运动控制器激光振镜控制原理（运动控制器激光振镜控制电路图）

激光振镜控制实用效果展示

激光振镜由ZMC420SCAN 控制器控制。本视频主要讲ZDevelop编程软件Basic语言的开发和使用。

在激光振镜运动控制系统中，不仅有运动控制，还有激光控制。如何有效处理振镜运动与激光开关的配合是本节要解决的问题。只有有效协调激光与运动之间的关系，才能使运动达到精确的轨迹。

01 材料准备

1. 硬件

1. 1个ZMC420SCAN控制器，带振镜轴接口。

2. 激光振镜头1个，包含2个振镜轴。

3、电脑一台。

4. 两根屏蔽网线。

5.24V直流电源。

6.伺服驱动器+电机组

7. 若干接线端子及连接线。

2、软件

ZDevelop V3.10版控制器编程软件。

从Zmotion科技官网（www.zmotion.com.cn）下载压缩包，解压后直接运行应用程序，无需安装。

02 硬件接线

控制器接口的用途请参见下图。

控制器接线参考

A、主电源：将控制器主电源端子上的E+24V端子连接24V直流电源正极，EGND端子连接24V直流电源负极。

B. 网口接线：使用网线将控制器的以太网口与电脑的以太网口连接。

C、激光振镜与控制器之间接线：将激光振镜中的两个振镜轴连接至控制器的振镜轴接口AXIS 4。此时振镜轴数分别为4和5。激光产生后，设备各接口按要求连接至控制器的输出口。

D、如果标记的工件需要移动，则根据需要将控制工件移动的轴连接到控制器的脉冲轴接口或总线轴接口。

03 控制产品介绍

1. 控制器

ZMC420SCAN是一款20轴总线控制器，包括两个振镜轴接口。除了支持脉冲轴外，还支持ECAT/RTEX总线连接，支持最多20轴的运动控制，支持直线插补和任意圆弧插补。补偿、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；利用优化的网络通讯协议可以实现实时运动控制。

ZMC420SCAN总线控制器支持脉冲轴/总线轴/振镜轴混合插补。

ZMC420SCAN支持10轴脉冲输入和编码器反馈，支持4个振镜轴，板载24点输入，12点输出，2AD、2DA，支持手轮接口，所有输出口支持高速PWM控制。

如下所示：

2. 激光振镜

激光振镜是专门应用于激光加工领域的专用移动装置。激光振镜的主要部件是激光发生器、两个电机和两个振镜板。它依靠两个电机分别控制两个振动器。镜子X和Y反射激光，形成XY平面的运动。这两个电机由控制器上的检流计轴接口控制。

激光振镜与普通电机不同。激光振镜的惯性很小，运动时的负载也很小。只需要驱动反射镜片，系统响应速度非常快。

04 振镜控制流程

1. 振镜轴控制

ZMC420SCAN支持XY2-100振镜协议，支持运动控制和振镜关节插补运动。

上位机通过网口与控制器连接，通过XY2-100振镜协议控制振镜轴的运动，通过总线协议或脉冲方式控制伺服轴的运动。

ZMC420SCAN控制器的振镜轴接口用于连接激光振镜头。每个振镜轴接口包含两个振镜通道信号，分别控制振镜镜的X、Y偏转，从而控制激光打在工件上的位置。

激光振镜程序开发除了使用ZDevelop软件外，还可以使用其他上位机软件进行开发。 ZMC420SCAN采用一套API函数，支持C、C++、C#、LabVIEW、Python、Delphi等开发语言，支持VC6.0、VB6.0、Qt、Net等平台，支持Windows、Linux、WinCE 、iMac 等操作系统。

将支持PWM功能的控制器的输出端口连接到激光振镜的激光发生器，通过指令控制激光频率和激光输出。激光打标的运动控制是通过运动控制指令实现的。

ZMC420SCAN的外部通用输出端口0-11均具有PWM输出功能。 PWM 输出由正常输出功能控制。只有当输出端口状态为ON时，才能真正输出PWM，从而可以控制激光能量。

使用PWM_DUTY 指令设置激光占空比。加工过程中，激光必须始终开启。该参数设置为1，设置为0则关闭激光。 PWM_FREQ指令设置激光器的频率。

激光参数设置完成后，使用MOVE_OP指令控制运动过程中激光是否输出。

2. 激光控制说明

PWM_DUTY——PWM占空比

PWM的占空比用于控制激光能量输出。只能通过设置占空比为0 来关闭PWM，而不能通过设置PWM 频率为0 来关闭PWM。在PWM 开关之前必须调整PWM 频率。

占空比是指有效电平与整个周期的比值。一个周期内，先输出有效电平，再输出无效电平。

语法1：PWM_DUTY（数字，占空比）

语法2：PWM_DUTY(number)=占空比

选择PWM输出端口号时，一定要选择支持PWM功能的OUT端口；占空比范围是0-1。当设置为0时，PWM关闭。当设置为1 时，PWM 始终打开。

PWM_FREQ——PWM频率

PWM频率设置或读取，频率越高，电平跳变越频繁。

语法1：PWM_FREQ（数量，频率）

语法2：PWM_FREQ(number)=频率

PWM 输出频率有限，硬件PWM 最大为1MHz，软件PWM 最大为2KHz。

MOVE_PWM—— 缓冲PWM

BASE 轴运动缓冲器运行PWM。当执行指令缓冲区时，不执行任何运动，仅操作PWM。

只能通过将占空比设置为0 来关闭PWM，而不能通过将PWM 频率设置为0 来关闭PWM。

语法：MOVE_PWM(数量， 占空比[, 频率])

