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Input Shaper
Compensación de resonancias
Una de las grandes funcionalidades de Klipper, y que vamos a ver próximamente en otros firmwares como Marlin o Duet, es el soporte a Input Shaping que es una técnica que permite reducir las vibraciones/ondas (ringing, echoin, ghosting, rippling son otros nombres de ese tipo de artefactos).
Ejemplo de vibraciones/ondas en nuestras impresiones.
Este tipo de artefactos están producidos por vibraciones mecánicas originadas normalmente por los movimientos bruscos en los cambios de direcciones. Algo ocasionado normalmente por... un chasis no suficientemente rigido, correas muy o poco tensas, problemas de alineación en partes del chasis o cinemática, movimientos de masas grandes en los ejes de movimiento, etc... por lo que es aconsejable que antes de comenzar en estos ajustes nos aseguremos que hemos intentado solventar lo máximo posible los fallos más comunes comentados.
Input Shaping nos permite minimizar esas vibraciones, normalmente a altas velocidades, optimizando los movimientos de los motores para producir las mínimas vibraciones. El objetivo es realizar unas aceleraciones suaves y fluídas que emitan menos vibraciones para conseguir una mayor calidad en nuestras impresiones.
Dmitry Butyugin fué el primero en implementar Input Shaping en Klipper en Agosto 2020. Con la ayuda de un acelerómetro ADXL34X encontró una forma de medir las frecuencias de resonancia de la impresora y determinar los parámetros para minimizarlas tal como os comentamos en el punto anterior.
Dado que es un proceso muy extenso os vamos a explicar las dos formas de poder ajustar Input Shaping facilitando links a la documentación oficial, recordaros que en nuestro caso usamos un sensor para medir las resonancias de nuestra máquina ya que suele ser la forma más precisa y automática para obtener los mejores resiltados.
Como os aconsejamos en el punto anterior es aconsejable del uso de un acelerómetro que de una forma más automatizada y fiable nos va a proporcionar datos más fiables.
Aunque no esté relacionado directamente con Klipper creemos muy interesante hacer una muy breve introducción a que es un acelerómetro y como funciona. Un acelerómetro básicamente es un dispositivo que nos va a permitir medir y analizar la aceleración lineal/angular convirtiendo la energía generada por las vibraciones en una señal eléctrica proporcional a la aceleración momentánea del objeto.
Normalmente se suelen usar acelerómetros MEMS (Micro Electro Mechanical System) dado que son precisos, fiables y baratos. Básicamente, tal como podéis ver las siguientes imágenes, es un peso montado en unos resortes mientras el otro es fijo normalmente en forma de peine:
Cuando se produce una aceleración la parte en eel reorte se desplaza y gracias a ese movimiento podemos medir la capacidad eléctrica que nos va a permitir obtener un valor:
Por último y a modo de ejemplo tenéis una imagen de como sería internamente un acelerómetro de 3 ejes donde podréis ver lo anterior en el mundo real:
En las siguientes pestañas podéis encontrar las diferentes opciones para disponer de un acelerómetro para nuestra máquina:
Existen diferentes tipos de placas ADXL345, o ADXL343 que son alternativas. Dependiendo del tipo de placa y sus componentes tendremos que tener en consideración cuando la conectemos a nuestro controlador Pi.
- Regulador de Voltaje, estas placas pueden alimentarse tanto a 3.3v como 5v. El chip ADXL34X trabaja a 3.3v, pero en el caso de tener un regulador de voltaje permitirá que solo esos 3.3v lleguen al chip, independientemente de la alimentación que usemos Placas sin regulador de voltaje NO se deben de alimentar a 5v ya que puede/va a dañar nuestra placa.
- Level Shifter, un level shifter permite traducir señales entre 3.3v y 5v o viceversa. Como ya hemos comentado, ADXL34XX funciona a 3.3v. El level shifter permite que un ADXL34X alimentado a 5v permita que sus salidas funcionen a 5v también. Es importante recordar que nuestras Raspberry y la mayoría de MCUs están diseñadas para funcionar 3.3v. Una placa ADXLxxx no se debería alimentar a 5v si tiene una circuitería level shifter.
