开放式激光振镜运动控制器(二)：ZMC408SCAN激光接口与控制

上一节介绍了ZMC408SCAN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的控制。

激光控制可采用LASER激光电源接口，或通过EXIO扩展IO接口定制激光器转接板，通过EXIO_DIR指令配置转接板的IO端子是输入口还是输出口，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。

01 功能简介

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的振镜功能

（1）XY2-100的振镜控制协议，刷新周期10us-50us；

（2）两组二轴激光振镜的直线插补、圆弧插补及连续轨迹加工等输出；

（3）简单的振镜工艺参数设置，降低客户的开发难度；

（4）振镜矫正功能、振镜反馈闭环，保证激光加工的精度。

2.ZMC408SCAN的激光控制

（1）1个LASER激光电源控制接口，支持IPG、YLR、YLS等类型激光器；

（2）1个EXIO可配置扩展IO接口，通过转接板可外置扩展YGA、FIBER等其他类型激光器；

（3）0-10V模拟量输出、高速PWM输出可控制激光能量；

（4）可实现PWM输出、模拟量输出与运动速度的同步。

3.ZMC408SCAN的运动控制

（1）8轴EtherCAT总线轴/脉冲轴/振镜轴控制，可混合插补；

（2）多维硬件位置比较输出，位置同步输出PSO功能；

（3）电子凸轮、同步跟随、直线插补、圆弧插补、连续轨迹加工、30+种机械手正逆解算法等；

（4）专用MPG手轮接口，支持 5-24V手轮输入。

02 接口说明

控制器的接口说明如下表：

03 参考架构

下图为ZMC408SCAN开放式激光控制器的参考架构：

→PC可通过串口和网口连接到控制器，下发指令给控制器处理，编程方式可选择正运动自主研发的ZDevelop开发环境或者常用的上位机开发方式。

→通过RS232、RS485和网口可与外部设备通讯。

→连接扩展的IO模块可使用EtherCAT或CAN总线接口。

→具备标准的激光振镜接口SCAN，激光电源控制接口LASER，同时提供一个EXIO扩展IO接口灵活扩展其他激光器；总线激光器可通过EtherCAT总线控制。

→运动控制可用的设备类型有激光振镜、脉冲伺服/步进驱动、EtherCAT总线驱动。

☉实现激光加工包含运动控制与激光控制两大部分。

ZMC408SCAN运动控制可使用常用的电机驱动设备或者激光振镜实现。

激光控制可通过LASER、支持PWM功能的OUT输出口或者EXIO扩展接口接标准的激光器。

04 激光控制

激光器的控制接口可选LASER激光电源接口，或EXIO扩展IO接口通过定制转接板连接激光器。

ZMC408SCAN激光控制的方式有三种、PWM、模拟量和PSO位置同步输出控制自由选择，支持控制激光的能量、激光的开关和激光延时，不同的控制方式要使用支持该功能的输出口，并且使用对应的指令控制激光。

通过MOVE_OP精准输出指令在运动中灵活的调节激光开关/关光，MOVE_DELAY调节延时，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；

ZMC408SCAN的激光电源接口LASER内置输出口8控制激光器，输出可配置PWM，控制器的通用输出口OUT0-7支持PWM功能和PSO功能，PWM输出受正常输出功能的控制，只有输出口状态ON的时候PWM才能实际输出，可以用来控制激光能量。

ZMC408SCAN控制器存在模拟量输入输出各两路，可进行控制激光器能量输出，模拟量精度为12位，电压范围0-10V。

1.LASER激光电源接口

（1）接口说明

ZMC408SCAN控制器LASER激光电源接口功能：

A.LASER激光电源接口支持连接IPG、YLR、YLS等类型激光电源；

B.可通过直接控制器发送激光、红光、使能等输出信号进行操作激光器让激光器进行对应响应；

C.DB接口中带有1个PWM输出口；

D.可接收激光器信号，可显示IN信号并作出对应响应。

LASER激光电源接口采用DB25针公头，针脚说明参见下表：

注意：

A.上表的输入输出除PWM和Modulation之外其它信号作用支持自定义；

B.OUT(9)、AOUT(2)和AIN(2)为预留信号，标准型号中没有，如果需要请订货时选择特殊型号。

（2）接线参考

LASER激光电源接口内部电路图和与IPG200W光纤激光器的接线参考如下图所示：

A.LASER激光器接口接线原理如上图所示，数字IO接口除OUT8，OUT9外可自行定义；

B.对于需要模拟量输入的激光器有两种接线选项，对分辨率要求不高的可以选用控制器12位DA接口实现，对于分辨率要求较高的可以选择LASER接口中带16位DA的型号；

