CN107026385A - 可编程波形模拟器 - Google Patents

可编程波形模拟器 Download PDF

Info

Publication number
CN107026385A
CN107026385A CN201611027449.2A CN201611027449A CN107026385A CN 107026385 A CN107026385 A CN 107026385A CN 201611027449 A CN201611027449 A CN 201611027449A CN 107026385 A CN107026385 A CN 107026385A
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveform
laser
shape
analog
table data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611027449.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107026385B (zh
Inventor
R·J·佛雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NLight Inc
Original Assignee
NLight Photonics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NLight Photonics Corp filed Critical NLight Photonics Corp
Publication of CN107026385A publication Critical patent/CN107026385A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107026385B publication Critical patent/CN107026385B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/048—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
    • G06F3/0484—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] for the control of specific functions or operations, e.g. selecting or manipulating an object, an image or a displayed text element, setting a parameter value or selecting a range
    • G06F3/04847—Interaction techniques to control parameter settings, e.g. interaction with sliders or dials
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/048—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
    • G06F3/0481—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] based on specific properties of the displayed interaction object or a metaphor-based environment, e.g. interaction with desktop elements like windows or icons, or assisted by a cursor's changing behaviour or appearance
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/048—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
    • G06F3/0481—Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] based on specific properties of the displayed interaction object or a metaphor-based environment, e.g. interaction with desktop elements like windows or icons, or assisted by a cursor's changing behaviour or appearance
    • G06F3/0482—Interaction with lists of selectable items, e.g. menus
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

一种***，包含：激光***，其被定位以产生激光束；控制器，其被定位以控制目标上的所述激光束的路径且控制与所述激光束相关联的一个或多个波形的变化；以及，显示器，其耦合到所述控制器且被定位以显示包含波形参数的多个列表数据部分和基于所述多个列表数据部分的模拟波形，其中所述模拟波形包含预测所述一个或多个波形的多个模拟波形部分。

