Дырокол и пьезодатчики для калибровки

Подписаться на 3Dtoday
Sanja
Идет загрузка
Загрузка
05.11.17
4062
35
Техничка
32
Статья относится к принтерам:
Micromake D1
Как у любого обладателя дельта-принтера, вопрос калибровки для меня стоит очень остро. Это вам, владельцам картезианцев, просто - а вот в дельтах любой огрех конструкции выливается в довольно затейливые рисунки зазоров между соплом и столом.

Для калибровки применяют обычно микрокнопку, вынесенную на отдельный пробник, или её же, засунутую под подпружиненный эффектор. Этот вариант меня не устроил - дребезг контактов, перекосы эффектора по краям стола и т.п. делают показания датчика ненадёжными. Индукционные и ёмкостные датчики отпадают из-за того, что меряют расстояние не до стекла, а до лежащего под ним алюминиевого хотбеда, ИК-датчики отражённого света - из-за непомерной цены, резистивные датчики растяжения - из-за слишком низкой частоты опроса (обычно 8 герц).

Остановился на пьезо-датчиках.

Пьезо-датчики в форме жестяных дисков со слоем кристаллического напыления встречались всем - например, из них делают зуммеры-пищалки для бытовых электроприборов, звукосниматели к гитарам и излучатели для увлажнителей воздуха. Продаются на Алиэкспресс пачками по доллар пучок, встречаются диаметром 27мм (рекомендую) и 20мм.
PREVIEW
Они отлично реагируют на лёгкое нажатие - даже на постукивание пальцем - и выдают скачки напряжения до 0.3 вольт. Всё бы хорошо, но есть и недостатки:

- врут, будучи сильно нагретыми - надо убирать от хотбеда,
- не засунешь под стекло - мешаются контактные "пятачки",
- для лучшего результата усилие к ним надо прикладывать по всей плоскости,
- любят вести себя, как конденсатор при некоторых условиях

Последнее легко решается добавлением между контактами резистора на 1 мегаом. (Некоторые ещё ставят стабилитрон, чтобы срезать слишком большие скачки напряжения с датчика, но поскольку я их вживую не наблюдал, решил отказаться от ненужной защиты.)
Другие проблемы решил, разместив пьезо на винтах, которыми алюминиевый хотбед крепится к раме. Стол с помощью винтов М5 был превращён в "табуретку", посадочные места были раззенкованы так, чтобы шляпки прятались заподлицо и стекло прилегало к столу плотно:
5647d1af9c3fd89cb0a46f774735e80c.jpg
Чтобы дать "табуретке" ограниченную подвижность, я подпружинил каждый винт и зафиксировал барашковой гайкой. Впоследствии, чтобы не давать винтам цепляться резьбой за раму, я взял отрезки бронзовой трубки 6мм и использовал их как гильзы.
c7d98086fe935a89ee7f0f2608c42b6a.jpg
Самым сложным было аккуратно продырявить диски. Дело в том, что их основа - тонкий, как от пивной банки, металл. От сверления он проминается и слой кристалла начинает крошиться.

Проблему удалось победить с помощью обычного дырокола. У меня был дырокол в форме ручных клещей, но вы можете воспрользоваться офисным.
ef8a0b39477ecdf6858771e8678f6821.jpg
Наклеиваем с лицевой стороны малярный скотч, чтобы свести к нулю крошение кристалла и щёлкаем. Дырокол проделывает отверстие 6мм с аккуратными краями.

Нарастите выводы монтажным проводом до нужной длины (лучше до 30 см - не забывайте про то, что датчик выдаёт несчастные милливольты) и напаяйте между выводами мегаомный резистор.

Выводы датчика держатся не очень хорошо и любят отрываться при монтаже. Поэтому пробейте шилом дырку на крае и зафиксируйте провода. Для этой цели отлично подходят обрезки выводов резисторов. Чтобы избежать короткого замыкания об раму принтера, заизолируйте винт кусочком термоусадки, а сам датчик - кусками изоленты. Только убедитесь, что термоусадка не мешает движению стола.

Датчик нанизываем вместе с пружинами на стойки защищаем шайбами. Их желательно отшлифовать наждачной бумагой для лучшего контакта с пьезо (шайбы изготовливают штамповкой и у них часто бывают заусенцы).
6729571368db22985143bd3bf19ff2da.jpg
После сборки нужно долго и нудно всё перетестировать. Мультиметром смотрим сопротивление между выводами - если там не 1 мегаом, а считанные омы - значит, дырокол мог смять два слоя металла датчика и они "коротят". Это лечится абразивной насадкой для дремеля - вставляете её в дырку датчика и пару раз проворачиваете, избавлясь от стружки.

Также проверьте мультиметром, что оба полюса каждого датчика гальванически развязаны с рамой - иначе они будут немилосердно врать.

Чтобы не трогать прошивку принтера, сбор показаний с датчиков я поручил отдельной Arduino Nano. Схема такова (датчиков может быть много, я использую три):
0aa029e2c5641ebff3a33ed71cb2e249.png
Arduino постоянно меряет напряжение на аналоговом входе (А1..А3), вычисляет скользящее среднее и сравнивает его с пороговым. Если оно выше, то с помощью оптопары основной плате принтера имитируется срабатывание тактовой кнопки (скетч на Github).

При отладке очень советую воспользоваться функцией Arduino IDE "Serial plotter". Постукивайте по столу чем-нибудь твёрдым, смотрите за показаниями датчиков и выбирайте, сколько последних замеров вам нужно сглаживать скользяцим средним и какое пороговое значение выбрать, чтобы чётко отделять сигнал от шума. Подбирайте жёсткость пружин, чтобы, с одной стороны, стол стоял ровно и жёстко, а с другой стороны - даже лёгкое прикосновение сопла к стеклу давало срабатывание датчика.

Чтобы датчик лучше ловил касания, надо заставить принтер чётче стучать соплом о стол, для этого надо поменять Z_PROBE_SPEED с обычных 5мм/сек на что-то в районе тридцати. Заодно установите Z_PROBE_REPETITIONS в значение в районе 10 - пусть принтер делает в каждой точке побольше замеров и усредняет, раз скорость увеличилась.

Результат:
Подписаться на 3Dtoday
32
Комментарии к статье

Комментарии

5 Ноя 08:45
3
Видео вообще угарное) Почти как пьяный робот в дверь стучится)
Отличное решение!
6 Ноя 16:18
2
мне это больше швейную машинку напоминает:



результат:

689d3f41b15aae040fa6345ca85542c7.png
5 Ноя 09:50
0
Круть! Давно присматривался к этим датчикам/пищалкам, но не додумал, что их можно дарыколом пробивать. :)
Возьму на заметку.
5 Ноя 11:18
1
на всякий случай советую заказать датчиков с большим, большим запасом. Предупреждаю - перепортите вы их в процессе много.

И надо запастись очень большим терпением - датчики нежные, своенравные. Например, вроде настроишь - работает. Начинаешь затягивать винты, чтобы выровнять стол - надо подбирать другие пороговые значения. В процессе смещаешь датчики и обнаруживаешь короткое замыкание полюсов датчика об стойку. Весело, в общем.
6 Ноя 08:51
0
думаю кз можно избежать, если дырку сделать больше и воткнуть диэлектрик... ту же изоленту оставить например...
6 Ноя 12:42
0
я и пишу, что на стойку М5 надевается термоусадка, а поверх - бутерброд из двух отполированных наждачкой шайб и датчик. Дырокол делает отверстие 6мм, поэтому налезает.
7 Ноя 09:57
0
Кз можно избежать, если сверлить диск алмазным буром дремелем. Он прекрасно сверлится, главное начинать со стороны кристалла.
5 Ноя 12:25
0
Супер! молодец!
5 Ноя 13:18
2
Используйте операционный усилитель, тогда большинство вопросов отпадет. Я через lm358 подключаю, а второй каскад использую в качестве компаратора. Так что у меня всегда стабильная единица, причем можно выставить задержку на логический 1, подключив конденсатор между каскадами на землю. Частота среза примерно от 0,2 до 25 Гц, что вполне достаточно для стабильного срабатывания. Кондер на входе можно не ставить, он отсекает постоянную составляющую. Коэффициент усиления каждого каскада ~ 1000.

5 Ноя 14:55
2
отладка аналоговой логики не относится к любимым мной разновидностям секса. Лучше иметь наглядное представление, что происходит. Например, у меня в одном из положений стола резьба на стойках закорачивала "плюс" датчика на раму. Буквально полоборота гайки туда или сюда - и глюк уходил. Поймал это только потому, что увидел на графике синусоиду - помеху на 50Гц от блока питания принтера. Если бы у меня была чисто аналоговая схема, я бы этот баг искал бы гораздо дольше и не факт что нашёл бы вообще.
9 Ноя 16:50
0
Коэффициент усиления каждого каскада ~ 1000.
Один 0 лишний.
с усилком работа стабильнее - собрать на смд в 5 копеек поместится. ардуина не нужна.
9 Ноя 17:02
0
680k / 6.8k ~ 100 для первого каскада и столько же для второго. Действительно ошибся ноликом не 1000, а 100*100 = 10000 :D
5 Ноя 15:01
1
Тоже работаю над подобной системой, только не для дельты.
Три пьезодатчика в треугольник, каждый на свой ацп дифференциально.
Ну и пробивать пьезокристал дыроколом эт конечно жесть)

87f8bb2e6c364f29f666682607703289.jpg
14790ad7a3cfbdb35ee887c8edda16a9.jpg
5 Ноя 15:40
2
6 Ноя 14:27
1
Дорогой
7 Ноя 01:38
0
Что странно, потому что в мембранной клавиатуре таких больше сотни.
5 Ноя 18:48
1
6 Ноя 14:29
1
Калибровка на холодную не есть хорошо, а на горячюю хватит разве что на раз.
5 Ноя 23:09
0
Интересная реализация.
У меня идея появилась - для дельты подойдет. Вместо стола ставим электронные весы как датчик, на весы ставим стол. Электронику в весах меняем на плату c HX711. Ну и плюс ардуинку для простоты подключения.
Можно брать не весы а только датчик соответствующий. Еще вопрос что проще установить будет.
6 Ноя 00:18
0
посмотрите мои посты, hx711 я рассматривал уже. Его беда в том, что работает он на 8 гц. За одну восьмую секунды сопло успеет впилиться глубоко в стол.
7 Ноя 12:06
0
А скорость движения сопла в стол что мешает понизить?
9 Ноя 13:18
0
А почему не получилось выйти на паспортную скорость 80 Герц? По паспорту у него две скорости, 10 и 80 герц.
6 Ноя 00:28
0
6 Ноя 11:05
0
А как насчет прицепить внешний кварц на 11МГц? Частота повысится до 80Гц.
6 Ноя 12:43
0
я об этом думал, но вышло что пьезокристалл проще и дешевле.
6 Ноя 13:57
0
Дело хозяйское. Я предложил один из вариантов, может кому-то понравится.

Лично мне пьезодатчики не очень понравились в плане помехоустойчивости и необходимости заложить место под изгиб. Но тут может просто я их готовить не умею ;).

P.S. Тест на повторяемость на 5-10 касаний у Вас какой результат выдает?
6 Ноя 15:01
0
±0.02мм
6 Ноя 15:52
0
сейчас перепроверил, вот:

15:48:50.365 : Z-probe:16.02 X:-8.68 Y:-49.24
15:48:51.583 : Z-probe:16.03 X:-8.68 Y:-49.24
15:48:53.421 : Z-probe:16.04 X:-8.68 Y:-49.24
15:48:55.124 : Z-probe:16.02 X:-8.68 Y:-49.24
15:48:56.187 : Z-probe:16.03 X:-8.68 Y:-49.24
15:48:57.843 : Z-probe:16.04 X:-8.68 Y:-49.24
15:48:58.947 : Z-probe:16.03 X:-8.68 Y:-49.24
15:49:01.025 : Z-probe:16.04 X:-8.68 Y:-49.24
15:49:02.336 : Z-probe:16.04 X:-8.68 Y:-49.24
15:49:04.285 : Z-probe:16.04 X:-8.68 Y:-49.24

15:50:41.256 : Z-probe:15.99 X:-32.14 Y:38.30
15:50:42.480 : Z-probe:16.02 X:-32.14 Y:38.30
15:50:44.361 : Z-probe:16.03 X:-32.14 Y:38.30
15:50:45.362 : Z-probe:16.03 X:-32.14 Y:38.30
15:50:47.711 : Z-probe:16.04 X:-32.14 Y:38.30
15:50:48.703 : Z-probe:16.04 X:-32.14 Y:38.30
15:50:49.869 : Z-probe:16.01 X:-32.14 Y:38.30
15:50:51.695 : Z-probe:16.02 X:-32.14 Y:38.30
15:50:53.223 : Z-probe:16.01 X:-32.14 Y:38.30
15:50:55.303 : Z-probe:16.03 X:-32.14 Y:38.30

15:51:24.868 : Z-probe:15.97 X:49.24 Y:8.68
15:51:26.121 : Z-probe:15.95 X:49.24 Y:8.68
15:51:28.226 : Z-probe:15.97 X:49.24 Y:8.68
15:51:29.303 : Z-probe:15.97 X:49.24 Y:8.68
15:51:31.014 : Z-probe:15.96 X:49.24 Y:8.68
15:51:32.662 : Z-probe:15.97 X:49.24 Y:8.68
15:51:33.703 : Z-probe:15.96 X:49.24 Y:8.68
15:51:34.791 : Z-probe:15.96 X:49.24 Y:8.68
15:51:36.245 : Z-probe:15.97 X:49.24 Y:8.68
15:51:38.190 : Z-probe:15.95 X:49.24 Y:8.68

Z-probe speed выставлена в 50мм/сек, т.е. вдвое быстрее, чем на видео. Стучит в стекло не как "пьяный робот", а как швейная машинка..
6 Ноя 12:49
0
87b1f94ab92cb971810eed5cb2143610.jpg


после публикации статью уже нельзя отредактировать, поэтому добавлю комментарием. В финальном варианте стойки пропущены через бронзовые гильзы из купленной в Леруа Мерлен трубочки d=6. Торцы отшлифованы Дремелем конусообразной шарошкой, за счёт чего обеспечивается подвижность.

Пружина разрезана пополам, датчик ставится посередине. Раньше датчик стоял внизу и изолирующее его от стойки колечко из термоусадки иногда мешало движению вниз. Теперь эта проблема исчезла.
7 Ноя 10:03
0
Как сопли из сопла убираете? Если в конце печати "выдернуть" пруток, полностью, на максималке, скажем F10000, по после нагрева хотэнда пластик еще долго сочится через сопло.
9 Ноя 00:42
0
вы переживаете, не будет ли сопло с "соплёй" слишком мягко стучать по столу и датчик не среагирует? Нет, такой проблемы нет - на скорости 5см в секунду у сопли нету шансов создать проблемы
7 Ноя 13:49
0
Любопытное решение. Но не до конца понял почему нужны три датчика по углам вместо одного у экструдера? Нагрев?
7 Ноя 22:37
0
и нагрев, и помехи при движениях (от них сотни ложных срабатываний, которые не отфильтровываются)
9 Ноя 20:21
0
Идея конечно супер. А не за вальцуется/сплющится нагретый экструдер от таких постукиваний?
12 Ноя 02:06
0
не заметил таких последствий. Если что, я использую чуть менее "ширпотребные" сопла - https://ru.aliexpress.com/item/Free-Shipping-5pcs-lot-0-4mm-3D-printer-extruder-nozzle-Print-head-0-4mm-nozzle-for/2025048762.html

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Набор юного мехостроителя

«Что цело, то и годно в дело»*.

Черная пятница: скидки до 50% на весь ассортимент!

Wanhao D7 v 1.4 Red edition. Главное - работает!

В Новосибирске налаживают аддитивное производство титановых имплантатов

Голая статистика или жизнь после сертификации