Gaurirea CNC a cablajelor realizate prin tehnica Toner Transfer
Friday, July 18, 2008 (15:03:28)

Posted by daniel

Prin metoda Toner Transfer se pot realiza cablaje prototip destul de usor si cu o calitate acceptabila.
Din nefericire tehica toner transfer are 2 dezavantaje : gaurirea se face manual si dimensiunea imaginii printate este destul de mult diferita de dimensiunile proiectate. Astfel o folie de transfer nu poate fi aplicata peste un cablaj gaurit in prealabil pe un CNC decat in cazul unui cablaj foarte mic (cu latura de maxim 2-3 cm).
In general imaginea este distorsionata pe axa Y de printare si poate aparea deseori in special la foliile lucioase care aluneca pe ghidajele de antrenare ale imprimantei.
Solutia propusa se bazeaza pe urmatoarele :
- O camera web montata langa motorul de gaurire
- Plugin-ul Video modificat pentru Mach3
- Un convertor


din Excellon in Gcode cu optimizare, scalare a dimensiuni gaurilor si "rotire" a coordonatelor conform cu asezarea placii pe masa masinii.
Un webcam modificat pentru a putea focaliza la 30-50 mm este montat paralel cu axul motorului de gaurire. Pentru a modifica webcam-ul lentila cea mai din afara a fost extrasa - aceasta lentila avea rolul de a "departa" imaginea si a oferi un unghi mai larg de vizualizare.

In imaginea de mai jos este prezentata axa Z cu motorul de gaurire si caruciorul axei X pe care s-a atasat camera web.
In stanga vedeti un model de camera web similara cu cea ce a fost folosita. Este mai utila deoarece are forma cablajului dreptunghiulara si prinderea este in 4 suruburi in colturi. In plus acest model de camere web permit fiocalizarea imaginii de la o distanta de cativa mm. Daca veti scoate prima lentila din asa zisul obiectiv al camerei va rezulta o distanta de lucru ceva mai mare (cativa cm).
In plus are integrate led-urile de iluminare.
In mijloc este suportul (empiric realizat - insa pentru demonstratie si probe este bun functional) pe care este montata camera web.
In dreapta este motorul de gaurire.


Design-ul cablajului.
Pe dreptunghiul reprezentat de "Board Outline" se vor plasa 2 paduri care vor fi folosite la centrare/calibrare/scalare.
Acestea vor trebui sa fie in fisierul Excellon la pozitiile minimale / maximale referitor la celelalte coordonate ale gaurilor.
In general programele de proiectare genereaza coordonatele de gauriere asa cum sunt vazute de sus din interfata de design. Aceasta deoarece marea majoritate a cablajelor se realizeaza in dublu strat si sunt placate cu cupru pe ambele fete.
In cazul nostru sunt mult mai intalnite cablajele cu o singura fata, iar aceasta este cu precadere reprezentata de stratul bootom.
Tinand contul de acest aspect coordonatele gaurilor vor trebui (in majoritatea cazurilor) mirrorate. Recomandarea este ca aceste pad-uri sa aiba diametrul gaurii foarte mic pentru a aparea primele in fisierul excellon rezultat.
De exemplu iata inceputul unui fisier de gaurire cu pad-uri pozitionate in colturi pentru un perimetru aproape patrat :

Quote::
M48
T1F00S00C0.011
T3F00S00C0.031
T2F00S00C0.028
%
T1
X01800Y01850
X00000Y00000
T3
X00950Y00650
X00950Y00550
....

O remarca referitoare la aceste coodonate si gaurirea pe o masina CNC.
In general prelucrarea se incepe din coltul stanga jos al piesei iar Z=0 se configureaza pe marginea de sus a piesei (in cazul nostru placa de circuit imprimat).
Prelucrarile mai departe se fac catre dreapta si in sus iar toate coodonatele au valori pozitive.
Nu este neaparat necesar sa fie asa : puteti sa luati referinta din coltul dreapta sus daca operatiile de prelucrare se desfasoara catre coordonate X si Y negative. Insa trebuie sa va aduceti mereu aminte sa faceti o simulare inainte de inceperea lucrului efectiva.

In figura urmatoare sunt prezentate modurile in care poate aparea un cablaj pe masa masinii CNC .


Referinta trebuie intotdeauna sa fie punctul de coordonate X=0 si Y=0.

Aceasta limitare a fost introdusa pentru a usura modul de folosinta si a evita introducerea multor coordonate in programul care asigura "rotatia" coordonatelor gaurilor.
In exemplul de fata pleaca de la coltul din stanga jos.
In cazul nostru x1designed si y1designed ar avea coodonatele X01800Y01850 - pe acestea le cunoastem din fisierul Excellon si le vom introduce in programul DrillListConvertor.
Coordonatele x1found si y1found vor fi cele gasite prin inspectie optica cu ajutorul camerei web montate langa si parallel cu axul masinii de gaurit.
Imaginea cu albastru ne arata un cablaj rotit spre dreapta iar cea cu traseele galbene ne arata un cablaj rotit spre stanga si deformat pe axa y.

1. Generarea fisierului excellon
Intotdeauna coordonatele trebuie sa fie reprezentate pe minim cate 5 digiti.
Trebuie respectata regula de generare 2.3 : adica coordonatele gaurii trebuie sa fie reprezentate pe 5 digiti si fara punct de zecimala

Daca utilizati Target 3001 plasati pad-urile de aliniere in stanga-sus si dreapta jos. Dupa aceasta generati fisierul de gaurire mirorat. Veti avea punctele de aliniere ca in exemplul de mai sus (cu toate coordonatele pozitive).

