Способ выделения признаков при распознавании рисунков из электропроводящих элементов сенсорным полем Советский патент 1992 года по МПК G06K9/36 

Изобретение относится к автоматике и технической кибернетике.и может быть использовано для выделения признаков при распознавании объектов и рисунков, содержащих электрические цепи и излучающие при своем функционировании в приповерхностном к объекту и рисунку пространстве электромагнитные сигналы.

Такими объектами могут являться, например, специальные метки или знаки, выполненные в виде электропроводящего рисунка на диэлектрической подложке, карта участка местности, характерные линии и элементы которой выполнены металлизированными, а также электронные блоки, узлы, модули, использующие рисунок электропроводящих элементов в качестве соединительного моктажа печатной платы.

Целью изобретения является расширение области применения путем обеспечения возможности определения местоположения и вида дефектов электронных схем, использующих рисунок электропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа.

На фиг, 1 и 2 приведены примеры рисунков из электропроводящих элементов (печатных проводников и контактных площадок печатных плат): на фиг. 3 и 4 - рисунки слоев сенсорного поля, реализованного в виде двусторонней печатной платы, с помощью которого осуществляется преобразование электромагнитных сигналов, возбуждаемых локальными зонами рисунка, в индуцированные сигналы; на фиг. 5 - совмещенный рисунок сенсорного поля и электропроводящих элементов для случая , когда не выполнено условие согласованной ориентации строк и/или столбцов матрицы локальных зон рисунка и матрицы элементов сенсорного поля с напраьлением преимущественной ориентации электропроводящих элементах рисунка; на фиг 6 и 7 совмещенные рисунки сенсорного поля и электропроводящих элементов для случая,. когда выполнено условие согласованной ориентации строк и/или столбцов матрицы локальных зон рисунка с направлением преимущественной ориентации электропроводящих элементов рисунка; на фиг. 8 совмещенное изображение двумерной электронной структуры (электронного узла с электрорадиоэлементами, выполненногэ нр печатной плате) и сенсорного поля, при выполнении условия согласования направления строк и/или столбцов матрицы с направлением преимущественной ориентации электропроводящих элементов рисунка; на фиг. 9 - блок-схема устройства, обеспечивающего реализацию предлагаемого способа.

Предлагаемьт способ включает следующую последовательность, операций: разбивку поверхности рисунка из электропроводящих элементов на локальные зоны по строкам и столбцам прямоугольной матрицы путем совмещения поверхности рисунка с поверхностью сенсорного поля; ориентацию строк и столбцов матрицы локальных зон рисунка в направлении преимущественной ориентации электропроводящих элементов рисунка; формирование в электропроводящих элементах рисунка последовательности контрольных сигналов; преобразование сигналов электромагнитного поля, возбуждаемых локальн.ыми зонами рисунка, в индуцированные сигналы; формировгние для двух взаимно ортогональных направлений (по осям X и Y) двух групп функциональных сигналов путем суммирования индуцированных сигналов в каждой строке и каждом столбце матрицы; нормализацию функциональных сигналов; формирование сигналов признаков путем интегрирования нормализованных функциональных сигналов групп в течение фиксированного времени X Тк, где Тк - период формирования последовательности контрольных сигналов, а ,2,....

Предлагаемь1й способ выделения признаков при распознавании рисунков из

электропроводящих элементов реализуется следующим образом.

На фиг. 1 приведен рисунок печатного монтажа электронагревателя специальной

формы, а на фиг. 3 - рисунок печатного монтажа одного из слоев печатной платы. Из этих рисунков видно, что разводка печатных проводников рисунка осуществлена по двум ортогональным направлениям - координатным осям X и Y, что характерно чаще всего для автоматизированного метода трассировки соединений. В общем случае, направления разводки печатных проводников могут быть произвольными,

5 При подведении к электропроводящим элементам контрольных сигналов направление их распространения будет совпадать с направлением преимущественной ориентации печатных проводников,

0 Таким образом, для рисунков, приведенных на фиг, 1 и 2, за направление преимущественного распространения контрольных сигналов принимается направление одной из координатных осей X (или Y).

5 Выполнение операций способа обеспечивается с помощью сенсорного поля, реализованного на основе двусторонней печатной плат- 1) слои S1 и S2 которой изображены на фиг. 3 и 4,

0 Сенсорное поле представляет собой прямоугольную матрицу чувствительных к электромагнитному полю элементов - даухзаходных плоских спиральных индуктивных . элементов, которые соединены между собой через контактные площадки, расположенные в центральной части этих элементов, и металлизированные отверстия, выполненные в контактных площадках (на фиг, 1 и 2. отверстия не изображены),

0 Благодаря этому обеспечивается такое соединение этих элементов между собой, что образуются электрически разобщенные между собой цепочки спиральных индуктивных элементов по строкам и столбцам мат5 рицы.

