FSR Auto-Bed-Leveling-System
geschrieben von Glatzemann
|
Re: FSR Auto-Bed-Leveling-System 13. October 2015 08:04 |
Da es scheinbar noch ein paar Fragen zum Aufbau des FSR-System gibt, hier eine kurze Beschreibung, insbesondere der Hardware und Funktionsweise:
FSR steht für Force Sensing Resistor, also ein druckempfindlicher Widerstand. Je nach Druck auf diesen Sensor verändert sich der Widerstand. Der von mir eingesetzte FSR 402 hat dabei einen Wertebereich von ungefähr 10g bis 10kg. Der Sensor kann sehr einfach mit zwei Kabeln an einen Arduino oder ähnliches angeschlossen werden und sieht so aus:
Der schraffierte Bereich ist der druckempfindliche Bereich. Auf der Unterseite des Sensors befindet sich eine selbstklebende Fläche, mit der der Sensor befestigt werden kann.
Um den Sensor nun anständig zu befestigen hat Stud54 einen Stempel und eine Buchse entworfen. Davon werden drei Stück benötigt. Der Stempel besteht aus PEEK-Kunststoff und ist damit sehr hitzebeständig. Das ist auch wichtig, denn dieser Stempel wird mit der beheizten Alu-Dauerdruckplatte verschraubt. Um den Sensor und die Stempel anständig an ihrem Platz zu halten, ist die Buchse da. Dort wird der Sensor eingeklebt und die DDP mit Stempel aufgelegt. Da hier nur 1/10mm Luft ist, gibt es eine saugende Passung (ich hoffe, daß nennt man so). Die Buchsen werden auf eine Unterkonstruktion befestigt. Stud54 hat dafür eine Alu-Platte fräsen lassen, aber es gibt auch andere Möglichkeiten. Um das System zu testen und um die Wartezeit bis Sven mir die Drehteile fertig gemacht hat zu überbrücken, habe ich mir Prototypen gedruckt, die allerdings der Temperatur der DDP nicht wirklich standhalten (Colorfabb XT).
Die genaue Passung habe ich übrigens erreicht indem ich den Stempel in die Bohrmaschine eingespannt habe und diesen solange mit einer Feile malträtiert habe, bis es gepasst hat. "Arme-Leute-Drehmaschine" :-)
Das alles wird dann in der Art zusammen geschraubt:
Auf dem Rendering ist das Druckbett, der Stempel, die Buchse, die Grundplatte und die Rahmenteile zu erkennen um das Ganze schön zu verkleiden. Die vordere Verkleidung habe ich ausgeblendet, damit man die Lagerung sieht.
Der Trick ist nun folgender: Beim Auto Bed Leveling wird das Druckbett langsam gegen die Düse gefahren, bzw. die Düse langsam auf das Druckbett abgesenkt (je nach Art des Druckers). Drückt die Düse leicht auf das Druckbett (ab ca. 10g), so verändert sich der Widerstand von einem oder mehreren FSR-Sensoren. Dies erkennt meine Elektronik und schaltet intelligent den Endstop-Out, der z.B. bei einem Sparkcube mit Z-Min verbunden wird.
Soweit zum Aufbau der Hardware und der Funktionsweise. Die Vorteile gegenüber einem kapazitiven Sensor oder einem wegklappenden Schalter/Taster sind nun folgende:
Es gibt allerdings auch ein paar Nachteile:
--
Microsoft MVP in den Kategorien DirectX/XNA * Visual C++ * Visual Studio and Development Technologies seit 2011
Andere Projekte: FSR Board (ABL-Sensor-Platine inkl. Firmware) * ThirtyTwo (32Bit RepRap-Firmware)
FSR steht für Force Sensing Resistor, also ein druckempfindlicher Widerstand. Je nach Druck auf diesen Sensor verändert sich der Widerstand. Der von mir eingesetzte FSR 402 hat dabei einen Wertebereich von ungefähr 10g bis 10kg. Der Sensor kann sehr einfach mit zwei Kabeln an einen Arduino oder ähnliches angeschlossen werden und sieht so aus:
Der schraffierte Bereich ist der druckempfindliche Bereich. Auf der Unterseite des Sensors befindet sich eine selbstklebende Fläche, mit der der Sensor befestigt werden kann.
