Дырокол и пьезодатчики для калибровки

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.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: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.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. 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).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):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: