開放式激光振鏡運(yùn)動(dòng)控制器：C++振鏡矯正方法與實(shí)現(xiàn)

今天，正運(yùn)動(dòng)小助手給大家分享一下開放式激光振鏡運(yùn)動(dòng)控制器ZMC408SCAN進(jìn)行振鏡矯正的方法與實(shí)現(xiàn)說明。

01 ZMC408SCAN控制器介紹

ZMC408SCAN是正運(yùn)動(dòng)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(dòng)控制器，專為工業(yè)激光+振鏡+運(yùn)動(dòng)控制方面的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。通過EtherCAT總線和脈沖軸接口能實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(gè)擴(kuò)展模塊，從而擴(kuò)展數(shù)字量、模擬量或運(yùn)動(dòng)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(shí)即使進(jìn)行了減速調(diào)整，在高速加工的場(chǎng)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(gè)振鏡接口，支持2D振鏡和3D振鏡，配合不帶加減速的運(yùn)動(dòng)指令MOVESCAN，拐角處振鏡加工自動(dòng)延時(shí)，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(dòng)中靈活的調(diào)節(jié)激光開光/關(guān)光延時(shí)，響應(yīng)快，精確到us級(jí)別的控制，且設(shè)置過程簡(jiǎn)單，大大縮短了工程師的調(diào)參時(shí)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(gè)EXIO擴(kuò)展IO接口，通過定制轉(zhuǎn)接板，靈活控制市場(chǎng)上主流的各種激光器；

（5）支持PC同時(shí)控制16個(gè)ZMC408SCAN控制器同時(shí)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(dòng)器的控制，支持5軸XYZAC軸的插補(bǔ)，支持振鏡軸與運(yùn)動(dòng)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(dòng)控制功能。

02 振鏡控制

激光振鏡是一種專門用于激光加工領(lǐng)域的特殊的運(yùn)動(dòng)器件，它靠?jī)蓚€(gè)振鏡片反射激光， 形成XY平面的運(yùn)動(dòng)。

激光振鏡不同于一般的電機(jī)，激光振鏡具有非常小的慣量，且在運(yùn)動(dòng)的過程中負(fù)載非常小，系統(tǒng)的響應(yīng)非常快，因此在振鏡運(yùn)動(dòng)中可以不用考慮振鏡加減速。

振鏡一般分模擬振鏡與數(shù)字振鏡，模擬振鏡就是振鏡驅(qū)動(dòng)板是接收模擬信號(hào)方式，常用的模擬振鏡信號(hào)是直流電壓-5伏到+5伏變化的信號(hào)，對(duì)應(yīng)的是電機(jī)擺動(dòng)的角度，比如-5V到+5V對(duì)應(yīng)-10度到+10度的電機(jī)擺動(dòng)角度。

數(shù)字振鏡采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，數(shù)字信號(hào)則符合XY2-100協(xié)議。數(shù)字量-32768~32767對(duì)應(yīng)電機(jī)的最大擺動(dòng)角度。

正運(yùn)動(dòng)針對(duì)振鏡軸控制提供來一種專用的運(yùn)動(dòng)指令，通過ZAux_Direct_MoveScanAbs或者ZAux_Direct_MoveScan實(shí)現(xiàn)振鏡的快速響應(yīng)。

Scan運(yùn)動(dòng)指令相比普通運(yùn)動(dòng)指令控制不帶加減速規(guī)劃，支持us級(jí)別的時(shí)間控制。通過ZAux_Direct_SetForceSpeed設(shè)置的速度與矢量距離直接計(jì)算出運(yùn)行時(shí)間。

目前正運(yùn)動(dòng)SCAN控制器支持1-2路XY2-100數(shù)字振鏡軸的控制。

一、振鏡軸配置

正運(yùn)動(dòng)SCAN控制器支持1-2路振鏡軸，不同控制器映射的軸號(hào)及支持的振鏡軸功能不同，不同振鏡組對(duì)應(yīng)軸號(hào)如下圖。

通過指令ZAux_Direct_SetAtype設(shè)置對(duì)應(yīng)振鏡軸類型，振鏡軸類型分為三種：

一種軸類型值為20（振鏡類型，帶振鏡狀態(tài)反饋，僅ZMC408SCAN支持）；

一種軸類型值為21（振鏡軸控制類型）；

一種軸類型值為22（振鏡類型，帶振鏡位置反饋，僅ZMC408SCAN支持）。

*表示不支持的功能。

二、振鏡矯正

1.重點(diǎn)說明

激光振鏡掃描系統(tǒng)如下圖所示，可見振鏡掃描的實(shí)際工作范圍由振鏡的最大偏轉(zhuǎn)角度與工作高度決定。因此振鏡軸偏轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)輸出-32768~32767與實(shí)際工作范圍做單位映射時(shí)需要按照根據(jù)測(cè)試長(zhǎng)度做比例映射。

