阅读说明：本技术 使用耦合至流体射流中的激光束利用激光-喷嘴自动对准加工工件的设备、对准该激光束的方法 (Device for automatically aligning a workpiece to be machined with a laser nozzle using a laser beam coupled into a fluid jet, method for aligning the laser beam ) 是由 P·马佐尔 M·埃普勒 金姆·赫 H·迪厄 B·里彻兹哈根 于 2019-03-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及利用耦合至流体射流中的激光束(101)加工工件的设备(100)。设备(100)包括：用于提供激光束(101)的激光单元(101a)；具有孔(102a)的用于产生流体射流的喷嘴单元(102)；配置成将来自激光单元(101a)的激光束(101)提供到喷嘴单元(102)上的光学单元(103)。另外,设备(100)包括配置成控制(108,110)光学单元(103)和/或喷嘴单元(102)以改变激光束(101)在喷嘴单元(102)上的入射点(109)的控制单元(104)。设备(100)还包括配置成感测从喷嘴单元(102)的表面(102b)反射的激光(106)并基于感测到的反射的激光(106)产生感测信号(107)的感测单元(105)。控制单元(104)特别配置成评估感测信号(107)并在感测信号(107)中确定定义的指示激光束(101)与孔(102a)完全和/或部分对准的感测图案。(The invention relates to a device (100) for machining a workpiece with a laser beam (101) coupled into a fluid jet. The apparatus (100) comprises: a laser unit (101a) for providing a laser beam (101); a nozzle unit (102) having an aperture (102a) for generating a fluid jet; an optical unit (103) configured to supply the laser beam (101) from the laser unit (101a) onto the nozzle unit (102). In addition, the device (100) comprises a control unit (104) configured to control (108, 110) the optical unit (103) and/or the nozzle unit (102) to change an incidence point (109) of the laser beam (101) on the nozzle unit (102). The apparatus (100) further comprises a sensing unit (105) configured to sense laser light (106) reflected from a surface (102b) of the nozzle unit (102) and to generate a sensing signal (107) based on the sensed reflected laser light (106). The control unit (104) is particularly configured to evaluate the sensing signal (107) and to determine a defined sensing pattern in the sensing signal (107) indicating that the laser beam (101) is fully and/or partially aligned with the aperture (102 a).)

使用耦合至流体射流中的激光束利用激光-喷嘴自动对准加 工工件的设备、对准该激光束的方法

技术领域

本发明涉及一种用于利用耦合至流体射流中的激光束对工件进行加工的设备。根据本发明，该设备被特别地配置成自动地将激光束和用于产生流体射流的喷嘴单元的孔对准(激光-喷嘴自动对准(automatic laser-nozzle alignment))。本发明还涉及一种对准用于对工件进行加工的激光束的方法、特别是将激光束和喷嘴单元的孔对准的方法。

背景技术

传统的用于利用耦合至流体射流中的激光束对工件进行加工的设备是普遍已知的。为了利用激光束对工件进行加工，在流体射流中借助于全内反射将激光束引导至工件上。流体射流由具有孔或类似孔的流体射流生成喷嘴生成。然后，激光束由至少一个光学元件通过喷嘴孔耦合至流体射流中。因此，在开始工件加工过程之前，必须将激光束与喷嘴孔对准。

为此目的，在传统的设备中，激光束通常散焦，然后被引导至流体射流生成喷嘴上。因此，流体射流生成喷嘴可以由传统设备的使用者例如借助于摄像机来观察，以便在视觉上识别喷嘴孔。随后，激光束可以朝向孔移动，并且可以最终聚焦以使其通过孔并耦合至流体射流中。该过程相当耗时且容易出错。

由于散焦的激光束照亮了整个流体射流生成喷嘴，因此激光束和孔的自动对准效果不佳。一个原因是在这种照亮的情况下相对难以确定喷嘴孔本身的位置。另一个原因是，孔位置的确定及其与激光束的对准可能会更加复杂，例如，由于存在于流体射流生成喷嘴上的点污染物(dot contaminations)。这种点污染物可能具有与孔类似的尺寸和形状，即它们例如在摄像机图像上可能看起来是类似的，因此增加了错误对准激光束的可能性。

