(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-13
(45)【発行日】2024-02-21
(54)【発明の名称】粒子噴流の流れ場を監視するための方法および装置
(51)【国際特許分類】
G01P 3/36 20060101AFI20240214BHJP
C23C 24/04 20060101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
G01P3/36 C
C23C24/04
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2021576882
(86)(22)【出願日】2020-06-11
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-03
(86)【国際出願番号】 FI2020050408
(87)【国際公開番号】W WO2020260754
(87)【国際公開日】2020-12-30
【審査請求日】2023-01-23
(31)【優先権主張番号】20195557
(32)【優先日】2019-06-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】518463544
【氏名又は名称】オセイル オイ
【氏名又は名称原語表記】ＯＳＥＩＲ ＯＹ
【住所又は居所原語表記】Ａｈｅｒｔａｊａｎｋａｔｕ １７ Ｔａｍｐｅｒｅ Ｆｉｎｌａｎｄ
(74)【代理人】
【識別番号】100075557
【弁理士】
【氏名又は名称】西教 圭一郎
(72)【発明者】
【氏名】ラルヨ，ユッシ
【審査官】岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１９－５３１９０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－５７１６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／１３８８１８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｐ ３／００－ ５／２６
Ｃ２３Ｃ２４／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガスダイナミック噴霧の制御方法であって、加速ノズル（ＮＯＺ１）を用いて粒子噴流（ＪＥＴ０）を提供することと、
粒子噴流（ＪＥＴ０）に照射光パルス（ＬＢ０）を照射することと、
照射光パルス（ＬＢ０）で照射された粒子噴流（ＪＥＴ０）の画像（ＩＭＧ２）を捕捉することと、
捕捉された画像（ＩＭＧ２）を解析することによって、１または複数の速度値（ｖ（ｘ））を決定することと、
１または複数の決定された速度値（ｖ（ｘ））を基準データ（ＲＥＦ１）と比較することと、
比較の結果に基づいて、コールド噴霧工程の１または複数の動作パラメータ（ＰＡＲ１）を調整することとを含み、
画像（ＩＭＧ２）は、撮像光学系（２１０）を含む撮像ユニット（２００）を用いて捕捉され、集光によって画像センサ（ＳＥＮ１）上に対象物面（Ｏ１）の光学画像を結像し、撮像ユニット（２００）の光軸（ＡＸ２）はノズル（ＮＯＺ１）の中心軸（ＡＸ０）に対して傾斜（γ１）しており、画像センサ（ＳＥＮ１）は、対象物面（Ｏ１）が粒子噴流（ＪＥＴ０）の粒子（Ｐ０）の移動方向（ｖｋ）と実質的に平行になるように、光軸（ＡＸ２）に対して傾斜（β１）しており、画像センサ（ＳＥＮ１）が、画像センサ（ＳＥＮ１）の表面法線と光軸（ＡＸ２）との間の角度（９０°－β１）が、ゼロと実質的に異なるように光軸（ＡＸ２）に対して傾斜（β１）していることを特徴とする方法。
【請求項2】
加速ノズル（ＮＯＺ１）が、粒子噴流（ＪＥＴ０）の粒子（Ｐ０）の少なくとも８０％が４００ｍ／ｓよりも高い速度（ｖｋ，ｖｋ＋１）で移動し、粒子噴流（ＪＥＴ０）の粒子（Ｐ０）の温度が１０００℃以下であるように、粒子噴流（ＪＥＴ０）を提供するように配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
撮像ユニット（２００）の被写界深度（ｄ１２）が、２ｍｍより小さいことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
撮像ユニット（２００）の被写界深度（ｄ
１２
）が、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
撮像ユニット（２００）の被写界深度（ｄ１２）が、ノズル（ＮＯＺ１）の出口端部における粒子噴流（ＪＥＴ０）の幅の２％～４０％の範囲にあることを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の方法。
【請求項6】
アクチュエータ（ＡＣＵ１）が、対象物面（Ｏ１）とノズル（ＮＯＺ１）の軸（ＡＸ０）との間の距離（ｄ１）が移動中に一定であるように、加速ノズル（ＮＯＺ１）と撮像ユニット（２００）との組み合わせを標的対象物（ＴＡＲＧ１）に対して移動させるように配設されていることを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
ノズル（ＮＯＺ１）の中心軸（ＡＸ０）と撮像ユニット（２００）の光軸（ＡＸ２）との間の角度（γ１）が、４５°～８５°の範囲にあることを特徴とする、請求項１～６のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
ノズル（ＮＯＺ１）の中心軸（ＡＸ０）と撮像ユニット（２００）の光軸（ＡＸ２）との間の角度（γ１）が、７０°～８０°の範囲にあることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
画像センサ（ＳＥＮ１）のセンサ面（ＡＣＴ１）と撮像ユニット（２００）の光軸（ＡＸ２）との間の角度（β１）が、６５°～８９°の範囲にあることを特徴とする、請求項１～８のいずれかに記載の方法。
【請求項10】
画像センサ（ＳＥＮ１）のセンサ面（ＡＣＴ１）と撮像ユニット（２００）の光軸（ＡＸ２）との間の角度（β１）が、７５°～８５°の範囲にあることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
粒子噴流（ＪＥＴ０）は、照射光のシート（ＬＢ０）によって照射され、照射光のシート（ＬＢ０）は、照射光のシート（ＬＢ０）が対象物面（Ｏ１）と実質的に平行になるように撮像ユニット（２００）の対象物面（Ｏ１）に重なることを特徴とする、請求項１～１０のいずれかに記載の方法。
【請求項12】
対象物面（Ｏ１）と結像光学系（２１０）との間の距離（ａ１）が、ノズル（ＮＯＺ１）の出口端部における粒子噴流（ＪＥＴ０）の横断方向幅（ｄＪＥＴ０）の５～５０倍の範囲にあることを特徴とする、請求項１～１１のいずれかに記載の方法。
【請求項13】
１または複数の決定された速度値（ｖ（ｘ））に基づいて粒子噴流（ＪＥＴ０）の中心軸（ＡＸＪ０）の位置（ｄＡＸＪ０）を決定することと、粒子噴流（ＪＥＴ０）の中心軸（ＡＸＪ０）の決定された位置（ｄＡＸＪ０）に従って標的対象物（ＴＡＲＧ１）に対して粒子噴流（ＪＥＴ０）を移動させることを制御することとを含むことを特徴とする、請求項１～１２のいずれかに記載の方法。
【請求項14】
１または複数の決定された速度値（ｖ（ｘ））を基準データ（ＲＥＦ１）と比較することと、比較の結果に基づいて、コールド噴霧操作を有効または無効にすることとを含むことを特徴とする、請求項１～１３のいずれかに記載の方法。
【請求項15】
標的対象物（ＴＡＲＧ１）上に被膜（ＣＯＡＴ１）を形成することを含むことを特徴とする、請求項１～１４のいずれかに記載の方法。
【請求項16】
捕捉された画像（ＩＭＧ２）を解析することによって１または複数の分布（ｖ（ｘ），ｎ（ｘ））を決定することを含み、決定された分布の少なくとも１つが速度分布（ｖ（ｘ））または粒子数密度分布（ｎ（ｘ））であることを特徴とする、請求項１～１５のいずれかに記載の方法。
【請求項17】
コールド噴霧装置（１０００）であって、粒子噴流（ＪＥＴ０）を提供するための加速ノズル（ＮＯＺ１）と、
粒子噴流（ＪＥＴ０）に照射光パルス（ＬＢ０）を照射する照射ユニット（１００）と、
粒子噴流（ＪＥＴ０）を捕捉する撮像ユニット（２００）と、
捕捉された画像を解析して１または複数の速度値（ｖ（ｘ））を決定するデータ処理装置（４００）と、
を含み、
撮像ユニット（２００）は、画像センサ（ＳＥＮ１）と、光を集光して画像センサ（ＳＥＮ１）上に対象物面（Ｏ１）の光学画像を形成する撮像光学系（２１０）とを含み、撮像ユニット（２００）の光軸（ＡＸ２）はノズル（ＮＯＺ１）の中心軸（ＡＸ０）に対して傾斜（γ１）しており、画像センサ（ＳＥＮ１）は、対象物面（Ｏ１）が粒子噴流（ＪＥＴ０）の粒子（Ｐ０）の平均移動方向（ｖｋ）と実質的に平行になるように光軸（ＡＸ２）に対して傾斜（β１）しており、画像センサ（ＳＥＮ１）の表面法線と光軸（ＡＸ２）との間の角度（９０°－β１）は、ゼロと実質的に異なるように光軸（ＡＸ２）に対して傾斜（β１）していることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コールド噴霧被覆の制御に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスダイナミックコールド噴霧によって対象物を被覆することができる。コールド噴霧は、被覆粒子を超音速ガス噴流で加速することと、粒子を標的対象物に衝突させ、粒子が塑性変形を受け、対象物に付着するようにすることとを含んでよい。粒子の大きさは、たとえば１～５０μｍの範囲であってよく、粒子の速度は、たとえば４００～１２００ｍ／ｓの範囲であってよい。噴霧された粒子の温度は、通常、当該粒子の溶融温度よりも実質的に低く保たれる。
【0003】
形成された被膜の特性は、たとえば破壊試験または非破壊試験によって測定することができる。被膜の特性に対するコールド噴霧の動作パラメータの影響は、たとえば、１または複数の動作パラメータを変化させて被膜を形成し、形成された被膜の特性を測定し、動作パラメータの関数として測定された特性をプロットすることによって決定することができる。
【発明の概要】
【0004】
いくつかのバージョンは、コールド噴霧を制御する方法に関するものであってよい。いくつかのバージョンは、コールド噴霧によって被膜を形成するための装置に関するものであり得る。コールド噴霧装置の動作を制御する方法に関するバージョンもある。コールド噴霧装置の動作を確認する方法に関するバージョンもある。
【0005】
一態様に従えば、ガスダイナミック噴霧を制御するための方法が提供され、該方法は、
加速ノズル（ＮＯＺ１）を用いて粒子噴流（ＪＥＴ０）を提供することと、
粒子噴流（ＪＥＴ０）を照射光パルス（ＬＢ０）で照射することと、
照射光パルス（ＬＢ０）で照射された粒子噴流（ＪＥＴ０）の画像（ＩＭＧ２）を捕捉することと、
捕捉された画像（ＩＭＧ２）を解析することによって、１または複数の速度値（ｖ（ｘ））を決定することと、を含み、
画像（ＩＭＧ２）は、撮像光学系（２１０）を含む撮像ユニット（２００）を用いて捕捉され、集光によって画像センサ（ＳＥＮ１）上に対象物面（Ｏ１）の光学画像を結像し、撮像ユニット（２００）の光軸（ＡＸ２）はノズル（ＮＯＺ１）の中心軸（ＡＸ０）に対して傾斜（γ１）しており、画像センサ（ＳＥＮ１）は、対象物面（Ｏ１）が粒子噴流（ＪＥＴ０）の粒子（Ｐ０）の移動方向（ｖｋ）と実質的に平行になるように、光軸（ＡＸ２）に対して傾斜（β１）している。
加速ノズル（ＮＯＺ１）を用いて粒子噴流（ＪＥＴ０）を提供することと、
粒子噴流（ＪＥＴ０）を照射光パルス（ＬＢ０）で照射することと、
照射光パルス（ＬＢ０）で照射された粒子噴流（ＪＥＴ０）の画像（ＩＭＧ２）を捕捉することと、
捕捉された画像（ＩＭＧ２）を解析することによって、１または複数の速度値（ｖ（ｘ））を決定することと、を含み、
画像（ＩＭＧ２）は、撮像光学系（２１０）を含む撮像ユニット（２００）を用いて捕捉され、集光によって画像センサ（ＳＥＮ１）上に対象物面（Ｏ１）の光学画像を結像し、撮像ユニット（２００）の光軸（ＡＸ２）はノズル（ＮＯＺ１）の中心軸（ＡＸ０）に対して傾斜（γ１）しており、画像センサ（ＳＥＮ１）は、対象物面（Ｏ１）が粒子噴流（ＪＥＴ０）の粒子（Ｐ０）の移動方向（ｖｋ）と実質的に平行になるように、光軸（ＡＸ２）に対して傾斜（β１）している。
【0006】
さらなる態様は、特許請求の範囲および／または実施例において定義される。
【0007】
本発明の様々な実施形態に求められる保護範囲は、独立請求項によって規定される。独立請求項の範囲に該当しない、本明細書に記載された実施形態および特徴がある場合には、本発明の様々な実施形態を理解するために有用な例として解釈されるものとする。
【0008】
コールド噴霧装置は、粒子噴流を提供するための加速ノズルを含んでいてよい。コールド噴霧によって被膜を形成するために、粒子噴流を標的対象物に向けることができる。粒子噴流の粒子は、粒子が塑性変形を受け、標的対象物に付着するように、標的対象物に衝突してよい。コールド噴霧は、たとえば、重要な部品に被膜を形成する場合、検証する必要がある場合がある。航空機の重要部品を製造する場合など、コールド噴霧の検証を行う必要がある場合がある。
