3D打印（5）: 自动调平

https://www.repetier.com/documentation/repetier-firmware/z-probing/ 有编改

在开始定义自动调平之前，您应该知道自己在做什么，可以更改的内容以及在哪里可以更改哪些错误。
最重要的工具是z探针。这是一种在开关等压力下切换数字引脚的设备，该设备已连接到挤出机，例如它会在喷嘴碰到床之前正常触发。一旦知道触发时床上方的喷嘴高度，我们就可以使用它来测量床在z方向上的位置。

我们通常要做的第一件事是使床铺平整。为此，我们至少要测量3个点，然后计算出平均平面。与理论常数z的差向我们展示了在相同高度上的任何位置都需要步进多少。这可以通过软件步进（如果z螺母没有回退间隙）或床身的机械移动（改变三点平面的两个点）来完成。虽然效果不错，但是这忽略了一些错误：

大多数床不是完全平整的。特别是在高温下，它们会弯曲
。测量并不总是100％准确。
。测量可能会使您的床弯曲。
。如果您的打印机有问题，则应测量一个n x n的网格以获得更好的床身近似度。

当所用z探针需要相当大的力时，它可能会依据位置不同使得床面弯曲。为此，我们有一个弯曲校正，可通过弯曲校正测量值。特别是在弯曲不是x和y的线性函数的情况下，这会受到一些限制。然后，您必须将测量值限制为3个点，并为其设置弯曲校正。

即使平均旋转平面，您仍然会遇到凹凸。运气好的话，平均颠簸可以忽略不计，您可以忽略它。在更极端的情况下，尤其是随着床尺寸的增加，能够跟随第一层床的曲率，并随着z值的增加将校正修正为零，那将是很棒的。这将有助于正确地绑定。此功能称为失真校正，从v0.92.8开始，此功能适用于所有打印机类型。它可以通过测量变形图并将其存储在eeprom（理想情况下）或ram（然后需要每次测量）中来工作。同样从0.92.8开始，我们假设失真永远不变，因为它是床的特性。因此，重新计算旋转不会重置变形图。

Z探针和Z归位
对于具有z探针的打印机，最好的解决方案是使用z max。这允许在打印过程中重新定位，例如如果暂停后电机关闭并且您可能不信任当前位置。此外，归位时倾斜的床不会碰到喷嘴/探针，也没有问题。您只需要先将z归位，再将xy归位，不会碰到任何东西，简单且安全。唯一的缺点是，您需要将归位到z max置为零，然后再下降开始打印。这可能需要30秒，有人不喜欢，许多打印也要花费数小时。因此，他们很确定想回到z min。

好吧，您必须知道的第一件事是传统的z min终点止挡在这里不起作用。让我们采取一些不太可能的极端来描述这一点。床通常是不平的，假设左边缘比右前边缘高1cm，而两个后边缘甚至高1cm。常规的z归位是最低点，且防止再下移；因此在此示例中，它必须与右前边缘相匹配。如果我们先将Z放回原位，在除右前边缘之外的任何位置喷嘴将撞到床面。这显然不行，您需要的是安装在挤出机上的z传感器。为了告诉固件希望将z-probe也用作z min终点，方法是将两者都设置为同一引脚！这样，我们可以在任何地方测量床的高度。但若我们不知道要测量的位置，这也没用，因此我们必须先将x和y归零。好吧，如果z的高度合适这不是问题。为什么？如果不合适而在低z处测量，挤出机/探针仍然可能会与床相撞。因此，在版本v1.0即2017年1月14日后，您可以在归位之前将z提高。仅是为了避免碰撞。但若挤出机已经接近顶部怎么办？如果您有z max限位开关，那么它的触发即可保证安全。好吧我接受，下一步？现在，xy归位正在安全的进行中，我们需要一个z可归位的坐标。原来这是在xy原始位置完成的，现在z探头不在喷嘴所在的位置，且必须在床上才能进行有效的测量。为此，固件将使用z探针的坐标偏移量再予测量。如果幸运的话它可以正常工作，因为x已归位x min而且探头位于喷嘴的左侧；如果不行，HOME_ORDER_XYTZ用来设置设置探测坐标，还需设置喷嘴的最低温度（仅在挤出机是z探针的一部分时才重要）。我们首先移至该坐标，然后测量带偏移的高度，这样可以克服z min归位的最后一个问题。

