば、１０ｎｍ〜８０ｎｍの波長は、その際、ｎ１＜１になるので、適していないことがわかる。使用可能な波長は、その上限において、液体ジェットの直径によって制限される。さらに、摂動場所は検出できると仮定されるので、波長は、摂動場所又は液体ジェット内で生成される摂動と少なくとも同じ規模になるべきである。それゆえ、１ｍｍを超える波長を有する放射（マイクロ波、電波）はもはや対象外である。極短波の放射の場合、非摂動液体ジェットは既に、大抵の場合に反射を妨げる表面粗さを有することになる。それゆえ、０．１ｎｍの規模より短い波長を有する放射（中間ｘ線）も、この適用例の場合にもはや適していない。
【００４９】
測定方法によっては、３つ全ての状態（「自由」、「摂動」、「非摂動」）を、又は２つのみの状態（「摂動又は自由」及び「非摂動」）を区別することができる。測定方法が後に詳細に説明される。
【００５０】
好ましい実施形態では、測定光が液体ジェットの中に結合される。このようにして、測定光ビームが形成される。
【００５１】
好ましい実施形態では、液体ジェットが液体ジェットの方向に対して実質的に垂直に存在する反射面に突き当たるように、空間位置のうちの１つが選択される。このようにして、測定光の少なくとも一部が液体ジェットの中に戻される。測定光の反射された部分は、例えば、ノズルの上方において、フォトダイオードを用いて観測される。衝突物と液体ジェットとの相互作用、又は液体ジェットの途絶が、抽出によって、それゆえ、反射された測定光の損失によって明らかにされる。
【００５２】
したがって、この方法によれば、状態「非摂動」から、２つの状態「摂動」及び「自由」を区別することができる。その利点は、液体ジェットの状態の検出のための光学素子を機械加工ヘッドの中に組み込むことができることである。さらに、その測定方法は容易に、都合良く実現することができる。本明細書において、光は、液体ジェットを通して導くことができ、摂動状態になるときに液体ジェットから抽出できる限り、任意の所与の波長の電磁放射であると理解されるべきである。
【００５３】
さらに、液体ジェットを生成する機械加工ヘッド内に測定電子回路を配置することができる。その際、衝突物、そして被加工物クランプ装置も、更なるセンサー及び電子測定要素を備えない。
【００５４】
また、反射信号の強度が液体ジェットの位置について情報を与えることができるように、衝突物が、光を様々に反射する幾つかの平坦な表面を有することもできる。
【００５５】
別の好ましい実施形態では、液体ジェットの状態は、音響的に、又は機械的に特定される。
【００５６】
液体ジェットが衝突物に突き当たるとき、特定の雑音が生成される。マイクロフォンを用いてこれを測定することができる。液体ジェットはノズル前方チャンバー内の著しい（通常、１００バールより高い）圧力によって生成されるので、液体ジェットによって衝撃を加えられるときに、測定点に力が作用する。この力を機械的に測定することができる。それゆえ、液体ジェットの「自由」状態と、「摂動又は非摂動」状態との間の違いは、明確に測定可能になる。
【００５７】
衝突物及び液体ジェットから適切な距離に音響センサーを配置することができるか、又は衝突物若しくは他の構成要素に直接接続することもできる。
【００５８】
機械的測定の場合、力の作用がセンサー（例えば、圧力センサー又は振動センサー）によって測定できるように、測定点は湾曲可能な要素によって形成することができる。
【００５９】
最後に、光バリアによって、液体ジェットが摂動しているか否かを検出することもできる。液体ジェットが或る特定の高さにおいて摂動している場合には、液体ジェットはもはや下には存在しないことになるか、又は偏向することになる。
【００６０】
１つの特別な実施形態では、空間的相対位置のうちの１つにある液体ジェットが、基準面に突き当たる。基準面は、衝突物上の測定点に対して液体ジェットの方向にずらされている。すなわち、基準面は、いわば、測定点の下方に、それゆえ、測定面の下方にある。
【００６１】
好ましい実施形態では、ジェットが凹部を通り抜ける自由ジェット位置と、液体ジェットが縁部と相互作用する摂動位置との間に、液体ジェットがこの非摂動に突き当たることができるように、少なくとも１つの平坦な表面がある。基準面は、液体ジェットの直径と少なくとも同じ大きさである。これは、例えば、液体ジェットが測定点によって摂動する前に、又は摂動した後に、基準信号を生成するために使用することができる。
【００６２】
液体の状態が光学的に測定される場合には、基準面は反射性にされる。その後、液体ジェット内に導光されるレーザービームを基準面によって反射することができる。例えば、基準面は銅又は精錬鋼からなることができる。
【００６３】
この実施形態では、液体ジェットは、衝突物を横切って誘導されるときに、３つ全ての取り得る状態を取る。すなわち、凹部（又は、衝突物と相互作用するゾーンの外側）では、自由液体ジェットを有する。基準面では、液体ジェットは非摂動状態にあり、測定点（縁部、角等）では、摂動状態を有する。液体ジェットの状態を判断するための方法は、少なくとも摂動を非摂動状態から区別することができる。しかしながら、好ましくは、３つ全ての異なる状態を区別することができる方法が選択されることになる。
【００６４】
以下に提示される測定方法のうちの１つは、反射光又は別の適切な電磁放射を使用する。以下の説明において、全ての適切な電磁放射が光と呼ばれることになる。そのような光を液体ジェットの中に結合することができる。このジェットが非摂動状態にあり、光に対して反射性である平面に突き当たる場合には、光は反射して液体ジェットの中に戻され、測定することができる。そのような測定方法の場合、状態「非摂動」をはっきりと認識するために、それゆえ、反射面が重要である。
【００６５】
数多くの測定方法の場合、状態「非摂動」から「摂動」への移行は、「自由」から「摂動」への移行より認識するのが容易である。それゆえ、状態「自由」を状態「摂動」から区切る衝突物上の領域を有することが望ましい。
【００６６】
特別な実施形態では、液体ジェットの第１の状態及び第２の状態を検出するために、導光体としての役割を果たす液体ジェットの長さが決定される。
【００６７】
導光体の長さは、液体ジェット（自由飛行中）が分裂し始める場所、又は液体ジェット（非摂動状態又は摂動状態）が所与の基準面に、若しくは衝突物上の測定点に突き当たる場所において終了する。
【００６８】
この変形形態は、一方では、液体ジェットの自由状態、摂動状態、非摂動状態を区別することを可能にする。異なる高さにおいて衝突物上に幾つかの測定点が存在する場合であっても、それらの測定点は、互いに区別することができる。さらに、液体ジェットを生成するノズルと、衝突物の測定点との間のｚ方向における（相対だけでなく）絶対間隔に関する情報が得られる。
【００６９】
その長さは、例えば、結合されるレーザーパルスの飛行時間測定によって実現することができる。しかし、他の方法も実現可能である。例えば、液体ジェットを全体として、ＣＣＤカメラを用いて記録することができ、この後に、その画像を評価することができる。別の例は、「光コヒーレンストモグラフィ」である。
【００７０】
好ましい実施形態では、短いレーザーパルスが液体ジェットの中に結合される。内部（後方）反射が観測される。このデータから、衝突物と液体ジェットとの間の相互作用の位置及び／又はタイプを特定することができる。
【００７１】
この測定の利点は、液体ジェットについての非常に詳細な情報が得られるので、３つの状態に加えて、光伝導に関する情報も得ることができることである。
【００７２】
液体導光レーザー（液体レーザー）機械加工装置の場合の適用例では、測定レーザーとして、大きく（例えば、１／１０００まで）減衰した形の加工レーザーを使用することも考えられる。十分な長さ分解能を達成するために、レーザーパルスは、それに応じて短くしなければならない。
【００７３】
データ評価は、上記の光学的な測定方法を用いる場合より、幾分時間を要する。しかしながら、コンピュータ利用が容易であり、商業化が可能である。
【００７４】
反射測定光ビームによる方法と同様に、ここで、センサーアレイ及び測定電子回路全体を機械の機械加工ヘッド（加工レーザーのための光学系及び液体ジェットのためのノズルも位置する）内に組み込むことができる。それゆえ、衝突物及び被加工物ホルダーすなわちワーク台は受動的にすることができる。
【００７５】
