Ho visto finecorsa meccanici (microinterruttore), ottici e magnetici (magnete + sensore hall).
Ci sono differenze nel modo esatto in cui cambiano nel posto giusto? In tal caso, quali sono i più precisi?
Ho visto finecorsa meccanici (microinterruttore), ottici e magnetici (magnete + sensore hall).
Ci sono differenze nel modo esatto in cui cambiano nel posto giusto? In tal caso, quali sono i più precisi?
Risposte:
Esistono alcuni criteri diversi che dovremmo utilizzare per selezionare un tipo di interruttore:
È importante chiedere, di quanta precisione di commutazione abbiamo effettivamente bisogno? Una tipica trasmissione per stampante 3d che utilizza un motore passo-passo con microstepping può posizionare con precisione il carico in movimento solo entro +/- un 1/16 microstep (anche se si utilizza microstepping più fine di quello) a causa di effetti che inducono errori come la coppia di attrito e l'errore dell'angolo di arresto magnetico. Questo è circa +/- 0,01 mm per la maggior parte delle stampanti. L'interruttore di ricerca del punto di riferimento deve solo essere preciso quanto il posizionamento del motore! Nulla si ottiene, ad esempio, con terminali di precisione da 0,001 mm.
Questa precisione di +/- 0,01 mm è realizzabile per tutti i tipi di interruttori di finecorsa, con una corretta selezione e configurazione degli interruttori.
Poi ci sono tre tipi di commutazione "standard" in uso nelle stampanti 3d consumer / hobbisti:
Interruttori meccanici
La precisione / ripetibilità dipende dalla qualità dell'interruttore, dalla lunghezza del braccio della leva collegato (aumenta la distanza di contatto ma peggiora per la precisione) e dalla velocità di impatto del carrello con l'interruttore. È possibile avere un buon interruttore meccanico o un cattivo interruttore meccanico. Questa è in genere una scelta predefinita ragionevole perché è semplice ed economica.
Un piccolo interruttore meccanico con un braccio di leva corto (o il braccio di leva rimosso) generalmente raggiungerà la precisione di commutazione +/- 0,01mm richiesta. Interruttori molto economici, velocità di contatto elevate e bracci a leva lunghi possono fornire una risoluzione inadeguata per la ricerca del punto di riferimento o il rilevamento Z, ma saranno comunque adeguati per scopi di ricerca del punto di riferimento X e Y di bassa precisione.
Laddove gli interruttori meccanici tendono a causare problemi è il rifiuto del rumore. Schede controller diverse utilizzano modalità diverse di cablaggio dell'interruttore: alcune utilizzano due fili e inviano un segnale solo quando attivate. Quando non viene attivato, il filo del segnale viene lasciato fluttuante o debolmente sollevato dal microcontrollore, mentre è collegato a un filo lungo che funge da antenna per raccogliere il rumore EM. È MOLTO comune per il cablaggio del riscaldatore o dello stepper emettere un cattivo EMR a causa del controllo della corrente PWM. I cavi con estremità a due fili devono sempre essere condotti lontano dal cablaggio stepper e riscaldatore. Anche schermare e torcere i conduttori è una buona idea.
Un approccio più solido consiste nell'utilizzare interruttori a tre fili che tirano attivamente la linea del segnale in alto o in basso a seconda della posizione dell'interruttore. Questi tenderanno a rifiutare meglio il rumore.
Interruttori meccanici molto economici potrebbero non funzionare durante la vita della stampante. Tuttavia, la maggior parte degli interruttori di finecorsa sono classificati per milioni di cicli, il che è improbabile che si verifichi durante la normale durata della stampante.
Gli interruttori meccanici sono facili da allineare e facili da attivare manualmente durante la risoluzione dei problemi.
Interruttori ottici
Questi si basano su una bandiera che blocca una finestra tra un emettitore di luce e un rivelatore. Questo è senza contatto e può essere abbastanza affidabile, ma presenta alcune sfide. L'esatta posizione del grilletto (e quindi la precisione) può dipendere dai livelli di luce ambientale nella stanza, poiché il sensore sta monitorando che la luce diminuisca al di sotto di un'intensità specifica. Quindi può essere molto ripetibile / preciso a breve termine ma può presentare qualche deriva se il sensore si muove dentro e fuori dal sole durante il giorno.
Il cambio tende ad essere più coerente e affidabile se la bandiera entra nella finestra dal lato, piuttosto che dall'alto.
