DMS - Segen UND Fluch (Vor- und Nachteile der DMS)

[rf1k_mjh11]

Meinen Senf werde ich auch noch los.

Ich bezweifele, dass die DMS sich so stark verbiegen.

Ich lege meine Hand NICHT ins Feuer, was die Genauigkeit meiner Messung betrifft. Die Messmethode simulierte die Wirklichkeit aber recht gut, meine ich.

Ermittlung der DMS-Durchbiegung:
Vorbereitung: Nachdem ich ja sowieso schon in der Firmware herum-pfuschte, habe ich die Mindesttemperatur für den Extruder auf 50° herunter gesetzt. Damit fördert der Motor auch wenn das Hot End nur 52° hat.

• Der F-Digit-Leerlaufwert ohne Filament wurde ermittelt (ca. 648 Digits).
• Es wurde ein Stück PETG Filament eingefädelt und die Andrückrolle gespannt.
• Der Leerlaufwert wurde ermittelt (ca. 646 Digits).
• Der Tisch wurde heruntergefahren, die Messuhr unter der Düse platziert.
• Der Tisch Stückchen-weise hochgefahren, bis Messuhr und Düse Kontakt hatten, dann noch ca. 1mm höher (entspricht einer kleinen 'Vorspannung').
• Der Leerlaufwert wurde ermittelt (ca. 639 Digits).
• Die Messuhr wurde eingeschaltet (und damit 'genullt'). Die Anzeige zeigt 0.00mm.
• Mittels Repetier-Host wurde in 0.01mm-Schritten extrudiert und der Digit-Wert sowie die Messuhr beobachtet.
• Bei Digit-Wert 1642 zeigt die Messuhr 0.01mm
• Bei Digit-Wert 2651 zeigt die Messuhr 0.03mm
• Bei Digit-Wert 3644 zeigt die Messuhr 0.05mm

Mit dieser Messmethode fallen folgende Argumente weg (wegen der sehr geringen Last der Messuhr):
- Traverse verbiegt sich
- Hotend staucht sich
- X-Führungswagen kippt
- Druckbett verbiegt sich (abhängig von X/Y Position)
- Untertisch verbiegt sich (eher nicht abhängig von X/Y)
- Y-Tisch kippt (abhängig von Y-Position)
- Z-Tisch kippt (Druckpunkt ist nicht exakt auf Höhe der Z-Spindeln)

Ich hatte auch anfangs dieselbe Methode versucht, wie af0815, bemerkte aber Ungereimtheiten und musste auf obige Methode umschwenken. Eine der Ungenauigkeiten war genau das "- X-Führungswagen kippt".

Primäres Problem mit den DMS ist die geringe Ausleserate.

Das stimmt mit meiner Beobachtung überein. Die meisten Digit-Werte sind mehrfach identisch vorhanden, als ob der Wert sich nicht geändert hätte. Da wird deine Aussage zutreffen - es wird einfach nicht häufiger ausgelesen. Laut meiner Log-Datei taucht ein 'neuer' Wert ca. alle 0.1 Sekunden auf. Anders gesagt, es wird (mit meinem FW-Mod, zumindest) ca. 10 mal pro Sekunde ausgelesen.

Wenn ich es recht erinnere bestanden zu Nibbels "Dienstzeiten" noch ein paar Ideen um die DMS-Features zu erweitern, Rechenleistung auf der Hauptplatine und möglicherweise auch Repetier setzten Grenzen.

Ich selbst bezweifelte, dass die Firmware imstande wäre, die DMS sehr häufig auszulesen. Daher erwartete ich, mit meiner FW-Änderung, dass die Kiste beim Drucken entweder stehen bleibt, oder fürchterlich stocken würde. Schließlich lese ich beim Abarbeiten einer jeden einzelnen GCode-Zeile die DMS erneut aus (beim Ausgeben der 'ok'-Meldung).

eigentlich dumm

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Ich wollte eigentlich nur, dass der Wert, der gerade am Display ist, ausgegeben wird. Wegen fehlender Programmierkenntnissen brachte ich es nur fertig, jedes mal den Wert neu von der DMS einzulesen!

