Jak policzyć 7000 śrubek? - zbudujmy maszynę! (film, 12 min)

Tak właśnie, razem z tatą, liczę ręcznie ponad 7000 śrub, a w tym filmie spróbuję naprawić ten problem. To jest zestaw śrub i łożysk do frezarki Indimill, którą zaprojektowałem już jakiś czas temu i do której części sprzedaję na mojej stronie internetowej osobom, które chcą właśnie tę frezarkę zbudować. Zestaw taki zawiera 255 śrub i 10 łożysk. Jak na razie wszystko to liczyłem ręcznie, ładowałem do woreczków, a następnie woreczki do koperty. Zajmowało to sporo czasu i pomagał mi w tym tata. I czas wreszcie to naprawić, jakoś rozwiązać ten problem i zautomatyzować liczenie tych śrub. Z każdym kolejnym projektem, nad którym pracuję, zauważam, że zaczynanie na papierze, rysowanie sobie projektu najpierw, zanim przeskoczymy do CAD-a jest świetnym rozwiązaniem, ponieważ bez zmartwienia się o wymiary pozwala zaprojektować to, jak chcemy, aby urządzenie wyglądało. A tak wygląda już w samym CAD-zie, to jest końcowa wersja. To co zobaczycie w filmie, miało wiele różnych wersji wcześniejszych, a to jest tak, jak to wyglądało na koniec. Wszystkie części wydrukowałem na drukarce Ender-3. Mam już ją chyba z 4 czy 5 lat, ale dalej działa świetnie. Poza projektem mechaniki, chciałbym też zrobić płytkę PCB dla tego projektu, ale nie tylko ją zaprojektować, ale również wytworzyć ją samemu. A więc tutaj mierzę sobie, ile mam maksymalnie miejsca, żeby tutaj zmieścić tą płytkę, a następnie wyciąłem ją z kartonu, co może się wydawać śmieszne, ale dzięki temu, kładąc każdy z komponentów, który na płytce miał się znaleźć, mogłem sobie łatwo sprawdzić, czy tego miejsca mi wystarczy, czy muszę jednak mechanikę przeprojektować. Elektronika i PCB zaczęło się od prototypu złożonego na płytce stykowej, bo to jest całkiem fajna zabawa, a przy okazji można wszystko przetestować i upewnić się, że będzie działać tak, jak chcemy. Na podstawie tego prototypu narysowałem schemat w Kikadzie oraz layout samej płytki PCB. Fajną funkcją w Kikadzie jest to, że bardzo łatwo możecie sobie zobaczyć waszą płytkę w 3D. W tym przypadku ten model nie jest idealnie taki, jaka ta płytka będzie na końcu, ale i tak się przydało. Tutaj szukamy już kawałku laminatu, który jest najbardziej pasujący, jeśli chodzi o rozmiar, żeby jak najmniej było trzeba go przyciąć, a następnie zamontuję go na moją frezarkę CNC, na której wyfrezuję wszystkie ścieżki na płytce. Płytkę taką można łatwo pociąć nożem, jak widzieliście, a potem złamać na pół. Tutaj używam frezarki 3018, tak ona się po prostu nazywa, oraz różnych frezów, najpierw wiercę wszystkie otwory, a następnie wyfrezowywuję ścieżki. Cały proces, jak to wyfrezować jest zaprojektowany w programie nazywającym się Flatcam, importuję po prostu mój design z ekikada, a następnie przygotowuję pliki gcode do frezowania. Niestety przeważnie po frezowaniu trzeba jeszcze płytkę trochę wyczyścić i sprawdzić, czy nigdzie nie ma żadnego zwarcia. Na pewno da się ten proces jeszcze lepiej dopracować, niestety jak na razie nie udało mi się to, a więc po prostu czyszczę swoje płytki pod mikroskopem. Samo lutowanie jest już dosyć proste, ale jeśli jesteście przyzwyczajeni do profesjonalnych płytek ze soldermaską, to jednak będzie to trochę trudniejsze. Składanie. Jeśli macie dobrze przygotowany projekt, to powinna być czysta zbawa bez żadnych przeszkód. Niestety zazwyczaj tak nie jest i to właśnie podczas tego etapu widać co zrobiliśmy źle i co jeszcze musimy poprawić. I tak wygląda pierwszy test prototypu. Na tym etapie nie miałem jeszcze gotowej elektroniki, a więc zasilam silnik zasilaczem laboratoryjnym i od razu widać sporo błędów. Koło kręci się zdecydowanie za szybko, mimo że używam całkiem niskiego napięcia zasilania dla silnika. Dodatkowo śruby wypadają z tej czarnej części, nazwijmy to