Um den Sensor nun anständig zu befestigen hat Stud54 einen Stempel und eine Buchse entworfen. Davon werden drei Stück benötigt. Der Stempel besteht aus PEEK-Kunststoff und ist damit sehr hitzebeständig. Das ist auch wichtig, denn dieser Stempel wird mit der beheizten Alu-Dauerdruckplatte verschraubt. Um den Sensor und die Stempel anständig an ihrem Platz zu halten, ist die Buchse da. Dort wird der Sensor eingeklebt und die DDP mit Stempel aufgelegt. Da hier nur 1/10mm Luft ist, gibt es eine saugende Passung (ich hoffe, daß nennt man so). Die Buchsen werden auf eine Unterkonstruktion befestigt. Stud54 hat dafür eine Alu-Platte fräsen lassen, aber es gibt auch andere Möglichkeiten. Um das System zu testen und um die Wartezeit bis Sven mir die Drehteile fertig gemacht hat zu überbrücken, habe ich mir Prototypen gedruckt, die allerdings der Temperatur der DDP nicht wirklich standhalten (Colorfabb XT).
Die genaue Passung habe ich übrigens erreicht indem ich den Stempel in die Bohrmaschine eingespannt habe und diesen solange mit einer Feile malträtiert habe, bis es gepasst hat. "Arme-Leute-Drehmaschine" :-)
Das alles wird dann in der Art zusammen geschraubt:
Auf dem Rendering ist das Druckbett, der Stempel, die Buchse, die Grundplatte und die Rahmenteile zu erkennen um das Ganze schön zu verkleiden. Die vordere Verkleidung habe ich ausgeblendet, damit man die Lagerung sieht.
Der Trick ist nun folgender: Beim Auto Bed Leveling wird das Druckbett langsam gegen die Düse gefahren, bzw. die Düse langsam auf das Druckbett abgesenkt (je nach Art des Druckers). Drückt die Düse leicht auf das Druckbett (ab ca. 10g), so verändert sich der Widerstand von einem oder mehreren FSR-Sensoren. Dies erkennt meine Elektronik und schaltet intelligent den Endstop-Out, der z.B. bei einem Sparkcube mit Z-Min verbunden wird.
Soweit zum Aufbau der Hardware und der Funktionsweise. Die Vorteile gegenüber einem kapazitiven Sensor oder einem wegklappenden Schalter/Taster sind nun folgende:
- Es wird weniger Platz benötigt und das Gewicht am Druckkopf wird nicht höher
- Da kein Sensor mehr am Druckkopf knapp über der Düse hängt, kann dieser auch nicht mit dem bereits gedruckten Modell kollidieren
- Wird ein Auflage auf die Druckplatte aufgebracht (z.B. Buildtak, Glas, Spiegel oder einfach eine Wechselplatte), so muss nichts nachkalibriert werden, da die Düse ja dann einfach früher auf die Platte drückt
- Es muss kein Offset oder ähnliches eingestellt werden. Es wird immer der tatsächliche Abstand der Düse zum Druckbett ermittelt
- Abweichungen durch thermische Ausdehnung des Hotends werden einfach "ertastet"
- Ungünstig verlaufende Kabel oder elektromagnetische Strahlung der Heizmatte stören die Sensoren nicht
- Die Sensoren sind deutlich besser vom heißen Druckbett abgeschirmt und damit ist die thermische Belastung geringer und nicht außerhalb der Spezifikation
Es gibt allerdings auch ein paar Nachteile:
- Der Aufbau ist deutlich komplexer als bei einem kapazitiven oder induktiven Sensor. Diese können in der Regel mit einem einfachen Spannungsteiler an den Arduino angeschlossen werden. In diesem Fall hier wird eine kleine Platine und ein Arduino Pro Mini benötigt.
- Die Lösung ist deutlich teurer, als ein kapazitiver oder induktiver Sensor. Diese Lösung wird bei ca. 40-50€ liegen (in der Luxus-Ausführung) zzgl. der Kosten für die Lagerung des Druckbetts. Kapazitive Sensoren bekommt man schon für deutlich unter 10€.
- Die Sensoren altern. Laut Spezifikation haben diese eine Lebensdauer von ca. 1.000.000 Schaltvorgängen.
- Es findet ein mechanischer Kontakt zwischen Druckbett und Düse statt. Die Stärke kann man jedoch durch eine Erhöhung der Empfindlichkeit deutlich verringern.