【0009】
粒子噴流は、撮像ユニットを含む監視装置を用いて行って監視されてよい。撮像ユニットは、粒子噴流の測定領域の画像を捕捉するように配設されてよい。検出された粒子の数を数えるために、および／または検出された粒子の速度を決定するために、１または複数の捕捉された画像が解析されてよい。監視装置は、捕捉された画像を解析することによって１または複数の速度値を決定するように配設されてよい。監視装置は、１または複数の速度分布を決定するように配設されてもよく、速度分布は、位置の関数として速度を示してよい。
【0010】
監視装置は、捕捉された画像を解析して１または複数の個数密度値を決定するように配設されてよい。監視装置は、１または複数の数密度分布を決定するように配設されてもよく、数密度分布は、位置の関数としての数密度を示してよい。監視装置はまた、決定された速度値から、および決定された数密度値から、質量流束値を計算するように配設されてよい。質量流束値は、溶射装置で被膜を形成するための局所的な堆積速度を示すものであってよい。
【0011】
コールド噴霧操作は、監視装置で測定された１または複数の値に基づいて制御および／または検証される場合がある。たとえば、測定された１または複数の速度値は、基準データと比較されてよい。比較の結果に基づいて、コールド噴霧を制御するための制御動作が実行されてよい。制御動作は、たとえば、コールド噴霧の１または複数の動作パラメータを調整することを含んでよい。制御操作は、たとえば、実行されたコールド噴霧操作が有効であるか無効であるかを検証すること、たとえば、標的対象物に形成された被膜を受け入れるか拒否することを含む場合がある。
【0012】
コールド噴霧装置の動作は、撮像ユニットを含む光学測定装置を用いて確認することができる。撮像ユニットは、測定領域内を移動する粒子を検出するように配設されてよい。測定領域は、物体平面を含んでよい。撮像ユニットは、対象物面の近傍で移動している粒子の実質的に鮮明な画像を捕捉するように配設されてよい。監視装置は、捕捉された画像を解析することによって、たとえば１または複数の速度値を決定するように配設されてよい。監視装置は、たとえば１または複数の速度分布を決定するように配設されてよい。監視装置は、たとえば１または複数の数密度値を決定するように配設されてよい。監視装置は、たとえば１または複数の粒子数密度分布を決定するように配設されてよい。監視装置は、決定された速度値から、および粒子数密度値から、たとえば質量流束値を計算するように配設されてよい。
【0013】
加速ノズルと標的対象物との間の距離は、たとえば、被覆粒子の速度を最大化するために、および／または加速ガスの消費を低減するために、および／または粒子噴流の正確な制御を容易にするために、短くしてもよい。加速ノズルと標的対象物との間の距離は、撮像ユニットのハウジングの幅と比較して、短くてよい。
【0014】
撮像ユニットの向きは、加速ノズルと標的対象物の距離が短い場合、および／または、測定領域が標的対象物に近い場合にも撮像ユニットが粒子噴流の画像を捕捉するように選択することができる。撮像ユニットは、短い粒子噴流の監視を容易にするために傾けられていてよい。撮像ユニットは、短い粒子噴流の連続的な監視を容易にするために傾けられていてよい。
【0015】
撮像ユニットの角度の向きが、対象物面の角度の向きに影響を及ぼし得る。対象物面の向きが、粒子噴流の粒子に対する撮像ユニットの能力に影響を及ぼし得る。撮像ユニットの被写界深度は、粒子噴流の直径と比較すると小さい場合がある。撮像ユニットの傾斜した向きを使用すると、移動する粒子の光学画像が非常に短い期間のみ鮮明さを維持するように、粒子が測定領域を通って急速に移動する状況が発生する可能性がある。この期間が、捕捉された画像を解析することによって粒子を確実に検出することが困難であるほど短い場合がある。また、捕捉された画像を解析して粒子の速度を正確に測定することが困難なほど短い時間であり得る。
【0016】
撮像素子は、撮像ユニットの光軸に対して傾斜していてよい。画像センサは、短い粒子噴流の効果的な監視を可能にするように、傾斜した向きを有していてよい。画像センサは、標的対象物に近い粒子噴流の効果的な監視を可能にするように、傾斜した向きを有してよい。画像センサの表面法線と撮像ユニットの光軸との間の角度は、ゼロと実質的に異なっていてよい。傾斜した画像センサを使用する場合、移動粒子の速度ベクトルは、撮像ユニットの対象物面と実質的に平行であってよい。傾斜したセンサは、画像認識アルゴリズムを使用することによる粒子の信頼性の高い検出を容易にし得る。傾斜したセンサは、移動粒子の画像を捕捉するためにより長い露光時間を使用することを可能にし得る。傾斜したセンサは、照射パルスシーケンスのより長い時間幅を使用することを可能にすることができる。傾斜したセンサは、粒子の速度の測定の精度を向上させることを可能にすることができる。傾斜したセンサは、粒子噴流の横断方向における空間分解能を向上させることができる。傾斜したセンサは、標的対象物に近い位置での粒子速度の測定を可能にする。傾斜したセンサは、標的対象物の近傍における粒子速度の変化率を測定することを可能にすることができる。さらに、傾斜したセンサは、一部の粒子が標的対象物から跳ね返ったかどうかを検出することを容易にすることができる。
【0017】
粒子噴射の監視によって、溶射装置の最適な動作パラメータを容易に決定することができる。粒子噴流の監視によって、被膜の品質および／または信頼性を向上させることができる。連続的な監視によって、１または複数の測定値が許容範囲外にある場合に被覆プロセスを中断することができる。加速ガスおよび／または粒子は高価である。被覆中に発生した問題によって、標的対象物が不合格になるのであれば、不完全な被覆プロセスを継続する必要はない。粒子噴射を監視することで、不完全な被覆のために不合格となる標的対象物に費やされる費用を削減することができる。
【0018】
被覆作業は、被膜を形成している間、粒子噴流を実質的に連続的に監視するように実行されてよい。たとえば、噴霧ガンは、アクチュエータを使用して標的対象物に対して移動させることができる。アクチュエータは、たとえば、産業用ロボットであってよい。監視装置の撮像ユニットおよび照射ユニットは、撮像ユニットの対象物面が噴霧ガンのノズルの動きを連続的に追跡し得るように、移動する噴霧ガンに機械的に取り付けられてよい。撮像ユニットと照射ユニットとは、ノズルと一緒に移動するようにノズルに取り付けられてよい。
【0019】
コールド噴霧装置の運転コストが高くなる場合がある。被覆粒子のコストおよび／または作動ガスのコストが高くなる可能性がある。連続監視を行う場合、被覆動作中に既に異常動作が検出されることがある。監視装置は、１または複数の速度測定値と基準データとの比較が異常な動作を示す場合に、たとえばアラームを提供するように配設されてよい。被覆プロセスの１または複数の動作パラメータは、監視装置から得られた情報に基づいて、被覆動作中に調整されるかもしれない。動作パラメータを調整しても正常な運転にならない場合などには、塗布作業を終了することができる。異常動作を検出した場合、塗布を中止することができる。
【0020】
粒子噴流の中心軸は、噴霧ガンの加速ノズルの対称軸に対してずれていることがある。噴霧ガンの加速ノズルの位置に関する情報は、時として、誤りである可能性さえある。一実施形態において、本方法は、１または複数の決定された分布に基づいて粒子噴流の中心軸の実際の位置を決定することを含んでいてよい。本方法は、たとえば、１または複数の決定された分布の重心を計算することによって、粒子噴流の中心位置を決定することを含んでいてよい。この方法は、たとえば、１または複数の決定された分布に関数をフィッティングすることによって、粒子噴流の実際の中心位置を決定することを含んでよい。
【0021】
本方法は、粒子噴流の中心軸の決定された位置に関する情報をコールド噴霧装置の制御システムに伝達することを含んでいてよい。コールド噴霧装置の制御システムは、粒子噴流の中心軸の決定された位置に関する情報を使用して、標的対象物に対する粒子噴流の位置を調整および／または補正するように配設されてよい。粒子噴流の実際の中心に関する情報は、標的対象物上に形成される被膜の局所的な厚さの、より正確な制御を促進し得る。
【図面の簡単な説明】
【0022】
以下の実施例では、添付図面を参照して、いくつかの変形例をより詳細に説明する。
【0023】
【図1a】例として、ガスダイナミックコールド噴霧によって対象物に被膜を形成する様子を断面図で示している。
【図1b】異なるサイズの被覆粒子で被膜を形成するための最小速度と最大速度を例として示している。
【図1c】例として、光監視装置を含む塗布装置を示す。
【図1d】例として、ノズルの軸と粒子噴流の軸を示している。
【図1e】粒子噴流の質量流束の横方向分布を例として示している。
【図2a】例として、コールド噴霧で標的対象物に被膜を形成する様子を立体的に示している。
【図2b】例として、基準領域を通過する粒子を検出する様子を立体的に示している。
【図2c】例として、粒子噴流の測定領域のキャプチャ画像を立体的に示している。
【図2d】例として、監視装置のユニットを立体的に示している。
【図3a】画像センサの垂直な向きを利用して粒子噴流を監視する様子を側面から見た例である。
【図3b】例として、撮像ユニットの傾斜方向を利用して粒子噴流を監視する様子を側面から見ている。
【図3c】画像センサの傾斜方向を利用して粒子噴射を監視する様子を側面から見た例である。
【図3d】例として、側面図において、撮像ユニットと標的との間のギャップを示している。
【図3e】例として、撮像ユニットが噴霧ガンに取り付けられている監視装置を立体的に示す図である。
【図4a】例として、照射光のパルスのタイミングを示している。
【図4b】例として、測定装置の画像センサが捕捉された画像を示している。
【図4c】例として、測定装置の画像センサで捕捉された画像を示している。
【図4e】例として、捕捉された画像を解析して求めた粒子の速度ベクトルを示している。
【図4f】例として、１回の露光時間内に複数のパルス列を供給する場合の光パルスを照射するタイミングを示している。
【図5】例として、粒子噴流のある位置における確率分布関数を示している。
【図6】例として、捕捉された画像を解析して１または複数の分布の決定を示している。
【図7】例として、決定された分布と基準分布の比較を示している。
【図8】例として、捕捉された画像を解析して１または複数の速度値を決定し、決定した１または複数の速度値に基づいてコールド噴霧装置の動作を制御するための方法手順を示している。
【図9a】例として、折り畳まれた光軸を使用することによって、および画像センサの傾斜方向を使用することによって、粒子噴流を監視することを側面図で示している。
【図9c】例として、折り畳まれた光軸を使用することによって、および画像センサの垂直方向を使用することによって、粒子噴流を監視することを側面図で示している。
【発明を実施するための形態】
【0024】
図１ａを参照すると、粒子噴流ＪＥＴ０の被覆粒子Ｐ０ｋは、速度ｖｋで移動することができる。粒子Ｐ０ｋは、標的対象物ＴＡＲＧ１の表面に衝突したときに変形してよい。噴流ＪＥＴ０の粒子Ｐ０は、変形した被覆粒子ＣＰ１に変換されてよい。複数の被覆粒子ＣＰ１は、標的対象物ＴＡＲＧ１に付着していてよい。複数の被覆粒子ＣＰ１は、合わせて被膜ＣＯＡＴ１を構成してよい。標的対象物ＴＡＲＧ１は、たとえば、エンジンの部品、ガスタービンの部品、および／または、航空機の部品であってよい。
【0025】
図１ｂを参照すると、被膜を形成するのに適した速度範囲は、粒子径ＤＰ０に依存し得る。下側の曲線ＣＲＶ１は、最小速度限界を表し、上側の曲線ＣＲＶ２は、最大速度限界を表すことがある。被膜を形成するのに適した速度範囲は、上側の曲線ＣＲＶ２と下側の曲線ＣＲＶ１との間に存在し得る。限界ＣＲＶ１より低い速度および限界ＣＲＶ２より高い速度は、標的対象物ＴＡＲＧ１の浸食および／または以前に形成された被膜ＣＯＡＴ１の浸食の原因となる場合がある。
【0026】
被覆工程は、最適領域ＯＲ１を有してよい。粒子速度および粒子径が最適領域ＯＲ１内に存在するように粒子噴流を供給することによって、所望の特性を有する被膜が形成されてよい。最適領域は、たとえば、粒子の材料および標的対象物の材料に依存してよい。
【0027】
コールド噴霧被覆操作は、たとえば、粒子噴流の粒子の少なくとも所定の割合が最適領域ＯＲ１内に存在する場合に、有効であると判断され得る。
【0028】
コールド噴霧被覆操作は、たとえば、粒子噴流の粒子の所定割合未満が最適領域ＯＲ１内に存在する場合、無効であると判定され得る。
【0029】
図１ｃを参照すると、被覆装置１０００は、粒子噴流ＪＥＴ０の１または複数の速度値を測定するための光学測定装置５００を含んでいてよい。１または複数の測定値は、基準データと比較されてもよく、比較の結果に基づいて、噴霧動作が制御されてよい。特に、測定装置５００は、粒子噴流ＪＥＴ０の速度分布を測定してよい。測定された分布は、基準分布と比較されてもよく、比較の結果に基づいて、噴霧動作が制御されてよい。
