Piirilevyjyrsintä

Piirilevyjyrsinnän työvaiheet

Piirilevylayoutin suunnittelu

• Piirilevylayoutin suositusspeksit:
  • track: 0.5mm, trackien isolaatiot 0.4mm, pad 0805 (=2mmx1.2 mm padit. 1)
  • Hacklab piirilevyjyrsinnän peruskonfiguraatiossa oletuksena, että kaikki PTH (=kupari) reijät ovat saman kokoisia. Samoin kaikki NPTH (=kiinnitys= ei-kupari) reijät saman kokoisia. 2)
• Piirilevyn sijoittaminen koordinaatistoon 3)
  • Yksipuoleisen piirilevyllä origo sijoitetaan piirilevyn vasempaan alanurkkaan
  • Kaksipuoleisella origo sijoitetaan piirilevyn alareunan keskikohtaan. Kaksipuoleisen piirilevyn kohdistamista varten Y-akselille kaksi via:aa: 4)
    • Toinen y-akselille kohtaan X=0, Y=-3 mm
    • ja toinen Y-akselille 3 mm piirilevyn yläreunan yläpuolelle.
• Piirilevyn layoutin suunnittelun lopputuloksena projektin PROJ Gerber -tiedostot 5)
  • PROJ_F_Cu.gbr: etupuolen kuparikerros
  • PROJ_B_Cu.gbr: takapuolen kuparikerros
  • PROJ_Edge_Cuts.gbr: piirilevyn reunat
  • PROJ_PTH.drl: kuparireikien (Plated Through Hole) porausohjeet
  • PROJ_NPTH.drl: ei kuparireikien (Non Plated Through Hole) porausohjeet

---

1) Käytännössä näillä spekseillä pädien välistä olevat vedot eivät onnistu. Pienemmätkin toleranssit voivat onnistua - kokeilemalla selviää.
2) Erikokoisten reikien käyttö piirilevyssä ks. alla [[gerber->gcode muunnoksen konfigruaatiot/pcb2gcode työkalun konfiguraatiot]]
3) CAM - työkalun konfiguraatiossa mahdollista, että CAM -työkalu siirtää piirilevyn origon automaagisesti jyrsinnän kannalta oikeaan kohtaa. Lab jyrsintäputkessa tätä toimintoa ei ole käytetty.
4) 3mm tulee siitä, että Lab:in jyrsintäputkessa vakioitu reunan jyrsintätuokalu 2mm. Kohdistus -viat 1mm tämän työkalun ulkopuolelle.
5) Tiedostot =ei zip paketti. Lab:in jyrsintäputkeen ei tuettuna zip -paketin purkua.

Gerber tiedostojen muokkaaminen jyrsinnän gcode:ksi

Työvaiheet Gerber muuntamiseksi gcodeksi:

• Projektin PROJ Gerber -tiedostot ( PROJ_F_Cu.gbr, PROJ_B_Cu.gbr, PROJ_Edge_ts.gbr, PROJ_PTH.drl, PROJ_NPTH.drl) kopioidaan etool -työkalun 01-gerber -hakemistoon 1)
• etool -työkalun avulla muunnetaan projektin PROJ 01-gerber -hakemistossa olevat Gerber tiedostot gcode -tiedostoiksi 02-ngc -hakemistoon. Tuloksena: 2)
  • PROJ_F_Cu.ngc: etupuolen kuparikerroksen jyrsintä
  • PROJ_B_Cu.ngc: takapuolen kuparikerroksen jyrsintä
  • PROJ_Edge_Cuts.ngc: piirilevyn reunojen jyrsintä
  • PROJ_PTH.ngc: kuparireikien (Plated Through Hole) porausohjeet
  • PROJ_NPTH.ngc: ei kuparireikien (Non Plated Through Hole) porausohjeet
• Kaksipuoleisella piirilevylle tuotetaan lisäksi erillinen poraustiedosto PROJ_PTH-ALIGN.ngc, jolla X=0 akselilla olevat kohdistus -viat porataan syvemmiksi kuin piirilevyllä olevat normaalit viat. 3)
• Simulaattorin avulla varmistetaan hakemistossa 02-ngc olevien gcode -tiedostojen oikeellisuus. Erityisesti varmistettava kohdistus -viojen porauskoodin PROJ_PTH-ALIGN.ngc oikeellisuus. 4)
• Simulaattorivarmennuksen jälkeen gcode -tiedostot (PROJ_F_Cu.ngc, PROJ_Edge_Cuts.ngc, PROJ_PTH.ngc, PROJ_NPTH.ngc, kaksipuoleisella piirilevyillä lisäksi PROJ_B_Cu.ngc ja PROJ_PTH-ALIGN.ngc) kopioidaan tikulle siirrettäväksi jyrsintäkoneelle.

---

1) Jos piirilevyn suunnittelutyökalu ja etool -työkalu asennettu samaan koneeseen niin Gerber -tiedostot voidaan ohjata tulemaan automaagisesti 01-gerber -hakemistoon ja yksi kopiointi työvaihe jää välistä.
2) etool.cmd gerber PROJ -komento
3) etool.cmd adrill PROJ -komento. Käynnistää skriptin, jonka oikeellisuudesta ei ole varmuutta: Tarkista simulaattorilla ja korjaa tarvittaessa käsin!!!
4) etool.cmd simulator komento käynnistää linuxcnc -simulaattorin.

