應用ZMC408SCAN開放式激光振鏡運動控制器的C++開發

今天，正運動技術為大家分享一下應用ZMC408SCAN開放式激光振鏡運動控制器的C++開發，實現激光振鏡打標。

除了C++還支持使用其他上位機軟件來開發，上位機程序運行時需要動態庫“zmotion.dll”，上位機開發調試時可以把ZDevelop軟件同時連接到控制器輔助調試。

01 ZMC408SCAN控制器介紹

ZMC408SCAN是正運動技術新推出的一款支持EtherCAT總線的開放式激光振鏡運動控制器，專為工業激光+振鏡+運動控制方面的應用而設計。通過EtherCAT總線和脈沖軸接口能實現多軸聯動運動控制。

ZMC408SCAN支持ETHERNET、EtherCAT、USB、CAN、RS485、RS232等通訊接口，通過CAN、EtherCAT總線可以連接各個擴展模塊，從而擴展數字量、模擬量或運動軸。

（1）ZMC408SCAN內置高精度PSO位置同步輸出功能，在加工圓角、曲線部分時即使進行了減速調整，在高速加工的場合，也能控制激光輸出的間距保持恒定；

（2）支持激光振鏡控制和振鏡反饋，包含2個振鏡接口，支持2D振鏡和3D振鏡，配合不帶加減速的運動指令MOVESCAN，拐角處振鏡加工自動延時，完成精準高效的激光控制，提高激光加工設備的產能；

（3）通過指令在運動中靈活的調節激光開光/關光延時，響應快，精確到us級別的控制，且設置過程簡單，大大縮短了工程師的調參時間；

（4）自帶LASER激光器控制接口，支持IPG、YLR、YLS等類型激光電源，還帶一個EXIO擴展IO接口，通過定制轉接板，靈活控制市場上主流的各種激光器；

（5）支持PC同時控制16個ZMC408SCAN控制器同時工作，形成一種振鏡陣列的激光加工；

（6）板載4路高速差分脈沖輸出，并帶4路高速差分編碼器反饋，支持EtherCAT總線驅動器的控制，支持5軸XYZAC軸的插補，支持振鏡軸與運動軸混合插補；

（7）支持直線插補、任意圓弧插補、空間圓弧、螺旋插補、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨、虛擬軸設置等多種運動控制功能。

02 系統架構

下圖為ZMC408SCAN開放式激光控制器的參考架構，支持多種不同類型的激光器控制。

03 上位機和控制器通訊

上位機和控制器通訊調用正運動封裝好的函數庫，提供運動控制和激光控制等眾多函數庫接口，激光振鏡的系統架構參見下圖。

本例采用EtherNET網口連接控制器，通過函數ZAux_OpenEth()建立通訊連接，用戶可在設置好的界面中選擇當前網段下的控制器IP完成連接，控制器出廠IP地址192.168.0.11，參見下圖。

04 激光控制 一、指令介紹

下面是我們程序中用到的接口函數，主要包含激光控制和激光振鏡控制兩部分，程序的實現可直接使用封裝好的接口函數發送命令給控制器。

本例采用FIBER激光器和2D激光振鏡，用到下面的函數接口：

ZAux_Direct_MoveScanAbs：振鏡軸多軸絕對直線插補SCAN運動，不帶加減速過程，我們這里用來控制振鏡軸運動，通過小線段的形式擬合圓形軌跡；

ZAux_Direct_MoveOpDelay：緩沖輸出延時，提前開光時將延時時間設置為負數；

ZAux_Direct_MoveDelay：緩沖輸出延時，我們這里用來延時關光。

激光功率設置： 提供模擬量ZAux_Direct_SetDA、PWM的占空比ZAux_Direct_SetPwmDuty和頻率ZAux_Direct_SetPwmFreq等方式控制 設置振鏡軸拐角處自動延時：