Description

可编程波形模拟器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年11月20日提交的美国临时专利申请第62/258,161号的权益，所述临时专利申请以引证的方式全部纳入本说明书中。
技术领域
本公开内容涉及激光波形型面(profile)和激光波形型面的模拟(simulation)。
背景技术
激光***技术的发展已允许激光束的工业实施方案的不断增加的扩展。射束可导向一个或多个目标以用选择性方式在目标上或目标中切割、焊接、退火、切除、加热、熔融或产生另一类型的基于激光处理的效应。可利用激光处理基于与激光***相关联的波形特性在目标处形成各种图案。然而，尽管承诺稳健的激光性能，但激光形成的图案和特征常常遭受较差质量控制，不精确或不准确成形的图案很普遍。因此，需要用以解决这些缺点的进一步创新。
发明内容
根据所公开技术的一个方面，一种***，包含：激光***，其被定位以产生激光束；控制器，其被定位以控制目标上的激光束的路径且控制与所述激光束相关联的一个或多个波形的变化；以及，显示器，其耦合到控制器且被定位以显示包含波形参数的多个列表数据部分和基于所述多个列表数据部分的模拟波形，其中所述模拟波形包含预测所述一个或多个波形的多个模拟波形部分。
根据所公开技术的另一方面，一种方法，包含：形成包含激光波形参数的多个列表数据部分，所述激光波形参数与同激光***相关联的波形的多个波形部分相关联；基于所述多个列表数据部分模拟波形，以便产生包含预测波形部分的多个模拟波形部分的模拟波形；以及，在显示器上显示模拟波形。
根据所公开技术的另一方面，一种***，包含：图形用户接口(GUI)、至少一个处理器和一个或多个计算机可读存储介质，所述一个或多个计算机可读存储介质包含存储指令，所述存储指令响应于由所述至少一个处理器执行而致使***在GUI上显示对应于输出激光波形的多个输出激光波形部分的波形参数的多个列表数据部分，且显示基于所述多个列表数据部分产生的模拟输出激光波形，其中所述模拟输出激光波形包含预测输出激光波形的多个模拟输出激光波形部分。
从参考附图进行的以下详细描述中将更明显了解所公开技术的前述的和其它的特征及优点。
附图说明
图1为耦合到远程图形用户接口的激光***的示意图。
图2A-2D说明实例编程环境。
图3为激光二极管电压的示波器曲线。
图4为方法实施方案的流程图。
图5为另一方法实施方案的流程图。
图6说明实例波形。
具体实施方式
除非上下文另外明确规定，否则如本申请和权利要求书中所用，单数形式“一个”、“一”和“所述”包含复数形式。另外，术语“包含”意指“包括”。此外，术语“耦合”不排除在耦合的项目之间存在中间元件。
本文中所描述的***、设备和方法不应解释为以任何方式进行限制。代替地，本公开内容涉及各种所公开实施方案的所有新颖的和非显而易见的特征及方面，其单独存在以及以各种组合和彼此的子组合的形式存在。所公开的***、方法和设备不限于任何特定方面或特征或其组合，并且所公开的***、方法和设备也不要求应存在任何一个或多个特定优点或应解决问题。任何操作理论是为了便于进行解释，但是所公开的***、方法和设备不限于此类操作理论。
虽然为了便于呈现而以具体的顺序来描述所公开的方法的操作，但应理解，除非下文所陈述的具体语言要求具体排序，否则这种描述方式涵盖重新布置。举例来说，在一些情况下，可重新布置或同时执行循序描述的操作。此外，为简单起见，附图可能并未示出其中可以结合其它***、方法和设备来使用所公开的***、方法和设备的各种方式。另外，描述内容有时使用如“产生”和“提供”等术语来描述所公开的方法。这些术语是所执行的实际操作的高度抽象化。对应于这些术语的实际操作将根据具体实施方案而变化且可容易地被本领域普通技术人员辨别。
在一些实例中，值、过程、或设备被称为“最低”，“最佳”，“最小”等。应了解，此类描述希望指示可以在许多所使用的功能性替代方案之中进行选择，并且此类选择不必是相对其它选择更好的、更小的或者优选的。
如本文所使用，激光束和相关功率指代约100nm与10μm之间、且通常约500nm与2μm之间的波长处的电磁辐射。基于可用激光二极管源极和光纤激光及光纤放大器源极的实例通常与约800nm与1700nm之间的波长相关联。在一些实例中，传播光辐射被称作具有可取决于射束波长和用于射束成形的光学***的直径、不对称快速和缓慢轴线、射束横截面面积和束斑尺寸、以及射束发散度的一个或多个射束。在一些实例中，为方便起见，光束可被称作光，且不必处于可见波长。
参考光纤描述泵浦和激光源的代表性实施方案，但可使用具有正方形、矩形、多边形、卵形、椭圆形或其它横截面的其它类型的光学波导。光纤通常由硅石(玻璃)形成，硅石(玻璃)经掺杂(或未掺杂)以便提供预定折射率或折射率差。在一些实例中，光纤或其它波导由其它材料制成，例如氟锆酸盐、氟铝酸盐、氟化物或磷酸盐玻璃、硫族化合物玻璃，或例如蓝宝石等晶体材料，这取决于所关注的波长。二氧化硅和氟化物玻璃的折射率通常约1.5，但例如硫族化合物等其它材料的折射率可为3或更大。在另外其它实例中，光纤可以塑料的一部分形成。在典型实例中，例如纤芯等经掺杂波导芯响应于泵浦提供光学增益，且芯和包层大致同心。在其它实例中，芯和包层中的一或多者偏心设置，且在一些实例中，芯和包层取向和/或位移沿着波导长度变化。
术语亮度在本文中使用以指代每立体角每单位面积的光束功率。在一些实例中，光束功率以一个或多个激光二极管提供，所述一个或多个激光二极管产生射束，射束的立体角与射束波长成正比且与射束面积成反比。射束面积和射束立体角的选择可产生将选定泵浦射束功率耦合到双个、三个，或其它单或多个包覆光纤的一个或多个芯或包层中的泵浦射束。射束横截面面积、直径或其它射束尺寸可使用通常对应于0强度值、1/e值、1/e2值、全宽半高(FWHM)值或其它合适的量度的边界来描述。