-
Ejemplo ADXL34X con regulador de voltaje y level shifter -
Ejemplo ADXL34X solamente regulador de voltaje
ADXL345 - Fysetc Pico
ADXL345 - CB1
ADXL34X - MCU
ADXL34X - Pi Pico
ADXL34X - Pi
ADXL34X - Arduino
Manual
Si no os queréis complicar montando vosotros mismos las soldaduras y cableado necesarios, aunque es muy divertido hacerlo!!!, podéis optar por unos comerciales que ya vienen montados:
El siguiente paso a realizar los siguientes pasos para preparar y aplicar el firmware Klipper a nuestra Fysetc Pico accediento a nuestro host Klipper por SSH (PuTTy/Terminus):
- Lanzaremos el comando para preparar nuestro firmware Klipper para nuestra Fysetc Pico:
cd ~/klipper
make menuconfig
- En la configuración del firmware seleccionaremos:
[ ] Enable extra low-level configuration options
Micro-controller Architecture (Raspberry Pi RP2040) --->
Communication interface (USB) --->
- Presionaremos Q y luego Y para guardar los cambios
- Reiniciaremos el servicio Klipper:
sudo service klipper stop
- Haremos una limpieza de make para asegurarnos que todo está limpio
sudo make clean
- Generaremos el firmware:
make
- Conectaremos nuestra Fysetc Pico por USB a nuestra Raspberry Pi dejando presionado el botón de boot en la Pi Pico para que monte la unidad de boot y ejecutaremos lo siguiente:
Asumimos que la Fysetc Pico es el único dispositivo USB conectado a la Raspberry Pi y que este se ha montado sobre /dev/sda
## montamos la unidad de boot de nuestra pi pico
sudo mount /dev/sda1 /mnt
## copiamos el firmware klipper generado previamente a nuestra pi pico
sudo cp out/klipper.uf2 /mnt
## desmontamos nuestra pi pico
sudo umount /mnt
- ya podemos reconectar Fysetc pi pico por USB y buscaremos el serial id el cual anotaremos ya que deberemos de usarlo en siguientes pasos
ls /dev/serial/by-id/
- una vez finalizado el proceso arrancaremos el servicio Klipper de nuevo:
sudo service klipper start
- dentro de nuestra interfaz de Klipper y para que el uso sea modular lo ideal es crear un nuevo fichero de configuración PIS.cfg para incluir la configuración de nuestro acelerómetro Fysetc:
PIS.cfg
[mcu PIS]
# Obtain definition by "ls -l /dev/serial/by-id/" then unplug to verify
serial: /dev/serial/by-id/xxxx
[adxl345]
cs_pin: PIS:gpio13
#spi_bus: spi1a
spi_software_sclk_pin: PIS:gpio10
spi_software_mosi_pin: PIS:gpio11
spi_software_miso_pin: PIS:gpio12
axes_map: x,-z,y
[resonance_tester]
accel_chip: adxl345
probe_points:
100,100,20 # an example
Sobre el PIS.cfg de Fysetc vamos a realizar algunos ajustes importantes:
- En la sección [mcu PIS] ajustaremos el valor de serial para que se ajuste al que obtivimos previamente, en nuestro ejemplo:
PIS.cfg
[mcu PIS]
# Obtain definition by "ls -l /dev/serial/by-id/" then unplug to verify
serial: /dev/serial/by-id/usb-Klipper_rp2040_E66118F5D7537136-if00
- También, por compatibilidad con algunos sistemas como RatOS, ajustaremos la sección [adxl345] para añadir un identificador en nuestro caso usaremos fysetc para distinguirlo de otros posibles que podamos tener:
PIS.cfg
[adxl345 fysetc]
cs_pin: PIS:gpio13
#spi_bus: spi1a
spi_software_sclk_pin: PIS:gpio10
spi_software_mosi_pin: PIS:gpio11
spi_software_miso_pin: PIS:gpio12
axes_map: x,-z,y
- Por último y en la sección [resonance_tester] ajustaremos el accel_chip para indicarle el nuestro con el ID que establecimos en el paso anterior, y segundo ajustar las coordenadas probe_points a unas adecuadas a nuestra máquina... normalmente en el centro de nuestra cama de impresión:
PIS.cfg
[resonance_tester]
accel_chip: adxl345 fysetc
probe_points:
210,210,20 # an example
Si queremos un extra :) podemos añadir otra sección, al final de nuestro PIS.cfg, para mostrar los datos de nuestro Fysetc Pico en la sección MACHINE:
[temperature_sensor PIS]
sensor_type = temperature_mcu
sensor_mcu: PIS
Con el fichero de configuración de nuestro Fysetc Pico ajustado tan solo tendremos que indicar a nuestro printer.cfg que lo cargue.
- incluiremos nuestro nuevo fichero de adxl345_pico.cfg en nuestro printer.cfg habilitándolo cuando necesitemos realizar el proceso de input shaper:# Descomentar la siguiente linea para usar ADXL345 conectada a la Pi Pico[include PIS.cfg]
En caso de usar una distribución RatOS y usar definiciones de sus configuraciones de electrónica mediante includes o directamente tener una máquina Ratrig has de tener en cuentra:
- NO has de habilitar ningún include de acelerómetro
- el include del fichero PIS.cfg has de realizarlo en la zona USER OVERRIDES si usamos un template de configuración de RatOS
- Reiniciaremos Klipper usando el comando RESTART
La CB1 de Bigtreetech es una gran alternativa a las Raspberry Pi que cuentan con la ventaja de su precio, grandes prestaciones y poder usarse en la serie Manta de Bigtreetech.
