淺談ZMC408SCAN激光接口與如何實現(xiàn)激光的控制

上一節(jié)介紹了ZMC408SCAN控制器的功能、硬件參數(shù)與硬件接口的特點(diǎn)等，本節(jié)主要介紹激光相關(guān)的接口與如何實現(xiàn)激光的控制。

激光控制可采用LASER激光電源接口，或通過EXIO擴(kuò)展IO接口定制激光器轉(zhuǎn)接板，通過EXIO_DIR指令配置轉(zhuǎn)接板的IO端子是輸入口還是輸出口，參考激光器的手冊，使用IO控制指令控制激光器的能量和開關(guān)。

01功能簡介

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。支持16路運(yùn)動軸的復(fù)雜連續(xù)軌跡控制需求，可實現(xiàn)振鏡軸+脈沖軸+總線軸的混合插補(bǔ)。

1.ZMC408SCAN的振鏡功能

（1）XY2-100的振鏡控制協(xié)議，刷新周期10us-50us；

（2）兩組二軸激光振鏡的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)及連續(xù)軌跡加工等輸出；

（3）簡單的振鏡工藝參數(shù)設(shè)置，降低客戶的開發(fā)難度；

（4）振鏡矯正功能、振鏡反饋閉環(huán)，保證激光加工的精度。

2.ZMC408SCAN的激光控制

（1）1個LASER激光電源控制接口，支持IPG、YLR、YLS等類型激光器；

（2）1個EXIO可配置擴(kuò)展IO接口，通過轉(zhuǎn)接板可外置擴(kuò)展YGA、FIBER等其他類型激光器；

（3）0-10V模擬量輸出、高速PWM輸出可控制激光能量；

（4）可實現(xiàn)PWM輸出、模擬量輸出與運(yùn)動速度的同步。

3.ZMC408SCAN的運(yùn)動控制

（1）8軸EtherCAT總線軸/脈沖軸/振鏡軸控制，可混合插補(bǔ)；

（2）多維硬件位置比較輸出，位置同步輸出PSO功能；

（3）電子凸輪、同步跟隨、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、連續(xù)軌跡加工、30+種機(jī)械手正逆解算法等；

（4）專用MPG手輪接口，支持 5-24V手輪輸入。

02接口說明

控制器的接口說明如下表：

03參考架構(gòu)

下圖為ZMC408SCAN開放式激光控制器的參考架構(gòu)：

→PC可通過串口和網(wǎng)口連接到控制器，下發(fā)指令給控制器處理，編程方式可選擇正運(yùn)動自主研發(fā)的ZDevelop開發(fā)環(huán)境或者常用的上位機(jī)開發(fā)方式。

→通過RS232、RS485和網(wǎng)口可與外部設(shè)備通訊。

→連接擴(kuò)展的IO模塊可使用EtherCAT或CAN總線接口。

→具備標(biāo)準(zhǔn)的激光振鏡接口SCAN，激光電源控制接口LASER，同時提供一個EXIO擴(kuò)展IO接口靈活擴(kuò)展其他激光器；總線激光器可通過EtherCAT總線控制。

→運(yùn)動控制可用的設(shè)備類型有激光振鏡、脈沖伺服/步進(jìn)驅(qū)動、EtherCAT總線驅(qū)動。

☉實現(xiàn)激光加工包含運(yùn)動控制與激光控制兩大部分。

ZMC408SCAN運(yùn)動控制可使用常用的電機(jī)驅(qū)動設(shè)備或者激光振鏡實現(xiàn)。

激光控制可通過LASER、支持PWM功能的OUT輸出口或者EXIO擴(kuò)展接口接標(biāo)準(zhǔn)的激光器。

04激光控制

激光器的控制接口可選LASER激光電源接口，或EXIO擴(kuò)展IO接口通過定制轉(zhuǎn)接板連接激光器。

ZMC408SCAN激光控制的方式有三種、PWM、模擬量和PSO位置同步輸出控制自由選擇，支持控制激光的能量、激光的開關(guān)和激光延時，不同的控制方式要使用支持該功能的輸出口，并且使用對應(yīng)的指令控制激光。

通過MOVE_OP精準(zhǔn)輸出指令在運(yùn)動中靈活的調(diào)節(jié)激光開關(guān)/關(guān)光，MOVE_DELAY調(diào)節(jié)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；

