Телевизионное устройство для измерения профиля детали Советский патент 1992 года по МПК G01B21/02 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано, например, для измерения профиля фаски полупроводниковых пластин.

Известен способ измерения, предусматривающий измерение координат двухмерного объекта двумя группами телевизионных камер на ПЗС-матрицах (по 3 в каждой) и двух камер на ПЗС-линейках, расположенных взаимно перпендикулярно, а плоскость измерения координат объекта разбивается на 6 участков по количеству камер на ПЗС-матрицах С помощью арифметических устройств, анализирующих выходные сигналы камер, определяют

координаты границ объекта. Данные шести арифметических устройств поступают в ЭВМ. Измерение с шести камер усложняет как процедуру измерения, так и алгоритм обработки информации с ЭВМ. Дл ввода информации с шести арифметических устройств в реальном масштабе времени в ЭВМ требуется быстродействующий центральный процессор с большим объемом памяти, что затрудняет техническую реализацию данного способа.

Наиболее близким по технической сущности к данному является устройство для измерения линейных размеров. Устройство предназначено для измерения линейных размеров, например вала с резьбой, и ел ел

g

ЧЭ

держит последовательноустановленные осветительную систему, телевизионную камеру, видеомонитор, ЭВМ, дисплей.

Теневое изображение участка детали проецируют на телевизионную камеру, с выхода которой видеосигнал подается на дисплей. На экране дисплея, кроме изображения профиля детали, формируются две горизонтальные метки, соответствующие верхнему и нижнему пределам измеряемой высоты профиля. Между метками на экране формируется горизонтальная линия-маркер, положение которой устанавливается оператором. Кроме этого, на экране формируются два вертикальных отрезка-курсора, положения которых устанавливаются независимо один от другого оператором. Изменяя масштаб изображения профиля детали, достигают такого положения, чтобы высота его равнялась расстоянию между горизонтальными метками. Перемещением горизонтальной линии маркером определяют высоту профиля детали с учетом масштаба изображения, а перемещением курсоров и маркера по полю дисплея оператор получает данные о линейных размерах детали.

Недостаток известного устройства заключается в том, что положения маркера и курсоров устанавливаются оператором вручную и зависят от точности фокусировки изображения оптической системы. При этом точность измерения достигается в пределах ± 25 мкм. Кроме того, устройство не позволяет автоматизировать процесс измерения, что сказывается на производитель- ногти.

Цель изобретения - повышение точности измерения и производительности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее оптическую систему, видеокамеру, видеомонитор, блок вычисления и управления, снабжено формирователем данных, включенным между видеокамерой и блоком вычисления и управления и содержащим преобразователь уровня, счетчик, блок выделения ячейки в строке, блок выделения строки в кадре, первый и второй регистры хранения, мультиплексор, входы преобразователя уровня являются входами формирователя, подключенными к выходам видеокамеры, первый выход преобразователя соединен с первым входом блока выделения ячейки в строке, второй выход преобразователя соединен с объединенными входом Сброс счетчика, вторым входом блока выделения ячейки в строке и первым входом блока выделения строки о клдре, третий выход преобразователя соединен с синхронизирующим входом счетчика и третьим входом блока

выделения ячейки в строке, четвертый выход преобразователя подключен к второму входу блока выделения строки в кадре, а выход счетчика подключен к информационным входам регистров хранения, синхронизирующие входы которых раздельно подключены к первому и второму выходам блока выделения ячейки в строке соответственно, входы Сброс регистров являются

0 входами формирователя, подключенными к выходам Сброс блока вычисления и управления, выходы регистров через мультиплексор подключены к одному из входов блока вычисления и управления, причем первый

5 выход блока выделения ячейки в строке подключен к третьему входу блока выделения строки в кадре, выход которого соединен с другим входом блока вычисления и управления, а видеокамера выполнена в виде ПЗС0 матрицы.

Введение формирователя данных позволяет вводить информацию в ЭВМ с разложением ячеек в строке и строк в кадре изображения. Поскольку триггер выдает ин5 формацию только при наличии на входах его видеосигнала, то блок вычисления и управления считывает информацию только с того участка кадра изображения, который соответствует профилю детали. В этом случае за

0 каждую строку кадра осуществляется с регистров запись только двух кодов чисел. Такой избирательный ввод информации в блок вычисления и управления с устройства ввода позволяет сократить количество инфор5 мации, вводимой в блок вычисления и управления, тем самым упрощается алгоритм и, следовательно, время обработки информации,

Введение блока выделения строки в

0 кадре обеспечивает считывание края профиля пластины. При этом при отсутствии видеосигнала на выходе одновибратора нет сигнала, что соответствует краю пластины, на выходе триггера устанавливается 1 и

5 подается сигнал в блок вычисления и управления Конец записи.