Log-Ausschnitt

---

Die letzte Zahl in jeder Zeile mit 'ok_' ist der Digit-Wert. Die Zahl davor ist die abgearbeitete Zeilennummer. Zeilen ohne 'ok_' haben den GCode und die Zeilennummer nach dem 'N'.
< 14:53:03.886 : N562 G1 X135.393 Y91.149 E13.82910*105
> 14:53:03.901 : ok_ 557 2072
< 14:53:03.901 : N563 G1 X136.020 Y92.073 E13.96623*97
> 14:53:03.933 : ok_ 558 2072
< 14:53:03.933 : N564 G1 X136.700 Y92.916 E14.09918*111
> 14:53:03.964 : ok_ 559 2072
< 14:53:03.964 : N565 G1 X137.432 Y93.671 E14.22825*100
> 14:53:03.995 : ok_ 560 2079
< 14:53:03.995 : N566 G1 X138.212 Y94.330 E14.35362*101
> 14:53:04.011 : ok_ 561 2079
< 14:53:04.011 : N567 G1 X139.025 Y94.879 E14.47396*107
> 14:53:04.042 : ok_ 562 2079
< 14:53:04.042 : N569 G1 X139.463 Y95.122 E14.53552*110
> 14:53:04.058 : ok_ 563 2079

Beim Drucken konnte ich kein Zögern, Stocken oder 'Stehenbleiben' beobachten. Damit ist entweder das Auslesen der DMS nicht sehr rechen-intensiv, oder der Mikrocontroller für solche Tätigkeiten gut geeignet.

Nieder mit COVID-19! Hoch mit der Impfung!,

mjh11

[mhier]

Ich lege meine Hand NICHT ins Feuer, was die Genauigkeit meiner Messung betrifft. Die Messmethode simulierte die Wirklichkeit aber recht gut, meine ich.

Deine Messmethode klingt sauber, ich zweifele nur an der Interpretation

Mit dieser Messmethode fallen folgende Argumente weg (wegen der sehr geringen Last der Messuhr):
- Traverse verbiegt sich
- Hotend staucht sich
- X-Führungswagen kippt

Nein, diese Punkte fallen eben nicht weg. Du übst mit dem Filament eine Kraft auf das Hotend aus und misst direkt die Bewegung des Hotends. Die drei obigen Punkte zusammen mit der DMS-Durchbiegung sind die Möglichkeiten, wie das Hotend sich bewegen kann, und nicht nur die DMS alleine.

Wie gesagt: ich weiß nicht, in welchem Verhältnis die zueinander stehen. Vielleicht stimmt es, und die DMS dominieren deutlich. Vom Gefühl her würde ich aber sagen, dass die Traverse und der Führungswagen durchaus auch einen signifikanten Anteil haben werden.

Noch was: Zum Drucken kommt es natürlich überhaupt nicht drauf an, warum sich das Hotend bewegt. Du misst also genau das, was für's Drucken relevant ist. Ich reite da nur darauf rum, weil du das hier als Nachteil der DMS deklarierst, und das ist nicht unbedingt klar. Um das nachzuweisen, müsstest du die DMS durch massive Stahlstangen (von mir aus auch hartes Alu) ersetzen und die Messung wiederholen.

Zu guter Letzt schaut euch mal an, wie andere 3D Drucker konstruiert sind. Nicht wenige haben da vergleichsweise abenteuerliche Konstruktionen. Da solche Drucker trotzdem irgendwie Drucken kann, glaube ich nicht, dass das bei unserem Drucker ein ernstes Problem ist. Welches Symptom soll davon überhaupt hervorgerufen werden? Also wie soll ich das in einem Druck sehen können?

Ich hatte auch anfangs dieselbe Methode versucht, wie af0815, bemerkte aber Ungereimtheiten und musste auf obige Methode umschwenken. Eine der Ungenauigkeiten war genau das "- X-Führungswagen kippt".

Das Problem wirst du so nicht los, aber es ist eben auch ein Teil des echten Problems (so wir denn überhaupt eines haben).

Das stimmt mit meiner Beobachtung überein.

