DE102016222238A1

DE102016222238A1 - Programmierbarer Wellenformsimulator

Info

Publication number: DE102016222238A1
Application number: DE102016222238.4A
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Foley
Original assignee: NLight Inc
Current assignee: NLight Inc
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2017-05-24
Also published as: CN107026385B; CN107026385A; US10838603B2; US20170147191A1

Abstract

Ein System beinhaltet ein Lasersystem, welches ausgestaltet ist, um einen Laserstrahl zu erzeugen, eine Steuerung, die ausgestaltet ist, um einen Pfad des Laserstrahls auf ein Ziel zu steuern und um eine Veränderung von einer oder mehreren Wellenformen, die mit dem Laserstrahl assoziiert sind, zu steuern, und eine Anzeige, die mit der Steuerung gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine Vielzahl von Listendatenanteilen anzuzeigen, welche Wellenformparameter beinhaltet, und eine simulierte Wellenform anzuzeigen basierend auf der Vielzahl von Listendatenanteilen, wobei die simulierte Wellenform eine Vielzahl von simulierten Wellenformanteilen beinhaltet, welche voraussagend für die eine oder die mehreren Wellenformen ist.

Description

Querverweis zu verwandter Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/258,161, eingereicht am 20. November 2015, welche hierin durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Gebiet
Diese Offenbarung betrifft Laserwellenformprofile und Simulationen von Laserwellenformprofilen.
Hintergrund
Entwicklungen in der Lasersystemtechnologie haben eine immer weitere Ausdehnung von industriellen Implementierungen von Laserstrahlen ermöglicht. Strahlen können auf ein oder mehrere Ziele geleitet werden, um zu schneiden, zu schweißen, zu tempern, abzutragen, zu erhitzen, zu schmelzen oder um eine andere Art eines laserverarbeitungsbasierten Effekts auf oder in dem Ziel auf eine gewählte Weise zu produzieren. Verschiedene Muster können an dem Ziel mit der Laserverarbeitung gebildet werden, basierend auf den Wellenformeigenschaften, die mit dem Lasersystem assoziiert sind. Jedoch trotz der Zusicherung stabiler Laserleistung leiden lasergebildete Muster und Merkmale oft an geringer Qualitätssteuerung mit unpräzisen oder ungenau geformten Mustern die Norm. Daher werden weitere Erfindungen benötigt, um diese Nachteile zu überwinden.
Zusammenfassung
Entsprechend einem Aspekt der offenbarten Technologie beinhaltet ein Laser ein Lasersystem, welches ausgestaltet ist, um einen Laserstrahl zu erzeugen, eine Steuerung, die ausgestaltet ist, um einen Pfad des Laserstrahls auf ein Ziel zu steuern, und um eine Veränderung von einer oder mehreren Wellenformen zu steuern, die mit dem Laserstrahl assoziiert sind und eine Anzeige, die mit der Steuerung gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine Vielzahl von Listendatenanteilen anzuzeigen, die Wellenformparameter beinhalten und eine simulierte Wellenform anzeigen, basierend auf der Vielzahl der Listendatenanteile, wobei die simulierte Wellenform eine Vielzahl von simulierten Wellenformanteilen beinhaltet, welche voraussagend für die eine oder die mehreren Wellenformen sind.
Entsprechend einem anderen Aspekt der offenbarten Technologie beinhaltet ein Verfahren das Bilden einer Vielzahl von Listendatenanteilen, welche Laserwellenformparameter beinhalten, die mit einer Vielzahl von Wellenformanteilen einer Wellenform assoziiert sind, die mit einem Lasersystem assoziiert ist, Simulieren der Wellenform basierend auf der Vielzahl der Listendatenanteile, um so eine simulierte Wellenform zu erzeugen, welche eine Vielzahl von simulierten Wellenformanteilen beinhaltet, die voraussagend für die Wellenformanteile sind und Anzeigen der simulierten Wellenform auf einer Anzeige.
Entsprechend eines weiteren Aspekts der offenbarten Technologie beinhaltet ein System eine grafische Benutzerschnittstelle (Graphical User Interface, GUI), zumindest einen Prozessor, und ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien einschließlich gespeicherter Anweisungen, die in Reaktion auf ein Ausführen durch den zumindest einen Prozessor, das System dazu veranlassen, auf der GUI eine Vielzahl von Listendatenanteilen, welche Wellenformparametern einer Vielzahl von Ausgabelaserwellenformanteilen einer Ausgabelaserwellenform entsprechen, anzuzeigen und eine simulierte Ausgabelaserwellenform anzuzeigen, die basierend auf der Vielzahl von Listendatenanteilen erzeugt wird, wobei die simulierte Ausgabelaserwellenform eine Vielzahl von simulierten Ausgabelaserwellenformanteilen beinhaltet, welche voraussagend für die Ausgabelaserwellenform sind.
Das Vorangegangene und andere Merkmale und Vorteile der offenbarten Technologie werden rarer werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, welche mit Bezug zu den begleitenden Figuren fortfährt.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist ein Schaubild eines Lasersystems, welches an eine ferne grafische Benutzerschnittstelle gekoppelt ist.
2A bis 2D veranschaulichen eine Beispielprogrammierumgebung.
3 ist ein Oszilloskopgraph einer Laserdiodenspannung.
4 ist ein Flussdiagramm einer Verfahrensausführungsform.
5 ist ein Flussdiagramm einer anderen Verfahrensausführungsform.
6 veranschaulicht Beispielwellenformen.
Detaillierte Beschreibung
Wie in dieser Anmeldung und in den Ansprüchen verwendet, beinhaltet die Einzahlform ”ein”, ”eine”, ”einen” die Mehrzahlform außer der Kontext gibt dies klar anders vor. Zusätzlich bedeutet der Begriff ”beinhalten” ”umfassen”. Ferner schließt der Begriff ”gekoppelt” nicht das Vorhandensein von Zwischenelementen zwischen den gekoppelten Elementen aus.
Die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren, die hierin beschrieben sind, sollen nicht als auf irgendeine Weise beschränkend angesehen werden. Stattdessen ist die vorliegende Offenbarung auf alle neuen und nicht naheliegenden Merkmale und Aspekte der verschiedenen offenbarten Ausführungsformen gerichtet, einzeln und in verschiedenen Kombinationen und Unterkombinationen miteinander. Die offenbarten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen sind nicht auf irgendwelche spezifischen Aspekte oder Merkmale oder Kombinationen davon beschränkt, noch erfordern die offenbarten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen, dass irgendein oder mehrere spezifische Vorteile vorhanden sind oder Probleme gelöst werden. Alle Theorien des Betriebs dienen zum Erleichtern der Erklärung, jedoch sind die offenbarten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen nicht auf solche Theorien des Betriebs beschränkt.
Obwohl die Operationen von einigen der offenbarten Verfahren in einer bestimmten, aufeinanderfolgenden Reihenfolge für eine zweckmäßige Darstellung beschrieben sind, soll verstanden werden, dass diese Art der Beschreibung Neuordnungen umfasst, außer eine bestimmte Reihenfolge wird durch spezifische Sprache, welche nachfolgend dargelegt wird, erfordert. Zum Beispiel können Operationen, die aufeinanderfolgend beschrieben sind, in einigen Fällen neu geordnet werden oder gleichzeitig durchgeführt werden. Zudem können zum Zwecke der Einfachheit die beigefügten Figuren die verschiedenen Wege nicht zeigen, in welchen die offenbarten Systeme, Verfahren und Vorrichtungen in Verbindung mit anderen Systemen, Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden können. Zusätzlich verwendet die Beschreibung manchmal Begriffe wie ”produzieren” und ”bereitstellen”, um die offenbarten Verfahren zu beschreiben.
