Η παρούσα διπλωµατική εργασία πραγµατεύεται την κατασκευή µιας εργαλειοµηχανής µε αρθµητικό έλεγχο µέσω Η/Υ (CNC router) , ικανής για την κατασκευή ηλεκτρονικών πλακετών για τις ανάγκες του εργαστηρίου. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτροµηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών. Σκοπός είναι η κατασκευή της µηχανικής διάταξης της εργαλειοµηχανής µε επιφάνεια κατεργασίας πλακέτας µεγέθους τουλάχιστον Α4, των ηλεκτρονικών διατάξεων οδήγησης των κινητήρων, της διάταξης και της διασύνδεσης µε τον υπολογιστή, καθώς και των απαραίτητων προγραµµάτων για την ανάγνωση και επεξεργασία των σχεδίων και τη δηµιουργία και διαβίβαση των εντολών ελέγχου από και προς το µηχάνηµα ώστε να υλοποιηθεί το σχέδιο. Αρχικά έγινε η ανάλυση των απαιτήσεων του εργαστηρίου, επιλέχθηκε η συγκεκριµένη µέθοδος και αναλυθήκαν οι προδιαγραφές που πρέπει να έχει το µηχάνηµα. Έπειτα, έγινε η επιλογή της τοπολογίας και του υλικού του µηχανήµατος, των κατάλληλων κινητήρων, του συστήµατος ολίσθησης και του συστήµατος µετατροπής της κίνησης από περιστροφική σε γραµµική, έτσι ώστε να καλύπτονται µε το, χαµηλότερο δυνατό κόστος, οι απαιτήσεις µεγέθους, δύναµης πρόωσης, επιτάχυνσης, ανάλυσης, ακρίβειας, στιβαρότητας και ταχύτητας κίνησης που αναλύθηκαν στο πρώτο στάδιο, µε το χαµηλότερο δυνατό κόστος. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε σε πρόγραµµα τρισδιάστατου σχεδιασµού η µηχανική κατασκευή της διάταξης και ανατέθηκε σε κατάλληλο εργαστήριο η κατασκευή των κοµµατιών και η συναρµολόγηση της. Το επόµενο βήµα ήτανε να σχεδιαστούν και να κατασκευαστούν τα κυκλώµατα για την οδήγηση των κινητήρων και η κεντρική πλακέτα που αναλαµβάνει την οµαλή διασύνδεση τους µε τον υπολογιστή. Τέλος, γράφτηκαν κατάλληλα προγράµµατα τα οποία αναλαµβάνουν την ανάγνωση του σχεδίου της πλακέτας και παράγουν και διαβιβάζουν τις κατάλληλες εντολές στους οδηγούς των κινητήρων, ώστε να γίνουνε οι απαραίτητες κινήσεις από αυτούς και να υλοποιηθεί το σχέδιο στην πλακέτα. / This thesis is about designing and building a fully functional CNC machine, capable of building printed circuit boards.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και την κατασκεύη μιας αυτοματοποιημένης διάταξης επίστρωσης ηλεκτροδίου σε στερεό ηλεκτρολύτη για εφαρμογή σε κυψέλες καυσίμου.Η εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σε αυτό το πλαίσιο,σχεδιάστηκε μια εργαλειομηχανή τύπου CNC(Computer Numerical Control),υψηλής ακρίβειας,ικανή να εκτελέσει κινήσεις σε τρείς άξονες,ελεγχόμενη από μικροελεγκτή και οδηγούμενη από βηματικούς κινητήρες. Αν και ο απώτερος στόχος της εργασίας είναι η κατασκευή της διάταξης που επιτελεί το επιθυμητό έργο,προηγήθηκε εκτενής θεωρητική μελέτη και ανάλυση όλων των χαρακτηριστικών και παραγόντων του συστήματος. Αρχικά,γίνεται αναφορά στις κυψέλες καυσίμου,στους διάφορους τύπους της συγκεκριμένης τεχνολογίας καθώς και στις εφαρμογές που αυτή ενσωματώνεται. Οι κυψέλες καυσίμου,ως αντικείμενο επιστημονικής μελέτης αλλά και ως εμπορευματικό προϊόν παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον και έχει απασχολήσει σε μεγάλο βαθμό την επιστημονική κοινότητα τα τελευταία χρόνια λόγω της μεγάλης αποδοτικότητάς τους στην παραγωγή ενέργειας αλλά και της φιλικής προς το περιβάλλον λειτουργίας τους. Εν συνεχεία,αναλύεται ο όρος αριθμητικός έλεγχος και αναλύονται οι εφαρμογές στις οποίες αυτός χρησιμοποιείται ενώ παράλληλα γίνεται αναφορά στο μηχανολογικό τμήμα της κατασκευής,στα υλικά και στο σχεδιασμό τέτοιων διατάξεων. Σημαντικό μέρος της εργασίας αφιερώθηκε στους βηματικούς κινητήρες που επελέχθησαν ως κινητήρες προώσεως της εργαλειομηχανής.Αναλύονται τόσο οι τύποι βηματικών κινητήρων όσο και ο έλεγχος τους ενώ ακόμα παρουσιάζεται και η στατική αλλά και η δυναμική τους συμπεριφορά σε ένα σύστημα. Τον ‘’εγκέφαλο’’ της διάταξης αποτελεί ο μικροεπεξεργαστής που ενσωματώνει το πρόγραμμα λειτουργίας της εργαλειομηχανής,ο οποίος αναλύεται σε μεγάλο βαθμό ξεκινώντας από τον ορισμό του,τη φύση της λειτουργίας του και καταλήγωντας στον ειδικότερο ρόλο που διαδραματίζει στο κύκλωμα ελέγχου της διάταξης. Ακόμα, περιγράφεται η αρχή λειτουργίας και η κατασκευαστική λογική της πλακέτας ελέγχου και οδήγησης του συστήματος.Τα συμπεράσματα της εργασίας και οι μελλοντικές επεκτάσεις που πιθανώς η διάταξη επιδέχεται παρουσιάζονται ως επίλογος. / The purpose of this thesis is the construction of an automated device that coats electrodes in to solid electrolyte for application in fuel cells. The project was conducted in Electromechanical Energy Conversion Laboratory, at Department of Electrical and Computer Engineering of the University of Patras. In this context, a CNC (Computerized Numerical Control) machine, capable of carrying out movements in three axes, controlled by stepper motors was designed. Although the ultimate purpose is the construction of such a device, an extensive theoretical study and analysis of all parameters and characteristics of the system was preceded. Initially, a reference to fuel cells is being made, describing the different types of the technology and the applications which fuel cells are incorporated. In general, fuel cell technology as an object of theoretical study and as a commodity product as well, is considered to be of high scientific interest, due to its high efficiency and it’s environmental friendly operation. In addition, a general definition of numerical control is being given relatively to its applications, providing a special interest in the mechanical design of systems that incorporate this particular method of control. A significant part of the project was consumed by the analysis of stepper motor behavior, both static and dynamic. Different types of stepper motors are being described along with several types of control schemes. Extensive description of the system’s incorporated micro-controller has been made, from its general description down to its specialized role to the system. Finally, the basic principles of operation are being described, given a special interest in to the board of control and drive of the system. The evaluation of the project’s status as well it’s future development were given as final conclusions.