CN211580332U - Stm32印刷电路辅助制作机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种STM32印刷电路辅助制作机，它有机架、丝杆，光轴、电机、打孔机和画笔，机架上有两组平行的横向丝杆光轴传动副，每组横向丝杆光轴传动副上装有一个覆铜板支架固定覆铜板，横向丝杆由电机驱动；在覆铜板移动平面的上侧或上下两侧安装有纵向丝杆光轴传动副，纵向丝杆由电机驱动，纵向丝杆光轴上装有一个移动平台，移动平台上装有画笔，画笔由舵机和弹簧驱动实现与覆铜板间的接触和脱离，在移动平台上还装有一个竖向丝杆光轴传动副，竖向丝杆光轴上装有打孔机座，竖向丝杆由电机驱动，钻头对准覆铜板方向，各电机与控制单元间有电连接。本实用新型能够快速机动地修改电路并快速制作出来满足生产实验和科研需要，成本低质量好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种印刷电路的快速、批量或零星制作的设备，具体是一种STM32印刷电路辅助制作机。
背景技术
印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）一般简称PCB电路板或PCB板等，是电路稳定运行的基本前提，无论是设计制作新的电子产品还是生产成型的产品都需要PCB电路板，电子类专业实验室及很多DIY创作都需要频繁使用电路板。目前PCB电路板生产方式大致可以分为工厂PCB打样、雕刻机直接雕刻和手工转印生产等3大类。
工厂PCB打样生产电路板，生产周期长、费用高、材料浪费大。目前，用常规委托打样生产周期在一个星期左右，即使加急打板也需要两天，再加上快递物流时间，耗费了大量时间在PCB制作上；工厂PCB打样一般为十片一板，对于电路测试只会用到一两块，余下的电路板基本都是闲置，造成很大的浪费。
雕刻机直接雕刻，存在明显弊端，因为铜的延展性较好，刻刀难以将边界处的毛刺彻底清除，而PCB电路板线路密集、线距很小，采用这种方式就增大了电路的安全隐患，降低了PCB电路板可靠性，违背了PCB电路板制作的初衷。
手工转印PCB制作电路板，主要分两个步骤，第一步是热转印或影印，第二步是腐蚀。整个过程操作复杂，对熟练度要求极高，导致PCB电路板的成品率很低。
综上所述，目前电子类专业实验室和DIY群体需要一种性能稳定、自动化程度高、成本低、周期短、操作简便的小型PCB辅助制作装置，而目前市场上尚无此类产品。
发明内容
本实用新型的目的就是针对上述问题，提出一种STM32印刷电路辅助制作机，使之能够快速机动地修改电路结构快速制作出来，以满足生产实验、科研和教学的需要，而制作成本低廉，质量稳定可靠，以此克服现有技术的不足。
本实用新型提出的这种STM32印刷电路辅助制作机，它有机架、丝杆，光轴，电机，打孔机和画笔，其特征在于机架上安装有两组平行的横向丝杆光轴传动副，每组横向丝杆光轴传动副的丝杆和光轴上装有一个覆铜板支架供固定覆铜板；每根横向丝杆由一个横向电机驱动；在覆铜板移动平面的上侧或上下两侧安装有纵向丝杆光轴传动副，纵向丝杆由纵向电机驱动，纵向丝杆光轴上装有一个移动平台，移动平台上装有画笔，画笔由舵机和弹簧驱动实现与覆铜板间的接触和脱离，在移动平台上还装有一个竖向丝杆光轴传动副，竖向丝杆光轴上装有打孔机座可上下移动，竖向丝杆由竖向电机驱动，打孔机装在打孔机座上，钻头对准覆铜板方向，横向电机、纵向电机、竖向电机和舵机与控制单元间有电连接。
所述控制单元是STM32F446RET6单片机。
所述横向丝杆传动副由一根丝杆和一根光轴和覆铜板支架构成，覆铜板支架上开有与丝杆和光轴相配合的内螺纹和滑孔，丝杆和光轴的前端装在横向电机光轴座上，尾端装在横向丝杆光轴后座上，丝杆和横向电机间有联轴器连接传动。
横向丝杆和横向丝杆光轴后座间有丝杆轴承，以改善转动。
所述纵向丝杆光轴传动副由一根丝杆、两根光轴和移动平台构成，移动平台上开有与丝杆和光轴配合的内螺纹和滑孔，纵向电机和光轴前端装在纵向电机光轴座上，后端与丝杆一起装在纵向丝杆光轴座上，丝杆与纵向电机间有联轴器连接传动。
所述竖向丝杆传动副由一根丝杆、两根光轴和打孔机座构成，打孔机座上有与丝杆和光轴配合的内螺纹和滑孔，丝杆和光轴均装在移动平台上，丝杆与竖向电机间有联轴器连接传动。