Diese Begriffe sind Abstraktionen hoher Ebene der tatsächlichen Operationen, die durchgeführt werden. Die tatsächlichen Operationen, welche diesen Begriffen entsprechen, werden abhängig von der bestimmten Implementierung verschiedenen sein und leicht durch den Fachmann erkennbar sein.
In einigen Beispielen werden Werte, Verfahren oder Vorrichtungen als ”niedrigste”, ”beste”, ”Minimum” oder Ähnliches bezeichnet. Es wird verstanden werden, dass solche Beschreibungen dazu gedacht sind anzugeben, dass eine Auswahl unter vielen verwendeten funktionalen Alternativen gemacht werden kann und solche Auswahl besser, kleiner oder anderweitig bevorzugt zu anderen Auswahlmöglichkeiten sein muss.
Wie hierin verwendet beziehen sich Laserstrahlen und verwandte Leistung auf elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen zwischen ungefähr 100 nm und 10 μm, und typischerweise zwischen ungefähr 500 nm und 2 μm. Beispiele basierend auf verfügbaren Laserdiodenquellen und optischen Faserlasern und Faserverstärkerquellen sind allgemein mit Wellenlängen von zwischen ungefähr 800 nm und 1700 nm assoziiert. In einigen Beispielen wird das Ausbreiten von optischer Strahlung bezeichnet als ein oder mehrere Strahlen, welche Durchmesser, asymmetrische schnelle und langsame Achsen, Strahlquerschnittsflächen und Strahlfleckgrößen, und Strahldivergenzen aufweisen, welche von der Strahlwellenlänge und den optischen Systemen abhängen, die zur Strahlformung verwendet werden. Der Einfachheit halber kann ein optischer Strahl in einigen Beispielen als Licht bezeichnet werden und muss keine sichtbaren Wellenlängen aufweisen.
Repräsentative Ausführungsformen von Pump- und Laserquellen werden mit Bezug zu optischen Fasern beschrieben, jedoch können andere Arten von optischen Wellenleitern verwendet werden, welche quadratische, rechteckige, polygonale, ovale, elliptische oder andere Querschnitte aufweisen. Optische Fasern werden typischerweise aus Siliziumdioxid (Glas) gebildet, welches dotiert ist (oder undotiert ist), um so vorbestimmte Brechungsindices oder Brechungsindexunterschiede bereitzustellen. In einigen Beispielen werden Faser- oder andere Wellenleiter aus anderem Material hergestellt, wie beispielsweise Fluorozirconaten, Fluoroaluminate, Fluorid oder Phosphatglas, Chalkogenidglas, oder kristalline Materialien, wie beispielsweise Saphir, abhängig von der Wellenlänge von Interesse. Brechungsindices von Siliziumdioxid und Fluoridglas sind typischerweise ungefähr 1,5, aber Brechungsindices von anderen Materialien, wie beispielsweise Chalkogenid, kann 3 oder höher sein. In noch weiteren Beispielen können optische Faser teilweise aus Kunststoff gebildet werden. In typischen Beispielen stellt ein dotierter Wellenleiterkern, wie beispielsweise ein Faserkern, optischen Ertrag bereit in Antwort auf das Pumpen und der Kern und Verkleidungen sind ungefähr konzentrisch. In anderen Beispielen sind einiges oder mehrere des Kerns und der Verkleidungen dezentriert und in einigen Beispielen variiert die Ausrichtung und/oder die Verschiebung des Kerns und der Verkleidung entlang einer Wellenleiterlänge.
Der Begriff Helligkeit wird hierin verwendet, um auf optische Strahlleistung pro Einheitsfläche pro festem Winkel Bezug zu nehmen. In einigen Beispielen wird optische Strahlleistung mit einer oder mehreren Laserdioden bereitgestellt, welche Strahlen produzieren, deren feste Winkel proportional zu der Strahlwellenlänge und invers proportional zu der Strahlfläche sind. Auswahl der Strahlfläche und des festen Winkels des Strahls kann Pumpstrahlen erzeugen, welche ausgewählte Pumpstrahlleistungen in eine oder mehrere Kern- oder Verkleidungsschichten von doppelten, dreifachen oder anderen einzelnen oder mehrschichtigen optischen Fasern koppelt. Strahlquerschnittflächen, Durchmesser oder andere Strahldimensionen können beschrieben werden unter Verwendung von Grenzen, die allgemein einem Null-Intensitätswert, einem 1/e-Wert, einem 1/e²-Wert, einem vollen Halbwertsbreiten-(Full-Width Half-Maximum, FWHM)-Wert oder anderer geeigneter Metrik entsprechen.
1 zeigt ein System 100, welches ein Lasersystem 102 beinhaltet, welches ausgestaltet ist, einen Laserstrahl 104 zu produzieren und den Laserstrahl 104 zu einem Ziel 106 zu leiten, welches mit einer Bewegungsstufe 108 gekoppelt ist. Das Lasersystem 102 beinhaltet allgemein eine Laserquelle 110, die den Laserstrahl 104 erzeugt und einen Scanner 112, der den Laserstrahl 104 empfängt und den Laserstrahl 104 zu dem Ziel 106 leitet. Geeignete Beispiele des Scanners 112 können Galvanometerscanner, akusto-optische Modulatoren, Schnellscanspiegel, bewegbare Laserköpfe usw. beinhalten. In weiteren Beispielen kann der Scanner 112 Optiken beinhalten, um den Laserstrahl 105 zu einer vorbestimmten Position zu leiten und die Bewegungsstufe 108 kann das Ziel 106 relativ zu der vorbestimmten Position bewegen. Eine Pumpquelle 114 ist mit der Laserquelle 110 gekoppelt und stellt der Laserquelle 110 Pumpenergie bereit zum Erzeugen des Laserstrahls 104. Die Pumpquelle 114 beinhaltet typischerweise eine oder mehrere Laserdioden, Laserdiodenpumpmodule, Faserlaser, elektrische Leistungsversorgungen usw., die ausgestaltet sind, um Pumpenergie für die Laserquelle 110 zu erzeugen. In einigen Beispiel-Pumpquellen ist ein Lasertreiber 116 mit der Pumpquelle 114 gekoppelt und stellt eine Spannungswellenform der Pumpquelle 114 bereit, so dass die Pumpenergie als ein optischer Strahl der Laserquelle 110 bereitgestellt wird und der Laserstrahl 104 basierend auf der Spannungswellenform mit einer entsprechenden Laserwellenform erzeugt wird. Hierbei beinhalten die Wellenformen eine zeitliche Veränderung in Spannungs-, Strom- oder optischer Leistung.
Eine Steuerung 118 stellt einen Wellenformbefehl dem Lasertreiber 116 bereit, um den Lasertreiber 116, die Pumpquelle 114 und die Laserquelle 110 dazu zu leiten, um den Laserstrahl 104 in Übereinstimmung mit dem Wellenformbefehl zu erzeugen. Die Steuerung 118 kann auch an eine oder mehrere Komponenten des Systems 100 oder des Lasersystems 102 gekoppelt sein, wie beispielsweise dem Scanner 112, um ein Scannen des Laserstrahls 104 und des Ziels 106 mit dem Wellenformbefehl zu steuern. Die Steuerung 118 kann auch mit der Bewegungsstufe 108 gekoppelt sein, um eine Bewegung der Bewegungsstufe 108 relativ zu dem Scannen oder der Position des Laserstrahls 104 basierend auf dem Wellenformbefehl zu steuern. In repräsentativen Beispielen ist eine externe Signalquelle, wie beispielsweise eine externe Steuerung 120, mit der Steuerung 118 des Lasersystems 102 gekoppelt, um so dem Lasersystem 102 mit dem Wellenformbefehl, eine Auswahl eines Steuerungsprogramms oder andere Anweisungen bereitzustellen, um den Wellenformbefehl zu bilden, so dass das Lasersystem 102 den Laserstrahl 104 basierend auf den Anweisungen von der externen Steuerung 120 erzeugt. In einigen Beispielen ist die externe Steuerung 120 mit der Bewegungsstufe 108 gekoppelt, und kann, um den Laserstrahl 104 zu erzeugen und/oder zu scannen, die Anweisungen an das Lasersystem 102 in Koordinierung mit einer Steuerung der Bewegung und Kalibrierung und/oder einer Überwachung der Bewegungsstufe 108 bereitstellen. Die externe Steuerung 120 kann auch mit anderen Systemen und Komponenten gekoppelt sein, welche mit dem Lasersystem 102 und einer Verarbeitung des Ziels 106 koordiniert sein können, wie beispielsweise vorangehende oder nachfolgende Montagebandkomponenten und Laser- oder Nichtlaserverarbeitungsausrüstung.
