Faser- und Photonikausrichtungs-Algorithmen

Präzisionsbewegungsmechanik, wie FiberMaxHP von Aerotech ist bei modernen Faserausrichtungsprozessen eine wichtige Grundlage für hochwertige Ergebnisse. Die Hardware für Ihre Präzisionsbewegungsausrüstung ist aber nicht der einzige Systembestandteil, der für Ausrichtungsanwendungen berücksichtigt werden muss. Die Steuersoftware zur Bewegungsoptimierung ist genauso wichtig wie die zur Durchführung der Ausrichtungen optimierte Hardware. Schnellere, effektivere Ausrichtungen bedeuten verbesserte Ausrichtungsqualität und höheren Durchsatz – das führt zu einer effizienteren Produktion.

Die Steuerung A3200 von Aerotech verfügt über integrierte Ausrichtungsalgorithmen, die sofort bei Lieferung für verschiedene Faser- und Silizium-Photonik-Ausrichtungsanforderungen eingesetzt werden können. Die Faserausrichtungsroutinen von Aerotech werden in verschiedenen Bewegungssystemen für viele verschiedene Ausrichtungsanwendungen eingesetzt.

First-Light-Ausrichtungsalgorithmen

Die First-Light-Ausrichtungsalgorithmen von Aerotech dienen zur Durchführung einer groben Positionierung, bevor ein Feinausrichtungs-Algorithmus ausgeführt wird, um die Faserausrichtung vollständig zu optimieren.

FIBER SPROUGH: Der FIBER SPROUGH-Befehl, der für „Spiral Rough“ (grobe Spirale) steht, führt ein spiralförmiges Bewegungsmuster aus, wobei die Leistung während der Profilerstellung abgetastet wird und die Achsenkoordinaten zum Zeitpunkt der Befehlsausführung den Ursprung der Spirale bilden.

Der Algorithmus tastet die Leistung bei der vorgegebenen Rate ab, bis einer der folgenden Zustände erreicht wird:

  1. SRThreshold:Ein benutzerdefinierterSpiralausrichtung 1 Leistungsschwellenwert. Wird dieser erreicht oder überschritten, wird die Faserausrichtung beendet.
  2. SRMaxRadius: Ein benutzerdefinierter maximaler Suchradius, bei dem der Ausrichtungsalgorithmus beendet wird, sobald die Spirale diesen Radius erreicht.

Andere FIBER SPROUGH-Parameter umfassen einen spiralförmigen Abstands- und Bewegungstyp, z. B. die schrittweise Abtastung oder in den meisten Fällen eine kontinuierliche Abtastung. Der FIBER SPROUGH-Algorithmus wird als First-Light-Ausrichtung verwendet, um Grobausrichtungen vorzunehmen, bevor ein Feinausrichtungs-Algorithmus eingesetzt wird, um die endgültige Faserplatzierung zu optimieren.

FIBER GEOCENTER: FIBER GEOCENTER ist der zweite Aerotech-Algorithmus zum Suchen des ersten Lichts (First Light) bei einer Faserausrichtung. FIBER GEOCENTER führt das rasterförmige Muster einer spezifischen Größe basierend auf dem GCScanSize-Parameter aus und zeichnet jeden Durchlauf des Musters durch einen vorgegebenen Schwellenwert (GCEdgeValue) auf. Bei der Erstellung dieser Datensätze ist es gleich, ob der Pfad von hoher Leistung zu niedriger oder umgekehrt erfolgt. Ist der Rasterscan abgeschlossen, berechnet der Algorithmus das geometrische Geometrisches ZentrumZentrum aller GCEdgeValue-Punkte und verwendet dieses als ideale Grobausrichtungsposition.

In der Animation rechts wurde z. B. immer dann, wenn der Algorithmus den höheren Leistungswert (hellblauer Kreis) schneidet, ein GCEdgeValue aufgezeichnet (gelbe Datenpunkte). Die optimierte Grobausrichtung wird dann als grünes X berechnet.