ZAux_Direct_SetCornerMode

1.振鏡軸直線插補

ZAux_Direct_MoveScanAbs絕對運動，ZAux_Direct_MoveScan相對運動。

2.設置開關光

輸出狀態為0關光，輸出狀態為1開光。

3.開關光延時

4.提前/延時開關光

正數時間延時，負數時間提前開關光。

5.設置激光能量（功率）

通過改變模擬量輸出的電壓值來控制激光能量大小。

6.PWM占空比

通過設置PWM的占空比來調整激光頻率，在開始打軌跡之前一定要先設置好。

7.PWM頻率

8.振鏡軸拐角延時

9.拐角延時起始角度

指令16	ZAux_Direct_SetDecelAngle
指令原型	int32 __stdcall ZAux_Direct_SetDecelAngle(ZMC_HANDLE handle, int iaxis, float fValue);
指令說明	設置拐角減速角度，開始減速角度，單位為弧度。
輸入參數	參數名 描述 handle 連接句柄。 iaxis 軸號。 fValue 設置的拐角減速角度。
輸出參數	/
返回值	成功返回值為0，非0詳見錯誤碼說明。
詳細說明	拐角延時時間以ZSMOOTH為參考，一定要設置合理的FORCE_SPEED。 角度轉換弧度公式：角度值*(PI/180) 減速角度是指電機的參考角度相對上一條運動的變化值。如下圖。 此角度值不是實際軌跡的角度，是換算到電機變換的角度，此角度值僅為參考。 下一插補運動軌跡處于下方時取絕對值。 直線與圓弧相連時按照圓弧的切線方向計算角度。 與STOP_ANGLE一起使用，當實際運動的角度處于DECEL_ANGLE（上限）與STOP_ANGLE（下限）之間線性自動計算延時時間。

10.拐角延時結束角度

指令17	ZAux_Direct_SetStopAngle
指令原型	int32 __stdcall ZAux_Direct_SetStopAngle(ZMC_HANDLE handle, int iaxis, float pfValue);
指令說明	設置停止減速角度。
輸入參數	參數名 描述 handle 連接句柄。 iaxis 軸號。 pfValue 停止減速角度。
輸出參數	/
返回值	成功返回值為0，非0詳見錯誤碼說明。
詳細說明	拐角延時時間以ZSMOOTH為參考，一定要設置合理的FORCE_SPEED。 角度轉換弧度公式：角度值*(PI/180) 減速角度是指電機的參考角度相對上一條運動的變化值。如下圖。 此角度值不是實際軌跡的角度，是換算到電機變換的角度，此角度值僅為參考。 下一插補運動軌跡處于下方時取絕對值。 直線與圓弧相連時按照圓弧的切線方向計算角度。 與STOP_ANGLE一起使用，當實際運動的角度處于DECEL_ANGLE（上限）與STOP_ANGLE（下限）之間線性自動計算延時時間。。