In repräsentativen Ausführungsformen ist ein Synchronisationseingang 122 von der externen Steuerung 120 an die Steuerung 118 gekoppelt, um so ein Synchronisationseingangssignal bereitzustellen, welches eine Bereitschaft der externen Steuerung 120 angeben kann, um mit einer Laserverarbeitung fortzufahren entsprechend eines ausgewählten Wellenformbefehls in der Steuerung 118. Ein niedriger Wert für das Synchronisationseingangssignal kann einem Pause-Zustand für das Lasersystem 102 entsprechen, so dass das Ziel 106 durch die Bewegungsstufe 108 bewegt werden kann oder ein neues Ziel hinsichtlich des Sichtfeldes oder Verarbeitungsfeldes des Laserstrahls 104 positioniert werden kann und ein hoher Wert für das Synchronisationseingangssignal kann einem Ausführungszustand oder einer Ausführungsperiode entsprechen, in welcher der Wellenformbefehl in der Steuerung 118 ausgeführt wird. Eine Synchronisationsausgabe 124 ist von der Steuerung 118 an die externe Steuerung 120 gekoppelt, um so ein Synchronisationsausgangssignal bereitzustellen, welches eine Beendigung eines Wellenformbefehls oder eine andere Rückmeldung an die externe Steuerung 120 angeben kann, welche mit dem Lasersystem 102 assoziiert ist. Zum Beispiel kann ein hoher Zustand oder ein anderes Signalmerkmal für das Synchronisationsausgangssignal eine Bereitschaft für Stufenbewegungen bestätigen, welche durch die externe Steuerung 120 gesteuert werden.
Eine grafische Benutzerschnittstelle (Graphical User Interface, GUI) 126 ist auch mit der Steuerung 118 gekoppelt und kann eine Konfigurierbarkeit, Visualisierung und Simulation des Wellenformbefehls der Steuerung 118, der Synchronisationseingabe 122 und der Synchronisationsausgabe 124 sowie auch eine andere Programmierung der Steuerung 118 bereitstellen. Es ist typischerweise schwierig, die Form und Korrespondenz einer Wellenformausgabe des Lasersystems 102 wie beispielsweise eine optische Leistung des Laserstrahls 104 oder eine Spannungsversorgung zu der Pumpquelle 114, zu einem Wellenformbefehlsprogramm der Steuerung 118 zu bestimmen. Mit der GUI 126 kann ein Wellenformbefehlsprogramm durch einen Benutzer in einer Vielzahl von Wegen eingegeben werden und der Wellenformbefehl, der einer Benutzereingabe entspricht, kann visualisiert werden. Die GUI 126 ist mit einer Steuerung 128 assoziiert, welche den Wellenformbefehl verarbeiten kann und eine simulierte Wellenform erzeugen kann, welche voraussagend für eine oder mehrere Wellenformausgaben des Lasersystems 102 ist basierend auf den Dynamiken der Komponenten des Lasersystems 102, wie beispielsweise Anstiegsraten in dem Lasertreiber 116 und der Steuerung 118, optische Antwortzeiten der Pumpquelle 114 und Laserquelle 110, mechanische Antwortzeiten, die mit dem Scanner 112 oder der Bewegungsstufe 108 assoziiert sind, optische Aberrationen oder Effekte von Linsen- und Spiegelkomponenten des Lasersystems 102 und materialabhängige Effekte, die mit dem Ziel 106 oder der Laseranwendung assoziiert sind. In weiteren Beispielen werden die verschiedenen Effekte, die durch das Lasersystem 102, die externe Steuerung 120 und das Ziel 106 eingeführt werden, modelliert und die simulierte Wellenform kann angepasst werden, um die Auswirkung der verschiedenen Effekte auf die eine oder die mehreren Wellenformausgaben zu reduzieren. Der Wellenformbefehl kann dann angepasst werden, um der angepassten simulierten Wellenform zu entsprechen, um eine Laseroperation bereitzustellen, wie beispielsweise optische Leistung und Position für den Laserstrahl 104, welcher näher an der gewünschten Wellenform ist.
2A–2D sind Veranschaulichungen einer Beispiel-Wellenformprogrammierumgebung 200, die betriebsbereit ist, um Wellenformbefehle für eine oder mehrere Steuerungen und assoziierte Lasersysteme zu visualisieren und zu programmieren. Die veranschaulichte Umgebung 200 beinhaltet eine Rechenvorrichtung 202, welche ein Desktop oder Laptop Computer, eine mobile Vorrichtung, ein Tablet, eine Überwachungssteuerungs- und Datenaufnahme-(Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA)-Einheit, eine logische Steuerungs- und Anzeigekombination usw. sein kann. Die Rechenvorrichtung 202 beinhaltet einen Prozessor 204, der repräsentativ für verschiedene Arten ist, wie beispielsweise eine oder mehrere CPUs, GPUs oder andere logische Verarbeitungsvorrichtung, und welcher verschiedene Datenverarbeitungsfunktionen für die Rechenvorrichtung 202 durchführen kann. Ein Speicher ist 206, der flüchtig oder nichtflüchtig (z. B. RAM, ROM, Flash, Festplatte, optische Platte usw.) sein kann, und fixiert oder entfernbar sein kann, gekoppelt an den Prozessor 204 und Speicherkapazität für ein oder mehrere computerlesbare Medien bereitstellen kann. Ein oder mehrere Systembusse können einen Kommunikationspfad zwischen verschiedenen Umgebungskomponenten bereitstellen.
Eine Vielzahl von Eingabe/Ausgabevorrichtungen 208 ist mit dem Prozessor 204 für verschiedene Eingabe-, Ausgabe- oder Eingabe/Ausgabefunktionen gekoppelt. Zum Beispiel stellt eine Anzeige 210 eine visuelle Ausgabe für grafische Elemente oder Knöpfe 211 bereit, welche eine Daten- und Wellenformeingabe durch einen Benutzer oder verarbeitet durch den Prozessor 204 darstellen, und eine Schnittstelle darstellen, durch welche der Benutzer Wellenformbefehlsdaten eingeben kann. Ein Berührungsbildschirm oder eine Tastatur 212 (welche auch eine oder mehrere Zeigervorrichtungen beinhalten kann) stellen einen Weg für den Benutzer bereit, um eine Dateneingabe bereitzustellen und mit den grafischen Elementen 211 der Anzeige 210 zu interagieren. In typischen Beispielen beinhaltet die Rechenvorrichtung 202 eine Lasersystem-I/O 214, welche mit einem Lasersystem koppeln kann, so dass Wellenformbefehlsprogramme oder Befehlszeilen an das Lasersystem übertragen werden können oder an dem Lasersystem mit der Rechenvorrichtung 202 ausgeführt werden können. Die Lasersystem-I/O 214 kann auch eine Quelle für Lasersysteminformationen bereitstellen, wie beispielsweise eine Laserstrahlleistung, Pumpquellenleistungen, Pumpversorgungsspannungen, usw., welche auf der Anzeige 210 visualisiert werden können, einschließlich in Echtzeit. In weiteren Beispielen beinhalten die Rechenvorrichtung 202 eine externe Steuerungs-I/O 216, welche an eine externe Signalquelle gekoppelt sein kann, wie beispielsweise eine externe Steuerung, Detektoren, Befehlsbusse, usw.
Die Rechenvorrichtung 202 kann auch eine oder mehrere Anwendungen 218 beinhalten, welche verschiedene visuelle Elemente, wie beispielsweise Fenster 220, 222, 224 bereitstellen können. Die visuellen Elemente, welche durch die Anwendungen 218 bereitgestellt werden, können grafische Benutzerschnittstellen, Vorrichtungsausgaben, grafische Echtzeitausgaben, feste oder editierbare Tabellen, feste oder editierbare Graphen, und verschiedene visuelle Unterelemente, wie beispielsweise auswählbare Menüelemente, Dateneingabefelder und Datenanzeigefelder, als Beispiel, beinhalten. Die Anwendungen 218 können auch Daten von verschiedenen Eingaben (einschließlich benutzereingegebenen Daten) leiten, wie beispielsweise der Lasersystem-I/O 214 und eine externe Steuerungs-I/O 216 an verschiedene Ausgänge, einschließlich der Anzeige 210 sowie auch des Lasersystems und der externen Steuerung. In typischen Beispielen können Wellenformprogrammdateien in dem Speicher 206 gespeichert werden und an das Lasersystem, welches mit der Lasersystem-I/O 214 gekoppelt ist, hochgeladen werden oder von dieser abgefragt werden. Die Anwendungen 218 beinhalten typischerweise Programmmodule einschließlich Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen, usw., welche bestimmte Aufgaben durchführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren. Die Wellenformprogrammierumgebung 200 kann auch so verteilt sein, dass die Anwendungen und Aufgaben durch Fernverarbeitungsvorrichtungen durchgeführt werden, welche durch ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer verteilten Rechenumgebung können Programmmodule in sowohl lokalen als auch Fernspeichervorrichtungen gelegen sein.
In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Anwendungen 218 das Fenster 220, wie in 2B veranschaulicht, bereitstellen, welches eine grafische Benutzerschnittstelle 228 und eine Wellenformdatenliste 230 beinhaltet, welche eine Vielzahl von Listendatenanteilen 232 beinhaltet. Ein oder mehrere der Listendatenanteile 232 können einen menüauswählbaren Befehlszeilentyp 234 beinhalten, wie beispielsweise eine Wellenformrampe, Schritt, Modulation, Verzögerung, Wiederholung, Synchronisationseingabewellenform-Niedrig- oder Hochzustand, Synchronisationsausgabewellenform-Niedrig- oder Hochzustand oder einen anderen Typ. Der entsprechende eine oder die entsprechenden mehreren Listendatenanteile 232 können einen oder mehrere benutzerauswählbare Parameter beinhalten, wie beispielsweise Parameterfelder 236, 238, die mit dem ausgewählten Befehlszeilentyp 234 assoziiert sind. Ein Kennungsfeld 240 kann für den entsprechend einen oder die entsprechend mehreren Listendatenanteile 232 bereitgestellt werden und eine Schleife oder eine Gehe-Zu-Position angeben, die mit einer Wellenformwiederholung assoziiert ist. Unterschiedliche Wellenformbefehlsprogramme können in dem Speicher 206 gespeichert sein und durch ein Programmauswahlmenü 241 zugreifbar sein.
Zum Beispiel beinhaltet ein erstes Listendatenanteil 242 einen Laserstrahlleistungszeitrampenbefehl mit einem ersten Parameterfeld, welches einen Wert aufweist von 132, 380, der eine Dauer für den Leistungszeitrampenbefehl angibt. Ein zweites Parameterfeld hat einen Wert von 199, welcher einen optischen Strahlleistungswert angibt, welcher an einem Ende der in dem ersten Parameterfeld spezifizierten Dauer erreicht werden soll. In einigen Beispielen werden zusätzliche Parameterfelder bereitgestellt, so dass komplexere Wellenformbefehle spezifiziert werden können. Ein zweiter Listendatenanteil 244, welcher im Nachgang zu dem ersten Listendatenanteil 242 ist, beinhaltet einen Laserstrahlwellenformmodulationsbefehl, welcher eine Modulationsperiode von 100 ms pro Modulationszyklus in einem ersten Parameterfeld und ein Modulationstastverhältnis von 50% in einem zweiten Parameterfeld aufweist. In typischen Beispielen wird der Modulationsbefehl zwischen 100% und 0% Laserstrahlleistung wechseln, obwohl andere Strahlleistungen und Modulationsformen (wie beispielsweise sinusförmig, schrittweise sinusförmig, usw.) möglich sind. In einem anderen nachfolgenden Listendatenanteil 246 stellt ein Wellenformwiederholungsbefehl eine Wiederholungsmenge von Zwei in einem ersten Parameterfeld und eine Befehlszeilenkennung ”L7” in einem zweiten Parameterfeld bereit. Somit wird, während einer Wellenformerzeugung basierend auf den Listendatenanteilen 232, der Satz von Listendatenanteilen 232 zwischen dem Listendatenanteil 246 und der Befehlszeile, die mit der spezifischen Kennung angegeben wird, für die spezifische Anzahl von Zyklen wiederholt.
Dieselbe oder eine unterschiedliche Anwendung der Anwendungen 218, welche das Fenster 220 bereitstellt, kann das Fenster 222 bereitstellen oder mit diesem verbunden sein, welches in der 2C veranschaulicht wird. Das Fenster 222 beinhaltet eine grafische Visualisierung, welche eine graphorientierte grafische Benutzerschnittstelle (Graphical User Interface, GUI) 248 beinhalten kann, die in der Lage ist, Wellenformen zu erzeugen, die den Benutzereingaben entsprechen. In einer Ausführungsform kann ein Benutzer Punkte auf der graphorientierten GUI 248 auswählen, wie beispielsweise Wellenformausgangsleistungen 250a–250k, und die entsprechende Wellenform wird in der graphorientierten GUI 248 gezeigt. Die Listendatenanteile 232 und entsprechende Parameterfelder 236, 238 in dem Fenster 220 werden aktualisiert durch die Anwendungen 218 basierend auf den Leistungen 250a–250k, die für die graphorientierte GUI 248 ausgewählt werden. In einigen Beispielen können Datenwerte aus einer getrennten Tabellendatendatei grafisch in das Fenster 222 gezogen werden oder in das Fenster 220 eingefügt werden, um so benutzerausgewählte Punkte in der graphorientierten GUI 248 bereitzustellen. Da Listendatenanteile 232 in dem Fenster 220 eingegeben werden, wird In einigen Beispielen die entsprechende Wellenform basierend auf den Rohparameterwerten der Listendatenanteile 232, grafisch in der graphorientierten GUI 248 veranschaulicht. In typischen Ausführungsformen werden Wellenformwiederholungen und Wellenformmodulationsmerkmale von der Wellenform, die in der graphorientierten GUI 248 angezeigt wird, weggelassen, welches die grafische Darstellung vereinfacht.
