DE2404183B2 - Vorrichtung zur Erkennung der Lage eines Musters - Google Patents
Vorrichtung zur Erkennung der Lage eines MustersInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige
Vorrichtungen werden beispielsweise zur genauen Ausrichtung von integrierten Schaltungen, Transistoren
oder dergleichen bei der automatischen Montage und/oder Prüfung verwendet.
Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der französischen Patentschrift
73 813 bekannt. Dort weist das Muster bzw. der Gegenstand, dessen Lage erkannt werden soll, eine
ihrem Charakter nach eindimensionale Markierung auf, die bei Abtastung mit Hilfe einer Bildaufnahmeeinrichtung
einen Impulszug mit einer vorbestimmten Anzahl von impulsen vorbestimmter Breite und Periode ergibt.
Dieser Impulszug wird über eine Gruppe parallelgeschalteter Laufzeitglieder geleitet, deren Ausgänge mit
einem UND-Glied verbunden sind. Am Ausgang des UND-Gliedes entsteht nur dann ein Signal, wenn
sämtliche Laufzeitglieder gleichzeitig ein Ausgangssignal erzeugen, was nur dann der Fall ist, wenn das aus
der Markierung gewonnene Bildsignal die vorbestimmte Anzahl von Impulsen mit der vorbestimmten Breite
und Periode aufweist.
Bei der bekannten Vorrichtung ist es also einerseits erforderlich, eine spezielle Markierung mit einer festen
und bekannten Zuordnung zu der eigentlich gesuchten Stelle des Gegenstandes bzw. Musters vorzusehen, so
daß ein entsprechender Teil des für das zu erkennende Muster nutzbaren Platzes verlorengeht. Außerdem
versagt die bekannte Vorrichtung dann, wenn die spezielle Markierung an der Linie, längs der sie
abgetastet wird, etwas infolge Verschmutzung eine Fehlstelle aufweisen sollte oder wenn die Abtastgeschwindigkeit
aus irgendwelchen Gründen von der durch die Laufzeitglieder vorgegebenen Geschwindigkeit
abweicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erkennung der Lage eines Musters zu
vermitteln, die auch dann ordnungsgemäß arbeitet, wenn das zu erkennende Muster gewisse Fehlstellen
oder Verzerrungen aufweist, ohne eine zusätzliche Markierung zu erfordern.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben. Danach wird ein
zweidimensionaler charakteristischer Teil des zu erkennenden Musters oder »Nutzmusters« selbst zur
Lageerkennung durch Vergleich mit einem vorher eingespeicherten entsprechenden zweUimensionalen
Vergleichsmuster herangezogen. Dabei wird auf höchste Koinzidenz der beiden jeweils verglichenen
zweidimensionalen Muster geprüft, so daß sich die gesuchte Stelle auch dann genau ermitteln läßt, wenn
die beiden zu vergleichenden Muster nicht hundertprozentig übereinstimmen, weil zum Beispiel das zu
erkennende Muster leichte Verschmutzungen oder Fehler aufweist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der
Zeichnung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Transistorplättchens als Beispiel für einen Gegenstand, bei
dem sich die im folgenden beschriebene Vorrichtung anwenden läßt,
F i g. 2 ein Diagramm zur Darstellung der lagemäßigen Beziehung zwischen den Punkten A, B, C1 P\ und P2
nach Fig. 1,
F i g. 3a bis 3i schematische Darstellungen von Teilmustern aus F i g. 1,
F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageerkennungsvorrichtung,
F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Zeitsignale zur Steuerung der Schaltung nach F i g. 4,
F i g. 6 ein Schaltbild für ein konkretes Ausführungsbeispiel eines Synchronsignal- und Koordinatensignal-Generators
in der Schaltung nach F i g. 4,
F i g. 7 ein Schaltbild für ein konkretes Ausführungsbeispiel einer Bildeingabestufe für die Schaltung nach
Fig. 4,
F i g. 8 ein Schaltbild für ein konkretes Ausführungsbeispiel einer Koinzidenz-Erkennungsstufe in der
Schaltung nach F i g. 4,
F i g. 9 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Teilmustern,
Fig. 10 die Anordnung einer Bildaufnahmeeinrichtung und zugehöriger Einrichtungen zur Verwendung in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
F i g. 11 ein Schaltbild des gesamten Aufbaus eines zur
Verwendung bei der Fertigung von Transistoren bestimmten erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In der schematischen Darstellung eines Transistorplättchens nach F i g. 1 bedeuten die schrar'fierten Teile
Siliciumoxid-Oberflächen, während die nichtschraffierten Teile Elektrodenabschnitte sind, die durch Aluminiumbedampfung
erzeugt worden sind. Werden derartige Transistoren nacheinander einer Montiervorrichtung
zugeführt, so ist es erforderlich, daß diejenigen Stellen PX und P2 in den Elektrodenabschnitten, an denen
Golddrähte befestigt werden sollen, automatisch erkannt werden, um der Vorrichtung die Koordinatenwerte
der Position zuzuführen und die betreffende Wärmedruckmaschine für die Golddrähte beispielsweise
durch einen Servomechanismus genau einzustellen.
Zur Ermittlung der bestimmten Positionen Pl und P 2 des Transistors werden zunächt örtliche Muster
ausgewählt, die in dem gesamten komplizierten Muster keine ähnlichen Stellen haben. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel können die drei in gestrichelten Kästchen gezeigten örtlichen Muster ausgewählt
werden.
Die Repräsentativlagen dieser drei örtlichen Muster sind beispielsweise durch die Mittelpunkte gegen. Zur
Vereinfachung der Erläuterung seien jedoch im vorliegenden Fall als Repräsentativlagen die Stellen A,
B und Cgewählt, die sich jeweils an der rechten unteren Ecke der Kästchen befinden.
Gleichzeitig werden die Koordinaten-Zuordnungen entnommen und gemäß Fig. 2 aufgezeichnet. Es wird
angenommen, daß der Transistor so genau in das Erkennungsfeld eines Detektors eingeführt wird, daß
nur Verschiebungen in x- und y-Richtung auftreten, jedoch keine Drehung in der *y-Ebene (d.h. keine
Neigung). Sind nun die Koordinaten für die Lage e;nes örtlichen Musters, beispielsweise die Koordinaten (XA,
YA) des Punktes A, ermittelt, so lassen sich die Koordinaten (Xi, Yt) für den Befestigungspunkt P1
sowie die Koordinaten (X2, Y2) für den Punkt 2 dadurch berechnen, daß gewisse vorgegebene Werte zu
den ermittelten Koordinaten-Werten addiert bzw. davon subtrahiert werden.