鉴于这些问题和挑战，本发明旨在改进传统的设备，特别是在将激光束与流体射流生成喷嘴对准方面进行改进。因此，本发明的目的是提供一种用于自动且精确地将激光束和流体射流生成喷嘴单元的孔对准的设备和方法。特别地，这种激光-喷嘴自动对准的成功率应当很高，极少或甚至没有错误。另外，激光-喷嘴自动对准所需的时间应当尽可能短。特别地，与上述的传统设备相比，应当更快且更精确地将激光束与流体射流生成喷嘴对准。因此，本发明还旨在一种简单且紧凑的设备实现。

发明内容

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

特别地，本发明提出了一种激光-喷嘴自动对准过程，该过程基于光学地感测来自喷嘴的激光束反射，并计算地评估这些反射以获得完美的对准。

本发明的第一方面提供了一种用于利用耦合至流体射流中的激光束对工件进行加工的设备，该设备包括：激光单元，该激光单元用于提供激光束；喷嘴单元，该喷嘴单元具有用于产生流体射流的孔；光学单元，该光学单元被配置成将激光束从激光单元提供到喷嘴单元上；控制单元，该控制单元被配置成控制光学单元和/或喷嘴单元来改变激光束在喷嘴单元上的入射点；感测单元，该感测单元被配置成感测从喷嘴单元的表面反射的激光并基于感测到的所述反射的激光产生感测信号；其中，所述控制单元被配置成评估感测信号，并在感测信号中确定定义的指示激光束与孔完全地和/或部分地对准的感测图案。

第一方面的设备使得能够进行精确的激光-喷嘴自动对准。该设备的一个主要改进是感测单元能够检测和区分来自喷嘴单元的不同部分的反射激光。该设备的另一个改进是控制单元一方面能够控制感测单元并实时评估其感测信号，另一方面能够精确地控制激光束(通常作为光点)在喷嘴单元上的位置(入射点)。特别地，设备的控制单元、感测单元和光学单元的紧密的交互使得激光-喷嘴自动对准快速且精确。

例如，控制单元可以通过相应地控制光学单元来控制利用激光束对喷嘴单元表面的至少一部分的自动扫描，从而基于感测信号并且尤其是感测图案的外观(利用激光束)精确地检测喷嘴孔。感测图案的外观指示激光束与喷嘴孔至少部分地对准，即，激光束(例如光点)显示与(通常是圆形的)孔至少部分地横向重叠。可选地，控制单元还可以在感测信号中确定其它特征信号图案，例如，指示激光束撞击喷嘴单元上的和/或喷嘴单元的点污染物或其它结构的信号图案，以便支持喷嘴孔的更精确的检测。

“激光单元”可以是设备的激光源，该激光源被配置成生成激光束并将该激光束提供给光学单元。可替选地，激光单元可以是设备的激光端口或入口，该激光端口或入口被配置成接收例如来自外部激光源的激光束并将其(优选地朝向光学单元)耦合至该设备中。

“入射点”可以是喷嘴单元表面上的被激光束照射的点或区域，即，激光束撞击在喷嘴单元上的点或区域。当激光束至少部分地进入孔时，入射点也可以是孔的至少一部分或者包括孔的至少一部分。换句话说，入射点可以是喷嘴单元的表面和/或孔中的任何点或区域。例如，取决于激光束的直径和/或取决于激光束是聚焦还是散焦在喷嘴单元上，入射点可以是喷嘴单元上的较小或较大的点或区域。通常，入射点由通过将激光束聚焦在喷嘴单元上产生的光点限定。