Im Datenblatt des Mess-Chips steht glaube ich, dass er mit 8 Hz Messwerte liefern kann. In Realität wird das noch kleiner sein, weil man die Messungen noch triggern muss, bzw. Synchronisationseffekte bei kontinuierlicher Messung bekommt. Sind also nicht mal 10 Hz. Die Bregrenzung liegt wie gesagt aber nicht in der Firmware oder dem lahmen Microcontroller, wobei das uns sicher auch schnell begrenzen würde, wenn wir einen schnelleren Chip hätten. Der HX711 kann immerhin 80 Hz - das packt dann evtl. unsere Firmware+Microcontroller nicht mehr (muss ja auch noch was mit den Daten anstellen).

Klipper ist da übrigens erstmal nicht unbedingt so direkt besser, weil alles noch recht umständlich über das serielle Protokoll "getunnelt" werden muss. Evtl. kann man den Auslese-Chip aber an einen separaten Microcontroller anschließen, wodurch sowohl der Controller als auch die serielle Leitung entlastet wird.

[AtlonXP]

Zu allen Ehren von rf1k_mjh11,
seine Messergebnisse halte ich für real.

Als es um FlowControl ging, musste ich für Nibbels erst einen Nachweis liefern.
Ab der Marke von 5000 Digits, werden Deckflächen sichtlich mehr verschmiert.

Meine Aussage damals war, etwa auf 1000 Digits, gibt es eine Abweichung von 0,01 mm.
Nibbels hatte daraufhin später das CMP entwickelt…

Ich weiß jetzt leider nicht was Nibbels genau für Werte zum Gegensteuern genommen hat.
Man sollte das sogar ausprobieren können:

Drucker homen.
CMP einschalten.
Von Hand etwa +1000 Digits erzeugen und schauen wie sich die Position der Z Achse verändert.

Nun mir ist persönlich Wurst, wer oder was da nachgibt.
Meine Druckplatte ist z. B. gummigelagert und die gibt bei mir schon bei ein paar 100g, im zehntel Millimeterbereich nach!
Dann darf die Düse auch mal das Bett küssen, ohne das es gleich was zu montieren gibt.
Entsprechende Druckplatte vorausgesetzt.

LG AtlonXP

[rf1k_mjh11]

Hallo mhier,

Hier gab es offensichtlich auf beiden Seiten Interpretationsfehler.

Ich gehe daher das Folgende Punkt für Punkt durch (abzüglich 'DMS verbiegen sich' - das ist ja klar):

Ich bezweifele, dass die DMS sich so stark verbiegen. Bei Klipper messen wir den Z-Weg in Abhängigkeit der Kraft, da kommen aber eine Reihe von Faktoren zusammen:
- DMS verbiegen sich
- Traverse verbiegt sich
- Hotend staucht sich
- X-Führungswagen kippt
- Druckbett verbiegt sich (abhängig von X/Y Position)
- Untertisch verbiegt sich (eher nicht abhängig von X/Y)
- Y-Tisch kippt (abhängig von Y-Position)
- Z-Tisch kippt (Druckpunkt ist nicht exakt auf Höhe der Z-Spindeln)
und vielleicht noch was, was ich vergessen habe?