Dabei ist jedoch nicht sichergestellt, daß es sich bei den ermittelten Koordinaten (XA, YA) in diesem Fall
tatsächlich um die Koordinaten des Punktes A handelt. Beispielsweise kann es sein, daß eine von dem
ursprünglichen Teilmuster verschiedene Stelle infolge Verschmutzens oder Abblätterns der Transistoroberfläche
eine bessere Koinzidenz aufweist.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden die Lagen zweier örtlicher Muster, beispielsweise die Punkte A
und B, festgestellt. Sind die Koordinaten der Punkte A und B gefunden, so wird sichergestellt, daß der Abstand
zwischen den Punkten A und B
]/(XA - XBf + (YA - YB)2
sowie die Richtung
cot
ΎΧ-
innerhalb gewisser vorgegebener Grenzen liegen. Ist Vi dies der Fall, so wird festgestellt, daß die Koordinaten
der Punkte A und B tatsächlich diejenigen der beiden örtlichen Muster A und B sind. Sodann können die
Koordinaten der Punkte Pi und Pi beispielsweise unter
Bezugnahme auf die Koordinaten des Mittelpunkts M) einer die Punkte A und B verbindenden Linie ermittelt
werden. Dabei besteht die Möglichkeit, daß Fehler in der Bestimmung der Punkte A und B ausgemittelt
werden. *
Im vorliegenden Fall ist die Richtung der Verbindungslinie zwischen den Punkten A und B bekannt.
Daher lassen sich die Koordinaten der Punkte P\ und P2
selbst dann, wenn das Transistorplättchen eine leichte Verdrehung aufweist, als Werte mit Korrigierter
Neigung ermitteln, so daß eine genauere Lageerkennung möglich wird.
Überschreiten der Abstand und/oder der Winkel der Verbindungslinie zwischen den Punkten A und B den
vorgegebenen Bereich, so sind der Punkt A, der Punkt B oder beide fehlerhaft ermittelt und die Koordinaten
eines oder zweiter falscher Punkte angegeben worden. In diesem Fall werden die Koordinaten Ceines weiteren
örtlichen Musters festgestellt, und die oben genannte Untersuchung wird anhand der Punkte A und C
durchgeführt. Ist das Ergebnis in Ordnung, so lassen sich nun die Koordinaten der Punkte P\ und P2 feststellen. Ist
das Ergebnis schlecht, so kann die obengenannte Prüfung weiterhin zwischen den Punkten B und C
durchgeführt werden.
Da hierbei im allgemeinen die Anzahl der vorher gespeicherten örtlichen Muster groß wird, nehmen im
gleichen Maße die Kombinationen der Untersuchungsmöglichkeiten zu, und die Zuverlässigkeit läßt sich
entsprechend steigern. Darüber hinaus ist die Winkellage des zugeführten Transistorplättchens aus dem
Winkel zwischen den beiden ermittelten Postionen bekannt, und die Koordinaten der Punkte P\ und P2
lassen sich als Werte berechnen, bei denen der Zuführfehler berichtigt ist.
Die Prüfungen können der Reihe nach durchgeführt werden. Als Alternative ist es möglich, sie gleichzeitig,
und zwar derart durchzuführen, daß für einige betrachtete Kombinationen Rechenschaltungen parallel
geschaltet werden. Selbst wenn das Transistorplättchen innerhalb der xy-Ebene in gewissem Maße schräg
zugeführt wird, läßt sich die Position nach dem Grad der Koinzidenz mit dem in Normallage gespeicherten
Standardmuster hinreichend genau bestimmen. Obwohl das Maß der Koinzidenz in diesem Fall natürlich etwas
geringer ist, kann die Normallage festgestellt werden, da das richte Muster eine kleinere Differenz aufweist als
das Muster irgendeines anderen Teils.
Wird jedoch die Verdrehung des Transistors noch größer, beispielsweise etwa 20°, so ist das Maß der
Koinzidenz mit dem Standardmuster in Normallage noch geringer, und es besteht die Möglichkeit, daß
irgendein anderer Teil ähnlicher wird. Aus diesem Grund werden zusätzlich zu den örtlichen Mustern in
der in F i g. 3a, 3b und 3c gezeigten Normallage Muster, bei denen gemäß F i g. 3d, 3e und 3f die jeweiligen
Standardmuster nach links um etwa 10° verdreht sind, sowie weitere Muster vorbereitet, bei denen gemäß
F i g. 3g, 3h und 3i die jeweiligen Standardmuster nach rechts um den gleichen Winkel verdreht sind. Die
Positioner, lassen sich nun durch Standardmuster ermitteln, deren Anzahl in diesem Fall 9 beträgt. Bei der
Prüfung anhand der verdrehten Muster, beispielsweise anhand der Muster nach Fig.3d und 3e läßt sich ein
vorgegebener eigener Bereich angeben, in dem
VD- YE
C° .VD - .V/.
C° .VD - .V/.
von dem Fall
cot
YA - YB
XA - XB
um den der Neigung der Muster entsprechenden Winkel, d. h. im vorliegenden Fall etwa 10°, verschieden
ist, und es läßt sich prüfen, ob die Richtung innerhalb dieses Bereichs liegt oder nicht.
Man hat experimentell ferner festgestellt, daß sich im Falle eines Transistors bei Fehlern in der Orientierung
der Zuführung von etwa ±20° die Positionen hinreichend genau feststellen lassen, indem derartige
r, geneigte örtliche Muster als Standardmuster erzeugt werden. Soll die Möglichkeit berücksichtigt werden, daß
ein Transistor umgedreht zugeführt wird, so können weiterhin umgekehrte Standardmuster vorgesehen
werden.
κι In der obigen Beschreibung ist auf denjenigen Fall
eingegangen worden, daß die Koordinaten der endgültigen Positionen P\ und P-i mit einem einzigen oder mit
mehreren örtlichen Mustern festgestellt werden, wobei auch das Rechensystem angegeben wurde. Wird die
i) Postition nur in Form von Analogsignalen oder von
Digitalsignalen mit einigen Bitstellen ermittelt, so ist es sehr einfach, eine Rechenschaltung für den speziellen
Verwendungsfall zu bauen, für den die Signale eingegeben werden.
2(i In der letzten Zeit sind Kleinrechner in bemerkenswertem
Umfang auch für Transistor-Fertigungsverfahren der genannten Art eingesetzt worden. Wird ein
Kleinrechner zu diesem Zweck verwendet, so läßt sich die Berechnung mit hoher Geschwindigkeit und ohne
r> Schwierigkeiten mittels eines Allzweck-Rechengerätes durchführen.