图1展示包含激光***102的***100，激光***102被定位以产生激光束104且使激光束104导向耦合到移动台108的目标106。激光***102总体包含产生激光束104的激光源110和接收激光束104并使激光束104导向目标106的扫描仪112。扫描仪112的合适的实例可包含电流计扫描仪、声光调制器、快速扫描镜、可移动激光头等。在其它实例中，扫描仪112可包含用以使激光束104导向预定位置的光学器件，且移动台108可使目标106相对于预定位置移动。泵浦源114耦合到激光源110，且将泵浦能量提供到激光源110用于激光束104的产生。泵浦源114通常包含一个或多个激光二极管、激光二极管泵浦模块、光纤激光器、电功率供应等，其被定位以产生用于激光源110的泵浦能量。在一些实例泵浦源中，激光驱动器116耦合到泵浦源114且将电压波形提供到泵浦源114使得泵浦能量作为光束提供到激光源110，且基于具有对应激光波形的电压波形产生激光束104。本文中，波形包含电压、电流或光功率的时间变化。
控制器118将波形命令提供到激光驱动器116，以引导激光驱动器116、泵浦源114和激光源110根据波形命令产生激光束104。控制器118还可耦合到***100或激光***102的一个或多个组件，例如扫描仪112，以利用波形命令控制激光束104和目标106的扫描。控制器118还可耦合到移动台108以基于波形命令控制移动台108相对于激光束104的扫描或位置的移动。在代表性实例中，例如外部控制器120等外部信号源耦合到激光***102的控制器118以便向激光***102提供波形命令、控制器程序的选择、或用以形成波形命令的其它指令，使得激光***102基于来自外部控制器120的指令产生激光束104。在一些实例中，外部控制器120耦合到移动台108，且可与对移动台108的移动和校准或监视的控制协调而将产生和/或扫描激光束104的指令提供到激光***102。外部控制器120还可耦合到其它***和组件，所述其它***和组件可与激光***102和目标106的处理协调，例如先前或后续组装线组件和激光或非激光处理设备。
在代表性实施方案中，同步输入(sync-in)122从外部控制器120耦合到控制器118以便提供同步输入信号，所述同步输入信号可指示外部控制器120准备好继续根据控制器118中的选定波形命令进行激光处理。同步输入信号的低值可对应于激光***102的暂停状态使得目标106可由移动台108移动，或新目标可鉴于激光束104的视野或处理范围定位，且同步输入信号的高值可对应于其中执行控制器118中的波形命令的执行状态或执行周期。同步输出(sync-out)124从控制器118耦合到外部控制器120以便提供同步输出信号，所述同步输出信号可向与激光***102相关联的外部控制器120指示波形命令的完成或其它反馈。举例来说，同步输出信号的高状态或其它信号特征可确认准备好进行由外部控制器120控制的台移动。
图形用户接口(GUI)126还耦合到控制器118且可提供控制器118、同步输入122和同步输出124的波形命令的可配置性、可视化和模拟，以及控制器118的其它编程。通常难以确定激光***102的波形输出(例如激光束104的光功率或到泵浦源114的电源电压)的形状和与控制器118的波形命令程序的对应性。在GUI 126的情况下，波形命令程序可由用户通过多种方式输入，且对应于用户输入的波形命令可视觉化。GUI 126与控制器128相关联，所述控制器128可处理波形命令，且基于激光***102的组件的动力学产生预测激光***102的一个或多个波形输出的模拟波形，所述动力学例如激光驱动器116和控制器118中的转换速率、泵浦源114和激光源110的光学响应时间、与扫描仪112或移动台108相关联的机械响应时间、激光***102的透镜和反射镜组件的光学像差或效应，以及与目标106或激光应用相关联的材料相依效应。在其它实例中，由激光***102、外部控制器120和目标106引入的各种效应被建模，且模拟波形可经调整以减小各种效应对所述一个或多个波形输出的影响。波形命令可随后经调适以对应于经调整的模拟波形以提供较接近所要波形的激光操作，例如激光束104的光功率和位置。
图2A-2D是可操作以对用于一个或多个控制器和相关联激光***的波形命令进行视觉化和编程的实例波形编程环境200的说明。所说明的环境200包含计算装置202，其可为台式或膝上型计算机、移动装置、平板计算机、监控与数据采集(SCADA)单元、逻辑控制器和显示器组合等。计算装置202包含处理器204，其表示不同类型，例如一个或多个CPU、GPU或其它逻辑处理装置，且可执行针对计算装置202的各种数据处理功能。存储器为206，其可为易失性或非易失性(例如，RAM、ROM、快闪、硬盘驱动器、光盘等)且固定或可移除地耦合到处理器204并且可提供针对一个或多个计算机可读介质的存储容量。一个或多个***总线可提供各种环境组件之间的通信路径。
多个输入/输出装置208耦合到处理器204以用于各种输入、输出或输入/输出功能。举例来说，显示器210提供表示由用户输入或由处理器204处理的数据和波形的图形要素或按钮211的视觉输出，以及用户可经由其输入波形命令数据的接口。触摸屏或键盘212(其还可包含一个或多个指向装置)向用户提供一种数据输入和与显示器210的图形要素211交互的方式。在典型实例中，计算装置202包含激光***I/O 214，其可耦合到激光***使得波形命令程序或命令行可传递到激光***或利用计算装置202在激光***上执行。激光***I/O 214还可提供激光***信息的源，例如激光束功率、泵浦源功率、泵浦供应电压等，其可在显示器210上视觉化(包含实时)。在其它实例中，计算装置202包含外部控制I/O216，其可耦合到例如外部控制器、检测器、命令总线等外部信号源。