La CB1, al estar conectada a la electrónica Manta o alguno de sus adaptadores, dispone de un GPIO el cual... aunque limitado con respecto a la Raspberry Pi... podremos usar para conectar nuestro acelerómetro.
Para poder cablear nuestro acelerómetro seguiremos el siguiente diagrama:
ADXL345 | CB1 | Pin |
|---|---|---|
GND | 25 | Ground |
VCC | 17 | 3v3 |
CS | 15 | GPIO22 |
SDO | 21 | GPIO9 |
SDA | 19 | GPIO10 |
SCL | 23 | GPIO11 |
El siguiente paso será habilitar SPI en nuestra CB1 en el directorio /boot/ en su BoardEnv.txt... podéis acceder a el por SSH o WinSCP.
Descomentaremos o añadiremos las siguientes líneas:
/boot/BoardEnv.txt
# uncomment the following overlays and parameters to release 'spidev1.1' to user space
# NOTE: 'spidev1.1' cannot be used together with TFT35_SPI and MCP2515
overlays=spi-spidev
param_spidev_spi_bus=1
param_spidev_spi_cs=1
param_spidev_max_freq=1000000
Guardamos los cambios y reiniciamos nuestra CB1. Ajustaremos nuestro printer.cfg:
printer.cfg
[mcu cb1]
serial: /tmp/klipper_host_mcu
[adxl345]
cs_pin: cb1:gpiochip0/gpio74
spi_bus: spidev1.1
[resonance_tester]
accel_chip: adxl345
probe_points:
100, 100, 20
Otra opción muy interesante es la de instalar nuestro sensor directamene a nuestra electrónica de esta forma no necesitamos componentes externos.
Es importante aclarar que NO todas las electrónicas pueden usarse de esta manera, en concreto aquellas que no tengan pines SPI expuestos para su uso.
En la siguiente imagen puedes ver como conectar el sensor a una Octopus en su puerto SPI:
Añadiremos la configuración de sensor en nuestro printer.cfg:
[adxl345]
spi_bus: spi3
cs_pin: PA15
[resonance_tester]
accel_chip: adxl345
probe_points:
90,90,20 # coordenadas del test idealmente el centro de tu cama
Usando Pi Pico como interfaz/MCU secundaria para conectar nuestro acelerómetro nos permite el tener una solución más cómoda y común para todas nuestras impresoras además que nos permite normalmente reducir enormemente la longitud del cableado entre el sensor y el host/MCU de control reduciendo problemas relacionados con interferencias en los cables de forma considerable.
La Pi Pico es una MCU de Raspberry de bajo coste y fácil de encontrar. Nuestro BOM de componentes.
Componente | Unidades | Tiendas |
|---|---|---|
Raspberry Pi Pico | 1 (es aconsejable 2 por tener una de backup) | |
Adafruit ADXL345 | 1 (es aconsejable 2 por tener de backup) | |
Cables USB, conectores DuPont, cable CAT6, soldador | | |
La conexión entre nuestra Pi Pico y nuestro aceler ómetro es relativamente sencilla y podéis usar el siguiente esquema como referencia:
Rol | RPI Pico (pin) | RPI Pico (nombre pin) |
|---|---|---|
VCC (3v3) | 36 | 3v3 VCC |
GND | 38 | Ground |
CS | 2 | SPIO CSn |
SDO | 1 | SPIO Rx |
SDA | 5 | SPIO Tx |
SCL | 4 | SPIO SCK |
Ejemplo de conexión. OJO!!! en este caso el ADXL345 permite alimentación 5v, en el caso que el tuyo no lo soporte usa la tabla anterior para alimentar a 3v3
El siguiente paso a realizar los siguientes pasos para preparar y aplicar el firmware Klipper a nuestra Pi Pico accediento a nuestro host Klipper por SSH (PuTTy/Terminus):
- Lanzaremos el comando para preparar nuestro firmware Klipper para nuestra Pi Pico:
cd ~/klipper
make menuconfig
- En la configuración del firmware seleccionaremos:
[ ] Enable extra low-level configuration options
Micro-controller Architecture (Raspberry Pi RP2040) --->
Communication interface (USB) --->
- Presionaremos Q y luego Y para guardar los cambios
- Reiniciaremos el servicio Klipper:
sudo service klipper stop
- Haremos una limpieza de make para asegurarnos que todo está limpio
sudo make clean
- Generaremos el firmware:
make
- Conectaremos nuestra Pi Pico por USB a nuestra Raspberry Pi dejando presionado el botón de boot en la Pi Pico para que monte la unidad de boot y ejecutaremos lo siguiente:
## montamos la unidad de boot de nuestra pi pico
sudo mount /dev/sda1 /mnt
## copiamos el firmware klipper generado previamente a nuestra pi pico
sudo cp out/klipper.uf2 /mnt
## desmontamos nuestra pi pico
sudo umount /mnt
Asumimos que la Pi Pico es el único dispositivo USB conectado a la Raspberry Pi y que este se ha montado sobre /dev/sda