好ましい実施形態では、相対位置変更の大きさ及び方向は、位置に関する情報と、第１の位置及び第２の位置における状態に関する情報とによって特定される。液体ジェットが結果として状態の変化を受ける相対位置変更が特定される。
【００７６】
任意の２つの測定が実行されるとき、状態の変化を観測することができないか（おそらく、わずかな変位の場合）、２つの位置間の間隔が要求された測定精度より大きいかのいずれかが起こる場合がある。
【００７７】
これを回避するために、二分探索に基づいて、以下の手順が提案される。
【００７８】
手動調整によって、又は古い設定を使用することによって、液体ジェットの異なる状態を有する２つの（十分に離れた）位置Ｘ１及びＸ２を見つけることが常に可能であると基本的に仮定することができる。以下において、位置Ｘ１における状態が「非摂動」又は「自由」であり、Ｘ２における状態が「摂動」であると仮定されることになる。さらに、理解するのをより容易にするために、相対位置変更のための手順は位置Ｘ１において開始すると仮定されることになる。
【００７９】
「非摂動又は自由」と「摂動」との間の移行をできる限り効率的、かつ正確に見つけるために、最初の２つの位置Ｘ１とＸ２との間の位置Ｘ３において、次の状態測定が行われる。Ｘ３における状態が「摂動」である場合には、位置Ｘ２が新たな位置Ｘ３によって置き換えられる（事例Ａ）。一方、Ｘ３における状態が「非摂動又は自由」である場合には、位置Ｘ１が新たな位置Ｘ３によって置き換えられる（事例Ｂ）。ここで、事例Ａでは、位置Ｘ１とＸ３との間で、事例Ｂでは、位置Ｘ２とＸ３との間で次の測定点Ｘ４が選択される。この二分探索手順によれば、状態変化を伴う位置を所望の精度に明確に絞り込むことができる。
【００８０】
相対位置変更Ｘ１→Ｘ３、Ｘ３→Ｘ４等は全て同じ直線上に存在する。
【００８１】
そのような測定方法に伴う利点は、センサーがまれに読み出されるだけでよく、位置が特別な点において見つけられるだけでよいことである。位置測定の精度を変更することもでき、最後のステップになって最大測定精度に至ることもできる。短所は、その機構に関して方向及び関連付けられる力の数多くの変化が存在し、システムが安定するまでに潜在的な待ち時間があることである。
【００８２】
別の好ましい実施形態では、液体ジェットの状態は、規則的な時間間隔において測定される。時間間隔は、衝突物及び液体ジェットの相対位置変更の速度に合わせることができる。
【００８３】
液体ジェットが状態「自由」又は「非摂動」から「摂動」に、又はその逆に変化する位置を見つけるために、液体ジェットを適切な位置に置くこともでき、そこから、測定点が接触するように適切な運動によって衝突物を横切って動かすことができる。この運動中に、好ましくは、要求された測定精度が達成されるような運動速度に適合する周波数において、測定が実行される。
【００８４】
この測定方法の利点は、一様な運動は最大時においても最低限の加速度に関連付けられるので、装置全体における振動と、装置を安定させるための待ち時間とが概ね回避されることである。進行する距離が一定であるときに、測定のために必要とされる時間も一定である。そして、データの評価は、実際の測定後に行うことができる。例えば、異なる表面の反射特性のような定性的比較を実行するのがより容易である。
【００８５】
特別な実施形態では、液体ジェットの第１の空間位置は、液体ジェットが摂動状態にない（代わりに、状態「自由」又は「非摂動」にある）ように選択される。例えば、第１の位置は、液体ジェットが反射面に突き当たり、液体ジェット内に導光される測定光が液体ジェットの端部において反射し、ジェットの中に戻されるように選択される。しかしながら、第１の位置は、液体ジェットが状態「自由」にあるように選択することもできる。
【００８６】
これは、第１の測定が自由液体ジェットの状態を特定するという利点を有する。この事例の場合、既知の早期の測定値との比較を行うことができるので、装置及び測定機器の機能的適合性に関する試験として使用することができる。
【００８７】
しかしながら、代替的には、第１の空間位置は、液体ジェットが衝突物に衝撃を与えるか、又は接触するように選択することもできる。「非摂動」液体ジェットは、「自由」液体ジェットと同様に、測定結果を認識するのが容易なはずである。しかしながら、この場合には、測定プロセスに関与する更に別の部分、すなわち、衝突物が存在する。ジェットが衝突物に部分的にのみ衝撃を与える場合には、相互作用が、より複雑になる。それゆえ、この構成は、試験モードにあまり適していない。
【００８８】
１つの好ましい変形形態では、衝突物は、液体ジェット導光レーザーを備える加工機の被加工物クランプ装置に強固に接続される。
【００８９】
これは、衝突物の位置が意図することなく変化するのを防ぐ。そして、クランプ装置及び液体ジェット生成システムは一般に、実際に互いに対して適所に固定される。しかし、代替形態として、衝突物を被加工物上に直接締結することもできる。
【００９０】
好ましい適用例では、液体ジェットが所望の向きを有するか否かを迅速かつ正確に判断することができる基準線、テンプレート又はゲージが存在する。
【００９１】
上記の方法によれば、液体ジェットは、非常に正確に調査することができ、それゆえ、非常に正確に方向付けて較正することもできる。実際の使用プロセスにおいて、較正及び向きの確定は頻繁にチェックされるべきであるが、毎回全プロセスを実行する必要はない。その目的はチェックすることであり、実際に調査することではない。そのチェックが、液体ジェットがもはや十分に較正されてないことを明らかにする場合には、完全な較正プロセスが実行されるべきである。
【００９２】
そのような試験は通常、線、テンプレート又はゲージのような基準の助けを借りて実行される。例えば、加工レーザーの強度が低減され、液体ジェットが規定された位置にある試験ゲージ又はテンプレートに向けられると仮定することができる。この時点で、ゲージ又はテンプレートと液体ジェットとの間に相互作用が生じる場合には、調整不良である。この相互作用は、衝突物上の縁部との相互作用と同様に検出することができる。センサー及び測定方法によっては、反射面又は感圧面のような追加物が必要とされることになる。
【００９３】
液体ジェットが所与の線に従うか否か、又は要求された点に衝撃を与えるか否かは、肉眼によって、又はカメラを用いてチェックすることができる。他のセンサーも考えられる。
【００９４】
その方法の１つの好ましい変形形態では、相対位置変更のうちの少なくとも１つは、１０マイクロメートル未満の変位、特に１マイクロメートル以下の変位である。
【００９５】
これが、液体導光レーザー（液体レーザ）を利用する際の精度である。調整によって、機器を取り得る最良の方法において使用できるようにすべきである。代替的には、当然、それより低い精度の調整を行うことができる。これは、測定プロセスを迅速化する。衝突物の作製及び相対位置変更の制御によって許容される場合には、より正確な調整も可能である。
【００９６】
１つの好ましい実施形態では、衝突物は、測定点としての役割を果たす少なくとも１つの鋭い縁部を有する。
【００９７】
縁部は鋭くすべきであり、すなわち、液体ジェットの直径より小さい（特に少なくとも１０分の１である）曲率半径を有するべきである。測定点は、液体ジェットの位置が特定される座標系のための基準として使用することができる。
【００９８】
また、測定点は、２つの縁部が交わる場所、すなわち、衝突物の角に形成することもできる。
【００９９】
縁部は尖鋭化することができるが、それは必須ではない。すなわち、衝突体の当接する面が、互いに９０度以下の角度をなすことが好ましい。縁部は直線とすることができるが、それは必須ではない。例えば、縁部は、曲げて円形にすることもできる。
【０１００】
測定点が衝突物上の角又は頂点である場合には、角の角度は、例えば、１２０度以下、又は９０度以下である。
【０１０１】
衝突物上に縁部又は角の形で２つ、３つ又は４つ（又は更に多くの）測定点を形成することもできる。好ましくは、厳密に間隔をおいて配置される２つの測定点が、空間方向ごとに使用される。その際、液体ジェットを最初に第１の測定点と衝突させ、次に、第１の測定点と正反対にある第２の測定点と衝突させる。２つの測定点の規定された間隔は、例えば、１ｃｍ〜５ｃｍの範囲にあることできる。
【０１０２】
鋭い縁部は、液体ジェットの状態が変化する位置の信頼性のある特定を可能にする。多次元位置特定の場合、種々の空間的次元が逐次的に測定されることが有利であるので、測定点（縁部）は、十分な長さ、例えば、液体ジェットの直径の少なくとも５倍、特に少なくとも２０倍の長さを有するべきである。
