Como é esse design para uma escolha básica de PCB?

Não tenho experiência com nenhum projeto mecânico sério, mas por necessidade e curiosidade, estou tentando construir uma máquina de escolher e colocar (para meus projetos de hobby e produção de PCB de baixo volume) - mas uma versão muito básica de , personalizado para minhas próprias aplicações típicas.

Especificações: estou tentando criar o sistema com:

• Custo <US $ 100 (excluindo a coleta a vácuo, microscópio, etc.)
• Área da placa / painel: Aprox. um pé quadrado (não importante)
• Velocidade de cerca de 1 parte escolhida e colocada em 5 segundos (não importante).
• A "sonda" (veja a figura abaixo) destina-se a ser uma coleta a vácuo (bem como um microscópio digital USB em miniatura conectado)
• Resolução / tamanho da etapa de 0,3 mm ou menos (minhas menores pegadas são 1206 resistores e 3 mm QFNs).
• Precisão e repetibilidade não muito importantes, pois tenho supervisão visual / ampliada do processo via microscópio USB.

Meu primeiro rascunho de uma estrutura muito básica, até o momento, incluindo 3 steppers, 3 hastes roscadas, um microscópio USB e uma coleta a vácuo:

Operação:

• No meu PC, para cada peça a ser colocada, armazeno (X, Y) coordenadas para o rolo de fita correspondente e coordenadas para a posição de destino na PCB.
• O motor / haste / captador do eixo Y se move para o rolo de fita e pega a peça, depois se move ao longo do eixo Y para a coordenada Y da posição alvo na PCB.
• O motor / haste / PCB do eixo X se move ao longo do eixo X, de modo a permitir também o alinhamento da coordenada X.
• O motor / haste / peça do eixo Z desce para a placa de circuito impresso para colocar a peça e depois sobe.
• Repita até a conclusão.
• Supervisiono qualquer desalinhamento, falta de peças, etc., através do microscópio digital exibido no monitor do meu PC.
• Se precisar fazer algum ajuste durante isso, posso pausar e ajustar manualmente a posição / ação usando o computador.

Aqui estão as minhas perguntas :

1. A configuração mecânica desenhada acima é muito simples para realizar o movimento? Com base na minha leitura de alguma literatura e assistindo a alguns vídeos de escolha e locais, os sistemas parecem muito mais intrincados na forma de compilação, e também apenas o PCB ou o coletor a vácuo se move, não os dois - enquanto na minha, eu tenho um movimento ao longo do eixo X e o outro ao longo do eixo Y (para simplificar o estágio / construção).

2. Quais serão alguns dos principais fatores determinantes que possibilitarão a resolução de 0,25 mm ou melhor? Presumo que uma boa escolha de stepper / motor (por exemplo, etapas / revolução) seja um começo.

3. Vejo que existe uma falha risível: a rotação de qualquer uma das três hastes fará com que o PCB ou o coletor a vácuo, ou a parte colhida, respectivamente, sejam girados junto com a haste! Alguma modificação simples para resolver isso?

Muitas máquinas de escolher e colocar caseiras são muito semelhantes às fresadoras CNC, e é aí que você deve se inspirar.

A máquina consiste em três eixos lineares, cada um dos quais consiste em:

• algum tipo de rolamento ou trilho linear para permitir que o eixo deslize livremente.
• algum tipo de motor para acionar o movimento.

Essas duas partes provavelmente representam a maior parte do custo de sua máquina. Seu orçamento é extremamente apertado; você está olhando menos de US $ 20 por eixo! Fico tentado a dizer que isso é impossível, mas odeio opositores e adoro um desafio.

Como você já apontou, seu design é defeituoso porque não há realmente nada para impedir a rotação das peças nas hastes rosqueadas. Também está faltando o importante eixo rotativo necessário para girar as peças para a orientação correta antes da colocação. Alguns projetos contornam isso colocando algumas das peças e depois pedindo ao operador que gire a PCB 90º, depois colocando mais peças etc. Você pode optar por esta opção.

Seu verdadeiro problema é o orçamento, e você terá que trabalhar muito duro para fazer muitas das partes você mesmo (aquelas que você pode fazer) ou encontrar essas peças de forma barata (talvez de máquinas quebradas). Um lugar que você procura é em impressoras antigas. Eles contêm trilhos lineares bastante agradáveis ​​que você pode recuperar, incluindo um motor rápido e uma faixa de encoder.

