本發(fā)明屬于電路板制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種繪制柔性電路板的裝置設(shè)計。

背景技術(shù)：

柔性電路板(Flexible Printed Circuit簡稱FPC或“軟板")是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高度可靠性，絕佳的可撓性印刷電路板。具有許多硬性印刷電路板不具備的優(yōu)點如配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的特點。利用FPC可大大縮小電子產(chǎn)品的體積，適用電子產(chǎn)品向高密度、小型化、高可靠方向發(fā)展的需要?？v觀現(xiàn)有的技術(shù)，還未有把打印技術(shù)和電路板兩者結(jié)合在一起。因此將打印這一快速成型技術(shù)與柔性電路板的制作巧妙的結(jié)合起來的繪制柔性電路板的裝置的研究不僅可以突破傳統(tǒng)工藝的電路板制作方式，而且制作出的柔性電路板性能優(yōu)良、用途更加廣泛，同時還可以在傳統(tǒng)方式下引進更多的生產(chǎn)材料，同時可以促進各個行業(yè)的發(fā)展。

如公開號CN105451439A公開的一種柔性電路板及其制備方法，它包括基板、銅箔和加強部,所述銅箔覆蓋在所述基板的上表面,所述銅箔上形成有線路層和若干焊盤；所述加強部粘接在所述基板的下表面,用于加強所述柔性電路板的強度；其特征在于,每個焊盤上設(shè)置有至少一個凸起；所述柔性電路板的焊盤通過其上的凸起接觸另一電路板的焊盤,實現(xiàn)所述柔性電路板與另一電路板的電連接。又如公開號CN106028685A公開的利用油墨代替膠帶的柔性電路板制作方法及柔性電路板，它包括A、對柔性電路板進行磨板處理；B、然后對柔性電路板印刷抗蝕刻油墨,再進行烘烤固化；C、最后依次進行疊板、快壓或傳壓固化、鉆孔、沉鍍銅、制作外層圖形、顯影蝕刻剝膜以及后工序。本發(fā)明中的制作方法,采用油墨替代膠帶,油墨印刷固化后,能耐高溫高壓,結(jié)合力強且遇脫膜液又可容易被清洗干凈,同時生產(chǎn)過程簡單,本發(fā)明生產(chǎn)效率高,整板印刷可有效提高精度,減少偏位風(fēng)險,后期直接剝膜即可,簡單方便快捷。又如公開號CN106031309A公開的柔性印刷電路板和柔性印刷電路板的制造方法，其具備信號線、從兩側(cè)將該信號線覆蓋且材質(zhì)為熱塑性樹脂的絕緣層、以及隔著各個所述絕緣層而與所述信號線相對置的一對接地層,從而具有至少一組帶狀傳輸線,所述柔性印刷電路板的特征在于,所述柔性印刷電路板具有褶皺部分,在所述褶皺部分的多個位置處成形有彎曲的彎曲部,該彎曲部能夠以展開或者閉合的方式彎曲,所述接地層包括硬質(zhì)接地層和軟質(zhì)接地層,其中,所述硬質(zhì)接地層中設(shè)有金屬面而具備電磁波的屏蔽性,所述軟質(zhì)接地層的撓性比所述硬質(zhì)接地層佳、電磁波的屏蔽性比所述硬質(zhì)接地層差,所述軟質(zhì)接地層配置在所述彎曲部的外周側(cè)和內(nèi)周側(cè)中的至少一側(cè)上。

以上專利文獻均存在以下缺點：

(1)制作過程復(fù)雜。上述專利制作柔性電路板的需經(jīng)過多個步驟，制作過程復(fù)雜。

(2)柔性電路板基材單一。上述專利制作柔性電路板的基材的選擇固定為一兩種，不能適合柔性電路板的多場合使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種繪制柔性電路板的裝置及其控制方法。

本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，一種繪制柔性電路板的裝置，包括控制器、機架、工作臺運動部件、水平運動部件、豎直運動部件以及擠出頭部件；所述機架包括底部托盤2和分別設(shè)置于底部托盤兩側(cè)的左側(cè)板12和右側(cè)板22，

所述工作臺運動部件包括X軸絲桿21，該X軸絲桿的一端設(shè)置有驅(qū)動所述X軸絲桿轉(zhuǎn)動的X軸步進電機13，所述X軸絲桿上螺紋旋接有可沿所述X軸絲桿的軸線方向移動的X軸絲桿支座，X軸絲桿支座上連接工作臺3；

