PCB打印机矢量图形光栅化技术研究（可编辑）

1、PCB打印机矢量图形光栅化技术研究 分 类 号: 密 级: 无 论 文 编号 : 学 号 :50100812318重 庆理工 大学 硕士学 位论 文 PCB 打印 机 矢 量图 形光 栅 化 技术研究研究生: 王 印 签 指 导 教 师: 陈 庄教授学 科 专 业: 计算机应用技术 研 究 方 向: 嵌入式系统开发 培 养 单 位: 计算机科学与工程学院 论文完成时间: 2021/4/7 论文辩论日期: 2021/5/30 Category Number : Level of Secrecy : Serial Number : Student Number : 50100812318Maste

2、r's Dissertation of Chongqing University of TechnologyResearch of Raster Based on Vector Graph Techniques for PCB Printer Postgraduate:Wang Yin Qian Supervisor: Prof. Chen Zhuang Specialty: Computer Application Technology Research Direction: Embedded System Development Training Unit: College of

3、Computer Science andEngineering Thesis Deadline:2021/4/7Oral Defense Date: 2021/5/30重庆 理工大学 学位 论文原创性声 明本人郑 重声明 :所 呈交的 学位 论文是 本人 在导 师的指 导下, 独立 进行研 究所取得的成 果。 除文中 特别加 以标 注引用 的内容 外,本论 文不 包含任 何其他 个人或集体已经 发表 或撰写 的成果 、作 品。对 本文的 研究做出 重要 奉献的 集体和 个人,均已在文中以明确方式标明。 本人承当本声明的法律后果。作者签名: 日期: 年月日 学位 论文使用授权 声明本学位 论文作

4、 者完 全了解 学校 有关保 留、 使用 学位论 文的规 定, 同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。本人授权 重庆 理工大 学可以 将本 学位论 文的全 部或局部 内容 编入有 关数据 库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于(请在以下相应方框内打“,在年解密后适用本授权书。 。作者签名: 日期: 年月日 导师签名: 日期: 年月日 摘要 摘要 随着 印制电路板 产量增加和制 作要求的提高,为满足高效率、低能耗、低污染的可持续开展要求,PCB 喷墨打印技术将成为 PCB 印刷制作的新趋势。PCB 喷墨

5、打印技术是将传统的喷墨 印刷技术与 PCB 生产 相结合, 采用了更高的制作精度, 通过喷印的方式直接在基板上形成丝印的字符和导电线路, 形成高效能的绿色生产模式,在国内迫切需要得到广泛应用。 该文 以 Gerber 文件的解析 作为出发点 , 提出 了一整套 Gerber 文件的解析方案,形成了一项 PCB 打 印机 矢 量图 形光 栅化 技术。 在 Gerber 文 件解 析部 分 , 分析 了Gerber 文件 的语法标准和结构标准, 采用了正 那么表达式的分 析方法, 完成了对 Gerber文件的解析,并采用合理的数据结构对解析结果进行存储 ,确保了解析方案 的通用性。 在 Gerbe

6、r 矢量图形光栅化局部, 主要包 括三个方面的研究: 针对 Gerber 文件的各种图元,设计 特定 的光栅化算法,极大的简化了光栅化过程中的冗余操作; 针对适合软件实现的有序边表填充算法, 结合 Gerber 文件填充信息的 数据特点 , 提出了基于阈值的自适应 填充算法,在 满足 PCB 制作精度 需求的同时 ,极大的缩短了Gerber 文件光栅化的时间; 推广了有序边表填 充算法的适用范围,将原来只能处理直线边的有序边表填充算法拓展 到可以处理直线边和圆弧边, 提高了算法的实用性 。 基于 Gerber 文件 的解析方案 和光栅化技术 ,该文 设计了 PCB 打印机矢量图形光栅化系统,

7、包括 Gerber 文件解析、Gerber 文件光栅化和图像预览 三个模块 , 并完成了程序的开发工作; 分析了 PCB 打印机矢量 图形光栅化系统的性能, 并就 Gerber文件光栅化 的效果和速度两个方面与 CAM350 进行比照分析, 本系统效果良好。 目前,开发完成的 PCB 打印机矢量图形光栅 化系统作为“PCB 工业数码喷印系统 的一个模块正在测试推广中。 关键 词 :Gerber 文件,光栅化,矢量 图形,印 制电路板 I 重庆理工大 学硕士学 位论文 II Abstract Abstract As the increasing of printed circuit board

