Способ определения дефектов объекта и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01N21/88 H04N9/64 

ф(/г.f 2. Устройство определения дефектов объекта, содержащее формирователь телевизионного сигнала и последовательно соединенные блок памяти, блок цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, вход которого соединен с сигнальным выходом формирователя телевизионного сигнала, измеритель временного интервала и сумматор, выход которого соединен с информационны входом блока памяти, а второй вход соединен с выходом блока

памяти, введены формирователь изйёри12 тельной решетки и формирователь зон пространственной дискретизации, входы которых соединены с синхронизирующим выходом формирователя телевизионного сигнала, при этом первый выход формирователя измерительной решетки соединен с управляющим входом амплитудного дискриминатора, а второй выход соединен с управляющим входом формирователя зон пространственной дискретизации, первый выход которого соединен с адресным входом блока памяти, а второй выход - с управляющим входом измерителя временкого интервала.

1. Способ определения дефектов объекта, основанный на преобразовании изобраясения объекта в монохромный телевизионный сигнал с фиксированньм числом элементов разложения, квантовании телевизионного сигнала по уровню и цветовом кодировании полученных сигналов с последующим его отображением, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения времени определения дефектов, после преобразования изображения объекта в монохромный телевизионный сигнал каждый кадр телевизионного сигнала разбивают на равные участки с заданным числом элементов разрешения, при этом суммируют длительности импульi сов квантованного по уровню телеви(Л зионного сигнала в в каждом участке кадра телевизионного сигнала с поС следующим его преобразованием в телевизионный сигнал перед цветным кодированием.

