开放式激光振镜运动控制器在Ubuntu+Qt下自定义图形标刻

科技科技 2024-09-24 07:03 广东

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前面课程我们讲述了如何通过Ubuntu+Qt进行振镜校正（详情点击→开放式激光振镜运动控制器在Ubuntu+Qt下的激光振镜校正），本节自定义图形标刻是在振镜校正的前提下实现的。

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控制器支持在Linux环境下进行开发使用。

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》。

Ubuntu+Qt进行自定义图形标刻项目的开发

1.在Qt Creator菜单选择“文件”→“新建文件或项目...”，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zmcaux.h、zmcaux.cpp以及libzmotion.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“添加库...”→“外部库”点击下一步，将刚才复制到项目文件夹上的libzmotion.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“添加现有文件...”，将之前复制到项目文件下的头文件zmotion.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。此时已经将例程需要用到的函数库和头文件都加入到项目中了，接下来开始实现例程。

自定义图形标刻流程以及相关函数介绍

1.自定义图形标刻流程图

2.相关函数介绍

（1）连接控制器

函数原型

int32 __stdcall ZMC_FastOpen(ZMC_CONNECTION_TYPE type, char *pconnectstring, uint32 uims ,ZMC_HANDLE * phandle)

功能

与控制器建立连接, 可以指定连接的等待时间。

输入参数

参数名	描述
type	连接类型。
pconnectstring	连接字符串。
uims	连接等待时间。
phandle	控制器句柄。

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

（2）通用命令执行接口

函数原型

int32 __stdcall ZMC_Execute(ZMC_HANDLE handle, const char* pszCommand, uint32 uimswait, char* psResponse, uint32 uiResponseLength)

功能

通过命令字符串直接操作控制器，执行对应的指令。

输入参数

参数名	描述
handle	连接的控制器句柄。
pszCommand	在线命令字符串。
uimswait	最长等待ms时间。
psResponse	接收控制器执行结果输出。
uiResponseLength	接收执行结果输出的大小。

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

（3）三次文件初始化

函数原型

void LaserScan_z3p_Init(QString &strFile3)

功能

对三次文件字符串初始化。

输入参数

参数名	描述
strFile3	三次文件字符串的地址。

返回值

void

（4）生成空移字符串

函数原型

void LaserScan_z3p_EmptyMove(QString &strFile3,double x,double y,double jumpSpeed,double jumpDelay)

功能

生成空移的三次文件字符串。

输入参数

参数名	描述
strFile3	三次文件字符串的地址。
x	空移点的x坐标。
y	空移点的y坐标。
jumpSpeed	空移点的跳转速度。
jumpDelay	空移点的跳转延时(us)。

返回值

void

（5）生成开光字符串

函数原型

void LaserScan_z3p_OpenLight(QString &strFile3,int op,double openDelay,double markSpeed)

功能

生成开光的三次文件字符串。

输入参数

参数名	描述
strFile3	三次文件字符串的地址。
op	激光开光的op输出口号。
openDelay	开光延时(us)。
markSpeed	设置的标刻速度。

返回值

void

（6）生成关光字符串

函数原型

void LaserScan_z3p_CloseLight(QString &strFile3, int op, double closeDelay)

功能

生成关光的三次文件字符串。

输入参数

参数名	描述
strFile3	三次文件字符串的地址。
op	激光开光的op输出口号。
closeDelay	关光延时(us)。

返回值

void

（7）生成标刻点字符串

函数原型

void LaserScan_z3p_MarkPoint(QString &strFile3, double x, double y)

功能

生成标刻点的三次文件字符串。

输入参数

参数名	描述
strFile3	三次文件字符串的地址。
x	标刻点的x坐标。
y	标刻点的y坐标。

返回值

void

（8）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

通过命令字符串直接操作控制器，执行对应的指令。

输入参数

参数名	描述
handle	连接的控制器句柄。
pbuffer	三次文件字符串。
buffsize	三次文件字符串长度。
pfilenameinControl	下载到控制器中的三次文件名。

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

（9）设置输出口状态

函数原型

int32 ZAux_Direct_SetOp(ZMC_HANDLE handle, int ionum, uint32 iValue)

功能

设置输出口的状态，打开或者关闭输出口。

输入参数

参数名	描述
handle	连接的控制器句柄。
ionum	输出口号。
iValue	输出口状态(0为关闭，1为打开状态)。

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

（10）设置模拟量输出

函数原型

int32 ZAux_Direct_SetDA(ZMC_HANDLE handle, int ionum, float fValue)

功能

设置输出口的状态，打开或者关闭输出口。

输入参数

参数名	描述
handle	连接的控制器句柄。
ionum	模拟量输出口号。
fValue	模拟量值。

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

（11）设置pwm占空比

函数原型

iint32 ZAux_Direct_SetPwmDuty(ZMC_HANDLE handle, int ionum, float fValue)

