哪个终点站最精确?


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我见过机械(微动开关),光学和磁性(磁铁+霍尔传感器)终端挡块。

它们在正确位置切换的精确度是否有差异?如果是这样,哪个最精确?

Answers:


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我们应该使用一些不同的标准来选择开关类型:

  • 精度/重复性:开关是否每次都在同一位置触发?触发位置有多少价差?环境变化或机器设置变化会影响触发位置吗?
  • 接触距离:开关是否在与硬停点之间留有足够的间隙,以使归零轴在撞到某物之前可以停下来?
  • 噪声抑制:仅在应有的情况下才触发开关吗?

重要的是要问,我们实际上需要多少开关精度?由于诸如摩擦转矩和磁定位角误差之类的误差引起的影响,使用微步进步进电机的典型3d打印机传动系统只能将移动负载准确地定位在+/- 1个/ 16微步内(即使使用比其更精细的微步进)。对于大多数打印机而言,大约为+/- 0.01mm。归位开关只需要与电机的定位一样精确!拥有0.001mm的精密挡块无法获得任何收益。

通过选择正确的开关和配置,所有类型的挡块开关均可达到+/- 0.01mm的精度。

然后,在消费者/爱好者3d打印机中使用三种“标准”开关类型:

  • 机械开关,通常为双NO / NC限位开关,在触发时通过连接电路来拉高或拉低信号引脚
  • 光学开关,使用晶体管来检测障碍物(“标志”)何时阻挡了发射器和传感器之间的窗口
  • 霍尔效应开关,它使用晶体管来检测磁场何时超过特定的场强截止值

机械开关

精度/可重复性取决于开关的质量,所连接的杠杆臂的长度(更长的接触距离会增加接触距离,但对于精度而言则更差)以及滑架与开关的撞击速度。机械开关好坏都有可能。这通常是一个合理的默认选择,因为它既简单又便宜。

带有短杠杆臂(或杠杆臂已拆除)的小型机械开关通常可达到所需的+/- 0.01mm开关精度。非常便宜的开关,较高的接触速度以及较长的杠杆臂可能无法为Z归位或探测提供足够的分辨率,但仍足以满足低精度X和Y归位目的。

机械开关易于引起问题的地方是噪声抑制。不同的控制板使用不同的方式对开关进行布线:有些使用两条线,仅在触发时才发送信号。当未触发时,信号线会悬空或微控制器微弱上拉,同时连接到用作天线的长线以拾取EM噪声。由于PWM电流控制,加热器或步进器的接线会发出讨厌的EMR,这很常见。两线制末端止动电缆应始终远离步进器和加热器的布线。屏蔽和绞合导体也是一个好主意。

一种更可靠的方法是使用三线开关,根据开关位置主动拉高或拉低信号线。这些往往会更好地抑制噪声。

非常便宜的机械开关可能会在打印机的使用寿命内失效。但是,大多数限位开关的额定寿命为数百万个周期,在任何正常打印机的使用寿命内都不太可能发生。

机械开关易于对准,并且在故障排除期间易于手动触发。

光学开关

这些依赖于阻挡光发射器和检测器之间的窗口的标志。这是非接触式的并且可以相当可靠,但是带来了一些挑战。确切的触发位置(进而是精度)可能取决于房间中的环境光线水平,因为传感器正在监视光线以减少到特定强度以下。因此,在短期内它可能是非常可重复的/精确的,但是如果传感器在一天内移动进出太阳,则会有一些漂移。

如果标志从侧面而不是顶部进入窗口,则切换趋向于更加一致和可靠。

光开关将主动拉高或拉低信号线,因此具有良好的电气噪声抑制能力。

霍尔效应开关

它们测量附近磁场的强度,并以一定极性超过一定量时触发。这是高精度/可重复的(优于+/- 0.01mm),并且极耐噪声和环境条件。(无论如何,除非您的打印机靠近发射大磁场的物体。)

我见过的霍尔开关有一个可调电位器,可以调节触发距离。当尝试手动校准第一层高度的Delta或Z轴时,这是一个很好的功能。

霍尔开关的主要缺点是它们需要一块磁铁来触发开关。在故障排除期间很难手动触发,并且需要在移动的滑架上的某个地方安装磁铁。胶水可以很好地工作……但是不要将磁铁向后胶水!