Изобретение относится к области телевидения и телевизионного (ТВ) контроля объектов, качество которых определяется размерами, формой и пространстранственным расположением макро- и микродефектов и может быть использовано при неразрушающем контроле качества полупроводниковых пластин и входн{ х окон для фотозлект рических и электроннолучевых приборов , стеклянных подложек фотошаблонов и др. Известен способ определения дефектов объекта, основанный на преобразовании изображения объекта в монр хромный ТВ-сигнал с фиксированным числом элементов разложения с последующим его отображением. Известно устройство для определения дефектов объекта, содержащее фор мирователь ТВ-сигнала и черно-бельш видеоконтрольный блок. Этот способ и устройство позволяет наблюдать весь объект одновременно с малым пространственным разрешением или исследовать его по частям с большим пространственным разрешением Недостатками известного способа и реализующего его устройс тва являются малое отношение сигнал/шум, большая длительность контроля при исследовании объектов с большим пространственным разрешением, сложность работы оператора и потеря ин4)ррмации за счет нарушения цельности контролируемого изображения. Большая длительность контроля при необходимости выявления микродефектов на большой контролируемой площади образца связана с тем, что с увеличением пространственного разрешения уменьшается контролируемая облает образца и соответственно увеличивается количество участков, подлежащих просмотру и анализу. Кроме того,время контроля увеличивается из-за многократного перемещения образца и его установки в новые положения. Все это в большой степени усложняет работу оператора, приводит к утомлению, что отражается в конечном итоге на качества контроля, Кроме того, при просмотре контролируемой площади образца по частям нарушается связанность изображения, теряется информация о взаимном положении микродефектов на всей контролируемой площади. Например, при контроле полупроводниковых пластин информация о взаимном положении микродефектов определенного размера, получаемая на различных технологических этапах, может указать на основные направления развитии дислокаций, на нарушение теплового режима, неоднородность легирования и т.п. Пытаясь 31 восстановить потерянную информацию, оператор вынужден либо мысленно воссоздавать цельную картину, что практически невозможно, либо регистрировать (например, фотоспособом) изображение отдельных участков, а затем совмещать их друг с другом (сшивать). Помимо большой трудоемкости этой операции и резкого увеличения времени контроля часть информации неизбеж но теряется, так как число одновременно наблюдаемых элементов изображения, разрешаемых глазом, ограничено возможностью человеческого зрения При наблюдении всей площади образца при малом увеличении микродефекты вообще перестают быть, различимы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения дефектов объекта, основанный на преобразовании изображения объекта в монохромньй ТВ-сигнал с фиксированным числом элементов разложения, квантовании ТВ-сигнала по.уровню, цветовом кодировании ТВ сигналов с последующим его отображением, I Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для опреедления дефектов объекта, содержащее формирователь ТВ сигнала и последовательно соединенные блок памяти, блок цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок. Однако цветовое кодирование в известном способе выполнено по амплитуде ТВ-сигнала исходного изображения, что позволяет выделить полутона соответствующие различным значениям амплитуды ТВ-сигнала, неразличимые для человеческого глаза в черно-бело изображении, но не увеличивает пространственной разрешающей способности. Наличие в устройстве блока памяти позволяет работать в малокадровом режиме с выбором оптимальной длительности кадра, за счет чего сущест венно повьщ1ается отношение сигнал/шу Однако величина одновременно контролируемой площади образца ограничена числом элементов разложения реальных видеоконтрольных блоков, которая в свою очередь определеяется воз можностью человеческого глаза. В свя зи с этим известный способ и реали02зующее его устройство сохраняют главг ные недостатки, связанные с просмотром всей площади контролируемого объекта по частям: большое время контроля, сложность и трудоемкость работы оператора и потеря информации о размере и взаимном положении микродефектов на большой контролируемой площади. Цель изобретения - уменьшение времени определения дефектов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения дефектов объекта, основанному на преобразовании изображения объекта в монохромный телевизионный (ТВ) сигнал с фиксированным числом элементов разложения, квантовании ТВ-сигнала по уровню и цветовом кодировании полученных сигналов с последующим его отображением, после преобразования изображения объекта в монохромный ТВ-сигнал каждый кадр ТВ-сигнала разбивают на равные участки с заданным числом элементов разрешения, при этом суммируют длительности импульсов квантованного по уровню ТВ-сигнала в каждом участке кадра ТВ-сигнала с последуюш.им его преобразованием в ТВ-сигнал перед цветным кодированием. Кроме того, в устройство для определения дефектов объекта, содержащее формирователь ТВ-сигнала и последовательно соединенные блок- памяти, блок цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок, введены последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, вход которого соединен с сигнальным выходом формирователя ТВ-сигнала, измеритель временного интервала и сумматор, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, а второй вход соединен с выходом блока памяти, введены формирователь измерительной рещетки и формирователь зон пространственной дискретизации, входы которых соединены с синхронизирующим выходом формирователя ТВ-сигнала, при этом первый выход формирователя измерительной решетки соединен с управляющим входом амплитудного дискриминатора, а второй выход соединен с управляющим входом формирователя зон пространственной дискретизации, первый выход которого соединен с адресным входом блока памяти, а второй выход - с управляющим вхбдом измерителя временного интервала. Каждому элементу разложения изоб ражения, отображаемого на экране видеоконтрольного блока соответствует определенная эона изображения контролируемого объекта, и, в зависимости от того, какую часть площад зоны занимает дефект, элемент отображается тем или иным цветом. Число элементов разложения изображения контролируемого объекта выбирается, исходя из площади контролируемого объекта и из минимальных размеров выявляемых дефектов и значительно превышает число элементов разложени выводимых на экран видеоконтрольног блока, за счет чего кадр изображени контролируемого объекта отображает на цельном изображении объекта всю необходимую информацию о микродефектах. Отображаемый ТВ-сигнал первого изображения с числом элементов разложения, равным числу зон, и с амплитудой, определяемой площадью дефектов в каждой