Il existe différents critères que nous devons utiliser pour sélectionner un type de commutateur:
Il est important de se demander de quelle précision de commutation avons-nous réellement besoin? Un groupe motopropulseur d'imprimante 3D typique utilisant un moteur pas à pas à micropas ne peut positionner avec précision la charge en mouvement qu'à +/- un micropas au 1/16 (même si vous utilisez un micropas plus fin que celui-ci) en raison d'effets induisant des erreurs comme le couple de frottement et l'erreur d'angle de détente magnétique. Cela représente environ +/- 0,01 mm pour la plupart des imprimantes. L'interrupteur de référence n'a besoin d'être aussi précis que le positionnement du moteur! Rien n'est gagné en ayant, par exemple, des butées de précision de 0,001 mm.
Cette précision de +/- 0,01 mm est réalisable pour tous les types de commutateurs de fin de course, avec une sélection et une configuration appropriées des commutateurs.
Ensuite, il existe trois types de commutation "standard" utilisés dans les imprimantes 3D grand public / amateurs:
Interrupteurs mécaniques
La précision / répétabilité dépend de la qualité de l'interrupteur, de la longueur du bras de levier attaché (une plus longue distance de contact augmente mais est pire pour la précision) et de la vitesse d'impact du chariot avec l'interrupteur. Il est possible d'avoir un bon interrupteur mécanique ou un mauvais interrupteur mécanique. Il s'agit généralement d'un choix par défaut raisonnable car il est simple et bon marché.
Un petit interrupteur mécanique avec un bras de levier court (ou le bras de levier retiré) atteindra généralement la précision de commutation requise de +/- 0,01 mm. Les commutateurs très bon marché, les vitesses de contact élevées et les bras de levier longs peuvent fournir une résolution inadéquate pour le référencement ou le palpage Z, mais seront toujours adéquats à des fins de référencement X et Y de faible précision.
Lorsque les commutateurs mécaniques ont tendance à causer des problèmes, c'est dans la réjection du bruit. Différentes cartes contrôleur utilisent différentes manières de câbler le commutateur: certaines utilisent deux fils et n'envoient un signal qu'en cas de déclenchement. Lorsqu'il n'est pas déclenché, le fil de signal est laissé flottant ou faiblement tiré par le microcontrôleur, tandis qu'il est attaché à un long fil qui agit comme une antenne pour capter le bruit EM. Il est TRÈS fréquent que le câblage du chauffage ou du moteur pas à pas émette un EMR désagréable en raison du contrôle de courant PWM. Les câbles de fin de course à deux fils doivent toujours être éloignés du câblage pas à pas et du chauffage. Blindage et torsion des conducteurs est également une bonne idée.
Une approche plus robuste consiste à utiliser des commutateurs à trois fils qui tirent activement la ligne de signal haut ou bas en fonction de la position du commutateur. Celles-ci auront tendance à mieux rejeter le bruit.
Les commutateurs mécaniques très bon marché peuvent tomber en panne pendant la durée de vie de l'imprimante. Cependant, la plupart des interrupteurs de fin de course sont conçus pour des millions de cycles, ce qui est peu susceptible de se produire pendant la durée de vie d'une imprimante normale.
Les interrupteurs mécaniques sont faciles à aligner et à déclencher à la main pendant le dépannage.
Commutateurs optiques
Ceux-ci reposent sur un drapeau bloquant une fenêtre entre un émetteur de lumière et un détecteur. Ceci est sans contact et peut être assez fiable, mais présente certains défis. La position de déclenchement exacte (et donc la précision) peut dépendre des niveaux de lumière ambiante dans la pièce, car le capteur surveille la lumière pour diminuer en dessous d'une intensité spécifique. Il peut donc être très reproductible / précis à court terme mais avoir une certaine dérive si le capteur entre et sort du soleil pendant la journée.
La commutation a tendance à être plus cohérente et fiable si le drapeau pénètre dans la fenêtre par le côté plutôt que par le haut.
Les commutateurs optiques tireront activement la ligne du signal vers le haut ou le bas et auront donc une bonne réjection du bruit électrique.
