最も正確なエンドストップはどれですか?


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機械式(マイクロスイッチ)、光学式、および磁気式(磁石+ホールセンサー)のエンドストップを見てきました。

適切な場所で切り替える精度に違いはありますか?もしそうなら、どれが最も正確ですか?

回答:


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スイッチタイプを選択するために使用する必要があるいくつかの異なる基準があります。

  • 精度/再現性:スイッチは毎回同じ場所でトリガーされますか?トリガー位置にはどれくらいの広がりがありますか?環境の変化や機械の設定の変更はトリガーの位置に影響しますか?
  • 接触距離:原点との軸が何かと衝突する前に停止することができるハードストップまでの十分なクリアランスでスイッチが登録されていますか?
  • ノイズ除去:スイッチは本来のタイミングでのみトリガーされますか?

質問することが重要です、実際にどれくらいのスイッチ精度が必要ですか?マイクロステッピングステッピングモーターを使用する一般的な3Dプリンタードライブトレインは、摩擦トルクや磁気ディテント角度エラーなどのエラー誘発効果により、移動負荷を1/16マイクロステップ内で正確にしか位置決めできません(それよりも微細なマイクロステップを使用している場合でも)。これは、ほとんどのプリンタで約+/- 0.01mmです。原点復帰スイッチは、モーターの位置決めと同じくらい正確である必要があります!たとえば、0.001mmの精密エンドストップを使用しても何も得られません。

この+/- 0.01mmの精度は、適切なスイッチの選択と構成により、すべてのタイプのエンドストップスイッチで達成できます。

次に、消費者/趣味の3Dプリンターで使用されている3つの「標準」切り替えタイプがあります。

  • トリガーされると電気回路を接続して信号ピンをプルアップまたはプルダウンする機械的スイッチ、通常はデュアルNO / NCリミットスイッチ
  • トランジスタを使用して障害物(「フラグ」)がエミッタとセンサーの間のウィンドウをブロックしていることを検出する光スイッチ
  • 磁場が特定の磁場強度カットオフを超えたときにトランジスタを使用して検出するホール効果スイッチ

機械式スイッチ

精度/再現性は、スイッチの品質、取り付けられているレバーアームの長さ(長くなると接触距離が長くなりますが、精度は悪くなります)、およびキャリッジとスイッチの衝突速度によって異なります。良好な機械的スイッチまたは不良な機械的スイッチが存在する可能性があります。これはシンプルで安価であるため、通常は妥当なデフォルトの選択です。

短いレバーアーム(またはレバーアームを取り外した状態)の小さな機械式スイッチは、一般的に必要な+/- 0.01mmのスイッチング精度を実現します。非常に安価なスイッチ、高い接触速度、および長いレバーアームは、Zホーミングまたはプロービングに不十分な解像度を提供する可能性がありますが、低精度のXおよびYホーミングの目的には十分です。

メカニカルスイッチが問題を引き起こす傾向があるのは、ノイズ除去です。コントローラーボードによってスイッチの配線方法が異なります。2本のワイヤーを使用し、トリガーされたときにのみ信号を送信するボードもあります。トリガーされない場合、信号線はフローティングのままか、マイクロコントローラーによって弱くプルアップされますが、EMノイズを拾うアンテナとして機能する長い線に接続されます。PWM電流制御により、ヒーターまたはステッパーの配線が厄介なEMRを放出することは非常に一般的です。2線式のエンドストップケーブルは、常にステッパーとヒーターの配線から離してください。導体をシールドしてねじるのも良い考えです。

より堅牢なアプローチは、スイッチの位置に応じて信号線をアクティブにハイまたはローに引く3線式スイッチを使用することです。これらはノイズをよりよく拒否する傾向があります。

非常に安価な機械式スイッチは、プリンタの寿命内に故障する可能性があります。ただし、ほとんどのリミットスイッチの定格は数百万サイクルであり、これは通常のプリンターの寿命で発生することはほとんどありません。

メカニカルスイッチは、簡単に調整でき、トラブルシューティング中に手動で簡単にトリガーできます。

光スイッチ

これらは、発光体と検出器の間のウィンドウをブロックするフラグに依存しています。これは非接触であり、非常に信頼できますが、いくつかの課題があります。センサーは光が特定の強度を下回るのを監視しているため、正確なトリガー位置(および精度)は室内の周囲光レベルに依存する場合があります。そのため、短期的には非常に再現性/精度が高いかもしれませんが、センサーが1日を通して太陽に出入りする場合、多少のドリフトが生じる可能性があります。

