3D打印机如何添加自动调平功能

原理说明

Kossel/Rostock等Delta（并联/三角洲）类型的机器，可以参考：http://learn.makerlab.me/guides/11

3d打印打印时最重要的是第一层的效果，如果第一层能够很好的粘在打印平台上，后面的如果不出意外，都可以顺利完成。但是第一层的打印并没有那么容易，其中一个原因就是打印平台是否水平的问题。如果平台不水平，可能导致模型的第一层在一个位置非常牢固，在另一个位置却根本没有粘上。甚至会损坏打印头（平台不平，由低的位置运动到高的位置可能会撞坏打印头）。

本教程将通过图文及视频的方式演示为你的3d打印机添加自动调平功能。以后再也不用手动调平了。这里介绍的是用官方Marlin固件的方式，不是rostock或kossel等Delta版本的Marlin，Delta版本的配置有可能会在以后推出。

自动调平的局限性

虽说是自动调平，但是现在的调平功能时有局限性的，即你的打印平台是平的（没有弯曲或凹凸情况），但你的平台并没有放置到水平的位置（或与打印头垂直）。如果你的打印平台是弯曲的或凹凸不平，理论上来说是不起作用或作用很小的。所以建议大家的打印平台是玻璃之类的平整度非常高的平面。

基本原理

电子世界里，任何的测量都需要传感器来实现。而调平用的传感器其实就是Z轴的零位置限位开关(Z-min)。为了实现Z-min对不同XY坐标的探测，Z-min的安装位置需要跟着打印头一起移动，但Z-min如果在打印头旁边，如果在打印时可能会碰到打印的物体从而损坏模型。所以在标准XYZ三轴打印机中，常常通过添加一个小舵机来控制Z-min的收起和放下，即需要触发Z-min时（回零或调平），通过舵机放下Z-min；不用的时候就会收起Z-min。具体舵机安装将在下一个环境说明。

由于Z-min不在只用于回零来使用，所以在打开自动调平功能后，回零也就有所区别。请看下面视频的前面一段，发送G28（XYZ全部回零）命令后，XY分别回零，然后XY分别运动到打印平台中心位置，放下Z-min，来完成Z轴的回零。并且如果XY轴没有回零，并不能单独为Z轴回零。Z轴的回零位置是一个基准点，即在(x,y)坐标位置的Z零点。后面的调平都是根据这个点的偏移来确定的。

请看视频的后半段，发送G29（自动调平命令）后的反映，打印机的Z-min会移动到四个不同XY坐标（固件中可以配置）进行探测。并且得到四个位置相对于G28确定的基准点的Z位置进行对比和计算，得到打印平台的倾斜程度，从而在以后的运动中，将各个位置的Z偏移补偿进去（同一层打印时，Z轴可能会动），从而完成自动调平功能。

http://v.youku.com/v_show/id_XNzAyMjkzOTY0.html

如果你明白了基本的原理，再进行后面的工作就很顺利了。

硬件准备及配置

硬件安装

所需硬件

1、一个小舵机，大家可以看到我用的舵机是9G型号。理论来说用什么型号都可以，但是小了不会占用太多空间；
2、一个小限位（机械式），小限位开关即可（鼠标按键），带柄不带柄都可以，我用的不带柄的；
3、固定舵机在加热头运动部件上的小零件，我是自己打印的，不太合适，最后用502粘上的；
4、固定限位开关的触碰柄，我也是打印的，这个基本上是标准的可以在这里下载：thingiverse ；
5、支持舵机接口的打印机控制板，这里以MakerLab的Mega controller为例；

安装

由于每个人的打印机都不同，就不说了。总之就是保证尽可能少的影响其它部件的情况下，固定舵机，并且限位开关的柄可以收放自如，并且收起后，打印头的高度要低于限位的高度，即打印时限位开关舵机等零件不能妨碍打印的进程。
注意：安装限位开关触碰柄的时候，注意舵机的极限角度的位置（0度和180度），因为咱们用舵机主要两个位置最关键，一个是收起限位时，一个是放下限位时，这两个位置都不要太靠近舵机的0和180度位置（即舵机的极限位置），极限位置的舵机不稳定，并且可能容易烧舵机。 大家注意。

下图是舵机即固定舵机的部分：

下图是限位开关收起后的位置，不会妨碍打印及其它部分的运动：

下图是限位开关放下后的效果，放下后，限位开关当然要比打印头的位置更低才可以，否则打印头都撞车了，限位开关还没触发：

接线

Mega Controller已经引出了四路舵机接口，都是标准的接口，所以将舵机线连接到图片所示位置，标记为30的位置即可，主要舵机线中黄色的为信号线，对应控制板子上的S标记。如果：

