DE2508992A1

DE2508992A1 - Verfahren zur ueberpruefung des einwandfreien zustands von bauteilen

Info

Publication number: DE2508992A1
Application number: DE19752508992
Authority: DE
Inventors: William L Hrybyk; Raymond A Lloyd; Kenneth C Ryan
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-03-08
Filing date: 1975-03-01
Publication date: 1976-04-01
Also published as: GB1479406A; IL46733A; US3916439A; FR2263492A1; IL46733A0; JPS50123386A; CA1017848A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 28. Febr. 1975 45,189
7523

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Verfahren zur Überprüfung des einwandfreien Zustande von Bauteilen

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen und Verfahren zur Überprüfung, insbesondere zur Erfassung von Fehlern durch Vergleich von Fernsehbildern.

Es wird ein Prüfsystem erläutert, das mit Differenzbildern arbeitet. Mangel eines zu überprüfenden oder kontrollierenden Bauteils werden durch Vergleich eines Fernsehbildes eines Modells des Bauteils mit einem Fernsehbild des zu prüfenden Bauteils ermittelt, indem Abweichungen dazwischen erfaßt werden. Das Fernsehbild des Modells wird normalerweise durch Fokussierung einer Fernsehkamera auf ein als einwandfrei bekanntes Muster und Speichern des so erzeugten Fernsehbildes in einem Speichersystem wie einer Video-Magnettrommel erhalten. Ein zu prüfendes Bauteil wird kontrolliert, indem die Fernsehkamera auf das Bauteil fokussiert wird, so daß sie ein Fernsehbild davon erzeugt. Dieses Fernsehbild des zu prüfenden Bauteils wird mit dem zuvor gespeicherten Bild des Bauteils verglichen, um so ein der Differenz dazwischen entsprechendes Video-Signal zu erzeugen. Dieses Signal wird dann in ein Absolutwertsignal umgewandelt, um ein Videosignal zu erzeugen, das repräsentativ für die Abweichungen zwischen dem Videobild des Modells und

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dem Videobild des zu prüfenden Bauteils ist. Dieses Signal wird mit einem ersten Farbeingang, beispielsweise Rot, eines Fernseh-Monitors gekoppelt. Das Fernsehbild des zu prüfenden Bauteils wird mit einem zweiten Farbeingang, beispielsweise Grün, desselben Fernsehmonitors gekoppelt. Dies erzeugt eine zusammengesetzte Fernsehwiedergabe, in der die Abweichungen zwischen dem Fernsehbild des zu prüfenden Bauteils und dem Fernsehbild des Modells in unterschiedlichen Farben erscheinen. Das ermöglicht dem Operator des Systems eine leichte Erfassung der Abweichungen zwischen dem Modell und dem Prüfling, um so zu ermitteln, ob der Prüfling vorgegebenen Werten oder Spezifikationen genügt. Dieses System erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Ermittlung fehlender Komponenten und sonstiger baulicher Mangel bei Bauteilen wie elektronischen Bausteinen oder in solchen Bausteinen (Moduln) verwendeten Substraten.

Die Bilder der Bauteile können auch auf andere Weise erzeugt werden. Die Grundforderung besteht darin, daß zwei für die Eigenschaften der Bauteile repräsentative Signale erzeugt werden, so daß die Signale, die für die Eigenschaften des als einwandfrei bekannten Bauteils repräsentativ sind, leicht mit gleichartigen Signalen verglichen werden können, die dem Prüfling zugeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Anordnung zur Prüfung elektronischer Einrichtungen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Überprüfung des einwandfreien Zustands von Bauteilen erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Fernsehbild sowohl eines vorgegebenen Werten entsprechenden Modell-Bauteils als auch eines Prüfling-Bauteils, dessen Eigenschaften bestimmt werden sollen, erzeugt und die beiden so erzeugten Fernsehbilder daraufhin verglichen werden, inwieweit das Prüfling-Bauteil den vorgegebenen Werten genügt.

