運動控制的“眼睛”:轉(zhuǎn)速/位置反饋在3D打印機(jī)中的作用
主流的步進(jìn)電機(jī)是“開環(huán)”控制(假定電機(jī)走一步,打印頭就移動一步)。但在高速打印或處理重型打印頭時,步進(jìn)電機(jī)可能失步(Skipping Step),導(dǎo)致打印層錯位,成品報廢。
高端工業(yè)級 3D 打印機(jī)需要閉環(huán)控制來防止失步,確保每一層都完美對齊。
如果將 3D 打印機(jī)的運動系統(tǒng)升級為伺服電機(jī)或需要高精度反饋的步進(jìn)電機(jī)(即步進(jìn)伺服系統(tǒng)),齒輪轉(zhuǎn)速傳感器可以發(fā)揮作用:
實現(xiàn)高精度閉環(huán): 將齒輪轉(zhuǎn)速傳感器安裝在驅(qū)動 X/Y 軸的滾珠絲杠或同步帶輪上,用以實時監(jiān)測轉(zhuǎn)速。
消除失步: 如果打印頭在高速移動中遇到阻力,電機(jī)可能失步。傳感器會立即檢測到實際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速不符,控制系統(tǒng)會快速調(diào)整電機(jī)電流或功率,強(qiáng)制電機(jī)恢復(fù)到正確位置,確保打印精度。
提高打印速度: 精確的反饋允許系統(tǒng)在不犧牲精度的情況下,將打印速度推向極限。
Z 軸升降控制: Z 軸的層高精度至關(guān)重要。傳感器可以監(jiān)測 Z 軸驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速,通過積分計算 Z 軸平臺升降的絕對位移。
超高層高精度: 對于微米級的工業(yè)打印(如某些 DLP/SLA 打印機(jī)),精確的 Z 軸轉(zhuǎn)速和位置反饋能夠確保每一層的厚度誤差最小化。
盡管齒輪轉(zhuǎn)速傳感器很精確,但它在桌面 3D 打印機(jī)中并不普及,原因如下:
成本考量: 齒輪轉(zhuǎn)速傳感器比步進(jìn)電機(jī)本身或廉價的光電編碼器要昂貴,增加了入門級設(shè)備的成本。
更高精度的編碼器更常見: 對于需要極致定位精度的工業(yè) 3D 打印機(jī),光電編碼器(特別是增量式或絕對式編碼器)通常能提供比齒輪傳感器更高的脈沖分辨率(PPR),因此在位置反饋上更為常見。
齒輪轉(zhuǎn)速傳感器適用于需要堅固耐用、抗污漬環(huán)境和轉(zhuǎn)速監(jiān)測的工業(yè)應(yīng)用。在未來,如果 3D 打印機(jī)繼續(xù)向大型化、高速化和高負(fù)載化發(fā)展,對運動部件的實時速度和轉(zhuǎn)速監(jiān)測需求增加,這種堅固的齒輪轉(zhuǎn)速傳感器將成為高性能閉環(huán)控制系統(tǒng)的一個有效選項。