Mit genauerer Bezugnahme auf die 2D veranschaulicht das Fenster 224 simulierte Wellenformen 254, 256, 258, die erzeugt werden nach einem Auswählen eines ”simuliere” grafischen Elements 252, wie beispielsweise einem Icon oder einem Knopf, welcher in dem Fenster 222 gelegen ist. Die veranschaulichten simulierten Wellenformen 254, 256, 258 können eine Vielzahl von simulierten Wellenformanteilen 260 beinhalten, welche sich zwischen Initiierungs- und Terminierungswerten erstrecken, die mit einem oder mehreren der getrennten Listendatenanteile 232 assoziiert sind, obwohl einige simulierte Wellenformanteile 260 sich zwischen anderen Werten erstrecken können, wie beispielsweise mittelzeitliche Anteile von benachbarten Listendatenanteilen 232, und eine Vielzahl von simulierten Wellenformanteilen 260 kann einem aus den Listendatenanteilen 232 entsprechen. In einigen Beispielen entsprechen die simulierten Wellenformen 254, 256, 258 präzisen visuellen Darstellungen der Wellenformdatenliste 230, welche durch den Benutzer in den Fenstern 220 oder 222 eingegeben wurden. Abhängig von den Leistungseigenschaften des Lasersystems, welches eine Wellenform basierend auf der Wellenformdatenliste 230 erzeugt, kann die simulierte Wellenform 254 lose oder eng einer tatsächlichen Lasersystemwellenform entsprechen, einschließlich Laserstrahlausgabe, Lasersystempumpausgabe oder Lasertreiberausgabe. Die 3 zeigt eine tatsächliche Pumpdiodenspannung, welche während eines aktiven Betriebs eines Lasersystems detektiert wird, unter Verwendung einer Wellenform, welche der Wellenformdatenliste 230 entspricht und in dem Fenster 224 simuliert wird. Eine Wellenform, die an ein Lasersystem gekoppelt ist oder von einem Lasersystem ausgegeben wird, kann von der benutzereingegebenen Wellenform abweichen aufgrund einer oder mehrerer Anstiegsraten oder Antwortzeitveränderungen, die mit den Lasersystemkomponenten assoziiert sind, wie beispielsweise Lasersystemsteuerungen, Lasertreiber, Leistungsversorgungen, Scanspiegel usw. und die Abweichung kann wesentlich sein, so dass sie die Qualität eines entsprechenden Laserprozesses beeinträchtigt.
Eine Wellenformabweichung kann auch auftreten aufgrund optisch bezogenen verzögerten Antwortzeiten oder anderen optisch Übergangseffekten, die mit Pumpquellen oder Laserquellen assoziiert sind. Zum Beispiel kann ein Rampen- oder Schrittbilden einer Leistung in einem Lasermedium eine Verzögerung aufweisen, die mit dem Laserprozess der laseraktiven Medien assoziiert ist, einschließlich Ausbreitungsverzögerungen, Halbleiterrekombinationszeiten, Stromdiffusionsprozessen, usw. Ein oder mehrere Überschreitübergänge (overshoot) können basierend auf einer vorangegangenen optischen Wellenformleistung oder Energie, die in verwandten aktiven Medien gespeichert ist, auftreten. In einigen Beispielen wird die simulierte Wellenform 254 basierend auf vorausgesagten Wellenformabweichungen angepasst und in weiteren Beispielen wird die simulierte Wellenform 254 ferner angepasst und die Listendatenanteile 232 werden angepasst, so dass eine tatsächliche Wellenform durch das Lasersystem erzeugt wird, welche näher der unangepassten Form der gewünschten Wellenform, die durch den Benutzer eingegeben wurde, entspricht. Die Listendatenanteile 232, die mit einem oder mehreren simulierten Wellenformanteilen 260 assoziiert sind, welche einem ausgewählten Listendatenanteil 232 vorangehen, oder ein simulierter Wellenformanteil 260 kann auch angepasst werden, um den ausgewählten Listendatenanteil oder den simulierten Wellenformanteil 260 anzupassen. In einigen Beispielen können zusätzliche Parameter, welche hinsichtlich der Zeit, Eigenschaften und Betrieb des Lasersystems variieren, auch modelliert werden und verwendet werden, um simulierte und tatsächliche Wellenformen anzupassen, wie beispielsweise Pumplaserdiodentemperatur, Laserdioden- oder Laserquellenschwellen, usw.
4 stellt ein Beispiel eines Verfahrens 400 zum Simulieren einer Ausgabewellenform, die mit einem Lasersystem assoziiert ist, dar, wie beispielsweise einer Laserstrahlleistung, einer Pumpquellenleistung oder eines Pumpquellenversorgungsstroms oder -spannung und zum grafischen Darstellen der simulierten Ausgabewellenform. Bei 402 wird ein Wellenformvisualisierungsprogramm initialisiert. Nach einem Bestimmen, dass das Ende des Programms nicht erreicht wurde bei 404, wird ein erster Listendatenanteil in einer Wellenformdatenliste gescannt, bei 406, für verschiedene Typen von Wellenformbefehlen. Für einen Zeitrampenbefehl, bei 408, wird eine Ausgabewellenformrate gesetzt basierend auf einer gewünschten Veränderung in der Ausgabewellenform über die Zeit und entsprechender Dauer und Zielleistungsparameter. Wenn ein Ratenrampenbefehl bei 410 bereitgestellt wird, wird eine Ausgabewellenformrate gesetzt basierend auf einer gewünschten Rate, die mit einer Auflösung der simulierten Ausgabewellenform multipliziert ist, mit einer Leistungsrampenrate und Auflösungsparameter, die ausgewählt sind. Für typische Verfahren kann die zeitliche Auflösung, die mit einer simulierten Wellenform assoziiert ist, für das Wellenformprogramm vor einer Initiierung ausgewählt werden oder ausgewählte Wellenformanteile können unterschiedliche Auflösungen aufweisen, so dass die Zeit, die erforderlich ist, um die simulierte Wellenform zu erzeugen, verbessert werden kann. Zum Beispiel können Wellenformanteile, welche sich nicht ändern oder sich nur langsam über die Zeit ändern, keine genaue zeitliche Auflösung erfordern. Wellenformanteile mit wesentlichen Leistungsdynamiken, wie beispielsweise Ein- oder Auszuständen, Veränderungen in Eingangssynchronisations- oder Ausgangssynchronisationssignalen, Wellenformmodulationen und Änderungen von Wellenformmodulationen können von genauerer Auflösung profitieren. Beispielauflösungen können von weniger als oder gleich 1 μs, 5 μs, 10 μs, 50 μs, 1000 μs, 1 Sek. oder länger variieren. Somit können Wellenformformen hier einer Vielzahl von Punkten, welche der Form entspricht, bei einer bereitgestellten Auflösung entsprechen.
Nachdem eine Wellenform eine vorbestimmte Stufe erreicht hat, wie beispielsweise einer Laserstrahlleistung, in einigen Beispielen, bei 412, kann ein Listendatenanteil einen Warteverzögerungsbefehl beinhalten, welcher die vorbestimmte Stufe für eine ausgewählte Zeitdauer basierend auf einem Wartedauerparameter beibehält. Bei 414 können ein oder mehrere Listendatenanteile einen simulierten Eingangssynchronisationsbefehl bereitstellen, welcher verschiedene Typen von Synchronisationssignalen beinhaltet, welche von der externen Steuerung abhängen, die das Eingangssynchronisationssignal und den Typ des Laserprozesses, welcher implementiert wird, bereitstellt. In einigen Beispielen wird ein simuliertes Eingangssignal auf einen niedrigen Zustand gesetzt und dann auf einen hohen Zustand nach einer vorbestimmten Zeitdauer, wie beispielsweise 20 ms, oder wird auf einen hohen Zustand und dann auf einen niedrigen Zustand nach der gleichen oder einer unterschiedlichen vorbestimmten Zeitdauer gesetzt. Bei 416 entsprechen ein oder mehrere Listendatenanteile einem Ausgangssynchronisationsbefehl, welcher durch das Lasersystem bereitgestellt wird und welcher auf einen niedrigen oder hohen Zustand gesetzt ist. In einigen Beispielen wird ein Wellenformmodulationsbefehl bei 418 gesetzt, der eine abwechselnde Wellenformstufe basierend auf einer ausgewählten Frequenz und Tastverhältnisparameter und einem Modulations-Gate-Zustand bereitstellt. Eine Wellenformmodulation kann zwischen verschiedenen Wellenformausgabewerten abwechseln, einschließlich zwischen einem Maximumwert und einem Nullwert oder anderen Werten.