8、production and improving the production requirements, in order to meet the requirements of higher efficiency, lower energy consumption, lower pollution of sustainable development, the PCB inkjet printing technology will become a new trend of the PCB printing production. The PCB inkjet printing techn

9、ology is combined the traditional inkjet printing technology with PCB production, it will directly be formed the characters and the conductive line on the substrate by printing, to be formed a green efficient production mode. The mode needs to be widely applied in domesticIn this paper, as a startin

10、g point of parsing the Gerber file, it proposes a set of parsing program of Gerber files, and it is formed a raster based on vector graph techniques for PCB printer. At the part of parsing the Gerber file, it analysis of the syntax and structure of Gerber file, and use a regular expression analysis

11、method to parse the Gerber file, and using reasonable data structure to store the analytical results will help to make the analytical method versatility. At the part of vector graphics raster of Gerber file, there are three aspects: according to the various diagram elements of Gerber file, this pape

12、r designs a particular raster algorithms, which will greatly simplifies the raster process redundancy operation; according to orderly side table filling algorithm which is suitable for software implementation, and combined with the data characteristics fill information of Gerber file, this paper put

13、s forward an algorithm of adaptive threshold-based filling, and this algorithm is greatly shortening the time of Gerber files raster at meeting the demand of user's premises; popularized the orderly side table filling algorithm application, which that can only handle the linear edge orderly side

14、 table filling algorithm in the past improve the practicality of the algorithm which can deal with straight edges and arcs sideBased on parsing program and raster techniques of the Gerber file, this paper designed PCB printer system of rasterized vector graphics which included three modules: parsing

15、 of Gerber files ,raster of Gerber files and image preview, and completed the development of the program; analyzed PCB printer system performance of vector graphics raster, and analysed the effect of the system about the two aspects of the effectiveness and speed of raster on Gerber files with CAM35

16、0 comparative III 重庆理工大 学硕士学 位论文Currently, the developed PCB printer system of vector graphics raster is tested to promote as a module of the "PCB industrial digital printing system" Keywords: Gerber files, raster, vector graphics, printed circuit board IV 目录 目录 摘要.I Abstract.III 1 绪论 1 1.

17、1 课题的研 究背景与意义.1 1.2 国内 外研究现状3 1.2.1 国外研 究现状3 1.2.2 国内研 究现状4 1.3 本文 技术路线.5 1.4 文章 组织结构.6 2 Gerber 文 件解 析. 9 2.1 Gerber 文 件 概述.9 2.2 Gerber 文件格式 与结构.9 2.2.1 Gerber 文件结构 分析. 9 2.2.2 Gerber 文件 AM 码解析. 13 2.3 Gerber 文 件 解析方法. 17 2.3.1 正那么表 达式 17 2.3.2 Gerber 词 法分析. 18 2.3.3 Gerber 语 法分析. 18 2.4 小结20 3 Ge

18、rber 基 本图 形光 栅 化算 法. 21 3.1 图形 光栅 化根本思想. 21 3.1.1 数值微 分法 21 3.1.2 中点法. 22 3.1.3 Bresenham 算法 23 3.2 Gerber 点 的 光栅化算法 24 3.2.1 Gerber 圆 和圆弧 光栅化算 法 25 3.2.2 Gerber 椭 圆光栅 化算法26 3.2.3 Gerber 正 多边形 光栅化算 法 29V 重庆理工大 学硕士学 位论文 3.2.4 Gerber 自 定义图 形光栅化 算法29 3.3 Gerber 直 线 的光栅化算法30 3.3.1 直线光 栅化模块 拆分 30 3.3.2 直

19、线光 栅化生成 算法 32 3.4 小结34 4 面向 Gerber 的区 域填 充算 法 改良 35 4.1 几种根本 填充算法35 4.2 多边形填 充的有序边表 填充算法 36 4.2.1 填充算 法描述37 4.2.2 有序边 表填充算 法 37 4.3 面向 Gerber 的 任 意多边 形填充算法 的改良 44 4.3.1 填充算 法分析与 改良44 4.3.2 基于阈 值的自适 应填充算 法44 4.4 多种图形 围成的区域光 栅化算法 46 4.4.1 多种图 形的区域 光栅化算 法描述 46 4.4.2 基于阈 值的多种 图形的区 域光栅化 算法 48 4.5 小结52 5