计算装置202还包含一个或多个应用218，其可提供例如窗口220、222、224等各种视觉要素。应用218提供的视觉要素可包含图形用户接口、装置输出、实时图形输出、固定或可编辑电子数据表、固定或可编辑曲线和各种视觉子要素，例如(借助于实例)可选菜单项、数据输入字段和数据显示字段。应用218还可将来自例如激光***I/O 214和外部控制I/O216等各种输入的数据(包含用户输入的数据)路由到各种输出，包含显示器210以及激光***和外部控制器。在典型实例中，波形程序文件可存储于存储器206中且上载到耦合到激光***I/O 214的激光***或从耦合到激光***I/O 214的激光***检索。应用218通常包含包括例程、程序、对象、组件、数据结构等的程序模块，其执行具体任务或实施具体抽象数据类型。波形编程环境200还可经分布使得应用和任务由经由通信网络链接的远程处理装置执行。在分布式计算环境中，程序模块可位于本地和远程存储器存储装置两者中。
在一些实施方案中，应用218中的一或多者可提供窗口220，如图2B中所说明，其包含图形用户接口228和包含多个列表数据部分232的波形数据列表230。列表数据部分232中的一或多者可包含菜单可选命令行类型234，例如波形斜坡、步级、调制、延迟、重复、同步输入波形低或高状态、同步输出波形低或高状态，或另一类型。对应的一个或多个列表数据部分232可包含一个或多个用户可选参数，例如与选定命令行类型234相关联的参数字段236、238。标记字段240还可针对对应一个或多个列表数据部分232提供，且可指示与波形重复相关联的回路或跳转位置。不同波形命令程序可存储于存储器206中且从程序选择菜单241访问。
举例来说，第一列表数据部分242包含激光束功率时间-斜坡命令，其包括具有值132.380的第一参数字段，所述值指示功率时间-斜坡命令的持续时间。第二参数字段具有值199，其指示在第一参数字段中指定的持续时间结束时将达到光束功率值。在一些实例中，提供额外参数字段使得可指定较复杂波形命令。在第一列表数据部分242之后的第二列表数据部分244包含激光束波形调制命令，其具有第一参数字段中每调制循环100ms的调制周期和第二参数字段中50％的调制工作循环。在典型实例中，调制命令将在100％与0％激光束功率之间交替，但其它射束功率和调制形状(例如正弦、逐步正弦等)是可能的。在另一后续列表数据部分246中，波形重复命令提供第一参数字段中二者的重复量和第二参数字段中的命令行标记‘L7’。因此，在基于列表数据部分232的波形创建期间，列表数据部分246与以指定标记指示的命令行之间的所述组列表数据部分232重复持续指定数目的循环。
提供窗口220的应用218中的相同或不同应用可提供或链接到图2C中所说明的窗口222。窗口222包含图形视觉化，其可包含能够产生对应于用户输入的波形的曲线取向图形用户接口(GUI)248。在一个实施方案中，用户可选择曲线取向GUI 248上的点，例如波形输出功率250a-250k，且对应波形形状在曲线取向GUI 248中展示。窗口220中的列表数据部分232和对应参数字段236、238由应用218基于针对曲线取向GUI 248选择的功率250a-205k来更新。在一些实例中，来自单独电子表格数据文件的数据值可以图形方式拖动到窗口222中或粘贴在窗口222中以便在曲线取向GUI248中提供用户选定点。在一些实例中，当在窗口220中输入列表数据部分232时，在曲线取向GUI 248中以图形方式说明基于列表数据部分232的原始参数值的对应波形形状。在典型实施方案中，波形重复和波形调制特征从曲线取向GUI 248中显示的波形省略，从而简化图形表示。
更确切地说，参看图2D，窗口224说明模拟波形254、256、258，其在选择定位于窗口222中的“模拟”图形要素252(例如图标或按钮)之后产生。所说明的模拟波形254、256、258可包含在与单独列表数据部分232中的一或多者相关联的起始值与终止值之间扩展的多个模拟波形部分260，但一些模拟波形部分260可在其它值之间扩展，例如在邻近列表数据部分232的中间时间位置之间扩展，且多个模拟波形部分260可对应于列表数据部分232中的一者。在一些实例中，模拟波形254、256、258对应于由用户在窗口220或222中输入的波形数据列表230的精确视觉表示。取决于基于波形数据列表230产生波形的激光***的性能特性，模拟波形254可松散地或紧密地与实际激光***波形(包含激光束输出、激光***泵浦输出或激光驱动器输出)对应。图3展示在使用对应于波形数据列表230且在窗口224中模拟的波形的激光***的有源操作期间检测到的实际泵浦二极管电压。耦合到激光***或从激光***输出的波形可归因于与例如激光***控制器、激光驱动器、电力供应器、扫描镜等激光***组件相关联的一个或多个转换速率或响应时间变化而偏离用户输入的波形，且偏差可较大而影响对应激光处理的质量。
