用于测量引导激光束的流体射流的设备的制作方法

本发明涉及一种用于利用耦合至加压的流体射流中的高强度激光束来加工工件的设备。根据本发明，特别地，该设备被配置成测量引导所述激光束的所述流体射流。本发明还涉及一种用于测量引导高强度激光束的流体射流的方法，其中，该激光束适合于加工工件。本发明尤其涉及基于激光感应的二次发射来测量流体射流的长度和/或流动特性。

背景技术：

用于利用耦合至加压的流体射流中的激光束来加工工件的传统设备是普遍已知的。为了利用激光束来加工工件，通常利用流体射流生成喷嘴来生成流体射流，以及将激光束耦合至该流体射流中并通过全内反射将该激光束在该流体射流中引导至工件上。

在传统的设备中通常遇到的问题是，流体射流仅在从流体射流生成喷嘴开始的一定的绝对长度上是层流状的。超过该长度，流体射流变得不稳定，并且最终分散成液滴。一旦流体射流变得不稳定，流体就不再能够引导激光束从而可以有效地加工工件。当流体分散成液滴时，激光束甚至被散射。

值得注意的是，在本文中，术语“流体射流”是指层流状的流体射流。在变得不稳定之后，流体在分散成液滴之前可能仍会以连续的液体流传播。另外，流体射流的“可用”长度可能比其“绝对”长度更短，这是因为只有自由流动的流体射流在从设备输出之后才可用于加工工件。

因此，为了有效的加工过程，必须将工件放置在足够靠近设备的位置，使其受到流体射流的可用部分的撞击。

如果流体射流的可用长度变得太短，则有效的加工过程可能因此无法进行。另外，非常短的流体射流或完全不存在流体射流可能表明设备存在更严重的问题，例如流体射流生成喷嘴破碎。

此外，流体射流的流动特性也可能影响工件加工过程的效率。

鉴于上述情况，在实际加工工件之前，确定流体射流的可用长度将是非常有利的。另外，如果还可以确定流体射流的流动特性(例如流体射流的层流行为或流体中的扰动)，则将是更加有利的。遗憾的是，传统的设备不允许流体射流的可用长度的任何固有测量。可以使用外部测量装置，但通常效率低下，这是因为没有针对当前情况进行专门地设计，所述当前情况即测量耦合至非常薄的流体射流(15μm至500μm)中的高强度激光束的情况。

因此，本发明旨在改进传统的设备和流体射流测量方案。因此，本发明的目的是提供一种用于测量引导适合于加工工件的高强度激光束的流体射流的设备和方法。特别地，应当确定流体射流的长度。此外，应当得出流体射流的流动特性。本发明的另一目标是使得能够实现由激光束引入至流体射流中的激光功率的简单测量。

因此，特别地，本发明旨在提供一种用于执行所述测量的简单但精确且非侵入式的解决方案。特别地，既应当不需要复杂的测量设置，对测量结果的后处理也应当不需要大量的时间和计算资源。所有的测量还应当可以由设备本身执行，其中，尽管如此，紧凑的设备仍然是期望的。

技术实现要素：

本发明的目的是通过所附独立权利要求中提供的方案来实现的。在从属权利要求中限定了本发明的有利实施方式。

特别地，本发明提出：基于激光感应的二次发射，即基于由激光束与流体射流的相互作用而生成的二次电磁辐射，确定流体射流的可用长度和/或绝对长度，并且可选地检测所述流体射流的流动特性。

本发明的第一方面提供了一种用于利用高强度激光束加工工件的设备，所述设备被配置成提供加压的流体射流并将激光束耦合至该流体射流中，其中，所述设备包括检测单元，所述检测单元被配置成接收和检测由激光束在所述流体射流中生成的二次辐射，所述检测单元包括感测单元，所述感测单元被配置成将二次辐射转换为检测信号，其中，所述设备被配置成利用所述检测单元在沿流体射流的单个位置或多个不同位置处生成多个检测信号。

“高强度”激光束是适合于加工工件的激光束，其中，所述工件可以由包括例如金属、陶瓷、金刚石、半导体、合金、超合金或超硬材料的材料制成。因此，“加工”工件至少意味着切割工件、对工件钻孔或使工件成形。高强度激光束具有20w至400w或甚至更高的激光功率。因此，激光束可以是脉冲激光束，但是也可以是连续的激光束。优选地，“加压的”流体射流的压力为50bar至800bar。

流体射流的“长度”可以是从其从设备输出的位置开始的可用长度，或者可以是从其生成的位置开始的绝对长度。因为设备的构造是已知的，所以获得了可用长度就直接得到了绝对长度，反之亦然。

术语“沿流体射流”是指沿流体射流的传播方向，或者沿(如果流体射流被生成的话)流体射流将要传播的方向(即，流体射流潜在的传播方向)。流体射流的(潜在的)传播方向通过设备的构造、特别是通过生成流体射流的部件(例如，流体射流生成喷嘴)的构造和取向而被很好地确定。生成的流体射流被足够地加压以线性地传播，使得流体射流的传播方向也可以外推超过其稳定长度。因此，也可以选择沿流体射流的多个不同位置(在这些位置中的一个或多个位置处不存在流体射流的情况下)。

为了从单个位置生成多个检测信号，检测单元可以相对于设备的生成流体射流的部件(例如，相对于流体射流生成喷嘴)是固定的。所生成的多个检测信号中的每一者可以增强从流体射流的不同部分接收并因此以不同的入射角到达感测单元的二次辐射。感测单元可以考虑该入射角，以从固定位置生成所述多个检测信号。