--
Microsoft MVP in den Kategorien DirectX/XNA * Visual C++ * Visual Studio and Development Technologies seit 2011
- Mein Erster (RAMPS 1.4, Selbstbau WolfStrap-Derivat mit Linearführungen, Wade Extruder und E3D lite6 Hotend)
- Cub44 (Selbstbau Dual Wire Gantry Derivat mit Zahnriemen und Linearschienen, RADDS 1.5 und DUE, Custom Hotend - E3D like, Compact Bowden Extruder)
- HexMax (sechseckiger Delta (eigenes Design) mit Druckraum 300mm Durchmesser und >=400mm Höhe, RADDS 1.5, 24V, Custom Hotend, Compact Bowden Extruder)
- P3Steel Toolson MK2 - Keine Zeit zum selbst planen ;-)
Andere Projekte: FSR Board (ABL-Sensor-Platine inkl. Firmware) * ThirtyTwo (32Bit RepRap-Firmware)
|
Re: FSR Auto-Bed-Leveling-System 13. October 2015 08:22 |
Gut geschrieben. Bin mit allem einverstanden, bis auf die Toleranzen der Aufnahmen und der Stempel.
Die Untere Lagerung aus Aluminium ist ca. 0,3mm größer vom Innendruchmesser, als der Außendurchmesser des PEEK-Stempels. Eine 310x310 Aluplatte, wie meine, dehnt sich knappe 0,6mm aus bei 130 Grad.
Also musste ich das hier kompensieren. Um ein Verrutschen der Platte beim Druck ansich zu verhindern, habe ich Silikonpads gegossen, die zwischen Stempel und Sensor mommen. Die sind etwas 1mm dick und beeinträchtigen die Funktion nicht.
Ich habe das ganze System ja jetzt im Einsatz, und es funktioniert tadellos. Der mechanische Kontakt von Düse und Druckbett hinterlässt keine Spuren, da hier wirklich nur sehr geringe Kräfte wirken.
Zu den Nachteilen sei eben noch gesagt, dass man ohne Dreh-Frästeile nicht herum kommt. Und das Material ist nicht billig. Die 500mm PEEK in 20mm haben 60 Euro gekostet und ich habe 5 komplette Sets, also 15 Stempel draus drehen können. Dazu noch die Kosten für Unterkonstruktion und DDP ansich.
Aber die Vorteile wiegen definitiv den Mehraufwand auf. So einfach kann drucken sein, sage ich jetzt einfach mal.
Gruß
[www.facebook.com]
Power is nothing.....without control!
Die Untere Lagerung aus Aluminium ist ca. 0,3mm größer vom Innendruchmesser, als der Außendurchmesser des PEEK-Stempels. Eine 310x310 Aluplatte, wie meine, dehnt sich knappe 0,6mm aus bei 130 Grad.
Also musste ich das hier kompensieren. Um ein Verrutschen der Platte beim Druck ansich zu verhindern, habe ich Silikonpads gegossen, die zwischen Stempel und Sensor mommen. Die sind etwas 1mm dick und beeinträchtigen die Funktion nicht.
Ich habe das ganze System ja jetzt im Einsatz, und es funktioniert tadellos. Der mechanische Kontakt von Düse und Druckbett hinterlässt keine Spuren, da hier wirklich nur sehr geringe Kräfte wirken.
Zu den Nachteilen sei eben noch gesagt, dass man ohne Dreh-Frästeile nicht herum kommt. Und das Material ist nicht billig. Die 500mm PEEK in 20mm haben 60 Euro gekostet und ich habe 5 komplette Sets, also 15 Stempel draus drehen können. Dazu noch die Kosten für Unterkonstruktion und DDP ansich.
Aber die Vorteile wiegen definitiv den Mehraufwand auf. So einfach kann drucken sein, sage ich jetzt einfach mal.
Gruß
[www.facebook.com]
Power is nothing.....without control!
|
Re: FSR Auto-Bed-Leveling-System 14. October 2015 07:25 |
Verfolge das Thema als stiller Mitleser gespannt (Inzwischen hab ich mit auch ein paar Exemplare zum Probieren besorgt.). 
Frage zum FSR, in verschiedenen Datenblättern steht das bei ständiger Belastung der Widerstandswert sich weiter verändert. Wie ist da eure Überlegung/Erfahrung dazu? Wenn das Dauerdruckbett ständig auf den Sensor drückt bekommt man dann nicht Probleme?