Ausrichtungsalgorithmen für die Leistungsoptimierung

Die Aerotech-Ausrichtungsalgorithmen für die Leistungsoptimierung sind darauf ausgelegt, die Faserausrichtung auf die maximale Leistungsposition vollständig zu optimieren. Einige davon erfordern das erste Licht, bevor sie betrieben werden können, andere nicht.

FIBER SPFINE: Der FIBER SPFINE-Spiralausrichtung 2Algorithmus funktioniert ähnlich wie FIBER SPROUGH, enthält allerdings keinen Schwellenwertparameter. Der FIBER SPFINE-Befehl wird ausgeführt, bis er den Schwellenwertparameter SFEndRadius erreicht, der den benutzerdefinierten maximalen Radius der Spirale darstellt. Nach Abschluss des Spiralpfades schließt der Algorithmus ab, indem er die Achsen auf die Position mit dem höchsten Leistungswert versetzt. Wie bei FIBER SPROUGH können Spiralgröße, Abstand und Anzahl der Abtastungen vom Benutzer definiert werden.

FIBER FASTALIGN (erfordert erstes Licht): Der FIBER FASTALIGN-Befehl nutzt einen iterativen Prozess, um einen Bereich zu erkunden und die optimierte Leistungsposition zu ermitteln. Der Startpunkt muss sich bereits im Leistungsverteilungsbereich befinden. Der Benutzer definiert Versatzwerte für jede Achse (FAOffsetAxis1 und FAOffsetAxis2), um die iterative Suche durchzuführen. FASTALIGN nimmt dann einen Leistungsmessungsversatz vom Ursprung in jeder Achsrichtung vor. Der Algorithmus analysiert, welche Bewegungsachsen zum Leistungsanstieg führten, und versetzt anhand dieser Informationen den Ursprung. Dann wird der Prozess erneut ausgeführt. Der Benutzer legt einen Schwellenwert als FATermTolerance-Parameter fest. Wenn die Differenz der Leistungsmesswerte innerhalb dieses Parameters liegt, wird die Suche angehalten. Die Suche endet auch, wenn die Anzahl der Iterationen den benutzerdefinierten Parameter FAMaxNumiterations überschreitet. In jedem Fall befinden sich die Achsen am Ende an der Position, wo der beste Leistungswert gemessen wurde. FIBER FASTALIGN3D, 4D, 5D und 6D werden ebenfalls angeboten und arbeiten mit ähnlichen Algorithmen wie FASTALIGN, sind aber für mehr als zwei Dimensionen optimiert.


 

FIBER CENTROID (erfordert erstes Licht): Der FIBER CENTROID- SchwerpunktAlgorithmus ist eine Faserausrichtungsmethode, die besonders nützlich ist, wenn die Leistungsspitze ein Plateau oder mehrere Spitzen aufweist. FIBER CENTROID bewegt sich in eine Richtung, bis eine vom Parameter CEdgeValue definierte Leistungsebenenreduktion erreicht wird. Dann wird die Richtung umgekehrt, bis ein ähnlicher Abfall in der entgegengesetzten Richtung gefunden wird. Ist dieser Vorgang abgeschlossen, wird der Schnittpunkt dieser Ränder als Schwerpunktkoordinate für die Achse definiert und der Prozess für die andere Achse wiederholt. Dieser Prozess ist effektiv, um den Mittelpunkt einer plateauförmigen Leistungsspitze am Mittelpunkt einer Leistungsspitzenregion mit mehreren, ungleichmäßigen Spitzen zu finden.

FIBER HILLCLIMB:Die FIBER HILLCLIMB-Routine dient der Suche nach einer lokalen Leistungsspitze in positiver oder negativer Richtung längs jeweils einer Achse gleichzeitig. Wird die Spitze nicht in der ersten Richtung identifiziert, wird die Richtung umgekehrt und der Rest der Achse untersucht. Wird eine Spitze gefunden, kehrt der Algorithmus zu dieser Position zurück. Parameter wie maximale Distanz, Abtastinkrement, Leistungsschwellenwert und maximale Verdrängung können vom Benutzer definiert werden.

Welchen Algorithmus sollte ich also verwenden?

