Baskı Devre Kartı Delme Makinesi – III

Yazı dizimizin üçüncü bölümü.Bilgisayar kontrollü baskı devre kartı delme makinesi (CNC PCB Drilling Machine) yapmak isteyenler, gerçekleştirilmiş olan bu projeye ilişkin yazı dizisini kaçırmasınlar! MAXIMUS'un hikayesi devam ediyor!

BİLGİSAYAR KONTROLLÜ BASKI DEVRE KARTI DELME MAKİNESİ
(CNC PCB DRILLING MACHINE)

MAXIMUS'un Hikayesi-3

Projede, maliyeti minimumda tutmak ve sistem tasarımını basitleştirmek için step motorlar tercih edilmiştir. 3 eksen için 3 step motor kullanılmıştır. Motorların hepsi elden çıkma olup hurdacılardan alınmıştır.
Motor özellikleri:
X ekseni: ORIENTAL MOTOR 1.8° 5.4V 1.8A 6-kablolu
Y ekseni: ORIENTAL MOTOR 1.8° 5.4V 1.8A 6-kablolu
Z ekseni: SHINANO KENSHI 1.8° 12V 0.4A 6-kablolu

CNC işlerinde kullanılacak step motorlarda dikkat edilmesi gereken en önemli özellik motor voltajının 2-5V gibi düşük değerlerde olmasıdır. Bu tip motorlar iç dirençleri düşük olduğu için daha az ısınmakta ve daha yüksek hızlarda sürülebilmektedir.
Step motorlar bobin sarımlarından oluştuğu için belirli bir indüktans değerine sahiptir. Bu değer motor bobinine voltaj uygulandığında akımın istenilen değere ulaşma süresini t=5*(L/R) kadar geciktirir. Bu etkiden dolayı yüksek anahtarlama hızlarında bobin akımı istenilen değere ulaşamadan bir sonraki adıma geçilir.

Motorun torku üzerinden geçen akımla doğru orantılıdır. Dolayısıyla yüksek hızlarda motor torku hızlı bir şekilde düşer. Tork düşüşünü minumumda tutmak için bir motor sürücüsü en kısa zamanda bobin üzerinde öngörülen akıma ulaşmalı ve yine en kısa zamanda bobin üzerindeki akımı sıfıra çekebilmelidir.

Bu bilgilere göre step motor sürücü devrelerini şu şekilde sıralayabiliriz:

1) L/R Sürücüsü: Motor öngörülen voltaj ve akım değerlerinde çalıştırılır. Bu durumda motor bobinlerindeki indüktif etkiden dolayı ufak bir hız artışında motor öngörülen akıma ulaşamayacağı için düşük hızlar dışında motor verimli bir şekilde sürülemeyecektir.

2) L/nR Sürücüsü: Akım artışında geçerli olan zaman sabitini (t=L/R) düşürmek için motor bobinlerine seri direnç bağlanarak yapılır. Bu durumda motor öngörülen voltajın n katı değerde çalıştırılır. Bu sayede motorda belirgin bir hız artışı yaşanır. Ancak bağlanan seri direnç üstünden yüksek akım geçeceği için bu devrelerde gereksiz güç tüketimi yaşanır.

3) Chopper Sürücüsü: Motor öngörülen voltaj değerinden 5-20 kat fazla bir voltajla beslenir. Akımın yükselme hızı diğer sürücülere göre oldukça çabuktur. Ancak yükselen akım belirli bir değerde sınırlanmazsa motor gereğinden fazla akım çekeceği için yanacaktır. Akım sınırlama mekanizması chopper sürücüsünün temelini oluşturur. Motor bobinine seri bağlı küçük bir sense direnci üzerindeki voltaj bir komparatör ile karşılaştırılarak, bobine giden akım ayarlanır. Sürücü PWM (Pulse Width Modulation) mantığında çalışır. Kaynak zaman içinde açılıp kapandığı için güç tüketimi minumum düzeydedir. Yüksek voltajla beslemeden dolayı yüksek hızlarda tam tork ile çalışılabilir.

Step Motor Sürücüleri

Projede kullanılan sürücüler chopper mantığında çalışmaktadır. Bu sayede motorlardan maksimum hızda en iyi verimi almak amaçlanmıştır.

Sürücülerin tasarımda ST firmasınca üretilen L297 ve L298 Entegreleri kullanılmıştır.

L297 step motor kontrol entegresidir, Girişine uygulanan step ve dir sinyalleri ile çıkışında step motor faz sinyallerini üretmektedir. Entegre full-step, half-step ve wave-drive modlarında çalışabilmektedir.

L298 H-bridge sürücü entegresidir. Bipolar step motorların sürülmesi için tasarlanmıştır. Max 2A/phase akım verebilir. Girişine uygulanan faz sinyallerini çıkışa yükseltip vermektedir.

ST firmasının sunduğu "application note" lar incelendikten sonra L297 ve L298 entegreleri birlikte kullanılarak step motor sürücüleri yapılmıştır.

Sürücülerin özellikleri şunlardır.

Step ve Dir sinyalleriyle çalışma
Max 45V motor voltajı
Max 2A faz akımı
Full-step, Half-step ve Wave-drive modlarında çalışabilme
Ayarlanabilir faz akımı

Devre Şeması

Devre Kartı

Alper YILDIRIM
b0164043@hacettepe.edu.tr