He visto paradas finales mecánicas (microinterruptor), ópticas y magnéticas (imán + sensor hall).
¿Hay alguna diferencia en cuán exactos cambian en la ubicación correcta? Si es así, ¿cuáles son los más precisos?
He visto paradas finales mecánicas (microinterruptor), ópticas y magnéticas (imán + sensor hall).
¿Hay alguna diferencia en cuán exactos cambian en la ubicación correcta? Si es así, ¿cuáles son los más precisos?
Respuestas:
Hay algunos criterios diferentes que debemos usar para seleccionar un tipo de interruptor:
Es importante preguntar, ¿cuánta precisión del interruptor necesitamos realmente? Un tren de transmisión de impresora 3D típico que utiliza un motor paso a paso de micropaso solo puede colocar con precisión la carga en movimiento dentro de +/- un micro paso 1/16 (incluso si se usa un micropaso más fino que eso) debido a efectos inductores de errores como el par de fricción y el error del ángulo de retención magnético. Eso es alrededor de +/- 0.01 mm para la mayoría de las impresoras. ¡El interruptor de referencia solo necesita ser tan preciso como el posicionamiento del motor! No se gana nada teniendo, por ejemplo, topes de precisión de 0.001 mm.
Esta precisión de +/- 0.01 mm se puede lograr para todos los tipos de interruptores de tope final, con la selección y configuración adecuadas del interruptor.
Luego hay tres tipos de conmutación "estándar" en uso en impresoras 3d para consumidores / aficionados:
Interruptores Mecánicos
La precisión / repetibilidad depende de la calidad del interruptor, la longitud del brazo de palanca conectado (mayor aumenta la distancia de contacto pero es peor para la precisión) y la velocidad de impacto del carro con el interruptor. Es posible tener un buen interruptor mecánico o un interruptor mecánico defectuoso. Esta suele ser una opción predeterminada razonable porque es simple y barata.
Un pequeño interruptor mecánico con un brazo de palanca corto (o el brazo de palanca retirado) generalmente logrará la precisión de conmutación requerida de +/- 0.01 mm. Los interruptores muy baratos, las altas velocidades de contacto y los brazos de palanca largos pueden proporcionar una resolución inadecuada para el guiado o sondeo Z, pero seguirán siendo adecuados para fines de guiado X e Y de baja precisión.
Donde los interruptores mecánicos tienden a causar problemas es en el rechazo de ruido. Las diferentes tarjetas controladoras usan diferentes formas de cablear el interruptor: algunas usan dos cables y solo envían una señal cuando se activan. Cuando no se activa, el microcontrolador deja flotando el cable de señal o lo tira débilmente, mientras está conectado a un cable largo que actúa como antena para captar el ruido EM. Es MUY común que el cableado del calentador o paso a paso emita EMR desagradable debido al control de corriente PWM. Los cables de terminación de dos hilos siempre deben estar alejados del cableado del calentador y de pasos. Proteger y torcer los conductores también es una buena idea.
Un enfoque más robusto es utilizar interruptores de tres cables que activan la línea de señal hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la posición del interruptor. Estos tenderán a rechazar mejor el ruido.
Los interruptores mecánicos muy baratos pueden fallar dentro de la vida útil de la impresora. Sin embargo, la mayoría de los interruptores de límite están clasificados para millones de ciclos, lo que es poco probable que ocurra durante la vida útil de cualquier impresora normal.
Los interruptores mecánicos son fáciles de alinear y de disparar a mano durante la resolución de problemas.
Interruptores ópticos
Estos se basan en una bandera que bloquea una ventana entre un emisor de luz y un detector. Esto es sin contacto y puede ser bastante confiable, pero presenta algunos desafíos. La posición exacta del disparador (y, por lo tanto, la precisión) puede depender de los niveles de luz ambiental en la habitación, porque el sensor está monitoreando la luz para disminuir por debajo de una intensidad específica. Por lo tanto, puede ser muy repetible / preciso a corto plazo, pero puede tener cierta deriva si el sensor entra y sale del sol durante el día.
El cambio tiende a ser más consistente y confiable si la bandera ingresa a la ventana desde el costado, en lugar de desde la parte superior.
