UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLAS DE HIDALGOFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA

DISEO Y FABRICACION DE CIRCUITOS IMPRESOS MEDIANTE UNA PC

VICTOR HUGO CHAVEZ URBINA CARLOS MANUEL SNCHEZ GONZLEZ

MORELIA, MICHOACAN A 09 DE NOVIEMBRE DE 2004.

RESUMENEl Eagle es un editor de gran ayuda para el diseo de circuitos impresos en placas como son: la baquelita, placas fenolicas y la fibra de vidrio. El programa posee un panel de control a partir del cual se puede editar: Un circuito esquemtico (archivos .sch) Un circuito impreso (archivos .brd) Una librera de componentes (archivos .lbr) De esta manera el programa permite dibujar circuitos y generar cada una de las caras de un circuito impreso como as tambin plantilla de perforaciones y mscaras de soldadura. El programa provee de una amplia gama de libreras de componentes, conectores, sensores, etc. y permite la generacin de nuevas libreras cuando no se dispone de algn componente en las libreras existentes. En el Eagle se tiene contenido el procesador Cam, el cual nos proporciona la generacin de archivos Gerber que nos permite quitar el cobre que no se utilizar de una placa impresa, y la generacin de archivos Excellon que nos permite la perforacin de dicha placa en las terminales de los componentes electrnicos que han de ser montados en ella. La funcin Pad nos permite determinar el dimetro de dicha perforacin. El KCam es un software usado para tallar, perforar, grabar y cortar una placa. Una amplia variedad de caractersticas son disponibles para realizar funciones tpicas. Las aplicaciones tpicas para el KCam incluyen rutas, diseo en 3D, diseo y taladro PCB, y recorte de plasma. El software KCam permite al usuario programar sus trayectorias usando el redactor de Gcode, o la importacin DXF, archivos Excellon, archivos Gerber. Crea las muestras y las placas usando los archivos Gerber y Excellon generados en el procesador Cam del Eagle e importa su trabajo en KCam. 2

En este trabajo se usan motores de pasos, los que son controlados desde una PC por medio de una tarjeta de control a travs de un puerto paralelo. Los motores de pasos (PaP) difieren en gran medida de los motores que todos conocemos de CC (corriente continua). Al aplicar a sus bobinas una secuencia de impulsos elctricos stos giran sobre su eje un ngulo fijo, este ngulo recorrido que depende de las caractersticas del motor, se le llama paso, de forma que se puede controlar, mediante un circuito electrnico, la cantidad, velocidad y sentido de los pasos. Hay dos tipos bsicos de motores PaP, los BIPOLARES que se componen de dos bobinas y los UNIPOLARES que tiene cuatro bobinas. Externamente se diferencian entre s por el nmero de terminales externos. Los bipolares solo tienen cuatro conexiones dos para cada bobina y los unipolares que normalmente presentan seis cables, tres para cada bobina, uno de los cuales es un tap central; aunque en algunos casos podemos encontrar motores unipolares con cinco cables, bsicamente es lo mismo, solo que los taps estn conectados entre s ya que son comunes para los dos pares de bobinas. El control de estos motores para aplicaciones donde se requiere una gran exactitud debe proporcionar un movimiento sincronizado de acuerdo a la necesidad de la aplicacin de tres motores para tener un sistema de movimiento en tres dimensiones (X, Y, Z). La herramienta utilizada para el corte y perforacin, se le denomina comnmente Herramienta de Corte, que es una simple y sencilla herramienta como puede ser un taladro, una cortadora, etc. Esta herramienta es movida mediante un mecanismo de precisin en tres ejes, el mecanismo mueve la herramienta mediante motores de pasos, servomotores de cd, etc., en el caso de este proyecto utilizamos un mecanismo con motores de pasos. El mecanismo utilizado en este proyecto est compuesto por una base mvil de cinco travesaos (eje X, Y, Z), en el cul cada uno tiene un motor de pasos bipolar montado, que son lo que nos permiten el movimiento de la herramienta de corte a lo largo de los tres ejes Cada motor de pasos debe tener una tarjeta de control, la cul controla la corriente que pasa por los devanados del motor, y por consiguiente al controlar la corriente y mantenerla constante, tambin se mantiene constante el par del motor. 3

PREFACIOEl objetivo de este trabajo es presentar el mtodo mediante el cual se puede disear y fabricar placas de cobre impresas, ya sea baquelita, placa fenolica, fibra de vidrio, etc. para uso de prototipos electrnicos en serie mediante el uso de la computadora personal (PC). Para esta aplicacin se uso el Eagle que es un editor de circuitos impresos, con el que podemos crear el circuito que se desea imprimir sobre la placa para alguna aplicacin real; este programa nos permite imprimir en la placa las conexiones entre los diferentes componentes electrnicos que se van a interconectar, a estas conexiones les llamamos pistas; tambin el programa nos permite marcar las terminales de cada componente donde deben de ser agujeradas para el montaje de ellos. Otro software utilizado en este trabajo es el KCam, el cul nos permite a travs del puerto paralelo dar instrucciones a la herramienta que vamos a necesitar para la manufactura, que se mueve en 3 dimensiones para realizar la tarea indicada (perforar, cortar y tallar el cobre que no vamos a ocupar de la placa). El KCam realiza sus tareas leyendo y ejecutando una lista de cdigos contenidos en dos tipos de archivos (para este proyecto) que son: los archivos Gerber y los archivos Excellon; los archivos Gerber son utilizados para quitar el cobre que no vamos a utilizar en la placa, y los archivos Excellon son los que contienen la lista de perforacin de la placa. Estos archivos (Gerber y Excellon) son generados a partir del Procesador Cam contenido en el editor Tagle. Una vez instalado y configurado el software completo, es decir, el editor de circuitos Eagle y el software de manufactura, es importante mencionar que este trabajo no sera posible realizar

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sin la presencia de algn mecanismo, pues a travs de este, la PC va a posicionar a lo largo de los tres ejes a la herramienta utilizada para cortar, perforar, y tallar el cobre de la placa.

En este trabajo utilic motores de pasos bipolares como base de mecanismo que estn conectados a la PC por medio de un control de motores de pasos conectado al puerto paralelo. Una buena razn por la que utilic motores de pasos es por su gran exactitud entre cada paso. Como sabemos, los motores de pasos son los adecuados para este tipo de trabajos debido a que su resolucin nos permite el desplazamiento de la herramienta en pasos muy pequeos.

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CAPITULO IDESCRIPCION DE LOS COMPONENTES DEL PROYECTO

Diseo de circuitos impresos por computadora mediante el: EAGLE Para Windows 95/NT Versin 4.11 El Eagle es un software de gran ayuda para el diseo de circuitos impresos en placas como son la baquelita, placa fenolica, fibra de vidrio. El programa posee un panel de control a partir del cual se puede generar o editar:

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Un circuito esquemtico (archivos .sch) Un circuito impreso (archivos .brd) Una librera de componentes (archivos .lbr) De esta manera el programa permite dibujar circuitos esquemticos y generar cada una de las caras de un circuito impreso mediante el ruteo convirtiendo un *.sch a un *.brd, como as tambin plantilla de perforaciones y mscaras de soldadura. El programa provee una amplia gama de libreras de componentes, conectores, sensores, etc. y permite la generacin de nuevas libreras y la edicin de las libreras existentes. Requerimientos del sistema EAGLE es un potente editor de grficos y esquemas para el diseo de placas con una computadora personal. Para un correcto funcionamiento de EAGLE los requerimientos mnimos del hardware son los siguientes: PC compatible (486 o superior) con Windows 95/98, Windows NT/2000 o Linux basado en el kernel 2.x, libc6 y X11 con un mnimo de color de 8 bpp Disco duro con 50 Mbyte libres como mnimo. Resolucin grfica mnima de 1024 x 768 pxeles (800 x 600 con el menor nmero de restricciones posible) Ratn, a ser posible, con 3 botones.

