СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ РИСУНКА СПИРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ЛИСТОВОЕ ИЗДЕЛИЕ Российский патент 1997 года по МПК H05K3/00 

Изобретение относится к автоматике, а также приборостроению и может использоваться при формировании штриховых рисунков или фрагментов, имеющих сложную конфигурацию, а именно спиральных элементов, которые используются в электро- и радиоаппаратуре в качестве индуктивных или емкостных элементов, расположенных на листовом изделии, например на фотошаблоне или непосредственно на печатной плате, а также при построении на графопостроителе и выводе на бумажный или пленочный носитель информации рисунков, содержащих такие элементы.

Необходимость в создании плоских металлизированных рисунков спиральных элементов возникает, например, при конструировании прецизионных датчиков в приборостроении.

Известен способ нанесения рисунка спиральных элементов на листовое изделие, в частности на фотошаблоны печатных плат [1] заключающийся в том, что на фотошаблоне исполнительный элемент (экспонирующий луч) перемещают по дугам концентрических окружностей, расположенных с шагом D витков спирального элемента, конец предыдущей дуги соединяют с началом последующей дуги прямолинейным отрезком.

Недостатком такого способа нанесения рисунка спиральных элементов является невысокая точность, поскольку точки сопряжения соседних витков спирального элемента имеют резкие переходы, траектории такой ломаной спирали существенно отличаются от траектории истинной спирали Архимеда. Поэтому спиральный элемент, рисунок которого получен известным способом, из-за низкой точности формирования рисунка не может быть использован для изготовления прецизионных индуктивных или емкостных элементов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению технической задачи является известный способ нанесения рисунков спиральных элементов на листовое изделие [2] основанный на задании на плоскости листового изделия (фотошаблоне) центра рисунка спирального элемента, определении радиусов границ R_o и R_кон спирального элемента, где R_o и R_кон соответственно начальный и конечный радиусы, причем R_o < R_кон, разбиении зоны формирования спирального элемента на n секторов (n≥3) осевыми линиями, проходящими через центр спирального элемента, определении радиуса расположения центров дуг спирального элемента из условия r D/n, где D шаг витков спирального элемента, установке исполнительного элемента (экспонирующего луча) в начальную точку спирального элемента, расположенную на пересечении границы радиуса R_o и первой оси, перемещении исполнительного элемента в каждом из секторов по круговой дуге, при этом центр дуги, формируемой между i-й и (i+1)-й осью располагают на (i+2)-й оси по направлению развертки спирального элемента, где i 1,2,n, при каждом переходе исполнительного элемента из одного сектора в другой дискретно увеличивают радиус R_к формируемой дуги по условию R_к R_к + D/n, где к 1,2, а центр дуги скачкообразно перемещают на следующую ось в направлении линии развертки спирального элемента, причем при переходе исполнительного элемента из одного сектора в другой осуществляют перекрытие апертур конца предыдущей и начала последующей дуги спирального элемента.

Сложность технической реализации известного способа заключается в том, что даже при минимальном числе секторов (n_min 4), на которые разбивается зона формирования рисунка спирального элемента, необходимо определять координаты положения четырех центров круговых дуг (для каждого сектора) и затем в каждом секторе определять координаты положения начала и конца каждой круговой дуги, формируемой в соответствующем квадранте координатной плоскости XOY.

Второй недостаток известного способа обуславливается тем, что конец дуги, формируемый в i-ом секторе, не совпадает точно с началом дуги, формируемой в (i+1)-ом секторе, так как существует определенная методическая погрешность способа. Вместе с тем, касательная, проведенная в конце дуги, сформированной в i-ом секторе, образует с касательной, проведенной в начале дуги, сформированной в (i+1)-ом секторе, некоторый острый угол, что обуславливает недостаточно точное сопряжение смежных дуг (по первой производной указанных круговых дуг).

Указанные недостатки устраняются в способе нанесения рисунка спиральных элементов на листовое изделие, основанном на задании на поверхности изделия центра рисунка спирального элемента определении радиусов начальной и конечной границ R_o и R_кон зоны формирования рисунка спирального элемента, где R_o<R_кон, установке исполнительного элемента, наносящего рисунок, в начальную точку на удалении R_o≥0 от центра рисунка спирального элемента, перемещении исполнительного элемента по круговым дугам, центры которых располагают на удалении r D/4 от центра рисунка спирального элемента, где D шаг витков рисунка спирального элемента, скачкообразном перемещении от центра предыдущей круговой дуги в центр последующей круговой дуги, дискретном увеличении радиуса R_к формируемой дуги, где к 1,2, и перекрытии траектории круговых дуг в конце предыдущей и начале последующей круговой дуги на величину радиуса исполнительного элемента в его сечении на поверхности изделия так, что разбивают зону формирования рисунка спирального элемента на две полуплоскости, общую границу которых проводят через центр рисунка спирального элемента, по обе стороны которого на общей границе полуплоскостей располагают два центра круговых дуг и перемещают исполнительный элемент в каждой полуплоскости по дуге, равной половине окружности соответствующего радиуса, причем увеличение радиуса формируемой дуги при к-м переходе из одной полуплоскости в другую осуществляют по условию: R_к+1 R_к + D/2.