Auszug aus dem Datenblatt:
Datenblatt:
[www.produktinfo.conrad.com]
Frage zum FSR, in verschiedenen Datenblättern steht das bei ständiger Belastung der Widerstandswert sich weiter verändert. Wie ist da eure Überlegung/Erfahrung dazu? Wenn das Dauerdruckbett ständig auf den Sensor drückt bekommt man dann nicht Probleme?
Auszug aus dem Datenblatt:
Quote
Verwenden Sie den FSR nicht als Meßelement für statische Lasten. Aufgrund seiner Konstruktion hat der FSR - Sensor ein "Kriechverhalten”, das heißt, sein Widerstand ändert sich kontinuierlich bei konstanter Belastung. Je nach Höhe der Last kann dieses Kriechen einige Stunden dauern und der Widerstandswert bis zu 20% absinken.
Datenblatt:
[www.produktinfo.conrad.com]
|
Re: FSR Auto-Bed-Leveling-System 14. October 2015 07:51 |
gut durchdacht! hört sich plausibel an, danke für die ausführliche Antwort 
|
Re: FSR Auto-Bed-Leveling-System 14. October 2015 12:41 |
Hier der erste Entwurf der zweiseitigen Leiterplatte... Ich bin noch nicht ganz glücklich damit und die ein oder andere Leiterbahn muss noch ein wenig optimiert werden. Die Beschriftungen sind auch noch nicht final.
Die Abmessungen sind momentan 92x64mm. Alle unbenutzten Pinne sind auf einen Aux-Pinheader rausgeführt.
--
Microsoft MVP in den Kategorien DirectX/XNA * Visual C++ * Visual Studio and Development Technologies seit 2011
Andere Projekte: FSR Board (ABL-Sensor-Platine inkl. Firmware) * ThirtyTwo (32Bit RepRap-Firmware)
Die Abmessungen sind momentan 92x64mm. Alle unbenutzten Pinne sind auf einen Aux-Pinheader rausgeführt.
--
Microsoft MVP in den Kategorien DirectX/XNA * Visual C++ * Visual Studio and Development Technologies seit 2011
- Mein Erster (RAMPS 1.4, Selbstbau WolfStrap-Derivat mit Linearführungen, Wade Extruder und E3D lite6 Hotend)
- Cub44 (Selbstbau Dual Wire Gantry Derivat mit Zahnriemen und Linearschienen, RADDS 1.5 und DUE, Custom Hotend - E3D like, Compact Bowden Extruder)
- HexMax (sechseckiger Delta (eigenes Design) mit Druckraum 300mm Durchmesser und >=400mm Höhe, RADDS 1.5, 24V, Custom Hotend, Compact Bowden Extruder)
- P3Steel Toolson MK2 - Keine Zeit zum selbst planen ;-)
Andere Projekte: FSR Board (ABL-Sensor-Platine inkl. Firmware) * ThirtyTwo (32Bit RepRap-Firmware)
|
Re: FSR Auto-Bed-Leveling-System 16. October 2015 06:59 |
|
Re: FSR Auto-Bed-Leveling-System 16. October 2015 19:05 |
Ein kleiner Tipp für die Platinenbestellung, falls noch nicht bekannt:
[www.seeedstudio.com]
[store.iteadstudio.com]
Beide schon genutzt, liefern beide vollkommen ausreichende Qualität zu einem guten Preis (empfehlenswert!).
[dirtypcbs.com]
[oshpark.com]
Beide selbst noch nicht genutzt, weiß aber von einigen Leuten, die sehr zufrieden waren. Sind beides Amis, die dann in China bestellen, direkte Bestellung in China könnte sich also mehr lohnen.
[www.seeedstudio.com]
[store.iteadstudio.com]
Beide schon genutzt, liefern beide vollkommen ausreichende Qualität zu einem guten Preis (empfehlenswert!).
[dirtypcbs.com]
[oshpark.com]
Beide selbst noch nicht genutzt, weiß aber von einigen Leuten, die sehr zufrieden waren. Sind beides Amis, die dann in China bestellen, direkte Bestellung in China könnte sich also mehr lohnen
.
|
Re: FSR Auto-Bed-Leveling-System 25. October 2015 16:50 |
Also ich nehm mal ein System, einfach mal zum spielen....aber das sollte dir ja schon klar gewesen sein...hust.
[www.facebook.com]
Power is nothing.....without control!
[www.facebook.com]
Power is nothing.....without control!
In diesem Forum dürfen leider nur registrierte Teilnehmer schreiben.