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调平与探针

调平不是一个动作，是三层：先让龙门/机架自身水平（多 Z 找平），再测床面形状（网格）， 最后定义 Z 零点（探针偏移）。顺序不能反 —— 上一层变了，下一层的测量全部作废。

大幅面机（1 m 以上 / 大喷嘴 / 混凝土）和桌面机是两套完全不同的方案，混用必踩坑。

一、先分层，再选方案

层 解决什么 手段 失效后果
L1 机架找平 龙门/横梁自身歪斜、四立柱不等高 Z_TILT_ADJUST（2 个 Z）/ QUAD_GANTRY_LEVEL（4 个 Z） 首层一边厚一边薄，网格怎么测都补不平
L2 床面形状 床板本身的凹凸、热变形 BED_MESH_CALIBRATE（网格补偿） 首层局部过高刮床 / 过低不粘
L3 Z 零点 喷嘴到床的实际间隙 PROBE_CALIBRATE → z_offset 整体首层偏高或偏低，靠手调救

关键关系：L2 的网格是「相对高度表」，它的基准面就是 L3 定义的 Z 零点。 所以 z_offset 一变，之前测的网格整体平移、直接作废。官方文档写得很直白： Prior to Mesh Calibration you will need to be sure that your Probe's Z-Offset is calibrated.

G28 → PROBE_CALIBRATE / TESTZ 逼近 → ACCEPT → SAVE_CONFIG
G28 → BED_MESH_CALIBRATE → BED_MESH_PROFILE SAVE=default

L1 又在 L2 之上：龙门没找平就去测网格，等于用一个歪的尺子量床面， 补偿量会被机架误差污染，越补越乱。

二、大幅面机的方案选型

1 m 以上的床，热变形量级是零点几毫米（实测：同一点冷床 +0.55 mm， 加热到 80 °C 变成 +0.94 mm，热变形约 0.4 mm）。这个尺度上「手动调平」和「单 Z 电机」都不成立。

方案 硬件成本量级 精度 扫描 1 m 床耗时 适用
多 Z（2–4）+ 电涡流探头 ⭐ 探头 300–500 元 + 每多一根 Z 电机约 200 元 ±20 μm ~30 s 大幅面首选；非接触、无磨损
多 Z + BLTouch 克隆 探头 ~40 元 + 电机 ~80 元 ±50 μm 级 3–5 min 预算卡死、不常换床
纯电感接近开关（PL-08N） 几十元 温漂 0.1 mm+ — 不推荐：冷热态偏差吃掉全部精度
单 Z + 手动 0 — — 不成立：龙门必然一头高一头低

混凝土 / 颗粒料打印的特殊约束

大喷嘴会粘料，常规接触式探针没法戳（戳一下带一坨料走）。三条路：

  1. 激光测距（如 Panasonic HG-C1030 一类，约 800 元）—— 非接触，粘料无所谓
  2. 首层视觉补偿 —— 摄像头拍首层，偏差反馈回 G-code
  3. 龙门找平必须做 —— 用机械限位块 + 编码器绝对定位

三、四 Z 调平的四个硬规则（quad_gantry_level）

这四条都是「不知道就一定会把机器拧坏」的级别。

规则 1：gantry_corners 的顺序 = 电机顺序

[quad_gantry_level]
gantry_corners:      # 顺序 ↔ 电机，绝不能错
   1100,800          #   → stepper_z    (DRIVER0)
   1100,100          #   → stepper_z1   (DRIVER1)
   -100,100          #   → stepper_z2   (DRIVER2)
   -100,800          #   → stepper_z3   (DRIVER3)
points: 950,750 / 950,150 / 50,150 / 50,750
speed: 100
horizontal_move_z: 20

角位与 stepper_z / z1 / z2 / z3 的对应关系必须现场逐根核对。 反了的后果不是报错，是四根立柱朝互相相反的方向扭转，把龙门拧变形。

同理，给 gear_ratio / rotation_distance 时四个 Z 必须一起改， 漏一个 ⇒ 同一段 G28 Z 里四电机按不同比例走。

规则 2：points 必须落在四角围成的矩形内

Klipper 要求探测点在 gantry_corners 围成的矩形内。出界不报错，而是外推， 误差被放大。报错信息是 Probe points outside gantry corners。

立柱常装在行程之外（比如 X −100 / 1100 而行程是 0–1000），所以取点要往里收：

项 立柱位置 取点
X −100 / 1100 50 / 950（各收 50 避开软限位）
Y 100 / 800 150 / 750

[bed_mesh] 的 mesh_min/mesh_max 应与 QGL 的 points 对齐， 否则网床测量范围出界，边缘照样外推。

⚠️ 结构性限制：立柱 Y 只跨 100–800 而机床 Y 行程 1000 ⇒ Y < 100 / Y > 800 的台面 本身调平覆盖不到，这是机械决定的，靠改配置解决不了。