【0030】
装置１０００は、粒子Ｐ０を高速に加速させることによって粒子噴流ＪＥＴ０を提供してよい。装置１０００は、作動ガスＧＡＳ０を高速に加速させる加速ノズルＮＯＺ１を含んでいてよい。加速ノズルＮＯＺ１は、たとえば発散ノズルであってよく、作動ガスを超音速、すなわち音速よりも高い速度に加速するように配設されてよい。発散ノズルは、たとえば、ド・ラバルノズル（de Laval nozzle）であってよい。粒子Ｐ０は、供給ノズルＮＯＺ１を介して作動ガスＧＡＳ０に導かれてよい。加速された作動ガスＧＡＳ０は、今度は、粒子Ｐ０を高速に加速させてよい。加速された粒子Ｐ０は、合わせて粒子噴流ＪＥＴ０を構成してよい。加速ノズルＮＯＺ１は、高速度ｖｋ、ｖｋ＋１、ｖｋ＋２、．．．で移動する複数の粒子Ｐ０ｋ，Ｐ０ｋ＋１，Ｐ０ｋ＋２，．．．を含む粒子噴流ＪＥＴ０を供給してよい。ノズルＮＯＺ１は、中心軸ＡＸ０を対称に有していてよい。
【0031】
粒子噴流ＪＥＴ０の粒子Ｐ０は、被膜ＣＯＡＴ１を形成するように、標的対象物ＴＡＲＧ１に衝突してよい。装置１００は、たとえば、標的対象物ＴＡＲＧ１の広い面積に被膜を形成するために、ノズルＮＯＺ１と標的対象物ＴＡＲＧ１との間の相対移動を引き起こすためのアクチュエータＡＣＵ１を含んでよい。特に、アクチュエータＡＣＵ１は、ノズルＮＯＺ１を移動させるように配設されてよい。
【0032】
作動ガスＧＡＳ０は、たとえば、ガスボンベＣＹＬ１から供給されてよい。作動ガスＧＡＳ０は、たとえば、ヘリウムまたは窒素であってよい。装置１０００は、作動ガスＧＡＳ０の流量および／または圧力を制御するためのバルブＶＡＬ１を含んでいてよい。装置１０００は、作動ガスＧＡＳ０を加熱するためのヒーターＨＥＡＴ１を含んでいてよい。作動ガスＧＡＳ０は、プレナムチャンバＣＨＡ１を介してノズルＮＯＺ１へ導かれてよい。装置１０００は、制御された流量で被覆粒子Ｐ０を粒子噴流ＪＥＴ０に供給する粒子供給ユニットＦＥＥＤ１を含んでよい。装置１０００は、供給ユニットＦＥＥＤ１に粒子Ｐ０を供給するための容器ＳＩＬＯ１を含んでいてよい。
【0033】
装置１０００は、加熱された作動ガスＧＡＳ０の圧力および／または温度を監視するための１または複数のセンサＧ１，Ｇ２を含んでいてよい。装置１０００は、供給ユニットＦＥＥＤ１から受け取った粒子Ｐ０を粒子噴流ＪＥＴ０に導くための供給ノズルＮＯＺ２を含んでいてよい。粒子は、キャリアガスＧＡＳ０’を用いて供給ユニットＦＥＥＤ１からノズルＮＯＺ２へ運ばれてよい。たとえば、キャリアガスＧＡＳ０’として、作動ガスＧＡＳ０の部分流を用いて、供給ユニットＦＥＥＤ１から粒子噴流ＪＥＴ０に粒子を搬送してよい。装置１０００は、キャリアガス流の流量および／または圧力を制御するためのバルブＶＡＬ２を含んでいてよい。粒子Ｐ０およびキャリアガスは、供給ユニットからダクトＴＵＢ１を介して供給ノズルＮＯＺ２まで導かれてよい。
【0034】
加速ノズルＮＯＺ１、プレナムチャンバＣＨＡ１、および供給ノズルＮＯＺ２は、一緒にユニットＧＵＮ１を構成してもよく、たとえば、噴霧ガンと呼ばれることがある。
【0035】
装置１０００は、噴霧ガンＧＵＮ１の動作を制御する制御部ＣＮＴ２を含んでもよい。たとえば、制御ユニットＣＮＴ２は、選択された動作パラメータＰＡＲ１に従って、装置１０００の動作を制御するように配設されてよい。動作パラメータＰＡＲ１は、たとえば、作動ガスの流量、作動ガスの圧力、作動ガスの温度、粒子の流量、および／または、ノズルＮＯＺ１を移動させるための軌跡であってよい。動作パラメータＰＡＲ１は、たとえば、メモリＭＥＭ２０に記憶されてよい。
【0036】
装置１０００は、ユーザに情報を提供するため、および／またはユーザ入力を受信するためのユーザインタフェースＵＩＦ２を含んでいてよい。
【0037】
装置１０００は、標的ＴＡＲＧ１に対するノズルＮＯＺ１の位置を示す位置情報ＰＯＳ１を提供してよい。
【0038】
測定装置５００は、装置１０００から位置情報ＰＯＳ１を受信してよい。位置情報ＰＯＳ１は、軸ＡＸ０の横断方向位置を示していてよい。位置情報ＰＯＳ１は、たとえば、アクチュエータＡＣＵ１から、アクチュエータＡＣＵ１の位置センサから、および／または装置１０００の制御ユニットＣＮＴ２から受信されてよい。位置情報ＰＯＳ１はまた、たとえばアクチュエータＡＣＵ１が測定装置５００の撮像ユニット２００に対してノズルを移動させ得る状況において、ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０に対する対象物面Ｏ１の相対位置を示すものであってよい。
【0039】
装置１０００は、粒子噴流ＪＥＴ０の１または複数の分布を測定するための光学測定装置５００を含んでいてよい。測定装置５００は、光学測定装置５００の対象物面Ｏ１の近傍で移動している粒子を検出するように配設されてよい。
【0040】
記号ｄ１は、対象物面Ｏ１とノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０との間の距離を示すことができる。ＳＸ、ＳＹおよびＳＺは、直交する方向を示してよい。方向ＳＹは、ノズルＮＯＺ１の軸線ＡＸ０の方向と平行であってよい。方向ＳＸは、たとえば、横方向（lateral direction）と呼ばれてよい。方向ＳＺは、たとえば、横断方向（transcverse direction）と呼ばれてよい。
【0041】
監視装置５００は、たとえば、測定された速度値をユーザに表示するための、および／またはユーザからのユーザ入力を受信するためのユーザインタフェースＵＩＦ１を含んでいてよい。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、たとえば、決定された分布をユーザに表示してよい。
【0042】
図１ｄを参照すると、粒子噴流ＪＥＴ０の中心軸ＡＸＪ０は、加速ノズルＮＯＺ１の中心軸ＡＸ０に対して変位することもあり、ｄＡＸＪ０は、たとえば測定装置５００の対象物面Ｏ１の中心における軸ＡＸ０と軸ＡＸＪ０との間の距離を示していてよい。変位ｄＡＸＪ０は、たとえば、噴霧ガンＧＵＮ１の１または複数の非対称な流れに起因して生じ得る。たとえば、供給ノズルＮＯＺ２は、加速ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０に対して変位し得る。たとえば、噴霧ガンＧＵＮ１のプレナムチャンバＣＨＡ１に１または複数のガス流が非対称に導入され得る。
【0043】
加速ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０は、たとえば、加速ノズルＮＯＺ１の対称軸となるように定義されてよい。
【0044】
本方法は、たとえば、標的ＴＡＲＧ１の横方向および横断方向の異なる位置における堆積率を正確に制御するために、粒子噴流ＪＥＴ０の中心軸ＡＸＪ０の横方向および／または横断方向位置を測定することを含んでいてよい。
【0045】
本方法は、１または複数の決定された分布（ｖ（ｘ），ｖ（ｚ））に基づいて粒子噴流ＪＥＴ０の中心軸ＡＸＪ０の位置を決定することを含んでよい。本方法は、粒子噴流（ＪＥＴ０）の中心軸（ＡＸＪ０）の決定された位置に応じて、標的対象物（ＴＡＲＧ１）に関して粒子噴流（ＪＥＴ０）を移動させることを制御することを含んでよい。
【0046】
噴流ＪＥＴ０の軸ＡＸＪ０は、たとえば、粒子噴流ＪＥＴ０の空間質量流束分布の重心にあるように定義されてよい。
【0047】
加速ノズルＮＯＺ１は、出口において内径ｄＮＯＺ１を有してよい。
【0048】
図１ｅは、例として、横方向位置座標ｘの関数としての粒子噴流ＪＥＴ０の相対質量流束Ｊ（ｘ）／ＪＭＡＸを示す。質量流束Ｊ（ｘ）の単位は、たとえば、単位時間当たりの単位面積当たりの質量（ｇ／ｍ２／ｓ）でよい。ＪＭＡＸは、質量流束の最大値を表してよい。相対質量流束は、質量流束を最大値ＪＭＡＸで除算した値を意味してよい。第１近似として、位置（ｘ，ｙ，ｚ）における質量流束Ｊ（ｘ，ｙ，ｚ）は、粒子数密度ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）に粒子平均速度ｖ（ｘ，ｙ，ｚ）を乗じたものに比例してよい。第１近似に、位置（ｘ，ｚ）において被膜ＣＯＡＴ１を形成するための堆積速度は、位置（ｘ，ｙ，ｚ）における質量流束Ｊ（ｘ，ｙ，ｚ）に実質的に比例してよい。なお、数密度とは、単位体積あたりの数または粒子を意味する
【0049】
記号ｘＡＸ０は、ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０の横方向位置を示すことができる。記号ｘＡＸＪ０は、粒子噴流ＪＥＴ０の軸ＡＸＪ０の横方向位置を表してよい。
【0050】
記号ｘＢＮＤ１は、質量流束が最大値ＪＭＡＸの５０％に等しい第１横方向位置を示してよく、ｘＢＮＤ２は、質量流束が最大値ＪＭＡＸの５０％に等しい第２横方向位置を示してよい。ｄＪＥＴ０は、横方向ＳＸにおける粒子噴流ＪＥＴ０の幅を示してよい。粒子噴流ＪＥＴ０の幅ｄＪＥＴ０は、たとえば、距離ｘＢＮＤ２－ｘＢＮＤ１に等しくてよい。粒子噴流ＪＥＴ０の幅ｄＪＥＴ０は、たとえば、質量流束分布が最大値ＪＭＡＸの５０％に達する点間の（最大）距離を意味してよい。幅ｄＪＥＴ０は、たとえば、質量流束分布Ｊ（ｘ，ｙ，ｚ）の全幅－半値幅（ＦＷＨＭ幅）を意味し得る。
【0051】
図２ａを参照すると、噴流ＪＥＴ０の移動粒子Ｐ０は、標的対象物ＴＡＲＧ１に衝突すると、変形し得る。変形した粒子ＣＰ１は、標的対象物ＴＡＲＧ１の表面ＳＲＦ２上に堆積層ＣＯＡＴ１を形成してよい。記号Ｌ２は、加速ノズルＮＯＺ１と標的対象物ＴＡＲＧ１の表面ＳＲＦ２との間の距離を示していてよい。
【0052】
図２ｂを参照すると、ノズルＮＯＺ１は、基準領域ＡＲＥＡ０を介して粒子束を提供してよい。Ｌ０は、加速ノズルＮＯＺ１と基準領域ＡＲＥＡ０との間の距離を表してよい。噴流は、基準領域ＡＲＥＡ０の位置において直径（ｄＪＥＴ０）を有していてよい。測定装置５００は、測定時間に基準領域ＡＲＥＡ０を通過する粒子の速度、個数密度および／またはサイズを測定するように配設されてよい。測定装置５００は、基準領域ＡＲＥＡ０を通過する粒子の画像を捕捉するように配設されてよい。測定装置５００は、基準領域ＡＲＥＡ０の近傍の粒子噴流を監視するように配設されてよい。
【0053】
一実施形態において、基準領域ＡＲＥＡ０は、たとえば、距離Ｌ０が距離Ｌ２と実質的に等しくなるように位置決めされてよい。たとえば、ノズルは、装置５００がノズルから距離Ｌ２で移動している粒子を検出することを監視することができるように、標的対象物から監視位置まで離れて移動されてよい。
【0054】
噴流を実質的に連続的に監視する場合、ノズルと標的との間の距離は、監視の間、Ｌ２に等しくてよい。測定装置５００は、粒子が標的に衝突する前に粒子を検出するように配設されてよい。距離Ｌ０は、距離Ｌ２よりも短くてよい。
【0055】
光学測定装置５００は、基準領域ＡＲＥＡ０を通過する粒子Ｐ０の１または複数の特性を測定するように配設されてよい。光学測定装置５００は、基準領域ＡＲＥＡ０を通過する粒子Ｐ０の１または複数の速度値を測定するように配設されてよい。光学測定装置５００は、たとえば位置座標ｘの関数として、および／または位置座標ｚの関数として、基準領域ＡＲＥＡ０における１または複数の速度分布を決定するように配設されてよい。光学測定装置５００は、たとえば位置座標ｘの関数として、および／または位置座標ｚの関数として、基準領域ＡＲＥＡ０における１または複数の数密度分布ｎ（ｘ）、ｎ（ｚ）、ｎ（ｘ，ｚ）、ｎ（ｘ，ｙ，ｘ）、などを決定するように配設されてよい。
【0056】
図２ｃおよび図２ｄを参照すると、測定装置５００は、撮像ユニット２００と、データ処理部４００と、を含んで構成されてよい。撮像ユニット２００は、粒子噴流ＪＥＴ０の測定領域ＲＧ０内に位置する粒子のデジタル画像ＩＭＧ２を捕捉するように配設されてよい。撮像ユニット２００は、高フレームレートで複数の画像を捕捉するように配設されてよい。撮像ユニット２００は、ビデオカメラであってよい。
【0057】
測定装置５００は、捕捉された画像を解析することによって、１または複数の速度値を測定するように配設されてよい。測定装置５００は、捕捉された画像を解析することによって、１または複数の空間分布Ｆ１１（ｘ），Ｆ１２（ｘ）を測定するように配設されてよい（図４ｅ）。装置５００は、捕捉された画像内の粒子の画像を検出するように配設されてよい。装置５００は、捕捉された画像における検出可能な粒子の画像を計数するように配設されてよい。装置５００は、同じ粒子の第１サブ画像と第２サブ画像との間の変位から、粒子の速度を決定するように配設されてよい。装置５００は、複数の粒子の速度（ｖｋ，ｖｋ＋１）から平均速度値（ｖＡＶＥ）を決定するように配設されてよい。
【0058】
たとえば、装置５００は、空間的な粒子速度分布を測定するように配設されてよい。測定装置５００は、捕捉された画像を解析することによって、横方向速度分布を測定するように配設されてよい。速度分布（ｖＡＶＥ（ｘ））は、たとえば、ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０に対する横方向位置（ｘ）の関数としての粒子平均速度（ｖＡＶＥ）であってよい。横方向位置は、たとえば方向ＳＸのｘ座標によって指定されてよい。