“感测图案”可以是感测信号的特征强度、形状或定时显影(time-development)。例如，如果在感测单元上的反射的激光的图像从较小和/或较亮的光点变为较大和/或较暗的光点(反之亦然)，则感测图案可以是由感测单元输出的感测信号。感测图案可以指示在感测单元上的反射的激光的图像与在感测单元上的喷嘴孔的图像的全部和/或部分的横向重叠。指示激光束与孔“完全地和/或部分地”对准的感测图案可以是指一旦激光束显示出与孔的任何重叠就出现在感测信号中的感测图案。其也可以是指具体指示完全对准的第一感测图案的出现和/或具体指示部分对准的第二感测图案的出现。特别地，当入射点连续地改变或至少多次改变时，感测信号中的一个或多个感测图案可能出现/消失、发展或改变，例如，在出现第二感测图案之后可能出现第一感测图案。

例如，“感测单元”是能够将落在其感测表面上的反射的激光(即，激光束在喷嘴单元上的图像)转换为(电)感测信号的传感器或光电检测器。感测单元可以是摄像机的一部分，该摄像机还可以包括成像装置，例如显示单元，以可视化感测信号，例如，以在感测单元上再现反射的激光的图像。

例如，“喷嘴单元”可以是由喷嘴材料制成的实体块或石头，该喷嘴材料例如是蓝宝石或金刚石、或金属、陶瓷和/或绝缘体材料。喷嘴孔例如是穿过实体块或石头的孔，即穿过喷嘴材料的孔。喷嘴孔的直径例如为10μm-200μm，并且流体射束的直径例如为喷嘴孔的直径的约0.6倍-1倍。因此，该流体射流特别是压力为例如50bar-800bar的加压的流体射流。

特别地，“喷嘴孔”是“喷嘴表面”的一部分。感测单元至少被配置成感测从喷嘴表面的实体部分反射(即从喷嘴材料的表面反射)的激光。然而，感测单元还可以被配置成感测从“喷嘴孔”反射的激光，例如，当激光从喷嘴孔中的流体反向反射/反向散射时。

“控制单元”可以是微控制器、处理单元、处理器和/或通过软件操作的个人计算机。该软件可以具体地被配置成基于在成像装置上输出的感测信号来记录和/或评估感测信号、和/或分析图像。

在所述设备的一实施形式中，控制单元被配置成控制光学单元以产生激光束相对于喷嘴单元的横向位移。

通过引起横向位移，控制单元被配置成控制激光束在喷嘴单元上的入射点的改变。

“横向位移”特别是指沿x方向和/或y方向的位移(Δx/Δy)，其中，例如流体射流和最终耦合至流体射流中的激光束的传播方向为朝向z方向。横向位移的x-y平面可以与喷嘴单元的表面平面重合，并且孔可以沿着z方向穿过喷嘴单元。光学单元可以被配置成使输出的激光束不仅相对于喷嘴单元而且相对于从激光单元接收的激光束移位。

在该设备的另一实施形式中，光学单元的至少一部分是可移动的，特别是可旋转的，并且控制单元被配置成控制光学单元的所述至少一部分的移动、特别是旋转，以改变激光束在喷嘴单元上的入射点。

通过控制光学单元的所述至少一部分(例如光学单元的一个或多个光学元件(例如，镜子))的移动，控制单元能够通过逐步地或连续地多次改变入射点而用激光束对喷嘴单元表面进行扫描。因此，控制单元可以精确地确定一个或多个入射点，对于这些入射点，在感测信号中出现感测图案。由此，控制单元可以执行并完成激光-喷嘴自动对准。

在所述设备的另一实施形式中，喷嘴单元是可移动的，并且控制单元被配置成控制喷嘴单元的移动以改变激光束在喷嘴单元上的入射点。

该设备还可以被配置成使得控制单元可以通过同时或者相继控制光学单元和喷嘴单元两者(的移动)来改变入射点。这为设备提供了扫描喷嘴表面的最大灵活性。

在所述设备的另一实施形式中，控制单元被配置成：控制光学单元和/或喷嘴单元来根据所确定的移动图案连续地和/或逐步地改变激光束在喷嘴单元上的入射点，并连续地和/或反复地评估感测信号。

以此方式，控制单元可以引起利用激光束对喷嘴单元进行表面扫描，并且可以通过监测感测信号、以及基于感测信号和所确定的感测图案相应地控制光学单元和/或喷嘴单元来实现激光-喷嘴自动对准。

