又名《調整堵轉檢測閾值降低創想三維 K1C 打印機無感歸位啪啪聲》

前言

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手中的創想三維 K1C 3D 打印機目前使用很滿意。如果想要使用原生 Klipper 的話需要解決 prtouch_v2 壓力熱床調平器使用閉源 MIPS 二進制庫的問題，目前有多種解決方案，此處按下不表。

K1C 的 XY 軸使用 TMC2209 堵轉檢測特性（StallGuard4）實現無限位歸位（也稱無限位歸零、無感歸零、無感歸位）功能，從而實現不借助額外限位開關的情況下實現歸位。日常歸位 Y 軸的時候啪的一聲令人膽顫，我都怕 X 橫梁給撞歪，或者機架給撞散架（雖然不會），所以準備重新校準堵轉檢測閾值（以下簡稱閾值）。由于重復步驟比較多，所以寫了個輔助宏。

我們約定：控制臺指的是網頁上和 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。

軟硬件測試環境：

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

免責聲明：本教程僅作個人記錄和分享，未按正確指令操作導致出現問題，和本人無關。【WIP WARNING】目前部分內容還在完善，基本思路沒問題。

一、基礎知識

德國 Trinamic 公司（已被 Maxim 收購，后者又被 ADI 收購）的部分步進電機驅動支持 StallGuard 技術，它通過監測電機轉動時的電流變化情況，判斷電機是否處于堵轉狀態，當電機發生堵轉時，電流會瞬間變大，TMC 驅動通過內部的電流傳感器實時監測電機的電流變化情況，當電流變大到一定程度時，就會判斷電機處于堵轉狀態，并停止驅動電機，從而避免電機過載和損壞。

使用此特性可以實現 3D 打印機的無感歸位功能，也就是撞擊框架導致電機堵轉并被驅動檢測到后停止，優點是減少接線、增大可移動范圍；缺點是需要調整合適的堵轉檢測閾值，并且此閾值受歸位速度、電機運行電流和溫度影響，其中前兩者可控，溫度需要觀察。

目前常見的 TMC 步進電機驅動對堵轉檢測技術支持情況：

• StallGuard4 堵轉閾值范圍為 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 關于 TMC 無限位歸位的文檔，可以查看中文版
• Voron 關于無限位歸位的步驟，可以作為上述的補充
• klipper_sensorless_homing，homing_override 的通用模板宏，K1 系列不需要

三、校準堵轉檢測閾值方法（精簡版）

git clone sgt_cal
cd sgt_cal

3.1 預處理腳本

sh pre_sgt_cal.sh

此腳本會進行以下操作：

1. 注釋掉 printer.cfg 中對 sensorless.cfg 的引用，避免干擾歸位過程
2. 注釋掉 XY 電機的 hold_current，參考 Klipper 官方推薦
3. 導入自定義配置文件 override.cfg：
   • 啟用電機驅動低速靜音模式
   • 降低打印機最大速度、加速度以適配低速靜音模式
   • 設置無動作超時時間 idle_timeout 為 600s (10分鐘)
   • 設置初始堵轉檢測閾值為 255
   • 修改默認歸位速度
4. 重啟 Klipper 使修改生效

3.2 校準堵轉檢測閾值步驟

1. 確認熱床遠離噴嘴，防止歸位時刮到熱床，可以在控制臺使用如下命令強制下降噴嘴:

   FORCE_MOVE STEPPER=stepper_z DISTANCE=20 VELOCITY=100
   

2. 將熱端手動移動到熱床中心附近上方，如果無法移動，使用控制臺輸入 M84 關閉電機后再移動

3. 控制臺輸入如下命令，不斷調整閾值（默認從255開始），找到可以完成歸位動作，且輕觸即停的最靈敏值。

   # 如下命令代表測試 x 電機，觸發堵轉檢測后回退距離為 0mm，堵轉檢測閾值為 255。
   TEST_SGT stepper=x backoff=0 sgt=255
   

   • 當閾值過于靈敏時，擠出頭將會移動很短距離就停下，無法歸位，此時需要調整閾值
   • 初始可以“大踏步”，閾值每次降低50，找到用手擋不住的閾值，網頁按急停按鈕或者控制臺輸入M112。
   • 再重復使用二分法，結合5/2/1的步進微調，直到找到可以歸位同時可以用手輕輕擋下的最高靈敏值。
   • 如果測試時熱端到達 Y 軸最大處，可以設置 backoff 值讓其回退（不指定時默認回退 30mm）
   • 再使用上述命令完整歸位來進行確認。
   • 加載網床補償時，G90 會要求你先歸位，所以要先清除網床才能相對移動。
   • 例如：SGT=150 時動一下就停，SGT=100 時用手擋不下來，我們就選擇125作為新值。如果125可以停下，則以此為基礎每次加1或者2，如127再行測試，直到找到“可以完成歸位，同時輕觸即可停下的閾值”，假設為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上，每次減5，當歸位撞擊聲變大無法接受時，使用最后一個可以接受的值，逐步減1，直到找到合適的值。
   • 由于此時每次都會完整歸位，所以歸位完成后需要回退來進行下次測試，此處不設置 backoff 值，則默認回退 30mm
   • 例如 SGT=97 時撞擊過重，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 歸位進行確認

5. 使用輔助宏計算合適的堵轉檢測閾值

   • 網頁上有一個新宏，名為 CALC_SGT，分別填入 SGT_MAX 和 SGT_MIN，會自動計算處合適的閾值
   • 公式為 最小值+(最大值-最小值)/3，此處我設置了四舍五入

6. 重復上述過程獲得 Y 的堵轉檢測閾值，注意歸位時在右前方，此時坐標為(229, 0)，所以y不能回-30吧，可以根據 positive_dir 判斷。

3.3 后處理腳本

sh post_sgt_cal.sh -x 102 -y 83

此腳本執行如下動作：

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

四、校準堵轉閾值方法（完整版）

4.1 設置合適的歸位速度

無感歸位需要合適的歸位速度，K1系列的默認值為30mm/s，Klipper官方文檔建議設置為步進電機 rotation_distance 的一半，此處為 20齒*2mm/2=20mm/s，但是我實際測試至少提升到 40 為宜。如果此值過小，會導致測試的堵轉閾值范圍過小（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 進行測試

1. 注釋掉 sensorless.cfg，避免影響歸位動作
2. 注釋 hold_current
3. （默認已設置，無需改動）設置 homing_retract_dist: 0
4. （默認已設置，無需改動）設置對應電機endstop_pin: tmc2209_stepper_x:virtual_endstop
5. （無需設置，如果非2209/2240，則改為-63）設置driver_SGTHRS: 255
6. （默認已設置，無需改動）設置正確的diag_pin

override.cfg 內容

# [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

對于2209來說，255最靈敏，0最不靈敏。我們在控制臺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，確認可以正確歸位。

輔助調試宏內容

[gcode_macro TEST_SGT]
description: 堵轉閾值輔助測試宏 by 思兼，默認用于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255，否則默認-64, StallGuard2和4的區別見官方手冊，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閾值，自動計算合適的閾值。如果計算 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="堵轉檢測靈敏度不理想，差值小于5，請修改歸位速度和/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找到能接受的最低閾值，從最高值逐漸減5，此時撞擊聲較大，選擇之前的一個值。從上一個值逐漸減1。

TEST_SGT stepper=y sgt=125

4.5 計算合適的堵轉檢測閾值

公式為 最小值+(最大值-最小值)/3，必要時四舍五入

4.6 應用堵轉檢測閾值

五、常見問題

5.1 何時需要重新調整閾值

由于堵轉檢測閾值受環境溫度、電機型號、電機電流、歸位速度等影響，當參數發生較大改變時需要重新調整。同時如果使用 TMC_AutoTune 組件自動設置驅動參數，也需要重新調整。

5.2 測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導致歸位不穩定，可以通過以下方法改善:

1. 增加歸位速度，如 50~100mm/s
2. 調整歸位時電機電流，我們可以設置獨立的電機運行電流 run_current 和歸位時電流，從而增加靈活度，具體可以參考上面的klipper_sensorless_homing

Bounus

常見 3D 打印機驅動對比

以及：

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

獨立run_current

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

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