Gemäß der obigen Beschreibung werden die Prüfungen des Abstandes und des Winkels anhand von
genauen Gleichungen durchgeführt. Ist jedoch der
«ι Zuführ-Winkelfehler für die Transistoren klein, beispielsweise
innerhalb von ±20°, so können die verschiedensten Näherungsgleichungen verwendet
werden, wobei die Wurzelberechnung, die Quadratierung und die Cotangensberechnung wegfallen. Außer-
!■-) dem kann das Rechenverfahren verschiedenen Modifikationen
unterzogen werden. Ergeben die Prüfungen ferner eine Zurückweisung in sämtlichen vorbereiteten
Kombinationen, so besteht gewöhnlich der Fall, daß entweder kein Gegenstand vorhanden ist oder daß,
■κι wenn ein Gegenstand vorliegt, dieser sehr schmutzig
und/oder sehr verdorben ist. In diesem Fall kann ein Zurückweisungs-Signal erzeugt werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
■n Gemäß Fig.4 wird angenommen, daß ein Bildaufnahmeeinrichtung
1, die beispielsweise von einem Vidikon gebildet wird, ähnlich wie herkömmliche Bildaufnahmeeinrichtungen eine Rastertastung ausführt
und von Ausgangssignalen eines Synchronsignalgenera-
Vi tors 2 gesteuert wird. Bezüglich der Lage eines
Taststrahls sei angenommen, daß die x- und y-Koordinaten in jedem Zeitpunkt kontinuierlich von einem
Koordinaten-Generator 3 erzeugt werden.
Das von der Bildaufnahmeeinrichtung t abgegebene
v. Bildsignal 4 wird über eine Vorverarbeitungsstufe 5, die
beispielsweise aus einer Schwellenwert-Schaltung zui Umwandlung des Bildsignals in einen Binärwert besteht
einem Temporärspeicher 6 zugeführt, der beispielsweise von einem Schieberegister gebildet ist. Der Temporär-
wi speicher 6 bildet den später beschriebenen, sogenannter
dynamischen Speicher, der so aufgebaut ist, daC zweidimensionale Informationen parallel mittels eine:
in der nachfolgenden Stufe befindlichen zweidimensio nalen Muster-Gruppierungssture 7 gelesen werden.
i,r> In der Stufe ? werden gleichzeitig das an dei
gegenwärtigen Tasistelle der Bildaufnahmeeinrichtunf 1 zur Verfügung stehende Videosignal sowie die an der
vorherigen Stellen getasteten Informationen abgeleitet
Wie wenn also ein rechteckiger Rahmen mit bestimmten Abmessungen in Längs- und Querrichtung sequentiell
innerhalb des Meßbereichs der Bildaufnahmeeinrichtung bewegt würde, werden die Informationen
innerhalb des Rahmens kontinuierlich parallel gewonnen. Die Informationen innerhalb des Rahmens werden
dabei nacheinander im Zuge der Tastung erneuert. Ein Ausführungsbeispiel für die konkrete Schaltungsanordnung
der zweidimensionalen Muster-Gruppierungsstufe 7 soll weiter unten beschrieben werden.
Die für die zweidimensionalen örtlichen Muster innerhalb des Meßfeldes der Bildaufnahmeeinrichtung
repräsentativen Informationen, die bei fortschreitender Tastung nacheinander von der Gruppierungsstufe 7
gewonnen werden, werden zusammen mit dem Inhalt eines Teilmusterspeichers 8, in dem die als Standardmuster
dienenden Teilmuster vorher gespeichert worden sind, einem Koinzidenzdetektor 9 zugeführt. Diese
beiden Informationen werden miteinander verglichen, und es wird fortlaufend jeweils das Maß der Koinzidenz
zwischen den Informationen ermittelt.
In einem tatsächlichen Ausführungsbeispiel ist das Meßfeld der Bildaufnahmeröhre 1 in Form eines Rasters
mit 240 und 320 Bildelementen der Länge bzw. der Breite nach ausgebildet, wobei das von der Stufe 7
entnommene Muster in ein Feld in Form eines Regelmäßigen Quadrates von 12 mal 12 Bildelementen
gebracht wird. Dabei braucht das Feld nicht immer als regelmäßiges Quadrat gewählt zu werden, vielmehr ist
es auch möglich, gemäß dem jeweiligen speziellen Zweck jede beliebige Figur von beispielsweise 10 mal 14
oder 8 mal 7 Bildelementen willkürlich zu verwenden.
Im Falle von 12 mal 12 Bildelementen weist praktischer Weise auch der Teilmusterspeicher 8 12 mal
12 Bildelemente auf. In dem Speicher werden also 12 mal 12=144 Informationen gespeichert. Das Maß der
Koinzidenz des gesamten Teilmusters wird durch den Koinzidenzdetektor 9 in Form der Summe der
Koinzidenzwerte zwischen den 144 Informationseinheiten aus der Gruppierungsstufe 7 und den entsprechenden
in dem Speicher 8 gespeicherten Informationseinheiten ermittelt. Zu Beginn der Ermittlung, d. h. am
Beginn eines Bild-»Rahmens«, wird das Ausgangssignal des Koinzidenzdetektors 9 in einem Komparator 10 mit
einer Koinzidenzinformation verglichen, die einer starken Fehlkoinzidenz entspricht, wie sie vorher in
einen Koinzidenzwert-Haltekreis oder in ein Koinzidenzwert-Speicherregister 12 eingegeben worden ist.
Ist das gegenwärtige Maß der Koinzidenz besser als der in dem Register 12 vorher gespeicherte Inhalt, so
gibt der Komparator 10 ein Ausgangssignal ab, das einer logischen »1« entspricht. Dadurch wird ein Gatter
11 geöffnet, so daß der gegenwärtige Koinzidenzwert an das Register 12 weitergegeben und als dessen neuer
Inhalt gespeichert wird. Das Ausgangssignal des Komparators 10 wird außerdem einem Gatter 13
zugeführt, das die gegenwärtige Ausgangsgröße des Koordinatengenerators 3, d. h. die der Lage des
Taststrahls entsprechenden x- und y-Koordinatenwerte,
einem Koordinatenwert-Register 14 zuführt und die dort vorher gespeicherten Koordinatenwerte erneuert.
Bei Beendigung der Tastung des »Rahmens« ist also in dem Koordinatenregister 14 die Koordinatenlage X,
Y in dem Bild in der das mit dem vorher gespeicherten Teilmuster am besten koinzidierep.de Teilmuster vorhanden
ist, gespeichert, während in dem Koinzidenzwert-Speicherregister 12 diejenige Information enthalten
ist, die das Maß der in diesem Zeitpunkt vorhandenen Koinzidenz darstellt.
Auf diese Art und Weise lassen sich während der Tastzeit eines Rahmens oder Bildes die Lagekoordinaten
desjenigen Teilmusters erhalten, das die größte ) Korrelation zu einem als Standardmuster dienenden
Teilmuster aufweist.
Wird nun der Inhalt des Teilmusterspeichers 8 mit jedem Bild laufend erneuert, so ist es möglich, bei den
jeweiligen Bildern die Koordinaten so zu gewinnen, daß
κι die Koordinaten des Punktes A nach Fig. 1 im ersten
Bild oder »Rahmen«, die Koordinaten des Punktes B im zweiten und die des Punktes C im dritten Bild erhalten
werden. Zu diesem Zweck kann der Inhalt von gegen Einschreiben gesperrten Speichern in einer Verarbeitungseinheit
30 bzw. der Inhalt von in einem Hauptspeicher vorgesehenen Teilmusterspeicher 26,27
und 28 vorher über eine Schaltstufe 29 für jedes Bild in den Teilmusterspeicher 8 übertragen werden. Die dabei
verwendeten Zeitsteuersignale sind in Fig.5 darge-
2i) stellt.