为了从沿流体射流的多个不同位置生成所述多个检测信号，检测单元可以相对于所述设备的生成流体射流的部件(例如流体射流生成喷嘴)沿流体射流可移动。

优选地，将检测单元定位成使得感测单元可以检测由激光束在流体射流中感应并且在所有方向上远离流体射流传播的二次电磁辐射的至少一部分。值得注意的是，激光感应的二次辐射中的一些可能会行进至其它地方，而不是进入检测单元。

由检测单元接收的二次辐射提供了沿流体射流的给定位置处是否存在层流状流体射流的准确指示。特别地，由感测单元产生的信号表现出取决于层流状流体射流是否存在于给定位置的特征行为。实际上，优选地，二次辐射仅在这种流体射流中生成，而不是在任何连续的流体流中或甚至在流体液滴中生成。因此，二次辐射可以用于准确地确定可用流体射流的长度。此外，二次辐射还可以允许准确地确定流体射流的流动特性。

需要注意的是，能够提供流体射流的长度以及可选地流体射流的流动特性的指示的二次辐射仅利用在用于加工工件的设备中必然使用的高强度激光束生成。例如，传统的激光指示器装置将不会在流体射流中生成这种二次辐射。

特别地，利用二次辐射来测量流体射流的思想得到一种简单但精确的方案。另外，所述设备可以是紧凑的，尽管其所有部件可以有利地集成在一起。所述设备可以本身执行测量，即不需要外部设备。

在所述设备的优选实施形式中，检测单元还包括光谱分离单元，该光谱分离单元被配置成将所接收的二次辐射的至少一部分隔离至感测单元上。

因此，感兴趣的辐射(其为所述二次辐射的所述至少一部分或包括所述二次辐射的所述至少一部分)可以与(如果光谱分离单元不存在的话)也将潜在地撞击在感测单元上的不期望的辐射分离。特别地，光谱分离单元被布置并配置成接收包括远离流体射流传播的二次辐射的辐射，可以将感兴趣的辐射与所接收的辐射隔离，以及可以将感兴趣的辐射提供给感测单元。因此，光谱分离单元防止了不期望的辐射到达感测单元。这种不期望的辐射可以是环境光、激光或其它不感兴趣的激光感应的二次辐射(或更高阶辐射)。当使用光谱分离单元时，检测信号更准确地反映感兴趣的辐射，并因此可以提供更加精确的关于流体射流是否存在以及存在于何处(即，在什么位置(一个或多个))的指示。

在所述设备的另一优选实施形式中，光谱分离单元包括滤光器、棱镜、介电镜、衍射光栅或多孔光学装置。

在所述设备的另一优选实施形式中，检测单元是固定的，并且被配置成从其固定位置观察沿流体射流的确定的长度部分，并且所述设备被配置成利用检测单元在该检测单元的固定位置处生成多个检测信号。

该特定的实施形式允许在设备的生成流体射流的部分与检测单元之间没有相对移动的情况下测量流体射流。这使得设备的设置更加容易。优选地，检测单元具有大的或甚至无限大的孔，以便能够以大范围的入射角接收来自流体射流的辐射。因此，检测单元至少能够观察沿流体射流的所述确定的长度部分，优选地甚至能够观察理想流体射流的整个长度(即，流体射流可能的最大长度)。例如，感测单元可以利用布置在多个不同位置、优选地布置在沿流体射流的多个不同位置处的多个感测元件来生成多个检测信号。这多个检测信号提供了在沿流体射流的何处生成二次辐射的指示。因此，可以以高精度确定流体射流的长度。

在所述设备的另一优选实施形式中，感测单元是电荷耦合器件或者是多个光电二极管的空间阵列、多个热敏二极管的空间阵列或多个雪崩二极管的空间阵列(或任何其它合适的光检测器)。

多个此类二极管的空间布置允许生成多个检测信号。例如，每个二极管可以生成一个检测信号，使得该检测信号提供可以通过感测单元观察的关于沿流体射流生成的二次辐射的指示、特别是在沿流体射流的确定的长度部分上生成的二次辐射的指示。该实施形式的感测单元对于固定的检测单元是有利的。

在所述设备的另一优选实施形式中，所述设备还包括运动单元，该运动单元被配置成使检测单元沿流体射流移动，其中，所述检测单元包括观察单元，该观察单元被布置成允许朝向感测单元传播的二次辐射进入，并且所述设备被配置成利用检测单元在沿流体射流的多个不同位置处生成多个检测信号。

该特定的实施形式允许利用所述设备的生成流体射流的部分与检测单元之间的相对移动(即通过移动检测单元)来测量流体射流。值得注意的是，检测单元可沿流体射流移动并不意味着其移动方向平行于流体射流的传播方向。检测单元的移动方向也可以与流体射流的传播方向成一定角度。检测单元的移动方向甚至不必须是直线的。这是因为相对于流体射流的传播方向的任何角位移都可以容易地校正，例如通过所述多个检测信号的信号处理而进行。当然，检测单元的移动方向也可以平行于流体射流的传播方向。再次，如上所述，流体射流的传播方向不取决于流体射流的存在或不需要流体射流的存在，而是由设备的构造确定。

优选地，运动单元被配置成针对沿流体射流的每个不同位置生成一个检测信号。然而，也可以将运动单元配置成针对沿流体射流的同一个位置生成多个检测信号。

优选地，观察单元限制检测单元的孔，以便提高沿流体射流感测到的辐射的空间分辨率。因此，检测信号可以更精确地反映在沿流体射流的给定位置处在流体射流中生成的二次辐射。

在所述设备的另一优选实施形式中，检测单元被配置成在由运动单元沿流体射流移动时连续地或重复地检测二次辐射并从而生成多个检测信号。

以这种方式，可以执行流体射流的精确测量、即沿流体射流在流体射流中生成的二次辐射的精确测量。

在所述设备的另一优选实施形式中，运动单元被配置成沿流体射流至少在第一参考点和第二参考点之间的确定的距离上移动检测单元。

所述确定的距离应当至少与有效地加工工件所需的流体射流的长度一样大。第一参考点优选尽可能地靠近所述设备的生成和/或输出流体射流的部分。最优选地，第一参考点在所述设备的生成流体射流的部分的流体出口孔或喷嘴处。