移动图案可以是使得反射的激光在感测单元上的图像沿着螺旋移动的螺旋图案和/或使得反射的激光在感测单元上的图像沿着其它图案移动的任何其它图案。

利用这种螺旋图案，所述设备可以以时间最优化的方式完成激光-喷嘴自动对准。该移动图案可以不仅是螺旋图案，而且特别地，可以是螺旋图案和/或Z字形图案和/或往复扫描图案。因此，可以组合不同的图案。

在所述设备的另一实施形式中，控制单元被配置成当其在感测信号中确定了感测图案时中断以下：控制光学单元和/或喷嘴单元来改变激光束在喷嘴单元上的入射点。

当确定了感测图案后，控制单元可以决定激光束与喷嘴孔充分地对准，并且因此可以结束激光-喷嘴自动对准过程，以便使该过程尽可能地短。

在所述设备的另一实施形式中，反射的激光穿过光学单元的至少一部分和/或由光学单元提供给感测单元。

以此方式，特别简单且紧凑的设备实现是可行的。

在所述设备的另一实施形式中，光学单元包括第一偏转元件和第二偏转元件，第一偏转元件被配置成将来自激光单元的激光束提供给第二偏转元件，并且第二偏转元件被配置成将来自第一偏转元件的激光束提供给喷嘴单元。

这种光学单元在制造上相对简单且便宜，但是可以非常紧凑地构造。“偏转元件”可以是镜子或能够以受控方式反射和/或引导激光束的任何其它光学元件。该实施方式中的光学单元可以由控制单元有效且精确地控制。

在所述设备的另一实施形式中，第一偏转元件和/或第二偏转元件是可旋转的，以产生激光束在喷嘴单元上的入射点的改变。

例如，所述两个光学偏转元件可以是各自具有可改变的倾斜角的镜子，以用于引起激光束从其原点(例如，激光单元)向下的横向位移，并且从而改变在喷嘴单元上的入射点。偏转元件中的至少一个可以是机动的，并且其电机移动可以由控制单元精确地控制。利用这种偏转元件，实现了光学单元的简单实施，但结果仍然准确。

在所述设备的另一实施形式中，该设备还包括至少一个被配置成将激光束聚焦到喷嘴单元上的光学元件。

与传统设备相比，可以由第一方面的设备利用聚焦的激光束执行激光-喷嘴自动对准过程。这使得该过程更加精确，并且避免了每次激光束必须与喷嘴孔对准时激光束的散焦和聚焦。因此，可以减少激光-喷嘴自动对准的持续时间。

在所述设备的另一实施形式中，所述至少一个光学元件包括用于将来自激光单元的激光束提供给光学单元的第一光学元件和用于将来自光学单元的激光束提供给喷嘴单元的第二光学元件，并且第一光学元件和/或第二光学元件是可移动的、特别是沿着激光束的传播方向可移动的。

激光束的“传播方向”例如可以是沿着竖直方向和/或z方向，而光学单元可以沿横向方向和/或x-y方向使激光束位移和/或改变激光束在喷嘴单元上的入射点。然而，激光束的传播方向可以在设备中例如通过光学单元的偏转元件至少改变一次。因此，对于第一光学元件和第二光学元件，激光束的传播方向不一定相同。因此，每个光学元件可以是沿着其接收和/或输出的激光束的传播方向可移动的。

在所述设备的另一实施形式中，所述至少一个光学元件包括第三光学元件，该第三光学元件用于调节反射的激光在感测单元上的图像。

例如，第三光学元件可以用于将图像从较小和/或较亮的光点变为较大和/或较大和/或较暗的光点，反之亦然。为此目的，特别地，第三光学元件可以沿着其接收和/或输出的激光束的传播方向移动。

本发明的第二方面提供了一种对准用于对工件进行加工的激光束的方法，该方法包括：提供激光束；将激光束提供给具有孔的喷嘴单元；改变激光束在喷嘴单元上的入射点；感测从喷嘴单元的表面反射的激光，以基于感测到的反射的激光产生感测信号；评估感测信号以在感测信号中确定定义的指示激光束与孔完全地和/或部分地对准的感测图案。

