开放式激光振镜运动控制器：C++快速开发

今天，正运动技术为大家分享一下应用ZMC408SCAN开放式激光振镜运动控制器的C++开发，实现激光振镜打标 ，可在文章末尾扫码获取例程源码。

除了C++还支持使用其他上位机软件来开发，上位机程序运行时需要动态库“zmotion.dll”，上位机开发调试时可以把ZDevelop软件同时连接到控制器辅助调试。

01  ZMC408SCAN控制器介绍

ZMC408SCAN是正运动技术新推出的一款支持EtherCAT总线的开放式激光振镜运动控制器，专为工业激光+振镜+运动控制方面的应用而设计。通过EtherCAT总线和脉冲轴接口能实现多轴联动运动控制。

ZMC408SCAN支持ETHERNET、EtherCAT、USB、CAN、RS485、RS232等通讯接口，通过CAN、EtherCAT总线可以连接各个扩展模块，从而扩展数字量、模拟量或运动轴。

（1）ZMC408SCAN内置高精度PSO位置同步输出功能，在加工圆角、曲线部分时即使进行了减速调整，在高速加工的场合，也能控制激光输出的间距保持恒定；

（2）支持激光振镜控制和振镜反馈，包含2个振镜接口，支持2D振镜和3D振镜，配合不带加减速的运动指令MOVESCAN，拐角处振镜加工自动延时，完成精准高效的激光控制，提高激光加工设备的产能；

（3）通过指令在运动中灵活的调节激光开光/关光延时，响应快，精确到us级别的控制，且设置过程简单，大大缩短了工程师的调参时间；

（4）自带LASER激光器控制接口，支持IPG、YLR、YLS等类型激光电源，还带一个EXIO扩展IO接口，通过定制转接板，灵活控制市场上主流的各种激光器；

（5）支持PC同时控制16个ZMC408SCAN控制器同时工作，形成一种振镜阵列的激光加工；

（6）板载4路高速差分脉冲输出，并带4路高速差分编码器反馈，支持EtherCAT总线驱动器的控制，支持5轴XYZAC轴的插补，支持振镜轴与运动轴混合插补。

（7）支持直线插补、任意圆弧插补、空间圆弧、螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随、虚拟轴设置等多种运动控制功能。

02  系统架构

下图为ZMC408SCAN开放式激光 控制器的参考架构，支持多种不同类型的激光器控制。

03  上位机和控制器通讯

上位机和控制器通讯调用正运动封装好的函数库，提供运动控制和激光控制等众多函数库接口，激光振镜的系统架构参见下图。

本例采用EtherNET网口连接控制器，通过函数ZAux_OpenEth()建立通讯连接，用户可在设置好的界面中选择当前网段下的控制器IP完成连接，控制器出厂IP地址192.168.0.11，参见下图。
 

04  激光控制

一、指令介绍

下面是我们程序中用到的接口函数，主要包含激光控制和激光振镜控制两部分，程序的实现可直接使用封装好的接口函数发送命令给控制器 。

本例采用FIBER激光器和2D激光振镜，用到下面的函数接口：

ZAux_Direct_MoveScanAbs：振镜轴多轴绝对直线插补SCAN运动，不带加减速过程，我们这里用来控制振镜轴运动，通过小线段的形式拟合圆形轨迹；

ZAux_Direct_MoveOpDelay：缓冲输出延时，提前开光时将延时时间设置为负数；

ZAux_Direct_MoveDelay：缓冲输出延时，我们这里用来延时关光。

激光功率设置：提供模拟量ZAux_Direct_SetDA、PWM的占空比ZAux_Direct_SetPwmDuty和频率ZAux_Direct_SetPwmFreq等方式控制设置振镜轴拐角处自动延时：

