การออกแบบนี้สำหรับการเลือกและวาง PCB พื้นฐานเป็นอย่างไร

ฉันไม่มีประสบการณ์ใด ๆ กับการออกแบบทางกลไกที่รุนแรง แต่ด้วยความจำเป็นและความอยากรู้อยากเห็นฉันพยายามสร้างเครื่องหยิบและวาง (สำหรับโครงการงานอดิเรกของฉันรวมถึงการผลิต PCB ในปริมาณต่ำ) - แต่เป็นรุ่นพื้นฐานมาก ปรับแต่งให้เหมาะกับการใช้งานทั่วไปของฉันเอง

รายละเอียด:ฉันพยายามสร้างระบบด้วย:

• ราคา <US $ 100 (ไม่รวมเครื่องดูดฝุ่น, กล้องจุลทรรศน์, ฯลฯ )
• พื้นที่บอร์ด / แผง: ประมาณ หนึ่งตารางฟุต (ไม่สำคัญ)
• ความเร็วประมาณ 1 ส่วนหยิบและวางภายใน 5 วินาที (ไม่สำคัญ)
• "โพรบ" (ดูรูปด้านล่าง) มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นตัวรวบรวมสุญญากาศ (รวมถึงกล้องจุลทรรศน์ดิจิตอล USB ขนาดเล็กที่ต่ออยู่)
• ความละเอียด / ขั้นตอนขนาด 0.3 มม. หรือน้อยกว่า (ส่วนที่เล็กที่สุดของฉันคือ 1206 ตัวต้านทานและ 3 มม. QFNs)
• ความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำไม่สำคัญเกินไปเนื่องจากฉันมีการกำกับดูแลแบบเห็นภาพ / ขยายของกระบวนการผ่านกล้องจุลทรรศน์ USB

ร่างแรกของฉันของโครงสร้างที่เปลือยเปล่ามากรวมถึง 3 steppers, 3 แท่งเกลียว, กล้องจุลทรรศน์ USB และกระบะดูด:

การดำเนินงาน:

• บนพีซีของฉันสำหรับแต่ละส่วนที่จะวางฉันเก็บพิกัด (X, Y) สำหรับรีลเทปที่สอดคล้องกันรวมถึงพิกัดสำหรับตำแหน่งเป้าหมายบน PCB
• แกนมอเตอร์ / แกน / แกน Y เคลื่อนไปที่ม้วนเทปและหยิบชิ้นส่วนขึ้นมาจากนั้นเลื่อนไปตามแกน Y เพื่อกำหนดพิกัด Y ของตำแหน่งเป้าหมายบน PCB
• มอเตอร์แกน X / แกน / PCB เคลื่อนที่ไปตามแกน X เพื่อให้การจัดตำแหน่งพิกัด X เกินไป
• มอเตอร์แกน Z / แกน / ชิ้นส่วนลงไปยัง PCB เพื่อวางชิ้นส่วนแล้วเพิ่มขึ้น
• ทำซ้ำจนกว่าจะเสร็จ
• ฉันควบคุมการจัดตำแหน่งผิดพลาดหรือส่วนที่ผิดพลาด ฯลฯ ผ่านไมโครสโคปแบบดิจิตอลที่ดูบนหน้าจอพีซีของฉัน
• หากจำเป็นต้องทำการปรับใด ๆ ในระหว่างนี้ฉันสามารถหยุดและปรับตำแหน่ง / การกระทำด้วยตนเองโดยใช้คอมพิวเตอร์

นี่คือคำถามของฉัน :

1. การตั้งค่ากลไกถูกดึงขึ้นมาง่ายเกินไปที่จะทำให้การเคลื่อนไหวสำเร็จหรือไม่? จากการอ่านวรรณกรรมของฉันและดูวิดีโอบางเรื่องเกี่ยวกับการเลือกและสถานที่ระบบดูซับซ้อนมากขึ้นในรูปแบบการสร้างและยังมีเพียง PCB หรือการเคลื่อนย้ายกระบะสุญญากาศไม่ใช่ทั้งสองอย่าง - ในขณะที่ฉันมีการเคลื่อนไหว ตามแกน X และอีกแกนตามแกน Y (เพื่อทำให้สเตจ / บิลด์ง่ายขึ้น)

2. อะไรจะเป็นปัจจัยกำหนดที่สำคัญที่คุณสามารถนึกได้ว่าจะทำให้ได้ความละเอียด 0.25 มม. หรือดีกว่า ฉันคิดว่าเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับสเต็ปเปอร์มอเตอร์ (เช่นขั้นตอน / การปฏิวัติ) เป็นการเริ่มต้น

3. ฉันเห็นว่ามีข้อบกพร่องสำคัญที่น่าหัวเราะอย่างหนึ่ง: การหมุนของแท่งสามอันใดอันหนึ่งจะทำให้ PCB หรือปิ๊กสูญญากาศหรือส่วนที่หยิบขึ้นมาตามลำดับเพื่อหมุนพร้อมกับแกน! การดัดแปลงใด ๆ เพื่อแก้ไขปัญหานี้?

