Sensor nivelación

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Un sensor de nivelación es uno de los mejores upgrades que podemos hacer a nuestra impresora 3D que simplificará el proceso de nivelación y mejorará la calidad de nuestras primeras capas las cuales suelen ser de las más críticas.

Aunque la instalación y configuración de un sensor de nivelación, en este ejemplo un BLTouch o inductivo, no es extremadamente complicada si que va a requerir de ciertos cambios a nivel de cableado, montaje, configuración de firmware y calibración.

BlTouch

Inductivo

BIQU MicroProbe (Stowable)

BTT Eddy (Scanner)

Un BlTouch es un sensor de nivelación que tiene un sensor de efecto Hall, determina la proximidad basándose en campos magnéticos, además incluye una bobina que permite un control del pin de sondeo y en su instalación en la máquina hemos de asegurarnos que el pin (recogido) se encuentre entre 2.3 y 4.3 mm de la punta del nozzle.

En algunos modelos o fabricantes podemos encontrar que sustituyen el sensor hall por uno óptico.

Para configurar nuestro sensor BLTouch conectado a nuestra electrónica de la impresora seguiremos los siguientes pasos:

• Abriremos nuestro printer.cfg, lo ideal es hacerlo desde la UI que usemos normalmente ya sea Mainsail o Fluidd

• Añadiremos una sección nueva llamada [bltouch] siempre por encima de la sección de SAVE_CONFIG donde se guardan todos los valores de ajuste de los diferentes asistentes como PID, mallado, etc... A continuación puedes ver un ejemplo:

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[bltouch]
sensor_pin: ^bltouch_sensor_pin
control_pin: bltouch_control_pin
speed: 7
pin_move_time: 0.675

pin_up_reports_not_triggered: True
pin_up_touch_mode_reports_triggered: True
x_offset: -28
y_offset: -13

samples: 3
sample_retract_dist: 10
samples_result: median
samples_tolerance: 0.02
samples_tolerance_retries: 5

En la sección [bltouch] podemos encontrar (más información detallada en la documentación de Klipper):

• sensor_pin: donde indicaremos el pin de la parte endstop de nuestro sensor

• control_pin: en este caso indicaremos el pin del servo

• speed: la velocidad del eje Z al realizar el sondeo

• pin_move_time: el tiempo de espera para realizar un despliegue o recogida del pin de sondeo

• samples: el número de veces que queremos que se sondeen cada punto, en inductivos es aconsejable dependiendo del tipo de sensor realizar más de un sondeo

• sample_retract_dist: en el caso que usemos multi-probing (multiples sondeos por punto) indicara la distancia de retracción de Z para estos sondeos y deberemos ajustar esta para que nuestro sensor cambie de estado antes de realizar el siguiente sondeo

• samples_result: tipo de media de lectura de valores en multi-probing

• samples_tolerance_retries : indicaremos cuantos reintentos queremos realizar en un sondeo en el caso que su desviación sea superior al valor en samples_tolerances

• x y offsets: son los offsets del sensor con respecto a nuestro nozzle

• Deberemos añadir nuestra sección [bed_mesh] y ajustarla para nuestra máquina, tenéis información aquí.

• También es más que aconsejable añadir la sección [safe_z_home] para ubicar el sensor en una posición segura para realizar el proceso de homing... tenéis más información aquí.

• La última parte a modificar será [stepper_z] que ya debería de existir, en este caso tendremos que asegurarnos que el endstop_pin es endstop_pin: probe:z_virtual_endstop

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[stepper_z]
...
endstop_pin: probe:z_virtual_endstop
...

• Usaremos la opción SAVE para guardar los cambios en nuestra configuración

Comprobaciones previas Bltouch

Una vez que tenemos toda la configuración añadida deberemos de verificar que todo funciona correctamente antes de realizar ningún home.

• Al encender la impresora el BLTouch debería de hacer el proceso de self-test. Este proceso despliega y recoge el pin varias veces y el sensor queda en color rojo. En el caso que el led se quede parpadeando o el pin no llegue a desplegar/recoger deberías de revisar en detalle el cableado y configuración.

Antes de nada, su sensor se queda parpadeando en rojo al iniciar la máquina? que puede causar este error...

Si nuestro BLTouch parpadea rápidamente en rojo (mismo tiempo encendido y apagado...50%) significa que nuestro sensor está en fallo, indicando un fallo durante el proceso de self-test... como por ejemplo un problema de cableado, configuración, obstrucción o fallo servo del pin, etc...

