Устройство для измерения координат угловых точек топологических фигур фотошаблонов Советский патент 1990 года по МПК G01B21/04 

10

20

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть испопьэовано в контрольно-измерительном оборудовании для контроля топологического рисунка фотошаблонов.

Целью изобретения является увеличение информативности путем распознавания углов, кратных н /А.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема селектора; на фиг.З - функциональная схема вычислителя; на фиг.А - схема электронного на фиг.5 - типы углов, распознаваемых jj устройством; на - временные диаграммы работы вычислителя.

Устройство (фиг.1) содержит блок 1 перемещения, ТВ-камеру 2, установленную таким образом, чтобы рабочая яона блока 1 перемещения находилась в поле зрения ТВ-камеры 2, блок 3 видеоконтроля и АЦП 4, входы которых соединены с выходом ТВ-камеры 2, формирователь 5 последовательности сигналов (ФПС), вход которого соединен с выходом АЦП 4, блок 6 селекции угловых точек (ЕС), содержащий восемь элементов 7.1,..., 7.8 и, восемь элементов 8.1,...,8.8 ИЛИ-НЕ, шесть селекторов 9.1,...,9.6 . и элемент 10 ИЛИ, первая и вторая группа входов блока селекции угловых точек соединены с соответствующими группами выходов ФПС, причем входы первого элемента 7.1 И являются первым входом первой группы входов блока селекции угловых точек и с первого по пятый входами второй группы входов БС 6, входы второго элемента 7.2 И являются вторым входом первой группы входов и с пятого по девятый входами второй группы-входов БС 6, входы третьего элемента 7.3 И являются третьим входом первой группы входов и с девятого по тринадцатый входами второй группы входов БС 6, входы четвертого элемента 7.4 И являются четвертым входом первой группы входов и с тринадцатого по семнадцатый вхо25

входом первой группы и с двадцать пятого по двадцать девятый входами второй группы входов БС 6, входы вос мого элемента 7.8 И являются восьмым входом первой группы входов и с двад цать девятого по тридцать второй и первым входами второй группы входов КС 6, входы первого элемента 8.1 ИЛИ Нл являются первым входом первой гру пы и со второго по четвертый входами второй группы входов БС 6, входы вто оого элемента 8.2 ИЛИ-НЕ являются . вторым входом первой группы и с шес того по восьмой входами второй групп входов БС 6, входы третьего элемента 8.3 ИЛИ-НЕ являются третьим входом первой группы и с десятого по двенад цатый входами второй группы входов БС 6, входы четвертого элемента 8.4 ИЛИ-НЕ являются четвертым входом пе вой группы и с четырнадцатого по шес надцатый входами второй группы выходов БС 6, входы пятого элемента 8.5 ИЛИ-НЕ являются пятым входом первой группы и с восемнадцатого по двадцатый входами второй группы входов БС 6, входы шестого элемента 8.6 ШТИ НЕ являются шестым входом первой гру пы и с двадцать второго по двадцать четвертый входами второй группы входов БС 6, входы седьмого элемента 8.7 ИЛИ-НЕ являются седьмым входом первой группы и с двадцать шестого по двадцать восьмой входами второй группы входов БС 6, входы восьмого

элемента 8.8 ИЛИ-НЕ являются восьмым входом первой группы и с тридцатого по тридцать второй входами второй группы входов БС 6, а выходы всех элементов 7 И и элементов 8 ИЛИ-НЕ соединены со входами каждого из шести селекторов 9, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента 10 ИЛИ, выход которого яв- 45 ляется выходом блока 6 селекции угло вых точек, счетчик 11 координаты X, счетчик 12 координаты Y, оперативно- запоминающий блок 13 (ОЗБ), вход которого соединен с выходом элемента

30

35

40

дамп второй группы входов БС 6, входы ю ИЛИ, а другие входы - с выходами

пятого элемента 7.5 И являются пятым входом первой группы выходов и с семнадцатого по двадцать первый входами второй группы входов БС 6, входы шестого элемента 7.6 И являются шестым входами первой группы и с двадцать первого по двадцать пятый входами второй группы входов БС 6, входыседь; мого элемента 7.7 И являются седьмым

55

счетчиков 11 и 12 координат X и Y, и вычислитель 14, один вход которого соединен с выходом 03В 13, а другой с выходом блока 1 перемещения, один выход вычислителя 14 соединен со вхо дом блока 1 перемещения, а другой яв ляется выходом устройства.

