开放式激光振镜运动控制器ZMC408SCAN进行振镜矫正的方法与实现

01 zmc 408扫描控制器介绍

ZMC408SCAN是一款基于EtherCAT总线的新型开放式激光振镜运动控制器，专为工业激光振镜运动控制而设计。通过EtherCAT总线和脉冲轴接口可以实现多轴联动运动控制。

ZMC408SCAN支持以太网、EtherCAT、USB、CAN、RS485、RS232等通信接口。可以通过CAN和EtherCAT总线连接各种扩展模块，以扩展数字量、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、曲线零件时，即使进行减速调整，也能在高速加工中控制激光输出的间隔恒定；

(2)支持激光振镜控制和振镜反馈，包括两个振镜接口，支持2D振镜和3D振镜，配合无加减速的运动命令MOVESCAN自动延迟拐角处的振镜加工，完成精准高效的激光控制，提高激光加工设备的生产率；

(3)激光开/关延时可在运动过程中通过指令灵活调整，响应速度快，精确控制到us级别，设置过程简单，大大缩短了工程师的参数调整时间；

(4)自带激光控制接口，支持IPG、YLR、YLS等多种类型的激光电源，还具有EXIO扩展IO接口，可通过定制转接板灵活控制市场上各种主流激光器；

(5)支持PC控制16个ZMC408SCAN控制器同时工作，形成振镜阵列的激光加工；

(6)板载四路高速差分脉冲输出，四路高速差分编码器反馈，支持EtherCAT总线驱动器控制，5轴XYZAC轴插补，振镜轴和运动轴混合插补；

(7)支持直线插补、任意圆弧插补、空间圆弧插补、螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随、虚拟轴设定等运动控制功能。

02检流计控制

激光振镜是专门用于激光加工领域的专用移动装置。它依靠两个振镜反射激光，形成XY平面的运动。

激光检流计不同于一般的电机。激光振镜的惯性很小，运动过程中负载很小，所以系统的响应很快。所以在振镜的运动中可以忽略振镜的加速和减速。一般来说，检流计分为模拟检流计和数字检流计。模拟检流计是接收模拟信号的方式。常用的模拟检流计是DC电压在-5伏到5伏之间变化的信号，对应电机摆角，例如-5伏到5伏对应-10度到10度的电机摆角。

数字检流计由数字信号控制，符合XY2-100协议。数字量-32768~32767对应电机最大摆角。

正运动为振镜的轴控制提供了特殊的运动命令，振镜的快速响应是通过ZAUX _ DIRECT _ MOVESCABS或ZAux_Direct_MoveScan实现的。

与普通运动命令控制相比，扫描运动命令没有加减速规划，支持美制级时间控制。运行时间由ZAux_Direct_SetForceSpeed设置的速度和矢量距离直接计算。

目前正向运动扫描控制器支持1-2路XY2-100数字振镜轴控制。

指令描述ZAux_Direct_SetAtype设置轴类型ZAux_Direct_SetUnits设置轴脉冲当量ZAux_Direct_SetMegre设置轴连续插补开关ZAux_Direct_SetForceSpeed设置振镜轴扫描运动速度无加减速ZAux_Direct_MoveScan振镜轴。线性插补相对运动ZAux_Direct_MoveScanAbs振子轴线性插补绝对运动ZAux_Direct_MoveAddax设置运动叠加ZAux_Direct_GetDpos读轴命令规划位置ZAux_Direct_GetMpos读轴实际反馈位置ZAux_Direct_GetEncode R读取振镜轴的原始位置数据zaux _ direct _ getaxistatus读取振镜轴的状态ZAux_Direct_StepRatio设置振镜的方向sha

通过指令ZAux_Direct_SetAtype设置相应的振镜轴类型。有三种类型的检流计轴：

一轴类型值为20(振镜式，带振镜状态反馈，仅ZMC408SCAN支持)；

一轴式值为21(振镜轴控式)；

一个轴类型的值为22(振镜类型，带振镜位置反馈，仅受ZMC408SCAN支持)。

*表示不支持的功能。

控制器型号SCAN0SCAN1X轴Y轴Z轴(3D专用固件)X轴Y轴Z轴(3D专用固件)ZMC 408 scan 458679 zmc 420 scan 45 * 67 * VPLC 504 scan 45 * * *

二、检流计校正

1.突出

激光振镜扫描系统如下图所示。可以看出，振镜扫描的实际工作范围是由振镜的最大偏转角和工作高度决定的。因此，振镜轴偏转角对应的-32768~32767的输出与实际工作范围之间的单位映射时，需要根据测试长度做比例映射。

振镜扫描系统建立的坐标系是非正交坐标系，实际扫描场会造成枕形畸变。由于振镜本身扫描造成的枕形失真如图(左)，由于使用了F-Theta平面场镜，输出轮廓的桶形失真如图(中)，叠加后的输出图形具有如图(右)所示的双重桶形和枕形失真。

