Измерение резонансов головки микрофоном

McPaul
Идет загрузка
Загрузка
18.05.2021
4858
30
Техничка

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

42

Уже несколько материалов есть по вопросу причин появления вертикальных полос на распечатанных кубиках.

Вот как например на этой картинке, часть которой скопирована с этого адреса

(придётся здесь немножко отойти от темы, для вычисления частоты. Согласно картинке, вертикальные полосы идут с определённым интервалом. Зная расстояние между ними и скорость движения, можно вычислить частоту. Расстояние между линиями одинаково, а скорость разная. Значит и частота с увеличением скорости должна пропорционально увеличиваться. В обсуждении по ссылке вычислили частоту 40гЦ.)

Вот эти 40Гц и поможет найти данная методика.

Большинство мнений сходятся на ремнях, приводных и зубчатых обводных роликах, главное зубчатых.

У меня тоже такое было на свежесобранных принтерах, но со временем полосы на распечатках исчезают. Видимо в течение 2-3х месяцев детали притираются и вибрации уходят.

Поскольку большинство механических резонансов находятся в слышимом диапазоне звуков, удобно будет снимать их с помощью обычного электретного микрофона 10мм, 5мм даже лучше будет.

Нужно лишь прочно закрепить его на каретке принтера при помощи простого печатного приспособления (или ином другом исследуемом узле) и соединить с микрофонным входом на ПК тоненьким кабелем. Провод при движении не должен ничего касаться, иначе шорохи от трения испортят картину. Отверстие делать не нужно - вибрации должны передаваться через корпус.

Снимать АЧХ  (Амплитудно Частотную Характеристику), а также осциллограммы удобно старенькой  программой SpectraLab, но вполне годится и обычный аудиоредактор Audacity имеющий функцию спектрального анализа.

Всё что нужно, нажать запись и подвигать кареткой.

И вот, что на примере принтера ZAVmini мне удалось измерить:

Моторы Nema17 38mm 1,8гр. Драйвера TMC2209, Пиковый ток 850мА. Ускорения 3000, джерк 12.

Красочно! Справа есть легенда, скорости движения. (желтый - это фоновый шум) Картинки можно открыть в новой вкладке для детального рассмотрения, в оригинальном разрешении в формате PNG.

Прошивка RepRap, в ней очень удобно и оперативно изменять режимы.

График перегружен, поэтому для удобства восприятия, следующими будут парные, по 2 скорости:

Скорость 40mm\c и 80мм\с

А что такое двигатель 1.8 градуса? 360/1,8=200 шагов на 1 оборот.

Смотрим на график и видим основную, самую громкую частоту 200Гц. Соответственно если скорость в 2 раза выше, и частота будет 400Гц. Но ведь там есть еще и гармоники низших порядков. Я думаю это результат работы микрошагового режима 1/16.

Что и видно на графике 200 - 100 - 50 Гц убывающим спектром. Смею предположить, что гдето там среди шумов есть и 25 и 12.5Гц. (Ради проверки этой теории я даже выставил полный шаг, то есть 1 к 1. И да, действительно связь с частотами 100 - 50 теряется. Но вибрации настолько сильны, что разглядеть зависимость почти невозможно.)

С этим понятно, основные вибрации дают моторы. Ремней не слышно, они наверняка есть, но тонут среди других шумов. А значит ими можно пренебречь.

Теперь хотел бы привести АЧХ работы моторов в режиме отключенной интерполяции. 

А здесь всё тоже самое в низкочастотной части, но лишь добавился тоненький писк. И отчетливо слышно его лишь до скорости 49мм\с. Скорости выше 50мм\с по спектру абсолютно идентичны режиму с интерполяцией.

Причем, чем ниже скорость, чем ниже и громче частота визга. Поближе:

Теперь своего внимания заслуживает режим SpredCycle, каков он в сравнении с тихим StealthChop.

Скорость движения 80мм\с. Синий - StealthChop, розовый - SpredCycle.

Желтый - StealthChop, мотор на удержании. Один из вариантов шума. Видно как он "шипит" словно чайник.

Не, ужасный режим. Категорически не для кинематики H-bot.

С АЧХ все ясно и понятно, но она не даёт ответа в динамике, что происходит в движении.

Для этого есть осциллограммы.

Но сперва, посмотрим на отличие АЧХ по различным ускорениям, от 500 до 5000 mm/s^2 на скорости движения 80мм\с

 

С понижением ускорений просматривается шлейф в сторону низких частот от основного пика. Это результат замедления.

И вот здесь, очень интересно посмотреть на осциллограмму момента остановки (впрочем момент старта тоже интересен). Картинки из программы audacity:

Остановка оси X со скорости 80мм\с, ускорение 500mm/s^2  после движения к краю на расстояние 50см.