In Eagle plasati padurile/vias-urile de aliniere in stanga jos si dreapta sus. mutati tot cablajul astfel incat padul de aliniere din stanga jos sa vina peste origine. In Cam processor alegeti Excellon la Device, debifati position coord.
Va genera padul din stanga jos la coordonatele X0Y0.
Reamintitiva sa modificati fisierul eagle.def astfel (va genera coordonatele in format 2.3):

[EXCELLON]

Type = DrillStation
Long = "Excellon drill station"
Init = "%%\nM48\nM72\n"
Reset = "M30\n"
ResX = 1000
ResY = 1000
;Rack = ""
DrillSize = "%sC%0.4f\n" ; (Tool code, tool size)
AutoDrill = "T%02d" ; (Tool number)
FirstDrill = 1
BeginData = "%%\n"
Units = Inch
Select = "%s\n" ; (Drill code)
Drill = "X%05.0fY%05.0f\n" ; (x, y)
Info = "Drill File Info:\n"\
"\n"\
" Data Mode : Absolute\n"\
" Units : 1/10000 Inch\n"\
"\n"

In Kicad plasati referinta "offset adjust for drill and place files" peste padul din coltul cablajului. Apoi alegeti posprocess>create drill file. In drill tools alegeti auxiliary axis.

In functie de programul de proiectare pe care i-l folositi cand generati fisierul excellon aveti grija sa aveti ca referinta punctul de coordonate X=0 si Y=0 si coordonatele gaurilor cu valori pozitive.

Mai departe printati imaginea si realizati cablajul prin procedeul toner transfer.

2. Configurarea plugin-ului de Mach3 si masurarea coordonatelor reale ale cablajului
In aplicatia Mach3 va trebui sa copiati urmatoarele :
- Video.dll in folderul c:\mach3\plugins
- WmCpyDta.dll in folderul c:\mach3 (calea c:\mach3 depinde de instalarea pe care ati facut-o si este oferita ca si exemplu).

2.1 Configurarea offset-ului intre axa camerei web si axa masinii de gaurire
1. Porniti motorul, dati o gaura intr-o placa de test si ridicati aza Z la o inaltime de siguranta.
2. Apasati butonul set X=0 Y=0 in fereastra Video Plugin.
3. Dati click pe fereastra parinte a lui Mach3 astfel incat fereastra din spate sa fie activa (bordura albastru inchis) iar fereastra lui Video Plugin sa fie peste aceasta.
Din tastele cursor de pe tastatura deplasati webcam-ul deasupra gaurii ce a fost data la pasul 1.
4. In acest moment veti avea coordonatele diferentei intre cele 2 axe. Apasati "Save curr coord as Offset". Puteti verifica sau modifica daca au fost salvate corect apasand butonul settings.

2.2 Masurarea cablajului realizat si transmiterea coordonatelor
1. Cablajul imprimat corodat si necuratat de toner se aseaza pe masa masinii. Asigurati-va ca acesta este prins de masa si nu se deplaseaza din aceasta pozitie.
2. Cu Video Plugin-ul pornit se deplaseaza camera web deasupra pad-ului din coltul stanga jos (acesta trebuie sa aiba coordonatele X=0 si Y=0 in fisierul excellon).
Dupa ce s-a centrat imaginea se apasa butonul "Set X=0 Y=0".
3. Cu fereastra parinte a lui Mach3 activa ne deplasam cu tastele cursor pana la coltul din dreapta sus. Dupa ce ne-am centrat deasupra pad-ului de aliniere apasam urmatoarele butoane :
"Send Top Right Pos" - acesta va trimite coordonatele curente in programul Excellon convertor
"Add Offset" - acesta aduna la coordonatele curente valoarea offset-ului dintre webcam si masina de gaurit. In acest moment CNC-ul este pregatit pentru inceperea gauririi.

[/align]

3. Procesarea coordonatelor si incarcarea GCode-ului
Atunci cand am apasat butonul "Send Top Right Pos" atunci au fost incarcate coordonatele in DrillListConvertor.
Selectati fisierul sursa si cel destinatie.
In x1design si y1design introduceti coordonatele din fisierul sursa excellon.
Bifati :
- Mirror Y sau X dupa cum a reiesit cablajul prin toner transfer
- Rotate Holes (roteste coordonatele deoarece este foarte posibil ca atunci cand asezati cablajul imprimat pe masa de gaurit sa nu fie paralel cu axele masinii)
- Scale XY (mareste si micsoreaza ambele coordonate conform cu valoarea diagonalei gasite la inspectia optica)
- Auto Load in Mach3 : cand bifati aceasta optiune DrillListConvertor ii va spune lui Mach3 sa inchida fisierul curent si sa incarce automat fisierul destinatie
Apasati convert.

Daca totul a decurs corect , in acest moment Mach3 este pregatit pentru inceperea gauririi.
Amintiti-va sa rulati o simulare inainte de a trece la gaurirea placii finale.

Plugin-ul poate fi donwloadat de la adreasa : http://www.dioda.ro/Downloads/get=6.html
Drill List Convertor poate fi downloadat de la adresa : http://www.dioda.ro/Downloads/get=7.html (atentie necesita .NetFramework 2.0 )

Un exemplu practic

[align=left]Am folosit cablajul USBAsp.
Iata configuratia din eagle - au fost adaugate 2 gauri pentru aliniament in colturi :


Si cablajul gata sa fie gaurit :


Punctul de aliniament din stanga jos , la gaurire a ajuns in stanga sus (imaginea este mirrorata pe Y).

Pentru orice discutii si comentarii va invit sa le discutam pe forum la adresa :
http://www.dioda.ro/Forums/viewtopic/p=449.html

Content received from: Dioda - un site pentru marii pasionati de electronica, http://www.dioda.ro