注：原来的z home时的挤出头高度是校准到0.25mm(一张白纸)。用z min探针调平时，为防床面不平探针必须放高，探针激活时的高度必须用来导出挤出头的高度，这由z偏移量即探针与挤出头的高度差来计算。xy的偏移量需测量，影响有限且可在打印后修正。

配置固件
  Z-探针
          
从0.90版开始，Repetier-Firmware支持自动调平。对于自动调平，您需要z探针以自动或半自动的方式测量距离。自动方式时z探针随挤压机一起移动；半自动z探针可以是cnc机器用来测量工具高度的开关，由于它未与挤出机连接，因此需要将其放在挤出机下方，然后用户单击开始测量，尔后挤出机将移至下一个位置，并等待下一个信号开始测量。第一步是在configuration.h文件中配置z-probe：

/ * Z探测* /
#define FEATURE_Z_PROBE true
/ *归位后，将校正z位置以补偿用于涂层。由于您可以更改涂层，因此该值存储在
EEPROM（如果启用），因此您可以在不同涂层之间切换而无需重新校准z。
* /
#define Z_PROBE_Z_OFFSET 0 //偏移到涂层形成的真实床面高度
/ *如何测量z min
 0 =触发是实际床忽略涂层的高度
 1 =触发是当前涂层
 
 对于模式1，将当前涂层厚度添加到测得的z测头距离。这样，真实床始终是参考高度。用于电感式传感器或z min终止涂层对结果没有影响，因此应使用模式0。
* /
＃define Z_PROBE_Z_OFFSET_MODE 0
#define Z_PROBE_PIN 63
#define Z_PROBE_PULLUP true
#define Z_PROBE_ON_HIGH true
＃define Z_PROBE_X_OFFSET -11.2625
define Z_PROBE_Y_OFFSET -6.5
//等待信号开始。有效信号是探针命中和确定按钮。如果您需要手动触发探针，则这是必需的。
#define Z_PROBE_WAIT_BEFORE_TEST false
/ **探测时z轴的速度，单位为mm/s * /
＃define Z_PROBE_SPEED 5
＃define Z_PROBE_XY_SPEED 150
#define Z_PROBE_SWITCHING_DISTANCE 1.5 //激活探针后安全关闭探针的距离
#define Z_PROBE_REPETITIONS 5          //在某一点重复探测。
/ **高度是激活的探针位置和喷嘴高度之间的差。 * /
#define Z_PROBE_HEIGHT 39.91
/ **探头(挤出机和z传感器)和床之间的间隙。必须大于初始z高度误差！ * /
＃define Z_PROBE_BED_DISTANCE 30.0
/ **这些脚本在响应之前运行。 Z探针完成后。需要时可在此区间添加代码以激活/停用探针。 * /
#define Z_PROBE_START_SCRIPT“”
#define Z_PROBE_FINISHED_SCRIPT“”
/ *自动找平允许对3个点进行z探针计算以计算倾斜度并补偿打印错误。此功能需要有效的z探针，并且您应该在顶部而不是底部设置z-endstop。 同样的3点用于G33命令。
* /
#define FEATURE_AUTOLEVEL true
#define Z_PROBE_X1 -69.28
＃定义Z_PROBE_Y1 -40
#define Z_PROBE_X2 69.28
＃定义Z_PROBE_Y2 -40
＃定义Z_PROBE_X3 0
＃定义Z_PROBE_Y3 80

