ZMC420SCAN 激光振鏡 運動控制器的應用

文:深圳市正運動技術有限公司2021年第五期

  一、ZMC420SCAN產品功能介紹

運動控制

  1.ZMC420SCAN的振鏡功能

  ? XY2-100的振鏡控制協議,刷新周期50us

  ? 兩組二軸激光振鏡的直線插補、圓弧插補及連續軌跡加工等輸出

  ? 簡單的振鏡工藝參數設置,降低客戶的開發難度

  ? 振鏡矯正功能,保證激光加工的精度

  2.ZMC420SCAN的激光控制

  ? O-10V模擬量輸出、高速PWM輸出可控制激光能量

  ? 可實現PWM輸出、模擬量輸出與運動速度的同步

  ? 數字量輸入輸出可控制激光器的開關閘、光纖激光器的能量控制等

  ? 精準輸出,可以設置微秒級的提前、延時開關激光

  3.ZMC420SCAN的運動控制

  ? 20軸EtherCAT總線/RTEX總線/脈沖控制,可混合使用

  ? 4096段運動緩沖,可實現脈沖軸/總線軸和振鏡軸的混合插補

  ? 多維硬件位置比較輸出,位置同步輸出PSO功能

  ? 電子凸輪、同步跟隨、直線插補、圓弧插補、連續軌跡加工、30+種機械手正

  二、ZMC420SCAN的振鏡應用

  激光振鏡打標和切割是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射,使表層材料汽化或發生顏色變化的化學反應,從而留下標記或者完成切割,可以打出各種文字、符號和圖案以及切割不同材質成為不同形狀的工件。按照激光器類型和行業應用,市場主流可分為光纖激光打標、紫外激光打標、二氧化碳激光打標、二氧化碳激光切割、光纖激光切割等,廣泛應用于手機制造業、汽車行業、新能源、五金、家電、鐘表、醫療和食品包裝材料、電子元器件、陶瓷玻璃等行業。

  激光振鏡是一種專門用于激光加工領域的特殊的運動器件,激光振鏡頭內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制兩個振鏡片X和Y反射激光,形成XY平面的運動,這兩個電機使用控制器上的振鏡軸接口控制。

  激光振鏡不同于一般的電機,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,只需要帶動反射鏡片,系統的響應非常快。

運動控制

振鏡原理圖

  正運動技術ZMC420SCAN標配兩組二軸振鏡軸接口,可與市面上絕大多數激光器接口進行適配,底層內置XY2-100的通用協議,簡單配置參數即可以實現振鏡的控制。兩組振鏡軸接口,可以獨立控制兩個激光振鏡頭,配合控制器本身的運動控制功能,既可以實現普通振鏡+運動控制的大幅面振鏡拼接打標、切割,流水線動態打標,也可以實現振鏡+運動控制的三軸旋轉打標、切割以及4軸聯動打標、切割等應用場合。

  三、ZMC420SCAN振鏡+運動控制的實現方式

  通過ZDevelop開發平臺,用戶能夠很容易的對ZMC420SCAN振鏡控制器進行振鏡控制、激光能量控制、運動控制。除了使用ZDevelop軟件,還可以使用其他上位機軟件開發,ZMC420SCAN使用一套API函數,支持C++、C#、LabVIEW、Python、Delphi等開發語言,支持VC6.0、VB6.0、Qt、.Net等平臺,支持Windows、Linux、WinCE、iMac等操作系統。ZMC420SCAN振鏡控制+運動控制一體化的硬件和統一開放的開發環境,提升開發效率,縮短開發周期,應用更簡單,成本更經濟。

運動控制

運動控制

ZMC420SCAN 控制原理

  1.基于ZDevelop軟件的激光振鏡應用開發方式

運動控制

  2.基于PC軟件的激光振鏡應用開發方式

運動控制

  3.基于PC+ZDevelop的PWM輸出與模擬量輸出和運動速度的同步

運動控制

  四、ZMC420SCAN振鏡+運動+激光控制的開發與仿真

  1.振鏡控制

  ZMC420SCAN帶兩個振鏡軸接口,本地軸號4/5可以ATYPE=21 配置為第1個振鏡, 本地軸號 6/7可以ATYPE=21

  配置為第2個振鏡,可通過 AXIS_ADDRESS 配置可以更改軸號。

  振鏡軸接口引腳的定義如下表:

運動控制

振鏡軸接口

運動控制

  振鏡軸的運動與普通軸運動的使用方式一樣,可以使用點位運動和插補運動指令MOVE,圓弧指令MOVECIRC,連續插補開啟MERGE=ON,前瞻參數設定CORNER_MODE等。

運動控制

  2. 激光控制

  ZMC420SCAN可以通過PWM功能、模擬量輸出、IO輸入輸出等對激光能量進行控制,實現能量輸出與運動速度的同步;精準輸出功能可以實現延時、提前開關激光。

  PWM輸出口和精準輸出口配置如下表:

運動控制

  ZMC420SCAN自帶12路1MHz高速PWM輸出,通過調節PWM的占空比來實現激光能量的控制。同時ZMC420SCAN有8個輸出口支持精準輸出和硬件位置比較輸出,可以采用MOVE_DELAY指令相互獨立設置提前、延時開光激光,以及實現位置同步PSO功能。

運動控制

  3.運動控制

  ZMC420SCAN有20個運動控制軸(EtherCAT/RTEX/脈沖可同時支持),同時支持電子凸輪、同步跟隨、直線插補、圓弧插補、連續軌跡速度前瞻、30+種機械手正逆解算法等運動控制功能,與振鏡控制、激光能量控制在同一套開發環境應用,也可以實現振鏡+運動控制的流水線動態打標,三軸旋轉打標、切割以及4軸聯動打標、切割等多種應用場景。

運動控制

  振鏡切割25個圓形,用ZDevelop示波器顯示結果如下:

運動控制

  振鏡打標二維碼,用ZDevelop示波器顯示結果如下:

運動控制

  五、方案和產品優勢

  ? 集成專有振鏡軸接口、PWM和模擬量等激光能量控制方式、運動控制、IO控制于一體;

  ? 精準輸出實現位置同步輸出PSO,提前、延時開光激光;

  ? EtherCAT/RTEX總線運動軸、脈沖軸、振鏡軸可以實現混合插補、聯動插補。

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