20、PCB 打印 机矢 量图 形光 栅 化系 统设 计与 实 现. 53 5.1 PCB 打印机矢量 光栅化系统 概述 53 5.2 PCB 打印机矢量 图形光栅化 系统设计. 53 5.2.1 Gerber 解 析模块. 53 5.2.2 Gerber 光 栅化模 块. 56 5.2.3 图像预 览模块57 5.3 PCB 打印机矢量 图形光栅化 系统实现. 57 5.4 PCB 矢量图形光 栅化系统评 估. 60 5.4.1 Gerber 文 件光栅 化效果60 5.4.1 Gerber 文 件光栅 化效率分 析 61 5.5 小结62 6 总 结与 展望. 63 6.1 全文 总结 63 6

21、.2 工作 展望 63 致谢65VI 目录 参 考 文献 67 个 人 简历 、在 学期 间 发表 的学 术论 文及取 得 的研 究成 果 71VII 1 绪论1 绪论 1.1 课题 的研究 背景与 意义 印制电路板 (Printed Circuit Board ,简称 “PCB ) 是组装电子零件的基板,是1电子产品 的关键 电子 互连件 。由于 制作流 程 采用了电 子印刷 技术 ,也被 称为 “印刷 电路板 。从宇宙飞行器、弹道 导弹控制器、核潜艇 、运载火箭、 无人巡逻机、机器人、磁悬浮列车,到电视、电子计算机 、 等诸多的民用产品,几乎每一种电子设备 都与 PCB 相关 ,可以说 只

22、要采用集成 电路等电子元器件, 就会采用 PCB 作2为辅助器件 。 随着电子产品需求的增加和技术的提高,PCB 行业也得到迅速开展。从产值的角度看,PCB 行业2021 年总产值达 到524.88 亿美元,2021 年为554.11 亿美元, 增长速度为5.6% 。 从不同地区的产值情况看, 各地区增长速度差异较大, 其中 亚洲地区除日本以外 根本保持了 10%的增长速度, 全球其他地区都是负增长。 中国大陆地区 2021 年的 PCB 总产值为 220.31 亿美元,占 到全球产值的 39.9% ,可以说全球较大比例的 PCB 已经是“中国造。产能转移的 趋势将仍然延续,但增长速度将会放3

23、缓。 预计2021 年国内PCB 行业产值将到达330 亿美元, 占全球总产值比例的46% 。 由于数字喷墨打印技术完全满足国家所提倡的 低碳、节能、环保等可持续开展的战略需求,人们逐步对数字喷墨打印技术有了更进一步的认识。数字喷墨打印技术在整个 PCB 的制作流程上精简了大局部 的 工 作, 以简洁的操作方式、 环保的制作流程、 高效的工作模式和精确的制作精度为 PCB 生产理念, 主要表达在由数据文件作为引导,直接 由喷墨形成 精确的 线路和图形 ,无需再进行其他任何操作。 只用一道工序完成丝网印刷的几道甚至几十道工序, 极大的提高了生产效率,并且到达了低本钱、节能减排等“绿色生产 的要求

24、, 特别是对于制作测试用版或者样板更是十分理想 的制作方式。数字喷墨打印技术的种种优点,都是我国所提倡的可持续发4展战略的需求,将必定成为 PCB 印刷行业的一 个开展趋势 。 随着行业对数字喷墨印刷技术研究与开发的不断推进,数字喷墨印刷技术已经得到了相当跨度的进展。 尤其是以 2005 年以来的开展最为突出 , 主要表现在打印喷5头 和 喷 印 油 墨 两 个 方 面 。2021 年 , 日 本 产 业 技 术 综 合 研 究 所 开 发 了 超 级 喷 头(Super-InkJet),能够喷射小到 12 皮升的墨滴;另外也开发出能够适用于规模化生产的 、 采用 UV 技术进行固化的印刷油墨

