ZMC408SCAN光纤激光器如何实现激光能量的控制

上一节介绍了控制器的功能、硬件参数与硬件接口的特点等，本节主要介绍激光相关的接口与如何实现激光能量的控制。

本节以FIBER类型的激光器为例，采用控制器的 EXIO扩展接口通过标准的FIBER激光器转接板连接激光器。

通过EXIO_DIR指令配置转接板的端子是做输入口还是输出口，之后便可参考激光器的手册，使用IO控制指令控制激光器的能量和开关。

01ZMC408SCAN硬件说明

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。支持16路运动轴的复杂连续轨迹控制需求，可实现振镜轴+脉冲轴+总线轴的混合插补。

1.ZMC408SCAN实现激光加工包含运动控制与激光控制两大部分，只需一台ZMC408SCAN控制器便可实现振镜控制+激光能量控制+运动轴控制。

（1）运动控制：使用常用的电机驱动设备（脉冲型或EtherCAT总线型驱动器均支持），或者通过激光振镜实现运动；

（2）激光控制：通过LASER、支持PWM功能的OUT输出口或者EXIO扩展接口连接市面上常用的多种类型的激光器。使用MOVE_OP指令控制激光开关，MOVE_PWM指令调节激光的频率和占空比，另外还有MOVE_DELAY指令和MOVEOP_DELAY指令控制开关光的延时。

2.ZMC408SCAN在激光加工领域的优势。

（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关/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。

3.接口说明。

控制器的接口说明如下表：

 

标识	接口	个数	说明
RS232	232串口	1个	采用MODBUS_RTU协议
RS485	485串口	1个	采用MODBUS_RTU协议
CAN	CAN总线	1个	连接CAN扩展模块或控制器
ETHERNET	网口	1个	采用MODBUS_TCP协议，通过交换机扩展网口个数，至少包含两路网口通道 默认IP地址192.168.0.11
EtherCAT	总线口	1个	EtherCAT总线接口，接EtherCAT总线驱动器和扩展模块
E+24V	主电源	1个	24V直流电源供电
UDISK	U盘接口	1个	插入U盘设备
IN	数字量输入	24个	NPN类型，内部24V供电，输入0-3具有锁存功能
OUT	数字量输出	12个	NPN类型，内部24V供电，输出0-7具有PWM功能，输出0-7具有精准输出和PSO功能
AD	模拟量输入	2个	分辨率12位，0-10V
DA	模拟量输出	2个	分辨率12位，0-10V
Axis	脉冲轴接口	4个	每个接口包含差分脉冲输出和差分编码器输入
SCAN	振镜接口	2个	激光振镜接口，带反馈，采用XY2-100协议
LASER	激光控制接口	1个	激光电源控制端口，支持IPG、YLR、YLS等类型激光电源
MPG	手轮接口	1个	5-24V手轮信号输入
EXIO	扩展IO接口	1个	灵活定制转接板，可扩展FIBER、YGA等其它类型激光电源控制接口

 

4.EXIO扩展FIBER激光器。

ZMC408SCAN控制FIBER激光器，需要通过EXIO扩展接口连接ZMC408SCAN-FIBER扩展板，转换TTL信号后控制激光器的激光使能、红光开关以及8位数字量输出口控制激光能量，接线完成还需使用指令配置EXIO扩展接口，配置连接扩展板的输入/输出信号。

EXIO_0-EXIO_19 均可配置成输入/输出口，所对应输入/输出口的编号参见下表。

EXIO接口经转换板转接之后，参考对应激光器引脚，再通过指令EXIO_DIR进行配置对应位映射输入输出，配置完成即可通过输出命令控制对应的IO口。

指令语法：

EXIO_DIR(isel, dirbit)

Isel：0(指定激光器类型)

dirbit: 按位设置是否输出, 0- 输入, 1-输出 (自定义配置转接口对应的信号类型)

示例：

 

EXIO_DIR(0, $8FFFF) 'FIBER转接板配置

 

EXIO扩展IO接口采用25针母头，引脚的说明如下表，主要包含0-19一共20个IO接口，IO配置完使用时参考右侧对应的输入/输出的轴号说明。

 

接口编号	信号名称	信号说明	映射数字输入	映射数字输出
1	GND	内部数字地输出	/	/
2	EXIO_0	扩展IO0	67	53
3	EXIO_1	扩展IO1	64	50
4	EXIO_2	扩展IO2	59	9
5	EXIO_3	扩展IO3	57	43
6	GND	内部数字地输出	/	/
7	EXIO_4	扩展IO4	65	51
8	EXIO_5	扩展IO5	51	37
9	EXIO_6	扩展IO6	53	39
10	EXIO_7	扩展IO7	61	47
11	EXIO_8	扩展IO8	55	41
12	EXIO_9	扩展IO9	58	8
13	GND	内部数字地输出	/	/
14	EXIO_10	扩展IO10	66	52
15	EXIO_11	扩展IO11	68	54
16	EXIO_12	扩展IO12	56	42
17	EXIO_13	扩展IO13	60	46
18	EXIO_14	扩展IO14	62	48
19	EXIO_15	扩展IO15	63	49
20	EXIO_16	扩展IO16	50	36
21	EXIO_17	扩展IO17	52	38
22	EXIO_18	扩展IO18	54	40
23	EXIO_19	扩展IO19	69	55
24	GND	内部数字地输出	/	/
25	+5V	+5V电源输出	/	/

 