Por otro lado, un patrón de parpadeo más lento (más tiempo de encendido que apagado...80%) es un signo que puedes tener un problema de cableado incorrecto o dañado en 5v o GND.

• BLTouch parpadeando rápido con patrón 50% on/off, indica un fallo durante el self-test... os sugerimos algunas cosas a revisar:

  • El pin se queda obstruido o no se mueve con normalidad, puede ser por diferentes razones como un incorrecto ajuste de altura del pin central, dañada la parte servo o por factores externos como suciedad

  • El sensor se encontraba muy cerca de la cama y no permitió el correcto despliegue del pin golpeando esta antes de poder activar su señal de check

  • Velocidad de homing en Z muy lenta o rápida

  • Problemas con la configuración de tu firmware

  • Tu sensor está dañado

• BLTouch parpadeando lentamente con patrón 80% on/off, indica un fallo en la alimentación del sensor:

  • Lo más normal suele ser tener invertidos los cables de alimentación 5v y GND

  • Cableado dañado o problemas de contacto en este

• BLTouch con el led rojo encendido sin ningún patron de parpadeo, indica que nuestro sensor está funcionando normalmente.

Tenéis más información de estos errores en el manual del BLTouch.

En el caso de usar BLTouch clones tenemos que jugar con los valores pin_up de igual forma que puede que no funcionen muy bien con la macro QUERY_PROBE.

Si al realizar el QUERY_PROBE nos encontramos con el error "BLTouch failed to verify sensor state" será necesario ajustar pin_up_touch_mode_reports_triggered a False.

Si al realizar los tests de prueba del pin para su despliegue o recogida no funciona bien es posible que necesitemos pin_up_reports_not_triggered a False, normalmente el pin no funciona y el estado cambio de open a triggered cuando no debiera.

Los fiales de carrera o endstops usan un pin de entrada input normalmente. Este tipo de pines pueden ser del tipo pull-up o pull-down.

Aunque normalmente la mayoría de nuestras impresoras usan pull-up dependiendo de nuestra electrónica o endstops para estos pines deberemos de indicar si es pull-up ^ o pull-down ~.

Es importante el orden de valores [^~] [!] pin_name

En ocasiones no definir esto de forma correcta puede inplicar que todo este bien pero el estado del endstop no cambie correctamente al estar este activado o no.

• Ejecutaremos el comando BLTOUCH_DEBUG COMMAND=pin_down desde el terminal. Este comando despliega el pin del sensor y el led rojo debería apagarse. En el caso que el led se quede parpadeando o el pin no llegue a desplegar/recoger deberías de revisar en detalle el cableado y configuración.

• Ejecutaremos el comando BLTOUCH_DEBUG COMMAND=pin_up desde el terminal. Este comando recogerá el pin del sensor y el led debería de quedar en rojo. En el caso que el led se quede parpadeando o el pin no llegue a desplegar/recoger deberías de revisar en detalle el cableado y configuración.

• Una vez verificada la parte servo de nuestro sensor comprobaremos la parte endstop lanzando el siguiente comando que desplegará el pin BLTOUCH_DEBUG COMMAND=pin_down

• Seguidamente ejecutaremos el comando BLTOUCH_DEBUG COMMAND=touch_mode

• Para comprobar el estado del endstop lanzaremos QUERY_PROBE que debería retornarnos probe:open

• Manualmente subiremos el pin de nuestro sensor y volveremos a lanzar QUERY_PROBE que debería retornarnos probe:TRIGGERED

• Si todo ha funcionado correctamente nuestro sensor parece bien instalado!!! lanzaremos el comando BLTOUCH_DEBUG COMMAND=pin_up

• Ahora vamos a comprobar un homing lanzando el comando G28, idealmente te aconsejaría mover el eje Z a la mitad de su recorrido antes

• Tan pronto como se inicie el proceso de homing para el eje Z se debería desplegar el pin y comenzar el movimiento hacia nuestra cama, para prevenir cualquier fallo os aconsejamos que de forma manual hagáis que el pin se active lo cual debería de parar el movimiento de homing simulando que se hizo correctamente.

• Si todo ha ido según lo esperado lanzaremos, esta vez sin intervención manual, un homing con G28 de nuevo

Parece que todo esta correcto así que os sugerimos continuar hacia el ajuste del Z-Offset y nivelación de cama.