振鏡掃描系統(tǒng)建立的坐標(biāo)系是一個(gè)非正交的坐標(biāo)系，實(shí)際的掃描場(chǎng)會(huì)造成枕型失真。由于振鏡本身掃描造成的枕型失真如圖（左），另外由于F-Theta平面場(chǎng)鏡的使用，會(huì)造成輸出輪廓的桶型失真如圖（中），疊加以后輸出的圖形具有桶型和枕型雙重失真如圖（右）。

為了使軟件坐標(biāo)與實(shí)際運(yùn)行距離場(chǎng)地對(duì)應(yīng)及輸出軌跡不失真，則需要需要實(shí)時(shí)的對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行校正，通常采用查找表分段線性插值的方法進(jìn)行位置校正，校正點(diǎn)越多實(shí)際輸出位置越精準(zhǔn)。

正運(yùn)動(dòng)SCAN控制器提供了BOX校正、多點(diǎn)校正等方法，不管是系數(shù)校正還是多點(diǎn)校正，校正點(diǎn)參數(shù)都是寫到控制器內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)組TABLE寄存器的。因此在程序中有其他功能應(yīng)用到TABLE寄存器時(shí)需要注意地址的合理分配。

（1）Box系數(shù)校正

系數(shù)校正指的是根據(jù)振鏡輸出圖形枕/桶形失真、平行四邊形失真、梯形失真、比例縮放幾種情況進(jìn)行系數(shù)調(diào)整校正。

通過調(diào)用ZScan_CorrectFactor進(jìn)行系數(shù)校正。先控制振鏡繪制出一個(gè)正方形校正圖形，根據(jù)校正圖形的失真按下圖情況調(diào)整對(duì)應(yīng)的系數(shù)參數(shù)，根據(jù)標(biāo)刻長(zhǎng)度與測(cè)量長(zhǎng)度調(diào)整縮放系數(shù)，直到實(shí)際標(biāo)刻的尺寸與設(shè)置一致時(shí)認(rèn)為校正成功，校正系以是填寫的變化量，通常以0值為參考基準(zhǔn)變化。

（2）9點(diǎn)校正

9點(diǎn)校正指的是根據(jù)在工作范圍內(nèi)標(biāo)刻3*3的表格，根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的理論位置與實(shí)際位置來進(jìn)行振鏡校正。

先控制振鏡預(yù)繪制出一個(gè)3*3校正表格圖形，按下圖所示P1-P9的順序填入X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)實(shí)際測(cè)量值，填入P1點(diǎn)的理論標(biāo)刻與P9點(diǎn)的理論坐標(biāo)，通過調(diào)用ZScan_Correct9進(jìn)行9點(diǎn)校正。需重新標(biāo)刻測(cè)試，直到實(shí)際標(biāo)刻與理論值達(dá)到預(yù)期精度范圍。

（3）25點(diǎn)校正

25點(diǎn)校正指的是根據(jù)在工作范圍內(nèi)標(biāo)刻5*5的表格，校正過程與9點(diǎn)校正相同，通過調(diào)用ZScan_Correct25進(jìn)行25點(diǎn)校正。校正點(diǎn)數(shù)越多校正精度也越高。

2.振鏡指令介紹

（1）振鏡軸9點(diǎn)矯正

（2）振鏡軸25點(diǎn)矯正

（3）振鏡軸系數(shù)矯正

（4）取消振鏡矯正

03 程序展示

九點(diǎn)矯正與25點(diǎn)矯正過程相同，但25點(diǎn)矯正精度更高，可通過九點(diǎn)矯正例程改寫25點(diǎn)矯正。

1.九點(diǎn)矯正程序如下

ZMC_HANDLE handle = NULL;      //連接句柄
int rtn = ZAux_OpenEth("192.168.0.11", &handle); //連接控制器
if(CheckError(rtn,"ZAux_OpenEth")) return;  //檢查函數(shù)返回
for(int iAxis = 4;iAxis<6;iAxis++)
{
   rtn = ZAux_Direct_SetAtype(handle,iAxis,21); //設(shè)置軸為振鏡軸
   if(CheckError(rtn,"ZAux_Direct_SetAtype")) return;
   rtn = ZAux_Direct_SetUnits(handle,iAxis,500);   //設(shè)置軸脈沖當(dāng)量
   if(CheckError(rtn,"ZAux_Direct_SetUnits")) return;
}
rtn = ZScan_CancelCorrect(handle,0,-1,-1,200,1,1000);  //取消振鏡校正if(CheckError(rtn,"ZScan_CancelCorrect")) return;
double m_dXMeasurePt[9] = {-51.5,0,49.5,-52.9,0,50.1,-51.8,0,49.0};
double m_dYMeasurePt[9] = {-51.5,-51.0,-53.0,0,0,0,51.9,51.5,53.9};
rtn = ZScan_Correct9(handle,0,m_dXMeasurePt,m_dYMeasurePt,0,21,500,-50,-50,50,50,1,1000); //振鏡0 9點(diǎn)校正,校正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)組TABLE(1000 - 1004+21*21*2)
if(CheckError(rtn,"ZScan_CorrectFactor")) return;
rtn = ZAux_Close( handle);        //關(guān)閉連接,釋放句柄
if(CheckError(rtn,"ZAux_Close")) return;
handle = NULL;

