开放式激光振镜运动控制器在Ubuntu+Qt下的激光振镜校正

科技科技 2024-09-03 07:00 广东

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Ubuntu是一款免费且开源的操作系统，基于强大的Linux内核，它支持多用户、多任务、多线程操作，拥有多CPU架构，可以简化开发过程，具备出色的移植性。

今天，正运动小助手给大家分享一下Ubuntu下基于QT的激光振镜的校正。在正式学习之前，我们先了解一下正运动ZMC408SCAN-V22运动控制器，ZMC408SCAN-V22支持在Linux环境进行开发使用。

ZMC408SCAN-V22硬件介绍

ZMC408SCAN-V22是正运动技术推出的高性能双振镜运动控制器，集成了2个百兆以太网口，支持EtherCAT、EtherNET、CAN、RS232、RS485、24路通用数字输入、20路通用数字输出、2路通用模拟量输出、2路通用模拟量输入、4个本地差分脉冲轴接口、1个MPG手轮编码器接口、2个带反馈振镜接口、1个LASER激光专用接口、1个FIBER激光器接口。开放式系统框图如下所示：

ZMC408SCAN-V22总线控制器支持EtherCAT总线连接，支持最快500μs的刷新周期，支持最多达16轴运动控制，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；采用优化的网络通讯协议可以实现实时的运动控制。

ZMC408SCAN-V22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。可以在Windows，Linux，Mac，Android，Wince各种操作系统下开发，提供vc，c#，vb.net，labview等各种环境的dll库。上位机软件编程参考《ZMotion PC函数库编程手册》。

Linux下使用Ubuntu+Qt进行振镜校正软件的开发

（一）振镜校正的目的

振镜本身在制造过程中或者在长时间使用后可能会存在一些畸变，振镜校正的一个主要目的就是检测和修正这些畸变，以确保激光的精度。

通过定期的校正和调整，可以有效地管理和纠正振镜的畸变，从而提高激光系统的整体性能和稳定性。

未进行振镜校正时标刻的矩形

振镜校正后标刻的矩形

（二）新建Qt项目并添加函数库

1.在Qt Creator菜单选择“File”→“New File or Project...”，打开创建项目向导。选择Application项目集，创建Qt Widgets Application项目，设置项目名称和保存位置。

2.导入厂家提供的相关函数库及头文件。

（1）将zmotion.h和ZScancorrect.h头文件、zmcaux.cpp和zmcaux.h以及libzmotion.so和libZScanCorrect.so库复制到新建的项目文件夹中。

（2）在Qt Creator选择新建的Qt项目右击选择“Add Library...” → “External library”点击next，将刚才复制到项目文件夹上的libzmotion.so和libZScanCorrect.so库文件导入到项目中。

（3）在Qt Creator下右击新建的Qt项目，选择“Add Existing Files...”，将之前复制到项目文件下的头文件zmotion.h和ZScancorrect.h以及zmcaux.cpp和zmcaux.h添加到项目中。

（4）函数库添加成功后，打开pro文件可以看到相关的函数库和头文件信息。

振镜校正例程流程和相关函数介绍

1.振镜校正流程图

2.主要函数的介绍

（1）取消校正

函数原型

int32 __stdcall ZScan_CancelCorrect(ZMC_HANDLE handle, int nScanNum, double dUnits, double dScaleRatio, int nTableStart)

功能

取消振镜校正，在预校正时需要取消原本的振镜校正。

输入参数

参数名	描述
handle	当前连接的控制器句柄。
nScanNum	振镜编号。
dUnits	振镜轴的脉冲当量。
dScaleRatio	缩放倍率(取消校正操作的缩放倍率一般是1.0)。
nTableStart	点数据存储的起始位置(table存储的起始位置，一般从3500开始)。

返回值

成功返回值为0，非0详见下面的错误码说明。

（2）下载三次文件

函数原型

int32 __stdcall ZMC_DownMem3File(ZMC_HANDLE handle, const char* pbuffer, uint32 buffsize, const char* pfilenameinControl)

功能

将生成的三次文件字符串下载到控制器中。

输入参数

参数名	描述
handle	当前连接的控制器句柄。
pbuffer	三次文件字符串。
buffsize	字符串的长度。
pfilenameinControl	生成三次文件的文件名。

返回值

成功返回值为0。

（3）多点迭代校正

函数原型

int32 __stdcall ZScan_CorrectMorePtIter(ZMC_HANDLE handle, int nScanNum, double *pdXInputPt, double *pdYInputPt, int nScanExChange, int nRowColPtNum, double dUnits,double dTheoryLeft, double dTheoryBottom, double dTheoryRight, double dTheoryTop, double dScanSize, double dScaleRatio, int nTableStart, int nDataType)