Jyrsintä

Jyrsinnän työvaiheet:

• Siirrä gcode -tiedostot (PROJ_F_Cu.ngc, PROJ_Edge_Cuts.ngc, PROJ_PTH.ngc, PROJ_NPTH.ngc, kaksipuoleisella piirilevyillä lisäksi PROJ_B_Cu.ngc ja PROJ_PTH-ALIGN.ngc) tikulla jyrsintäkoneelle.
• Kiinnitä riittävän suuri piirilevyaihio kaksipuoleisella teipillä puualustaan, joka on tukavasti kiinni jyrsijän pöydässä.
• Aseta jyrsijän origo (Touch off X=0,Y=0) piirilevyaihiolle kohtaan, johon haluat piirilevyn origon sijoittuvan
• Piirilevyn gcode jyrsintä:

1. Etupuolen kuparin jyrsintä (PROJ_F_Cu.ngc). 1)
2. Jos kaksipuoleinen piirilevy:
   1. poraa kohdisusreijät PROJ_PTH-ALIGN.ngc) 2)
   2. käännä piirilevy. Ennen kääntämistä huomioi missä kohdistusreijät sijaitsevat, jotta osaat kohdistaa piirilevyn puualustalla oikeaan kohtaan kääntämämisen jälkeen.
   3. Takapuolen kuparin jyrsintä (PROJ_B_Cu.ngc) 1)
   4. Käännä piirilevy takaisin etupuolelle (jälleen kohdistus kohdistusreikien avulla puualustalle)
3. Poraa kuparireijät: PROJ_PTH.ngc 2)
4. Poraa kiinnitysrejät:PROJ_NPTH.ngc 2)
5. Leikkaa piirilevyn reunat PROJ_Edge_Cuts.ngc. 2)

---

1) Ennen jyrsinnän käynnistystä terän vaihto, z-koordinaatin touch off ja proben tarkistus.
2) Ennen jyrsinnän käynnistystä terän vaihto ja z-koordinaatin touch off.

Piirilevyn jälkikäsittely

• Reunojen siivous ja mahdollinen hionta

• Tarkista mikroskoopille jyysteet ja oikosulut, tasaa mahdolliset purskeet

Piirilevyjyrsinnän työkaluohjeet

Piirilevysuunnitteluohjelmat

• KiCad 1)
  • File -> Plot -toiminnon dialogissa "Use extended X2 format" ruksi poistetaan
  • Jos käytät Lab:in hiljaisen huoneen PC:tä niin Output directory: C:\Users\hacklab\Documents\etool\01-gerber. Kopioi Ggerber -tiedostot tähän hakemistoon, jos teet piirilevysuunnittelun muussa ympäristössä ja haluat käyttää hiljaisen huoneen PC työasemaa gerber->gcode muunnoksen tekemiseen.

• Muiden piirilevysuunnitteluohjelmien tekeminen Gerber -tiedostojen käyttö saattaa onnistua, mutta ei ole testattu.

---

1) TODO Suunnittelukriteerien toteutus KiCad työkaluun.

Etool työkalu

etool -työkalu https://github.com/jarjuk/etool

etool työkalun käyttö hiljaisen huoneen PC -työasemalla

etool -työkalu on asennettu hiljaisen huoneen Windows 10 PC -työasemaan. Työkalun käynnistysskripti sijaitsee hakemistossa C:\Users\hacklab\hacklab\bin\etool.cmd ja sen datahakemisto on C:\Users\hacklab\Documents\etool. Hakemistosta C:\Users\hacklab\Documents\etool löytyvät

• konfiguraatiotiedosto pcb2gcode.ini: gerber -> gcode -muunnoksen CAM -parametrit
• konfiguraatiotiedosto pcb2gcode-control.template: gerber tiedostojen nimeämissännöt
• datahakemisto 01-gerber: gerber -> gcode -muunnoksen input hakemisto
• datahakemisto 02-ngc: gerber -> gcode -muunnoksen output hakemisto

etool.cmd skripti käynnistäminen, esimerkiksi tuplaklikkamalla työpöydällä olevaa ShortCut -linkkiä

• tulostaa käyttöohjeen ja
• avaa komentotulkin, jolla voit suoritaa mm. komennot
  • etool.cmd --help : käyttöohjeen (uudelleen) tulostaminen
  • etool.cmd cleanup : datahakemistojen 01-gerber, 02-ngc siivous. Mitään datoja EI kannata säilyttää tuolla ne putsautuu jatkuvasti
  • etool.cmd ls: datahakemistojen 01-gerber, 02-ngc hakemistolistaus
  • etool.cmd gerber PROJ: Projektin PROJ gerbereiden muunnos gcodeksi. Hakemisto 01-gerber --> 02-ngc
  • etool.cmd ardill PROJ: Projektin PROJ kohdistusreikien gcoden tuottaminen hakemistoon 02-ngc
  • etool.cmd simulator: linuxcnc simulaattorin käynnistys

gerber->gcode muunnoksen konfigruaatiot/pcb2gcode työkalun konfiguraatiot

etool -työkalun gerber -komento käynnistää pcb2gcode -työkalun, joka lukee konfiguraationsa tiedostosta C:\Users\hacklab\Documents\etool\pcb2gcode.ini. Konfiguraatioden ohjeistus löytyy wiki ohjeistus https://github.com/pcb2gcode/pcb2gcode/wiki ja osa ohjeistuksesta on kopioitu myös tuohon konfiguraatiotiedostoon.

