开源贴片机 LumenPnP

LumenPnP 是由 Opulo 推出的一个开源桌面贴片机（Pick-and-Place Machine）项目，它旨在为个人制造者、小型企业、创客空间等提供一个可负担、易组装、可维护的 SMT 自动化贴片解决方案。

简而言之：LumenPnP 可以帮助你自动地将元件贴装在 PCB 上，就像工厂里的自动化 SMT 产线那样。

谁适合使用 LumenPnP

LumenPnP 适合以下人群：

• 电子制造爱好者
• 独立开发者和小批量生产者
• 创客空间和教学机构
• 对自动化制造感兴趣的技术人员

你可以用 LumenPnP 完成一些小批量商业电子产品的生产，例如 Arduino 扩展板、ESP32 模块开发板、自定义传感器板、灯板等。

项目亮点

• 完全开源硬件和软件
• 支持 DIY 半组装和全组装版本
• 基于标准机械结构和模块化设计
• 由社区驱动并持续更新
• 使用常见的控制系统（如 Raspberry Pi + OpenPnP）

主要组成

LumenPnP 的主要组成部分包括：

1. 机械结构：
   • 使用 V-slot 铝型材 作为框架
   • 配有直线导轨、步进电机、同步带
   • Z轴吸嘴用于吸取和放置元件
2. 控制系统：
   • Raspberry Pi（运行 OpenPnP 控制软件）
   • 使用 PiCam 或 USB 相机进行定位识别
   • 控制板连接步进驱动器和端传感器
3. 喂料系统（Feeder，俗称“飞达”）：
   • 支持卷带元件（使用 DIY 或商业喂料器）
   • 还可搭配手动托盘或吸嘴更换系统
4. 软件系统：
   • 基于 OpenPnP 开源软件
   • 提供摄像头校准、视觉识别、贴装路径规划等功能

如何开始

官方提供了两种组装方式：

① Semi-Assembly（半组装版本）

特点：

• 部分机械结构已预装好
• 用户主要负责电子线缆和最终组装
• 官方文档提供详细图示和视频

适合：希望自己动手并节省成本的用户

② Fully Assembled（全组装版本）

• 工厂预装完毕，开箱即用
• 调试和软件设置由用户完成
• 比较适合初次接触贴片机但希望快速上手的用户

搭建流程

下面以 Semi-Assembly 方式为例，介绍搭建一台 LumenPnP 贴片机的大致步骤，完整细节请参考官方文档。

1. 准备工具和材料
   • 六角扳手、螺丝刀、卡尺、电烙铁
   • Raspberry Pi 4、SD 卡、相机模组
   • 需要组装的半成品结构
2. 安装并固定机械结构
   • 确保 XYZ 三轴结构平整且移动顺畅
   • 安装电机和皮带驱动
3. 连接电气线路
   • 接好步进驱动器、电源线、传感器线
   • 将 Raspberry Pi 与主控板连接
4. 软件安装与配置
   • 安装 OpenPnP 和系统依赖
   • 校准坐标系统、相机视野和吸嘴偏移
   • 加载元件库和贴装任务
5. 测试贴片与调试
   • 使用简单的 PCB 项目测试贴片准确性
   • 调整吸嘴高度、喂料器位置等参数

控制软件

LumenPnP 是基于 OpenPnP 实现贴装控制逻辑的。OpenPnP 本身是一个开源贴片机控制系统，用于控制 DIY 或商用贴片机执行元件贴装任务。但 OpenPnP 不包含硬件部分，它目标是为开发者和制造者提供一个灵活、强大、可扩展的贴片控制平台。

OpenPnP 通常运行在一台 PC 或树莓派（如 LumenPnP 用的是 Raspberry Pi 4） 上，系统结构如下：

[ OpenPnP 软件 ]
       |
       v
[ Gcode 控制接口 / JSON-Serial ]
       |
       v
[ 主控板（如 Smoothieboard、Opulo 控制器）]
       |
       v
[ 电机、传感器、摄像头、吸嘴等硬件 ]

OpenPnP 的主要功能包括：

• 🎯 视觉识别：通过摄像头识别元件、Mark 点、PCB 定位等。
• 🧠 路径规划：自动规划吸取和贴放元件的最优路径。
• 🧲 吸嘴控制：控制贴片机吸嘴的上下动作、旋转角度。
• 🔢 元件数据库：管理所有元件信息（封装类型、吸取偏移等）。
• 🧰 喂料器管理：配置卷带喂料器、托盘、托盘槽等信息。
• 📦 贴装任务管理：加载 Pick & Place 文件（如 .csv）执行贴装作业。

OpenPnP 是基于 Java 的开发的一个模块化、插件化、跨平台的应用程序，因此需要安装 JDK 环境才能运行。

OpenPnP 提供一个图形化桌面应用，主要界面包括：

• 元件视图：查看所有贴装元件和参数
• 视觉调试：实时显示上下相机画面，调试定位功能
• 机器控制：移动 XYZ 轴、旋转吸嘴、吸放元件
• 路径仿真：可视化贴装流程，预防出错
• 配置向导：引导用户完成首次配置流程

OpenPnP 还提供了一套强大的插件框架，支持：

• 加载外部 .jar 插件
• 实现定制的视觉算法（如 blob detection、边缘检测）
• 接入第三方 AI 模块（如 TensorFlow 图像识别）
• 开发自定义驱动（用于非标准控制器）

可以说软件的完整性和可玩性都非常高，喜欢 DIY 的朋友可以开始动手了！

资源链接

• 🌐 官网主页：https://opulo.io
• 📘 官方文档：https://docs.opulo.io/semi-assembly-4-0/
• 🧠 软件平台：http://openpnp.org
• 📂 LumenPnP 源码库：https://github.com/opulo-inc/lumenpnp
• 📂 OpenPnP 源码库：https://github.com/openpnp/openpnp