Устройство позволяет осуществлять считывание по всей длине профиля изображения и таким образом измерять профиль

0 любой сложной детали

На фиг.1 дана блок-схема устройства измерения профиля детали; на фиг 2 - функциональная схема формирователя данных; на фиг.З - диаграмма сигналов выделения

5 ячейки в строке; на фиг.4 - диаграмма выделения строки в кадре

Предлагаемое устройство для определения профиля детали содержит следующие основные элементы: осветитель 1 для пол- учения теневого изображения профиля детали 2, объектив 3 для передачи в масштабе изображения профиля детали 2 на ПЗС-мат- рицу видеокамеры 4, которая предназначена для воспроизведения изображения профиля детали 2 на экране видеомонитора

5и передачи в цифровой форме видеосигнала и служебных сигналов со строчно-кадро- вой организацией в формирователь данных

6обработки этой информации и вывода результатов линейных измерений профиля де- тали на цифропечатающее устройство 8 и экран дисплея 9.

Формирователь данных 6 содержит преобразователь 10 уровня, предназначенный для преобразования сигналов с видео- камеры 4 в ТТЛШ-уровень, счетчик 11 для формирования двоичного кода номера ячейки в строке; блок 12 выделения ячейки в строке для формирования двух сигналов записи, соответствующих левому и правому краям профиля в строке, блок 13 выделения строки в кадре для формирования сигнала, соответствующего краю детали по строкам в кадре, регистры хранения 14, 15, предназначенные для записи двух кодов чисел с выхода счетчика 11, соответствующих номерам ячеек в строке левого и правого краев профиля в строке изображения, мультиплексор 16 для осуществления последовательного ввода кодов чисел с выходов регистров 14, 15 хранения в блок вычисления и управления 7,

Блок 12 выделения ячейки в строке содержит D-триггер 17 и одновибраторы 18 и 19.

Блок 13 выделения строки в кадре состоит из D-триггера 20, элемента 21 ИЛИ- НЕ, RS-триггера 22. При этом первый выход преобразователя 10 уровня соединен с первым входом блока 12 выделения ячейки в строке, второй выход преобразователя 10 соединен с объединенными входом Сброс счетчика 11, вторым входом блока выделения ячейки в строке 12 и первым входом блока 13 выделения строки в кадре, третий выход преобразователя 10 соединен с синхронизирующим входом счетчика 11 и третьим входом блока 12 выделения ячейки в строке, четвертый выход преобразователя

10подключен к второму входу блока 13 вы- деления строки в кадре, а выход счетчика

11подключен к информационным входам регистров 14, 15 хранения, синхронизирующие входы которых раздельно подключены

к первому и второму выходам блока 12 вы- деления ячейки в строке соответственно, входы Сброс регистров 14,15 подключены к выходам Сброс блока вычисления и управления, выходы регистров 14, 15 через мультиплексор 16 подключены к одному из

входов блока вычисления и управления 7, причем первый выход блока 12 выделения ячейки в строке подключен к третьему входу блока 13 выделения строки в кадре, выход которого соединен с другим входом блока вычисления и управления.

8 качестве осветителя 1 использована лампа накаливания КГМ 12x40, служащая для формирования светового потока до 720 мм, а в качестве объектива 3 применен фотообъектив Индустар-50 с фокусным расстоянием Р0б 50 мм, что обеспечивает измерение профиля фаски полупроводниковой пл астины диаметром до 200 мм. Изменяя расстояние L (фиг.1), можно изменить масштаб изображения до 6:1. В видеокамере КТ-8 используется ПЗС-матрица 1200ЦМ7 со строчно-кадровым переносом зарядов и с рабочим полем 288 стро;; в кадре, 360 ячеек в строке. Видеокамера имеет выход стандартного телевизионного сигнала и цифровой выход сигналов; кадровый, строчный, тактовый импульсы и видеосигнал, Для визуального контроля профиля фаски полупроводниковой пластины используют видеомонитор 5 МС6105.01 с рабочим полем на экране 150x200 мм. В качестве блока вычисления и управления 7 применяют ЭВМ МС 1212, имеющую в своем составе дисплей 8 МС6102.02 и печатающее устройство 9 МС6304.

Преобразователь 10 уровня собран на микросхеме с использованием триггера Шмитта К555ТЛ2, а видеоусилитель собран на микросхеме К554СА4. Счетчик 11 содержит 3 двоичных счетчика К555ИЕ7, соединенных последовательно и служащих для счета тактовых импульсов с периодом повторения 150 не и формирования на выходе девятиразрядного кода номера ячейки в строке. D-триггер 17 блока 12 выделения ячейки в строке собран на микросхеме К555ТМ2, одновибраторы 18, 19 - на микросхемах К555АГЗ. Одновибраторы служат для формирования импульсов записи 1, 2 (фиг. 3,а) длительностью 60 не.