舵机角度确定

由于舵机是用于做调平，调平的准确性直接影响了打印的效果。所以舵机的角度控制就至关重要，而这个角度参数（两个角度，收起和放下时舵机分别所处角度）非常重要，需要用于固件的配置。

修改固件

默认的Marlin固件并没有添加对舵机的支持（可以剩下RAM和ROM空间）。所以首先打开你的Marlin固件，找到Configuration.h文件，搜索“NUM_SERVOS”关键词（670行左右），来到
c
//#define NUM_SERVOS 1 // Servo index starts with 0 for M280 command
然后将最前面的//删除，并将后面的数字改为1，默认该数字可能是3.
修改完成后，其它参数不变，上传新固件到控制板。完成后，打开你用的最顺手的上位机软件，我以printrun为例，选择串口和波特率，连接。连接成功后，就可以测试舵机是否可以控制了。在发送命令区域，输入命令M280 P0 S100，其中M280是用于控制舵机的G代码，P0标识第一个舵机，如果你有其它舵机，可以用P1、P2等来分别控制，S后面的数字表示舵机运动的角度，输入命令后，点击Send（发送）或回车。
此时，如果一切都配置得当，你应该看到了舵机会动，如果不动再试一下其它的角度即更换S后面的数字，如果其它角度依然不动，请检查接线即固件是否正确。（注意，Ramps用户直接接在舵机接口位置是不能用的，因为舵机接口默认是不供电的，需要将Ramps复位按键旁边的两个电源接在一起才可以，标记为VCC和5V，将这两个端子连接，就可以为舵机供电了。）

测试角度

由于舵机角度不能通过其它方式获得，只能需要你自己进行实际的测试，所以通过发送上面的命令，不断修改S后面的角度值，来得到两个比较完美的角度分别对应收起和放下时的位置。记在旁边备用。
我通过测试，找到的角度为：
放下角度为：125度；
收起角度为：42度；
你的配置不太可能跟我的一样，所以一定要自己测试一下。

处于放下状态时，输入M280 P0 S42命令后的效果是这样的：

处于收起状态时，输入M280 P0 S125命令后的效果是这样的：

如果得到的角度你很满意，即不影响其它部分运动，也可以在放下时进行正常调平，那么就可以进入下一环节了。

RAMPS1.4的板子舵机是接在哪里，麻烦能说下嘛？

注意，Ramps用户直接接在舵机接口位置是不能用的，因为舵机接口默认是不供电的，需要将Ramps复位按键旁边的两个电源接在一起才可以，标记为VCC和5V，将这两个端子连接，就可以为舵机供电了。

参考图片，其中紫色框内的两个针需要接在一起，否则舵机没有供电；红色框就是第一个舵机应该接的位置：
好的，再请教一下，这个在玛林里面是不是要把引脚改为11

不需要改，配置好舵机数量，发送命令时M280 P0 S42中的P0就是指的这个管脚对应的舵机

按本页修改后在打开上位机，舵机转到一个角度
但是在上位机输入M280 P0 SX没有反应，这里X表示一个数，我用的是RAMPS1.4的板子，上位机是PRONTERFACE，

各个参数都配置正确了吗？

#define NUM_SERVOS 1 按你的教程改了这里
然后5V供电也跳线了，我输入M280 P0 SX没有反应
我输入G28 XYZ可以回零，z回零的时候，舵机会转下来，舵机上的限位开关碰到底板后舵机就转上去，
看上去舵机和限位开关是能正常工作的，
但是M280 P0 S。。这个代码没有起到作用

我在网上搜了下国外的贴子，好像在在PINS。H这个文件里面设置P11接口？是不是这个原因？

能调平说明正常。是不是你输入命令时有问题

M280 P0 S34
这就是我发送的指令，字母都是大写三个一起发的，中间空格空开，是这样吗？

没错，舵机不动？试试其它角度

不动，我这两天试了很多个值，呵呵

可以了，我把M280 P0 S34
中的M换成小写的m可以了，为什么不能识别大写的，我开始一直以为是要大写

是很寄怪，我一直记得G代码这些都是要大写的，我输入的是小写但是他信框里的又是大写

固件配置

完整板的固件配置说明可以参考这里：http://learn.makerlab.me/guides/7/articles/43 。
这里只说明与自动调平有关的参数。

舵机相关

如果你需要舵机来收起、放下调平探针（Z-min限位开关），那么舵机相关的参数是必须要配置的。如果你的板子是Mega Controller（我们的合体板子），将舵机连接在Servos接口，标记30的位置。
还记得上一部分讲到的通过发送命令来获得放下和收起调平探针的角度吗？我的角度分别是：
放下：125度；
收起：42度；
每个人的数据都不太可能一样，一定要用自己的数据，得到这两个数据后，修改固件配置文件的：