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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Anordnung zur Überprüfung eines einer bestimmten Serie angehörenden Bauteils darauf, ob es vorgegebenen Werten genügt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur selektiven Bildung eines Fernsehbildes mindestens eines als einwandfrei bekannten Modell-Bauteils; eine mit der Einrichtung zur selektiven Bildung eines Fernsehbildes verbundene Einrichtung zum Vergleich eines Fernsehbildes des Modell-Bauteils mit einem Fernsehbild des zu überprüfenden Bauteils und damit zur Erzeugung eines für die Differenz dazwischen repräsentativen Signals; sowie durch eine mit der Vergleich-Einrichtung verbundene Einrichtung, die auf das Differenzsignal anspricht und dabei eine Anzeige entsprechend dem Grad der Übereinstimmung des Prüflings mit den vorgegebenen Werten erzeugt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 perspektivisch eine Ansicht eines Modell-Substrats zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Erfindung;

Fig. 2 perspektivisch eine Ansicht eines auf das Modell-Substrat abgestimmten Prüfling-Substrats zur weiteren Veranschaulichung der Arbeitsweise des Systems nach der Erfindung;

Fig. 3 eine zusammengesetzte Fernsehwiedergabe, die durch Vergleich des Fernsehbildes des Prüfling-Substrats der Fig. 2 mit einem gespeicherten Fernsehbild des Modell-Substrats der Fig. 1 erzeugt worden ist;

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Prüfsystems nach der Erfindung ; und

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Fig. 5 ein Impulsdiagramm typischer, von dem System erzeugter Videosignale.

Die Arbeitsweise des Prüfsystems nach der Erfindung wird im einzelnen erläutert, indem gezeigt wird, wie ein typischer Aufbau unter Verwendung des Systems überprüft bzw. kontrolliert wird. Der typische Aufbau der Fig. 1 ist ein Abschnitt eines Keramiksubstrats mit darin angeordneten Löchern. Substrate dieser Art finden in der Elektronikindustrie weitgehende Verwendung. Das System nach der Erfindung wird im Hinblick auf das Problem erläutert, das gezeigte Substrat zu überprüfen und damit zu ermitteln, ob es die richtige Anzahl Öffnungen mit der richtigen Größe und Konturierung hat.

Das mit Fig. 1 gezeigte Substrat ist definitionsgemäß ein Modell der zu überprüfenden oder kontrollierenden Substrate. Das Modell wird durch weitere Einrichtungen überprüft, um festzulegen, daß es mit gewünschten vorgegebenen Werten oder Spezifikationen übereinstimmt. Das Grundsubstrat 10 ist im wesentlichen rechteckig und enthält vier rechteckige öffnungen 11 bis 14. Das Prüfsystem vergleicht Fernsehbilder des Prüflings mit Fernsehbildern des Modells. Nennenswerte Abweichungen zwischen diesen Bildern zeigen an, daß der kontrollierte Prüfling fehlerhaft ist.

Anstelle von Fernsehbildern, die nur beispielshalber angeführt sind, kommen andere Bilder in Frage, soweit sie nur elektrische Signale enthalten, die für die Eigenschaften eines Modell-Bauteils einerseits und eines Prüfling-Bauteils andererseits repräsentativ sind.

Das Prüfling-Substrat, das überprüft werden soll, um die Wirkungsweise des Systems zu veranschaulichen, ist in Fig. 2 ge-

zeigt. Dieses Prüfling-Substrat 15 ist normalerweise mit dem Modell-Substrat nach Fig. 1 identisch. Um jedoch zu verdeutlichen, wie das Prüfling-Substrat mit dem Modell-Substrat verglichen wird, um Fehler zu erfassen, ist das Prüfling-Substrat der Fig. 2 nur mit drei Öffnungen 16, 17 und 18 wiedergegeben.

Das Ergebnis des Vergleichs des Prüfling- und des Modell-Substrats ist eine Fernsehwiedergabe entsprechend Fig. 3. Diese mit Fig. 3 gezeigte Wiedergabe stellt eine Zusammensetzung aus dem Fernsehbild des Modell-Substrats nach Fig. 1 und des Prüfling-Substrats nach Fig. 2 dar, wobei die übereinstimmenden Flächen des Modells und des Prüflings auf einem Farb-Monitor in Grün und die Differenzen zwischen dem Modell und dem Prüfling in Rot wiedergegeben werden. Das ermöglicht eine leichte Feststellung der Abweichungen zwischen dem Modell und dem Prüfling. Anhand dieser Wiedergabe ist der Operator des Systems in der Lage, leicht zu bestimmen, ob der Prüfling noch als einwandfrei zu betrachten ist oder nicht.

Speziell besteht hier die Abweichung zwischen dem Modell und dem Prüfling darin, daß im Prüfling eine der Öffnung 13 des Modells entsprechende Öffnung in der oberen rechten Ecke fehlt. Diese Abweichung ist in dem zusammengesetzten Fernsehbild als Öffnung 23 gezeigt, die in Rot wiedergegeben wird. Die übrigen Bereiche des zusammengesetzten Fernsehbildes sind grün, was anzeigt, daß diese Bereiche des Modells und des Prüflings identisch sind.