Каждый чувствительный элемент сенсорного поля представляет собой, по существу, две двухслойные катушки индуктивности, вложенные друг в друга и электрически

0 разобщенные между собой, причем одна из катушек предназначена для преобразования сигналов электромагнитного поля по строкам, а другая - по столбцам матрицы. Направления закрутки витков спиральных элементов на слоях S1 и 52 выбраны такими, чтобь, обеспечить согласованное включение плоских wHAyKTneHbix элементов, благодаря чему обеспечивается их максимальная чувствительность к электромагнитному полю в локальных зонах.

Операция разбивки поверхности рисунка из электропроводящих элементов на локальные зоны по строкам и столбцам матрицы осуществляется путем совмещения поверхностей рисунка и сенсорного поля (см. фиг. 5).

При этом определенные участки рисунка (локальные зоны) будут перекрываться соответствующими спиральными индуктивными элементами сенсорного поля, т.е. фактически происходит разбивка рисунка по элементам прямоугольной матрицы m х п элементов.

Строки матрицы с левой стороны обозначены символами Д1-Д8, с правой стороны - символами С1-С8, а столбцы матрицы обозначены сверху символами В1-В14, а снизу - символами А1-А14, т.е. матрица имеет строк и столбцов, т.е. с ее помощью можно осуществить разбивку поверхности рисунка на m х локальных зон.

Размерность прямоугольной матрицы по строкам и столбцам определяется конкретными классами рисунков.

Фиг. 5 иллюстрирует случай разбивки поверхности рисунка при несогласованной ориентации строк и столбцов матрицы с направлением преимущественной ориентации электропроводящих элементов рисунка.

Ориентация строк и столбцов матрицы локальных зон рисунка в выделенном направлении преимущественной ориентации элементов рисунка осуществляется за счет взаимного поворота рисунка и сенсорного поля до полного совпадения указанного направления с направлением строк и столбцов матрицы.

Фиг. 6 и 7 иллюстрируют случай необходимой ориентации локальных зон для двух рисунков электропроводящих элементов (печатного монтажа).

Операция формирования в электропроводящих элементах рисунка последовательности контрольных сигналов заключается в следующем.

«К контактным площадкам рисунка электропроводящих элементов (на фиг. 1 и 2 контактные площадки выполнены соответственно прямоугольной и круглой формы) с помощью контактных подводящих элементов (контактных штырей, игл, разьемов) от генератора стимулирующих сигналов (не показан) подводятся контрольные сигналы (синусоидальной формы, в виде импульсных последовательностей или другой формы в зависимости от конкретной области применения способа или вида рисунка).

В результате электропроводящие элементы рисунка возбуждают в приповерхностном к рисунку пространствесигналы электромагнитного поля, характер которого однозначно зависит как от вида контрольных сигналов, так и от вида рисунка (конкретной картины расположения электропроводящих элементов на плоскости).

Операция преобразования сигналов электромагнитного поля, возбуждаемых локальными зонами рисунка, в индуцированные сигналы осуществляется спиральными индуктивными элементами сенсорного поля. В каждом таком элементе индуцируются

электрические сигналы Uxiyj (t) определенной формы, амплитуды и длительности. Указанные сигналы содержат информацию о расположении и конфигурации электропроводящих элементов рисунка для каждой локальной зоны.

Операция формирования для двух взаимно ортогональных направлений (по осям X и Y) двух групп функциональных сигналов осуществляется путем суммирования в каждой строке и каждом столбце матрицы индуцированных сигналов

Uj|(t)i: u5iyj (t).()

(t) JuSiyj (t),)

Суммирование индуцированныхсигналов по строкам и столбцам матрицы осуще-i ствляется за счет того, что спиральные индуктивные элементы соединены в последовательные индуктивные цепочки в каждом столбце и каждой строке матрицы.

Функциональные сигналы признаков нормируются.

Выбор того или иного способа выделения сигнала нормирования из выше указанных зависит от конкретных областей применения предлагаемого технического решения.