// Servo Endstops
//
// This allows for servo actuated endstops, primary usage is for the Z Axis to eliminate calibration or bed height changes.
// Use M206 command to correct for switch height offset to actual nozzle height. Store that setting with M500.
//自动调平探针安装的哪个轴，-1表示关闭，0标识在此轴上，分别上XYZ，将下面两行代码原有的“//”删除，如下
#define SERVO_ENDSTOPS {-1, -1, 0} // Servo index for X, Y, Z. Disable with -1
#define SERVO_ENDSTOP_ANGLES {0,0, 0,0, 125,42} // X,Y,Z Axis Extend and Retract angles
//定义xyz三个轴上舵机放下和收起后的角度。将之前获得的角度数据填在Z轴对应的位置，即第5（放下角度）和第6（收起角度）个数据。

改完上面的参数后，舵机相关的参数就配置完成了。

自动调平功能开启及相关参数

上面已经配置好了舵机的相关参数，但是要想实现自动调平，还需要配置下面这段区域的参数：

//============================= Bed Auto Leveling ===========================
//是否开启自动调平功能，如果开启，删除前面的//
//#define ENABLE_AUTO_BED_LEVELING // Delete the comment to enable (remove // at the start of the line)
//下面开始是针对自动调平功能的具体设置
#ifdef ENABLE_AUTO_BED_LEVELING
// these are the positions on the bed to do the probing
//自动调平时的4个位置，为了防止测试时挤出机超出XY轴的范围，可以适当调整下面参数，让这几个参数都靠近打印平台中心位置的坐标
#define LEFT_PROBE_BED_POSITION 15
#define RIGHT_PROBE_BED_POSITION 135
#define BACK_PROBE_BED_POSITION 160
#define FRONT_PROBE_BED_POSITION 20
// these are the offsets to the prob relative to the extruder tip (Hotend - Probe)
//调平传感器与挤出头的坐标偏移，加热头坐标-调平探针坐标，这里的参数可以不调整，因为手动测量这几个数据精确性实在太差，暂时保留之前的默认值即可。下面的参数是我调出来的，大家不要用我的参数。
#define X_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -34
#define Y_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER 8
#define Z_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -14.3
#define Z_RAISE_BEFORE_HOMING 4 // (in mm) Raise Z before homing (G28) for Probe Clearance.
// Be sure you have this distance over your Z_MAX_POS in case
//回原点前，z轴升起的距离，放置太低，调平探针无法放下
#define XY_TRAVEL_SPEED 8000 // X and Y axis travel speed between probes, in mm/min
//调平时，XY轴的运行速度
#define Z_RAISE_BEFORE_PROBING 15 //How much the extruder will be raised before traveling to the first probing point.
//运行到第一个调平点前，Z轴升起的距离
#define Z_RAISE_BETWEEN_PROBINGS 5 //How much the extruder will be raised when traveling from between next probing points
//运行到下一个调平点前，Z轴升起的距离
//If defined, the Probe servo will be turned on only during movement and then turned off to avoid jerk
//The value is the delay to turn the servo off after powered on - depends on the servo speed; 300ms is good value, but you can try lower it.
// You MUST HAVE the SERVO_ENDSTOPS defined to use here a value higher than zero otherwise your code will not compile.
//舵机关闭延时，为了防止抖动，建议开启这个功能。否则舵机会抖动。后面的参数保持默认只即可。
#define PROBE_SERVO_DEACTIVATION_DELAY 300
//If you have enabled the Bed Auto Levelling and are using the same Z Probe for Z Homing,
//it is highly recommended you let this Z_SAFE_HOMING enabled!!!
//Z轴安全回零配置。开启后，Z轴回零前，XY必须先回零才可以
#define Z_SAFE_HOMING // This feature is meant to avoid Z homing with probe outside the bed area.
// When defined, it will:
// - Allow Z homing only after X and Y homing AND stepper drivers still enabled
// - If stepper drivers timeout, it will need X and Y homing again before Z homing
// - Position the probe in a defined XY point before Z Homing when homing all axis (G28)
// - Block Z homing only when the probe is outside bed area.
#ifdef Z_SAFE_HOMING
#define Z_SAFE_HOMING_X_POINT (X_MAX_LENGTH/2) // X point for Z homing when homing all axis (G28)
#define Z_SAFE_HOMING_Y_POINT (Y_MAX_LENGTH/2) // Y point for Z homing when homing all axis (G28)
#endif
// with accurate bed leveling, the bed is sampled in a ACCURATE_BED_LEVELING_POINTSxACCURATE_BED_LEVELING_POINTS grid and least squares solution is calculated
// Note: this feature occupies 10'206 byte
#define ACCURATE_BED_LEVELING
#ifdef ACCURATE_BED_LEVELING
// I wouldn't see a reason to go above 3 (=9 probing points on the bed)
#define ACCURATE_BED_LEVELING_POINTS 2
#endif
#endif