フラグが上からではなく横からウィンドウに入る場合、切り替えはより一貫して信頼できる傾向があります。

光スイッチは、信号ラインをアクティブまたはハイにアクティブにプルするため、優れた電気ノイズ除去効果があります。

ホール効果スイッチ

これらは、近くの磁場の強度を測定し、特定の極性で特定の量を超えるとトリガーされます。これは非常に正確で再現性があり(+/- 0.01mmより優れています)、ノイズや環境条件に対して非常に耐性があります。(とにかく、プリンターが大きな磁場を放出するものの隣にない限り)

私が見たホールスイッチには、トリガー距離を調整するための調整可能なトリムポットがあります。これは、第1層の高さに対してデルタまたはZベッドを手動で調整しようとするときに便利な機能です。

ホールスイッチの主な欠点は、スイッチをトリガーするために磁石が必要なことです。これはトラブルシューティング中に手動でトリガーするのが難しい場合があり、移動するキャリッジのどこかに磁石を取り付ける必要があります。接着剤は問題なく機能しますが、磁石を所定の位置に接着しないでください。


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さまざまなスイッチタイプに対して「精度/再現性」が回答されていないようです。あなたが影響を与える効果を挙げます。問題は、良いメカニックスイッチの方がホール効果スイッチよりも正確かどうかだと思います。または、環境光によって光学スイッチの精度が悪い機械式スイッチよりも低くなる場合。とにかくバリエーションは何ですか。ミリ単位の違いですか、それともµmですか?3つのエンドストップタイプを比較するには、達成可能な精度のボールパーク値が必要です。
LarsPötter

それは、具体的な答えを出すために使用される特定のスイッチに依存しすぎています。特に、2つの異なる機械的スイッチは、非常に異なる精度を持つことができます。非常に長いレバーアームを備えた安価なリミットスイッチは、速度に依存するトリガー位置では+/- 0.5mmですが、それは異常に悪いことです。私の経験では、すべての「典型的な」エンドストップスイッチ(ホール、光学式、短焦点機械式)は、典型的なステッピングモータードライブトレインの位置決め分解能(+/- 1/16マイクロステップ程度)と同等かそれ以上です。正確なトリガー位置の再現性は重要ではありません。
Ryan Carlyle 2016年

これを少し明確にするために、回答に詳細を追加します。
Ryan Carlyle 2016年

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しかし、いい答えですが、(一般的な)スイッチの精度がこのように高い理由はありますか?「トランジスタを使用して検出する」という文は少し不必要です。なぜなら、ほぼすべてのものがトランジスタを使用しており、トランジスタはそれらの動作にとって本当に重要ではないからです。RE大きな磁場; あなたはステッピングモーター自体がかなりの磁気を放出すると考えましたか?一度トリガーされると、モーターの磁場のためにホールのエンドストップがトリガーされたままであり、それらを「トリガー解除」するために、反対の極性の磁石をそれらの近くに追加する必要があることがわかりました。
トムファンデルザンデン

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再現性は精度よりもはるかに重要です。「精度」という言葉は、おおよそ、距離の差をどれだけ小さくできるかを示しており、ステッピングモーターの制限を超えても意味がないと思います。ただし、ベッド自体を四隅ではるかに正確に調整できる点が異なります。ボルト。したがって、非常にタイトな再現性が得られれば、ベッド自体をその位置に「戻す」ことができます。
Carl Witthoft、2016年

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Thomas Sanladererは、あなたが尋ね比較を正確に実行しました。ビデオ全体を確認してください。

その結果、誘導センサーが最も正確ですが、選択したベッドの材料に大きく依存します。

メカニカルスイッチ(むき出し、金属製のアームなし)はほぼ同じ精度であり、すべてのベッドの素材で同じ精度を維持します(ただし、精度を低下させる場合と低下させない場合がありますが、それらを格納するメカニズムが必要です)。

他のセンサーは精度が低くなります。

いずれの場合でも、50ミクロン未満であれば問題なく、基本的にすべてがその精度に達しているため、それらのほとんどはすでに必要以上に優れています。

重量、取り付け、価格などの他の要素に基づいて選択してください。特定のベッドに基づいたキャリブレーション後の誘導は、収縮を必要としないため最も簡単かもしれませんが、かさばります。BLtouchはおそらく2番目の選択肢であり、機械式マイクロスイッチは3番目のものです。


古い質問の良い発見とトムのテストの良い要約。ただし、光ブレーカー回路はテストしていません。光は常に光検出器に当たり、可動部分がその間の壁を押します。この設定は非常に正確です。
トリッシュ