In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Listendatenanteile einen Wellenformwiederholbefehl bereitstellen, bei 420, welcher einen ausgewählten Satz von Listendatenanteilen durchführt oder wiederholt. Der Wiederholbefehl kann das Wellenformvisualisierungsprogramm dazu leiten, zu einer ausgewählten Wellenformbefehlszeile zu gehen und einen Wiederholzähler basierend auf einem ausgewählten Wiederholparameterwert zu iterieren. Alternativ kann der Wiederholbefehl ein oder mehrere Listendatenanteile bei unterschiedlichen Positionen auswählen, um in einer ausgewählten Reihenfolge wiederholt zu werden. Bei 422 wird ein simulierter Wellenformpunkt in einer simulierten grafischen Darstellung der Wellenform abgebildet. Modulations-Gate-Zustandswerte können einen bestimmten befehligten Zustand überschreiben, so dass ein niedriger Zustand, der mit einem Modulationsbefehl assoziiert ist, anstelle des bestimmten befehligten Zustands, wie beispielsweise ein Rampenwellenformwert, abgebildet wird. Bei 424 werden ein Eingangssynchronisationspunkt und ein Ausgangssynchronisationspunkt so abgebildet, dass die Korrespondenz der Lasersystemwellenform (oder Wellenformen) visuell mit den Eingangssignal- und Ausgangssignalzuständen verglichen werden kann. Bei 426 wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der aktuelle Wellenformvisualisierungsprogrammbefehl beendet wurde. Nach Beendigung des Befehls, bei 428, wird ein Zeitzustand erhöht, basierend auf der ausgewählten Wellenformprogrammauflösung und das Wellenformvisualisierungsprogramm fährt mit einem Scannen eines nachfolgenden Listendatenanteils, bei 406, fort. Wenn es keine verbleibenden Listendatenanteile mehr gibt, kann das Wellenformvisualisierungsprogramm zu einem Endzustand bei 430 fortfahren.
5 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahrensbeispiel 500 zum Simulieren einer Wellenform zeigt. Bei 502 wird eine Wellenformdatenliste gebildet, welche eine Vielzahl von Datenlistenanteilen beinhaltet, welche getrennten Wellenformbefehlen entspricht. Zum Beispiel kann ein Benutzer einer Laservorrichtung eine Vielzahl von Parameterwerten für die getrennten Wellenformbefehle eingeben basierend auf einer gewünschten Ausgabestrahlform oder Profil. Eine unangepasste Wellenform, welche einer Wellenformdatenliste entspricht, wird bei 504 simuliert. Bei 506 wird eine grafische Darstellung der simulierten unangepassten Wellenform angezeigt. Eine modellangepasste Wellenform wird bei 508 simuliert. Die modellangepasste Wellenform kann basierend auf den Betriebsdynamiken des Lasersystems, welches die Wellenform erzeugt und den Zielen, welche die Wellenformenergie empfangen, simuliert werden.
In einigen Beispielen ist die modellangepasste Wellenform eine Wellenformschätzung, welche Antworteigenschaften und Wellenformeffekte beinhaltet, die mit der Lasersystemelektronik assoziiert sind, wie beispielsweise einem oder mehreren Lasertreibern. Elektronikantwortdynamiken können eine RLC-Schaltungsverzögerung, Verstärkeranstiegsrate, FET-Nichtlinearität, Spannungsversorgungsleitungsdynamiken usw. beinhalten. In weiteren Beispielen ist die modellangepasste Wellenform eine Wellenformschätzung, welche Antworteigenschaften und Wellenformeffekte beinhaltet, die mit den optischen Komponenten des Lasersystems assoziiert sind, wie beispielsweise Pumpund Laserquellen oder andere aktive Medien, Linsen, Spiegel und Scanvorrichtungen. Zum Beispiel kann eine Pumplaserstrahlleistung oder eine Ausgabelaserstrahlleistungsantwort auf eine Leistungsbefehlsanfrage zwischen Systemen, befohlenen Leistungsstufen oder vorangegangenen Laserzuständen oder assoziierten Laserbefehlen, wie beispielsweise Modulations- oder Wiederholungsraten, variieren. Lasersystemdynamiken können vorausgesagte Wellenformanstiegszeiten, Abfallzeiten und Überschreitungen beinhalten und können basierend auf Steuerungsertragsparametern variieren, die in einer Lasersystemsteuerung basierend auf mechanischen Antwortzeiten gesetzt sind, wie beispielsweise Scanspiegel und Bewegungsstufenbeschleunigungen und Vibrationsmodi. In repräsentativen Beispielen schließen modellangepasste Wellenformen der Laserstrahlleistung typischerweise einen oder mehrere Elektronikantworteffekte ein. In bestimmten Beispielen wird die modellangepasste Wellenform abgebildet und grafisch dargestellt zum visuellen Vergleichen mit der unangepassten Wellenform.
Bei 510 werden die unangepasste Wellenform und die modellangepasste Wellenform verglichen, um so Wellenformunterschiede zwischen ihnen zu bestimmen. Zum Beispiel kann eine initiale oder durchschnittsinitiale Zeit für einen Leistungsanstieg oder Abfall bestimmt werden und eine Verzögerung oder ein Vorsprung bewertet werden. Wellenformanstiegszeiten, Abfallzeiten, Überschreitungen und Flächen können quantifiziert und verglichen werden. Bei 512 werden die Änderungen der Wellenformdatenlistenparameter, der Lasersystemsteuerungssteuerparameter oder beiden, welche einen oder mehrere der Wellenformunterschiede reduzieren, bestimmt. Bei 514 wird die angepasste Wellenform simuliert, welche den Wellenformunterschieden entspricht, die bei 512 und bei 516 reduziert wurden, eine angepasste grafische Darstellung der simulierten angepassten Wellenform wird erzeugt und angezeigt. In typischen Beispielen stimmen ein oder mehrere Anteile der simulierten angepassten Wellenform besser mit der unangepassten Wellenform auf einer ausgewählten Zeitskala überein als die modellangepasste Wellenform. Somit kann, basierend auf der modellierten Elektronik, optischen und mechanischen Antworten der Lasersystemkomponenten, eine Lasersystemausgabe gegossen oder geformt werden, um besser mit Merkmalen einer gewünschten Wellenformform übereinzustimmen und zusammenzufallen, einschließlich Zeit-, Form- und Ausgabestufen. In einigen Beispielen kann eine Verzögerung, die in einer modellangepassten Wellenform gezeigt wird, durch eine oder mehrere Signalanalysetechniken oder Vergleiche gemessen oder bestimmt werden, wie beispielsweise eine Signalkreuzkorrelation, Faltung usw. Für Wellenformen mit ausgewählten Wiederholungsraten, wie beispielsweise durch modulierte Wellenformanteile oder durch Wiederholungen einer Vielzahl von Wellenformanteilen können einige Verzögerungen einer Phasenverschiebung entsprechen. Wellenformprogramme können basierend auf den simulierten angepassten Ausgaben aktualisiert werden und durch ein Lasersystem ausgeführt werden, um so die korrigierten Wellenformausgaben zu erzeugen.
In einigen Beispielen können sich modulierte Antworten auf physikalische Modelle von spezifischen Lasermaterialwechselwirkungen erstrecken. In Hochleistungslaserstrahlbeispielen, bei denen ein spezifisches Schneid- oder Schweißmuster, eine Materialart und Dicke gegeben ist, können ein oder mehrere Lasersystemwellenformprogramme oder Wellenformprogrammanteile aktualisiert werden, basierend auf den Lasermaterialwechselwirkungen, so dass die angepasste Wellenform ein laserverarbeitetes Material mit einer verbesserten Qualität oder einer schnelleren Verarbeitungsrate produzieren kann. Zum Beispiel kann eine Wellenformdatenliste einen einfachen Satz von Schrittbefehlen (z. B. an/aus) für Laserstrahlausgabeleistungsstufen beinhalten und eine verbesserte Schweißqualität kann mit Eigenschaftenmerkmalen in einer komplexen Wellenform assoziiert sein, wie beispielsweise eine rampenenthaltenden oder gekrümmten Leistungsabgabe. Eine simulierte angepasste Wellenform kann die Wellenformunterschiede einschließen, die mit dem Laserziel oder dem Laserzielmuster assoziiert sind und eine grafische Darstellung kann angezeigt werden, um so zu bestätigen, dass eine komplexe Wellenform durch das Lasersystem produziert werden wird.
