開放式激光振鏡運(yùn)動控制器：C++快速開發(fā)

今天，正運(yùn)動技術(shù)為大家分享一下應(yīng)用ZMC408SCAN開放式激光振鏡運(yùn)動控制器的C++開發(fā)，實現(xiàn)激光振鏡打標(biāo) ，可在文章末尾掃碼獲取例程源碼。

除了C++還支持使用其他上位機(jī)軟件來開發(fā)，上位機(jī)程序運(yùn)行時需要動態(tài)庫“zmotion.dll”，上位機(jī)開發(fā)調(diào)試時可以把ZDevelop軟件同時連接到控制器輔助調(diào)試。

01 ZMC408SCAN控制器介紹

ZMC408SCAN是正運(yùn)動技術(shù)新推出的一款支持EtherCAT總線的開放式激光振鏡運(yùn)動控制器，專為工業(yè)激光+振鏡+運(yùn)動控制方面的應(yīng)用而設(shè)計。通過EtherCAT總線和脈沖軸接口能實現(xiàn)多軸聯(lián)動運(yùn)動控制。

ZMC408SCAN支持ETHERNET、EtherCAT、USB、CAN、RS485、RS232等通訊接口，通過CAN、EtherCAT總線可以連接各個擴(kuò)展模塊，從而擴(kuò)展數(shù)字量、模擬量或運(yùn)動軸。

（1）ZMC408SCAN內(nèi)置高精度PSO位置同步輸出功能，在加工圓角、曲線部分時即使進(jìn)行了減速調(diào)整，在高速加工的場合，也能控制激光輸出的間距保持恒定；

（2）支持激光振鏡控制和振鏡反饋，包含2個振鏡接口，支持2D振鏡和3D振鏡，配合不帶加減速的運(yùn)動指令MOVESCAN，拐角處振鏡加工自動延時，完成精準(zhǔn)高效的激光控制，提高激光加工設(shè)備的產(chǎn)能；

（3）通過指令在運(yùn)動中靈活的調(diào)節(jié)激光開光/關(guān)光延時，響應(yīng)快，精確到us級別的控制，且設(shè)置過程簡單，大大縮短了工程師的調(diào)參時間；

（4）自帶LASER激光器控制接口，支持IPG、YLR、YLS等類型激光電源，還帶一個EXIO擴(kuò)展IO接口，通過定制轉(zhuǎn)接板，靈活控制市場上主流的各種激光器；

（5）支持PC同時控制16個ZMC408SCAN控制器同時工作，形成一種振鏡陣列的激光加工；

（6）板載4路高速差分脈沖輸出，并帶4路高速差分編碼器反饋，支持EtherCAT總線驅(qū)動器的控制，支持5軸XYZAC軸的插補(bǔ)，支持振鏡軸與運(yùn)動軸混合插補(bǔ)。

（7）支持直線插補(bǔ)、任意圓弧插補(bǔ)、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨、虛擬軸設(shè)置等多種運(yùn)動控制功能。

02 系統(tǒng)架構(gòu)

下圖為ZMC408SCAN開放式激光 控制器的參考架構(gòu)，支持多種不同類型的激光器控制。

03 上位機(jī)和控制器通訊

上位機(jī)和控制器通訊調(diào)用正運(yùn)動封裝好的函數(shù)庫，提供運(yùn)動控制和激光控制等眾多函數(shù)庫接口，激光振鏡的系統(tǒng)架構(gòu)參見下圖。

本例采用EtherNET網(wǎng)口連接控制器，通過函數(shù)ZAux_OpenEth()建立通訊連接，用戶可在設(shè)置好的界面中選擇當(dāng)前網(wǎng)段下的控制器IP完成連接，控制器出廠IP地址192.168.0.11，參見下圖。

04 激光控制

一、指令介紹

下面是我們程序中用到的接口函數(shù)，主要包含激光控制和激光振鏡控制兩部分，程序的實現(xiàn)可直接使用封裝好的接口函數(shù)發(fā)送命令給控制器 。

本例采用FIBER激光器和2D激光振鏡，用到下面的函數(shù)接口：

ZAux_Direct_MoveScanAbs：振鏡軸多軸絕對直線插補(bǔ)SCAN運(yùn)動，不帶加減速過程，我們這里用來控制振鏡軸運(yùn)動，通過小線段的形式擬合圓形軌跡；