【０１０３】
これを用いて、その位置が不正確にしかわかっていない液体ジェットで測定を実行することもできる。これは、この場合に１つの次元に延在する縁部が存在し、衝撃を与える線が相応に長いためである。
【０１０４】
しかしながら、縁部は、あまり鋭くないように作製することもできる。しかしながら、その際、良好に測定するには、縁部プロファイルがわかっている必要がある。縁部が液体ジェット縦方向軸に対して平行に延在する場合には、相互作用点、詳細には、その正確な位置は、液体ジェットが縁部に突き当たる角度にも依存する。しかしながら、厳密には、この角度は、測定の開始時に依然として未知である。それゆえ、測定データの評価は、著しく複雑になる。
【０１０５】
更なる好ましい変形形態では、物体が複数の縁部を備える。詳細には、所望の座標系の基底面にわたる２つの縁部を有することが有用である。この基底面は通常、液体ジェットの縦方向軸に対して垂直な平面であるか、クランプ装置に対して平行な平面であるかのいずれかである。
【０１０６】
しかしながら、これは、異なる平面に関連する場合もある。上記の基底面は、液体ジェットの衝突が監視される測定面と見なすこともできる。
【０１０７】
更なる好ましい変形形態では、物体は全部で４つの縁部を有し、そのうちの２つが、いずれの場合でも互いに平行に存在し、非平行な縁部が平面に広がる。平行な平面間の距離は、十分な精度でわかるべきである。これにより、衝突物を変位させることなく、液体ジェットの直径及び液体ジェットの中点を特定できるようになる。その方法が以下に更に詳細に説明される。
【０１０８】
更なる好ましい変形形態では、衝突物は全部で６つ以上の縁部を有する。この場合、縁部のうちの４つが先行する段落において説明された構成を形成し、第１の平面を画定する。他の縁部は、第１の平面外であるが、第１の平面に対して平行に配置される。ここで、衝突物は、液体ジェットが全ての縁部上に突き当たることができ、縁部が他の縁部によって覆われないように組み立てることができることに注意されたい。互いに対する全ての縁部の位置は、全ての空間的次元において（例えば、所定の測定座標系との関連で）既知であるので、そのような衝突物によって、液体ジェットの３つ全ての次元、又はそれ以外の空間方向において液体ジェットの作用点を特定できるようになる。ここでは、２つの空間方向においてのみ衝突物又は液体ジェットを変位させるのに十分である。
【０１０９】
好ましい変形形態では、空間的相対位置のうちの１つにある衝突物は、液体ジェットが自由に通り抜けるための凹部を有する。液体ジェットは、空間的相対位置のうちの１つにおいて、この凹部を通って導かれる。最初に、液体ジェットは、凹部を自由に通り抜けるように、粗く位置決めすることができる。この後、ジェットを衝突物の１つ又は複数の測定点と接触させるために、所望の数の相対位置変更が生成される。測定点は、凹部とは異なる平面内に存在することができる。測定点は、凹部の空き領域の中に延在することができるか、又はそこから後退することができる。
【０１１０】
測定点は、凹部の両側に対をなして配置することができる。
【０１１１】
液体ジェットは、衝突物と相互作用すると、その液体の少なくとも一部を失うので、衝突物は、液体が直ちにはけることが可能であるように形作られるべきである。測定点の領域において衝突物の表面上に液体が蓄積すると、液体ジェットとの相互作用の挙動を乱す場合がある。
【０１１２】
その方法を実行するための本発明による装置は、液体ジェットと相互作用するための衝突物と、液体ジェットと衝突物との間のあらかじめ特定可能な相対位置変更を生成するための変位装置と、第１の空間的相対位置及び第２の空間的相対位置において液体ジェットの第１の状態及び第２の状態を検出するための装置とを備える。衝突物と液体ジェットとの間の相互作用が変化することから、ここで、第１の状態は、第２の状態とは測定可能な程度異なる。
【０１１３】
本発明による装置は、加工機の一部とすることができる。加工機は、位置決め可能な液体ジェットを生成する液体ノズルを備える装置を含む。さらに、液体ジェットの中にレーザービームを結合するためのレーザービーム結合ユニットが存在することが好ましい。液体ジェットへのレーザー結合は、特許文献１（Synova）において記述されているように行うことができる。
【０１１４】
衝突物は、例えば、液体ジェットと相互作用するための少なくとも１つの縁部を備える成形金属片である。成形片は、例えば、中央凹部を備えるフレームとすることができる。フレーム上に、１つ〜４つの測定点を形成することができる。好ましくは、測定点は、ｘ方向及びｙ方向において１つの軸上に１つおきに互いに向かい合って存在する。
【０１１５】
また、衝突物は、異なる高さにおいて測定点を有することもできる。凹部は測定点とは別の平面上に配置することができる。
【０１１６】
衝突物は、例えば、液体ジェットと相互作用するための頂点又は角を有する。頂点は測定点を形成する。頂点は、例えば、衝突物のプレート状（板状）又はフレーム状（枠状）部分において矢じりの形で形成される。プレート状部分は、液体ジェットの方向に対して垂直に向けられることが好ましく、すなわち、頂点は、液体ジェットに対して交差するように起立する。
【０１１７】
特別な実施形態では、測定光ビームが導波体のようにして液体ジェットを通って導光されるように、そして、液体ジェットの状態を適切な測定を用いて特定することができるように、その装置は、測定光を液体ジェットの中に結合するための光学ユニットを有する。測定光の周波数は、電磁スペクトルからの任意の適切な周波数とすることができる。材料及び測定方法の選択によるが、これは、０．１ｎｍ〜１ｍｍの規模の波長を有する放射である。
【０１１８】
衝突物は、その上に少なくとも１つの測定点が形成されるプレート状又はフレーム状の部分を有することができる。言及された部分は、例えば、装置の測定面を画定する。異なる高さに配置される対応する測定点を有する幾つかのプレート状又はフレーム状の部分が存在することもできる。
【０１１９】
別の実施形態では、衝突物に対して固定された空間位置に反射面が設けられ、それは、測定光の少なくとも一部を液体ジェットの中に後方から結合するのに適している。その面は基準面を画定し、通常、衝突物自体の上に設けられる。基準面は、衝突物上の測定点に対して、固定された空間的基準を有する。
【０１２０】
反射面は、液体ジェットの伝搬方向において見るときに、装置の測定面の後方に存在することが有利である。しかし、測定面内に反射面を配置することもできる。例えば、測定点を、基準板内のスロット又は刻み目によって実現することができる。ウォータージェットが基準面からスロットまで進むとき、ウォータージェットの状態が変化し、例えば、ウォータージェットの中に結合される測定光を用いて、それを検出することができる。
【０１２１】
衝突物は、本発明の個別に操作される要素とすることができる。衝突物は、少なくとも１つの測定点、特に少なくとも１つの鋭い縁部を有し、縁部の正確な作製及び材料によって本発明による方法のために適していることを特徴とする。また、測定点は、別の表面凹凸とすることもできる。断面において、例えば、測定点は、鋭角に加えて、長方形又は鈍角を有することもできる。衝突物は更に、既に記述された特徴のうちの１つ又は複数を有することができる。
・ウォータージェットが通り抜けるのに適した凹部。
・液体ジェットと相互作用するための複数の、特に４つの測定点。
・液体ジェットにおいて導光される測定光に対して反射性である基準板。
・対応する測定点（例えば、測定面あたり少なくとも２つの測定点）を有する２つ以上の測定面。
・衝突物を被加工物ホルダーに取り付けるための締結手段。締結手段は、ねじ穴とすることができる。
・被加工物又は被加工物ホルダー上に衝突物をマイクロメートル精度で位置決めするための位置決め要素（溝、リブ等）。
【０１２２】
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、以下の詳細な説明から、そして、特許請求の範囲の全体から明らかになるであろう。
【０１２３】
例示の実施形態を説明するために使用される図面は、以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１ａ】液体ジェットの３つの状態のうちの１つを示す図である。