- ya podemos reconectar la pi pico por USB y buscaremos el serial id el cual anotaremos ya que deberemos de usarlo en siguientes pasos
ls /dev/serial/by-id/
- una vez finalizado el proceso arrancaremos el servicio Klipper de nuevo:
sudo service klipper start
- dentro de nuestra interfaz de Klipper y para que el uso sea modular lo ideal es crear un nuevo fichero de configuración adxl345_pico.cfg para incluir la configuración de nuestro acelerómetro:
adxl345_pico.cfg
## Configuración ADXL345 usando Pi Pico
[mcu pico]
serial: /dev/serial/by-id/usb-Klipper_rp2040_E660REDACTED-if00
[adxl345]
cs_pin: pico:gpio1
spi_bus: spi0a
axes_map: x,z,y
[resonance_tester]
accel_chip: adxl345
probe_points:
90,90,20 # coordenadas del test idealmente el centro de tu cama
Raspberry Pi Pico, buses SPI disponibles.
Es posible conectar múltiples dispositivos SPI a nuestra Pi Pico en paralelo. En la siguiente tabla podéis encontrar los pines y el ID de SPI en cada caso.
Para nuestro ejemplo usamos el bus SPI spi0a.
- incluiremos nuestro nuevo fichero de adxl345_pico.cfg en nuestro printer.cfg habilitándolo cuando necesitemos realizar el proceso de input shaper:# Descomentar la siguiente linea para usar ADXL345 conectada a la Pi Pico[include adxl345_pico.cfg]
- Reiniciaremos Klipper usando el comando RESTART
Tenéis el siguiente video del compañero Nero3D que puede completar el proceso descrito anteriormente.
La opción más común suele ser conectar directamente nuestro acelerómetro directamente a nuestro host Klipper, en el caso de ser una Raspberry Pi o similar.
Pese a que es la opción más común tenemos que recordar que el uso de un acelerómetro directamente a nuestra Pi puede dar algunos quebraderos de cabeza dado que la longitud, calidad y construcción del cableado puede influir en la comunicación entre el sensor y nuestra Pi.
Aunque Klipper es compatible con diferentes tipos de acelerómetros vamos a usar el más común que es el ADXL345 en cualquier caso en la documentación de Klipper podéis encontrar otras opciones.
Componente | Unidades | Tiendas |
|---|---|---|
Adafruit ADXL345 | 1 (es aconsejable 2 por tener de backup) | |
Cables USB, conectores DuPont, cable CAT6, soldador | | |
El primer paso será montar el cableado para nuestro sensor y nuestra Pi. Tal como os adelantábamos es importante que usemos conectores dupont que proporcionen una buena conexión y un cableado adecuado, normalmente cable de red CAT6 suele dar un buen resultado gracias al trenzado y apantallado.
Una vez tenemos las conexiones nos aseguraremos que tenemos activado la comunicación SPI en nuestra Pi. Para ello conectaremos por SSH (PuTTy o Terminus) a nuestra Pi y lanzaremos la utilidad raspi-config:
sudo raspi-config
Dentro del menú de configuración que aparece seleccionaremos
#3 >> Interface Options >> P4 SPI >> Yes >> OK >> Finish
La utilidad raspi-config puede cambiar el orden de los menús anteriores en futuras actualizaciones... aplica el sentido común si no ves exactamente este orden de menús
👍
Configuración Pi como segunda MCU
Para poder acceder a determinados recursos de nuestra Pi, como es el caso del acelerómetro, deberemos realizar el proceso explicado en esta guía para poder usar nuestra Pi como segunda MCU.
Configuración Klipper
- dentro de nuestra interfaz de Klipper y para que el uso sea modular lo ideal es crear un nuevo fichero de configuración adxl345_rpi.cfg para incluir la configuración de nuestro acelerómetro:
adxl345_rpi.cfg
[mcu rpi]
serial: /tmp/klipper_host_mcu
[adxl345]
cs_pin: rpi:None
[resonance_tester]
accel_chip: adxl345
probe_points:
100, 100, 20 # an example
- incluiremos nuestro nuevo fichero de adxl345_rpi.cfg en nuestro printer.cfg habilitándolo cuando necesitemos realizar el proceso de input shaper:
# Descomentar la siguiente linea para usar ADXL345 conectada a la Pi Pico
[include adxl345_rpi.cfg]
- Reiniciaremos Klipper usando el comando RESTART
Otra opción es la de usar un Arduino que seguro que tenemos por casa para nuestros proyectos maker para gestionar nuestro acelerómetro. Es importante recordar que es aconsejable usar un Arduino con una MCU relativamente potente dado que el flujo de datos entre el acelerómetro y nuestro Arduino es bastante intensivo.