Para configurar nuestro sensor inductivo conectado a nuestra eléctronica seguiremos los siguientes pasos

• Abriremos nuestro printer.cfg, lo ideal es hacerlo desde la UI que usemos normalmente ya sea Mainsail o Fluidd

• Añadiremos una sección nueva llamada [probe] siempre por encima de la sección de SAVE_CONFIG donde se guardan todos los valores de ajuste de los diferentes asistentes como PID, mallado, etc... A continuación puedes ver un ejemplo:

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[probe]
pin: ^!probe_pin 
x_offset: -29.8
y_offset: -13.5
speed: 5
lift_speed: 5.0

samples: 3
sample_retract_dist: 2
samples_result: median
samples_tolerance: 0.02
samples_tolerance_retries: 5

En la sección [probe] podemos encontrar (más información detallada en la documentación de Klipper)::

• pin: donde indicaremos el pin de señal de la parte endstop de nuestro sensor

  • ^ del ejemplo indica que nuestro pin de la electrónica es pull-up, en ocasiones si vemos que el estado de nuestro sensor cambia de estado pero no vuelve a cambiar puede ser por no estar correctamente definido como pull-up ^ o pull-down ~

  • ! indica que la lógica de la señal del sensor se invierta y se usa para ajustar que el estado del endstop sea OPEN sin activar y TRIGGERED en estado activado

  • Es importante el orden de valores [^~] [!] pin_name

• x e y_offset: son los offsets del sensor con respecto a nuestro nozzle

• speed: la velocidad del eje Z al realizar el sondeo

• lift_speed: la velocidad a usar en multi-probing

• samples: el número de veces que queremos que se sondeen cada punto, en inductivos es aconsejable dependiendo del tipo de sensor realizar más de un sondeo

• sample_retract_dist: en el caso que usemos multi-probing (multiples sondeos por punto) indicara la distancia de retracción de Z para estos sondeos y deberemos ajustar esta para que nuestro sensor cambie de estado antes de realizar el siguiente sondeo

• samples_result: tipo de media de lectura de valores en multi-probing

• samples_tolerance_retries : indicaremos cuantos reintentos queremos realizar en un sondeo en el caso que su desviación sea superior al valor en samples_tolerances

Los fiales de carrera o endstops usan un pin de entrada input normalmente. Este tipo de pines pueden ser del tipo pull-up o pull-down.

Aunque normalmente la mayoría de nuestras impresoras usan pull-up dependiendo de nuestra electrónica o endstops para estos pines deberemos de indicar si es pull-up ^ o pull-down ~.

Es importante el orden de valores [^~] [!] pin_name

En ocasiones no definir esto de forma correcta puede inplicar que todo este bien pero el estado del endstop no cambie correctamente al estar este activado o no.

• Deberemos añadir nuestra sección [bed_mesh] y ajustarla para nuestra máquina, tenéis información aquí.

• También es más que aconsejable añadir la sección [safe_z_home] para ubicar el sensor en una posición segura para realizar el proceso de homing... tenéis más información aquí.

• Dependiendo del tipo de sensor puede ser necesario definir nuestro position_min en stepper_z para que permita llegar a la distanci ZOffset que necesite

• La última parte a modificar será [stepper_z] que ya debería de existir, en este caso tendremos que asegurarnos que el endstop_pin es endstop_pin: probe:z_virtual_endstop

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[stepper_z]
...
endstop_pin: probe:z_virtual_endstop
...

• Usaremos la opción SAVE para guardar los cambios en nuestra configuración

Comprobaciones previas inductivos/capacitativos

Una vez que tenemos toda la configuración añadida deberemos de verificar que todo funciona correctamente antes de realizar ningún home.

• Nos aseguraremos que el sensor no esté activado, normalmente dispone de un led que indica el estado de dección, y lanzaremos el comando en la consola QUERY_PROBE que deberia retornar el estado probe:open

• Activaremos de forma manual el sensor aproximando un objeto metálico para que el sensor se active, lanzaremos el comando QUERY_PROBE de nuevo y debería darnos probe:TRIGGERED

¿Que pasa si no nos funciona según lo indicado?

• En el caso que la respuesta obtenida sea la inversa usaremos el modificador !, o lo quitaremos en la definición del pin en la sección probe tal como vimos anteriormente

• En el caso que veamos que no cambia el estado:

  • verificaremos que el sensor esta cableado correctamente

  • que la definición de la configuración de pines del probe es la correcta con respecto a donde esté conectado

  • podremos intentar cambiar entre pull-up pull-down en la definción del pin tal como os comentamos anteriormente

Este BIQU MicroProbe es un sensor similar a los tradicionales Bltouch con algunos aspectos interesantes a tener en cuenta.