在所述设备的另一优选实施形式中，所述确定的距离为0至25cm、优选地为0至15cm。

这允许足够大的测量范围，甚至比理想流体射流的长度更长。

在所述设备的另一优选实施形式中，运动单元被配置成沿流体射流以小于2mm、优选地以10μm至2mm的空间分辨率逐步地移动检测单元。

以这种方式，流体射流的非常精确和高分辨率的测量、即沿流体射流生成的二次辐射的非常精确和高分辨率的测量是可能的。

在所述设备的另一优选实施形式中，观察单元是限定孔的开口或远心透镜。

例如，该开口被实现为狭槽，优选地，该狭槽垂直于流体射流的传播方向延伸。也就是说，如果流体射流沿竖直方向传播，则该狭槽则为水平狭槽。(受限制的)孔提高了沿流体射流生成的二次辐射的测量的空间分辨率。

在所述设备的另一优选实施形式中，检测单元的沿流体射流的光学分辨率由孔的尺寸以及观察单元与流体射流之间的距离限定，并且所述孔的尺寸和所述距离被选择成使得检测单元的光学分辨率等于或高于运动单元的空间分辨率。

因此，沿流体射流的测量的准确度不受光学分辨率的限制，并且可以利用例如具有小于2mm的上述空间分辨率的精确的线性的运动单元非常准确地执行该测量。

在所述设备的另一优选实施形式中，感测单元包括光电二极管、热敏二极管或雪崩二极管(或任何其它合适的光检测器)。

因此，可以将简单且相当便宜的部件用于感测单元，以实现检测单元。该实施形式的感测单元对于可移动的检测单元是有利的。

在所述设备的另一优选实施形式中，检测单元还包括保护单元，该保护单元用于保护观察单元免受流体、湿气、灰尘和激光束加工的其它产物的侵入。

因此，增大了检测单元的寿命，检测单元不必经常清洗，并且能够提供更可靠的测量。

在所述设备的另一优选实施形式中，保护单元包括被配置成至少在检测单元的观察单元内产生过压的单元。

过压防止了不想要的加工过程产物和/或流体进入观察单元。即使某些不想要的产物或流体会进入，由所述单元产生的过压也将再次把这些产物或流体从观察单元中排出。

在所述设备的另一优选实施形式中，保护单元包括透明窗口，该透明窗口覆盖朝向流体射流的观察单元。

值得注意的是，优选地，该窗口至少对于感兴趣的二次辐射是透明的。该窗口可以不是对所有进入的辐射都是透明的，并因此可以附加地用作光谱分离单元(类似于上述)。优选地，该透明窗口设置有至少一个翻板，以便选择性地打开和关闭该用于访问检测单元的窗口。

在所述设备的另一优选实施形式中，该设备还包括可移动的加工单元，该可移动的加工单元被配置成提供加压的流体射流并将激光束耦合至该流体射流中，其中，该检测单元是固定的并且包括感测单元和观察单元，该观察单元被配置成允许朝向感测单元传播的二次辐射进入，并且所述设备被配置成移动加工单元，以便利用检测单元在沿流体射流的多个不同位置处生成多个检测信号。

该特定实施形式允许利用设备的生成流体射流的部分与检测单元之间的相对移动(即通过移动所述部分(例如流体射流生成喷嘴或包括所述喷嘴的加工单元))来测量流体射流。在其它方面，该实施形式以与上述具有可移动的检测单元的特定实施形式相似的方式工作。当然，也可以使检测单元和加工单元两者都是可移动的。

在所述设备的另一优选实施形式中，检测单元还包括布置在观察单元和感测单元之间的至少一个光学元件或组件。

该元件或组件可以用于使进入的二次辐射成形或改变进入的二次辐射的方向。例如，如果观察单元的孔相对较小，则为了增大检测单元的光学分辨率，所述元件或组件可以将接收到的辐射分散到光谱分离单元或感测单元上。可替选地，如果需要，所述元件或组件可以聚焦所接收到的辐射。因此，可以进一步提高检测单元的测量效率和性能。

在所述设备的另一优选实施形式中，二次辐射是由流体射流中的激光束的非弹性散射和/或荧光生成的电磁辐射。

特别地，非弹性散射是激光束在流体射流中的拉曼散射(ramanscattering)，并且是用于测量流体射流的优选的激光感应的二次辐射。

在所述设备的另一优选实施形式中，二次辐射是在流体射流中散射的激光。

如果由于任何流体射流缺陷而不能满足全内反射条件，则激光束的散射是可能的。因此，通过该二次辐射提供了能够提供内部反射的流体射流的长度的指示。

在所述设备的另一优选实施形式中，该设备还包括处理单元，该处理单元被配置成基于从感测单元接收的多个检测信号来确定流体射流的长度。

该处理单元可以处理所生成的检测信号，并且可以评估在沿流体射流的何处(即在哪个位置(一个或多个)处)生成二次辐射以及优选地还可以评估以多少量(即二次辐射的强度)生成二次辐射。根据该信息，处理单元可以精确地确定流体射流长度、特别是可用的流体射流长度。然后，处理单元可以使用所获得的信息来指示设备的其它单元来执行特定的动作。例如，如果不存在流体射流，则处理单元可以控制生成激光束的激光单元停止，或者如果流体射流的长度不足，则处理单元可以控制所供应的用于生成加压的流体射流的流体的压力。另外，处理单元可以向操作者发送信号。