25、,特别是研制出的含银纳米级油墨,它6喷印的线宽可以到达 1020 微米, 已经完全能够满足现目前的 PCB 生产需求 。近1 重庆理工大 学硕士学 位论文 年来,日本产业技术综合研究所又 开发出更为高级的超级喷墨印刷喷头,它的喷射-15墨滴 已经可以小到 飞升(1fL1×10 L ) ,可 以让印刷的线宽小到 1 微米以下 ,完全可以满足任何 PCB 线路的设计需求。 由打印 喷头和喷印油墨两项关键技术的突破进展, 已经使得大局部 PCB 制造商对数字喷墨 打印技术产生了浓厚的兴趣, 为 PCB2 7行业的高效率生产、 节能减排、绿色生产提供时机 、创造条件 。8在 PCB 制造行业

26、中,Gerber 文件 是根据 EIA (Electronic Industries Association 9电子工业协会 )制定的标准格式 ,Gerber 文 件分为 RS-274-D 和 RS-274-X 两种,其中 RS-274-X 是 RS-274-D 的扩展 格式。 PCB 生产制造部门 根据用户 或者设计部门提供 的 RS-274-X 格式 Gerber 文件, 准备生产的各种工序,这样有利于形成标准的生产流程。 喷墨打印技术在 PCB 中的应用推广 过程中, 如何快速将矢量图形 Gerber10文件转化成 PCB 打印机专用 喷头能够识别的数 据成为人们关注的第一重要问题 。因

27、此, 本文提出一种适合 Gerber 文件的 解析方案,并 结合根本光栅化算法, 形成了 一种高效的 矢量图形光栅化技术,即把 Gerber 文件 矢量图形快速地转化为 BMP位图文件,为 PCB 打印 喷头提供有效的 喷印 数据。在 PCB 生产制造过程中,人们对不同的 PCB 有不同精度的要求,因此 基于 PCB 生产制造的精度要求,使用不同的阈值进行光栅化, 可以大大的缩短光栅化的 时间, 提高 PCB 喷墨打印的效率。 同时, 将 Gerber 文件中的直线边区域填充算法推 广到弧形边区域填充算法, 不仅提高了矢量图形光栅化的速度, 而且扩大了算法的适用 范围。 最后, 根据 Gerb

28、er 文件的结构 解析和 各项光栅化技术 , 开发了 PCB 打印 机矢量图形光栅化系统, 为数字喷墨打印技术在国内的开展提供良好的根底。 本论文拟 对 PCB 打印机矢量图形光栅化技术展 开研究, 该课题来源于重庆市科学技术委员会的科技攻关工程 “PCB 工业数码喷印系统 (课题编号 : cstc2021gg ?yy js40011 ) , 系统架构如图 1.1 所示, 目前已经 取得初步成果 。2 1 绪论 PCB 工 业 数 码 喷 印 系 统Gerber 光 栅 化 系 统Gerber Gerber 根本矢 自定义 光 栅化 填充图像预 图形格 式 文件 量图形 图形光 技 术优 光栅

29、览 简化分 析 解析 光栅化 栅化 化 化打对 辅安 全 其 他位 印 助保 障 扩 展系系 功系 统 功 能统 统 能硬 件 控 制 系 统硬 件 平 台 ( 包 含 打 印 机 , 摄 像 头 , 计 算 机 等 )图 1.1 PCB 工业数码喷 印系统总 体架构 1.2 国内外研 究现状1.2.1 国外研究现 状 国外 对 PCB 数字喷墨印刷技术方面的研究 始于 上世纪八十年代 , 经过长期研究经验的积累 , 喷墨印刷 技术已经较为 成熟, 能够做到快速、 高效、 准确的对 PCB 字11符进行喷印 , 其中几个 比拟具有代表性的企 业 主要有日本的 CicroCraft K.K. 公

30、司、美国的 Printar 公司、 德国的 KLG Maschinen 公司、 英国的 PTL 公司和以色列 的2 5Orbotec 公司 。 日本的 CicroCraft K.K. 公司生产的 MJ6151 系 列喷墨打印机, 它的印刷制作分辨率可以根据需求设置 300 600DPI , 喷孔的单次出墨量最小可以到达 30 皮升 , 形成2的最小 线宽 为 80150 微米,可以满足一般 PCB 生产线路密度的要求 。 TM美国的 Printar 公司生产的 GreenJet 采用了专有的印刷技术, 把所需厚度的焊料掩膜选择性 的涂覆在板上,保持印刷电路板与边框之间的焊盘、通孔和非功能区域上