In 6 zeigt ein Wellenformgraph 600 eine optische Leistungswellenform 602, die einem Satz von Wellenformbefehlszeilenanweisungen entspricht, die einen optischen Strahl in einem Lasersystem erzeugen. Für einen ersten Anteil 604 der optischen Leistungswellenform zu einer Zeit t₁, ändert sich eine optische Leistung von einem Nullwert zu P₁ und zu einer Zeit t₂ ändert sich die optische Leistung zurück zu dem Nullwert. Nach einem ausgewählten Verzögerungsanteil 606, in einem zweiten Anteil 608 zu einer Zeit t₃ ändert sich die optische Leistung zu P₂, welche geringer ist als P₁ und dann zu einer Zeit t₄ kehrt die optische Leistung zu dem Nullwert zurück. In typischen Laserverarbeitungsbeispielen kann die optische Leistungswellenform 602, die gewünscht ist, nicht die entsprechende Wellenform in dem Lasersystem nach der Implementierung erzeugen oder selbst wenn sie erzeugt wird, kann sie kein besseres Ergebnis an dem Laserverarbeitungsziel erzeugen.
Ein Wellenformgraph 610 zeigt eine optische Leistungswellenform 612, die für das Lasersystem simuliert wird, basierend auf modulierten Lasersystemdynamiken oder die einem Laserstrahl entspricht, welcher tatsächlich durch das Lasersystem erzeugt wird. Ein erster Anteil 614 der optischen Leistungswellenform 612 beinhaltet eine Anstiegszeit t_RISE1, eine Überschreitung P_OVER1 und eine Abfallzeit t_FALL1 von verschiedenen Zeitdauern und ein zweiter Anteil 616 beinhaltet eine Anstiegszeit t_RISE2, eine Überschreitung P_OVER2 und eine Abfallzeit t_FALL2. Die Nichtübereinstimmung zwischen der optischen Leistungswellenform 612 und der gewünschten optischen Leistungswellenform 602 kann in Laserverarbeitungsfehlern resultieren, einschließlich fehlausgerichteten Mustern, nicht ausreichender Laserenergie, übermäßiger Laserenergie und nicht optimaler Verarbeitung.
Ein Wellenformgraph 618 beinhaltet eine angepasste optische Leistungswellenform 620, die simuliert wird oder die eine tatsächliche Wellenformausgabe ist, und entspricht angepassten Wellenformbefehlszeilenanweisungen oder Steuerungsertragsparametern, die für modellierte Lasersystemdynamiken verantwortlich sind, wie beispielsweise die Effekte der Lasersystemdynamiken, die in dem Wellenformgraph 604 gezeigt sind. Ein erster Anteil 622 der angepassten optischen Leistungswellenform 620 beinhaltet eine kürzere Anstiegszeit t_Rf – t_Ri (ein Unterschied zwischen einer finalen Anstiegszeit t_Rf und einer initialen Anstiegszeit t_Ri) als die Anstiegszeit t_RISE1 des ersten Anteils 614 und eine kürzere Abfallzeit t_Ff – t_Fi (ein Unterschied zwischen einer finalen Abfallzeit t_Ff und einer initialen Abfallzeit t_Fi) als die Abfallzeit t_FALL1 des ersten Anteils 614. Auch tritt die initiale Anstiegszeitposition t_Ri vor der Zeit t₁ auf und die initiale Abfallzeitposition t_Fi tritt vor der Zeit t₂ ein, welches eine nähere und temporär zentrierte Überlappung zwischen dem ersten Anteil 622 und der angepassten optischen Leistungswellenform 620 und dem ersten Anteil 604 der gewünschten optischen Leistungswellenform 602 bereitstellt, als der erste Anteil 614 der simulierten optischen Leistungswellenform 612. In ähnlicher Weise stimmt ein zweiter Anteil 624 der angepassten optischen Leistungswellenform 620 näher mit dem zweiten Anteil 608 der gewünschten optischen Leistungswellenform 602 überein.
Ein Wellenformgraph 626 beinhaltet eine angepasste optische Leistungswellenform 628, die einen ersten Anteil 630 und einen zweiten Anteil 632 beinhaltet. Für eine bestimmte Lasermaterialwechselwirkung kann es vorteilhaft sein für einen Laserprozess ein initiales Leistungsüberschreiten 634 zu beinhalten, welches eine vorbestimmte Form und Dauer aufweist, welche bereitgestellt werden kann durch Anpassen von Wellenformlistenbefehlen und Steuerungsertragsparametern, die mit einer modellierten Wellenform assoziiert sind, wie beispielsweise der simulierten optischen Leistungswellenform 612. In einigen Beispielen kann das Einführen eines erheblichen Überschreitens, wie beispielsweise des initialen Leistungsüberschreitens 634, oder einer anderen Wellenformformveränderung eine Wellenformfläche über einer Wellenformfläche A₁ vergrößern (in dem Wellenformgraph 600 zur Klarheit gezeigt), welche gewünscht sein kann basierend auf einer Fluenz oder Energieanforderung eines Laserprozesses. Die Wellenformfläche A₂, die dem ersten Anteil 630 der angepassten optischen Leistungswellenform 628 entspricht, kann so gesteuert werden, um mit der Wellenformfläche A₁ auf verschiedene Arten übereinzustimmen oder näher übereinzustimmen. Zum Beispiel kann eine Wellenformanteilterminierungszeit t_F fortgeschritten sein, so dass die Fläche A₂ des ersten Anteils 630 verkleinert wird, um der Wellenformfläche A₁ zu entsprechen. In einigen Laserprozessbeispielen kann die initiale Leistungsüberschreitung 634 nicht erforderlich sein oder nicht gewünscht sein für unterschiedliche Leistungsstufen oder für unterschiedliche Wellenformanteilszeitdauern, so dass unterschiedliche Wellenformanteile, wie beispielsweise der Wellenformanteil 632, unterschiedliche Formen aufweisen können.
Jede der Beispiel-Simulationstechniken kann durch ein Rechensystem durchgeführt werden, welches einen Prozessor und einen Speicher umfasst (z. B. flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher, welcher Software zum Implementieren irgendeiner der offenbarten Techniken speichert) und/oder durch ein Simulationswerkzeug durchgeführt werden, welches durch eine oder mehrere Rechenvorrichtungen implementiert wird.
Weiterhin kann irgendeine der Beispieltechniken als computerausführbare Anweisungen implementiert sein, die auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sind (z. B. einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium, wie beispielsweise einer Festplatte oder einem Halbleiterspeicher), welche, wenn sie durch einen Computer ausgeführt werden, den Computer dazu veranlassen, die Techniken durchzuführen. Weiterhin kann irgendeine der offenbarten Benutzerschnittstellen auf einer Anzeigevorrichtung (z. B. einem Computermonitor oder einem Berührungsbildschirm) von solchen Rechensystemen angezeigt werden.
Die offenbarten Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sollten nicht als auf irgendeine Weise beschränkend ausgelegt werden. Stattdessen ist die vorliegende Offenbarung auf alle neuen und nicht naheliegenden Merkmale und Aspekte der verschiedenen offenbarten Ausführungsformen, allein oder in verschiedenen Kombinationen oder Unterkombinationen miteinander, gerichtet. Weiterhin können alle Merkmale oder Aspekte der offenbarten Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen und Unterkombinationen miteinander verwendet werden. Zum Beispiel können ein oder mehrere Verfahrensschritte oder Merkmale einer Ausführungsform mit einer anderen oder mehreren Verfahrensschritten oder Merkmalen von einer anderen Ausführungsform und umgekehrt verwendet werden. Die offenbarten Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sind nicht auf einen spezifischen Aspekt oder ein spezifisches Merkmal oder eine Kombination davon beschränkt, noch erfordern die offenbarten Ausführungsformen, dass irgendein oder mehrere spezifische Vorteile vorhanden sind oder Probleme gelöst werden.
