Производство печатных плат и сборка электронных компасов для цифровых навигационных устройств.
Электронный компас на печатной плате преобразует данные магнитометра — а часто и данные акселерометра или инерциального измерительного блока — в информацию о направлении движения для портативных приборов, навигационных модулей, роботов и других встроенных устройств. Для производства ключевая проблема заключается в том, что точность определения направления движения зависит от магнитной среды всей сборки, а не только от магнитометра.
Компания Highleap Electronics оказывает поддержку заказчикам в разработке компасов, предоставляя услуги по электронному производству , которые могут включать изготовление печатных плат, поиск компонентов, сборку SMT с учетом особенностей датчиков, контроль качества, программирование и функциональное тестирование по запросу заказчика. После утверждения схемы расположения магнитов, ориентации и спецификации материалов, те же параметры контроля могут быть перенесены с прототипа на серийное производство.
- Какие магнитометры и инерциальные измерительные блоки (IMU) одобрены, и каковы их требуемые ориентации по осям X/Y/Z?
- Какие расположенные поблизости участки проводят ток или содержат магнитные/ферромагнитные материалы, и какие правила доступа необходимо соблюдать?
- Будет ли калибровка и проверка ориентации проводиться на самой печатной плате, на готовой сборке или на обоих компонентах?
Точность компаса зависит от всего изделия в целом, а не только от магнитометра.
Форматы выпуска и приоритеты производства электронных компасов
Электронные компасы выпускаются в широком ассортименте — от портативных пеленгаторов до встроенных модулей определения курса для роботов, морских дисплеев, дронов и навигационного оборудования. Электронные компоненты могут включать только магнитометр и микроконтроллер, или же сочетать магнитометр с акселерометром/инерциальным измерительным блоком для компенсации наклона и объединения данных с датчиков. С точки зрения печатных плат/сборок, важные различия заключаются в размере платы, ориентации датчиков, наличии магнитных материалов, интерфейсах хост-системы и необходимом процессе калибровки/тестирования.
| Тип продукта | Типичная архитектура датчика | Фокус на производстве |
|---|---|---|
| Портативный цифровой компас | 3-осевой магнитометр, опциональный датчик наклона | Ориентация, взаимодействие дисплея/питания и калибровка корпуса. |
| Встроенный модуль электронного компаса | Магнитометр с главным микроконтроллером или инерциальным измерительным блоком | Компактная сборка, надежность интерфейса и данные калибровки. |
| Робот / морской датчик курса | Магнитометр с фильтрацией или объединением данных с датчиков. | Надежное крепление, контроль помех и воспроизводимость результатов тестирования. |
Контроль магнитной обстановки перед началом производства.
Магнитометр измеряет локальное магнитное поле, поэтому расположенные рядом динамики, вибромоторы, магнитные защелки, индукторы, стальные экраны, крепежные элементы и цепи питания сильноточных батарей могут изменить результат измерения курса. Даже механически или электрически приемлемая запасная часть может изменить локальное поле. Поэтому в выпущенной спецификации материалов и механическом чертеже следует указать магнитные преграды и компоненты, критически важные для ориентации.
Калибровка может компенсировать известные эффекты твердого и мягкого железа, но ее не следует использовать для сокрытия неконтролируемых производственных отклонений. Highleap может сохранить утвержденное размещение компонентов, спецификацию материалов, геометрию токового пути и ориентацию сборки; окончательный метод калибровки и допустимые пределы для готового изделия должны определить производители оригинального оборудования (OEM).
Для изделий, объединяющих данные магнитометра, акселерометра и гироскопа, верификация печатной платы с использованием данных датчиков может поддерживать более широкую стратегию валидации. Для производства более важным требованием является то, что завод получает утвержденный чертеж осей датчиков, информацию о близлежащих механических компонентах и контролируемую спецификацию материалов вместе с файлами печатной платы.
Конструкция печатной платы должна защищать локальное магнитное поле.
Архитектура печатной платы электронного компаса: датчик, микроконтроллер, питание и интерфейсы.
На печатной плате компаса могут размещаться магнитометр, микроконтроллер, акселерометр/гироскоп, дисплей, память, схема питания и интерфейс связи с хостом. Соединения датчиков по протоколам I2C или SPI обычно имеют невысокую скорость, но помехи в питании, плохое заземление, длинные гибкие соединения или токи дисплея/подсветки могут всё же создавать помехи для работы датчиков. Поэтому доступ к программированию, линии прерываний и контрольные точки следует рассматривать вместе с схемой магнитной части, а не добавлять их в качестве дополнительной опции.