31、 没有焊料掩膜 ,该设备 消除了高本钱的多步骤工艺,同时提供了更好的性能,5并缩短了 制造周 期 。 与 传统的 印刷方 法不同 ,该 设备 满足了 新式高密 度设计 的要求, 它适应了 当今电子工业的小焊盘间距和更紧密的对准公差要求 ,此外,它还可以使焊料掩膜涂覆在铜焊盘之间的紧密间距中 。3 重庆理工大 学硕士学 位论文 德国钻孔机制造商 KLG Maschinen 和英国 PTL 生产的 JetRite 文字喷墨印刷机具有极高的印刷速度和分辨率,使用户能够在所有生产任务中提供一致的高品质印刷,JetRite 通过排除各种耗时工艺,大大缩短周转时间, 并且其双色印刷选项使系统 能 够 在

32、批 量 之 间 顺 利 完 成 颜 色 转 换 , 从 而 为 更 多 生 产 任 务 提 供 多 样 化 制 作 方 式12。 以色列的 Orbotech 所生产 Newprint 文 字 喷墨 印 刷 机采用该公司的独家专利 UCI (整合 UV 油墨固化)先进技术。该项技术可以使文字喷墨打印机在工作过程中, 同时进行文字喷印 和 UV 灯 油墨固化, 无需再反复的将 PCB 板进行烘烤。此外, 在操作人员的指导下,Newprint 在印刷作 业 中进行 自动对位和喷印图像 涨缩值的自动 调整 。除此之外,Newprint 还存在诸多 优点:半自动操作模式、操作流程循环可控、无前置作业时间

33、 ,并且该系统采用经军规认可油 墨,这都将大幅度提升改设备的市场竞争力 。1.2.2 国内研究现 状 近些年, 我国的 PCB 行业得到迅速开展 , 就目前的统计数据 , 2021 年全球 PCB行业总值 554.11 亿美元,而 我国的 PCB 总值 占全球份额的 40% ,预计到明年将占全球份额的 46% 。 因此, 国内的 PCB 行业对文 字喷墨印刷机的需求度 也在日益扩大。虽然国外局部地区的 PCB 喷墨印刷机目前已经 得到 应用, 但是其产品的价格也是相当的昂贵, 这让许多国内的厂家望而却步。 国 内的 PCB 制造企业主要有南电、 欣兴电子、 华通、 健鼎等企业, 但这些企业仍采

34、用传统的铜箔蚀刻法进行 PCB 生产 , 在5数字喷墨印刷技术上还尚未涉猎 。 相比之下, 国内的 PCB 数字喷墨印刷技术始于本世纪初,由于起步较晚,研究机构较少并且受到技术的限制等原因,导致国内的数字喷墨印刷技术开展缓慢, 与此同时, 中国又是世界上 PCB 行业开展最快的国家,行业技术急需得到提升, 因此, 国内急需一款 快捷、 精确和廉价的 PCB 数字喷墨打印机 。现目前国内存在两台 PCB 字符喷墨打印机有望在 2021 年投入市场,一台是深圳微特生产的一款 PCB 字符喷墨打印 机 S1026 , 目前还在试用 阶段, 未得到广泛应用。 另一台是重庆微云科技开展生产的 PCB 字

35、符数字喷墨打印机 , 如图1.2 , 该设备可以对 500X500mm PCB 进行字符 的喷墨 打印, 可精确快速的打印有效字符图形,目前处于 最后一步测试中,预计今年将投入工厂使用,同时该公司正在和重庆理工大学合作开发改良机型。4 1 绪论图 1.2 微云 字符喷墨 打印机 1.3 本文技术 路线本研究课题主要包括四 个局部的内容 , 分别为 Gerber 文件结构解析、 根本 Gerber图形 光栅化技术 研究、 基于阈值的 Gerber 区域 填充技术研究 、PCB 打印机矢量 图形光栅化软件原型系统的 开发,其中 每项内容又 包括假设干项子任务 。在工作安排上,采取 串并 结合的方法

