LPKF ProtoMat

Nur nach Einweisung

Dieses Gerät darf nur nach Einweisung verwendet werden. Eine Einweisung können unter anderem folgende Personen geben:

• seto
• s3lph
• val

Wenn du zu uns kommst, weil du dieses Gerät benutzen willst, kannst du uns auch kontaktieren und fragen, ob eine dieser Personen während deinem Besuch anwesend sein wird.

LPKF ProtoMat E44

Dazugehöriges Fräskopf-Set

Übersicht

Wir haben eine Platinenfräse vom Typ LPKF ProtoMat E44.

Vorbereitung

1. Exportiere deine entworfene Platine als Gerber-Dateien (.grb)
2. Du kannst die Dateien z.B. auf dem Media-Share (SMB: \\media\media) platzieren, dieser ist auf dem Fräsencomputer verfügbar. USB-Stick o.Ä. geht natürlich auch.
3. Starte den Fräsencomputer in der Werkstatt und wähle beim Start Windows 10 aus.
4. Schalte die Fräse sowie die Absaugung (unter dem Tisch) ein.
5. Starte das CAM-Programm CircuitPro (Link auf dem Desktop). Die Fräse muss zuerst eingeschaltet sein, sonst muss das Programm neugestartet werden.
6. Akzeptiere die Warnung über mangelnde Systemressourcen.
7. CircuitPro verbindet sich jetzt zur Fräse.

   Achtung: Die Fräse setzt sich während dem Verbindungsaufbau in Bewegung.

8. CircuitPro bittet dich nun darum, ein bereits existierendes Projekt (.cbf-Datei) oder ein Template zu öffnen. In der Regel willst du eines der folgenden Templates auswählen:
   • SingleSided_Top für einseitige Platinen mit Kupferschicht auf der Oberseite (nicht gespiegelt).
   • SingleSided_Bottom für einseitige Platinen mit Kupferschicht auf der Unterseite (gespiegelt).
   • DoubleSided_NoTHP für doppelseitige Platinen. Durchkontaktierung musst du bei Bedarf selber machen.

CircuitPro

Überblick

Hinweis: Im Hauptfenster von CircuitPro kannst du jederzeit mit F1 das Handbuch öffnen, um Details zu einzelnen Funktionen nachzuschlagen.

CircuitPro startet im CAM-Modus. Dieser sieht so aus:

Die wichtigsten Komponenten im CAM-Modus (siehe Nummerierung im Screenshot) sind:

1. Layer-Liste: Hier kannst du einzelne Layers (de-)aktivieren, und die Layers einzelnen Produktionsarten und -schritten zuweisen.
2. Kameravorschau: Echtzeitbild der am Fräskopf befestigten Kamera.
3. Statuszeile: Hier erkennst du, ob das Programm gerade beschäftigt ist.
4. CAD-Bereich: die einzelnen Layers werden hier in unterschiedlichen Farben angezeigt, und du kannst Änderungen vornehmen, und z.B. Passermarken platzieren.
5. Toolbar: Sammlung der wichtigsten Tools. Hier findest du alles, was du benötigen solltest.

Die wichtigsten Werkzeuge in der Toolbar sind:

• Wechsel zwischen CAM- und Machining-Modus
• Externe Dateien (z.B. Gerber) importieren
• Passermarken hinzufügen und bearbeiten
• Toolpaths erzeugen
• Board Production Wizard

Der zweite Modus ist der Machining-Modus:

Die wichtigsten (zusätzlichen) Komponenten im CAM-Modus sind:

1. Toolpath-Vorschau
2. Manuelle Fräskopf-Positionierung. Mit dem Eingabefeld rechts vom Steuerkreuz kann eingestellt werden, wie weit sich der Kopf bei einem Klick aufs Steuerkreuz bewegen soll.
3. Manuelle Fräskopf-Anhebung.
4. Hier können die Produktionsschritte des Board Production Wizard einzeln ausgeführt werden. Das ist insbesondere dann nützlich, wenn ein Produktionsschritt abgebrochen wurde oder übersprungen werden soll.
   • Im Dropdown-Menü kann der Produktionsschritt ausgewählt werden.
   • Der linke Button startet den ausgewählten Produktionsschritt.
   • Der mittlere Button startet den ausgewählten Produktionsschritt sowie alle darauffolgenden Schritte.
   • Der rechte Button bricht die Produktion ab.