bębnem, ponieważ jest on za mały. A samo koło niestety czasami się zacina. Jest to całkiem złożony problem spowodowany tym jak zaprojektowane są niektóre części. Aby go rozwiązać musiałem sporo części przeprojektować. Tak oto wygląda przekładnia, której użyłem. Jak widzicie jest to prawie 1 do 1, a to jest nowa przekładnia, którą wydrukowałem, żeby wydrukować prędkość obrotową koła. Ta nowa przekładnia spowodowała również, że silnik oczywiście musiał się trochę przesunąć, a nie chciałem drukować jeszcze raz tej dużej części, żeby oszczędzić trochę plastiku i czasu, a więc wydrukowałem sobie taki szablon, dzięki któremu mogę łatwo wwiercić otwory w odpowiednim miejscu. Ostatecznie bęben i tak przeprojektowałem i wydrukowałem na nowo, ale dla tego prototypu było to dobre rozwiązanie. Jak widać teraz koło kręci się z całkiem spoką prędkością. Wzdypmy śruby i zobaczmy czy się ładują. Jak widać tak, nie wszystkie otwory działają tak jak powinny, bo wymagały one jeszcze trochę przeszlifowania i poprawienia, ale generalnie teraz prototyp działa tak jak powinien. Kolejnym problemem, który później znalazłem, było to, że użyłem całkiem małego łożyska i przez to wał, który był wydrukowany i przechodzi przez to łożysko, był mały i bardzo łatwy do złamania. Przeprojektowałem więc kilka części, wydrukowałem i tutaj je składam. Nowy wał jest nie tylko dużo większy, ale tym razem używam również trzech śrub M3 do połączenia tego dużego koła zębatego właśnie z wałem i to już nie ma prawa się złamać w absolutnie żaden sposób. Całość została zaprojektowana z użyciem oczywiście części z drukarki 3D, ale również sklejki, którą wyciąłem na laserze. Jest to sklejka 3 mm, która świetnie sprawdza się w takich projektach. Ten widoczny tutaj czarny element nazywałem zjeżdżalnią, ponieważ właściwie tak to działało, a co do niego przyklejam to czujnik, a właśnie czujnik to jest bardzo ważny element tego projektu. Zaprojektowałem nawet taki śmieszny element, który nazywałem zjeżdżalnią i plan był taki, że ta zjeżdżalnia zostanie zamontowana tutaj z tyłu i śruby będą wypadać sobie z przodu przez ten właśnie otwór. Nie zadziałało to, ponieważ ostatecznie to koło zębate było zdecydowanie za duże, dodatkowo śruby zatrzymywały się w tej dolnej części, ponieważ kąt był za łagodny. Generalnie było z tym sporo problemów i dałem sobie spokój, stwierdziłem, że ok, będą wylatywać z tyłu, a tutaj u góry miały być zamontowane czujniki i z tymi czujnikami było naprawdę sporo problemów w tym projekcie. Wymusiłem różne metody na to, jak to zrobić, przetestowałem je, poeksperymentowałem i teraz będę chciał Wam o tym powiedzieć, o tym wszystkim, co się nie udało oraz o tym, który czujnik ostatecznie zadziałał tak, jak powinien, ale mimo to nadal może być ulepszony. Te czujniki to tak naprawdę czujniki linii i czasami są one w stanie wykryć śrubę, ale niestety nie zawsze, a właściwie w ogóle nie działają, kiedy śrubę zrzucimy. Drugim pomysłem było wycięcie takich ścieżek na płytce PCB za pomocą noża, a spadająca śruba mogłaby je zwierać, co można łatwo wykryć za pomocą mikrokontrolera. Kiedy zacząłem to testować po prostu za pomocą multimetru i sprawdzać, czy rzeczywiście śruba zwiera te ścieżki, okazało się, że właściwie to kompletnie nie działa, ale miałem też czujnik deszczu, który właściwie jest dokładnie tym samym, a więc dlaczego by nie użyć tego? Potencjometrem ustawiamy czułość tego czujnika i została ona ustawiona na najwyższą możliwą wartość. Jak widać, czerwona dioda w tle zapala się, a więc czujnik wykrywa tę śrubę. Niestety, kiedy zostanie ona upuszczona, to nie działa to aż tak dobrze. Nie działa na tyle dobrze, aby użyć tego w tym projekcie. Pomyślałem więc, że może te ścieżki są zbyt gładkie, może śruba po prostu łatwo się odbija i nie ma za bardzo jak ich zewrzeć, a więc dodam