Das grundlegende Prüfsystem ist mit Fig. 4 gezeigt. Das System enthält eine Fernsehkamera 38, die auf das Prüfling-Substrat fokussiert ist. Das Substrat kann entweder das Modell- oder das Prüfling-Substrat sein, je nachdem, ob das System sich in der Vorbereitungs- bzw. Einrichtungs- oder aber in der Überprüfungsbetriebsart befindet, wie das weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird.

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Bei dem die Arbeitsweise des Prüfsystems nach der Erfindung veranschaulichenden Beispiel wird das Prüfling-Substrat 15 (Fig. 2) daraufhin überprüft, ob es die richtige Anzahl öffnungen enthält. Am günstigsten wird das Substrat daher durch eine Lichtquelle 30 beleuchtet, die hinter ihm angeordnet ist, so daß das Licht durch die Öffnungen tritt und auf die Linse der Fernsehkamera 28 trifft. Bei dieser Art der Aus- oder Beleuchtung erhält man den stärksten Kontrast zwischen den Öffnungen und dem Substrat. Das Video-Ausgangssignal der Fernsehkamera 28 ist mit dem Grün-Eingang eines Farb-Monitors 31, einem Eingang eines analogen Videosignal-Komparators 32 sowie einer Video-Speichereinheit 33 über einen Inverter 34 und einen Schalter 35 gekoppelt. Die genauere Funktion des Schalters wird später erläutert. Die Video-Speichereinheit 33 erzeugt auch Synchronisiersignale, die mit der Fernsehkamera 28, dem Monitor 31 und dem Video-Komparator 32 gekoppelt sind.

Das Ausgangssignal des Komparators 32 durchläuft eine Niveaudiskriminator-Absolutwertschaltung 36. Das Ausgangssignal dieser Schaltung 36 ist der Absolutwert der Abweichung zwischen den Fernsehbildern des Modells bzw. der Vorlage und des Prüflings. Dieses Signal ist mit dem roten Videoeingang des Monitors 31 gekoppelt.

Die Arbeitsweise des Systems der Fig. 4 wird nachstehend weiter ins einzelne gehend erläutert, indem gezeigt wird, wie das Modell-Substrat 10 der Fig. 1 mit dem Prüfling-Substrat 15 der Fig. 2 verglichen wird, um eine zusammengesetzte Fernsehwiedergabe zu erzeugen, in der die Abweichungen zwischen den Fernsehbildern des Prüflings und der Vorlage mit einer Färbung erscheinen, die von dem übrigen zusammengesetzten Bild abweicht.

Wie mit Fig. 4 gezeigt, ist die Fernsehkamera 28 auf das Modell-Substrat 10 fokussiert. Wie allgemein bekannt, tastet eine herkömmliche Fernsehkamera, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, einen von ihr betrachteten Gegenstand jeweils längs einer Zeile ab.

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Das Modell- und das Prüfling-Substrat werden daher längs einer gleichen Zeile abgetastet, so daß eine einzelne Zeile Video-Information erzeugt wird, die angibt, wie entsprechende Bereiche der Fernsehbilder des Modells bzw. der Vorlage und des Prüflings entstehen. Das Modell- und das Prüfling-Substrat werden längs einer Zeile oder Linie abgetastet, die in Fig. 4 mit 43 bezeichnet ist. Die Einzelheiten der verschiedenen längs dieser Abtastlinie 43 erhaltenen Videosignale sind in Fig. 5 näher dargestellt.

Bei der Vorbereitung oder Einrichtung des Systems wird das Modell-Substrat in der mit Fig. 4 gezeigten Weise angeordnet. Der Schalter 35 wird geschlossen, um den Video-Ausgang der Fernsehkamera 28 mit dem Eingang des Inverters 34 zu verbinden. Das System wird dann aktiviert, wobei die Fernsehkamera 28 das Modell-Substrat vollständig abtastet, um so ein Fernsehbild dieses Substrats zu erzeugen. Diese Video-Information wird durch den Inverter 34 invertiert und in der Video-Speichereinheit 33 gespeichert. Die bei der Abtastung des Modell-Substrats 10 längs der Linie 43 der Fig. 4 erhaltene Video-Einzellinie ist in Fig. 5 mit 44 bezeichnet. Das ihr entsprechende Signal weist zwei Impulse 45 und 46 auf, die von dem durch die Öffnungen 11 und 13 des Modell-Substrats fallenden Licht herrühren. Dieses Video-Signal wird invertiert und in der Speichereinheit 33 gespeichert. Das in der beispielsweise von einer Platte gebildeten Speichereinheit gespeicherte Signal ist in Fig. 5 mit 47 bezeichnet. Alle anderen durch Abtasten des Modell-Substrats erhaltenen Linien oder Zeilen werden in der Speichereinheit in gleicher Weise festgehalten. Nachdem ein vollständiges Fernsehbild des Modell-Substrats gespeichert worden ist, wird der Schalter 35 geöffnet, so daß keine weitere Information mehr in der Speichereinheit 33 gespeichert wird. Der Schalter 35 würde normalerweise automatisch arbeiten, da ein manuell betätigter Schalter zu langsam wäre.