ZMC408SCAN的激光電源接口LASER內(nèi)置輸出口8控制激光器，輸出可配置PWM，控制器的通用輸出口OUT0-7支持PWM功能和PSO功能，PWM輸出受正常輸出功能的控制，只有輸出口狀態(tài)ON的時候PWM才能實際輸出，可以用來控制激光能量。

ZMC408SCAN控制器存在模擬量輸入輸出各兩路，可進(jìn)行控制激光器能量輸出，模擬量精度為12位，電壓范圍0-10V。

1.LASER激光電源接口

（1）接口說明

ZMC408SCAN控制器LASER激光電源接口功能：

A.LASER激光電源接口支持連接IPG、YLR、YLS等類型激光電源；

B.可通過直接控制器發(fā)送激光、紅光、使能等輸出信號進(jìn)行操作激光器讓激光器進(jìn)行對應(yīng)響應(yīng)；

C.DB接口中帶有1個PWM輸出口；

D.可接收激光器信號，可顯示IN信號并作出對應(yīng)響應(yīng)。

LASER激光電源接口采用DB25針公頭，針腳說明參見下表：

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注意：

A.上表的輸入輸出除PWM和Modulation之外其它信號作用支持自定義；

B.OUT(9)、AOUT(2)和AIN(2)為預(yù)留信號，標(biāo)準(zhǔn)型號中沒有，如果需要請訂貨時選擇特殊型號。

（2）接線參考

LASER激光電源接口內(nèi)部電路圖和與IPG200W光纖激光器的接線參考如下圖所示：

A.LASER激光器接口接線原理如上圖所示，數(shù)字IO接口除OUT8，OUT9外可自行定義；

B.對于需要模擬量輸入的激光器有兩種接線選項，對分辨率要求不高的可以選用控制器12位DA接口實現(xiàn)，對于分辨率要求較高的可以選擇LASER接口中帶16位DA的型號；

C.請使用屏蔽線接線，尤其是環(huán)境惡劣的場合，務(wù)必使屏蔽層充分接地。

（3）使用說明

A.請按照以上接線說明正確接線；

B.上電后請選用EtherNET、RS232（默認(rèn)參數(shù)可直接連接）、RS485（默認(rèn)參數(shù)可直接連接，硬件需使用轉(zhuǎn)接頭）三種任一種接口連接ZDevelop；

C.通過ZDevelop視圖欄中輸入輸出窗口操作監(jiān)控對應(yīng)IO點(diǎn)；

D.通過ZDevelop視圖欄中AD/DA窗口操作監(jiān)控對應(yīng)模擬量輸入輸出口；

E.通過ZDevelop在線命令發(fā)送指令PWM_FREQ(PWM編號)=頻率，PWM_DUTY(PWM編號)=占空比。

參考BASIC例程：激光控制參考上節(jié)引腳說明。

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BASE(4,5) '選擇振鏡SCAN 0接口，對應(yīng)軸號4,5 ATYPE = 21,21 '設(shè)置軸4,5為振鏡軸類型UNITS = 200,200 '設(shè)置軸4,5脈沖當(dāng)量為200個bit為單位DPOS =0,0 '軸位置清零CORNER_MODE = 2,2 '設(shè)置振鏡軸拐角延時DECEL_ANGLE = 30*PI/180,30*PI/180 '設(shè)置軸拐角延時范圍STOP_ANGLE = 90*PI/180,90*PI/180 '設(shè)置軸拐角延時范圍ZSMOOTH = 1000,1000 '設(shè)置拐角延時最大延時時間1000usFORCE_SPEED = 100,100 '設(shè)置軸4,5 SCAN運(yùn)動速度 100*200 bit/sMOVESCANABS(0,0) '振鏡移動到中心零點(diǎn)位置TRIGGERBase(4,5)Aout(0)=2048????????? '12位模擬量輸出口0設(shè)置激光器功率為50%，0-10V對應(yīng)功率0-100%Op(29,ON)??????????? ?'打開激光器使能IO????FORCE_SPEED?=?2000?? ?'空移速度MOVESCANABS(50,50) '空移到50,50位置MOVEOP_DELAY =-1.5 '提前1.5ms開光 ,延時開光使用MOVE_DELAYMOVE_PWM(8,0.5,10000)?'設(shè)置PWM占空比0.5，頻率10000KMOVE_OP(8,ON)?????????'出光FORCE_SPEED = 1000 '標(biāo)刻速度MOVESCANABS(150,150)??'移到150,150位置MOVE_DELAY(2.5)????? '延時關(guān)光2.5msMOVE_OP(8,OFF) '關(guān)光END

