Процессор неразрушающего контроля

 

Изобретение относится к средствам контроля качества и надежности элементов электронной аппаратуры. Целью изобретения является повышение .томности за счет реализации алгоритма оптимальной обработки по критерию максимального правдоподобия. На телевизионную камеру 10 приходит эталонная волна, несущая информацию о структуре теплового поля эталонного образца, записанную на голограмме 6, и волна, несущая информацию о структуре теплового поля испытьгоаемого образца 36. Эти волны интерферируют и дальнейгаая их обработка происходит согласно оптимальному алгоритму . Одновременно те же волны ин терферируют на экране 13, где возникает интерферограмма, позволяющая визуально оценить картину отклонений структуры теплового поля испытываемого образца от структуры теплового поля эталонного образца. 2 ил. JO со 13 ел о а 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 SU (f l) с5в 4 G Ol В 21/00

ВСЕ: "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4157994/24-28 (22) 08.12.86 (46) 07.08.88.Бюл. Ф 29 (72) В.И.Щербак, А.Э.Баграмов, В.К.Зарубин и В.А.11ельников (53) 531 .7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1109580, кл. Е 21 В 43/00, 1986. (54) .ПРОЦЕССОР НЕРАЗРУША10ЩЕГО КОНТРОЛЯ (57) Изобретение относится к средст" вам контроля качества и надежности элементов электронной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение ,точности за счет реализации алгоритма оптимальной обработки по критерию максимального правдоподобия. На телевизионную камеру 10 приходит эталонная волна, несущая информацию о структуре теплового поля эталонного образца, записанную на голограмме

6, и волна, несущая информацию о структуре теплового поля испытываемого образца 36. Эти волны интерферируют и дальнейшая их обработка происходит согласно оптимальному алгоритму. Одновременно те же волны интерферируют на экране 13, где возникает интерферограмма, позволяющая визуально оценить картину отклонений структуры теплового поля испытываемого образца от структуры теплово- Я го поля эталонного образца ° 2 ил.

1 41 5064

Изобретение относится к средствам контроля качества и надежности эле- ментов электронной аппаратуры и может быть использовано для неразрушающего контроля качества микросхем или

5 модульных электронных схем, ),а так— же для исследования и визуализации тепловых полей.

Цель изобретения — повышение точности за счет реализации алгоритма оптимальной обработки по критерию максимального правонодобия.

На фиг.1 представлена функциональная схема процессора; на фиг.2 — эпю- 15 ры, поясняющие работу процессора.

Процессор содержит (фиг,1) источник 1 когерентного излучения, установленные по ходу излучения формирова" тель 2 и оптический блок 3, вклю- 20 чающий прямоугольный параллелепипед, состоящий из двух призм треугольного сечения, соединенных по гипотенузной грани, частично отражающей покрытие

4, нанесенное на гипотенузную грань, 25 управляемое зеркало 5, расположенное на боковой грани параллелепипеда, голограмму 6, расположенную на боковой грани параллелепипеда напротив управляемого зеркала 5, частично пропускающей отражатель 7, расположенный на верхнем основании параллелепипеда, блок 8 ввода информации БВИ), механически связанный с управляемым зеркалом 5, двухканальный оптический переходник 9 с поглощающими стенками, расположенный за голограммой 6, фотоприемник, состоящий иэ двух телевизионных камер 10 и 11, установленных соответственно на одном 40 из выходов оптического переходника 9 и за отражателем 7, амплитудный транспарант 1 2> установленный между отражателем 7 и телевизионной камерой 11 экран 13 установленный 45 на другом выходе оптического переходника 9, последовательно соединенные перемножитель 14, интегратор 15, первый пороговый элемент 16, и первый одновибратор 17, второй пороговый элемент 18, второй одновибратор 19, входом соединенный с выходом второго порогового элемента 18, а выходом— с вторым входом интегратора 15, генератор 20 развертки, первым и вторым выходами 21 и 22 соединенный с соответствующими входами телевизионных камер 10 и 11, выходы которых соединены еоответственно с первым и

) вторым входами 23 и 24. интегратора

15, а второй выход 22 генератора 20 развертки соединен также с входом второго порогового элемента 18, при этом угол разворота каналов оптического переходника 9 2) = 4(45 -e), где (у — угол наклона гипотенузной грани призм относительно основания параллелепипеда в оптическом блоке 3.

Выходы одновибраторов; 17 и 19 являются выходами процессора.

В основу построения процессора положен критерий максимального правдоподобия, позволяющий синтезировать оптимальный измеритель по входному сигналу (а,х,у), где х и у - координаты плоскости обработки сигнала.

При этом оценка, получаемая на выходе процессора, определяется соотношением где (— величина отличия информативного параметра сигнала на входе схемы оптимальной обработки от эталонного значения параметра 3 .

Т(%,). - А j а(х,у)$(х,у,Ъ,)dx dy, (2) где $(х,у, ))() - эталонный сигнал, с которым сравнивается входной сигнал а(х,у); и А . — постоянные коэффициенты;

Z — поверхность усреднения.

Поскольку в данном случае сигнал обработки, формируемый на входе голограммы, представляет собой интерференционную картину, которая может быть записана в виде а(х,y) В.сов (Ф (z,ó,3)) в В,, (3) где  — амплитуда переменной составляющей;

 — постоянная составляющая;

9(x,у, Я) -пространственное распределение фазы, то

s(x,у, y ) В сов(Ф (х,у,Ъв)) +в,, (4) з l ul 50

Подставляя (2) с учетом (4) в (1) и выполняя операцию дифференцирования, получают оптимальный алгоритм для оценки в виде

ЬЪ С j а(х,у) В в п(<Р (х,у,а.))

x — — --- Ф (х,у, h) d xdy

Э%

10 (5) Согласно оптимальному алгоритму (5) для получения оценки по критерию максимального правдоподобия входной сиг- 15 нал а(х,у) необходимо умножить на опорный сигнал В B sin 9 (х,у,Q,) и пространственный коэффициент

t (х, у) ---- У (х, у, y ), затем выполо 20 нить операцию усреднения и учесть постоянные коэффициенты.

Если осуществить преобразование пространственных функций во временные сигналы, по аналогии с (5) 25

8

gq = ос I à (T) ° з1пГ@ (й )) — — -(p(g) d t о (6) 30 где ос — коэффициент пропорциональности.

Алгоритм (6) реализуется процессором, приведенным на фиг.l.

Оптический блок 3 явЛяется монолитным голографическим интерферомет- 35 ром, в котором излучение источника 1

1 разделяется частично-отражающим пок— рытием 4, нанесенным на общую грань на две водны: опорную 25 и информативную 26. Для получения в интерферо- 40 метре разноса пространственных частот интерферирующих волн в оптическом блоке 3 общая грань наклонена относительно входной грани на угол 9 (45 . Это приводит к тому, 45 что информативная волна 26, которая формируется после двухкратного отражения: сначала от общей грани, а затем от левой грани, распространяется под углом ) = 2(45 — 0 ) отно- 50 сительно перпендикуляра к левой грани. Опорная волна 25 после двухкратного отражения: сначала от верхней грани параллелепипеда оптического блока 3, а затем от общей разделительной грани призм, распространяется под углом минус ) относительно перпендикуляра к левой грани. Следовательно, конструкция раэделительного параллелепипеда формирует две волны, которые относительно перпендикуляра, восстановленного из левой грани параллелепипеда, имеют равные по величине и противоположные по знаку углы. При этом величина угла между волнами опорной 25 и информативной 26 равна 2 = 4(45О -6) и полностью определяется углом наклона раэделительной грани относительно основания параллелепипеда в оптическом блоке 3.

Равенство углов прихода: волн 25 и 26 опорной на правую плоскость разделительного параллелепипеда оптического блока 3 приводит к тому, что минус первый дифракционный порядок волны 25 (26) совпадает по пространственной частоте с нулевым порядком дифракции волны 26(25), которые образуются за голограммой б. Если плечи переходника 9 относительно перпендикуляра к левой грани разнести на угол 2 = 4(45 -8), в верхнем плече переходника выделяются волны, имеющие угол плюс 1, а в нижнем, имеющие угол минус . Это приводит к тому, что на телевизионную камеру

10 выделяются только две волны: нуле вой порядок дифракции информативной волны 26 и минус первый порядок дифракции волны 25, который представляет копию эталонной волны, записанной на голограмме. Аналогично на экране

I3 придет нулевой порядок дифракции волны 25 опорной и первый порядок дифракции волны 26 информативной.

Благодаря полному равенству углов прихода опорной и информативной волн на телевизионной камере IO и экране

13 возникает фазоразностная интерферограмма, в которой и закодирована информация о контролируемом объек" те.

На голограмму 6 записана интерференция опорной и информативной волн для случая, когда на входе БВИ

8 установлен эталонный образец.

БВИ 8 может быть выполнен, например, из матрицы точечных приемников инфракрасного излучения, что позволяет преобразовать пространственное распределение теплового поля испытываемого образца.

Пропускание по поверхности амплитудного транспаранта 12 пропорцио5 14 нально производной по информативному параметру от фазового распределения интерферограммы на входе голограммы 6 для случая, когда на входе

БВИ 8 установлен эталонный образец.

Амплитудный транспарант 12 может быть смоделирован на макете, либо синте,.зирован на 3ВМ с выводом на фотопленку.

Генератор 20 развертки формирует йа выходе 21 сигналы строчной развертки, а на выходе 22 — сигналы кад ровой развертки, которые подаются на соответствующие входы телевизионных

Камер 10 и 11, которые выполнены

Идентичными и включают, например, ходной объектив и передающую телевизионную трубку типа видикон.

