Bagaimana desain ini untuk pengambilan dan tempat PCB dasar?

Saya tidak memiliki pengalaman dengan desain mekanis yang serius, tetapi karena kebutuhan dan keingintahuan, saya mencoba membangun mesin pick and place (untuk proyek hobi saya serta produksi PCB volume rendah) - tetapi versi yang sangat mendasar dari itu, disesuaikan dengan aplikasi khas saya sendiri.

Spesifikasi: Saya mencoba membangun sistem dengan:

• Biaya <US $ 100 (tidak termasuk pengambilan vakum, mikroskop, dll.)
• Area papan / panel: Perkiraan. satu kaki persegi (tidak penting)
• Kecepatan sekitar 1 bagian dipetik dan ditempatkan dalam 5 detik (tidak penting).
• "Probe" (lihat gambar di bawah) dimaksudkan untuk menjadi pengangkat vakum (serta miniatur mikroskop digital USB terpasang)
• Resolusi / ukuran langkah 0,3 mm atau kurang (jejak kaki terkecil saya adalah 1206 resistor dan QFN 3 mm).
• Akurasi dan pengulangan tidak terlalu penting karena saya memiliki pengawasan visual / diperbesar dari proses melalui mikroskop USB.

Draf pertama saya tentang struktur yang sangat barebones, sejauh ini termasuk 3 steppers, 3 batang ulir, mikroskop USB, dan pengangkat vakum:

Operasi:

• Pada PC saya, untuk setiap bagian yang akan ditempatkan, saya menyimpan koordinat (X, Y) untuk reel tape yang sesuai serta koordinat untuk posisi target pada PCB.
• Motor / batang / pickup sumbu Y bergerak ke reel tape dan mengambil bagian, kemudian bergerak di sepanjang sumbu Y untuk mengkoordinasikan Y posisi posisi pada PCB.
• Motor / batang / PCB sumbu X bergerak di sepanjang sumbu X sehingga memungkinkan penyelarasan koordinat X juga.
• Motor / batang / bagian Z-axis turun ke PCB untuk menempatkan bagian, kemudian naik.
• Ulangi sampai selesai.
• Saya mengawasi kesalahan penempatan atau kehilangan sebagian, dll. Melalui mikroskop digital yang dilihat pada monitor PC saya.
• Jika ada penyesuaian yang perlu dilakukan selama ini, saya bisa berhenti secara manual dan menyesuaikan posisi / tindakan menggunakan komputer.

Ini pertanyaan saya :

1. Apakah pengaturan mekanis yang digambarkan di atas terlalu sederhana untuk menyelesaikan gerakan? Berdasarkan bacaan saya tentang beberapa literatur dan menonton beberapa video pick dan tempat, sistemnya terlihat jauh lebih rumit dalam bentuk build, dan juga hanya PCB atau gerakan pickup vakum, bukan keduanya - sedangkan di tambang, saya punya satu bergerak sepanjang sumbu X dan yang lainnya di sepanjang sumbu Y (untuk menyederhanakan tahap / build).

2. Apa yang akan menjadi penentu utama yang dapat Anda pikirkan yang akan memungkinkan resolusi 0,25 mm atau lebih baik? Saya kira pilihan stepper / motor yang bagus (mis. Langkah / revolusi) adalah permulaan.

3. Saya melihat ada satu cacat besar yang menggelikan: Rotasi salah satu dari tiga batang akan menyebabkan PCB atau pikap vakum, atau bagian yang diambil, masing-masing, diputar bersamaan dengan batang! Adakah modifikasi sederhana untuk menyelesaikan ini?

Banyak mesin pick dan tempat buatan sangat mirip dengan mesin penggilingan CNC, dan di sinilah Anda harus mengambil inspirasi Anda.

Mesin ini terdiri dari tiga sumbu linear, yang masing-masing terdiri dari:

• semacam bantalan linier atau rel untuk memungkinkan poros meluncur bebas.
• semacam motor untuk menggerakkan gerakan.

Kedua bagian ini mungkin akan menjadi bagian terbesar dari biaya alat berat Anda. Anggaran Anda sangat ketat; Anda melihat kurang dari $ 20 per sumbu! Saya tergoda untuk mengatakan bahwa ini tidak mungkin, tetapi saya membenci penentang, dan saya suka tantangan.

Seperti yang telah Anda tunjukkan, desain Anda cacat karena tidak ada yang benar-benar mencegah rotasi bagian pada batang berulir. Ini juga kehilangan sumbu putar penting yang diperlukan untuk memutar bagian ke arah yang benar sebelum penempatan. Beberapa desain menyiasatinya dengan menempatkan beberapa komponen, lalu meminta operator memutar PCB 90º, lalu menempatkan lebih banyak komponen, dll. Anda mungkin ingin mengambil opsi ini.

Masalah Anda sebenarnya adalah anggaran, dan Anda harus bekerja sangat keras untuk membuat banyak bagian sendiri (yang bisa Anda buat) atau menemukan bagian-bagian itu dengan harga murah (mungkin dari mesin yang rusak). Satu tempat yang Anda lihat adalah di printer lama. Mereka berisi rel linier yang cukup bagus yang bisa Anda selamatkan, termasuk motor cepat dan strip encoder.