Los interruptores ópticos activarán activamente la línea de señal hacia arriba o hacia abajo y, por lo tanto, tendrán un buen rechazo de ruido eléctrico.
Interruptores de efecto Hall
Estos miden la intensidad del campo magnético cercano y se disparan cuando excede una cierta cantidad en una cierta polaridad. Esto es altamente preciso / repetible (mejor que +/- 0.01 mm) y extremadamente resistente al ruido y las condiciones ambientales. (A menos que su impresora esté al lado de algo que emite grandes campos magnéticos, de todos modos).
Los interruptores de pasillo que he visto tienen un potenciómetro ajustable para ajustar la distancia del gatillo. Esa es una buena característica cuando se trata de calibrar manualmente un Delta o una cama Z para la altura de la primera capa.
El principal inconveniente de los interruptores de pasillo es que necesitan un imán para activar el interruptor. Esto puede ser difícil de activar a mano durante la resolución de problemas y requiere colocar un imán en algún lugar del carro en movimiento. El pegamento funciona bien ... ¡pero no pegue el imán en su lugar al revés!
Thomas Sanladerer realizó exactamente la comparación que pides . Mira el video completo.
El resultado es que los sensores inductivos son los más precisos, pero dependen mucho del material del lecho elegido.
Los interruptores mecánicos (desnudos, sin brazo metálico) son casi tan precisos y mantienen la misma precisión con cada material de la cama (sin embargo, necesita un mecanismo para retraerlos, lo que puede o no disminuir la precisión).
Otros sensores son menos precisos.
En cualquier caso, la mayoría de ellos ya son mucho mejores de lo requerido, ya que cualquier cosa por debajo de 50 micras está bien y, básicamente, todos alcanzan esa precisión.
Elija en función de otros factores como el peso, la instalación, el precio. Inductivo, después de una calibración basada en su cama específica, puede ser lo más fácil ya que no necesitan retracción, pero son voluminosos. BLtouch es probablemente la segunda opción, microinterruptores mecánicos la tercera.
No creo que haya una respuesta simple.
En mi opinión, para la precisión de un sensor doméstico no importa. El firmware generalmente permite establecer un desplazamiento entre la posición indicada y la posición real. Lo que realmente importa es la repetibilidad. Cada vez que el sensor indica la posición, la posición es la misma.
Interruptores Mecánicos
Al probar varios interruptores mecánicos, descubrí que el evento "make" es menos repetible que el evento "break". Para obtener mejores resultados, me muevo hacia la posición que cierra el interruptor, luego me muevo en la dirección opuesta hasta que se abre el interruptor. Si recuerdo correctamente, obtuve una "repetibilidad" de aproximadamente 0.02 "(0.5 mm) y una repetición de" rotura "de aproximadamente 0.005" (0.13 mm).
Interruptores ópticos
Para una impresora 3D delta, uso sensores ópticos. Los sensores ópticos tienen una iluminación y un sensor integrados, generalmente en lados opuestos de una estructura bifurcada. El lado del sensor tiene una ranura que enmascara la luz que se recibe y ayuda a protegerla de la luz ambiental. La ranura está a lo largo de un eje que está alineado con la horquilla o normal a ella. La bandera que usa para el interruptor debe cubrir completamente la ranura, y para una buena repetibilidad, el borde de la bandera debe ser paralelo a la ranura. En otras palabras, algunos sensores esperan que la bandera ingrese desde el costado, mientras que otros esperan que la bandera ingrese desde la parte superior. Cualquiera de los dos funcionará, pero debe elegir el sensor adecuado para la configuración de su máquina.
Luz ambiental con interruptores ópticos
Quizás la luz ambiental podría ser un problema. Si es así, podría abordarse sombreando el sensor.
Supongamos que los LED en el sensor tienen la misma eficiencia que las luces LED ambientales. Como referencia, aquí hay una hoja de especificaciones para un interruptor óptico típico utilizado en sensores ópticos: http://www.isocom.com/images/stories/isocom/isocom_new_pdfs/H21A.pdf El paquete del sensor óptico está diseñado para reducir la susceptibilidad a la luz ambiental.
La intensidad de la luz disminuye a medida que la distancia ^ 2, y los iluminadores en el sensor están muy cerca. ¿Cuánto efecto tiene la luz ambiental en el sensor?