別の答えに書かれているように、この種のエンドストップは、センサーに到達する光が特定のしきい値を下回ることに基づいています。これは(赤外線)光に基づいた測定であるため、環境光が影響します。特定の環境では正確である可能性がありますが、環境のさまざまな変化の影響を受けません。
FarO 2019年

光バリアタイプの光センサーについて話しています。LEDはセンサーに完全な明るい電力を送り、「翼」が動きます。そのようなエンドストップはトムによってテストされていませんが、重度の機械で広く使用されています。緊急停止。
Trish

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簡単な答えはないと思います。

私の意見では、家庭用センサーの精度は重要ではありません。ファームウェアは通常、指示された位置と実際の位置の間のオフセットを設定できます。本当に重要なのは再現性です。センサーが位置を示すたびに、位置は同じです。

機械式スイッチ

いくつかの機械式スイッチをテストした結果、「make」イベントは「break」イベントよりも再現性が低いことがわかりました。最良の結果を得るには、スイッチを閉じる位置に向かって移動し、次にスイッチが開くまで反対方向に移動します。私の記憶が正しければ、「メイク」の再現性は約0.02 "(0.5 mm)であり、「ブレーク」の再現性は約0.005"(0.13 mm)です。

光スイッチ

デルタ3Dプリンターでは、光学センサーを使用します。光センサーには、通常、分岐構造の反対側に照明とセンサーが組み込まれています。センサー側には、受け取った光をマスクするスロットがあり、周囲の光からそれを覆うのに役立ちます。スロットは、フォークに位置合わせされているか、フォークに垂直な軸に沿っています。インタラプタに使用するフラグは、スロットを完全にカバーする必要があり、フラグの再現性を高めるには、スロットのエッジが平行でなければなりません。つまり、一部のセンサーはフラグが横から入ることを期待し、他のセンサーはフラグが上から入ることを期待します。どちらでも機能しますが、マシンの構成に適したセンサーを選択する必要があります。

光スイッチを備えた環境光

おそらく、周辺光が問題になる可能性があります。その場合は、センサーをシェーディングすることで対処できます。

センサーのLEDが周囲のLEDライトと同じ効率であると仮定しましょう。参考のため、ここでは光センサで使用される典型的な光遮断のための仕様書は、次のとおり http://www.isocom.com/images/stories/isocom/isocom_new_pdfs/H21A.pdf 光学センサーのパッケージが感受性を低減するように設計されています環境光に。

光の強度は距離^ 2として低下し、センサーの照明は非常に近くなります。部屋の光はセンサーにどの程度影響しますか?

私の店では、蛍光灯の代わりに8フィートのLED交換用電球を使用しています。これで、72ワットのLED照明ができました。たとえば、天井の下の半球を均等に照明します。全球は12.56 sr(ステラジアンまたはステレオラジアン)であるため、半球は6.28ステラジアンであり、11.46 W / srの電力になります。センサーでは、これを距離の2乗で割る必要があります。たとえば、8フィートです。これにより、(11.46 W / sr)/(96in ^ 2)= 0.119 W /面積が得られます。

照明用LEDの電力は(通常)1.2 V * 0.05 A、または0.06 Wです。通常のLEDからの光円錐は、約30度、つまり0.06 W / srの電力に対して1 srです。エミッターとセンサーの間の距離を4 mmまたは0.157インチと推定するためにスケーリングされ、(0.06 W / sr)/(0.157in ^ 2)= 2.43 W /面積です。

一般的な周囲光が問題になる可能性は低いようです。もしそうなら、センサーの取り付けは、周囲光への直接の露出からセンサーを保護するように設計できます。

光学センサーでは、遮断フラグが照明装置の光に対して実際に不透明であることを確認することが重要です。私が見つけたように、赤いPLAは赤外光に対して特に不透明ではないので、旗を黒色の着色塗料でペイントする必要がありました。

ホール効果スイッチ

ホール効果磁気リミットスイッチの経験はありません。正確な検出ポイントを設定するために使用できる調整機能があるため、ここでの他の回答はそれらを高く評価しています。彼らはドリフトするので、私は調整が好きではありません。ポットは、摩耗、酸化、およびそれらの抵抗のゆっくりとした変化と速い変化の両方を受けます。ハードウェアで調整不可能なものを用意し、ソフトウェアを使用してキャリブレーションを保持したいと思います。