波形偏差还可归因于光学相关延迟响应时间或与泵浦源和激光源相关联的其它光学瞬态效应而发生。举例来说，激光介质中功率的斜变或步进可具有与激光有源介质的激光处理相关联的延迟，包含传播延迟、半导体重组时间、电流扩散过程等。可基于存储在相关有源介质中的先前光学波形功率或能量发生一个或多个过冲瞬变。在一些实例中，基于经预测波形偏差调整模拟波形254，且在其它实例中进一步调整模拟波形254，且调整列表数据部分232使得由激光***产生的实际波形较紧密地与由用户输入的所要波形的未经调整形状对应。先于选定列表数据部分232或模拟波形部分260的与一个或多个模拟波形部分260相关联的列表数据部分232也可经调整以便调整选定列表数据部分或模拟波形部分260。在一些实例中，相对于激光***的时间、特性和操作变化的额外参数还可经建模且用于调整模拟和实际波形，例如泵浦激光二极管温度、激光二极管或激光源阈值等。
图4描绘模拟与激光***相关联的输出波形(例如激光束功率、泵浦源功率，或泵浦源供应电流或电压)且以图形方式表示所模拟的输出波形的方法400的实例。在402处，初始化波形视觉化程序。在404处确定尚未到达程序末尾之后，在406处针对不同类型的波形命令扫描波形数据列表中的第一列表数据部分。针对时间斜坡命令，在408处，基于输出波形随时间的所要改变和对应持续时间及目标功率参数设定输出波形速率。如果提供速率斜坡命令，那么在410处，在选定功率斜坡率和分辨率参数的情况下，基于所要速率乘以模拟输出波形的分辨率设定输出波形速率。针对典型方法，可在起始之前针对波形程序选择与模拟波形相关联的时间分辨率，或选定波形部分可具有不同分辨率使得产生模拟波形所需的时间可得以改进。举例来说，并不改变或随时间缓慢改变的波形部分可不需要精细时间分辨率。具有实质功率动力学(例如开或关状态、同步输入或同步输出信号的变化、波形调制和改变的波形调制)的波形部分可得益于更精细分辨率。实例分辨率可在小于或等于1μs、5μs、10μs、50μs、1000μs、1s、10s或更大的范围内变化。因此，本文的波形形状可与对应于所述形状相对应的所提供分辨率处的多个点。
在波形到达预定电平(例如激光束功率)之后，在一些实例中，在412处，列表数据部分可包含等待延迟命令，其基于等待持续时间参数维持预定电平持续选定持续时间。在414处，一个或多个列表数据部分可提供模拟同步输入命令，其包含取决于提供同步输入信号的外部控制器和正实施的激光处理的类型的不同类型的同步信号。在一些实例中，模拟同步输入信号设定成低状态且接着在例如20ms的预定持续时间之后设定成高状态，或设定成高状态且接着在相同或不同预定持续时间之后设定成低状态。在416处，一个或多个列表数据部分对应于由激光***提供且设定成低或高状态的同步输出命令。在一些实例中，在418处设定波形调制命令，且其基于选定频率和工作循环参数及调制门状态提供交变波形电平。波形调制可在各种波形输出值之间交替，包含最大值与零值或其它值之间。
在一些实施方案中，在420处，一个或多个列表数据部分可提供波形重复命令，其执行或重复一组选定列表数据部分。重复命令可将波形视觉化程序导向选定波形命令行，且基于选定重复参数值迭代重复计数器。或者，重复命令可选择待以选定次序重复的不同位置处的一个或多个列表数据部分。在422处，在波形的模拟图形表示中标绘模拟波形点。调制门状态值可超驰具体命令状态使得标绘与调制命令相关联的低状态，而非具体命令状态(例如斜变波形值)。在424处，标绘同步输入点和同步输出点使得激光***波形(或波形)的对应性可视觉上与同步输入信号和同步输出信号状态进行比较。在426处，执行检查以确定当前波形视觉化程序命令是否完成。在命令完成之后，在428处，基于选定波形程序分辨率递增时间状态，且波形视觉化程序继续在406处扫描后续列表数据部分。如果不存在剩余列表数据部分，那么波形视觉化程序可继续到430处的结束状态。
图5为展示模拟波形的方法实例500的流程图。在502处，形成波形数据列表，其包含对应于单独波形命令的多个数据列表部分。举例来说，激光装置用户可基于所要输出射束形状或构型输入单独波形命令的多个参数值。在504处模拟对应于波形数据列表的未经调整波形。在506处，显示模拟未经调整波形的图形表示。在508处模拟经模型调整波形(model-adjusted waveform)。经模型调整波形可基于产生波形的激光***的操作动力学和接收波形能量的目标来模拟。
在一些实例中，经模型调整波形为包含与激光***电子器件(例如一个或多个激光驱动器)相关联的响应特性和波形效应的波形估计。电子器件响应动力学可包含RLC电路延迟、放大器转换速率、FET非线性、电压供应线动力学等。在其它实例中，经模型调整波形为包含与激光***光学组件相关联的响应特性和波形效应的波形估计，所述激光***光学组件例如泵浦和激光源或其它有源介质、透镜、镜面和扫描装置。举例来说，对功率命令请求的泵浦激光束功率或输出激光束功率响应可在***、所命令功率电平或先前激光状态或相关联激光命令(例如调制或重复速率)之间变化。激光***动力学可包含经预测波形上升时间、下降时间和过冲，且可基于激光***控制器中设定的控制器增益参数和机械响应时间(例如扫描镜和移动台加速度和振动模式)而变化。在代表性实例中，激光束功率的经模型调整波形通常并入有一个或多个电子器件响应效应。在具体实例中，标绘和以图形方式表示经模型调整波形以用于与未经调整波形的视觉比较。
在510处，将未经调整波形与经模型调整波形比较以便确定其间的波形差异。举例来说，可确定功率上升或下降的初始或平均初始时间，且评估延迟或提前。可量化和比较波形上升时间、下降时间、过冲和面积。在512处，确定减小波形差异中的一或多者的对波形数据列表参数、激光***控制器控制参数或这两者的改变。在514处，模拟对应于512处减小的波形差异的经调整波形，且在516处，产生和显示模拟经调整波形的经调整图形表示。在典型实例中，模拟经调整波形的一个或多个部分比经模型调整波形更紧密匹配选定时间标度上的未经调整波形。因此，基于激光***组件的经建模电子、光学和机械响应，激光***输出可经模制或成形以较紧密匹配和符合所要波形形状的特征(包含定时、形状和输出电平)。在一些实例中，可经由一个或多个信号分析技术或比较(例如信号交叉相关、卷积等)测量或确定经模型调整波形中展示的延迟。对于具有选定重复速率(例如经由调制波形部分或经由多个波形部分的重复)的波形，一些延迟可对应于相位延迟。波形程序可基于模拟经调整输出更新且由激光***执行以便产生经校正波形输出。
