Diseño y simulación de una plataforma automatizada de control numérico computarizado para realizar la inserción de componentes electrónicos de montaje superficial

Abstract

En el presente proyecto se describen los problemas de sujetar y colocar componentes electrónicos SMD en tarjetas PCB cuando se aplica el método convencional. Los componentes SMD pueden estar mal soldados y averiados por consiguiente la PCB es de baja calidad. Los componentes de montaje superficial no deben de ser tocados con la mano, porque ésta podría generar descargas eléctricas al circuito integrado. El tiempo en colocar los componentes SMD de forma correcta en su posición de referencia depende del número de componentes y el tipo de empaquetadura a colocar en la PCB. El presente trabajo se plantea dos propuestas de diseño mecánico. Se diseñó el módulo de succión neumática en el programa SolidWorks y realizó pruebas de estabilidad con función escalón y entradas de posiciones para analizar el comportamiento del en lazo abierto y en lazo cerrado. El primer modelo está diseñado con tornillos de potencia y ejes guías circulares para trasladar la carga y se seleccionaron servomotores sin escobillas DC con codificadores ópticos. El segundo diseño está diseñado con ejes-guías lineales para trasladar la carga y se seleccionaron servomotores AC con codificadores absolutos. Se realizó el modelamiento matemático del sistema electroneumático y de los servomotores con controladores PID en el programa MatLab/Simulink. Con la simulación de análisis de elementos finitos de los componentes mecánicos, los esfuerzos resultantes son mínimos. El diseño basado en tornillos de potencia es de menor costo y más lento, pero el modelo diseñado en ejes-guías lineales es de mayor costo y más flexible.

This project describes the problems of securing and placing SMD electronic components on PCB cards when the conventional method is applied. SMD components may be badly welded and damaged; therefore, the PCB is of poor quality. Surface mount components should not be touched by hand, because it could generate electric shocks to the integrated circuit. The time to place the SMD components correctly in their reference position depends on the number of components and the type of packing to be placed on the PCB. This paper presents two proposals for mechanical design. The pneumatic suction module was designed in the SolidWorks program and performed stability tests with step function and position inputs to analyze the behavior of the open loop and closed loop. The first model is designed with power screws and circular guide shafts to transfer the load and DC brushless servo motors with optical encoders were selected. The second design is designed with linear guide shafts to move the load and AC servo motors with absolute encoders were selected. Mathematical modeling of the electro-pneumatic system and the servomotors with PID controllers was carried out in the MatLab / Simulink program. With the simulation of finite element analysis of the mechanical components, the resulting stresses are minimal. The design based on power screws is lower cost and slower, but the model designed in linear guide shafts is higher cost and more flexible.