2.系數(shù)矯正例程如下

ZMC_HANDLE handle = NULL;      //連接句柄
int rtn = ZAux_OpenEth("192.168.0.11", &handle); //連接控制器
if(CheckError(rtn,"ZAux_OpenEth")) return;  //檢查函數(shù)返回
for(int iAxis = 4;iAxis<6;iAxis++)
{
   rtn = ZAux_Direct_SetAtype(handle,iAxis,21); //設(shè)置軸為振鏡軸
   if(CheckError(rtn,"ZAux_Direct_SetAtype")) return;
   rtn = ZAux_Direct_SetUnits(handle,iAxis,500);   //設(shè)置軸脈沖當(dāng)量
   if(CheckError(rtn,"ZAux_Direct_SetUnits")) return;
}
rtn = ZScan_CancelCorrect(handle,0,-1,-1,200,1,1000);  //取消振鏡校正if(CheckError(rtn,"ZScan_CancelCorrect")) return;
double m_dMaxBox[2] = {131,131};  //最大校正區(qū)域
double m_dCorrectBox[] = {131,131};  //實(shí)際校正區(qū)域
double m_dOffset[2] = {0,0};   //偏移量   一般用于紅光偏移
double m_pdFactor[2][4] = {{1,0,0,0},{1,0,0,0}};   //校正系數(shù)   縮放系數(shù)、桶型/枕型畸變系數(shù)、平行四邊形畸變系數(shù)、梯形畸變系數(shù)
rtn = ZScan_CorrectFactor(handle,0,m_dMaxBox[0],m_dMaxBox[1],m_dCorrectBox[0],m_dCorrectBox[1],m_dOffset[0],m_dOffset[1],&m_pdFactor[0][0],&m_pdFactor[1][0],0,21,1,1,500,1,1000); //振鏡0系數(shù)校正,校正數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)組TABLE(1000 - 1004+21*21*2)
if(CheckError(rtn,"ZScan_CorrectFactor")) return;
rtn = ZAux_Close( handle);        //關(guān)閉連接,釋放句柄
if(CheckError(rtn,"ZAux_Close")) return;
handle = NULL;

04 振鏡矯正工具

振鏡矯正工具包含了多種矯正方式，9點(diǎn)矯正、25點(diǎn)矯正、系數(shù)矯正、多點(diǎn)矯正、文件矯正。

參數(shù)設(shè)置界面機(jī)械參數(shù)：

先通過IP地址選擇，連上對(duì)應(yīng)控制器，然后設(shè)置機(jī)械參數(shù)選擇激光器類型，設(shè)置好振鏡號(hào)，將標(biāo)刻圖形的XY方向與軟件顯示的一致。

打標(biāo)參數(shù)：

從上至下依次填寫標(biāo)刻速度、空移速度、軸類型、脈沖當(dāng)量（運(yùn)動(dòng)指令與速度指令的基本單位，需要修改脈沖當(dāng)量為振鏡運(yùn)動(dòng)1mm的脈沖個(gè)數(shù)，修改過后標(biāo)刻圖形相較于預(yù)定尺寸相差較小就能開始測(cè)量矯正了，預(yù)校正標(biāo)刻圖形不完整或圖形比預(yù)定尺寸大很多時(shí)，將此參數(shù)調(diào)小；反之則將參數(shù)調(diào)大）。

例如：

開關(guān)延時(shí)：多點(diǎn)矯正圓中心的點(diǎn)深，調(diào)開關(guān)延時(shí)

關(guān)光延時(shí)：最外圈不封口的情況調(diào)關(guān)光延時(shí)

拐角延時(shí)：右邊的線深，調(diào)拐角延時(shí)

跳轉(zhuǎn)延時(shí)：多點(diǎn)矯正圓點(diǎn)有小尾巴，調(diào)跳轉(zhuǎn)延時(shí)

結(jié)束延時(shí)：所有的運(yùn)動(dòng)結(jié)束后都加結(jié)束延時(shí)