Zeigt ein Signal (b) an, daß ein Transistor als abzutastender Gegenstand eingeführt worden ist, so
werden unter Verwendung eines Synchronisationssignals (a) der Bildaufnahmeröhre, die sich unabhängig
2) von dem Transistor bewegt, ein Signal (c) erzeugt, das
nur beim ersten Rahmen auf »1« schaltet, ferner ein Signal (d), das nur beim zweiten Rahmen auf »1«
schaltet, ein Signal (e), das nur beim dritten Rahmen auf »1« schaltet, usw. Um beispielsweise das Signal (c) zu
jo erzeugen, kann ein Schaltkreis vorgesehen sein, in dem ein Flip-Flop durch das Signal (b) getriggert wird, wobei
das Ausgangssignal des Flip-Flops und der Impuls (a) einem UND-Gatter zugeführt werden, und wobei ferner
vom Ausgangssignal des UND-Gatters ein weiteres
Γ) Flip-Flop getriggert wird, das durch das Ausgangssignal
des UND-Gatters zwischen seinem Ausgangssignal und dem Impuls (a) gelöscht wird.
Um das Signal (d) zu erzeugen, kann eine Flip-Flop-Schaltung dienen, die durch den Abfall des Signals (c)
■ίο auf »1« geschaltet und durch den nächsten Impuls (a)
gelöscht wird.
Vorhanden sind ferner ein Synchronisationssignal (f) sowie ein Synchronisationssignal (g), von denen das
erstere dem Synchronisationssignal (a) in der Phase
■Γ) nacheilt und das letztere voreilt. Die Ein-Aus-Steuerung
der Schaltstufe 29 in F i g. 4 erfolgt durch die Signale (c), (d) und (e). Die Schaltstufe 29 umfaßt drei Gatter, und
die Signale (c), (d) und (e) dienen als Signale zum öffnen und Schließen dieser Gatter. Als Signale zur Einleitung
■'χι der Übertragung können die UN D-Ausgangssignale
zwischen dem Signal (f) und den Signalen (c), (d), (e) benützt werden.
Andererseits dient das Signal (f) dazu, den Inhalt des Koinzidenzwert-Speicherregisters 12 nach F i g. 4 zu-
Vi nächst auf den niedrigen Koinzidenzwert zurückzustellen.
Dabei wird vorher zu Beginn jedes Rahmens die der starken Diskoinzidenz entsprechende Information eingegeben,
um Vorbereitungen für die Wahrnehmung eines Koinzidenzpunktes in dem bestimmten Rahmen
Mi zu treffen. Das Signal (g) kann als Schreibimpuls dienen,
das von den UND-Schaltkreisen in Verbindung mit den Signalen (c), (d) und (e) am Ende der jeweiligen Rahmen
benützt wird, um die Information über Schaltstufen 15
und 16 in einen der Koinzidenzwert-Speicher 17,18 und
μ 19 und einen der Koordinatenspeicher 20,21 und 22 zu
übertragen. Die Steuerung der Schaltstufen 15 und 16 kann dabei ähnlich wie die Steuerung der Schaltstufe 29
erfolgen.
Auf diese Art und Weise werden die wahrscheinlichsten Lagen für die drei Standard-Teilmuster durch
Abtasten der drei Rahmen ermittelt, wobei die Koordinatenlagen in den Registern 20, 21 und 22
gehalten werden. r>
Gleichzeitig werden die Koinzidenzwert-Informationen für die betreffenden Teilmuster in den Registern 17,
18 und 19 gehalten, und die Ergebnisse werden in einer Entscheidungsstufe 23 miteinander verglichen. Bei
dieser Stufe handelt es sich um einen Detektor für i<> beispielsweise den höchsten und den zweithöchsten
Wert. Die Stufe 23 wählt diese beiden Werte in der Reihenfolge ihres Koinzidenzmaßes aus und öffnet bzw.
schließt entsprechend den Ergebnissen eine Auswahlstufe 24. ι ·■>
Die Ausgangssignale der Auswahlstufe 24 sind demgemäß zwei der in den Speichern 20, 21 und 22
enthaltenen Koordinatenwerte, und zwar die Koordinaten für die repräsentativen Lagen der beiden Teilmuster
mit dem höchsten Koinzidenzgrad. Unter Bezugnahme >o
auf das Muster in F i g. 4 handelt es sich dabei um die Koordinaten der Punkte A und B.
Eine Rechenstufe 25 berechnet die Koordinaten der endgültigen Stellen P\ und ?2 durch Kombination aus
Addier-, Subtraktions-, Multiplikations- und Divisionsschaltungen auf der Basis der Koordinaten dieser beiden
Punkte und stellt am Ausgang die berechneten Ergebnisse zur Verfügung. Da in diesem Falle die
Koordinaten der repräsentativen Lagen der beiden am wahrscheinlichsten Teilmuster gemäß dem Koinzidenz- 1»
grad ausgewertet werden, können die vorherigen Verarbeitungsstufen, in denen die betreffenden repräsentativen
Lagen für gewisse Kombinationen der Muster ausgewertet werden, weggelassen werden.
Es ist oben beschrieben worden, daß die Koordina- r>
tenwerte dreier Teilmuster aus den Bildern dreier aufeinanderfolgender Rahmen erzielt werden, woraufhin
die Koordinaten mittels der Entscheidungsstufe 23, der Auswahlstufe 24 und der Rechenstufe 25 erzeugt
werden. -»o
Es ist jedoch eine Vielzahl von Abänderungen möglich. Werden beispielsweise die Koordinaten der
repräsentativen Lagen des Musters A und des Musters S beim ersten bzw. zweiten Rahmen erhalten, so erfolgt
die Entscheidung unmittelbar anhand der Koordinaten ·»■">
der beiden Lagen. Hält das Ergebnis der Prüfung nicht stand, so wird die Information für das Muster A
übergangen und beim nächsten Rahmen die Information für das Muster C anschließend eingegeben. In
alternativer Ausführung können auch die Informationen ><>
beider Muster A und B vernachlässigt werden und die Entscheidung mit einem neuen Satz von Mustern C und
D durchgeführt werden. In einem solchen Fall wird die Entscheidungsstufe 23, die mit dem Koinzidenzgrad
arbeitet, überflüssig, wobei jedoch die Steuerung der « Informationseingabe etwas verwickelter wird.