【図１ｂ】液体ジェットの３つの状態のうちの１つを示す図である。
【図１ｃ】液体ジェットの３つの状態のうちの１つを示す図である。
【図２ａ】１つの平面内に全ての測定縁部を備える衝突物の例示の実施形態を示す図である。
【図２ｂ】１つの平面内に全ての測定縁部を備える衝突物の例示の実施形態を示す図である。
【図２ｃ】１つの平面内に全ての測定縁部を備える衝突物の例示の実施形態を示す図である。
【図２ｄ】１つの平面内に全ての測定縁部を備える衝突物の例示の実施形態を示す図である。
【図２ｅ】１つの平面内に全ての測定縁部を備える衝突物の例示の実施形態を示す図である。
【図２ｆ】１つの平面内に全ての測定縁部を備える衝突物の例示の実施形態を示す図である。
【図３ａ】２つの平面上に測定縁部を備える衝突物の例示の実施形態を示す図である。
【図３ｂ】２つの平面上に測定縁部を備える衝突物の例示の実施形態を示す図である。
【図３ｃ】２つの平面上に測定縁部を備える衝突物の例示の実施形態を示す図である。
【図４ａ】液体ジェットによって導光されるレーザーによって被加工物を加工するための機械の基本レイアウト図である。
【図４ｂ】液体ジェットによって導光されるレーザーによって被加工物を加工するための機械の基本レイアウト図である。
【図５】液体ジェットの状態を測定するために加工レーザーが使用される測定システムの一実施形態を示す図である。
【図６】液体ジェット及び衝突物の相対位置の関数としての反射光の強度を示す図である。
【図７ａ】測定結果の解釈を示す幾何学的図である。
【図７ｂ】測定結果の解釈を示す幾何学的図である。
【図７ｃ】測定結果の解釈を示す幾何学的図である。
【図７ｄ】測定結果の解釈を示す幾何学的図である。
【図８ａ】測定原理を例示する図である。
【図８ｂ】測定原理を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０１２５】
基本的に、図中の同じ部分は同じ参照符号を与えられる。
【０１２６】
図１ａは、自由状態にある液体ジェット１を概略的に示す。ジェットはノズルによって生成され、ノズルは、層流ジェットが生成されるように設計される。液体ジェット１は、既知の態様で安定させるために、ガスジェットによって包囲することができる。層流であることから、液体ジェットは、液体が、例えば水である場合に、材料加工レーザービームのための導光体としての役割を果たすことができる。或る特定の距離（例えば、液体ジェットの直径の１００倍）において、液体ジェットは個々の液滴に分裂し、それゆえ、例えば、もはや導光体としての役割を果たすことはできない（液体ジェットの長さに関する更なる詳細は、例えば、特許文献２（Synova）において確認することができる）。以下では、層流である液体ジェットの部分のみが検討されることになる。
【０１２７】
図１ｂは、液体ジェット１が衝突物２の縁部２ｘ上に突き当たるときの状況を示す。縁部２ｘが液体ジェット１の中にわずかに入り込むだけであっても、液体ジェットが偏向することになる。縁部２ｘが液体ジェット１の中に更に入り込む場合には、ジェットは直ちに、又は後に分解することになる。例えば、液滴が液体ジェット１から分離するようになり、ジェットはその層流性を失う。縁部によって変更された液体ジェット１の状態は、これ以降、「摂動」と呼ばれることになる。
【０１２８】
図１ｃでは、液体ジェット１が、衝突物２の平面３ｘ上に完全に突き当たる。それゆえ、ジェット１は終了し、液滴に分裂し、平面３ｘ上に液体の層を形成する。液体ジェット１のこの状態は、これ以降、「非摂動」と呼ばれることになる（「明確に制限される」と言うこともできる）。
【０１２９】
理論的には、液体ジェット１と接触する任意の衝突物２は、液体ジェット１を摂動させることになる。しかしながら、正確な測定値を得るために、測定値は液体ジェット１の入射角３１の不確定性に対してできる限り影響を受けないようにすべきでもあるので、測定点としては鋭い縁部２ｘが推奨される。正確な位置決めが望ましい場合には、衝突物２は、液体ジェット１の圧力下、又は他の効果下で、できる限りほとんど変形すべきでない。それゆえ、衝突物２は、衝突物２上の全ての測定点が、互いに固定された関係を有するように、できる限り重厚に形成されることになる。
【０１３０】
図２ａは、簡単な衝突物２を通る断面図及び平面図を示す。これは、基底面から或る特定の間隔にあるスペーサーによって固定される縁部２ａである。縁部２ａは、断面において鋭角を有し（すなわち、当接する表面が大きくても９０度の角度をなす）、液体ジェット１の後の伝搬方向ＦＳに対して実質的に垂直である（図２ａにおいて、図面の平面に対して垂直な）１つの方向において、例えば、液体ジェット１の直径の少なくとも１０倍の或る特定の延長部分を有する。
【０１３１】
測定のために、ＢＥの相対位置変更が、延長部分の方向に対してできる限り垂直に、そして、液体ジェット１の伝搬方向ＦＳに対して実質的に垂直に生じる。この方向は、これ以降、「測定方向」と呼ばれる。
【０１３２】
十分に大きな延長部分は、延長部分の方向における液体ジェット１の位置を厳密に知ることを必要とすることなく、液体ジェット１との相互作用を達成することを可能にする。
【０１３３】
縁部２ｘによって液体ジェット１の摂動を検出する場合には、これから以下の情報が得られる。すなわち、ジェット１の１つの部分は或る相対位置に位置するが、延長部分の方向におけるその座標は、しかしながら、未知である。同様の測定によって、その相対位置は、液体ジェット１に実質的に垂直であり、第１の方向とともに１つの平面を規定する第２の方向において特定することができる。これは、液体ジェットの伝搬方向ＦＳに対して実質的に平行である軸の周りでｎ×１８０度（ｎ：整数又は０）に等しくない角度だけ衝突物２を回転させることによって、又は第１の縁部２ａとｎ×１８０度に等しくない角度をなす、衝突物上の第２の縁部２ｂによって、行うことができる。第２の座標は、このようにして決定することができる。液体ジェット１上の同じ場所は、当然、第２の測定中に特定されないことに留意されたい（液体ジェット１の包絡面上の衝突物２の接触点は互いに回転するため）。
【０１３４】
実用上の理由から、多くの場合に、液体ジェット１の境界面よりジェットの中点及びその断面径に関心がある。中点及び直径を測定するために、更なる測定が必要とされる。通常の方法は、同じ測定軸に沿って、液体ジェット１の第１の側における相互作用を測定し、液体ジェット１の反対の第２の側における相互作用を測定することである。２つの相互作用位置（２２ａ、２２ｂ）間の既知の距離と、２つの相互作用（２３ａ、２３ｂ）間の測定距離との間の差は、測定軸の方向におけるジェット径に等しい。ここで、ジェット１が、使用される２つの測定縁部の平面ＫＥ上に垂直に突き当たると仮定される（当然、これは、１つの変位した縁部のみを伴うこともできる）。この入射角３１をいかに測定できるかに関して後に説明されることになる。そのような精度でジェット径が必要とされる場合には、その際、この知識を用いて、必要とされる補正を行うことができる。
【０１３５】
したがって、円形の断面を有するジェット１の位置を測定するために、少なくとも３つの測定が必要とされる。１つの縁部２ａのみを有する衝突物２は、このために２回（すなわち、９０度のような０度〜１８０度の角度だけ、及び１８０度だけ）回転させなければならない。
【０１３６】
衝突物２及び／又は液体ジェット１の回転は、互いに対して必要とされる配置において少なくとも３つの縁部２ａ〜２ｃ（０度、０度＜ｘ＜１８０度、１８０度）を有する衝突物２を使用することによって回避することができる。
【０１３７】
図２ｂ〜図２ｆは、衝突物２の更なる形態を示す。２つの縁部２ａ、２ｂが互いに反対に位置し、それゆえ、断面において認識可能である。第３の縁部２ｃは異なるように配置することができ、それにより、異なる平面図をもたらす。図２ｂ〜図２ｆは、それぞれの図において２つの可能性を示す。第１は、完全に対称な平面図であり、すなわち、正方形又は長方形である。これは、相対位置に関する予備知識がわずかしかない場合であっても測定を実行できるように、測定縁部２ａ〜２ｄが相対的に長いという利点を有する。多角形は、ジェット１の断面形状をより正確に測定できるという利点を有するが、縁部長が減少し、それゆえ、相対位置のかなり正確な推定値をそれまでに有していなければならないという短所を有する。十字形又は角（対角線において分割された十字）は相対的な長い縁部という利点を有し、その上に、わずかな表面しか必要としない。衝突物２は、その後に突き当たる液体が容易にはけることができるように、わずかな表面しか有しないことが有利である。