En mi tienda, uso bombillas LED de repuesto de 8 pies para las bombillas fluorescentes. Con esto, tengo 72 vatios de iluminación LED, que, digamos, iluminan uniformemente la semiesfera debajo del techo. Una esfera completa es 12.56 sr (esteradianos o estereo-radianes), por lo que la media esfera es 6.28 esteradianos, para una potencia de 11.46 W / sr. En el sensor, esto debe dividirse por el cuadrado de la distancia, digamos 8 pies. Esto nos da (11.46 W / sr) / (96in ^ 2) = 0.119 W / area.
El LED de iluminación tiene una potencia (típicamente) de 1.2 V * 0.05 A, o 0.06 W. El cono de luz de un LED típico es de aproximadamente 30 grados, que es 1 sr, para una potencia de 0.06 W / sr. Escalado para una estimación de la distancia entre el emisor y el sensor de 4 mm o 0.157 ", es (0.06 W / sr) / (0.157in ^ 2) = 2.43 W / área.
Parece poco probable que la luz ambiental general sea un problema. Si lo fuera, el montaje del sensor podría diseñarse para protegerlo de la exposición directa a la luz ambiental.
Con los sensores ópticos es importante asegurarse de que la bandera de interrupción sea realmente opaca a la luz del iluminador. Como descubrí, el PLA rojo no es especialmente opaco a la luz infrarroja, por lo que necesitaba pintar las banderas con una pintura pigmentada negra.
Interruptores de efecto Hall
No tengo experiencia con los interruptores de límite magnéticos de efecto Hall. Otras respuestas aquí los han elogiado porque tienen un ajuste que puede usarse para establecer el punto de detección preciso. No me gustan los ajustes porque van a la deriva. Las macetas están sujetas a desgaste, oxidación y variaciones lentas y rápidas en su resistencia. Preferiría tener algo inestable y repetible en hardware y usar software para mantener la calibración.
Ejemplo de elección híbrida
En una máquina CNC de arquitectura delta de 6 ejes que construyo, utilizo un enfoque híbrido para detectar la posición de inicio. Los interruptores mecánicos indican una posición cercana al inicio, y el pulso índice de un codificador rotatorio define la posición inicial precisa. El firmware de referencia se mueve hacia el hogar hasta que se cierra el interruptor mecánico, luego se aleja hasta que se abre, luego regresa hacia el hogar hasta que detecta el pulso índice. Como hay seis ejes, hay seis conjuntos de estos interruptores y codificadores. El uso de un interruptor mecánico para la orientación aproximada tiene sentido para esta máquina porque el sensor de índice se golpea una vez por revolución, por lo que no es un indicador único del hogar, y esta máquina crea mucho polvo y astillas, lo que podría bloquear un sensor óptico .
Entonces, sin una respuesta absoluta, mi preferencia es para interruptores ópticos para la repetibilidad.
Creo que hay varios factores involucrados en qué sensores son mejores, pero el pedido general para mí sería Hall, óptico seguido de mecánico. Todos los tipos estarán sujetos a alguna deriva debido a las vibraciones y los cambios en el uso de la impresora. Por lo tanto, es la facilidad de ajuste, así como la precisión de la parada lo que cuenta en la evaluación.
En mi experiencia, los sensores de efecto hall son los más precisos y fáciles. No dependen de la conmutación física (como con la mecánica), lo que significa que no hay "desgaste" en el componente y el punto de conmutación permanecerá fijo. Tienen un potenciómetro que se puede ajustar para hacer que la posición del tope cambie sin ninguna intervención mecánica que permita un ajuste muy fino. Pueden ser muy precisos.
Las ópticas son igualmente precisas, pero generalmente tienen un componente fijo que corta el haz para encender / apagar el sensor. El ajuste del tope generalmente será mecánico porque los puntos de montaje deberán ajustarse, lo que reduce su precisión. Hay varias monturas ajustables para aliviar esto en thingyverse o similares.
Los interruptores mecánicos son similares a los ópticos en términos de ajuste con la imprecisión adicional del mecanismo del interruptor real que puede degradarse con el tiempo.
