Способ определения дефектов объекта и устройство для его осуществления

 

1. Способ определения дефектов объекта, основанный на преобразовании изобраясения объекта в монохромный телевизионный сигнал с фиксированньм числом элементов разложения, квантовании телевизионного сигнала по уровню и цветовом кодировании полученных сигналов с последующим его отображением, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения времени определения дефектов, после преобразования изображения объекта в монохромный телевизионный сигнал каждый кадр телевизионного сигнала разбивают на равные участки с заданным числом элементов разрешения, при этом суммируют длительности импульi сов квантованного по уровню телеви (Л зионного сигнала в в каждом участке кадра телевизионного сигнала с поС следующим его преобразованием в телевизионный сигнал перед цветным кодированием .

COOS СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИН (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИЛХ0 1-) (,:-А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (21) 3446995/18-09 (22) 27.05.82 (46) 23.03.87. Бюл. 1("- 11 (72) В.А,Кошелев и Б.И.Мазурик (53) 621.397(088.8) (56) Виноградов E.À. и др. Инфракрасный лазеРный ДефектогРаф. — 1 Кванто вая электроника", 1977, 1(- 4, с. 3032

Анциферов С.С. и др. Технологичньй способ построения тепловизионных систем. — "Измерение и контрольt7 но-.измерительная аппаратура . И., II

"Электронная промышленность, 1979, Ф б,с. 61-62. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ

ОБЬЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВ

ЛЕНИЯ (57) 1. Способ определения дефектов объекта, основанный на преобразова(51) 4 Н 04 N 9/64. С О1 N 21 88 нии изображения объекта в монохромный телевизионный сигнал с фиксированным числом элементов разложения, квантовании телевизионного сигнала по уровню и цветовом кодировании полученных сигналов с последующим его отображением, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью уменьшения времени определения дефектов, после преобразования изображения объекта в монохромный телевизионный сигнал каждый кадр телевизионного сигнала разбивают на равные участки с заданным числом элементов разрешения, при этом суммируют длительности импульсов квантованного по уровню телевизионного сигнала в в каждом участке кадра телевизионного сигнала с последующим его преобразованием в те- ( левиэионный сигнал перед цветным коЯ дированием.

1062902 работы оператора и потеря информации за счет нарушения цельности контролируемого иэображения.

Большая длительность контроля при необходимости выявления микродефектов на большой контролируемой площади образца связана с тем, что с увеличением пространственного разрешения уменьшается контролируемая област1 образца и соответственно увеличивается количество участков, подлежащих просмотру и анализу. Кроме того,время контроля увеличивается иэ-за многократного перемещения образца и его установки в новые положения. Все это в большой степени усложняет работу оператора., приводит к утомлению, что отражается в конечном итоге на качества контроля.

Изобретение относится к области телевидения и телевизионного (ТВ) контроля объектов, качество которых определяется размерами, формой и пространстранственным расположением макро- и микродефектов и может быть использовано при неразрушающем контроле качества полупроводниковых пластин и входных окон для фотоэлектрических и электроннолучевых прибо- . Я ров, стеклянных подложек фотошабло-, нов и др.

Известен способ определения дефектов объекта, основанный на преобразовании изображения объекта в моно- 5 хромный ТВ-сигнал с фиксированным числом элементов разложения с последующим его отображением.

Известно устройство для определения дефектов объекта, содержащее фор20 мирователь ТВ-сигнала и черно-белый видеоконтрольный блок.

Этот способ и устройство позволяет наблюдать весь объект одновременно с малым пространственным разрешением или исследовать его по частям с большим пространственным разрешением.

Недостатками известного способа и реализующего его устройства являются малое отношение сигнал/шум, большая длительность контроля при исследовании объектов с большим пространственным разрешением, сложность

2. Устройство определения дефектов объекта, содержащее формирователь телевизионного сигнала и последовательно соединенные блок памяти, блок цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что введены последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, вход которого соединен с сигнальным выходом формирователя телевизионного сигнала, из- . меритель временного интервала и сумматор, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, а второй вход соединен с выходом блока памяти, введены формирователь измерительной решетки и формирователь зон пространственной дискретизации, входы которых соединены с синхронизирующим выходом формирователя телевизионного сигнала, при этом первый выход формирователя измерительной решетки соединен с управляющим входом амплитудного дискриминатора, а второй выход соединен с управляющим входом формирователя зон пространственной дискретизации, первый выход которого соединен с адресным входом блока памяти, а второй выход — с управляющим входом измерителя времен- ного интервала.