36、, 尽量节约研究时间;在工作进行过程中,为了保证研究的工作质量,某些子任务可能需要屡次反复。 本课题技术路线如图 1.3 。 5 重庆理工大 学硕士学 位论文 GERBER 文 件结 构分析Gerber 文 件解 析正 那么表 达式 词 法 分析 语法分析行业自 定义图形光栅化技术基 本Gerber图 形光 栅化算 法研 究根本图 形光 栅化技术 区域填充光栅 化技术GERBER 图形简化技术研究面 向Gerber的 区域 填充时间和空间 复杂度 的优化 技术研究算 法的 优化光 栅化图形计算 机 显示技 术研究PCB 打印 机矢 量光 栅化光 栅化计算机实现技术研究软 件原 型系 统的 开发

37、实际应用 案例研究图 1.3 课题 技术路线 1.4 文章组织 结构 本文所做的研究主要是关于 PCB 打印机矢量图 形的光栅化, 具体来讲, 主要包括 Gerber 协议解析、Gerber 根本图形光栅化 算法研究,在 对区域填充算法的应用作了深入研究 根底之上, 针对 PCB 喷墨印刷制作 的 要求提出了改良算法 , 形成了基于阈值的自适应填充算法, 并最终设计开发了 PCB 打印机矢量图形光栅化原型系统。 全文组织结构如下: 第一章, 概述 PCB 制造产业的现状与开展趋势 , 并着重总结了 字符喷墨打印机的开展背景和 国内外的 研究现状,介绍本文的研究内容和技术实现路线 。 第二章,

38、介绍 RS-274-X 协议标准, 分析 Gerber 文件的各种语法结构以及具有代表性的各种 Gerber 关键字, 采用正那么表达式 、 词法分析方法、 语法分析方法 解析Gerber 文件。 第三章, 介 绍 图 形 光 栅 化 中 的 几 种 基 本 思 想 , 包 括 数 值 微 分 法 、 中 点 法 、Bresenham 算法 ; 设计适合于 Gerber 文件图元 的光栅化算法, 包括圆、 圆弧、 椭圆、正多边形、Gerber 自定义图形和直线。6 1 绪论 第四章, 介绍几种根本的填充算法, 针对 Gerber 文件的数据要求, 基于 适合软件实现的 有序边 表填充算法,提出

39、一种基于阈值的自适应填充算法,同时也将 该算法推广到弧形边的填充。 第五章, 基于 Gerber 矢量文件的解析以及各种 光栅化技术的实现, 设计开发了PCB 打印机矢量图形光栅化原型系统,并对 光 栅化系统进行了测试和评估。 第六 章, 结论局部,对本 文所做的工作和得到的成果进行总结,分析研究过程中存在的问题,以及 对下一步工作的展望。7 重庆理工大 学硕士学 位论文8 2 Gerber 文 件解析 2 Gerber 文件 解析 2.1 Gerber 文件概述 Gerber 文件是由美国 的 EIA (Electronic Industries Association ,电子工业协会 )制

40、定 的行业标准,专门用于生产 PCB 光学绘 图机的一种文件 格式,也称为 Gerber Data 。Gerber 文件是一种 所有的 PCB 光学绘图 机都能够识别的文件, 它主要以控制绘图过程中光束的形状、大小 、 开关状态 以及绘图的平台坐标,对底片进行曝光形13成需要的图像 。 所有 的 PCB 线路 设计软件都 可以生成 Gerber 文件, 并且 PCB 生产厂商加工线路板不是按照 PCB 设计图来加工的,而是按照设计的相应 Gerber 文14件来加工 。Gerber 格式的文件只包含 PCB 根本图元的物理特性,如焊盘和导线的形状 、大小、坐标等,以及所有 Gerber 坐标整

41、体变化参数,很适合 PCB 生产厂13 14家直 接使用,所以 Gerber 文件已经 成为 PCB 行业的通用标准 文件 。 Gerber 是一种特殊的文件格式, 充当了设计图形与 PCB 制造的中间媒介, 也是一种 CAD-CAM 数据转换格式标准。主要用途 就是 绘制 PCB 图形 ,最终由 PCB 制作商完成 PCB 的制作 。Gerber 文件存在多种 定义格式,主要包括 RS-274 系列的15RS-274、 RS-274-D 、 RS-274-X 以及其他的 Fire 9000 、 MDA 9000 和 Barco DPF 等 。 目前 Gerber 文件的标准格式只有 RS-2