功能

设置pwm占空比。

输入参数

参数名	描述
handle	连接的控制器句柄。
ionum	PWM口编号。
fValue	占空比大小。

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

（12）设置pwm频率

函数原型

int32 ZAux_Direct_SetPwmFreq(ZMC_HANDLE handle, int ionum, float fValue)

功能

设置pwm频率。

输入参数

参数名	描述
handle	连接的控制器句柄。
ionum	模拟量输出口号。
fValue	pwm频率。

返回值

成功返回值为0，非0详见错误码说明。

自定义图形标刻的实现例程

自定义图形标刻例程主要是通过选择简单图形来生成标刻的三次文件，控制器运行三次文件标刻对应的图形，例程中的三次文件主要通过字符串追加的形式生成，在将所有图形的绘制过程生成三次文件后下载到控制器即可。

1.建立控制器连接，设置相关的振镜和工艺参数，可以通过设置模拟量口和pwm以及激光器使能信号，可以打开或者关闭激光。

void MainWindow::on_ip_open_clicked(){    char * tmp_buff = new char[16];    QString str = ui->ip_Address->text();    QByteArray ba = str.toLatin1();    tmp_buff = ba.data();    if(0 != g_handle)    {        ZAux_Close(g_handle);    }    int32 iresult= ZMC_FastOpen(ZMC_CONNECTION_ETH,tmp_buff,1000,&g_handle);    if( 0 != iresult)    {        QMessageBox::warning(this,"提示","连接失败");        return;    }    ZAux_Direct_SetDA(g_handle,markPara.PowerDA,markPara.Power);   //设置模拟量    ZAux_Direct_SetPwmDuty(g_handle,markPara.PwmIo,0.5);   //设置占空比    ZAux_Direct_SetPwmFreq(g_handle,markPara.PwmIo,markPara.PwmFreq);   //设置频率    ZAux_Direct_SetOp(g_handle,io_value.emit_io,0);   //关闭激光输出口    ZAux_Direct_SetOp(g_handle,io_value.enable_io,0);  //关闭激光器使能}

2.生成初始化的三次文件字符串

可以将标刻过程中初始化的部分写到相关的函数里面，包括设置初始化的激光器参数、标刻起点、延时参数等，方便在标刻自定义图形的过程中直接使用。三次文件字符串本质是将basic指令进行拼接处理，将所有指令拼接完成后，可以直接写入控制器中执行。

void MainWindow::LaserScan_z3p_Init(){    strFile3.clear();    strFile3 += QString("BASE(%1,%2)\n").arg(4).arg(5); //设置轴号    strFile3 += "ATYPE = 21,21\n"; //设置轴类型    strFile3 += "UNITS = 100,100\n"; //设置脉冲当量    strFile3 += "AXIS_ZSET = 3,3\n"; // 开启精准输出    strFile3 += "MERGE = 1,1\n"; //开启连续插补    strFile3 += QString("OP(%1,ON)\n").arg(io_value.enable_io);    strFile3+=QString("MOVE_AOUT(%1,%2)\n").arg(markPara.PowerDA).arg(static_cast<int>(markPara.Power * 255 / 100));               strFile3+=QString("MOVE_PWM(%1,0.5,%2)\n").arg(markPara.PwmIo).arg(markPara.PwmFreq);    strFile3 +=QString("DECEL_ANGLE= %1,%2\n").arg(15.0/180.0*M_PI).arg(15.0/180.0*M_PI);    strFile3 += QString("STOP_ANGLE = %1,%2\n").arg(90.0/180.0*M_PI).arg(90.0/180.0*M_PI);    strFile3 += QString("ZSMOOTH= %1,%2\n").arg(markPara.CorDelay).arg(markPara.CorDelay); //拐角延时时间    strFile3 += QString("FORCE_SPEED = %1\n").arg(markPara.JumpSpeed); //空移速度    strFile3 += "MOVESCANABS(0,0)\n"; //移动到 0 位}

3.生成标刻自定义图形的三次文件字符串

自定义图形本质上可以分解为线段进行绘制，在进行激光标刻时也是采用线段的形式，在生成自定义图形时，只需要控制每一条线段的起始点和结束点位置，同时在起始点和结束点的位置控制延时参数，最后在完成绘制时关闭激光和使能即可。下面是部分生成三次文件字符串以及下载的代码。

