開放式激光振鏡運(yùn)動(dòng)控制器在Ubuntu+Qt下的激光振鏡校正

Ubuntu是一款免費(fèi)且開源的操作系統(tǒng)，基于強(qiáng)大的Linux內(nèi)核，它支持多用戶、多任務(wù)、多線程操作，擁有多CPU架構(gòu)，可以簡(jiǎn)化開發(fā)過程，具備出色的移植性。

今天，正運(yùn)動(dòng)小助手給大家分享一下Ubuntu下基于QT的激光振鏡的校正。在正式學(xué)習(xí)之前，我們先了解一下正運(yùn)動(dòng)ZMC408SCAN-V22運(yùn)動(dòng)控制器，ZMC408SCAN-V22支持在Linux環(huán)境進(jìn)行開發(fā)使用。

01 ZMC408SCAN-V22硬件介紹

ZMC408SCAN-V22是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)推出的高性能雙振鏡運(yùn)動(dòng)控制器，集成了2個(gè)百兆以太網(wǎng)口，支持EtherCAT、EtherNET、CAN、RS232、RS485、24路通用數(shù)字輸入、20路通用數(shù)字輸出、2路通用模擬量輸出、2路通用模擬量輸入、4個(gè)本地差分脈沖軸接口、1個(gè)MPG手輪編碼器接口、2個(gè)帶反饋振鏡接口、1個(gè)LASER激光專用接口、1個(gè)FIBER激光器接口。開放式系統(tǒng)框圖如下所示：

ZMC408SCAN-V22總線控制器支持EtherCAT總線連接，支持最快500μs的刷新周期，支持最多達(dá)16軸運(yùn)動(dòng)控制，支持直線插補(bǔ)、任意圓弧插補(bǔ)、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨、虛擬軸設(shè)置等；采用優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)控制。

ZMC408SCAN-V22通過CAN、EtherCAT總線可以連接各個(gè)擴(kuò)展模塊，從而擴(kuò)展數(shù)字量、模擬量或運(yùn)動(dòng)軸。可以在

Windows，Linux，Mac，Android，Wince各種操作系統(tǒng)下開發(fā)，提供vc，c#，vb.net，labview等各種環(huán)境的dll庫。上位機(jī)軟件編程參考《ZMotion PC函數(shù)庫編程手冊(cè)》。

02 Linux下使用Ubuntu+Qt進(jìn)行振鏡校正軟件的開發(fā)

（一）振鏡校正的目的

振鏡本身在制造過程中或者在長(zhǎng)時(shí)間使用后可能會(huì)存在一些畸變，振鏡校正的一個(gè)主要目的就是檢測(cè)和修正這些畸變，以確保激光的精度。

通過定期的校正和調(diào)整，可以有效地管理和糾正振鏡的畸變，從而提高激光系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。

（二）新建Qt項(xiàng)目并添加函數(shù)庫

1.在Qt Creator菜單選擇“File”→“New File or Project...”，打開創(chuàng)建項(xiàng)目向?qū)?。選擇Application項(xiàng)目集，創(chuàng)建Qt Widgets Application項(xiàng)目，設(shè)置項(xiàng)目名稱和保存位置。

2.導(dǎo)入廠家提供的相關(guān)函數(shù)庫及頭文件。

（1）將zmotion.h和ZScancorrect.h頭文件、zmcaux.cpp和zmcaux.h以及l(fā)ibzmotion.so和libZScanCorrect.so庫復(fù)制到新建的項(xiàng)目文件夾中。

（2）在Qt Creator選擇新建的Qt項(xiàng)目右擊選擇“Add Library...” → “External library”點(diǎn)擊next，將剛才復(fù)制到項(xiàng)目文件夾上的libzmotion.so和libZScanCorrect.so庫文件導(dǎo)入到項(xiàng)目中。

（3）在Qt Creator下右擊新建的Qt項(xiàng)目，選擇“Add Existing Files...”，將之前復(fù)制到項(xiàng)目文件下的頭文件zmotion.h和ZScancorrect.h以及zmcaux.cpp和zmcaux.h添加到項(xiàng)目中。