42、74-X 和 RS-274-D , 其中 RS-274-X 是依16照 EIA 的 RS-274-D 标准码于 1985 年衍生制 定的 ,这种格式的 Gerber 必须包含17一个 Aperture 文件,也就是说 Gerber File 和 Aperture 文件是分开的 两个文件 。RS-274-D 被使用至今已有数十年了, 因电子产品的演变早已超出当初的需求, 因此原有的 RS-274-D 格式也慢慢的 不能满足需求 , 因此 被 衍生出的强化版 RS-274-X 所替代 。RS-274-X 产生于 1992 年,即当今最为 流行的资料格式, 它是 RS-274-D 的扩展 格式 ,

43、是以 RS-274-D 为根底的, 并且把 RS-274-X 标准的 Aperture 整合 到同一个文件中, 同时增强 了多边形 的填充和 自定 义 D 码等功 能。常用 的 CAD 软件和18CAM350 均可制作这两种格式 的 Gerber 文件 。 2.2 Gerber 文件 格式与 结构 2.2.1 Gerber 文件 结构分析 Gerber 文件是由大量的 数据块 组成 , 每 个数据 块 都 由特定参数和代码构成, 并且每个数据块都以“* 作为结束标志 符。数据类型可分为两种:RS-274-X 文件参9 重庆理工大 学硕士学 位论文 数和标准 RS-274-D 图元 代码。Ger

44、ber 文件中 前半局部参数为 RS-274-X 文件 参数,也可称为 扩展 Gerber 格式,主要是 Gerber 文件 的图像信息 ;后半局部 是标准格式的 RS-274-D 代码,是 文件的功能代码和 图元的 坐标值。 RS-274-X 文件参数 1)提示性参数(Directive parameters ) :控制文件的整体处理方式; 2)图像参数(Image parameters ) :提供文件镜 像信息; 3)光圈参数(Aperture parameters ) :描述光绘笔的形状; 4)层参数(Layer-specific parameters ) :处理层与层之间的参数信息;

45、5)混 合参数(Miscellaneous parameters ) :提供其他定义功能。 具体参数设置见 参数分类表 2.1 。 表 2.1 参数 分类表 参数 功能 注释 默认 参数类型 必须 可选AS 坐标轴选择 AX,BY 一般单独使FS 格式声明用,如果需 要提示性参 MI 镜像设置 不镜像 屡次使用, 在数 MO 单位设置 英寸 各层的开始 处OF 偏移量设置 A0 ,B0 输出这些参 数SF 比例因子设 置 A1.0 ,B1.0IJ 图像对齐 不对齐 IN 图像名称 IO 图像偏移 仅在文件开 头 A0 ,B0 图像参数IP 图像极性 处使用一次 正片IR 图像旋转 0PF 绘制

46、胶片AD 光圈描述光圈参数AM 光圈宏定义可单独使用 或KO 挖出 关 者分层使用 ,LN 层名 在文件或者 在 层的起始部 分层参数 LP 层极性 正片 输入SR 移动复制 A0 ,B0RO 旋转 0 混合参数 IF 嵌入文件10 2 Gerber 文 件解析 AD 码是用来描述 RS-274-X 中光圈的形状, 所 有出现的光圈 中必定存在自 定义的形状和尺寸 ,并且如果一个 D 码没有重新定义,那么这个 D 码将一直存在。AD码定义的光圈主要包括以下几种图元形状 , 见 表 2.2 , 可以根据设计的需要设定各个图元的参数, 也可以由 AM 码自行定义图元形 状, 由于内容较为复杂, 这