为了使软件坐标与实际运行距离相对应，输出轨迹不失真，需要实时修正每个数据点。通常通过查找表的分段线性插值来修正位置，修正点越多，实际输出位置越准确。

正向运动扫描控制器提供方框校正、多点校正和其他方法。无论是系数修正还是多点修正，修正点参数都写入控制器内部系统数组的表寄存器中。因此，在程序中对表寄存器应用其他函数时，需要注意地址的合理分配。

(1)箱系数修正

系数校正是指根据检流计输出图形的枕/桶形畸变、平行四边形畸变、梯形畸变和缩放比例来调整和校正系数。

通过调用ZScan_CorrectFactor来校正系数。首先控制振镜画出一个正方形的校正图形，根据校正图形的畸变调整相应的系数参数如下图所示，根据划线长度和测量长度调整缩放系数，直到实际划线尺寸与设定一致，才认为校正成功，校正是基于填充的变化量，通常以0值为参考。

(2)9点校正

9点标定是指在工作范围内，根据标有3*3的表格，根据各点的理论位置和实际位置进行检流计标定。

首先控制振镜预画一个3*3的校正表图形，如下图所示按照P1-P9的顺序填写X坐标和Y坐标的实测值，填写P1点的理论标记和P9点的理论坐标，通过调用ZScan_Correct9进行9点校正。需要重新标记测试，直到实际标记和理论值达到预期精度范围。

(3)修正25分

25点修正是指根据工作范围内标有5*5的表格，调用ZScan_Correct25进行25点修正，修正过程与9点修正相同。校正点越多，校正精度越高。

2.检流计教学介绍

指令ZScan_Correct9检流计9: 00校正ZScan_Correct25检流计25: 00校正ZScan_CorrectFactor检流计系数校正ZScan_CancelCorrect取消检流计校正。

(1)检流计轴的9点钟校正

指令20ZScan_Correct9指令原型int 32 _ _ stdcall zscan _ correct 9(zmc _ handle handle，intnscannum，double * pdxmeasurept，double * pdymeeasurept，intnscanExchange，int nRowColPtNum，double dUnits，double dTheoryLeft，double dTheoryBottom，double dTheoryRight，double dTheoryTop，double dScaleRatio，int ntable start)；指令描述9: 00校准输入参数名称描述手柄检流计轴连接手柄。纳氏检流计数。pdXMeasurePt测量的点的x坐标(长度9)9)pdYMeasurePt测量的点的Y坐标(长度9)安装9)nScanExChangeXY振镜时是否交换了位置nRowColPtNum的行列方向的点数(必须是奇数，建议值为11、21等。)脉冲当量dTheoryLeft of dUnits振镜轴校正理论范围左极限坐标dTheoryBottom校正理论范围极限坐标dTheoryTop校正理论范围右极限坐标dTheoryTop校正理论范围极限坐标dScaleRatio放大倍率表起始数根据存储的输出参数/工作台起始位置的返回值，成功返回值为050-控制器链接错误51-校正点数太少52-校正点数不正确53-有关校正失败说明的示例，请参考“振镜控制功能”一章。详细描述/

(2)检流计轴的25点校正

指令21ZScan_Correct25指令原型int 32 _ _ stdcall zscan _ correct 25(zmc _ handle handle，int nscannnum，double * pdxmeasureperp，double * pdymeasureperp，int nscanExchange，int nRowColPtNum，double dUnits，double dTheoryLeft，double dTheoryBottom，double dTheoryRight，double dTheoryTop，double dScaleRatio，int ntable start)；该说明描述了检流计轴的25点校准输入参数。参数名描述了句柄连接句柄。纳氏检流计数。pdXMeasurePt测量的点的x坐标(长度9)9)pdYMeasurePt测量的点的Y坐标(长度9)安装9)nScanExChangeXY振镜时是否交换了位置nRowColPtNum的行列方向的点数(必须是奇数，建议值为11、21等。)脉冲当量dTheoryLeft of dUnits振镜轴校正理论范围左极限坐标dTheoryBottom校正理论范围极限坐标dTheoryTop校正理论范围右极限坐标dTheoryTop校正理论范围极限坐标dScaleRatio放大倍率表起始数根据存储的输出参数/工作台起始位置的返回值，成功返回值为050-控制器链接错误51-校正点数太少52-校正点数不正确53-有关校正失败说明的示例，请参考“振镜控制功能”一章。详细描述/