Нормслйзация функциональных сигналов производится путем деления текущих уровней сигналов U$ (t) и (t) на соответствующий сигнал нормирования Унорм или UHOPMJ. R результате чего формируются нормализованные функциональные сигналы групп:

й,(.)- и

(-Люрм

- u,(t)

Uyj (t) -г/. UiopMJ

Нормализация функциональных сигналов позволяет исключить влияние внешних

условий, при которых осуществляется способ (колебания диэлектрической и магнитной проницаемости, зависящей от температуры м влажности, расстояния плоскооти рисунка от плоскости сенсорного поля и от других внешних факторов).

Заключительная операция состоит в том, что интегрируют нормализованные функциональные сигналы групп (t) и (t) в течение фиксированного времени х Тк, где Тк - период формирования полного набора контрольных сигналов, а ,2, ... и формируют сигналы признаков

U5P Ux, (г)ти

to

(t)dt.

to

Полученные сигналы признаков )и Uyf 0-1 П) содержат однозначную информацию о характере и типе рисунка из электропроводящих элементов.

Сигналы Uxf и Uyf формируются в виде постоянных уровней и могут использоваться на этапе распознавания рисунка путем сравнения с совокупностями эталонных сигналов и| и UyJ, характеризующих тот или иной класс рисунка.

Предлагаемый способ может быть использован и для определения местоположения и вида дефектов плоскостных электронных структур (схем, блоков, узлов, модулей и т.п.), использующих рисунок электропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа.

При этом операции способа производятся аналогично операциям над рисунком печатной платы, являющимся соединительным монтажом плоскостной электронной структуры, например узлом, конструктивнофункциональным модулем. -,; На фиг, 8 показан совмещенный рисунок конструктивно-функционального модуля и сенсорного поля, причем одна из сторон печатного монтажа (где отсутствуют электрорадиоэлемёнты) обращена к плоскости сенсорного поля. Между сенсорным полем и печатной платой должна находиться тонкая изолирующая прокладка (не показана). В нижней части конструктивно-функциональногомодуля изображен разъемный соединитель, к которому подводится ответная часть - розетка (не показана), через которую на конструктивно-функциональный модуль поступает набор контрольных (тестовых) сигналов.

В результате работы элементов конструктивно-функционального модуля в проводящих дорожках платы формируются контрольные сигналы, благодаря которым в

приповерхностном к печатной плате пространстве возбуждаются сигналы электромагнитного поля, которые индуцируют в сенсорных локальных зонах поля соответствующие сигналы, которые в дальнейшем

0 преобразуются аналогично описанным операциям способа.

При возникновении дефекта в электронной схеме (обрыв, короткое замыкание и др.) в соответствующих столбцах и строках мат5 , риць сенсорного поля сигналы признаков будут отличаться от эталонных.

По номеру столбца и строки можно однозначно определить местоположение неисправного электрорадиоэлемента (в том

0 случае, если он работает независимо от других элементов схемы модуля) и характер неисправности (по степени отличия сигналов признаков от эталонных сигналов).

Например, при коротком замыкании токи в электропроводящих дорожках рисунка резко возрастают, при обрыве - отсутствуют, что приводит к соответствующим изменениям уровней сигналов признаков.

Предлагаемый способ определения

0 местонахождения и вида дефектов электронных узлов может применяться как самостоятельно для-отдельных классов электронных структур (с функциональной независимостью отдельных цепей электрической схемы модуля), так и в сочетании с другими способами определения неисправностей, что позволяет более точно классифицировать дефект.

На фиг. 9 приведена обобщенная блок0 схема устройства, позволяющего реализовать предположенный способ выделения признаков при распознавании рисунков из электропроводящих элементов.

Устройство содержит объект 1 контроля

5 (рисунок из электропроводящих элементов или плоскостную электронную структуру, например конструктивно-функциональный модуль, выполненный на печатной плате), совмвщнный с сенсорным полем 2, которое ,нтировано с учетом направления преимущественной ориентации электропроводящих элементов рисунка 1.

Устройство содержит также генератор 3 стимулирующих сигналов, подключенный к

5 блоку 4 управления и синхронизации, который подключен одними из своих выходов к разъемному соединителю (не показан) или другим средствам контактирования с электропроводящими элементами объекта 1, а другими - к управляющим и

синхронизирующим входам остальных блоков и узлов устройства.

Выходы строк и Столбцов матрицы сенсорного поля 2 (на фиг. 3 и 8 обозначены как А1-А14, В1-В14, С1-С8, Д1-Д8) подключены к входам блоков 5 и 6 выделения сигналов нормирования и и входам блоков 7 и 8 нормализации функциональных сигналов и$| (t) и U)Pj(t), выходы которых соединены с блоками 9 и 10 интегрирования,

Устройство (фиг. 9), реализующее способ выделения признаков при распознавании рисунков из электропроводящих злементов, работает следующим образом.