在一些实例中，经建模响应可扩展到特定激光-材料交互的物理模型。在高功率激光束实例中，给定特定切割或焊接图案、材料类型和厚度，可基于激光-材料交互更新一个或多个激光***波形程序或波形程序部分，使得经调整波形可产生具有改进的质量或处于较快处理速率的经激光处理材料。举例来说，波形数据列表可包含针对激光束输出功率电平的一组简单步级命令(例如，开/关)，且经改进的焊接质量可与较复杂波形中的特性特征(例如斜变或弯曲功率递送)相关联。模拟经调整波形可并入有与激光目标或激光目标图案相关联的波形差异，且可显示图形表示以便确认复杂波形将由激光***产生。
图6中，波形曲线600展示光功率波形602，其对应于产生激光***中的光束的一组波形命令行指令。对于光功率波形的第一部分604，在时间t1，光功率从零值改变到P1，且在时间t2，光功率改变回到零值。在选定延迟部分606之后，在第二部分608中，在时间t3，光功率变为小于P1的P2，且接着在时间t4，光功率返回到零值。在典型激光处理实例中，所要的光功率波形602在实施后不能产生激光***中的对应波形，或即使产生，也不能产生针对激光处理目标的优良结果。
波形曲线610展示光功率波形612，其基于经建模激光***动力学针对激光***模拟或对应于由激光***实际上产生的激光束。光功率波形612的第一部分614包含各种持续时间的上升时间tRISE1、过冲POVER1和下降时间tFALL1，且第二部分616包含上升时间tRISE2、过冲POVER2和下降时间tFALL2。光功率波形612与所要光功率波形602之间的失配可产生激光处理误差，包含不对准图案、不足激光能量、过多激光能量和次佳处理。
波形曲线618包含经调整光功率波形620，其为模拟的或为实际波形输出且对应于可考虑经建模激光***动力学(例如波形曲线604中展示的激光***动力学的效应)的经调整波形命令行指令或控制器增益参数。经调整光功率波形620的第一部分622包含比第一部分614的上升时间tRISE1短的上升时间tRf-tRi(最终上升时间tRf与初始上升时间tRi之间的差)，和比第一部分614的下降时间tFALL1短的下降时间tFf-tFi(最终下降时间tFf与初始下降时间tFi之间的差)。并且，初始上升时间位置tRi在时间t1之前发生，且初始下降时间位置tFi在时间t2之前发生，从而与模拟光功率波形612的第一部分614相比提供经调整光功率波形620的第一部分622与所要光功率波形602的第一部分604之间更接近和更时间居中的重叠。类似地，经调整光功率波形620的第二部分624较紧密地匹配所要光功率波形602的第二部分608。
波形曲线626包含经调整光功率波形628，其包含第一部分630和第二部分632。对于具体激光-材料交互，可能有利的是激光处理包含初始功率过冲634，所述初始功率过冲634具有可通过调整与经建模波形(例如模拟光功率波形612)相关联的波形列表命令和控制器增益参数而提供的预定形状和持续时间。在一些实例中，显著过冲(例如初始功率过冲634或另一波形形状变化)的引入可将波形面积增加到高于基于激光处理的能量密度或能量要求可需要的波形面积A1(为了清晰起见，波形曲线600中展示)。对应于经调整光功率波形628的第一部分630的波形面积A2可经控制以便以不同方式匹配或更紧密匹配波形面积A1。举例来说，波形部分终止时间tF可提前使得第一部分630的面积A2减少以对应于波形面积A1。在一些激光处理实例中，初始功率过冲634对于不同功率电平或对于不同波形部分持续时间可能不是必需或需要的，使得例如波形部分632等不同波形部分可具有不同形状。
实例模拟技术中的任一者可由包括处理器和存储器(例如，存储用于实施所公开技术中的任一者的软件的易失性或非易失性存储器)的计算***和/或由一个或多个计算装置实施的模拟工具执行。此外，实例技术中的任一者可实施为存储在计算机可读存储介质(例如，非瞬态计算机可读存储介质，例如硬盘驱动器或固态驱动器)上的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由计算机执行时致使计算机执行所述技术。此外，所公开用户接口中的任一者可在这些计算***的显示装置(例如，计算机监视器或触摸屏)上显示。
所公开方法、设备和***不应以任何方式解释为限制性。实际上，本公开内容是针对单独或彼此的各种组合和子组合的形式的各种所公开的实施方案的所有新颖和非明显的特征和方面。此外，所公开的实施方案的任何特征或方面可以彼此的各种组合和子组合的形式使用。举例来说，来自一个实施方案的一个或多个方法动作或特征可与来自另一实施方案的一个或多个方法动作或特征一起使用，且反之亦然。所公开的方法、设备和***既不限于任何特定方面或特征或其组合，所公开的实施方案也不要求应存在任何一个或多个特定优点或应解决问题。
鉴于所公开的技术的原理可应用的许多可能的实施方案，应认识到所说明的实施方案仅为本公开内容的代表性实例且不应视为限制本公开内容的范围。在这些部分中具体解决的替代方案仅为示范性的，且并不构成本文所描述的实施方案的全部可能替代方案。举例来说，本文所描述的***的各种组件可在功能和用途方面组合。因此，我们主张所有皆在所附权利要求书的范围和精神内。