第一方面的方法实现了与以上针对第一方面的设备所描述的相同的优势和效果。同样，各种术语的相同的定义和解释适用。

在所述方法的一实施形式中，该方法还包括将激光束聚焦到喷嘴单元上。

如上所述，由此提高了激光-喷嘴自动对准的精度，并且还减少了进行对准的时间。

在所述方法的另一实施形式中，该方法还包括：为了改变激光束在喷嘴单元上的入射点，初始设定激光束的入射点，使得反射的激光的图像在用于产生感测信号的感测单元上居中；以及根据所确定的移动图案移动激光束在喷嘴单元上的入射点从而在该感测单元上生成该移动图案的图像，并且如果在感测信号中确定了感测图案则停止移动。

以这种方式，可以快速且非常精确地执行激光-喷嘴自动对准。

在所述方法的另一实施形式中，该方法还包括：通过基于感测信号中的感测图案改变激光束在喷嘴单元上的入射点而将激光束与孔对准。

以这种方式，可以进行激光束在孔内的精确的精细对准。例如，该方法可以评估(例如，借助于控制单元)感测图案如何改变，或者如果入射点沿一个或多个横向方向(例如，稍微地)改变，感测图案是否消失或何时消失。因此，可以基于观察到的感测图案及其改变来设置激光束的完美对准。

在所述方法的另一实施形式中，移动图案是使得反射的激光的图像沿着螺旋移动的螺旋图案和/或使得反射的激光的图像沿着其它图案移动的任何其它图案。

利用特定的移动图案，可以快速且精确地完成激光束与喷嘴孔的激光-喷嘴自动对准。

在所述方法的另一实施形式中，指示激光束与孔完全地和/或部分地对准的感测图案是由在感测单元上的反射的激光的图像从较小和/或较亮的光点到较大和/或较暗的光点(反之亦然)的改变产生的。

从“较小和/或较亮的光点到较大和/或较暗的光点(反之亦然)”的改变至少包括光点从“较小到较大或者较大到较小”、“较亮到较暗或者较暗到较亮”、以及“较小且较亮到较暗且较大、或者较暗且较大到较小且较亮”的改变。因此，从“较亮到较暗(反之亦然)”的改变包括光点从“较大且较亮到较小且较暗”的改变。同样，从“较小到较大(反之亦然)”的改变包括光点从“较小且较暗到较大且较亮”的改变。

特别地，当激光束与喷嘴孔至少部分地对准时，喷嘴孔的图像通常变亮。由于喷嘴单元/孔(通常也在激光-喷嘴对准过程期间)生成的流体射流，因此图像可能不如喷嘴表面上的激光束的图像(光点)亮。因此，可以定义可特别用于将激光束与激活(active)流体射流生成喷嘴对准的独特的感测图案。该感测图案相应地允许精确的激光-喷嘴自动对准。

在所述方法的另一实施形式中，特别是在根据移动图案移动入射点时，感测图案指示反射的激光的图像与孔的图像的全部和/或部分的横向重叠。

因此，感测信号中的感测图案是激光束和孔的对准的精确指纹，并且可以用于准确地执行激光-喷嘴自动对准。

在所述方法的另一实现形式中，该方法还包括：控制至少一个光学元件以调节在感测单元上的反射的激光的图像，特别是引起从较小和/或较亮的图像到较大和/或较暗的图像的改变(反之亦然)。

所述至少一个光学元件的控制可以包括控制所述光学元件的至少一部分的移动。图像例如可以聚焦或散焦在感测单元上。

附图说明

在以下关于附图的

具体实施方式

的描述中，解释了本发明的上述方面和优选实施形式，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方法。

图7示出了根据本发明的一实施方式的方法。

图8示意性地示出了在感测单元上的反射的激光的图像，该图像根据用于改变激光束在喷嘴单元上的入射点的移动图案而移动。

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流体射流(未示出)中的激光束101对工件(未示出)进行加工。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。对工件进行加工可以包括对工件进行切割或钻孔，或者通过材料烧蚀在多达三个维度上使工件成形。优选地，激光束101具有20W-400W或者甚至更大的激光功率。因此，激光束101可以是脉冲激光束，但是也可以是连续激光束。优选地加压的流体射流的压力可以为50bar-800bar。

