Bestückungsmaschine
In diesem Projekt geht es um die Entwicklung und den Aufbau einer Funktionsfähigen Pick-and-Place Maschine. Diese kann Platinen selbstständig mit SMD-Bauteilen bis zu einer minimalen Größe von SMD 0402 bestücken.
Bestückungsmaschine
Studiengang
ET - auslaufend
Projektbeschreibung
In diesem Projekt geht es um die Entwicklung und den Aufbau einer Funktionsfähigen Pick-and-Place Maschine. Diese kann Platinen selbstständig mit SMD-Bauteilen bis zu einer minimalen Größe von SMD 0402 bestücken.
Ziel des Projektes war der Aufbau eines funktionsfähigen Bestückungsautomaten. In diesem sollen Platinen eingelegt werden, die im Anschluss durch das Gerät, mit Bauteilen bis zu einer minimalen Größe von SMD 0402, bestückt werden. Die Ansteuerung erfolgt über die Open-Source-Software „OpenPNP“. Aufgenommen werden die Bauteile automatisch, nachdem sie neben der Platine ausgelegt wurden.
Durch die Verwendung der Maschine sollen Prototypen und Kleinstserien von Platinen kosteneffizient und schnell selbst an der Hochschule hergestellt werden können. Demnach ist die Zielgruppe zur Anwendung durch Professoren und Studierende gegeben, die für ihre Projekte andernfalls eine selbst designte Platine kaufen, oder per Hand bestücken müssten.
Außerdem sollte der Bestücker so gebaut werden, dass Einzelkomponenten im Falle eines Defekts unkompliziert ausgetauscht werden können. Dies ermöglicht zusätzlich ein einfaches Upgreaden der Komponenten. Bei der Entwicklung wurde außerdem darauf geachtet, dass genügend Platz zur Verfügung steht, um die Maschine auch nach Beendigung des Projektes weiter ausbauen und erweitern zu können. So kann durch ein weiteres Projekt zum Beispiel die Aufnahme der Bauteile erweitert werden. Das Gerät wurde somit auch zur dauerhaften Weiterentwicklung konzipiert.
Beteiligte Personen
Studierendengruppe: Marcel Stark, Ian Reib, Mathias Mutz, Simeon Atanasov, Hannes Völk
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Christoph Zeuke
Veranstaltung
Systems Engineering 1 (IK)
Laufzeit
WS 2024/25
Anforderungen
Die Maschine wurde mit folgenden Forderungen entwickelt:
- Zuverlässige und präzise Bestückung von Einzelkomponenten auf einer Platine
- Integration der Open-Source-Software „OpenPNP“
- Bestückung von Platinen bis zu einer Größe von Doppel-Europa-Format
(233,33mm x 160mm) - Bauteilgrößen ab SMD 0402 sollen bestückt werden
Außerdem wurde ein PC aufgesetzt, auf dem eine Linux-Distribution läuft, mit dem das Gerät angesteuert wird. Es kann jeder PC mit der benötigten Software genutzt werden, es sind nur ausreichen USB-Ports für das Steuerboard, sowie die beiden Kameras notwendig.
Um eine fehlerfreie Bestückung realisieren zu können werden auch Anforderungen an die Umgebung und das Bord selbst gestellt, die der Nutzer einhalten muss:
- PC in der Nähe des Bestückers
- 230V Netzspannung für den Betrieb der Maschine
- Eingelegte Platinen sind bereits bepastet
- Stabile Arbeitsunterlage, das Gerät darf während des Bestückungsvorgangs nicht verwackeln / sich bewegen
Umsetzung
Die Maschine wurde von Grund auf neu gebaut, was bedeutet, dass man sich zuerst mit dem Bau des Rahmens und der Mechanik auseinandergesetzt hat. Hier wurde aus Aluprofilen ein stabiler Rahmen gebaut, der Sicherstellte, dass das Gerät während dem Betrieb selbst keine Eigenbewegung verursacht. Die verfahrbaren Achsen wurden mit Hilfe von Linearführungen realisiert, die über einen Riemen von einem Motor angetrieben werden. Beim mechanischen Aufbau war sehr auf eine exakte Ausrichtung zu achten, damit sich die Maschine im Betrieb nicht verkeilt und die Positionen präzise anfahren kann.
Der Elektrische Aufbau erfolgte weitestgehend auf einem Holzbrett, das als Unterlage genutzt wird. Hierauf wurden alle Komponenten, wie das Netzteil, die Vakuumpumpe, oder die Platine selbst, angeschraubt und verkabelt. Die Verkabelung an den Achsen wurde mittels Kabelschleppketten realisiert.
Der Bereich der Softwareintegration erstreckte sich auf zwei Abschnitte. Es musste die Steuerplatine selbst eingestellt werden, die mit der Software Marlin angesteuert wird. Diese musste alle Bauteile, wie Motoren oder Sensoren, erkennen und ansteuern, bzw. auslesen können. Der zweite Teil war die Integration der Steuerung in die Software OpenPNP, die im Betrieb die Steuerbefehle an das Board geben soll.
Durch alle Bereiche zusammen war es dann möglich, den Bestücker in den Testbetrieb zu stellen und sowohl Kalibrierungen vorzunehmen, als auch Einstellungen in der Ansteuerung von OpenPNP selbst.
Verwendung
Das Video zeigt die Funktionsweise der entwickelten Bestückungsmaschine und veranschaulicht den automatisierten Bestückungsprozess.