Claims (20)

1.一种***，其包括：
激光***，其被定位以产生激光束；
控制器，其被定位以控制目标上的所述激光束的路径且控制与所述激光束相关联的一个或多个波形的变化；以及
显示器，其耦合到所述控制器且被定位以显示包含波形参数的多个列表数据部分和基于所述多个列表数据部分的模拟波形，其中所述模拟波形包含预测所述一个或多个波形的多个模拟波形部分。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述显示器为进一步包含以图形方式可选的波形产生器的图形用户接口，即，GUI，且所述多个列表数据部分是可更新的，以包含对应于所述以图形方式可选的波形产生器中选择的形状的波形参数值。
3.根据权利要求1所述的***，其中所述显示器为进一步包含以图形方式可选的波形产生器的图形用户接口，即，GUI，所述波形产生器被定位以产生对应于从用户接收的列表数据部分波形参数值的选定波形。
4.根据权利要求1所述的***，其中所述模拟波形部分中的至少一者包含基于所述激光***的激光***组件的转换速率或与所述激光***的激光***组件相关联的瞬态光学效应而调整的形状。
5.根据权利要求1所述的***，其中所述模拟波形部分中的至少一者包含基于一个或多个先前模拟波形部分的波形形状或波形参数值而调整的形状。
6.根据权利要求1所述的***，其进一步包括处理器，所述处理器耦合到所述显示器且被定位以产生对应于所述多个列表数据部分的多个控制器波形命令。
7.根据权利要求4所述的***，其进一步包括处理器，所述处理器耦合到所述显示器且被定位以产生对应于所述模拟波形的多个控制器波形命令。
8.根据权利要求7所述的***，其中所述控制器被定位以接收所述控制器波形命令且基于所述控制器波形命令产生所述激光束。
9.根据权利要求1所述的***，其中所述波形参数包含以下中的一或多者：激光束波形或激光驱动器波形持续时间、功率、调制频率、调制工作循环和波形重复量。
10.根据权利要求1所述的***，其中所述模拟波形部分中的至少一者包含基于所述至少一个模拟波形部分的未经调整形状与所述至少一个模拟波形部分的经模型调整形状之间的波形差异而调整的形状。
11.根据权利要求10所述的***，其中所述波形差异包含相位、定时提前或延迟或交叉相关中的一或多者。
12.根据权利要求10所述的***，其中改变控制器中的增益参数，使得调整所述经模型调整形状的上升时间、下降时间或过冲量，以减小所述波形差异中的一或多者。
13.根据权利要求1所述的***，其中所述激光***包含一个或多个泵浦激光二极管，且所述一个或多个波形为耦合到所述一个或多个泵浦激光二极管的电源电压。
14.根据权利要求1所述的***，其中所述一个或多个波形为所述目标处的所述激光束的光功率。
15.根据权利要求10所述的***，其中基于所述波形差异调整所述至少一个模拟波形部分的波形面积，使得与所述波形面积相关联的激光能量密度较接近与所述未经调整形状的波形面积相关联的激光能量密度。
16.一种方法，其包括：
形成多个列表数据部分，所述多个列表数据部分包含与同激光***相关联的波形的多个波形部分相关联的激光波形参数；
基于所述多个列表数据部分模拟所述波形，以便产生包含预测所述波形部分的多个模拟波形部分的模拟波形；以及
在显示器上显示所述模拟波形。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述模拟包含基于所述至少一个模拟输出激光波形部分的未经调整形状与所述至少一个模拟输出激光波形部分的经模型调整形状之间的波形差异调整所述模拟波形部分中的至少一者的形状。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述模拟包含基于所述激光***的激光***组件的转换速率或与激光***组件相关联的瞬态光学效应调整至少一个模拟波形部分的形状。
19.一种***，其包括：
图形用户接口，即，GUI；
至少一个处理器；以及
一个或多个计算机可读存储介质，其包含存储指令，所述存储指令响应于由所述至少一个处理器执行而致使所述***在所述GUI上显示对应于输出激光波形的多个输出激光波形部分的波形参数的多个列表数据部分，且显示基于所述多个列表数据部分产生的模拟输出激光波形，其中所述模拟输出激光波形包含预测所述输出激光波形的多个模拟输出激光波形部分。
20.根据权利要求19所述的***，其中基于选定模拟输出激光波形部分的未经调整形状与选定模拟输出激光波形部分的经模型调整形状之间的波形差异调整所述选定模拟输出激光波形部分。
CN201611027449.2A 2015-11-20 2016-11-21 可编程波形模拟器 Expired - Fee Related CN107026385B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562258161P 2015-11-20 2015-11-20
US62/258,161 2015-11-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107026385A true CN107026385A (zh) 2017-08-08
CN107026385B CN107026385B (zh) 2021-02-26