Кроме того, при просмотре контролируемой площади образца по частям нарушается связанность иэображения, теряется информация о взаимном положении микродефектов на всей контролируемой площади. Например, при контроле полупроводниковых пластин инфор мация о взаимном положении микродефектов определенного размера, получаемая на различньп технологических этапах, может указать на основные направления развитий дислокаций, на нарушение теплового режима, неоднородность легирования и т.п, Пытаясь

1062902 восстановить потерянную информацию, оператор вынужден либо мысленно воссоздавать цельную картину, что практически невозможно, либо регистрировать (например, фотоспособом) 5 изображение отдельных участков, а затем совмещать их друг с другом ("сшивать").

Помимо большой трудоемкости этой операции и резкого увеличения времени контроля часть информации неизбежно теряется, так как число одновременно наблюдаемых элементов изображения, разрешаемых глазом, ограничено возможностью человеческого зрения. 15

При наблюдении всей площади образца при малом увеличении микродефекты вообще перестают быть. различимы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 20 способ определения дефектов объекта, основанный на преобразовании изображения объекта в монохромный ТВ-сигнал с фиксированным числом элементов разложения, квантовании ТВ-сигнала по.уровню, цветовом кодировании ТВ сигналов с последующим его отображением, 1

Наиболее близким по технической

30 сущности к предлагаемому является устройство для опреедления дефектов объекта, содержащее формирователь ТВсигнала и последовательно соединенные блок памяти, блок цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок.

Однако цветовое кодирование в известном способе выполнено по амплитуде ТВ-сигнала исходного изображения, что позволяет выделить полутона, 40 соответствующие различным значениям амплитуды ТВ-сигнала, неразличимые для человеческого глаза в черно-белом изображении, но не увеличивает пространственной разрешающей способнос45

ТИ а

Наличие в устройстве блока памяти позволяет работать в малокадровом режиме с выбором оптимальной дли«50 тельности кадра, за счет чего сущестl венно повышается отношение сигнал/шум,.

Однако величина одновременно контролируемой площади образца ограничена числОм элементОВ разлОжения реаль 55 ных видеоконтрольных блоков, которая в свою очередь определеяется возможностью человеческого глаза. В связи с этим известный способ и реали4 эующее его устройство сохраняют глав; ные недостатки, связанные с просмотром всей площади контролируемого объекта по частям: большое время контроля, сложность и,трудоемкость работы оператора и потеря информации о размере и взаимном положении микродефектов на большой контролируемой площади.

Цель изобретения — уменьшение времени определения дефектов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения дефектов объекта, основанному на преобразовании изображения объекта в монохромный телевизионный (ТВ) сигнал с фиксированным числом элементов разложения, квантовании ТВ-сигнала по уровню и цветовом кодировании полученных сигналов с последующим его отображением, после преобразования изображения объекта в монохромный ТВ-сигнал каждый кадр ТВ-сигнала разбивают на равные участки с заданным числом элементов разрешения, при этом суммируют длительности импульсов квантованного по уровню ТВ-сигнала в каждом участке кадра ТВ-сигнала с последующим его преобразованием в ТВ-сигнал перед цветным кодированием.

Кроме того, в устройство для определения дефектов объекта, содержащее формирователь ТВ-сигнала и последовательно соединенные блок. памяти, блок цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок, введены последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, вход которого соединен с сигнальным выходом формирователя

ТВ-сигнала, измеритель временного интервала и сумматор, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, а второй вход соединен с выходом блока памяти, введены формирователь измерительной решетки и формирователь зон пространственной дискретизации, входы которых соединены с синхронизирующим выходом формирователя ТВ-сигнала, при этом первый выход формирователя измерительной решетки соединен с управляющим входом амплитудного дискриминатора, а второй выход соединен с управляющим входом формирователя зон пространственной дискретизации, первый выход которого соединен с адресным входом блока памяти, а второй выход — с уп1062902 равляющим вхбдом измерителя временного интервала.

