Opisany poniżej chwytak próżniowy jest głównym elementem składowym automatu do układania elementów na płytce drukowanej. W ciągu ostatniego roku powstało kilka tego rodzaju otwartych projektów maszyn tego rodzaju, zatem autor także podjął próbę stworzenia swojego własnego rozwiązania. Tego rodzaju automat pozwala na znaczne przyspieszenie obsadzania płytek drukowanych elementami.
Dokładniej mówiąc, opisywany element jest częścią składową projektowanej przez autora mini-fabryki. Założeniem tego ogromnego projektu jest stworzenie maszyny do montażu urządzeń elektronicznych, mieszczącej się w sześcianie o boki 50 cm. Automat wyposażony ma być w wymienne narzędzia - m.in frezarkę, dyspenser do pasty lutowniczej czy próżniowy chwytak do elementów elektronicznych. Oczywiście projekt ten jest ogromnym wyzwaniem, najpewniej zbyt dużym dla jednej osoby.
Jednym z czynników, który znacznie przyspieszył pracę nad opisywanym urządzeniem, jest projekt urządzenia z sensorami. Na płytce drukowanej tego układu jest około 300 elementów, wiele z nich w obudowach 0402. Podobnie z Arducoderem, którego złożenie zajmuje około 4 dni, lutując wszystko ręcznie.
Wydaje się że niedrogie, otwarte projekty automatów do umieszczania elementów na PCB są w takim momencie rozwoju, w jakim drukarki 3D były 10 lat temu. W czasach pierwszych prototypów tych urządzeń opracowywano wiele rozwiązań, z których część się przyjęła i jest stosowana do dzisiaj.
Tak samo jest y próżniowymi uchwytami - jest wiele prototypów, ale nie każdy z nich może podnosić np, elementy w obudowach 0603 albo precyzyjnie obracać element do zadanego położenia.
Oczywiście nie jest tak, że nic ciekawego nie jest publikowane. Dosyć często publikowane są bardzo ciekawe i funkcjonalne projekty, jednakże są one zazwyczaj drogie i przeznaczone do użytku profesjonalnego. Fajnie by było stworzyć układ nie kosztujący więcej niż kilkaset dolarów, a mogący przyspieszyć montaż prototypowych płytek drukowanych.
Niedawno ukazał się opis podnośnika próżniowego opartego o piezoelektryczną dmuchawkę firmy Murata. Prpjekt jest bardzo atrakcyjny - element o wielkości 20 mm x 20 mm x 2 mm jest zintegrowaną pompką, co znacznie upraszcza jej wykorzystanie. Nie jest konieczne stosowanie zewnętrznej pompy próżniowej.
Jako że ten element zaprojektowany został raczej do dmuchania, a nie zasysania, konieczne jest zakrycie portu wejściowego układu. Autor wykonał w tym celu niewielki element z pleksi z umieszczonym w środku elementem aktywnym. Niewielki silnik krokowy z pustą w środku osią wykorzystany został do precyzyjnego obracania układem. Dzięki temu projekt jest bardzo prosty, po jednej stronie silnika znajduje się pompka, a po drugiej końcówka chwytająca podciśnieniem elementy.
Końcówka chwytaka składa się z strzykawki do pasty lutowniczej i końcówki na luer-lock.
Powyżej widać dolną część dmuchawki Muraty, czyli miejsce gdzie pobierane jest powietrze. Niewielki otwór poniżej ma 2,2 mm średnicy, czyli tyle ile ma pusta w środku oś silnika krokowego. Przy wykorzystaniu dodatkowej, plastikowej tubki udało się to wszystko spasować na wcisk. Na zdjęciu widać także kontroler elementu piezoelektrycznego.
Górny element w akrylowej obudowie został podobnie przymocowany do osi silnika krokowego. Całość połączenia uszczelniono silikonem, aby zapewnić dostateczne podciśnienie.
Jak się udało? Podobnie jak w przypadku innych projektów układ miał problemy z powtarzalnym podnoszeniem elementów w obudowach 0603, ale główny problem był gdzie indziej. Z uwagi na słabe podciśnienie, najcięższym elementem jaki udało się podnieść był magnetometr o wielkości 4 mm x 4 mm i było to już na krawędzi działania podnośnika - mógł podnieść go ze stołu, ale nie dawał rady wyjąć go z taśmy.
Okazuje się zatem, że pieoelektryczna dmuchawka przydaje się tylko do podnoszenia niezwykle małych i lekkich elementów.
Podobnie skończyły się eksperymenty z pompą próżniową KPV14A-6V firmy Clark. Nadal projekt zintegrowanej głowicy próżniowej nie był możliwy do zrealizowania, ale oczywiście można było skorzystać z innej pompy. Wybór padł na pompę Sparkfun, gdyż innym autorom udało się z jej wykorzystaniem podnosić do 15 g - wartość dostateczna dla większości elementów.
Złożony został adapter pozwalający na połączenie pompki Sparkfun do pustej osi silnika krokowego. Przewód próżniowy wychodzący z pompki jest dosyć sztywny i utrudnia poruszanie chwytakiem, więc będzie on musiał być wymieniony na elastyczniejszy, tak aby możliwy był obrót elementu o 180°, ale do testów tego rozwiązania aktualny sztywny przewód jest dostateczny.
Pompka próżniowa firmy Sparkfun okazała się być idealna. Nawet przy obniżonym z 12 V do 8,5 V zasilaniu (aby pracowała odrobinę ciszej) była ona w stanie podnieść bardzo ciężkie elementy np. pokazany powyżej ukłąd w 100 pinowej obudowie TQFP.
A tutaj widać jak pompa pozwala na podniesienie ciężkiego elementu w postaci całego modułu bluetooth.
Podsumowując - piezoelektryczna mikropompa jest eleganckim elementem i pozwala na stworzenie autonomicznej głowicy podnośnika próżniowego, ale jedynie do bardzo lekkich elementów. Z kolei pompka Sparkfun pozwoliła na podniesienie wszystkich elementów, ale jej wykorzystanie narzuca szereg problemów mechanicznych, które trzeba rozwiązać, aby umożliwić precyzyjny obrót układu.
Źródło:
http://www.tricorderproject.org/blog/vacuum-head/
Cool? Ranking DIY