Family

ID=58693962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611027449.2A Expired - Fee Related CN107026385B (zh) 2015-11-20 2016-11-21 可编程波形模拟器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10838603B2 (zh)
CN (1) CN107026385B (zh)
DE (1) DE102016222238A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109648192A (zh) * 2018-12-10 2019-04-19 成都莱普科技有限公司 激光钻孔机能量控制方法
WO2019114581A1 (zh) * 2017-12-13 2019-06-20 深圳市创鑫激光股份有限公司 一种激光控制方法、激光设备及存储介质
CN112349188A (zh) * 2020-12-18 2021-02-09 陈雨青 一种关于声音和声波的教学器具
TWI800946B (zh) * 2021-10-13 2023-05-01 大陸商常州欣盛半導體技術股份有限公司 任意波形產生器驗證平台

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1806244A (zh) * 2003-06-16 2006-07-19 Gsi集团有限公司 激光器操作的监视和控制
CN101456298A (zh) * 2007-12-14 2009-06-17 株式会社其恩斯 激光加工设备、激光加工方法和设置激光加工设备的方法
CN101774090A (zh) * 2009-12-25 2010-07-14 武汉凌云光电科技有限责任公司 大功率半导体激光恒温焊接装置
US20100259532A1 (en) * 2009-04-08 2010-10-14 Sony Corporation Display device and display driving method
JP2011033476A (ja) * 2009-07-31 2011-02-17 Nec Corp シミュレーション装置、方法及びプログラム
CN103108721A (zh) * 2010-06-03 2013-05-15 罗芬-拉萨格股份公司 每个激光脉冲功率有变化的尤其用于焊接的脉冲激光加工方法和设备
CN104903044A (zh) * 2013-01-11 2015-09-09 伊雷克托科学工业股份有限公司 激光脉冲能量控制***及方法
CN109862989A (zh) * 2016-10-18 2019-06-07 通快机床两合公司 激光焊接时的基于图像的技术选择

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7962870B2 (en) * 2007-05-08 2011-06-14 Altera Corporation Prediction of dynamic current waveform and spectrum in a semiconductor device
TWI330563B (en) * 2007-11-28 2010-09-21 Ind Tech Res Inst Programmable laser device and method for controlling the same
KR20150145803A (ko) * 2014-06-19 2015-12-31 한국전자통신연구원 펄스 레이저 생성기 및 생성 방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1806244A (zh) * 2003-06-16 2006-07-19 Gsi集团有限公司 激光器操作的监视和控制
CN101456298A (zh) * 2007-12-14 2009-06-17 株式会社其恩斯 激光加工设备、激光加工方法和设置激光加工设备的方法
US20100259532A1 (en) * 2009-04-08 2010-10-14 Sony Corporation Display device and display driving method
JP2011033476A (ja) * 2009-07-31 2011-02-17 Nec Corp シミュレーション装置、方法及びプログラム
CN101774090A (zh) * 2009-12-25 2010-07-14 武汉凌云光电科技有限责任公司 大功率半导体激光恒温焊接装置
CN103108721A (zh) * 2010-06-03 2013-05-15 罗芬-拉萨格股份公司 每个激光脉冲功率有变化的尤其用于焊接的脉冲激光加工方法和设备
CN104903044A (zh) * 2013-01-11 2015-09-09 伊雷克托科学工业股份有限公司 激光脉冲能量控制***及方法
CN109862989A (zh) * 2016-10-18 2019-06-07 通快机床两合公司 激光焊接时的基于图像的技术选择

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WANG, XU: "Coherent control of high-harmonic generation using waveform-synthesized chirped laser fields", 《PHYSICAL REVIEW A》 *
傅强: "激光切割数控自动编程***中交互式图形输入功能优化实现", 《中国新技术新产品》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019114581A1 (zh) * 2017-12-13 2019-06-20 深圳市创鑫激光股份有限公司 一种激光控制方法、激光设备及存储介质
CN109648192A (zh) * 2018-12-10 2019-04-19 成都莱普科技有限公司 激光钻孔机能量控制方法
CN112349188A (zh) * 2020-12-18 2021-02-09 陈雨青 一种关于声音和声波的教学器具
TWI800946B (zh) * 2021-10-13 2023-05-01 大陸商常州欣盛半導體技術股份有限公司 任意波形產生器驗證平台

Also Published As

Publication number Publication date
US10838603B2 (en) 2020-11-17
CN107026385B (zh) 2021-02-26
DE102016222238A1 (de) 2017-05-24
US20170147191A1 (en) 2017-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107026385A (zh) 可编程波形模拟器
US10583530B2 (en) System and methods for fabricating a component with laser array
US11794282B2 (en) Fine-scale temporal control for laser material processing
CN100515618C (zh) 制造三维产品的装置及方法
US11698482B2 (en) Laser systems utilizing cellular-core optical fibers for beam shaping
US9573224B2 (en) System and method for determining beam power level along an additive deposition path
CN108527855B (zh) 用于利用至少一个激光装置制造部件的***和方法
CN109203479A (zh) 用于先进增材制造的***和方法
CN109203478A (zh) 用于先进增材制造的***和方法
JP2017131937A (ja) レーザ加工開始条件を学習する機械学習装置、レーザ装置および機械学習方法
JP6342480B2 (ja) レーザカッティング装置及びそのカッティング方法
CN107695524A (zh) 激光精确标刻设备及激光精确标刻方法
KR102334747B1 (ko) 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 시스템
JP2007507815A (ja) 導光板パターンの自動化された設計方法およびそのシステム
US10156840B2 (en) Process for the manufacture of custom optical elements
CN109682256A (zh) 一种激光运动目标模拟器
CN111581820B (zh) 一种新型激光面阵选区熔融增材制造工艺模拟方法
CN114235348A (zh) 一种脉冲激光器的焦距确定方法及装置、存储介质
CN114101701A (zh) 多光束增材制造方法
CN115509020A (zh) 一种温控类贝塞尔光束生成器件及其制备方法
CN114713925A (zh) 激光焊锡控制方法、装置、***及计算机可读存储介质
CN114935792A (zh) 基于飞秒激光脉冲时序制备啁啾光纤光栅的方法、***及啁啾光纤光栅

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210226

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee