又名《調(diào)整堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值降低創(chuàng)想三維 K1C 打印機(jī)無(wú)感歸位啪啪聲》

前言

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手中的創(chuàng)想三維 K1C 3D 打印機(jī)目前使用很滿意。如果想要使用原生 Klipper 的話需要解決 prtouch_v2 壓力熱床調(diào)平器使用閉源 MIPS 二進(jìn)制庫(kù)的問(wèn)題，目前有多種解決方案，此處按下不表。

K1C 的 XY 軸使用 TMC2209 堵轉(zhuǎn)檢測(cè)特性（StallGuard4）實(shí)現(xiàn)無(wú)限位歸位（也稱無(wú)限位歸零、無(wú)感歸零、無(wú)感歸位）功能，從而實(shí)現(xiàn)不借助額外限位開(kāi)關(guān)的情況下實(shí)現(xiàn)歸位。日常歸位 Y 軸的時(shí)候啪的一聲令人膽顫，我都怕 X 橫梁給撞歪，或者機(jī)架給撞散架（雖然不會(huì)），所以準(zhǔn)備重新校準(zhǔn)堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值（以下簡(jiǎn)稱閾值）。由于重復(fù)步驟比較多，所以寫了個(gè)輔助宏。

我們約定：控制臺(tái)指的是網(wǎng)頁(yè)上和 Klippy 交互的輸入命令接收反饋的地方，ssh 終端指的是使用 SSH 登錄后輸入 Linux 命令的地方。

軟硬件測(cè)試環(huán)境：

• Creality K1C 3D 打印機(jī)
• CrealityOS （已 root，已安裝 Moonraker 和 Fluidd）

免責(zé)聲明：本教程僅作個(gè)人記錄和分享，未按正確指令操作導(dǎo)致出現(xiàn)問(wèn)題，和本人無(wú)關(guān)。【W(wǎng)IP WARNING】目前部分內(nèi)容還在完善，基本思路沒(méi)問(wèn)題。

一、基礎(chǔ)知識(shí)

德國(guó) Trinamic 公司（已被 Maxim 收購(gòu)，后者又被 ADI 收購(gòu)）的部分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)支持 StallGuard 技術(shù)，它通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流變化情況，判斷電機(jī)是否處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流會(huì)瞬間變大，TMC 驅(qū)動(dòng)通過(guò)內(nèi)部的電流傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的電流變化情況，當(dāng)電流變大到一定程度時(shí)，就會(huì)判斷電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，并停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而避免電機(jī)過(guò)載和損壞。

使用此特性可以實(shí)現(xiàn) 3D 打印機(jī)的無(wú)感歸位功能，也就是撞擊框架導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)并被驅(qū)動(dòng)檢測(cè)到后停止，優(yōu)點(diǎn)是減少接線、增大可移動(dòng)范圍；缺點(diǎn)是需要調(diào)整合適的堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值，并且此閾值受歸位速度、電機(jī)運(yùn)行電流和溫度影響，其中前兩者可控，溫度需要觀察。

目前常見(jiàn)的 TMC 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)堵轉(zhuǎn)檢測(cè)技術(shù)支持情況：

• StallGuard4 堵轉(zhuǎn)閾值范圍為 0-255（越高越靈敏），主要配合低速靜音 StealthChop 模式使用

• StallGuard2 堵轉(zhuǎn)閾值范圍為 -64~63（越低越靈敏），主要配合高速防抖 SpreadCycle 模式使用

• StallGuard2 和 StallGuard4 的區(qū)別：

  StallGuard4 is optimized for operation with StealthChop, its predecessor StallGuard2 works with
  SpreadCycle. The function is similar: Both deliver a load value, going from a high value at low load, to
  a low value at high load. While StallGuard2 becomes tuned to show a “0”-reading for stall detection,
  StallGuard4 uses a comparison-value to trigger stall detection, rather than shifting SG_RESULT itself.

二、參考資料

• Klipper 關(guān)于 TMC 無(wú)限位歸位的文檔，可以查看中文版
• Voron 關(guān)于無(wú)限位歸位的步驟，可以作為上述的補(bǔ)充
• klipper_sensorless_homing，homing_override 的通用模板宏，K1 系列不需要

三、校準(zhǔn)堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值方法（精簡(jiǎn)版）

git clone sgt_cal
cd sgt_cal

3.1 預(yù)處理腳本

sh pre_sgt_cal.sh

此腳本會(huì)進(jìn)行以下操作：

1. 注釋掉 printer.cfg 中對(duì) sensorless.cfg 的引用，避免干擾歸位過(guò)程
2. 注釋掉 XY 電機(jī)的 hold_current，參考 Klipper 官方推薦
3. 導(dǎo)入自定義配置文件 override.cfg：
   • 啟用電機(jī)驅(qū)動(dòng)低速靜音模式
   • 降低打印機(jī)最大速度、加速度以適配低速靜音模式
   • 設(shè)置無(wú)動(dòng)作超時(shí)時(shí)間 idle_timeout 為 600s (10分鐘)
   • 設(shè)置初始堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值為 255
   • 修改默認(rèn)歸位速度
4. 重啟 Klipper 使修改生效

3.2 校準(zhǔn)堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值步驟

1. 確認(rèn)熱床遠(yuǎn)離噴嘴，防止歸位時(shí)刮到熱床，可以在控制臺(tái)使用如下命令強(qiáng)制下降噴嘴:

   FORCE_MOVE STEPPER=stepper_z DISTANCE=20 VELOCITY=100
   

2. 將熱端手動(dòng)移動(dòng)到熱床中心附近上方，如果無(wú)法移動(dòng)，使用控制臺(tái)輸入 M84 關(guān)閉電機(jī)后再移動(dòng)

3. 控制臺(tái)輸入如下命令，不斷調(diào)整閾值（默認(rèn)從255開(kāi)始），找到可以完成歸位動(dòng)作，且輕觸即停的最靈敏值。

   # 如下命令代表測(cè)試 x 電機(jī)，觸發(fā)堵轉(zhuǎn)檢測(cè)后回退距離為 0mm，堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值為 255。
   TEST_SGT stepper=x backoff=0 sgt=255
   

   • 當(dāng)閾值過(guò)于靈敏時(shí)，擠出頭將會(huì)移動(dòng)很短距離就停下，無(wú)法歸位，此時(shí)需要調(diào)整閾值
   • 初始可以“大踏步”，閾值每次降低50，找到用手擋不住的閾值，網(wǎng)頁(yè)按急停按鈕或者控制臺(tái)輸入M112。
   • 再重復(fù)使用二分法，結(jié)合5/2/1的步進(jìn)微調(diào)，直到找到可以歸位同時(shí)可以用手輕輕擋下的最高靈敏值。
   • 如果測(cè)試時(shí)熱端到達(dá) Y 軸最大處，可以設(shè)置 backoff 值讓其回退（不指定時(shí)默認(rèn)回退 30mm）
   • 再使用上述命令完整歸位來(lái)進(jìn)行確認(rèn)。
   • 加載網(wǎng)床補(bǔ)償時(shí)，G90 會(huì)要求你先歸位，所以要先清除網(wǎng)床才能相對(duì)移動(dòng)。
   • 例如：SGT=150 時(shí)動(dòng)一下就停，SGT=100 時(shí)用手擋不下來(lái)，我們就選擇125作為新值。如果125可以停下，則以此為基礎(chǔ)每次加1或者2，如127再行測(cè)試，直到找到“可以完成歸位，同時(shí)輕觸即可停下的閾值”，假設(shè)為102，記為 SGT_MAX

4. 找到歸位撞擊聲變大的靈敏值

   TEST_SGT stepper=x sgt=102
   

   • 在上述最高值的基礎(chǔ)上，每次減5，當(dāng)歸位撞擊聲變大無(wú)法接受時(shí)，使用最后一個(gè)可以接受的值，逐步減1，直到找到合適的值。
   • 由于此時(shí)每次都會(huì)完整歸位，所以歸位完成后需要回退來(lái)進(jìn)行下次測(cè)試，此處不設(shè)置 backoff 值，則默認(rèn)回退 30mm
   • 例如 SGT=97 時(shí)撞擊過(guò)重，則從102每次減1找到能接受的閾值，如 99，記為 SGT_MIN
   • 再次以 SGT=99 歸位進(jìn)行確認(rèn)

5. 使用輔助宏計(jì)算合適的堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值

   • 網(wǎng)頁(yè)上有一個(gè)新宏，名為 CALC_SGT，分別填入 SGT_MAX 和 SGT_MIN，會(huì)自動(dòng)計(jì)算處合適的閾值
   • 公式為 最小值+(最大值-最小值)/3，此處我設(shè)置了四舍五入

6. 重復(fù)上述過(guò)程獲得 Y 的堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值，注意歸位時(shí)在右前方，此時(shí)坐標(biāo)為(229, 0)，所以y不能回-30吧，可以根據(jù) positive_dir 判斷。

3.3 后處理腳本

sh post_sgt_cal.sh -x 102 -y 83

此腳本執(zhí)行如下動(dòng)作：

1. 恢復(fù) printer.cfg 引用 sensorless.cfg
2. 修改 override.cfg 中的 sgt 值，-x 和 -y 后分別為上述計(jì)算出的理想閾值
3. 修改 endstop_position 值。這是由于重新校準(zhǔn)后，XY 軸特別是 Y 軸會(huì)相比之前提前觸發(fā)，后方擦嘴和左側(cè)劃線位置會(huì)受到影響，所以需要調(diào)整，此處微調(diào)1mm。

四、校準(zhǔn)堵轉(zhuǎn)閾值方法（完整版）

4.1 設(shè)置合適的歸位速度

無(wú)感歸位需要合適的歸位速度，K1系列的默認(rèn)值為30mm/s，Klipper官方文檔建議設(shè)置為步進(jìn)電機(jī) rotation_distance 的一半，此處為 20齒*2mm/2=20mm/s，但是我實(shí)際測(cè)試至少提升到 40 為宜。如果此值過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試的堵轉(zhuǎn)閾值范圍過(guò)小（最大最小值差值小于5）。

# printer.cfg
[stepper_x]
homing_speed: 40

[stepper_y]
homing_speed: 40

4.2 修改 printer.cfg 進(jìn)行測(cè)試

1. 注釋掉 sensorless.cfg，避免影響歸位動(dòng)作
2. 注釋 hold_current
3. （默認(rèn)已設(shè)置，無(wú)需改動(dòng)）設(shè)置 homing_retract_dist: 0
4. （默認(rèn)已設(shè)置，無(wú)需改動(dòng)）設(shè)置對(duì)應(yīng)電機(jī)endstop_pin: tmc2209_stepper_x:virtual_endstop
5. （無(wú)需設(shè)置，如果非2209/2240，則改為-63）設(shè)置driver_SGTHRS: 255
6. （默認(rèn)已設(shè)置，無(wú)需改動(dòng)）設(shè)置正確的diag_pin

override.cfg 內(nèi)容

# [include override.cfg]
[idle_timeout]
timeout: 600

[printer]
max_accel: 15000
max_accel_to_decel: 7500
max_z_velocity: 7.5
max_z_accel: 150
square_corner_max_velocity: 100.0

[stepper_x]
position_endstop: 228
homing_speed: 40

[tmc2209 stepper_x]
stealthchop_threshold: 999999
# hold_current:1.0
driver_SGTHRS: 83

[stepper_y]
position_endstop: 1
homing_speed: 40

[tmc2209 stepper_y]
stealthchop_threshold: 999999
# hold_current:1.0
driver_SGTHRS: 101