• Als erstes dürfte ein Fehler meinerseits vorliegen. Mit 'Traverse' dachte ich, die X-Schiene, bzw. wo diese befestigt ist, wäre gemeint. Inzwischen vermute ich, du meintest die 'Extruderhalterung', wie diese in der (Zusammenbau-)Anleitung bezeichnet ist:
  Extruderhalterung.jpg
  Da gebe ich zu, diese wird sich etwas durchbiegen. Betrachtet man die Position des Hot Ends (nicht im Bild, bloß die Bohrung dafür) muss man annehmen, dass kaum eine Durchbiegung stattfindet, die Belastung ist hauptsächlich auf Abscherung. ABER! - ein klein wenig wird es sich durchbiegen, gebe ich zu (ist aber vernachlässigbar).
• 'Hot End staucht sich' - Das trifft auf die Messmethode von af0815 zu, obwohl es sich um einen sehr sehr geringen Betrag handelt, wenn man die DMS-Durchbiegung dazu vergleicht. Bei meiner Messmethode könnte man hier gespaltene Haare noch vierteilen, wenn man wollte. Absolut genau genommen wird das Hot End durch die Messuhr ein wenig gestaucht, da dabei ca. 65 Gramm an Kraft nach oben ausgeübt werden (ca. 0.07 N). Gleichzeitig Übt das Filament eine Kraft von über 50 N nach unten und versucht das Hot End dabei zu längen.
• 'X-Führungswagen kippt' - Das geschieht bei der Messmethode af0815s eindeutig. Es wirkt eigentlich eine externe Kraft auf den Führungswagen, hervorgerufen, weil das Bett die Düse hoch drückt. Da wird der gesamte Extruderwagen nachgeben (kippen). Mit meiner Methode wirkt keine Kraft auf den Führungswagen (außer der Gewichtskraft). Alles ist 'System-Intern'. Man kann sich das so Vorstellen: Man sitzt im Auto und stemmt den Fuß auf die Bodenplatte. Da ist es egal, ob das Fahrzeug gute oder schlechte Dämpfer hat, sogar ob das Auto nur auf Ziegel aufgebockt ist. Misst man die Durchbiegung der Bodenplatte, vom Boden weg, beeinflusst das das Ergebnis nicht. Hebe ich aber mit den Wagenheber die Bodenplatte hoch (analog der Methode af0815s), kommt die Aufhängung sehr wohl ins Spiel. Mit meiner Methode fällt dieses Argument hingegen sicher weg.
• Die restlichen Argumente, die Durchbiegung der Druckplatte, des Untertisches, das Kippen des Y- und Z-Tisches treffen, ganz genau genommen, auch auf meine Messmethode zu, da die Messuhr auf dem Bett platziert ist. Betrachtet man aber den geringen Krafteintrag von nur 0.07 N, sind diese alle vernachlässigbar.

Zusätzlich ist im System eine weitere Stelle vorhanden, wo es zu einem Nachgeben kommen wird, welches zu einer Beeinflussung der Messung kommt. Dort, wo die DMS auf die 'Führungswagenplatte' geschraubt werden, hier:

AdditionalDMS_Flexing.jpg

An der Stelle wird sich sich ein Teil der 'Führungsplatte' durchbiegen (rechts & links), wodurch sich die Düsenspitze weiter nach unten bewegt, als die bloße Durchbiegung der DMS verursacht.
An anderen Stellen werden Bauteile ebenso etwas nachgeben, jedoch ohne die Messung zu beeinflussen. Beispielsweise wird der Extrudermotor leicht nach hinten, oben, kippen. Das stört dem Druckbild jedoch nicht unmittelbar, da es die Düse nicht direkt beeinflusst. (Kommen wir hier bloß nicht vom Tausendste ins Hunderttausendste: Durch die Elastizität im System wird die Extrusionsmenge wird geringfügig beeinflusst, was das Druckergebnis beeinflusst, ich weiss - siehe dazu Bowden-Extruder.).

Nach der Diskussion über die Werte habe ich die Messreihe noch einmal, besonders vorsichtig, durchgeführt:

Test #2:

	F-Digits]	Durchbiegung [mm]
	648	0
	1657	0.01
	2670	0.02
	3649	0.03
	4631	0.04
	5658	0.05
	685	0.01 (Filament zur Kontrolle neuerlich 'entspannt')

Man sieht, dass hier bei einem Delta von 3000 Digits nur mehr 0.03mm gemessen wurden. Interessant ist auch, dass nach dem 'Entspannen' ein Restwert von 0.01mm blieb. Eine mögliche Erklärung ist, dass die Messung bei ca. 52° Hot End Temperatur durchgeführt wurde und viele Kunststoffe, wie PETG, unter Last 'kriechen'. Das hat vielleicht den Restwert verursacht.
Andererseits ist die Linearität der Messung sehr schön zu sehen.

