Ich habe mechanische (Mikroschalter), optische und magnetische (Magnet + Hallsensor) Endanschläge gesehen.
Gibt es Unterschiede darin, wie genau sie am richtigen Ort wechseln? Wenn ja, welche sind die genauesten?
Ich habe mechanische (Mikroschalter), optische und magnetische (Magnet + Hallsensor) Endanschläge gesehen.
Gibt es Unterschiede darin, wie genau sie am richtigen Ort wechseln? Wenn ja, welche sind die genauesten?
Antworten:
Es gibt verschiedene Kriterien, nach denen wir einen Switch-Typ auswählen sollten:
Es ist wichtig zu fragen, wie viel Schaltergenauigkeit wir tatsächlich benötigen. Ein typischer 3D-Drucker-Antriebsstrang mit einem Mikroschritt-Schrittmotor kann die sich bewegende Last aufgrund fehlerinduzierender Effekte wie Reibungsmoment und magnetischem Rastwinkelfehler nur innerhalb von +/- 1/16 Mikroschritt genau positionieren (selbst wenn ein feinerer Mikroschritt als dieser verwendet wird). Das sind ungefähr +/- 0,01 mm für die meisten Drucker. Der Referenzierschalter muss nur so präzise sein wie die Positionierung des Motors! Nichts wird erreicht, wenn beispielsweise Endstopps mit einer Genauigkeit von 0,001 mm vorhanden sind.
Diese Genauigkeit von +/- 0,01 mm ist für alle Arten von Endstoppschaltern bei richtiger Schalterauswahl und -konfiguration erreichbar.
Dann gibt es drei "Standard" -Schalttypen, die in 3D-Druckern für Verbraucher / Bastler verwendet werden:
Mechanische Schalter
Die Präzision / Wiederholbarkeit hängt von der Schalterqualität, der Länge des angebrachten Hebelarms (länger erhöht den Kontaktabstand, ist jedoch für die Präzision schlechter) und der Aufprallgeschwindigkeit des Wagens mit dem Schalter ab. Es ist möglich, einen guten mechanischen Schalter oder einen schlechten mechanischen Schalter zu haben. Dies ist normalerweise eine vernünftige Standardauswahl, da sie einfach und billig ist.
Ein kleiner mechanischer Schalter mit einem kurzen Hebelarm (oder dem entfernten Hebelarm) erreicht im Allgemeinen die erforderliche Schaltgenauigkeit von +/- 0,01 mm. Sehr billige Schalter, hohe Kontaktgeschwindigkeiten und lange Hebelarme bieten möglicherweise eine unzureichende Auflösung für das Z-Referenzieren oder Prüfen, sind jedoch für X- und Y-Referenzierungszwecke mit geringer Genauigkeit immer noch ausreichend.
Wo mechanische Schalter dazu neigen, Probleme zu verursachen, liegt die Geräuschunterdrückung. Verschiedene Controller-Karten verwenden unterschiedliche Arten der Verkabelung des Schalters: Einige verwenden zwei Drähte und senden nur dann ein Signal, wenn sie ausgelöst werden. Wenn das Signalkabel nicht ausgelöst wird, bleibt es schwebend oder wird vom Mikrocontroller schwach hochgezogen, während es an einem langen Kabel befestigt ist, das als Antenne dient, um EM-Rauschen aufzunehmen. Es ist SEHR üblich, dass Heizungs- oder Schrittleitungen aufgrund der PWM-Stromregelung eine unangenehme EMR abgeben. Zweidraht-Endanschlagkabel sollten immer von der Schritt- und Heizungsverkabelung weggeführt werden. Das Abschirmen und Verdrehen der Leiter ist ebenfalls eine gute Idee.
Ein robusterer Ansatz ist die Verwendung von Dreileiterschaltern, die die Signalleitung je nach Schalterposition aktiv nach oben oder unten ziehen. Diese neigen dazu, Rauschen besser zurückzuweisen.
Sehr billige mechanische Schalter können innerhalb der Lebensdauer des Druckers ausfallen. Die meisten Endschalter sind jedoch für Millionen von Zyklen ausgelegt, was während der normalen Lebensdauer eines Druckers unwahrscheinlich ist.
Mechanische Schalter lassen sich leicht ausrichten und bei der Fehlerbehebung leicht von Hand auslösen.
Optische Schalter
Diese beruhen auf einer Flagge, die ein Fenster zwischen einem Lichtsender und einem Detektor blockiert. Dies ist berührungslos und kann sehr zuverlässig sein, bringt jedoch einige Herausforderungen mit sich. Die genaue Triggerposition (und damit die Präzision) kann von den Umgebungslichtwerten im Raum abhängen, da der Sensor überwacht, ob das Licht unter eine bestimmte Intensität fällt. Es kann also kurzfristig sehr wiederholbar / präzise sein, aber eine gewisse Drift aufweisen, wenn sich der Sensor im Laufe des Tages in die Sonne hinein und aus dieser heraus bewegt.
Das Umschalten ist in der Regel konsistenter und zuverlässiger, wenn die Flagge eher von der Seite als von oben in das Fenster eintritt.
Optische Schalter ziehen die Signalleitung aktiv hoch oder niedrig und weisen somit eine gute Unterdrückung von elektrischem Rauschen auf.
Hall-Effekt-Schalter
Diese messen die Intensität des nahegelegenen Magnetfelds und lösen aus, wenn es einen bestimmten Betrag in einer bestimmten Polarität überschreitet. Dies ist hochpräzise / wiederholbar (besser als +/- 0,01 mm) und äußerst widerstandsfähig gegen Lärm und Umgebungsbedingungen. (Es sei denn, Ihr Drucker befindet sich neben etwas, das ohnehin große Magnetfelder aussendet.)
Die Hallschalter, die ich gesehen habe, haben einen einstellbaren Trimmtopf, um den Abzugsabstand einzustellen. Dies ist eine nette Funktion, wenn Sie versuchen, ein Delta oder ein Z-Bett manuell auf die Höhe der ersten Schicht zu kalibrieren.
Der Hauptnachteil von Hallenschaltern besteht darin, dass sie einen Magneten benötigen, um den Schalter auszulösen. Es kann schwierig sein, dies während der Fehlerbehebung von Hand auszulösen, und es ist erforderlich, irgendwo am fahrenden Wagen einen Magneten anzubringen. Kleber funktioniert gut ... aber kleben Sie den Magneten nicht rückwärts fest!
Thomas Sanladerer hat genau den Vergleich durchgeführt, den Sie fragen . Überprüfen Sie das gesamte Video.
Das Ergebnis ist, dass induktive Sensoren am genauesten sind, jedoch stark vom gewählten Bettmaterial abhängen.
Mechanische Schalter (blank, kein Metallarm) sind ungefähr so genau und behalten bei jedem Bettmaterial die gleiche Genauigkeit bei (Sie benötigen jedoch einen Mechanismus zum Zurückziehen, der die Genauigkeit verringern kann oder nicht).
Andere Sensoren sind weniger genau.
In jedem Fall sind die meisten von ihnen bereits weitaus besser als erforderlich, da alles unter 50 Mikrometer in Ordnung ist und im Grunde alle diese Genauigkeit erreichen.
Wählen Sie basierend auf anderen Faktoren wie Gewicht, Installation, Preis. Induktiv nach einer Kalibrierung basierend auf Ihrem spezifischen Bett kann am einfachsten sein, da sie kein Zurückziehen benötigen, aber sperrig sind. BLtouch ist wahrscheinlich die zweite Wahl, mechanische Mikroschalter die dritte.
Ich glaube nicht, dass es eine einfache Antwort gibt.
Meiner Meinung nach spielt die Genauigkeit eines Heimsensors keine Rolle. Mit der Firmware kann normalerweise ein Versatz zwischen der angegebenen Position und der tatsächlichen Position eingestellt werden. Was wirklich zählt, ist die Wiederholbarkeit. Jedes Mal, wenn der Sensor die Position anzeigt, ist die Position dieselbe.
Mechanische Schalter
Ich habe durch Testen mehrerer mechanischer Schalter festgestellt, dass das "make" -Ereignis weniger wiederholbar ist als das "break" -Ereignis. Für beste Ergebnisse bewege ich mich in die Position, in der der Schalter geschlossen wird, und dann in die entgegengesetzte Richtung, bis sich der Schalter öffnet. Wenn ich mich richtig erinnere, habe ich eine Wiederholbarkeit von etwa 0,02 "(0,5 mm) und eine Wiederholbarkeit von etwa 0,005" (0,13 mm).
Optische Schalter
Für einen Delta-3D-Drucker verwende ich optische Sensoren. Optische Sensoren verfügen über eine eingebaute Beleuchtung und einen Sensor, normalerweise auf gegenüberliegenden Seiten einer Gabelstruktur. Die Sensorseite verfügt über einen Schlitz, der das empfangene Licht maskiert und so vor Umgebungslicht schützt. Der Schlitz befindet sich entlang einer Achse, die entweder mit der Gabel ausgerichtet oder senkrecht dazu ist. Die Flagge, die Sie für den Unterbrecher verwenden, sollte den Schlitz vollständig abdecken, und für eine gute Wiederholbarkeit muss die Kante der Flagge parallel zum Schlitz sein. Mit anderen Worten, einige Sensoren erwarten, dass die Flagge von der Seite eintritt, während andere erwarten, dass die Flagge von oben eintritt. Beides funktioniert, aber Sie müssen den richtigen Sensor für die Konfiguration Ihrer Maschine auswählen.
Umgebungslicht mit optischen Schaltern
Vielleicht könnte Umgebungslicht ein Problem sein. In diesem Fall kann dies durch Abschatten des Sensors behoben werden.
Nehmen wir an, dass die LEDs im Sensor den gleichen Wirkungsgrad haben wie die Umgebungs-LED-Leuchten. Als Referenz finden Sie hier ein Datenblatt für einen typischen optischen Unterbrecher, der in optischen Sensoren verwendet wird: http://www.isocom.com/images/stories/isocom/isocom_new_pdfs/H21A.pdf Das Paket des optischen Sensors wurde entwickelt, um die Anfälligkeit zu verringern Umgebungslicht.
Die Lichtintensität nimmt mit dem Abstand ^ 2 ab, und die Beleuchtungskörper im Sensor befinden sich sehr nahe beieinander. Wie stark wirkt sich Raumlicht auf den Sensor aus?
In meinem Geschäft verwende ich 8-Fuß-LED-Ersatzlampen für die Leuchtstofflampen. Damit habe ich 72 Watt LED-Beleuchtung, die beispielsweise die Halbkugel unter der Decke gleichmäßig beleuchtet. Eine volle Kugel ist 12,56 sr (Steradiane oder Stereoradiant), also ist die halbe Kugel 6,28 Steradiane, was einer Leistung von 11,46 W / sr entspricht. Am Sensor muss dies durch das Quadrat der Entfernung geteilt werden, sagen wir 8 Fuß. Dies ergibt (11,46 W / sr) / (96 in ^ 2) = 0,119 W / Fläche.
Die leuchtende LED hat eine Leistung (typischerweise) von 1,2 V * 0,05 A oder 0,06 W. Der Lichtkegel einer typischen LED beträgt etwa 30 Grad, was 1 sr entspricht, bei einer Leistung von 0,06 W / sr. Für eine Schätzung des Abstands zwischen Emitter und Sensor von 4 mm oder 0,157 "skaliert ist (0,06 W / sr) / (0,157 in ^ 2) = 2,43 W / Fläche.
Es ist unwahrscheinlich, dass allgemeines Umgebungslicht ein Problem darstellt. In diesem Fall könnte die Sensormontage so ausgelegt sein, dass der Sensor nicht direkt dem Umgebungslicht ausgesetzt wird.
Bei optischen Sensoren ist es wichtig sicherzustellen, dass die Unterbrechungsflagge für das Beleuchtungslicht tatsächlich undurchsichtig ist. Wie ich festgestellt habe, ist rotes PLA für Infrarotlicht nicht besonders undurchsichtig, daher musste ich die Flaggen mit einer schwarz pigmentierten Farbe bemalen.
Hall-Effekt-Schalter
Ich habe keine Erfahrung mit magnetischen Hall-Effekt-Endschaltern. Andere Antworten hier haben sie gelobt, weil sie eine Einstellung haben, mit der der genaue Erfassungspunkt eingestellt werden kann. Ich mag keine Anpassungen, weil sie driften. Töpfe unterliegen Verschleiß, Oxidation und langsamen und schnellen Schwankungen ihrer Beständigkeit. Ich würde es vorziehen, etwas Unanpassbares und Wiederholbares in der Hardware zu haben und Software zu verwenden, um die Kalibrierung durchzuführen.
Beispiel für eine hybride Wahl
Bei einer von mir gebauten CNC-Maschine mit 6-Achsen-Delta-Architektur verwende ich einen hybriden Ansatz zur Erfassung der Ausgangsposition. Mechanische Schalter zeigen eine Position in der Nähe der Ausgangsposition an, und der Indeximpuls eines Drehgebers definiert die genaue Ausgangsposition. Die Homing-Firmware bewegt sich nach Hause, bis sich der mechanische Schalter schließt, dann weg, bis er sich öffnet, und zurück nach Hause, bis der Indeximpuls erkannt wird. Da es sechs Achsen gibt, gibt es sechs Sätze dieser Schalter und Encoder. Die Verwendung eines mechanischen Schalters für das grobe Referenzieren war für diese Maschine sinnvoll, da der Indexsensor einmal pro Umdrehung getroffen wird, sodass er kein eindeutiger Indikator für die Heimat ist und diese Maschine viel Staub und Späne erzeugt, die einen optischen Sensor blockieren könnten .
Ohne eine absolute Antwort bevorzuge ich optische Schalter für die Wiederholbarkeit.
Ich denke, es gibt mehrere Faktoren, bei denen Sensoren am besten sind, aber die allgemeine Reihenfolge für mich wäre Hall, Optisch, gefolgt von Mechanik. Alle Typen unterliegen aufgrund von Vibrationen und Änderungen des Druckers im Laufe der Nutzung einer gewissen Abweichung. Daher zählt bei der Beurteilung sowohl die einfache Einstellung als auch die Genauigkeit des Anschlags.
Nach meiner Erfahrung sind die Hall-Effekt-Sensoren am genauesten und einfachsten. Sie sind nicht auf physikalisches Schalten angewiesen (wie bei der mechanischen), was bedeutet, dass das Bauteil keinen "Verschleiß" aufweist und der Schaltpunkt fest bleibt. Sie verfügen über ein Potentiometer, das so eingestellt werden kann, dass sich die Position des Stopps ohne mechanische Eingriffe ändert, was eine sehr feine Abstimmung ermöglicht. Sie können sehr genau sein.
Optisch sind ähnlich genau, haben jedoch normalerweise eine feste Komponente, die den Strahl abschneidet, um den Sensor ein- und auszuschalten. Die Einstellung des Anschlags erfolgt normalerweise mechanisch, da die Befestigungspunkte angepasst werden müssen - dies verringert deren Genauigkeit. Es gibt verschiedene einstellbare Halterungen, um dies bei Dingsbums oder dergleichen zu mildern.
Mechanische Schalter sind optisch in Bezug auf die Einstellung ähnlich, mit der zusätzlichen Ungenauigkeit des tatsächlichen Schaltmechanismus, die sich im Laufe der Zeit verschlechtern kann.
Wenn Sie sich das RepRap-Wiki ansehen , werden diese drei Schalter kurz erläutert:
" Mechanische Endanschläge sind die grundlegendste Form von Endanschlägen, die aus einem normalen Schalter und zwei Drähten bestehen. Das Ändern des Schaltzustands signalisiert der Elektronik.
"Diese optischen Endanschläge beobachten das Lichtniveau und reagieren auf plötzliche Änderungen."
"Diese Endanschläge; Hall-Effekt-Sensoren sind Wandler, die ihre Ausgangsspannung als Reaktion auf ein Magnetfeld variieren. Hall-Effekt-Sensoren werden für Näherungsschalt-, Positionierungs-, Geschwindigkeitserkennungs- und Stromerfassungsanwendungen verwendet."
In Bezug auf Ihre Frage hängt es von Ihren Umständen ab. Meistens ist ein guter alter mechanischer Schalter jedoch wiederholbar und erfüllt seinen Zweck gut.
Ich persönlich würde sowohl optische als auch magnetische Schalter in die Kategorie einer Multifunktionskomponente einordnen. Das heißt, beide Arten von Schaltern bieten (im Allgemeinen) einen wertvollen Bereich für die Objekterkennung. Dies kann möglicherweise (abhängig von Ihrer Maschine) zu einem Push-Befehl führen, der Ihre Maschine anweist, langsamer zu werden, wenn sie sich dem Softstop nähert.
Auch hier wäre ich persönlich vorsichtig, einen optischen Endanschlag mit potenziellem weißem Lichtrauschen durch Umgebungsraumbeleuchtung oder andere Quellen zu verwenden. Ich könnte mich in meiner Sorge um einige Module irren, die sich mit solchen Problemen befassen.
Wenn wir also zwischen mechanisch und magnetisch eingrenzen: - Magnetisch würde einen schonenderen Ansatz bieten und (möglicherweise) den Verschleiß reduzieren. - Ich gehe jedoch davon aus, dass Magnetschalter abhängig von den im Sensor verwendeten Komponenten ein "Einwählen" erfordern . Dies kann zu einem unerwünschten Bereich führen, in dem der Sensor ausgelöst wird. - Mechanische Schalter sind einfach. Sie berühren sich entweder oder berühren sich nicht (ein oder aus) - Ein mögliches Pro (oder Contra) ist die Fähigkeit, den Auslöser einfacher manuell zu betätigen. Ich bin einige Male auf eine Situation gestoßen, in der ich den Endstop im Rahmen eines Fehlersuchschritts manuell auslösen musste. Aber wenn Sie versehentlich Ihren Endstopp stoßen, während die Maschine läuft, ist das nicht gut.
Ein separates Problem, das in anderen Antworten nicht behandelt wird, besteht darin, dass die Endanschläge für X / Y-Achsen andere Anforderungen haben als für die Z-Achse.
Wenn der Drucker eine XYZ-Kalibrierung anbietet (wie Prusa i3 MK2), spielen die Eigenschaften der X- und Y-Schalter eine Rolle, da bei der Z-Prüfung die Sonde über den Passermarken (Kupferkreisen) im Bett zentriert sein sollte. Der XY-Teil der Kalibrierung misst die Position der Passermarken relativ zum End-Stop-Triggerpunkt. Dann misst die Z-Kalibrierung die Höhe jedes Referenzpunkts.
Wenn die XYZ-Kalibrierung nicht angeboten wird, ist normalerweise keine sehr wiederholbare Positionierung in Bezug auf die X- und Y-Verfahrenden erforderlich. Bei den meisten Druckern können Sie die Motoren einfach bewegen, bis sie Schritte überspringen und dies als Tag bezeichnen - dies ist genau innerhalb weniger Schritte.
Die Z-Achse stellt immer hohe Anforderungen an Genauigkeit und Wiederholbarkeit, und es gibt zwei allgemeine Ansätze zur Bestimmung ihrer Position:
Keine Endanschläge am Z-Achsen-Antriebssystem, eine Sonde ist am Druckkopf angebracht und wird verwendet, um zu erkennen, wann sich der Kopf in einem bestimmten Abstand über dem Druckbett befindet. Dies kann zur 9-Punkt-Kalibrierung der Bettform verwendet werden und macht somit eine Nivellierung des Bettes überflüssig.
Endanschläge des Z-Achsen-Antriebssystems. Kein Sensor am Druckkopf. Das Bett muss in Bezug auf die Düse separat nivelliert werden - daher die Bettnivellierungsschrauben.
Für Delta haben Sie im Wesentlichen drei Z-Achsen-Treiber, und ähnlich wie beim kartesischen XYZ-Laufwerk benötigen Sie keine Endanschläge, wenn Sie eine Sonde am Druckkopf haben. Mit einer solchen Sonde können Sie auch eine Mehrpunktbettnivellierung durchführen.
X- und Y-Endanschläge werden unnötig, wenn Sie eine Schrittsteuerung mit geschlossenem Regelkreis verwenden, z. B. Mechaduino oder lineare digitale Positionssensoren (z. B. in CNC-Maschinen).
Die Z-Sonde ist immer noch nützlich, wenn Sie die Bettnivellierung nicht manuell durchführen möchten.