调平相关的固件配置也已经完成，但里面有几个关键参数还需要再次确定，否则得到的数据将不正确，暂时还不需要上传，下面的参数配置后再上传。请参考下一部分。

确定具体参数

上一部分已经配置了自动调平相关的所有参数，并且也已经把舵机收起放下的角度测量了出来。
要想正常使用自动调平，我们还需要精确测量下面三个参数：

#define X_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -34
#define Y_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER 8
#define Z_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -14.3

之前配置参数时，我们建议大家把上面的参数保持默认值即可。现在我们需要把这几个参数测试出来。
为了保证顺利测试，还需要配置下面这个参数：#define min_software_endstops true，此参数默认值是true，需要改为false，否则移动轴时，不能运行到小于0坐标的位置。改完这个参数就可以上传固件了。

确定上面几个参数的方法

为了能够更加精确的确认上面的三个参数，即挤出头与调平探针的精确偏移量，我们需要用3d打印机自带的这个三维坐标系统来确定，而不是用尺子量。
注意：如果用此方法，操作之前各轴的steps_per_mm参数必须计算正确，否则得到的数据是不准确的。

第一步、在打印平台的中间位置用笔标记一个参考点

为了能够保证精度，我们需要确定一个参考点，参考点可以选择打印平台上的任意位置，但是为了能够保证打印头和调平探针都能方便抵达，所以选择平台中心位置比较好。标记一个小点，就像下图：

第二部、放下探针移动调平探针刚好来到标记点位置并手动置零

放下探针（命令：M280 P0 S125[125改为你的放下角度]），并通过上位机上的手动操作按钮，移动XY两个轴让探针刚好来到标记点上方，然后再移动Z轴（最后阶段尽量用0.1mm的按钮），让探针刚好碰到打印平台。此时在上位机中输入命令：G92 X0 Y0 Z0。

第三步、移动打印头来到标记点位置并得到偏移量

收起探针，移动XY及Z轴，让打印头与平台之间的距离恰好能够通过一张A4纸。然后输入命令：M114来获取现在的坐标，你会得到类似与下面的信息：

ok C: X:-34.00 Y:8.00 Z:-14.3 E:0.00

而这些数据就是你的固件中所需要的三个偏移量，将这三个数据添加到你的固件中的位置即可。

修改完这个参数后，你可以将之前改的#define min_software_endstops false中的false重新改为true，保障打印机的安全。然后重新上传固件。自动调平功能的配置已经在你的打印机上配置完成了。开始真机测试吧。。

问答：

我不用舵机固件怎么改啊

请问，探针和挤出头之间的Z向距离 Z_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER，可以通过M指令进行调整吗，每次改0.1都要刷一次固件，好麻烦，能联机调试就方便了。

真机测试

固件上传完成后，你可以测试一下是否能够进行调平功能，为了能够保证调平探针顺利放下，最好将Z轴升至合适的位置，防止探针无法放下到位，而造成撞车现象。在上位机中点击上面的左下角小房子，注意是没有标记任何字母的那个，来进行XYZ三个轴的回零，

你会发现，回零跟没有添加自动调平功能前是有区别的，现在的回零是XY回零完成后，来到(Xmax/2,Ymax/2)坐标位置，放下Z探针，进行Z轴回零，并且，不能单独对Z轴进行回零，回零完成后输入G29自动调平命令，你会看到开始对固件中配置的4个点进行调平，此时你应当仔细观察，发现是否有超界的地方，如果有应该修改固件中的调平点的坐标。回零和调平的操作视频如下：

http://v.youku.com/v_show/id_XNzAyMjkzOTY0.html

如果你的打印机也可以完成上面的动作，说明你的自动调平功能配置成功了，Oh，yeah。

如果你想测试一下自动调平功能是否有作用，可以故意把平台弄斜，比如我把玻璃的右边抬高了一个螺丝帽的高度。

然后经过回零、调平操作后，让Z轴坐标确定后，调整XY坐标，你会发现虽然你只是在改变XY坐标，但是Z轴为了能够适应平台不平的原因，Z轴也会动，并且各个位置Z轴与平台直接的距离是不会变的。

问答：

怎么样把G28这个调平功能增加到一个真正的打印文件里面啊

切片软件里的启动代码G28下面加上G29，比如像这样：

我不用舵机，调零传感器是可拆卸的，这样固件怎么改啊，还有我想在调零后热床向下移动一段距离后停止，好便于取下调零传感器，然后在手动点击启动打印

不用自动调平 打印文件的时候，都会开始归零
安装了鸵机后 Z轴怎么归零呢？