所述水平運動部件包括Y軸橫梁和Y軸絲桿，該Y軸絲桿的一端設(shè)置有驅(qū)動所述Y軸絲桿轉(zhuǎn)動的Y軸步進電機6，所述Y軸絲桿上螺紋旋接有可沿所述Y軸絲桿的軸線方向移動的Y軸絲桿支座，Y軸絲桿支座上連接Y軸橫梁；所述Y軸橫梁上固定連接豎直運動部件；

所述豎直運動部件包括Z軸絲桿9，該Z軸絲桿的一端設(shè)置有驅(qū)動所述Z軸絲桿轉(zhuǎn)動的Z軸步進電機8，所述Z軸絲桿上螺紋旋接有可沿所述Z軸絲桿的軸線方向移動的Z軸絲桿支座，Z軸絲桿支座上連接擠出頭部件；

所述擠出器4包括支架41、大齒輪5、小齒輪、減速步進電機7、用于盛裝導(dǎo)電銀漿的塑鋼料管42和點膠滴管43；所述塑鋼料管與點膠滴管對接；所述小齒輪固定于減速步進電機的輸出軸上，所述小齒輪與大齒輪嚙合，所述大齒輪的中心嵌入轉(zhuǎn)動軸44，減速步進電機實現(xiàn)對導(dǎo)電銀漿擠出速率的控制；

所述控制器通過對X軸步進電機、Y軸步進電機、Z軸步進電機的控制實現(xiàn)該裝置的進給和倒退，通過對減速步進電機的控制實現(xiàn)對打印材料擠出速度的控制。

進一步，所述擠出頭部件包括擠出器4和固定擠出器4的框架，所述框架固定于Z軸絲桿支座上。

進一步，所述工作臺運動部件還包括與X軸絲桿并列設(shè)置的X軸光桿1和安裝于X軸光桿上并沿著X軸光桿軸線平行移動的位移塊I23，所述位移塊I與工作臺固定連接；所述位移塊I具有內(nèi)腔I，所述X軸光桿穿過內(nèi)腔I。

進一步，所述水平運動部件還包括與Y軸絲桿并列設(shè)置的Y軸光桿11和安裝于Y軸光桿上并沿著Y軸光桿軸線平行移動的位移塊II，所述位移塊II與Y軸橫梁固定連接；所述位移塊II具有內(nèi)腔II，所述Y軸光桿穿過內(nèi)腔II。

進一步，所述豎直運動部件還包括與Z軸絲桿并列設(shè)置的Z軸光桿10和安裝于Z軸光桿上并沿著Z軸光桿軸線平行移動的位移塊III，所述位移塊III與擠出頭部件固定連接；所述位移塊III具有內(nèi)腔III，所述Z軸光桿穿過內(nèi)腔III。

進一步，所述控制器包括步進電機驅(qū)動模塊20、減速步進電機驅(qū)動模塊19、微控制器模塊18、串口通信模塊15、按鍵模塊16和電源模塊17；步進電機驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動X軸步進電機、Y軸步進電機、Z軸步進電機工作；減速步進電機驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動減速步進電機工作，實現(xiàn)對導(dǎo)電銀漿擠出速率的控制；微控制器模塊，用于接收和處理串口所發(fā)出的待打印電路板的信息，將其轉(zhuǎn)化為對各個步進電機的控制指令并發(fā)送給步進電機驅(qū)動模塊，該微控制器模塊與步進電機驅(qū)動模塊和電源模塊連接；串口通信模塊，用于連接PC電腦14和微控制器模塊，將PC電腦生成的G代碼傳送給微控制器模塊；按鍵模塊，其包括電源鍵、復(fù)位鍵、啟動鍵、暫停鍵，該按鍵模塊與微控制器模塊電連接，用于向微控制器模塊發(fā)送控制指令；電源模塊，用于對各個模塊進行供電。