Gli interruttori ottici attiveranno attivamente la linea del segnale in alto o in basso, e quindi avranno un buon rifiuto del rumore elettrico.
Interruttori ad effetto Hall
Questi misurano l'intensità del campo magnetico vicino e si innescano quando supera una certa quantità in una certa polarità. Questo è altamente preciso / ripetibile (migliore di +/- 0,01 mm) ed estremamente resistente al rumore e alle condizioni ambientali. (A meno che la stampante non sia vicino a qualcosa che emette grandi campi magnetici, comunque.)
Gli interruttori di sala che ho visto hanno un potenziometro regolabile per regolare la distanza del grilletto. Questa è una bella caratteristica quando si cerca di calibrare manualmente un Delta o un letto Z per l'altezza del primo strato.
Il principale svantaggio degli interruttori di sala è che hanno bisogno di un magnete per attivare l'interruttore. Questo può essere difficile da attivare a mano durante la risoluzione dei problemi e richiede l'attacco di un magnete da qualche parte sul carrello mobile. La colla funziona bene ... ma non incollare il magnete in posizione all'indietro!
Thomas Sanladerer ha eseguito esattamente il confronto richiesto . Guarda l'intero video.
Il risultato è che i sensori induttivi sono i più precisi, ma dipendono fortemente dal materiale del letto scelto.
Gli interruttori meccanici (nudi, senza braccio metallico) sono altrettanto accurati e mantengono la stessa precisione con ogni materiale del letto (tuttavia è necessario un meccanismo per ritrarli, che può o meno ridurne l'accuratezza).
Altri sensori sono meno precisi.
In ogni caso, la maggior parte di essi è già molto migliore del necessario, poiché qualsiasi cosa al di sotto di 50 micron va bene e praticamente tutti raggiungono tale precisione.
Scegli in base ad altri fattori come peso, installazione, prezzo. Induttivi, dopo una calibrazione basata sul tuo letto specifico, possono essere i più semplici poiché non necessitano di retrazione, ma sono ingombranti. BLtouch è probabilmente la seconda scelta, i microinterruttori meccanici la terza.
Non penso che ci sia una risposta semplice.
Secondo me, per una precisione del sensore domestico non importa. Il firmware in genere consente di impostare un offset tra la posizione indicata e la posizione effettiva. Ciò che conta davvero è la ripetibilità. Ogni volta che il sensore indica la posizione, la posizione è la stessa.
Interruttori meccanici
Attraverso i test di numerosi interruttori meccanici ho scoperto che l'evento "make" è meno ripetibile dell'evento "break". Per i migliori risultati, mi sposto verso la posizione che chiude l'interruttore, quindi mi muovo nella direzione opposta fino a quando l'interruttore non si apre. Se ricordo bene, ho ottenuto una ripetibilità "make" di circa 0,02 "(0,5 mm) e una ripetibilità" break "di circa 0,005" (0,13 mm).
Interruttori ottici
Per una stampante 3D Delta, uso sensori ottici. I sensori ottici hanno un'illuminazione e un sensore integrati, di solito sui lati opposti di una struttura a forcella. Il lato del sensore ha uno slot che maschera la luce ricevuta, contribuendo a proteggerla dalla luce ambientale. Lo slot è lungo un asse che è allineato con la forcella o normale ad esso. Il flag utilizzato per l'interruttore deve coprire completamente lo slot e, per una buona ripetibilità, il bordo del flag deve essere parallelo allo slot. In altre parole, alcuni sensori prevedono che la bandiera entri dal lato mentre altri si aspettano che la bandiera entri dall'alto. Funzioneranno entrambi, ma devi scegliere il sensore giusto per la configurazione della tua macchina.
Luce ambientale con interruttori ottici
Forse la luce ambientale potrebbe essere un problema. In tal caso, potrebbe essere risolto ombreggiando il sensore.
Supponiamo che i LED nel sensore abbiano la stessa efficienza delle luci a LED ambientali. Per riferimento, ecco una scheda tecnica per un tipico interruttore ottico utilizzato nei sensori ottici: http://www.isocom.com/images/stories/isocom/isocom_new_pdfs/H21A.pdf Il pacchetto del sensore ottico è progettato per ridurre la suscettibilità alla luce ambientale.
L'intensità della luce diminuisce con la distanza ^ 2 e gli illuminatori nel sensore sono molto vicini. Quanto effetto ha la luce ambientale sul sensore?