在对工件进行加工期间，设备100被配置成将流体射流提供到工件上，并且借助于至少一个光学元件将激光束101耦合至流体射流中并使其通过喷嘴单元102的产生流体射流的喷嘴孔102a。因此，工件可以被定位在加工表面上，该加工表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被布置成使得该设备能够加工设置在加工表面上的工件。设备100可以控制加工表面在多达五个维度上的移动。

特别地，本发明的设备100被设计用于执行激光束101与喷嘴单元102的孔102a的自动对准。这可以在激活喷嘴单元102生成流体射流或不激活喷嘴单元102生成流体射流的情况下进行。通常，在生成流体射流的情况下执行激光-喷嘴自动对准。在图1中示出了为该对准目的所需的设备100的部件。特别地，设备100包括激光单元101a、喷嘴单元102、光学单元103、控制单元104和感测单元105。设备100的所示单元可以全部隐藏在加工单元、或设备的头部、或其它类型的外壳或壳体中。

激光单元101a被配置成通过直接生成激光束来提供激光束101，或者通过接收激光束并将其耦合至设备100中来提供激光束101。因此，激光单元101a可以是激光源或设备100的激光端口或入口。激光端口或入口可以包括窗口(该窗口对于从外部激光源提供的激光束101是透明的)，和/或可以包括用于在设备100中进一步聚焦、引导和/或划分激光束101的光学元件。

喷嘴单元102被配置成在将流体提供给设备100时产生流体射流。优选地，喷嘴单元102设置在设备100的加工单元/头部或壳体/外壳内，以便在受保护的环境中产生流体射流。喷嘴孔102a限定了流体射流的宽度。通过喷嘴孔102a，激光束101可以耦合至流体射流中。喷嘴孔102a的直径优选为10μm-200μm，并且流体射流的直径优选为喷嘴孔102a的直径的约0.6倍-1倍。优选地加压的流体射流的压力可以通过外部流体供应部来提供，该外部流体供应部可以由控制单元104控制。为流体射流供应的流体优选是水，即，流体射流是水射流。为了从设备100输出流体射流，优选地，设备100包括具有出口孔的出口喷嘴。优选地，出口孔比喷嘴孔102a更宽。

光学单元103被配置成将来自激光单元101a的激光束101提供到喷嘴单元102上。例如，光学单元103可以接收来自激光单元101a的激光束101，并且可以以其它方式将激光束101朝向喷嘴单元102偏转或引导。因此，光学单元103可以被配置成产生激光束101至少相对于喷嘴单元102的横向位移，其中该横向位移可通过例如移动、旋转或以其它方式控制光学单元103而改变。特别地，光学单元103可以由控制单元104控制。

控制单元104被配置成控制光学单元103和/或喷嘴单元102以改变激光束101在喷嘴单元102上的入射点109。例如，控制单元104可以移动和/或旋转光学单元103的至少一部分以便改变入射点109，和/或可以移动喷嘴单元102以获得相同的效果。如果入射点109在喷嘴单元102的表面102b上，则激光束101从表面102b反射。

感测单元105被布置并配置成感测从喷嘴单元102的表面102b反射的这种激光106，并基于感测到的反射的激光106产生感测信号107。图1示出了一种情况，在该情况中，激光束101撞击在喷嘴单元的表面102b上，并且从表面102b朝向感测单元105反射并反射到感测单元105上。图2示出了图1中所示的相同设备100的另一种情况，也就是说激光束101相对于喷嘴单元102具有不同的相对位移，即激光束101在喷嘴单元102上具有不同的入射点109。在图2的情况下，激光束101与喷嘴孔102a对准。因此，激光束101不会直接从喷嘴单元102的表面102b朝向感测单元105反射并反射到感测单元105上。然而，在这种情况下，感测单元105也可以检测反射的激光，该反射的激光从用于在孔102b内形成流体射流的流体反向反射/反向散射。

