【艾欧】IO_PNP智能桌面贴片机

 

 

    IO_PNP 是我设计的一个开源贴片机项目。

    贴片机旨在解决硬件开发过程中贴片时间成本大的问题、贴片费用高等问题，为此我设计的这款贴片机设计宗旨就是做一款精致、功能齐全、方便使用的桌面级贴片助手。

 本项目资料开源，主要包括如下问部分：

• 贴片机主体机械结构文件
• 控制板、飞达板、限位器、校准板、Home定位板、LED补光板等硬件电路图、PCB图
• 相关固件
• 贴片机上位机软件

   

贴片机介绍及演示视频：

• 我用2831个元件告诉你扔掉电烙铁的理由
• 【硬核】爆肝一个月，手搓贴片机，效果怎么样？
• 人人都能在家贴片-能否解放双手

 

一 项目说明

    对于一个电子爱好发烧友来讲，PCB打板回来后，最头疼的就是元件的焊接工作，本作品旨在面向这些发烧友提供一套桌面级的贴片系统，实现贴片自由的目的。

 

二 开源协议

GPL 3.0

 

三 项目相关功能

1 机器自动定位，通过限位开关完成初步定位

 

 

2 视觉Home点识别，完成精密定位功能

 

 

 

3 通过视觉识别，完成散料飞达元件的识别及拾取

 

 

 

4 通过底部相机识别，进行位置偏移及角度偏移校正

5 高精度全自动飞达供料，减少反复配置问题，提高贴片速度

 

 

四 项目属性

    本项目涉及部件较多，有如下几个部分组成。

1 贴片机主体部分

    这个前后设计了两个版本，如下：

   

贴片机 Ver0.1

 

 

贴片机Ver0.2

    两个版本的区别主要在于贴片机主体架构不同，贴片机Ver0.2架构设计方式更加稳定，精度更高，便于安装，并且底座采用铁质材质，可以方便地使用散料飞达，使用磁铁吸附在底座上，方便使用。

2 飞达

     飞达是一个音译词，它的英文叫feeder，又名供料器。它是这样的一类装置，每当贴片机的吸嘴，需要拾取物料时，它都能在指定的位置准确地提供所需的物料。从这个角度来讲呢，飞达需要着重解决两个方面的问题，精度还有稳定性。

    飞达的设计也是经过了比较漫长的修改验证，最初我使用的是这种0816飞达，它的精度还可以，但稳定性较差。

 

    于是我在之后的很长时间内都在集中解决飞达精度和稳定性的问题。最后，我设计出了这款以PCB为基板，双减速电机，加位置检测器的这样一个飞达方案。

 

 

3 标定板

    这部分主要是用于贴片机标定测试使用的，功能比较简单。

 

 

4 主控板

   

    这部分是贴片机控制的主要组成部分，主要有如下功能：

    4.1 驱动电机运动

    主控制板只预留了接口，驱动电机需要插入电机驱动模块，本项目使用的是TMC2225电机驱动模块。

   

 

    4.2 执行器

    本项目预留了8个执行器接口，分别用于顶部相机补光，底部相机补光，电磁阀开关泵开关以及散热风扇等，可根据不同的电流大小来选择不同的执行器。

 

 

    4.3 开关检测

    开关监测主要是用来检测限位器开关发过来的信号，用于机器的初步定位功能。

    4.4 模拟信号检测

    模拟信号监测单元主要是用来监测机器的运行温度，真空泵的压力等 根据这些信号来决定机器的相关动作

 

    4.5 SD卡模块

    控制板搭载了一个SD卡 主要用来保存机器的配置信息 如电机的最大速度限制到多少等。

 

 

    4.6 串口模块

    串口模块是控制板与上位机通讯模块，它的主要作用是接收上位机发过来的信号，完成相应的动作，并将执行结果反馈给上位机。

    4.7 USB模块

    USB模块配合SD卡模块使用。主要是让电脑能够识别SD卡，以便比较容易的修改相关配置

5 Home视觉标记板

    使用限位器标记的位置是有一定误差的，Home标记板上，有一个Mark点，用于视觉定位。

 

 

6 N20 Hal编码器

霍尔编码器用于检测电机转动的位置，经过一定的齿轮转动，带动波盘转动，拨盘带动料带前进，从而实现物料的精确供料。

 

    普通的霍尔编码器安装位置，都是这样子的

这个方向导致了安装在飞达上时，电机的方向是这样的。

 

 

    这无疑增加了飞达的厚度，为了解决这一问题，我把霍尔传感器旋转了90度以下，是我设计的霍尔传感器，它可以在很大程度上减少飞达的厚度。

7 摄像头补光灯

    贴片机设计了顶部摄像头和底部摄像头，这两个摄像头都需要光源进行补光，以下是我设计的补光模块

 

 

五 项目进度

    已完成基本架构，实现基本的贴片功能

 

六 设计原理

    通过导轨、滑块、轴承、电机等模块，实现了贴片机吸嘴可以在指定区域内取料、贴片等基本功能，摄像头模块进行视觉识别，提高贴片精度。

 

七 软件说明

    一 上位机软件

    项目涉及到较多的模块，最核心的是控制机器运动的上位机，项目可以无缝兼容开源的openPNP框架，实现基本的功能（图1），核心功能是通过各种补偿，校正等，实现贴片机精密贴片。

 

图1 openPNP上位机系统

 

    二 控制部分固件

    主控使用意法半导体公司的STM32G030C8T6，编译环境使用的cubeIDE,软件主要包括电机运动、协议解析、存储策略等。驱动方面主要包括通讯、Flash驱动、电机驱动、开关驱动等。

 

八 实物展示

    贴片机主体结构，前后设计了两个版本，如下

贴片机 Ver0.1

 

 

贴片机Ver0.2

参考资料

        https://github.com/openpnp/openpnp/wiki/Rapid-Feeder

        https://makr.zone/smoothieware-new-firmware-for-pnp/500/

        https://github.com/opulo-inc/lumenpnp

        https://docs.mgrl.de/maschine:pickandplace:feeder:0816feeder

 

其他

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