激光能量控制：

（1）模擬量DA（0~4095對(duì)應(yīng)0~10V電壓）

（2）PWM（調(diào)機(jī)占空比，設(shè)置頻率）

（3）IO組合

注：激光能量的控制參數(shù)，需要根據(jù)激光器能量功率的控制類型來進(jìn)行修改，需參考激光器手冊(cè)。

1.9點(diǎn)矯正和25點(diǎn)矯正

設(shè)置矯正參數(shù)的table起始位置：這個(gè)地址不要與其他table地址位置沖突，約使用1000個(gè)數(shù)據(jù)，占用1000個(gè)table地址；

紅光游覽：可用來矯正圖形；

預(yù)標(biāo)刻尺寸：面積，標(biāo)刻預(yù)校正圖形使用此參數(shù)；

預(yù)標(biāo)刻出圖形后將標(biāo)刻圖形取出測(cè)量：測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的距離，將兩點(diǎn)之間的距離參數(shù)填入對(duì)應(yīng)的框內(nèi)；

標(biāo)刻預(yù)矯正：根據(jù)參數(shù)設(shè)置和預(yù)標(biāo)刻尺寸開始標(biāo)刻預(yù)矯正圖形；

僅矯正按鈕：只進(jìn)行振鏡矯正，不標(biāo)刻；

標(biāo)刻尺寸：面積，標(biāo)刻預(yù)矯正圖形使用此參數(shù)；

矯正并標(biāo)刻：根據(jù)標(biāo)刻尺寸，開始矯正并標(biāo)刻圖形；

保存到文件和保存到控制器：保存到文件是保存到電腦本地（保存文件可用于文件矯正和多點(diǎn)矯正），保存到控制器是保存到控制器的flash塊（要確保不同的振鏡軸號(hào)間用不同flash塊，不能沖突）；

急停：標(biāo)刻急停。

（1）9點(diǎn)矯正標(biāo)刻預(yù)矯正效果圖

（2）矯正并標(biāo)刻效果圖

（3）25點(diǎn)矯正同9點(diǎn)矯正相同，只是點(diǎn)數(shù)更多，矯正精度更高。

2.系數(shù)矯正

系數(shù)矯正和9點(diǎn)矯正等差不多，只是多了一個(gè)原點(diǎn)偏移和XY的縮放比。

3.多點(diǎn)矯正

（1）矯正大?。和?；

（2）標(biāo)刻點(diǎn)半徑：標(biāo)刻圓（點(diǎn)）半徑；

（3）標(biāo)刻點(diǎn)數(shù)量：可選9*9、17*17、33*33、65*65，目前開發(fā)9*9、17*17，更多點(diǎn)數(shù)矯正請(qǐng)聯(lián)系正運(yùn)動(dòng)技術(shù)支持工程師；

（4）填充點(diǎn)間距：同心圓半徑差；

（5）完整圖形：標(biāo)刻完整圖形（掃描儀可以完整掃描出整張圖片）；

（6）左邊/右邊圖形：標(biāo)刻左/右圖形；（圖形較大時(shí)，使用掃描儀無法一次將所有圖形全部掃描，請(qǐng)使用左右分別標(biāo)刻，分別掃描，導(dǎo)入兩張圖片）；

（7）急停：標(biāo)刻急停；

（8）點(diǎn)處理：

模式：?jiǎn)螐垐D片、兩張圖片:根據(jù)掃描標(biāo)刻后的矯正圖紙是否分兩次掃描，或分左右標(biāo)刻

極性：白背景黑點(diǎn)、黑背景白點(diǎn)

閾值方式：自動(dòng)、手動(dòng)閾值：（閾值參數(shù)范圍0~255）黑白照片白色為255，黑色為0，處于低閾值至高閾值之間之間的像素處理為 255，否則為 0，用于處理掃描標(biāo)刻后的圖像處理

低閾值：0~255

高閾值：0~255 應(yīng)設(shè)置為大于等于低閾值數(shù)據(jù)

最大面積/最小面積：通過篩選原點(diǎn)面積過濾圖像噪點(diǎn)（雜點(diǎn)）

詳見Zvision幫助

（9）尋入9點(diǎn)矯正文件：導(dǎo)入9點(diǎn)矯正文件（多點(diǎn)矯正需要9點(diǎn)矯正中“保存矯正數(shù)據(jù)到文件”的文件）。

4.文件矯正

功能：導(dǎo)入9/25/多點(diǎn)矯正“保存矯正數(shù)據(jù)到文件”保存的文件，更新參數(shù)至矯正界面、僅矯正或矯正并標(biāo)刻等。

本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)開放式激光振鏡運(yùn)動(dòng)控制器：C++振鏡矯正方法與實(shí)現(xiàn)，就分享到這里。