5.2. СТРУКТУРА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ

Автоматические системы контроля внешнего вида печатных плат и микросхем можно условно разделить на два больших класса. К первому отнесем системы, в которых обработка изображений осуществляется с помощью специально синтезированного анализатора. Структура такого анализатора и всей системы в целом во многом определяется алгоритмом обработки изображений. Любое изменение в алгоритме контроля или даже изменение допусков, как правило, приводят к изменению структуры анализатора. В соответствии с принятой терминологией назовем такие системы контроля системами с жесткой логикой. Например, такой подход положен в основу устройства контроля качества изготовления переходных отверстий, разработанного в Московском институте электронной техники [2]. Устройство позволяет подсчитать суммарное число отверстий на плате, определить площадь каждого отверстия и на основании этого сделать вывод о том, удовлетворяет ли оно технологическим допускам. С этой целью контролируемая поверхность сканируется телевизионными растрами. Считанная информация представляется в виде двухградационных отсчетов и обрабатывается на специальном процессоре. В других системах контроля обработка осуществляется в оптических преобразователях информации. Более подробные сведения о подобных системах можно найти в [33] и [22]. Отметим, что специализированные системы контроля с жесткой логикой позволяют достичь высокой скорости контроля, что очень важно для практических целей. Очевидно, этим объясняется большой интерес к подобным системам. Однако, они обладают и существенным недостатком — малой гибкостью, сложностью перестройки. В результате быстро морально устаревают и нуждаются в замене при изменениях в технологическом процессе

Этого недостатка лишены системы контроля с программируемой логикой. Основу таких систем составляет ЭВМ, снабженная устройством ввода визуальной информации. Обработка изображения печатного монтажа для выявления дефектов осуществляется программно. Структура таких систем в какой-то степени универсальна и слабо зависит от алгоритмов обработки изображений. Смена критериев отбраковки приводит лишь к изменению программы или исходных данных, но не к изменению устройства. Изложение алгоритмов обработки изображений удобнее вести применительно к системам с программируемой логикой. На рис. 5.3 приведена типичная структура такой системы. Оптико-электронный преобразователь, в качестве которого обычно используется телекамера на видиконе, приборах с зарядовой связью или на фотодиодах, обеспечивает формирование на выходе электрического сигнала, амплитуда которого пропорциональна яркости или прозрачности участка контролируемой поверхности. Для конкретности будем считать, что оптико-электронный преобразователь соответствует

стандартам широковещательного телевидения, т. е. один кадр содержит приблизительно 300 строк и формируется за 1/50 с. В принципе в качестве такого преобразователя может быть использована и линейка на твердотельных датчиках.

Рис. 5.3. Структура а в тематической системы контроля внешнего да печатных плат и микросхем

Как правило, один кадр не может представить всей контролируемой поверхности с требуемой разрешающей способностью. Например, пусть требуется контролировать платы размером мм с минимальной шириной проводников мм. Для контроля ширины проводника ее размер на телевизионном растре должен быть представлен, по крайней мере, пятью отсчетами. Если предположить, что каждый телевизионный кадр содержит 105 отсчетов, то ему будет соответствовать участок контролируемой поверхности площадью 40 мм2. Вся поверхность платы, таким образом, представляется 1500 телевизионными кадрами.

Для сканирования всей контролируемой поверхности в системе предусмотрено устройство перемещения объекта контроля. В качестве устройства перемещения чаще всего используют координатный стол. В некоторых случаях перемещается не объект контроля, а телекамера. Иногда сканирование производят оптическими средствами. Устройство перемещения может обеспечивать непрерывное движение объекта контроля перед объективом телекамеры, либо дискретное пошаговое смещение. Во всех случаях управление перемещением осуществляется программно от ЭВМ. Осветитель рассчитывается так, чтобы создавать равномерную освещенность участка поверхности, находящегося под объективом. Для обеспечения ввода информации в проходящем и в отраженном свете необходимо предусмотреть возможность изменять освещение.

Видеосигнал, снимаемый на выходе оптико-механической части, поступает в блок, названный контроллером устройства ввода. Контроллер осуществляет дискретизацию и квантование видеосигнала, кодирование и формирование слов обмена информацией с

ЭВМ, а также вырабатывает сигналы для управления работой всей системы в целом. Принципы построения таких систем представлены в гл. 2. Одна из особенностей систем контроля заключается в том, что в них принято двухградационное представление визуальной информации. Выбор этого способа дискретизации обусловлен тем, что при его использовании контролируемый рисунок представляется с достаточной степенью подробности и в то же время занимает минимальный объем памяти. Кроме того, такое кодирование позволяет существенно повысить скорость обработки за счет параллельной отработки нескольких отсчетов, представленных одним машинным словом. Более подробно используемые здесь преимущества двухградационного представления визуальной информации обсуждались в гл. 1.

Использование для обработки информации и управления всем процессом контроля мини- или микро-ЭВМ определено требованиями к стоимости и занимаемой площади; необходимо учитывать, что система контроля должна находиться непосредственно в цехе Выдача информации о результатах контроля, а также визуальная оценка качества информации на всех этапах ее обработки осуществляется с помощью видеоконтрольного устройства (ВКУ). В качестве такого устройства может использоваться телевизионный приемник цветного или черно-белого изображения или графический дисплей.

Качество контроля в существенной степени зависит от точности отображения контролируемой топологии в памяти ЭВМ, т. е. от используемых в системе мер борьбы с помехами и искажениями ввода. Эти функции борьбы с помехами и искажениями могут решаться аппаратно на микропрограммном уровне или с помощью соответствующих программ, реализуемых в микро-ЭВМ. Очевидно, что аппаратные решения позволяют достичь большей производительности по сравнению с программными, но требуют дополнительных затрат. Повышения производительности можно достичь также с помощью вычисления некоторых первичных характеристик изображения на микропрограммном уровне. Отнесем условно такие блоки первичной обработки изображений (если они имеются) к контроллеру.

В качестве примера систем, обладающих большими функциональными возможностями предварительной обработки информации, можно привести телевизионные анализаторы изображений «Растр» [30] и «Параметр» [3], разработанные в Институте электроники и вычислительной техники АН Латвийской ССР. Первоначально эти устройства предназначались для анализа биологических микрообъектов, а затем нашли применение для контроля фотошаблонов и интегральных схем. В них на аппаратном уровне осуществляется компенсация неравномерности фона, коррекция уровня дискретизации, выделение минрообъектов и измерение их первичных геометрических параметров, а также классификация этих объектов по выделенным параметрам В качестве параметров используются площадь фигур, их периметр, размеры проекций на

декартовы оси координат. Результаты анализа могут вводиться в ЭВМ или отражаться на ВКУ. Большие функциональные возможности анализатора позволяют использовать его автономно (без ЭВМ). Однако следует отметить, что реализация перечисленных выше функций потребовала больших аппаратных затрат. Сложность и стоимость подобных анализаторов превышает соответствующие характеристики многих мини- и микро-ЭВМ. В связи с этим заслуживают внимания решения, в которых контроллер выполняет минимально необходимые функции, а основная обработка информации осуществляется программно. Именно такой принцип был использован в системе контроля, основанной на устройстве ввода [35]. В дальнейшем, излагая алгоритмы коррекции ошибок ввода и обработки изображений, будем предполагать, что они реализуются в виде программ на мини- или микро-ЭВМ. В некоторых случаях анализируются возможности аппаратной реализации. При этом будем считать, что контролируемое двухградационное изображение представлено в памяти ЭВМ в матричном виде или в виде длин серий. Эти два способа представления легко преобразуются друг в друга.