Hinsichtlich der vielen möglichen Ausführungsformen, auf welche die Prinzipien der offenbarten Technologie angewandt werden können, soll verstanden werden, dass die veranschaulichenden Ausführungsformen nur veranschaulichende Beispiele sind und sollten nicht als den Umfang der Offenbarung beschränkend angesehen werden. Alternativen, die ausdrücklich in diesen Bereichen erwähnt wurden, sind nur beispielhaft und bilden nicht alle möglichen Alternativen der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Zum Beispiel können verschiedene Komponenten der hierin beschriebenen Systeme in der Funktion und Verwendung kombiniert werden. Daher beanspruchen wir alles, was in den Umfang und Geist der angehängten Ansprüche fällt.

Claims

System umfassend: ein Lasersystem, das ausgestaltet ist, um einen Laserstrahl zu erzeugen; eine Steuerung, die ausgestaltet ist, um einen Pfad des Laserstrahls auf ein Ziel zu steuern und um eine Veränderung einer oder mehrerer Wellenformen zu steuern, die mit dem Laserstrahl assoziiert sind; und eine Anzeige, die mit der Steuerung gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine Vielzahl von Listendatenanteilen, welche Wellenformparameter beinhaltet und eine simulierte Wellenform basierend auf der Vielzahl von Listendatenanteilen anzuzeigen, wobei die simulierte Wellenform eine Vielzahl von simulierten Wellenformanteilen beinhaltet, welche voraussagend für die eine oder die mehreren Wellenformen ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Anzeige eine grafische Benutzerschnittstelle (Graphical User Interface, GUI) ist, welche ferner einen grafisch auswählbaren Wellenformgenerator beinhaltet und die Vielzahl von Listendatenanteilen aktualisierbar ist, um Wellenformparameterwerte zu beinhalten, die einer Form entsprechen, die in dem grafisch auswählbaren Wellenformgenerator ausgewählt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Anzeige eine grafische Benutzerschnittstelle (Graphical User Interface, GUI) ist, die weiterhin einen grafisch auswählbaren Wellenformgenerator beinhaltet, der ausgestaltet ist, um eine ausgewählte Wellenform zu erzeugen, die Listendatenanteilwellenformparameterwerteeingaben entspricht, die von einem Benutzer empfangen werden.
System nach Anspruch 1, wobei zumindest einer aus den simulierten Wellenformanteilen eine Form beinhaltet, die basierend auf einer Anstiegsrate einer Lasersystemkomponente eines Lasersystems oder einem optischen Übergangseffekt, der mit einer Lasersystemkomponente des Lasersystems assoziiert ist, angepasst wird.
System nach Anspruch 1, wobei zumindest einer aus den simulierten Wellenformanteilen eine Form beinhaltet, die basierend auf einer Wellenformform oder einem Wellenformparameterwert einer oder mehrerer vorangegangener simulierter Wellenformanteile angepasst wird.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Prozessor, der mit der Anzeige gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine Vielzahl von Steuerungswellenformbefehlen zu erzeugen, die der Vielzahl von Listendatenanteilen entspricht.
System nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Prozessor, der mit der Anzeige gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine Vielzahl von Steuerungswellenformbefehlen zu erzeugen, die der simulierten Wellenform entspricht.
System nach Anspruch 7, wobei die Steuerung ausgestaltet ist, um die Steuerungswellenformbefehle zu empfangen und den Laserstrahl zu erzeugen basierend auf den Steuerungswellenformbefehlen.
System nach Anspruch 1, wobei die Wellenformparameter eine oder mehrere aus einer Laserstrahlwellenform oder Lasertreiberwellenformdauer, Leistung, Modulationsfrequenz, Modulationstastverhältnis oder Wellenformwiederholungsmenge beinhalten.
System nach Anspruch 1, wobei zumindest einer aus den simulierten Wellenformanteilen eine Form beinhaltet, die basierend auf Wellenformunterschieden zwischen einer unangepassten Form des zumindest einen simulierten Wellenformanteils und einer modellangepassten Form des zumindest einen simulierten Wellenformanteils angepasst wird.
System nach Anspruch 10, wobei die Wellenformunterschiede eine oder mehrere aus einer Phase, einem Zeitvorsprung oder einer Verzögerung oder einer Kreuzkorrelation beinhalten.
System nach Anspruch 10, wobei Ertragsparameter in der Steuerung variieren, so dass eine Anstiegszeit, Abfallzeit oder ein Überschreiten der modellangepassten Form angepasst werden, um einen oder mehrere der Wellenformunterschiede zu verringern.
System nach Anspruch 1, wobei das Lasersystem eine oder mehrere Pumplaserdioden beinhaltet und die eine oder die mehreren Wellenformen eine Versorgungsspannung sind, die mit der einen oder der mehreren Pumplaserdioden gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Wellenformen eine optische Leistung des Laserstrahls an dem Ziel sind.
System nach Anspruch 10, wobei eine Wellenformfläche des zumindest einen simulierten Wellenformanteils angepasst wird basierend auf den Wellenformunterschieden, so dass eine Laserfluenz, die mit der Wellenformfläche assoziiert ist, näher an einer Laserfluenz ist, die mit einer Wellenformfläche der unangepassten Form assoziiert ist.
Verfahren umfassend: Bilden einer Vielzahl von Listendatenanteilen, welche Laserwellenformparameter beinhaltet, die mit einer Vielzahl von Wellenformanteilen einer Wellenform assoziiert ist, die mit einem Lasersystem assoziiert ist; Simulieren der Wellenform basierend auf der Vielzahl von Listendatenanteilen, um so eine simulierte Wellenform zu produzieren, die eine Vielzahl von simulierten Wellenformanteilen beinhaltet, welche voraussagend für die Wellenformanteile ist; und Anzeigen der simulierten Wellenform auf einer Anzeige.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Simulieren Anpassen einer Form von zumindest einem der simulierten Wellenformanteilen beinhaltet basierend auf Wellenformunterschieden zwischen einer unangepassten Form des zumindest einen simulierten Ausgabelaserwellenformanteils und einer modellangepassten Form des zumindest einen simulierten Ausgabelaserwellenformanteils.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Simulieren Anpassen einer Form von zumindest einem simulierten Wellenformanteil beinhaltet basierend auf einer Anstiegsrate einer Lasersystemkomponente des Lasersystems oder einem optischen Übergangseffekt, der mit einer Lasersystemkomponente assoziiert ist.
System umfassend: eine grafische Benutzerschnittstelle (Graphical User Interface, GUI); zumindest einen Prozessor; und ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien, die gespeicherte Anweisungen beinhalten, die in Antwort auf eine Ausführung durch den zumindest einen Prozessor, das System dazu veranlassen, auf der GUI eine Vielzahl von Listendatenanteilen anzuzeigen, welche Wellenformparameter einer Vielzahl von Ausgabelaserwellenformanteilen einer Ausgabelaserwellenform entspricht und eine simulierte Ausgabelaserwellenform anzuzeigen, welche basierend auf der Vielzahl von Listendatenanteilen erzeugt wird, wobei die simulierte Ausgabelaserwellenform eine Vielzahl von simulierten Ausgabelaserwellenformanteilen beinhaltet, welche voraussagend für die Ausgabelaserwellenform ist.
System nach Anspruch 19, wobei ein ausgewählter simulierter Ausgabelaserwellenformanteil angepasst wird basierend auf einem Wellenformunterschied zwischen einer unangepassten Form des ausgewählten simulierten Ausgabelaserwellenformanteils und einer modellangepassten Form des ausgewählten simulierten Ausgabelaserwellenformanteils.