上一節介紹了控製器的激光相關的接口與如何實現激光的控製。本節介紹 ZMC408SCAN 控製激光振鏡的方法。
01 激光與振鏡功能簡介
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製器，集激光控製+振鏡控製+軸控於一體。 支持16路運動軸的複雜的連續軌跡控製需求，可實現振鏡軸+脈衝軸+總線軸的混合插補。
ZMC408SCAN控製器上包含兩個SCAN振鏡接口，SCAN支持XY2-100振鏡協議，支持振鏡軸與運動軸聯合插補運動，實現激光輸出與運動的同步控製。
支持激光振鏡控製和振鏡反饋，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製，提高激光加工設備的產能。
→ 激光器的接口可選LASER，EXIO擴展IO口或OP輸出口。
→ LASER激光電源接口支持連接 IPG、YLR、YLS 等類型激光電源。
→EXIO擴展接口目前可支持擴展標準的YGA、SPI、FIBER等激光器類型，通過EXIO擴展接口連接擴展板，轉換TTL信號後控製激光器的激光使能、紅光開關以及8位數字量輸出口控製激光能量，接線完成還需使用指令配置EXIO擴展接口，配置連接擴展板的輸入/輸出信號。
→輸出口OUT0-7支持PWM功能，可靈活連接激光器。
02 激光振鏡控製原理
1.什麼是激光振鏡
激光振鏡是一種專門用於激光加工領域的特殊的運動器件，2D激光振鏡頭包含的主要元件是激光發生器，兩個電機和兩個振鏡片，它靠兩個電機分別控製兩個振鏡片X和Y反射激光，形成XY平麵的運動，這兩個電機使用控製器上的振鏡軸接口控製，示意圖如下。
激光振鏡不同於一般的電機，激光振鏡具有非常小的慣量，且在運動的過程中負載非常小，隻需要帶動反射鏡片，係統的響應非常快。
激光發生器的能量和開關可采用PWM控製或模擬量控製，根據激光器的類型選擇接線方式和控製方式。
2. SCAN振鏡接口
使用ZMC408SCAN控製器的SCAN振鏡軸接口連接激光振鏡頭，每個振鏡軸接口內包含兩路振鏡通道信號，分別控製振鏡片X、Y的偏轉，從而控製了激光打到工件的位置，激光的開關一般通過OP口控製，部分OP口支持PWM功能，通過PWM控製激光的能量和開關。
SCAN振鏡接口采用25針母頭，針腳號說明參見下表：
注意：
（ 1 ） 2D振鏡默認情況下，SCAN0的對應2D振鏡Axis4，Axis5，SCAN1的對應2D振鏡Axis6，Axis7；
（ 2 ）3D振鏡默認情況下，SCAN0的對應3D振鏡Axis4，Axis5，Axis8，SCAN1的對應3D振鏡Axis6，Axis7，Axis9。
3. XY2-100振鏡協議
ZMC408SCAN支持XY2-100振鏡協議，刷新周期10us-50us，支持運動控製與振鏡聯合插補運動。上位機通過網口與控製器相連，通過XY2-100振鏡協議進行控製振鏡軸的運動，通過EtherCAT總線或者脈衝模式控製伺服軸運動。
ZMC408SCAN同時支持XY2-100E振鏡協議，支持瑞雷振鏡閉環，振鏡運動過程中會實施反饋MPOS的振鏡位置，可通過讀取的位置進行對應處理實現閉環，並且會對應報警。
4.激光振鏡控製過程
zhenjingyundongcaiyonghuanchongquyundongfangshi，jiyonghuxuyaoxiangzhouyundonghuanchongquchuandiyundongjigongyishuju，ranhouqidonghuanchongquyundong，yundongkongzhiqizehuiyicilianxuzhixingyonghusuochuandideyundongshuju，zhidaosuoyoudeyundongshujuquanbuyundongwancheng。
在(zai)激(ji)光(guang)振(zhen)鏡(jing)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)不(bu)但(dan)有(you)運(yun)動(dong)的(de)控(kong)製(zhi)，還(hai)有(you)激(ji)光(guang)的(de)控(kong)製(zhi)。如(ru)何(he)有(you)效(xiao)地(di)處(chu)理(li)振(zhen)鏡(jing)運(yun)動(dong)和(he)激(ji)光(guang)開(kai)關(guan)的(de)配(pei)合(he)是(shi)一(yi)個(ge)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)問(wen)題(ti)，隻(zhi)有(you)有(you)效(xiao)的(de)協(xie)調(tiao)了(le)激(ji)光(guang)和(he)運(yun)動(dong)的(de)關(guan)係(xi)，才(cai)能(neng)運(yun)動(dong)出(chu)精(jing)確(que)的(de)軌(gui)跡(ji)。
