Come funziona questo design per un pick and place PCB di base?

Non ho esperienza con qualsiasi progetto meccanico serio, ma per necessità e curiosità, sto cercando di costruire una macchina pick and place (per i miei progetti di hobby e produzione di PCB a basso volume) - ma una versione molto semplice di esso, personalizzato per le mie applicazioni tipiche.

Specifiche: sto cercando di costruire il sistema con:

• Costo <US $ 100 (escluso il pickup al vuoto, il microscopio, ecc.)
• Area scheda / pannello: ca. un piede quadrato (non importante)
• Velocità di circa 1 parte raccolta e posizionata entro 5 secondi (non importante).
• La "sonda" (vedere la figura seguente) è concepita per essere un pickup a vuoto (nonché un microscopio digitale USB in miniatura collegato)
• Risoluzione / dimensioni del passo di 0,3 mm o meno (le mie impronte di parte più piccola sono 1206 resistori e 3 mm QFN).
• Precisione e ripetibilità non troppo importanti poiché ho una supervisione visiva / ingrandita del processo tramite il microscopio USB.

La mia prima bozza di una struttura molto barebone, finora include 3 stepper, 3 aste filettate, un microscopio USB e un pickup a vuoto:

Funzionamento:

• Sul mio PC, per ogni parte da posizionare, memorizzo le coordinate (X, Y) per la bobina del nastro corrispondente, nonché le coordinate per la posizione di destinazione sul PCB.
• Il motore / asta / pickup dell'asse Y si sposta sulla bobina del nastro e raccoglie la parte, quindi si sposta lungo l'asse Y fino alla coordinata Y della posizione target sul PCB.
• Il motore / asta / PCB dell'asse X si sposta lungo l'asse X in modo da consentire anche l'allineamento delle coordinate X.
• Il motore / asta / parte dell'asse Z scende sul PCB per posizionare la parte, quindi aumenta.
• Ripeti fino al completamento.
• Supervisiono eventuali disallineamenti o mancanze delle parti, ecc. Tramite il microscopio digitale visualizzato sul monitor del mio PC.
• Se è necessario apportare modifiche durante una di queste operazioni, posso semplicemente mettere in pausa manualmente e regolare la posizione / l'azione utilizzando il computer.

Ecco le mie domande :

1. La configurazione meccanica sopra disegnata è troppo semplice per realizzare il movimento? Sulla base della mia lettura di alcuni articoli letterari e della visione di alcuni video di pick e di luoghi, i sistemi sembrano molto più intricati nella forma di costruzione, e anche solo il PCB o il pickup del vuoto si muovono, non entrambi - mentre nel mio, ne ho uno in movimento lungo l'asse X e l'altro lungo l'asse Y (in modo da semplificare lo stadio / costruzione).

2. Quali saranno alcuni fattori determinanti che potresti pensare che renderanno possibile la risoluzione di 0,25 mm o migliore? Presumo che una buona scelta di stepper / motore (es. Passi / giro) sia un inizio.

3. Vedo che esiste un difetto risibile: la rotazione di una delle tre aste provoca la rotazione del PCB o del pickup del vuoto, o della parte prelevata, rispettivamente con l'asta! Qualche semplice modifica per risolvere questo?

Molte macchine pick and place fatte in casa sono molto simili alle fresatrici a controllo numerico, ed è qui che dovresti ispirarti.

La macchina è composta da tre assi lineari, ognuno dei quali è costituito da:

• una sorta di cuscinetto lineare o binario per consentire all'asse di scorrere liberamente.
• una sorta di motore per azionare il movimento.

Queste due parti costituiranno probabilmente la maggior parte del costo della tua macchina. Il tuo budget è estremamente limitato; stai guardando meno di $ 20 per asse! Sono tentato di dire che questo è impossibile, ma odio gli oppositori e amo una sfida.

Come hai già sottolineato, il tuo design è imperfetto perché non c'è davvero nulla che impedisca la rotazione delle parti sulle aste filettate. Manca anche l'importante asse rotante necessario per ruotare le parti nell'orientamento corretto prima del posizionamento. Alcuni progetti aggirano questo problema posizionando alcune parti, quindi chiedendo all'operatore di ruotare il PCB di 90º, quindi posizionando più parti, ecc. Potresti voler prendere questa opzione.

Il tuo vero problema è il budget, e dovrai lavorare molto duramente per creare tu stesso molte parti (quelle che puoi realizzare) o per trovare quelle parti in qualche modo a buon mercato (forse da macchine rotte). Un posto dove guardi è nelle vecchie stampanti. Contengono binari lineari piuttosto carini che puoi recuperare, tra cui un motore veloce e una striscia di encoder.