（4）函數(shù)庫添加成功后，打開pro文件可以看到相關(guān)的函數(shù)庫和頭文件信息。

03 振鏡校正例程流程和相關(guān)函數(shù)介紹

1.振鏡校正流程圖

2.主要函數(shù)的介紹

（1）取消校正

（2）下載三次文件

（3）多點(diǎn)迭代校正

（4）保存校正數(shù)據(jù)到文件

（5）讀取校正文件

（6）使用校正文件進(jìn)行校正

（7）誤差補(bǔ)償后校正

（8）相關(guān)錯(cuò)誤碼

04 振鏡校正例程的實(shí)現(xiàn)及原理

1.預(yù)校正并標(biāo)刻

原理：預(yù)校正通過標(biāo)刻圖形得到實(shí)際的標(biāo)刻大小，通過實(shí)際的大小計(jì)算出與目標(biāo)標(biāo)刻尺寸的縮放比例，當(dāng)預(yù)校正的實(shí)際大小和目標(biāo)標(biāo)刻的大小一致時(shí)，可以進(jìn)行采點(diǎn)操作。

void MainWindow::on_beforeCheck_mark_clicked()
{    
   if( 0 == g_handle)    
   {
       QMessageBox::warning(this,"提示","控制器未連接！");        
       return;    
   }    
   dataRenew();    //更新獲取頁面數(shù)據(jù)    
   ZScan_CancelCorrect(g_handle, ui->scan_list->currentIndex(), ui->Units->text().toDouble(), 1.0, tableStartNum);    // 先取消校正    
   int RowNum = sqrt(countRow());//獲取當(dāng)前選擇的校正點(diǎn)數(shù)    
   QString strFile3 = CreateMakingString(RealCorrectSizeX, RealCorrectSizeY, RowNum, XLineLenght, YLineLenght);    // 生成三次文件字符串    
   Down3File(strFile3);     // 下載三次文件到控制器中    
   // 刷新列表，將列表數(shù)據(jù)插入為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)    
   model->removeRows(0, model->rowCount());    
   ZPoint *tmp = pointData(RowNum,dScanSize);    
   for (int i = 0; i < RowNum * RowNum; i++)    
   {        
       QList rowItems;        
       rowItems insertRow(i, rowItems);    
   }    
   delete [] tmp;    
   PreCorrectFlag = 0;//標(biāo)記為預(yù)校正
}

2.多點(diǎn)迭代校正的方式進(jìn)行振鏡校正

原理：多點(diǎn)迭代校正，通過實(shí)際測(cè)量得到標(biāo)刻點(diǎn)數(shù)據(jù)，和標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)比較可以直觀的看到誤差，振鏡校正函數(shù)通過實(shí)際點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)振鏡進(jìn)行校正，在經(jīng)過多次迭代校正后可以明顯看出實(shí)際點(diǎn)位數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)的誤差減小。

bool MainWindow::ScanCorrection(int MakingRowNum)
{    
   //通過點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行振鏡校正    
   memset(PointDataX, 0, MakingRowNum);    
   memset(PointDataY, 0, MakingRowNum);    
   int cur_item = model->rowCount();    // 檢查當(dāng)前數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)量是否正確    
   if (cur_item != MakingRowNum)    
   {       
       QMessageBox::critical(this, "錯(cuò)誤", "數(shù)據(jù)錯(cuò)誤");       
       return false;    
   }    
   for (int row = 0; row < MakingRowNum; ++row)//將所有點(diǎn)數(shù)據(jù)取出，進(jìn)行多點(diǎn)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;    
   }    
   // 檢測(cè)數(shù)據(jù)是否正確    
   if (!CheckCorrectData(MakingRowNum,PointDataX,PointDataY))    
   {       
       if (QMessageBox::question(this, "警告", "數(shù)據(jù)可能不正確,請(qǐng)檢查數(shù)據(jù)rnyes表示退出校正rnno表示繼續(xù)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;    
   // 調(diào)用 ZScan_CorrectMorePtIter 函數(shù)，傳遞適當(dāng)?shù)?a  target="_blank">參數(shù)    
   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.根據(jù)校正文件進(jìn)行振鏡校正