運動控製： 打da標biao運yun動dong時shi，激ji光guang會hui按an照zhao設she定ding的de打da標biao速su度du沿yan著zhe給gei定ding的de打da標biao軌gui跡ji運yun動dong，在zai執zhi行xing打da標biao相xiang關guan指zhi令ling時shi，激ji光guang振zhen鏡jing運yun動dong控kong製zhi器qi會hui自zi動dong開kai啟qi激ji光guang。如ru果guo下xia一yi條tiao仍reng是shi打da標biao指zhi令ling，激ji光guang一yi直zhi呈cheng開kai啟qi狀zhuang態tai，直zhi到dao最zui後hou一yi條tiao打da標biao指zhi令ling結jie束shu，或huo緩huan存cun區qu指zhi令ling執zhi行xing完wan畢bi，中zhong途tu在zai緩huan衝chong區qu若ruo遇yu到dao跳tiao轉zhuan指zhi令ling，則ze激ji光guang自zi動dong關guan閉bi，直zhi到dao遇yu到dao打da標biao指zhi令ling，激ji光guang才cai重zhong新xin開kai啟qi。開kai始shi運yun動dong前qian為wei保bao證zheng打da標biao軌gui跡ji正zheng確que需xu調tiao整zheng振zhen鏡jing坐zuo標biao，同tong時shi清qing空kong緩huan衝chong區qu。
激光控製： 主要包括控製激光的開關控製與發出激光的時長，控製激光的開斷使用OP指令，激光能量的控製可根據激光器的不同，對應通過模擬量，數字量輸出口，以及輸出口PWM的占空比對應控製能量的大小。
5. 激光振鏡控製架構
ZMC408SCAN開放式激光振鏡控製係統的參考架構如下圖：
實現激光加工包含運動控製與激光控製兩大部分。
激光振鏡控製係統的控製過程可選正運動的API函數庫通過常用上位機環境控製，或正運動自主研發的ZDevelop開發環境，或第三方用戶程序。
激光振鏡用於直接控製激光的軌跡，選用支持標準XY2-100協議的產品。
激光控製可通過LASER、支持PWM功能的OUT輸出口或者EXIO擴展接口接標準的激光器。
工件需要運動時可采用脈衝軸或EtherCAT總線軸控製，支持與激光振鏡軸聯合插補。
ZMC408SCAN上的SCAN0對應的2D振鏡軸號為4和5，SCAN1對應的振鏡軸號為6和7，ATYPE軸類型設為21（振鏡的軸類型），振鏡軸的運動控製與脈衝型驅動器的控製方法相同，可使用常用的MOVE等一係列運動控製指令。
同時額外封裝了MOVESCAN（MOVESCANABS絕對運動）振鏡運動指令，MOVESCAN與MOVE指令區別是此指令不帶加減速，支持微秒級別的時間控製，響應速度更快。
03 激光振鏡控製實例
例程用ZDevelop軟件開發，以ZMC408SCAN控製FIBER激光器為例，分為運動控製和激光控製兩部分。
運動控製部分采用SCAN0接口控製2D激光振鏡，振鏡軸對應軸號為4和5。
激光控製部分采用EXIO擴展IO接口擴展，通過標準Fiber轉接板連接激光器。
1. 控製器與激光振鏡接線
采用標準的配線完成控製器與激光振鏡接線，接線參考圖如下：
（1）SCAN振鏡軸接口接線原理如上圖所示，請使用差分接線標準，注意信號規格相互匹配；
（2）請使用屏蔽雙絞線接線，尤其是環境惡劣的場合，務必使屏蔽層充分接地。
2.控製器與激光器接線參考
控製器與轉接板、激光器與轉接板均采用標準DB25線直連，配線簡單方便，轉接板與激光器采用統一接口，采用專用線纜直連。接線參考圖如下：
Fiber激光器轉接板輸出接口說明如下表，通過EXIO_DIR設置好IO方向後，便可通過右側的IO編號控製激光器。
D0和D7一共8位組合設置激光器的功率，激光出光口為OUT8，激光出光前先設置好激光器的功率並打開激光使能開關OUT47，紅光的開關為OUT48。
→EXIO擴展IO配置
說明：采用EXIO接口擴展後， 均需要使用EXIO_DIR指令對擴展IO進行方向配置才可正常使用。
按上節接線完成後，配置好EXIO擴展IO接口的IO方向之後才能控製激光器，擴展IO功能設置EXIO_DIR(0, $8FFFF)。
指令語法：
EXIO_DIR(isel, dirbit)
Isel：0(指定激光器類型)
dirbit: 按位設置是否輸出, 0- 輸入, 1-輸出 (自定義配置轉接口對應的信號類型)
