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。
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。
指令27 | ZAux_Direct_MoveScanAbs | ||||||||||
指令原型 | int32 __stdcall ZAux_Direct_MoveScanAbs(ZMC_HANDLE handle, int imaxaxises, int *piAxislist,float *pfDisancelist) | ||||||||||
指令说明 | 振镜轴多轴相对直线插补Scan运动。 | ||||||||||
输入参数 |
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输出参数 | / | ||||||||||
返回值 | 成功返回值为0,非0详见错误码说明。 | ||||||||||
详细说明 |
插补运动距离X= 运动时间T=X/主轴速度 插补运动时只有主轴速度参数有效,主轴是轴列表数组的第一个轴,运动参照这个轴的参数。 |
2.设置开关光
输出状态为0关光,输出状态为1开光。
指令1 | ZAux_Direct_SetOp | ||||||||
指令原型 | int32 __stdcall ZAux_Direct_SetOp(ZMC_HANDLE handle, int ionum,uint32 iValue); | ||||||||
指令说明 | 打开输出口,参见软件手册里面的“OP”指令。 | ||||||||
输入参数 |
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输出参数 | / | ||||||||
返回值 | 成功返回值为0,非0详见错误码说明。 | ||||||||
详细说明 |
ZIO扩展板的IO通道号与拨码有关,起始值为(16 +拨码组合值*16),EIO总线扩展IO使用NODE_IO指令,只能设置为8的倍数,详细查看硬件手册。 注意IO映射编号要大于控制器自身最大的IO编号,不能与控制器的编号重合。 最多可操作32个输出口。 |
3.开关光延时
指令13 | ZAux_Direct_MoveDelay | ||||||||
指令原型 | int32 __stdcall ZAux_Direct_MoveDelay(ZMC_HANDLE handle, int iaxis, int itimems) | ||||||||
指令说明 | 运动缓冲里面写入延时。 | ||||||||
输入参数 |
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输出参数 | / | ||||||||
返回值 | 成功返回值为0,非0详见错误码说明。 | ||||||||
指令示例 |
ZAux_Direct_Single_Move(handle, 0, 100);//轴0正向运动100 ZAux_Direct_MoveDelay(handle, 0,1000);//轴0正向运动100后延时1s,才执行下一条缓冲 |
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详细说明 | 前面的运动指令结束时速度会自动降为0,然后延时等待。 |
4.提前/延时开关光
正数时间延时,负数时间提前开关光。
指令14 | ZAux_Direct_MoveOpDelay | ||||||||
指令原型 | int32 __stdcall ZAux_Direct_MoveOpDelay(ZMC_HANDLE handle, float uTime, int nAxis) | ||||||||
指令说明 | 轴缓冲中MOVEOP精准高速输出口提前/延时输出。 | ||||||||
输入参数 |
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输出参数 | / | ||||||||
返回值 | 成功返回值为0,非0详见错误码说明。 | ||||||||
指令示例 |
ZAux_Direct_MoveOpDelay(handle,0,-1.5); //后面轴0的MOVE_OP输出口提前1.5ms动作。 ZAux_Direct_Single_Move(handle, 0, 100);//轴0正向运动100 ZAux_Direct_MoveOp(handle, 0,0, 1);//轴0正向运动100后把out0的状态置为1 |
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详细说明 | 不影响插补轴速度曲线,只对MOVE_OP输出口进行延时操作,设置负值时表示提前输出。 |
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。
指令7 | ZAux_Direct_SetDA | ||||||||
指令原型 | int32 __stdcall ZAux_Direct_SetDA(ZMC_HANDLE handle, int ionum, float fValue); | ||||||||
指令说明 | 打开模拟量输出口,参见软件手册里面的“AOUT”指令。 | ||||||||
输入参数 |
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输出参数 | / | ||||||||
返回值 | 成功返回值为0,非0详见错误码说明。 | ||||||||
详细说明 |
12位刻度值范围0~4095对应0~10V电压。 16位刻度值范围0~65536对应0~10V电压。 |
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。
指令4 | ZAux_Direct_SetPwmDuty | ||||||||
指令原型 | int32 __stdcall ZAux_Direct_SetPwmDuty(ZMC_HANDLE handle, int ionum, float fValue); | ||||||||
指令说明 | pwm占空比设置,参见软件手册里面的“PWM_DUTY”指令。 | ||||||||
输入参数 |
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输出参数 | / | ||||||||
返回值 | 成功返回值为0,非0详见错误码说明。 | ||||||||
详细说明 |
PWM只能通过设置占空比为0来关闭,不能通过设置PWM频率为0实现,PWM频率一定要在PWM开关之前调整。 占空比指有效电平占整个周期的比例。 一个周期中先输出有效电平,再输出无效电平。 PWM的实际输出受输出口的控制,必须输出口打开,PWM才能输出,否则输出被屏蔽掉。可以先开PWM功能,然后再开输出口,这样实现激光电源的首脉冲抑制功能。 |
7.PWM频率
指令3 | ZAux_Direct_SetPwmFreq | ||||||||
指令原型 |
int32 __stdcall ZAux_Direct_SetPwmFreq(ZMC_HANDLE handle, int ionum, float fValue); |