Каждый селектор 9.N содержит восемь элементов И I5.1,...,15.8 и эле

0

j

5

входом первой группы и с двадцать пятого по двадцать девятый входами второй группы входов БС 6, входы восьмого элемента 7.8 И являются восьмым входом первой группы входов и с двадцать девятого по тридцать второй и первым входами второй группы входов КС 6, входы первого элемента 8.1 ИЛИ- Нл являются первым входом первой группы и со второго по четвертый входами второй группы входов БС 6, входы вто- оого элемента 8.2 ИЛИ-НЕ являются . вторым входом первой группы и с шестого по восьмой входами второй группы входов БС 6, входы третьего элемента 8.3 ИЛИ-НЕ являются третьим входом первой группы и с десятого по двенадцатый входами второй группы входов БС 6, входы четвертого элемента 8.4 ИЛИ-НЕ являются четвертым входом первой группы и с четырнадцатого по шестнадцатый входами второй группы выходов БС 6, входы пятого элемента 8.5 ИЛИ-НЕ являются пятым входом первой группы и с восемнадцатого по двадцатый входами второй группы входов БС 6, входы шестого элемента 8.6 ШТИ- НЕ являются шестым входом первой группы и с двадцать второго по двадцать четвертый входами второй группы входов БС 6, входы седьмого элемента 8.7 ИЛИ-НЕ являются седьмым входом первой группы и с двадцать шестого по двадцать восьмой входами второй группы входов БС 6, входы восьмого

элемента 8.8 ИЛИ-НЕ являются восьмым . входом первой группы и с тридцатого по тридцать второй входами второй группы входов БС 6, а выходы всех элементов 7 И и элементов 8 ИЛИ-НЕ соединены со входами каждого из шести селекторов 9, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента 10 ИЛИ, выход которого яв- 5 ляется выходом блока 6 селекции угловых точек, счетчик 11 координаты X, счетчик 12 координаты Y, оперативно- запоминающий блок 13 (ОЗБ), вход которого соединен с выходом элемента

0

5

0

ю ИЛИ, а другие входы - с выходами

5

счетчиков 11 и 12 координат X и Y, и вычислитель 14, один вход которого соединен с выходом 03В 13, а другой - с выходом блока 1 перемещения, один выход вычислителя 14 соединен со входом блока 1 перемещения, а другой является выходом устройства.

Каждый селектор 9.N содержит восемь элементов И I5.1,...,15.8 и элемент 1f ИЛИ, где N 1,2,...,6. На фиг.2 представлен пример конкретного выполнения селектора, работающего согласно переключательной функции (2-1). Входы первого элемента 15.1.1 И соединены с выходом первого элемента

7.1И и с выходами со второго по восьмой элементов 8.1,...,8.8 ИЛИ-НЕ, входы второго элемента 15.1.2 И соединены с выходами второго элемента

7.2И, первого элемента 8.1 ИЛИ-НЕ и с третьего по восьмой элементов 8.3, ...,8.8 ИЛИ-НЕ, входы третьего элемента 15.1.3 И соединены с выходами третьего элемента 7.3 И и с выходами элементов 8.1, 8.2, 8.4,...,8.8 ИЛИ- НЕ, входы четвертого элемента 15. 1.4 И соединены с выходами элемента 7.4 И и с выходами элементов 8.1, 8.2, 8.3,