Die Verarbeitung in der obengenannten Verarbeitungseinheit 30 erfolgen mit hoher Geschwindigkeit
durch Verwendung von Spezialschaltungen. Aber selbst bei Verwendung eines Kleinrechners mit herkömmli- ho
eher Allzweck-Hardware können sämtliche Entscheidungsvorgänge in sehr kurzer Zeit am Ende des
betreffenden Rahmens, und zwar in der Rücklaufzeit der Bildaufnahmeeinrichtung, vorgenommen werden.
jedenfalls können nach Aufnahme des Teilmustcrs in μ
einem bestimmten Rahmen die Berechnung zur Erzielung der repräsentativen Lage des Teilmusters
sowie die Berechnung zur Gewinnung der gewünschten Punkte P\ und P2 auf die Grundlage der repräsentativen
Lagenin Realzeit durchgeführt werden. In sehr vielen Fällen werden daher die endgültigen Koordinaten-Lagen
aus dem berechneten Ergebnis in dem Zeitpunkt ausgewertet, in dem beispielsweise die Muster A und B
empfangen sind. Falls in Wirklichkeit der Gegenstand nicht örtlich sehr verschmutzt ist, so tritt im allgemeinen
die Notwendigkeit, anschließend neue örtliche Muster aus den Bildern der dritten, vierten usw. Rahmen zu
entnehmen und aus ihnen die Lagen zu ermitteln, nicht auf.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird nur ein Koinzidenzdetektor 9 verwendet. In diesem Fall
wird die Lage eines Teilmusters grundsätzlich mit einem Rahmen festgestellt. Sind die Stellen von Teilmustern
auf bestimmte Teile des Meßfeldes beschränkt und grobe Suchbeieiche bekannt, so ist es möglich, den
Inhalt des Teilmusterspeichers 8 derart umzuschalten, daß dann, wenn die obere Hälfte des Bildrahmens
getastet wird, das Muster A und dann, wenn die untere Hälfte getastet wird, das Muster B in dem Speicher
enthalten ist.
Ferner können natürlich dann, wenn drei Schaltgruppen, die jeweils einen Koinzidenzdetektor 9, einen
Komparator 10, ein Gatter 11, eine Koinzidenzwert-Speicherstufe 12, ein Gatter 13 und ein Koordinatenwert-Register
14 umfassen, vorgesehen sind, die Positionen für die drei Muster A, B und C bei ein und
demselben Rahmen mittels der drei Koinzidenzdetektoren 9 gleichzeitig ermittelt werden.
In diesem Fall entsprechen die drei Koinzidenzwert-Speicherregister
12 und die drei Koordinatenwert-Register 14 jeweils den Koinzidenzwert-Speichern 17,18,19
bzw. den Koordinatenspeichern 20, 21, 22, so daß die Schaltstufen 15 und 16 überflüssig werden.
In Fig.6 bis 8 sind Beispiele von konkreteren
Ausführungsformen der Hauptteile der in F i g. 4 dargestellten Gesamtschaltung gezeigt. F i g. 6 zeigt
dabei ein konkretes Ausführungsbeispiel für den Synchronsignalgenerator 2 und den Koordinatengenerator
3 gemäß Fig.4. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 6 ist so aufgebaut, daß Impulse von beispielsweise
etwa 6 MHz aus einem Taktimpulsgenerator 31 von einem Zähler 32 (der als X-Zähler bezeichnet wird)
gezählt werden, der sich bei Erreichen eines gewissen festen Wertes selbst zurückstellt und gleichzeitig einen
(als K-Zähler bezeichneten) Zähler 33 um »1« erhöht. Der Zähler 33 ist wiederum so aufgebaut, daß er sich bei
Erreichen eines gewissen festen Wertes selbst und außerdem den ^-Zähler 32 zurückstellt.
Die Ausgangsimpulse der jeweiligen Zähler dienen als X- und K-Synchronisationssignale, wobei die
Spannungswerte der Impulse unter Bezugnahme auf die Synchronisationsimpulse in geeigneter Weise umgeformt
werden, um die mit einem Vidikon oder dergleichen arbeitende Bildaufnahmeeinrichtung auszusteuern.
Andererseits dienen die Inhalte der X- und K-Zähler selbst als Informationen über die Lage des Strahls und
ergeben die Koordinatenwerte der Tastung.
In F i g. 7 ist ein konkretes Ausfuhrungsbeispiel eines Bildeingabesystems gemäß F i g. 4 dargestellt. Die
Videoinformation bzw. das Bildsignal 4 aus der Bildaufnahmeeinrichtung 1 wird dabei über einen
Differentialverstärker 34 in eine Schwellenschaltung 35 eingegeben. Dabei wird ein auf »1« schaltendes Signal
36 nur dann separat erzeugt, wenn ein gewisser Bildrahmenteil, beispielsweise der Mittelteil, getastet
wird. Nur zu diesem Zeitpunkt wird das Bildsignal 4 über ein Gatter 37 einem Integrator 38 zugeführt, wobei
das Ausgangssigna! des Integrators 38 am Ende des betreffenden Rahmens in einer Haltestufe 39 gespeichert
wird. Das Ausgangssignal der Haltestufe 39 wird bsi Bedarf über ein geeignetes Dämpfungsglied in den
Differentialverstärker 34 eingegeben.
Die Funktion der Schalkreise 37,38,39 und 34 besteht
darin kontinuierlich einen Schwellenwert auszuwerten, üer der mittleren Helligkeit des unmittelbar vorhergehenden
Rahmens entspricht. Unter Verwendung dieser Schaltkreise und der Schwellenschaltung 35 lassen sich
Zwischenwerte zwischen dem dunklen und dem hellen Pegel mit Erfolg in Binärwerte umformen. Die
obenerwähnten Schaltkreise entsprechen der Vorverarbeitungsstufe 5 nach F i g. 4.
Im Verlaufe der Tastung werden die in Binärwerte umgeformten Bildinformationen nacheinander in ein
Schieberegister 37-1 sowie in (n-1) weitere Schieberegister
36-1, 36-2... und 36-(n-l) eingegeben. Aus diesen letztgenannten Schieberegistern werden die Informationen
der Reihe nach in weitere Schieberegister 37-2, 37-3... bzw. 37-/7 übertragen. Die Schieberegister
36-1... weisen eine Anzahl von Bitstellen auf, die der Anzahl von Bildelementen einer horizontalen Tastung
entspricht, wobei für die obenerwähnten Teilmuster von 12 mal 12 Bildelementen die Zahl n=12 ist. In diesem
Ausführungsbeispiel sind demgemäß elf Schieberegister 36-1... und zwölf Schieberegister 37-1... vorhanden,
und die Anzahl der Bitstellen in den Schieberegistern 37-1... beträgt 12.
Auf diese Weise werden von dem Schieberegister 36-1 die Informationen der unmittelbar vorhergehenden
Tastung, von dem Schieberegister 36-2 die Informationen der vorletzten Tastung usw. abgegeben. Somit
erscheinen in den Schieberegistern 37-1, 37-2... und 37-/J mit fortschreitender Tastung die Informationen
entsprechend zwölf horizontalen Rasterzeilen, d. h. die Informationen einer 12-mal-12-Ebene. Der Inhalt dieser
12 mal 12 Bildelemente kann somit dem Koinzidenzdetektor
9 zugeführt werden.
