Wie ist dieses Design für eine einfache Bestückung von Leiterplatten?

Ich habe keine Erfahrung mit ernsthaften mechanischen Konstruktionen, aber aus Notwendigkeit und Neugierde versuche ich, eine Bestückungsmaschine (für meine Hobbyprojekte sowie für die Produktion von Leiterplatten in kleinen Stückzahlen) zu bauen - aber eine sehr einfache Version von es, angepasst an meine eigenen typischen Anwendungen.

Technische Daten: Ich versuche, das System mit folgenden Komponenten aufzubauen:

• Kosten <100 US-Dollar (ohne Vakuum-Aufnehmer, Mikroskop usw.)
• Brett- / Plattenfläche: Ca. ein Quadratfuß (nicht wichtig)
• Geschwindigkeit von ca. 1 Teil aufgenommen und innerhalb von 5 Sekunden platziert (nicht wichtig).
• Die "Sonde" (siehe Abbildung unten) ist als Vakuum-Aufnehmer (sowie als angeschlossenes Miniatur-USB-Digitalmikroskop) vorgesehen.
• Auflösung / Schrittweite von 0,3 mm oder weniger (meine kleinste Teilfläche sind 1206 Widerstände und 3 mm QFNs).
• Genauigkeit und Wiederholbarkeit sind nicht allzu wichtig, da ich den Prozess über das USB-Mikroskop visuell / vergrößert überwachen kann.

Mein erster Entwurf einer sehr barebonen Struktur, bisher bestehend aus 3 Steppern, 3 Stangen mit Gewinde, einem USB-Mikroskop und einem Vakuum-Aufnehmer:

Betrieb:

• Auf meinem PC speichere ich für jedes zu platzierende Teil (X, Y) -Koordinaten für die entsprechende Bandspule sowie Koordinaten für die Zielposition auf der Leiterplatte.
• Der Motor / die Stange / der Aufnehmer der Y-Achse bewegt sich zur Bandspule und nimmt das Teil auf und bewegt sich dann entlang der Y-Achse zur Y-Koordinate der Zielposition auf der Leiterplatte.
• Der X-Achsen-Motor / die Stange / die Leiterplatte bewegt sich entlang der X-Achse, um auch die X-Koordinatenausrichtung zu ermöglichen.
• Der Motor / Stab / Teil der Z-Achse senkt sich zur Leiterplatte, um das Teil zu platzieren, und steigt dann an.
• Wiederholen Sie dies bis zur Fertigstellung.
• Ich überwache alle Fehlausrichtungen, Teilefehler usw. über das digitale Mikroskop, das auf meinem PC-Monitor angezeigt wird.
• Wenn währenddessen Anpassungen vorgenommen werden müssen, kann ich die Position / Aktion einfach manuell unter Verwendung des Computers anhalten und anpassen.

Hier sind meine Fragen :

1. Ist der oben dargestellte mechanische Aufbau zu einfach, um die Bewegung auszuführen? Nach dem Lesen von Literatur und dem Anschauen von Videos von Pick-and-Place-Vorgängen sehen die Systeme sehr viel komplizierter aus, und außerdem bewegt sich entweder nur die Leiterplatte oder der Vakuum-Aufnehmer, nicht beides - wohingegen ich bei mir nur eine Bewegung habe entlang der X-Achse und der anderen entlang der Y-Achse (um die Bühne / den Bau zu vereinfachen).

2. Welche Schlüsselfaktoren können Sie sich vorstellen, die eine Auflösung von 0,25 mm oder besser ermöglichen? Ich gehe davon aus, dass eine gute Auswahl an Schrittmotoren (z. B. Schritte / Umdrehungen) ein Start ist.

3. Ich sehe, dass es einen lächerlich großen Fehler gibt: Wenn einer der drei Stäbe gedreht wird, wird die Leiterplatte oder der Vakuum-Aufnehmer bzw. der aufgenommene Teil zusammen mit dem Stab gedreht! Irgendeine einfache Modifikation, um dies zu lösen?

Viele selbst gefertigte Bestückungsautomaten sind CNC-Fräsmaschinen sehr ähnlich. Hier sollten Sie sich inspirieren lassen.

Die Maschine besteht aus drei Linearachsen, von denen jede aus Folgendem besteht:

• eine Art Linearlager oder Schiene, damit die Achse frei gleiten kann.
• eine Art Motor, um die Bewegung zu betätigen.

Diese beiden Teile machen wahrscheinlich den größten Teil der Kosten Ihrer Maschine aus. Ihr Budget ist extrem knapp. Sie sehen weniger als 20 US-Dollar pro Achse! Ich bin versucht zu sagen, dass dies unmöglich ist, aber ich hasse Neinsager und ich liebe eine Herausforderung.

Wie Sie bereits betont haben, ist Ihr Design fehlerhaft, da nichts die Drehung der Teile auf den Gewindestangen wirklich verhindert. Es fehlt auch die wichtige Drehachse, die erforderlich ist, um die Teile vor dem Platzieren in die richtige Ausrichtung zu drehen. Einige Konstruktionen umgehen dies, indem sie einige Teile platzieren, dann den Bediener auffordern, die Leiterplatte um 90 ° zu drehen, dann weitere Teile zu platzieren usw. Möglicherweise möchten Sie diese Option nutzen.

Ihr wirkliches Problem ist das Budget, und Sie werden sehr hart arbeiten müssen, um entweder viele der Teile selbst herzustellen (die, die Sie herstellen können) oder diese Teile auf irgendeine Weise billig zu finden (vielleicht von defekten Maschinen). Ein Ort, den Sie suchen, ist in alten Druckern. Sie enthalten sehr schöne lineare Schienen, die Sie retten können, einschließlich eines schnellen Motors und eines Encoderstreifens.