Einrichtung

Kamera einstellen

Für gute Ergebnisse bei doppelseitigen PCBs muss die an der Fräse befestigte Kamera einen guten Kontrast zwischen Kupferschicht und den anfangs gebohrten Passermarken haben.

Öffne die Kamera-Einstellungen unter Camera / Options / Image Settings. Das folgende Fenster öffnet sich:

Mindestens die folgenden Einstellungen musst du vornehmen:

• Camera Orientation: Rotate090 (2 oben im Bild.)
• Region of Interest (3), das grüne Rechteck in der Kameravorschau (1)
  • ROI Point 1: 0.0mm / 0.0mm
  • ROI Point 2: 5.4mm / 7.2mm

Für eine gute Bildqualität mit viel Kontrast haben wir gute Erfahrungen mit den folgenden Einstellungen gemacht. Eventuell musst du selber etwas ausprobieren, bis du ein gutes Ergebnis bekommst.

Achtung: Die Einstellungen lassen sich nur durch die Schieberegler vornehmen, die Eingabefelder nebendran funktionieren nicht.

• Light: 40
• Automatic Exposure: Aus
• Exposure: 15
• Gain: 0
• Black level: 0
• Hardware Sensor Gamma Adjustment: Aus

Achtung: Diese Einstellungen müssen für mindestens die folgenden Modi (Dropdown oben rechts, 4) vorgenommen werden: Default, FiducialSearch und LineFinder.

Zudem kannst du noch folgende Einstellungen vornehmen, um die Kameravorschau etwas benutzerfreundlicher zu machen:

• Camera / Overlay / Switch Crosshair State um ein Fadenkreuz in der Mitte der Vorschau anzuzeigen. Dies hilft, falls die Passermarken später aus irgendeinem Grund nicht automatisch gefunden werden, und du diese dann manuell zentrieren musst.
• Unter Camera / Overlay / Set Color kannst du die Farben von Fadenkreuz und Schrift im Overlay ändern; das Standard-Gelb ist recht schwer zu lesen.

Kameraeinstellungen testen

Kameravorschau mit gefundener Passermarke.

Zwei mal die gleiche Passermarke, im rechten Bild um 90° gedreht.

Du kannst die Einstellungen testen, indem du ein PCB mit bereits gebohrter Passermarke unter die Kamera legst. Falls sich die Bodenplatte etwas wölbt, drücke sie mit dem Finger während dem Autofokus und der Suche nach unten.

1. Platziere die Kamera irgendwo über dem Arbeitsbereich, wo du das Teststück mit der Passermarke gut platzieren kannst:
   1. Wechsle im CircuitPro in den Machining-Modus
   2. Verwende das Steuerkreuz im Hauptfenster, um den Fräskopf mitsamt Kamera zu bewegen.
2. Zunächst den Autofokus aktivieren: Camera / Actions / Auto Focus.
3. Dann CircuitPro die Passermarke suchen lassen: Camera / Actions / Find Fiducial. Das Ergebnis sollte in etwa so wie im nebendstehenden Bild aussehen.

Achtung: Die Kupferschicht auf den FR4-Platinen reflektiert unterschiedlich viel Licht in verschiedene Richtungen. Falls du keinen guten Kontrast hinbekommst, drehe die Platine um 90°. Siehe nebenstehendes Vergleichsbild.