本發(fā)明的目的之二是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，一種繪制柔性電路板裝置的控制方法，包括以下步驟：S1.首先確認(rèn)機械原點，S2.接收與該電路所對應(yīng)的G代碼，柔性電路板的繪制裝置通過對G代碼的解算分離出相應(yīng)的坐標(biāo)信息及擠出電機的啟停信息，將接收到的位置信息處理后，與先前儲存的當(dāng)前點的位置信息進行對比計算，得出當(dāng)前的位置偏差，通過梯形加減速曲線算法，結(jié)合直線插補算法進行積分插補控制各軸步進電機，并根據(jù)擠出電機的啟停信息控制擠出裝置擠出導(dǎo)電銀漿，使柔性電路板的繪制裝置平穩(wěn)的到達(dá)下一個點坐標(biāo)，同時實時的更新當(dāng)前位置信息并計算下一個位置信息。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

1.采用打印方式制作電路板突破了傳統(tǒng)電路板的制作方式，是一項電路板制作工藝的革新；

2.本發(fā)明制作電路板工藝簡單，耗時短；

3.本發(fā)明無需用腐蝕液對電路板進行腐蝕，使得本發(fā)明更加綠色環(huán)保。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)描述，其中：

圖1繪制柔性電路板的裝置機械結(jié)構(gòu)圖；

圖2擠出裝置機械結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明的原理框圖；

圖4為總體軟件控制流程圖；

圖5為梯形加減速曲線；

圖6為插補算法流程圖；

圖7為單電路運行軌跡圖；

圖8為柔性電路板的繪制裝置的運行軌跡圖；

圖9為單電路對應(yīng)G代碼截圖。

具體實施方法

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示本發(fā)明所述的繪制柔性電路板的裝置，包括控制器、機架、工作臺運動部件(X方向)、水平運動部件(Y方向)、豎直運動部件以(Z方向)及擠出頭部件；所述機架包括底部托盤2和分別設(shè)置于底部托盤兩側(cè)的左側(cè)板12和右側(cè)板22，

所述XYZ運動部件安裝固定在機架上。X軸最大行程為200mm，Y軸行程最大為200mm，Z軸行程最大為140mm。

所述工作臺運動部件包括X軸絲桿21，該X軸絲桿的一端設(shè)置有驅(qū)動所述X軸絲桿轉(zhuǎn)動的X軸步進電機13，所述X軸絲桿上螺紋旋接有可沿所述X軸絲桿的軸線方向移動的X軸絲桿支座，X軸絲桿支座上連接工作臺3；所述工作臺運動部件還包括與X軸絲桿并列設(shè)置的X軸光桿1和安裝于X軸光桿上并沿著X軸光桿軸線平行移動的位移塊I23，所述位移塊I與工作臺固定連接；所述位移塊I具有內(nèi)腔I，所述X軸光桿穿過內(nèi)腔I。

所述水平運動部件包括Y軸橫梁和Y軸絲桿，該Y軸絲桿的一端設(shè)置有驅(qū)動所述Y軸絲桿轉(zhuǎn)動的Y軸步進電機6，所述Y軸絲桿上螺紋旋接有可沿所述Y軸絲桿的軸線方向移動的Y軸絲桿支座，Y軸絲桿支座上連接Y軸橫梁；所述Y軸橫梁上固定連接豎直運動部件；所述Y軸步進電機放置在右側(cè)板外并且通過剛性聯(lián)軸器與Y軸絲桿相連；所述水平運動部件還包括與Y軸絲桿并列設(shè)置的Y軸光桿11和安裝于Y軸光桿上并沿著Y軸光桿軸線平行移動的位移塊II，所述位移塊II與Y軸橫梁固定連接；所述位移塊II具有內(nèi)腔II，所述Y軸光桿穿過內(nèi)腔II。

所述豎直運動部件包括Z軸絲桿9，該Z軸絲桿的一端設(shè)置有驅(qū)動所述Z軸絲桿轉(zhuǎn)動的Z軸步進電機8，所述Z軸絲桿上螺紋旋接有可沿所述Z軸絲桿的軸線方向移動的Z軸絲桿支座，Z軸絲桿支座上連接擠出頭部件；所述豎直運動部件還包括與Z軸絲桿并列設(shè)置的Z軸光桿10和安裝于Z軸光桿上并沿著Z軸光桿軸線平行移動的位移塊III，所述位移塊III與擠出頭部件固定連接；所述位移塊III具有內(nèi)腔III，所述Z軸光桿穿過內(nèi)腔III。

