SU1755049A1

SU1755049A1 - Телевизионное устройство дл измерени профил детали

Info

Publication number: SU1755049A1
Application number: SU894764214A
Authority: SU
Inventors: Юрий Сергеевич Кизеров
Original assignee: Научно-исследовательский институт полупроводникового машиностроения
Priority date: 1989-12-05
Filing date: 1989-12-05
Publication date: 1992-08-15

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике Целью изобретени вл етс повышение точности измерени и производительности. Изображение профил детали с видеокамеры в виде ПЗС-матрицы передаетс в цифровой форме видеосигнала и служебные сигналы со строчно-кадровой организацией передаютс в формирователь данных, осуществл ющий преобразование информации и ввод в блок. Формирователь содержит преобразователь уровн , преобразующего сигналы с видеокамеры 4 в ТТЛШ-уровень, счетчик, формирующий двоичный код номера чейки в строке, блок выделени чейки в строке, формирующий два сигнала записи, соответствующих левому и правому краю профил изображени в строке, блок выделени строки в кадре, формирующий сигнал, соответствующий краю детали по строкам в кадре , регистры хранени , осуществл ющие запоминание двух кодов чисел с выхода счетчика, соответствующих номерам чеек в строке левого и правого краев профил в строке изображени , мультиплексор, осуществл ющий последовательное пропускание кодов чисел с выходов регистров хранени . Устройство позвол ет осуществл ть считывание информации по всей длине профил изображени и, таким образом, позвол ет измер ть профиль любой сложной детали.4 ил, (Л С

Description

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано , например, дл измерени профил фаски полупроводниковых пластин .

Известен способ измерени , предусматривающий измерение координат двухмерного объекта двум группами телевизионных камер на ПЗС-матрицах (по 3 в каждой) и двух камер на ПЗС-линейках, расположенных взаимно перпендикул рно, а плоскость измерени координат объекта разбиваетс на 6 участков по количеству камер на ПЗС-матрицах С помощью арифметических устройств, анализирующих выходные сигналы камер, определ ют

координаты границ объекта. Данные шести арифметических устройств поступают в ЭВМ. Измерение с шести камер усложн ет как процедуру измерени , так и алгоритм обработки информации с ЭВМ. Дл ввода информации с шести арифметических устройств в реальном масштабе времени в ЭВМ требуетс быстродействующий центральный процессор с большим объемом пам ти , что затрудн ет техническую реализацию данного способа.

Наиболее близким по технической сущности к данному вл етс устройство дл измерени линейных размеров. Устройство предназначено дл измерени 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 подаетс на дисплей. На экране диспле , кроме изображени профил детали, формируютс две горизонтальные метки, соответствующие верхнему и нижнему пределам измер емой высоты профил . Между метками на экране формируетс горизонтальна лини -маркер , положение которой устанавливаетс оператором. Кроме этого, на экране формируютс два вертикальных отрезка-курсора, положени которых устанавливаютс независимо один от другого оператором. Измен масштаб изображени профил детали, достигают такого положени , чтобы высота его равн лась рассто нию между горизонтальными метками. Перемещением горизонтальной линии маркером определ ют высоту профил детали с учетом масштаба изображени , а перемещением курсоров и маркера по полю диспле оператор получает данные о линейных размерах детали.

Недостаток известного устройства заключаетс в том, что положени маркера и курсоров устанавливаютс оператором вручную и завис т от точности фокусировки изображени оптической системы. При этом точность измерени достигаетс в пределах ± 25 мкм. Кроме того, устройство не позвол ет автоматизировать процесс измерени , что сказываетс на производитель- ногти.

Цель изобретени - повышение точности измерени и производительности.