En cuanto a sus características:

• Tamaño reducido por lo que es fácil integrar en cualquier cabezal

• Peso reducido que va a evitar vibraciones extras a la hora de imprimir

• Instalación sencilla y similar a un Bltouch

• Buena precisión y fiabilidad

• Podemos reemplazar el pin en caso de que se dañe

• Compatible con un amplio rango de impresoras/electrónicas

• Precio

Tenéis información detallada en la guía específica de este sensor:

BIQU MicroProbe

El BTT Eddy es un sensor de nivelación por escaneo de la superficie, este tipo de sensores pueden escanear tu cama en unos pocos segundos con una alta precisión.

Entre sus ventajas podemos destacar:

• nivelación de alta velocidad, completa un nivelado de cama en unos pocos segundos (alrededor de 20s para una cama de tamaño medio)

• alta precisión, con lecturas de 0.0005 mm de precisión

• tamaño compacto y bajo peso, con sus 6g y su pequeño tamaño es integrable en casi cualquier cabezal de impresión no afectando en el aumento de masa que pueda afectar las inercias y vibraciones durante nuestras impresiones. Especialmente pensado para su instalación en cabezales Voron

• compensación de temperatura, integra la función de compensación de temperatura de Klipper para una precisión perfecta

Dado los pasos extra y cambios para ajustar este sensor en Klipper contamos una guía espcífica para el:

Bigtreetech Eddy

[mcu rpi]
serial: /tmp/klipper_host_mcu

[bltouch]
sensor_pin: ^rpi:gpio0
#   Pin connected to the BLTouch sensor pin. Most BLTouch devices
#   require a pullup on the sensor pin (prefix the pin name with "^").
#   This parameter must be provided.
control_pin: rpi:gpio27
#   Pin connected to the BLTouch control pin. This parameter must be
#   provided.
z_offset: 0.2
#pin_up_touch_mode_reports_triggered: False
#probe_with_touch_mode: True 

[stepper_z]
...
position_min: -5
...

Safe Z Homing

Una configuración común para todos los sensores de nivelación suele ser el safe_z_home. Esta configuración nos ayuda a definir unas coordenadas seguras para que nuestro sensor pueda hacer el homing correctamente. Normalmente lo haremos en el centro de nuestra área de impresión.

Dentro de nuestro printer.cfg crearemos, si no la tenemos ya, la sección [safe_z_home] a continuación os vamos a mostrar un ejemplo:

[safe_z_home]
home_xy_position: 125, 125
z_hop: 10
z_hop_speed: 25
speed: 20

Podéis encontrar la documentación oficial de Klipper sobre el Safe Z Home:

Configuration reference - Klipper documentation

Test de precisión

Una vez tengamos correctamente configurado nuestro sensor de nivelación es aconsejable realizar un test de precisión.

Realizamos el proceso de home para que nuestro cabezal de impresión quede en el medio de nuestra cama y desde el terminal lanzamos la macro PROBE_ACCURACY

Recv: // probe accuracy: at X:0.000 Y:0.000 Z:10.000
Recv: // and read 10 times with speed of 5 mm/s
Recv: // probe at -0.003,0.005 is z=2.506948
Recv: // probe at -0.003,0.005 is z=2.519448
Recv: // probe at -0.003,0.005 is z=2.519448
Recv: // probe at -0.003,0.005 is z=2.506948
Recv: // probe at -0.003,0.005 is z=2.519448
Recv: // probe at -0.003,0.005 is z=2.519448
Recv: // probe at -0.003,0.005 is z=2.506948
Recv: // probe at -0.003,0.005 is z=2.506948
Recv: // probe at -0.003,0.005 is z=2.519448
Recv: // probe at -0.003,0.005 is z=2.506948
Recv: // probe accuracy results: maximum 2.519448, minimum 2.506948, range 0.012500, average 2.513198, median 2.513198, standard deviation 0.006250

Una vez encontrados los valores óptimos se aconseja realizar el proceso de Z-Offset y el mallado de la cama que podeis encontrar en esta guía.

Ajuste del Z-Offset (usando papel o galga)

• Realizaremos un homing:

  • en el caso que tengamos una máquina con 2 o 3 motores independientes en Z realizaremos primero un Z_TILT_ADJUST (nivelación del gantry) y a continuación un G28 (homing de todos los ejes)

  • en el caso que tengamos una máquina con 4 motores independientes en Z realizaremos primero un QUAD_GANTRY_LEVEL (nivelación del gantry) y a continuación un G28 (homing de todos los ejes)

  • si tu máquina no concuerda con ninguno de los casos anteriores realiza directamente un G28 (homing de todos los ejes)

• Moveremos nuestro hotend al centro de la cama si no tenemos activo el safe_homing