规则 3：只有 1 个 Z 端停时，「端停当探针」要三处联动

四 Z 机常常只装一个 Z 限位开关。要把它当床探针用，必须同时改三处：

[stepper_z]
endstop_pin: probe:z_virtual_endstop   ; 原 ^PD11 —— 引脚交给 probe 管
# position_endstop: -13                  ; 注释掉，改由 probe 的 z_offset 决定

[probe]
pin: ^PD11        ; 就是原来 Z 端停那个脚
z_offset: -13     ; 与旧 position_endstop 对齐 ⇒ 归零后坐标不变
  • 只把 [probe] pin 写成 PD11 而不改 [stepper_z] endstop_pin ⇒ 启动报 pin PD11 used multiple times
  • z_offset 取旧 position_endstop 的值，是为了让 G28 Z 之后坐标仍显示 0（不改变已有坐标系）
  • 常闭探针保留 ^!，常开去掉 !；x_offset / y_offset 按探针相对喷嘴的实际位置填

规则 4：Mainsail 里看不到按钮 = 配置没加载，不是配置错

症状：printer.cfg 里已经写了 [quad_gantry_level]，Mainsail 左侧 MACHINE → Tools 里却没有按钮。

原因：Klipper 没重启。Mainsail 的按钮是从 Klipper 内存里的对象列表生成的。 核对方法：printer.cfg 的 mtime 晚于 Klipper 进程启动时间 ⇒ 就是没加载。

处理：FIRMWARE_RESTART。重启后起不来，优先看两类错误：

  • pin ... used multiple times（规则 3）
  • Probe points outside gantry corners（规则 2）

四、最隐蔽的失效：探针下探余量 = 0

这是「探针没坏、点位也测得到，但第二点就报 No trigger on probe after full movement」 的真根因，非常容易被误判成硬件故障。

机理

下探目标高度 = [stepper_z] position_min           (probe.py: descend_until_trigger → lookup_minimum_z)
探针归零后触发瞬间的喷嘴坐标 = [probe] z_offset
⇒ 可探条件：bed_z ≥ position_min − z_offset

两个值重合（余量 0）时，只有比归零中心高的点能探到，低 0.05 mm 就报 No trigger。

现场特征（可用来识别这个坑）

probe: at 50.000,50.000 bed will contact at z=0.940625   ← 第1点（中心）正常触发
probe: at 50.000,50.000 bed will contact at z=0.931250   ← samples=2 也正常
!! No trigger on probe after full movement               ← 第2点（远端）挂
// Klipper state: Shutdown

判据：中心点每次成功、远端点每次失败，且远端床面比中心低 → 就是余量问题，不是探针坏。

另一个旁证：z_offset = 0 期间同样的 Z_TILT_ADJUST 连续 8 次全部成功； 改成负值之后一次都没成功过。

修法

[stepper_z]
position_min: -15     # 原 -5；与 z_offset=-5 配合得到 10 mm 余量

更干净的路子是重标 z_offset：正常应为正值；出现负值本身说明喷嘴零位关系不对 （首层高度会整体偏），重标后设 position_min = z_offset − 8。

余量留多少？按热变形量级算：冷床 +0.55 → 热床 80 °C +0.94，约 0.4 mm 变形， 再给装配误差和探测重复性留量 —— 5 mm 是下限不是目标。

五、涡流位移传感：为什么能在冷端测喷嘴

消费级标杆（Bambu Lab A1 系列）被普遍误称为「load cell / 应变片」， 实际是涡流位移传感器 + 弹簧浮动热端：

喷嘴触床 → 热端被床面顶起（轴向浮动）→ 散热鳍与涡流线圈间隙变小
→ 线圈阻抗/谐振频率变化 → 触发「已接触」→ 记录 Z 零点
  • 热端（喷嘴 + 加热块 + 散热鳍 + 热断一体）由卡扣 + 防转盘固定， 允许轴向滑动但不旋转
  • 涡流线圈装在挤出机与热端之间、热端正上方（冷区），测散热鳍顶面的位移
  • 一感多用：Z 归零、床面网格（最高 21×21）、熔体背压 → 自动压力提前（PA）

三代产品的技术路线对照

机型 调平传感器 探测方式 首层/流量检测
A1 / A1 mini 工具头涡流线圈（测散热鳍位移） 喷嘴触床 + 浮动热端 同传感器测熔体背压 → 自动 PA
X1 / X1C 热床下 3 个压电陶瓷力传感器 + 预紧弹簧 喷嘴按压热床 力传感器网格 + 微 LiDAR 复核
P1 / P1S 同 X1 床下力传感器 同 X1 无 LiDAR