在所述设备的另一优选实施形式中，该设备还包括处理单元，该处理单元被配置成基于从感测单元接收的多个检测信号来确定耦合至流体射流中的激光束的功率和/或流体射流的至少一个流动特性。

沿流体射流的二次辐射的量和分布提供了有关由激光束耦合至流体射流中的激光功率的信息。通常，并非由激光单元为激光束提供的所有标称激光功率都必然耦合至流体射流中。然而，有利的是提供有效的加工过程来确定在流体射流中将多少标称激光功率引导至工件上。通常，这种测量是利用外部功率计或类似物进行的。相比之下，测量二次辐射和由二次辐射进一步确定流体射流中的激光功率是更快且更有效的。

根据流体射流的流动特性，二次辐射也可以表现出特征行为。例如，流体射流的扰动越少，沿该流体射流生成的二次辐射越均匀。因此，除了长度测量之外，检测二次辐射还提供了用于评估流体射流内的这些特性的有用工具。

本发明的第二方面提供了一种用于测量引导用于加工工件的高强度激光束的加压流体射流的方法，该方法包括提供流体射流并将激光束耦合至流体射流中，利用检测单元接收和检测由激光束在流体射流中生成的二次辐射，其中，所述检测包括：利用感测单元将二次辐射转换成检测信号，并且利用检测单元在沿流体射流的单个位置或多个不同位置处生成多个检测信号。

利用第二方面的方法，可以实现与上面针对第一方面的设备所描述的优势和效果相同的优势和效果。

值得注意的是，特别地，“利用”某个单元执行的方法步骤指该方法步骤是“由”该单元执行的。

在所述方法的一优选实施形式中，该方法还包括沿流体射流移动检测单元，以便在沿流体射流的多个不同位置处生成多个检测信号。

因此，该实施形式实现了与上面针对具有可移动的检测单元的设备所描述的优势相同的优势。对于该设备，当然也对于该方法，可替选地是，可以通过移动流体射流(即，移动生成流体射流的部件)而沿流体射流相对地移动检测单元。

在所述方法的另一优选实施形式中，该方法还包括：利用处理单元限定第一参考值；利用检测单元在沿流体射流的第一位置处生成第一检测信号；利用处理单元将第一检测信号与第一参考值进行比较；以及如果第一检测信号低于第一参考值，则生成警报和/或中断该方法。

优选地，第一位置是参考位置，即，第一位置到流体射流的生成点的距离是已知的。优选地，第一位置与上述第一参考点一致。因此，第一参考值用作紧急警报或停止值。因此，优选从尽可能靠近用于输出流体射流的出口孔或出口喷嘴获得第一检测信号的情况能够用作一个和/或多个问题(例如流体射流生成喷嘴损坏)的指示器。在这种情况下，流体射流不具有任何可用的长度。值得注意的是，所述设备的在沿流体射流的多个不同位置处获得多个检测信号的那些实施形式被配置成执行该方法的该实施形式。

在所述方法的另一优选实施形式中，该方法还包括：利用处理单元限定第二参考值和/或第三参考值；利用检测单元在沿流体射流的另一位置处生成另一检测信号；利用处理单元将该另一检测信号与第一检测信号和所述第二参考值的第一乘积进行比较，和/或将该另一检测信号与所述第一检测信号和第三参考值的第二乘积进行比较；如果所述另一检测信号小于所述第一乘积或大于所述第二乘积，则基于所述第一位置与所述另一位置之间的距离确定流体射流的长度，以及如果所述另一检测信号等于或大于所述第一乘积和/或等于或小于所述第二乘积，则重复获得步骤和比较步骤。

如果所述另一检测信号小于所述第一乘积或大于所述第二乘积，则流体射流不能比所述另一位置距流体射流的起源(例如，距流体射流生成喷嘴)的距离更长。由于第一位置优选是已知的位置(例如与到流体射流的起源的距离是已知的上述第一参考点一致)，因此可以确定可用的流体射流长度。以这种方式，通过使用第二参考值和/或第三参考值，能够实现特别是可用流体射流长度的精确长度测量。结果的测量和处理是简单且快速的。值得注意的是，所述设备的在沿流体射流的多个不同位置处获得多个检测信号的那些实施形式被配置成执行该方法的该实施形式。

在所述方法的另一优选实施形式中，第二参考值为5％至95％、优选地为20％至80％，和/或第三参考值为105％至300％、优选地为140％至260％。

这些优化的参考值提供了稳健而精确的方法。

附图说明

本发明的上述各个方面和优选的实现形式在以下关于附图的具体实施方式的描述中进行了说明，其中：

图1示出了根据本发明的一实施方式的设备。

图2示出了根据本发明的一实施方式的设备。

图3示出了根据本发明的一实施方式的设备。

图4示出了根据本发明的一实施方式的设备。

图5示出了根据本发明的一实施方式的设备。

图6示出了根据本发明的一实施方式的设备。

图7示出了根据本发明的一实施方式的方法。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一实施方式的设备100。设备100被配置成利用耦合至加压的流体射流102中的高强度激光束101来加工工件。为此，设备100被配置成提供流体射流102，并将激光束101耦合至流体射流102中。激光束101可以是脉冲的或连续的。在加工过程中，工件可以被定位在加工面上，该加工面可以是或可以不是设备100的一部分。在任一种情况下，设备100都可以被布置成使得其能够加工设置在所述加工面上的工件。因此，设备100可以控制加工面在多达三个维度上的移动。