所述打孔机为高速打孔机，其钻头由其电机直接驱动。
所述画笔为油墨笔，其笔杆垂直地夹在笔夹中固定，笔夹有三支插脚插在笔夹座插孔中，以确保画笔垂直移动，画笔笔杆上还固定有一个箍环，弹簧穿在笔杆上抵于箍环和笔夹座间，笔夹座固定在移动平台上。
所述舵机安装在舵机座上，所述舵机座是四根固定在移动平台上的铜条。
所述舵机轴上装有摆轮，摆轮上装有与笔夹接触的滑轮。
本实用新型通过现有控制软件实现对横向、纵向和竖向电机以及舵机的整体控制，实现画笔在覆铜板上自动绘出所需电路图并在需要焊接点处打孔，接着用常规的腐蚀技术溶去不需要部分保留电路部分，再将其他元件焊接在焊接点即完成整个电路板的制作。
本实用新型可以单面或双面安装纵向移丝杆光轴传动副，在移动平台上双面或单面对着覆铜板进行电路图的绘制和打孔，能够满足复杂电路的快速制作，利用现有电路设计软件进行实时修改电路文件，实现电路板零星的临时的和成批量的生产制作。成本低廉，质量可靠，能满足生产科研和教学的不同需求，质量稳定可靠。
附图说明
图1是本实用新型的立体图（画笔部分省略）。
图2是本实用新型主视图（画笔部分省略）。
图3是本实用新型左视图（画笔部分省略）。
图4是本实用新型俯视图（画笔部分省略）。
图5是移动平台画笔打孔机集成立体图。
图6是移动平台画笔打孔机集成主视图。
图7是移动平台画笔打孔机集成俯视图。
图8是移动平台画笔打孔机集成右视图。
图9是本实用新型工作流程框图。
图10是模块电路组成关系图。
图11是程序状态图。
图1-11中，各零部件的标号如下：
1-机架；2-联轴器；3-上纵电机；4-纵向电机光轴座；5-高速打孔机；6-横向丝杆光轴座；7-丝杆轴承；8-滑块；9-横向丝杆；10-光轴；11-覆铜板支架；12-移动平台；13-下纵电机；14-下纵向丝杆；15-上纵向丝杆；16-竖向电机；17-纵向丝杆光轴座；18-横向电机光轴座；19-打孔机座；20-打孔机升降丝杆；21-横向电机；22-画笔；23-舵机座；24-摆轮；25-舵机；26-笔夹；27-弹簧；28-笔夹座； 29-笔尖；30-滑轮；31-箍环。
图1-8中，标号为10的光轴代表一类零件，即代表全部传动副中用到的光轴。标号为12的移动平台指上下纵向丝杆传动副的移动平台。标号为3的上纵电机和标号为13的下纵电机就是上述纵向电机。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型。
如图1-11所示，机架1采用铝型材制作成框架，基本上成为两层，将两组横向丝杆光轴传动副平行安装在中间。装配时，可以用横向电机21、横向丝杆9、光轴10和覆铜板支架11用横向电机光轴座18、横向丝杆光轴座6和丝杆轴承7等集成后再安装到机架上。同样的，纵向丝杆光轴传动副也可以先用纵向电机光轴座4和纵向丝杆光轴座17将上纵向丝杆15、两根光轴、上纵电机3，以及移动平台12安装集成后装到机架上。覆铜板移动平面上下两侧的纵向丝杆传动副对称安装，只时打孔机20仅安装在上侧传动副的移动平台上。
打孔机包括其电机、钻头一起安装在打孔机座19上，而打孔机座是紧闭向丝杆光轴传动副的一部分，整个纵向丝杆传动副安装在移动平台上，由竖向电机16驱动其丝杆。
画笔22常用的油墨笔。在移动平台上打孔机的另一侧安装笔夹座28，笔夹26握笔的部分是一个圆环，环壁上开螺钉孔，画笔插进圆环中用螺钉扭紧。笔夹有三个圆柱形支脚插进笔夹座的孔中，这样起到确保笔杆垂直上下移动的作用。笔夹下方还用一个箍环31固定在笔杆让弹簧抵在笔夹座和箍环间，笔尖29对着覆铜板的方向。
用四根铜柱固定在移动平台上作为舵机座23，舵机25安装在舵机座上，舵机轴上装有摆轮24，摆轮上装有一个滑轮30与笔夹接触，当舵机转动时，摆轮摆到最低处时，滑轮将画笔压向下，使笔尖与覆铜板接触，横向电机驱动覆铜板支架在平面上来回移动，带着覆铜板移动，上纵电机3驱动画笔作纵向移动，就实现画笔在覆铜板上绘画。提笔时摆轮摆开，笔杆被弹簧抵起，笔尖离开覆铜板。这样就实现画笔着笔或起笔的动作。遇到电路中的结点需要打孔时，钻孔钻头对准结点在升降和打孔电机共同完成打孔作业。
各传动副的驱动电机采用42步进电机。两个横向电机总是同速同向同步转动，以确保覆铜板的来回平移。
上述动作均是在控制单元的控制下自动完成的。
图1-8中未提及的零部件及标号如上所述。