Conectaremos ambos componentes siguiendo el siguiente esquema de conexiones:
Arduino | ADXL345 |
|---|---|
GND | GND |
3v3 | VCC |
10 | CS |
12 | SDO |
11 | SDA |
13 | SCL |
- Conectamos el cable USB a nuestra Raspberry Pi
- Buscaremos el id del serial para detectar nuestro Android mediante el siguiente comando:
ls /dev/serial/by-id/
- Iremos a la carpeta Klipper:
cd ~/klipper
- Lanzaremos el comando para preparar nuestro firmware Klipper para Arduino:
make menuconfig
- En la configuración del firmware seleccionaremos:
- Atmega AVR como arquitectura del micro-controlador
- En el modelo del procesador seleccionaremos el nuestro, para el ejemplo atmega328p
- Presionaremos Q y luego Y para guardar los cambios
- Reiniciaremos el servicio Klipper:
sudo service klipper stop
- Subiremos el firmware Klipper a nuestro Arduino con el siguiente comando, es importante usar el id del serial detectado en pasos anteriores:
make flash FLASH_DEVICE=/dev/serial/by-id/[id-serial-arduino]
- una vez finalizado el proceso arrancaremos el servicio Klipper de nuevo:
sudo service klipper start
- En nuestro printer.cfg añadiremos el siguiente include al incio:
[include arduino.cfg]
- Crearemos un nuevo archivo con el nombre arduino.cfg a la misma altura que nuestro printer.cfg, deberemos ajustar el serial por el que detectamos en pasos anteriores además de las coordenadas para los test:
[mcu ardu]
serial: /dev/serial/by-id/usb-Arduino__www.arduino.cc__0043_85830303339351409150-if00
[adxl345]
cs_pin: ardu:PB2
[resonance_tester]
accel_chip: adxl345
probe_points:
90,90,50 # como ejemplo
- Reiniciaremos Klipper:
sudo service klipper restart
Compensación de resonancias manual, en este caso y mediante una torre de test podremos encontrar y ajustar los valores de Input Shaping siguiendo las instrucciones del link anterior.
Ajuste de Input Shaping manual.
Ajustes en el laminador para nuestra pieza de test:
- 1.Ajustaremos altura de capa a 0.2
- 2.Pondremos a 0 el relleno y capas superiores
- 3.Perímetros en 1 y a ser posible imprimir en modo vaso, 2 máximo si no usamos modo vaso
- 4.Perímetros externos entre 80-120mm/s, dependiendo de la calidad de nuestra máquina y la calidad de chasis/mecánica/cinemática... es aconsejable hacer el test a 80, 100, 120mm/s para ver en que rangos se comporta mejor la máquina.
- 5.Tiempo mínimo de capa 3 segundos, como mucho idealmente 0.
- 6.Deshabilitar cualquier función de gestión o límites de aceleraciones en el laminador.
- 7.No girar el modelo de test, está hecho para que cada cara coincida con el eje a probar.
Desde la consola de nuestra UI web de Klipper:
- 1.Aumentaremos max_accel_to_decel a 7000 usando la siguiente macro
SET_VELOCITY_LIMIT ACCEL_TO_DECEL=7000 - 2.Ajustaremos Pressure Advance a 0 con
SET_PRESSURE_ADVANCE ADVANCE=0. - 3.Deshabilitaremos Input Shaper
SET_INPUT_SHAPER SHAPER_FREQ_X=0 SHAPER_FREQ_Y=0. Si nos diera error no hemos de preocuparnos y continuamos con el siguiente paso. - 4.En el caso que queramos testear un tipo de compensación Input Shaper usaremos SET_INPUT_SHAPER SHAPER_TYPE=MZV sustituyendo SHARPER_TYPE por el que queramos testear
- 5.Ejecutaremos:
TUNING_TOWER COMMAND=SET_VELOCITY_LIMIT PARAMETER=ACCEL START=1500 STEP_DELTA=500 STEP_HEIGHT=5. Con este comando incrementamos cada 5mm la aceleración hasta finalizar la prueba de test en 7000 mm/s.