เครื่องคัดแยกและวางที่ทำเองหลายชิ้นนั้นมีความคล้ายคลึงกับเครื่องกัดซีเอ็นซีและนี่คือที่ที่คุณควรใช้แรงบันดาลใจจาก

เครื่องประกอบด้วยแกนเชิงเส้นสามแกนซึ่งแต่ละอันประกอบด้วย:

• ตลับลูกปืนเชิงเส้นหรือรางบางชนิดทำให้แกนเลื่อนได้อย่างอิสระ
• มอเตอร์บางชนิดเพื่อกระตุ้นการเคลื่อนไหว

ทั้งสองส่วนนี้อาจจะทำให้ต้นทุนของเครื่องจักรของคุณสูงขึ้น งบประมาณของคุณแน่นมาก คุณดูน้อยกว่า $ 20 ต่อแกน! ฉันอยากจะบอกว่านี่เป็นไปไม่ได้ แต่ฉันเกลียดชังชาวเมืองและฉันชอบความท้าทาย

ดังที่คุณได้ชี้ให้เห็นแล้วการออกแบบของคุณมีข้อบกพร่องเพราะไม่มีสิ่งใดที่จะป้องกันการหมุนของชิ้นส่วนบนแท่งเกลียว นอกจากนี้ยังขาดแกนหมุนที่สำคัญซึ่งจำเป็นในการหมุนชิ้นส่วนไปยังทิศทางที่ถูกต้องก่อนการจัดวาง การออกแบบบางอย่างสามารถทำได้โดยการวางชิ้นส่วนบางส่วนจากนั้นให้ผู้ประกอบการหมุน PCB 90ºจากนั้นวางชิ้นส่วนอื่น ๆ เพิ่มเติมคุณอาจต้องการใช้ตัวเลือกนี้

ปัญหาที่แท้จริงของคุณคืองบประมาณและคุณจะต้องทำงานอย่างหนักเพื่อสร้างหลาย ๆ ส่วนด้วยตัวคุณเอง (ชิ้นส่วนที่คุณสามารถทำได้) หรือหาชิ้นส่วนเหล่านั้นอย่างถูกวิธีอย่างใดอย่างหนึ่ง ที่เดียวที่คุณมองหาคือเครื่องพิมพ์เก่า พวกเขามีรางเชิงเส้นที่ค่อนข้างดีซึ่งคุณสามารถกู้รวมทั้งมอเตอร์ที่รวดเร็วและแถบเข้ารหัส

มอเตอร์:คุณสามารถเลือกมอเตอร์ได้สองแบบ:

• เซอร์โวมอเตอร์ คุณจะสร้างสิ่งเหล่านี้ขึ้นเอง พวกเขาประกอบด้วยมอเตอร์ DC, อิเล็กทรอนิกส์เพื่อขับมอเตอร์เซ็นเซอร์ในการวัดตำแหน่งของมอเตอร์และตัวควบคุมที่คำนวณปริมาณพลังงานที่ใช้กับมอเตอร์เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่ถูกต้องอย่างรวดเร็วและแม่นยำ
• สเต็ปเปอร์มอเตอร์ มอเตอร์ประเภทนี้ไม่หมุนอย่างอิสระ แต่สามารถสั่งให้เคลื่อนที่ทีละขั้นตอนได้ คุณไม่จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่ง แต่คุณต้องติดตามจำนวนขั้นตอนที่คุณทำในแต่ละทิศทางเพื่อให้ทราบว่าคุณอยู่ที่ไหนและคุณต้องไปที่ตำแหน่งถัดไปไกลแค่ไหน

ฉันอยากจะแนะนำวิธี stepper มอเตอร์ เครื่องซีเอ็นซีขนาดเล็กส่วนใหญ่ใช้สิ่งเหล่านี้ คุณควรลองหาไดร์เวอร์ที่รองรับไมโครสเต็ป สิ่งนี้ไม่เพียงเพิ่มความละเอียดของคุณเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการสั่นพ้องด้วยความเร็วที่แน่นอน หากคุณต้องการการเคลื่อนไหวที่รวดเร็วคุณจะต้องเร่งความเร็ว หากคุณกำลังเร่งความเร็วคุณจะมีความเร็วของมอเตอร์และจังหวะที่ผิดพลาด