8.5,...,8.8 ИЛИ-НЕ, входы пятого элемента 15.1.5. И соединены с выходами элемента 7.5 И и элементов 8.1,..., 8.4, 8.6, 8.7, 8.8 ИЛИ-НЕ, входы шестого элемента 15.1.6 И соединены с выходами элемента 7.6 И и элементов 8.1,...,8.5, 8.7, 8.8 ИЛИ-НЕ, входы седьмого- элемента 15.1.7. И соединены с выходами элемента 7.7 И и с выходами элементов 8.1,...,8.6, 8.8 ИЛИ-НЕ, входы восьмого элемента 15.1.8. И соединены с выходами элемента 7.8 И и элементов 8.2,...,8.8 ИЛИ-НЕ, выходы всех восьми элементов 15.1 И соединены со входами элемента 16.1 ИЛИ, выход которого является выходом первого селектора 9. Остальные пять селекторов 9 строятся аналогичным образом согласно переключательным функциям (2-2),...(2-6).

Вычислитель 14 (фиг.З) содержит генератор 17 тактовых импульсов (ГТИ), постоянный запоминающий блок 18 (ПЗБ); первый, второй и третий буферные регистры 19, 20, 21, первый и второй элементы 22 и 23 НЕ и сумматор 24, причем вход ГТИ 17 соединен с выходом блока 1 перемещения, один выход соединен с одним входом первого буферного регистра 19, другой вход которого соединен с выходом ОЗБ 13 и. одним входом второго буферного регистра 20 через первый элемент 22 НЕ, а другой выход ГТИ 17 соединен с однен со входом блика перемещения и с одним входом сумматора 24, другой ; вход которого соединен с выходом первого буферного регистра 19, а выход соединен со вторым входом второго буферного регистра 20, выход которого является выходом вычислителя.

Устройство работает следующим образом.

10

В рабочей зоне блока 1 перемещения устанавливается объект измерений - фотошаблон. В качестве рабочего орга15 а .блока I перемещения может быть использовано, например, координатный стол от установки ЭМ-552. Блок 1 передвигается до тех пор, пока в поле зрения ТВ-камеры 2 не попадает нуле20 вал точка объекта измерений. Блок 1 перемещения выдает на вычислитель 14 сигнал Стол на позиции, в ответ на который вычислитель 14 выдает блоку 1 перемещения координаты X и Y

25 первого фрагмента, предварительно записанные в память вычислителя 14, по которым происходит перемещение. После окончания движения ТВ-камера 2 считывает изображение фрагмента и пеЗо редает его на БВК 3 и АЦП 4. С АЦП 4 видеосигнал, преобразованный в цифровой код, поступает на вход ФПС 5, который устроен и работает так же как и аналогичный блок в прототипе, результатом его работы является матрица 9x9 сигналов, задержанных друг относительно друга на 1 такт или на 1 строку (электронное окно), в конкретном примере используем две группы сигналов я;Я и {Ь;Я (фиг.4),

35

40k . .

Эти две группы сигналов поступают на

блок 6 селекции угловых точек. Допустим, что в поле зрения ТВ-камеры попал угол, изображенный в верхнем

45 левом углу фиг.5, тогда в момент совпадения центра электронного окна с вершиной угла на выходе элемента 7. 1 И| и элементов 8.2,...,8.8 ИЛИ-НЕ появятся единичные сигналы, а на вьгхо50 дах элемента 8.1 и элементов 7.2,..., 7.8 И нулевые сигналы (согласно переключательным функциям (1-1) и (1-2)) Эти сигналы подаются на селекторы 9.1,...,9.6 и согласно переключательним входом третьего буферного регист- 55 ным Функциям (2-1),...,(2-6) единичра 21 через второй элемент 23 НЕ и со входом ПЗБ 18, выход которого соединен с другим входом третьего буферного регистра 21, выход которого соединый сигнал появится на выходе элемента 15.1.1 И и последовательно на выходе элемента 16.1 ИЛИ, который является выходом селектора 9.1. Этот

7887

нен со входом блика перемещения и с одним входом сумматора 24, другой ; вход которого соединен с выходом первого буферного регистра 19, а выход соединен со вторым входом второго буферного регистра 20, выход которого является выходом вычислителя.