首先，启用z-probe（FEATURE_Z_PROBE true）并定义探针引脚（Z_PROBE_PIN）。像限位开关脚一样，可以设置上拉Z_PROBE_PULLUP及信号反转Z_PROBE_ON_HIGH。许多用户喜欢使用z min脚，这并非必须。接下来，定义相对于挤出机原点位置的偏移量（用于定义挤出机偏移量的基础）。对于单台挤出机，这是喷嘴的位置；对于多挤出机设置，定义的是挤出机偏移量的原点。

如果需要手动移动z探针，请将Z_PROBE_WAIT_BEFORE_TEST设置为true。在这种情况下，挤出机将悬停在测量点上，并等待您一次激活开关。

Z_PROBE_SPEED以mm/s设置移动速度，而Z_PROBE_XY_SPEED是xy平面上的速度。 Z_PROBE_HEIGHT是z探针触发器和床之间的高度差，始终将此值添加到高度中，以计算总高度(注：这意味着当探针高度为0时的挤出头高度)。接下来是Z_PROBE_BED_DISTANCE，它确定探针开始测量时的高度（探针高度将加上它，注：即在挤出头高度为Z_PROBE_HEIGHT+Z_PROBE_BED_DISTANCE时开始测量）。先从您在固件中设置的猜测床高开始，该高度减去间隙必须总是小于实际的打印区域高度。如果您想启用/禁用z-probe，可以在Z_PROBE_START_SCRIPT和Z_PROBE_FINISHED_SCRIPT中编写所需的g代码，多个命令用反斜线加n分隔。

为了更精确的测量，可以将每个点重复Z_PROBE_REPETITIONS次。探针触发后仅举起Z_PROBE_SWITCHING_DISTANCE毫米以开始下一次测量。根据您的探头类型，该值可以小于0.2 mm，从而重复测量可以很快。

校准Z-Probe
开始时通常会出错的一件事是z探头的校准。因此，应在开始使用它校准所有内容之前完成此操作。首先检查信号是否正确。因此，发送M119并看到z探针显示“ L”为低=未触发。现在，在再次发送M119时手动触发它。现在，对于高=触发，探针值应显示“ H”。如果不是这样，则需要设Z_PROBE_ON_HIGH以反转极性。如果没有任何变化，则说明您使用或配置的引脚错误，或者上拉电阻必须不同，修复并继续。

相关的几个repetier固件的G-code，与Marlin固件的功能未必相同：

- G28 - Home all axis or named axis.
- G29 S<0..2> - Z-Probe at the 3 defined probe points. S = 1 measure avg. zHeight, S = 2 store avg zHeight
- G30 P<0..3> - Single z-probe at current position P = 1 first measurement, P = 2 Last measurement P = 0 or 3 first and last measurement
- G31 - Write signal of probe sensor
- G32 S<0..2> P<0..1> - Autolevel print bed. S = 1 measure zLength, S = 2 Measure and store new zLength

最重要的变量是Z_PROBE_HEIGHT，通常在EEPROM中对其进行调整，直到其具有正确的高度为止(这里的意思是每次调整存入再读出，完成后再写入固件，期间不要断电)。它定义了在z探针触发时喷嘴与底座之间的距离。对于几乎所有探针这都是一个正值，但若使用力反馈传感器或按下挤压机来触发的z探头或许具有0或较小的负值。有几种方法可以确定正确的高度，我现在展示的是所知最准确的方法：您需要一块已知高度的扁平金属块，其高度即参考高度ref_height。先让我们在接近床面但z探针不触发的距离发送：

G30 P0   //测量当前xy下的z高度。挤出机将下降直到触发Z探针，然后返回原高度

将返回的z高度存储为z0以备后用。 现在将喷嘴加热并保持到工作温度，清除所有渗出物，我们发送：

M114    //显示当前位置

将该高度记为Zold。接下来，我们调整z直到金属块恰好位于喷嘴下方。当有间隙时金属块旋转轻松，降得太低则有碰撞声。一旦您认为找到了准确的水平，请再次发送M114并记为高度为Znew。