原理：校正文件本質(zhì)上是通過多點(diǎn)迭代校正生成的，將校正點(diǎn)數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在文件中，通過讀取校正文件，將數(shù)據(jù)讀出，對(duì)振鏡進(jìn)行校正，若文件校正完存在輕微誤差可以通過文件補(bǔ)償?shù)Ｕ姆绞教岣咝Ｕ取?/span>

void MainWindow::on_but_Check_clicked()
{    
   if( 0 == g_handle)    
   {        
       QMessageBox::warning(this,"提示","控制器未連接！");        
       return;    
   }    
   QString fileName = QString::fromStdString(ui->file_Route->text()    
   .toLatin1().data());    
   if (fileName.isEmpty())    
   {        
       QMessageBox::critical(this, "錯(cuò)誤", "請(qǐng)先選擇矯正文件！");        
       return;    
   }    
   if (ChangeDirMode == 1)    
   {        
       // 設(shè)置 X 和 Y 方向的步進(jìn)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, "錯(cuò)誤", QString("文件校正失敗  X方向設(shè)置失敗   錯(cuò)誤碼：%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, "錯(cuò)誤", QString("文件校正失敗  Y方向設(shè)置失敗   錯(cuò)誤碼：%1").arg(ret));            
           return;        
       }    
   }    
   int rest = ZScan_CorrectFromFile(g_handle, fileName.toLatin1().data(), scanNum, tableStartNum);//使用校正文件進(jìn)行振鏡校正    
   if (rest != 0)    
   {        
       QMessageBox::critical(this, "錯(cuò)誤", QString("文件校正錯(cuò)誤   錯(cuò)誤碼：%1").arg(rest));    
   }    
   else    
   {        
       QMessageBox::information(this, "信息", "文件校正完成");    
   }
}

05 通過振鏡校正例程對(duì)激光振鏡進(jìn)行校正

1.多點(diǎn)迭代校正方式進(jìn)行振鏡校正

（1）連接到控制器，并進(jìn)行工藝參數(shù)設(shè)置，根據(jù)實(shí)際激光器類型和IO參數(shù)以及標(biāo)刻參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（2）輸入需要實(shí)際標(biāo)刻的尺寸，進(jìn)行預(yù)校正標(biāo)刻，使用預(yù)校正標(biāo)刻的實(shí)際XY測(cè)量值來計(jì)算縮放比例，可以進(jìn)行多次預(yù)校正標(biāo)刻和測(cè)量，計(jì)算出較為精準(zhǔn)的比例，這里的誤差越小，后續(xù)校正的次數(shù)將會(huì)減少。

（3）通過導(dǎo)入點(diǎn)數(shù)據(jù)或者手動(dòng)填入點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)刻并校正，可以通過與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比，直觀看到誤差。

（4）繼續(xù)測(cè)量標(biāo)刻點(diǎn)的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入點(diǎn)數(shù)據(jù)或手動(dòng)添加到程序中，重復(fù)步驟二三提高校正精度。若精度還是達(dá)不到要求，可以繼續(xù)加點(diǎn)迭代校正來提高精度，若已達(dá)到精度則可以將校正數(shù)據(jù)保存到校正文件中，方便后續(xù)直接使用文件校正。

2.文件校正方式進(jìn)行振鏡校正

(1)選擇校正文件進(jìn)行振鏡校正

（2）進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，若測(cè)量數(shù)據(jù)無誤，則校正完成。若出現(xiàn)點(diǎn)位誤差可采取坐標(biāo)補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行補(bǔ)償校正，將補(bǔ)償值填入，進(jìn)行校正并標(biāo)刻，重新測(cè)量數(shù)據(jù)，可多次進(jìn)行補(bǔ)償操作，若誤差過大，或者較多點(diǎn)位存在問題，需要使用多點(diǎn)疊加迭代校正的方式進(jìn)行振鏡校正。

本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)開放式激光振鏡運(yùn)動(dòng)控制器在Ubuntu+Qt下的激光振鏡校正，就分享到這里。

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審核編輯 黃宇