(3)检流计轴系数的修正

指令22ZScan_CorrectFactor指令原型int 32 _ _ STDCALL ZSCAN _ correct factor(ZMC _ Handle Handle，Intnsscannum，Double DMAX Boxx，Double DMAX Boxy，double dCorrectBoxY，double dOffsetX，double dOffsetY，double *pdFactorX，double *pdFactorY，int nScanExChange，int nRowColPtNum，double dUnits，double dScaleRatio，int nTableStart)；说明描述检流计轴系数校正输入参数参数名称描述手柄连接手柄。纳氏检流计数。dMaxBoxXX方向最大校正面积dMaxBoxYY方向最大校正面积dcorrectboxxxx方向实际校正面积dCorrectBoxYY方向偏移量dOffsetXX方向偏移量dOffsetYY方向pdFactorXX方向校正系数(长度为4，分别为：缩放系数、桶形/枕形失真系数、平行四边形失真系数和梯形失真系数)pdFactorYY方向校正系数(长度为4，分别为：缩放系数、桶形/枕形失真系数、平行四边形失真系数和梯形失真系数，失真系数范围为-0.3 ~ 0.3)。NSCANEXCHANGXXY检流计在安装时是否交换了位置(0-未交换)？1-交换)nRowColPtNum的行列方向点数(必须是奇数，推荐值为11、21等。)dUnits振镜轴的脉冲等效dScaleRatio数据中存储的nTableStart位置的输出参数/返回值为050-控制器链接错误51-校正点数太少52-校正点数不正确53-示例见“振动故障说明”。详细描述/

(4)取消检流计校正

指令23ZScan_CancelCorrect指令原型int 32 _ _ stdcall zscan _ cancel correct(zmc _ handle handle，int nscannum，int nscanexchange，double dunits，double dscalaratio，int table start)；指令描述取消检流计校准输入参数参数名称描述手柄连接手柄。纳氏检流计数。nScanExChangeXY振镜的位置是否在安装期间交换(0-未交换，1-交换)dUnits振镜轴的脉冲当量dScaleRatio标度比nTABLEStart数据存储表初始位置输出参数/返回值成功返回值为050-控制器链接错误51-校正点太少52-校正点不正确53-参考“振镜控制功能”章节中的示例。详细描述/

03程序显示

九点修正的过程和25点修正是一样的，但是25点修正的精度更高，可以用九点修正的套路重写25点修正。

1.九点校正程序如下

ZMC _句柄句柄=空；//连接句柄int RTN=zaux _ openeth(' 192 . 168 . 0 . 11 'handle)；//连接控制器if (checkerror (RTN，' zaux _ openeth '))返回；//检查函数返回for(int iAxis=4；iAxis6iAxis){ RTN=ZAux _ Direct _ seta type(handle，iAxis，21)；//设置轴为振镜轴if (checkerror (RTN，' zaux _ direct _ setatype '))返回；RTN=ZAux _ Direct _ set units(handle，iAxis，500)；//设置轴脉冲等效if (checkerror (RTN，' zaux _ direct _ setunits '))返回；} RTN=ZScan _ cancel correct(handle，0，-1，-1，200，1，1000)；//如果(checkerror (RTN，' zscan _ cancelcorrect '))返回，则取消振镜校准；double m _ dxmeasureport[9]={-51.5，0，49.5，-52.9，0，50.1，-51.8，0，49.0 }；doublem_dYMeasurePt[9]={-51.5，-51.0，-53.0，0，0，51.9，51.5，53.9 }；rtn=ZScan_Correct9(handle，0，m _ dXMeasurePt，m_dYMeasurePt，0，21，500，-50，-50，50，50，1，1000)；//检流计校准到0.9点，校准数据存储在系统数组表(1000-100421 * 21 * 2)if(check error(RTN，' zscan _ correct factor '))返回；rtn=ZAux_Close(句柄)；//如果(checkerror (RTN，' zaux _ close '))返回，则关闭连接并释放句柄；handle=NULL2.系数修正例程如下：ZMC _句柄handle=NULL//连接句柄int RTN=zaux _ openeth(' 192 . 168 . 0 . 11 'handle)；//连接控制器if (checkerror (RTN，' zaux _ openeth '))返回；//检查函数返回for(int iAxis=4；iAxis6iAxis){ RTN=ZAux _ Direct _ seta type(handle，iAxis，21)；//设置轴为振镜轴if (checkerror (RTN，' zaux _ direct _ setatype '))返回；RTN=ZAux _ Direct _ set units(handle，iAxis，500)；//设置轴脉冲等效if (checkerror (RTN，' zaux _ direct _ setunits '))返回；} RTN=ZScan _ cancel correct(handle，0，-1，-1，200，1，1000)；//如果(checkerror (RTN，' zscan _ cancelcorrect '))返回，则取消振镜校准；double m_dMaxBox[2]={131，131 }；//最大修正面积double m _ dcorrectbox []={131，131 }；//实际校正区域double m _ dofset[2]={ 0，0 }；//Offset一般用于红灯Offset double m _ pdf actor[2][4]={ {1，0，0，0}，{ 1，0，0 } }；//校正因子缩放因子，桶/枕失真因子，平行四边形失真因子，梯形失真因子RTN=zscan _ correct因子(handle，0，m _ dmaxbox [0]，m _ dmaxbox [1]，m _ dcorrectbox [0]，m _ dcorrectbox [1]。m_dOffset[1]，m_pdFactor[0][0]，m_pdFactor[1][0]，0，21，1，1，500，1，1000)；//振镜0系数校正，校正数据存放在系统数组表(1000-100421 * 21 * 2)if(check error(RTN，' zscan _ correct factor '))返回；rtn=ZAux_Close(句柄)；//如果(checkerror (RTN，' zaux _ close '))返回，则关闭连接并释放句柄；handle=NULL