Система координат платы, оси магнитометра и направление корпуса также должны совпадать. На производственных чертежах должна быть четко указана ориентация по осям X/Y/Z, чтобы при настройке подающего устройства, использовании автоматического оптического контроля и проверке первого образца можно было выявить повернутую посадочную поверхность или узел до начала калибровки.
Указания на мощность, температуру и гибкость не должны приводить к новым ошибкам в заголовках.
Стабильные направляющие для датчиков и разумное размещение источников тепла помогают уменьшить ненужные колебания. Регуляторы, подсветка и радионагрузки не должны создавать ненужные токовые петли или нагрев рядом с магнитометром. Заказчик может задать любые требования к температурной компенсации или рабочему состоянию, а производственное тестирование может выявить проблемы со связью, смещение и другие повторяющиеся электрические неисправности.
Если датчик расположен на удаленной гибкой или сложенной плате, может потребоваться поддержка проектирования гибких печатных плат , но гибкие или жестко-гибкие платы следует использовать только тогда, когда это оправдано механической архитектурой. Опыт Highleap в производстве печатных плат для микроконтроллеров охватывает сторону контроллера, а учет особенностей низкоуровневых аналоговых схем полезен для обеспечения контроля питания датчика и низкоуровневых сигналов.
После стабилизации ориентации, спецификации материалов, процесса сборки и базовых параметров тестирования, утвержденная сборка может быть переведена в стабильную стадию крупносерийной сборки печатных плат без пересмотра производственных параметров от партии к партии.
Компания Highleap Electronics может провести анализ ориентации датчиков, магнитных препятствий, технологичности печатных плат, источников компонентов, сборки и запланированного процесса тестирования, прежде чем ваш компас перейдет в стадию прототипа, пилотного или серийного производства.
Контроль ориентации датчиков и магнитных материалов во время сборки.
Электронный компас на печатной плате: ориентация, удобство использования и управление DFM (проектирование для производства).
В электронном компасе ориентация датчика является скорее элементом производственного контроля, чем просто деталью сборки. Магнитометр может быть правильно припаян, но при этом показывать неправильное направление, если его оси X/Y/Z не совпадают с координатной системой печатной платы, корпуса и встроенного программного обеспечения. Поэтому на сборочном чертеже следует указывать ориентацию магнитометра и инерциального измерительного блока (IMU), направление движения устройства вперед и любые механические опорные точки, используемые при окончательной сборке.
При проектировании с учетом технологичности производства необходимо защищать утвержденную магнитную среду, а также обычную технологичность изготовления. Индукторы, зуммеры, динамики, стальные экраны, винты и другие расположенные рядом магнитные или ферромагнитные детали не должны заменяться или перемещаться без предварительного согласования. Электрически эквивалентный компонент все еще может изменять локальное поле, воспринимаемое датчиком.
- Заблокируйте одобренные варианты датчиков. Внесенные изменения в характеристики магнитометра и инерциального измерительного блока могут повлиять на карты регистров, поведение калибровки или драйверы встроенного ПО, даже если посадочное место корпуса совместимо.
- Контроль за транспортными средствами и механическими нагрузками. Процессы оплавления, очистки, удаления панелей, обработки гибких плат и установки после сборки должны выполняться в соответствии с утвержденным технологическим процессом, чтобы избежать перекручивания или деформации корпуса MEMS-устройства и печатной платы датчика.
- Обеспечьте прозрачность ориентации для производственного процесса. Настройка податчика, критерии AOI и записи о первом изделии должны ссылаться на то же определение осей, которое используется в микропрограммном обеспечении и калибровке.
Компания Highleap Electronics может объединить сборку печатных плат с датчиками с целенаправленным анализом распространенных проблем проектирования печатных плат с учетом технологичности производства, добавив проверки, специфичные для компаса, на предмет осей датчиков, магнитных препятствий, разрешенных компонентов, расположенных рядом, и ориентации первого образца, прежде чем сборка перейдет в серийное производство.
Обеспечьте готовность к серийному производству процессов калибровки и проверки курса.
Калибровка компаса, функциональное тестирование и отслеживаемость.