На фиг. 1а, б приведены рисунки спиральных элементов, полученных известным способом для числа секторов n=4 и n=6; на фиг.2 показано сопряжение дуг спирального элемента на границах секторов, осуществляемое по известному способу; на фиг.3 поясняется причина возникновения методической погрешности при сопряжении дуг в известном способе; на фиг.4 и 5 приведены рисунки спиральных элементов, полученные в соответствии с предлагаемым способом для различных значений D шага спирального элемента; фиг.6 поясняется процесс сопряжения дуг полуокружностей в предлагаемом способе.

Рисунок спирального элемента 1 формируется в круговой зоне, ограниченной окружностью 2 радиуса R_o и окружностью 3 радиуса R_кон (фиг.1, 4). Центром спирального элемента 1 является точка 0. Направление развертки спирального элемента 1 помечено стрелкой 4.

В известном способе зона формирования спирального элемента должна быть разбита на n частей секторов, причем n>3, т.е. не менее четырех.

В частности, на фиг.1а зона формирования разбивается на 4 сектора (n=4) осевыми линиями +Х, -Х, +Y, -Y, а на фиг.1б осевыми линиями +Х, -Х, +Y, -Y, +Z, -Z, проходящими через центр 0 спирального элемента 1.

Разбиение на секторы осуществляется равномерно, т.е. центральные углы, образованные осями, ограничивающими секторы, равны между собой. Для фиг.1а угол равен 90^o, а для фиг.1б угол равен 60^o.

На фиг.1а, б помечена также траектория 5 скачкообразного перемещения центpов дуг, формируемых в различных секторах. Центрами дуг, формируемых в секторах, являются точки пересечения траектории 5 с осевыми линиями.

Направление скачкообразного перемещения центров дуг совпадает с направлением развертки спирали 1.

На фиг.2 изображена часть спирального элемента 1, формируемого в смежных секторах сечением исполнительного элемента в плоскости листового изделия, т. е. апертурой 6 светового луча. Таким исполнительным элементом может быть также чертежный элемент графопостроителя или резец координатографа. Ширина линии формируемого спирального элемента во всех случаях будет определяться сечением исполнительного элемента (светового луча фотопостроителя, чертежного элемента графопостроителя или резца устройства с координатным управлением) в плоскости листового изделия.

На фиг.2 изображена часть спирального элемента 1, формируемого в смежных секторах. Предыдущая дуга радиуса R_к имеет центр, расположенный в точке а, а последующая дуга, радиуса R_к+1 R_к + D/n имеет центр, расположенный в точке в.

При этом на фиг.2 видно, что при перекрытии конца предыдущей и начала последующей дуги не происходит точного сопряжения дуг, а образуется некоторая ступенька, что ухудшает качество рисунка спирального элемента 1.

Фиг.3 позволяет понять причину такого расхождения дуг на границах секторов, а также провести аналитический расчет погрешности ε_к+1, возникающей при сопряжении дуг ЕС и DF.

Нетрудно видеть, что в известном способе
ε_к+1= OD-OC = bD-bO-OC.
При этом, как видно из рисунка: bD R_к+1, bO D/n,

В результате преобразования имеем:

Из последнего выражения следует, что согласно известному способу, чтобы уменьшить величину ε_к+1, необходимо увеличить число секторов n, что резко усложняет техническую реализацию способа.

В отличие от известного способа в предлагаемом способе осуществляется разбивка зоны формирования рисунка спирального элемента 1 на полуплоскости 7 и 8 (фиг.4 и 5).

При этом границу полуплоскостей 7 и 8 проводят через центр 0 спирального элемента 1 (фиг.4, 5 и 6), а сопряжение конца предыдущей и начала последующей дуги осуществляют на границе 9 в точке 10 (фиг.6).