Vorbereitung

Produktionsdaten importieren

Als erstes müssen die Produktionsdaten (z.B. Gerber-Dateien) importiert und den einzelnen Produktionsschritten zugeordnet werden.

Hierzu klickst du auf . Der Import-Dialog öffnet sich. Wähle hier alle deine Dateien auf ein Mal aus und klicke auf Import. Es öffnet sich ein weiterer Dialog:

In diesem Dialog kanns du für jede Datei festlegen, zu welcher Layer sie gehört. Die Zuordnung lässt sich auch nachher noch ändern.

Passermarken platzieren

Bei doppelseitigen Platinen müssen zwischen 2 und 4 Passermarken (Fiducials) platziert werden. Diese verwendet CircuitPro, um nach dem Wenden der Platine an der richtigen Position weiterarbeiten zu können.

Um im CAM-Moduls Passermarken zu platzieren, klickst du auf .

Danach öffnet sich ein Dialogfenster, in dem du Koordinaten für die Passermarken eingeben kannst:

Während dieser Dialog offen ist, kannst du die Passermarken aber auch einfach durch Mausklicks in den CAD-Bereich platzieren.

Achtung: Platziere die Marken ein paar Millimeter ausserhalb deiner Platine. Dies erleichtert später die automatisierte Erkennung der Passermarken.

Toolpaths erzeugen

Aus den importierten Daten und Passermarken müssen nun die einzelnen Produktionsschritte erzeugt werden. Hierzu klickst du auf , der Toolpath Wizard öffnet sich:

Hier kannst du verschiedene Einstellungen vornehmen:

1. «Freistellungsgrad» auswählen. Es gibt verschiedene Varianten von "einmal umfahren" (am schnellsten) bis hin zu "komplett freistellen" (dauert deutlich länger)
2. Verfügbare Werkzeuge auswählen.
3. Das Hauptwerkzeug auswählen. Sofern deine Platine nicht überwiegend aus extrem groben oder extrem feinen Strukturen besteht, wählst du hier am besten den «Universal Cutter 0.2mm» aus.
4. Ähnliche Optionen kannst du auch für das Ausfräsen der Platine oder das Bohren von Through-Holes und Passermarken einstellen.
5. Wenn alle Einstellungen vorgenommen sind, klicke auf Start.

Es öffnet sich ein zweiter Dialog, der nach abgeschlossenem Toolpath-Routing die Liste der benötigten Werkzeuge sowie allfälliger Warnungen anzeigt:

Die Warnung über fehlende 3D-Daten kann bei der Platinenproduktion ignoriert werden. Alle anderen Warnungen sollten ernst genommen werden, sie deuten üblicherweise auf fehlerhafte Zuweisungen von CAD-Layers zu Produktionsschritten hin.

Wenn die Toolpaths erfolgreich erzeugt wurden, kannst du nun in den Machining-Modus wechseln und solltest in der Vorschau die erzeugten Toolpaths sehen können.

Hinweis: Bei doppelseitigen Platinen wird in der Vorschau nur eine Seite angezeigt.

Produktionsablauf

Im CircuitPro kann nun der Board Production Wizard gestartet werden. Dieser führt dich durch die einzelnen Schritte der Platinenfertigung.

Folge den jeweiligen Anweisungen.

Arbeitsbereich festlegen

Nachdem du die Platine mit Klebeband befestigt hast, wird dich der Board Production Wizard dazu auffordern, den tatsächlich verfügbaren Arbeitsbereich festzulegen:

Der Ablauf ist grundsätzlich der folgende:

1. Du klickst auf eine Positing in der Toolpath-Vorschau im Hauptfenster
2. Die Fräse fährt an diesen Punkt
3. Wiederhole diesen Ablauf so oft, bis der Fräskopf am unteren linken Eck des Arbeitsbereichs steht.
4. Klicke auf
5. Wiederhole diesen Ablauf so oft, bis der Fräskopf am oberen rechten Eck des Arbeitsbereichs steht.
6. Klicke auf

Beachte, dass der Höhenbegrenzer-Ring um den Fräskopf komplett innerhalb des Arbeitsbereichs sein muss und weder über dem Klebeband noch über bereits ausgeschnittenen Bereichen von früheren Produktionen stehen darf:

• 

  Falsch: Höhenbegrenzer ist über einem bereits ausgeschnittenen Bereich.