Das mit Fig. 2 gezeigte Prüfling-Substrat 15 wird als nächstes so angeordnet, daß die Fernsehkamera 28 darauf fokussiert ist.

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Ein Fernsehbild des Prüfling-Substrats 15 wird dann mit dem Speicher-Fernsehbild des Modell-Substrats 10 verglichen. Dies erfolgt durch Abtasten des Prüfling-Substrats mit der Fernsehkamera 28, so daß ein Fernsehbild erzeugt wird, das mit dem gespeicherten Fernsehbild des Modell-Substrats 10 verglichen wird. Das "live"-Fernsehbild des Prüfling-Substrats 15 wird außerdem mit einem ersten Eingang des Video-Komparators 32 gekoppelt. Der zweite Eingang dieses Video-Komparators 32 erhält das Fernsehbild des Modell-Substrats, das in der Speichereinheit 33 gespeichert ist. Der Video-Komparator 32 erzeugt ein Ausgangssignal, das gleich der algebraischen Summe aus dem invertierten Speicher-Fernsehbild des Modell-Substrats 10 und dem "live"-Fernsehbild des Prüfling-Substrats 15 ist. Da ein absoluter Vergleich dieser beiden Signale sowohl zu einem positiven als auch zu einem negativen Signal führen kann und der Video-Eingang des Farb-Monitors 31 nur auf positive Signale anspricht, muß das Video-Ausgangs signal des !Comparators 32 vor seiner Kopplung mit dem Farb-Monitor 31 in ein Absolutwertsignal umgewandelt werden. Es kann auch der Fall eintreten, daß die Signale nicht genau gleich sind, so daß es notwendig sein kann, daß das Vergleichsergebnis einen vorgegebenen Wert überschreitet, ehe Video-Information mit dem Rot-Eingang des Farb-Monitors 31 gekoppelt wird. Das erfolgt in der Weise, daß dieses Signal mit dem Rot-Eingang des Farb-Monitors 31 über die Niveau-Diskriminator-Absolutwertschaltung 36 gekoppelt wird. Diese Schaltung überführt das Ausgangssignal des Komparators 32 in ein Absolutwertsignal und verhindert die Kopplung dieses Absolutwertsignals mit dem Rot-Eingang des Farb-Monitors 31, bis dieses einen vorgegebenen Wert übersteigt. Dadurch wird verhindert, daß eine kleine Unstimmigkeit zwischen den Eingangssignalen ein falsches Differenzsignal erzeugt.

Das Ausgangssignal der Schaltung 36 speist den Rot-Eingang des Farb-Monitors 31, so daß die Abweichung zwischen Fernsehbildern des Prüflings und des Modells in Rot erscheinen.

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Ein zusammengesetztes oder Überlagerungs-Fernsehsignal,, wie es aus der Verarbeitung miteinander korrespondierender Zeilen der Fernsehbilder des Modells und der Prüflinge erhalten wird, ist in Fig. 5 mit 51 bezeichnet. Dieses Signal enthält einen positiven Impuls, wie er durch die Öffnung 13 des Modell-Substrats 10 hervorgerufen wird. Die beiden zur Erzeugung des zusammengesetzten oder überlagerten Signals verwendeten Signale sind in Fig. 5 mit 47 und 50 bezeichnet. Aufgrund einer ersten überprüfung dieser beiden Signale würde die einfache algebraische Summe einen negativen Impuls ergeben. Wie zuvor erwähnt, wird dieses Signal jedoch durch die Schaltung 36 in ein positives Signal entsprechend dem Signal 51 der Fig. 5 umgewandelt. Dieses zusammengesetzte oder Überlagerungs-Signal speist den Rot-Eingang des Fernseh-Monitors, während das Ausgangs-Signal 50 der Fernsehkamera den Grün-Eingang des Farb-Monitors 31 speist. Das ergibt das zusammengesetzte Fernsehbild der Fig. 3, bei dem übereinstimmende Bereiche der beiden verglichenen Bilder in Grün erscheinen, während Abweichungen dazwischen in Rot wiedergegeben werden. Die übereinstimmenden öffnungen des Prüflings und des Modells sind in Fig. 3 mit 20, 21 und 24 bezeichnet, während die Öffnung, hinsichtlich deren die beiden Substrate eine Abweichung aufweisen, mit 23 bezeichnet ist.