Таким образом, предлагаемый способ нанесения рисунка спиральных элементов на листовое изделие включает следующую последовательность операций:
задание на плоскости листового изделия центра рисунка спирального элемента 1 в точке 0 (фиг.4, 5 и 6);
определение радиусов границ R_o и R_кон зоны формирования спирального элемента 1, причем R_o<R_кон (окружности 2 и 3 на фиг.4 и 5);
разбиение зоны формирования спирального элемента на две полуплоскости 7 и 8, границу 9 которых проводят через центр 0 спирального элемента 1 (фиг.4 и 5);
размещение двух центров (точки а и в) круговых дуг (дуг полуокружностей) на границе 9 полуплоскостей 7 и 8 по обе стороны от центра 0 спирального элемента 1 на удалении r D/4, где D шаг витков спирального элемента 1;
установка исполнительного элемента (светового луча, пера графопостроителя или резца координатографа) в начальную точку спирального элемента 1 на удалении R_o от центра 0;
перемещение исполнительного элемента в каждой полуплоскости (7 и 8) по дуге, равной половине соответствующего радиуса R_к (к 1,2,);
скачкообразное перемещение центра дуги (из точки а в точку в или из точки в в точку а);
дискретное увеличение радиуса формируемой дуги полуокружности при к-ом переходе из одной полуплоскости в другую по условию R_к R_к + D/2;
перекрытие траектории формируемых дуг в конце предыдущей дуги полуокружности и начала последующей дуги полуокружности.

Указанная совокупность операций предлагаемого способа реализована на основе кругового интерполятора, встроенного в специализированное устройство управления (фотопостроителем, графопостроителем или координатографом) не показаны.

При этом техническая реализация предлагаемого способа проще, чем в известном способе, поскольку уменьшается количество операций по определению координат положения центров дуг (в известном способе n_min 4, а в предлагаемом n 2) и разбивка на две полуплоскости реализуется гораздо проще.

Вместе с тем, при сопряжении дуг полуокружностей методическая погрешность ε_к+1 предлагаемого способа практически равна нулю (фиг.6), так как конец предыдущей дуги радиуса R_к и начало последующей дуги радиуса R_к находятся в одной точке 10 (в отличие от известного способа).

Поскольку касательные к обеим дугам в точке 10 совпадают, то спираль получается гладкой без образования ступенек, как это имеет место в известном способе.

Тем самым за счет повышения точности сопряжения дуг повышается качество рисунка спиральных элементов.

Использование: в автоматике и приборостроении при формировании рисунков спиральных элементов на листовом изделии (фотошаблоне, печатной плате и др. ), например, при изготовлении печатных прецизионных индуктивных или емкостных элементов, имеющих сложную конфигурацию. Сущность изобретения: на листовом изделии задают центр рисунка спирального элемента, определяют радиусы начальной и конечной границ Ro и Rкон, зоны формирования спирального элемента, установку исполнительного элемента (светового луча фотопостроителя, пера графопостроителя или резца координатографа) в начальную точку спирального элемента, перемещают исполнительный элемент по круговым дугам, центры которых располагают на удалении r = D/4 от центра спирального элемента, где D - шаг витков спирального элемента, скачкообразном перемешивании из центра предыдущей круговой дуги в центр последующей круговой дуги, дискретном увеличении радиуса Rк формируемой дуги и перекрытии траекторий в конце предыдущей и начале последующей дуг. При этом зону формирования разбивают на две полуплоскости, граница которых проходит через центр спирального элемента, по обе стороны которого на границе полуплоскостей располагают два центра круговых дуг, а исполнительный элемент перемещают в каждой полуплоскости по дуге, равной половине окружности соответствующего радиуса, причем увеличение радиуса формируемой дуги при k-м переходе из одной полуплоскости в другую осуществляют по условию: Rк = Rк-1 + D/2. 6 ил.

Способ нанесения рисунка спиральных элементов на листовое изделие, основанный на задании на поверхности изделия центра рисунка спирального элемента, разбиении зоны формирования рисунка спирального элемента на n частей, границы которых проводят через центр спирального элемента, определении радиусов границ R₀ и R_к о н зоны формирования спирального элемента, где R₀ < R_к о н, установке исполнительного элемента, наносящего рисунок в начальную точку на удалении R₀ > 0 от центра рисунка спирального элемента, перемещении исполнительного элемента по круговым дугам, центры которых располагают на удалении r D/4 от центра рисунка спирального элемента, где D шаг витков рисунка спирального элемента, скачкообразном перемещении от центра предыдущей круговой дуги в центр последующей круговой дуги, дискретном увеличении радиуса R_к формируемой дуги, где к=1,2. и перекрытии траекторий круговых дуг в конце предыдущей и начале последующей круговой дуги на величину радиуса исполнительного элемента в его сечении на поверхности изделия, отличающийся тем, что разбиение зоны формирования рисунка спирального элемента на части осуществляют при n 2, на границе частей по обе стороны от центра рисунка спирального элемента располагают два центра круговых дуг и перемещают исполнительный элемент по дуге, равной половине окружности соответствующего радиуса, причем увеличение радиуса формируемой дуги при К-м переходе из одной части в другую осуществляют по условию
R_к=R_к - 1+D/2.