Fi g. 8 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel eines
Schaltungsteils zur Ermittlung des Koinzidenzgrades. In Fig.8 ist der Teilmuster-Ebenspeicher 8 als eine
Vielzahl von Registern 8-1, 8-2... und 8-n dargestellt,
die jeweils den Schieberegistern 37-1,37-2... bzw. 37-/?
gegenüberstehen.
Unter Verwendung logischer Schaltkreise 38', die Exklusiv-Oder-Verknüpfungen für jeweils entsprechende
Bits bilden, lassen sich nur dann, wenn keine Koinzidenz festgestellt wird, logische »1 «-Ausgangssignale
für die betreffenden Bits erzeugen.
Die Ausgangssignale werden von einem Addierer 39' addiert. Das Ausgangssignal des Addierers 39' ist dabei
größer, wenn das Muster geringere Koinzidenz aufweist, während es kleiner ist und näher an Null liegt,
wenn das Muster stärker koinzidiert.
Wird nun das Ausgangssignal des Addierers 39' in Verbindung mit einer Analoginformation, in die der in
dem Koinzidenzwert-Speicherregister 12 digital gespeicherte Inhalt durch einen Digital/Analog-Wandler 40
umgewandelt wird, in einen Differentialverstärker 41 eingegeben, so wird das Ausgangssignal einer Schwellenschaltung
42 zu »1« nur dann, wenn der Koinzidenzgrad höher ist. Der Wert des Koinzidenzgrades wird
gleichzeitig in einer Tastspeicherstufe 45 gehalten, in die er beim Auftreten eines mit dem Taktimpuls synchronisierten
ZeitsteuerimDulses 43 über ein Gatter 44 eingegeben wird. Nach Umwandlung in digitaler Form
mittels eines Analog/Digital-Umsetzers wird der Wert des Koinzidenzgrades in das Koinzidenzwert-Speicherregister
12 eingespeichert, so daß der darin enthaltene Koinzidenzwert erneuert wird.
Andererseits öffnet das Ausgangssignal aus dem Gatter 44 das in Fig.4 gezeigte Gatter 13 und
Speichert die Koordinatenlage gleichzeitig in das Koordinatenwert-Register 14 ein.
In dem obigen Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Bildwerte in Binärwerte umgeformt werden.
Dies ist für Gegenstände mit Mustern vorteilhaft, deren helle und dunkle Bereiche verhältnismäßig klar sind, wie
dies beispielsweise bei Transistoren der Fall ist. Die Umwandlung in Binärwerte ist jedoch nicht unbedingt
erforderlich. Es ist auch möglich, die Bildwerte als mehrwertige Informationen zu berechnen. In diesem
Fall ist es erforderlich, daß die Schieberegister 36-1... und 37-1... gemäß F i g. 7 als mehrwertige Schieberegister
mit gewissen »Tiefen« ausgeführt sind. Jeder logische Schaltkreis 38' nach F i g. 8 zur Ermittlung des
Koinzidenzgrades kann dabei so angeordnet sein, daß eine Subtraktionsschaltung sowie eine Schaltung zur
Erzielung von Absolutwerten in Reihe geschaltet sind. Auf diese Art und Weise werden von dem Addierer 39
die Differenzen der Muster für die jeweiligen Bits addiert.
Der Addierer 39' kann so aufgebaut sein, daß ein Strom von einer Konstantstromquelle durch einen
gewissen Widerstand fließt und der Strom proportional zu den jeweils gebildeten Differenzen gesteuert wird.
In der obigen Beschreibung ist der Fall angenommen worden, daß die in dem komplizierten Muster des
Gegenstands örtlich vorhandenen Teilmuster selbst als Standardmuster verwendet werden. Dies ist jedoch
nicht unbedingt erforderlich; vielmehr können gelegentlich auch spezielle Muster zum Zwecke der Erkennung
in den Gegenstand eingeführt werden.
F i g. 9 zeigt Beispiele einer derartigen Markierung. Danach sind auf der Oberfläche eines Transistors
gleichzeitig mit den Elektroden Erkennungsmarken durch Aluminiumbedampfung und Fotoätzung erzeugt
worden. In F i g. 9 bedeuten die schraffierten Bereiche Siliciumoxid-Teile, während die nichtschraffierten Bereiche
aufgedampfte Aluminiumteile sind. In den gestrichelten Kästchen sind Markierungen eingezeichnet,
die die Größen der als Standardmuster zu speichernden örtlichen Muster angeben.
Da die Muster A und B als konzentrische Ringe ausgebildet sind, eignen sie sich auch für Verdrehungen
des Transistors innerhalb der Ary-Ebene. Diese Muster
sind insofern vorteilhaft, als die in den Fig.3d bis 3i
dargestellten geneigten Muster nicht eigens vorgesehen werden müssen. Außerdem haben in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel die Muster A und B ähnliche Größe und befinden sich einander gegenüber an Stellen
der hellen und dunklen Teile. Bei einer solchen Maßnahme können die logischen Schaltungen 38' und
der Addierer 39' gemäß Fig.8 von herkömmlichem Aufbau sein, und die beiden Schaltungen zur Ermittlung
des Maximalwertes und des Miniinalwertes des Koinzidenzgrades können als anschließende Schaltungen
vorgesehen sein.
In diesem Fall ist es daher möglich, die Lagen der Muster A und B parallel bei ein und demselben Rahmen
lediglich durch Vertauschen des Schaltungsteils zu gewinnen.
Das Muster C in Fig. 9 bildet ein komplizierteres
Beispiel. Wird die Form des Musters C in einen
geeigneten Code gebracht, so ist es möglich, daß die Lage nur dann ermittelt wird, wenn ein gewisses
spezielles Codemuster eingegeben wird. Dieses System kann also dazu verwendet werden, eine bestimmte Sorte
von Gegenständen auszuwählen.
Ferner bildet das Muster D ein Beispiel, bei dem ein Teil des auf dem Gegenstand an sich vorhandenen
Musters sowie ein eigens vorgesehener Teil zu einem einzigen örtlichen Muster kombiniert sind. Auf diese Art
und Weise ist es möglich, daß örtliche Muster absichtlich variierenden Aufbau haben. Die Erkennung kann bei
einem derartigen System so erfolgen, daß Standardmuster für sämtliche örtlichen Muster gespeichert werden.
Eine Schwierigkeit bei diesem System besteht jedoch darin, daß die Bildsignale möglicherweise verschoben
werden, wenn das System an einem Ort verwendet wird, an dem die Schwankungen der Umgebungstemperatur
stark sind. Selbst wenn am Anfang die Mitte eines optischen Systems so eingestellt worden ist, daß sie mit
der Mitte des Bildrahmens übereinstimmt, besteht bei einer mit einem Vidikon arbeitenden Bildaufnahmeeinrichtung
die Möglichkeit, daß durch Verschiebung der Strahlmitte oder durch Schwankungen in der Schwingungsbreits
des Strahls die Bildmitte und die optische Mitte gegeneinander verschoben werden oder daß die
Vergrößerungsverhältnisse des Bildes und des Gegenstandes unterschiedlich werden.