功能

多点迭代校正(使用3×3、5×5、9×9、17×17、33×33、65×65的点数据进行振镜位置的迭代校正)。

输入参数

参数名	描述
handle	当前连接的控制器句柄。
nScanNum	振镜编号。
pdXInputPt	所有测量点的X坐标。
pdYInputPt	所有测量点的Y坐标。
nScanExChange	XY振镜是否交换位置(0-未交换，1-交换)。
nRowColPtNum	行/列点数（必须为3、5、9、17、33、65）。
dUnits	振镜轴的脉冲当量。
dTheoryLeft	左侧的理论位置（预校正范围）。
dTheoryBottom	底部的理论位置（预校正范围）。
dTheoryRight	右侧的理论位置（预校正范围）。
dTheoryTop	顶部的理论位置（预校正范围）。
dScanSize	标刻尺寸（校正范围）。
dScaleRatio	缩放倍率(一般为1.0)。
nTableStart	点数据存储的起始位置(起始位置一般从3500开始)。
nDataType	数据类型（0数据为预校正时的数据，1数据为校正后的数据）。

返回值

成功返回值为0，非0详见下面的错误码说明。

（4）保存校正数据到文件

函数原型

int32 __stdcall ZScan_SaveCorrectFile(ZMC_HANDLE handle, char *pPathName, int nScanNum, int nScanExChange, int nXDirect, int nYDirect, double dUnits,double dScaleRatio, int nDirMode)

功能

校正保存成文件（校正成功后才能调用），后续可以采用此文件进行校正。

输入参数

参数名	描述
handle	当前连接的控制器句柄。
pPathName	保存的路径+文件名（.zga格式）的字符串。
nScanNum	振镜编号。
nScanExChange	XY振镜是否交换位置(0-未交换，1-交换)。
nXDirect	X轴方向（输入1或-1）,-1代表X轴反向。
nYDirect	Y轴方向（输入1或-1）,-1代表X轴反向。
dUnits	振镜轴的脉冲当量。
dScaleRatio	缩放倍率(一般为1.0)。
nDirMode	轴方向的方式（0-X轴/Y轴方式是用户计算的，1-X轴/Y轴方式是STEP_RATIO指令修改的）。

返回值

成功返回值为0，非0详见下面的错误码说明。

（5）读取校正文件

函数原型

int32 __stdcall ZScan_ReadCorrectFilePara(char *pFilePath, int &nScanNum, int &nScanExChange, int &nXDirect, int &nYDirect, double &dUnits,double &dScaleRatio, int &nDirMode)

功能

读取校正文件的参数，将校正文件的参数存储到地址中。

输入参数

参数名	描述
pFilePath	校正文件绝对路径。
nScanNum	振镜编号。
nScanExChange	XY振镜是否交换位置。
nXDirect	X轴方向。
nYDirect	Y轴方向。
dUnits	振镜轴的脉冲当量。
dScaleRatio	缩放倍率。
nDirMode	轴方向的方式。

返回值

成功返回值为0，非0详见下面的错误码说明。

（6）使用校正文件进行校正

函数原型

int32 __stdcall ZScan_CorrectFromFile(ZMC_HANDLE handle, char *pPathName, int nScanNum, int nTableStart)

功能

使用校正文件进行校正

输入参数

参数名	描述
handle	当前连接的控制器句柄。
pPathName	保存的路径+文件名（.zga格式），校正文件的路径+文件名。
nScanNum	振镜编号(校正文件中读取的振镜编号)。
nTableStart	点数据存储的起始位置(起始位置一般从3500开始)。

返回值

成功返回值为0，非0详见下面的错误码说明。

（7）误差补偿后校正

函数原型

int32 __stdcall ZScan_AddErrCorrectFile(ZMC_HANDLE handle, char *pPathName, int nTheorySize, double *dErrData, int nTableStart, int nUpdataFile)

功能

校正文件迭代误差补偿

输入参数

参数名	描述
handle	当前连接的控制器句柄。
pPathName	校正文件绝对路径。
nTheorySize	理论尺寸（边长的平方）。
dErrData	误差补偿的值(长度为12，数据依次为补偿中心十字线-X，中心十字线+X, 中心十字线-Y, 中心十字线+Y，左下角X，左下角Y，右下角X，右下角Y，左上角X，左上角Y，右上角X，右上角Y)。
nTableStart	点数据存储的起始位置(一般从3500开始)。
nUpdataFile	是否更新文件（0-不更新，1-更新，设置为1会变为误差补偿文件且覆盖旧的文件）。