ZAux_Direct_MoveOpDelay：緩沖輸出延時，提前開光時將延時時間設(shè)置為負(fù)數(shù)；

ZAux_Direct_MoveDelay：緩沖輸出延時，我們這里用來延時關(guān)光。

激光功率設(shè)置：提供模擬量ZAux_Direct_SetDA、PWM的占空比ZAux_Direct_SetPwmDuty和頻率ZAux_Direct_SetPwmFreq等方式控制設(shè)置振鏡軸拐角處自動延時：

ZAux_Direct_SetCornerMode

1.振鏡軸直線插補(bǔ)

ZAux_Direct_MoveScanAbs絕對運(yùn)動，ZAux_Direct_MoveScan相對運(yùn)動。

2.設(shè)置開關(guān)光

輸出狀態(tài)為0關(guān)光，輸出狀態(tài)為1開光。

3. 開關(guān)光延時

4. 提前/延時開關(guān)光

正數(shù)時間延時，負(fù)數(shù)時間提前開關(guān)光。

5. 設(shè)置激光能量（功率）

通過改變模擬量輸出的電壓值來控制激光能量大小。

6. PWM占空比

通過設(shè)置 PWM 的占空比來調(diào)整激光頻率，在開始打軌跡之前一定要先設(shè)置好。

7. PWM頻率

8. 振鏡軸拐角延時

9. 拐角延時起始角度

10. 拐角延時結(jié)束角度

二、程序流程

先建立控制器通訊，獲取連接句柄，激光器選擇及參數(shù)設(shè)置，然后編輯紅光與激光口控制開關(guān)，運(yùn)動參數(shù)設(shè)置，軌跡參數(shù)進(jìn)行小線段處理，開始運(yùn)動，停止運(yùn)動。

三、主要程序展示

初始化定義相關(guān)變量，初始化軸參數(shù)，配置好 FIBER 轉(zhuǎn)接板的方向為輸出，后續(xù)的激光軌跡加工控制由按鈕觸發(fā)。

在運(yùn)動之前我們要設(shè)置好空移速度、打標(biāo)速度、開關(guān)光延時、軌跡圓半徑、標(biāo)刻行列數(shù)、圓心距等參數(shù)。運(yùn)動開始直接調(diào)用這些相關(guān)參數(shù)執(zhí)行，獲取完軌跡后調(diào)用3次文件執(zhí)行。

1.初始化408FIBER轉(zhuǎn)換板針腳定義，不同激光器類型定義一套不同的輸出口，輸出口可以在選擇激光器類型后對應(yīng)在界面上進(jìn)行修改。

408 FIBER轉(zhuǎn)換板參數(shù)初始化程序：

void CZmc_fontToMoveDlg::OnCbnSelchangeComboLaser()
{
   // TODO: 在此添加控件通知處理程序代碼
   UpdateData(TRUE);
   if(m_nLaserType == FIBER_408)  //408 FIBER轉(zhuǎn)換板參數(shù)設(shè)置
   {
       char  cmdbuffAck[2048] = "";
       int iresult = ZAux_Execute(m_Handle,"EXIO_DIR(0, $8FFFF)",cmdbuffAck,2048);
       m_nEnableIO = 47;  //使能io
       m_nLaserIO = 8;    //出關(guān)io
       m_nRedIO = 48;     //紅光io
       m_nAout = 3;       //功率io
       m_nPwmIo = 9;      //頻率io
   }
   else if(m_nLaserType == YLR_408)
   {
       m_nEnableIO = 31;  //使能io
       m_nLaserIO = 8;    //出關(guān)io
       m_nRedIO = 32;     //紅光io
       m_nAout = 2;       //功率io
       m_nPwmIo = 9;      //頻率io
   }
   else if(m_nLaserType == YAG_408)  //408 YAG轉(zhuǎn)換板參數(shù)設(shè)置
   {
       char  cmdbuffAck[2048] = "";
       int iresult = ZAux_Execute(m_Handle,"EXIO_DIR(0, $AFBBF)",cmdbuffAck,2048);
       m_nEnableIO = 47;   //使能io
       m_nLaserIO = 8;     //出關(guān)io
       m_nRedIO = 48;      //紅光io
       m_nAout = 3;        //功率io
       m_nPwmIo = 9;      //頻率io
   }
   else if(m_nLaserType == FIBER_504)    //504
   {
       m_nEnableIO = 5;    //使能io
       m_nLaserIO = 6;     //出關(guān)io
       m_nRedIO = 28;     //紅光io
       m_nAout = 2;      //功率io
       m_nPwmIo = 7;     //頻率io
   }
   UpdateData(FALSE);
}

