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。
图片

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iom_nLaserIO = 8;    //出关iom_nRedIO = 48;     //红光iom_nAout = 3;       //功率iom_nPwmIo = 9;      //频率io}else if(m_nLaserType == YLR_408){m_nEnableIO = 31;  //使能iom_nLaserIO = 8;    //出关iom_nRedIO = 32;     //红光iom_nAout = 2;       //功率iom_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iom_nLaserIO = 8;     //出关iom_nRedIO = 48;      //红光iom_nAout = 3;        //功率iom_nPwmIo = 9;      //频率io}else if(m_nLaserType == FIBER_504)    //504{m_nEnableIO = 5;    //使能iom_nLaserIO = 6;     //出关iom_nRedIO = 28;     //红光iom_nAout = 2;      //功率iom_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<iRowNum;irow++){for (int i = 0; i < ilen; i++){m_GraphData[iAcr * ilen + i].itype = 1;if (i == 0){m_GraphData[iAcr * ilen + i].itype = 0;     //空移起点}m_GraphData[iAcr * ilen + i].fposx = (float)ArcToLineX[i] + iStepDis * irow  ;m_GraphData[iAcr * ilen + i].fposy = (float)ArcToLineY[i] + iStepDis * icol;}iAcr++;}}free(ArcToLineX);free(ArcToLineY);
}

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 = %f\n",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 = %f\n",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 = %f\n",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 = %f\n",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 = 0\nMOVE_DELAY(%f)\n",m_nLastDelay/1000);strcat(cmdbuff, tempbuff);}else{sprintf(tempbuff, "MOVEOP_DELAY = %f\n",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：

实际效果运行视频：

ZMC408SCAN开放式激光振镜C++快速开发

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。

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