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指令说明 | pwm 频率设置, 参见软件手册里面的“ PWM_FREQ”指令。 | ||||||||
输入参数 |
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输出参数 | / | ||||||||
返回值 | 成功返回值为0,非0详见错误码说明。 | ||||||||
详细说明 | PWM只能通过设置占空比为0来关闭,不能通过设置PWM频率为0实现,不要将频率设为0,PWM频率一定要在PWM开关之前调整。 |
8.振镜轴拐角延时
指令15 | ZAux_Direct_SetCornerMode | |||||||||||||||||
指令原型 | int32 __stdcall ZAux_Direct_SetCornerMode(ZMC_HANDLE handle, int iaxis, int iValue); | |||||||||||||||||
指令说明 | 设置振镜轴SCAN指令拐角延时模式。针对非Scan运动指令意义不同。 | |||||||||||||||||
输入参数 |
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输出参数 | / | |||||||||||||||||
返回值 | 成功返回值为0,非0详见错误码说明。 | |||||||||||||||||
详细说明 |
mode:不同的位代表不同的意义,位可以同时使用。
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9.拐角延时起始角度
指令16 | ZAux_Direct_SetDecelAngle | ||||||||
指令原型 | int32 __stdcall ZAux_Direct_SetDecelAngle(ZMC_HANDLE handle, int iaxis, float fValue); | ||||||||
指令说明 | 设置拐角减速角度,开始减速角度,单位为弧度。 | ||||||||
输入参数 |
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输出参数 | / | ||||||||
返回值 | 成功返回值为0,非0详见错误码说明。 | ||||||||
详细说明 |
拐角延时时间以ZSMOOTH为参考,一定要设置合理的FORCE_SPEED。 角度转换弧度公式:角度值*(PI/180) 减速角度是指电机的参考角度相对上一条运动的变化值。如下图。 此角度值不是实际轨迹的角度,是换算到电机变换的角度,此角度值仅为参考。 下一插补运动轨迹处于下方时取绝对值。 直线与圆弧相连时按照圆弧的切线方向计算角度。 与STOP_ANGLE一起使用,当实际运动的角度处于DECEL_ANGLE(上限)与STOP_ANGLE(下限)之间线性自动计算延时时间。 |
10.拐角延时结束角度
指令17 | ZAux_Direct_SetStopAngle | ||||||||
指令原型 | int32 __stdcall ZAux_Direct_SetStopAngle(ZMC_HANDLE handle, int iaxis, float pfValue); | ||||||||
指令说明 | 设置停止减速角度。 | ||||||||
输入参数 |
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输出参数 | / | ||||||||
返回值 | 成功返回值为0,非0详见错误码说明。 | ||||||||
详细说明 |
拐角延时时间以ZSMOOTH为参考,一定要设置合理的FORCE_SPEED。 角度转换弧度公式:角度值*(PI/180) 减速角度是指电机的参考角度相对上一条运动的变化值。如下图。 此角度值不是实际轨迹的角度,是换算到电机变换的角度,此角度值仅为参考。 下一插补运动轨迹处于下方时取绝对值。 直线与圆弧相连时按照圆弧的切线方向计算角度。 与STOP_ANGLE一起使用,当实际运动的角度处于DECEL_ANGLE(上限)与STOP_ANGLE(下限)之间线性自动计算延时时间。。 |
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) ",SCAN_AxisX,SCAN_AxisY); //设置打标轴 strcat(cmdbuff, tempbuff); //空移到起点 sprintf(tempbuff, "FORCE_SPEED = %f ",m_dEmpSpeed); //设置空移速度 strcat(cmdbuff, tempbuff); sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f) ",(*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 = %f ",m_nStartDelay/1000); strcat(cmdbuff, tempbuff); } else { sprintf(tempbuff, "MOVE_DELAY(%f) ",m_nStartDelay/1000); strcat(cmdbuff, tempbuff); } //开光 sprintf(tempbuff, "MOVE_OP(%d,1) MOVE_DELAY(10) MOVE_OP(%d,1) ",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 = %f ",m_dSpeed); //设置打标速度 strcat(cmdbuff, tempbuff); sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f) ",(*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 = %f ",m_dEmpSpeed); //设置空移速度 strcat(cmdbuff, tempbuff); sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f) ",(*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 = 0 MOVE_DELAY(%f) ",m_nLastDelay/1000); strcat(cmdbuff, tempbuff); } else { sprintf(tempbuff, "MOVEOP_DELAY = %f ",m_nLastDelay/1000); strcat(cmdbuff, tempbuff); } //关光 sprintf(tempbuff, "MOVE_OP(%d,OFF) ",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Zdevelop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:彭静
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