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在振鏡加工的運(yùn)動指令應(yīng)用領(lǐng)域，MOVESCAN與MOVESCANABS指令中，CORNER_MODE?=?2此處用于開啟振鏡軸的拐角延時，ZSMOOTH用于設(shè)置拐角延時的最大時間，us單位，DECEL_ANGLE和STOP_ANGLE用于設(shè)置拐角延時的起始角度和角度，拐角延時的具體時間在這兩個角度之間從0-ZSMOOTH線性分布。

示波器采樣運(yùn)動波形如下：在運(yùn)動到位置50之前提前1.5ms開光，運(yùn)動結(jié)束延時2.5ms光關(guān)。

2.EXIO擴(kuò)展IO接口

（1）接口說明

ZMC408SCAN控制器上的激光電源控制接口除了定義好的LASER之外，還有個EXIO擴(kuò)展IO接口可靈活配置，專門用來驅(qū)動市面上的主流激光器，EXIO擴(kuò)展IO接口需要專用的轉(zhuǎn)接板才能使用，該接口不可對接除專用轉(zhuǎn)接板以外的任何負(fù)載，轉(zhuǎn)接板可靈活定制。

EXIO擴(kuò)展IO接口目前可支持?jǐn)U展標(biāo)準(zhǔn)的YGA、FIBER等激光器類型，通過EXIO擴(kuò)展接口連接擴(kuò)展板，轉(zhuǎn)換TTL信號后控制激光器的激光使能、激光開關(guān)、激光能量控制等。

硬件接線完成還需使用指令配置EXIO擴(kuò)展接口，配置連接擴(kuò)展板的輸入/輸出信號。

EXIO擴(kuò)展IO接口采用DB25針母頭，引腳的說明如下表，主要包含0-19一共20個IO接口，IO可配置為輸入或輸出，配置完成IO編號參考右側(cè)對應(yīng)的輸入/輸出的編號說明（例如映射為數(shù)字輸入，參考輸入口一欄編號）。

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注意：

A.EXIO_0-EXIO_19均可配置成輸入/輸出口，所對應(yīng)的編號如右邊；

B.該接口中的信號不可直接連接負(fù)載，需定制轉(zhuǎn)接板進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

C.轉(zhuǎn)接板可靈活定制，可根據(jù)需要設(shè)計通訊方式。

（2）IO配置方法

EXIO接口經(jīng)轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)接之后，參考對應(yīng)激光器引腳，再通過指令EXIO_DIR進(jìn)行配置IO輸入輸出，配置完成即可通過輸出口相關(guān)指令控制對應(yīng)的IO口。

EXIO_0-19均可配置成輸入/輸出口，所對應(yīng)輸入/輸出口的編號參見上表，EXIO_DIR配置順序參考OP或IN的編號。

指令語法：

EXIO_DIR(isel, dirbit)

Isel：0(指定激光器類型)

dirbit: 按位設(shè)置是否輸出, 0- 輸入, 1-輸出 (自定義配置轉(zhuǎn)接口對應(yīng)的信號類型)

示例：

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EXIO_DIR(0, $8FFFF) '擴(kuò)展FIBER轉(zhuǎn)接板IO配置EXIO_DIR(0, $FCBFE) '擴(kuò)展YAG轉(zhuǎn)接板IO配置（3）EXIO擴(kuò)展IO接口使用步驟轉(zhuǎn)接板接線參考如下圖：

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A.選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)接板使用配套專用轉(zhuǎn)接線連接轉(zhuǎn)接板和控制器EXIO接口；

B.上電后請選用EtherNET、RS232、RS485三種任一種接口連接ZDevelop；

C.對控制器EXIO（0-19）號端口進(jìn)行配置，使轉(zhuǎn)接板所占用數(shù)字輸入/輸出口均得到使能；

D.使用FIBER轉(zhuǎn)接板IO配置指令EXIO_DIR(0,$8FFFF)、YAG轉(zhuǎn)接板IO配置指令EXIO_DIR(0,$FCBFE)；

