運(yùn)動(dòng)控制器激光振鏡控制

激光振鏡控制實(shí)際效果展示

激光振鏡使用ZMC420SCAN控制器控制，本節(jié)視頻主要講ZDevelop編程軟件的Basic語(yǔ)言開發(fā)使用。

在激光振鏡運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中不但有運(yùn)動(dòng)的控制，還有激光的控制。如何有效地處理振鏡運(yùn)動(dòng)和激光開關(guān)的配合是本節(jié)要解決的問題，只有有效的協(xié)調(diào)了激光和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，才能運(yùn)動(dòng)出精確的軌跡。

01 材料準(zhǔn)備

一、硬件

1.ZMC420SCAN控制器一臺(tái)，帶振鏡軸接口。

2.激光振鏡頭一個(gè)，內(nèi)含兩個(gè)振鏡軸。

3.電腦一臺(tái)。

4.帶屏蔽層網(wǎng)線兩根。

5.24V直流電源一個(gè)。

6.伺服驅(qū)動(dòng)器+電機(jī)一套

7.接線端子與連接線若干。

二、軟件

ZDevelop V3.10版本控制器編程軟件。

從正運(yùn)動(dòng)技術(shù)官網(wǎng)(www.zmotion.com.cn)下載壓縮包，解壓后直接運(yùn)行應(yīng)用程序，無需安裝。

02 硬件接線

控制器接口的用途參見下圖。

控制器接線參考

A.主電源：將控制器主電源接線端子上的E+24V端子接入24V直流電源正極，將EGND端子接入24V直流電源負(fù)極。

B.以太網(wǎng)EtherNET端口接線：使用一根網(wǎng)線將控制器的EtherNET端口與電腦的以太網(wǎng)口相連。

C.激光振鏡頭與控制器接線：將激光振鏡頭內(nèi)的兩個(gè)振鏡軸與控制器的振鏡軸接口AXIS 4相連，此時(shí)振鏡軸軸號(hào)分別為4、5，在將激光發(fā)生器的各個(gè)接口按要求接在控制器輸出口上。

D.若打標(biāo)的工件需要?jiǎng)幼?，按要求將控制工件運(yùn)動(dòng)的軸接入控制器的脈沖軸接口或總線軸接口上。

03 控制產(chǎn)品介紹

一、控制器

ZMC420SCAN是一款20軸的總線型控制器，包含兩個(gè)振鏡軸接口，除了支持脈沖軸，還支持ECAT/RTEX總線連接，支持多達(dá)20軸運(yùn)動(dòng)控制，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;采用優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)控制。

ZMC420SCAN總線控制器支持脈沖軸/總線軸/振鏡軸混合插補(bǔ)。

ZMC420SCAN支持10軸脈沖輸入與編碼器反饋且支持4振鏡軸，板載24點(diǎn)輸入，12點(diǎn)輸出，2AD，2DA，支持手輪接口，所有輸出口都支持高速PWM控制。

如下圖所示：

二、激光振鏡

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，激光振鏡頭內(nèi)包含的主要元件是激光發(fā)生器，兩個(gè)電機(jī)和兩個(gè)振鏡片，它靠?jī)蓚€(gè)電機(jī)分別控制兩個(gè)振鏡片X和Y反射激光，形成XY平面的運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)電機(jī)使用控制器上的振鏡軸接口控制。

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，只需要帶動(dòng)反射鏡片，系統(tǒng)的響應(yīng)非常快。

04 振鏡控制過程

一、振鏡軸控制

ZMC420SCAN支持XY2-100振鏡協(xié)議，支持運(yùn)動(dòng)控制與振鏡聯(lián)合插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。

上位機(jī)通過網(wǎng)口與控制器相連，通過XY2-100振鏡協(xié)議進(jìn)行控制振鏡軸的運(yùn)動(dòng)，通過總線協(xié)議或者脈沖模式控制伺服軸運(yùn)動(dòng)。

使用ZMC420SCAN控制器的振鏡軸接口連接激光振鏡頭，每個(gè)振鏡軸接口內(nèi)包含兩路振鏡通道信號(hào)，分別控制振鏡片X、Y的偏轉(zhuǎn)，從而控制了激光打到工件的位置。

激光振鏡程序開發(fā)除了使用ZDevelop軟件，還可以使用其他上位機(jī)軟件開發(fā)，ZMC420SCAN使用一套API函數(shù)，支持C、C++、C#、LabVIEW、Python、Delphi等開發(fā)語(yǔ)言，支持VC6.0、VB6.0、Qt、.Net等平臺(tái)，支持Windows、Linux、WinCE、iMac等操作系統(tǒng)。

將控制器支持PWM功能的輸出口連接激光振鏡的激光發(fā)生器，通過指令控制器激光的頻率、激光輸出，激光打標(biāo)的運(yùn)動(dòng)控制通過運(yùn)動(dòng)控制指令來實(shí)現(xiàn)。。