因此，我们现在拥有的是起始高度，因为固件将使用我们的初始Z_PROBE_HEIGHT（ZHold）从第一个探针Z0假定它的起始高度。 我们也知道我们需要上Znew-Zold才能达到ref_height。 由此我们可以计算出所需的由Z_PROBE_HEIGHT（ZHnew）开始的实际值：

So what we now have is starting height as firmware would assume it from first probe Z0 using our initial Z_PROBE_HEIGHT (ZHold). We also know that we needed to go up Znew-Zold to reach ref_height. From this we can compute the exact real value required from Z_PROBE_HEIGHT (ZHnew):

ZHnew = ZHold - Z0 - Znew + Zold + ref_height

在eeprom中输入该值，这使得测量具有尽可能高的精度。

注：我不理解上述公式，也不知道Z-探针是否必须是距离探针而非0/1开关以便支持上述算法。我觉得不必搞得这么复杂。假设Z轴没有反向间隙或即回退-上述算法也隐含了同样的假设。热床上放置已知高度为Href的金属片，记下挤出头接触它时的Z轴高度Zold，再将Z轴上移使得探针触发，记下高度为Znew。探针触发时的挤出头高度即为Znew-Zold+Href，此值即为Z_PROBE_HEIGHT。原文多处用词不清。

提示：如果您始终使用相同的床和涂层，则此方法效果很好。电感式传感器可测量到金属床身部件的距离，因此可以校正可能在其上的不同床身涂层。当前厚度存储在Z_PROBE_Z_OFFSET中（eeprom中的床涂层），对于大多数打印机，应为0。

自动调平
现在，我们有了可以使用的z探针，可以启用自动调平功能。为此，您需要添加“ #define FEATURE_AUTOLEVEL 1”。
然后我们定义我们希望自动调平如何工作。首先，我们定义如何测量平面旋转。可以使用BED_LEVELING_METHOD定义和设置Currentyl 3方法。Method 0~2如下：

        

BED_LEVELING_METHOD 0

该方法在3个探测点处进行测量，并通过这些点创建一个平面。如果你有真正的平面床可以提供最佳效果。这3点不能排成一行。长距离增加数值稳定性。三角打印机应使它们尽可能靠近列。

BED_LEVELING_METHOD 1

这将测量一个网格。探针点1是原点，点2和3跨越网格。我们测量BED_LEVELING_GRID_SIZE指向每个方向，并计算所有方向的回归平面点。如果您有小的隆起测量不准确，这将提供一个很好的总体平面。

BED_LEVELING_METHOD 2

弯曲校正4点测量。这适用于具有旋转轴的悬臂床。不是在侧面而是在床里面在这里，我们可以假设在轴上没有弯曲并且对称弯曲到轴的两侧。因此，探针点2和3建立了对称轴，
点1跨轴镜像到1m。然后使用对称性消除弯曲从1开始并将其用作平面。

接下来，您应该确定校正方法。此更正由BED_CORRECTION_METHOD定义，并允许以下值：

BED_CORRECTION_METHOD 0
使用旋转矩阵。这将使z轴在x / y方向上移动时向上/向下移动以补偿倾斜。对于多台挤出机，请确保其高度与床的倾斜度匹配，否则会刮伤。

BED_CORRECTION_METHOD 1
电动校正。此方法需要一个固定在3个点上的床，其中2个具有电机改变高度。位置定义为
BED_MOTOR_1_X，BED_MOTOR_1_Y，BED_MOTOR_2_X，BED_MOTOR_2_Y，BED_MOTOR_3_X，BED_MOTOR_3_Y
电动机2和3是由电动机驱动程序0和1驱动的电动机。这些电动机可以是Felix Pro 1等额外电动机使用它们或具有3 z轴的系统，可以像Sparkcube这样单独控制电动机做。