Caractersticas de EAGLE Versin Profesional 7

General rea mxima de dibujo 1.625 x 1.625 mm (64 x 64 pulgadas) Resolucin 1/10.000 mm (0.1 micras) Rejilla en mm o en pulgadas Hasta 255 capas a colores definidos por el usuario Ficheros de comando (ficheros Script) Lenguaje de usuario similar al C para la importacin y exportacin de datos Edicin de libreras sencilla Visor de libreras con potentes funciones de bsqueda Distincin entre las caractersticas de una misma familia (p. e. 74L00, 74LS00) Generacin de grficos de salida as como fabricacin y pruebas con el procesador CAM mediante el lenguaje propio del usuario Listado por impresora va controladores del SO Generacin de listado de componentes con soporte de base de datos Funciones Arrastrar (Drag) y Colocar (Drop) en el Panel de Control Funcin automtica de copias de seguridad

Editor de Placas Soporte completo en SMD Soporte completo en multicapas (16 capas de seales) Comprobacin de las reglas de diseo para placas (p. e. traslapas, medidas de pistas o Lneas de conexin) Conductores de cobre (para conexin a masa) Soporte en variedad de encapsulados

Mdulo Esquemtico Hasta 99 hojas por esquema Posibilidad de trabajar alternativamente con el esquema y con la placa Generacin automtica de la placa Generacin automtica de las seales de alimentacin Verificacin Elctrica (se verifican errores entre los esquemas elctricos y de lneas de 8

Conexin)

Mdulo Autoruter Totalmente integrado en el programa bsico Utilizacin de las Reglas de Diseo de lneas de conexin Cambio del modo manual al automtico en cualquier instante Algoritmo ripup&retry Estrategia de los factores de costo definida por el usuario Rejilla de dibujo mnima de 0,02 mm. Sin restricciones de posicionado Hasta 16 capas de seales (con direcciones preferidas definibles por el usuario) Hasta 14 capas con alimentacin Toma en consideracin de los distintos tipos de seales (ancho de lnea de conexin, distancias mnimas)

Edicin Estndar En la Edicin Estndar de esquemas se aplican las siguientes restricciones: El rea del esquema se restringe a un mximo de 160 x 100 mm. (Alrededor de 6,3 x 3,9 in). Fuera de esta rea no es posible situar encapsulados ni dibujar seales. Se permiten un nmero mximo de 4 capas (superior, inferior y 2 capas internas).

Edicin Libre (Freeware) En la Edicin Reducida de EAGLE, disponible como Freeware (para prueba y evaluacin), se aplican las siguientes restricciones: El rea de la placa est restringida a 100 x 80 mm. (Alrededor de 3,9 x 3,2 pulgadas). Fuera de esta rea no es posible situar encapsulados ni dibujar seales. Slo se pueden usar dos capas (no hay capas internas). Un esquema slo puede tener una hoja.

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Los esquemas ms grandes se pueden imprimir con ediciones menores. El procesador CAM puede tambin generar la elaboracin de datos.

CIRCUITOS TERICOS (SCHEMATICS) Desde el panel de control se accede al mdulo del programa que permite la edicin de circuitos con la simbologa utilizada normalmente en electrnica. Ver figura 1

fig. (1) Libreras en el panel de control

Para ello en file de la barra de comando seleccionar New u open (si se desea abrir un archivo ya existente) y luego schematic, como lo muestra la figura 2.

fig. (2) Men del comando File del Eagle

Una vez seleccionando open Schematic, se abre una ventana con un archivo activo, como la que se muestra en la figura 3: 10

fig. (3) Circuito terico

Para incluir un componente en el dibujo se deber previamente abrir una librera. Para esto se puede utilizar el icono presente (ADD) en la barra de tareas, o desde el panel de control (haga referencia a la figura 1). Si el componente necesario no se encuentra en ninguna librera habr que editarlo y generar una nueva librera. El programa trabaja con una grilla que le permite obtener fcilmente lneas rectas simetras en los dibujos. Para activar esta grilla se selecciona el icono Grid que se encuentra situado en la parte superior inmediata de la lnea de comandos; y permitir hacer que la misma sea visible o no, permitir modificar el tamao de su trama, que sea representada por lneas o por puntos y finalmente elegir la unidad de medida. Para realizar el conexionado de los componentes se utiliza la barra de tareas (figura 4) y las opciones de visualizacin que enseguida se definirn: DISPLAY: Permite seleccionar las capas de diseo (layers) que se desean aparezcan visibles en el diseo en curso. Cabe aclarar que en el momento de la impresin solo se imprimirn los elementos visibles en pantalla.

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MARK: Permite elegir el origen de coordenadas para la presentacin de posicin relativa indicada en la parte superior de la pantalla.

fig. (4)

Barra de tareas del editor esquemtico

WIRE: Genera un cable. Para terminarlo hacer doble clic sobre el terminal correspondiente, o sobre el icono correspondiente STOP situado en la barra superior. Al activar la funcin aparece un men en la parte superior de la pantalla que permite modificar algunos parmetros (ver figura 5).

fig. (5) Ventana de la funcin Wire

Para que el programa reconozca la lnea como una conexin elctrica dibujar la lnea en el layer llamado Nets. NAME: Permite modificar el nombre que el programa le asign a los componentes y cables utilizados. VALUE: Permite modificar el valor de un componente. Cabe aclarar que el valor asignado a un componente solo tiene sentido para la presentacin del circuito terico ya que el circuito impreso no sufre modificacin alguna y el programa no simula el funcionamiento del circuito.

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GROUP: Activando esta funcin se podr encerrar con un cuadro un conjunto de componentes, formando con ellos un grupo que podr ser editado en conjunto con las funciones CUT, PASTE, MOVE, DELETE, etc. mediante el botn derecho del Mouse, mientras que con el izquierdo se editan los componentes por separado. CUT y PASTE: Con CUT se puede cargar en el clipboard un componente o grupo, y PASTE permite recuperarlo y pegar dicho objeto en el rea de trabajo. eliminan del rea de trabajo. MOVE: Permite desplazar un componente, cable o grupo seleccionado con el botn izquierdo del Mouse en el rea de trabajo. Con sta funcin activa, con el botn derecho del Mouse se puede rotar el objeto 90, 180, 270 360 (lo cual tambin puede hacerse con la funcin ROTATE). MIRROW: Genera la imagen especular de objetos y grupos respecto del eje Y. DELETE: Permite eliminar un componente, cable o grupo del rea de trabajo. ERC: Esta es una herramienta que realiza una verificacin elctrica del circuito. El programa corrobora que no halla terminales de componentes discretos o pines de entrada de integrados sin conexin o pines de salida utilizados como de entrada (con una tensin forzada por ejemplo). TEXT: Permite agregar etiquetas de texto a un elemento o diseo. BUS: Permite dibujar paquetes de cables paralelos. NET: Realiza conexiones elctricas al bus. LABEL: Muestra el nombre asignado a un cable o conexin. SPLIT: Permite modificar un cable ya realizado. A diferencia de otros programas que funcionan en entorno Windows, al aplicar la funcin CUT los objetos no se

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JUNCTION: Sirve para insertar un nodo. Se coloca en el cruce entre 2 o ms cables. Si no hay conexin elctrica entre los mismos permite realizarla. ADD: Con esta funcin se puede agregan al dibujo los componentes que incluye la librera previamente abierta.

