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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。

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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

0203(1).jpg

控制器的接口说明如下表

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03
参考架构

下图为ZMC408SCAN开放式激光控制器的参考架构:

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→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:

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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:

3.png

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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。
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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。

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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。

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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)。

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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:
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(3)EXIO扩展IO接口使用步骤
转接板接线参考如下图:

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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,$8FFFF)、YAG转接板IO配置指令EXIO_DIR(0,$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.png

FIBER激光器转接板输出接口说明如下表

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(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:

QQ截图20220901144346.png

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:
企业微信截图_20220901145104.png

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:

企业微信截图_20220901145156.png

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.png

YGA激光器转接板输出接口说明如下表

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(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:

企业微信截图_16620153708225.png

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:
企业微信截图_20220901145705.png

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:

企业微信截图_20220901145754.png

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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