void MainWindow::on_create_File3_clicked(){    LaserScan_z3p_Init(strFile3);    ListNode *ps = layers->next;    do    {        Coordinate * pData = ps->data;        if(ps->type == 1)//标刻点        {            LaserScan_z3p_EmptyMove(strFile3,pData->next->x,pData->next->y,markPara.JumpSpeed,markPara.JumpDelay);            LaserScan_z3p_OpenLight(strFile3,io_value.emit_io,markPara.OpenDelay,markPara.MarkSpeed);            LaserScan_z3p_MarkPoint(strFile3,pData->next->x,pData->next->y);            LaserScan_z3p_CloseLight(strFile3,io_value.emit_io,markPara.CloseDelay,markPara.JumpDelay);        }        else if(ps->type == 2)//标刻直线        {            LaserScan_z3p_EmptyMove(strFile3,pData->next->x,pData->next->y,markPara.JumpSpeed,markPara.JumpDelay);            LaserScan_z3p_OpenLight(strFile3,io_value.emit_io,markPara.OpenDelay,markPara.MarkSpeed);            LaserScan_z3p_MarkPoint(strFile3,pData->next->x2,pData->next->y2);            LaserScan_z3p_CloseLight(strFile3,io_value.emit_io,markPara.CloseDelay,markPara.JumpDelay);         }        else if(ps->type == 3)//标刻圆弧        {            LaserScan_z3p_Arc(pData->next->x + ps->radius,pData->next->y - ps->radius,ps->radius,ps->angle,ps->radian,0,0);        }        else if(ps->type == 4)//标刻整圆        {            LaserScan_z3p_Arc(pData->next->x + ps->radius,pData->next->y - ps->radius,ps->radius,0,360,0,0);        }        ......        //标刻其他类型        ps = ps->next;    }while(ps != layers);}

4.设置运行任务号，启动任务进行标刻

三次文件已经下载到控制器中，这个时候可以通过ZMC_Execute函数输入命令去运行生成的三次文件，完成图形的标刻。下面的启动任务，进行标刻的部分实现代码。

void MainWindow::on_but_Mark_clicked(){    if( 0 == g_handle)    {        QMessageBox::warning(this,"提示","控制器未连接！");        return;    }    QString Cmd;    char Response[1024];    //设置启动任务号，执行Zmc_polyline.z3p    ZMC_Execute(g_handle,"FILE3_RUN  \"Zmc_polyline.z3p\",7 ",500,Response,1024);}

5.设置配置文件信息，保留配置参数

通过生成ini配置文件信息，在程序加载时读取文件，程序关闭时将配置数据写到ini配置文件中，以此实现保留最后一次的使用参数，方便下一次加载使用。通过使用内部函数库QSettings实现的，下面是部分的实现代码。

void MainWindow::saveINI(){    //保存配置数据信息    QSettings *iniWrite = new QSettings("config.ini",QSettings::IniFormat);    iniWrite->setValue("laserType",ui->laser_List->currentIndex());    .....    delete iniWrite;}void MainWindow::readINI(){    //读取配置文件数据    QSettings *iniRead = new QSettings("config.ini",QSettings::IniFormat);    int laserType = iniRead->value("laserType").toInt();    ui->laser_List->setCurrentIndex(laserType);    .....    delete iniRead;}

自定义图形标刻的实现效果

1.打开Qt绘制的基本图形界面，设置基本的激光器参数和运动参数。

2.添加想要标刻的自定义图形，设置图形参数，选择添加图形，例程中添加的图形为点、矩形、整圆、圆弧、直线，点击生成三次文件后，查看三次文件的内容。

3.点击标刻即可完成已选自定义图形的标刻。

4.分析生成的三次文件信息，下面是生成三次文件的部分内容，三次文件的开头都是对轴参数加工参数的设置，当移动到运动起始点时，设置开光参数和延时参数，在轨迹完成时设置关光延时和关光操作。

BASE(4,5)ATYPE = 21,21UNITS = 100,100AXIS_ZSET = 3,3MERGE = 1,1OP(47,ON)MOVE_AOUT(3,127)MOVE_PWM(11,0.5,4000)DECEL_ANGLE = 0.261799,0.261799STOP_ANGLE = 1.5708,1.5708ZSMOOTH = 1000,1000FORCE_SPEED = 1000MOVESCANABS(0,0)FORCE_SPEED = 1000MOVESCANABS(0.00000,0.00000)MOVE_DELAY(0.2,1)FORCE_SPEED = 500MOVEOP_DELAY = -0.1MOVE_OP(44,ON)MOVESCANABS(0.00000,0.00000)MOVEOP_DELAY = 0MOVE_DELAY(1)MOVE_OP(44,OFF)FORCE_SPEED = 1000MOVESCANABS(-5.00000,5.00000)MOVE_DELAY(200,1)FORCE_SPEED = 500MOVEOP_DELAY = -0.1MOVE_OP(44,ON)MOVESCANABS(5.00000,5.00000)MOVESCANABS(5.00000,-5.00000)MOVESCANABS(-5.00000,-5.00000)MOVESCANABS(-5.00000,5.00000)MOVEOP_DELAY = 0MOVE_DELAY(1)MOVE_OP(44,OFF)