DISEO DE CIRCUITOS IMPRESOS (PCB) Existen 2 formas diferentes de generar un circuito impreso: 1. Desde el panel de control. Para ello en file de la barra de comando seleccionar New o open (si se desea abrir un archivo ya existente) y luego board. 2. A partir del circuito terico con el icono:

Situado en la parte superior. Al pulsarlo se abrir el mdulo del programa para la generacin de circuitos impresos con un recuadro blanco (que es el rea de trabajo de 10cm. X 8 cm.) y a un lado del mismo los componentes utilizados en el terico (con su encapsulado correspondiente) y con finas lneas amarillas las conexiones entre ellos. Es necesario llevar los componentes al interior de dicha rea de trabajo pues fuera de ella el programa en su versin Light no ejecuta ninguna funcin. Cuando se inicia el diseo del circuito impreso a partir del terico, el programa no permite la inclusin de nuevos componentes ni conexiones que no figuren en el terico, para mantener la correspondencia entre ellos. familia. Adems interconecta automticamente entre s los pines de alimentacin de los integrados de la misma

Ms all de estas diferencias, el resto del diseo es el mismo para el caso del diseo de circuitos tericos (Schematics) que para el caso del diseo de circuitos impresos (PCB). 14

La figura 6 muestra el diseo de un circuito impreso (PCB).

fig. (6) Circuito impreso

Ahora bien, mediante el siguiente icono:

Se puede acceder al mdulo de edicin de circuitos esquemticos tericos (schematics), pero el programa no genera el circuito terico a partir del impreso. Las funciones USE, DISPLAY, MARK, MOVE, MIRROW, ROTATE, CUT, PASTE, DELETE, ADD, NAME, VALUE, SPLIT, WIRE y TEXT como as tambin las que sirven para dibujar figuras geomtricas como CIRCLE, ARC, RECTANGLE y POLYGON, son las mismas que en el mdulo de circuitos tericos. Veremos entonces algunas funciones propias de ste mdulo en la figura 7.

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fig. (7) Barra de tareas para el editor PCB

WIRE: Permite dibujar lneas. La funcin se trabaja igual que en el mdulo de circuitos tericos con la particularidad que stas lneas sern pistas en las caras (layers) llamadas TOP (lado componentes) y Driver (lado de abajo o lado cobre para plaquetas simple faz). SIGNAL: Permite generar conexiones entre islas de componentes (pads). Estas conexiones debern ser luego ruteadas manualmente (ROUTE) o en forma automtica (AUTO). ROUTE: Permite generar una pista a partir de una conexin (SIGNAL) ya preestablecida. Al activar sta funcin se incorpora en la parte superior de la pantalla un men que permite elegir la cara (top o Driver), el formato de la lnea, espesor y los parmetros correspondientes a una isla para el caso en que se desee trasladar una pista desde una cara a la otra de la plaqueta. RIPUP: Permite convertir una pista en una conexin no ruteada (SIGNAL). VIA: Permite insertar una isla. Al activar sta funcin se incorpora en la parte superior de la pantalla un men que permite elegir la forma de la isla, el dimetro de la misma y el dimetro de la perforacin correspondiente (DRILL). HOLE: Genera una perforacin en la plaqueta para, por ejemplo, la sujecin de la misma dentro de un gabinete. Al activar sta funcin se incorpora en la parte superior de la pantalla un men que permite elegir el dimetro de dicha perforacin.

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CHANGE: Si bien esta funcin tambin existe en el mdulo anterior, aqu es donde tiene mayor aplicacin. Sirve para modificar todos los parmetros de los objetos ya dibujados. REPLACE: Se utiliza para cambiar el encapsulado a un componente por otro de la misma librera. Se mantiene el conexionado preestablecido. NOTA: Al insertar un componente, una isla, pista, agujero, etc. los elementos quedan dibujados en las caras correspondientes (layers) de forma tal que si se desea por ejemplo imprimir solo los componentes esto se pueda hacer dejando visible slo la cara (layer) correspondiente. RATSNETS: Esta funcin calcula la mnima distancia entre los puntos a conectar indicados con SIGNAL. DCR: Esta es una herramienta que permite verificar si se cruzaron pistas en el dibujo (overlap) y adems si se respetaron normas de diseo establecidas en un men que aparece al activar la funcin. ERRORS: Indica la lista de errores calculados con DRC y mediante una flecha muestra la ubicacin de los mismos. AUTO: Esta funcin realiza en forma automtica el ruteo de las conexiones (signals) ya preestablecidas. Al hacer click en el icono correspondiente se activa un men que permite determinar distintos parmetros o condicionamientos para ste ruteo (haga referencia a la figura 8).

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fig. (8) Autorouter

NOTA: Es importe darle a los componentes la mejor ubicacin posible tal que sea simple el ruteo de las pistas debido a que puede ocurrir que el programa no encuentre como rutear determinadas conexiones con lo que el autorruteo ser solo parcial.

CREACIN Y EDICIN DE UNA LIBRERA. Desde el panel de control se puede acceder a un mdulo especial del programa que permite la edicin o la creacin de una nueva librera de componentes. En file de la barra de comando seleccionar New o open (si se desea abrir un archivo ya existente) y luego library (figura 2). Para generar un nuevo componente hay que definir 3 cosas: o El smbolo (symbol) correspondiente al circuito terico. o El encapsulado (package) y sus islas (PADS) correspondientes al circuito prctico (circuito impreso). o El dispositivo (device), es decir, la asignacin de un encapsulado a determinados smbolos y la correspondencia entre las terminales de los smbolos y los pads del encapsulado. As, al acceder al mdulo de librera en la barra superior aparecern 3 conos que permitirn editar cada una partes antes mencionadas. 18

Se puede hacer referencia a la figura 9.

Fig., (9) Definicin de un nuevo componente para la creacin de una nueva librera

Al hacer click sobre cualquiera de stos conos se abrir un men que permitir elegir componentes de la librera abierta o generar un nuevo componente con la opcin new. Cuando se accede a la edicin del smbolo aparecern del lado izquierdo de la pantalla una serie de iconos (cuyas funciones ya fueron mencionadas en otros mdulos) que permitirn dibujar el smbolo del componente que desea que aparezca en el circuito terico. A estos iconos se le agrega al final uno llamado PIN que permite indicar en el dibujo cules son los terminales de conexin del dispositivo. Al activar sta funcin aparecer en la parte superior el siguiente men:

fig. (10) Funcin PIN

Para que el nombre y valor del smbolo sean visibles en el plano terico, con la funcin TEXT se escribe >NAME en la cara (layer) 95 (names) y >VALUE en la cara 96 (values). De esta manera, cuando se est editando un circuito terico se podrn modificar dichos parmetros con las funciones ya explicadas. 19

Cuando se accede a la edicin del encapsulado aparecern del lado izquierdo de la pantalla una serie de conos (cuyas funciones ya fueron mencionadas en otros mdulos) que permitirn dibujar el componente y sus puntos de soldadura (PADS). A estos conos se les agregan los siguientes: PAD: Sirve para ubicar las islas para la soldadura de las terminales de los componentes. Al activar sta funcin aparece en el lado superior de la pantalla un men donde se puede elegir la forma de la isla, su dimetro y el dimetro del agujero correspondiente (Drill). NOTA: El mismo icono que en el mdulo de diseo de circuito impreso activa la funcin VIA (isla), ac activa la funcin PAD. La diferencia entre PAD y VIA es que ste ltimo no permite definir una conexin con la funcin SIGNAL. SMD PAD: dem anterior pero para componentes de montaje superficial Cuando se accede a la edicin del dispositivo, aparecen del lado izquierdo de la pantalla, adems de algunas herramientas ya vistas, los siguientes conos: PREFIX: Sirve para definir el prefijo del nombre que le asignar el programa a este dispositivo cuando sea utilizado (por ejemplo IC para los integrados, R para las resistencias, etc.). PACKAGE: Asigna un encapsulado a los smbolos que estn presentes en la pantalla (incorporados a sta con ADD) y que van a formar parte del dispositivo que deseamos generar. De esta manera se pueden incorporar ms de un smbolo en un solo encapsulado (por ejemplo para integrados de compuertas, o arrays de transistores). CONNECT: Permite asignarle a cada terminal de los smbolos un PAD del encapsulado.

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fig. (11) Ventana del icono Connect

EL PROCESADOR CAM DEL EDITOR EAGLEEl procesador CAM permite la salida de cualquier combinacin de capas a un dispositivo o a un archivo. Este procesador permite la combinacin de varios grupos de parmetros colocados para formar un procesador CAM de trabajo, que puede ser usado para producir un sistema completo de archivos de salida. Los datos del proyecto se generan con el Procesador CAM. El Procesador CAM utiliza sus propios controladores (Drivers), que pueden ser definidos o modificados por el usuario. Los archivos de salida que se generan con el procesador Cam son de gran importancia para nuestro fin, ya que estos son los archivos que contienen el cdigo para taladrar y para perforar (archivos Gerber y Excellon respectivamente) la placa y que sern ledos por el KCam posteriormente definido.