注意：IO配置完使用时参考右侧对应的输入/输出的轴号说明。

5.FIBER激光器转接板输出接口。

ZMC408SCAN-FIBER 采用DB25公头接口，可控制JPT、MOPA、IPG、YLP、YLPN、创鑫、锐科等激光器。扩展IO功能需要设置EXIO_DIR(0, $8FFFF)，确定针脚的输入输出信号。

FIBER激光器转接板输出接口说明如下表：

 

针脚号	信号	说明	IO控制信号
1	D0	功率设定位D0	OUT36
2	D1	功率设定位D1	OUT37
3	D2	功率设定位D2	OUT38
4	D3	功率设定位D3	OUT39
5	D4	功率设定位D4	OUT40
6	D5	功率设定位D5	OUT41
7	D6	功率设定位D6	OUT42
8	D7	功率设定位D7	OUT43
9	LATCH	功率锁存信号，上升沿有效。	OUT46
10	NC	保留	/
11	STA2	报警状态反馈(输入接口)	IN68
12	NC	保留	/
13	NC	保留	/
14、15	GND	数字参考地	/
16	STA0	报警状态反馈(输入接口)	IN66
17	+5V	+5V输出，100mA左右，不用时悬空	/
18	M0	主振荡器开关信号	OUT47
19	GATE	激光器调制信号	OUT8
20	PRR	激光频率信号	OUT9
21	STA1	报警状态反馈(输入接口)	IN67
22	RED LIGHT	红光信号	OUT48
23	EMSTOP	急停信号	OUT49
24、25	NC	保留	/

 

02FIBER激光器控制实例

1.使用参考步骤

（1）请按照以上接线说明正确接线； （2）上电后请选用EtherNET、RS232（默认参数可直接连接）、RS485（默认参数可直接连接，硬件需使用转接头）三种任一种接口连接ZDevelop； （3）通过ZDevelop在线命令发送指令EXIO_DIR(0,$8FFFF)； （4）通过ZDevelop视图栏中输入输出窗口操作监控对应IO点； （5）通过ZDevelop视图栏中AD/DA窗口操作监控对应模拟量输入输出口； （6）通过ZDevelop在线命令发送指令PWM_FREQ(PWM编号) = 频率，PWM_DUTY(PWM编号) = 占空比。

2.控制器与激光器接线

以ZMC408SCAN控制FIBER激光器为例，分为运动控制和激光控制两部分。

→运动控制部分采用脉冲驱动器。

→激光控制部分采用EXIO扩展IO接口扩展，通过Fiber转接板连接激光器。

→控制器与转接板、激光器与转接板均采用标准DB25线直连，配线简单方便。接线参考图如下：

EXIO扩展IO配置：

说明：采用EXIO接口扩展后，均需要使用EXIO_DIR指令对扩展IO进行方向配置才可正常使用。

按上节接线完成后，配置好EXIO扩展IO接口的IO方向之后才能控制激光器，FIBER转接板扩展IO功能设置EXIO_DIR(0, $8FFFF)。

3.控制器与脉冲驱动器接线

ZMC408SCAN提供4个本地差分脉冲轴接口，同时包含差分编码器输入，每个接口为标准DB26母座。

本次接线使用AXIS 0和AXIS 1接口连接脉冲驱动器。

与松下A5/A6伺服驱动器接线参考示例：

（1）差分脉冲轴接口接线原理如上图所示，不同型号驱动器接线方法存在差异，请谨慎连接；

（2）请使用屏蔽双绞线接线，尤其是环境恶劣的场合，务必使屏蔽层充分接地。

4.激光控制说明

例如MFPT-200P激光器的控制端口针脚说明如下表，对比上表可知，FIBER-DB25头转接板输出接口采用与该激光器匹配的标准端口，针脚定义一致，可直接与该激光器相连，再通过OUT引脚控制激光器。

主要控制端子说明：

（1）功率信号定义：设置针1～8的TTL信号，通过TTL信号的组合来设置泵浦激光二极管的电流，从而控制激光器的输出功率。通过1～8针可以设置0～255范围内的编码，对应于0～100％的功率输出。

（2）电源：针17和GND组成激光器控制端口的供电回路，采用5V直流供电。

激光器相关操作如下：

（1）激光器类型设置：调用指令EXIO_DIR设置EXIO激光器类型为FIBER类型。

（2）激光器功率设定：调用指令AOUT(3)操作DA(3)修改D0-D7的值范围0-255对应激光器0-100%的功率。AOUT(3)的值按位也对应到输出口OUT36-OUT43的状态。

（3）激光器打开：调用指令MOVE_OP操作OUT47打开激光器使能，延时5ms后调用指令MOVE_OP操作OUT(8)打开激光。

（4）激光器红光：调用指令MOVE_OP操作OUT(48)打开红光。

（5）激光器PWM功率设置：调用指令PWM_FREQ操作PWM9设置PRR信号输出频率,调用指令PWM_DUTY操作PWM9设置PRR信号占空比。

5.接线参考

（1）以上为MFPT-200P的接线示例，具体选择对接的引脚也可以此为参考自行定义；

（2）建议采用带屏蔽层的接线，并且使屏蔽层充分接地（机壳）。

6.应用例程

（1）Basic程序如下：激光控制采用FIBER转接口连接激光器，运动控制采用两个脉冲轴。在变量初始化程序中可定义使用红光或激光的模式，自行设置激光功率和运动速度等参数。

（2）示波器采样运动结果：从原点走到加工起始点，打标ZMC字样，完成后回到原点。

（3）XY模式下的打标轨迹。

（4）XYZ模式下的打标轨迹：Z轴为激光开关信号，能区分打标和空走的部分。

审核编辑：郭婷