在任何情况下，当改变在喷嘴单元102上的入射点109时、特别是当激光束101突然与喷嘴孔102a部分地和/或完全地重叠时，由感测单元105产生的感测信号107改变。因此，根据激光束101与孔102a的对准或未对准，感测信号107表现出至少一种特征感测图案。

因此，控制单元104被配置成评估感测信号107并在感测信号107中确定定义的指示激光束101与孔102a完全地和/或部分地对准的感测图案。感测图案可以由控制单元104预定义或学习。因此，控制单元104被配置成基于感测信号107确定激光束101至少部分地与喷嘴孔102a对准。

例如，根据所确定的移动图案，控制单元104可以(借助于控制信号108)控制光学单元103和/或(借助于控制信号110)控制喷嘴单元102以连续地和/或逐步地改变激光束101在喷嘴单元102上的入射点109，即扫描喷嘴单元的表面102b。因此，控制单元104可以例如针对一个或多个定义的感测图案连续地和/或反复地评估感测信号107。如果控制单元104在感测信号107中检测到所述感测图案，则控制单元104可以(借助于控制信号108和/或110)中断光学单元103和/或喷嘴单元102的控制以停止改变激光束101在喷嘴单元102上的入射点109，从而完成激光-喷嘴自动对准过程。

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1中所示的设备100的基础上。图3和图1中的相同元件以相同的附图标记进行标记并具有同样的功能。相应地，图3的设备100也包括激光单元101a、喷嘴单元102、光学单元103、控制单元104和感测单元105。

图3具体地示出了反射的激光106可以穿过光学单元103的至少一部分和/或可以通过光学单元103的所述至少一部分被提供或引导至感测单元105。也就是说，光学单元103可以既被配置成将来自激光单元101a的激光束101提供或引导至喷嘴单元102，又被配置成将反射的激光106提供给感测单元105。例如，可以通过至少一个可移动的偏转元件(例如镜子)来实现光学单元103。然而，光学单元103也可以包括其它光学元件。另外，喷嘴单元102和/或感测单元105可以是可移动的，以确保对于光学单元103的特定控制设置，激光束101撞击在喷嘴单元102上，并且反射的光106到达感测单元105。借助于如图3中所示的这种光学单元103，设备100可以被构造得特别紧凑。

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中的相同元件以相同的附图标记进行标记并具有同样的功能。相应地，图4的设备100也包括激光单元101a、喷嘴单元102、光学单元103、控制单元104和感测单元105。

具体地，图4中的光学单元103包括第一偏转元件401和第二偏转元件402。第一偏转元件401被配置成将来自激光单元101a的激光束101引导至第二偏转元件402，并且第二偏转元件402被配置成将来自第一偏转元件401的激光束101a引导至喷嘴单元102上。第一偏转元件401和/或第二偏转元件402都可以由镜子实现，并且可以是可移动的和/或可旋转的。特别地，第一偏转元件401和/或第二偏转元件402可以是可旋转的，以便产生激光束101在喷嘴单元102上的入射点109的改变。控制单元104可以(借助于控制信号108a和/或108b)控制第一偏转元件401和/或第二偏转元件402中的一者或两者。特别地，控制单元104可以控制第一偏转元件401和/或第二偏转元件402中的一者或两者的倾斜角的扫视范围(sweep)，以便利用激光束101扫描喷嘴单元102的表面102b的至少一部分。换句话说，控制单元104可以连续地和/或逐步地改变激光束101在喷嘴单元102上的入射点109。优选地，扫描根据所确定的移动图案(如螺旋图案)来实现。控制单元104还可以在移动图案期间控制感测单元105连续地和/或反复地评估感测信号107。

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所示的设备100的基础上。图5和图1中的相同元件以相同的附图标记进行标记并具有同样的功能。相应地，图5的设备100也包括激光单元101a、喷嘴单元102、光学单元103、控制单元104和感测单元105。