ZAux_Direct_SetCornerMode

1.振镜轴直线插补

ZAux_Direct_MoveScanAbs绝对运动，ZAux_Direct_MoveScan相对运动。

2.设置开关光

输出状态为0关光，输出状态为1开光。

3. 开关光延时

4. 提前/延时开关光

正数时间延时，负数时间提前开关光。

5. 设置激光能量（功率）

通过改变模拟量输出的电压值来控制激光能量大小。

6. PWM占空比

通过设置 PWM 的占空比来调整激光频率，在开始打轨迹之前一定要先设置好。

7. PWM频率

8. 振镜轴拐角延时

9. 拐角延时起始角度

10. 拐角延时结束角度

二、程序流程

先建立控制器通讯，获取连接句柄，激光器选择及参数设置，然后编辑红光与激光口控制开关，运动参数设置，轨迹参数进行小线段处理，开始运动，停止运动。

三、主要程序展示

初始化定义相关变量，初始化轴参数，配置好 FIBER 转接板的方向为输出，后续的激光轨迹加工控制由按钮触发。

在运动之前我们要设置好空移速度、打标速度、开关光延时、轨迹圆半径、标刻行列数、圆心距等参数。运动开始直接调用这些相关参数执行，获取完轨迹后调用3次文件执行。
 

1.初始化408FIBER转换板针脚定义，不同激光器类型定义一套不同的输出口，输出口可以在选择激光器类型后对应在界面上进行修改。

408 FIBER转换板参数初始化程序：

 

void CZmc_fontToMoveDlg::OnCbnSelchangeComboLaser()
{
   // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
   UpdateData(TRUE);
   if(m_nLaserType == FIBER_408)  //408 FIBER转换板参数设置
   {
       char  cmdbuffAck[2048] = "";
       int iresult = ZAux_Execute(m_Handle,"EXIO_DIR(0, $8FFFF)",cmdbuffAck,2048);
       m_nEnableIO = 47;  //使能io
       m_nLaserIO = 8;    //出关io
       m_nRedIO = 48;     //红光io
       m_nAout = 3;       //功率io
       m_nPwmIo = 9;      //频率io
   }
   else if(m_nLaserType == YLR_408)
   {
       m_nEnableIO = 31;  //使能io
       m_nLaserIO = 8;    //出关io
       m_nRedIO = 32;     //红光io
       m_nAout = 2;       //功率io
       m_nPwmIo = 9;      //频率io
   }
   else if(m_nLaserType == YAG_408)  //408 YAG转换板参数设置
   {
       char  cmdbuffAck[2048] = "";
       int iresult = ZAux_Execute(m_Handle,"EXIO_DIR(0, $AFBBF)",cmdbuffAck,2048);
       m_nEnableIO = 47;   //使能io
       m_nLaserIO = 8;     //出关io
       m_nRedIO = 48;      //红光io
       m_nAout = 3;        //功率io
       m_nPwmIo = 9;      //频率io
   }
   else if(m_nLaserType == FIBER_504)    //504
   {
       m_nEnableIO = 5;    //使能io
       m_nLaserIO = 6;     //出关io
       m_nRedIO = 28;     //红光io
       m_nAout = 2;      //功率io
       m_nPwmIo = 7;     //频率io
   }
   UpdateData(FALSE);
}

 

2.设置拐角延时与激光功率，再调用运动执行，程序如下。

 

void CZmc_fontToMoveDlg::OnBnClickedBtnMove()
{
   // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
   UpdateData(TRUE);
   //设置拐角减速此ZSMOOTH为拐角延时
   int iresult = ZAux_Direct_SetCornerMode(m_Handle,SCAN_AxisX,2);  
   //设置精准输出
   iresult = ZAux_Direct_SetParam(m_Handle,"AXIS_ZSET",SCAN_AxisX,3);      
   //设置拐角延时
   iresult = ZAux_Direct_SetZsmooth(m_Handle,SCAN_AxisX,m_nCorDelay);      
   //设置拐角起始角度，减速时间在DecelAngle-StopAngle线性变化
   iresult = ZAux_Direct_SetDecelAngle(m_Handle,SCAN_AxisX,0);            //设置拐角结束角度
   iresult = ZAux_Direct_SetStopAngle(m_Handle,SCAN_AxisX,90/180*3.1415926);  
    //设置激光功率
   iresult = ZAux_Direct_SetDA(m_Handle,m_nAout,m_nAoutVal);          
   //设置激光频率
   iresult = ZAux_Direct_SetPwmDuty(m_Handle,m_nPwmIo,0.5);        
   iresult = ZAux_Direct_SetPwmFreq(m_Handle,m_nPwmIo,m_nPwmFreq);    
   //获取轨迹数据，(0,0)为圆外接起点，5*5间距画半径为5的小圆
   Cal_WorkData(m_fStartX, m_fStartY, m_nStepDis, m_nColNum, m_nRowNum, m_fRadius);     
   Run_3FileMode();
}