所述擠出頭部件包括擠出器4和固定擠出器4的框架，所述框架固定于Z軸絲桿支座上。所述擠出器4包括支架41、大齒輪5、小齒輪、減速步進電機7、用于盛裝導(dǎo)電銀漿的塑鋼料管42和點膠滴管43；所述塑鋼料管與點膠滴管對接；所述小齒輪固定于減速步進電機的輸出軸上，所述小齒輪與大齒輪嚙合，所述大齒輪的中心嵌入轉(zhuǎn)動軸44，減速步進電機實現(xiàn)對導(dǎo)電銀漿擠出速率的控制。所述支架和大小齒輪均由3D打印方式制作，

所述控制器通過對X軸步進電機、Y軸步進電機、Z軸步進電機的控制實現(xiàn)該裝置的進給和倒退，通過對減速步進電機的控制實現(xiàn)對打印材料擠出速度的控制。

如圖4所示，所述控制器電路包括步進電機驅(qū)動模塊、主軸電機驅(qū)動模塊、微控制器模塊(其型號為：STM32F407VET6)、串口通信模塊、按鍵模塊和電源模塊。

步進電機驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動XYZ軸步進電機工作，該步進電機驅(qū)動模塊與各步進電機連接，本發(fā)明所訴的步進電機型號為42HS6015A4，步距角為1.8度。

減速步時空電機驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動擠出裝置中的減速步進電機工作，實現(xiàn)對導(dǎo)電銀漿擠出速率的控制。本發(fā)明所述的減速步進電機型號為28BYJ-48，步進角度為5.625/64。減速比為1/64。

微控制器模塊，用于接收和處理串口所發(fā)出的待打印電路板的信息，將其轉(zhuǎn)化對各個步進電機的控制指令發(fā)送給步進電機驅(qū)動器模塊，該微控制器模塊與步進電機驅(qū)動模塊和電源模塊連接；

串口通信模塊，用于連接PC電腦和微控制器模塊。將PC電腦生成的G代碼傳送給微控制器模塊。

按鍵模塊，其包括電源鍵、復(fù)位鍵、啟動鍵、暫停鍵，該按鍵模塊與微控制器模塊電連接，用于向微控制器模塊發(fā)送控制指令；

電源模塊，用于對各個模塊進行供電。

如圖5所示，本發(fā)明所述的一種繪制柔性電路板的裝置的控制方法，采用本發(fā)明所述的3D打印裝置，在紙張和布料等柔性材料上，柔性電路板的繪制裝置的運行軌跡如圖8所示。首先確認(rèn)機械原點，柔性電路板的繪制裝置默認(rèn)其開機后所處的位置為機械原點，然后接收如圖9所對應(yīng)的G代碼，柔性電路板的繪制裝置通過對G代碼(G00X__Y__/G01X__Y__/M__)的解算分離出相應(yīng)的坐標(biāo)信息及擠出電機的啟停信息，將接收到的位置信息處理后，與先前儲存的當(dāng)前點的位置信息進行對比計算，得出當(dāng)前的位置偏差，通過梯形加減速曲線算法，結(jié)合直線插補算法進行積分插補控制各軸步進電機，并根據(jù)擠出電機的啟停信息控制擠出裝置擠出導(dǎo)電銀漿，使柔性電路板的繪制裝置平穩(wěn)的到達(dá)下一個點坐標(biāo)，同時實時的更新當(dāng)前位置信息并計算下一個位置信息。通過此方法實時的接收和處理G代碼，使柔性電路板的繪制裝置可以依次完成相應(yīng)G代碼所指定的任務(wù)，從而實現(xiàn)柔性電路板的繪制。

具體包括以下步驟：

A、G代碼的生成和傳輸

首先，在Windows7的運行環(huán)境下，采用一款開源的矢量編輯軟件，它使用W3C標(biāo)準(zhǔn)的ScalableVector Graphics(SVG)文件格式，支持包括形狀、路徑、文本、標(biāo)記、克隆、alpha混合、變換、漸變、圖案、組合等SVG特性。它也支持創(chuàng)作共用的元數(shù)據(jù)、節(jié)點編輯、圖層、復(fù)雜的路徑運算、位圖描摹(根據(jù)點陣16進制色差復(fù)制繪制矢量圖的算法)、文本繞路徑、流動文本、直接編輯XML等。它可以導(dǎo)入JPEG、PNG、TIFF等格式，并輸出為PNG和多種位圖格式。將待打印的電路圖導(dǎo)入該矢量編輯軟件中，然后通過路徑提取與轉(zhuǎn)化生成G代碼。將生成的G代碼通過G代碼發(fā)送器發(fā)送給串口。按下“open”(打開)按鈕，打開歡迎界面。選擇需要打印的電路圖文件，點擊“print”(打印)按鈕，開始文件傳輸。Stop為停止按鈕，按下時傳輸就會停止。按下“close”(關(guān)閉)按鈕或者退出程序時，串口被關(guān)閉，傳輸中止。