Generacin del Archivo Gerber con el Procesador CAM.

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Los pasos que son requeridos para la creacin de cada placa y su fabricacin son recogidos en historiales, y los datos de la fabricacin son generados. Este proceso puede ser denominado Procesador CAM de trabajo o procesador Cam Job. La mayora de las placas de circuito impreso (PCB) se hacen mediante un proceso denominado Gerber photo-plotting. Una vez realizado el diseo del circuito impreso, es necesaria la generacin de fotolitos, la mayora de los programas profesionales de diseo de PCB incluyen la generacin de archivos Gerber para la realizacin de los fotolitos.

fig. (12) Generacin de Gerber

Los archivos Gerber, se usan para hacer el fotolito, el cual es como el negativo de una cmara, este fotolito se usa para exponer la placa de circuito impreso. Este es el inicio del proceso de fabricacin de una placa de circuito impreso. Cabe mencionar que los archivos Gerber que se generan desde el procesador CAM son para quitar de la placa el cobre que no nos va a servir, mediante algn proceso qumico (por Corrosin), bien un proceso mecnico (por tallado) que puede ser mediante una fresa o driller de alta velocidad la cual quita el cobre raspando la capa de este.

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Enseguida veremos como se generan estos archivos: Proceso de creacin de los Archivos Gerber para 2 capas o caras del circuito impreso: EAGLE provee un archivo CAM Job, que crea los archivos GERBER para 2 capas o caras en una forma muy sencilla. Para la creacin de estos archivos se deben seguir los siguientes pasos: 1- Cargar el archivo impreso (PCB) en la pantalla. Se puede abrir desde el Panel de Control de EAGLE, seleccionando File/Open/Board. 2- hacer click sobre el Icono ULP que se encuentra en la barra de herramientas en la parte superior en su archivo Board. Cuando la caja de dialogo aparece selecciona el archivo llamado DRILLCFG.ULP desde el directorio de ULP. En cuestin de segundos se desplegar un mensaje diciendo que ULP ha terminado. 3- Ahora hacer click en el Icono del Procesador CAM ubicado en la barra de herramientas. Este icono cargara la pantalla del Procesador CAM. Desde esta pantalla selecciona haciendo click en File/Open/Job y seleccionar el CAM Job llamado GERBER.CAM desde el directorio CAM y despus OK. Se puede hacer referencia a la figura13. 4- Dar un click sobre el botn que dice Proceso Job. Se desplegarn 2 mensajes. El primer mensaje ser Delete the $$$ file after process este es un archivo falso que EAGLE crea, clic en OK. El segundo mensaje es More than one signal layer Active, click OK a este mensaje. Dependiendo del tamao y complejidad del archivo impreso, el proceso entero tomara unos pocos minutos o hasta unas horas. 5- Cuando el procesador CAM ha terminado este proceso. Este proceso crea varios archivos que tendrn el mismo nombre como su archivo impreso (PCB) pero con extensiones diferentes: .WHL .CMP Aperture Wheel File Copper Component side .PLC Silk Screen Component side .STC Solder Stop mask Component 23

side .SOL Copper Solder side .STS Solder Stop mask Solder side

fig. (13) Pantalla del procesador Cam

En este trabajo nosotros solamente ocuparemos 2 capas que son: Layer 44 (Drill) y Layer 45 (Holes), puesto que lo que queremos es solamente taladrar y perforar en la placa como ya lo hemos mencionado. Ver figura 13.

ARCHIVOS EXCELLON Los archivos Excellon son los que nos permiten la perforacin del taladrado en las placas diseadas, es decir, la perforacin requerida. Estos archivos al igual que los archivos Gerber, se generan desde el procesador Cam del EAGLE. Los pasos a realizarse son: 1- Directamente desde el procesador CAM hacer click en File/Open/Job y selecciona el CAM Job llamado EXCELLON.CAM desde el directorio CAM, y hacer click en OK.

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2- Ahora hacer click en el botn pequeo que dice Proceso. Este generar los archivos EXCELLON. Normalmente este proceso solo toma pocos segundos. 3- Los siguientes archivos son generados cuando este proceso finaliza. .DRL Tool Rack File .DRD Excellon Output .DRI Drill Information file

Como podemos ver, estos archivos son los que nos permiten la perforacin de la placa, vemos claramente que estos archivos utilizan la capa 45 (Holes), y tambin podemos observar cmo las extensiones de estos archivos son de perforacin.

ARCHIVO DE PERFORACION DE PADS Este archivo nos permite agregar los puntos de soldadura al circuito impreso con el que se est trabajando Es decir, sirve para ubicar las islas para la soldadura de las terminales de los componentes. Al activar sta funcin aparece en el lado superior de la pantalla un men donde se puede elegir la forma de la isla, su dimetro y el dimetro del agujero correspondiente (Drill). SMD PAD: dem anterior pero para componentes de montaje superficial [1]

CONVERSIN DE LOS ARCHIVOS GERBER Y EXCELLON PARA SER PROCESADOS POR EL CAM Para convertir los archivos Gerber para ser procesados se selecciona el procesador CAM del Eagle, y aparece la ventana de este procesador en la cul debemos hacer Click en File/Open/Job y seleccionar el archivo GERBER.CAM, tal y como lo muestra la figura 13, y sobre el campo File se debe poner la extensin del archivo de salida .gbr, .gbc, o .gb0. y posteriormente Click sobre Process Job y se puede ver que aparece el archivo con dicha extensin. 25

Para los archivos Excellon es en forma similar a los Gerber solamente que en lugar de poner en el campo File la extensin .gbr, vamos a poner la extensin .nc.

EL SOFTWARE DE MANUFACTURA KCAMKCam es un software usado para tallar, perforar, grabar y cortar. Tiene varias funciones de la importacin para convertir archivos del CAM a Gcode para el uso en el equipo. KCam es diseado para hacer tu experiencia simple y divertida. Una amplia variedad de caractersticas son disponibles para realizar funciones tpicas. Las aplicaciones tpicas para el KCam incluyen rutas, diseo en 3D, diseo y taladro PCB, y recorte de placa de acero con plasma. El software de KCam permite al usuario programar sus trayectorias usando el redactor de Gcode, o la importacin DXF, archivos del NC, Gbc y del PLT. Crea las muestras y las placas usando el software del CAM e importa su trabajo en KCam. Grabe las muestras, haga las etiquetas conocidas, tableros de circuito impresos del taladro, piezas del molino, cortes del plasma, cuadros del diagrama sobre el papel, etc. La figura A muestra el ambiente de este software.

fig. (A) Ambiente del KCam

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Caractersticas dominantes del KCam: Puede cargar archivos del cdigo del GM Importacin de archivos del taladro de Excellon ASCII de la importacin (NC) Importacin de archivos DXF Importacin de archivos HPGL (PLT) Importacin de archivos Gerber (.GB0) Archivos del cdigo de Edit/Write GM espectador grfico 3D Control manual de activacin de motores Control de motores mediante el puerto Paralelo usando motor de pasos mediante Lpt Permite correr en sistemas Windows 95/98/NT/2000 32bit Conversin del aislamiento del PWB a partir Gerber(RS274X) de archivos

REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA PARA SU CORRECTO FUNCIONAMIENTO: REQUISITOS MNIMOS DE LA PC Procesador: Memoria: Espacio del disco duro: Resolucin De la Pantalla: Pentium II 300Mhz 64 megas de RAM 10 megas de espacio libre 800x600 pxeles

REQUISITOS RECOMENDADOS Procesador: Memoria: Pentium 4 1GHz o mayor 128 megas de RAM

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Espacio del disco duro: Resolucin De la Pantalla:

10 megas de espacio libre 800x600 o 1024x768 pxeles

Como ya se ha mencionado anteriormente KCam puede trabajar en 3D. Es necesario cargar el archivo de Gcode en KCam del procesador CAM. KCam soporta el movimiento de 3 ejes, esto es en 3D. MOTORES DE PASOS Estos motores estn contenidos dentro de la clasificacin de motores especiales, tienen caractersticas que las distinguen de los tipos ms convencionales y son denominados por esta razn como especiales. Los motores de pasos difieren en gran medida de los motores que todos conocemos de CD. Al aplicar a sus bobinas un conjunto adecuado de impulsos elctricos stos giran sobre su eje un ngulo fijo, este ngulo recorrido que depende de las caractersticas del motor, se le llama paso, de forma que se puede controlar, mediante un circuito electrnico, la cantidad, velocidad y sentido de los pasos.