Handelt es sich bei der Bildaufnahmeeinrichtung um eine Festkörpereinrichtung, beispielsweise eine Anordnung
aus fotoelektrischen Elementen, so treten nur die Temperaturverschiebungen des optischen Systems auf,
was bei normaler Verwendung praktisch keine Probleme mit sich bringt.
Fig. 10 veranschaulicht ein Kompensationsverfahren
für derartige Verschiebungen in dem Fall, daß eine Vidikon-Bildaufnahmeeinrichtung oder dergleichen
verwendet wird. Wird die Erfindung beispielsweise bei einer automatischen Montiervorrichtung für Transistoren
verwendet, so ist es zweckmäßig, die Verschiebungskompensation in Zeitabständen von etwa einer
Stunde durchzuführen. In einem solchen Fall schließt die Verarbeitungseinheit 30 einen Verschluß 50 und öffnet
einen Verschluß 51 gemäß Fig. 10, so oft eine gewisse,
von einem Zeitgeber vorgegebene feste Zeitspanne abgelaufen ist oder eine Bedienungsperson oder die
automatische Montiervorrichtung einen entsprechenden Befehl gibt.
Normalerweise ist der Zustand entgegengesetzt, und die Bildaufnahmeröhre 1 ist durch ein optisches System,
das Linsen 52 und dergleichen sowie einen Halbspiegel 53 umfaßt, auf einen Gegenstand 60 gerichtet, der durch
eine Linse 55 von einer Lichtquelle 54 beleuchtet wird. Im Zeitpunkt der Korrektur fällt das Licht aus der
Lichtquelle 54 durch den geöffneten Verschluß 51 auf eine Bezugsplatte 56, deren optische Achse genau
eingestellt ist, und die Bildaufnahmeeinrichtung 1 ist über den Halbspiegel 53 auf die Bezugsplatte 56
gerichtet. Auf der Bezugsplatte 56 sind beispielsweise fünf verschiedene binäre Hell/Dunkel-Muster aufgezeichnet,
von denen eines in dem mittleren Teil und die übrigen in den vier Ecken der Platte angeordnet sind.
Daher lassen sich mittel? der Bildsignale aus der Bildaufnahmeeinrichtung 1 die Lagen der örtlichen
Muster der Reihe nach über einige Rahmen unter Verwendung der obengenannten Schaltung ermitteln,
wobei die Ergebnisse an die Verarbeitungseinheit 30 weitergegeben werden, bei der es sich beispielsweise urn
einen Kleinrechner handelt. Auf der Basis dieser Lageinformationen errechnet die Verarbeitungseinheit
30 beispielsweise die Größe der Bildverschiebung gegenüber dem mittleren Muster sowie Schwankungen
in der Bildvergrößerung aus dem Mittel der vier Eckmuster. Dadurch lassen sich die in der Rechenschaltung
nach F i g. 4 verwendeten Parameter korrigieren. Periodische Korrekturen lassen sich auf diese Art und
Weise automatisch durchführen.
F i g. 11 zeigt ein Schaltbild der gesamten Vorrichtung
für den Fall, daß das erfindungsgemäße System bei der Fertigung von Transistoren angewandt wird. Außer
der Verarbeitungseinheit 30 sind die übrigen Teile der F i g. 4 als ein Detektor 61 in Form eines Blockes
dargestellt. Mit dem Detektor 61 sind mehrere Bildaufnahmeeinrichtungen 1-1, 1-2... und 1-m beispielsweise
über einen elektronischen Schalter 62 gekoppelt. Die jeweiligen Bildaufnahmeeinrichtungen
gehören zum automatischen Verbindungs- oder Montiervorrichtungen 63-1, 63-2... und 63-m und dienen
dazu, die den jeweiligen Vorrichtungen zugeführten Gegenstände oder Transistoren 60 zu überwachen.
Gibi die betreffende Vorrichtung ein Signal ab, das
angibt, daß ein Transistor als Gegenstand zugeführt worden ist, so wird dieses Signal über eine Sammelleitung
64 als Unterbrechungssignal der Verarbeitungseinheit 30 zugeführt. Dieses Signal wird von einer
Unterbrechungs-Erkennungsstufe 65 wahrgenommen Daraufhin wird der Inhalt eines Statusregisters 66, der
angibt, welche Montiervorrichtung 63-1... 63-m der Detektor 61 bedient, mit Hilfe einer Belegt-Enlschei·
dungsstufe 67 beurteilt. Bedient der Detektor 61 eine der Vorrichtungen, so wird ein Belegt-Signal erzeugt
das als Befehl an die Unterbrechungs-Erkennungsstufe 65 rückführt. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis
der Belegt-Zustand aufgehoben ist. 1st der Detektor 61 nicht belegt, so kann er verwendet werden. Sodann wire
in der nächsten Stufe von einem Steuersignalgeneratoi
68 ein Steuersignal an die das Unterbrechungssigna aufweisende Vorrichtung abgegeben, so daß dei
Schalter 62 sowie ein Schalter 69 für die entsprechende Vorrichtung umgeschaltet werden. Gleichzeitig wire
diejenige Bitstelle in dem Statusregister 66, die dei Vorrichtung mit dem Unterbrechungssignal entspricht
auf »1« geschaltet, um anzuzeigen, daß der Detektor 61 belegt ist, und die anschließende Unterbrechung
auszuschalten. In diesem Falle ist üblicherweise in dei Unterbrechungs-Erkennungsstufe 75 ein Register vor
gesehen, das nur das Unterbrechungssignal speichert.
Beim nächsten Schritt wird von einem Teilmuster speicher 70 (der mit der Kombination aus den Stufen 26
27 und 28 nach F i g. 4 äquivalent ist) ein Standard-Teil muster über einen Standardmuster-Sender 71 an der
Detektor 61 übertragen. Dabei erzeugte Koordinaten und Koinzidenzwert-Signale werden von einer Daten
eingabe- und Steuerstufe 72 empfangen. Im AnschluC daran wird, wie oben erwähnt, unter Verwendung diesel
Daten diese Rechnung durchgeführt. Das Endergebni: wird mittels einer Entscheidungsstufe 73 und einei
Koordinatenrechenschaltung 74 ausgegeben.
Die endgültige Koordinatenlage wird dem entspre chenden von m Registern 75-1,75-2... und 75-m gemäl
dem jeweils gewählten Zustand des Schalters 6! eingegeben. Auf der Grundlage dieser Werte wird de
entsprechend zugeordnete ΛΎ-Servomechanismus 7<
ausgesteuert.
Gemäß der Darstellung in F i p. 11 bewegt de
Servomechanismus 76 den Gegenstand 60. !n eine
Transistor-Montiervorrichtung ist es jedoch von Vorteil, den Gegenstand festzuhalten, eine nach dem
Thermokompressionsverfahren arbeitende Golddraht-Lötvorrichtung mit Hilfe des Servomechanismus einzustellen und danach die vorgeschriebene Folge von
Verfahrensschritten des Thermokompressions-Lötvorgangs nach vorbestimmten nockengesteuerten Arbeitsabläufen durchzuführen.