Устройство работает следующим образом.

10

В рабочей зоне блока 1 перемещения устанавливается объект измерений - фотошаблон. В качестве рабочего орга5 а .блока I перемещения может быть использовано, например, координатный стол от установки ЭМ-552. Блок 1 передвигается до тех пор, пока в поле зрения ТВ-камеры 2 не попадает нуле0 вал точка объекта измерений. Блок 1 перемещения выдает на вычислитель 14 сигнал Стол на позиции, в ответ на который вычислитель 14 выдает блоку 1 перемещения координаты X и Y

5 первого фрагмента, предварительно записанные в память вычислителя 14, по которым происходит перемещение. После окончания движения ТВ-камера 2 считывает изображение фрагмента и пео редает его на БВК 3 и АЦП 4. С АЦП 4 видеосигнал, преобразованный в цифровой код, поступает на вход ФПС 5, который устроен и работает так же как и аналогичный блок в прототипе, результатом его работы является матрица 9x9 сигналов, задержанных друг относительно друга на 1 такт или на 1 строку (электронное окно), в конкретном примере используем две группы сигналов я;Я и {Ь;Я (фиг.4),

5

0k . .

Эти две группы сигналов поступают на

блок 6 селекции угловых точек. Допустим, что в поле зрения ТВ-камеры попал угол, изображенный в верхнем

5 левом углу фиг.5, тогда в момент совпадения центра электронного окна с вершиной угла на выходе элемента 7. 1 И| и элементов 8.2,...,8.8 ИЛИ-НЕ появятся единичные сигналы, а на вьгхо0 дах элемента 8.1 и элементов 7.2,..., 7.8 И нулевые сигналы (согласно переключательным функциям (1-1) и (1-2)). Эти сигналы подаются на селекторы 9.1,...,9.6 и согласно переключательный сигнал появится на выходе элемента 15.1.1 И и последовательно на выходе элемента 16.1 ИЛИ, который является выходом селектора 9.1. Этот

сигнал подается на первый вход элемента 10 ИЛИ и на его выходе, который является выходом блока 6 селекции угловых точек, также появится единичный сигнал. Аналогично при совпадении центра электронного окна с вершиной какого-либо угла Гфиг.5) на выходе одного из селекторов 9.1,..., 9.6 появится единичный сигнал, а еле- JQ довательно, и на выходе блока 6 селекции угловых точек. По этому сигналу, подающемуся на управляющий вход ОЗБ 13, в него записываются координаА А

ЬПА Э K-tn-Э

и фону, если

4и

Pn - bnV V a.

1 , п 8

1

(1(1Ь4п-2

Сформулируем решающее правило для всех групп углов, кратных 45° (фиг.А).

1. Вершина угла фигуры топологии равного 45° ), совпадает с цент

ты X и Y со счетчиков 11 и 12 коорди- )5 РОМ электронного окна, если один

какой-либо сегмент принадлежит фигу ре , а остальные семь принадлежат фо ну, т.е.

нат, соответствующие расположению вершины угла внутри фрагмента.Счетчик 1 1 координаты X подсчитывает количество тактовых импульсов от начала строки до угла, счетчик 12 координаты Y - количество строк от начала фрагмента до угла. По окончании сканирования фрагмента координаты углов из ОЗБ 13 считываются в вычислитель 14.

Вычислитель 14 работает следующим образом.

ГТИ 17 формирует тактовые импульсы по сигналу Стол на позиции, поступающему с блока 1 перемещения. По первому импульсу координаты угловой точ- ки записываются в первый буферный регистр 19, суммируются на сумматоре 24 с координатами фрагмента, исключенными из ПЗБ 18 на предыдущем шаге, и записываются во второй буферный регистр 20 (результат измерения). По второму импульсу из ПЗБ 8 извлекаются координаты нового фрагмента и через третий буферный регистр 21 передаются на блок 1 перемещения. Временные диаграммы работы вычислителя приведены на фиг.6.