C.请使用屏蔽线接线，尤其是环境恶劣的场合，务必使屏蔽层充分接地。

（3）使用说明

A.请按照以上接线说明正确接线；

B.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；

C.通过ZDevelop视图栏中输入输出窗口操作监控对应IO点；

D.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；

E.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。

参考BASIC例程：激光控制参考上节引脚说明。

BASE(4,5)        '选择振镜SCAN 0接口，对应轴号4,5 
ATYPE = 21,21      '设置轴4,5为振镜轴类型
UNITS = 200,200      '设置轴4,5脉冲当量为200个bit为单位
DPOS =0,0        '轴位置清零
CORNER_MODE = 2,2    '设置振镜轴拐角延时
DECEL_ANGLE = 30*PI/180,30*PI/180  '设置轴拐角延时范围
STOP_ANGLE = 90*PI/180,90*PI/180    '设置轴拐角延时范围
ZSMOOTH = 1000,1000  '设置拐角延时最大延时时间1000us
FORCE_SPEED = 100,100  '设置轴4,5 SCAN运动速度 100*200 bit/s
MOVESCANABS(0,0)    '振镜移动到中心零点位置
TRIGGER
Base(4,5)
Aout(0)=2048          '12位模拟量输出口0设置激光器功率为50%，0-10V对应功率0-100%
Op(29,ON)             '打开激光器使能IO    
FORCE_SPEED = 2000    '空移速度
MOVESCANABS(50,50)    '空移到50,50位置
MOVEOP_DELAY =-1.5    '提前1.5ms开光 ,延时开光使用MOVE_DELAY
MOVE_PWM(8,0.5,10000) '设置PWM占空比0.5，频率10000K
MOVE_OP(8,ON)         '出光
FORCE_SPEED = 1000    '标刻速度
MOVESCANABS(150,150)  '移到150,150位置
MOVE_DELAY(2.5)       '延时关光2.5ms
MOVE_OP(8,OFF)        '关光
END

在振镜加工的运动指令应用领域，MOVESCAN与MOVESCANABS指令中，CORNER_MODE = 2此处用于开启振镜轴的拐角延时，ZSMOOTH用于设置拐角延时的最大时间，us单位，DECEL_ANGLE和STOP_ANGLE用于设置拐角延时的起始角度和角度，拐角延时的具体时间在这两个角度之间从0-ZSMOOTH线性分布。

示波器采样运动波形如下：在运动到位置50之前提前1.5ms开光，运动结束延时2.5ms光关。

2.EXIO扩展IO接口

（1）接口说明

ZMC408SCAN控制器上的激光电源控制接口除了定义好的LASER之外，还有个EXIO扩展IO接口可灵活配置，专门用来驱动市面上的主流激光器，EXIO扩展IO接口需要专用的转接板才能使用，该接口不可对接除专用转接板以外的任何负载，转接板可灵活定制。

EXIO扩展IO接口目前可支持扩展标准的YGA、FIBER等激光器类型，通过EXIO扩展接口连接扩展板，转换TTL信号后控制激光器的激光使能、激光开关、激光能量控制等。

硬件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扩展IO接口采用DB25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可配置为输入或输出，配置完成IO编号参考右侧对应的输入/输出的编号说明（例如映射为数字输入，参考输入口一栏编号）。

注意：

A.EXIO_0-EXIO_19均可配置成输入/输出口，所对应的编号如右边；

B.该接口中的信号不可直接连接负载，需定制转接板进行转换；

C.转接板可灵活定制，可根据需要设计通讯方式。

（2）IO配置方法

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IO输入输出，配置完成即可通过输出口相关指令控制对应的IO口。

EXIO_0-19均可配置成输入/输出口，所对应输入/输出口的编号参见上表，EXIO_DIR配置顺序参考OP或IN的编号。

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)    '扩展FIBER转接板IO配置
EXIO_DIR(0, $FCBFE)     '扩展YAG转接板IO配置

（3）EXIO扩展IO接口使用步骤

转接板接线参考如下图：

A.选择相应的转接板使用配套专用转接线连接转接板和控制器EXIO接口；

B.上电后请选用EtherNET、RS232、RS485三种任一种接口连接ZDevelop；

C.对控制器EXIO（0-19）号端口进行配置，使转接板所占用数字输入/输出口均得到使能；

D.使用FIBER转接板IO配置指令EXIO_DIR(0,$8FFFF)、YAG转接板IO配置指令EXI{O}_{D}IR(0,$FCBFE)；

E.自定义所使能的数字IO口，通过二次开发，实现控制器对激光器的功能控制。

3.FIBER激光器转接板输出接口

（1）接口说明

ZMC408SCAN-FIBER转接板采用DB25公头接口，可控制JPT、MOPA、IPG、YLP、YLPN、创鑫、锐科等激光器。扩展IO配置EXIO_DIR(0,$8FFFF)。

FIBER激光器转接板输出接口说明如下表：

（2）接线参考

FIBER激光器转接板内部电路图和与MEPT-200P激光器的接线参考如下图所示：

A.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；

B.建议采用带屏蔽层的接线，并且使屏蔽层充分接地（机壳）。

（3）使用说明

A.请按照以上接线说明正确接线；

B.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；

C.通过ZDevelop在线命令发送指令EXIO_DIR(0,$8FFFF)；

D.通过ZDevelop视图栏中输入输出窗口操作监控对应IO点；

E.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；

F.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。

参考BASIC例程:

EXIO_DIR(0,$8FFFF)    '设置EXIO扩展类型为FIBER转接板类型
BASE(4,5)             '选择振镜SCAN 0接口，对应轴号4,5
ATYPE = 21,21         '设置轴4,5为振镜轴类型
UNITS = 200,200       '设置轴4,5脉冲当量为200个bit为单位
DPOS =0,0
CORNER_MODE = 2,2     '设置振镜轴拐角延时
DECEL_ANGLE = 30*PI/180,30*PI/180
STOP_ANGLE = 90*PI/180,90*PI/180
ZSMOOTH = 1000,1000   '设置拐角延时最大延时时间1000us
FORCE_SPEED = 100,100 '设置轴4,5SCAN运动速度100*200 bit/s
MOVESCANABS(0,0)      '振镜移动到中心零点位置
BASE(4,5)
OP(47,ON)             '打开激光器使能IO
AOUT(3)=$80           '$为16进制，根据激光器手册，设置功率为128，对应50%功率输出，AOUT(3)按位配置针脚1-8的电平状态
OP(46,OFF)            '触发功率锁存,修改功率
OP(46,ON)        
TRIGGER
FORCE_SPEED = 2000    '空移速度
MOVESCANABS(50,50)    '空移到50,50位置
MOVEOP_DELAY =-1.5    '提前1.5mS开光 ,延时开光使用MOVE_DELAY
MOVE_PWM(9,0.5,10000) '设置PWM占空比0.5，频率10000K
MOVE_OP(8,ON)         '出光，PWM生效
FORCE_SPEED = 1000    '标刻速度
MOVESCANABS(150,150)  '移到150,150位置
MOVE_DELAY(2.5)       '延时关光2.5ms
MOVE_OP(8,OFF)        '关光
END

在振镜加工的运动指令应用领域，MOVESCAN与MOVESCANABS指令中，CORNER_MODE = 2此处用于开启振镜轴的拐角延时，ZSMOOTH用于设置拐角延时的最大时间，us单位，DECEL_ANGLE和STOP_ANGLE用于设置拐角延时的起始角度和角度，拐角延时的具体时间在这两个角度之间从0-ZSMOOTH线性分布。

示波器采样运动波形如下：

4.YGA激光器转接板输出接口

（1）接口说明

ZMC408SCAN-YAG转接板采用DB25公头接口，实际IO口控制功能支持自定义功能可控制，下表按UW-YAG类型激光器映射功能。扩展IO功能设置EXIO_DIR(0, $FCBFE)。

YGA激光器转接板输出接口说明如下表：

（2）接线参考

YGA激光器转接板内部电路图和与UW-075激光焊接机的接线参考如下图所示：

A.以上为UW-075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；

B.建议采用带屏蔽层的接线，并且使屏蔽层充分接地（机壳）。

（3）使用说明

A.请按照以上接线说明正确接线；

B.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；

C.通过ZDevelop在线命令发送指令EXIO_DIR(0,$FCBFE)；

D.通过ZDevelop视图栏中输入输出窗口操作监控对应IO点；

E.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。

参考BASIC例程:

EXIO_DIR(0,$FCBFE)    '设置EXIO扩展类型为YAG转接板类型
BASE(4,5)             '选择振镜SCAN 0接口，对应轴号4,5
ATYPE = 21,21         '设置轴4,5为振镜轴类型
UNITS = 200,200       '设置轴4,5脉冲当量为200个bit为单位
DPOS =0,0
CORNER_MODE = 2,2     '设置振镜轴拐角延时
DECEL_ANGLE = 30*PI/180,30*PI/180
STOP_ANGLE = 90*PI/180,90*PI/180
ZSMOOTH = 1000,1000   '设置拐角延时最大延时时间1000us
FORCE_SPEED = 100,100 '设置轴4,5 SCAN运动速度 100*200 bit/s
MOVESCANABS(0,0)      '振镜移动到中心零点位置
TRIGGER
BASE(4,5)
OP(53,ON)             '设置激光器为外控模式
OP(8,ON)              '选择工作模式1
OP(41,OFF)
OP(47,OFF)
OP(39,OFF)
OP(37,OFF)
FORCE_SPEED = 2000    '空移速度
MOVESCANABS(50,50)    '空移到50,50位置
MOVEOP_DELAY =-1.5    '提前1.5ms开光 ,延时开光使用MOVE_DELAY
MOVE_OP(43,ON)        '选择主快门
MOVE_OP(9,ON)         '出光
FORCE_SPEED = 1000    '标刻速度
MOVESCANABS(150,150)  '移到150,150位置
MOVE_DELAY(2.5)       '延时关光2.5ms
MOVE_OP(9,OFF)        '关光
END

在振镜加工的运动指令应用领域，MOVESCAN与MOVESCANABS指令中，CORNER_MODE = 2此处用于开启振镜轴的拐角延时，ZSMOOTH用于设置拐角延时的最大时间，us单位，DECEL_ANGLE和STOP_ANGLE用于设置拐角延时的起始角度和角度，拐角延时的具体时间在这两个角度之间从0-ZSMOOTH线性分布。

示波器采样运动波形如下：

本次，正运动技术开放式激光振镜运动控制器(二)：ZMC408SCAN激光控制方式，就分享到这里。

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