【0059】
なお、測定装置５００は、捕捉された画像を解析して空間速度分布を測定するように配設してよい。粒子Ｐ０は、軸ＡＸ０の方向に（すなわち、方向ＳＹに）大きな軸方向速度成分ｖｙを有していてよい。また、粒子Ｐ０は、方向ＳＸの横方向速度成分ｖｘおよび／または方向ＳＺの横断方向速度成分ｖＺを有していてよい。測定装置５００は、測定領域ＲＧ０に位置する各粒子について、たとえば速度成分ｖＹおよびｖＸを測定するように配設されてよい。測定装置５００は、横方向位置ｘの関数としての軸方向速度成分ｖＹについての空間速度分布を測定するように配設されてよい。
【0060】
なお、測定装置５００は、捕捉された画像（図５）を解析して、局所速度確率分布（ｐｖ（ｖ））を測定するように配設してよい。
【0061】
測定装置５００は、捕捉された画像を解析することによって、質量流の空間分布を測定するように配設され得る。位置ｘにおける質量流束の値は、たとえば、測定された速度ｖＡＶＥ（ｘ）と測定された粒子数密度ｎ（ｘ）と定数ｍＰ０とを乗算することによって決定され得る。定数ｍＰ０は、たとえば、単一の粒子Ｐ０の平均質量を表すことができる。
【0062】
１または複数の空間分布は、たとえば、粒子噴流の有効幅（ｄＪＥＴ０）についての情報を提供し得る。
【0063】
粒子Ｐ０は、照射ユニット１００に向けて光ＬＢ１を反射、屈折および／または散乱させ得る。粒子Ｐ０は、照射光ＬＢ０を反射、屈折および／または散乱させることによって、反射光ＬＢ１を提供し得る（図２ｄ）。
【0064】
撮像ユニット２００は、集光光学系２１０と画像センサＳＥＮ１とを含んで構成されてよい。集光光学系２１０は、粒子から受光した光ＬＢ１を集光して、画像センサＳＥＮ１上に光学画像ＩＭＧ１を形成するように配設されてよい。画像センサＳＥＮ１は、１または複数の光学画像ＩＭＧ１をデジタル画像ＩＭＧ２に変換し得る。データ処理ユニット４００は、画像センサＳＥＮ１から得られた１または複数のデジタル画像ＩＭＧ２を解析するように構成されてよい。データ処理ユニット４００は、１または複数のデータ処理操作たとえば１または複数の分布を決定するための操作を実行するように構成されてよい。データ処理ユニット４００は、コールド噴霧装置の動作を確認するために、コールド噴霧装置の動作を制御するために、および／または決定された分布が異常領域を含む場合に表示を提供するために構成されてよい。
【0065】
画像センサＳＥＮ１は、たとえば、ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサであってよい。ＣＭＯＳとは、相補型金属酸化膜半導体（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を意味する。ＣＣＤとは、電荷結像素子（Charge Coupled Device）を意味する。画像センサＳＥＮ１は、２次元アレイに配設された複数の光検出画素を含んでよい。
【0066】
デジタル画像ＩＭＧ２は、方向ＳξおよびＳνによって規定される画像空間において、幅ξＩＭＧおよび高さνＩＭＧを有し得る。軸ＡＸ０の画像は、たとえば、方向Ｓξと実質的に平行であってよい。方向Ｓνは、方向Ｓξに対して垂直であってよい（図４ｂ）。
【0067】
ＳＸ、ＳＹおよびＳＺは直交する方向を示す場合がある。ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０は、方向ＳＹと平行であってよい。方向ＳＸは、横方向と呼ばれてもよい。方向ＳＺは、横断方向と呼ばれてもよい。撮像ユニット２００は、光軸ＡＸ２を有してよい。撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２は、たとえば、ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０に対して横断方向であってよい。
【0068】
測定装置５００の測定領域ＲＧ０は、実質的に平面的な堆積であってよく、測定領域ＲＧ０の中央部に対象物面Ｏ１を含む。測定領域ＲＧ０の厚さは、横断方向ＳＺにおける被写界深度ｄ１２に等しくてよい。測定領域ＲＧ０は、対象物面Ｏ１から、方向ＳＺに、および、また反対方向－ＳＺに被写界深度ｄ１２の５０％の距離だけ延びてよい。
【0069】
撮像ユニット２００の被写界深度ｄ１２は、たとえば２ｍｍより小さくてもよく、有利には０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲であってよい。
【0070】
被写界深度ｄ１２は、たとえば、ノズルＮＯＺ１の出口端部における粒子噴流ＪＥＴ０の幅ｄの２％～４０％の範囲であってよい。
【0071】
対象物面Ｏ１と結像光学系２１０との距離ａ１は、たとえば、ノズルＮＯＺ１の出口端部における粒子噴流ＪＥＴ０の横断方向幅ｄＪＥＴ０の５～５０倍の範囲であってよい。
【0072】
撮像ユニット２００は、粒子が測定領域ＲＧ０内にあるとき、画像センサＳＥＮ１上に粒子の実質的にシャープな画像を形成し得る。撮像ユニット２００は、粒子が対象物面Ｏ１から被写界深度ｄ１２の５０％以内にあるとき、画像センサＳＥＮ１上に粒子の実質的に鮮明な画像を形成してよい。撮像ユニット２００は、粒子が測定領域ＲＧ０の外側にあるが測定領域ＲＧ０に近いとき、画像センサＳＥＮ１上に粒子のぼやけた画像を形成し得る。それでも、粒子によっては、測定領域ＲＧ０から大きく離れていて、撮像ユニット２００がそれらの粒子の検出可能な画像を形成しない場合がある。
【0073】
画像センサＳＥＮ１上に形成される各光学画像ＩＭＧ１は、測定領域ＲＧ０の画像であり得る。画像ＩＭＧ１は、粒子噴流ＪＥＴ０の移動粒子Ｐ０の１または複数のサブ画像Ｐ１を含み得る。測定領域ＲＧ０は、たとえば撮像ユニット２００の対象物面と呼ばれる中心面Ｏ１を有し得る。撮像光学系２１０は、限定された被写界深度ｄ１２を有し得る。その結果、撮像ユニット２００は、当該粒子Ｐ０が対象物面Ｏ１上に位置する場合にのみ、粒子Ｐ０の鮮明なサブ画像Ｐ１を撮像素子ＳＥＮ１上に形成し得る。また、粒子Ｐ０と対象物面Ｏ１との間の距離がゼロよりも大きい場合には、粒子Ｐ０のサブ画像Ｐ１は、鮮鋭度が低い、すなわち、わずかにぼやけた画像であり得る。測定領域ＲＧ０は、第１境界Ｅ１と第２境界Ｅ２との間に位置し得る。対象物面Ｏ１は、境界Ｅ１，Ｅ２の間に位置し得る。境界Ｅ１，Ｅ２の間の距離は、撮像ユニット２００の被写界深度ｄ１２に等しくてよい。測定領域ＲＧ０は、横断方向ＳＺに厚さｄ１２を有していてよい。
【0074】
装置１０００は、ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０に対する、対象物面Ｏ１の横断方向位置ｚを変更するように配設され得る。対象物面Ｏ１の横断方向位置ｚは、たとえば、撮像ユニット２００に対してノズルＮＯＺ１を移動させるためのアクチュエータＡＣＵ１を用いて変更されてよい。アクチュエータＡＣＵ１は、ノズルＮＯＺ１をたとえば方向ＳＺに移動させる。アクチュエータＡＣＵ１は、たとえば、平行移動を含んでもよく、１または複数のステッピングモータによって移動される。アクチュエータＡＣＵ１は、たとえば、産業用ロボットであってよい。
【0075】
連続的な監視のために、撮像ユニット２００は、ノズルＮＯＺ１の移動中、対象物面Ｏ１の位置がノズルＮＯＺ１に対して固定されたままであってよいように、ノズルＮＯＺ１に取り付けられてよい。
【0076】
粒子噴流ＪＥＴ０の各移動粒子Ｐ０ｋは、ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０に対して瞬間的な横方向位置ｘｋを有していてよい。
【0077】
測定領域ＲＧ０の外にある粒子Ｐ０は、画像センサＳＥＮ１上でぼやけたサブ画像を有することができる。装置５００は、粒子の速度を決定するための基準としてぼやけたサブ画像が使用されないように動作するように配設されてよい。
【0078】
撮像ユニット２００は、画像センサＳＥＮ１の露光時間Ｔｅｘの間、測定領域ＲＧ０に位置する各粒子Ｐ０の実質的にシャープな画像Ｐ１を形成し得る。撮像ユニット２００は、照射光パルスＬＢ０のトリガー中に、測定領域ＲＧ０に位置する各粒子Ｐ０の実質的に鮮明な画像Ｐ１を形成してよい。画像センサＳＥＮ１の活性領域上に形成される光学画像ＩＭＧ１は、複数のサブ画像Ｐ１を含んでよい。各サブ画像Ｐ１は、粒子Ｐ０の画像であってよい。画像センサＳＥＮ１は、光学画像ＩＭＧ１をデジタル（捕捉）画像ＩＭＧ２に変換してよい。
【0079】
撮像ユニット２００によって捕捉された画像ＩＭＧ２は、測定領域ＲＧ０と粒子噴流ＪＥＴ０との共通の重なり部分を表し得る。１つの捕捉された画像に現れる粒子の平均数は、たとえば、２～１０００の範囲内であってよい。１つの捕捉された画像に現れる粒子の平均数は、たとえば、１０～１００の範囲内であってよい。粒子Ｐ０のサブ画像Ｐ１は、画像解析アルゴリズムによって検出され得る。粒子Ｐ０は、画像ＩＭＧ２の捕捉中に高速で移動し得る。捕捉された画像に現れる各粒子の速度は、変位値Δｕと、露光および／または照射のタイミングとから決定され得る。各粒子Ｐ０の光学画像Ｐ１は、画像ＩＭＧ２の捕捉中に移動し得る。光学画像の移動は、変位値Δｕを規定してもよく、この変位値Δｕは、画像解析によって、捕捉された画像ＩＭＧ２から決定され得る。粒子Ｐ０の各実質的にシャープな画像Ｐ１は、変位値Δｕと関連付けられ得る。粒子Ｐ０ｋの速度ｖｋは、変位値Δｕｋと、照射の継続時間（ＴＦ）および／または露光時間Ｔｅｘとから決定され得る。
【0080】
測定装置５００は、捕捉されたデジタル画像ＩＭＧ２を解析することによって１または複数の速度値を決定するためのデータプロセッサ４００を含み得る。決定された速度値は、たとえば、メモリＭＥＭ１に格納され得る。測定装置５００は、捕捉されたデジタル画像ＩＭＧ２を解析することによって１または複数の横方向分布Ｆ１１（ｘ），Ｆ１２（ｘ）を形成するためのデータ処理装置４００を含んでもよい。横方向分布Ｆ１１（ｘ），Ｆ１２（ｘ）は、たとえば、メモリＭＥＭ１に記憶され得る。
【0081】
測定装置５００は、対象物面Ｏ１が軸ＡＸ０に対して第１横断方向位置ｚ１にあるとき（たとえば、ｄ１＝ｚ１）、粒子噴流ＪＥＴ０の第１画像ＩＭＧ２ｚ１を捕捉し得る。測定装置５００は、対象物面Ｏ１が軸ＡＸ０に対して異なる第２横断方向位置ｚ２にあるとき（たとえばｄ１＝ｚ２）、粒子噴流ＪＥＴ０の第２画像ＩＭＧ２ｚ２を捕捉してよい。測定装置５００は、第１捕捉画像を解析することによって、第１横方向分布Ｆ１１（ｘ）を決定し得る。測定装置５００は、第２捕捉画像ＩＭＧ２を解析することによって、第２横方向分布Ｆ１２（ｘ）を決定してよい。測定装置５００は、横方向分布から１または複数の横断方向分布を決定するように配設されてよい。
【0082】
連続監視の間、対象物面Ｏ１はノズルに対して固定された位置に留まることができる。たとえば、対象物面Ｏ１は、ノズルの軸ＡＸ０と実質的に一致し得る。たとえば、対象物面Ｏ１は、横方向速度分布が噴霧装置の異常な動作状態に敏感に反応する位置（たとえば、ｚ＝ｚ１）に設定され得る。
【0083】
図２ｄを参照すると、監視装置５００は、照射光ＬＢ０を提供するための照射ユニット１００を含み得る。照射ユニット１００は、シート状の照射光ＬＢ０を提供してよい。照射ユニット１００は、測定領域ＲＧ０を照射するために、シート状の照射光ＬＢ０を提供するように配設され得る。照射光のシートＬＢ０は、測定領域ＲＧ０に重なってよい。照射光のシートＬＢ０は、対象物面Ｏ１を含み得る。照射光のシートＬＢ０は、対象物面Ｏ１と実質的に平行であってよい。照射ユニット１００は、照射光ＬＢ０を提供するために、たとえば１または複数のレーザエミッタを含んでよい。照射ユニット１００は、照射光ＬＢ０を提供するために、たとえば１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでよい。
【0084】
照射ユニット１００の位置は、照射光ＬＢ０が測定領域ＲＧ０に重なり得るように、および／または照射光ＬＢ０が対象物面Ｏ１と実質的に平行になり得るように、たとえば撮像ユニット２００の位置と機械的に結合されてよい。照射ユニット１００は、撮像ユニット２００に取り付けられてよい。
【0085】
照射ユニット１００は、照射光パルスのシートＬＢ０を提供するように配設されてよい。シートは、厚さｄ０を有し得る。照射シートの厚さｄ０は、たとえば、被写界深度ｄ１２より小さくてもよく（ｄ０＞ｄ１２）、被写界深度ｄ１２と実質的に等しくてもよく（ｄ０＝ｄ１２）、被写界深度ｄ１２より大きくてもよい（ｄ０＞ｄ１２）。被写界深度ｄ１２より小さいかまたは被写界深度ｄ１２に等しい厚さｄ０を使用すると、捕捉された画像からぼやけたサブ画像を除去することによって、捕捉された画像の解析を容易にすることができる。
【0086】
