現在のSMTマシンの姿

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現在のSMTマシンの姿

Published at May 17, 2020 4:58 p.m.
Edited at July 25, 2021 2:48 p.m.

デザイン

2021/Mar~

部品フィーダーを設計している。
フィーダーにはマイコンを搭載し、OpenPnPから伝えられる部品フィードコマンドを
それぞれのフィーダに伝え、動かす。
PnPマシンは大きなモータなどのノイズ源があるため、差動シリアル信号を使って通信する。
イニシャライズ用に全てのフィーダが受信するブロードキャスト配信、指定のフィーダーに命令を送るための1:1通信などをサポートする。

通信はバイナリデータのやりとりを行うが、通信終了を示すnull(0x00)がデータ中に現れる。
受信処理を簡単にするため、COBS/Rというエンコード/デコードメカニズムを利用する。
https://github.com/crono2250/CAN_IF_UART_Comm
https://github.com/cmcqueen/cobs-c

現在はフィーダーの駆動部分を設計している。
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2021/Apr/27~2021/Mar/06

X軸のベルトドライブ化を行い、初めて教えた位置から部品を取り、角度を補正し、基板に搭載する事に成功した。

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2021/Apr/24~2021/Apr/27

以前製作した上カメラ用照明は、基板の表面からの反射光が強くフィデューシャルマークの認識が難しかった。
今回はLED照明を傾けて配置し、基板表面が光ってしまう問題を解決した。
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2021/Apr/11

Z軸の昇降をさせるステッピングモータの保持トルクが不足していて、ツールチェンジ中に脱調してしまう現象が見られたため、Z軸もクローズドループステッピングモータに変更した。

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2021/Feb/06~2021/Feb/14

X軸、Y軸のボールねじ駆動をやめ、ベルトドライブへの変更を始めた。
Y軸も今回の改造の時にACサーボモータをやめ、クローズドループステッピングモーターに交換した。
ベルト駆動に変更したことで、移動速度が劇的に速くなった。 そして静か! 心配していた位置精度も問題ないようだ。
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2021/Jan/30

配線が増え、Y軸のケーブルダクトに余裕が無くなったため、より大型なものに交換した。
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2021/Jan/28

X軸に採用していたACサーボモータがハードウェアエラーを出して故障してしまったので、クローズドループステッピングモータに換装した。
1回転あたりのパルス数などはACサーボの時の設定と同じにする事ができた。
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2020/Dec/22

ヘッドに取り付ける上カメラ用の照明を作成した。

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2020/Sep/10 ~ 2020/Nov/29

制御回路の製作を行った。
X軸、Y軸はACサーボモータを採用、Z軸、C1/C2軸はステッピングモータをSmoothieBoardに直結している。
SmoothieBoardで24Vリレーを直接ドライブ出来ないので、レベル変換器を製作し、組み込んだ。
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2020/Aug/02

ヘッド周辺の吸引機能、ケーブルチェインの取付を行った。

Y軸のモータドライバを接続し、原点復帰する事を確認した。
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2020/Jul/10

フレーム、Y軸リニアユニット、SMTヘッドAssyの部品が届いたので組み立てを進めている。

フレームとY軸、Y軸とX軸の結合は3Dプリンタで作ったパーツを使用している。

SMTヘッドAssyも、原点センサ用のドグを除いて部品が揃ったため、組み立てを行った。

Y軸のモータをステッピングモータからACサーボモータに変更した。

ヘッドとX軸の結合は、もう少し先。
これはヘッドAssyをX軸に取り付けるためのマウント部品。

2020/Jun/14

当初Y軸はモータを2個使って駆動させる予定だった。 小型でバックラッシの少ないギヤボックスを見つけたので、Y軸のモータは1個にする事にした。
X, Y, Z, C1, C2で、smoothieboardの全てのモータコントロールチャネルを使う事になる。


あとは上向きカメラと下向きカメラをモデルに追加しよう。 CADで考えるのは程々にして、実物を作り始めよう。

2020/Mar/29

か弱いZ軸のためにツールホルダ側でヘッドを押し上げる機構を取り付けようとしていた。
でも面倒なコントロールをする必要がある事に気が付いたので、この方法から離れた。

市販のZ軸を使って、先人はどうツールチェンジしているのか調査している途中で、PnP Headのオープンソースデータをもとに販売をしているサイトを見つけ、アイデアだけ参考にさせてもらって新しくデザインした。
(調査の結果、ばね+アームのヘッドで誰もツールチェンジしていないようだった!)
https://github.com/issus/NEMA8-Juki-Tool-Changer
https://www.betztechnik.ca/store/p34/Pick_and_Place_head_-_dual_nozzle_-_OpenPnP_compatible.html

私が買ったヘッドも、betztechnikも同じメーカ(名誉の為に言わないが、緑の…)のリニアガイドを採用していて、このタイミングのガイドの品質が著しく悪いという同じ意見を持つようだった。
そのため、リニアガイドはTHKか、IKOか、品質が想定可能な部品を採用する事にした。 高いけどね!

(その後、あるforumで洗浄することでスムーズになるよ というコメントを貰った。 まずはそれを試してみようと思っている。

オリジナルデータをもとに、Y軸原点センサの変更、θ軸原点センサの追加、ラックの市販品採用などの変更を適用した。
θ軸原点センサは、市販品では高さの制約を満足出来ず、自作する事にした。

ばね+アームの仕組みから、ラックピニオンに変更することで、Z軸の可動範囲が広がった。
約10mm程度トラベルを拡張する事ができた。

2020/Mar/26

X軸とY軸を結合するブラケットを追加。 これは3Dプリンタで出力する予定。

ブラケットを追加した都合でX軸の高さが変わったため、23日に設計したシートメタルの長さを修正。ステージに対して0mm位置を合わせた。

モータをYASKAWAの30W ACサーボへ変更。
これで移動速度の問題は解決。 見積中。

使うサーボは以下。
https://www.yaskawa.com.sg/product/ac-servo-drives/--s-series
http://www.e-mechatronics.com/download/datas/catalog/kajps80000140/kajps80000140d_6_0.pdf

SMTヘッドAssyが届いた!

困った…。 この機構だと、ノズルの着脱が出来ない事が分かった。
バネでZ軸可動部を引いているのだけど、その力がノズルのホールド力を大きく上回っている。
ノズルホルダーの方で工夫する予定。

2020/Mar/23

変わっているのはノズル周辺のみ。部品がとても多い。

Z軸メカはなるべく軸に近くなるように設置。 構造はA5052 t1.5のシートメタルで作る。
ネジ穴をバーリングで形成するか、圧入ナット(クリンチングナット)を使うか。 工場と相談する。
X軸の下辺りに上側カメラを設置する予定。

こういうのもカッコ良くて好きなんだが、センサの事を忘れていて別の手段を採用した。

2020/Mar/17

Dimension

900(D) x 720(W) x 450(H)

X-Axis

https://www.aliexpress.com/item/4000079383138.html

Y-Axis

https://www.aliexpress.com/item/32967126524.html

Z-Axis (SMT Head)

https://www.aliexpress.com/item/32807025833.html

その他

https://cronos.kibe.la/shared/entries/02da22b6-3af8-4fed-b5a0-82a5204c0a3f