Поставленна цель достигаетс тем, что устройство, содержащее оптическую систему, видеокамеру, видеомонитор, блок вычислени и управлени , снабжено формирователем данных, включенным между видеокамерой и блоком вычислени и управлени и содержащим преобразователь уровн , счетчик, блок выделени чейки в строке, блок выделени строки в кадре, первый и второй регистры хранени , мультиплексор , входы преобразовател уровн вл ютс входами формировател , подключенными к выходам видеокамеры, первый выход преобразовател соединен с первым входом блока выделени чейки в строке, второй выход преобразовател соединен с объединенными входом Сброс счетчика, вторым входом блока выделени чейки в строке и первым входом блока выделени строки о клдре, третий выход преобразовател соединен с синхронизирующим входом счетчика и третьим входом блока

выделени чейки в строке, четвертый выход преобразовател подключен к второму входу блока выделени строки в кадре, а выход счетчика подключен к информационным входам регистров хранени , синхронизирующие входы которых раздельно подключены к первому и второму выходам блока выделени чейки в строке соответственно , входы Сброс регистров вл ютс

0 входами формировател , подключенными к выходам Сброс блока вычислени и управлени , выходы регистров через мультиплексор подключены к одному из входов блока вычислени и управлени , причем первый

5 выход блока выделени чейки в строке подключен к третьему входу блока выделени строки в кадре, выход которого соединен с другим входом блока вычислени и управлени , а видеокамера выполнена в виде ПЗС0 матрицы.

Введение формировател данных позвол ет вводить информацию в ЭВМ с разложением чеек в строке и строк в кадре изображени . Поскольку триггер выдает ин5 формацию только при наличии на входах его видеосигнала, то блок вычислени и управлени считывает информацию только с того участка кадра изображени , который соответствует профилю детали. В этом случае за

0 каждую строку кадра осуществл етс с регистров запись только двух кодов чисел. Такой избирательный ввод информации в блок вычислени и управлени с устройства ввода позвол ет сократить количество инфор5 мации, вводимой в блок вычислени и управлени , тем самым упрощаетс алгоритм и, следовательно, врем обработки информации ,

Введение блока выделени строки в

0 кадре обеспечивает считывание кра профил пластины. При этом при отсутствии видеосигнала на выходе одновибратора нет сигнала, что соответствует краю пластины, на выходе триггера устанавливаетс 1 и

5 подаетс сигнал в блок вычислени и управлени Конец записи.

Устройство позвол ет осуществл ть считывание по всей длине профил изображени и таким образом измер ть профиль

0 любой сложной детали

На фиг.1 дана блок-схема устройства измерени профил детали; на фиг 2 - функциональна схема формировател данных; на фиг.З - диаграмма сигналов выделени

5 чейки в строке; на фиг.4 - диаграмма выделени строки в кадре

Предлагаемое устройство дл определени профил детали содержит следующие основные элементы: осветитель 1 дл пол- учени теневого изображени профил детали 2, объектив 3 дл передачи в масштабе изображени профил детали 2 на ПЗС-мат- рицу видеокамеры 4, котора предназначена дл воспроизведени изображени профил 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 профил де- тали на цифропечатающее устройство 8 и экран диспле 9.

Формирователь данных 6 содержит преобразователь 10 уровн , предназначенный дл преобразовани сигналов с видео- камеры 4 в ТТЛШ-уровень, счетчик 11 дл формировани двоичного кода номера чейки в строке; блок 12 выделени чейки в строке дл формировани двух сигналов записи , соответствующих левому и правому кра м профил в строке, блок 13 выделени строки в кадре дл формировани сигнала, соответствующего краю детали по строкам в кадре, регистры хранени 14, 15, предназначенные дл записи двух кодов чисел с выхода счетчика 11, соответствующих номерам чеек в строке левого и правого краев профил в строке изображени , мультиплексор 16 дл осуществлени последовательного ввода кодов чисел с выходов регистров 14, 15 хранени в блок вычислени и управлени 7,

Блок 12 выделени чейки в строке содержит D-триггер 17 и одновибраторы 18 и 19.

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

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

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

к первому и второму выходам блока 12 вы- делени чейки в строке соответственно, входы Сброс регистров 14,15 подключены к выходам Сброс блока вычислени и управлени , выходы регистров 14, 15 через мультиплексор 16 подключены к одному из

входов блока вычислени и управлени 7, причем первый выход блока 12 выделени чейки в строке подключен к третьему входу блока 13 выделени строки в кадре, выход которого соединен с другим входом блока вычислени и управлени .