E.自定義所使能的數(shù)字IO口，通過二次開發(fā)，實現(xiàn)控制器對激光器的功能控制。

3.FIBER激光器轉(zhuǎn)接板輸出接口

（1）接口說明

ZMC408SCAN-FIBER轉(zhuǎn)接板采用DB25公頭接口，可控制JPT、MOPA、IPG、YLP、YLPN、創(chuàng)鑫、銳科等激光器。擴(kuò)展IO配置EXIO_DIR(0,$8FFFF)。

FIBER激光器轉(zhuǎn)接板輸出接口說明如下表：

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（2）接線參考

FIBER激光器轉(zhuǎn)接板內(nèi)部電路圖和與MEPT-200P激光器的接線參考如下圖所示：

A.以上為MFPT-200P的接線示例，具體選擇對接的引腳也可以此為參考自行定義；

B.建議采用帶屏蔽層的接線，并且使屏蔽層充分接地（機(jī)殼）。

（3）使用說明

A.請按照以上接線說明正確接線；

B.上電后請選用EtherNET、RS232（默認(rèn)參數(shù)可直接連接）、RS485（默認(rèn)參數(shù)可直接連接，硬件需使用轉(zhuǎn)接頭）三種任一種接口連接ZDevelop；

C.通過ZDevelop在線命令發(fā)送指令EXIO_DIR(0,$8FFFF)；

D.通過ZDevelop視圖欄中輸入輸出窗口操作監(jiān)控對應(yīng)IO點(diǎn)；

E.通過ZDevelop視圖欄中AD/DA窗口操作監(jiān)控對應(yīng)模擬量輸入輸出口；

F.通過ZDevelop在線命令發(fā)送指令 PWM_FREQ(PWM編號) = 頻率，PWM_DUTY(PWM編號) = 占空比。

參考BASIC例程:

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EXIO_DIR(0,$8FFFF) '設(shè)置EXIO擴(kuò)展類型為FIBER轉(zhuǎn)接板類型BASE(4,5) '選擇振鏡SCAN 0接口，對應(yīng)軸號4,5ATYPE = 21,21 '設(shè)置軸4,5為振鏡軸類型UNITS = 200,200 '設(shè)置軸4,5脈沖當(dāng)量為200個bit為單位DPOS =0,0CORNER_MODE = 2,2 '設(shè)置振鏡軸拐角延時DECEL_ANGLE = 30*PI/180,30*PI/180STOP_ANGLE = 90*PI/180,90*PI/180ZSMOOTH = 1000,1000 '設(shè)置拐角延時最大延時時間1000usFORCE_SPEED?=?100,100?'設(shè)置軸4,5SCAN運(yùn)動速度100*200?bit/sMOVESCANABS(0,0)???? '振鏡移動到中心零點(diǎn)位置BASE(4,5)OP(47,ON) '打開激光器使能IOAOUT(3)=$80 '$為16進(jìn)制，根據(jù)激光器手冊，設(shè)置功率為128，對應(yīng)50%功率輸出，AOUT(3)按位配置針腳1-8的電平狀態(tài)OP(46,OFF) '觸發(fā)功率鎖存,修改功率OP(46,ON) TRIGGERFORCE_SPEED = 2000 '空移速度MOVESCANABS(50,50) '空移到50,50位置MOVEOP_DELAY =-1.5 '提前1.5mS開光 ,延時開光使用MOVE_DELAYMOVE_PWM(9,0.5,10000)?'設(shè)置PWM占空比0.5，頻率10000KMOVE_OP(8,ON)????? ?'出光，PWM生效FORCE_SPEED = 1000 '標(biāo)刻速度MOVESCANABS(150,150) '移到150,150位置MOVE_DELAY(2.5) '延時關(guān)光2.5msMOVE_OP(8,OFF) '關(guān)光END

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在振鏡加工的運(yùn)動指令應(yīng)用領(lǐng)域，MOVESCAN與MOVESCANABS指令中，CORNER_MODE?=?2此處用于開啟振鏡軸的拐角延時，ZSMOOTH用于設(shè)置拐角延時的最大時間，us單位，DECEL_ANGLE和STOP_ANGLE用于設(shè)置拐角延時的起始角度和角度，拐角延時的具體時間在這兩個角度之間從0-ZSMOOTH線性分布。