您还需要设置以下参数：

＃define ENDSTOP_Z_BACK_MOVE 5
＃define Z_HOME_DIR 1

首先使Z轴在撞到终点后下降几毫米。这是必需的，因为我们假设床不平整，并且在x-y旅行期间校正了z高度。重要的是，在这些行程中不要撞到z端点，否则坐标系统会出错。该值必须大于床的最大高度差。 Delta打印机用户在z max处有一个特殊问题。没有碰到终端挡块就不可能移动挤出机。出于相同的原因，也无法以该高度进行打印，因此，最好将ENDSTOP_Z_BACK_MOVE设置为更高的值，以使某些移动可能发生，例如50mm。请记住，轻微的床倾斜也需要侧移！第二组将归零至z-max。再次需要这样做，因为床不是平面的。如果我们有一个z分钟的终点挡块，则只有在床的最低点处触发它。当然，这意味着，对于所有其他位置，归零至z-min会将挤出机头撞到床中。

验证z-probe
在冒险承担任何损失之前，应该测试一下是否正确配置了z-probe。运行一个

G31
检查z探针的信号。它应该是低/关。现在手动触发它并再次发送命令，确保有状态反转。

各轴归位，测量挤出机和床之间的距离。一些命令，例如G30 / G32，在启动时会降到较低的位置，即Z_PROBE_BED_DISTANCE + Z_PROBE_HEIGHT，因此请确保床上方有空间不会碰撞！

若一切正常，进行第一个真正的探针测量。将挤出机移至要测量并发送的位置然后运行：

G30
挤出机现在将下降，直到触发Z探针，然后返回到起始位置，在日志中报告触发z探针所需的距离。如果您使用的是半自动z探针，请点击探针以开始探测。

自动校正
现在一切都已配置并可以正常工作，我们可以开始调整床了。使用调平命令之前，您至少需要使x和y轴回零。 三角打印机将因G32归位，因此可以跳过此操作。根据测量方法的不同，您有或多或少的测试点，如果我们可以减少z轴位移，则可以大大减少时间。如果归位也包括z轴，探针将定位在Z_PROBE_BED_DISTANCE + Z_PROBE_HEIGHT（如果为正）。您应该选择Z_PROBE_BED_DISTANCE，使其高于每个预期的倾斜度。如果您只将x和y归零，因为您不希望将z归零到z max(原作假设仍有人用z max作为调平探针)，那么您应该知道在启用归零之前，打印机内部启用的高度为0。因此定位通常会比较高。

一种简单的方法是G29。它将测量3个高度（在探测点处），并将平均值用作打印机高度。这需要在启动之前将其归零至z max。

更好的解决方案是纠正可能的旋转。我们已经定义了测量方式和校正方式，因此不再存在实际差异。启动自动调平的命令是带有可选Sx参数的G32。然后发生以下步骤：

1.禁用失真校正和自动水平校正。 自动调平旋转矩阵将重置。
2.Deltas三角打印机将归位并再次下降到起始高度。
3.如果比max高，探头将由起始高度降低到该高度。
4.测量和校正旋转。
5.如果max z限位存在且参数S不为0，固件将更新打印机高度，以便后续的归位操作可以提供正确的结果。 确保仅当您之前归位到了z max或高度测量完全错误时才进行此操作。
6.更新当前位置。
7.如果参数S为2或更高，则将新矩阵存储在EEPROM中。
8.启用自动校正。
9.启用失真校正（如果之前已启用）。
10.非线性打印机如deltas三角打印机将再次归位以正确定位。
较旧的固件版本（<0.92.8）用S1来于测量和更新z长度。新版在S不为0时，对z max归位s总会执行此操作。

三角（delta）打印机 

重要提示：较新的固件版本（大于0.92）将G33而非G29用于畸变校正。

Delta三角打印机比常规的执教坐标打印机需要更多的校准。您需要先校准挡块。此校准将您在eeprom配置中看到的值更改为“ Tower X终点挡块偏移[步长]”。 Y和Z。诀窍很简单。归位到最大挡块后，固件将向下移动这些步骤，以将挤出机支架定位在精确的中心。必须定义精确的中心位置，否则三角力学的非线性行为将导致错误的几何形状。自己测量这些值几乎是不可能的，因此您需要使用一个简单的技巧。首先回家，并使用以下命令除去所有挤出机的偏移量：