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对于不同的开关类型,我看不到“精度/重复性”的答案。您可以命名具有影响力的效果。我认为问题是,好的机械开关是否比霍尔效应开关更精确。或者,如果环境光使光学开关的精度不如不良机械开关。还有什么变化。我们是说毫米差还是微米?比较三种终点挡块类型需要一些可以达到的精度的停放值。
拉尔斯·珀特(LarsPötter)'16

这完全取决于用于给出具体答案的特定开关。特别地,两个不同的机械开关可以具有非常不同的精度。带有很长的杠杆臂的便宜限位开关可能具有+/- 0.5mm的速度,其位置取决于速度,但是这非常糟糕。我的经验是,所有“典型”挡块开关(霍尔,光学,短程机械)的精度都等于或大于典型步进电机传动系统的定位分辨率(+/- 1/16微步左右)。确切的触发位置重复性无关紧要。
瑞安·卡莱尔

让我在答案中添加一些细节以澄清这一点。
瑞安·卡莱尔

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不错的答案,但是,您是否有(高)开关精度这么高的来源?“使用晶体管进行检测”的说法有点多余,因为几乎所有东西都使用晶体管,而晶体管并不是它们工作的真正关键。稀土大磁场;您是否认为步进电机本身会散发出很多磁性。我发现,一旦触发,由于电动机的磁场,我的大厅挡块仍保持触发状态,为了使它们“触发”,我不得不在它们附近增加一个极性相反的磁铁。
汤姆·范·德·赞登

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重复性远比精度重要。“精密”一词大致表示可以确定的距离差,您会认为没有超出步进电机极限的意义- 除了床身可以通过四个角进行更精确的调整外螺栓。因此,如果您可以获得超紧密的重复性,则可以将床本身“放回原处”到该位置。
卡尔·威索夫特

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托马斯·桑拉德勒(Thomas Sanladerer)完全按照您的要求进行了比较。查看整个视频。

结果是电感式传感器最精确,但高度依赖于所选的床层材料。

机械开关(裸露,没有金属臂)的精度与每种床料的精度相同(但是您需要一种机制来收回它们,但这可能会降低精度,也可能不会降低精度)。

其他传感器精度较低。

无论如何,大多数都已经远远超出了要求,因为任何小于50微米的都可以,而且基本上所有精度都可以达到要求。

根据其他因素(例如重量,安装,价格)进行选择。在根据您的特定床进行校准之后,感应式可能是最简单的,因为它们不需要缩回,但体积很大。BLtouch可能是第二选择,机械微动开关是第三选择。


很好地找到了一个老问题,并很好地总结了汤姆的测验。但是他没有测试光断路器电路-光线总是射在光电探测器上,而活动部件则在两者之间推墙。此设置非常精确。
Trish

我不确定它能否击败其他传感器:正如在另一个答案中所写的那样,这种终止是基于到达传感器的光降到某个阈值以下。由于这是基于(红外)光的测量,因此环境光会对其产生影响。它在特定环境中可能是准确的,但不能不受环境中各种变化的影响。
FarO

我说的是光栅型光学传感器。LED将全亮的功率发送到传感器中,并且“机翼”向内移动。此类挡块未经汤姆(Tom)的测试,但由于其十分安全且被破碎的光源或掉入传感器中的任何物品绊倒,因此已在重型机械中广泛使用。紧急停止。
Trish

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我认为没有简单的答案。

在我看来,家用传感器的精度并不重要。固件通常允许在指示位置和实际位置之间设置偏移量。真正重要的是可重复性。每次传感器指示位置时,位置都相同。

机械开关

通过测试几个机械开关,我发现“接通”事件的重复性不如“断开”事件。为了获得最佳效果,我朝关闭开关的位置移动,然后向相反的方向移动直到开关打开。如果我没记错的话,我的“ make”可重复性约为0.02英寸(0.5毫米),“断裂”可重复性约为0.005英寸(0.13毫米)。

光学开关

对于增量3D打印机,我使用光学传感器。光学传感器通常在叉状结构的相对侧具有内置的照明和传感器。传感器侧有一个槽,可遮挡接收到的光,从而将其与环境光隔离开。槽沿与叉对齐或垂直于叉的轴线。用于灭弧室的标志应完全覆盖插槽,并且为确保良好的重复性,标志的边缘必须与插槽平行。换句话说,一些传感器期望标志从侧面进入,而其他传感器期望标志从顶部进入。两种方法都可以,但是您需要为机器的配置选择合适的传感器。

带光开关的环境光

也许环境光可能是个问题。如果是这样,可以通过遮蔽传感器来解决。

假设传感器中的LED与周围的LED灯具有相同的效率。作为参考,以下是光学传感器中使用的典型光学断续器的规格表:http : //www.isocom.com/images/stories/isocom/isocom_new_pdfs/H21A.pdf光学传感器 的包装旨在降低敏感性。到环境光。

光强度随着距离^ 2而下降,并且传感器中的照明器非常靠近。室内光对传感器有多大影响?