二、程序流程

先建立控制器通訊，獲取連接句柄，激光器選擇及參數設置，然后編輯紅光與激光口控制開關，運動參數設置，軌跡參數進行小線段處理，開始運動，停止運動。

三、主要程序展示

初始化定義相關變量，初始化軸參數，配置好FIBER轉接板的方向為輸出，后續的激光軌跡加工控制由按鈕觸發。

在運動之前我們要設置好空移速度、打標速度、開關光延時、軌跡圓半徑、標刻行列數、圓心距等參數。運動開始直接調用這些相關參數執行，獲取完軌跡后調用3次文件執行。

1.初始化408FIBER轉換板針腳定義，不同激光器類型定義一套不同的輸出口，輸出口可以在選擇激光器類型后對應在界面上進行修改。

408 FIBER轉換板參數初始化程序：

void CZmc_fontToMoveDlg::OnCbnSelchangeComboLaser()
{
    // TODO: 在此添加控件通知處理程序代碼
    UpdateData(TRUE);
    if(m_nLaserType == FIBER_408)  //408 FIBER轉換板參數設置
    {
        char  cmdbuffAck[2048] = "";
        int iresult = ZAux_Execute(m_Handle,"EXIO_DIR(0, $8FFFF)",cmdbuffAck,2048);
        m_nEnableIO = 47;  //使能io
        m_nLaserIO = 8;    //出關io
        m_nRedIO = 48;     //紅光io
        m_nAout = 3;       //功率io
        m_nPwmIo = 9;      //頻率io
    }
    else if(m_nLaserType == YLR_408)
    {
        m_nEnableIO = 31;  //使能io
        m_nLaserIO = 8;    //出關io
        m_nRedIO = 32;     //紅光io
        m_nAout = 2;       //功率io
        m_nPwmIo = 9;      //頻率io
    }
    else if(m_nLaserType == YAG_408)  //408 YAG轉換板參數設置
    {
        char  cmdbuffAck[2048] = "";
        int iresult = ZAux_Execute(m_Handle,"EXIO_DIR(0, $AFBBF)",cmdbuffAck,2048);
        m_nEnableIO = 47;   //使能io
        m_nLaserIO = 8;     //出關io
        m_nRedIO = 48;      //紅光io
        m_nAout = 3;        //功率io
        m_nPwmIo = 9;      //頻率io
    }
    else if(m_nLaserType == FIBER_504)    //504
    {
        m_nEnableIO = 5;    //使能io
        m_nLaserIO = 6;     //出關io
        m_nRedIO = 28;     //紅光io
        m_nAout = 2;      //功率io
        m_nPwmIo = 7;     //頻率io
    }
    UpdateData(FALSE);
}

void CZmc_fontToMoveDlg::OnBnClickedBtnMove()
{
    // TODO: 在此添加控件通知處理程序代碼
    UpdateData(TRUE);
    //設置拐角減速此ZSMOOTH為拐角延時
    int iresult = ZAux_Direct_SetCornerMode(m_Handle,SCAN_AxisX,2);  
    //設置精準輸出
    iresult = ZAux_Direct_SetParam(m_Handle,"AXIS_ZSET",SCAN_AxisX,3);      
    //設置拐角延時
    iresult = ZAux_Direct_SetZsmooth(m_Handle,SCAN_AxisX,m_nCorDelay);      
    //設置拐角起始角度，減速時間在DecelAngle-StopAngle線性變化
    iresult = ZAux_Direct_SetDecelAngle(m_Handle,SCAN_AxisX,0);            //設置拐角結束角度
    iresult = ZAux_Direct_SetStopAngle(m_Handle,SCAN_AxisX,90/180*3.1415926);  
//設置激光功率
    iresult = ZAux_Direct_SetDA(m_Handle,m_nAout,m_nAoutVal);          
    //設置激光頻率
    iresult = ZAux_Direct_SetPwmDuty(m_Handle,m_nPwmIo,0.5);        
    iresult = ZAux_Direct_SetPwmFreq(m_Handle,m_nPwmIo,m_nPwmFreq);    
    //獲取軌跡數據，(0,0)為圓外接起點，5*5間距畫半徑為5的小圓
    Cal_WorkData(m_fStartX, m_fStartY, m_nStepDis, m_nColNum, m_nRowNum, m_fRadius);     
    Run_3FileMode();
}

3.圓弧轉小線段是將我們的設置的圓弧軌跡轉換為小線段存起來，然后轉換后由3次文件的形式加載執行。

圓弧轉小線段程序如下：

void CZmc_fontToMoveDlg::Cal_WorkData(float fStartX, float fStartY, float iStepDis, int iColNum, int iRowNum, float fRadius)
{
    //圓弧轉小線段
    int ilen = -1;
    double ArcX;
    double ArcY;
    //獲取單個整圓轉換長度
    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("圓弧轉小線段失敗錯誤碼：%d",iret);
        MessageBox(StrErr);
        return;
    }
    double *ArcToLineX;
    double *ArcToLineY;
    ArcToLineX = (double*)malloc(sizeof(double)*ilen);
    ArcToLineY = (double*)malloc(sizeof(double)*ilen);
    //獲取數據
    iret = ZMotionOptimize_TransArcSeges(m_Handle, fStartX - fRadius, fStartY, fStartX + fRadius, fStartY + 2 * fRadius, 0, -2 * PI, m_refDistance, ArcToLineX, ArcToLineY, &ilen);
    //軌跡總長度
    m_GraphTotalLen = ilen * iColNum * iRowNum;
    m_GraphData  = (struct_GraphPos*)malloc(sizeof(struct_GraphPos)*m_GraphTotalLen);    //申請分配內存
    //填寫數據
    int iAcr = 0;
    for (int icol = 0; icol < iColNum ; icol++)
    {
        for(int irow = 0 ;irow