2.設(shè)置拐角延時與激光功率，再調(diào)用運(yùn)動執(zhí)行，程序如下。

void CZmc_fontToMoveDlg::OnBnClickedBtnMove()
{
   // TODO: 在此添加控件通知處理程序代碼
   UpdateData(TRUE);
   //設(shè)置拐角減速此ZSMOOTH為拐角延時
   int iresult = ZAux_Direct_SetCornerMode(m_Handle,SCAN_AxisX,2);  
   //設(shè)置精準(zhǔn)輸出
   iresult = ZAux_Direct_SetParam(m_Handle,"AXIS_ZSET",SCAN_AxisX,3);      
   //設(shè)置拐角延時
   iresult = ZAux_Direct_SetZsmooth(m_Handle,SCAN_AxisX,m_nCorDelay);      
   //設(shè)置拐角起始角度，減速時間在DecelAngle-StopAngle線性變化
   iresult = ZAux_Direct_SetDecelAngle(m_Handle,SCAN_AxisX,0);            //設(shè)置拐角結(jié)束角度
   iresult = ZAux_Direct_SetStopAngle(m_Handle,SCAN_AxisX,90/180*3.1415926);  
    //設(shè)置激光功率
   iresult = ZAux_Direct_SetDA(m_Handle,m_nAout,m_nAoutVal);          
   //設(shè)置激光頻率
   iresult = ZAux_Direct_SetPwmDuty(m_Handle,m_nPwmIo,0.5);        
   iresult = ZAux_Direct_SetPwmFreq(m_Handle,m_nPwmIo,m_nPwmFreq);    
   //獲取軌跡數(shù)據(jù)，(0,0)為圓外接起點，5*5間距畫半徑為5的小圓
   Cal_WorkData(m_fStartX, m_fStartY, m_nStepDis, m_nColNum, m_nRowNum, m_fRadius);     
   Run_3FileMode();
}

3.圓弧轉(zhuǎn)小線段是將我們的設(shè)置的圓弧軌跡轉(zhuǎn)換為小線段存起來，然后轉(zhuǎn)換后由3次文件的形式加載執(zhí)行。

圓弧轉(zhuǎn)小線段程序如下：

void CZmc_fontToMoveDlg::Cal_WorkData(float fStartX, float fStartY, float iStepDis, int iColNum, int iRowNum, float fRadius)
{
   //圓弧轉(zhuǎn)小線段
   int ilen = -1;
   double ArcX;
   double ArcY;
   //獲取單個整圓轉(zhuǎn)換長度
   int iret = ZMotionOptimize_TransArcSeges(m_Handle,fStartX - fRadius, fStartY,  fStartX + fRadius, fStartY + 2 * fRadius, 0, -2 * PI, m_refDistance, &ArcX, &ArcY, &ilen);
   if (iret != 0 || ilen < 0)
   {
       CString StrErr;
       StrErr.Format("圓弧轉(zhuǎn)小線段失敗錯誤碼：%d",iret);
       MessageBox(StrErr);
       return;
   }
   double *ArcToLineX;
   double *ArcToLineY;
   ArcToLineX = (double*)malloc(sizeof(double)*ilen);
   ArcToLineY = (double*)malloc(sizeof(double)*ilen);
   //獲取數(shù)據(jù)
   iret = ZMotionOptimize_TransArcSeges(m_Handle, fStartX - fRadius, fStartY, fStartX + fRadius, fStartY + 2 * fRadius, 0, -2 * PI, m_refDistance, ArcToLineX, ArcToLineY, &ilen);
   //軌跡總長度
   m_GraphTotalLen = ilen * iColNum * iRowNum;
   m_GraphData  = (struct_GraphPos*)malloc(sizeof(struct_GraphPos)*m_GraphTotalLen);    //申請分配內(nèi)存
   //填寫數(shù)據(jù)
   int iAcr = 0;
   for (int icol = 0; icol < iColNum ; icol++)
   {
       for(int irow = 0 ;irow