照射光ビームＬＢ０は、光軸ＡＸ２の方向にたとえば厚さｄ０を有してよい。照射ユニット１００は、たとえば実質的に平面的な光ビームを提供するように配設されてよい。光シートによって噴流を照射することで、厚さｄ０および／または測定領域ＲＧ０の位置を正確に定義することができる。
【0087】
照射ユニット１００は、照射光ビームＬＢ０を変調するように配設され得る。照射ユニット１００は、制御信号Ｓ１００に従って、照射光ビームＬＢ０の光強度を変調するように配設されてよい。測定装置５００は、照射光ビームＬＢ０を変調するための制御信号Ｓ１００を提供するように配設し得る。制御信号Ｓ１００は、たとえば、照射ユニット１００の動作のタイミングを制御するためのタイミングパルスを含んでいてよい。照射ユニット１００は、１または複数の照射光パルスＬＢ０を提供するように配設されてよい。
【0088】
画像センサＳＥＮ１は、１または複数の光学画像ＩＭＧ１をデジタル画像ＩＭＧ２に変換し得る。データ処理ユニット４００は、画像センサＳＥＮ１から得られた１または複数のデジタル画像ＩＭＧ２を解析するように構成され得る。データ処理ユニット４００は、１または複数のデータ処理装置を含んでよい。データ処理ユニット４００は、１または複数のデータ処理動作を行うように構成されてよく、たとえば、１または複数の速度値を決定するためのデータ処理動作、分布を決定するためのデータ処理動作、決定された分布を参照データと比較するためのデータ処理動作、および／または比較の結果に基づいて制御動作を実行するためのデータ処理動作を行うように構成され得る。データ処理ユニット４００は、コールド噴霧装置の動作を確認するように、コールド噴霧装置の動作を制御するように、および／または決定された分布が異常領域を含む場合の指示を提供するように構成されてもよい。
【0089】
装置５００は、１または複数の分布Ｆ１１（ｘ），Ｆ１２（ｘ）を記憶するためのメモリＭＥＭ１を含み得る。たとえば、第１横方向分布Ｆ１１（ｘ）は、対象物面Ｏ１が第１位置ｚ＝ｚ１にあるときに捕捉された画像ＩＭＧ２からたとえば決定されてもよく、第２横方向分布Ｆ１２（ｘ）は、対象物面Ｏ１が異なる第２位置ｚ＝ｚ２にあるときに捕捉された画像ＩＭＧ２からたとえば決定されてよい。たとえば、決定された分布Ｆ１１（ｘ）を基準分布ＲＥＦ１（たとえば図７参照）と比較することによって、異常状態が検出されてよい。装置５００は、１または複数の基準分布ＲＥＦ１を記憶するためのメモリＭＥＭ２を含んでよい。
【0090】
装置５００は、ユーザからユーザ入力を受信するための、および／またはユーザに情報を提供するためのユーザインタフェースＵＩＦ１を含み得る。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、ユーザ入力を受信するためのたとえばキーパッドまたはタッチスクリーンを含んでよい。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、視覚情報を表示するためのたとえばディスプレイを含んでもよい。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、たとえば、画像を解析することによって決定された１または複数の測定値を表示するためのディスプレイを含んでよい。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、たとえば、１または複数の決定された分布を表示するためのディスプレイを含んでもよい。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、たとえば、装置によって測定された１または複数の値が許容範囲外である場合に表示を行うためのディスプレイを含んでもよい。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、装置によって測定された１または複数の速度値が許容範囲外である場合に指示を提供するためのたとえば音声出力装置を含んでよい。ユーザインタフェースＵＩＦ１は、装置によって測定された１または複数の速度値が許容範囲外である場合に、視覚的なアラームおよび／またはアラーム音を提供するように構成されよい。
【0091】
装置５００は、データを受信および／または送信するための通信ユニットＲＸＴＸ１を含み得る。装置５００は、たとえば、通信ユニットＲＸＴＸ１を介してコールド噴霧装置１０００の制御ユニットＣＮＴ２と通信するように配設されもよい。装置５００は、通信ユニットＲＸＴＸ１を介して、たとえば、位置情報ＰＯＳ１を受信してもよい。位置情報ＰＯＳ１は、たとえば、ノズルＮＯＺ１の位置を示す。装置５００は、通信ユニットＲＸＴＸ１を介して、プロセス制御データを送信してもよい。プロセス制御データは、たとえば、コールド噴霧装置１０００の１または複数のプロセスパラメータＰＡＲ１を調整するためのデータで構成され得る。装置５００は、通信ユニットＲＸＴＸ１を介して１または複数の測定値を送信し得る。装置５００は、たとえばインターネットサーバーに１または複数の測定値を送信してよい。
【0092】
装置５００は、コンピュータプログラムコードＰＲＯＧ１を格納するためのメモリＭＥＭ３を含んでよい。
【0093】
コードＰＲＯＧ１は、１または複数のデータプロセッサによって実行されると、システムまたは装置５００に、捕捉された画像を解析することによって１または複数の速度値を決定し、１または複数の速度値を参照データと比較し、比較の結果に基づいて噴霧装置の動作を制御させることができる。
【0094】
コードＰＲＯＧ１は、１または複数のデータプロセッサによって実行されると、システムまたは装置５００に、キャプチャされた画像を解析することによって１または複数の分布Ｆ１１（ｘ）を決定すること、１または複数の分布Ｆ１１（ｘ）を参照データＲＥＦ１と比較すること、および比較の結果に基づいて散布装置の動作を制御することを行わせることができる。
【0095】
１または複数の決定された値は、ユーザおよび／またはシステムに提供され得る。たとえば、１または複数の決定された分布は、ユーザインタフェースＵＩＦ１のディスプレイ上に表示されてよい。
【0096】
たとえば、１または複数の決定された分布は、識別子に関連付けられ、データベースに格納される場合がある。決定されたデータは、たとえば、保護されたデータアーカイブに格納され得る。保存されたデータは、その後、識別子に基づいてデータベース（アーカイブ）から検索される場合がある。標的対象物は、たとえば、航空機の部品であってもよく、この場合、アーカイブされた製造データを後で調査する可能性があることが有用である場合がある。データベースは、その後、たとえばインターネットサーバーを介してアクセスすることができる。
【0097】
【0098】
図３ａは、撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２と加速ノズルＮＯＺ１の中心軸との間の角度γ１が９０°に等しく、画像センサＳＥＮ１のアクティブエリアＡＣＴ１と光軸ＡＸ２との間の角度β１が９０°に等しい場合の設定図である。すなわち、図３ａは、撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２が加速ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０に垂直であり、画像センサＳＥＮ１が光軸ＡＸ２に垂直である状況を示している。図３ａの構成は、たとえば、ノズルＮＯＺ１と標的ＴＡＲＧ１との間の距離Ｌ２が非常に大きく、撮像ユニット２００の垂直な向きを用いて粒子噴流ＪＥＴ０の画像を捕捉することができる場合に使用され得る。なお、画像センサＳＥＮ１は、監視が可能なようにノズルＮＯＺ１を標的ＴＡＲＧ１から具体的に遠ざけた場合にも、光軸ＡＸ２に対して垂直であってよい。
【0099】
粒子噴流ＪＥＴ０は、複数の粒子、たとえば、Ｐ０ｋ，Ｐ０ｋ＋１を含んでよい。一部の粒子は、対象物面Ｏ１内に位置していてもよく、一部の粒子は、対象物面Ｏ１の外側に位置していてもよい。撮像ユニット２００は、粒子が対象物面Ｏ１内にある場合にのみ、画像センサＳＥＮ１上に粒子の鮮明な画像を形成してよい。また、撮像ユニット２００は、粒子が対象物面Ｏ１から外れているが測定領域ＲＧ０の内部にあるとき、画像センサＳＥＮ１上に粒子の僅かにぼやけた画像を形成してもよい。
【0100】
撮像ユニット２００は、撮像素子ＳＥＮ１上に対象物面Ｏ１の鮮明な画像を形成し得る。移動粒子Ｐ０ｋ，Ｐ０ｋ＋１の速度ベクトルｖｋ，ｖｋ＋１は、光軸ＡＸ２の垂直方向により、図３ａの対象物面Ｏ１と実質的に平行であってよい。画像センサＳＥＮ１上に形成される光学画像ＩＭＧ１は、対象物面Ｏ１内を移動する粒子のシャープな画像Ｐ１ｋ，Ｐ１ｋ＋１を含んでもよい。画像センサＳＥＮ１は、光学画像ＩＭＧ１をデジタル画像ＩＭＧ２に変換することによって、捕捉画像ＩＭＧ２を提供してもよい。
【0101】
撮像光学系２１０は、粒子Ｐ０ｋからの光ＬＢ１ｋを集め得る。撮像光学系２１０は、集めた光ＬＢ１ｋを集光して集光ビームＬＢ１’ｋを形成してもよい。集光ビームＬＢ１’ｋは、粒子Ｐ０ｋの鮮明な画像Ｐ１ｋを画像センサＳＥＮ１上に形成するように、画像センサＳＥＮ１に衝突してもよい。結像光学系２１０は、粒子Ｐ０ｋの鮮明な像Ｐ１ｋを画像センサＳＥＮ１の活性領域ＡＣＴ１上に結像させてもよい。アクティブエリアは、画像センサの活性光線検出面を意味する。
【0102】
撮像光学系２１０は、対象物面Ｏ１の鮮明な画像を形成し得る。撮像光学系２１０は、像面ＩＰ１上に対象物面Ｏ１の鮮明な像を形成してもよい。対象物面Ｏ１は、たとえば、第１対象物点Ｑａおよび第２対象物点Ｑｂを有し得る。撮像光学系２１０は、第１対象物点Ｑａのシャープな像点Ｑａ’を形成してもよい。結像光学系２１０は、第２対象物点Ｑｂのシャープな像点Ｑｂ’を形成してもよい。
【0103】
記号γ１は、撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２と加速ノズルＮＯＺ１の中心軸ＡＸ０との間の角度を示す。α１は、撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２と、撮像ユニット２００の対象物面Ｏ１とのなす角度を示す。
【0104】
画像センサのセンサ面（ＡＣＴ１）は、画像センサの光検出画素によって規定される平面であってよい。センサ面は、たとえば、活性光線検出面、または、活性領域β１と呼ばれることもある。β１は、撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２と画像センサＳＥＮ１のセンサ面（ＡＣＴ１）との間の角度を示す。
【0105】
記号ｃ２は、撮像光学系２１０の中心Ｋ１と、撮像ユニット２００の筐体２７０の外面との間の距離を示し得る。距離ｃ２は、ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０の方向で測定され得る。図３ａの構成は、たとえば、ノズルＮＯＺ１と標的ＴＡＲＧ１との間の距離Ｌ２が距離ｃ２より大きい場合に使用され得る。
【0106】
図３ｂを参照すると、加速ノズルＮＯＺ１と標的対象物ＴＡＲＧ１との距離Ｌ２が小さい状況において粒子噴流ＪＥＴ０を監視するために、撮像ユニット２００が傾斜していてよい。図３ｂは、光軸ＡＸ２が加速ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０に対して傾斜しており、画像センサＳＥＮ１が光軸ＡＸ２に対して垂直であり、対象物面Ｏ１が光軸ＡＸ２に対して垂直である比較構成を表している。図３ｂの撮像ユニット２００の対象物面Ｏ１は、移動粒子Ｐ０ｋ，Ｐ０ｋ＋１の速度ベクトルｖｋ，ｖｋ＋１に対して傾斜している。その結果、粒子は対象物面Ｏ１内を急速に移動するので、粒子の画像はごく短時間の間だけ鮮明さを維持することができる。対象物面内に瞬間的に位置する各粒子は、対象物面から急速に移動する可能性がある。このように短時間であるので、捕捉された画像を解析して粒子を確実に検出すること、および／または捕捉された画像を解析して粒子の速度を正確に測定することが困難となる場合がある。
【0107】
図３ｃを参照すると、短い粒子噴流ＪＥＴ０を監視するために、すなわち距離Ｌ２が小さいときに、撮像ユニット２００はたとえば傾斜していてもよい。撮像ユニット２００は、たとえば、標的ＴＡＲＧ１に近い測定領域ＲＧ０を監視するために傾斜していてもよい。撮像ユニット２００は、たとえば、撮像ユニット２００と標的ＴＡＲＧ１との間に保護ギャップＧＡＰ２を設けるために傾斜していてもよい。
【0108】
撮像ユニット２００が傾斜した姿勢のときに噴流ＪＥＴ０の監視を容易にするために、画像センサＳＥＮ１は光軸ＡＸ２に対して傾斜していてもよい。画像センサＳＥＮ１は、撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２が加速ノズルＮＯＺ１の中心軸ＡＸ０に対して傾斜している状況において、噴流ＪＥＴ０の粒子Ｐ０の移動方向（ｖｋ，ｖｋ＋１）と実質的に平行なたとえば対象物面Ｏ１を提供するために傾斜した姿勢を有し得る。撮像素子ＳＥＮ１は、ノズルＮＯＺ１の中心軸ＡＸ０と実質的に平行な対象物面Ｏ１を提供するために、傾斜した向きを有し得る。
【0109】