Si creemos que nuestra máquina puede moverse correctamente con aceleraciones superiores podemos ajustar el test con estos parámetros:
SET_VELOCITY_LIMIT ACCEL_TO_DECEL=7000ACCEL START=1500STEP_DELTA=500STEP_HEIGHT=5
Una vez finalizado el test procederemos a analizar los resultados:
- 1.Aunque es obvio, usaremos las letras que aparecen en la pieza de test para identificar en que eje realizaremos los ajustes que obtengamos.
- 2.Usando un calibre de precisión mediremos la distancia entre varias oscilaciones como vemos en la imagen superior, obviaremos las series a mayor aceleraciones que tengan estas oscilaciones más marcadas y mediremos la distancia total entre 6-8 oscilaciones
- 3.Calcularemos la frecuencia de cada eje usando la siguiente fórmula:
V es la velocidad que usamos en los perímetros externos.
N es el número de oscilaciones medidas.
D es la distancia entre ellas.
A modo de ejemplo, para un test a 100mm/s, medimos 8 oscilaciones con una distancia de 19mm:
100*8/19= 42 Hz
- 1.Editaremos nuestro printer.cfg
- 2.Añadiremos la siguiente sección:
[input_shaper]
shaper_freq_x: ... # frequencia X calculada
shaper_freq_y: ... # frequencia Y calculada
- 3.Guardaremos los cambios y reiniciaremos Klipper.
Ya tenemos nustro Input Shaper calculado, podemos verificar resultados repitiendo la pieza de test pero saltando el punto 3 dentro de la parte de comandos en consola evitando de esa forma deshabilitar Input Shaper.
Si obtenemos un buen resultado podemos empezar a imprimir con un punto más de velocidad sin tener artefactos en nuestras impresiones!!!
LIS2DW - BTT S2DW
Los acelerómetros LIS2DW son soportados recientemente (Agosto 2023, por lo que si vuestra instalación es más antigua es hora de actualizar!!!) por parte de Klipper. Al igual que los ADXL345 utilizan el interfaz SPI para cominicarse con el host/MCU lo que permiten unas velocidades de hasta 400kbit/s.
En el caso del BTT S2DW es una solución que funciona con su propia MCU, una RPI2040 con doble ARM Cortex-M0+ @ 133MHz que nos asegura que no vamos a tener problemas de proceso, y la conectaremos por USB lo que va a eliminar problemas de cableado y simplificar su uso aunue tambien disponemos del interfaz SPI para poder conectar con cables.
Por otro lado estos acelerómetros prometen casi el doble de precisión, menos nivel de ruido y menos afectación por la temperatura comparados con un ADXL345:
Pasos para preparar y aplicar el firmware Klipper a nuestra BTT S2DW accediento a nuestro host Klipper por SSH (PuTTy/Terminus):
- Lanzaremos el comando para preparar nuestro firmware Klipper para nuestra BTT S2DW:
cd ~/klipper
make menuconfig
- En la configuración del firmware seleccionaremos:
[*] Enable extra low-level configuration options
Micro-controller Architecture (Raspberry Pi RP2040) --->
Bootloader offset (No bootloader) --->
Flash chip (W25Q080 with CLKDIV 2) --->
Communication interface (USB) --->
- Presionaremos Q y luego Y para guardar los cambios
- Reiniciaremos el servicio Klipper:
sudo service klipper stop
- Haremos una limpieza de make para asegurarnos que todo está limpio
sudo make clean
- Generaremos el firmware:
make
- Conectaremos nuestra BTT S2DW por USB a nuestro host dejando presionado el botón de BOOT para entrar en modo DFU y ejecutaremos lo siguiente:
- Usaremos el comando
lsusbpara listar los dispositivos conectados a nuestro host y localizar el de nuestra BTT S2DW, en nuestro caso 2e8a:0003:
- A continuación lanzaremos el comando para aplicar el firmware, recuerda ajustar el FLASH_DEVICE al obtenido en el paso anterior:
cd klipper
make flash FLASH_DEVICD=2e8a:0003
- Una vez ya tenemos el firmware aplicado lanzaremos el siguiente comando para obtener el serial ID (/dev/serial/by-id/xxx) que usaremos mas tarde en Klipper:
ls /dev/serial/by-id/
- Ahora iremos a nuestro interfaz Klipper web para añadir la configuración del acelerómetro, del cual tenéis un ejemplo en https://github.com/bigtreetech/LIS2DW/blob/master/Firmware/sample-bigtreetech-lis2dw-v1.0.cfg ,
[mcu btt_lis2dw]
serial: /dev/serial/by-id/usb-Klipper_rp2040_btt_acc-if00
[lis2dw]
cs_pin: btt_lis2dw:gpio9
#spi_bus: spi1a
spi_software_sclk_pin: btt_lis2dw:gpio10
spi_software_mosi_pin: btt_lis2dw:gpio11
spi_software_miso_pin: btt_lis2dw:gpio8
axes_map: -y,x,-z
[resonance_tester]
probe_points: 100, 100, 20
accel_chip: lis2dw
- Ajustaremos, de la configuración anterior, nuestro
serialcon el que obtivimos en el paso anterior yaxes_mapque indicara la dirección de movimientos de la máquina. Para más información sobreaxes_mappodéis revisar la documentación oficial de Klipper aquí. Básicamente es para indicar con respecto a la posicion del acelerómetro y el movimiento de la máquina... por ejemplo si colocamos el sensor con orientación Y para el eje de movimiento X usaremos y, x, z... y si lo tenemos invertido usaremos el simbolo - delante
Sobre puntos de sondeo Input Shaper.