Motores: Existem dois tipos de motores que você pode escolher:

• Servo Motors. Você basicamente estará inventando isso sozinho. Eles consistem em um motor de corrente contínua, componentes eletrônicos para acionar o motor, um sensor para medir a posição do motor e um controlador que calcula quanta energia aplicar ao motor para colocá-lo na posição correta com rapidez e precisão.
• Motores de passo. Esse tipo de motor não gira livremente, mas pode ser comandado para dar um passo de cada vez. Você não precisa de um sensor de posição, mas precisa acompanhar exatamente quantos passos você deu em cada direção para saber exatamente onde está e até onde precisa ir para chegar à sua próxima posição.

Eu recomendaria a abordagem do motor de passo. A maioria das pequenas máquinas CNC as utiliza. Você também deve tentar encontrar um driver que suporte alguns microstepping. Isso não apenas aumenta sua resolução, mas também ajuda a superar a ressonância em determinadas velocidades. Se você quer movimento rápido, precisará de aceleração. Se você estiver acelerando, provavelmente atingirá a velocidade ressonante do motor e perderá etapas.

Resolução: alta resolução não é tão difícil de alcançar. Por exemplo, se você estiver usando um motor de passo com 200 passos por rotação, acionando uma haste roscada M8 (que tem um passo de 1,25 mm), poderá esperar que cada passo produza 1,25 mm / 200 = 0,00625 mm de movimento. No entanto, isso não significa que sua máquina tenha precisão de 0,00625 mm. A não linearidade do encadeamento, a folga, o desvio de etapa e outros fatores conspiram para aumentar seu erro.

Software : Escrever o software para esse tipo de máquina não é tão difícil, mas tudo leva tempo. Por que não dar uma olhada no The Open PNP Project . O software deles já está cheio de recursos.

Complexidade:Infelizmente, como em todos os projetos de robótica, você começa com grandes objetivos de simplicidade. Muitas vezes, você pode fazer as coisas simples funcionarem rapidamente, mas acaba descobrindo que precisa de bastante complexidade para que as coisas funcionem bem, de forma confiável e por um longo tempo. Não há nenhum problema específico com a placa de circuito impresso se mover em um eixo e a cabeça em outro eixo. Pode-se pensar que o PCB em movimento sacudirá os componentes, mas é improvável que isso seja um problema. Os componentes geralmente são muito leves (a menos que você esteja colocando conectores grandes ou ICs muito grandes) e estão presos em uma gota de pasta de solda. Costumo manobrar desajeitadamente os PCBs no forno de refluxo e nunca vi uma peça deslizar para fora do lugar. No entanto, se você tiver muitas peças para colocar, estará movendo uma mesa bastante grande e você '

Coleta: Essa será outra peça cara, a menos que você queira sugar um tubo para pegar cada peça. As bombas de vácuo podem ser surpreendentemente caras (se o seu orçamento for de apenas US $ 100) e você também precisará de uma válvula. Você também pode precisar criar um cabeçote removível para poder escolher peças de tamanhos diferentes. As peças pequenas precisam de um tubo pequeno (obviamente), mas as peças grandes precisam de um tubo maior porque são mais pesadas e precisam de mais área de superfície para que o vácuo opere.

As primeiras coisas que me impressionam é a sua afirmação de que você não tem essencialmente experiência em design mecânico. Algumas coisas que você realmente pode aprender apenas fazendo. Construa algo!

Seu design funcionará basicamente, mas tenho certeza de que, com um pouco de experiência, você pensará em melhorias. Portanto, adquira parafusos e porcas, acopladores ou correias dentadas baratos e construa um único estágio que simplesmente se traduza com a precisão de que você precisa. Provavelmente, você pode usar barras e porcas roscadas em lojas de ferragens, se sempre empurrar a folga. De fato, há um termo com o qual você certamente precisará aprender a lidar: folga.

Estou falando sério: antes de pensar profundamente nisso, construa algo simples com corrediças da gaveta, haste roscada e um motor de passo. O custo será inferior a US $ 20 e você aprenderá toneladas.

Eu lido com o código para movimentar máquinas de precisão e é incrível quantas oportunidades existem para que as coisas dêem errado.