移動粒子Ｐ０ｋ，Ｐ０ｋ＋１の速度ベクトルｖｋ，ｖｋ＋１は、対象物面Ｏ１と実質的に平行であってよい。測定領域ＲＧ０を経由して移動する粒子の速度ベクトルｖｋ，ｖｋ＋１の平均方向は、対象物面Ｏ１と実質的に平行であり得る。その結果、移動する粒子の画像は、より長い時間にわたって鮮明さを維持することができる。より長い時間は、捕捉された画像を解析することによる粒子の信頼性の高い検出を容易にし得る。より長い時間は、捕捉された画像を解析することによる粒子の速度の正確な測定を容易にし得る。
【0110】
粒子噴流の１または複数の特性は、画像センサＳＥＮ１によって捕捉された、粒子の実質的にシャープな、１または複数の画像を解析することによって決定され得る。
【0111】
画像センサの傾斜方向は、標的に近い粒子噴流を監視することを可能にし得る。画像センサの傾斜方向は、標的に近い粒子噴流を実質的に連続的に監視することを可能にし得る。画像センサの傾斜方向は、撮像ユニットと標的との間に十分な保護ギャップＧＡＰ２が残っている状況において、粒子噴流の監視を可能にすることができる。画像センサの傾斜方向は、ノズルと標的との間の距離Ｌ２が小さい場合に、粒子噴流の監視を可能にし得る。たとえば、加速ノズルＮＯＺ１と標的対象物ＴＡＲＧ１との間の距離Ｌ２は、撮像光学系２１０の中心Ｋ１と撮像ユニット２００のハウジング２７０との間の距離ｃ２よりも実質的に短くてもよい。
【0112】
撮像光学系２１０は、粒子Ｐ０ｋからの光ＬＢ１ｋを集光し得る。撮像光学系２１０は、集めた光ＬＢ１ｋを集光して集光ビームＬＢ１’ｋを形成してもよい。集光ビームＬＢ１’ｋは、粒子Ｐ０ｋの鮮明な画像Ｐ１ｋを画像センサＳＥＮ１上に形成するように、画像センサＳＥＮ１に衝突し得る。結像光学系２１０は、粒子Ｐ０ｋの鮮明な像Ｐ１ｋを画像センサＳＥＮ１の活性領域ＡＣＴ１上に結像させてもよい。
【0113】
撮像光学系２１０は、粒子Ｐ０ｋ＋１からの光ＬＢ１ｋ＋１を集めてもよい。撮像光学系２１０は、集めた光ＬＢ１ｋ＋１を集光して集光ビームＬＢ１’ｋ＋１を形成し得る。集光ビームＬＢ１’ｋ＋１は、粒子Ｐ０ｋ＋１の鮮明な画像Ｐ１ｋ＋１を画像センサＳＥＮ１上に形成するように、画像センサＳＥＮ１に衝突してよい。結像光学系２１０は、粒子Ｐ０ｋ＋１のシャープな像Ｐ１ｋ＋１を画像センサＳＥＮ１の活性領域ＡＣＴ１上に結像させてもよい。
【0114】
また、集光ビームＬＢ１’ｋのくびれが画像センサＳＥＮ１の表面と一致するように、かつ集光ビームＬＢ１’ｋ＋１のくびれが画像センサＳＥＮ１の表面と一致するように画像センサＳＥＮ１は、傾き得る。言い換えれば、集光ビームＬＢ１’ｋのくびれと集光ビームＬＢ１’ｋ＋１のくびれとが画像センサＳＥＮ１のセンサ面ＡＣＴ１と一致するように画像センサＳＥＮ１が傾斜し得る。
【0115】
対象物面Ｏ１は、たとえば、第１対象物点Ｑａと第２対象物点Ｑｂとを有し得る。撮像光学系２１０は、第１対象物点Ｑａのシャープな像点Ｑａ’を形成し得る。結像光学系２１０は、第２対象物点Ｑｂのシャープな像点Ｑｂ’を形成してもよい。撮像光学系２１０は、対象物面Ｏ１のシャープな像を像面ＩＰ１上に形成してもよい。像面ＩＰ１は、像点Ｑａ’，Ｑｂ’を含んでよい。画像センサＳＥＮ１の傾斜方向は、対象物面Ｏ１が粒子噴流ＪＥＴ０の粒子の速度ベクトル（ｖｋ，ｖｋ＋１）と実質的に平行となるように選択され得る。画像センサＳＥＮ１の傾斜方向は、画像センサＳＥＮ１のセンサ平面ＡＣＴ１が画像平面ＩＰ１と一致し得るように選択されてよい。集光ビームＬＢ１’ｋは、点Ｑａ’においてくびれを有してよい。集光ビームＬＢ１’ｋ＋１は、点Ｑｂ’においてくびれを有してよい。ビームのくびれは、ビームの最も狭い領域を意味する。撮像光学系２１０は、センサＳＥＮ１のアクティブエリア上に第１対象物点Ｑａのシャープな像点Ｑａ’を形成し得る。結像光学系２１０は、センサＳＥＮ１のアクティブエリア上に第２対象物点Ｑｂのシャープな像点Ｑｂ’を形成してもよい。
【0116】
ノズルＮＯＺ１の中心軸ＡＸ０と撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２との間の角度γ１は、たとえば４５°～８５°の範囲であってよく、有利には７０°～８０°の範囲であってよい。
【0117】
なお、記号α１は、対象物面Ｏ１と撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２との間の角度を示し得る。対象物面Ｏ１は、光軸ＡＸ２に対して傾斜していてよい。対象物面Ｏ１と撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２との間の角度α１は、たとえば４５°～８５°の範囲内、有利には７０°～８０°の範囲内であってよい。
【0118】
画像センサＳＥＮ１のセンサ面（ＡＣＴ１）と撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２との間の角度β１は、たとえば６５°～８９°の範囲であってよく、有利には７５°～８５°の範囲であってよい。画像センサＳＥＮ１の表面法線と撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２との間の角度（９０°－β１）は、それぞれ、たとえば、１°～２５°の範囲内、有利には５°～１５°の範囲内であってよい。
【0119】
撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２は、撮像光学系２１０の中心点Ｋ１と、撮像素子ＳＥＮ１の活性領域の中心点Ｋ２とによって規定され得る。光軸ＡＸ２は、光学系２１０のＫ１を通過した光が画像センサＳＥＮ１の受光能動領域ＡＣＴ１の中心Ｋ２まで伝播する経路を規定する線であってよい。
【0120】
撮像ユニット２００は、筐体２７０を含んで構成され得る。撮像ユニット２００のハウジング２７０の大きさは、画像センサＳＥＮ１のアクティブエリアＡＣＴ１の大きさより実質的に大きくてよい。撮像ユニット２００の幅は、画像センサＳＥＮ１のアクティブエリアＡＣＴ１の幅より実質的に大きくよい。
【0121】
図３ｄを参照すると、加速ノズルＮＯＺ１は、粒子噴流ＪＥＴ０に加えて、ガス噴流を提供し得る。ガス噴流は、加速ガスＧＡＳ０を含んでもよいし、加速ガスＧＡＳ０を含んでもよい。ガス噴流は、標的ＴＡＲＧ１に衝突し得る。衝突したガス噴流は、軸ＡＸ０から離れるように標的ＴＡＲＧ１の表面に沿って広がり得る壁面噴流ＪＥＴ５を形成し得る。壁面噴流ＪＥＴ５は、ノズルＮＯＺ１から噴出された加速ガスＧＡＳ０を含んでもよい。壁面噴流ＪＥＴ５は、巻き込まれた周囲ガス、たとえば周囲空気、再循環する加速ガスＧＡＳ０および／または保護ガスを含んでもよい。壁面噴流ＪＥＴ５は、標的ＴＡＲＧ１に付着していない跳ね返された被覆粒子（ＢＰ０）を含み得る。壁面噴流ＪＥＴ５のガスおよび粒子ＢＰ０は、標的ＴＡＲＧ１の表面に沿って、軸ＡＸ０から放射状に離れるように伝播し得る。壁面噴流ＪＥＴ５は、撮像ユニット２００の加熱および／または汚染を引き起こす可能性がある。粒子は、たとえば光学系２１０に付着することによって撮像ユニット２００の動作を妨害する可能性がある。撮像ユニット２００と標的ＴＡＲＧ１との間のギャップＧＡＰ２は、撮像ユニット２００に対する壁面噴流ＪＥＴ５の加熱および／または汚染の影響を低減または回避するように、壁面噴流ＪＥＴ５のための経路を提供し得る。Ｌ５は、撮像ユニット２００と標的ＴＡＲＧ１との間の最小距離を示し得る。保護ギャップＧＡＰ２は、軸ＡＸ０の方向に幅Ｌ５を有し得る。保護ギャップＧＡＰ２の幅Ｌ５は、たとえば５ｍｍ以上であってよく、有利には１５ｍｍ以上であってよい。保護ギャップＧＡＰ２は、たとえば、標的対象物ＴＡＲＧ１の凸状または凹状の表面部分を被覆する場合にも有用である（図９ｂも参照）。
【0122】
図３ｅを参照すると、監視装置５００は、標的ＴＡＲＧ１上に被膜ＣＯＡＴ１を形成している間、粒子噴流を実質的に連続的に監視するように動作するように配設され得る。
【0123】
加速ノズルＮＯＺ１と撮像ユニット２００の組み合わせを標的対象物ＴＡＲＧ１に対して移動させるアクチュエータＡＣＵ１が配設され得る。アクチュエータＡＣＵ１は、対象物面Ｏ１とノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０との間の距離（ｄ１）が当該移動中に実質的に一定となるように、加速ノズルＮＯＺ１および撮像ユニット２００の組み合わせを移動させ得る。また、ノズルＮＯＺ１と対象物面Ｏ１とが同じ方向（たとえば方向ＳＺ）に同じ距離を移動し得るように、撮像ユニット２００と照射ユニット１００とが移動ノズルＮＯＺ１に取り付けられ得る。
【0124】
照射ユニット１００は、照射光シートＬＢ０の位置が対象物面Ｏ１と一致するように、たとえば１または複数の支持構造２９１，２９２によって撮像ユニット２００に機械的に接続され得る。撮像ユニット２００および照射ユニット１００は、１または複数の機械的支持構造２９１，２９２によって移動散布ガンＧＵＮ１に取り付けられ得る。また、ノズル、撮像ユニット２００、および照射ユニット１００は、アクチュエータＡＣＵ１の可動部に取り付けられ得る。構造体２９１，２９２は、ノズルＮＯＺ１に対する撮像ユニット２００および照射ユニット１００の位置を固定し得る。ユニット１００，２００とＮＯＺ１との間の剛性機械的接続は、たとえばアクチュエータＡＣＵ１を使用することによってノズルＮＯＺ１を標的対象物ＴＡＲＧ１に対して移動させる状況において、対象物面Ｏ１および照射シートＬＢ０がノズルＮＯＺ１に対して同じ相対位置に留まり得ることを簡単かつ確実な方法で保証し得る。アクチュエータＡＣＵ１は、撮像ユニット２００、および照射ユニット１００をノズルＮＯＺ１と共に移動させるように配設され得る。また、アクチュエータＡＣＵ１は、加速ノズルＮＯＺ１、撮像ユニット２００、および照射ユニット１００の組み合わせを、標的対象物ＴＡＲＧ１に対して移動させるように配設され得る。
【0125】
撮像ユニット２００は、たとえば、標的ＴＡＲＧ１に近い粒子噴流ＪＥＴ０の監視を容易にするために、傾斜画像センサＳＥＮ１を含んで構成されて得る。撮像ユニット２００は、被覆動作中の粒子噴流ＪＥＴ０の実質的に連続的な監視を容易にするために、傾斜画像センサＳＥＮ１を含み得る。
【0126】
監視装置５００は、捕捉された画像を解析することによって１または複数の速度値を提供するように配設され得る。監視装置５００は、たとえば速度分布ｖＡＶＥ（ｘ）および／または粒子数密度分布ｎ（ｘ）を提供するように配設され得る。
【0127】
図４ａおよび図４ｂを参照すると、撮像ユニット２００は、画像センサＳＥＮ１の露光時間Ｔｅｘの間、測定領域ＲＧ０に位置する各粒子Ｐ０の画像Ｐ１を形成してよい。画像センサＳＥＮ１のアクティブエリアＡＣＴ１上に形成される光学画像ＩＭＧ１は、複数のサブ画像Ｐ１を含んでよい。各サブ画像Ｐ１は、粒子Ｐ０の画像であってよい。画像センサＳＥＮ１は、光学画像ＩＭＧ１をデジタル（捕捉）画像ＩＭＧ２に変換してよい。キャプチャされた（単一の）デジタル画像ＩＭＧ２は、露光時間Ｔｅｘの間に画像センサＳＥＮ１上に形成された全ての光学画像ＩＭＧ１を表してよい。
【0128】
撮像ユニット２００によって捕捉された画像ＩＭＧ２は、粒子噴流ＪＥＴ０の領域ＲＧ０を表していてよい。一枚の捕捉された画像に現れる粒子の平均数は、たとえば、２～１０００の範囲内であってよい。１枚の捕捉された画像に現れる粒子の平均数は、たとえば、１０～１００の範囲内であってよい。粒子Ｐ０のサブ画像Ｐ１は、画像解析アルゴリズムによって検出されてよい。粒子Ｐ０は、画像ＩＭＧ２の捕捉中に高速で移動していてよい。捕捉された画像に現れる各粒子の速度は、変位値Δｕと、露光および／または照射のタイミングとから決定され得る。各粒子Ｐ０の光学画像Ｐ１は、画像ＩＭＧ２の捕捉中に移動し得る。光学画像の移動は、変位値Δｕを規定してもよく、この変位値Δｕは、画像解析によって、捕捉された画像ＩＭＧ２から決定され得る。粒子Ｐ０の各実質的にシャープな画像Ｐ１は、変位値Δｕと関連付けられ得る。粒子Ｐ０ｋの速度ｖｋは、変位値Δｕｋと、照射の継続時間（ＴＦ）および／または露光時間Ｔｅｘとから決定され得る。
【0129】
照射光パルス列ＳＥＱ１，ＳＥＱ２を用いる場合、粒子Ｐ０ｋの速度ｖｋは、変位値Δｕｋと、照射光パルスＬＢ０のタイミング（たとえばｔ３－ｔ１）とから決定されてよい。特に、粒子の軸方向速度は、Δｕｋ／ＴＦに実質的に比例してよい。
【0130】
図４ａは、例として、測定領域ＲＧ０における照射光ＬＢ０の光強度の時間変化を示す。
【0131】
照射ユニット１００は、たとえば、画像解析アルゴリズムによるサブ画像Ｐ１の検出を容易にするために、パルスシーケンスＳＥＱ１、ＳＥＱ２を提供するように配設されてよい。パルスシーケンスＳＥＱ１は、たとえば２つ以上のパルスを含んでよい。第１パルスシーケンスは、たとえば時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３で開始するパルスを含んでよい。第２パルスＳＥＱ２シーケンスは、たとえば時刻ｔ１’，ｔ２’，ｔ３’で開始するパルスを含んでよい。
【0132】