trochę cyny, przygotuję je po prostu na ścieżki. To powinno spowodować, że powierzchnia będzie większa, śruba będzie może bardziej haczyć każdą z nich, trochę się poobraca i zrobi zwarcie. Niestety nie dało totalnie nic i czujnik działał tak jak wcześniej, czyli właściwie nie działał. Teraz możecie sobie pomyśleć, dlaczego nie pomyślałem o czujniku optycznym. Czujnik optyczny jest dosyć oczywistym wyborem dla tego projektu, ale niestety nie miałem pod ręką żadnego lasera. Pomyślałem za to, że przecież mam diody LED i jakby taki LED razem z fotorezystorem może działać jak taki prosty czujnik optyczny, a więc złożyłem coś takiego i zacząłem to testować. Podłączyłem czujnik do ostyloskopu i w łatwy sposób mogłem obserwować, jak zmienia się napięcie na fotorezystorze, kiedy zrzucam śrubę. Nie wystarczająco dużo możemy właśnie tego użyć w projekcie. A po dostosowaniu rezystora w dzielniku napięcia spadające śruby były jeszcze łatwiejsze do wykrycia. Po rozwiązaniu największego problemu tego projektu, czyli właśnie czujnika, wziąłem się za małe detale, takie jak np. wydrukowane przyciski dla płytki PCB. Tak wygląda kod do testowania i jest to właściwie tylko kilka linii kodu, które są odpowiedzialne za to, żeby policzyć, ile śrub przeleciało już przez czujnik, a następnie ten wynik wyświetlają w terminalu. Na tym etapie silnik nie był jeszcze sterowany przez płytkę, a przez mój zasilacz laboratoryjny, a sama płytka po prostu tylko i wyłącznie liczyła śruby. Program, który Wam wcześniej pokazałem, był oczywiście użyty tylko do testów, a na późniejszym etapie został rozwinięty i dodane zostało dużo różnych funkcjonalności. Użyłem do tego całkiem ciekawego narzędzia, czyli czatu GPT. Poprosiłem czat, aby napisał funkcję do sterowania wyświetlaczem siedmiosegmentową, którą użyłem, a następnie poprosiłem czatu, aby napisał funkcję do sterowania wyświetlaczem siedmiosegmentową, którą użyłem, a następnie poprosiłem czatu, aby napisał funkcję do sterowania wyświetlaczem siedmiosegmentowym i taki oto był wynik. No niestety nie działał tak jak powinien, ale wszystkie błędy były całkiem łatwe do wykrycia i naprawienia i kilka minut później wyświetlacz już działał w pełni. Czas z pewnością zaoszczędził mi trochę czasu, przydał się w tym projekcie, a więc być może przyda się również swoim. Jeśli potrzebuję policzyć np. śruby M5x20, mogę po prostu odkręcić nakrętkę, wyciągnąć te koło, wsadzić inne takie, które mają właśnie pod to zaprojektowane otwory, koło wpada na miejsce, nakrętka jest zakręcona i maszynka jest gotowa do liczenia. Tutaj za pomocą przycisków mogę zmniejszać ilość śrub do policzenia oraz ją zwiększać. Ustawiamy to np. na 10, żeby łatwo było policzyć i za pomocą tego przycisku zaczynam liczenie. Ale nie mam jeszcze śrub, więc... I tak właśnie tutaj powinniśmy mieć 10 śrub. 3, 6, 9... 10 śrub, dokładnie. Spróbujmy jeszcze raz. 2, 4, 6, 8, 10. Czy maszyna ta jest gotowa, żeby liczyć śruby, które sprzedaję na moim sklepie? Nie, nie ma problemu, gdyż po pełni błędy jest to zazwyczaj plus, minus 5%, a więc możemy mieć tam zamiast 100 policzonych śrub 95 albo 105. O ile 105 nie jest problemem, ponieważ więcej to lepiej, to 95 zdecydowanie jest. Z czego to wynika? Prawdopodobnie z jakiegoś szymu w elektronice. Trzeba tam coś bardziej przefiltrować, być może sam czujnik wymaga jakichś dodatkowych kondensatorów. To wszystko w tym filmie i w tym projekcie jest on open source, link jest w opisie, możecie również zajrzeć na stronę prosteczęści.pl, gdzie poczytacie więcej o tym projekcie, ale też o innych, a jeśli podoba wam się to, co robię, możecie zasubskrybować ten kanał. Dzięki bardzo za obejrzenie i do zobaczenia w następnym filmie. Cześć!

Menu

Jak policzyć 7000 śrubek? - zbudujmy maszynę! (film, 12 min)

Toggle timeline summary

Transcription