Muokkaamalla konfiguraatiotiedosta tai kopioimalla sen käyttäjäkohtaiseksi tiedostoksia voit käyttää pcb2gcode -työkalun ominaisuuksia laajemmin kuin peruskonfiguraatiossa on tarjolla. Esimerkiksi:

• piirilevyn jyrsimisen monistaminen x-kpl rivillä ja y-kpl sarakkeessa
• useamman reikäpaksuuden käyttö porauksessa (peruskonfiguraatiossa vain yksi)
• reijän jyrsintä (eikä siis poraus)
• erilaisia optiomointiparametrejä

Ks. seuraava kappale konfiguraatiohallinta.

etool työkalun konfiguraatiohallinta

Gerber->gcode muunnoksen parametrejä voidaan muuttaa editoimalla C:\Users\hacklab\Documents\etool hakemistossa olevaa tiedostoa pcb2gcode.ini. Käyttäjä voi tehdä hakemistoon omat konfiguraatiosettinsä linkissä https://github.com/jarjuk/etool#user-specific-cam-configuration esitetyllä tavalla. etool -työkalun konfiguraatiot voidaan palauttaa "tehdasasetuksiin" poistamalla datahakemisto C:\Users\hacklab\Documents\etool ja käynnistämällä etool.cmd -skripti uudelleen.

Konfiguraatiohallinnan periaatteet:

• Hakemisto C:\Users\hacklab\Documents\etool kannattaa poistaa työn aluksi, jos haluat varmistaa, että etool -työkalu käyttää oletusparametrejä.
• Omat muunnosparametrit kannataa kopioda hakemistoon C:\Users\hacklab\Documents\etool työn aluksi ja muokata niitä siellä. Hakemistoon ei kannata jättää mitään, minkä haluat pysyvän tallella.

etool työkalun version päivitys hiljaisen huoneen Window 10 työasemaan

• Hae uusi versio TAG docker hub:sta docker pull marcus2002/etool:TAG
• Päiviä versionnumero skriptiin C:\Users\hacklab\hacklab\bin\etool.cmd
• Tarkista komennolla etool.cmd releases tarkista muutoslogi

etool työkalun asennus omaan tietokoneeseen

Mikäli haluat tehdä piirilevysuunnittelun ja jyrsintäkomentojen tekemisen omassa koneessasi voit asentaa etool -työkalun myös omaan tietokoneeseesi. Vaatii docker:in asennuksen ja X11 ikkunointiympäristön. Ohjeet löytyät https://github.com/jarjuk/etool.

Jyrsintä (hiili)

Hiilen piirilevyjyrsinnän tarvikkeet löytyvät smartstore laatikosta, jossa on

• Piirilevyjyrsintään vakioidut jyrsintäterät:
  • PCB jyrsinterä: TODO terän parametrien selvitys (arvaus 0.1 mm/60deg)
  • PTH porateräsetti: 0.3 -1.mm, PTH reijät esim 0.9mm, kohdistus via reijät esim 0.8mm
  • NPTH porateriä löytyy metallihuoneesta 2.5mm tai 3mm
  • Reunojen jyrsintä 2 mm leikkausterä
• kaksipuoleista teippiä
• jyrsinterien kiinnitysholkit

Proben tarkistusohjeet:

• proben kytkentäliuska ottaa kiinni piirilevyaihioon
• proben kytkentäliuskasta lähtee johto, joka menee hiilen koteloon
• signaalin testaus linuxcnc -työkalun käyttöliittymässä
  • avaa valikko Machine->Hal Meter
  • tab Pins
  • etsi listata signaali motion.probe-input
  • avautuu dialogi, jossa näkyvissä signaalin tila.
  • Paina hiilen kyljessä olevassa rasiassa on maadoitusnappi probesignaalin testaamista varten

Jyrsintä z-touch off

• Continuous moodissa lähelle pintaa
• paperi aihion ja terän väliin
• 0.1 mm step askelein alaspäin, kunnes paperi ei enää liiku
• Touch off
• Continuous moodi
• terä ylös

Kaksipuoleinen piirilevyn kohdistaminen

• kun kohdistusporaus on tehty (PROJ_PTH-ALIGN.ngc ajettu) 0.8 mm poranterällä
• huomioi missä kohdistusreijät sijaitsevat, jotta osaat kohdistaa piirilevyn oikeaan kohtaan kääntämämisen jälkeen
• käännä piirilevy ja paina kaksi 0.8 mm vastuslankaa aihion kohdisutreikien läpi puualustaan, jonne kohdistusporaus on yltänyt