開放式激光振鏡運(yùn)動(dòng)控制器：ZMC408SCAN激光接口與控制

上一節(jié)介紹了ZMC408SCAN控制器的功能、硬件參數(shù)與硬件接口的特點(diǎn)等，本節(jié)主要介紹激光相關(guān)的接口與如何實(shí)現(xiàn)激光的控制。

激光控制可采用LASER激光電源接口，或通過EXIO擴(kuò)展IO接口定制激光器轉(zhuǎn)接板，通過EXIO_DIR指令配置轉(zhuǎn)接板的IO端子是輸入口還是輸出口，參考激光器的手冊，使用IO控制指令控制激光器的能量和開關(guān)。

01 功能簡介

ZMC408SCAN是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)新推出的一款支持EtherCAT總線的開放式激光振鏡運(yùn)動(dòng)控制器，專為工業(yè)激光+振鏡+運(yùn)動(dòng)控制方面的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。支持16路運(yùn)動(dòng)軸的復(fù)雜連續(xù)軌跡控制需求，可實(shí)現(xiàn)振鏡軸+脈沖軸+總線軸的混合插補(bǔ)。

1.ZMC408SCAN的振鏡功能

（1）XY2-100的振鏡控制協(xié)議，刷新周期10us-50us；

（2）兩組二軸激光振鏡的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)及連續(xù)軌跡加工等輸出；

（3）簡單的振鏡工藝參數(shù)設(shè)置，降低客戶的開發(fā)難度；

（4）振鏡矯正功能、振鏡反饋閉環(huán)，保證激光加工的精度。

2.ZMC408SCAN的激光控制

（1）1個(gè)LASER激光電源控制接口，支持IPG、YLR、YLS等類型激光器；

（2）1個(gè)EXIO可配置擴(kuò)展IO接口，通過轉(zhuǎn)接板可外置擴(kuò)展YGA、FIBER等其他類型激光器；

（3）0-10V模擬量輸出、高速PWM輸出可控制激光能量；

（4）可實(shí)現(xiàn)PWM輸出、模擬量輸出與運(yùn)動(dòng)速度的同步。

3.ZMC408SCAN的運(yùn)動(dòng)控制

（1）8軸EtherCAT總線軸/脈沖軸/振鏡軸控制，可混合插補(bǔ)；

（2）多維硬件位置比較輸出，位置同步輸出PSO功能；

（3）電子凸輪、同步跟隨、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、連續(xù)軌跡加工、30+種機(jī)械手正逆解算法等；

（4）專用MPG手輪接口，支持 5-24V手輪輸入。

02 接口說明

控制器的接口說明如下表：

03 參考架構(gòu)

下圖為ZMC408SCAN開放式激光控制器的參考架構(gòu)：

→PC可通過串口和網(wǎng)口連接到控制器，下發(fā)指令給控制器處理，編程方式可選擇正運(yùn)動(dòng)自主研發(fā)的ZDevelop開發(fā)環(huán)境或者常用的上位機(jī)開發(fā)方式。

→通過RS232、RS485和網(wǎng)口可與外部設(shè)備通訊。

→連接擴(kuò)展的IO模塊可使用EtherCAT或CAN總線接口。

→具備標(biāo)準(zhǔn)的激光振鏡接口SCAN，激光電源控制接口LASER，同時(shí)提供一個(gè)EXIO擴(kuò)展IO接口靈活擴(kuò)展其他激光器；總線激光器可通過EtherCAT總線控制。

→運(yùn)動(dòng)控制可用的設(shè)備類型有激光振鏡、脈沖伺服/步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、EtherCAT總線驅(qū)動(dòng)。

☉實(shí)現(xiàn)激光加工包含運(yùn)動(dòng)控制與激光控制兩大部分。

ZMC408SCAN運(yùn)動(dòng)控制可使用常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備或者激光振鏡實(shí)現(xiàn)。

