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。
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io m_nlaserio = 8; //出关io m_nredio = 48; //红光io m_naout = 3; //功率io m_npwmio = 9; //频率io } else if(m_nlasertype == ylr_408) { m_nenableio = 31; //使能io m_nlaserio = 8; //出关io m_nredio = 32; //红光io m_naout = 2; //功率io m_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io m_nlaserio = 8; //出关io m_nredio = 48; //红光io m_naout = 3; //功率io m_npwmio = 9; //频率io } else if(m_nlasertype == fiber_504) //504 { m_nenableio = 5; //使能io m_nlaserio = 6; //出关io m_nredio = 28; //红光io m_naout = 2; //功率io m_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
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 = %fn,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) { //延时关光 sprintf(tempbuff, moveop_delay = 0nmove_delay(%f)n,m_nlastdelay/1000); strcat(cmdbuff, tempbuff); } else { sprintf(tempbuff, moveop_delay = %fn,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 z develop 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：
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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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。
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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
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9. 拐角延时起始角度
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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。
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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io m_nlaserio = 8; //出关io m_nredio = 48; //红光io m_naout = 3; //功率io m_npwmio = 9; //频率io } else if(m_nlasertype == ylr_408) { m_nenableio = 31; //使能io m_nlaserio = 8; //出关io m_nredio = 32; //红光io m_naout = 2; //功率io m_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io m_nlaserio = 8; //出关io m_nredio = 48; //红光io m_naout = 3; //功率io m_npwmio = 9; //频率io } else if(m_nlasertype == fiber_504) //504 { m_nenableio = 5; //使能io m_nlaserio = 6; //出关io m_nredio = 28; //红光io m_naout = 2; //功率io m_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
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 = %fn,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) { //延时关光 sprintf(tempbuff, moveop_delay = 0nmove_delay(%f)n,m_nlastdelay/1000); strcat(cmdbuff, tempbuff); } else { sprintf(tempbuff, moveop_delay = %fn,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 z develop 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：
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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