本实用新型的控制单元是STM32F446RET6单片机。
硬件电路采用模块化设计，系统各个模块组成关系，如图10所示。
控制软件开发平台采用公知的意法半导体公司开发的STM32CubeMX软件进行配置生成工程，在配置过程中植入FreeRTOS、USB HOST、FATFS高级特性支持，采用基于事件驱动的机制，在KEIL MDK5中完成软件设计和开发，涵盖到事件驱动、文件访问、G代码解析、G代码执行和各种外设驱动等。
程序设计方案，因为使用了FreeRTOS操作系统，只需把不同状态定义为事件，然后事件侦测任务一直循环侦测事件，程序状态图，如图11。
程序开始后进行初始化，初始化包括硬件设备、屏幕初始化、FREERTOS系统初始化等。初始化完成，创建两个任务，一个用于事件侦测、一个用于G代码接收和执行。将不同的转态进一步定义为事件，当侦测到事件时执行相应的操作。以事件“获取当前行”为例，当侦测到该事件，就会将读取到的G代码文本行并通过MailBox方式向G代码接收任务投递，而后返回事件侦测，G代码接收任务收到G代码后并解析执行。
本实用新型的这种STM32印刷电路辅助制作机，其功能是对设计好的PCB电路板进行正、反面绘制和打孔，开始工作后整个过程自动完成，在保证PCB电路板质量的同时也提高了安全性。完成绘画、打孔的覆铜板只要经过腐蚀就能得到PCB电路板。有了STM32印刷电路辅助制作机，不仅让学校教学实验室和DIY创客生产高质量的PCB电路板成为可能，还大大降低成本、缩短周期。除此之外还有一个显著的优点就是数量可控，需要几块就只做几块，避免了PCB电路板的闲置浪费。
Claims (10)
1.一种STM32印刷电路辅助制作机，它有机架、丝杆，光轴，电机，打孔机和画笔，其特征在于机架上安装有两组平行的横向丝杆光轴传动副，每组横向丝杆光轴传动副的丝杆和光轴上装有一个覆铜板支架供固定覆铜板；每根横向丝杆由一个横向电机驱动；在覆铜板移动平面的上侧或上下两侧安装有纵向丝杆光轴传动副，纵向丝杆由纵向电机驱动，纵向丝杆光轴上装有一个移动平台，移动平台上装有画笔，画笔由舵机和弹簧驱动实现与覆铜板间的接触和脱离，在移动平台上还装有一个竖向丝杆光轴传动副，竖向丝杆光轴上装有打孔机座，竖向丝杆由竖向电机驱动，打孔机装在打孔机座上，钻头对准覆铜板方向，横向电机、纵向电机、竖向电机和舵机与控制单元间有电连接。
2.根据权利要求1所述STM32印刷电路辅助制作机，其特征在于控制单元是STM32F446RET6单片机。
3.根据权利要求1所述STM32印刷电路辅助制作机，其特征在于横向丝杆传动副由一根丝杆和一根光轴和覆铜板支架构成，覆铜板支架上开有与丝杆和光轴相配合的内螺纹和滑孔，丝杆和光轴的前端装在横向电机光轴座上，尾端装在横向丝杆光轴后座上，丝杆和横向电机间有联轴器连接传动。
4.根据权利要求1或3所述STM32印刷电路辅助制作机，其特征在于横向丝杆和横向丝杆光轴后座间有丝杆轴承。
5.根据权利要求1所述STM32印刷电路辅助制作机，其特征在于纵向丝杆光轴传动副由一根丝杆、两根光轴和移动平台构成，移动平台上开有与丝杆和光轴配合的内螺纹和滑孔，纵向电机和光轴前端装在纵向电机光轴座上，后端与丝杆一起装在纵向丝杆光轴座上，丝杆与纵向电机间有联轴器连接传动。
6.根据权利要求1所述STM32印刷电路辅助制作机，其特征在于竖向丝杆传动副由一根丝杆、两根光轴和打孔机座构成，打孔机座上有与丝杆和光轴配合的内螺纹和滑孔，丝杆和光轴均装在移动平台上，丝杆与竖向电机间有联轴器连接传动。
7.根据权利要求1或6所述STM32印刷电路辅助制作机，其特征在于打孔机为高速打孔机，其钻头由其电机直接驱动。
8.根据权利要求1所述STM32印刷电路辅助制作机，其特征在于画笔为油墨笔，其笔杆垂直地夹在笔夹中固定，笔夹有三支插脚插在笔夹座插孔中，以确保画笔垂直移动，画笔笔杆上还固定有一个箍环，弹簧穿在笔杆上抵于箍环和笔夹座间，笔夹座固定在移动平台上。
9.根据权利要求1所述STM32印刷电路辅助制作机，其特征在于舵机安装在舵机座上，所述舵机座是四根固定在移动平台上的铜条。
10.根据权利要求1所述STM32印刷电路辅助制作机，其特征在于舵机轴上装有摆轮，摆轮上装有与笔夹接触的滑轮。
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