【０１３８】
縁部２ｘはそれぞれ、スペーサーに固定される。これらのスペーサーは、測定条件中であっても、縁部２ｘを適所に保持するほど十分に安定しており、強固である必要がある。スペーサーは、任意の所与の直径を有することができ、このために、任意の適切な材料からなることができる。それらは重厚又は中空であることができ、例えば、ねじ山のような締結機構を有することもできる。しかし、そのような締結機構は、測定に影響を及ぼさないように設計される必要がある。それゆえ、液体は、適切にはけることができなければならず、締結機構は、縁部２ｘを損なうべきではなく、また、測定結果において縁部２ｘと混同される可能性がないように、縁部２ｘから十分に離間すべきである。スペーサーは、ジェットの偏向及び摂動が、使用される測定方法の場合に十分に明確に識別可能であるように、縁部２ｘを締結面から十分に離間しておくべきである。この間隔がいかに大きいかは、測定方法、ジェット１、縁部開口角及び材料と液体との相互作用によって決まることにより、おそらく、経験によって最適に決定されることになる。
【０１３９】
図２ｂは、４つの縁部２ａ〜２ｄを備える非常に簡単な衝突物２を示す。その物体は、その垂直軸に対して対称である。縁部２ａ〜２ｄは、外側においてスペーサーを囲むように存在する。これは、安定した正確な作製を可能にする。短所は、外部縁部２ａ〜２ｄが使用中に多少の摩耗を受けること、取扱い中に一定の怪我のリスクを与えることである。
【０１４０】
図２ｃは、反射基準面３が更に設けられる、図２ｂの変更形態である。これは、測定縁部２ａ〜２ｄとは異なる高さ（すなわち、下方の面上）に位置する。図２ｃにおいて、反射基準面は領域全体にわたって延在し、測定縁部２ａ〜２ｄの下方に存在する。したがって、測定のために使用される各縁部２ａ〜２ｄの下方に反射面がある。基準面３は、異なる測定方法の場合に利点をもたらす。
【０１４１】
別の実施形態が図２ｄに示される。ここでは、一方では、縁部２ａ〜２ｄは、断面において非対称である。これは、その方法が対称な縁部に限定されないことを意味する。全ての他の非対称な縁部も可能である。上記で既に言及されたように、実際には縁部は全く不要である。縁部は、測定を容易にすることから、好ましいにすぎない。反射基準面３を必要とする測定方法を使用する場合には、反射基準面３は、衝突物２の上に配置することもできる。しかしながら、この場合、反射材料３は、縁部に合わせて開始しなければならないか、又は縁部２ｘを完全に断念し、既知の寸法の１つの反射面３のみを使用する。しかしながら、いずれの場合も、ここで、突然の降下又は極小値ではなく、信号が徐々に上昇し始めたことが認識される必要があるので、測定方法はより難しくなる。それゆえ、おそらく、この方法は、同等の分解能を達成するために、反射面３を伴う変形形態では、図２ｄにおいて説明された衝突物２に関連して、より精細なサンプリングを必要とする。代替的には、図２ｄの衝突物２は、図２ｃと同様に、反射面３上に配置することもできる。その際、縁部２ａ〜２ｄは、反射測定光を利用する測定方法において、強度の極小値として現れることになる。
【０１４２】
上記の変形形態のうちの１つから、平面図を選択することができる。
【０１４３】
図２ｅ及び図２ｆでは、衝突物２は実質的にフレーム状である。これは、４つの測定縁部２ａ〜２ｄによって包囲される中央の空き領域１００が存在することを意味する。それゆえ、測定縁部２ａ〜２ｄは、フレーム状衝突物２の内側に存在する。衝突物２の外側は、技術的な測定機能を有しない。
【０１４４】
図２ｅは、反射面３を有しない変形形態を示す。縁部２ｘの配置に関する検討は、図２ｂの説明における検討に類似である。平断面図において、ここで縁部２ｘを設けられた正方形が空き領域１００の中に突出する。正方形は互いに接触しない。各正方形は３つの縁部を有し、それらの縁部は測定縁部２ｘとして適している。これらのうちの２つ、２ａ、２ｂは互いに向かい合って存在する。最小の縁部数を有するために、それゆえ、対角線上に配置される２つの正方形で十分である。しかしながら、対称な物体が好ましい。ここで、スペーサーはフレームの形を有する。作製並びに特性及びサイズに関して、図２ａ〜図２ｄの場合と同じ要件が適用される。
【０１４５】
図２ｆは、最後に、図２ｅに反射基準面３を補足した形を示す。ここでは、反射基準面３はこの時点で、空き領域１００の下方に存在し、それゆえ、衝突物の内部に存在する。例えば、中央に、測定を妨げることなく、液体がはけることができるようにする開口部１０１を有する。
【０１４６】
上記の形態によれば、１つの平面において液体ジェット１と衝突物２との相対位置を特定することができ、その平面は相対位置変更によって規定される（subtended）平面である。この平面は、これ以降、「運動面」ＢＥと呼ばれる。ここで、これ以降、ジェット角３２と呼ばれることになる、液体ジェットの角度位置、すなわち、液体ジェットと運動面ＢＥとの間の角度と、縁部面ＫＥと液体ジェットとの間の角度、すなわち、入射角３１とを突き止めることも対象とすることができる。
【０１４７】
液体ジェット１は、ジェット生成要素の運動面ＢＥ＿Ｄに対して必ずしも垂直に突き当たるとは限らない。縁部面ＫＥが、衝突物２の運動面ＢＥ＿Ｇに平行であることもあらかじめ確かではない（事例１）。さらに、ジェット生成要素の運動面ＢＥ＿Ｄは縁部面ＫＥと平行でないことが可能である（事例２）。当然、種々の効果が累積し得る。
【０１４８】
液体ジェットの角度位置は、それゆえ、４つの角度によって特定することができる。
（ａ）ジェット生成要素の運動面ＢＥ＿Ｄと、運動面ＢＥ＿Ｄ内の或る方向における液体ジェットＦＳとの間の角度。これは１つのジェット角３２．１である（又は、物体が移動している場合には、縁部面ＫＥに対する垂直線と、衝突物の運動面ＢＥ＿Ｇとの間の角度）。
（ｂ）運動面ＢＥが規定されるような、第２の方向における第２のジェット角３２．２。
（ｃ）縁部面ＫＥに対する垂直線と、運動面ＢＥ内の或る方向における液体ジェットの伝搬方向ＦＳとの間の角度。これは、入射角３１．１である。
（ｄ）運動面ＢＥが規定されるような、第２の方向における第２の入射角３１．２。
【０１４９】
以下では、簡単にするために、１つの方向における角度測定のみが論じられることになり、実際の位置測定が液体ジェットの変位によって実行される事例のみが論じられる。衝突物は、実際の測定を実行するためではなく、縁部を位置決めし直すためだけに変位させることができる。したがって、１つの縁部２ａのみを有する衝突物２が、幾つかの縁部面ＫＥ上に３つ以上の縁部２ｘを備える衝突物２の役割を担うことができる。または、ただ１つの縁部面ＫＥ内に縁部２ａ〜２ｄを備える衝突物が、縁部面ＫＥを変更することができ、それにより、完全な測定を可能にする。他の方向における測定も同様に行われる。同様に、測定のために衝突物が変位する測定方法も同様に行われる。
【０１５０】
測定方法及び測定の評価は、図７ａによって２次元において説明される。これは、任意の所与の装置座標系に切り替えるために必要とされる全ての所望の角度、それゆえ、全ての値を、３つの適切な点を調査することによって特定できることを明らかにする。以下のデータが必要とされる。すなわち、点のうちの２つ（２ｅ、２ｆ）によって規定される直線（ＫＥ）に沿った３つの点（２ａ、２ｅ、２ｆ）の互いからの間隔（２２ａ、２２ｂ）、この線（２１）に対して垂直な第３の点（２ａ）の間隔、液体ジェットと縁部（２３ａ、２３ｂ）との間の相互作用を示す測定信号間のジェット生成要素の変位。角度を特定する場合、液体ジェットの中点を用いて計算する必要はない。しかし、その際、液体ジェット１の包絡面の同じ部分が常に相互作用を開始するのを確実にしなければならない。
【０１５１】
必要な測定データを、正確に、かつ実験レイアウトの最小限の調整で得るための簡単な方法は、１つおきに互いに向かい合って存在する（２ａ及び２ｂ又は２ｃ及び２ｄ等）幾つかの測定縁部２ｘを有する衝突物２を使用することである。第１の測定面ＫＥ１には、好ましくは、４つの測定縁部（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）が位置する。第２の測定面ＫＥ２にも同様の配置が存在することになる。
【０１５２】