ハイブリッド選択の例

私が構築している6軸デルタアーキテクチャCNCマシンでは、ホームポジションの検出にハイブリッドアプローチを使用しています。機械式スイッチはホームに近い位置を示し、ロータリーエンコーダーのインデックスパルスは正確なホームポジションを定義します。ホーミングファームウェアは、機械式スイッチが閉じるまでホームに向かって移動し、次に開くまで離れ、次にインデックスパルスを検出するまでホームに戻ります。6つの軸があるので、これらのスイッチとエンコーダーのセットが6つあります。インデックスセンサーは1回転に1回ヒットするため、機械の大まかな原点復帰に機械式スイッチを使用することは理にかなっています。これは家のユニークなインジケーターではなく、この機械はほこりや切粉を大量に発生させ、光学センサーをブロックする可能性があります。

ですから、絶対的な答えはありませんが、私の好みは再現性のための光スイッチです。


メカニカルスイッチの精度値は非常に高いようです。確かに、それらは完璧ではありませんが、メカニカルスイッチの再現性が約0.5または0.13 mmしかなかった場合、有名な安価な中国の3Dプリンターキットでのほぼすべての印刷が失敗しますが、これは明らかにそうではありません。
フリッツ

残念ながらリンクが消えてしまいました...たまたまドキュメントのタイトルを知っているので、検索/グーグルで検索できますか?
Greenonline

このリンクは役立つかもしれません:pdf.datasheetcatalog.com/datasheets/105/55275_DS.pdf
cmm

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どのセンサーが最適かにはいくつかの要因が関係していると思いますが、私にとっての一般的な順序は、ホール、光学、機械の順になります。すべてのタイプは、振動や使用中のプリンタの変化により、多少のドリフトの影響を受けます。したがって、評価に重要なのは、調整の容易さとストップの精度です。

私の経験では、ホール効果センサーが最も正確で簡単です。それらは、物理的な切り替えに依存しません(機械的な場合と同様)。つまり、コンポーネントに「摩耗」がなく、切り替えのポイントは固定されたままになります。ポテンショメータを備えており、機械的な介入なしにストップの位置を変更できるため、微調整が可能です。それらは非常に正確です。

光学素子も同様に正確ですが、通常、ビームをカットしてセンサーのオン/オフを切り替える固定コンポーネントがあります。マウントポイントを調整する必要があるため、ストップの調整は通常機械的です。これにより精度が低下します。Thingyverseなどでこれを軽減するためのさまざまな調整可能なマウントがあります。

メカニカルスイッチは、時間の経過とともに劣化する可能性がある実際のスイッチメカニズムの不正確さが加わった点で、調整の点でオプティカルと似ています。


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RepRap Wikiを見ると、これらの3つのスイッチについて簡単に説明されています。

  • メカニカル

    メカニカルエンドストップは、通常のスイッチ、2本のワイヤーで構成されるエンドストップの最も基本的な形式です。スイッチの状態を変更すると、電子機器に信号が送られます。

  • 「これらの光学エンドストップは光レベルを観察し、突然の変化に反応します。」

  • 磁気

    「これらのエンドストップ。ホール効果センサーは、磁場に応答して出力電圧を変化させるトランスデューサーです。ホール効果センサーは、近接スイッチング、位置決め、速度検出、および電流検出アプリケーションに使用されます。」

あなたの質問に関しては、それはあなたの状況に依存しています。ただし、ほとんどの場合、優れた機械式スイッチは再現性があり、その目的を十分に果たします。

私は、個人的には、光スイッチと磁気スイッチの両方を多機能コンポーネントのカテゴリに配置します。つまり、これらの両方のタイプのスイッチ(通常)は、オブジェクト検出に貴重な範囲を提供します。これにより、(マシンによっては)ソフトストップに近づいたときにマシンをスローダウンさせるプッシュコマンドが実行される可能性があります。

繰り返しますが、個人的には、周囲の部屋の照明やその他の光源からの潜在的な白色光ノイズのある光学エンドストップを使用することに注意する必要があります。これらの種類の問題に対処するいくつかのモジュールについての私の懸念は間違っている可能性があります。

したがって、機械式と磁気式の間で絞り込む場合:-磁気式はより穏やかなアプローチを提供し、(潜在的に)摩耗の量を減らします-しかし、私は、磁気スイッチはセンサーで使用されるコンポーネントに応じて「ダイヤルイン」を必要とすると想定しています。これにより、センサーがトリガーされる望ましくない範囲が生じる可能性があります。・メカニカルスイッチはシンプルです。彼らは触れているか触れていない(オンまたはオフ)-考えられる長所(または短所)は、トリガーをより簡単に手動で操作する機能です。トラブルシューティングの手順の一部としてエンドストップを手動でトリガーする必要がある状況に数回遭遇しました。ただし、マシンの実行中に誤ってエンドストップをぶつけた場合は、効果がありません。