Motori: è possibile scegliere tra due tipi di motore:

• Servomotori Fondamentalmente li inventerai tu stesso. Sono costituiti da un motore a corrente continua, componenti elettronici per guidare il motore, un sensore per misurare la posizione del motore e un controller che calcola quanta potenza applicare al motore per portarlo nella posizione corretta in modo rapido e preciso.
• Motori passo-passo. Questo tipo di motore non gira liberamente, ma può essere comandato di muoversi di un passo alla volta. Non hai bisogno di un sensore di posizione, ma devi tenere traccia di quanti passi hai fatto in ogni direzione per sapere esattamente dove ti trovi e quanto devi andare per arrivare alla tua prossima posizione.

Consiglierei l'approccio del motore passo-passo. La maggior parte delle piccole macchine a controllo numerico li usa. Dovresti anche provare a trovare un driver che supporti alcuni microstepping. Questo non solo aumenta la risoluzione, ma aiuta anche a superare la risonanza a determinate velocità. Se vuoi un movimento veloce, allora avrai bisogno di accelerazione. Se stai accelerando, probabilmente colpirai la velocità di risonanza del motore e perderai i passaggi.

Risoluzione: l' alta risoluzione non è così difficile da raggiungere. Ad esempio, se stai usando un motore passo-passo con 200 passi per giro, guidando un'asta filettata M8 (che ha un passo di 1,25 mm), puoi aspettarti che ogni passo produca 1,25 mm / 200 = 0,00625 mm di movimento. Tuttavia, ciò non significa che la tua macchina abbia una precisione di 0,00625 mm. La non linearità del thread, il gioco, la deriva dei passi e altri fattori cospireranno per aumentare il tuo errore.

Software : scrivere il software per questo tipo di macchina non è così difficile, ma tutto richiede tempo. Perché non dai un'occhiata a The Open PNP Project . Il loro software è già pieno di funzionalità.

Complessità:Sfortunatamente, come per tutti i progetti di robotica, inizi con grandi obiettivi di semplicità. Spesso puoi far funzionare rapidamente le cose semplici, ma alla fine scopri che hai bisogno di molta complessità per far funzionare le cose bene, in modo affidabile e per lungo tempo. Non vi è alcun problema particolare quando il PCB si sposta su un asse e la testa si sposta su un altro asse. Si potrebbe pensare che il PCB in movimento scuoterà i componenti, ma è improbabile che ciò costituisca un problema. I componenti sono generalmente molto leggeri (a meno che non si stiano posizionando connettori di grandi dimensioni o circuiti integrati molto grandi) e sono bloccati in una massa di pasta per saldatura. Spesso maneggio goffamente i PCB nel forno di riflusso e non ho mai visto una parte scivolare fuori posto. Tuttavia, se hai molte parti da posizionare, stai spostando un tavolo abbastanza grande e

Pick up: questa sarà un'altra parte costosa, a meno che tu non voglia succhiare un tubo per raccogliere ogni parte. Le pompe per vuoto possono essere sorprendentemente costose (se il tuo budget è di soli $ 100) e avrai anche bisogno di una valvola. Potrebbe anche essere necessario creare una testa di prelievo rimovibile in modo da poter scegliere parti di dimensioni diverse. Le parti piccole hanno bisogno di un tubo piccolo (ovviamente) ma le parti grandi hanno bisogno di un tubo più grande perché sono più pesanti e hanno bisogno di più superficie per il funzionamento del vuoto.

Le prime cose che mi saltano fuori sono le tue affermazioni secondo cui non hai praticamente nessuna esperienza di progettazione meccanica. Alcune cose che puoi davvero imparare solo facendo. Costruisci qualcosa!

Il tuo design funzionerà fondamentalmente, ma sono sicuro che con anche una piccola esperienza penserai a miglioramenti. Quindi procurati delle viti e dei dadi, dei giunti o delle cinghie dentate economici e costruisci un unico stadio che si traduce semplicemente avanti e indietro con la precisione di cui hai bisogno. Probabilmente puoi anche usare l'asta e i dadi filettati del negozio di ferramenta se spingi sempre indietro il gioco. In effetti, c'è un termine che dovrai sicuramente imparare a gestire: contraccolpo.

Sono serio: prima di pensarci troppo a fondo, costruisci qualcosa di semplice con le guide dei cassetti e l'asta filettata e un motore passo-passo. Il costo sarà inferiore a $ 20 e imparerai tonnellate.

Mi occupo del codice per spostare i macchinari di precisione ed è incredibile quante opportunità ci sono per le cose che vanno male.