そのたびに、縁部面ＫＥを規定する、向かい合って位置する２つの縁部（縁部対）を使用する代わりに、そのうちの２つのみが互いに向かい合う、縁部面あたり３つの縁部のみが存在することもできる。第３の縁部は、２つの最初の縁部とともに、縁部面ＫＥを規定する。縁部対は、第２の縁部面ＫＥ２において完全に回避することもできる。最後に、縁部対を全く使用することなく、代わりに、物体の回転のみによって、２つの異なる平行な平面ＫＥ１及びＫＥ２を規定する４つの測定縁部のみを使用することもできる。しかし、この後者の場合には、その際、衝突物又はジェット生成要素の回転の助けを借りてのみ、ジェット径及びその中点を特定することができる。単一の測定縁部のみが設けられる場合には、全ての必要とされる縁部位置がこの１つの縁部の助けを借りて測定されなければならないので、それに応じて、より多くの位置変更が必要とされる。
【０１５３】
衝突物の変位及び回転を用いることなく、全ての必要な測定を実行するのに十分な数及び適切な配置の測定縁部２ｘを有する衝突物２のための例示の実施形態が図３ａ〜図３ｃに示される。
【０１５４】
図３ａは、反射面に頼らない測定方法にのみ適している形態を示す。図３ａは、断面のみを示す。平面図は、図２の例及び変形形態並びにこれらの図に関する説明と同様に選択することができる。
【０１５５】
衝突物２は、それぞれが３個〜４個の縁部２ｘによって形成される２つの平行な縁部面ＫＥ１及びＫＥ２を有する。下側縁部面ＫＥ１の縁部２ａ〜２ｄは、上側縁部面ＫＥ２の縁部２ｅ及び２ｆより、互いに離間して存在する。上側面ＫＥ２の縁部と下側面ＫＥ１の縁部との間の縁部面の方向における間隔は、全ての縁部２ｘを検出できるようなサイズ、すなわち、液体ジェット１によって仮定される全ての入射角３１の場合に検出できるようなサイズであるべきである。間隔は通常、ジェット径より大きくすべきであり、好ましくは、１０ジェット径より大きくすべきである。縁部の前方において表面に衝撃を与える。これは以下の最小間隔’２２ａ’ｍｉｎを与える。
【数１】
0006629766.tif 000002
【０１５６】
ここで、ｄは液体ジェットの直径であり、’３１’ｍａｘは、仮定される最も大きな入射角である。縁部２ｘとの相互作用が依然として明確に特定できるとき、縁部２ａ〜２ｄのスペーサーへの締結の任意の所望の形態を選択することができる。スペーサーは、縁部面ＫＥ１の縁部２ａ〜２ｄにおける相互作用が顕著であるので、摂動ジェットが、存在する場合がある任意の基底に突き当たる前に、相互作用を測定できるのを確実にする。このために、一方では、スペーサーは十分に高くなければならず、他方では、偏向したジェットが、偏向を測定できる前にスペーサーと衝突できないほど十分に細くなければならない。スペーサー、縁部及び縁部締結は、液体ジェットを受けて過度に曲がらないように、又は他の理由から、所望の測定精度より大きく、互いに対する縁部（２１、２２ａ、２２ｂ）の位置決めを変更しないように、十分に安定していなければならない。予想される入射角３１において縁部が液体ジェットと相互作用するのをスペーサーによって妨げられるほど、スペーサーは縁部を越えて遠くに達するべきではない。この要件は、縁部面ＫＥ１及びＫＥ２間の間隔にも当てはまる。スペーサー、又は縁部面の間隔が非常に大きい場合には、縁部面内の縁部の間隔がそれに応じて調整されなければならない。
【０１５７】
図３ｂは、反射面３に頼る測定に適している変形形態を示す。ここでは、衝突物２の下方に基準面として反射面３が存在する。第２の反射面３が、縁部面ＫＥ１とＫＥ２との間の表面上に位置する。最後に、上側縁部２ｅ〜２ｈの締結部上に、更に第３の反射面３が存在する。これは、例えば、液体ジェット１が所望のように上側縁部２ｅ〜２ｈを実際に測定したこともチェックする１つの方法である。しかし、反射面３は省略することもできる。他の反射面を少なくすることもできる。反射面は、縁部締結部の全表面を覆う必要はない。良好な測定のために、反射面から測定縁部までの移行のみが測定可能である必要がある。一実施形態では、衝突物全体が反射材料からなる。別の実施形態では、衝突物は反射材料で完全に被覆されるが、縁部の相対的な位置は引き続き正確にわかる。スペーサーに関しては、図３ａと同じことが当てはまる。
【０１５８】
図３ａ及び図３ｂは、外側に測定縁部２ｘを有する。当然、内側に測定縁部２ｘを配置することもできる。これが図３ｃに示される。２つの異なる縁部面ＫＥ１及びＫＥ２上にある内向きの測定縁部２ａ〜２ｈに加えて、２つの縁部２ａ’及び２ｂ’も外側に示される。これらは単純に、より多くの測定点を提供し、それにより、より厳密な測定を可能にすることができる。しかし、それらは必ずしも使用される必要はなく、なくすこともできる。
【０１５９】
しかしながら、この代わりに、同じ縁部面ＫＥ１の内側縁部２ａ及び２ｂをなくすこともできる。外側縁部２ａ’及び２ｂ’をなくす場合には、最も下にある反射面３は、より小さくなるように選択することができる。最も上にある縁部面ＫＥ１の締結部上の反射面３も同様になくすことができる。存在する場合には、このようにして、同様にチェック値を得ることができる。例えば、測定光を用いて距離の長さを反映させ、それを測定時と理論上とで比較し、それにより、その向きにおける総合誤差を識別することができる。
【０１６０】
図４ａ及び図４ｂは、測定手順を示す。図４ａは、液体ジェット生成要素４（機械の機械加工ヘッド等）が変位することができる事例を示す。被加工物６が被加工物ホルダー５上に存在する。較正するための役割を果たす衝突物２が、これに締結される。代替的には、衝突物２は、被加工物６上に締結することもできる。他の可能性はマイクロメーター測定台、又はクランプ装置５の他の側における位置である。最後に、クランプ装置自体の外側縁部又はその一部を適切に設計することもできる。しかしながら、いずれの場合も、液体ジェットは、図１ａに示されるように、液体ジェットが分解する前に衝突物２及びこれに達することができなければならない。
【０１６１】
しかしながら、衝突物２、被加工物６、及び衝突物２の取付け具を適切な寸法にする場合、液体ジェット生成要素４が２つ以上の平面内で動くことは絶対に必要であるとは限らない。しかし、それは、液体ジェットの伝搬方向ＦＳが存在する平面にすべきではない。
【０１６２】
図４ｂにおいて、ジェット生成要素は静止したままであり、クランプ装置５が、その装置に締結された衝突物２とともに動かされる。代替的には、衝突物２は被加工物６に締結することもでき、被加工物６が動かされる。
【０１６３】
衝突物２が、それとともに位置を変更することができるマイクロメーター測定台又は何らかの他の締結具に締結される場合には、衝突物２のみを動かすことができ、液体ジェット１、クランプ装置５及び被加工物６は固定されたままである。
【０１６４】
全ての場合に、取り得る相対運動は十分に大きくなければならず、衝突物２の位置決めは、衝突物２上の全ての必要な測定点を検出することができるか、又は液体ジェット１と相互作用させることができるように選択される。
【０１６５】
図５は、衝突物２の反射特性を利用する測定システムの可能な実施形態を示す。以下の説明において、「光」は、液体ジェット１内で導くことができる任意の電磁放射を意味する。これは通常、０．１ｎｍ〜１ｍｍ程度の波長範囲内の放射である。
【０１６６】
光源８、好ましくはレーザー、好ましくは、被加工物の機械加工にも適しているレーザーが、電圧源７の助けを借りて動作する。レンズ９によって、光源８からの光ビームが拡大される。拡大された光ビームは、減衰させるために、フィルターホイール１０のフィルターを通して測定モードにおいて導光される。それゆえ、測定によって衝突物２は破壊されない。光源８がレーザーでない場合、又はレーザーケーブルが十分に小さい場合には、拡大レンズ９及びフィルターは不要であり、なくすことができる。
【０１６７】
光ビームは偏向ミラー１１によってレンズ１２の中に導光され、レンズ１２は、液体チャンバー１４のノズル上にその焦点を有する。レンズ１２の後に、光ビームは半透明ミラー１３を通り抜け、半透明ミラー１３は、上方から入射した光をできる限り減衰させない。しかしながら、高電力レーザーを減衰させるために、レンズ及びフィルターの組み合わせ（９、１０）の代わりに、このミラー１３を使用することもできる。このようにして、光はノズル入口において液体チャンバー１４（概略的にのみ示される）内に集束し、それにより、液体ジェットの中に結合される。液体チャンバー、液体ノズル、ガス入口及びガスノズルの正確な形状は種々の設計を有することができ、本明細書の一部ではない。しかし、これらの構成要素の結果が、導光体として適している液体ジェット１である。