[force_move]
enable_force_move: True

4.3 找到成功歸位的最高敏感值

對(duì)于2209來(lái)說(shuō)，255最靈敏，0最不靈敏。我們?cè)诳刂婆_(tái)輸入如下自定義宏命令

TEST_SGT stepper=x sgt=125 back=0

直到找到可以正確歸位，并且手指輕擋即可停下的最高閾值。

再次使用此閾值歸位，確認(rèn)可以正確歸位。

輔助調(diào)試宏內(nèi)容

[gcode_macro TEST_SGT]
description: 堵轉(zhuǎn)閾值輔助測(cè)試宏 by 思兼，默認(rèn)用于TMC2209。
gcode:  
  {% set stepper = params.STEPPER|default('x')|string %}
  {% set backoff_distance = params.BACKOFF|default(30)|int %}
  # 如果 TMC2209/2226/2240 則默認(rèn)255，否則默認(rèn)-64, StallGuard2和4的區(qū)別見(jiàn)官方手冊(cè)，精度更高
  {% set sgt = params.TMCSGT|default(255)|int %}  
  SET_TMC_FIELD STEPPER=stepper_{stepper} FIELD=SGTHRS VALUE={sgt}
  G4 P2000
  G28 {stepper}0
  M400
  BED_MESH_CLEAR
  G91
  G0 {stepper}-{backoff_distance} F3000
  G90

[gcode_macro CALC_SGT]
description: 輸入最大和最小堵轉(zhuǎn)閾值，自動(dòng)計(jì)算合適的閾值。如果計(jì)算 StallGuard2,需要修改一下
gcode:
  {% set sgt_max = params.SGTMAX|default(0)|int %}
  {% set sgt_min = params.SGTMIN|default(0)|int %}
  {% if sgt_max - sgt_min > 5%}
    {% set ideal_sgt = (sgt_min + (sgt_max - sgt_min) / 3)|round|int %}
    RESPOND PREFIX="推薦SGT值：" MSG="{ ideal_sgt }"
  {% else %}
    RESPOND TYPE=error MSG="堵轉(zhuǎn)檢測(cè)靈敏度不理想，差值小于5，請(qǐng)修改歸位速度和/或歸位電流后重試"
  {% endif %}

4.4 找到成功歸位的最低敏感值

之后我們使用如下參數(shù)找到能接受的最低閾值，從最高值逐漸減5，此時(shí)撞擊聲較大，選擇之前的一個(gè)值。從上一個(gè)值逐漸減1。

TEST_SGT stepper=y sgt=125

4.5 計(jì)算合適的堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值

公式為 最小值+(最大值-最小值)/3，必要時(shí)四舍五入

4.6 應(yīng)用堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值

五、常見(jiàn)問(wèn)題

5.1 何時(shí)需要重新調(diào)整閾值

由于堵轉(zhuǎn)檢測(cè)閾值受環(huán)境溫度、電機(jī)型號(hào)、電機(jī)電流、歸位速度等影響，當(dāng)參數(shù)發(fā)生較大改變時(shí)需要重新調(diào)整。同時(shí)如果使用 TMC_AutoTune 組件自動(dòng)設(shè)置驅(qū)動(dòng)參數(shù)，也需要重新調(diào)整。

5.2 測(cè)得的閾值不滿意怎么辦

如果 SGT_MAX 和 SGT_MIN 差值小于 5，則獲得的閾值可能會(huì)導(dǎo)致歸位不穩(wěn)定，可以通過(guò)以下方法改善:

1. 增加歸位速度，如 50~100mm/s
2. 調(diào)整歸位時(shí)電機(jī)電流，我們可以設(shè)置獨(dú)立的電機(jī)運(yùn)行電流 run_current 和歸位時(shí)電流，從而增加靈活度，具體可以參考上面的klipper_sensorless_homing

Bounus

常見(jiàn) 3D 打印機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)比

以及：

• Trinamic drivers | Marlin
• TMC drivers | Klipper
• Hold_current and run_current – TMC2209

獨(dú)立run_current

If an axis is not specified then it will default to the position that the head was last commanded to.

查看對(duì)象