04振镜校正工具振镜校正工具包含多种校正方式，包括9点校正、25点校正、系数校正、多点校正和文档校正。

参数设置界面机械参数：首先选择IP地址，连接相应的控制器，然后设置机械参数选择激光类型，设置振镜数，使打标图案的XY方向与软件显示一致。

标记参数：

自上而下填写打标速度、空转速度、轴型、脉冲当量(运动指令和速度指令的基本单位，需要修正振镜移动1mm的脉冲数的脉冲当量，修正后的打标图案与预定尺寸相差不大时即可测量修正。如果预校正标记图案不完整或图案比预定尺寸大得多，则降低该参数

切换延迟：多点调整圆心深度，调整切换延迟。

关闭延迟：最外环未密封时的关闭延迟。

拐角延迟：正确的线深度，调整拐角延迟。

跳跃延迟：多点修正点有小尾巴，跳跃延迟调整。

结束延迟：在所有动作完成后添加结束延迟。

激光能量控制：

(1)模拟DA(0~4095对应0~10V电压)

(2)PWM(调整占空比和设置频率)

(3)IO组合注：激光能量的控制参数需要根据激光能量和功率的控制类型进行修改，参考激光手册。

1.9点校正和25点校正

用修正参数设置表的起始位置：这个地址不要和其他表地址位置冲突，大概用了1000个数据，占用1000个表地址；

红灯游：可以用来纠正图形；

预标记尺寸：面积，用于标记预校正图形；

对图案进行预标记后，取出标记好的图案进行测量：测量两点之间的距离，并将两点之间的距离参数填入相应的方框中；

标记预校正：根据参数设置和预标记尺寸标记预校正图形；

仅校正按钮：仅进行振镜校正，不做标记；

标记尺寸：面积，用于标记校正前的图形；

校正和标记：根据标记尺寸，开始校正和标记图形；

保存到文件和保存到控制器：保存到文件保存到本地计算机(保存的文件可用于文件校正和多点校正)，保存到控制器是保存到控制器的flash块(确保不同振镜轴数使用不同的flash块，以免冲突)；

紧急停止：标记紧急停止。

(1)9点校正标注的校正前效果图。

(2)修改和标注效果图。

(3)25点校正与9点校正相同，但点数更多，校正精度更高。

2.系数校正

系数校正类似于9: 00校正，只是有一个原点偏移和XY缩放比例。

3.多点校正

(1)修正尺寸：同上；

(2)标记点半径：标记圆(点)的半径；

(3)标记点数：可选9 *9、17 * 17、33 * 33、65 * 65，目前正在开发9*9、17*17，更多点数修正请联系正动技术支持工程师；

(4)填充点间距：同心圆半径差；

(5)完整图形：标注完整图形(扫描仪可以完整扫描整张图片)；

(6)左/右图形：标记左/右图形；(当图形很大时，您无法使用扫描仪一次扫描所有图形。请左右分别标注，分别扫描，导入两张图)；

(7)紧急停止：标记紧急停止；

(8)点加工：

模式：单幅、两幅：根据扫描标记后的校正图是扫描两次还是左右标记。

极性：白底黑点，黑底白点。

阈值模式：自动和手动阈值：(阈值参数范围为0~255)黑白照片白色为255，黑色为0，低阈值和高阈值之间的像素处理为255，否则为0，用于进行扫描标记后的图像处理。

低阈值：0~255

高阈值：0~255应设置为大于或等于低阈值数据。

最大面积/最小面积：通过过滤原点区域来过滤图像噪点(斑点)。

有关详细信息，请参见Zvision帮助。

(9)搜索9点修正文件：导入9点修正文件(多点修正需要9点修正中“将修正数据保存到文件”的文件)。

4.文件校正

功能：导入9/25/多点校正的“将校正数据保存到文件”中保存的文件，更新校正界面的参数，仅校正或标记校正等。

审计郭婷