Představujeme: H. J. Gerber

Když se řekne „Gerber“, každému návrháři plošných spojů se vybaví „Gerber data“ – formát výstupních dat pro fotoplotr. Ale už málokdo si vzpomene na jméno H. J. Gerbera, muže, který dal Gerber datům své jméno.

H. Joseph Gerber

Pan Heinz Joseph Gerber (1924–1996) se narodil v Rakousku. Od dětství ho zajímala technika, sledoval všechny novinky a už v osmi letech si postavil své vlastní rádio. Během druhé světové války emigroval s matkou do USA. Zlom v jeho životě nastal během počátečních let studia na polytechnice, kdy vynalezl tzv. Gerber Variable Scale (pravítko s proměnlivým měřítkem). Výnosy z tohoto prvního komerčního výrobku mu pomohly založit firmu Gerber Scientific Instruments.

Historie tohoto vynálezu je zajímavá, stejně jako celý jeho život. Jednou, když se doma trápil s domácím úkolem, při kterém zakresloval výsledky měření, ho napadlo, jak si tuto práci ulehčit. Pomocí gumičky z kalhot od pyžama si vyrobil první proměnlivé měřítko, které mu umožnilo práci provést jednodušeji a rychleji. Výsledný komerční produkt byl technicky dobře propracovaný a proto také velmi úspěšný. Jednalo se v podstatě o pravítko, jehož měřítko bylo proměnlivé. To umožňovalo odečítat hodnoty grafů a map přímo v měřítku bez nutnosti dalšího přepočítávání.

Obr. 1. Gerber Variable Scale

Například zjištění skutečné délky úseku na mapě se provedlo tak, že se na Gerber Variable Scale nastavilo měřítko mapy a skutečná vzdálenost se pak odečítala přímo na pravítku, zatímco s normálním pravítkem bylo nutné nejprve změřit vzdálenost na mapě a tu vynásobit měřítkem mapy.

Ukázalo se, že Joseph Gerber byl neobyčejně technicky talentovaný člověk. Během svého života si zaregistroval 677 patentů. Mezi ně patří např. první digitální kreslící zařízení, fotoplotr pro zhotovení podkladů pro výrobu DPS, digitálně ovládaný stroj pro řezání materiálu, zařízení pro stříhání textilií v konfekčním průmyslu a mnoho dalších. Některé jeho objevy ovlivnily technické obory natolik, že se v roce 1994 tři originály jeho vynálezů (Gerber Variable Scale, Gerber GraphAnalogue a Gerber Derivimeter) staly součástí expozice National Museum of American History (Washington). Původní firma Gerber Scientific Instruments se postupně rozrůstala a zastřešovala celou řadu dalších společností, její název byl později změněn na Gerber Scientific, Inc.

Přesto, že je Joseph Gerber autorem mnoha užitečných vynálezů, nikdy jeho jméno nevešlo ve všeobecnou známost. Je proto potěšitelné, že alespoň v elektronice se s ním setkáváme poměrně často. Název Gerber je dnes neodlučitelně spjat s fotoplotry a zejména formátem dat, se kterým tato zařízení pracují. Tyto pojmy se již zapsaly do historie výroby desek plošných spojů.

Fotoplotry Gerber

Původní fotoplotry značky Gerber kreslily motiv na film pomocí paprsku světla, který procházel clonkou o určité velikosti a tvaru, přičemž se hlavice se zdrojem světla i clonkou pohybovala podle zadaných souřadnic. Clonky byly uspořádány v kruhu na karuselovém disku (Aperture wheel). Disk s clonkami se natáčel tak, aby pod zdrojem světla byla vždy clonka se správným tvarem (shape) a velikostí (aperture). Tyto údaje byly v Gerber datech definovány pomocí tzv. D-code.

Pokud se měla nakreslit čára, tak se hlavice s diskem clonek nejdříve přesunula do výchozího bodu čáry. Disk se natočil tak, aby pod zdrojem světla byla clonka s kulatým otvorem o průměru, který odpovídal tloušťce kreslené čáry. Potom se zapnul zdroj světla a celá hlavice se přesouvala do další polohy [x;y] dané úsečky, až postoupila do konečného bodu kreslené čáry. Světlo se vypnulo, hlavice se přesunula do počátečního bodu další čáry a celý proces se opakoval.

Při kreslení plošek (pájecí plošky, via otvory) najela hlavice do středu plošky, disk s clonkami se natočil tak, aby pod zdrojem světla byla clonka s požadovanou velikostí a tvarem plošky a zdroj světla se na okamžik zapnul. Na film bliklo světlo (flash), které tak během okamžiku vykreslilo celou plošku. Vyplnění vylitých ploch se provádělo šrafováním, což vedlo k nárůstu objemu dat a prodloužení celkové doby kreslení.

Rozměry a tvary clonek používané pro bliknutí se nazývaly „flash apertures“, zatímco u clonek používaných pro kreslení čar se jednalo o „drawn apertures“. Počet clonek na disku byl omezen na 24. Pokud pro vykreslení celé desky clonky na jednom disku nestačily, nezbývalo nic jiného, než používat během práce disků několik. V době clonkových fotoplotrů (60. –80. léta minulého století) byli návrháři desek nuceni používat pouze vymezený okruh šířek spojů a tvarů/velikostí plošek, které nabízel daný fotoplotr, protože výroba nových clonek celý proces prodražovala.

Výrobu fotoplotrů Gerber převzala v roce 1997 belgická firma Barco a začala je prodávat pod svým názvem. Přesto pojem „Gerber“ ze světa plošných spojů nezmizel, zavedl se jako označení pro jeden ze standardních výstupních formátů dat systémů pro návrh DPS.

Formát dat Gerber

Gerber formát doznal v průběhu let různých změn. Původně byl tento formát částí formátu EIARS 274-D a název Gerber vznikl kolem roku 1980, kdy firma Gerber System Corporation vydala pod tímto označením první specifikaci formátu dat pro fotoplotry vlastní výroby. O deset let později se tento formát rozšířil i mezi ostatní výrobce fotoplotrů a do svých programů jej začlenily také firmy vyvíjející systémy pro návrh DPS. Formát Gerber se tak stal prakticky standardem. V roce 1998 vydala firma Barco specifikaci upraveného formátu pod názvem RS 274-X, který dnes v podstatě nahradil původní RS 274-D.

Moderní fotoplotry jsou rastrové, to znamená, že si vektorový formát RS 274-X převedou do rastru s požadovaným rozlišením. Rastrování obrazce umožňuje plotovat jakékoliv tloušťky čar a plošky libovolného tvaru. Vyplněné plochy jsou v RS 274-X definovány pouze hraničním polygonem.