Clasificacin de los motores de pasos: Motor de Reluctancia Variable. Motores de Imn permanente: -Bipolar -Unipolar Motores de tipo Hbridos.

Cabe mencionar que para este trabajo utilic motores bipolares, esto debido a que son los ms comunes en el mercado y son ms fciles de conseguir. Ventajas con el uso de los motores de pasos: Un costo Bajo. 28

La Simplicidad en la construccin. La Alta fiabilidad. Ningn mantenimiento (por no contener escobillas ni conmutador). La amplia aceptacin. Ninguna accin para estabilizar en lazo abierto. Trabajan en casi cualquier ambiente. Ms fiables que los servo motores (construidos con motores de CD). No hay virtualmente ninguna falla concebible cuando esta girando y se usa un mdulo de control de motores de pasos (Drivers) para su mejor desempeo. Los motores de pasos son simples de controlar en un sistema de configuracin de lazo abierto. Slo requieren dos y cuatro lneas de control. Proporcionan excelente par a bajas velocidades, despus de 5 constantes de tiempo el par es estable y continuo, similar a un motor de CD con escobillas del mismo tamao o en ocasiones dobla el par del motor de CD con escobillas equivalente. Esto a menudo elimina la necesidad de una caja de engranajes. Un sistema de control de motor de pasos es rgido, con los lmites conocidos de error dinmico en la posicin.

Desventajas con el uso de los motores de pasos: Los efectos de Resonancia y tiempos relativamente largos de activacin. Un desempeo de par y velocidad spero a velocidad baja a menos que se use el control de microstepp (half stepp). La consideracin de aceptar la prdida de la posicin como resultado de operar en lazo abierto.

Consumen la corriente sin tener en cuenta las condiciones de carga y por consiguiente tiende a calentarse. 29

Son altos consumidores de corriente. Prdidas a velocidad relativamente altas y que pueden causar calentamientos excesivos, y son frecuentemente ruidosos (sobre todo a altas velocidades).

EL PAR & CORRIENTE EN LOS MOTORES DE PASOS. El par desarrollado por el motor de pasos depende de la corriente en los devanados. La figura 14 presenta una curva tpica entre estos. Cuando por ejemplo, la corriente es de 7.8 amperes el motor desarrollar un par de 3 N.m este es el par que el motor puede ejercer mientras se mueve a la siguiente posicin este es llamado Torque Pull-Over. Cuando el motor esta en reposo una corriente de retencin que fluye por los devanados del motor que estn energizados, produciendo un par de retencin llamado Torque-holding. Aqu cabe mencionar que cuando el devanado est alimentado con CD, la resistencia del devanado es la nica que limita a la corriente. Pero al alimentar con CA, aparece la reactancia inductiva que junto con la resistencia forman una impedancia para limitar la corriente.

XL = 2fLDe la ecuacin anterior podemos observar tambin que a medida que la frecuencia vara, la corriente tambin variar, y por consiguiente haciendo referencia a la curva de la figura 14, el par tambin variar. De aqu podemos ver que tanto el par como la corriente estn en funcin de la frecuencia.

fig. (14) Curva par & corriente

fig. (14) Curva Par -- Corriente

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PARMETROS DE LOS MOTORES DE PASOS Desde el punto de vista mecnico y elctrico, es conveniente conocer el significado de algunas de las principales caractersticas y parmetros que se definen sobre un motor de pasos antes de usarlos: Par dinmico de trabajo: Depende de las caractersticas dinmicas del motor y es el

momento mximo que el motor es capaz de desarrollar sin perder paso, es decir, sin dejar de responder a algn impulso de excitacin del estator y dependiendo, evidentemente, de la carga. Par de mantenimiento o par esttico de retencin: Los motores de pasos de imn permanente tienen la capacidad de mantener una posicin fija de su eje. Si el devanado de polo del estator esta energizado, la capacidad de mantener la posicin es bastante fuerte. La cantidad de par que puede aplicar al eje del motor la carga mecnica, sin que el motor pierda su posicin y salga de una posicin estable, se llama par esttico o de retencin (Holding), este es mayor que el par dinmico y acta como freno para mantener el rotor en una posicin estable dada. En esta condicin las bobinas estn energizadas y la velocidad del rotor es cero, es llamado por algunos fabricantes par Holding o en CD. Par de detencin: Es un par de freno que siendo propio de los motores de imn permanente, es debida a la accin del rotor cuando los devanados del estator estn desactivados. Angulo de paso: Se define como el avance angular que se produce en el motor por cada impulso de excitacin. Se mide en grados, siendo los pasos estndar ms importantes los siguientes: Grados por impulso de excitacin 0,72 1,8 3,75 7,5 15 N de pasos por vuelta 500 200 96 48 24

31

Este es el factor mas importante al momento de escoger un motor para una determinada aplicacin. Este factor especifica el nmero de grados que el rotor girar por cada paso. En la operacin de medio paso del motor, el nmero de pasos por revolucin es el doble y los grados por revolucin se reducen a la mitad. Frecuencia de paso mximo: Se define como el mximo nmero de pasos por

segundo que puede recibir el motor funcionando adecuadamente. Momento de inercia del rotor: Es su momento de inercia asociado que se expresa en gramos por centmetro cuadrado.

MODO DE OPERACIN POR MICROPASOS DE UN MOTOR DE PASOS. Este modo de Micro pasos es relativamente de nueva tecnologa, y se controla la corriente en el devanado del motor a un grado ms all que subdivide el nmero de posiciones entre los polos. El modo micro pasos es capaz de hacer girar a 1/256 de un paso pleno, o arriba de 50,000 pasos por revolucin. El modo Micro pasos se usa tpicamente en aplicaciones que requieren posicionamiento exacto y una resolucin fina a una gama amplia de velocidades.

MOTOR DE PASOS UNIPOLAR: En este tipo de motores, todas las bobinas del estator estn conectadas en serie formando cuatro grupos. tal y como se aprecia en la Figura 15. Segn puede apreciarse en dicha figura, del motor de pasos salen dos grupos de tres cables, uno de los cuales es comn a dos bobinados. Las seis terminales que parten del motor, deben ser conectados al circuito de control, el cual, se comporta como cuatro conmutadores electrnicos que, al ser activados o desactivados, producen la alimentacin de los cuatro grupos de bobinas con que est formado el estator. Si generamos una secuencia adecuada de funcionamiento de estos interruptores, se pueden producir saltos de un paso en el nmero y sentido que se desee. 32

fig. (15) Control de motor Unipolar

El motor unipolar adopta su nombre de la manera de alimentacin de sus devanado esto es en los devanados del motor la corriente solo fluye en un solo sentido como se ve en la figura 16, normalmente estos motores tienen dos devanados bsicamente con un TAP central terminal (1 y 2), que forman 4 bobinas Su rotor esta dentado y construido con imn permanente, este motor se mueve de manera escalonada o por pasos, esto es son paso fijos que el motor avanza para completar una revolucin, por tanto existen un movimiento preciso del rotor. Para que el motor avance se requiere una secuencia de activacin de sus cuatro bobinas (a1,b1,a2,b2).

fig (16) Alimentacin del motor unipolar

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MOTOR DE PASOS BIPOLAR: En este tipo de motores las bobinas del estator se conectan en serie formando solamente dos grupos, que se montan sobre dos estatores, tal y como se muestra en la Figura 17. Segn se observa en el esquema de este motor salen cuatro hilos que se conectan, al circuito de control, que realiza la funcin de cuatro interruptores electrnicos dobles, que nos permiten variar la polaridad de la alimentacin de las bobinas. Con la activacin y desactivacin adecuada de dichos interruptores dobles, podemos obtener las secuencias adecuadas para que el motor pueda girar en un sentido o en otro.