ความละเอียด:ความละเอียดสูงนั้นไม่ใช่เรื่องยากที่จะบรรลุ ตัวอย่างเช่นหากคุณกำลังใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่มี 200 ขั้นต่อการปฏิวัติให้ขับแกนเกลียว M8 (ซึ่งมีระยะพิทช์ 1.25 มม.) ดังนั้นคุณสามารถคาดหวังในแต่ละขั้นตอนเพื่อสร้างการเคลื่อนไหว 1.25 มม. / 200 = 0.00625 มม. อย่างไรก็ตามนั่นไม่ได้หมายความว่าเครื่องของคุณมีความแม่นยำถึง 0.00625 มม. เธรดที่ไม่เป็นเชิงเส้น, แบ็กสแลช, ดริฟท์แบบสเต็ปและปัจจัยอื่น ๆ จะสมคบกันเพื่อเพิ่มข้อผิดพลาดของคุณ

ซอฟต์แวร์ : การเขียนซอฟต์แวร์สำหรับเครื่องชนิดนี้ไม่ใช่เรื่องยาก แต่มันต้องใช้เวลา ทำไมไม่ตรวจสอบโครงการ Open PNP ซอฟต์แวร์ของพวกเขามีคุณสมบัติครบถ้วนอยู่แล้ว

ซับซ้อน:น่าเสียดายที่โครงการหุ่นยนต์ทั้งหมดเริ่มต้นด้วยเป้าหมายที่ยิ่งใหญ่ของความเรียบง่าย บ่อยครั้งที่คุณสามารถทำให้สิ่งต่าง ๆ ทำงานได้อย่างรวดเร็ว แต่ในที่สุดคุณก็พบว่าคุณต้องการความซับซ้อนค่อนข้างมากในการทำให้สิ่งต่าง ๆ ทำงานได้ดีน่าเชื่อถือและเป็นเวลานาน ไม่มีปัญหาโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ PCB เคลื่อนที่บนแกนหนึ่งและหัวจะเคลื่อนที่บนแกนอื่น หนึ่งอาจคิดว่า PCB เคลื่อนไหวจะสั่นคลอนส่วนประกอบ แต่ไม่น่าจะเป็นปัญหา ส่วนประกอบมักจะเบามาก (ยกเว้นว่าคุณกำลังวางคอนเนคเตอร์ขนาดใหญ่หรือไอซีขนาดใหญ่) และพวกมันก็ติดอยู่ในหยดบัดกรี บ่อยครั้งที่ฉันจัดการกับ PCB อย่างซุ่มซ่ามในเตาอบ reflow และฉันไม่เคยเห็นส่วนสไลด์หลุด อย่างไรก็ตามหากคุณมีชิ้นส่วนจำนวนมากที่จะวางแล้วคุณจะย้ายตารางค่อนข้างใหญ่และคุณ

Pick up:นี่จะเป็นอีกส่วนที่มีราคาแพงเว้นแต่คุณต้องการดูดท่อเพื่อหยิบแต่ละส่วน ปั๊มสุญญากาศอาจมีราคาแพงอย่างน่าประหลาดใจ (หากงบประมาณของคุณเพียงแค่ $ 100) และคุณจะต้องมีวาล์วด้วย คุณอาจต้องเลือกหัวที่ถอดออกได้เพื่อให้คุณสามารถเลือกชิ้นส่วนที่มีขนาดต่างกันได้ ชิ้นส่วนขนาดเล็กต้องการท่อขนาดเล็ก (ชัด) แต่ชิ้นส่วนขนาดใหญ่ต้องการท่อที่มีขนาดใหญ่กว่าเพราะหนักกว่าและต้องการพื้นที่ผิวมากขึ้นเพื่อให้สุญญากาศทำงานมากกว่า

สิ่งแรกที่กระโดดออกมาที่ฉันเป็นคำสั่งของคุณว่าคุณไม่มีประสบการณ์การออกแบบเชิงกล บางสิ่งที่คุณสามารถเรียนรู้ได้จริงโดยการทำ สร้างบางสิ่งบางอย่าง!

การออกแบบของคุณนั้นใช้งานได้จริง แต่ฉันมั่นใจว่าด้วยประสบการณ์เพียงเล็กน้อยคุณจะต้องคิดปรับปรุง ดังนั้นรับ leadcrews และ nut ราคาถูกบางส่วน, couplers หรือ timing belt และสร้างเวทีเดียวที่แปลไปมาด้วยความแม่นยำที่คุณต้องการ อาจจะสามารถใช้แกนเกลียวและน็อตที่เก็บฮาร์ดแวร์ได้ถ้าคุณดันแบคแลชออกมาเสมอ ในความเป็นจริงมีหนึ่งคำที่คุณจะต้องเรียนรู้ที่จะจัดการกับ: backlash

ฉันจริงจัง: ก่อนที่คุณจะคิดมากเกินไปในเรื่องนี้ให้สร้างบางสิ่งที่ง่ายด้วยลิ้นชักสไลด์และแกนเกลียวและมอเตอร์สเต็ป ค่าใช้จ่ายจะน้อยกว่า $ 20 และคุณจะได้เรียนรู้ตัน

ฉันจัดการกับรหัสเพื่อย้ายเครื่องจักรที่มีความแม่นยำไปรอบ ๆ และเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจที่มีโอกาสมากมายที่จะมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น