40

Каждому элементу разложения изображения, отображаемого на экране 5 видеоконтрольного блока соответствует определенная зона изображения контролируемого объекта, и, в зависимости от того, какую часть площади зоны занимает дефект, элемент отоб10 ражается тем или иным цветом. Число элементов разложения изображения контролируемого объекта выбирается, исходя иэ площади контролируемого

15 объекта и из минимальных размеров выявляемых дефектов и значительно превышает число элементов разложения, выводимых на экран видеоконтрольного блока, за счет чего кадр иэображения контролируемого объекта отображает

20 на цельном изображении объекта всю необходимую информацию о микродефектах, Отображаемый ТВ-сигнал первого изображения с числом элементов разложения, равным числу зон, и с амплитудой, определяемой площадью дефектов в каждой зоне, при наличии цветовой кодировки, позволяет опера30 тору видеть в наиболее удобной для восприятия форме наличие микродефектов, их взаимное расположение и размер.

Устройство, реализующее способ, позволяет формировать видеосигнал нового изображения в цифровой форме, запомнить его и построить новое изображение, в котором цветовая окрас= ка каждой точки изображения несет информацию о размерах микродефектов.

Все это сокращает время контроля, упрощает работу оператора и повышает информативность способа.

Работа оператора упрощается не только за счет удобной для человеческого восприятия формы представ— ления информации о дефектах, но и эа счет того, что появляется возможность выбора размера зоны пространственной

50 дискретизации, а также выбора уровней квантования и присвоения этим уровням определенного цвета.

Таким образом, оператор получает возможность одновременно контролировать всю .площадь образца как с сохранением детальной информации о размерах микродефектов, так и грубо, разбив контролируемые дефекты на ограниченное количество групп по площади (микродефектов).

В последнем случае еше более упрощается работа оператора, появляется возможность проводить допусковый контроль, резко сокращается время контроля, а дополнительная информацияо взаимном расположении микродефектов представляется в еше более удобном для анализа виде и корреляция с макроскопическими нарушениями облегчается.

На фиг.1 изображена структурная электрическая схема устройства для определения дефектов объекта; на фиг.2 — разбиение объекта на зоны; на фиг.З вЂ” диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит формирователь

1 ТВ-сигнала, амплитудный дискриминатор 2, измеритель 3 временного интервала, сумматор 4, блок 5 п.амяти, блок б цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок 7, формирователь 8 измерительной решетки и формирователь 9 зон пространственной дискретизации, В результате указанных действий с

ТВ-ситналом изображение контролируемой площади образца S (фиг.2а) разбито на равные участки — зоны про— странственной дискретизации S, ограниченные пунктирными вертикальными и горизонтальными лиинями 1, Число узлов измерительной решетки 2 (тонкие сплошные линии), или соответственно число элементов разложения в каждой зоне пространственной дискретизации в приводимом примере выбрано равным

100. Шаг измерительной решетки выбран настолько малым, что ошибка от дискретизации по времени бинарно-квантованного сигнала по крайней мере в 25 раз меньше минимального дефекта, подлежащего обнаружению и требуемой для визуального контроля точности дифференциации дефектов по размерам.

Там же изображены типичные дефекты, подлежащие обнаружению: инородное включение (левый нижний угол фиг.2а), и дефекты типа "точек", расположенные в направлении с левого верхнего угла к правому нижнему. В то время как обнаружение изображенного инороцного включения, превышающего по всоим размерам допустимые, говорит само по себе о необходимости забраковки изделия, точки, расположенные в укаtf Il

1062902

На фиг.2в приведен пример цветового кодирования по площади дефект40 ных точек в зоне пространственной дискретизации, где площадь выражена в числе узлов измерительной решетки, попавших на дефектные участки.

Устройство реализующее предлоЭ

45 женный способ, работает следующим образом.

Перед началом работы стираются данные, записанные ранее в блоке 5 памяти а также устанавливаются в

Э

"0" счетчики адреса формирователя 9, ТВ-сигнал с выхода формирователя 1 (фиг.Зб), содержащий информацию о геометрических параметрах дефектов (фиг.3a), поступает на амплитудный дискриминатор 2, где преобразуется в двуградационный сигнал, дискретиэированный во времени с Помощью стробирующих импульсов (фиг.Зв), ко55 эанном направлении, хотя . укладывают. ся в предельно-допустимые размеры, несут информацию о макронеоднородностях (например, зона распространения дислокаций в полупроводниковой пластине, царапина на поверхности стекла в виде прерывистой линии), что, в свою очередь, говорит о качестве технологического процесса. Эту качественно новую информацю невозможно было бы 10 получить при просмотре площади образца по частям. Поле зрения при просмотре по частям по известным мето.дикам (фиг.2а) изображено квадратами, ограниченными жирными линиями 3. Чис- 15 ло элементов разложения в этом поле зрения определяется предельной возможностью человеческого глаза и соответствующим ей ТВ стандартом.