 

3.圆弧转小线段是将我们的设置的圆弧轨迹转换为小线段存起来，然后转换后由3次文件的形式加载执行。

圆弧转小线段程序如下：

 

void CZmc_fontToMoveDlg::Cal_WorkData(float fStartX, float fStartY, float iStepDis, int iColNum, int iRowNum, float fRadius)
{
   //圆弧转小线段
   int ilen = -1;
   double ArcX;
   double ArcY;
   //获取单个整圆转换长度
   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("圆弧转小线段失败错误码：%d",iret);
       MessageBox(StrErr);
       return;
   }
   double *ArcToLineX;
   double *ArcToLineY;
   ArcToLineX = (double*)malloc(sizeof(double)*ilen);
   ArcToLineY = (double*)malloc(sizeof(double)*ilen);
   //获取数据
   iret = ZMotionOptimize_TransArcSeges(m_Handle, fStartX - fRadius, fStartY, fStartX + fRadius, fStartY + 2 * fRadius, 0, -2 * PI, m_refDistance, ArcToLineX, ArcToLineY, &ilen);
   //轨迹总长度
   m_GraphTotalLen = ilen * iColNum * iRowNum;
   m_GraphData  = (struct_GraphPos*)malloc(sizeof(struct_GraphPos)*m_GraphTotalLen);    //申请分配内存
   //填写数据
   int iAcr = 0;
   for (int icol = 0; icol < iColNum ; icol++)
   {
       for(int irow = 0 ;irow

 

4.这里程序完成空移，然后移动完成之前，如果下一条运动指令执行的是轨迹运动，那么提前将激光打开。

 

//空移到打标点起始点
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);    //设置打标轴
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //空移到起点
   sprintf(tempbuff, "FORCE_SPEED = %fn",m_dEmpSpeed);    //设置空移速度
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f)n",(*iGraphData).fposx,(*iGraphData).fposy);    //移动
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //设置提前开光
   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);
   }
   //开光
   sprintf(tempbuff, "MOVE_OP(%d,1)nMOVE_DELAY(10)nMOVE_OP(%d,1)n",m_nEnableIO,m_nLaserIO);  
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //判断命令长度是否发送
   strcat(g_MoveStr,cmdbuff);
   Zscan_Z3pFile_Down();
}
//生成打标直线段字符串
void CZmc_fontToMoveDlg::Zscan_Z3pFile_LineString(struct_GraphPos *iGraphData)
{
   char  cmdbuff[2048] = "";      
   char  tempbuff[2048] = "";
   //生成命令
   //空移到起点
   sprintf(tempbuff, "FORCE_SPEED = %fn",m_dSpeed);    //设置打标速度
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f)n",(*iGraphData).fposx,(*iGraphData).fposy);    //移动
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //判断命令长度是否发送
   strcat(g_MoveStr,cmdbuff);
   Zscan_Z3pFile_Down();
}

 

5.延时关光是在打标轨迹完成后，将激光延时关闭。

延时关光程序如下：

 

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);    //设置空移速度
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f)n",(*iGraphData).fposx,(*iGraphData).fposy);    //移动
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //延时关光
   if(m_nLastDelay >0)
   {
       //延时关光
       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);
   }
   //关光
   sprintf(tempbuff, "MOVE_OP(%d,OFF)n",m_nLaserIO);  
   strcat(cmdbuff, tempbuff);
   //判断命令长度是否发送
   strcat(g_MoveStr,cmdbuff);
   Zscan_Z3pFile_Down();
}

 

四、最终效果

首先点击下拉框选择控制器IP，点击连接，依次设置好激光器参数、运动参数，设置好后输入打轨迹的参数，点击运动开始打圆形轨迹，点击停止结束。

通过 Z develop 软件的示波器采样运动结果：先从其他位置空移到起始位置，然后提前 1ms 开光，走完一个圆形轨迹，关闭激光（延时关光），再空移到下一个圆形轨迹的起点，开光（提前 1ms 开光） , 又走完一个轨迹后，关光（延时 5ms 关光），如此循环执行，直到设置的行列数打完停止（打轨迹中也能点击停止）。

XY模式下的轨迹，轨迹包括了圆形打标轨迹和空走轨迹：

本次，正运动技术开放式激光振镜运动控制器：C++快速开发 ，就分享到这里。

　　审核编辑：汤梓红