El propósito de este trabajo es diseñar y construir un equipo funcional, capaz de elaborar placas de circuitos impresos de manera automática. Este equipo es completamente autónomo ya que cuenta con una micro computadora (Raspberry pi) que soporta un sistema operativo basado en Linux donde se ejecuta la interfaz gráfica, dicha aplicación interpreta la información suministrada por el usuario en un archivo en código G y la transforma a coordenadas vectoriales (X,Y,Z) para desplazar la herramienta por la superficie a trabajar. Es importante señalar que el equipo cuenta con la ventaja de no necesitar una computadora adicional para operar, ya que ésta, es parte de el, convirtiéndolo en un equipo independiente y compacto. La metodología aplicada es de tipo prototipo funcional, ya que es un trabajo susceptible a ser utilizado en la fabricación de circuitos electrónicos de manera rápida y eficiente, además de ser económico pues utiliza software libre y herramientas comerciales.
Objetivo General:
Diseñar y construir un prototipo funcional, que sea capaz de leer un archivo descriptivo de diseño en código G y utilizarlo para la fabricación de circuitos impresos.
Objetivo Especifico:
- Fabricar un prototipo compacto que para ser utilizado no requiera de equipos adicionales.
- Diseñar los componentes mecánicos para desplazar la herramienta por la superficie de trabajo con movimiento en los 3 ejes del sistema coordenado cartesiano (X,Y,Z).
- Diseñar los circuitos electrónicos para controlar la velocidad y posición de los motores de manera automática, además de llevar el control de las señales emitidas por los sensores de posicionamiento en el sistema.
- Diseñar la interfaz gráfica para interactuar con el usuario y lograr la lectura de los archivos descriptivos en código G, dibujar el circuito (para dar una idea del trabajo a realizar) y controlar la comunicación con el resto del hardware para una exitosa fabricación del circuito impreso (PCB).
- Utilizar una herramienta comercial para el fresado y perforado del circuito impreso.
- Emplear software libre.
Equipos Comerciales Utilizados:
Esencialmente existen dos (2) dispositivos principales que cumplen un rol fundamental en el equipo diseñado, los cuales son:
- Raspberry Pi:
Es una computadora de placa reducida de bajo costo, desarrollado en Reino Unido por la Fundación Raspberry Pi. Sobre esta pequeña computadora se ejecuta el sistema de control del equipo.
- Dremel 100:
Es una herramienta rotativa de alta velocidad diseñada para aplicaciones de enrutamiento, corte, perforación y lijado de diversos materiales. Este dispositivo es utilizado para fresar la tarjeta electrónica y realizar las perforaciones que alojan los componentes electrónicos.
Diseño Mecánico:
Para el diseño de los componentes mecánicos se tomaron en cuenta las siguientes consideraciones:
- Rigidez mecánica.
- Posibilidad de movimiento de la herramienta (Dremel 100) en los 3 ejes coordenados del sistema cartesiano (X,Y,Z).
- Sujeción de la lámina a trabajar (Baquelita) de manera fácil, firme y económica.
- Construcción de un equipo compacto donde; la etapa de control y la etapa de potencia se encuentren incorporados en un solo dispositivo.
Diseño Electrónico:
Esta etapa del diseño se podría definir como la más importante para el funcionamiento del equipo, en ella existen dos (2) dispositivos principales que son el Raspberry Pi, encargado de calibrar el equipo e interpretar todas las coordenadas de diseño, y el PIC18F26k20, que es el encargado de monitorear los sensores, accionar los motores y controlar su velocidad, además entre estos dispositivos debe existir comunicación, la cual se realiza utilizando el protocolo I2C, siendo el dispositivo maestro el Raspberry Pi y el dispositivo esclavo el PIC18f26k20.
Interfaz Gráfica:
En esta etapa de diseño se pensó en una interfaz amigable para el usuario y básica pero que contenga las herramientas necesarias para el control del equipo. Para la fabricación y diseño de este prototipo se utilizaron algunas herramientas computacionales que se listan a continuación:
- Librecad
- Mplab
- SDCC Compiler
- Eagle en su versión Light
- QtCreator
Conclusiones
Los resultados obtenidos mediante las pruebas del equipo dan por cumplidos los objetivos propuestos inicialmente, donde se logra la construcción de un prototipo funcional capaz de realizar circuitos impresos de una capa en un equipo compacto. Mediante un control electrónico se logro variar la velocidad del Dremel de manera no invasiva y automática, en un rango de entre el 10% y 100% de la velocidad nominal, permitiendo al sistema configurar la velocidad de la herramienta según el tipo de trabajo, también es posible configurar dicha velocidad por el usuario en el modo manual.