ZMC420SCAN的外部通用輸出口0-11都具有PWM輸出功能，PWM 輸出受正常輸出功能的控制，只有輸出口狀態(tài)ON的時(shí)候PWM才能實(shí)際輸出，這樣可以用來控制激光能量。

使用PWM_DUTY指令設(shè)置激光占空比，加工過程中要使激光一直處于開啟狀態(tài)將此參數(shù)設(shè)為1，設(shè)為0表示激光關(guān)閉。PWM_FREQ指令設(shè)置激光的頻率。

激光參數(shù)設(shè)置完成，在運(yùn)動(dòng)中使用MOVE_OP指令操作激光是否輸出。

二、激光控制指令

PWM_DUTY——PWM占空比

PWM的占空比用于控制激光能量輸出，PWM只能通過設(shè)置占空比為0來關(guān)閉，不能通過設(shè)置PWM頻率為0實(shí)現(xiàn)，PWM頻率一定要在PWM開關(guān)之前調(diào)整。

占空比指有效電平占整個(gè)周期的比例，一個(gè)周期中先輸出有效電平，再輸出無效電平。

語(yǔ)法一：PWM_DUTY(編號(hào),占空比)

語(yǔ)法二：PWM_DUTY(編號(hào))=占空比

選擇PWM輸出口編號(hào)時(shí)，一定要選擇支持PWM功能的OUT口;占空比范圍0-1，當(dāng)設(shè)置0的時(shí)候，PWM關(guān)閉，設(shè)置為1，PWM常開。

PWM_FREQ——PWM頻率

PWM頻率設(shè)置或讀取，頻率越高，電平跳變?cè)筋l繁。

語(yǔ)法一：PWM_FREQ(編號(hào), 頻率)

語(yǔ)法二：PWM_FREQ(編號(hào))=頻率

PWM輸出頻率有限制，硬件PWM最大為1MHz，軟件PWM最大為2KHz。

MOVE_PWM——緩沖PWM

BASE軸運(yùn)動(dòng)緩沖操作PWM，指令緩沖執(zhí)行時(shí)不做任何運(yùn)動(dòng)，只操作PWM。

PWM只能通過設(shè)置占空比為0來關(guān)閉，不能通過設(shè)置PWM頻率為0實(shí)現(xiàn)。

語(yǔ)法：MOVE_PWM(編號(hào),占空比[,頻率])

編號(hào)為支持PWM功能的輸出口編號(hào)，查看硬件手冊(cè)確認(rèn)。

占空比指有效電平占整個(gè)周期的比例;范圍0-1，設(shè)置0時(shí)關(guān)閉PWM;一個(gè)周期中先輸出有效電平，再輸出無效電平。

頻率缺省為1KHz，硬件最大為1MHz，軟件最大為2KHz。

運(yùn)動(dòng)緩沖中輸出并修改PWM例子：

BASE(0)

ATYPE=1

UNITS=100

SPEED=100 '初始速度

ACCEL=1000

DECEL=1000

DPOS=0

MOVE_PWM(0, 0, 1000) '關(guān)閉PWM

MOVE(10)

MOVE_PWM(0, 0.111, 2000) '軸0運(yùn)行到10時(shí)，操作PWM0輸出

MOVE_DELAY(100)

MOVE_PWM(0, 0.555, 3000) '延時(shí)100ms，修改PWM0輸出

MOVE(20)

MOVE_PWM(0, 0, 1000) '關(guān)閉PWM

END

三、振鏡軸接口

ZMC420SCAN帶兩個(gè)振鏡軸接口，本地軸號(hào)4/5可以ATYPE=21 配置為第1個(gè)振鏡, 本地軸號(hào) 6/7可以ATYPE=21 配置為第2個(gè)振鏡，可通過AXIS_ADDRESS軸映射指令配置可以更改軸號(hào)。

振鏡軸接口引腳的定義：

振鏡軸的軸類型應(yīng)該選擇為ATYPE=21的模式，設(shè)置軸為振鏡軸類型，振鏡軸類型系統(tǒng)周期與刷新周期都要比普通軸快很多。

ZMC420SCAN的輸出0-7的具有精準(zhǔn)輸出的功能，每個(gè)輸出的精準(zhǔn)輸出功能相互獨(dú)立，同一周期可以同時(shí)開啟多個(gè)精準(zhǔn)輸出，AXIS_ZSET指令可以用來設(shè)置每個(gè)MOVE_OP指令是否使用精準(zhǔn)輸出，MOVEOP_DELAY指令設(shè)置精準(zhǔn)輸出的延時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)激光的PSO控制。

AXIS_ZSET——開啟精準(zhǔn)輸出

對(duì)軸啟用MOVE_OP精準(zhǔn)輸出功能，一條指令開啟一個(gè)軸，作用在軸組的主軸上。精準(zhǔn)輸出需要開啟的OP口支持精準(zhǔn)輸出功能才能生效。