Alle Faserausrichtungs-Algorithmen von Aerotech können in verschiedenen Faserausrichtungs-Anwendungen eingesetzt werden. Je nach dem Quadratische und Gauß'sche KurveZiel der Anwendung, dem Leistungsverteilungsprofil der Faser, den Durchsatzanforderungen und anderen Erwägungen sind einige Algorithmen für die Ausrichtung besser geeignet als andere. Wenn z. B. ein Gauß'sches Leistungsverteilungsprofil der Faser vorliegt (rechts in Blau angezeigt), wie es oft der Fall ist, findet der FastAlign-Algorithmus die Spitzenleistungsposition schneller als andere Algorithmen. Verteilt sich die Leistung aber auf ein Profil mit flacher Oberseite (rechts in Rot dargestellt), ist FastAlign evtl. nicht der beste Algorithmus. Er findet ein lokales Maximum und evtl. das absolute Maximum, doch angesichts des Leistungsverteilungsprofils ist dieses Maximum evtl. der Rand des Leistungsplateaus und nicht sein Mittelpunkt. Dies liegt daran, dass die Leistung am Rand des flachen oberen Profils theoretisch die gleiche ist wie die Leistung in der Mitte. Oft muss die Faser in der Mitte der flachen Oberseite ausgerichtet werden statt am Rand. In diesem Fall wäre der Schwerpunkt-Algorithmus für die Suche des Mittelpunkts der flachen Oberseite am effektivsten.

Ähnliche anwendungsspezifische Erwägungen sind wichtig, wenn Sie entscheiden müssen, ob Sie den SPROUGH-Algorithmus oder den GEOCENTER-Algorithmus verwenden, wenn eine First-Light-Ausrichtung durchgeführt wird. Während GEOCENTER garantiert, dass die Faser in der MitteSpiralausrichtung 2 des definierten Leistungsbereichs ausgerichtet wird, dauert die Ausführung eines GEOCENTER-Algorithmus im Vergleich zu einem SPROUGH erheblich länger. Für die meisten Anwendungen bietet SPROUGH einen ausreichenden First-Light-Ausgangspunkt, um einen Leistungsoptimierungs-Algorithmus auszuführen. In manchen Szenarien ist aber ein GEOCENTER-Algorithmus vorzuziehen. Oft besteht die beste Lösung für einen Ausrichtungsprozess darin, eine Algorithmenkombination zu verwenden. In der Animation rechts wird beispielsweise ein SPROUGH-Befehl verwendet, um das erste Licht des Signals zu finden, und ein SPFINE-Befehl, um die Position zu optimieren. Die Anwendungsanforderungen definieren, welcher Algorithmus oder welche Algorithmenkombination verwendet werden sollte. Deshalb bieten die Faserausrichtungs-Lösungen von Aerotech ein umfassendes Portfolio an Algorithmen, um das jeweilige Ausrichtungsziel zu erfüllen.

Die Faserausrichtungs-Algorithmen von Aerotech können sowohl mit Standardkomponenten als auch mit spezifischen mechanischen Systemen eingesetzt werden. Egal welche Ausrichtungsanforderungen gelten: Aerotech hat die nötige Hardware und Software, um Ihnen bei Ihrer Anwendung zu helfen.

Wenden Sie sich bitte an Ihren örtlichen Aerotech-Applikationsingenieur, um weitere Informationen über die Faseralgorithmen von Aerotech oder unsere anderen Produktangebote zu erhalten.

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Präzisionsbewegungsregelung für Faseroptik und Silikon-Photonik ist eine aktualisierte und erweiterte Version von Präzisionsbewegungsregelung für die Faseroptik-Geräteherstellung. Diese neue Broschüre enthält die neuesten Produkte von Aerotech, einschließlich der FiberMax HP und kompletten Q-Serie von Piezo-Nanopositionierern, sowie zusätzliche Komponenten und Systeme für Faserausrichtung, Bragg-Gitter und Wellenleiterformung, Pick-and-Place, Vorrichtungsbau, Matrize und Linse Bonding-, Laserschweiß- und Geräteverpackungs-Bewegungssysteme.

 

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