粒子Ｐ０は、露光時間Ｔｅｘの間、光パルスＬＢ０のシーケンスＳＥＱ１によって照射されてよい。第１画像ＩＭＧ２ｔ０を取込むための第１露光時間は、時刻ｔ０に開始されてよい。第１照射光パルスＬＢ０は、時刻ｔ１に開始されてよい。ＴＦは、照射光パルスＬＢ０の持続時間を示してよい。第２画像ＩＭＧ２ｔ０’をキャプチャするための第２露光時間は、時刻ｔ０’で開始してよい。照射光パルスＬＢ０の第２シーケンスＳＥＱ２は、時刻ｔ０’に開始されてよい。
【0133】
図４ｂを参照すると、デジタル画像ＩＭＧ２は、たとえば、サブ画像Ｐ１ｋ，ｔ１，Ｐ１ｋ，ｔ２，Ｐ１ｋ，ｔ３を含んでよい。各サブ画像Ｐ１ｋは、粒子Ｐ０ｋの画像であってよい。また、サブ画像Ｐ１ｋ＋１は、粒子Ｐ０ｋ＋１の画像であってよい。サブ画像Ｐ１ｋ＋２は、粒子Ｐ０ｋ＋２の画像であってよい。
【0134】
各サブ画像Ｐ１の寸法は、対応する粒子Ｐ０の速度に実質的に比例し得る。１または複数のサブ画像Ｐ１ｋは、方向Ｓξにおいて寸法Δｕｋを有し得る。１または複数のサブ画像Ｐ１ｋ＋１は、寸法Δｕｋ＋１を有し得る。１または複数のサブ画像Ｐ１ｋ＋２は、寸法Δｕｋ＋２を有し得る。
【0135】
露光時間Ｔｅｘは、各粒子Ｐ０がデジタル画像ＩＭＧ２に現れる２つ以上のサブ画像Ｐ１から形成されるグループＧＲＰによって表されるように、複数の光パルスを時間的にオーバーラップさせてよい。たとえば、粒子Ｐ０ｋは、サブ画像Ｐ１ｋ，ｔ１，Ｐ１ｋ，ｔ２，Ｐ１ｋ，ｔ３の第１グループＧＲＰｋによって表されてよい。隣接するサブ画像Ｐ１ｋ，ｔ１，Ｐ１ｋ，ｔ２間の距離は、粒子Ｐ０kの速度ｖｋおよび光パルスのタイミングに依存し得る。
【0136】
サブ画像Ｐ１ｋ，ｔ１，Ｐ１ｋ，ｔ２，Ｐ１ｋ，ｔ３の第１グループＧＲＰｋは、方向Ｓξに寸法Δｕｋを有していてよい。第２グループＧＲＰｋ＋１は、寸法Δｕｋ＋１を有してよい。第３グループＧＲＰｋ＋２は、寸法Δｕｋ＋２を有してよい。
【0137】
サブ画像は、たとえば、画像解析アルゴリズムによって検出され得る。装置５００は、画像解析アルゴリズムを使用することによってサブ画像を検出するように構成され得る。装置５００は、画像解析アルゴリズムを使用することによって、１または複数のキャプチャ画像ＩＭＧ２から寸法Δｕｋ，Δｕｋ＋１，Δｕｋ＋２を決定するように構成され得る。
【0138】
個々の粒子Ｐ１の速度は、対応するサブ画像Ｐ１の寸法Δｕと、照射光パルスＬＢ０のタイミングまたは持続時間ＴＦとから計算され得る。たとえば、粒子Ｐ０ｋの速度ｖｋは、値Δｕｋ／ＴＦに実質的に比例し得る。
【0139】
デジタル画像ＩＭＧ２は、方向ＳξおよびＳνによって定義される画像空間において、幅ξＩＭＧおよび高さνＩＭＧを有してよい。軸ＡＸ０の画像は、方向Ｓξと平行であり得る。また、方向Ｓνは、方向Ｓξに垂直であり得る。
【0140】
幅ξＩＭＧは、たとえば１０２４ピクセルに等しくてもよく、高さνＩＭＧは、たとえば５１２ピクセルに等しくてもよい。
【0141】
また、粒子の速度は、連続的な照射光、すなわちパルス化されていない光を用いて測定することもできる。その場合、粒子Ｐ０ｋの速度ｖｋは、値Δｕｋ／Ｔｅｘに実質的に比例し得る。
【0142】
パルス照射を使用することで、瞬間的に高い強度を得ることができ、かつ／または、サブ画像を形成するタイミングを正確に行うことができ得る。
【0143】
その結果、画像ＩＭＧ２を解析することで、画像ＩＭＧ２に現れる各粒子の速度を決定することができる。また、サブ画像Ｐ１ｋ，ｔ１，Ｐ１ｋ，ｔ２，Ｐ１ｋ，ｔ３が一緒になって結合形状を形成してもよく、捕捉された画像ＩＭＧ２を解析する際に、サブ画像Ｐ１ｋ，ｔ１，Ｐ１ｋ，ｔ２，Ｐ１ｋ，ｔ３を確実に検出しやすくすることができる。第２粒子Ｐ０ｋ＋１は、サブ画像Ｐ１ｋ＋１，ｔ１、Ｐ１ｋ＋１，ｔ２、Ｐ１ｋ＋１，ｔ３から形成される第２グループＧＲＰｋ＋１によって表され得る。
【0144】
図４ｃおよび図４ｄは、例として、照射パルスシーケンスを用いて捕捉された（デジタル）画像ＩＭＧ２を示している。図４ｃおよび図４ｄは、同じキャプチャ画像ＩＭＧ２を示している。１または複数の照射パルスを使用する場合、捕捉された画像ＩＭＧ２は、サブ画像（たとえば、Ｐ１ｋ，ｔ１，Ｐ１ｋ，ｔ２，Ｐ１ｋ，ｔ３）の容易に識別可能な実質的に線形のグループＧＲＰを含んでよく、各グループＧＲＰは、キャプチャ画像ＩＭＧ２の露出時間Ｔｅｘ中にパルスシーケンスによって照射された単一の移動粒子（たとえば、Ｐ０ｋ）を表すことができる。第１グループＧＲＰｋの第１サブ画像Ｐ１ｋ，ｔ１の位置は、たとえば画像座標（ξｋ，νｋ）によって指定され得る。位置（ξｋ，νｋ）は、画像ＩＭＧ２が捕捉されたときの粒子Ｐ０ｋの位置を示し得る。位置（ξｋ，νｋ）は、照射パルスシーケンスの第１パルスがトリガーされたときの粒子Ｐ０ｋの位置を示し得る。
【0145】
粒子の速度は、捕捉された画像を解析することによって決定され得る。たとえば、第１粒子Ｐ０ｋの速度は、サブ画像Ｐ１ｋ，ｔ１，Ｐ１ｋ，ｔ２，Ｐ１ｋ，ｔ３から形成される第１グループＧＲＰｋの寸法Δｕｋから決定され得る。たとえば、第２粒子Ｐ０ｋ＋１の速度は、サブ画像Ｐ１ｋ＋１，ｔ１，Ｐ１ｋ＋１，ｔ２，Ｐ１ｋ＋１，ｔ３から形成される第２グループＧＲＰｋ＋１の次元ｕｋ＋１から決定され得る。
【0146】
本方法は、１枚の捕捉された画像に現れる粒子の数を数えることを含んでいてよい。本方法は、捕捉された画像に現れる粒子の数を数えることを含んでいてよい。粒子密度は、計数された粒子の数から決定されてよい。このように、粒子密度は、捕捉された画像を解析することによって決定されてよい。
【0147】
撮像ユニット２００は、被写界深度内にある粒子が画像センサＳＥＮ１上で実質的にシャープなサブ画像を有し、被写界深度外にある粒子が画像センサＳＥＮ１上でぼやけたサブ画像を有し得るように、一定の被写界深度（ｄ１２）を有していてよい。
【0148】
【0149】
サブ画像（たとえばＰ１ｋ，ｔ１，Ｐ１ｋ，ｔ２，Ｐ１ｋ，ｔ３）から形成されるグループ（たとえばＧＲＰｋ）は、パターン認識アルゴリズムを用いて検出し得る。各粒子Ｐ０は、パルスシーケンスＳＥＱ１の間、実質的に一定の速度を有すると仮定してよい。
【0150】
粒子を表す候補グループは、該グループのサブ画像が実質的に直線的に配列され、該候補グループの隣接するサブ画像間の距離が照射光パルスＬＢ０のタイミング（ｔ１，ｔ２，ｔ３）に一致する場合に受け入れられることができる。
【0151】
候補グループは、たとえば、当該グループのサブ画像が直線的に並んでいない場合、および／または当該候補グループの隣接するサブ画像間の距離が照射光パルスＬＢ０のタイミング（ｔ１，ｔ２，ｔ３）と一致しない場合、廃棄されてよい。
【0152】
ＡＸ０’は、ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０の位置を示し得る。ＡＲＥＡ０’は、基準領域ＡＲＥＡ０の位置を示し得る。基準領域ＡＲＥＡ０の投影位置は、捕捉された画像ＩＭＧ２に重畳された線ＡＲＥＡ０’によって示され得る。軸ＡＸ０の投影位置は、線ＡＸ０’で示されてもよく、この線は、捕捉された画像ＩＭＧ２に重畳され得る。
【0153】
図４ｅは、例として、粒子の速度ベクトルｖｋ，ｖｋ＋１を示す複数の矢印記号を示す。速度ベクトルは、図４ｃの捕捉された画像を解析することによって決定され得る。本方法は、１または複数の捕捉された画像を解析することによって、粒子の方向移動を決定することを含んでもよい。各矢印記号の長さは、粒子の速度に比例してもよく、矢印記号の方向は、粒子の移動の方向を示し得る。
【0154】
粒子の速度は、横断方向成分が大きい場合がある。つまり、速度は常に噴流の軸ＡＸ０に平行とは限らない。粒子の速度ｖｋは、軸方向成分ｖｋ，ｙ、横方向成分ｖｋ，ｘ、および横断方向成分ｖｋ，ｚを有し得る。軸方向成分ｖｋ，ｚは、軸ＡＸ０と平行である。横方向成分ｖｋ，ｘと横断方向成分ｖｋ，ｙとは軸ＡＸ０に直角である。第１近似として、各粒子の運動エネルギーは、横方向成分および横断方向成分を省略して、軸方向成分から計算することができる。第１近似に、粒子Ｐ０ｋが標的対象物ＴＡＲＧ１に付着する能力は、当該粒子の軸方向速度成分に依存し得る。速度値（ｖＲＭＳ，ｖＡＶＥ）は、個々の粒子Ｐ０の軸方向の速度値から決定され得る。個々の粒子Ｐ０の軸方向の速度値は、捕捉された画像から決定され得る。
【0155】
ｖＡＶＥは、測定時間に基準領域（ＡＲＥＡ０）を通過する粒子の平均速度を示す。第１近似に対して、粒子の質量流量が実質的に一定である状況において、噴流中の粒子の数密度は、粒子の平均速度ｖＡＶＥに反比例し得る。平均速度ｖＡＶＥは、測定時間に測定装置によって捕捉された画像を解析することによって決定されてよい。決定された速度分布は、たとえば、横方向位置ｘの関数として、または横断方向位置ｚの関数として、平均速度ｖＡＶＥを示すことができる。
【0156】
また、捕捉された画像ＩＭＧ２を解析することによって、ＲＭＳ速度値ｖＲＭＳを決定し得る。ＲＭＳとは、二乗平均平方根を意味する。ＲＭＳ速度値ｖＲＭＳは、粒子の平均運動エネルギーを示すものであり得る。
【0157】
本方法は、捕捉された画像ＩＭＧ１を解析することによって、粒子噴流ＪＥＴ０の幅および／または半径方向の寸法を決定することを含み得る。
【0158】
監視装置５００自体の１または複数の動作パラメータは、画像の解析に基づいて、調整および／または最適化され得る。たとえば、パルスシーケンスＳＥＱ１の時間幅ＴＦは、検出された粒子の平均速度に基づいて調整され得る。たとえば、捕捉された画像ＩＭＧ１のサブ画像Ｐ１の輝度に基づいて、照射光ＬＢ０の強度を増減させ得る。たとえば、各照射パルスの時間幅は、捕捉された画像ＩＭＧ１のサブ画像Ｐ１の明るさに基づいて増加または減少され得る。また、たとえば、捕捉された画像に現れる検出粒子の数に基づいて、ノズルＮＯＺ１に対して対象物面Ｏ１を移動させるためのステップサイズを選択し得る。また、移動のためのステップサイズは、たとえば、１または複数の決定された分布（Ｆ１（ｘ），Ｆ２（ｚ））を解析することによって決定され得る。決定されたステップサイズに従って、対象物面Ｏ１の位置が変更され得る。たとえば、分布の異常領域に関するデータを収集するように、ステップサイズが決定され得る。
【0159】
図４ｆを参照すると、装置５００は、単一の画像ＩＭＧ２の露光時間Ｔｅｘの間に２つ以上のパルスシーケンスＳＥＱ１，ＳＥＱ２を提供するように配設されてよい。各シーケンスＳＥＱ１，ＳＥＱ２、．．．は、たとえば３つ以上の照射光パルスを含んでもよい。連続するシーケンスは、ブランキング時間ＴＢＬＡＮＫによって分離され得る。たとえば、第１シーケンスＳＥＱ１は、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３に発光される照射光パルスＬＢ０を含んでもよく、第２シーケンスＳＥＱ２は、時刻ｔ４，ｔ５，ｔ６に発光される照射光パルスＬＢ０を含んでもよい。
【0160】
本方法は、
各単一画像ＩＭＧ２の露光時間Ｔｅｘの間に２つ以上のパルスシーケンスＳＥＱ１、ＳＥＱ２のみを提供することによって画像ＩＭＧ２を捕捉することと、
第２画像ＩＭＧ２を解析することによって、１または複数の分布を決定することと、を含んでよい。
各単一画像ＩＭＧ２の露光時間Ｔｅｘの間に２つ以上のパルスシーケンスＳＥＱ１、ＳＥＱ２のみを提供することによって画像ＩＭＧ２を捕捉することと、
第２画像ＩＭＧ２を解析することによって、１または複数の分布を決定することと、を含んでよい。
【0161】
装置５００は、検出された粒子の数を増加させるために、たとえば一回の露光時間Ｔｅｘの間に複数のシーケンスＳＥＱ１，ＳＥＱ２を提供するように配設され得る。照射ユニット１００は、捕捉画像ＩＭＧ２において検出された粒子の数が所定の限界値よりも低い状況において検出された粒子の数を増加させるために、たとえば単一の露光時間Ｔｅｘの間に複数のシーケンスＳＥＱ１，ＳＥＱ２を提供するように配設され得る。検出可能な粒子の数を増加させるために、露光時間Ｔｅｘを増加させ得る。
【0162】
画像捕捉に時間がかかり、画像解析に時間がかかる場合がある。一枚の画像で検出可能な粒子の数を増やすことで、画像解析が容易になる場合がある。単一の画像において検出可能な粒子の数を増加させることは、露光時間Ｔｅｘが長いために捕捉された画像の総数が低くなる状況であっても、検出された粒子の総数が増加するように、画像解析を容易にすることができる。
【0163】
本方法は、
各単一画像ＩＭＧ２の露光時間Ｔｅｘの間にただ１つのパルスシーケンスＳＥＱ１を提供することによって、第１画像ＩＭＧ２を捕捉することと、
第１画像ＩＭＧ２中の検出された粒子の第１数ＮＵＭ１を計数することと、
第１数を第１限界値ＬＩＭ１と比較することと、
検出された粒子の第１数ＮＵＭ１が、第１限界値ＬＩＭ１より低い場合、各単一画像ＩＭＧ２の露光時間Ｔｅｘの間に２つ以上のパルスシーケンスＳＥＱ１，ＳＥＱ２のみを供給して第２画像ＩＭＧ２を捕捉することと、
第２画像ＩＭＧ２を解析することによって、１または複数の分布を決定することと、を含んでよい。
各単一画像ＩＭＧ２の露光時間Ｔｅｘの間にただ１つのパルスシーケンスＳＥＱ１を提供することによって、第１画像ＩＭＧ２を捕捉することと、
第１画像ＩＭＧ２中の検出された粒子の第１数ＮＵＭ１を計数することと、