B、步進電機加減速控制

直接根據(jù)G代碼打印電路圖，因為啟動和停止控制不當(dāng)，步進電機會出現(xiàn)啟動時抖動和停止時過沖的現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的控制精度。為避免這種情況的發(fā)生，本發(fā)明的控制算法首先根據(jù)G代碼計算出各軸的速度與加速度，采用梯型加減速控制步進電機的平穩(wěn)運行。如圖7所示，梯形加減速曲線分為三個階段，分別為加速階段(stage1)、勻速階段(stage2)和減速階段(stage3)，根據(jù)下面所訴的算法計算出每階段的速度、加速度和時間。

b1、將整個運行過程分為stage1、stage2、stage3三個階段；

b2、計算絕對步長；

b3、根據(jù)絕對步長和當(dāng)前位置計算路徑向量；

b4、計算每個軸的速度(mm/min)；

b5、計算梯形加減速曲線的加速度-取決于直線的斜率；

b6、根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算梯形相關(guān)參數(shù)(加速步長stage1Step，勻速步長stage2Step，減速步長stage3Step)；

b7、用step作為步長累加的標(biāo)志；

b8、當(dāng)step〈stage1Step時，執(zhí)行加速控制；

b9、當(dāng)stage1Step〈step〈stage1Step+stage2Step，執(zhí)行勻速控制；

b10、當(dāng)stage2Step〈step，執(zhí)行減速控制；

b11、在運行b7、b8、b9時，根據(jù)計算得出定時器的實時周期(定時器周期決定步進電機速度)然后通過每次在當(dāng)前步長上加1以獲得下個步的執(zhí)行狀態(tài)(加速，勻速，減速)。

C、軌跡的插補算法

為了繪制實際的線路軌跡，實現(xiàn)直線的插補，需要對已設(shè)定好的路線進行插補算法控制?？刂扑惴鞒虉D如圖6所示。

c1、象限判別，即根據(jù)終點坐標(biāo)相對于起點坐標(biāo)的位置確定插補所在象限；

c2、偏差判別，即根據(jù)上一次偏差運算值是大于0或小于0給出判定；

c3、坐標(biāo)給進，即根據(jù)偏差判別的結(jié)果和插補所在象限決定在X或Y軸上給進一步；

c4、新偏差計算，即計算給進一步后的新偏差，用作下一步給進的判定依據(jù)；

c5、終點判斷，看是否已到終點，若已到達(dá)終點，就停止插補，若未到達(dá)終點，則重復(fù)二至五步。

在實際的電路打印過程中，通過梯形加減速曲線算法，并結(jié)合直線插補算法進行積分插補控制各軸步進電機，同時根據(jù)相應(yīng)的指令控制擠出裝置擠出導(dǎo)電銀漿，從而實現(xiàn)電路打印功能。兩種算法結(jié)合過程如下：步進電機先由起始速度ls，然后逐步增加到hs，各段速度同時對應(yīng)一個脈沖數(shù)組，及走過多少脈沖后切換到另外一個速度階段。脈沖與速度構(gòu)成的曲線就是梯形加減速曲線。每個速度階段都按照相同的比例變化，由于各軸均按照相同的比例，就滿足了線性插補原理，可以在保證空間軌跡的同時，各軸按照相同的梯形加減速算法進行加減速。為了電路有良好的導(dǎo)電性，需要線路有一定的厚度和寬度，所以本發(fā)明采用多次重復(fù)打印的方法，堆積形成電路圖，重復(fù)打印的方法和上述方法一樣。根據(jù)實際電路的復(fù)雜程度經(jīng)過4～6次重復(fù)堆積后電路的精度和導(dǎo)電性均相對較好。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。