Nel mio negozio, utilizzo lampadine di ricambio a LED da 8 piedi per le lampade fluorescenti. Con questo, ho 72 watt di illuminazione a LED, che, diciamo, illuminano uniformemente la semisfera sotto il soffitto. Una sfera completa è di 12,56 sr (steradiani o stereo-radianti), quindi la semisfera è di 6,28 steradiani, per una potenza di 11,46 W / sr. Al sensore, questo deve essere diviso per il quadrato della distanza, diciamo 8 piedi. Questo ci dà (11.46 W / sr) / (96in ^ 2) = 0.119 W / area.
Il LED illuminante ha una potenza (in genere) di 1,2 V * 0,05 A o 0,06 W. Il cono di luce di un tipico LED è di circa 30 gradi, ovvero 1 sr, per una potenza di 0,06 W / sr. Ridimensionato per una stima della distanza tra l'emettitore e il sensore di 4 mm o 0.157 ", è (0,06 W / sr) / (0,157in ^ 2) = 2,43 W / area.
Sembra improbabile che la luce generale dell'ambiente sia un problema. In tal caso, il montaggio del sensore potrebbe essere progettato per proteggere il sensore dall'esposizione diretta alla luce ambientale.
È importante con i sensori ottici assicurarsi che la bandiera di interruzione sia effettivamente opaca alla luce dell'illuminatore. Come ho scoperto, il PLA rosso non è particolarmente opaco alla luce infrarossa, quindi avevo bisogno di dipingere le bandiere con una vernice pigmentata nera.
Interruttori ad effetto Hall
Non ho esperienza con i finecorsa magnetici ad effetto Hall. Altre risposte qui li hanno elogiati perché hanno una regolazione che può essere utilizzata per impostare il punto di rilevamento preciso. Non mi piacciono gli aggiustamenti perché vanno alla deriva. I vasi sono soggetti a usura, ossidazione e variazioni sia lente che veloci nella loro resistenza. Preferirei avere qualcosa di non regolabile e ripetibile nell'hardware e utilizzare il software per mantenere la calibrazione.
Esempio di scelta ibrida
Su una macchina CNC a 6 assi delta che costruisco, utilizzo un approccio ibrido per rilevare la posizione iniziale. Gli interruttori meccanici indicano una posizione vicina a casa e l'impulso indice di un codificatore rotante definisce la posizione iniziale precisa. Il firmware di homing si sposta verso casa fino alla chiusura dell'interruttore meccanico, quindi via fino a quando non si apre, quindi di nuovo verso casa fino a quando non rileva l'impulso di indice. Poiché ci sono sei assi, ci sono sei serie di questi interruttori ed encoder. L'uso di un interruttore meccanico per l'homing approssimativo ha senso per questa macchina perché il sensore di indice viene colpito una volta per giro, quindi non è un indicatore unico di casa e questa macchina crea molta polvere e trucioli, che potrebbero bloccare un sensore ottico .
Quindi, senza una risposta assoluta, la mia preferenza è per gli interruttori ottici per la ripetibilità.
Penso che ci siano diversi fattori in cui i sensori sono i migliori, ma l'ordinamento generale per me sarebbe Hall, ottico seguito da meccanico. Tutti i tipi saranno soggetti a qualche deriva a causa delle vibrazioni e dei cambiamenti nella stampante durante l'uso. Pertanto è la facilità di regolazione e l'accuratezza dell'arresto che conta nella valutazione.
Nella mia esperienza, i sensori ad effetto hall sono i più precisi e semplici. Non si basano sulla commutazione fisica (come nel caso della meccanica), il che significa che non vi è alcuna "usura" sul componente e il punto di commutazione rimarrà fisso. Hanno un potenziometro che può essere regolato per effettuare la posizione del cambio di arresto senza alcun intervento meccanico che consente una messa a punto molto fine. Possono essere molto precisi.
Gli ottici sono ugualmente precisi ma di solito hanno un componente fisso che taglia il raggio per accendere / spegnere il sensore. La regolazione dell'arresto sarà di solito meccanica poiché i punti di montaggio dovranno essere regolati, ciò riduce la loro precisione. Ci sono vari supporti regolabili per alleviarlo su cosyverse o simili.
Gli interruttori meccanici sono simili all'ottica in termini di regolazione con l'inesattezza aggiuntiva del meccanismo dell'interruttore reale che può deteriorarsi nel tempo.