8 качестве осветител 1 использована лампа накаливани КГМ 12x40, служаща дл формировани светового потока до 720 мм, а в качестве объектива 3 применен фотообъектив Индустар-50 с фокусным рассто нием Р0б 50 мм, что обеспечивает измерение профил фаски полупроводниковой пл астины диаметром до 200 мм. Измен рассто ние L (фиг.1), можно изменить масштаб изображени до 6:1. В видеокамере КТ-8 используетс ПЗС-матрица 1200ЦМ7 со строчно-кадровым переносом зар дов и с рабочим полем 288 стро;; в кадре , 360 чеек в строке. Видеокамера имеет выход стандартного телевизионного сигнала и цифровой выход сигналов; кадровый, строчный, тактовый импульсы и видеосигнал , Дл визуального контрол профил фаски полупроводниковой пластины используют видеомонитор 5 МС6105.01 с рабочим полем на экране 150x200 мм. В качестве блока вычислени и управлени 7 примен ют ЭВМ МС 1212, имеющую в своем составе дисплей 8 МС6102.02 и печатающее устройство 9 МС6304.

Преобразователь 10 уровн 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 дл счета тактовых импульсов с периодом повторени 150 не и формировани на выходе дев тиразр дного кода номера чейки в строке. D-триггер 17 блока 12 выделени чейки в строке собран на микросхеме К555ТМ2, одновибраторы 18, 19 - на микросхемах К555АГЗ. Одновибраторы служат дл формировани импульсов записи 1, 2 (фиг. 3,а) длительностью 60 не.

Блок 13 выделени 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 представл ет собой шестиразр дный регистр. Мультиплексор 16 содержит 3 микросхемы К555КП11. Кажда микросхема представл ет собой четырехразр дную схему мультиплексора двух чисел.

Работа устройства происходит следующим образом.

С помощью осветител 1 (фиг.1)освеща- етс край детали 2 (например, профиль кра полупроводниковой пластины). Теневое изображение профил проецируетс через объектив 3 на ПЗС-матрицу видеокамеры 4. Масштаб изображени профил задаетс рассто нием L от объектива 3 до ПЗС-мат- рицы видеокамеры 4, котора преобразует оптическое изображение профил 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 вывод т изображение профил детали дл визуального контрол . С цифрового выхода видеокамеры 4 сигналы кадровой, строчной, тактовой частот и видеосигнал подают на вход формировател данных 6, который преобразует информацию каждого кадра изображени видеокамеры 4 и осуществл ет ввод информации в блок вычислени и управлени 7 с разложением чеек в строке и строк в кадре изображени . Блок вычислени и уп равлени 7 осуществл ет обработку информации, поступающей с формировател данных 6, и результаты измерений линейных размеров профил детали выводит на дисплей 9 и цифропечатающее устройство 8. Сигналы с видеокамеры (кадровые, строчные , тактовые импульсы и видеосигнал) подаютс на вход преобразовател 10 уровн формировател данных б, с выхода которого тактовые импульсы поступают на счетный вход С счетчика 11, а на вход R этого счетчика-строчные гас щие импульсы, Счетчик 11 формирует двоичный код номера чейки в строке. На вход С триггера 17 блока 12 поступают тактовые импульсы с выхода преобразовател 10 уровн . При переключении уровн видеосигнала из О в 1, что соот- петствует левому краю профил , на входе триггера 17 сигналом Т.И на входе С триггер устанавливаетс . При этом срабатывает одновибратор 18, который формирует сигнал записи 1 дл входа С регистра 14 (фиг. 3). По этому сигналу в регистр 14 записываетс код числа с выхода счетчика 11, соответствующий номеру чейки в строке или левому краю профил . При переключении видеосигнал в данной строке из 1 и О, что соответствует правому краю профил , триггер 17 устанавливаетс в О. При этом срабатывает одновибратор 19 и формирует сигнал записи 2 дл входа С регистра 15. По этому сигналу в регистр 15 хранени запишетс код числа с выхода счетчика 11, соответствующий номеру чейки в строке или правому краю профил . За каждую строку кадра осуществл етс запись только двух кодов чисел соответственно в регистры 14, 15, Строчным гас щим импульсом на входе R триггера 17 происходит сброс в О этого триггера. Блок 13 выделени строки в кадре формирует сигнал Конец записи, который соответствует краю детали в кадре изображени . При этом сигнал с выхода 2 преобразовател 10 уровн подаетс 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 устанавливаетс 1, а на выходе элемента 21, т.е. на входе S триггера 22,