Motor: Ada dua jenis motor yang dapat Anda pilih:

• Servo Motors. Anda pada dasarnya akan mengarang sendiri. Mereka terdiri dari motor DC, elektronik untuk menggerakkan motor, sensor untuk mengukur posisi motor, dan pengontrol yang menghitung berapa banyak daya yang diberikan ke motor untuk mendapatkannya ke posisi yang benar dengan cepat dan akurat.
• Motor Stepper. Motor jenis ini tidak berputar bebas, tetapi dapat diperintahkan untuk bergerak satu langkah pada satu waktu. Anda tidak memerlukan sensor posisi, tetapi Anda harus melacak dengan tepat berapa banyak langkah yang telah Anda buat di setiap arah untuk mengetahui dengan tepat di mana Anda berada, dan seberapa jauh Anda harus pergi untuk sampai ke posisi berikutnya.

Saya akan merekomendasikan pendekatan motor stepper. Sebagian besar mesin CNC kecil menggunakan ini. Anda juga harus mencoba menemukan driver yang mendukung beberapa langkah mikro. Ini tidak hanya meningkatkan resolusi Anda, tetapi juga membantu mengatasi resonansi pada kecepatan tertentu. Jika Anda ingin gerak cepat, maka Anda perlu akselerasi. Jika Anda berakselerasi, kemungkinan Anda akan mencapai kecepatan resonansi motor dan langkah yang terlewat.

Resolusi: Resolusi tinggi tidak terlalu sulit untuk dicapai. Misalnya, jika Anda menggunakan motor stepper dengan 200 langkah per revolusi, mengendarai batang berulir M8 (yang memiliki pitch 1,25mm) maka Anda dapat mengharapkan setiap langkah menghasilkan gerakan 1,25mm / 200 = 0,00625mm. Namun, itu tidak berarti bahwa mesin Anda akurat hingga 0,00625mm. Thread non-linearity, backlash, step drift, dan faktor lainnya akan berkonspirasi untuk meningkatkan kesalahan Anda.

Perangkat Lunak : Menulis perangkat lunak untuk mesin jenis ini tidak terlalu sulit, tetapi semuanya membutuhkan waktu. Mengapa tidak mengunjungi The Open PNP Project . Perangkat lunak mereka sudah penuh fitur.

Kompleksitas:Sayangnya, seperti semua proyek robotika, Anda memulai dengan tujuan besar kesederhanaan. Anda sering dapat membuat hal-hal sederhana bekerja dengan cepat, tetapi pada akhirnya Anda menemukan bahwa Anda memang membutuhkan cukup banyak kerumitan untuk membuat hal-hal bekerja dengan baik, andal dan untuk waktu yang lama. Tidak ada masalah khusus untuk memindahkan PCB pada satu sumbu, dan kepala bergerak pada sumbu lainnya. Orang mungkin berpikir bahwa memindahkan PCB akan mengguncang komponen, tetapi ini tidak akan menjadi masalah. Komponen biasanya sangat ringan (kecuali Anda menempatkan konektor besar atau IC sangat besar) dan mereka terjebak dalam gumpalan pasta solder. Saya sering dengan ceroboh menggerakkan PCB ke dalam oven reflow, dan saya belum pernah melihat bagian yang keluar dari tempatnya. Namun, jika Anda memiliki banyak bagian untuk ditempatkan, maka Anda memindahkan meja yang cukup besar, dan Anda

Angkat: Ini akan menjadi bagian mahal lainnya, kecuali jika Anda ingin mengisap tabung untuk mengambil setiap bagian. Pompa vakum bisa sangat mahal (jika anggaran Anda hanya $ 100) dan Anda juga akan membutuhkan katup. Anda juga mungkin harus membuat pick head yang dapat dilepas sehingga Anda dapat memilih bagian dengan ukuran berbeda. Bagian kecil membutuhkan tabung kecil (jelas) tetapi bagian besar membutuhkan tabung yang lebih besar karena lebih berat, dan membutuhkan lebih banyak area permukaan agar vakum dapat beroperasi.

Hal pertama yang muncul pada saya adalah pernyataan Anda bahwa pada dasarnya Anda tidak memiliki pengalaman desain mekanik. Beberapa hal yang hanya dapat Anda pelajari dengan melakukan. Bangun sesuatu!

Desain Anda pada dasarnya akan bekerja, tetapi saya yakin bahwa dengan sedikit pengalaman Anda akan memikirkan perbaikan. Jadi dapatkan beberapa leadscrew dan mur mur murah, skrup atau sabuk waktu dan buat satu tahap yang hanya menerjemahkan bolak-balik dengan akurasi yang Anda butuhkan. Bahkan mungkin dapat menggunakan toko perangkat keras batang dan mur berulir jika Anda selalu mendorong serangan balik. Bahkan, ada satu istilah yang Anda pasti perlu belajar untuk berurusan dengan: serangan balik.

Saya serius: sebelum Anda berpikir terlalu dalam tentang hal ini, buat sesuatu yang sederhana dengan slide laci dan batang berulir dan motor stepper. Biaya akan kurang dari $ 20 dan Anda akan belajar banyak.

Saya berurusan dengan kode untuk memindahkan mesin presisi dan sungguh menakjubkan betapa banyak peluang yang ada untuk hal-hal yang salah.