47、里不再详述, 而在下一节 对 AM 码进行详细描述。 表 2.2 Gerber 文件根本 图元 图元形状 参数格式 绘制内容 圆 C,外径XX 内径孔XY 内径孔 绘制圆 矩形 R,X 外径XY 外径XX 内径孔XY 绘制矩形 内径孔 椭圆 O,X 外径XY 外径XX 内径 孔XY 绘制椭圆 内径孔 正多边形 P, 外径X 边数X 旋转角 度XX 内径 绘制正多边 形 孔XY 内径 孔 RS-274-D 功能代码 对于解析 Gerber 文件,除了需要熟悉 Aperture 局部的码字定义外,也需要对RS-274-D 的功能代码有所了解。在 Gerber 文 件中主要分为四种功能代码和坐标信息

48、。如表 2.3 。 表 2.3 RS-274-D 代码 功能表 代码 功能 注释 N 标记数据块 0-999,可 选 直线插补, 圆 弧插补, 多 边 形 一旦出现, 知道取消 命令前均G 区域填充等 各种光圈 动作 有效 光圈选择和 光圈开关 状态控D 出现后知道 取消命令 前均有效 制 文件必须以 M00 或者 M02 结M 文件结束标 志 束 X,Y 坐标 定义线性 坐标;I ,J坐标 具体坐标 坐标定义弧 形坐标 其中 N 码和 M 码的功能较为简单, 而 G 码和 D 码 使用较为复杂, 都是在光绘过程中对光绘笔运动方式的控制,G 码主要是控制光绘的运动方式,D 码主要是控制光绘的曝

49、光方式,具体码字的功能见表 2.4 和表 2.5 。11 重庆理工大 学硕士学 位论文 表 2.4 G 码 功能表 代码 功能 备注 G01 1 倍 线 性 运 动 一般均为 1 倍 线性运 动 G02 顺 时 针 圆 周 运 动 主要用于绘 制圆弧 G03 逆时针圆周 运动G04 忽略当前数 据块 书写注释信 息 G10 10 倍线性运 动G11 0.1 倍线性运 动G12 0.01 倍线性 运动G36 翻开多边形 填充 填充起始标 志 G37 关闭多边形 填充 填充结束标 志 G54 准备选择光 圈G70 指定英寸为 单位G71 指定毫米为 单位G74 关闭 360 °圆 周运动

50、G75 翻开 360 °圆 周运动G90 指定绝对坐 标格式G91 指定相对坐 标格式 表 2.5 D 码 功能表 代码 功能 备注 D01 画线,方向 开启 不能由光圈 宏定义光 圈,这样的光圈不会 被显示 D02 方向关闭D03 光圈闪 D03 在新 的层出现 前一直有 效 D10-D999 选择一个有 AD 参数自 定的光 圈 Gerber 文件举例 根据上文描述的 Gerber 文件的各种功能代码 ,为了更形象的对 Gerber 文件进行说明,下面列举一个简单的 Gerber 文件, 对 Gerber 文件的各种功能代码进行说明。 Gerber (RS-274X )文件例如:

51、 G04 Example*G04 表示注 释 语句 12 2 Gerber 文 件解析 %FSLAX33Y33*%设置数据格 式 ,X33Y33 表示 X 和 Y 坐 标数据小 数部 分有三位 %MOIN*% 设置数据单 位为英寸 %ADD10C,0.010*% 定义了一个 直径是 0.01Inch 的圆形码 G36* 区域填充开 始 X6000Y2000D02*填充的起点 坐标,D02 表示 移动画笔 的位置 X6000Y3000D01*D01 表示 画线,从 上一个点 画到这一 个点 X10000Y3000D01* 同上 Y10000Y2000D01* 同上 X6000Y2000D01*填

52、充终点坐 标和起点 坐标相同 G37* 区域填充记 录结束 M02* 文件结束 上述 Gerber 文件绘制的图像如 图 2.1,通过光圈的移动绘制了一个矩形边框,然后进行填充。图 2.1 例如 图像效果 总的来说,Gerber 文件包含的信息分为 文件参 数和 图元代码两种, 其中参数包括图像极性、 镜像信息 、 图像偏移、 图像比例 信息、 备注信息 等。Gerber 文件 中包含的各种图元信息、各种图元的绘制坐标,以及绘制图像文件的工作路径 等信息,这些都 是 Gerber 文件 解析的重点 ,但是 Gerber 文件中也存在一些 激光绘图机的专用 代 码 ,而 对光 栅 化形 成 的图 像 没有 任何 影 响, 比 如 图像 偏移 参 数 (IO)