Самодельный вакуумный пинцет

Пинцет незаменимый инструмент радиолюбителя, особенно если работа идёт с SMD компонентами. Классический механический SMD пинцет удобен и незаменим при ручном монтаже. Во время расстановки компонентов для пайки их в печи или феном, на смену классическому пинцету приходит вакуумный пинцет, он позволяет увеличить скорость и комфорт во время работы.

Вакуумный пинцет
Вакуумный пинцет

Принцип работы вакуумного пинцета был выбран классический:

  • воздушный насос создаёт небольшой вакуум;
  • в ручке пинцета есть отверстие (под большой или указательный палец), при перекрытии которого воздух начинает поступать только с насадки пинцета, если туда попадёт компонент, то он перекроет поток воздуха, что создаст небольшой вакуум, который будет удерживать деталь на конце насадки пинцета;
  • при открытии отверстия воздух идёт по пути наименьшего сопротивления, вакуум на конце насадки пропадает и деталь отпускается.

Вскрытие диафрагмового насоса, вид сверху Вскрытие диафрагмового насоса, воздушные камеры Вскрытие диафрагмового насоса, мотор и качалка
Вскрытие диафрагмового насоса (модель от другого продавца)

За основу вакуумного пинцета был взять воздушный 3В диафрагмовый малопотребляющий насос, т.к. он был в наличии. Насос приобретался давно для одного проекта, был куплен на ebay, на всех торговых площадках есть подобные модели с входным и выходным штуцером, так же есть и другие модели насосов. К сожалению насос, который был на руках, имел только выход воздуха, централизованного входа у насоса не было, из-за этого пришлось его поместить в небольшую герметичную коробку, склеенную из оракала 705 герметиком. В результате такой манипуляции насос стало можно использовать, как источник небольшого вакуума. Первые испытания показали, что насос может стабильно запускаться и работать от напряжения 1.2В, при это он уже начинает накачивать достаточный минимальный уровень вакуума. Максимальное рабочее напряжение было ограничено на 2В, что не сильно нагружает насос, оставляя запас по мощности и ресурсу, при это полученного вакуума более чем достаточно для работы.

Начинка вакуумного пинцета
Начинка вакуумного пинцета

Т.к. насос работает в диапазоне от 1,2 до 2В с рабочим током ~100мА было принято решение сделать возможность работы от встроенного в устройство Li-Ion аккумулятора, что делало его портативным. Заряд аккумулятора производится от USB, о которого устройство то же может работать. Вход питание miniUSB идёт на контроллер заряда литиевых аккумуляторов STC4054 (аналог LTC4054) и через шоттки диод через тумблер на стабилизатор напряжения. Так же с аккумулятора питания тоже поступает через шоттки. Li-Ion аккумулятор банка 18650 со встроенной защитой от глубокого переразряда. Изначально планировалось разработать и собрать ШИМ драйвер с контроллером и датчиком давления, который сможет регулировать выходное давление, точнее вакуум, следить за аккумулятором и выключать устройство, если его забыли выключить. Но время шло, руки всё не доходили закончить конструкцию. В результате в качестве стабилизатора был применён готовый модуль на mp1584en. Данный модуль рассчитан на рабочее напряжение от 4,5В, но он работает и от Li-Ion аккумулятора. Конечно такое применение не очень красивое. Для установления рабочего диапазона встроенный SMD подстроечные резистор верхнего плеча и резистор нижнего плеча делителя напряжения в обратноё цепи стабилизатора были пересчитаны и заменены. Была добавлена индикация: зеленый светодиод — устройство работает, красный — идёт зарядка аккумулятора, во время зарядки аккумулятора устройство можно использовать. Вся начинка хорошо поместилась в заранее купленный для начинки пинцета корпус. Провода и светодиоды фиксировал однокомпонентным радиотехническим 706 герметиком. Схему и печатную плату приводить не буду.

Ручка пинцета была изготовлена из анодированной алюминиевой 8мм трубки с внутренним диаметром 6мм. Входной штуцер ручки, насадкодержатель и штуцер насоса были выточены из алюминиевого прутка. Трубка и пруток приобретены в ОБИ. Т.к. насадки будут применяться из разных материалов в том числе из железа на насадкодержатель была усажена и приклеена термоусадочная трубка, для увеличения плотности прилегания насадок и минимизации утечек воздуха. В идеале лучше изготовить насадкодержатель из фторопласта или подобных материалов. Для герметичности ручки были проложены уплотнители из резиновых колец 5/4мм (наружный/внутренний диаметр). Силиконовая трубка 4/2мм (наружный/внутренний диаметр), была приобретена в медтехники. Для защиты от перегибания трубки были добавлены пружинки.

Ручка и насадки вакуумного пинцета
Ручка и насадки вакуумного пинцета

Насадки с присосками были взяты от ручных вакуумных пинцетов. Ещё одна насадка была изготовлена из иглы от шприца.

Ручные китайские вакуумные пинцеты
Ручные китайские вакуумные пинцеты

Изначально для монтажных работ был приобретен ручной вакуумный пинцет (на фотографии сверху) но во время эксплуатации быстро выявился его недостаток — подтравливание воздуха и малый объём воздушной камеры не дают достаточного времени для позиционирования компонента, QFN48 корпус отваливается через 4-5 секунд после взятия компонента. Так же нажатие и отпускание компонента требуют небольшого усилия большим пальцем, что приводит к смещению компонента при отпускании его, ещё один минус, если так часто работать это может негативно сказаться на пальце. Второй пинцет приобретался позже ради дополнительных насадок. У него больший объем воздушной камеры, но сдавливание его для отпускания компонента сильнее может сместить компонент.

Примеры применения вакуумного пинцета:

Работа с резисторами 0402 Работа с резисторами 0603
Работа с резисторами 0402 и 0603

Работа с stm32f030f4p6 в TSSOP20 Работа с  stm32f030f4p6 в TSSOP20
Работа с конденсатором 1206 и stm32f030f4p6 в TSSOP20

Работа с stm32f051c8t6 в QFN48 Работа с PIC16F877A в DIP40
Работа с stm32f051c8t6 в QFN48 и PIC16F877A в DIP40

Под каждый тип корпуса лучше подбирать свою насадку для пинцета: с мелкими компонентами удобнее будет работать иглой, в то время, когда ей будет трудно подхватить более большие компоненты, а присоски буду хорошо держать микросхемы, когда им будет нечем ухватить чип резисторы и конденсаторы, а мелкие 0402 они смогут вообще засосать. К примеру STM32F051C8T6 в QFN48 иголкой с трудом удалось подхватить почти на максимальной мощности насоса, в то время когда со средней резиновой присоской на половине мощности без труда можно удержать DIP40, QFN48 присоска спокойно держит на малой мощности.

8 комментариев »

Alex_EXE | 19.09.2016 | Инструменты | 2 992 просмотров

8 комментариев на « Самодельный вакуумный пинцет»

  1. Дмитриий пишет 28.09.2016 в 19:44 #

    Вдохновился вашим вакуумным пинцетом и сделал себе такой же, тем более и насос тоже когда то купленный и китайский пинцет валялся без дела. Сам контейнер под насос спаял из стеклотекстолита 0,5 и все это хозяйство разместил в корпусе от дохлого блока питания (работа от аккумулятора мне не нужна, под рукой много розеток.

  2. Alex_EXE пишет 30.09.2016 в 02:10 #

    Рад, что моя конструкция Вам понравилась и вдохновила.

  3. Данила пишет 05.10.2016 в 11:25 #

    Здравствуйте! Спасибо за интересную и познавательную статью, попробую потом собрать нечто похожее. По стечению обстоятельств одновременно с выходом Вашей статьи мне в работу дали вакуумный пинцет заводского производства фирмы «Магистр». Плюсы/минусы описывать не буду, но вот что понравилось — это воздушный фильтр на входе, может, как вариант, и Вам поставить для защиты насоса от мусора?

  4. Alex_EXE пишет 05.10.2016 в 18:03 #

    На последних стадиях сборки то же об этом задумался, т.к. компоненты 0402 обычной иглой (от 10-20 кубового шприца) он может без проблем засосать. Это хорошо заметно на фотографии с резистором 0402.
    Самый простой вариант — разместить фильтр в ручке. Можно выполнить из металлической губки и ватки, можно посмотреть в сторону аквариумных фильтров/распылителей воздуха, сигаретный фильтр.
    Т.к. в моём случае насос слабый, главное, что бы фильтр не создавал большую дополнительную нагрузку.
    На данный момент у меня нет задач для этого пинцета, когда его время придёт то к этому вопросу вернусь.

  5. Денис пишет 24.10.2016 в 19:01 #

    Насколько я понял, присоска для SMD компонентов сделана из обрезанной широкой медицинской иглы? И как держится? Если тряхнуть случайно — падает? какой вес удерживается насадками резиновыми?

  6. Alex_EXE пишет 05.11.2016 в 16:08 #

    Обрезанная медицинская игла без проблем держит SMD резисторы и конденсаторы, на счёт TSSOP20 и QFN48 преувеличил, их трудно подхватить и легко стряхнуть. Думаю если кончик иглы отполировать — то держать будет лучше.
    DIP40 (6,6гр.) резиновая присоска держит нормально (на 75% мощности), можно все возможно вертеть компонент, стряхнуть при малых усилиях не получается, в DIP кроватку не установить. DIP40 пинцет берет не сразу, после установки присоски на нём нужно подождать пару секунд, чтобы насос накачал вакуум. DIP таскать — это не предназначение пинцета, LQFP64 присоской на малой мощности берет и держит хорошо.
    На качество работы — удержания сильно влияет качество резиновой присоски. Ещё присоску можно смазать силиконовой смазкой.

  7. Андрей пишет 05.12.2016 в 23:19 #

    А как с демонтажем дела обстоят?

  8. Alex_EXE пишет 06.12.2016 в 18:13 #

    Присоска быстро забьется отходами пайки и она вряд ли термостойкая.

Комментарии RSS

Оставьте отзыв