Ну, кое что видно. Точнее не видно частоты собственных колебаний каретки. Слишком плавно останавливаемся.

Побыстрее, ускорение 5000mm/s^2:

И вот мы видим затухающие колебания,  их длительность 480мс, и период примерно 57-60мс. Зная период, знаем и частоту - величина обратная от периода 1/60*1000= ~ 17Гц. 

А это уже можно использовать в системе "Эхо-Подавления". И совершенно не нет необходимости печатать тесты чтоб вычислить частоту.

5000 это экстремальное ускорение, виден "удар". Поэтому мой оптимум ускорений 3000mm/s^2

Картинка для оси Х

А вот для оси Y несколько хуже, так как масса этой оси в несколько раз выше

Так еще картину усложнет положение каретки. У краёв собственные колебания минимальны, в середине максимальны.

Как видно, ускорения не влияют на частоту собственных колебаний системы. 

На это прямое и непосредственное влияние оказывает степень натяжения ремня, равно как и на длительность колебаний.

И здесь палка о двух концах. Чем сильнее натягиваем ремни - тем выше частота, но и тем дольше система "звенит".

Так что, оптимальна середина. Выявить её достаточно легко: На недотянутых ремнях будут видны нечеткие суносуидальные волны, на перетянутых - сильно увеличивается время колебаний.

Ну и картинка на закуску:

Результат включения вентиляторов.

- Самое громкое движение на скорости 60мм\с - красный.

- Включаем обдув зоны печати - синий

- Нагрваем хотенд, включается обдув радиатора - розовый.

- Включаем оба вентилятора на полные обороты и движемся на скорости 60мм\с - бирюзовый.

- Фоновый шум - оранжевый.

Как видно, шумы от двигателей тонут в шуме вибраций от вентиляторов. Монотонный полноспектровый шум.

А значит вибрацией от двигателей можно пренебречь - её вентиляторы перекрывают.

Итоговая распечатка простая, на скорую руку. Кубик из ABS 30 х 30 х 16 мм в 1 стенку без заполнения, каждые 4мм скорость увеличивается на 20, от 40 до 100мм\с.

Ускорения 3000, джерки 12. Углы перегрелись, но главное искать повторяющиеся вертиальные полосы на стенках. (угол освещения специально подбирал что проявить полосы, их нет.)

Так что, похоже дело вовсе не в двигателях, а может просто мне такие хорошие попались? - Или наверное приработались?!

А вот влияние джерков мне вообще ничем не удалось обнаружить, пробовал от 1 до 20.

В чём полезность данного метода?

- Точно и быстро настроить ускорения 

- Найти частоту резонанса для системы эхо-подавления

При этом не нужно тратить пластик и время на распечатки и последующий анализ тестовых кубиков.

- Оптимально натянуть ремни

- Подобрать самый "тихий" вентилятор_ы.

- Оценить влияние массы подвижной системы

- Выявить источник вибраций

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

42
Комментарии к статье

Комментарии

18.05.2021 в 16:09
0

Хорошо исследование, на прошивке клипер лудше реализован замер и компенсация резонансов в rrf тоже пытаются прилепить акселерометр для лудшего вычесления резонансов но это только пока в бетках для дуета

18.05.2021 в 18:51
2

Теперь прям захотелось отложить все остальные апгрейды и прикрутить микрофон.

18.05.2021 в 19:13
0

Ещё интересная тема с натяжением ремней - многие интересуются, как их правильно натягивать. Нигде нет какой-то методики. А здесь вполне можно сделать описание с картинками.

18.05.2021 в 19:36
1

да, по натяжению ремней подробно не останавливался. Это тема требует намного более тщательного рассмотрения для выявления закономерностей.

18.05.2021 в 19:43
0

Настраивал в клиппере компенсацию резонанса с помощью измерений акселерометром, в результате "эхо" на углах и прочих изменениях геометрии значительно уменьшилось, но вертикальные полосы с одинаковым интервалом на стенках никуда не ушли.

18.05.2021 в 20:37
0

У меня также было пока не поставил алгоритм на 1 порядок выше чем расчётные при измерениях ну и правильный подбор ускорений, волны ушли полностью с полосами, тестировал на бенчи со скоростью в 200мм/с отпечатался за 20 мин и без погрешностей почти идеальный, при этом у меня директ  под 800г весом

12.06.2021 в 20:50
0

со скоростью в 200мм/с

Это у Вас при такой скорости принтер со стола сносить должно и конструкцию разрывать.

Вы точно замерили что 200 мм за секунду пролетает? Или это просто циферки в слайсере?