Число элементов разложения остается 20 тем же. Однако за счет цветового кодирования по площади дефектов в зоне пространственной дискретизации это число элементов разложения уже несет информацию о распределении дефектов по всей площади образца. Цифры около каждой дефекта говорят о его площади, выраженной в числе узлов измерительной решетки (фиг.2а).

Новое изображение всей исследуемой площади образца (фиг.2б) в приведенном примере занимает площадь S в 25 раз меньшую, чем исходное S, с сохранением всей требуемой информации за счет цветового кодирования 35 (площадь дефектных участков-цвет). торые поступают с выхода формирователя 8 измерительной решетки, формирователь 8 синхронизируется кадровыми и строчными синхронизирующими импульсами формирователя 1 ТВ-сигнала и вырабатывает импульсы (фиг.Зд), следующие с частотой, кратной частоте стробирующих импульсов, и управляющие работой формирователя 9.

Формирователь 9 с помощью строчных и кадровых синхроимпульсов, по ступающих с синхронизирующего выхода формирователя 1 ТВ-сигнала, вырабатывает импульсы начала и конца контролируемой области в продольном (фиг.Зб) и поперечном направлении и импульсы, соответствующие границам зон пространственной дискретизации в продольном направлении, поступающие на вход измерителя 3. Кроме того, формирователь 9 вырабатывает код адреса зон пространственной дискретизации, который поступает на вход блока 5 памяти.

В измерителе 3 производится под- . счет импульсов, соответствующих суммарной длине дефектных участков вдоль строки в пределах зоны пространственной дискретизации. Код полученной сум..ы поступает с выхода измерителя

3 на первый вход сумматора 4, на второй вход которого поступает информация, считываемая с ячейки памяти блока 5, адрес которой формируется путем подсчега импульсов начала зон пространственной дискретизации в продольном и вертикальном направлениях.

В сумматоре 4 коды сигналов, поступаюшие по первому и второму входу, суммируются и заносятся по прежнему адресу в блок 5 памяти (фиг.3e).

Таким образом, в каждой зоне пространственной дискретизации определяется и запоминается величина (фиг.3e) пропорциональная площади дефектного участка в зоне. Записанные в блоке 5 памяти данные о площадях дефектов в пределах каждой зоны пространственной дискретизации исходного изображения представляют собой запись в цифровой форме ТВ-сигнала нового изображения, амплитуда которого в каждой точке пропорциональна площади, занятой дефектом в пределах каждого участка (зоны) иэображения контролируемого объекта (фиг.Зе). Записанный в блоке

5 памяти ТВ-сигнал нового изображения считывается и поступает на блок 6

10629

Изобретение может найти применение не только для .контроля оптических стекол и полупроводниковых пластин, но также при обработке материалов аэрофотосъемки и в других областях науки и техники. Г "ю 1 о «Я

Редактор Е.Месропова

Техред Н.Глущенко

Корректор N,Øàðîøè

Тираж 639 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 911/3

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 цветового кодирования, а затем в ви де нового синтезированного изображения отображается в вире экрана цветного 7 видеоконтрольного блока (фиг. Зж) и анализируется оператором. 5

Таким образом, за счет формирования цифрового ТВ-сигнала нового изображения с амплитудой, пропорциональной площади дефектов в каждой зоне, появилась возможность в каждой точке 10 на экране цветного видеоконтрольного блока отобразить целую зону в пределах исходного изображения, а размер (площадь) микродефекта представить цветом этой точки. 15

При этом не только сократилось время контроля и упростилась работа

02

10 оператора, но и появилась новая информация, которую несет взаимное расположение точек, изображающих микродефекты, на большой контролируемой площади образца. Эта новая информация позволяет контролировать технологический процесс и оперативно на него влиять с целью улучшения качест ва конечной продукции и уменьшения брака.