Блок 13 выделения строки в кадре содержит D-триггер 20, выполненный на микросхеме К555ТМ2, элемент 21 ИЛИ-НЕ, RS-триггер 22, выполненный на микросхеме К555ЛЕ1, Регистры 14, 15 собраны на двух микросхемах К555ТМ9 соответственно. Микросхема К555ТМ9 представляет собой шестиразрядный регистр. Мультиплексор 16 содержит 3 микросхемы К555КП11. Каждая микросхема представляет собой четырехразрядную схему мультиплексора двух чисел.

Работа устройства происходит следующим образом.

С помощью осветителя 1 (фиг.1)освеща- ется край детали 2 (например, профиль края полупроводниковой пластины). Теневое изображение профиля проецируется через объектив 3 на ПЗС-матрицу видеокамеры 4. Масштаб изображения профиля задается расстоянием L от объектива 3 до ПЗС-мат- рицы видеокамеры 4, которая преобразует оптическое изображение профиля в электрические сигналы со строчно-кадровой организацией. Кроме того, видеокамера 4 формирует стандартный телевизионный сигнал, который подают на вход видеомонитора 5. На экран видеомонитора 5 выводят изображение профиля детали для визуального контроля. С цифрового выхода видеокамеры 4 сигналы кадровой, строчной, тактовой частот и видеосигнал подают на вход формирователя данных 6, который преобразует информацию каждого кадра изображения видеокамеры 4 и осуществляет ввод информации в блок вычисления и управления 7 с разложением ячеек в строке и строк в кадре изображения. Блок вычисления и уп равления 7 осуществляет обработку информации, поступающей с формирователя данных 6, и результаты измерений линейных размеров профиля детали выводит на дисплей 9 и цифропечатающее устройство 8. Сигналы с видеокамеры (кадровые, строчные, тактовые импульсы и видеосигнал) подаются на вход преобразователя 10 уровня формирователя данных б, с выхода которого тактовые импульсы поступают на счетный вход С счетчика 11, а на вход R этого счетчика-строчные гасящие импульсы, Счетчик 11 формирует двоичный код номера ячейки в строке. На вход С триггера 17 блока 12 поступают тактовые импульсы с выхода преобразователя 10 уровня. При переключении уровня видеосигнала из О в 1, что соот- петствует левому краю профиля, на входе триггера 17 сигналом Т.И на входе С триггер устанавливается . При этом срабатывает одновибратор 18, который формирует сигнал записи 1 для входа С регистра 14 (фиг. 3). По этому сигналу в регистр 14 записывается код числа с выхода счетчика 11, соответствующий номеру ячейки в строке или левому краю профиля. При переключении видеосигнал в данной строке из 1 и О, что соответствует правому краю профиля, триггер 17 устанавливается в О. При этом срабатывает одновибратор 19 и формирует сигнал записи 2 для входа С регистра 15. По этому сигналу в регистр 15 хранения запишется код числа с выхода счетчика 11, соответствующий номеру ячейки в строке или правому краю профиля. За каждую строку кадра осуществляется запись только двух кодов чисел соответственно в регистры 14, 15, Строчным гасящим импульсом на входе R триггера 17 происходит сброс в О этого триггера. Блок 13 выделения строки в кадре формирует сигнал Конец записи, который соответствует краю детали в кадре изображения. При этом сигнал с выхода 2 преобразователя 10 уровня подается на вход С триггера 20 и на

0 второй вход элемента 21 ИЛИ-НЕ. На входе D-триггера 20 установлена 1. При переключении сигнала из О в 1 на входе С триггера 20 устанавливается 1, а на выходе элемента 21, т.е. на входе S триггера 22,

5 сохраняется уровень О, При наличии видеосигнала в строке с выхода одновибратора 8 импульс записи 1 подается на вход R триггера 20 и сбрасывает его в О. На входе S триггера 22 также сохраняется О при

0 окончании строчного импульса. При отсутствии видеосигнала в следующей строке кадра триггер 20 по входу С устанавливается в 1, но при этом одновибратор 18 не срабатывает и триггер 20 не сбрасывает в

5 О по входу R. При этом по окончании строчного импульса на двух входах элемента 21 устанавливается уровень О, на выходе 1, и триггер 22 по входу S устанавливается в 1. Сигнал с выхода блока 13 подается в