该数字为支持PWM 功能的输出端口号。检查硬件手册进行确认。

占空比是指有效电平占整个周期的比例；范围是0-1。设置0时，关闭PWM；一个周期内，先输出有效电平，后输出无效电平。

默认频率为1KHz，硬件最大频率为1MHz，软件最大频率为2KHz。

运动缓冲区中输出和修改PWM 的示例：

基地(0)

A类型=1

单位=100

SPEED=100 '初始速度

加速=1000

减速=1000

分布式POS=0

MOVE_PWM(0, 0, 1000) '关闭脉宽调制

移动(10)

MOVE_PWM(0, 0.111, 2000) '当轴0运行到10时，操作PWM0输出

移动延迟(100)

MOVE_PWM(0, 0.555, 3000) '延迟100ms，修改PWM0输出

移动(20)

MOVE_PWM(0, 0, 1000) '关闭脉宽调制

结尾

3. 振镜轴接口

ZMC420SCAN 有两个振镜轴接口。本地轴编号4/5 可配置为ATYPE=21 的第一个检流计。本地轴编号6/7 可以配置为ATYPE=21 作为第二个检流计，并可以通过AXIS_ADDRESS 进行映射。指令配置可以改变轴号。

振镜轴接口引脚定义：

振镜轴的轴类型应选择为ATYPE=21模式，并将轴设置为振镜轴类型。振镜轴类型的系统周期和刷新周期比普通轴快得多。

ZMC420SCAN的输出0-7具有精确输出功能。每个输出的精确输出功能是相互独立的。可以在同一周期内打开多个精度输出。 AXIS_ZSET 指令可用于设置每个MOVE_OP 指令是否使用精确输出。 MOVEOP_DELAY指令设置精确输出的延迟，实现激光器的PSO控制。

AXIS_ZSET—— 打开精确输出

启用该轴的MOVE_OP精确输出功能。一个命令转动一个轴并作用于轴组的主轴。精准输出需要打开的OP口支持精准输出功能才能生效。

设置参数：

bit0：1-VP_SPEED默认使用插补速度，0-VP_SPEED使用单轴速度

bit1: 1-使用MOVE_OP精确输出功能，0-MOVE_OP为普通输出

bit4：1-对于带编码器功能的轴，使用编码器位置的MOVE_OP精确模式。当对多个编码器轴进行插补时，请对BASE 运动的主轴进行精确的输出设置。

可读：VALUE=AXIS_ZSET

可写：AXIS_ZSET=VALUE

SYSTEM_ZSET 命令也可用于启用精确输出。参数设置与AXIS_ZSET命令相同。当修改SYSTEM_ZSET时，也会修改当前BASE轴的AXIS_ZSET，以兼容旧程序。通常建议使用AXIS_ZSET 命令。

一旦SYSTEM_ZSET打开，所有支持精度输出功能的输出端口将更改为精度模式。一般情况下，使用过程中无需打开它们。如果某些控制器型号的精密输出功能不是独立的，则在一个控制器周期内只能操作一个精密输出端口。新版本固件不建议使用该命令，直接使用AXIS_ZSET命令为主轴启用精确输出。

如何实现精确输出：

AXIS_ZSET(0)=19 '使用MOVE_OP精确方法主轴0轴编码器位置MPOS，需要编码器

AXIS_ZSET(0)=2 '不带编码器，使用MOVE_OP精确目标位置DPOS方法

MOVE_OP(0,1) '准确有效，选择输出通道0

05 激光振镜

标记程序

该例程演示了使用激光加工25 个圆弧。轴移动到指定位置后，OP口打开，控制激光输出。标记轨迹完成后，OP端口关闭。此时激光无法输出，轴到达下一个要打标的位置后，再次打开OP口打标。

圆弧打标方向如下图所示：可以通过一条圆弧插补指令或多条直线插补指令走一小段线来实现轨迹。这里的轨迹是一个半径为2.5的逆时针整圆。

示例程序：

'设置振镜轴号并配置轴类型

基础(4,5)

A型=21,21

'设置基本参数

单位=300,300

速度=500,500

加速度=速度*20,速度*20

减速=速度*20,速度*20

DPOS=0,0

MERGE=ON '开启连续插值

CORNER_MODE=32+8+2 '轨迹前瞻模式

DECEL_ANGLE=15*(PI/180) '模式2参考角度

停止角度=90*(PI/180)

FORCE_SPEED=5000 '限速参考速度

FULL_SP_RADIUS=20 '模式8小圆限速参考半径

ZSMOOTH=0.1 '模式32倒角参考半径

AXIS_ZSET(4)=2'开启主轴MOVE_OP精密输出功能

'将pwm频率设置为2kHz

PWM_FREQ(2)=2000 'OP(2)连接到激光器上的输出端口

'输出延时设置

MOVEOP_延迟轴(4)=0

而1

如果MODBUS_BIT(0)=ON 那么

MODBUS_BIT(0)=关闭

BASE(4,5) '选择检流计轴

PWM_DUTY(11)=0.5 '能量调节，OUT11需要支持PWWM才能设置，否则选择其他支持PWWM的通道

OP(11,ON)'能量开关

OP(1,ON) '先打开，然后操作OP(0)发光

延迟100

MOVE_MARK=0,0 '清除运动标记

扳机

'标记修复轨迹

FOR I=0 TO 4 '五元圆弧轨迹

MOVE(0, -15) '每行的弧间隔为15

FOR J=0 TO 4 '每行五个弧

MOVE(-15, 0) '每条弧间隔15

MOVE_OP(0,ON) '打开激光

MOVECIRC(0,0,-2.5,0,0) '标记轨迹

等待空闲

MOVE_OP(0,OFF) '关闭激光

下一个

移动(75, 0)

下一个

移动(0, 75)

万一

温德

结尾

运动轨迹：

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