示波器采樣運(yùn)動波形如下：

4.YGA激光器轉(zhuǎn)接板輸出接口

（1）接口說明

ZMC408SCAN-YAG轉(zhuǎn)接板采用DB25公頭接口，實際IO口控制功能支持自定義功能可控制，下表按UW-YAG類型激光器映射功能。擴(kuò)展IO功能設(shè)置EXIO_DIR(0, $FCBFE)。

YGA激光器轉(zhuǎn)接板輸出接口說明如下表：

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（2）接線參考

YGA激光器轉(zhuǎn)接板內(nèi)部電路圖和與UW-075激光焊接機(jī)的接線參考如下圖所示：

A.以上為UW-075的接線示例，具體選擇對接的引腳也可以此為參考自行定義；

B.建議采用帶屏蔽層的接線，并且使屏蔽層充分接地（機(jī)殼）。

（3）使用說明

A.請按照以上接線說明正確接線；

B.上電后請選用EtherNET、RS232（默認(rèn)參數(shù)可直接連接）、RS485（默認(rèn)參數(shù)可直接連接，硬件需使用轉(zhuǎn)接頭）三種任一種接口連接ZDevelop；

C.通過ZDevelop在線命令發(fā)送指令EXIO_DIR(0,$FCBFE)；

D.通過ZDevelop視圖欄中輸入輸出窗口操作監(jiān)控對應(yīng)IO點(diǎn)；

E.通過ZDevelop視圖欄中AD/DA窗口操作監(jiān)控對應(yīng)模擬量輸入輸出口。

參考BASIC例程:

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EXIO_DIR(0,$FCBFE) '設(shè)置EXIO擴(kuò)展類型為YAG轉(zhuǎn)接板類型BASE(4,5) '選擇振鏡SCAN 0接口，對應(yīng)軸號4,5ATYPE?=?21,21?????? '設(shè)置軸4,5為振鏡軸類型UNITS?=?200,200???????'設(shè)置軸4,5脈沖當(dāng)量為200個bit為單位DPOS =0,0CORNER_MODE = 2,2 '設(shè)置振鏡軸拐角延時DECEL_ANGLE = 30*PI/180,30*PI/180STOP_ANGLE = 90*PI/180,90*PI/180ZSMOOTH = 1000,1000 '設(shè)置拐角延時最大延時時間1000usFORCE_SPEED?=?100,100?'設(shè)置軸4,5?SCAN運(yùn)動速度?100*200?bit/sMOVESCANABS(0,0)???? '振鏡移動到中心零點(diǎn)位置TRIGGERBASE(4,5)OP(53,ON) '設(shè)置激光器為外控模式OP(8,ON) '選擇工作模式1OP(41,OFF)OP(47,OFF)OP(39,OFF)OP(37,OFF)FORCE_SPEED = 2000 '空移速度MOVESCANABS(50,50) '空移到50,50位置MOVEOP_DELAY =-1.5 '提前1.5ms開光 ,延時開光使用MOVE_DELAYMOVE_OP(43,ON) '選擇主快門MOVE_OP(9,ON)?????? '出光FORCE_SPEED = 1000 '標(biāo)刻速度MOVESCANABS(150,150)??'移到150,150位置MOVE_DELAY(2.5) '延時關(guān)光2.5msMOVE_OP(9,OFF) '關(guān)光END

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在振鏡加工的運(yùn)動指令應(yīng)用領(lǐng)域，MOVESCAN與MOVESCANABS指令中，CORNER_MODE?=?2此處用于開啟振鏡軸的拐角延時，ZSMOOTH用于設(shè)置拐角延時的最大時間，us單位，DECEL_ANGLE和STOP_ANGLE用于設(shè)置拐角延時的起始角度和角度，拐角延時的具體時間在這兩個角度之間從0-ZSMOOTH線性分布。

示波器采樣運(yùn)動波形如下：

本次，正運(yùn)動技術(shù)開放式激光振鏡運(yùn)動控制器(二)：ZMC408SCAN激光控制方式，就分享到這里。

編輯：黃飛

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