зоне, при, наличии цветовой кодировки, позволяет опера тору видеть в наиболее удобной для восприятия форме наличие микродефек тов, их взаимное расположение и раз мер. Устройство, реализующее способ, позволяет формировать видеосигнал нового изображения в цифровой форме запомнить его и построить новое изображение, в котором цветовая окр ка каждой точки изображения несет информацию о размерах микродефектов Все это сокращает время контроля упрощает работу оператора и повышае информативность способа. Работа оператора упрощается не только за счет удобной для человеческого восприятия формы представления информации о дефектах, но и з счет того, что появляется возможнос выбора размера зоны пространственной дискретизации, а также выбора уровней квантования и присвоения этим уровням определенного цвета. Таким образом, оператор получает возможность одновременно контролировать всю площадь образца как с сохранением детальной информации о размерах микродефектов, так и грубо, разбив контролируемые дефекты на ограниченное количество групп по площади (микродефектов). В последнем случае еще более упрощается работа оператора, появляется возможность проводить допусковый контроль, резко сокращается время контроля, а дополнительная информация0взаимном расположении микродефектов представляется в еще более удобном для анализа виде и корреляция с макроскопическими нарушениями облегчается , На фиг,1 изображена структурная электрическая схема устройства для определения дефектов объектаj на фиг.2 - разбиение объекта на зоны; на фиг.З - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства. Устройство содержит формирователь 1ТВ-сигнала, амплитудный дискриминатор 2, измеритель 3 временного интервала, сумматор 4, блок 5 памяти, блок 6 цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок 7, формирователь 8 измерительной решетки и формирователь 9 зон пространственной дискретизации. В результате указанных действий с ТВ-сигналом изображение контролируемой площади образца S (фиг.2а) разбито на равные участки зоны пространственной дискретизации S, ограниченные пунктирными вертикальными и горизонтальными лиинями 1. Число узлов измерительной рещетки 2 (тонкие сплощные линии), или соответственно число элементов разложения в каждой зоне пространственной дискретизации в приводимом примере выбрано равным 100. Шаг измерительной решетки выбран настолько малым, что ошибка от дискретизации по времени бинарно-квантованного сигнала по крайней мере в 25 раз меньше минимального дефекта, подлежащего обнаружению и требуемой для визуального контроля точности дифференциации дефектов,по размерам. Там же изображены типичные дефекты, подлежащие обнаружению: инородное включение (левый нижний угол фиг.2а), и дефекты типа точек, расположенные в направлении с левого верхнего yrJia к правому нижнему. В то время как об наружение изображенного инородного включения, превьщ1ающего по всоим размерам допустимые, говорит само по себе о необходимости забраковки изделия, точки, расположенные в указанном направлении, хотя л укладываю ся в предельно-допустимые размеры, несут информацию о макронеоднороднос тях (например, зона распространения дислокаций в полупроводниковой пластине, царапина на поверхности стекла в виде прерывистой линии), что,в сво очередь, говорит о качестве технологического процесса. Эту качественно новую информацю невозможно было бы Получить при просмотре площади образ ца по частям. Поле зрения при просмотре по частям по известным мето.дикам (фиг.2а) изображено квадратами ограниченными жирными линиями 3, Чис ло элементов разложения в этом поле зрения определяется предельной возможностью человеческого глаза и соответствующим ей ТВ стандартом. Число элементов разложения остается тем же. Однако за счет цветового ко дирования по площади дефектов в зон пространственной дискретизации это число элементов разложения уже несе информацию о распределении дефектов по всей площади образца. Цифры окол каждой дефекта говорят о его площад выраженной в числе узлов измеритель ной решетки (фиг.2а). Новое изображение всей исследуемой площади образца (фиг.26) в веденном примере занимает площадь в 25 раз меньшую, чем исходное S с сохранением всей требуемой информа ции за счет цветового кодирования (площадь дефектных участков-цвет). На фиг.2в приведен пример цветового кодирования по площади дефектных точек в зоне пространственной дискретизации,, где площадь выражена в числе узлов измерительной решетки попавших на дефектные участки. Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом. Перед началом работы стираются данные, записанные ранее в блоке 5 памяти, а также устанавливаются в О счетчики адреса формирователя 9 ТВ-сигнал с выхода формирователя 1 (фиг.Зб), содержащий информацию о геометрических параметрах дефектов (фиг.За), поступает на амплитудный дискриминатор 2, где преобразуется в двуградационный сигнал, дискретизированньш во времени с йомощью стробирующих импульсов (фиг.Зв), которые поступают с выхода формирователя 8 измерительной решетки, формирователь 8 синхронизируется кадровыми и строчными синхронизирующими импульсами формирователя 1 ТВ-сигнала и вырабатывает импульсы (фиг.Зд), следующие с частотой, кратной частоте стробирующих импульсов, и управляющие работой формирователя 9. Формирователь 9 с помощью строчных и кадровых синхроимпульсов, поступающих с синхронизирующего выхода формирователя 1 ТВ-сигнала, вырабатывает импульсы начала и конца контролируемой области в продольном (фиг.Зб) и поперечном направлении и импульсы, соответствующие границам зон пространственной дискретизации в продольном направлении, поступающие на вход измерителя 3. Кроме того, формирователь 9 вырабатывает код адреса зон пространственной дискретизации, который поступает на вход блока 5 памяти. В измерителе 3 производится под- , счет импульсов, соответствующих суммарной длине дефектных участков вдоль строки в пределах зоны пространственной дискретизации. Код полученной сумг.ы поступает с выхода измерителя 3 на первый вход сумматора 4, на второй вход которого поступает информация, считываемая с ячейки памяти блока 5, адрес которой формируется путем подсчета импульсов начала зон про- странственной дискретизации в продольном и вертикальном направлениях. В сумматоре А коды сигналов, поступающие по первому и второму входу, суммируются и заносятся по прежнему адресу в блок 5 памяти (Фиг.Зе), Таким образом, в каждой зоне пространственной дискретизации определяется и запоминается величина (фиг.Зе) пропорциональная площади дефектного участка в зоне. Записанные в блоке 5 памяти данные о площадях дефектов в пределах каждой зоны пространственной дискретизации исходного изображения представляют собой запись в цифровой форме ТВ-сигнала новогоизображения, амплитуда которого в каждой точке пропорциональна площади, занятой дефектом в пределах каждого участка (зоны) изображения контролируемого объекта (фиг.Зе). Записанньш в блоке 5 памяти ТВ-сигнал нового изображения считывается и поступает на блок 6