Dentro de nuestra configuración de [resonance_tester] hay un parámetro muy importante a tener en cuenta... probe_points.
Normalmente, y dado que no vivimos en un mundo perfecto independientemente de la máquina que tengamos, las vibraciones mecánicas de nuestra máquina pueden y van a ser diferentes en distintas partes de nuestra impresora... por ejemplo el patrón de vibraciones puede NO ser, en especial dependiendo del tipo de cinemática, las mismas a diferentes alturas de Z o coordenadas de XY.
En estos casos puede ser aconsejable, al menos para ver el estado de nuestra máquina, el realizar testeos en diferentes puntos de nuestras coordenadas XY y Z.
- en ejes X suele ser aconsejable añadir 3 coordenadas, 1/3 de X, 1/2 de X y 2/3 de X
- aplicaremos en Y y Z la misma fórmula teniendo una malla de 21 puntos
Realizando este check podréis observar como afecta la ubicación de vuestro sensor a vuestras resonancias pudiendo identificar puntos de mejora.
Para un uso normal del test de Input Shaper suele ser suficiente con añadir en nuestro probe_points una malla de 9 puntos XY en una altura de 1/3 de Z, o en su defecto la altura máxima de nuestras impresiones si normalmente son más bajas que ese valor.
[resonance_tester]
accel_chip: adxl345 fysetc
probe_points:
73,146,83 # point YrearXleft
110,146,83 # point YrearXmidle
146,146,83 # point YrearXright
73,110,83 # point YmidleXleft
110,110,83 # point YmidleXmidle
146,110,83 # point YmidleXright
73,73,83 # point YfrontXleft
110,73,83 # point YfrontXmidle
146,73,83 # point YfrontXright
Este proceso es aconsejable para usuarios avanzados que quieran averiguar el estado de su máquina e intentar ajustar/mejorar al máximo esta.
En el caso que sea la primera vez que realizamos este proceso es necesario instalar algunas dependencias para que el proceso Input Shaper con acelerómetro funcione de forma correcta.
Si partimos de una distribución de Klipper como puede ser MainsailOS, FluiddOs o RatOS suelen llevar algunas versiones estas dependencias ya instaladas.
Nos conectaremos mediante SSH a nuestra Raspberry Pi:
- instalación componentes necesarios
# Instalación componentes
sudo apt update
sudo apt install python3-numpy python3-matplotlib libatlas-base-dev
- instalación de numpy
# Instalación numpy
~/klippy-env/bin/pip install -v numpy
Dependiendo del modelo de Pi este proceso puede tardar varios minutos. Ten paciencia y espera a que finalice la instalación.
Dependiendo de tu instalación y versión de Python instalada puedes necesitar instalar usando este comando:
# Instalación numpy
~/klippy-env/bin/pip3 install -v numpy
- Con todo conectado iremos a la consola/terminal de nuestra UI de Klipper y ejecutaremos:
ACCELEROMETER_QUERY
En el caso que tengamos definido nuestro acelerómetro con un ID, como hicimos en el caso del Fysetc Pico, es necesario especificar el ID:
ACCELEROMETER_QUERY CHIP=fysetc
IMPORTANTE!!!
Es posible que al intentar la primera medida de nuestro acelerómetro, asegurándonos que previamente nuestra Pi Pico y/o nuestro Klipper ha sido reiniciado, puede dar errores.
Estos errores iniciales pueden pasar en el caso que nuestra comunicación SPI no se inicializó correctamente. Normalmente si esta todo bien configurado/conectado las siguientes medias deberían de funcionar.