В конкретном случае при использовании в качестве вычислителя 14 мик

4т 1

А А

А Э K-tn-Э

1 , п 8

(11)

и фону, если

4и

Pn - bnV V a.

1

(12)

Ь4п-2

Сформулируем решающее правило для всех групп углов, кратных 45° (фиг.А).

1. Вершина угла фигуры топологии, равного 45° ), совпадает с цент0

5

0

какой-либо сегмент принадлежит фигуре , а остальные семь принадлежат фону, т.е.

8 8

F V (5ПЛ.Л Р;) 1 . (2-1) -- Л

2.Вершина угла фигуры топологии- равного (90°), совпадает с центром электронного окна, если два каких-либо соседних сегментов принадлежат фигуре, а остальные шесть - фону, т.е.

88

F2 V (SnASn,, А ) 1. (2-2)

h i. п,гн i

3.Вершина угла фигуры топологии,

7-7(135 ), совпадает с центром электронного окна, если три каких-либо соседних сегмента принадлежат фигуре, а остальные пять - фону, т.е.

F, ( л S; А Р;) 1. (2-3)

П - ,,П.

4. Вершина угла фигуры топологии, равного 5/4 0(225°), совпадает с центром электронного окна, если пять каких-либо соседних сегментов принад

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Целью изобретения является увеличение информативности путем распознавания углов, кратных φ/4. В рабочей зоне блока 1 перемещений устанавливается объект измерений - фотошаблон. Блок 1 перемещений передвигается до тех пор, пока в поле зрения ТВ-камеры 2 не попадет нулевая точка объекта измерений. Блок перемещений выдает на вычислитель 14 сигнал "Стол на позиции". ТВ-камера 2 считывает изобретение и передает его в АЦП 4, где сигнал преобразуется в цифровой код и подается на вход формирователя последовательности сигналов, где формируется "электронное окно". При попадании в поле зрения ТВ-камеры 2 угла блок 6 селекции угловых точек определяет какой это угол (φ/2,3φ/4,φ,5φ/4 и т.д.) и информацию об угле передает в оперативно-запоминающий блок 13, куда дополнительно заносится информация от счетчиков 11 и 12 координат X и Y. Вся информация от оперативно-запоминающего блока 13 поступает в вычислитель 14, где определяются координаты угла, а выход которого является выходом устройства. 6 ил.

V .,.4Л s

П- ,n-i,

а ,Л

(2-4)

ро-ЭВМ по измеренным координатам мож- 45 лежат Фигуре, а остальные три - фону, но вычислить размеры, площадь и дру- т.е. гие геометрические характеристики фигур топологии.

Алгоритм селекции углов, кратных и М. Электронное окно (фиг.З) делится на восемь равных частей (сегментов). При сканировании фОТОШабЛОЦМ

Л Л P;)l , -п50

на ТВ-камерой 2 элементы окна принимают значения 1 , если в данный

момент совпадают с изображением фигу-

ры топологии, и О, если совпадают i

с изображением фона. Сегмент окна

принадлежит фигуре топологии, если

выполняется условие

V .,.4Л s

П- ,n-i,

а ,Л

Фигуре, а остальные три -

ЦМ

Л Л P;)l , -п

ну

v („л

hrt ,rui

S, Л Р„ЛР „„) , (2-5)

8 8

F6 - V ( Л 5;ЛРП) (2-6)

Предлагаемый вариант расположения

значимых элементов окна Ја; {Ь,| позволяет снизить требования к качеству выполнения углов. Он обеспечивает надежное распознавание углов с pa- диусом скругления , где 1 - элемент разрешения ТВ-камеры 2. Для контроля фигур, имеющих углы с большим радиусом округления, нужно увеличить размер электронного окна d и рас- тояние элементов Ь| от центра dp, при этом должны соблюдаться условия

г h и d- т- , где L - минимальный 2. в 4

размер фигуры топологии. Нарушение первого из них приведет к пропуску углов, а второго - к ложному срабатыванию на наклонных границах фигур.