цветового кодирования, а затем в виде нового синтезированного изображения отображается в ви;7 экрана цветного 7 видеоконтрольного блока (фиг.Зж) и анализируется оператором.

Таким образом, за счет формирования цифрового ТВ-сигнала нового изображения с амплитудой, пропорциональной площади дефектов в каждой зоне, появилась возможность в каждой точке на экране цветного видеоконтрольного блока отобразить целую зону в пределах исходного изображения, а размер (площадь) микродефекта представить цветом этой точки.

При этом не только сократилось ,время контроля и упростилась работа

32 0 1

LJ-J

фиг, г

оператора, но и появилась новая информация, которую несет взаимное расположение точек, изображающих микродефекты, на большой контролируемой

площади образца. Эта новая информация позволяет контролировать технологический процесс и оперативно на него влиять с целью улучшения качества конечной продукции и уменьшения

брака.

Изобретение может найти применение не только для контроля оптических стекол и полупроводниковых плас-. тин, но также при обработке материалов аэрофотосъемки и в других областях науки и те-хники.

г 1 г 1 /г 3 / 5 S /} 8 S ю п гг и к а

I I 1/1 t I 1 I I i i

MM M M I

tem euexpufrwaitm

.

LLM I I I I I

1 г 3 4i S S 7 8

KpacHifi SuHifS

/a«vir, Kofo/wse--

фиг.З