Проекты

Аппаратно-программный комплекс термомеханической сборки печатных плат

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Программирование, Электроника, Автоматизация, Человеко-машинное взаимодействие
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1537
Предметы: Информатика, Робототехника
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Предлагаемое решение ориентировано на снижение «порога вхождения» в соответствующую высокотехнологичную сферу деятельности: позволяет избежать переплаты за аналогичные готовые продукты от коммерческих организаций.

Цель

Создание задокументированной аппаратно-программной основы для автоматизации процесса термомеханической сборки печатных плат в условиях некрупного производства – для возможности воспроизведения любым желающим соответствующего аппаратно-программного комплекса (АПК) по сформированной в рамках проекта свободно распространяемой технологической инструкции.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Компьютер
  • CorelDraw: разработка эскизов и схемы подключения
  • KOMPAS-3D, создание 3D-моделей связующих деталей
  • Ножовка по металлу
  • Рулетка
  • Наждачная бумага: отпиливание и финишная обработка трубок
  • Паяльник: пайка линий питания для драйверов и микроконтроллера
  • Сверлильный станок: сверловка корпуса управляющего модуля и основания
  • Отвёртка
  • Клей: сборка управляющего модуля и конструкции АПК
  • Среда программирования Arduino IDE: написание управляющего программного обеспечения

Описание

Автором самостоятельно спроектирован и собран управляющий центр на базе микроконтроллерной платформы Arduino Mega. Для реализации функционирования подвижных частей устройства использованы шаговые двигатели с соответствующими драйверами. В основе паяльного узла АПК использованы: нагревательный элемент на 40 В, устройство для автоматической подачи припоя на жало, а также механический захват для установки электронных компонентов на печатную плату.

Изготовлен каркас аппаратной части АПК – из алюминиевых трубок, соединённых деталями, созданными по технологии 3D-печати, на основе разработанных автором 3D-моделей.

Для управления установкой автором разработано программное обеспечение в составе трёх основных частей:

1) приложение для создания и обработки технологической схемы печатной платы, используемой на последующих этапах функционирования АПК;

2) реализация алгоритма работы устройства, подстраивающегося под созданную схему печатной платы;

3) пользовательский интерфейс, использующий показания датчиков температуры и результаты расчёта координат местонахождения паяльного жала в пространстве.

Результаты работы/выводы

Построен полноценный АПК для реализации автоматической термомеханической сборки печатных плат в условиях малого и среднего производства. Важным преимуществом разработанного АПК является то, что он имеет несоизмеримо низкую стоимость в сравнении с существующими коммерческими аналогами. Предлагаемый АПК также имеет возможность интегрироваться в процесс конвейерного производства – т. е. может работать во взаимодействии с другими устройствами, поддерживая единый технологический процесс.

Перспективы использования результатов работы

В перспективе планируется размещение соответствующих инструктивно-технологических материалов и программного обеспечения в свободном доступе.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Компания образовательной электроники «ЛАРТ»