Se dai un'occhiata al Wiki RepRap , spiegano brevemente questi tre interruttori:
" I finecorsa meccanici sono la forma più semplice di finecorsa, costituiti da un normale interruttore a due fili. La modifica dello stato dell'interruttore segnala l'elettronica.
"Questi terminali ottici osservano il livello di luce e reagiscono a cambiamenti improvvisi."
"Questi terminali; I sensori ad effetto Hall sono un trasduttore che varia la sua tensione di uscita in risposta a un campo magnetico. I sensori ad effetto Hall sono utilizzati per applicazioni di commutazione di prossimità, posizionamento, rilevamento della velocità e rilevamento della corrente."
Per quanto riguarda la tua domanda, dipende dalla tua circostanza. Tuttavia, la maggior parte delle volte un buon interruttore meccanico è ripetibile e serve bene al suo scopo.
Personalmente posizionerei gli interruttori ottici e magnetici nella categoria di un componente multifunzione. Significato, entrambi questi tipi di interruttori (in genere) forniscono una gamma preziosa per il rilevamento di oggetti. Ciò può potenzialmente condurre (a seconda della macchina) a un comando premuto che indica alla macchina di rallentare quando si avvicina all'arresto graduale.
Ancora una volta, personalmente, sarei diffidente nell'usare un finecorsa ottico con un potenziale rumore di luce bianca proveniente dall'illuminazione della stanza ambientale o da altre fonti. Potrei sbagliarmi nella mia preoccupazione per alcuni moduli che affrontano questo tipo di problemi.
Quindi, se ci restringiamo tra meccanico e magnetico: - Il magnetico fornirebbe un approccio più delicato, riducendo (potenzialmente) la quantità di usura - Tuttavia, presumo, gli interruttori magnetici richiedono "dial-in" a seconda dei componenti utilizzati nel sensore . Ciò potrebbe portare a un intervallo indesiderato di attivazione del sensore. - Gli interruttori meccanici sono semplici. Stanno toccando o non toccando (acceso o spento) - Un possibile pro (o contro) è la capacità di manipolare il grilletto manualmente, più facilmente. Mi sono imbattuto in una situazione alcune volte in cui avevo bisogno di innescare manualmente il finecorsa come parte di una fase di risoluzione dei problemi. Ma, se sbatti accidentalmente il finecorsa mentre la macchina è in funzione, non va bene.
Un problema separato non affrontato in altre risposte è che i fine corsa per gli assi X / Y hanno requisiti diversi rispetto a quelli per l'asse Z.
Quando la stampante offre la calibrazione XYZ (come Prusa i3 MK2), le proprietà degli interruttori X e Y svolgono un ruolo, poiché per il sondaggio Z la sonda dovrebbe essere centrata sopra i fiduciali (cerchi di rame) nel letto. La parte XY della calibrazione misura la posizione dei fiduciali rispetto al punto di trigger di fine corsa. Quindi la calibrazione Z misura l'altezza di ciascun fiduciale.
Quando la calibrazione XYZ non viene offerta, di solito non è necessario un posizionamento molto ripetibile rispetto alle estremità di corsa X e Y e sulla maggior parte delle stampanti è possibile spostare semplicemente i motori fino a quando non iniziano a saltare i passaggi e lo chiamano un giorno: sarà accurato a pochi passi.
L'asse Z ha sempre requisiti elevati in termini di precisione e ripetibilità e ci sono due approcci generali per determinare la sua posizione:
Nessun fine corsa sul sistema di azionamento dell'asse Z, una sonda è montata sulla testina di stampa e viene utilizzata per rilevare quando la testina si trova a una certa distanza sopra il piano di stampa. Questo può essere utilizzato per la calibrazione a 9 punti della forma del letto e quindi elimina la necessità di livellamento del letto.
Finecorsa utilizzati sul sistema di azionamento dell'asse Z. Nessun sensore sulla testina di stampa. Il letto deve essere livellato separatamente rispetto all'ugello, quindi le viti di livellamento del letto.
Per Delta, in sostanza hai tre driver dell'asse Z e, analogamente all'unità XYZ cartesiana, non hai bisogno di alcun fine corsa se hai una sonda sulla testina di stampa. È anche possibile eseguire il livellamento del letto multipunto con tale sonda.
I terminali X e Y diventano superflui quando si utilizza il controllo stepper a circuito chiuso, come Mechaduino o sensori di posizione digitali lineari (ad esempio quelli utilizzati nelle macchine CNC).
La sonda Z è ancora utile se non si desidera eseguire il livellamento del letto manualmente.