四条核心优势

  1. 零探针偏置 —— 测的就是喷嘴触床，无 z_offset 标定，换板不用重调
  2. 传感器在冷端 —— 测散热鳍顶面（风扇强制冷却），避开 250 °C 高温区
  3. 无机械探针 —— 没有伸缩针，可靠、快（所以敢做 21×21 密集网格）
  4. 一感多用 —— 归零 + 网格 + 熔体压力自动 PA + 打印中实时监测

代价：热端必须轴向浮动（降低刚性，装配纪律要求高）；传感器靠近热源有温漂。

温度补偿的四条做法

  • 归零时喷嘴须 ≤ 140 °C —— 保证热膨胀状态一致
  • 传感器冷区化 —— 测散热鳍而非加热块
  • 判定用信号突变（微分判据）而非绝对值 —— 抗基线漂移
  • 每次归零/调平重新建立基线（tare）

移植到 1.5 mm 颗粒热端：力程放大 10 倍

这是不能直接抄的关键差异：

喷嘴 熔体背压
0.4 mm 2.5–3.8 N
1.5 mm 35–53 N（F = P × A，约 10 倍）
  • 探测小力（几 N）+ 挤出大力（几十 N）方向相反，量程跨度大，弹簧刚度要重新设计
  • 浮动系统对重热端（马达 + 减速 + 料筒）固有频率低，要加阻尼
  • 压力—位移传递函数必须随整机标定 —— 不能抄原厂 K 值

最值得抄的是架构：浮动热端 + 冷端位移传感 + 微分触发。开源可参照 Prusa MK4/XL 的 loadcell、Voron TAP（磁力耦合位移）、BDPressure（350 Ω 应变片 + 惠斯通电桥）。

面包板原型的低成本验证路线

方案 元件 成本
LDC1612/LDC1614 模块（推荐） TI 电感数字转换器，免自搭振荡电路；自绕 Φ10 mm 空心线圈（0.2 mm 漆包线 15–20 圈），ESP32/Arduino SPI 读 ~20 元
74HC14 施密特触发器 线圈 L + 100 pF 电容并联成 LC 谐振，74HC14 维持自激；金属靠近 → 涡流损耗 → 等效电感减小 → 频率升高；单片机定时器输入捕获测频 ~2 元

测试顺序（顺序很重要）：频率—距离标定曲线（3/2/1.5/1/0.5/0.2/0 mm 逐档，确认单调） → 温漂测试 → 触发阈值与滞回标定。

⚠️ 涡流方案对非金属床无效（玻璃台面等），上方案前先确认床材质。

六、压力称重调平：Creality 路线的两个坑

桌面机另一条主流路线是床下 4 路 HX711 称重，喷嘴触床产生力信号触发 Z。 好处是无需探针、探测点就是喷嘴；坏处是软件闭源、易出「保存了不生效」的问题。

坑 1：模块压根不读 z_offset

实测取证链（这是典型形态，值得记住怎么查）：

步骤 结果
① 屏上点「保存 Z offset」 ✅
② 发出 Z_OFFSET_APPLY_PROBE ✅ 日志有
③ probe.py 写进 [prtouch_v2] z_offset ✅ save_config: set ... z_offset = -1.100
④ SAVE_CONFIG 写进 printer.cfg #*# 段 ✅
⑤ 下次 G28，模块读这个值 ❌ 它压根不读

模块内硬编码 def get_position_endstop(self): return 0；它真正读的参数列表里没有 z_offset。 而「保存」之所以看起来成功，是因为该机的 probe 对象挂在这个 section 名下， Klipper 的通用保存机制认得这个名字 —— 名字对了，对面没人接。

旁证：历史值 -0.350 → -0.800 → -1.700 → -1.100 乱跳 = 每次都在重新猜， 没有任何反馈闭环。

真正决定 Z 基准的杠杆是模块自己的补偿参数（如喷嘴热膨胀补偿 noz_ex_com）+ 网床。

三条出路：

方案 做法 评价
A 通用 Z 偏移持久化 [save_variables] + 自定义 ZCOMP_SAVE/ZCOMP_APPLY，PRINT_START 里 G28 后套用 最稳、不碰第三方模块；换机要重配
B 改模块自己认的参数 改补偿系数 = 整体平移 Z 基准 要手算差值，SAVE_CONFIG 才生效
C 给模块打补丁 让它认 z_offset 最「正确」，但要改第三方模块归零逻辑

坑 2：打补丁时的四个陷阱

  1. 必须完整重启 Klipper 进程 —— Python 模块缓存，RESTART 不够。 验证：看 .pyc 的重新编译时间。
  2. 补丁生效前先清垃圾值 —— 把 #*# 段里累积的旧 offset 归零。 否则补丁一生效，那个「不生效时期」攒下的 -1.100 会真的生效，首层直接悬空 1.1 mm。
  3. 符号约定 —— 负值 = 喷嘴抬高（与标准 [probe] 语义一致）。
  4. 旧暂存会覆盖现场改动 —— 下载过的 /tmp/printer.cfg 里还带旧值， 直接套用会把归零又写回旧数。