Motoren: Es stehen zwei Motortypen zur Auswahl:

• Servomotor. Sie werden diese im Grunde selbst erfinden. Sie bestehen aus einem Gleichstrommotor, einer Elektronik zum Antreiben des Motors, einem Sensor zum Messen der Motorposition und einer Steuerung, die berechnet, wie viel Leistung an den Motor angelegt werden muss, um ihn schnell und genau in die richtige Position zu bringen.
• Schrittmotoren. Dieser Motortyp dreht sich nicht frei, sondern kann so gesteuert werden, dass er sich schrittweise bewegt. Sie benötigen keinen Positionssensor, müssen jedoch genau nachverfolgen, wie viele Schritte Sie in jede Richtung ausgeführt haben, um genau zu wissen, wo Sie sich befinden, und wie weit Sie gehen müssen, um zu Ihrer nächsten Position zu gelangen.

Ich würde den Schrittmotor-Ansatz empfehlen. Die meisten kleinen CNC-Maschinen verwenden diese. Sie sollten auch versuchen, einen Treiber zu finden, der einige Mikroschritte unterstützt. Dies erhöht nicht nur Ihre Auflösung, sondern hilft auch dabei, Resonanzen bei bestimmten Geschwindigkeiten zu überwinden. Wenn Sie Zeitraffer wollen, brauchen Sie Beschleunigung. Wenn Sie beschleunigen, werden Sie wahrscheinlich die Resonanzgeschwindigkeit des Motors treffen und Schritte verpassen.

Auflösung: Hohe Auflösung ist nicht so schwer zu erreichen. Wenn Sie beispielsweise einen Schrittmotor mit 200 Schritten pro Umdrehung verwenden und eine M8-Gewindestange (mit einer Steigung von 1,25 mm) antreiben, können Sie davon ausgehen, dass jeder Schritt eine Bewegung von 1,25 mm / 200 = 0,00625 mm erzeugt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Ihre Maschine auf 0,00625 mm genau ist. Nichtlinearität des Gewindes, Spiel, Stufendrift und andere Faktoren verstärken Ihren Fehler.

Software : Das Schreiben der Software für diese Art von Maschine ist nicht so schwierig, aber alles braucht Zeit. Schauen Sie sich das Open PNP-Projekt an . Ihre Software ist bereits voll von Funktionen.

Komplexität:Leider beginnen Sie wie bei allen Robotikprojekten mit großen Zielen der Einfachheit. Es ist oft möglich, dass einfache Dinge schnell funktionieren, aber irgendwann stellt sich heraus, dass Sie eine Menge Komplexität benötigen, um die Dinge zuverlässig und langfristig zum Laufen zu bringen. Es gibt kein besonderes Problem, wenn sich die Leiterplatte um eine Achse und der Kopf um eine andere Achse bewegt. Man könnte denken, dass die sich bewegende Leiterplatte die Komponenten erschüttert, aber dies ist wahrscheinlich kein Problem. Die Komponenten sind normalerweise sehr leicht (es sei denn, Sie platzieren große Steckverbinder oder sehr große ICs) und sie stecken in einem Klecks Lötpaste. Ich bin oft ungeschickt damit umgegangen, Leiterplatten in den Reflow-Ofen zu befördern, und ich habe noch nie gesehen, dass ein Teil nicht richtig sitzt. Wenn Sie jedoch viele Teile platzieren müssen, bewegen Sie einen ziemlich großen Tisch herum, und Sie

Abholen: Dies wird ein weiteres teures Teil, es sei denn, Sie möchten an einem Schlauch saugen, um jedes Teil aufzunehmen. Vakuumpumpen können überraschend teuer sein (wenn Ihr Budget nur 100 US-Dollar beträgt) und Sie benötigen auch ein Ventil. Möglicherweise müssen Sie auch einen abnehmbaren Aufnahmekopf herstellen, damit Sie Teile unterschiedlicher Größe entnehmen können. Kleine Teile benötigen (offensichtlich) eine kleine Röhre, große Teile benötigen jedoch eine größere Röhre, da sie schwerer sind und mehr Oberfläche benötigen, damit das Vakuum funktioniert.

Das erste, was mir auffällt, ist Ihre Aussage, dass Sie im Wesentlichen keine Erfahrung mit mechanischem Design haben. Einige Dinge können Sie wirklich nur lernen, indem Sie sie tun. Baue etwas!

Ihr Design wird grundsätzlich funktionieren, aber ich bin mir sicher, dass Sie mit ein wenig Erfahrung an Verbesserungen denken werden. Holen Sie sich also günstige Gewindespindeln und -muttern, Kupplungen oder Zahnriemen und bauen Sie eine einzige Stufe, die sich einfach mit der von Ihnen benötigten Genauigkeit hin und her bewegen lässt. Kann wahrscheinlich sogar Hardware-Shop Gewindestange und Muttern verwenden, wenn Sie immer Spiel herausdrücken. In der Tat gibt es einen Begriff, den Sie unbedingt lernen müssen: Spiel.

Ich meine es ernst: Bevor Sie zu tief darüber nachdenken, bauen Sie etwas Einfaches mit Schubladenführungen und Gewindestange und einem Schrittmotor. Die Kosten werden unter 20 US-Dollar liegen und Sie werden Tonnen lernen.

Ich beschäftige mich mit Code, um Präzisionsmaschinen zu bewegen, und es ist erstaunlich, wie viele Möglichkeiten es gibt, Dinge falsch zu machen.