En el caso que nos devuelva error deberemos:
- revisar que nuestro cableado entre la Pi y nuestro acelerómetro sea el correcto y las conexiones mejor soldadas evitando conectores Dupont, JST pueden usarse ya que tienen mejor sujeción por norma general
- que el cableado entre ambos no sea demasiado largo
- en algunos casos raros y dependiendo la calidad del acelerómetro puede dar errores que puedes ver en la siguiente captura. En esos casos podemos mirar de desconectar el cable GND para ver si así funciona de forma correcta
- Si obtenemos una respuesta como la siguiente el acelerómetro funciona correctamente!!!
adxl345 values (x, y, z): 6042.857730, 5507.414640, -5889.873990
Ejemplo de un ACCELEROMETER_QUERY para un Fysetc Pico
Dado que el proceso genera bastante uso de MCU si usamos un Arduino y no es muy potente se pueded dar problemas de desconexiones.
Para evitar este problema bajaremos el parámetro rate a 1600 o 800 dentro de nuestra sección [adxl345].
Ahora que ya tenemos todo configurado vamos a proceder a realizar nuestro test de resonancias.
En el caso que nuestra impresora sea Cartesiana, nuestra cama es un eje de movimiento, debereis realizar los tests en los ejes X e Y de forma independiente colocando vuestro acelerómetro bien anclado en el eje X y después moverlo al eje Y.
En el caso de una CoreXY no necesitamos cambiar el acelerómetro ya que anclando firmemente este a nuestro cabezal de impresión podremos medir ambos ejes.
A continuación podéis ver el modo manual aconsejado por Klipper, en nuetro caso y para que sea más sencillo la generación y uso de las gráficas os aconsejamos, aunque inicialmente tenga un poco más de trabajo, realizar este proceso usando macros shell.
En el caso que ya uses RatOS, que es de donde hemos obtenido esas macros/scripts, no es necesario tener que realizar esos pasos en tu configuración.
- lanzaremos por consola/terminal desde nuestra UI el siguiente comando
TEST_RESONANCES AXIS=X
- lanzaremos por consola/terminal desde nuestra UI el siguiente comando
TEST_RESONANCES AXIS=Y
Podemos ajustar los rangos de nuestro test para obtener más detalle añadiendo los siguientes parámetros a nuestro TEST_RESONANCES:
- FREQ_START=<min_freq>
- FREQ_END=<max_freq>
En el caso que usemos los scripts que os aconsejamos anteriormente lanzar el proceso es muy sencillo tal como podéis ver en la siguiente imagen, al finalizar el proceso nos dejara las imágenes generadas en una carpeta input_shaper en la pestaña MACHINE en el caso que usemos Mainsail:
Es muy aconsejable, al menos durante la primera vez que lancemos el proceso, estar muy atentos a que las vibraciones provocadas por el test no sean muy violentas y puedan dañar nuestra impresora.
Podéis usar el comando M112 o el botón EMERGENCY STOP en vuestra UI para parar el proceso.
El proceso anterior generará dos ficheros CSV con los resultados del test.
Estos CSV se procesarán ejecutando (hay algunos scripts/macros que pueden simplificar la vida) los siguientes comandos desde el terminal SSH:
~/klipper/scripts/calibrate_shaper.py /tmp/resonances_x_*.csv -o /tmp/shaper_calibrate_x.png
~/klipper/scripts/calibrate_shaper.py /tmp/resonances_y_*.csv -o /tmp/shaper_calibrate_y.png
Un pequeño gran truco si no usáis los scrips que os aconsejamos más abajo...
A la hora de lanzar los comandos anteriores podemos modificar los parámetros del path de la imagen para dejarlo en nuestro /config, donde tenemos nuestro printer.cfg, accesible desde vuestra UI para poder verlo directamente sin tener que hacer nada.
Quedaría algo similar a esto, para un sistema Raspbian... adaptarlo si no es vuestro caso:
~/klipper/scripts/calibrate_shaper.py /tmp/resonances_x_*.csv -o /home/pi/printer_data/config/shaper_calibrate_x.png
~/klipper/scripts/calibrate_shaper.py /tmp/resonances_y_*.csv -o /home/pi/printer_data/config/shaper_calibrate_y.png
Estos scripts generarán unas imágenes con unas gráficas con información de las respuestas en frecuencia de nuestra máquina además de sugerirnos las más adecuadas:
Un aspecto importante es interpretar los resultados que nos aportan las gráficas generadas de Input Shaper:
las lineas contínuas son las frecuencias medidas por el acelerómetro
- las lineas de puntos representan la teórica reducción de vibraciones dependiendo del tipo de método de compensación de input shaper.
En cualquier caso os damos algunas sugerencias que pueden ayudar en el proceso.
- la ubicación y anclaje del sensor es muy importante, aunque no es necesario estrictamente el ajuste de la orientación del sensor si que es aconsejable seguirla y dejar el sensor centrado en el cabezal de impresion a ser posible lo más cercano a la vertical del nozzle
- generalmente buscamos que las líneas de puntos (estimación de reducción de vibraciones) se encuentren lo más bajas posibles en contraposición a las líneas continuas (lecturas de vibración del sensor)