この「マシンの速度を低下させるプッシュコマンド」がどのマシンで使用されているか知っていますか?
LarsPötter

3Dプリントの実際の使用法はわかりません。そのため、これが潜在的なオプションであると述べました。サードパーティのセンサーを使用した従来のCNC機械加工で、同様の設定を見てきました。センサーはその役割を果たし、基本的にGコードコマンドをマシンのコントローラーにプッシュします。通常、コマンドは、マシンを安全な距離に移動する、停止する、オペレータに通知するなどの複数の機能を実行するサブルーチンです。TMAC設定の例については、Caron Engineeringを調べてください。
tbm0115 2016

これは、「どのエンドストップが最も正確ですか?」という質問には答えません。ここで対処することは何もありません-この答えは主に、どのファームウェアでもサポートされていない「より穏やかなアプローチ」について理論化しているようです。
Tom van der Zanden、2016

@TomvanderZandenそれは主に意見に基づいているので、私は質問のその部分に答えることを意図的に控えています。
tbm0115 2016

さまざまなエンドストップの再現性の特性をデータシートで調べれば、かなり客観的にその部分に答えることができます。
トムファンデルザンデン、2016

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他の回答で扱われていない別の問題は、X / Y軸のエンドストップにはZ軸のエンドストップとは異なる要件があることです。

X / Y軸

プリンターがXYZキャリブレーションを提供する場合(Prusa i3 MK2のように)、XおよびYスイッチのプロパティが役割を果たします。これは、Zプローブの場合、プローブがベッドの基準(銅円)の中央にある必要があるためです。キャリブレーションのXY部分は、エンドストップトリガーポイントに対する基準の位置を測定します。次に、Zキャリブレーションは各基準の高さを測定します。

XYZキャリブレーションが提供されていない場合、通常、XとYの移動端に対して非常に繰り返し可能な位置決めは必要ありません。ほとんどのプリンターでは、手順をスキップして1日を呼び出すまでモーターを動かすだけで済みます-正確です数ステップ以内に。

Z軸

Z軸には常に精度と再現性に関する高い要件があり、その位置を決定するための2つの一般的なアプローチがあります。

  1. Z軸駆動システムにはエンドストップはありません。プローブはプリントヘッドに取り付けられており、ヘッドがプリントベッドから一定の距離離れていることを検出するために使用されます。これは、ベッド形状の9点校正に使用できるため、ベッドを水平にする必要がありません。

  2. Z軸駆動システムで使用されるエンドストップ。印字ヘッドにセンサーがありません。ベッドは、ノズルを基準にして別々に水平にする必要があります-したがって、ベッドの水平調整ネジ。

デルタZ

Deltaの場合、本質的に3つのZ軸ドライバーがあり、デカルトXYZドライブと同様に、プリントヘッドにプローブがある場合、エンドストップは必要ありません。このようなプローブを使用して、マルチポイントベッドレベリングを実行することもできます。

その他のアプローチ

Mechaduinoやリニアデジタルポジションセンサー(CNCマシンなどで使用)などの閉ループステッパー制御を使用すると、XおよびYエンドストップは不要になります。

Zプローブは、手動でベッドレベリングを実行しない場合にも役立ちます。


これらはエンドストップに関する興味深い点ですが、実際の問題にはまったく対応していません。
トムファンデルザンデン2017

エンドストップなしで実行されているデルタへの参照はありますか?軸の位置を確立するために必要なエンドストップがかなりあると思います。そうしないと、モーションがめちゃくちゃになります。
tjb1 2017

運動学的にそれらは必要ありません。ダブルZ軸のPrusaマウントと同様に、「かなり」ベッドの真ん中の位置から始めて、プローブが最初の基準を検出するまで、3つのZ軸すべてが下に移動します。これは大きな円(たとえば、直径1インチ)であり、Zと放射状の原点(極座標でのベッドと考えます)を確立します。2番目の基準は狭いセクターであり、角度の原点を確立します。これで、完全なZキャリブレーション(または組み立て後の完全なXYZキャリブレーション)を実行するためのさらに小さな基準が見つかります。XYZ calには、Prusaのようなカスタムベッドが必要です。Zの場合は、円形の金属板だけで十分です。
モニカ

@KubaOberセンサーのないデルタの「ベッドの真ん中」がどこにあるかをどのように決定するか説明していただけますか?最初の位置は文字通りどこにでもあり得ます...
piit79

できません。あなたはそれを手動で行うか、または基準が負である、すなわちギャップのようなほとんど金属製のベッドを使用します。誘導センサーはそれらの検出に優れています。これはベッドの端の検出にも役立つため、誘導型センサー以外のセンサーを追加する必要はありません。そのようなデルタを実行します。
モニカを
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