0 блок вычисления и управления 7. Кадровым гасящим импульсом триггер 22 сбрасывается в О. Сигнал Конец записи соответствует краю детали в кадре изображения. При записи числа в регистр 14 с его выхода сиг5 нал Флаг подается в блок вычисления и управления и на вход V мультиплексора 16. При этом на входе Y мультиплексора 16 устанавливаются данные с регистра хранения 14. После считывания данных по сигналу

0 Флаг 1 блок вычисления и управления 7 формирует сигнал Сброс 1, который подается на вход R регистра 14 и сбрасывает его в О. При этом мультиплексор 16 по входу V переключается из 1 в О, а на выходе Y

5 устанавливаются данные для блока вычисления и управления с регистра 15. По сигналу Флаг 2 с регистра 15 блок вычисления и управления 7 производит считывание данных с этого регистра и сигналом Сброс по

0 входу R сбрасывает в О регистр 15.

Таким образом, использование формирователя данных 6 позволяет осуществить избирательный ввод в блок вычисления и управления 7 двух чисел в каждой строке

5 кадра изображения, что соответствует левому и правому краям профиля, и ввод количества строк в кадре по сигналу Флаг 1 в блок вычисления и управления. По сигналу Конец записи блок вычисления и управле- ния определяет край детали в кадре изображения. Затем блок вычисления и управления определяет вычитанием величины Xi и Х2, соответствующие разности номеров ячеек в строке и величины YI и Y2, соответствующие разности номеров строк в кадре. Линейные размеры XL X2, YI, Y2 определяются по формулам:

Lx X Yi, Ly Y K2,

где X - количество ячеек в строке;

Y - количество строк в кадре;

Кг - коэффициент масштаба по оси X, мкм;

Кг - коэффициент масштаба по оси Y, мкм.

Устройство позволяет автоматизировать процесс измерения профиля фаски полупроводниковой пластины с точностью до ±8 мкм.

Формула изобретения

Телевизионное устройство для измерения профиля детали, содержащее оптическую систему, видеокамеру, видеомонитор, блок вычисления и управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и производительности, оно снабжено формирователем данных, включенным между видеокамерой и блоком вычисления и управления и содержащим преобразователь уровня, счетчик, блок выделения ячейки в строке, блок выделения

10

15

20

25

30

строки в кадре, первый и второй регистры хранения, мультиплексор, входы преобразователя уровня являются входами формирователя, подключенными к выходам видеокамеры, первый выход преобразователя соединен с первым входом блока выделения ячейки в строке, торой выход преобразователя соединен с объединенным входом Сброс счетчика, вторым входом блока выделения ячейки в строке и первым входом блока выделения строки в кадре, третий выход преобразователя соединен с синхронизирующим входом счетчика и третьим входом блока выделения ячейки в строке, четвертый выход преобразователя подключен к второму входу блока выделения строки в кадре, выход Счетчика подключен к информационным входам регистров хранения, синхронизирующие входы которых раздельно подключены к первому и второму выходам блока выделения ячейки в строке соответственно, вх оды Сброс регистров являются входами формирователя, подключенными к выходам Сброс блока вычисления и управления, выходы регистров через мультиплексор подключены к одному из входов блока вычисления и управления, причем первый выход блока выделения ячейки в строке подключен к третьему входу блока выделения строки в кадре, в ыход которого является другим входом блока вычисления и управления, а видеокамера выполнена в виде ПЗС-матрицы.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике Целью изобретения является повышение точности измерения и производительности. Изображение профиля детали с видеокамеры в виде ПЗС-матрицы передается в цифровой форме видеосигнала и служебные сигналы со строчно-кадровой организацией передаются в формирователь данных, осуществляющий преобразование информации и ввод в блок. Формирователь содержит преобразователь уровня, преобразующего сигналы с видеокамеры 4 в ТТЛШ-уровень, счетчик, формирующий двоичный код номера ячейки в строке, блок выделения ячейки в строке, формирующий два сигнала записи, соответствующих левому и правому краю профиля изображения в строке, блок выделения строки в кадре, формирующий сигнал, соответствующий краю детали по строкам в кадре, регистры хранения, осуществляющие запоминание двух кодов чисел с выхода счетчика, соответствующих номерам ячеек в строке левого и правого краев профиля в строке изображения, мультиплексор, осуществляющий последовательное пропускание кодов чисел с выходов регистров хранения. Устройство позволяет осуществлять считывание информации по всей длине профиля изображения и, таким образом, позволяет измерять профиль любой сложной детали.4 ил, (Л С

Фаг-i

Фиг. 2

ФигЗ

-inrurLruynj

-1лги.п. | |

ФиеЛ