然而，本发明的设备100特别地用于测量引导激光束101的流体射流102。因此，在图1中示出所需的为此目的的设备100的各个部件。特别地，设备100包括检测单元103，检测单元103包括感测单元105。

检测单元103被配置成接收和检测由激光束101在流体射流102中生成的二次辐射104。特别地，激光束101通过与流体射流102的流体相互作用并且有利地仅在层流状流体射流102而不是在不稳定的液体流或液滴中感应出二次辐射104。也就是说，沿流体射流102的整个长度生成二次辐射104。如图1中所示，所生成的二次辐射104在所有方向上远离流体射流102传播。相应地，检测单元103被布置成接收在流体射流102中生成的所有二次辐射104的至少一部分。

感测单元105被配置成将二次辐射104转换成检测信号106。被转换的二次辐射104可以是由检测单元103接收的所有二次辐射104，或者可以是所接收的二次辐射104的一部分。检测信号106优选为电信号。感测单元105能够例如在每次其接收到二次辐射104时产生多个检测信号106。如果激光束101是脉冲的，则可能是这种情况。在这种情况下，感测单元105可以将由每个激光脉冲生成的二次辐射104转换成至少一个检测信号106。然而，感测单元105还可以能够在确定的时间间隔内生成多个检测信号106。也就是说，即使当激光束101不是脉冲的而是连续的时，感测单元105也可以不断地接收二次辐射104并将其转换成多个检测信号106，每个检测信号106处于一不同的时间点。感测单元105还可以例如利用其所包括的多个感测元件同时产生多个检测信号106，其中，每个感测元件被配置成将二次辐射104转换成一检测信号106。

具体地，设备100被配置成利用检测单元103在沿流体射流102的单个位置或多个不同位置处生成多个检测信号106。也就是说，检测单元103可以是相对于流体射流102可移动的，并且感测单元105可以在每个确定的时间间隔和/或在每个移动步骤之后产生至少一个检测信号106。检测单元103也可以相对于流体射流102是固定的，并且感测单元105可以利用多个感测元件在每个确定的时间间隔和/或同时产生多个检测信号106。

在每种情况下，从二次辐射104得到的多个检测信号106提供了流体射流102的可用长度以及潜在地提供了流体射流102的流动特性的指示。

图2示出了根据本发明的一实施方式的设备100，该设备100基于图1中所示的设备100构建。图2和图1中相同的元件用相同的附图标记进行标记，并且具有同样的功能。因此，图2的设备100也包括检测单元103，该检测单元103被配置成接收和检测来自引导激光束101的流体射流102的二次辐射104。特别地，图2的设备100也包括感测单元105，该感测单元105被配置成将所接收的二次辐射104转换成多个检测信号106。

图2中所示的设备100还包括运动单元201，运动单元201被配置成使检测单元103沿流体射流102移动。特别地，运动单元201被配置成使检测单元103沿流体射流102至少在确定的距离a上移动，优选地，所述确定的距离a在第一参考点a0和第二参考点a1之间。所述确定的距离a优选地为0至25cm、更优选地为0至15cm。在流体射流102的传播方向上获得所述确定的距离a。值得注意的是，如果不存在流体射流102，则运动单元201也被配置成使检测单元103沿所述确定的距离a移动。图2中示出了由运动单元201实施的移动方向，并且示意性地示出该移动方向平行于所述确定的距离a，即，平行于流体射流102的传播方向。然而，这种平行对齐在实际实施中是可以的，但不是必须的。值得注意的是，在设备100的使用中，流体射流102的传播方向经常沿竖直方向以被引导至至少可水平移动的工件上。然而，由于流体射流102是加压的，所以该流体射流102也可以与竖直方向成角度地传播或者甚至沿水平方向传播，而不会变成明显非线性的。特别地，运动单元201可以被配置成沿流体射流102以小于2mm、优选地以10μm至2mm的空间分辨率逐步地移动检测单元103。可替选地，也可以指示运动单元201使检测单元103沿流体射流102连续地移动。

因此，图2中的设备100被配置成利用包括感测单元105的检测单元103，在沿流体射流102的多个不同位置处生成多个检测信号106。优选地，检测单元103被配置成在通过运动单元201沿流体射流102移动时连续地或重复地检测二次辐射104并从而生成多个检测信号106。优选地，感测单元105是光电二极管、热敏二极管或雪崩二极管，或者感测单元105包括光电二极管、热敏二极管或雪崩二极管。感测单元105也可以是功率计或光谱仪。

对于可移动的检测单元103，有益的是，可移动的检测单元103还包括观察单元200，该观察单元200被配置成允许从流体射流102接收的朝向感测单元105(沿感测单元105的方向)传播的二次辐射104进入。观察单元200可以是类似狭缝或限定孔202的远心镜头的开口。孔202限制了入射角，检测单元103可以以该入射角接收来自流体射流102的二次辐射104。因此，观察单元200提高了沿流体射流102的光学分辨率。

例如，孔202沿流体射流102可以具有尺寸(直径或具有开口的狭槽)d。于是，由孔202的尺寸d以及观察单元200与流体射流102之间的距离l限定检测单元103的沿流体射流102的光学分辨率。优选地，孔202的尺寸d和所述距离l被选择为使得检测单元103的光学分辨率等于或高于运动单元201的空间分辨率。作为示例，尺寸d可以是宽度为1mm至5mm、优选地1.5mm并且长度为5mm至10mm的狭槽。可替选地，尺寸d可以是1mm至5mm、优选地1.5mm的直径。距离l可以为5mm至30mm、优选地为10mm至15mm。