12.06.2021 в 21:00
0

Ничего не слетает и не прыгает и не просто циферки 200 реальная скорость печати и скорость перемещений холостых 400мм/с

19.05.2021 в 07:46
0

Если не ошибаюсь, в Клиппере вроде делают компенсацию эха, возникающего при ускорении. Там и замеры делаются соответственно. Например модель для печати имеет полукруглые стенки, чтобы замерять именно эхо от них, а не обычные вертикальные полосы.

То есть на прямолинейную прямолинейную часть движения эта компенсация не должна оказывать никакого влияния. К тому же её таким методом сложно убрать. В случае ускорения понятно где начало периода колебаний, и понятно как компенсировать. А в случае  постоянных вибраций, например от моторов, не представляю, как определить начало периода.

19.05.2021 в 09:09
0

эхо-компенсация по идее не уберёт постоянные полосы на модели. Их причина в чем то другом.

Суть эхо-компенсации - определить период колебаний и, возможно их длительность. Затем происходит корректировка ускорений в противовес болтанки.

Вот дополню парой картинок, запечатлено полное движение из центра на 50мм к краю на скорости 100мм\с, с ускорением 3000, отдельно по осям, Y


И ось Х


Как легко видно, тяжёлая Y и в начале движения имеет болтанку, а лёгкая ось X почти не имеет.

Вибрация от моторов, её период легко посчитать. Допустим скорость 40мм\с, основная, самая громкая частота 200Гц, период = 1/200=0.005 секунды

Если помножить период на скорость, получим периодичность волн на кубике=0.2мм. На пластике такого не увидеть, если только микроскопом попробовать. На моём примере самая громкая вибрация на скорости 60мм\с, а на распечатке этого не видно.

19.05.2021 в 23:41
1

Как идея: полётный контроллер квадрокоптера на принтер прикрепить и записать показания гироскопа, акселерометра. Можно на голову крепить, можно на стол.   Как думаете?

20.05.2021 в 08:34
0

уже есть готовое применение акселерометра в прошивке клиппер и в реп-рап.

Но нужен на определённой микросхеме, ADXL345.

Насчёт гироскопа я не уверен в его нужности здесь.

31.05.2021 в 10:15
0

а вот зачем гироскоп нузен, чтобы все резонансы увидеть. Каждая деталь(рама, моторы, подшипники и тд) резонируют на своей частоте. 

31.05.2021 в 12:38
0

понятно. микрофон даёт гораздо большее разрешение. Ограничено впринципе лишь мощностью процессора ПК. и намного проще в реализации.

31.05.2021 в 13:53
1

как микрофоном выцепите резонанс незвукового диапазона? 

31.05.2021 в 15:05
0

а в кинематике не бывает частот выше 10кГц. Микрофон измеряет диапазон 20-20000Гц легко, во всяком случае до 16000 наверняка.

А если не предьявлять повышенных требований к точности уровней, то и 10Гц вполне чётко видно.

Какой такой незвуковой диапазон нужно измерять?

Гироскоп тем более не способен регистрировать колебания выше 2кГц.

31.05.2021 в 17:57
0

т.е. дрон по raw показаниям акселя и гироскопа в один подход настроить можно, а кирпич на столе нет? я так понимаю, следующий шаг, это диагностика автомобилей микрофоном.  забейте, дойдут руки выложу статейку.

01.06.2021 в 09:24
0

А я и не говорил, что нельзя настроить, между прочим.

И нисколько не принижаю возможности цифровых датчиков. Они дают готовую информацию прошивке, и она уже сама её использует на основе заложенных алгоритмов.

Микрофон даёт информацию нам, и мы решаем как быть и что исправить. Визуальную и звуковую.

Автомобили диагностируют с помощью микрофонов, стетоскоп называется, только это скорей пройденный шаг.

01.06.2021 в 10:22
0

Я не имел ввиду подключение датчиков к мозгам принтера и самоподстройку в зависимости от результата, это наверное ещё впереди. Мысль была, по аналогии с микрофоном, автономное, внешнее устройство, которое можно поместить на любую ось принтера. 

20.05.2021 в 14:41
0

а по функции LA  есть какие то выводы?

20.05.2021 в 14:50
0

Кстати, у меня в смартфоне установлена прога "Умные инструменты" с Play Market, там есть шумометр с АЧХ...

конечно хз в каких попугаях измеряется амплитуда, надо конечно какую то поверку делать, но пропорции то должны соблюдаться...

Что думаете по поводу этой проги? можно ли делать по ней какие то, хотя бы предварительные оценки и выводы?

20.05.2021 в 17:24
0

амплитуду в абсолютных величинах измерить не удастся. Да нам это и не нужно.

Но в относительных, частот относительно друга друга можно, и с достаточно высокой точностью. А разрешение, зависит от мощности компьютера, а оно требуется.