激光控制可通過LASER、支持PWM功能的OUT輸出口或者EXIO擴(kuò)展接口接標(biāo)準(zhǔn)的激光器。

04 激光控制

激光器的控制接口可選LASER激光電源接口，或EXIO擴(kuò)展IO接口通過定制轉(zhuǎn)接板連接激光器。

ZMC408SCAN激光控制的方式有三種、PWM、模擬量和PSO位置同步輸出控制自由選擇，支持控制激光的能量、激光的開關(guān)和激光延時(shí)，不同的控制方式要使用支持該功能的輸出口，并且使用對應(yīng)的指令控制激光。

通過MOVE_OP精準(zhǔn)輸出指令在運(yùn)動(dòng)中靈活的調(diào)節(jié)激光開關(guān)/關(guān)光，MOVE_DELAY調(diào)節(jié)延時(shí)，響應(yīng)快，精確到us級(jí)別的控制，且設(shè)置過程簡單，大大縮短了工程師的調(diào)參時(shí)間；

ZMC408SCAN的激光電源接口LASER內(nèi)置輸出口8控制激光器，輸出可配置PWM，控制器的通用輸出口OUT0-7支持PWM功能和PSO功能，PWM輸出受正常輸出功能的控制，只有輸出口狀態(tài)ON的時(shí)候PWM才能實(shí)際輸出，可以用來控制激光能量。

ZMC408SCAN控制器存在模擬量輸入輸出各兩路，可進(jìn)行控制激光器能量輸出，模擬量精度為12位，電壓范圍0-10V。

1.LASER激光電源接口

（1）接口說明

ZMC408SCAN控制器LASER激光電源接口功能：

A.LASER激光電源接口支持連接IPG、YLR、YLS等類型激光電源；

B.可通過直接控制器發(fā)送激光、紅光、使能等輸出信號(hào)進(jìn)行操作激光器讓激光器進(jìn)行對應(yīng)響應(yīng)；

C.DB接口中帶有1個(gè)PWM輸出口；

D.可接收激光器信號(hào)，可顯示IN信號(hào)并作出對應(yīng)響應(yīng)。

LASER激光電源接口采用DB25針公頭，針腳說明參見下表：

注意：

A.上表的輸入輸出除PWM和Modulation之外其它信號(hào)作用支持自定義；

B.OUT(9)、AOUT(2)和AIN(2)為預(yù)留信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)中沒有，如果需要請訂貨時(shí)選擇特殊型號(hào)。

（2）接線參考

LASER激光電源接口內(nèi)部電路圖和與IPG200W光纖激光器的接線參考如下圖所示：

A.LASER激光器接口接線原理如上圖所示，數(shù)字IO接口除OUT8，OUT9外可自行定義；

B.對于需要模擬量輸入的激光器有兩種接線選項(xiàng)，對分辨率要求不高的可以選用控制器12位DA接口實(shí)現(xiàn)，對于分辨率要求較高的可以選擇LASER接口中帶16位DA的型號(hào)；

C.請使用屏蔽線接線，尤其是環(huán)境惡劣的場合，務(wù)必使屏蔽層充分接地。

（3）使用說明

A.請按照以上接線說明正確接線；

B.上電后請選用EtherNET、RS232（默認(rèn)參數(shù)可直接連接）、RS485（默認(rèn)參數(shù)可直接連接，硬件需使用轉(zhuǎn)接頭）三種任一種接口連接ZDevelop；

C.通過ZDevelop視圖欄中輸入輸出窗口操作監(jiān)控對應(yīng)IO點(diǎn)；

D.通過ZDevelop視圖欄中AD/DA窗口操作監(jiān)控對應(yīng)模擬量輸入輸出口；

E.通過ZDevelop在線命令發(fā)送指令PWM_FREQ(PWM編號(hào))=頻率，PWM_DUTY(PWM編號(hào))=占空比。

參考BASIC例程：激光控制參考上節(jié)引腳說明。

在振鏡加工的運(yùn)動(dòng)指令應(yīng)用領(lǐng)域，MOVESCAN與MOVESCANABS指令中，CORNER_MODE=2此處用于開啟振鏡軸的拐角延時(shí)，ZSMOOTH用于設(shè)置拐角延時(shí)的最大時(shí)間，us單位，DECEL_ANGLE和STOP_ANGLE用于設(shè)置拐角延時(shí)的起始角度和角度，拐角延時(shí)的具體時(shí)間在這兩個(gè)角度之間從0-ZSMOOTH線性分布。