 G28
 G131
现在，放置3个滑块，使其处于相同的高度。为此，我用操纵杆固定所有滑块，使它们轻轻地将操纵杆压在打印机顶部，因为我知道它将随后居中。根据您的打印机，最好从底部（而不是床–可能会偏斜）进行测量。困难的方法是使用x，y，z方向的移动。最简单的方法是用“ M84”关闭电动机并用手滑动。注意不要快速滑动。运动会在电动机中产生电流，并流回电子装置。由于禁用电动机时某些打印机将向下移动，因此较新的版本具有一条命令，仅一次禁用一台电动机。因此，现在最好的方法是使用M99 X0将X电机移动10秒钟。您可以使用S <时间（秒）>更改时间。将Y0和Z0用于其他2轴。一旦所有滑块的高度完全相同，请发送：

 G132 S1
这将测量所需的偏移量。 S1还将结果存储在EEPROM中，因此您无需再次重复。

校准完挡块后，可以像使用直角坐标打印机一样运行床调平程序。

启用和禁用自动调平

运行自动调平命令G32后，固件将切换到自动调平模式。如果添加了S2将其存储在EEPROM中，也可以在打印机重启后幸存下来。然后，仅在床高已变的情况下才需要新的调平。您可以使用以下方法进行更改：

M320;临时激活自动调平
M320 S2;永久激活自动调平
M321;暂时停用自动调平
M321 S2;永久停用自动调平
M322;重置自动调平矩阵
M322 S3;永久重置自动调平矩阵
如果重置自动调平矩阵，则启用和禁用自动调平的行为相同，相当于未做过调平。

失真校正
您运气好，完成了自动调平。如果您的床不是100％平整的，或不是三角打印机，或几何描述不是100％正确，那么床和挤出机喷嘴之间的高度仍非常量。从0.92.8开始，可以使用失真贴图进行校正。我们要做的是测量n x n值的固定网格，并将理论高度和测量高度之间的差异即凹凸贴图bump map存储在eeprom（或ram中，但每次都需要重复）。可用G33命令完成，它将按照您在配置中定义的网格进行测量。仅当z设置正确时，才启动此命令。完成后它将启用失真校正。现在，您的喷嘴也将跟随bump颠簸。随着z的增加它将减少校正，直到不再校正z为止。

注意：失真校正使用32位整数。如果z步长变化乘以点距逐步变化较大，则2 ^ 31计算将溢出，并且结果不确定。在实际情况下，采用典型的校正方法并不会造成太大的影响，但是当在高分辨率打印机上进行较大的z更改测试时，就有可能超过该限制！

G33也有3个特殊命令。

List Bump Map 列出凹凸贴图
G33 L0    ;获得所有测得的颠簸和存储的校正的清单。这些值在各个位置处添加到z，并且在点之间插入z校正。

Adjust Bump Map 调整凹凸贴图
G33 X Y Z    ;将为最近的存储位置设置一个新的校正值。因此，您无需从G33 L0列表中输入确切位置。

Reset Bump Map 重置凹凸贴图
G33 R0    ;将所有校正设置为0。

开启/关闭失真校正
M323     ;显示是否启用校正
M323 S0  ;禁用更正
M323 S0 P1 ;永久禁用更正
M323 S1  ;启用更正
M323 S1 P1 ;永久启用更正
手动床校正
另一种方法是将床调平，使其与x-y移动成方型。这需要较少的计算，并且不会像自动调平一样使z轴磨损（这等于机械自动调平）。唯一的缺点是，将它调好的工作量更大。最简单的办法是床仅做3点支撑。在这种情况下，您要使3个测量点与床架相同。该方法非常简单。您发送“ G29”，固件将测量并输出三个点的高度。然后，重复调整直至三点高度相同。如果满意而且还有z-max限位开关，则还可以发送“ G29 S2”以测量打印区域的高度并将其存储在eeprom中（S1仅测量高度）。