fig (17) Control de motor Bipolar

Este tipo de motor requiere de un puente H para controlar cada devanado del motor. Se requieren en total 2 puentes, por lo cul algunos fabricantes ofrecen circuitos integrados para esta funcin, tambin es posible controlar con 2 interruptores mecnicos de dos polos tres tiros.

fig (18) Alimentacin del motor bipolar 34

TARJETA DE CONTROL PARA MOTORES DE PASOS La tarjeta de control nos permite controlar la corriente que fluye a travs de los motores de pasos bipolares anteriormente descritos y que son los que nos permiten el desplazamiento de la herramienta de corte a lo largo de los tres ejes a travs de un mecanismo de tornillo para la manipulacin de las placas que sern tratadas en este trabajo. El diagrama esquemtico y PCB de esta tarjeta se muestra en el captulo II. Esta tarjeta vista en la figura 19 es una placa que est compuesta por un Driver L297-298N ms otros pocos componentes.

fig. (19) Tarjeta de control L297-298N usada en el proyecto

Como podemos ver en la figura 19, en la tarjeta de control estamos utilizando el Driver L297298N que ms adelante ser descrito; es de gran importancia el dentro del control de la corriente en los motores utilizados en el proyecto. Tambin cabe aclarar que cada tarjeta va a ir conectada a cada uno de los tres ejes del mecanismo mecnico utilizado en este trabajo, es decir, una tarjeta para el eje X, otra para el eje Y, y otra para el eje Z como se indica en la figura 20. La tarjeta de control est conectada a una PC a travs del puerto paralelo. Desde la PC se van a enviar tres seales generadas en el KCam que a travs del puerto paralelo y de la tarjeta de control se harn llegar a cada uno de los tres ejes (Ver figura 20). Estas tres seales son: Tren de pulsos Direccin 35

Habilitacin o Deshabilitacin

fig. (20) Conexin de la tarjeta de control a la PC

Esta tarjeta de control es llamada Tarjeta de Control L297-298N debido a que el Driver que utiliza dicha tarjeta es el L297-298N.

Justificacin del uso del Driver L297 De la curva Par-Corriente del motor de pasos vista en la figura 14 podemos observar que a medida que la corriente en los devanados del motor aumenta, el par en el motor tambin aumenta. Se ve claramente que en el devanado cuando se alimenta con CD la corriente es limitada nicamente por la resistencia del mismo. Pero cuando se alimenta con CA, la Reactancia Inductiva juega tambin un papel importante junto con la resistencia en la limitacin de la corriente. En el caso de CA tenemos que: XL = 2 fL , en el cul podemos ver que si la frecuencia vara, tambin XL variar en forma proporcional, y por tanto, si XL vara, la corriente tambin variar al variar la frecuencia f, y por consiguiente el par variar.

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De lo anteriormente expuesto es importante considerar el uso de un Driver que controle la corriente que circula por los devanados del motor mantenindola as constante, pues necesitamos mantener un par constante a lo largo del trabajo realizado por los motores. El Driver L297-298N El Driver L297 es un controlador que nos permite por medio de un voltaje de referencia y un circuito Chopper proteger a los devanados del motor de la corriente, es decir, si la corriente en los devanados excede de su valor nominal, el L297 va a disminuir dicha corriente. El motor puede ser controlado en medios pasos, micro pasos, y pasos completos. Montado en los paquetes DIP20 y SO20, el L297 se puede utilizar con los controladores tales como el L298N como es el caso para este proyecto, o L293E, o con transistores discretos. La figura 21 muestra al Driver L297 en los dos empaquetados mencionados anteriormente. mencionar que para este trabajo se utiliz el L297 con el empaquetado DIP20. Cabe

fig. (21) IC del Driver L297

El L297 es diseado para usarse con un puente doble que en nuestro caso es el L298N. Como se mencion ya anteriormente, este Driver L297 recibe el tren de pulsos que son los que indican al motor cuantos pasos se van a dar, la direccin del giro del motor (puede ser en sentido horario o anti-horario) y la habilitacin o deshabilitacin del giro. La principal funcin del Driver L297 es un convertidor, que genera las secuencias de fase en el motor, y un circuito Chopper PWM que regula la corriente en los devanados del motor. El convertidor genera las diferentes secuencias, seleccionadas para medios pasos y pasos completos: 37

Control ondulado (Wave) para pasos completos (una fase energizada a la vez) Normal para pasos completos (dos fases energizadas) Para medios pasos (alternadamente dos fases energizadas y despus una sola fase)

Dos seales inhabilitadas son tambin generadas por el L297 en medios pasos y pasos completos (control ondulado). Estas seales, que conectan directamente a dos de las entradas del L298 estn diseadas para hacer caer la corriente cuando una bobina es des-energizada. Cuando el L297 es usado para controlar el motor de pasos, el chopper acta sobre esas lneas. Una entrada llamada CONTROL determina si el chopper acta sobre las lneas de fase ABCD en las lneas inhibit INH1 e INH2. Cuando las lneas de fase son cortadas, la lnea de fase desactivada de cada par (AB CD) es activada. Para ms informacin sobre el Driver L297 ver Apndice A.

VENTAJAS DEL USO DEL L297-298N La combinacin L297 + L298N tiene muchas ventajas: Se requiere de muy pocos componentes (por consiguiente el costo es muy bajo, tiene alta precisin, y se requiere de muy poco espacio) El desarrollo del software es simple y la carga en el micro es reducida Adems, la seleccin de dos entradas da un alto grado de flexibilidad; el L298N puede ser usado sobre los propios motores de cd, y el L297 puede ser usado con algn nivel de potencia, incluyendo dispositivos discretos de potencia. 38

La figura 22 muestra la configuracin tpica del Driver L297-298N

fig. (22) Configuracin tpica del Driver L297-298N

Para motores bipolares con corrientes de fase (en las bobinas) mayores de 2A el L297 debiera ser usado con el L298N. Para corrientes de fase mayores de 1A el L293E es recomendado. Las corrientes altas son obtenidas con transistores de potencia. Las aplicaciones del L297 pueden ser encontradas casi en todas partesimpresoras, mquinas de escribir, plotters, controles numricos para mquinas, cajas registradoras, fotocopiadoras, robots, controles del disco floppy, equipos fotogrficos, entre otros.

El Driver L298N Ya que el L297 es normalmente usado con un Driver puente L298N, una breve informacin de este dispositivo ser dada a continuacin. El L298N contiene un puente doble o dos puentes cada uno controlado por dos entradas lgicas de un nivel TTL y una entrada de nivel TTL llamada enable. Adems, las conexiones emitidas de los transistores inferiores son vistas en la salida para terminales externas para permitir la conexin de las resistencias que sern las que van a sensar la corriente. Esto se ilustra en la figura 23. 39

fig. (23) Estructura interna del L298N

SISTEMA DE CONTROL DE 3 EJES Y SUS MECANISMOS DE MOVIMIENTO DE LA HERRAMIENTA DE CORTE Este sistema de control es un sistema que est diseado para que la herramienta que va hacer el trabajo, es decir, que va a cortar, agujerar, quitar cobre, etc. se mueva en 3 dimensiones. Es un movimiento en tres dimensiones debido a que el la vida real casi todo, si no es que todo, es un sistema tridimensional. Y este trabajo no es la excepcin puesto que necesitamos un eje para el movimiento de la herramienta de corte en X, otro para el movimiento en el eje Y, y otro para el movimiento en el eje Z; tal y como se muestra en la figura 24.