In der obigen Beschreibung ist ein Transistor als
Gegenstand angenommen worden. Diese Annahme wurde jedoch nur zur Erläuterung gewählt, während es
sich bei dem Gegenstand um jeden beliebigen für das vorliegende System geeigneten Gegenstand handeln
kann. Bei der Erkennung der Lage eines Gegenstands liegt gewöhnlich eine große Anzahl von Informationen
vor, und es ist nahezu unmöglich, den gesamten Gegenstand als ein Muster zu speichern; selbst wenn die
Speicherung möglich ist, so wird die Vorrichtung sehr
unhandlich.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung weist als wichtiges Merkmal die Tatsache auf, daß die
Lage durch Speicherung nur von verhältnismäßig kleinen Teilmustern ermittelt wird. Daraus ergeben sich
leistungsfähige Anwendungsmöglichkeiten mit einer verhältnismäßig kleinen Apparatur.
quadratisch oder rechteckig. Werden jedoch bei Teilmustern, die aus beispielsweise 12 mal 12 = 144
Bildelementen bestehen, die Werte in der Umgebung der vier Ecken des Quadratischen Feldes vernachlässigt
und beispielsweise die logischen Schaltungen 38' in Fig.8 weggelassen oder ihre Ausgangssignale unterdrückt, so entspricht dies der Verwendung von
kreisförmigen Teilmustern.
Obwohl Fehler auftreten, die einer derartigen Digitalisierung einer Ebene zuzuschreiben sind, lassen
sich Teilmuster jeder beliebigen Form verarbeiten.
Wie oben erwähnt, vermittelt die vorliegende Erfindung eine Musterübereinstimmung mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der die Bildaufnahmeeinrichtung tastet, wobei dies mit einer verhältnismäßig wenig
umfangreichen Apparatur möglich wird. Da sich die Muster auf Teilmuster beschränken, kann außerdem die
Speicherkapazität klein sein.
Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung wird daher die Erkennung der Lage eines Gegenstands
mittels eines optischen Gerätes möglich, was bisher nahezu unmöglich war. Da diese Möglichkeit sich ferner
in wirtschaftlicher Weise realisieren läßt, wird die Automatisierung von Fertigungseinrichtungen und
dergleichen ermöglicht.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur Erkennung der Lage eines Musters mit einer Bildaufnahmeeinrichtung zur J
Abtastung des Musters unter Erzeugung eines das Muster wiedergebenden ersten Bildsignals, einer
Detektoreinrichtung zur Feststellung eines eine vorgegebene Bedingung erfüllenden Teils des ersten
Bildsignals und einer Lagebestimmungseinrichtung, mi
die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Detektoreinrichtung die Koordinaten einer gesuchten
Stelle des Musters berechnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung
einen Speicher (8) umfaßt, in dem ein zweites ΐϊ
Bildsignal eines einem charakteristischen Teil des Musters entsprechenden zweidimensionalen Vergleichsmusters
gespeichert ist, ferner eine Gruppierungseinrichtung (7), die aus dem ersten Bildsignal
nacheinander jeweils zweidimensicnalen Teilmu- 2«
stern entsprechende dritte Bildsignale entnimmt, sowie eine mit dem Speicher (8) und der
Gruppierungseinrichtung (7) verbundene Vergleicherstufe (9), die das zweite Bildsignal mit den
einzelnen dritten Bildsignalen vergleicht und ermit- r> telt, welches der zweidimensionalen Teilmuster den
höchsten Grad an Koinzidenz mit dem zweidimensionalen Vergleichsmuster aufweist, und daß die
Lagebestimmungseinrichtung (3,13,25) die Koordinaten
der gesuchten Stelle des Musters aus den jo Koordinaten des Teilmusters mit dem höchsten
Koinzidenzgrad berechnet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Umsetzereinrichtung (34... 39), die das
von der Bildaufnahmeeinrichtung (1) aufgenommene )'> Muster in Binärwerte umsetzt, und daß die
Vergleicherstufe (9) die entnommenen Teilmuster mit dem Vergleichsmuster bitweise vergleicht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzereinrichtung (34... 39) -in
eine Haltestufe (39) umfaßt, die jeweils das dem von der Bildaufnahmeeinrichtung (1) gerade getasteten
Muster unmittelbar vorausgehende Muster speichert und die mittlere Helligkeit dieses vorausgehenden
Musters ermittelt, sowie eine Einrichtung (35), 4r>
die das gerade getastete Muster in auf eine mittlere Helligkeit bezogene Binärwerte umsetzt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (8) mehrere Speicherstellen
(26, 27, 28) zum vorhergehenden Speichern ■><> mindestens zweier Vergleichsmuster aufweist und
daß die Lagebestimmungseinrichtung (3, 13, 25) diejenigen Teilmuster ermittelt, die mit den beiden
Vergleichsmustern am besten koinzidieren, und die Koordinaten der gesuchten Stelle des Musters aus
den Koordinaten beider Teilmuster berechnet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, eine Entscheidungsstufe (23), die die
Koinzidenzgrade zwischen den am besten koinzidierenden Teilmustern vergleicht und die Koordinaten «>
des Teilmusters mit dem höchsten Koinzidenzgrad ermittelt, und daß die Lagebestimmungseinrichtung
(3, 13, 25) die Koordinaten der gesuchten Stelle des Musters aus den Koordinaten des so ermittelten
Teilmusters berechnet. μ
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleiche zwischen den Vergleichsmustern
und den entnommenen Teilmustern so erfolgen, daß bei jedem Bereich bzw. bei jeder
Periode der Tastung des Musters durch die Bildaufnahmeeinrichtung (1) eine Umschaltung erfolgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Winkelkorrektur des Musters
entsprechend den Koordinaten einer Gruppe von Teilmustern hoher Koinzidenz erfolgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Halbspiegel (53) und einen zwischen der
Bildaufnahmeeinrichtung (1) und dem das Muster tragenden Gegenstand (60) angeordneten ersten
Verschluß (50), ferner eine Lichtquelle (54), die den Gegenstand (60) durch den Halbspiegel (53) und den
ersten Verschluß (50) hindurch beleuchtet, eine von der Lichtquelle (54) durch den Halbspiegel (53)
beleuchtete Bezugsplatte (56) mit einer darauf vorgesehenen Markierung sowie einen zwischen
dem Halbspiegel (53) und der Bezugsplatte (56) angeordneten zweiten Verschluß (51), wobei die
beiden Verschlüsse (50,51) derart selektiv einschaltbar sind, daß entweder das Muster auf dem
Gegenstand (60) oder die Markierung auf der Bezugsplatte (56) von der Bildaufnahmeeinrichtung
erfaßt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Bildaufnahmeeinrichtungen
(1-1... 1-m), die mit der nachfolgenden Verarbeitungsschaltung
selektiv verbindbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster ein konzentrisches
Muster aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Muster von einem Halbleiter-Schaltungselement gebildet ist.
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