图5具体地示出了设备100例如可以包括一个或多个光学元件，例如由三个透镜实现的三个光学元件501、502和502。所述一个或多个光学元件501、502和503可以包括第一光学元件501和第二光学元件502，第一光学元件501用于将来自激光单元101a的激光束101引导至光学单元103，第二光学元件502用于将来自光学单元103激光束101引导至喷嘴单元102。借助于第一光学元件501和/或第二光学元件502，设备100可以被配置成将激光束101聚焦至喷嘴单元102上。为此目的，第一光学元件501和/或第二光学元件502可以是可移动的，特别是沿着它们分别接收和/或输出的激光束101的传播方向是可移动的。将激光束101聚焦在喷嘴单元102上可以改变在表面102b上的激光光点的尺寸和/或亮度，并且可以相应地改变在感测单元105上的反射光的光点图像的尺寸和/或亮度。

第三光学元件503可以用于调节反射的激光106在传感器单元105上的图像，例如以使该图像更亮和/或更小或使该图像更暗和/或更宽。为此目的，第三光学元件503可以沿其接收和/或输出的激光束101的传播方向移动。

图6示出了根据本发明的一实施方式的用于将激光束101和喷嘴孔102a对准的方法600。相应地，方法600可以由如图1-图5中的任一者所示的设备100执行。

方法600包括：步骤601，提供激光束；步骤602，将激光束101提供给喷嘴单元102；步骤603，改变激光束101在喷嘴单元102上的入射点109；步骤604，感测从喷嘴单元102的表面102b反射的激光106，以基于感测到的反射的激光106产生感测信号107；以及步骤605，评估感测信号107以在感测信号107中确定指示激光束101与孔102a对准的一个定义的感测图案或多个定义的感测图案。图6中的箭头不一定指示各个步骤的顺序。特别地，步骤601-步骤605可以同时执行。

图7示出了根据本发明的一实施方式的方法600，其建立在图6中所示的方法600的基础上。图7具体地示出了图6中所示的步骤602、603和604的细节。图6。图8用于说明根据图7执行的方法600。特别地，图8示意性地示出了反射的激光106在感测单元105上的图像802，其根据用于改变激光束101在喷嘴单元102上的入射点109的移动图案而移动。

所提供的激光束101可以被聚焦到喷嘴单元102的表面102b上(例如，作为步骤602的一部分)。这例如可以通过控制至少一个光学元件(例如，如图5中所示的光学元件501和502中的一者或两者)来实现。然后，可以选择701激光束101的入射点109(例如，作为步骤603的一部分)，使得反射的激光106的图像802(见图8)初始在感测单元105上居中(并且因此看起来在例如连接至摄像机等中的感测单元105的显示单元上居中)。然后，根据所确定的移动图案改变702激光束101在喷嘴单元102上的入射点109(例如，作为步骤603的一部分)，从而在感测单元105上生成该移动图案的图像801(见图8)。当在感测信号107中确定了感测图案时，可以停止704停止入射点109的移动(例如，作为步骤604的一部分)。

图8示出了反射的光106在感测单元105上的图像802的示例，其表示改变激光束101在喷嘴单元102上的入射点109的移动图案。特别地，如图8中所示，该移动图案可以是螺旋图案，其也使反射的激光106的图像802沿着螺旋801移动。该移动图案也可以是Z字形图案和/或往复扫描图案，可选地与螺旋图案组合。在某个点上，当入射点109沿着移动图案移动时，图像802可以与孔102a的图像803完全地或部分地(横向)重叠。在这种情况下，感测信号107可以示出指示激光束101与孔102a(部分地和/或完全地)对准的感测图案。例如，感测图案可以是由在感测单元105上的反射的激光106的图像802从深色背景下的较小和/或较亮的光点(当聚焦的激光束101从喷嘴单元的表面102b反射时)到该深色背景下的较大和/或较暗的光点(当激光束101进入喷嘴孔102a并且被例如流体射流的流体反射时)的改变而产生的。在激光束101穿过孔102a而没有被散射和/或反射(例如没有流体射流)的情况下，图像802也可能消失。

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。