設(shè)置參數(shù)：

bit0：1-VP_SPEED缺省使用插補(bǔ)速度，0-VP_SPEED 使用單軸的速度

bit1：1-使用MOVE_OP精確輸出功能， 0- MOVE_OP為普通輸出

bit4：1-對(duì)帶編碼器功能的軸，使用編碼器位置的MOVE_OP精準(zhǔn)方式，多個(gè)編碼器軸插補(bǔ)時(shí)，對(duì)BASE運(yùn)動(dòng)的主軸開啟精準(zhǔn)輸出設(shè)置

可讀：VALUE=AXIS_ZSET

可寫：AXIS_ZSET=VALUE

SYSTEM_ZSET指令也可用于開啟精準(zhǔn)輸出，參數(shù)設(shè)置與AXIS_ZSET指令相同，SYSTEM_ZSET修改的同時(shí)會(huì)修改當(dāng)前BASE軸的AXIS_ZSET，以兼容舊的程序，一般建議使用AXIS_ZSET指令。

SYSTEM_ZSET一旦開啟，所有支持精準(zhǔn)輸出功能的輸出口都變?yōu)榫珳?zhǔn)模式，使用過程中一般不需要全部開啟，部分控制器型號(hào)精準(zhǔn)輸出功能不獨(dú)立時(shí)在一個(gè)控制器周期內(nèi)只能操作一個(gè)精準(zhǔn)輸出口，新版本固件不建議使用此指令，直接采用AXIS_ZSET指令對(duì)主軸開啟精準(zhǔn)輸出。

精準(zhǔn)輸出開啟方法：

AXIS_ZSET(0)=19 '使用主軸軸0編碼器位置MPOS的MOVE_OP精準(zhǔn)方式，需要帶編碼器

AXIS_ZSET(0)=2 '不帶編碼器，用目標(biāo)位置DPOS的MOVE_OP精準(zhǔn)方式

MOVE_OP(0,1) '精準(zhǔn)生效，選擇輸出通道0

05 激光振鏡

打標(biāo)例程

例程演示的是使用激光加工25個(gè)圓弧，軸在移動(dòng)到指定位置后，開啟OP口，控制激光輸出，打標(biāo)軌跡完成后，關(guān)閉OP口，此時(shí)激光也無法輸出了，軸走到下一個(gè)要打標(biāo)的位置后后再次開啟OP口打標(biāo)。

圓弧打標(biāo)方向如下圖：軌跡可用一條圓弧插補(bǔ)指令實(shí)現(xiàn)或多條直線插補(bǔ)指令走小線段，此處軌跡為半徑為2.5的逆時(shí)針整圓。

示例程序：

'設(shè)置振鏡軸軸號(hào)，并配置軸類型

BASE(4,5)

ATYPE=21,21

'設(shè)置基本參數(shù)

UNITS=300,300

SPEED=500,500

ACCEL=SPEED*20,SPEED*20

DECEL=SPEED*20,SPEED*20

DPOS=0,0

MERGE=ON '打開連續(xù)插補(bǔ)

CORNER_MODE=32+8+2 '軌跡前瞻模式

DECEL_ANGLE=15*(PI/180) '模式2參考角度

STOP_ANGLE=90*(PI/180)

FORCE_SPEED=5000 '限速參考速度

FULL_SP_RADIUS=20 '模式8小圓限速參考半徑

ZSMOOTH=0.1 '模式32倒角參靠半徑

AXIS_ZSET(4)=2'開啟主軸MOVE_OP的精準(zhǔn)輸出功能

'設(shè)置pwm頻率，設(shè)為2kHz

PWM_FREQ(2)=2000 'OP(2)接激光器上的輸出口

'輸出延時(shí)設(shè)置

MOVEOP_DELAY AXIS(4)=0

WHILE 1

IF MODBUS_BIT(0)=ON THEN

MODBUS_BIT(0)=OFF

BASE(4,5) '選擇振鏡軸

PWM_DUTY(11)=0.5 '能量調(diào)節(jié)，需要OUT11支持PWWM才能設(shè)置，否則選擇其他支持PWWM通道

OP(11,ON) '能量開關(guān)

OP(1,ON) '先開啟后，再操作OP(0)出光

DELAY 100

MOVE_MARK=0,0 '運(yùn)動(dòng)標(biāo)號(hào)清零

TRIGGER

'打標(biāo)進(jìn)行固定軌跡

FOR I = 0 TO 4 '五行圓弧軌跡

MOVE(0, -15) '每行圓弧間隔15

FOR J = 0 TO 4 '每行五個(gè)圓弧

MOVE(-15, 0) '每個(gè)圓弧間隔15

MOVE_OP(0,ON) '開啟激光

MOVECIRC(0,0,-2.5,0,0) '打標(biāo)軌跡

WAIT IDLE

MOVE_OP(0,OFF) '關(guān)閉激光

NEXT

MOVE(75, 0)

NEXT

MOVE(0, 75)

ENDIF

WEND

END

運(yùn)動(dòng)軌跡：

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