• 

  Falsch: Höhenbegrenzer ist über dem Klebeband.

• 

  Richtig: Höhenbegrenzer ist vollständig über der Platine.

Platine platzieren

Als nächstes wirst du dazu aufgefordert, die Platine innerhalb des Arbeitsbereichs zu platzieren:

In der Vorschau werden die zu fräsende Platine (1) und der verfügbare Arbeitsbereich (2, in orange) angezeigt.

Zur Platzierung kann der Knopf Set Center (3) verwendet werden, der die Platine in der Mitte des Arbeitsbereichs platziert. Direkt darunter (4) kann die Platine rotiert werden. Die Platine kann auch in der Vorschau herumgezogen werden.

Werkzeuge wechseln

Wenn ein Werkzeug gewechselt werden muss, fährt der Fräskopf an den vorderen linken Rand der Fräse, wo man das Werkzeug entnehmen und ein neues einsetzen kann.

Hierzu stehen am rechten Rand der Fräse eine blaue Plastikkappe (1) und ein Schraubendreher (2) zur Verfügung. Die Plastikkappe kann über das Werkzeug gestülpt werden, um es einfach zu greifen und in die Fräse einzusetzen oder zu entnehmen. Mit dem Schraubendreher kann die Feststellschraube (3) für das Werkzeug gelöst und angezogen werden.

Platine wenden und Passermarken finden

Wenn du eine doppelseitige Platine produzierst, wird dich der Board Production Wizard irgendwann dazu auffordern, die Platine zu wenden.

1. Wende die Platine entlang der vertikalen Achse (links und rechts vertauschen; oben und unten bleiben gleich).
2. Befestige die Platine nach dem Wenden wieder im Arbeitsbereich.
3. CircuitPro versucht nun, die Kamera zu fokussieren.
   • Falls sich die Platine oder Platte etwas wölbt, drücke diese dafür nach unten.
4. Prüfe, ob das angezeigte Bild scharf ist, und beantworte den Dialog entsprechend.
5. CircuitPro versucht nun, die erste Passermarke zu finden.
   • Falls sich die Platine oder Platte etwas wölbt, drücke diese dafür wieder nach unten.

Nun gibt es verschiedene Szenarien

• Wenn die Passermarke erkannt wurde und sich in der Mitte der Kamera befindet, wird CircuitPro mit einem kleinen Dialog um Bestätigung fragen. Prüfe vor Bestätigung das Kamerabild.
• Wenn die Passermarke erkannt wurde, aber sich nicht in der Kameramitte befindent, klicke Find & Center. Danach sollte die Passermarke in der Mitte sein, dann kann mit Accept Current Position bestätigt werden.
• Wenn die Passermarke nicht gefunden wurde, kann der Versuch mit Retry wiederholt werden.
• Wenn die Passermarke nach wiederholten versuchen nicht gefunden wird, kannst du die Kamera mit dem Steuerkreuz manuell mittig über der Passermarke platzieren. Das Fadenkreuz-Overlay hilft hier. Bestätige die Position mit Accept Current Position.

Das ganze wird für jede Passermarke wiederholt, danach wird die Produktion fortgesetzt.

Wartung

Ersatzteile

Achtung

Die Fräsköpfe sind recht teuer (Mittlerer 2stelliger CHF-Bereich), bitte gehe entsprechend achtsam mit der Fräse um.

Der LPKF-Vertriebspartner in der Schweiz ist die Lumatron AG in Oftringen AG. Die Preisliste für Ersatzteile ist auf der Website verfügbar.