Производственные испытания следует проводить в соответствии с утвержденной последовательностью, а не пытаться воссоздать весь процесс разработки для каждого устройства. Практический процесс может подтвердить цифровую связь и отклик по осям, применить заданную заказчиком процедуру калибровки, а затем проверить выходные данные по курсу при известных ориентациях. В устройствах с компенсацией наклона можно добавлять репрезентативные значения тангажа и крена там, где это необходимо.
Наиболее информативная проверка курса обычно проводится в конечном механическом состоянии, поскольку корпус, батарея, динамик, кабели и находящиеся рядом металлические предметы могут изменять магнитное поле. Если радиоприемники, дисплеи, подсветка или другие сильноточные нагрузки могут создавать помехи, утвержденный тест должен включать эти рабочие состояния, а не только проверку компаса на нерабочем стенде.
- Укажите один производственный номер. Производитель оборудования должен указать тип приспособления или эталонного поля, последовательность вращения, версию прошивки, условия наклона и пределы прохождения/непрохождения.
- Обеспечьте прослеживаемость данных калибровки. Коэффициенты на единицу продукции, серийные номера и запрограммированные варианты должны оставаться неизменными на протяжении всего процесса программирования и тестирования.
- Контролируйте тестовую среду. Во избежание ложных срабатываний при определении направления движения необходимо обеспечить единообразие материалов крепления, расположенных рядом стальных конструкций, силового оборудования и прокладки кабелей.
Компания Highleap может выполнить утвержденный заказчиком метод калибровки и функционального тестирования, если оснастка и критерии приемки подходят для производства. После стабилизации процесса на опытных образцах и пилотных партиях утвержденный процесс программирования, контроля и тестирования может быть перенесен в крупносерийную сборку печатных плат без пересмотра метода приемки от партии к партии.
Для начала проверки не требуется полный комплект производственной документации. Для определения требований к сборке, проектированию с учетом технологичности производства и тестированию компании Highleap Electronics достаточно имеющихся файлов печатных плат, спецификации материалов, информации об осях датчиков, целевых объемов производства и проекта калибровки или функционального тестирования.
Последний миллиметр может изменить направление.
Перед началом серийного производства производитель оборудования должен зафиксировать ориентацию датчика, предположения о магнитном поле, положение батареи и динамика, материалы крепежных элементов, трассы прокладки кабелей, версию прошивки/калибровки, а также используемый метод крепления или вращения для оценки точности определения курса. Эти детали легко упустить из виду, поскольку многие из них носят скорее механический, чем схематический характер.
Компания Highleap может использовать прототипы печатных плат для проверки ориентации сборки, точности размещения и утвержденного процесса калибровки, а затем перенести эти данные в серийное производство. Если заменяемый компонент, деталь корпуса или кабель изменяют локальное поле, правильной реакцией является инженерная проверка, а не предположение, что магнитометр «исправит это калибровкой».
Для электронного компаса миллиметр смещения может иметь большее значение, чем очередная маркетинговая уловка о качестве печатной платы. Задача завода — поддерживать утвержденную геометрию, материалы и технологический процесс в достаточно стабильном состоянии, чтобы калибровочная модель заказчика продолжала описывать продукт, который фактически поставляется.
Рекомендуемые сообщения
Производство и сборка печатных плат для наружного освещения компанией Highleap Electronics.
Рисунок 1. Производство и сборка печатных плат для наружного освещения...
Производитель печатных плат для осветительных приборов: изготовление печатных плат, сборка печатных плат и светодиодное освещение «под ключ».
Рисунок 1. Обзор производителей печатных плат для светодиодных светильников...
Электронная сборка контрактов: модели, выбор и полный процесс сборки.
Рисунок 1. Эталонное изображение электронной схемы сборки контракта для...
Как очистить печатную плату от флюса: правильный метод для каждого типа флюса.
Рисунок 1. Эталонное изображение для очистки печатной платы от флюса...
Как получить расценки на печатные платы
Давайте проведём для вас анализ DFM/DFA и предоставим отчёт. Вы можете безопасно загрузить свои файлы через наш сайт. Для составления коммерческого предложения нам необходима следующая информация:
-
- Gerber, ODB++ или .pcb, спец.
- Список спецификаций, если вам требуется сборка
- Количество
- Время поворота
Для услуг PCBA, пожалуйста, предоставьте ваш BOM (спецификация материалов) и любые конкретные инструкции по сборке. Мы также предлагаем анализ DFM/DFA для оптимизации ваших проектов для технологичности и сборки, обеспечивая плавный процесс производства.