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

0 окончании строчного импульса. При отсутствии видеосигнала в следующей строке кадра триггер 20 по входу С устанавливаетс 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 устанавливаетс уровень О, на выходе 1, и триггер 22 по входу S устанавливаетс в 1. Сигнал с выхода блока 13 подаетс в

0 блок вычислени и управлени 7. Кадровым гас щим импульсом триггер 22 сбрасываетс в О. Сигнал Конец записи соответствует краю детали в кадре изображени . При записи числа в регистр 14 с его выхода сиг5 нал Флаг подаетс в блок вычислени и управлени и на вход V мультиплексора 16. При этом на входе Y мультиплексора 16 устанавливаютс данные с регистра хранени 14. После считывани данных по сигналу

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

5 устанавливаютс данные дл блока вычислени и управлени с регистра 15. По сигналу Флаг 2 с регистра 15 блок вычислени и управлени 7 производит считывание данных с этого регистра и сигналом Сброс по

0 входу R сбрасывает в О регистр 15.

Таким образом, использование формировател данных 6 позвол ет осуществить избирательный ввод в блок вычислени и управлени 7 двух чисел в каждой строке

5 кадра изображени , что соответствует левому и правому кра м профил , и ввод количества строк в кадре по сигналу Флаг 1 в блок вычислени и управлени . По сигналу Конец записи блок вычислени и управле- ни определ ет край детали в кадре изображени . Затем блок вычислени и управлени определ ет вычитанием величины Xi и Х2, соответствующие разности номеров чеек в строке и величины YI и Y2, соответствующие разности номеров строк в кадре. Линейные размеры XL X2, YI, Y2 определ ютс по формулам:

Lx X Yi, Ly Y K2,

где X - количество чеек в строке;

Y - количество строк в кадре;

Кг - коэффициент масштаба по оси X, мкм;

Кг - коэффициент масштаба по оси Y, мкм.

Устройство позвол ет автоматизировать процесс измерени профил фаски полупроводниковой пластины с точностью до ±8 мкм.

Claims

Формула изобретени

Телевизионное устройство дл измерени профил детали, содержащее оптическую систему, видеокамеру, видеомонитор, блок вычислени и управлени , отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерени и производительности, оно снабжено формирователем данных, включенным между видеокамерой и блоком вычислени и управлени и содержащим преобразователь уровн , счетчик, блок выделени чейки в строке, блок выделени

10

15

20

25

30

строки в кадре, первый и второй регистры хранени , мультиплексор, входы преобразовател уровн вл ютс входами формировател , подключенными к выходам видеокамеры, первый выход преобразовател соединен с первым входом блока выделени чейки в строке, торой выход преобразовател соединен с объединенным входом Сброс счетчика, вторым входом блока выделени чейки в строке и первым входом блока выделени строки в кадре, третий выход преобразовател соединен с синхронизирующим входом счетчика и третьим входом блока выделени чейки в строке, четвертый выход преобразовател подключен к второму входу блока выделени строки в кадре, выход Счетчика подключен к информационным входам регистров хранени , синхронизирующие входы которых раздельно подключены к первому и второму выходам блока выделени чейки в строке соответственно, вх оды Сброс регистров вл ютс входами формировател , подключенными к выходам Сброс блока вычислени и управлени , выходы регистров через мультиплексор подключены к одному из входов блока вычислени и управлени , причем первый выход блока выделени чейки в строке подключен к третьему входу блока выделени строки в кадре, в ыход которого вл етс другим входом блока вычислени и управлени , а видеокамера выполнена в виде ПЗС-матрицы.

Фаг-i

Фиг. 2

ФигЗ

-inrurLruynj

-1лги.п. | |

ФиеЛ