Насчёт смартфона, лет 5-7 назад я покупал великолепную программу спектроанализатора, она тогда рублей 200 стоила. Потом, аккумулятор на смарте сдох, программа устарела, а новым смарфоном я так и не обзавелся. Так что, не знаю возможностей "умных инструментов". Нужен именно спектральный анализатор, чтоб график на весь экран. Шумомер слишком примитивен.

Но базовые вещи должна показать, внешний мик только подключить.

Единственное будут претензии в низким частотам, там как правило разрешение невелико, пик будет широким и ломанным.

По LA что измерять?

20.05.2021 в 17:53
0

вот  скриншот этого шумометра

белые столбики это максимальная амплитуда, запоминается, желтые - текущие 

слишком дискретный график получается... и опять же измеряется акустический шум возле принтера, на хотэнд смартфон приколхозить сложнее, чем микрофон...)))

В этих умных инструментах есть еще и виброметр 


вроде как положил на корпус принтера и видишь амплитуду колебаний, но эта прога менее полезна для анализа, поскольку никакой шкалы нет, чтоб че то сообразить надо на видео снимать и потом кадрами склеивать, да еще временные метки из видеоредактора как то на картинку наносить... короче, сплошной гимор, но измеряются вибрации, а не аккустический шум

20.05.2021 в 19:30
2

компьютер и микрофон нужен. то игрушки.

Через воздух сильно неточно получается, нужен механический контакт.

26.05.2021 в 21:11
0

Наконец-то я прочитал эту статью. Очень дотошная разборка, я такие люблю. Но не понятна цель экспериментов. Борьба с волнами которых нет? У меня было другое. Волн никаких не было, зато был явно резонансный звон, режущий ухи с макмимумом причастотах около 50-60мм/с, т.е. самой рабочей области. Ничего не смог сделать, пока не заменил моторы. Те оказались говно. У новых резонанс на более высокой частоте и слабо выражен (на слух). Причем когда это проявилось, никто из владельцев такого же принтера и его разработчика не смогли мне дать вразумительный ответ что так зудит мерзко. Пробовал мерить телефоном с программой, как тут некоторые советовали - фиг там, толка нет, ничего не разглядишь (хотел подавитель резонанса прикрутить). А закрепить микрофон, почему-то не догадался, хотя с микрофонами и прочей акустикой занимался раньше довольно интенсивно. Прямо захотелось прикрутить микрофон и посмотреть что там сейчас.

27.05.2021 в 08:51
0

цель экспериментов, чтобы:

...захотелось прикрутить микрофон и посмотреть что там

Потому, что интересно.

У меня тоже кстати, самая неприятная скорость 60мм\с. Решил в слайсере её избегать, 70 уже нормально.

А где "нормальные" моторы взяли?

27.05.2021 в 19:24
0

Всё на том же китайском базаре. Чисто лотерея - второй раз повезло чуть больше чем в первый. Могу посмотреть в истории заказов у какого продавца покупал. Вроде как от какого-то завода китайского.

30.05.2021 в 22:40
0

Спасибо, в лотерею с моторами я играть не стану, по крайней мере пока.

Тем более я тоже покупал от какого то там сильного завода.

13.06.2021 в 00:05
0

Прогой в нофтрамс обхожусь. За одно и сонограмму рисует. По спектрограмме фиг чего понятно только в динамике смотреть.

Это сигнал\шум и птичка пропела, график логарифмический:

Это линейные движения от каждой башни на скорости F5000 (горизонтальные полоски внизу). Потом начинается спираль к центру.


Спираль к центру, кручу ручку к 50% скорости.


Докрутил ручку до 20% скорости. Три мотора рисуют крестики.

Полная картинка с шумами, принтер исполняет круг с 20% от F4000

Как ускоряются моторы видно отчётливо. Что самое интересное, если на одном моторе vRef накрутить сильнее, то один из горбов сместится вправо.

Надо слушать как работает падаван под нагрузкой. Вертикальные полосы, лечатся хоть и не полностью маховиком на моторе.

Боюсь, что вибрации не причём, всё дело из за перенатуги в системе подачи и плавность пропадает. 

Нужна быстрая камера, а лучше две, чтоб за движением моторов смотреть.

14.06.2021 в 22:10
0

а что на камере увидеть хотите?
камеры смартфона умеют 240 кадров снимть долго и около 820 пару секунд
по моему водопад хорошая штука для анализа ачх
и акселерометр тоже, ардуиновский за 1уе его можно подключить на юсб и на ардуино  иде вывести на плоттер что бы график рисовал 

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Get over here!

Проблема ретракта в 3D печати. Почему ретракт работает не всегда?

Самосвал и экскаватор

Обновления для лазерного гравера под поворотную ось

Значок "Космические рейнджеры"

Записки страйкболиста. Как я товарищу рацию чинил.