图3示出了根据本发明的一实施方式的设备100，其建立在图2中所示的设备100的基础上。图3和图2中相同的元件用相同的附图标记进行标记并且具有同样的功能。特别地，图3中的设备100也具有运动单元201，并因此也具有可移动的检测单元103。与图2相比，在图3中示出了设备100的另外的有利部件。这些附加的部件是可选的，并且可以单独地或任意组合地添加至图2的设备中。

特别地，图3的设备100还包括光谱分离单元303，该光谱分离单元303被配置成将由检测单元103接收的二次辐射104的至少一部分隔离至感测单元105上。因此，优选地，该光谱分离单元303被布置在流体射流102和感测单元105之间的光学路径中，使该光谱分离单元303接收远离流体射流102传播通过观察单元200的二次辐射104，并将感兴趣的辐射(包括二次辐射104的所述至少一部分)输出至感测单元105上。光谱分离单元303可以是滤光器单元，其可以由一个或多个滤光器组成并且被配置成过滤掉不期望的电磁辐射。也就是说，光谱分离单元303被配置成防止某些(不期望的)波长的电磁辐射到达感测单元105。因此，意外到达光谱分离单元303并且在没有光谱分离单元303的情况下将到达感测单元105的其它电磁辐射被过滤掉。

例如，光谱分离单元303可以被配置成防止激光到达感测单元105。也就是说，光谱分离单元303可以被配置成过滤掉与生成激光束101的激光单元所提供的波长相同波长的光。另外，也可以过滤掉不感兴趣的激光感应的二次辐射。甚至可以存在产生二次辐射104的不同机制，所述二次辐射104在原则上提供了有关可用的流体射流长度的指示，但是目前感兴趣的是仅归因于一种特定机制的二次辐射104。在这种情况下，光谱分离单元303可以过滤掉当前不感兴趣的二次辐射。

二次辐射104可以是由激光束101在流体射流102中的非弹性散射生成的电磁辐射。也就是说，二次辐射104可以是由激光束101的拉曼散射引起的辐射，该辐射通常被变换至与起始激光的波长相比更长的波长。例如，如果激光来自绿色光谱，则该二次辐射104来自红色光谱。因此，在这种情况下，光谱分离单元303可以被配置成允许来自红色光谱的光线到达感测单元105，而阻挡来自光谱的其它部分的光、特别是来自绿色光谱的激光。因此，仅二次辐射104可以到达感测单元105。在这种情况下，感测单元105也可以被配置成对红色光谱特别敏感。作为示例，激光可以为532nm，并且在这里，光谱分离单元303的带通可以为600nm至700nm、优选地为630nm至670nm。

第二，二次辐射104可以是流体射流102中的激光束101的荧光。因此，光谱分离单元303可以被配置成允许来自荧光光谱的光到达感测单元105，而阻挡来自光谱的其它部分的光、特别是例如来自绿色光谱的激光或由激光的拉曼散射生成的二次辐射。在这种情况下，感测单元105可以被配置成对荧光光谱特别敏感。例如，在绿色激光的情况下，荧光光谱可以在黄色范围内，特别是为560nm至640nm。

第三，二次辐射104可以是在流体射流102中散射的激光。由于激光优选地来自绿色光谱，因此在这种情况下，光谱分离单元303可以被配置成允许来自绿色光谱的光到达感测单元105，而阻止来自光谱的其它部分的光。在这种情况下，感测单元105可以被配置成对绿色光谱特别敏感。例如，对于532nm的激光，在这里，光谱分离单元303的带通可以为500nm至600nm、优选地为510nm至550nm。

图3的设备100的检测单元103还具有用于保护观察单元200免受流体、湿气、灰尘和/或激光束加工的其它产物侵入的保护单元301。保护单元301可以是或包括被配置成至少在检测单元103的观察单元200内产生过压的单元。保护单元301也可以是或包括覆盖朝向流体射流102的观察单元200的透明窗口。该窗口可以具有可移动的保护单元。

图3的设备100的检测单元103还配备有至少一个光学元件或组件302，该至少一个光学元件或组件302布置在观察单元200和感测单元105之间。该光学元件或组件302可以是透镜、滤光器、棱镜、光栅或其组合，并且可以用于使被允许通过观察单元200进入到检测单元103中的辐射和/或通过光谱分离单元303隔离的辐射成形、或影响被允许通过观察单元200进入到检测单元103中的辐射和/或通过光谱分离单元303隔离的辐射。

图3的设备100还包括处理单元300，处理单元300被配置成从感测单元105接收检测信号106。处理单元300被配置成处理检测信号106，并且基于从感测单元105接收的多个检测信号106来确定流体射流102的绝对长度和/或可用长度。为此，特别地，处理单元300可以被配置成通过控制设备100来执行根据本发明的一实施方式的测量流体射流102的方法。该方法在下面进一步描述。处理单元300还可以(或可替选地)被配置成基于从感测单元105接收的多个检测信号106来确定耦合至流体射流102中的激光束101的功率和/或流体射流102的至少一个流动特性。

例如，处理单元300由微处理器或计算机实现，并且可以对检测信号106实施信号处理。例如，信号处理可以包括缩放、求平均、随时间记录、随时间聚合或转换检测信号106，并且可以包括将检测信号106(或平均信号或聚合信号)与一个或多个参考值进行比较。处理单元300还被配置成设定和改变检测信号106可以与之进行比较的参考值。处理单元300还可以被配置成记录多个检测信号106，并将记录的信号106与预存储的参考值进行比较。可替选地或另外地，处理单元300可以被配置成随着时间对多个检测信号106进行聚合以便产生聚合信号，并评估聚合信号106中的图案或图案的变化。如果激光束102是脉冲激光束，则所述多个检测信号106可以由被感测单元105感测的、激光脉冲感应的二次辐射104产生。