控製器與激光器的接線參考圖如下：
3. 激光控製說明
例如某激光器的控製端口針腳說明如下表，對比上表可知， Fiber-DB25頭轉接板輸出接口采用與該激光器匹配的標準端口，針腳定義一致，可直接與該激光器相連，再通過OUT引腳控製激光器。
主要控製端子說明：
功率信號定義： 設置針 1～8 的 TTL 信號，通過 TTL 信號的組合來設置泵浦激光二極管的電流，從而控製激光器的輸出功率。通過 1～8 針可以設置 0～255 範圍內的編碼，對應於 0～100％的功率輸出。
電源：針17和GND 組成激光器控製端口的供電回路，采用5V直流供電。
4.打標應用例程
編程界麵如下圖，采用Basic和HMI混合編程，Basic完成控製過程，HMI編寫界麵。
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，後續的激光加工控製由HMI界麵的按鈕觸發。
D0和D7一共8位組合設置激光器的功率，通過AOUT3配置激光功率；激光出光口為OUT8，激光出光前先設置好激光器的功率並打開激光使能開關OUT47，紅光的開關為OUT48。
（1）Basic程序如下
（2）HMI界麵如下
通過HMIjiemiankeshezhijiguangjiagongdecanshu，xuanzehongguangmoshihuozhejiguangmoshijiagong，bingqienengtiaozhengzhenjingzhoudesudu，biaokefumiandedaxiao，biaokedeguijirujiemianyoucesuoshi。
操作流程： 基礎參數設置-出光模式選擇-點擊”九點標定“按鈕開始打標，運動時點擊”停止 “按鈕停止運動並關閉出光。
（3）運動效果
通過示波器可采樣振鏡軸的運動波形，采樣振鏡軸4和軸5的位置，激光輸出口OP(8)的狀態，若為紅光模式，采樣OP(48)。
按上圖的運動參數，XY模式下的兩個振鏡軸的插補軌跡如下，軌跡包含打標和空走兩部分，打標軌跡為三部分，十字線+方框+XY字符。
XYZ模式下波形圖如下，加入激光輸出OP(8)的狀態為Z軸參數，上半部分圖形為打標軌跡，下半部分的圖形為空走軌跡。
（4）視頻演示
本次，正運動技術 開放式激光振鏡運動控製器(四)：ZMC408SCAN振鏡控製光纖激光器加工，就分享到這裏 。
更多精彩內容請關注“ 正運動小助手 ”公眾號，需要相關開發環境與例程代碼，請谘詢正運動技術銷售工程師：400-089-8936。
本(ben)文(wen)由(you)正(zheng)運(yun)動(dong)技(ji)術(shu)原(yuan)創(chuang)，歡(huan)迎(ying)大(da)家(jia)轉(zhuan)載(zai)，共(gong)同(tong)學(xue)習(xi)，一(yi)起(qi)提(ti)高(gao)中(zhong)國(guo)智(zhi)能(neng)製(zhi)造(zao)水(shui)平(ping)。文(wen)章(zhang)版(ban)權(quan)歸(gui)正(zheng)運(yun)動(dong)技(ji)術(shu)所(suo)有(you)，如(ru)有(you)轉(zhuan)載(zai)請(qing)注(zhu)明(ming)文(wen)章(zhang)來(lai)源(yuan)。
正運動技術專注於運動控製技術研究和通用運動控製軟硬件產品的研發，是國家級高新技術企業。正運動技術彙集了來自華為、中(zhong)興(xing)等(deng)公(gong)司(si)的(de)優(you)秀(xiu)人(ren)才(cai)，在(zai)堅(jian)持(chi)自(zi)主(zhu)創(chuang)新(xin)的(de)同(tong)時(shi)，積(ji)極(ji)聯(lian)合(he)各(ge)大(da)高(gao)校(xiao)協(xie)同(tong)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)基(ji)礎(chu)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)，是(shi)國(guo)內(nei)工(gong)控(kong)領(ling)域(yu)發(fa)展(zhan)最(zui)快(kuai)的(de)企(qi)業(ye)之(zhi)一(yi)，也(ye)是(shi)國(guo)內(nei)少(shao)有(you)、完整掌握運動控製核心技術和實時工控軟件平台技術的企業。主要業務有：運動控製卡_運動控製器_EtherCAT運動控製卡_EtherCAT控製器_運動控製係統_視覺控製器__運動控製PLC_運動控製_機器人控製器_視覺定位等等。
|