4.這里程序完成空移，然后移動完成之前，如果下一條運(yùn)動指令執(zhí)行的是軌跡運(yùn)動，那么提前將激光打開。

//空移到打標(biāo)點起始點
void CZmc_fontToMoveDlg::Zscan_Z3pFile_StartString(struct_GraphPos *iGraphData)
{
   char  cmdbuff[2048] = "";      
   char  tempbuff[2048] = "";
   //生成命令
   sprintf(tempbuff, "BASE(%d,%d)n",SCAN_AxisX,SCAN_AxisY);    //設(shè)置打標(biāo)軸
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //空移到起點
   sprintf(tempbuff, "FORCE_SPEED = %fn",m_dEmpSpeed);    //設(shè)置空移速度
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f)n",(*iGraphData).fposx,(*iGraphData).fposy);    //移動
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //設(shè)置提前開光
   if (m_nStartDelay < 0)      //提前出光
   {
       sprintf(tempbuff, "MOVEOP_DELAY = %fn",m_nStartDelay/1000);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
   }
   else
   {
       sprintf(tempbuff, "MOVE_DELAY(%f)n",m_nStartDelay/1000);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
   }
   //開光
   sprintf(tempbuff, "MOVE_OP(%d,1)nMOVE_DELAY(10)nMOVE_OP(%d,1)n",m_nEnableIO,m_nLaserIO);  
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //判斷命令長度是否發(fā)送
   strcat(g_MoveStr,cmdbuff);
   Zscan_Z3pFile_Down();
}
//生成打標(biāo)直線段字符串
void CZmc_fontToMoveDlg::Zscan_Z3pFile_LineString(struct_GraphPos *iGraphData)
{
   char  cmdbuff[2048] = "";      
   char  tempbuff[2048] = "";
   //生成命令
   //空移到起點
   sprintf(tempbuff, "FORCE_SPEED = %fn",m_dSpeed);    //設(shè)置打標(biāo)速度
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f)n",(*iGraphData).fposx,(*iGraphData).fposy);    //移動
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //判斷命令長度是否發(fā)送
   strcat(g_MoveStr,cmdbuff);
   Zscan_Z3pFile_Down();
}

5.延時關(guān)光是在打標(biāo)軌跡完成后，將激光延時關(guān)閉。

延時關(guān)光程序如下：

void CZmc_fontToMoveDlg::Zscan_Z3pFile_EndString(struct_GraphPos *iGraphData)
{
   char  cmdbuff[2048] = "";      
   char  tempbuff[2048] = "";
   //生成命令
   sprintf(tempbuff, "FORCE_SPEED = %fn",m_dEmpSpeed);    //設(shè)置空移速度
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f)n",(*iGraphData).fposx,(*iGraphData).fposy);    //移動
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //延時關(guān)光
   if(m_nLastDelay >0)
   {
       //延時關(guān)光
       sprintf(tempbuff, "MOVEOP_DELAY = 0nMOVE_DELAY(%f)n",m_nLastDelay/1000);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
   }
   else
   {
       sprintf(tempbuff, "MOVEOP_DELAY = %fn",m_nLastDelay/1000);
       strcat(cmdbuff, tempbuff);
   }
   //關(guān)光
   sprintf(tempbuff, "MOVE_OP(%d,OFF)n",m_nLaserIO);  
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //判斷命令長度是否發(fā)送
   strcat(g_MoveStr,cmdbuff);
   Zscan_Z3pFile_Down();
}

四、最終效果

首先點擊下拉框選擇控制器IP，點擊連接，依次設(shè)置好激光器參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)，設(shè)置好后輸入打軌跡的參數(shù)，點擊運(yùn)動開始打圓形軌跡，點擊停止結(jié)束。

通過 Z develop 軟件的示波器采樣運(yùn)動結(jié)果：先從其他位置空移到起始位置，然后提前 1ms 開光，走完一個圓形軌跡，關(guān)閉激光（延時關(guān)光），再空移到下一個圓形軌跡的起點，開光（提前 1ms 開光） , 又走完一個軌跡后，關(guān)光（延時 5ms 關(guān)光），如此循環(huán)執(zhí)行，直到設(shè)置的行列數(shù)打完停止（打軌跡中也能點擊停止）。

XY模式下的軌跡，軌跡包括了圓形打標(biāo)軌跡和空走軌跡：

本次，正運(yùn)動技術(shù)開放式激光振鏡運(yùn)動控制器：C++快速開發(fā)，就分享到這里。

審核編輯：湯梓紅