Генератор 3 стимулирующих сигналов через блок 4 управления синхронизации и управления задает через соединительные элементы (разъемный соединитель) в злектропроводящих элементах рисунка - обьекта 1 контроля контрольные сигналы ( в случае электронного блока или узла -тестовые сигналы).

В приповерхностном к обьекту 1 пространстве локальными зонами рисунка возбуждаются сигналы электромагнитного поля, которые индуцируют по строкам и столбцам матрицы сенсорного поля функциональные сигналы и$| (t) и и$| (t).

Блоки 5 и б выделяют сигналы нормирования и для каждой строки и каждого столбца матрицы, уровни которых запоминаются в памяти этих блоков (например, в аналоговой памяти).

После выделения сигналов нормирования блок 4 управления формирует команду на запуск блоков 7 и 8 нормализации, которые осуществляют нормализацию (деление)

функциональных сигналов ufi (t) и (t) на сигналы нормирования и Uj и формируют на своих выходах нормализованные сигналы Uxi (t) и Uyj (t).

Одновременно с запуском блоков 7 и 8 производится запуск блоков 9 и 10 интегрирования, которые зсуществл яют интегрирование сигналов Uxi (t) и Uyj (t) в течение времени х Тк, где Тк - период формирования полного набора контрольных сигналов.

В результате интегрирования на выходах блоков 9 и 10 формируются сигналы

признаков U2P ) и (-), которые могут быть представлены в аналоговой или цифровой форме.

По окончании времени t блок 4 управления по отдельному выходу формирует сигнал готовности Uror, по которому значения сигналов признаков передаются во внешнее по отношению к данному устройство распознавания или ЭВМ, в котором осуществляется обработка сигналов признаков и распознавание рисунков из электропроводящих элементов и/или распознавание местоположения и вида дефектов плоскостных электронных структур, использующих рисунок электропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа.

Поскольку предлагаемый способ можно использовать для выделения признаков различных обьектов контроля (рисунков из электропроводящих элементов, а также плоскостных электронных структур), то расширяется область применения по отношению к известному техническому решению, область применения которого ограничена только рисунками из электропроводящих элементов.

Формулаизрбретения Способ выделения признаков при распознавании рисунков из электропроводящих элементов сенсорным полем, основанный на формировании в эл ектропроводящих элементах рисунка последовательности контрольных сигналов, преобразовании сигналов электромагнитного поля, возбуждаемых в приповерхностном пространстве рисунка, в индуцированные сигналы и формировании сигналов признаков, о т л и чающийся Tew, что, с целью расширения области применения путем обеспечения определения местоположения и вида дефектов электронных схем, использующих рисунок электропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа, разбивают поверхность рисунка на локальные зоны по строкам и столбцам прямоугольной матрицы путем совмещения поверхности рисунка с поверхностью сенсорного поля, ориентируют при этом строки и столбцы матрицы локальных зон рисунка в направлении преимущественной ориентации электропроводящих элементов рисунка путем взаимного поворота рисунка и сенсорного поля, а сигналы признаков формируют в виде двух групп функциональных сигналов путем суммирования, нормализации и интегрирования индуцированных сигналов в локальных зонах рисунка независимо в каждой строке и каждом столбце матрицы в течение фиксированного времени х Тк, где Тк - период формирования последовательности контрольных сигналов, .2

ЛгН

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выделения признаков при распознавании объектов и рисунков, содержащих электрические цепи, излучающие при функционировании в приповерхност-ном к объекту и рисунку пространстве электромагнитные сигналы. Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения возможности определения местоположения и вида дефектов электронных схем, использующих рисунок элек'- тропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа. В способе с помощью сенсорного поля разбивают поверхность рисунка на локальные зоны по строкам и столбцам прямоугольной матрицы путем совмещения поверхности рисунка с матричным сенсорным полем, ориентируют при этом строки и столбцы'матрицы локальных зон рисунка в направлении преимущественно ориентации электропроводящих элементов рисунка путем взаимного поворота плоскости рисунка и сенсорного поля, преобразуют сигналы электромагнитного поля в индуцированные сигналы, которые суммируют независимо по строкам и столбцам матрицы. 9 ил.СПс.

ffli

Г

J

,L

фиг. 2

lldf.

mr

n«X

. Фнг. 3

Фиг. f

S. Ч t Ч

(zom.

uy Фиг.9

f

;;