Commutateurs à effet Hall
Ceux-ci mesurent l'intensité du champ magnétique voisin et se déclenchent lorsqu'il dépasse une certaine quantité dans une certaine polarité. Ceci est très précis / reproductible (mieux que +/- 0,01 mm) et extrêmement résistant au bruit et aux conditions environnementales. (À moins que votre imprimante ne soit à côté de quelque chose qui émet de grands champs magnétiques, de toute façon.)
Les interrupteurs de hall que j'ai vus ont un potentiomètre de réglage réglable pour régler la distance de déclenchement. C'est une fonctionnalité intéressante lorsque vous essayez d'étalonner manuellement un Delta ou un lit Z pour la hauteur de la première couche.
Le principal inconvénient des interrupteurs à effet Hall est qu'ils ont besoin d'un aimant pour déclencher l'interrupteur. Cela peut être difficile à déclencher à la main pendant le dépannage et nécessite de fixer un aimant quelque part sur le chariot mobile. La colle fonctionne bien ... mais ne collez pas l'aimant en place à l'envers!
Thomas Sanladerer a effectué exactement la comparaison que vous demandez . Regardez toute la vidéo.
Le résultat est que les capteurs inductifs sont les plus précis, mais ils dépendent fortement du matériau du lit choisi.
Les interrupteurs mécaniques (nus, sans bras métallique) sont à peu près aussi précis et conservent la même précision avec chaque matériau du lit (cependant vous avez besoin d'un mécanisme pour les rétracter, ce qui peut ou non diminuer la précision).
D'autres capteurs sont moins précis.
Dans tous les cas, la plupart d'entre eux sont déjà bien meilleurs que requis, car tout ce qui est inférieur à 50 microns est très bien et, fondamentalement, ils atteignent tous cette précision.
Choisissez en fonction d'autres facteurs tels que le poids, l'installation, le prix. Inductif, après un étalonnage basé sur votre lit spécifique, peut être le plus simple car ils ne nécessitent aucune rétraction, mais ils sont volumineux. BLtouch est probablement le deuxième choix, les micro-interrupteurs mécaniques le troisième.
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Je ne pense pas qu'il y ait une réponse simple.
À mon avis, pour un capteur domestique, la précision n'a pas d'importance. Le micrologiciel permet généralement de définir un décalage entre la position indiquée et la position réelle. Ce qui compte vraiment, c'est la répétabilité. Chaque fois que le capteur indique la position, la position est la même.
Interrupteurs mécaniques
J'ai constaté en testant plusieurs commutateurs mécaniques que l'événement "make" est moins répétable que l'événement "break". Pour de meilleurs résultats, je me déplace vers la position qui ferme le commutateur, puis je me déplace dans la direction opposée jusqu'à ce que le commutateur s'ouvre. Si je me souviens bien, j'ai obtenu une répétabilité "make" d'environ 0,02 "(0,5 mm) et une répétabilité" break "d'environ 0,005" (0,13 mm).
Commutateurs optiques
Pour une imprimante 3D delta, j'utilise des capteurs optiques. Les capteurs optiques ont un éclairage et un capteur intégrés, généralement sur les côtés opposés d'une structure fourchue. Le côté du capteur a une fente qui masque la lumière reçue, ce qui aide à la protéger de la lumière ambiante. La fente est le long d'un axe qui est soit aligné avec la fourche soit normal à celle-ci. Le drapeau que vous utilisez pour l'interrupteur doit couvrir complètement la fente, et pour une bonne répétabilité, le bord du drapeau doit être parallèle à la fente. En d'autres termes, certains capteurs s'attendent à ce que le drapeau entre par le côté tandis que d'autres attendent que le drapeau entre par le haut. Les deux fonctionnent, mais vous devez choisir le bon capteur pour la configuration de votre machine.
Lumière ambiante avec commutateurs optiques
Peut-être que la lumière ambiante pourrait être un problème. Si c'est le cas, il pourrait être résolu en ombrant le capteur.
Supposons que les LED du capteur ont la même efficacité que les LED ambiantes. Pour référence, voici une fiche technique pour un interrupteur optique typique utilisé dans les capteurs optiques: http://www.isocom.com/images/stories/isocom/isocom_new_pdfs/H21A.pdf L'emballage du capteur optique est conçu pour réduire la susceptibilité à la lumière ambiante.
L'intensité lumineuse diminue à mesure que la distance ^ 2 et les illuminateurs du capteur sont très proches. Quel est l'effet de la lumière ambiante sur le capteur?
Dans ma boutique, j'utilise des ampoules de remplacement LED de 8 pieds pour les ampoules fluorescentes. Avec cela, j'ai 72 watts d'éclairage LED, qui, disons, éclairent uniformément la demi-sphère sous le plafond. Une sphère pleine est de 12,56 sr (stéradians, ou stéréo-radians), donc la demi-sphère est de 6,28 stéradians, pour une puissance de 11,46 W / sr. Au niveau du capteur, cela doit être divisé par le carré de la distance, disons 8 pieds. Cela nous donne (11,46 W / sr) / (96in ^ 2) = 0,119 W / surface.
La LED d'éclairage a une puissance (généralement) de 1,2 V * 0,05 A, ou 0,06 W. Le cône de lumière d'une LED typique est d'environ 30 degrés, ce qui correspond à 1 sr, pour une puissance de 0,06 W / sr. Échelle pour une estimation de la distance entre l'émetteur et le capteur de 4 mm ou 0,157 ", est (0,06 W / sr) / (0,157 en ^ 2) = 2,43 W / surface.
Il semble peu probable que la lumière ambiante générale soit un problème. Si tel était le cas, le montage du capteur pourrait être conçu pour protéger le capteur de l'exposition directe à la lumière ambiante.
Il est important avec les capteurs optiques de s'assurer que le drapeau d'interruption est réellement opaque à la lumière de l'illuminateur. Comme je l'ai trouvé, le PLA rouge n'est pas particulièrement opaque à la lumière infrarouge, j'ai donc dû peindre les drapeaux avec une peinture pigmentée noire.
Commutateurs à effet Hall
Je n'ai aucune expérience avec les interrupteurs de fin de course magnétiques à effet Hall. D'autres réponses ici les ont loués car ils ont un ajustement qui peut être utilisé pour définir le point de détection précis. Je n'aime pas les ajustements car ils dérivent. Les pots sont sujets à l'usure, à l'oxydation et à des variations lentes et rapides de leur résistance. Je préférerais avoir quelque chose d'ajustable et de reproductible dans le matériel et utiliser un logiciel pour maintenir l'étalonnage.
Exemple de choix hybride
Sur une machine CNC à architecture delta à 6 axes que je construis, j'utilise une approche hybride pour détecter la position d'origine. Les interrupteurs mécaniques indiquent une position proche de la position d'origine et l'impulsion d'indexation d'un codeur rotatif définit la position d'origine précise. Le micrologiciel de référencement se déplace vers la maison jusqu'à ce que le commutateur mécanique se ferme, puis s'éloigne jusqu'à ce qu'il s'ouvre, puis revient vers la maison jusqu'à ce qu'il détecte l'impulsion d'index. Comme il y a six axes, il y a six ensembles de ces commutateurs et encodeurs. L'utilisation d'un interrupteur mécanique pour le référencement approximatif était logique pour cette machine, car le capteur d'indexation est touché une fois par tour, ce n'est donc pas un indicateur unique de la maison, et cette machine crée beaucoup de poussière et de copeaux, ce qui pourrait bloquer un capteur optique .
Donc, sans réponse absolue, ma préférence va aux commutateurs optiques pour la répétabilité.
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Je pense qu'il y a plusieurs facteurs impliqués dans quels capteurs sont les meilleurs, mais la commande générale pour moi serait Hall, optique suivie de mécanique. Tous les types seront soumis à une dérive due aux vibrations et aux changements de l'imprimante lors de l'utilisation. C'est donc la facilité de réglage ainsi que la précision de l'arrêt qui comptent dans le bilan.
D'après mon expérience, les capteurs à effet Hall sont les plus précis et les plus faciles. Ils ne reposent pas sur la commutation physique (comme avec la mécanique), ce qui signifie qu'il n'y a pas d'usure sur le composant et que le point de commutation restera fixe. Ils ont un potentiomètre qui peut être ajusté pour changer la position du stop sans aucune intervention mécanique permettant un réglage très fin. Ils peuvent être très précis.
Les optiques sont de même précision mais ont généralement un composant fixe qui coupe le faisceau pour allumer / éteindre le capteur. Le réglage de la butée sera généralement mécanique car les points de montage devront être ajustés - cela réduit leur précision. Il existe divers supports réglables pour atténuer cela sur thingyverse ou similaire.
