一种喷墨打印机Gerber图形光栅化系统的研究

一种喷墨打印机Gerber图形光栅化系统的研究

发表时间：2018-08-13T14:12:30.023Z 来源：《科技新时代》2018年6期作者：雷冬阁[1]，韩双霞[1]，兰胜有[2]

[导读] 印制电路板(Printed Circuit Board，简称“PCB”)是组装电子零件的基板，是电子产品的关键电子互连件[1]。

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2.衢州市川特电子科技有限公司浙江衢州 324000

摘要：论文介绍了一种喷墨打印机Gerber图形光栅化系统，主要内容包括：由 Gerber 语法规则，对Gerber文件进行解析，得出Gerber 文件数据信息；由解析得出的 Gerber 文件数据信息，计算图像的参数信息，调用预设图形的光栅化算法；最终得到需要预览的图像以及数据信息。系统还实现了对有序边表填充算法进行改进，运用基于阈值的有序边表填充算法，缩短算法的执行时间，提高Gerber光栅化的效率。

关键词：喷墨打印机 Gerber 光栅化有序边表填充算法

1.引言

印制电路板(Printed Circuit Board，简称“PCB”)是组装电子零件的基板，是电子产品的关键电子互连件[1]。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、手机等诸多的民用产品，几乎每一种电子设备都与 PCB 相关，可以说只要采用集成电路等电子元器件，就会采用 PCB 作为辅助器件。

数字喷墨打印技术在整个 PCB 的制作流程上精简了大部分的工作，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，主要体现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。因此，研究了一种新的喷墨打印机Gerber图形光栅化系统的研究。

2.系统结构设计

Gerber图形光栅化系统结构如下图图1和图2所示，系统主要有GerBer文件解析模块、图形光栅化模块、图形预览模块组成。GerBer文件解析模块主要用于根据 Gerber 语法规则，对Gerber文件进行解析，得出Gerber 文件数据信息；图形光栅化模块，用于根据解析得出的Gerber 文件数据信息，计算图像的参数信息，调用预设图形的光栅化算法；图形预览模块，用于最终得到需要预览的图像以及数据信息。

GerBer文件解析模块包括四个方面的功能：GerBer文件功能解析单元，用于GerBer文件功能解析，实现Gerber 文件的各种参数预处理，记录PCB设计中的AD码，用于光栅化；GerBer文件词法解析单元，用于GerBer文件词法解析，提取和处理GerBer文件的数据信息；GerBer文件语法解析单元，用于GerBer文件语法解析，实现对GerBer文件文本分析；GerBer文件坐标解析单元，用于GerBer文件坐标解析。图形光栅化模块包括：基本图形光栅化单元，用于圆和圆弧的光栅化、椭圆的光栅化、正多边形的光栅化、直线的光栅化；区域填充光栅化单元用于区域填充的光栅化，运用基于阈值的有序边表填充算法，缩短算法的执行时间；此外还包括自定义图形光栅化单元，用于自定义图形的光栅化。

图1系统光栅化图图2系统总体流程图

3.程序算法流程设计

如图2所示根据 Gerber 语法规则，对Gerber文件进行解析，得出Gerber 文件数据信息的步骤具体如下：将 Gerber文件中有用的数据信息进行提取，按照光栅化调用格式存储在内存中；Gerber 文件解析从四个方面获取 Gerber 文件的信息：Gerber 文件功能代码解析、Gerber文件 AD 码解析、Gerber 文件AM 码解析、Gerber 文件坐标解析。

图3 程序算法流程

Gerber基本图型光栅化包括Gerber点的光栅化算法（Gerber文件主要定义四种点，比如矩形点、圆点、椭圆点、正多边形点）和Gerber直线的光栅化算法（图形学中的直线是最佳逼近于理想直线的像素集合）。在项目中基本图形的光栅化主要是通过改进的Bresenham算法来完成的。在进行直线光栅化的时候，利用直线段是关于中心点对称的性质来提高直线的生成的速度。通过引进直线的中心对称思想基于改进后的Bresenham算法，在每一次运算时生成关于直线中心点对称的两个像素点，也就是说直线的生成是关于中心对称

点同时进行的，使得算法的循环执行次数减少，直线的生成速度加快。在进行圆的光栅化的时候，为提高生成圆速度，引入了图形学中的双步画圆算法。此算法是通过执行一次计算就可以得到两个像素点，比单点生成算法具有显的优势，双步圆的生成速度可以提高一倍运算速度更快。

系统提出改进的区域填充算法基于阈值的有序边表填充算法，缩短了算法的执行时间。区域填充算法主要是检查光栅屏幕上的每一像素是否位于多边形区域内，即确定待填充的像素集合。而对于曲线围成的区域，可用多边形逼近曲线边界的方法，因此讨论多边形边界围成的封闭区域的填充问题，主要有以下四种填充方法：有序边表算法、边填充算法、种子填充算法、扫描线种子填充算法。在PCB的印刷制造中，由于用户对各种PCB印刷精度的要求不同，而又需要最大限度的提高生产效率。所以本文根据用户对PCB打印分辨率的不同要求，对有序边表填充算法进行改进，运用基于阈值的有序边表填充算法，缩短算法的执行时间，提高Gerber光栅化的效率。

4.总结

根据喷墨打印机的特点，研究了一种喷墨打印机Gerber图形光栅化系统。通过该系统实现了对GerBer文件文本分析，Gerber 文件的各种参数预处理。对PCB设计中AD码的记录。对Gerber 文件AM 码的解析。最终实现对圆和圆弧的光栅化、椭圆、正多边形、直线等基本图形的光栅化。

4.参考文献

[1]孙云. PCB打印机图形光栅化质量改进方法研究[D].重庆理工大学,2014.

[2]王印签. PCB打印机矢量图形光栅化技术研究[D].重庆理工大学,2013.