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哪个终点站最精确?

我见过机械(微动开关)、光学和磁性(磁铁 + 霍尔传感器)末端挡块。

它们在正确位置切换的精确程度是否有任何差异?如果是,哪些是最精确的?

6个回答

我认为哪些传感器最好涉及几个因素,但对我来说,一般的顺序是霍尔、光学,然后是机械。所有类型都会因打印机使用过程中的振动和变化而产生一些漂移。因此,在评估中重要的是调整的便利性以及止损的准确性。

根据我的经验,霍尔效应传感器是最准确和最简单的。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”,切换点将保持固定。它们有一个电位计,可以进行调整,使停止位置发生变化,无需任何机械干预,可以进行非常精细的调整。它们可以非常准确。

光学也同样准确,但通常有一个固定组件,可以切割光束以打开/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 - 这会降低它们的准确性。有各种可调节的安装座可以缓解thingyverse或类似的问题。

机械开关在调整方面类似于光学开关,但实际开关机制的不准确度可能会随着时间的推移而降低。

如果您查看RepRap Wiki ,他们简要解释了这三个开关:

  • 机械的

    "机械限位器限位器的最基本形式,由一个普通开关和两根电线组成。改变开关状态会向电子设备发出信号。

  • 光学

    “这些光学限位器观察光照水平并对突然变化做出反应。”

  • 磁性

    “这些限位器;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、速度检测和电流传感应用。”

关于你的问题,这取决于你的情况。然而,大多数情况下,一个好的机械开关是可重复的,并且可以很好地发挥作用。

我个人会将光开关和磁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(取决于您的机器)推送命令,告诉您的机器在接近软停止时减速。

再次,就个人而言,我会谨慎使用具有来自环境室内照明或其他来源的潜在白光噪声的光学限位器。我对解决此类问题的某些模块的关注可能是错误的。

因此,如果我们缩小机械和磁性之间的范围: - 磁性将提供更温和的方法,减少(可能)磨损量 - 但是,我假设,根据传感器中使用的组件,磁性开关需要“拨入” .这可能导致不希望的传感器触发范围。 - 机械开关很简单。它们要么接触要么不接触(开或关) - 一个可能的优点(或缺点)是能够更轻松地手动操纵触发器。我遇到过几次需要手动触发限位器作为故障排除步骤的一部分的情况。但是,如果您在机器运行时不小心碰到了限位器,那就不好了。

你知道这个“让你的机器减速的推送命令”是否在任何机器上使用过?
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。我在使用第三方传感器的传统 CNC 加工中看到过类似的设置。传感器完成它的工作,本质上是将 G 代码命令推送到机器的控制器。通常,该命令是一个执行多项功能的子程序,例如将机器移动到安全距离、停止和通知操作员。查找 Caron Engineering 的 TMAC 设置示例。
这并不能回答“哪个终点站最精确?”的问题。这里没有任何内容可以解决这个问题 - 这个答案似乎主要是关于“更温和的方法”的理论化,它甚至不受任何固件的支持。
@TomvanderZanden 我故意不回答问题的那部分,因为它主要是基于意见的。
如果您查看一些数据表以了解各种止动件的可重复性特性,您可以非常客观地回答该部分。

我们应该使用一些不同的标准来选择开关类型:

  • 精度/可重复性:开关每次都在同一个地方触发吗?触发位置有多少点差?环境变化或机器设置变化是否会影响触发位置?
  • 接触距离:开关与其硬停止之间是否有足够的间隙,使归位轴可以在与物体碰撞之前停止?
  • 噪声抑制:开关是否只在应该触发的时候触发?

重要的是要问,我们实际上需要多少开关精度?由于摩擦扭矩和磁性制动角误差等误差诱导效应,使用微步步进电机的典型 3D 打印机传动系统只能将移动负载准确定位在 +/- 1/16 微步内(即使使用比这更精细的微步)。对于大多数打印机来说,这大约是 +/-0.01 毫米。归位开关只需与电机的定位一样精确!例如,拥有 0.001 毫米的精密限位器并没有任何好处。

对于所有类型的限位开关,只要选择和配置正确的开关,都可以达到 +/-0.01 毫米的精度。

然后在消费者/业余爱好者 3d 打印机中使用了三种“标准”切换类型:

  • 机械开关,通常是双常开/常闭限位开关,触发时通过连接电路上拉或下拉信号引脚
  • 光学开关,它使用晶体管来检测何时有障碍物(“标志”)挡住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/重复性取决于开关质量、连接杠杆臂的长度(越长接触距离会增加但精度越差),以及滑块与开关的碰撞速度。可能有一个好的机械开关或一个坏的机械开关。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(或移除杠杆臂)的小型机械开关通常会达到所需的 +/-0.01mm 开关精度。非常便宜的开关、高接触速度和长杠杆臂可能无法为 Z 归位或探测提供不足的分辨率,但仍足以满足低精度 X 和 Y 归位目的。

机械开关容易引起问题的地方在于噪声抑制。不同的控制器板使用不同的开关接线方式:有些使用两根线,仅在触发时发送信号。当未触发时,信号线悬空或被微控制器微弱地拉起,同时连接到一根长线,充当天线以拾取 EM 噪声。由于 PWM 电流控制,加热器或步进器接线发出令人讨厌的 EMR 是很常见的。两线制终端电缆应始终远离步进器和加热器接线。屏蔽和扭曲导体也是一个好主意。

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。这些将倾向于更好地拒绝噪音。

非常便宜的机械开关可能会在打印机的使用寿命内发生故障。但是,大多数限位开关的额定周期为数百万次,这在任何正常打印机的使用寿命内都不太可能发生。

机械开关易于对齐,并且在故障排除过程中易于手动触发。

光开关

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非常可靠,但会带来一些挑战。确切的触发位置(以及因此的精度)可能取决于房间内的环境光水平,因为传感器正在监测光线是否低于特定强度。因此,它在短期内可能非常可重复/精确,但如果传感器在白天进出太阳,则会有一些漂移。

如果旗帜从侧面而不是顶部进入窗口,则切换往往更加一致和可靠。

光开关会主动拉高或拉低信号线,因此具有良好的电噪声抑制。

霍尔效应开关

它们测量附近磁场的强度,并在磁场超过一定极性时触发。这是高度精确/可重复的(优于 +/-0.01 毫米)并且对噪音和环境条件具有极强的抵抗力。 (除非您的打印机靠近会发出大磁场的东西。)

我见过的霍尔开关有一个可调节的微调电位器来调整触发距离。当尝试手动校准 Delta 或 Z-bed 的第一层高度时,这是一个很好的功能。

霍尔开关的主要缺点是它们需要磁铁来触发开关。在故障排除期间,这可能很难手动触发,并且需要在移动托架上的某处连接磁铁。胶水工作正常......但不要将磁铁向后粘到位!

我没有看到针对不同开关类型的“精度/可重复性”答案。您可以命名具有影响力的效果。我认为问题是一个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不如机械开关精确。无论如何,变化是什么。我们说的是毫米的差异还是微米?需要一些可达到的精度的棒球场值来比较三种终端停止类型。
它太依赖于用于给出具体答案的特定开关。特别是,两个不同的机械开关可能具有非常不同的精度。带有很长杠杆臂的廉价限位开关可能是 +/-0.5mm,并且触发位置与速度有关,但这非常糟糕。我的经验是,所有“典型”限位开关(霍尔、光学、短程机械)的精度都等于或高于典型步进电机传动系统的定位分辨率(+/- 1/16 微步或左右),因此确切的触发位置可重复性无关紧要。
让我在答案中添加一些细节以澄清这一点。
不错的答案,但是,您是否有任何来源(常见)开关的精度如此之高? “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操作的真正关键。 RE大磁场;您是否考虑过步进电机本身会发出相当多的磁性。我发现一旦触发,由于电机的磁场,我的霍尔限位器保持触发状态,为了让它们“解除触发”,我不得不在它们附近添加一个相反极性的磁铁。
可重复性远比精度重要。 “精度”一词粗略地表示可以确定的距离差异有多小,并且您认为超出步进电机限制没有意义——**除了**床本身可以更精确地调整 w / 四个角螺栓。因此,如果您可以获得超紧密的可重复性,您就可以将床本身“归位”到那个位置。
Carl,在科学、工程和开关规范领域,精度和可重复性或多或少是同义词。精度是指从测量到测量的测量值的分布。你想到的是分辨率。
你错过了*感应*传感器。不,那些不是霍尔效应的。
还应该考虑故障前有多少个周期。在这方面,光学和霍尔效应传感器的性能大大优于机械传感器(在相似的价格范围内)。
@RyanCarlyle 可重复性和精确性或多或少不是同义词。精度是您的测量值与目标之间的距离。可重复性是根据自己的目标传播的措施。 R&R 研究可以帮助确定这部分是否可以满足您的目标。然而,除非机械部件在使用过程中损坏或变脏,否则许多电子部件可以提供所需的可重复性,但其中大多数的使用寿命限制超过 100,000 次点击等等。我是质量工程师(30 年)

我认为没有一个简单的答案。

在我看来,对于家用传感器来说,精度并不重要。固件通常允许设置指示位置和实际位置之间的偏移。真正重要的是可重复性。每次传感器指示位置时,位置都是相同的。

机械开关

我通过测试几个机械开关发现“make”事件的可重复性比“break”事件少。为获得最佳效果,我向关闭开关的位置移动,然后向相反方向移动,直到开关打开。如果我没记错的话,我得到了大约 0.02 英寸(0.5 毫米)的“接通”重复性和大约 0.005 英寸(0.13 毫米)的“断开”重复性。

光开关

对于 delta 3D 打印机,我使用光学传感器。光学传感器具有内置照明和传感器,通常位于分叉结构的两侧。传感器侧有一个插槽,可遮蔽接收到的光线,帮助遮挡环境光线。狭槽沿着与叉对齐或垂直于叉的轴。用于断续器的标志应完全覆盖插槽,并且标志的边缘必须与插槽平行,以实现良好的可重复性。换句话说,一些传感器希望旗帜从侧面进入,而另一些则希望旗帜从顶部进入。两者都可以,但您需要为您的机器配置选择正确的传感器。

带光开关的环境光

也许环境光可能是一个问题。如果是这样,可以通过对传感器进行遮蔽来解决。

让我们假设传感器中的 LED 与环境 LED 灯的效率相同。作为参考,这里是光学传感器中使用的典型光学断路器的规格表: http : //www.isocom.com/images/stories/isocom/isocom_new_pdfs/H21A.pdf光学传感器的封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接近。室内光线对传感器的影响有多大?

在我的店里,我使用 8 英尺长的 LED 替换灯泡来代替荧光灯。有了这个,我有 72 瓦的 LED 照明,比方说,它可以均匀地照亮天花板下方的半球。一个完整的球体是 12.56 sr(球面度,或立体弧度),所以半球是 6.28 球面度,功率为 11.46 W/sr。在传感器处,这必须除以距离的平方,比方说 8 英尺。这给我们 (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 0.06 W。对于 0.06 W/sr 的功率,来自典型 LED 的光锥约为 30 度,即 1 sr。发射器和传感器之间的距离估计为 4 毫米或 0.157 英寸,按比例缩放,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,传感器安装可以设计为保护传感器免受直接暴露于环境光。

对于光学传感器,确保中断标志实际上对照明灯不透明很重要。正如我发现的那样,红色 PLA 对红外光并不是特别不透明,所以我需要用黑色颜料油漆旗帜。

霍尔效应开关

我没有使用霍尔效应磁性限位开关的经验。这里的其他答案都称赞他们,因为他们有一个可以用来设置精确检测点的调整。我不喜欢调整,因为它们会漂移。锅会受到磨损、氧化以及其电阻的缓慢和快速变化。我更喜欢在硬件上有一些不可调整和可重复的东西,并使用软件来保持校准。

混合选择示例

在我制造的 6 轴 delta 架构 CNC 机器上,我使用混合方法来感测起始位置。机械开关指示接近原点的位置,旋转编码器的索引脉冲定义精确的原点位置。归位固件向归位移动直到机械开关关闭,然后离开直到它打开,然后向归位移动直到它检测到索引脉冲。由于有六个轴,所以有六组这些开关和编码器。对这台机器使用机械​​开关进行粗归位是有意义的,因为索引传感器每转一次,所以它不是唯一的归位指示器,而且这台机器会产生大量灰尘和碎屑,可能会挡住光学传感器.

因此,没有绝对的答案,我更喜欢光开关以实现可重复性。

您获得的机械开关的精度值似乎非常高。诚然,它们并不完美,但如果机械开关的可重复性仅为 0.5 或 0.13 毫米左右,那么在那些著名的廉价中国 3D 打印机套件上几乎*每*一次打印都会失败,这显然不是这种情况。
不幸的是,该链接已失效……您是否知道文档的标题,以便我们搜索/谷歌搜索?
此链接可用于:http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheets/105/55275_DS.pdf

其他答案中未解决的一个单独问题是 X/Y 轴的终点限位器的要求与 Z 轴的要求不同。

X/Y 轴

当打印机提供 XYZ 校准(如 Prusa i3 MK2)时,X 和 Y 开关的属性会起作用,因为对于 Z 探测,探头应位于床中基准点(铜圆)上方的中心。校准的 XY 部分测量基准点相对于终点止动点触发点的位置。然后 Z 校准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 行程末端的非常可重复的定位,并且在大多数打印机上,您可以简单地移动电机,直到它们开始跳过步骤并称之为一天 - 这将是准确的几步之内。

Z轴

Z轴对精度和重复性的要求一直很高,一般有两种确定其位置的方法:

  1. Z 轴驱动系统上没有终端挡块,一个探针安装在打印头上,用于检测打印头何时高于打印床一定距离。这可用于床身形状的 9 点校准,因此无需进行床身调平。

  2. Z 轴驱动系统上使用的终端挡块。打印头上没有传感器。床需要相对于喷嘴单独调平 - 因此床调平螺钉。

三角洲Z

对于 Delta,您本质上有三个 Z 轴驱动器,并且与笛卡尔 XYZ 驱动器类似,如果打印头上有探针,则不需要任何终端挡块。您还可以使用此类探头执行多点床位平整。

其他方法

一旦您使用闭环步进控制,例如Mechaduino或线性数字位置传感器(例如在 CNC 机器中使用),X 和 Y 限位器就变得不必要了。

如果您不想手动进行床调平,Z 型探头仍然很有用。

虽然这些是关于终点站的有趣点,但它根本没有解决实际问题。
你有没有提到没有终点站的三角洲运行?我相当肯定需要终点挡块来建立轴位置,否则运动会被搞砸。
在运动学上它们不是必需的。与双 Z 轴 Prusa 安装座类似,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。它是一个大圆(例如 1 英寸直径)并建立 Z 和径向原点(想想极坐标中的床)。第二个基准是一个狭窄的部门,并确定角原点。现在您可以找到更多小的基准点来执行全 Z 校准(或组装后的全 XYZ 校准)。对于 XYZ cal,您需要一个类似 Prusa 的定制床。对于 Z,只有圆形金属板可以。
@KubaOber 你能解释一下如何在没有任何传感器的情况下决定三角洲上“相当中间的床位”的位置吗?初始位置实际上可以在任何地方......
你不能。您可以手动完成,或者使用基准为负值(即间隙)的主要金属床。电感式传感器擅长检测这些。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。我运行这样的增量。

Thomas Sanladerer完全按照您的要求进行了比较。检查整个视频。

结果是电感式传感器是最准确的,但它们高度依赖于所选的床层材料。

机械开关(裸露的,没有金属臂)大约是准确的,并且与每种床材料保持相同的准确度(但是您需要一个机制来收回它们,这可能会或可能不会降低准确性)。

其他传感器不太准确。

无论如何,它们中的大多数已经远远超出了要求,因为低于 50 微米的任何东西都可以,并且基本上所有这些都达到了那个精度。

根据重量、安装、价格等其他因素进行选择。感应式,根据您的特定床进行校准后,可能是最简单的,因为它们不需要缩回,但它们很笨重。 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,并且很好地总结了汤姆的测试。不过,他并没有测试光断路器电路——光总是照射在光电探测器上,而移动部件则推动中间的一堵墙。这个设置非常精确。
我不确定它是否可以击败其他人:正如在另一个答案中所写的那样,这种限位器是基于到达传感器的光线低于某个阈值。由于它是基于(红外)光的测量,因此环境光会对其产生影响。它可以在特定环境中准确,但不能不受环境的各种变化的影响。
我说的是光栅型光学传感器。一个 LED 向传感器发送全亮的功率,一个“机翼”移动。 Tom 没有测试过这种限位器,但广泛用于重型机械中,因为它们相当万无一失,光源损坏或落入传感器的任何物品都会跳闸紧急停止。

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