示波器采樣運(yùn)動(dòng)波形如下：在運(yùn)動(dòng)到位置50之前提前1.5ms開光，運(yùn)動(dòng)結(jié)束延時(shí)2.5ms光關(guān)。

2.EXIO擴(kuò)展IO接口

（1）接口說明

ZMC408SCAN控制器上的激光電源控制接口除了定義好的LASER之外，還有個(gè)EXIO擴(kuò)展IO接口可靈活配置，專門用來驅(qū)動(dòng)市面上的主流激光器，EXIO擴(kuò)展IO接口需要專用的轉(zhuǎn)接板才能使用，該接口不可對接除專用轉(zhuǎn)接板以外的任何負(fù)載，轉(zhuǎn)接板可靈活定制。

EXIO擴(kuò)展IO接口目前可支持?jǐn)U展標(biāo)準(zhǔn)的YGA、FIBER等激光器類型，通過EXIO擴(kuò)展接口連接擴(kuò)展板，轉(zhuǎn)換TTL信號(hào)后控制激光器的激光使能、激光開關(guān)、激光能量控制等。

硬件接線完成還需使用指令配置EXIO擴(kuò)展接口，配置連接擴(kuò)展板的輸入/輸出信號(hào)。

EXIO擴(kuò)展IO接口采用DB25針母頭，引腳的說明如下表，主要包含0-19一共20個(gè)IO接口，IO可配置為輸入或輸出，配置完成IO編號(hào)參考右側(cè)對應(yīng)的輸入/輸出的編號(hào)說明（例如映射為數(shù)字輸入，參考輸入口一欄編號(hào)）。

注意：

A.EXIO_0-EXIO_19均可配置成輸入/輸出口，所對應(yīng)的編號(hào)如右邊；

B.該接口中的信號(hào)不可直接連接負(fù)載，需定制轉(zhuǎn)接板進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

C.轉(zhuǎn)接板可靈活定制，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)通訊方式。

（2）IO配置方法

EXIO接口經(jīng)轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)接之后，參考對應(yīng)激光器引腳，再通過指令EXIO_DIR進(jìn)行配置IO輸入輸出，配置完成即可通過輸出口相關(guān)指令控制對應(yīng)的IO口。

EXIO_0-19均可配置成輸入/輸出口，所對應(yīng)輸入/輸出口的編號(hào)參見上表，EXIO_DIR配置順序參考OP或IN的編號(hào)。

指令語法：

EXIO_DIR(isel, dirbit)

Isel：0(指定激光器類型)

dirbit: 按位設(shè)置是否輸出, 0- 輸入, 1-輸出 (自定義配置轉(zhuǎn)接口對應(yīng)的信號(hào)類型)

示例：

（3）EXIO擴(kuò)展IO接口使用步驟

轉(zhuǎn)接板接線參考如下圖：

A.選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)接板使用配套專用轉(zhuǎn)接線連接轉(zhuǎn)接板和控制器EXIO接口；

B.上電后請選用EtherNET、RS232、RS485三種任一種接口連接ZDevelop；

C.對控制器EXIO（0-19）號(hào)端口進(jìn)行配置，使轉(zhuǎn)接板所占用數(shù)字輸入/輸出口均得到使能；

D.使用FIBER轉(zhuǎn)接板IO配置指令EXIO_DIR(0,$8FFFF)、YAG轉(zhuǎn)接板IO配置指令EXIO_DIR(0,$FCBFE)；

E.自定義所使能的數(shù)字IO口，通過二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)控制器對激光器的功能控制。

3.FIBER激光器轉(zhuǎn)接板輸出接口

（1）接口說明

ZMC408SCAN-FIBER轉(zhuǎn)接板采用DB25公頭接口，可控制JPT、MOPA、IPG、YLP、YLPN、創(chuàng)鑫、銳科等激光器。擴(kuò)展IO配置EXIO_DIR(0,$8FFFF)。