fig. (24) Sistema 3D

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LA HERRAMIENTA DE CORTE Esta se refiere a la herramienta de corte y que puede ser, un taladro, una cortadora, o cualquier herramienta que nos permita manipular una placa, un pedazo de unicel, un metal, etc. (aclarando que para este proyecto se manipularn solamente placas para fines de inters en electrnica). Esta herramienta se conoce comnmente como herramienta de corte Spindled, y es una herramienta como se mencion anteriormente que tendr libertad de movimiento en tres grados X, Y, Z En nuestro caso se va a utilizar un taladro que nos va a permitir cortar, agujerar, y retirar el cobre que no utilizaremos en nuestra placa. La figura 25 muestra esta herramienta

fig. (25) Herramienta de corte

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CAPITULO IIDESARROLLO DEL PROYECTO

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INSTALACION DEL SOFTWARE EAGLE Y SU CONFIGURACION Como vimos en el captulo anterior, EAGLE es un potente editor de grficos y esquemas para el diseo de placas con PC. Antes de dar una pequea explicacin de la instalacin del software de Eagle, es necesario recordar los requerimientos mnimos con los que debe cumplir la pc para un correcto funcionamiento: PC compatible (486 o superior) con Windows 95/98, Windows NT/2000 o Linux basado en el kernel 2.x, libc6 y X11 con un mnimo de color de 8 bpp Disco duro con 50 Mbyte libres como mnimo. Resolucin grfica mnima de 1024 x 768 pxeles (800 x 600 con el menor nmero de restricciones posible) Ratn, a ser posible, con 3 botones.

Para la instalacin del software, del disco de instalacin selecciona el icono llamado Eagle4.11r2e (para este caso, pues en este trabajo utilic la versin 4.11) que tiene la forma de un guila

eagle-4.11r2e.exe

y al darle doble click con el botn izquierdo (en algunos casos con el botn derecho) aparece una pantalla como la que se muestra en la figura 26, selecciona y activa el comando setup, e inmediatamente comenzar la instalacin, solo debes seguir los pasos que te indica el proceso de instalacin.

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fig. (26) Instalacin del software del Eagle

Una vez instalado el software, se puede ejecutar el programa desde la ruta que se le dio. Dentro de la carpeta bin hay un icono igual al de instalacin llamado Eagle, dale doble click, y posteriormente selecciona el modo de versin libre, y aparece listo el panel de control del Eagle en donde puede uno ya comenzar a manipular el Eagle.

INSTALACION DEL SOFTWARE KCAM Y SU CONFIGURACION Antes de dar una pequea explicacin de la instalacin del software del KCam, es necesario recordar los requerimientos mnimos con los que debe cumplir la pc para un correcto funcionamiento:

REQUISITOS MNIMOS Procesador: Memoria: Espacio del disco duro: Resolucin De la Pantalla: Pentium II 300Mhz 64 megas de RAM 10 megas de espacio libre 800x600 pxeles

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Tambin es importante recordar que el KCam es un software de manufactura. Para instalar el KCam a tu pc, tienes que seleccionar el icono de setup, posteriormente te cuestiona si quieres instalarlo, al decirle que s comienza la instalacin, y el programa lo puedes guardar en la ruta que desees. La figura 27 muestra la ventana del contenido del software del KCam.

fig. (27) Contenido del software del KCam

Dentro de la carpeta EXE est el icono que nos permite la entrada al editor de trabajo, el icono correspondiente es:

KCAM4.exe

Cabe aclarar que la versin utilizada en este trabajo fue la versin libre 4.0

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CONSTRUCCIN DE LA TARJETA DE CONTROL DE MOTORES DE PASOS Esta tarjeta de control ya descrita en el captulo anterior, se construye en una baquelita; para la construccin de dicha tarjeta utilizamos el software EAGLE que previamente fue descrito tambin en el captulo I. Como pudimos ver anteriormente, primero nos damos a la tarea de realizar el Circuito Esquemtico desde el EAGLE (ver figura 28), y una vez terminado este paso lo convertimos a BRD (ver figura 29), donde posteriormente se generan los archivos de perforacin y de corte, los cuales por medio del KCAM a travs del puerto paralelo realizarn la tarea de manipular la placa donde van montados los componentes de la tarjeta de control por medio de la herramienta de corte y perforacin tambin descrita en el captulo I.

fig. (28) Circuito Esquemtico del L297-298N

De la figura 28 podemos observar que tenemos un conector llamado SV1 el cul tiene conectado a l la mayora de los pines del L297. En la siguiente tabla indicaremos los pines que estn conectados a este conector SV1. 46

Conector SV1

fig. (29) Circuito BRD del L297

CONSTRUCCIN DEL MECANISMO Como sabemos, un mecanismo es una estructura o un complejo ordenado de las partes de una mquina o de una cosa adaptada para producir un efecto. Es decir, un mecanismo es algo fsico que nos permite a travs de l realizar un trabajo til. Para nuestro caso el trabajo que necesitamos hacer es el de corte y perforacin de una placa para fines de la electrnica, pero para llevar a cabo este trabajo, nosotros necesitamos contar con un mecanismo que nos permita mover la herramienta que va a cortar y perforar la placa.

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El mecanismo que se utiliz para este proyecto est compuesto por una base mvil de cinco travesaos (eje X, Y, Z), en el cul cada uno tiene un motor de pasos bipolar montado, que son los que nos permitirn el movimiento de la herramienta de corte a lo largo de los tres ejes (figura 30).

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Para el eje X solamente tenemos un solo travesao con un motor, el cul es controlado por una sola tarjeta de control. Para el eje Y contamos con dos travesaos con un motor cada uno, los cuales son controlados con una misma tarjeta de control, esto debido a que los dos motores deben trabajar en sincronismo, pues los dos motores son los encargados del desplazamiento en el eje. Para el eje Z, al igual que para el eje Y contamos con dos travesaos con un motor cada uno, los cuales son controlados con una misma tarjeta de control, esto debido a que los dos motores deben trabajar en sincronismo, pues los dos motores son los encargados del desplazamiento en el eje. Lo anterior lo podemos observar y comprender mejor con la figura 30.

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fig. (30) Estructura del mecanismo

Como se mencion anteriormente, los motores tienen que mover a lo largo de los ejes la herramienta de corte durante el proceso de corte y perforacin; para que este movimiento sea posible, cada motor cuenta con un mecanismo de tornillo, el cul consiste en un tornillo suficientemente grande para que a travs de l pueda desplazarse la herramienta que estar sentada en una base, la cul est atornillada al mecanismo de tornillo. Ver figura 31. Al girar el motor, el tornillo gira junto con l la misma cantidad de pasos, solamente que el tornillo proporcionar un movimiento lineal a la base que sostiene la herramienta de corte, tal movimiento depende del nmero de pasos del motor en RPM y del nmero de hilos por pulgada del tornillo. En este caso tenemos un tornillo de 18 hilos/in.

fig. (31) Mecanismo de tornillo

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APLICACIN TIPICA Como hemos mencionado a lo largo de este trabajo, las aplicaciones que puede tener este proyecto son varias, pero para nuestro caso, la aplicacin tpica es el de realizar la tarea de diseo y fabricacin de placas de cobre impresas para uso de prototipos electrnicos en serie.

Enseguida como forma de ejemplo de esta aplicacin tpica mostrar paso a paso el diseo y la fabricacin de un circuito impreso que realic en este proyecto. Para la creacin de este circuito impreso, primero necesit disear dicho circuito, una vez diseado se prosegu a fabricar fsicamente el circuito impreso. Los pasos que segu para este trabajo fueron los siguientes:

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DISEO Creacin del circuito esquemtico El esquema contiene los elementos siguientes: Copyright de Versin 4.0 de EAGLE (c) 1988-2000 CadSoft Elemento Hoja C1 C2 C3 C4 C5 D1 IC1 30p 30p 10n 47u/25V 47u N4148 C-EUC1206 C-EUC1206 C-EU025-025X050 CPOL-TAP5-45 CPOL-TAP5-45 1N4148 PIC16F84AP C1206 C1206 C025-025X050 TAP5-45 TAP5-45 DO35-10 DIL18 rcl rcl rcl rcl rcl diodo microchip 52 1 1 1 1 1 1 1 Valor Dispositivo Encapsulado Librera

JP1 JP2 Q1 R1 U1

PROG APPL 2.2k 78L05

PINHD-1X4 PINHD-1X17 XTAL/S R-EU_R1206 78LXXZ

1X04 1X17 QS R1206 TO92

jumper jumper especial rcl linear

1 1 1 1 1

Utilic el comando ADD para colocar los dispositivos ya que por medio de este comando podemos visualizar el contenido de las libreras, y con el uso de la rejilla grid se puede facilitar la colocacin de todos los dispositivos. La figura 32 muestra el circuito esquemtico de este ejemplo.

fig. (32) Circuito Esquemtico del ejemplo

Una vez que se han colocado todos los elementos, estos pueden trasladarse con el comando MOVE. Para esto, se selecciona el comando en la barra de herramientas, luego se sita el cursor en el elemento que se quiera mover y se le da un click. EAGLE destacar la parte que se desea mover y la unir al cursor para ser trasladado. Una vez terminada la colocacin de los elementos, se comienzan a conectarlos usando el comando NET.