七、BLTouch：引脚复用与混用限位

引脚复用规则（源码级）

Klipper 的 pins.py：同一引脚只有「用法类型 + 极性都相同」才允许复用。

场景 结果
[stepper_x]/[stepper_y] 共用 enable_pin: !PC15 ✅
[stepper_z]/[stepper_z1] 共用 endstop_pin: !PB13 ✅
BLTouch 的 control_pin 撞上 enable_pin: !PB6 ❌ pin PB6 used multiple times
断料检测的 switch_pin 撞上风扇 pin: PA1 ❌

另一个机制：重复 section 不报错，后面的覆盖前面的 （RawConfigParser(strict=False)，注释写 overrides apply linearly）。 ⇒ 不要靠「重复段」兜底，stepper_z 应在原地改，而不是新增第二个 [stepper_z]。

★ Can't add signal that is already active 的真根因

这个报错看着像信号/中断问题，实际是一轴上混用了两种限位：

  1. 出处 src/trsync.c：同一路 trigger-sync 只能挂一个信号
  2. 全固件只有 stepper_stop_on_trigger 会挂信号 —— 挂的是步进电机 ⇒ 问题在「电机 ↔ 限位/归零」的装配，与引脚、PWM 无关
  3. 官方明确禁止一轴混用（homing.py）： Can't home to mix of probe:z_virtual_endstop rails
  4. 典型触发：把 [stepper_z] 改成 probe:z_virtual_endstop 后， [stepper_z1] 还留着机械 endstop_pin: !PB13 ⇒ 轴上变成「探针 + 机械」两个不同限位

改之前不报错，是因为两个 Z 电机共用同一个引脚，Klipper 按引脚名把它合并成一个限位。

修法（一处）：[stepper_z1] 里注释掉 endstop_pin —— 双 Z 的第二个电机不参与归零。 改完执行 FIRMWARE_RESTART（不是 RESTART）。

BLTouch 分步验证流程

顺序：先控制脚、再信号脚、再精度、最后标定。

FIRMWARE_RESTART                        # 先从 shutdown 恢复
BLTOUCH_DEBUG COMMAND=pin_down          # 针伸出 + 红灯灭
BLTOUCH_DEBUG COMMAND=pin_up            # 针收回 + 红灯亮
BLTOUCH_DEBUG COMMAND=self_test         # 完整自检
# 信号脚：pin_down → 指甲轻顶上顶 → QUERY_PROBE 应 TRIGGERED
PROBE_ACCURACY SAMPLES=20 PROBE_SPEED=2 # 标准差 < 0.01 mm 算好；range > 0.05 mm 说明干扰大
G28                                     # 探针下降时用指甲顶住，机器应立刻停
PROBE_CALIBRATE → TESTZ Z=-0.1 → … → ACCEPT → SAVE_CONFIG

判据：两次 QUERY_PROBE 都 open 或都 TRIGGERED ⇒ 信号线 / 上拉 / 配置问题， 不是机械问题。

校准宏（最小可用版）

[gcode_macro Z_OFFSET_CALIBRATE]
description: Z偏移校准：归零 → 移到床中心 → 进入 PROBE_CALIBRATE
variable_center_x: None          # None = 自动取行程中心
variable_center_y: None
variable_travel_z: 20            # 安全高度，跑之前确认平台上没有超过 20 mm 的夹具
gcode:
    {% set amin = printer.toolhead.axis_minimum %}
    {% set amax = printer.toolhead.axis_maximum %}
    {% set cx = center_x if center_x is not none else (amin.x|float + amax.x|float) / 2.0 %}
    {% set cy = center_y if center_y is not none else (amin.y|float + amax.y|float) / 2.0 %}
    M117 Z校准：归零中...
    G28
    G1 Z{travel_z} F600
    G1 X{cx} Y{cy} F6000
    M117 Z校准：TESTZ 微调
    PROBE_CALIBRATE

八、什么时候两者同时失效

这些操作会让 z_offset 和 bed mesh 同时作废，做完必须重跑全流程：

  • 拆装 / 挪动探针
  • 换喷嘴
  • 动床螺丝
  • 跑 Z_TILT_ADJUST / QUAD_GANTRY_LEVEL / DELTA_CALIBRATE（探针有 X/Y 偏移时）

还有一个最容易被忽略的：温度必须一致。探针触发高度随温度漂移， 要么都在室温下做、要么都在打印温度下且等热稳定 —— 混着做等于白做。

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