在我的商店中,我将8英尺LED替换灯泡用于荧光灯。这样,我有72瓦的LED照明,可以说均匀地照亮了天花板下面的半球形。一个完整的球体为12.56 sr(立体声或立体声弧度),因此一个半球体为6.28球面弧度,功率为11.46 W / sr。在传感器上,这必须除以距离的平方,例如8英尺。这样得出(11.46 W / sr)/(96in ^ 2)= 0.119 W /面积。

照明LED的功率(通常)为1.2 V * 0.05 A,或0.06W。典型LED的光锥约为30度,即1 sr,功率为0.06 W / sr。估计发射器与传感器之间的距离为4毫米或0.157英寸,比例为(0.06 W / sr)/(0.157in ^ 2)= 2.43 W /面积。

一般环境光似乎不太可能成为问题。如果是这样,则可以将传感器安装座设计为屏蔽传感器,使其免受直接暴露于环境光的影响。

对于光学传感器而言,重要的是要确保中断标志实际上对照明灯是不透明的。正如我发现的那样,红色的PLA对红外光并不是特别不透明,因此我需要用黑色颜料喷涂标志。

霍尔效应开关

我没有霍尔效应磁性限位开关的经验。这里的其他答案都称赞它们,因为它们具有可用于设置精确检测点的调整。我不喜欢调整,因为它们会漂移。锅具容易磨损,氧化,并且电阻的变化缓慢和快速。我宁愿在硬件中有一些不可调整且可重复的内容,并使用软件来进行校准。

混合选择的例子

在我构建的6轴增量架构CNC机器上,我使用混合方法来感应原始位置。机械开关指示一个接近原点的位置,而旋转编码器的索引脉冲定义了精确的原点位置。归位固件向家移动,直到机械开关闭合,然后离开,直到其断开,然后向家移动,直到检测到索引脉冲。由于有六个轴,因此有六套这些开关和编码器。对于机器,使用机械开关进行粗略归位是很有意义的,因为索引传感器每转会被击中一次,因此这并不是唯一的指示,并且机器会产生大量灰尘和碎屑,从而可能会阻塞光学传感器。 。

因此,在没有绝对答案的情况下,我更喜欢光开关的可重复性。


您为机械开关获得的精度值似乎非常高。当然,它们并不是完美的,但是如果机械开关的可重复性只有0.5或0.13mm左右,那么那些著名的廉价中国3D打印机套件上的几乎所有打印都会失败,显然不是这种情况。
弗里茨

不幸的是,该链接已死...您是否偶然知道该文件的标题,以便我们可以搜索/搜索它?
Greenonline


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我认为最好的传感器涉及多个因素,但对我而言,一般的订购顺序为霍尔,光学和机械。由于振动和打印机在使用过程中的变化,所有类型的打印机都可能会有些偏差。因此,调整的难易程度和止损的准确性才算在评估中。

以我的经验,霍尔效应传感器是最准确,最简单的。它们不依赖于物理切换(与机械切换一样),这意味着组件上没有“磨损”,切换点将保持不变。他们有一个电位器,可以调节该电位器以改变挡块的位置,而无需任何机械干预,即可进行非常精细的调节。它们可能非常准确。

光学元件同样准确,但通常具有固定的组件,该组件会切断光束以打开/关闭传感器。挡块的调整通常是机械的,因为需要调整安装点-这会降低其精度。有各种可调节的安装座以减轻这种情况。

机械开关在调节方面与光学开关相似,但实际开关机制的不准确性会随着时间的推移而降低。


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如果您查看RepRap Wiki,他们将简要介绍以下三个开关:

  • 机械

    机械终点挡块是终点挡块的最基本的形式中,由一个普通的开关的,两条线。改变开关的状态信号的电子设备。

  • 光学的

    “这些光学挡块会观察光的强度并对突发变化做出反应。”

  • 磁性

    “这些终端机;霍尔效应传感器是一种传感器,可根据磁场改变其输出电压。霍尔效应传感器用于接近开关,定位,速度检测和电流感测应用。”

关于您的问题,这取决于您的情况。但是,大多数时候,一个好的在线机械开关是可重复的,并且可以很好地实现其目的。

我个人将光学和磁性开关都放在多功能组件的类别中。这意味着,这两种类型的开关(通常)都为对象检测提供了有价值的范围。这可能会导致(取决于您的计算机)推入的命令,该命令告诉您的计算机在接近软停止时减速。