Les commutateurs mécaniques sont similaires à l'optique en termes de réglage avec l'imprécision supplémentaire du mécanisme de commutation réel qui peut se dégrader avec le temps.
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Si vous jetez un œil au wiki RepRap , ils expliquent brièvement ces trois commutateurs:
En ce qui concerne votre question, cela dépend de votre situation. Cependant, la plupart du temps, un bon interrupteur mécanique est reproductible et remplit bien sa fonction.
Personnellement, je placerais les commutateurs optiques et magnétiques dans la catégorie des composants multifonctions. Autrement dit, ces deux types de commutateurs (en général) offrent une plage utile pour la détection d'objets. Cela peut potentiellement conduire (selon votre machine) à une commande poussée qui indique à votre machine de ralentir lorsqu'elle se rapproche de l'arrêt progressif.
Encore une fois, personnellement, je me méfierais d'utiliser un arrêt optique avec un bruit de lumière blanche potentiel provenant de l'éclairage ambiant de la pièce ou d'autres sources. Je peux me tromper dans ma préoccupation pour certains modules qui traitent de ce genre de problèmes.
Donc, si nous nous limitons entre mécanique et magnétique: - Le magnétique fournirait une approche plus douce, réduisant (potentiellement) la quantité d'usure - Cependant, je suppose que les commutateurs magnétiques nécessitent une "numérotation" en fonction des composants utilisés dans le capteur . Cela pourrait conduire à une plage indésirable de déclenchement du capteur. - Les interrupteurs mécaniques sont simples. Ils se touchent ou ne se touchent pas (on ou off) - Un pro (ou un con) possible est la possibilité de manipuler le déclencheur manuellement, plus facilement. J'ai rencontré plusieurs fois une situation où je devais déclencher manuellement l'arrêt final dans le cadre d'une étape de dépannage. Mais, si vous heurtez accidentellement votre butée de fin de course alors que la machine est en marche, rien de bon.
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Un problème distinct non traité dans d'autres réponses est que les butées d'extrémité pour les axes X / Y ont des exigences différentes de celles de l'axe Z.
Axes X / Y
Lorsque l'imprimante propose un étalonnage XYZ (comme Prusa i3 MK2), les propriétés des commutateurs X et Y jouent un rôle, car pour la sonde Z, la sonde doit être centrée au-dessus des repères (cercles de cuivre) dans le lit. La partie XY de l'étalonnage mesure la position des repères par rapport au point de déclenchement de fin de course. Ensuite, l'étalonnage Z mesure la hauteur de chaque fiduciaire.
Lorsque l'étalonnage XYZ n'est pas proposé, il n'est généralement pas nécessaire de disposer d'un positionnement très reproductible par rapport aux extrémités de déplacement X et Y, et sur la plupart des imprimantes, vous pouvez simplement déplacer les moteurs jusqu'à ce qu'ils commencent à sauter des étapes et à appeler cela un jour - ce sera précis en quelques étapes.
Axe z
L'axe Z a toujours une exigence élevée de précision et de répétabilité, et il existe deux approches générales pour déterminer sa position:
Aucune butée sur le système d'entraînement de l'axe Z, une sonde est montée sur la tête d'impression et est utilisée pour détecter quand la tête est à une certaine distance au-dessus du lit d'impression. Cela peut être utilisé pour l'étalonnage en 9 points de la forme du lit et élimine ainsi le besoin de mise à niveau du lit.
Butées utilisées sur le système d'entraînement de l'axe Z. Aucun capteur sur la tête d'impression. Le lit doit être mis à niveau séparément par rapport à la buse - donc les vis de mise à niveau du lit.
Delta Z
Pour Delta, vous avez essentiellement trois pilotes d'axe Z et, comme pour le lecteur cartésien XYZ, vous n'avez pas besoin de butées si vous avez une sonde sur la tête d'impression. Vous pouvez également effectuer une mise à niveau du lit multipoint avec une telle sonde.
Autres approches
Les butées X et Y deviennent inutiles une fois que vous utilisez la commande pas à pas en boucle fermée, comme Mechaduino ou les capteurs de position numériques linéaires (par exemple, comme ceux utilisés dans les machines CNC).
La sonde Z est toujours utile si vous ne souhaitez pas effectuer la mise à niveau du lit manuellement.
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