返回值

成功返回值为0，非0详见下面的错误码说明。

（8）相关错误码

错误码

错误信息

链接不上控制器。

校正点数太少。

校正点数不正确。

校正失败。

校正文件错误。

没有校正数据。

参数错误。

Table操作失败。

振镜校正例程的实现及原理

1.预校正并标刻

原理：预校正通过标刻图形得到实际的标刻大小，通过实际的大小计算出与目标标刻尺寸的缩放比例，当预校正的实际大小和目标标刻的大小一致时，可以进行采点操作。

void MainWindow::on_beforeCheck_mark_clicked(){    if( 0 == g_handle)    {        QMessageBox::warning(this,"提示","控制器未连接！");        return;    }    dataRenew();    //更新获取页面数据    ZScan_CancelCorrect(g_handle, ui->scan_list->currentIndex(), ui->Units->text().toDouble(), 1.0, tableStartNum);    // 先取消校正    int RowNum = sqrt(countRow());//获取当前选择的校正点数    QString strFile3 = CreateMakingString(RealCorrectSizeX, RealCorrectSizeY, RowNum, XLineLenght, YLineLenght);    // 生成三次文件字符串    Down3File(strFile3);     // 下载三次文件到控制器中    // 刷新列表，将列表数据插入为标准点坐标    model->removeRows(0, model->rowCount());    ZPoint *tmp = pointData(RowNum,dScanSize);    for (int i = 0; i < RowNum * RowNum; i++)    {        QList<QStandardItem *> rowItems;        rowItems << new QStandardItem(QString::number(tmp[i].x,'f',3))<< new QStandardItem(QString::number(tmp[i].x,'f',3))<< new QStandardItem(0,'f',3))<< new QStandardItem(0,'f',3);        model->insertRow(i, rowItems);    }    delete [] tmp;    PreCorrectFlag = 0;//标记为预校正}

2.多点迭代校正的方式进行振镜校正

原理：多点迭代校正，通过实际测量得到标刻点数据，和标准点数据比较可以直观的看到误差，振镜校正函数通过实际点数据对振镜进行校正，在经过多次迭代校正后可以明显看出实际点位数据和标准点数据的误差减小。

bool MainWindow::ScanCorrection(int MakingRowNum){    //通过点数数据，进行振镜校正    memset(PointDataX, 0, MakingRowNum);    memset(PointDataY, 0, MakingRowNum);    int cur_item = model->rowCount();    // 检查当前数据项数量是否正确    if (cur_item != MakingRowNum)    {       QMessageBox::critical(this, "错误", "数据错误");       return false;    }    for (int row = 0; row < MakingRowNum; ++row)//将所有点数据取出，进行多点校正    {        QStandardItem *item = model->item(row, 2);        PointDataX[row] = item ? item->text().toDouble() : 0.0;        item = model->item(row, 3);        PointDataY[row] = item ? item->text().toDouble() : 0.0;    }    // 检测数据是否正确    if (!CheckCorrectData(MakingRowNum,PointDataX,PointDataY))    {       if (QMessageBox::question(this, "警告", "数据可能不正确,请检查数据\r\nyes表示退出校正\r\nno表示继续校正", QMessageBox::Yes | QMessageBox::No) == QMessageBox::Yes)       {           return false;       }    }    double x1 = -RealCorrectSizeX / 2;    double y1 = -RealCorrectSizeY / 2;    double x2 = RealCorrectSizeX / 2;    double y2 = RealCorrectSizeY / 2;    // 调用 ZScan_CorrectMorePtIter 函数，传递适当的参数    int ret = ZScan_CorrectMorePtIter(g_handle, ui->scan_list->currentIndex(), PointDataX, PointDataY, ui->checkBox->isChecked(), sqrt(countRow()), ui->Units->text().toDouble(),x1, y1, x2, y2, ui->mark_Size->text().toDouble(), 1.0, tableStartNum, PreCorrectFlag);    if (CheckError(ret, "ZScan_CorrectMorePtIter"))        return false;    PreCorrectFlag = 1;    return true;}

3.根据校正文件进行振镜校正

原理：校正文件本质上是通过多点迭代校正生成的，将校正点数据都存储在文件中，通过读取校正文件，将数据读出，对振镜进行校正，若文件校正完存在轻微误差可以通过文件补偿迭代校正的方式提高校正精度。

void MainWindow::on_but_Check_clicked(){    if( 0 == g_handle)    {        QMessageBox::warning(this,"提示","控制器未连接！");        return;    }    QString fileName = QString::fromStdString(ui->file_Route->text()    .toLatin1().data());    if (fileName.isEmpty())    {        QMessageBox::critical(this, "错误", "请先选择矫正文件！");        return;    }    if (ChangeDirMode == 1)    {        // 设置 X 和 Y 方向的步进比例        int ret = 0;        if (ui->x_Dir->text().toInt() == -1)        {            ret = ZAux_Direct_StepRatio(g_handle, markpara.AxisList[0], 1, -1);        }        else        {            ret = ZAux_Direct_StepRatio(g_handle, markpara.AxisList[0], 1, 1);        }        if (ret != 0)        {            QMessageBox::critical(this, "错误", QString("文件校正失败  X方向设置失败   错误码：%1").arg(ret));            return;        }        if (ui->y_Dir->text().toInt() == -1)        {            ret = ZAux_Direct_StepRatio(g_handle, markpara.AxisList[1], 1, -1);        }        else        {            ret = ZAux_Direct_StepRatio(g_handle, markpara.AxisList[1], 1, 1);        }        if (ret != 0)        {            QMessageBox::critical(this, "错误", QString("文件校正失败  Y方向设置失败   错误码：%1").arg(ret));            return;        }    }    int rest = ZScan_CorrectFromFile(g_handle, fileName.toLatin1().data(), scanNum, tableStartNum);//使用校正文件进行振镜校正    if (rest != 0)    {        QMessageBox::critical(this, "错误", QString("文件校正错误   错误码：%1").arg(rest));    }    else    {        QMessageBox::information(this, "信息", "文件校正完成");    }}