	

	4.這里程序完成空移，然后移動完成之前，如果下一條運動指令執行的是軌跡運動，那么提前將激光打開。

	
//空移到打標點起始點
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);    //設置打標軸
    strcat(cmdbuff, tempbuff);
    //空移到起點
    sprintf(tempbuff, "FORCE_SPEED = %f
",m_dEmpSpeed);    //設置空移速度
    strcat(cmdbuff, tempbuff);
    sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f)
",(*iGraphData).fposx,(*iGraphData).fposy);    //移動
    strcat(cmdbuff, tempbuff);
    //設置提前開光
    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);
    }
    //開光
    sprintf(tempbuff, "MOVE_OP(%d,1)
MOVE_DELAY(10)
MOVE_OP(%d,1)
",m_nEnableIO,m_nLaserIO);  
    strcat(cmdbuff, tempbuff);
    //判斷命令長度是否發送
    strcat(g_MoveStr,cmdbuff);
    Zscan_Z3pFile_Down();
}


 //生成打標直線段字符串
void CZmc_fontToMoveDlg::Zscan_Z3pFile_LineString(struct_GraphPos *iGraphData)
{
    char  cmdbuff[2048] = "";      
    char  tempbuff[2048] = "";
    //生成命令
    //空移到起點
    sprintf(tempbuff, "FORCE_SPEED = %f
",m_dSpeed);    //設置打標速度
    strcat(cmdbuff, tempbuff);
    sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f)
",(*iGraphData).fposx,(*iGraphData).fposy);    //移動
    strcat(cmdbuff, tempbuff);
    //判斷命令長度是否發送
    strcat(g_MoveStr,cmdbuff);
    Zscan_Z3pFile_Down();
}

	

	5.延時關光是在打標軌跡完成后，將激光延時關閉。

	延時關光程序如下：

	
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);    //設置空移速度
    strcat(cmdbuff, tempbuff);
    sprintf(tempbuff, "MOVESCANABS(%f,%f)
",(*iGraphData).fposx,(*iGraphData).fposy);    //移動
    strcat(cmdbuff, tempbuff);
    //延時關光
    if(m_nLastDelay >0)
    {
        //延時關光
        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);
    }
    //關光
    sprintf(tempbuff, "MOVE_OP(%d,OFF)
",m_nLaserIO);  
    strcat(cmdbuff, tempbuff);
    //判斷命令長度是否發送
    strcat(g_MoveStr,cmdbuff);
    Zscan_Z3pFile_Down();
}

	

	四、最終效果

	首先點擊下拉框選擇控制器IP，點擊連接，依次設置好激光器參數、運動參數，設置好后輸入打軌跡的參數，點擊運動開始打圓形軌跡，點擊停止結束。

	

	通過Zdevelop軟件的示波器采樣運動結果：先從其他位置空移到起始位置，然后提前1ms開光，走完一個圓形軌跡，關閉激光（延時關光），再空移到下一個圓形軌跡的起點，開光（提前1ms開光）,又走完一個軌跡后，關光（延時5ms關光），如此循環執行，直到設置的行列數打完停止（打軌跡中也能點擊停止）。

	

	XY模式下的軌跡，軌跡包括了圓形打標軌跡和空走軌跡：

	

	

	本次，正運動技術開放式激光振鏡運動控制器：C++快速開發，就分享到這里。

	   審核編輯：彭靜