Weg mit COVID-19, her mit der Freiheit!,

mjh11

[af0815]

Nachdem mein Messuhrständer eingetroffen ist, habe ich einen Schnelltest gemacht. Messuhrständer am Schrittmotor magnetisch verankert und die Meßuhr in die mitte der Brücke gestellt. Optimal ist der Aufbau noch nicht, zeigt aber das der Abstand bei 2500 bei 0.03 bis 0,04 mm ist, wenn man druck auf den Hotend von oben ausübt. Würde jetzt einmal in einen ähnlichen Bereich von mjh11 kommen.

[AtlonXP]

Hallo zusammen,
ich würde sagen,
rf1k_mjh11 hat meine Aussage auf 1000 Digits = 0,01mm Durchbiegung verifiziert.

Ihr könnt lange Rätzeln wo was nachlässt.
Die DMS sind dafür ausgelegt, dass diese sich durchbiegen um ordentlich messen zu können.
Schaut euch doch einfach das wenige Fleisch an den Bohrungen der DMS an.

LG AtlonXP

[af0815]

Nur der Druck zu DMS Einheiten ist linear. Das wird dir von den Herstellern garantiert. Was nicht garantiert wird ist der dabei verwendete Weg. Das bei 1000 Digits = 0.01mm zutreffen kann, muss aber bei 2000 Digits = 0.02mm nicht mehr zutreffen.

Wägezelle <> Wegezelle

[AtlonXP]

Es sieht trotzdem so aus als ob es passt!

LG AtlonXP

[mhier]

Hier gab es offensichtlich auf beiden Seiten Interpretationsfehler.

ich versuch mal auf dem Handy halbwegs zu antworten

Die Führungsschienen biegen sich natürlich nicht durch, bzw das wäre wirklich vernachlässigbar (vielleicht ne Atomdicke? ). Ebenfalls halte ich die Kraft durch deine Messuhr für vernachlässigbar in jeder Hinsicht.

Wenn ich deinen auf Aufbau richtig verstanden habe, misst du mit der Messuhr die Bewegung der Düsenunterkante, wenn du Kraft auf das Hotend durch das Filament mittels Extrudermotor ausübst. In dem Fall spielen die von mir zuletzt genannten Punkte sehr wohl eine Rolle. Das Filament drückt effektiv auf die Düse von innen. Die Gegenkraft wird durch die Führungsschiene aufgenommen (ich nehme mal an, dass diese sich nicht gegenüber deiner Messuhr bewegt). Alle Komponenten zwischen Führungsschiene und Düse sind also dieser Kraft ausgesetzt. Das gesamte Hotend demnach langgezogen (stauchen bezog sich auf die Kraft beim HBS), die Traverse (genau, ich meine das Blech zwischen den beiden DMS) wird durchgezogen, die DMS werden geschert und der Führungswagen etwas verkippt.

Wie gesagt, ich kenne die Größenordnungen der Beiträge nicht, gut möglich dass einiges vernachlässigbar ist. Physikalisch werden diese Effekte aber alle auftreten und auch messbar sein.

Wenn ich mir mal ansehe, wie dick die DMS an ihrer dünnsten Stelle sind und wie dick die Traverse, denke ich schon, dass wir da eine vergleichbare Größenordnung haben (zumal die Traverse viel länger ist und nicht noch S-förmig gebogen wird). Bei mir ist die Traverse sogar nur aus Abs, dafür allerdings auch viel dicker.

Die Längung des Hotend schätze ich als den kleinsten Effekt ein. Der Führungswagen wird zwar auch nicht stark kippen, aber da gibt es einen Hebelarm, der den Effekt verstärkt (Distanz Düse zu Mitte der Schiene, projiziert auf die Y-Achse).

[mhier]

Nur der Druck zu DMS Einheiten ist linear. Das wird dir von den Herstellern garantiert. Was nicht garantiert wird ist der dabei verwendete Weg. Das bei 1000 Digits = 0.01mm zutreffen kann, muss aber bei 2000 Digits = 0.02mm nicht mehr zutreffen.

Wägezelle <> Wegezelle

ich denke, das trifft auch zu, denn bei elastischer Deformation gilt die Feder-Gleichung Kraft = Federkonstante * Weg. Kraft und Weg hängen also proportional zusammen. Wenn es nichtlinear wird, bist du nicht mehr weit von einer permanenten Deformation entfernt -> DMS geht kaputt.