Das System der Fig. 4 kann aus herkömmlichen Komponenten aufgebaut werden. Typische Modellnummern und Hersteller für solche Komponenten sind nachstehend zusammengestellt:

1. Die Kamera kann ein Modell 113 von KGM sein;

2. Die Video-Speichereinheit 33 kann von einem Modell 410 gebildet sein, wie es von Colorado Video Inc. hergestellt wird;

3. Der Komparator kann ein Modell A-12/C sein, wie er von Antech hergestellt wird;

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4. Die Niveaudiskriminator-Absolutwertschaltung 36 kann ein Modell A-12/C sein, wie es von Antech hergestellt wird; und

5. Der Farb-Monitor kann ein Modell 650-1 sein, wie es von Tektronix hergestellt wird.

Das System nach Fig. 4 kann in mannigfacher Weise abgewandelt werden, um es an spezielle Anwendungsfälle anzupassen. Beispielsweise kann für einige Anwendungsfälle eine Beleuchtung des Prüflings von vorne oder von der Seite vorteilhafter sein. Ebenso können Komponenten des Systems verwendet werden, die von den angeführten Beispielen abweichen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche ;

Verfahren zur Überprüfung des einwandfreien Zustands von Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fernsehbild sowohl eines vorgegebenen Werten entsprechenden Modell-Bauteils als auch eines Prüfling-Bauteils, dessen Eigenschaften bestimmt werden sollen, erzeugt und die beiden so erzeugten Fernsehbilder daraufhin verglichen werden, inwieweit das Prüfling-Bauteil den vorgegebenen Werten genügt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernsehbild des Modell-Bauteils vor dem Vergleich der Fernsehbilder des Modell-Bauteils und des Prüfling-Bauteils miteinander gespeichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der Fernsehbilder des Modell- und des Prüfling-Bauteils die Bilder zur Erzeugung eines Differenzsignals algebraisch Zeile für Zeile überlagert werden, das Fernsehbild des Prüfling-Bauteils in einer ersten Farbe auf einem Farb-Monitor wiedergegeben wird und daß das Differenzsignal in einer zweiten Farbe auf dem Farb-Monitor wiedergegeben wird, um so ein zusammengesetztes oder überlagertes Fernsehbild zu erzeugen, in dem gleiche Teile oder Bereiche der Bilder in einer Farbe und Abweichungen in einer weiteren Farbe erscheinen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabe des Vergleichs auf solche Abschnitte eines Vergleichssignals beschränkt wird, die einen vorgegebenen Wert übersteigen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernsehbild des Modell-Bauteils vor seiner Speicherung invertiert wird.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der Fernsehbilder des Modell- und des Prüfling-Bauteils das gespeicherte Fernsehbild des Modell-Bauteils und das Fernsehbild des Prüfling-Bauteils Zeile für Zeile addiert werden.
7. Anordnung zur Überprüfung eines einer bestimmten Serie angehörenden Bauteils darauf, inwieweit es vorgegebenen Werten genügt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur selektiven Bildung eines Fernsehbildes mindestens eines als einwandfrei bekannten Modell-Bauteils; eine mit der Einrichtung zur selektiven Bildung eines Fernsehbildes verbundene Einrichtung zum Vergleich eines Fernsehbildes des Modell-Bauteils mit einem Fernsehbild des zu überprüfenden Bauteils und damit zur Erzeugung eines für die Differenz dazwischen repräsentativen Signals; sowie durch eine mit der Vergleich-Einrichtung verbundene Einrichtung, die auf das Differenzsignal anspricht und dabei eine Anzeige entsprechend dem Grad der Übereinstimmung des Prüflings mit den vorgegebenen Werten erzeugt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung zur Speicherung des Fernsehbildes des Modell-Bauteils sowie durch eine Einrichtung zum Lesen des in der Speichereinrichtung gespeicherten Fernsehbildes des Modell-Bauteils.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung eine Magnetscheibe aufweist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Differenzsignal ansprechende Einrichtung einen Farb-Monitor (31) aufweist, in dem das Differenzsignal in einer Farbe und gleiche Bereiche der Fernsehbilder des Prüfling- und des Modell-Bauteils in einer zweiten Farbe erscheinen.
11. Anordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Begrenzung der Wiedergabe des Differenzsignals auf den Teil des Differenzsignals, der ein vorgegebenes Niveau übersteigt.

KN/ot/sg 3

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