【０１６８】
液体ジェット１は、光ファイバーと同様に働き、光ビームを導く。液体ジェット１が、図１ａと同様に液滴に分裂するとき、光が抽出され、実際には液体チャンバーへの後方反射は生じない。液体ジェット１が、図１ｂと同様に縁部に突き当たる場合には、反射によって同じく光が抽出され、後方反射はほとんど生じない。
【０１６９】
しかし、液体ジェット１が反射面３に突き当たる場合には、結合される光のうち、より大きな部分が反射され、液体ジェット１を通って液体チャンバー１４まで後方に進む。ここで、光は液体から抽出され、今度は、下側から半透明ミラー１３に突き当たる。これは、反射測定光を、フィルターホイール１０内の空の開口部を通してレンズ１５上に導光し、レンズ１５は更に、その光を光検出器１６（フォトダイオード等）上に集束する。フィルターホイール１０は、この位置において、例えば、散乱光を最小化するか、又は測定電子回路を保護するフィルターを備えることもできる。
【０１７０】
光検出器１６は電子回路１７に接続される。この変形形態では、これは更に、フィルターホイール１０を制御することができる。フィルターホイール１０は、測定モード及び加工モードごとに適切な位置に配置されるべきである。代替的には、センサー用、及びフィルターホイール用の電圧源、読出し電子回路、メモリ、制御ユニットは別々にし、異なる場所に収容することができるか、又は他の機構によって可能にすることもできる。例えば、読出し方法は、閾値を横切るのを単に判断することができるか、又は信号電圧内の変動をプロットすることができる。しかし、パルス式レーザーに関する実行時解析を実行することもできるか、光散乱効果を最小化するためにロックイン増幅器及びパルス式光源と連携させることもできる。
【０１７１】
機械加工レーザーが測定レーザーとして使用されることになる場合、最も簡単な事例では、フィルターホイール１０は、大きく減衰させるフィルターと、光源のスペクトルのための開放通路又はフィルター（「透明」）とを装備する。当然、必要に応じて、更なるフィルターを使用することができる。
【０１７２】
測定モードでは、拡大された後のレーザー光は、大きく減衰させるフィルターによって所望の電力まで減衰する。この状況では、その際、開放位置又は透明フィルターが光検出器１６の前方にある。このようにして、光検出器１６は、反射光の取り得る最大量を取得し、衝突物２はレーザー光による損傷から保護される。
【０１７３】
機械加工モードでは、フィルターホイール１０は１８０度だけ回転する。この時点で、レーザーは、減衰することなく、被加工物６上に突き当たる。機械加工中に生成された反射光は、光検出器１６に最大強度で衝撃を与えないようにフィルターによって妨げられ、それにより、光検出器１６は保護される。
【０１７４】
減衰がフィルターを用いて行われるのではなく、ミラー１３を用いて行われる場合には、検出器１６を保護するために、光検出器１６は、機械加工モードにおいてビーム経路から取り除かれなければならないか、又は相応に頑強な検出器１６にしなければならない。また、レーザー自体又は光学系を反射から保護することが必要な場合もある。
【０１７５】
測定が、衝突物２に対する損傷を引き起こすおそれのないほど低電力である光源８を用いて行われている場合には、減衰は不要となる。検出器が、損傷を受けることなく全ての種類の反射に耐えるほど十分に頑強でない場合には、測定レイアウト全体又は少なくとも検出器ユニットは、機械加工モードにおいて、例えば、隔膜によって結合を解除されるべきである。
【０１７６】
当然、他の光学システムも考えられる。例えば、適切に形作られたミラーを用いて、レンズのうちの幾つかから置き換えることもできる。半透明ミラーの代わりに、例えば、適切にコーティングされた適切なプリズムを使用することができる。フィルターも使用される必要がないか、又はホイールに取り付けられる必要はない。例えば、１つ又は複数のスライダーも考えられる。フィルターはさらには、半透明ミラー又はプリズムによって置き換えられる場合がある。調整可能な電力を有するレーザーを使用することもできる。構成要素が互いに異なる配置になるように、ビーム経路を調節させることもできる。
【０１７７】
適切なレイアウト（高速パルスレーザー、十分に感度の高い検出器及び正確なタイミング）によって、液体ジェットの内部反射と、その位置を測定することもできる。このようにして、反射面３を用いない場合であっても、液体ジェット１の３つの状態の違いを識別することができ、距離情報が得られる。
【０１７８】
図６は、反射を観測しながら測定が行われる事例の取り得る測定系列を示す。
【０１７９】
ここでは、液体ジェットが、衝突物２を横切って図２の線Ａ−Ａに沿って導かれると仮定される。ここで検討される衝突物は、反射面３を備える衝突物である。
【０１８０】
５つの理論曲線が示される。ｘ軸には、（Ａ−Ａに沿って）変位中の相対位置がプロットされる。ｙ軸には、光検出器の信号が示される。参照符号は、図２及び図３からの特定の例示の実施形態を示す。３つの信号レベルがある。すなわち、
ｆ：実際には信号がない（自由液体ジェット１）、
ｕ１：強い信号（反射面３上の非摂動液体ジェット１）、
ｕ２：弱い信号（反射性の低い表面上の非摂動液体ジェット）。
【０１８１】
液体ジェットが縁部と触れる場合には、信号が低い値に降下する。このようにして、縁部の相対位置を極めて厳密に測定することができる。
【０１８２】
準連続測定の場合の測定系列が示される。これは、相対運動の速度に比べて、信号が非常に短い間隔において記録され、読み出される測定を意味する。当然、反復法において縁部位置を測定することもできる。この場合、液体ジェット１が縁部２ｘのうちのどの側において見いだされるかに関して繰り返し判断され、異なる結果を伴う２つの測定間の間隔内で次の測定点が選択される。その後、所望の精度で位置がわかるまで、この測定値が、次の点を選択するための間隔を定める。
【０１８３】
相対運動は直線上で生じる必要はない。明白な縁部が交差する限り、全ての可能な走査パターンが考えられる。そして、これらの走査パターンはそれぞれ、準連続的に、又は離散的に測定することができる。また、測定は、連続運動中に、又は停止時に行うこともできる。加速運動も考えられるが、その評価は、より難しい。しかしながら、運動が速すぎて、液体ジェット１をもはや直線と見なすことができない場合には、評価はより複雑になり、ジェット１の伝搬方向ＦＳに関して更なる情報を得る必要がある。運動が更に速い場合には、十分な長さの損なわれていない元のままの（無傷の）液体ジェット１を形成できないことが起こる場合がある。これらの状況下では、もはや測定を実行することはできない。
【０１８４】
液体ジェットが帯電するか、又はその中に流れる電流を有する場合には、液体ジェットを外部電磁界によって偏向させることもできる。ガス圧がジェットを変形させることもできる。ジェットの伝搬方向ＦＳが重力ベクトルに対して平行でないときにも同じことが生じる場合がある。これらの全ての事例において、ジェットの伝搬方向におけるジェットを示す曲線が特定されなければならない。
【０１８５】
図７ａ〜図７ｅにおいて、液体ジェットの角度位置、すなわち、ジェット角３２及び入射角３１をいかに特定できるかが説明される。図３の説明において既に言及されたように、ここでは、一例のみが、すなわち、２つの縁部面ＫＥ１及びＫＥ２内に３つの測定縁部２ａ、２ｅ及び２ｆを有する衝突物２の例のみが検討されることになる。この例では、衝突物２は静止していると仮定され、液体ジェット１が動いている。液体ジェット１の相対運動が測定される。また、１次元における運動のみが検討される。他の角度（３２．２及び３１．２）も同様に測定し、計算することができる。また、衝突物２が動いており、液体ジェット１が静止している事例、及び両方が動いている事例も、同じようにして評価されるべきである。さらに、本明細書において説明される角度及び平面は幾分恣意的に選択されることが強調されるべきである。それらは、近接して位置する座標系を互いに変換するために、又は衝突物２と液体ジェット１との相対的な位置を記述するために使用されるべきである。その場合、例えば、衝突物２によって規定されるか、ジェット１によって規定されるか、又は液体ジェット生成要素の運動面ＢＥ＿Ｄによって規定される座標系が使用されることになる。