具体地，处理单元300可以被配置成限定第一参考值，并将由检测单元103在沿流体射流102的第一位置处生成的第一检测信号106与第一参考值进行比较。如果第一检测信号106低于第一参考值，则处理单元300还可以生成警报和/或关闭设备100，或者可以至少指示设备100的另一单元来这样做。

处理单元300还可以被配置成限定第二参考值和/或第三参考值，并且将由检测单元103在沿流体射流102的另一位置处生成的另一检测信号106与第一检测信号106和第二参考值的第一乘积相比较，和/或与第一检测信号106和第三参考值的第二乘积相比较。如果该另一检测信号106小于第一乘积或大于第二乘积，则处理单元300还可以被配置成确定所述第一位置与所述另一位置之间的距离为流体射流102的长度。如果该另一检测信号106等于或大于第一乘积，和/或等于或小于第二乘积，则处理单元300还可以被配置成指示检测单元103重复获得检测信号106的步骤，并重复所述比较步骤。

有利地，处理单元300可以被配置成将第二参考值设置为5％至95％、优选地20％至80％，和/或将第三参考值设置为105％至300％、优选地140％至260％。

图4示出了根据本发明的一实施方式的设备100，其建立在图1中所示的设备100的基础上。图4和图1中相同的元件用相同的附图标记进行标记并且具有同样的功能。因此，图4的设备100包括检测单元103，检测单元103包括感测单元105并且被配置成接收和检测来自引导激光束101的流体射流102的二次辐射104，特别是将检测到的二次辐射104转换成多个检测信号106。

图4中所示的设备100被配置成利用检测单元103在检测单元103的单个位置处生成多个检测信号106。因此，优选地，检测单元103是固定的，并且设备100被配置成在检测单元103的固定位置处生成检测信号106。在这种情况下，如图4中所示，设备100不包括运动单元201。然而，图4的设备100也可以包括运动单元201并且因此包括可移动的检测单元103，但是仍然被配置成在单个(在这种情况下优选地是预定的)位置处生成检测信号106。设备100还可以被配置成在单个位置处(在一种操作模式中)生成多个检测信号106，以及在沿流体射流102的多个不同位置处(在另一种操作模式中)生成多个检测信号106。

由于图4中的检测单元103是固定的，因此该检测单元103还被配置成从其固定位置观察沿流体射流102的在参考点b0和b1之间的确定的长度部分b。该长度部分b可以等于运动单元201能够在其上移动图2的设备100中的检测单元103的预定距离a。参考点b0和参考点b1可以分别与a0和a1相同。因此，长度部分b优选地为0至25cm，并且优选地为0至15cm。为此，检测单元103可以具有沿流体射流102的足够大的孔(大于图2中所示的孔202)或者甚至具有无限大的孔。也就是说，优选地，检测单元103不包括观察单元200。并且如果检测单元103确实包括观察单元200(这是可以的)，则该检测单元103包括如下观察单元200，该观察单元200具有尺寸为d的孔202，该孔202足够大以观察b。

优选地，图4中的设备100的感测单元105是电荷耦合器件或者是多个光电二极管的空间阵列、多个热敏二极管的空间阵列或多个雪崩二极管的空间阵列，以便产生多个检测信号106。优选地，电荷耦合器件的每个二极管或感测元件产生一个检测信号106。这些检测信号106由感测单元105产生，该感测单元105接收源于所述确定的长度部分b内的流体射流102的任何位置的二次辐射104。从沿流体射流102的每个位置(激光束101在该位置生成二次辐射104)，二次辐射104以不同的角度和不同的距离到达感测单元105。因此，特别是当感测单元105具有多个二极管或感测元件时，感测单元105产生具有特征图案(例如，检测信号106之间的关系)的检测信号106，所述检测信号106提供可用流体射流102的长度的指示。

需要注意的是，图4中所示的设备100还可以包括图3中介绍的特征中的一个或多个特征。也就是说，图4的设备100也可以具有用于处理检测信号106的处理单元300。另外，图4的设备100可以具有在检测单元103中的保护单元301、光谱分离单元303、和/或光学元件或组件302。

图5示出了根据本发明的一实施方式的设备100，其建立在图1、图2或图4中所示的设备100的基础上。图1、图2或图4中与图5中相同的元件用相同的附图标记进行标记，并且具有同样的功能。运动单元201是可选的，并因此以虚线示出。

图5示出了关于设备100的可以在加工单元503中设置的光学装置和流体回路的更多细节。特别地，加工单元503可以包括用于将激光束101耦合至流体射流102中的光学元件(如透镜504)。激光束101由位于加工单元503外部的激光单元505产生，并被注入至加工单元503中。加工单元503还可以包括光学透明的保护窗口(未示出)，以便将光学装置(在这里示例性地为光学元件504)与流体回路和加工单元503的产生流体射流102的区域分开。为了产生流体射流102，加工单元503可以包括具有流体喷嘴孔507的流体射流生成喷嘴506。流体射流生成喷嘴506设置在加工单元503内，以在受保护的环境中产生流体射流102。流体喷嘴孔507限定了流体射流102的宽度。流体喷嘴孔507的直径优选为10μm至200μm，并且，流体射流102的直径优选为流体喷嘴孔507的直径的约0.6倍至1倍。通过外部流体供应部提供用于加压的流体射流102的压力。优选地，该压力为50bar至800bar。为了从设备100输出流体射流102，优选地，加工单元503包括具有出口孔502的出口喷嘴501。优选地，出口孔502比流体喷嘴孔507更宽。