Формула изобретения

Устройство для измерения координат угловых точек топологических фигур фотошаблонов, содержащее видеоконт- рольное устройство, счетчик координат X, счетчик координат Y, последовательно соединенные телевизионную камеру, аналого-цифровой преобразователь и формирователь последователь- ности сигналов и последовательно соединенные блок селекции угловых точек, содержащий восемь элементов И и элемент ИЛИ, оперативно-запоминающий блок, вычислитель и блок перемещения, выход которого соединен с вторым входом вычислителя, выходы счетчиков координат X и Y соединены с соответствующими входами оперативно-запоминающего блока, первая и вторая группы выходов формирователя последовательности сигналов соединены соответственно с первой и второй группами входов блока селекции угловых точек, а выход вычислителя является выходом устрой

ства, отличающееся тем, что, с целью увеличения информативности за счет распознавания также и углов, кратных , оно снабжено .

°

20

25

30

-.- 4о дз

5

восемью элементами ИЛИ-НЕ и шестью се - лекторами, входы первого элемента И являются со ответственно первым входом первой группы входов блока селекции угловых точек, с аервого по пятый входами второй группы входов блока селекции, входы второго элемента И являются вторым входом первой группы и с пятого по девятый входами второй группы входов блока селекции, входы третьего элемента И являются третьим входом первой группы входов и с девятого по тринадцатый входами второй группы входов блока селекции, входы четвертого элемента И являются четвертым входом первой группы и с тринадцатого по семнадцатый входами второй группы входов блока селекции, входы пятого элемента И являются пятым входом первой группы и с семнадцатого по двадцать первый входами второй группы входом блока селекции, входы шестого элемента И являются шестым входом первой группы входов и с двадцать первого по двадцать пятый входами второй группы входов блока селекции, входы седьмого элемента И являются седьмым входом первой груп- гп входов и с двадцать пятого по двадцать девятый входами второй группы входов блока селекции, входы восьмого элемента И являются восьммм входом первой группы входов блока сепекции и с двадцать девятого по тридцать второй и первым входом второй группы входов блока селекции, входы первого элемента ИЛИ-НЕ являются первым входом первой группы входов и с второго по четвертый входами второй группы входов блока селекции, входы второго элемента ИЛИ-НЕ являются вторым входом первой группы и с шестого по восьмой входами второй группы входов блока селекции, входы третьего элемента ИЛИ-НЕ являются третьим входом первой группы и с десятого по двенадцатый входами второй группы входов блока.селекции, входы четвертого элемента ИЛИ-НЕ является четвертым входом первой группы и с четырнадцатого по шестнадцатый входами второй группы входов блока селекции, входы пятого элемента ИЛИ-НЕ являются пятым входом первой группы входов и с восемнадцатого по двадцатый входами второй группы входов блока селекции, входы шестого элемента ИЛИ-НЕ являются шестым входом первой группы входов и с двадцать

второго по двадцать четвертый входами второй группы входов блока селекции, входы седьмого элемента ИЛИ-НЕ являются седьмым входом первой группы 5 и с двадцать шестого по двадцать восьмой входами второй группы входов блока селекции, входы восьмого элемента ИЛИ-НЕ являются восьмым входом первой группы ч с тринадцатого по трид- JQ

цать второй входами второй группы входов блока селекции, а выходы всех восьми элементов И и всех восьми элементов ИЛИ-НЕ соединены с входами каждого из шести селекторов, выходы которых соединены с соответствующими шестью входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока селекции угловых точек.

I

Ш

Ш

F,

F

a

за

Л

пна

Fu

Б

F,

a

I

E

(V

Фиг 4

3Q

BE

ев

QH

H

в

.«si

И

pp f ert le

kiJ U J

Фиг. 6