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Generacin del circuito PCB Como ya se mencion en el captulo anterior, el circuito PCB puede ser generado a partir del circuito esquemtico. El mtodo de cmo se puede generar el PCB ya se explic en el captulo anterior, por eso en este apartado slo presentar en la figura 33 el circuito PCB del ejemplo.

fig. (33) Cto. PCB del ejemplo

Como podemos observar en el circuito PBC circuito impreso, aqu es donde aparecen las pistas que van a interconectar a los componentes electrnicos, los agujeros donde estos van a ir colocados. Con este circuito ya tenemos el diseo terminado, pero ahora falta la manufactura que es la que nos va a permitir grabar el circuito PCB a la placa o baquelita con la que deseamos trabajar.

CONSTRUCCIN O MANUFACTURA. Uso del KCam Como se pudo ver en el captulo anterior, el EAGLE por medio del procesador CAM genera los archivos de tallado y perforacin de la placa, estos archivos son los archivos Gerber y Excellon respectivamente. Estos archivos cobran una gran importancia cuando se utiliza un

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software de manufactura para la posterior manipulacin de las placas con las que se desean trabajar. En este proyecto como ya vimos anteriormente, el software de manufactura que se utiliz fue el KCam, el cul importa los archivos Gerber y Excellon y los convierte a cdigo G y M que son los que contienen el listado de rdenes para la manufactura. Cuando importamos un archivo Gerber que es el archivo de tallado del cobre aparece en una ventana en el ambiente del KCam el movimiento que tiene que hacer la herramienta de corte para tallar la placa. Esto se puede ilustrar con el ejemplo que estamos que estamos siguiendo en la figura 34.

fig. (34) Importacin del archivo Gerber

Lo mismo podemos observar cuando importamos los archivos Excellon que es el archivo que contiene las perforaciones de la placa. Esto se puede ilustrar con el ejemplo que estamos que estamos siguiendo en la figura 35.

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fig. (35) Importacin del archivo Excellon

Finalmente con la ayuda del puerto paralelo, la tarjeta de control, la herramienta de corte y el mecanismo mecnico, ya definidos anteriormente tenemos nuestro trabajo terminado. En la figura 36 podemos observar nuestra placa ya perforada lista para el montaje de los componentes electrnicos.

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fig. (36) Foto de la placa perforada

CAPITULO IIICONCLUSIONES DEL PROYECTO57

Se pudo disear y crear varios circuitos impresos con resultados positivos a pesar de los problemas de precisin del mecanismo. Para la correcta operacin del software Kcam, es necesitaron hacer varias pruebas de ajuste y de prueba y error. Es de gran importancia en este trabajo la implementacin de la tarjeta de control, para los motores de pasos, el Driver L297-298N. La tarjeta de control antes mencionada es muy verstil pues puede operar con diferentes motores de pasos y ser ajustada mediante el voltaje de referencia segn la corriente que requiera tal motor (opcin de pasos completos y medios pasos). Otra parte importante es la construccin y adecuacin del mecanismo para mover la herramienta (Dremel) en tres ejes. 58

La mquina creada puede usarse para aplicaciones didcticas y comerciales debido a que el mecanismo usado no es muy robusto

TRABAJOS A FUTURO

Los trabajos a futuro que tengo en mente son: Mejorar el mecanismo utilizado en este trabajo, dando as un menor tamao, y obtener una mejor precisin y robustes. Hacer de esta mquina CNC. Una mquina comercial e inclusive que pueda ser operada en la industria.

OTRAS APLICACIONES

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Otras aplicaciones que podemos encontrar con el uso del software y hardware utilizados en este proyecto es entre otras: Grabar figuras en cualquier placa, ya sea madera, baquelita, papel, etc. Cortar alguna lmina, madera, o cualquier tipo de placa

APENDICE Enseguida se mostrarn algunos parmetros del Driver L297 de 3 ejes. RANGOS MAXIMOS ABSOLUTOS

CIRCUITO DE CONTROL PARA EL MOTOR BIPOLAR DE DOS FASES

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EL CI L297

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DIAGRAMA DE BLOQUES DEL L297

FUNCIONES DE LOS PINES DEL L297 N 1 NOMBRESYNC

FUNCINOutput of the on-chip chopper oscillator. The SYNC connections The SYNC connections of all L297s to be synchronized are connected together and the oscillator components are omitted on all but one. If an external clock source

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is used it is injected at this terminal.

2 3 4 5

GND HOME A

Ground connection. Open collector output that indicates when the L297 is in its initial state (ABCD = 0101). The transistor is open when this signal is active. Motor phase A drive signal for power stage. Active low inhibit control for driver stage of A and B phases. When a bipolar bridge is used this signal can be used to ensure

INH1

fast decay of load current when a winding is de-energized. Also used by chopper to regulate load current if CONTROL input is low. Motor phase B drive signal for power stage. Motor phase C drive signal for power stage. Active low inhibit control for drive stages of C and D phases. Same functions as INH1. Motor phase D drive signal for power stage. Chip enable input. When low (inactive) INH1, INH2, A, B, C and D are brought low. Control input that defines action of chopper.

6 7 8 9 10

B C INH2 D ENABLE

11 12 13 14 15

CONTROL Vs SENS2 SENS1 Vref

When low chopper acts on INH1 and INH2; when high chopper acts on phase lines ABCD. 5V supply input. Input for load current sense voltage from power stages of phases C and D. Input for load current sense voltage from power stages of phases A and B. Reference voltage for chopper circuit. A voltage applied to this pin determines the peak load current. An RC network (R to VCC, C to ground) connected to this terminal

16

OSC

determines the chopper rate. This terminal is connected to ground

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on all but one device in synchronized multi L297 configurations. F @ 1/0.69 RC Clockwise/counterclockwise direction control input.

17CW/CCW

Physical direction of motor rotation also depends on connection of windings. Synchronized internally therefore direction can be changed at any time.

18 19

CLOCK

Step clock. An active low pulse on this input advances the motor one increment. The step occurs on the rising edge of this signal.

HALF/FULL Half/full step select input. When high selects half step operation, when low selects full step operation. One-phase-on full step mode is obtained by selecting FULL when the L297s translator is at an even-numbered state. Two-phase-on full step mode is set by selecting FULL when the translator is at an odd numbered position. (The home position is designate state 1).

20

RESET

Reset input.An active low pulse on this input restores the translator to the home position (state 1, ABCD = 0101).

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BIBLIOGRAFIA: [1] ------------------------------------------------- Tutorial de Eagle 4.0 www.cadsoftusa.com [2] --------------------------------------------------------------------------- *Ayuda de Eagle 4.11 [3] ---------------------------------------------------------------------------------- www.Gerb.htm* [4] ----------------------------------------------------------------------------- www.kellyware.com [5] -------------------------------------------------------- www.CeNeC_ Motores de pasos.htm [6] ------------------------------------------------------------------------- Notas de Carlos Manuel [7] ------------------------------------------------------------ Motores - Mailing Electronica.htm [8] ------------------------------ Creating Gerber Files and Excellon Files with EAGLE 3.55 By: Eng. Edwin Robledo [9] ------------------------------------------------------------------------- www.agelectronica.com

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