• Limpiaremos cualquier malla de nivelación de nuestra cama con un BED_MESH_CLEAR

• Dependiendo del final de carrera que usemos en nuestra máquina:

  • si tenemos un final de carrera mecánico usaremos Z_ENDSTOP_CALIBRATE... por ejemplo máquinas como las Voron V0, Trident, V2.x o BLV

  • si usamos nuestro sensor de nivelación como final de carrera usaremos PROBE_CALIBRATE

• Mediante comandos iremos bajando lentamente el nozzle hacia la cama usando TESTZ Z=-1 hasta que estemos cerca para en ese momento realizar movimientos más pequeños usando TESTZ Z=-.01 o incluso menos hasta que nuestro nozzle roce con el papel. Podemos alternar el TESTZ con valores positivos/negativos y mayores/menores hasta que tengamos nivelado a nuestro gusto en ese momento lanzaremos un ACCEPT y un SAVE_CONFIG para guardar la configuración.

• Ahora que ya tenemos nuestro Z-Offset ajustado lo ideal seria hacer una malla de nuestra cama si disponemos de sensor

Ajuste fino del Z-Offset

Es muy probable que después del proceso anterior no acaben de quedar nuestras primeras capas en ese caso lo ideal es realizar un ajuste fino de nuestro Z-Offset durante una impresión de test.

Usando nues UI (Mainsail/Fluidd)

Dentro de nuestro interfaz Mainsail/Fluidd, normalmente en la sección toolhead, usaremos los controles de babystepping para ajustar en tiempo real la altura de primera capa a nuestro gusto.

Usando una pantalla

Dentro del menu Tune podremos encontrar los controles para ajustarlo.

Guardando el nuevo valor de Z-Offset

Ahora que ya tenemos el ajuste fino del Z-Offset deberemos guardarlo en nuestro printer.cfg:

• En el caso que usemos un endstop físico para ajustar el valor position_endstop lanzaremos el comando Z_OFFSET_ENDSTOP seguido de SAVE_CONFIG... ojo que estor reiniciará tu impresora!!!

• En el caso que usemos un sensor como final de carrera en Z y para ajustar el valor z_offset lanzaremos el comando Z_OFFSET_APPLY_PROBE seguido de SAVE_CONFIG... ojo que estor reiniciará tu impresora!!!

Compensación en caso de eje torcido

En ocasiones nos podemos encontrar que después de ajustar y nivelar nuestra cama de forma manual, tener unas lecturas precisas del sensor o incluso realizar multiprobing para mejorar las lecturas... el resultado no es el correcto.

Nuestro eje X/Y puede estar torzido, una situación que no es extraña en muchas ocasiones es que nuestro eje X esté torcido y dado que normalmente los sensores de nivelación se colocan alejados del eje y con respecto al nozzle (que este si que suele estar bastante más cercano al eje, el ángulo puede llegar a provocar problemas serios a la hora de realizar nuestro mallado. En el anterior dibujo podéis ver como puede impactar a la fiabilidad de las lecturas del sensor el tener este tipo de problemas en el que observamos que en determinadas áreas de nuestra área de impresión no podemos obtener unas correcciones buenas acabando en unas malas primeras capas. Aunque os vamos a explicar las opciones disponibles en Klipper para minimizar/compensar estos fallos mecánicos es siempre aconsejable que antes intentemos arreglar el problema mecanicamente intentando ajustar nuestro chasis y cinemática lo máximo posible.

Para activar la compensación de ejes tocidos, a partir de ahora axis_twist_compensation realizaremos los siguientes pasos:

• Activaremos [axis_twist_compensation] en nuestro printer.cfg para habilitar el módulo de compensación e idealmente ajustar sus opciones de ser necesario.

• Desde la consola lanzaremos la macro de sistema AXIS_TWIST_COMPENSATION_CALIBRATE que lanzará un asistente para medir el Z Offset en diferentes puntos de nuestra cama, inicialmente utiliza 3 puntos pero podemos realizar más añadiendo el parámetro SAMPLE_COUNT= y el número de puntos al lanzar la macro anterior

• Realizaremos el proceso de ajuste del Z Offset normal explicado en puntos anteriores

• Realizaremos los ajustes de nivelado manual asistido por sensor o screws_tilt_adjust, z-tilt en el caso que los tengamos habilitados para asegurarnos que tenemos todo ajustado correctamente

• Haremos un home de todos los ejes y haremos un mallado de nuestra cama

• Realizaremos un test de impresión de primeras capas y haremos los ajustes finos de Z Offset durante este.