图5还示出了关于流体射流102的长度l的在参考点a0/b0和a1/b1之间的确定的距离/长度a/b(分别与图2和图4对照)。这里，在图5中，第一参考点a0/b0优选地直接在加工单元503的出口喷嘴501处，即，尽可能地靠近加工单元503。图5中所示的长度l为出口喷嘴501(在这里与第一参考点a0/b0一致)与流体射流102变得不稳定并分散成液滴的位置之间的流体射流102的可用长度。值得注意的是，由于流体射流生成喷嘴506和出口喷嘴501之间的距离是已知的，因此也可以确定从流体射流的起源(即流体射流生成喷嘴506)开始的流体射流102的绝对长度。如果第一参考点a0/b0与出口喷嘴501不一致，则优选地，第一参考点a0/b0相对于出口喷嘴501的距离是已知的。第一参考点a0/b0与第二参考点a1/b1之间的距离也是已知的。因此，流体射流102的可用长度l可以从流体射流102分别与这些参考点a0/b0和a1/b1的相对长度得出。

图6示出了根据本发明的一实施方式的设备100，其建立在图3和图5中所示的设备100的基础上。图3或图5中与图6中相同的元件用相同的附图标记进行标记，并且具有同样的功能。因此，图6的设备100也包括检测单元103，该检测单元103被配置成将来自流体射流102的二次辐射104转换成多个信号106。流体射流102承载激光束101，该激光束101示例性地由激光单元505生成并耦合至加工单元503中的流体射流102。检测单元103可以通过运动单元201(可选的，因此用虚线示出)移动。

图6中的设备100更详细地示出了处理单元300，该处理单元300从检测单元103接收检测信号106。如上面关于图3所述的，处理单元300可以被配置成确定第一参考值以及第二参考值和/或第三参考值，以便与检测信号106进行比较。为此，设备100还可以包括人机界面(human-machineinterface，hmi)600，设备100的用户可以向该人机界面600提供输入602，例如脚本。hmi600可以被配置成基于用户输入602将第一参考值、第二参考值和/或第三参考值通过信号601传输至处理单元300。

处理单元300还可以被配置成通过指令信号603指示运动单元201(如果存在的话)沿流体射流102移动检测单元103。

图7示出了根据本发明的一实施方式的方法700。方法700可以相应地由如图1至图6中的一者所示的设备100来执行。该方法包括提供流体射流102并将高强度激光束101耦合至流体射流102中的步骤701。这可以例如利用在图4中所示的相应的加工单元503和激光单元505来完成。另外，该方法还包括利用检测单元103接收并检测由激光束101在流体射流102中生成的二次辐射104的步骤702。检测步骤702可以包括利用感测单元105将二次辐射104转换成检测信号106的步骤702a。然后，方法700还包括利用检测单元103在沿流体射流102的单个位置或多个不同位置处生成多个检测信号106的步骤703。

方法700还可以包括使检测单元103沿流体射流102移动以便在沿流体射流102的多个不同位置处生成多个检测信号106的步骤。方法700的这种实施方式可以利用包括运动单元201的设备100来执行。方法700还可以包括利用处理单元300对检测信号106应用算法，以确定流体射流102的长度或确定流体射流102的流动特性。这可以例如利用包括处理单元300的设备100来执行。

用于确定流体射流102的长度的算法可以如下地实现。所有步骤可以由处理单元300来执行。

步骤1：指示例如激光单元505来提供激光束101。

步骤2：限定参考点a0和a1，并且限定第一参考值r0和第二参考值r1和/或第三参考值r2，例如，通过从数据表或通过hmi600读取它们来进行限定。

步骤3：控制运动单元201到达第一位置a0。

步骤4：指示检测单元103测量第一检测信号106，并将该第一检测信号106记录为信号s0。

步骤5：将检测信号s0与第一参考值r0进行比较。

如果信号s0<r0，则生成警报和/或停止。

否则，继续。

步骤6：控制运动单元201到达另一位置an。

步骤7：指示检测单元103测量另一检测信号106，并将该另一检测信号106记录为信号sn。

步骤8：将该另一信号sn与第一信号s0和第二参考值r1的乘积进行比较，和/或将该另一信号sn与第一信号s0和第三参考值r2的乘积进行比较，

如果sn<s0*r1或sn>s0*r2，则基于an确定流体射流102的绝对长度和/或可用长度。

否则，递增an。

如果an≥a1，则停止。

否则，返回至步骤6。

根据上述算法，对于每个位置an，获得信号sn。如果检测单元具有观察单元200(观察单元200具有尺寸为d的孔202)，则获得的每个信号sn的分辨率为±d/2，其中d(d，l)是图2中所示的尺寸d和距离l的函数。每次sn高于s0*r1和/或低于s0*r2时，该信号被视为正的，并且低于该极限时为负的。由于参考点a0和a1距流体射流102的起源(例如距流体射流生成喷嘴506)具有已知距离，因此可以基于an和a0之间的差来确定流体射流102的长度。

可以进一步评估信号sn，以便限定流体射流102，即确定流体射流102的层流行为、流体射流102的扰动特性。这可以例如通过流体射流102在其上生成二次辐射104的长度来完成。另外，可以发出信号sn以确定作为激光束101耦合至流体射流102中的激光的激光功率。这可以根据所检测到的二次辐射104的量(强度)来完成。

已经结合作为示例的各种实施方式以及实施形式描述了本发明。然而，通过对附图、说明书和独立权利要求的研究，本领域的技术人员可以理解并实现其它变型，以及实践所要求保护的本发明。在权利要求书以及说明书中，“包括”一词并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”(“a”或“an”)不排除多个。单个元件或其它单元可以实现权利要求中记载的多个实体或项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载特定措施的仅有事实并不表示不能在有利的实施方式中使用这些措施的组合。