再次,就我个人而言,我会警惕使用光学端挡块,该挡块可能会产生来自环境室内照明或其他来源的潜在白光噪声。我担心某些解决此类问题的模块可能是错误的。

因此,如果我们缩小机械和磁性之间的距离:-磁性将提供更温和的方法,(潜在地)减少磨损量-但是,我假设磁性开关需要“插入”,具体取决于传感器中使用的组件。这可能会导致传感器触发范围超出预期。-机械开关很简单。他们是触摸还是不触摸(打开或关闭)-一种可能的优点(或缺点)是能够更轻松地手动操作触发器。我遇到了几次需要作为故障排除步骤的一部分手动触发终点站的情况。但是,如果在机器运行时意外撞到了挡块,那就不好了。


您是否知道是否在任何计算机上都使用了此“指示您的计算机减速的推送命令”?
拉尔斯·珀特(LarsPötter)'16

我不知道3D打印在现实世界中的用途,这就是为什么我说这是一个潜在的选择。我已经看到了使用第三方传感器的传统CNC加工中的类似设置。传感器完成其任务,并从本质上将G代码命令推送至机器的控制器。通常,该命令是执行多个功能的子例程,例如将机器移至安全距离,停止并通知操作员。查找Caron Engineering的TMAC设置示例。
tbm0115

这没有回答这个问题,它询问“哪个终点是最精确的?”。这里没有什么可以解决的-这个答案似乎主要是关于“温特勒方法”的理论,该方法甚至没有任何固件支持。
汤姆·范德赞丹

@TomvanderZanden我故意不回答那部分问题,因为它主要是基于意见的。
tbm0115

如果您在某些数据表中了解各种挡块的可重复性特征,则可以很客观地回答该部分。
汤姆·范德赞丹

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其他答案中未解决的另一个问题是,X / Y轴的终点挡块与Z轴的终点挡块有不同的要求。

X / Y轴

当打印机提供XYZ校准(例如Prusa i3 MK2)时,X和Y开关的属性将发挥作用,因为对于Z探测,探头应居中位于床的基准点(铜圈)上方。校准的XY部分测量基准点相对于终点止动触发点的位置。然后Z校准将测量每个基准点的高度。

当不提供XYZ校准时,通常不需要相对于X和Y行进端进行非常可重复的定位,并且在大多数打印机上,您可以简单地移动电动机,直到它们开始跳过步骤并称这一天为止-这将是准确的在几步之内。

Z轴

Z轴始终对准确性和可重复性有很高的要求,并且有两种通用方法来确定其位置:

  1. Z轴驱动系统上没有末端挡块,探针安装在打印头上,用于检测打印头何时位于打印床上方一定距离。可用于床身形状的9点校准,因此无需进行床平整。

  2. Z轴驱动系统上使用的终点挡块。打印头上没有传感器。床需要根据喷嘴单独调平-因此床调平螺丝。

三角洲Z

对于Delta,您实际上具有三个Z轴驱动器,并且与笛卡尔XYZ驱动器类似,如果您在打印头上装有探针,则不需要任何末端挡块。您也可以使用这种探头进行多点床平整。

其他方法

一旦使用了闭环步进控制,例如Mechaduino或线性数字位置传感器(例如,在CNC机床中使用),就不必使用X和Y挡块。

如果您不想手动执行床平整,则Z探针仍然有用。


尽管这些是关于终点站的有趣观点,但它根本没有解决实际的问题。
Tom van der Zanden

您是否有提及没有终点的运行增量?我相当确定需要使用挡块来确定轴的位置,否则运动就会搞砸了。
tjb1

运动学上不需要它们。与双Z轴Prusa支架类似,您从“相当”的床中间位置开始,然后所有三个Z轴向下移动,直到探头检测到第一个基准点为止。它是一个大圆圈(例如1英寸直径),并确定Z和径向原点(以极坐标为基准的床)。第二基准点是一个狭窄的扇区,它确定了角原点。现在,您可以找到更多的小型基准来执行全Z校准(或在组装后进行全XYZ校准)。对于XYZ cal,您需要类似Prusa的定制床。对于Z,只能使用圆形金属板。
恢复莫妮卡

@KubaOber您能否解释一下如何确定“基本处于中间位置”的三角洲中没有任何传感器的位置?最初的位置几乎可以在任何地方...
piit79 '18

你不能 您可以手动执行此操作,也可以使用基准点为负(即间隙)的金属床。电感式传感器擅长检测那些传感器。这也将有助于检测床的边缘,因此除了感应传感器之外,您根本不需要任何其他传感器。我像这样跑一个三角洲。
恢复莫妮卡
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