第１数を第１限界値ＬＩＭ１と比較することと、
検出された粒子の第１数ＮＵＭ１が、第１限界値ＬＩＭ１より低い場合、各単一画像ＩＭＧ２の露光時間Ｔｅｘの間に２つ以上のパルスシーケンスＳＥＱ１，ＳＥＱ２のみを供給して第２画像ＩＭＧ２を捕捉することと、
第２画像ＩＭＧ２を解析することによって、１または複数の分布を決定することと、を含んでよい。
【0164】
連続するシーケンスＳＥＱ１，ＳＥＱ２間のブランキング時間ＴＢＬＡＮＫは、画像解析を容易にするために、各移動粒子Ｐ０がデジタル画像ＩＭＧ２に現れるサブ画像Ｐ１の１つのグループＧＲＰのみを提供し得るように、十分に長くなるように選択されてよい。
【0165】
連続するシーケンスＳＥＱ１，ＳＥＱ２間のブランキング時間ＴＢＬＡＮＫは、画像ＩＭＧ２に現れる最も遅い移動粒子が、デジタル画像ＩＭＧ２に現れるサブ画像Ｐ１の１つのグループＧＲＰのみを提供し得るように、十分に長くなるように選択されてよい。
【0166】
連続するシーケンスＳＥＱ１，ＳＥＱ２間のブランキング時間ＴＢＬＡＮＫは、測定領域ＲＧ０において第１シーケンスＳＥＱ１によって照射された最も遅い移動粒子でさえ、第２シーケンスＳＥＱ２の開始前に測定領域ＲＧ０から移動する十分な時間を有するように十分に長くなるように選択され得る。比Ｔｅｘ／ＴＦは、比ξＩＭＧ／ΔｕＭＩＮ以上となるように選択されてよい。
【0167】
第１シーケンスＳＥＱ１で（遅い）粒子Ｐ０を照射することは、画像ＩＭＧ２に現れるサブ画像Ｐ１のグループＧＲＰを提供し得る。記号ＴＦは、第１パルスシーケンスＳＥＱ１の時間幅を表し得る。記号ΔｕＭＩＮは、（遅い）粒子Ｐ０のサブ画像Ｐ１のグループＧＲＰの変位値を表し得る。記号ξＩＭＧは、画像ＩＭＧ２の幅を示し得る。
【0168】
図５は、例として、捕捉画像から求めた速度値に回帰関数を当てはめて得られる確率密度関数ｐｖ（ｖ）を示す図である。本方法は、測定データに回帰関数をフィットさせることを含み得る。確率密度関数ｐｖ（ｖ）は、すべての可能な速度にわたる確率密度関数ｐｖ（ｖ）の積分が１に等しくなるように、任意選択で正規化され得る。確率密度関数ｐｖ（ｖ）は、噴流ＪＥＴ０の所与の点における粒子の測定された速度分布を表すことができる。確率密度関数ｐｖ（ｖ）は、速度ｖＰＥＡＫに関連するピーク値ｐＭＡＸを有し得る。速度ｖＰＥＡＫは、粒子Ｐ０の最確速度を示し得る。速度分布ｐｖ（ｖ）は、第１速度ｖＬおよび第２速度ｖＨによって定義され得る幅ΔｖＦＷＨＭを有し得る。速度ｖＬ、ｖＨは、速度分布ｐｖ（ｖ）が、速度ｖＬ，ｖＨにおける最大値ｐＭＡＸの５０％に等しくなるように選択され得る。
【0169】
図６を参照すると、方法は、十分な数の検出された粒子に基づいて分布を決定するように、ある位置（たとえばｚ＝ｚ２）における複数の画像を捕捉し、解析することを含み得る。
【0170】
たとえば、対象物面Ｏ１が軸ＡＸ０に対して横断方向位置ｚ＝ｚ２にあるときに捕捉された画像群ＩＭＧ２ｚ２，ｔ２１、ＩＭＧ２ｚ２，ｔ２２、ＩＭＧ２ｚ２，ｔ２３、ＩＭＧ２ｚ２，ｔ２４を解析することによって分布Ｆ１２（ｘ）を決定し得る。分布Ｆ１２（ｘ）は、たとえば、横方向位置ｘの関数としての粒子平均速度ｖＡＶＥ（ｘ）を示す横方向速度分布であってよい。
【0171】
図７を参照すると、この方法は、決定された分布Ｆ１（ｘ）を基準分布ＲＥＦ１と比較することを含み得る。基準分布ＲＥＦ１は、たとえば、横方向位置ｘの関数としての平均速度を示す速度分布ｖＲＥＦ（ｘ）であり得る。たとえば、分布Ｆ１（ｘ）と基準分布ＲＥＦ１との比較は、粒子噴流ＪＥＴ０の一部における平均粒子速度が異常に高いことを示すことができる。記号ＡＲ２は、分布の異常な領域を示し、記号ＮＲ１は、分布の正常な領域を示し得る。異常領域ＡＲ２は、たとえば、決定された分布が基準分布ＲＥＦ１から実質的に逸脱している領域であり得る。
【0172】
本方法は、比較の結果に基づいてコールド噴霧工程の１または複数の動作パラメータＰＡＲ１を調整することを含み得る。たとえば、加速ノズルＮＯＺ１に対する供給ノズルＮＯＺ２の相対位置は、所望の分布Ｆ１（ｘ）を提供するように調整され得る。たとえば、所望の速度分布を提供するように、噴霧装置の１つまたは複数の流量が調整され得る。
【0173】
本方法は、測定された分布が基準分布と実質的に一致するか否かを確認することによって、コールド噴霧操作を有効または無効と分類することを含んでいてもよい。
【0174】
【0175】
噴霧装置１０００は、ステップ１２１０において、第１動作パラメータセット（ＰＡＲ１）に従って粒子噴流ＪＥＴ０を提供するように配設されてもよい。
【0176】
ステップ１２２０において、第１動作パラメータセット（ＰＡＲ１）に従って、標的対象物ＴＡＲＧ１上に被膜が形成されてもよい。
【0177】
測定領域ＲＧ０が照射光パルスＬＢ０で照らされるとき、測定領域ＲＧ０の１または複数の画像ＩＭＧ２が被覆中に捕捉されてもよい（ステップ１２３０）。
【0178】
捕捉された画像ＩＭＧ２を解析することによって、１または複数の速度値（たとえば、平均速度ｖＡＶＥ）を決定し得る（ステップ１２４０）。
【0179】
ステップ１２５０において、１または複数の決定された速度値が参照データＲＥＦ１と比較されてもよい。
【0180】
ステップ１２６０において、比較の結果に基づいて、コールド噴霧装置１０００の適切な動作が確認され得る。装置５００は、１または複数の測定された速度値（たとえばｖＡＶＥ）が許容範囲外である場合、たとえばユーザインタフェースＵＩＦ１を介してたとえば表示を提供してもよい。装置５００は、１または複数の測定された速度値（たとえばｖＡＶＥ）が許容範囲外である場合、たとえばアラームを提供してももよい。装置５００は、１または複数の測定された速度値（たとえばｖＡＶＥ）が許容範囲外である場合、噴霧ガンＧＵＮ１の動作を中断するように配設されてももよい。
【0181】
また、標的対象物ＴＡＲＧ１に対して加速ノズルＮＯＺ１の位置を変更し得る（ステップ１２７０）。なお、撮像ユニット２００および照射部１１０は、移動ノズルＮＯＺ１に対して対象物面Ｏ１の位置が固定されたままとなるように、噴霧ガンＧＵＮ１に取り付けられ得る。
【0182】
ステップ１２２０，１２３０，１２４０，１２５０，１２６０，１２７０は、たとえば、被覆動作が終了するまで繰り返され得る。
【0183】
本方法は、比較の結果に基づいて、装置の動作を検証することを含み得る。検証は、たとえば、１または複数の決定された分布が指定された範囲外であるか否かを決定することを含み得る。噴霧動作は、たとえば、少なくとも１つの決定された分布が指定された範囲外である場合、無効であると決定され得る。散布操作は、たとえば、各関連する決定された分布が指定された範囲内にあるとき、有効であると決定され得る。
【0184】
図９ａおよび図９ｂを参照すると、装置５００は、折り畳まれた撮像構成を提供するために、１または複数のビーム偏向要素Ｍ１を含み得る。ビーム偏向要素Ｍ１は、たとえば、ミラー、プリズム、または回折格子であってよい。回折格子は、たとえば単色照明ＬＢ０を使用する場合に、偏向要素Ｍ１として使用され得る。
【0185】
ビーム偏向素子Ｍ１は、撮像ユニット２００で検出された光ＬＢ１ｋ，ＬＢ１ｋ＋１を偏向することによって折り返し光軸ＡＸ２’を提供し得る。また、折り返し光軸ＡＸ２’は、対象物面Ｏ１に対して傾斜していてもよく、折り返し光軸ＡＸ２’は、ノズルＮＯＺ１の軸ＡＸ０に対して傾斜し得る。
【0186】
ノズルＮＯＺ１の中心軸ＡＸ０と撮像ユニット２００の折り返し光軸ＡＸ２’との間の角度γ１は、たとえば４５°～８５°の範囲であってよく、有利には７０°～８０°の範囲であってよい。
【0187】
折り畳み式撮像構成を使用することで、狭い場所での、および／または被膜が標的対象物の凸面に形成されている状況での粒子噴流の監視がさらに容易になる。
【0188】
画像センサＳＥＮ１は、粒子Ｐ０の平均移動方向と実質的に平行な対象物面Ｏ１を提供するために、光軸ＡＸ２に対して傾斜し得る。
【0189】
画像センサＳＥＮ１のセンサ面と撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２との間の角度β１は、たとえば６５°～８９°の範囲であってよく、有利には７５°～８５°の範囲であってよい。画像センサＳＥＮ１の表面法線と撮像ユニット２００の光軸ＡＸ２との間の角度（９０°－β１）は、それぞれ、たとえば、１°～２５°の範囲内、有利には５°～１５°の範囲内であり得る。
【0190】
図９ｂを参照すると、傾斜画像センサは、ビーム偏向素子Ｍ１と標的対象物ＴＡＲＧ１との間に保護ギャップＧＡＰ２を提供することもできる。ギャップＧＡＰ２は、壁面噴流ＪＥＴ５の加熱および／または汚染効果を低減し得る。ギャップＧＡＰ２は、たとえば、標的ＴＡＲＧ１の表面が凸領域および／または凹領域を有する被覆プロセスの監視を形成する場合にも有用であり得る。
【0191】
図９ｃは、画像センサＳＥＮ１が光軸ＡＸ２に対して垂直な場合の比較例である。折り返し光軸ＡＸ２は、速度ベクトルｖｋ＋１に対して傾斜しており、対象物面Ｏ１は、折り返し光軸ＡＸ２’に対して垂直である。対象物面Ｏ１は、粒子Ｐ０ｋ＋１の速度ベクトルｖｋ＋１に対して傾斜している。粒子Ｐ０ｋ＋１の光学画像Ｐ１ｋ＋１は、非常に短い期間の間だけシャープな状態を維持することができる。この期間は、非常に短いので、捕捉された画像を解析することによって粒子Ｐ０ｋ＋１を確実に検出することが困難であり得る。時間は、非常に短いので、捕捉された画像を解析することによって粒子Ｐ０ｋ＋１の速度ｖｋ＋１を正確に測定することが困難であり得る。
【0192】
ガスダイナミックコールド噴霧は、たとえばガス噴流で被膜材料粒子を加速することを含み、粒子が塑性変形を受けて標的に付着するように標的対象物に粒子を衝突させることを含む方法によって、標的上に被膜を形成することを意味し得る。粒子の速度は、たとえば、４００ｍ／ｓ以上であり得る。粒子の速度は、たとえば、４００ｍ／ｓ～１２００ｍ／ｓの範囲内であり得る。
【0193】
被覆粒子の運動エネルギーは、被覆粒子が標的に衝突したときに、粒子の変形および／または標的の表面の局所的な変形を引き起こす可能性がある。粒子噴流中を移動するときの粒子の最高温度は、粒子の材料の溶融温度より実質的に低いままであり得る。粒子の直径は、たとえば、１～１００μｍの範囲内であってよい。粒子の適切なサイズ範囲は、粒子の材料および／または標的の材料に依存し得る。大きな標的は、たとえば、標的に対して粒子噴流の中心軸を移動させることによって被覆され得る。被覆粒子の材料は、たとえば、金属、ポリマー、セラミック、複合材料であり得る。粒子の材料は、多結晶体であり得る。
【0194】
粒子を高速のガス噴流に導入することによって、粒子を加速し得る。ガスと粒子を超音速に加速するために、ガス噴流を、たとえば、加圧および加熱されたガスを分岐ノズルに導くことによって提供し得る。超音速とは、音速以上の速度のことである。特に、発散ノズルは、ド・ラバルノズルとすることができる。加速ガス噴流のガスは、たとえば、ヘリウムまたは窒素であり得る。２０℃の窒素における音速は３４９ｍ／ｓである。２０℃のヘリウムにおける音速は１００７ｍ／ｓである。加速用ガスとしてヘリウムを用いると、より高い粒子速度が得られる可能性がある。ガスの温度は、たとえば、５００℃～９００℃の範囲であり得る。被覆プロセスのパラメータは、衝突時に粒子の塑性変形を提供するように選択されてもよく、粒子噴流中を移動するときの粒子の最高温度は、粒子の材料の溶融温度未満に留まり得る。
【0195】
粒子Ｐ０の温度は、粒子から放射される熱放射が画像センサＳＥＮ１によって捕捉される画像に大きく寄与しない程度に低くてよい。撮像ユニット２００は、粒子Ｐ０から放出される熱放射を退けるための光学フィルタを任意に含んでよい。
【0196】
本方法は、被覆プロセスの１または複数の動作パラメータを選択することを含み得る。操作パラメータは、たとえば、ガス圧、ガス温度、粒子サイズ、粒子の材料、ノズルの寸法、標的の材料、ノズルおよび／または標的の間の距離、標的に対するノズルの横断方向速度などを含んでよい。
【0197】
また、コールド噴霧は、積層造形による対象物の製造に用いることができる。製造された対象物は、被覆粒子の材料を含んでもよく、または実質的に被覆粒子の材料から成ってもよい。
【0198】
当業者であれば、本発明による装置および方法の修正および変形を知り得ることは明らかであろう。図は模式的なものである。添付の図面を参照して上述した特定の実施形態は、例示に過ぎず、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【図1a】
【図1b】
【図1c】
【図1d】
【図1e】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図2d】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図3d】
【図3e】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図4e】
【図4f】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