Si echas un vistazo a RepRap Wiki , explican brevemente estos tres cambios:
" Los topes mecánicos son la forma más básica de topes finales, hechos de un interruptor ordinario, dos cables. Cambiar el estado del interruptor señala la electrónica.
"Estos extremos ópticos observan el nivel de luz y reaccionan a cambios repentinos".
"Estas paradas finales; los sensores de efecto Hall son un transductor que varía su voltaje de salida en respuesta a un campo magnético. Los sensores de efecto Hall se utilizan para aplicaciones de detección de proximidad, posicionamiento, detección de velocidad y detección de corriente".
En lo que respecta a su pregunta, depende de su circunstancia. Sin embargo, la mayoría de las veces un buen interruptor mecánico es repetible y cumple bien su propósito.
Yo, personalmente, colocaría los interruptores ópticos y magnéticos en la categoría de un componente multifunción. Es decir, ambos tipos de interruptores (generalmente) proporcionan un rango valioso para la detección de objetos. Potencialmente, esto puede conducir (dependiendo de su máquina) a un comando empujado que le dice a su máquina que disminuya la velocidad cuando se acerca al paro suave.
Una vez más, personalmente, desconfiaría de usar un extremo óptico con posible ruido de luz blanca proveniente de la iluminación ambiental u otras fuentes. Podría estar equivocado en mi preocupación por algunos módulos que abordan este tipo de problemas.
Entonces, si reducimos entre mecánico y magnético: - Magnético proporcionaría un enfoque más suave, reduciendo (potencialmente) la cantidad de desgaste - Sin embargo, supongo que los interruptores magnéticos requieren "marcación" dependiendo de los componentes utilizados en el sensor . Esto podría conducir a un rango no deseado en el que se activa el sensor. - Los interruptores mecánicos son simples. Se tocan o no se tocan (activar o desactivar): un posible profesional (o inconveniente) es la capacidad de manipular el gatillo manualmente, más fácilmente. Me he encontrado con una situación varias veces en la que necesitaba activar manualmente el tope final como parte de un paso de solución de problemas. Pero, si accidentalmente golpea su tope mientras la máquina está funcionando, no sirve.
Un problema separado que no se aborda en otras respuestas es que los topes finales para los ejes X / Y tienen requisitos diferentes a los del eje Z.
Cuando la impresora ofrece calibración XYZ (como Prusa i3 MK2), las propiedades de los interruptores X e Y juegan un papel importante, ya que para el sondeo Z la sonda debe estar centrada sobre los fiduciales (círculos de cobre) en la cama. La parte XY de la calibración mide la posición de los fiduciales en relación con el punto de activación de la parada final. Luego, la calibración Z mide la altura de cada fiducial.
Cuando no se ofrece la calibración XYZ, generalmente no hay necesidad de un posicionamiento muy repetible en relación con los extremos de recorrido X e Y, y en la mayoría de las impresoras, simplemente puede mover los motores hasta que comiencen a omitir pasos y llamar eso un día, será preciso a pocos pasos.
El eje Z siempre tiene un alto requisito de precisión y repetibilidad, y hay dos enfoques generales para determinar su posición:
No hay topes finales en el sistema de accionamiento del eje Z, se monta una sonda en el cabezal de impresión y se utiliza para detectar cuándo el cabezal está a cierta distancia por encima del lecho de impresión. Esto puede usarse para la calibración de 9 puntos de la forma del lecho y, por lo tanto, elimina la necesidad de nivelar el lecho.
Topes finales utilizados en el sistema de accionamiento del eje Z. Sin sensor en el cabezal de impresión. La cama debe nivelarse por separado en referencia a la boquilla, por lo tanto, los tornillos de nivelación de la cama.
Para Delta, esencialmente tiene tres controladores de eje Z y, de forma similar al controlador XYZ cartesiano, no necesita paradas finales si tiene una sonda en el cabezal de impresión. También puede realizar nivelación de lecho multipunto con una sonda de este tipo.
Los topes finales X e Y se vuelven innecesarios una vez que utiliza el control paso a paso de circuito cerrado, como Mechaduino o sensores de posición digitales lineales (por ejemplo, como se usa en máquinas CNC).
La sonda Z sigue siendo útil si no desea realizar la nivelación de la cama manualmente.