FIBER激光器轉(zhuǎn)接板輸出接口說明如下表：

（2）接線參考

FIBER激光器轉(zhuǎn)接板內(nèi)部電路圖和與MEPT-200P激光器的接線參考如下圖所示：

A.以上為MFPT-200P的接線示例，具體選擇對接的引腳也可以此為參考自行定義；

B.建議采用帶屏蔽層的接線，并且使屏蔽層充分接地（機(jī)殼）。

（3）使用說明

A.請按照以上接線說明正確接線；

B.上電后請選用EtherNET、RS232（默認(rèn)參數(shù)可直接連接）、RS485（默認(rèn)參數(shù)可直接連接，硬件需使用轉(zhuǎn)接頭）三種任一種接口連接ZDevelop；

C.通過ZDevelop在線命令發(fā)送指令EXIO_DIR(0,$8FFFF)；

D.通過ZDevelop視圖欄中輸入輸出窗口操作監(jiān)控對應(yīng)IO點(diǎn)；

E.通過ZDevelop視圖欄中AD/DA窗口操作監(jiān)控對應(yīng)模擬量輸入輸出口；

F.通過ZDevelop在線命令發(fā)送指令 PWM_FREQ(PWM編號(hào)) = 頻率，PWM_DUTY(PWM編號(hào)) = 占空比。

參考BASIC例程:

在振鏡加工的運(yùn)動(dòng)指令應(yīng)用領(lǐng)域，MOVESCAN與MOVESCANABS指令中，CORNER_MODE=2此處用于開啟振鏡軸的拐角延時(shí)，ZSMOOTH用于設(shè)置拐角延時(shí)的最大時(shí)間，us單位，DECEL_ANGLE和STOP_ANGLE用于設(shè)置拐角延時(shí)的起始角度和角度，拐角延時(shí)的具體時(shí)間在這兩個(gè)角度之間從0-ZSMOOTH線性分布。

示波器采樣運(yùn)動(dòng)波形如下：

4.YGA激光器轉(zhuǎn)接板輸出接口

（1）接口說明

ZMC408SCAN-YAG轉(zhuǎn)接板采用DB25公頭接口，實(shí)際IO口控制功能支持自定義功能可控制，下表按UW-YAG類型激光器映射功能。擴(kuò)展IO功能設(shè)置EXIO_DIR(0, $FCBFE)。

YGA激光器轉(zhuǎn)接板輸出接口說明如下表：

（2）接線參考

YGA激光器轉(zhuǎn)接板內(nèi)部電路圖和與UW-075激光焊接機(jī)的接線參考如下圖所示：

A.以上為UW-075的接線示例，具體選擇對接的引腳也可以此為參考自行定義；

B.建議采用帶屏蔽層的接線，并且使屏蔽層充分接地（機(jī)殼）。

（3）使用說明

A.請按照以上接線說明正確接線；

B.上電后請選用EtherNET、RS232（默認(rèn)參數(shù)可直接連接）、RS485（默認(rèn)參數(shù)可直接連接，硬件需使用轉(zhuǎn)接頭）三種任一種接口連接ZDevelop；

C.通過ZDevelop在線命令發(fā)送指令EXIO_DIR(0,$FCBFE)；

D.通過ZDevelop視圖欄中輸入輸出窗口操作監(jiān)控對應(yīng)IO點(diǎn)；

E.通過ZDevelop視圖欄中AD/DA窗口操作監(jiān)控對應(yīng)模擬量輸入輸出口。

參考BASIC例程:

在振鏡加工的運(yùn)動(dòng)指令應(yīng)用領(lǐng)域，MOVESCAN與MOVESCANABS指令中，CORNER_MODE=2此處用于開啟振鏡軸的拐角延時(shí)，ZSMOOTH用于設(shè)置拐角延時(shí)的最大時(shí)間，us單位，DECEL_ANGLE和STOP_ANGLE用于設(shè)置拐角延時(shí)的起始角度和角度，拐角延時(shí)的具體時(shí)間在這兩個(gè)角度之間從0-ZSMOOTH線性分布。

示波器采樣運(yùn)動(dòng)波形如下：

本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)開放式激光振鏡運(yùn)動(dòng)控制器(二)：ZMC408SCAN激光控制方式，就分享到這里。

審核編輯：湯梓紅