【０１８６】
図７ａは、状況の略図を示しており、既知の変数及び求められる変数を示す。３つの点２ａ、２ｅ及び２ｆは、衝突物２の縁部を表す。これらの点を通って延在する２つの破線は、２つの平行な縁部面ＫＥ１及びＫＥ２である。点線は異なる縁部面ＫＥ１及びＫＥ２上の縁部のうちの２つ２ａ及び２ｅを結ぶ。縁部面ＫＥ１及びＫＥ２に対する垂直線Ｎは、図７ａにおいてベクトルとして描かれる。太い破線はジェット生成要素の運動面ＢＥ＿Ｄである。３つの平行な一点鎖線はそれぞれ、縁部２ａ、２ｅ、２ｆのうちの１つと接触する時点における液体ジェットＦＳ１〜ＦＳ３を表す。
【０１８７】
衝突物２は十分に調査されるので、縁部面ＫＥ１又はＫＥ２内の縁部間隔（２２ａ及び２２ｂ）並びに縁部面ＫＥ１及びＫＥＩ２の間隔２１は既知である。その測定は、運動面ＢＥ＿Ｄに沿ったジェットの変位の長さ（２３ａ及び２３ｂ）をもたらす。その一方で、入射角（Ｎと液体ジェットＦＳとの間の角度）３１が求められ、他方で、ジェット角（運動方向ＢＤ＿Ｄに対する液体ジェットＦＳの角度）３２が求められる。これら２つの角度の助けを借りて、その際、運動面ＢＥ＿Ｄと縁部面ＫＥとの間の角度を記述することもできる。すなわち、９０度＋’３１’−’３２’である。
【０１８８】
ここで、以下の図は、所与の情報からこれら２つの角度をいかに得ることができるかを示す。
【０１８９】
図７ｂに示される三角形において、角度３３及び長さ２４は、２つの既知の間隔２１及び２２ａから正接定理及びピタゴラスの定理によって求めることができる。
【０１９０】
図７ｃでは、２３ａの平行な変位によって三角形が生成された。図７ｂから長さ２４が既知である。角度３４は、’３４’＝’３３’−’３１’に等しい。このために、図７ｂ及び図７ｃにおける縁部２ｅの角度を比較する。角度３２は、求められるジェット角のうちの１つである。正弦則から、以下の結果になる。
【数２】
0006629766.tif 000003
これにより、入射角３１とジェット角３２との間の第１の関係が得られる。
【０１９１】
図７ｄでは、別の三角形が生成される。今度は、２３ｂの平行な変位による。その測定値がここで比較されている２つの縁部は、縁部面ＫＥ２内に存在する。この三角形を図７ｃからの三角形と比較する場合には、’３３’＝９０度及び’２４’＝’２２ｂ’、すなわち、縁部面内の２つの縁部の間隔に等しいという結果になる。ここで、測定される間隔は、’２３ｂ’である。それゆえ、以下の結果になる。
【数３】
0006629766.tif 000004
【０１９２】
したがって、ここで、２つの未知の角度に関する２つの式が得られ、それゆえ、２つの角度に関して一義的に解くことが可能である。
【０１９３】
当然、３つ全ての縁部２ａ、２ｅ及び２ｆが異なる平面ＫＥ１〜ＫＥ３上に存在することもできる。その際、図７ｃのより一般的な手順が２回適用されることになる。これは、各事例における第２の縁部面ＫＥ２の２つの縁部２ｅ及び２ｆを第１の縁部面ＫＥ１の縁部２ａと比較することによって行うこともできる。
【０１９４】
図８ａ及び図８ｂでは、測定が更に説明される。８ａはジェット状態「非摂動」（位置Ａ）からジェット状態「摂動」（位置Ｂ）への移行を示す。ｘ軸上には、変位Ｘのための相対位置がプロットされる。ｙ軸は、任意の所与のセンサー信号の強度Ｉを与える。センサーは２つの値を測定する。すなわち、値ｕは、非摂動状態を示し、値ｇは摂動状態を示す。ｕがｇより大きいか、その逆であるかは、使用されるセンサーと、測定される量によって決まる。ここでは、一例のみが与えられる。
【０１９５】
ここで、測定は以下のように行われる。
【０１９６】
状態が特定される。これは、「非摂動」、「摂動」、又は「自由」のいずれかの場合がある。３つ全ての状態を区別することができるセンサーを使用するか、又は２つの状態のみを区別することができるセンサーを使用する。２つの状態（「非摂動」及び「非摂動」以外）のみを区別することができるセンサーを使用する場合には、測定された変化を測定点と一致させることができるほど正確に、相対位置の変化を知る必要がある。
【０１９７】
ここで、相対位置変更が行われる。衝突物若しくは液体ジェット、又はその両方が互いに対して変位することができる。また、衝突物、液体ジェット又はその両方を傾斜又は回転させることによって、相対位置変更が成し遂げられることも考えられる。測定の方策によるが、より大きな変位、又はより小さな変位を行うことができる。しかし、変位自体は測定することができるが、それは必須ではない。
【０１９８】
変位が成し遂げられた後に、再度、液体ジェットの状態（「非摂動」、「摂動」、「自由」）が特定される。対象となる状態が特定された場合には、液体ジェット生成要素及び測定縁部の相対位置が特定される。これは、独立した測定によって（例えば、レーザー距離計を用いる）、又は変位を観測することによって（例えば、ステップモーターの回転を算出することによって）、行うことができる。好ましい実施形態では、較正された機械による被加工物の機械加工中にも使用される測定システムが使用される。
【０１９９】
測定方法及び物体によっては、異なる対象となる状態を選択することができる。例えば、空間的に小さなサンプリング速度は、状態「摂動」を伴うことができる。一方、サンプリングが粗い場合には、「摂動」状態を検出する測定が存在しないことが起こり得る。この場合、対象となる状態として「自由」、「非摂動」のいずれかを規定することが有用な場合がある。また、「非摂動」状態のみを認識する測定方法が利用されている場合には、対象となる状態は、「非摂動」又は「非摂動」以外のいずれかになるであろう。同じことは、他の状態を検出する測定システムにも当てはまる。
【０２００】
対象となる状態の第１の測定の位置を使用する代わりに、異なる状態にある液体ジェットによる最後の位置を使用することもできる。別の取り得る選択は、２つの位置を結ぶ線の中間にある点である。しかしながら、後続の測定は、現在の位置が状態変化前の位置であるか否かを示すにすぎないので、後者２つの可能性は、状態測定ごとに相対位置が特定されることを必要とする。
【０２０１】
対象となる状態は、衝突物の測定点において仮定される状態である。原則として、測定点は鋭い縁部の一部であり、それゆえ、状態「摂動」を伴う。しかし、測定点が特に良好な反射性マーキングであることも考えられる。この場合には、その際の状態は「非摂動」になり、適切なセンサー上に最大の信号が生じることになる。他の種類のマーキングも可能であり、他の種類のセンサーによって認識することができる。また、センサー自体がマーキングを表すこともある。すなわち、圧力センサーは、例えば突き当たる液体ジェットからの圧力を認識することができる。
【０２０２】
センサーによるが、ここで、状態を直接検出することができるか、又は予想される移行が検出されることになる。反射面から戻り、ジェットの中に結合される光を測定することができる光センサーが、例えば、縁部を有する衝突物及び反射面と、液体ジェットが「衝突物の縁部」から「反射面」への移行を越えて進むような相対位置変更とともに使用されることになる。この場合、センサーは、突然の信号上昇又は信号降下として移行を感知する。これは図８ａにおいて示される。
【０２０３】
音響センサーが、例えば、状態「摂動」と「自由」とを区別することができる。そのようなセンサーを使用するために、縁部を備えるが、この縁部の下方に表面を持たない衝突物と、「液滴に分裂するまで下方への制限がない」から「縁部」への移行を越えて液体ジェットを進行させる相対位置変更とを選択する。ここでも、その移行は、図８ｂに示されるように、突然の信号変化によって明らかにされるはずである。
【０２０４】
図８ａ及び図８ｂは、場所が個別のステップに分割されるデジタル曲線を示す。状態間を円滑に移行させるほどステップサイズが十分に小さい測定と同様に、依然として、連続的な測定も可能である。この場合、これまで通りに移行を規定するために、閾値が設定されなければならない。そのような閾値は、一定の測定値とすることができるか、又は信号曲線内の規定された傾きとすることができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図２ｆ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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