Процессор работает следующим об)asoM (фиг.1} .

Тепловое поле испытываемого образца поступает на вход БВИ 8, где, преобразуясь в сигнал управления, еформирует управляемое зеркало 5. излучение когерентного источника 1 формируется формирователем 2 в вол9у с плоским фазовым фронтом, котоРая разделяется в оптическом блоке 3 на волны опорную 25 и информативную

26. Волна 25 приходит на голограмму

6, сохраняя плоский фазовый фронт, а волна 26 модулируется по пространственной фазе управляемым зеркалом 5

И также направляется на голограмму

6. Волны 25 и 26 дифрагируют íà roqorpaMMe 6, образуя шесть порядков, 1 д ифракции из которых в оптическом переходнике выделяют две пары волн

2? и 28, которые направляются на вход телевизионной камеры 10, где образуют интерференционную картину.

В свою очередь, волны 29 и 20 направляются на экран, где также интерферирируют.

Пары волн 27 и 28, 29 и 30 имеют одинаковые пространственные частоты так как углы прихода волн 25 и 26 на голограмму 6 равны по величине и

0 противоположны по знаку симметрич--. ная фракция). Волна 27 представляет собой первый порядок дифракции опорной волны 25, поэтому она является точной копией информативной волны контрольного образца, в то время как волна 28 является прошедшей составляющей (нулевым порядком дифракции) информативной волны 26. Пространственное распределение интенсив50

Если контролируемый образец исправен, на экране !3 возникает равномерное распределение интенсивности интерферирующих волн. При возникновении в контрольном образце локального дефекта на экране 13 в месте, однозначно связанном с областью возникновения дефекта, возникает изменение интенсивности свечения экрана, что может быть определено визуально.

1 5О64 6 ности на телевизионной камере 10 является фазоразностной интерференцией информативных волн контрольного и испытываемого образцов. Если

5 фазы этих волн идентичны (полная идентичность фазовых фронтов волн 27 и 28 означает полную идентичность тепловых полей испытываемого и контрольного образцов), сигнал с выхода

22 кадровой развертки поступает на вход порогового элемента 18. Последний формирует импульсы 31 в моменты времени превышения напряжения кадра над пороговым уровнем U, Импульс укорачивается одновибратором 19 и с

его выхода поступает на сброс интегparopa 15 и первый выход процессора.

Сигнал 32 определяет конец процесса усреднения. Сигнал 33 с выхода интегратора 15 также поступает на вход порогового элемента 1 6 ° Если сигнал на выходе интегратора 15 превысит пороговое значение (т.е. отклонение

25 параметров контролируемого образца от эталона выше нормы), на выходе порогового элемента 16 появляется сигнал 34, который укорачивается одновибратором 17 и также поступает

30 на выход процессора. Таким образом„ процессор формирует два выходных сигнала: сигнал 35, который вырабатывается в случае, если параметры контролируемого образца 36 отклоняются от параметров эталона на недопустимую большую величину, и сигнал 32, который сигнализирует об окончании цикла контроля и разрешает заменить контролируемый образец..Появление

40 сигнала 35 на выходе процессора является командой "Брак",а его отсутствие сигнализирует о исправности контролируемого образца.

На фиг.2 приведены эпюры, поясняю45 щие работу электронной части процессора. Символами U< обозначены напряжения в точках и, показаннь х на фиг.I

1 5064

Формула изобретения

Составитель О.Смирнов

Редактор Н.Рогулич Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Заказ 3862/37 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 !4

Реализация в процессоре оптимальной обработки по алгоритму (6} позволяет повысить точность контроля, так как оптимальная обработка имеет практически максимально достижимую точность оценки информативного параметра по сравнению с любым другим способом обработки.

Процессор неразрушающего контроля, содержащий источник когерентного излучения и расположен по Моду излучения формирователь и оптический блок, включающий прямоугольный параллелепипед, состоящий из двух призм треуголь ного сечения, соединенных по гипотенузной грани, частично отражающего покрытия, нанесенного на гипотенузную грань, управляемого зеркала, расположенного на боковой грани параллеле пипеда,: голограммы, расположенной на боковой грани параллелепипеда напротив управляемого зеркала, и отражателя, расположенного на верхнем основании параллелепипеда, блок ввода информации, связанный с управляемым зеркалом, двухканальный оптический переходник с поглощающими стенками, расположенный за голограммой, экран и фотоприемник, установленные на соответствующих выходах оптического переходника, при этом угол разворота каналов переходника равен

4(45 -8), где B — угол наклона гипотенузной грани призм относитель" о но основания параллелепипеда, 9 (45 отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен последовательно соединенными перемножителем, интегратором, первым пороговым элементом и первым одно" вибратором, вторым пороговым элементом, вторым одновибратором, входом соединенным с выходом второго порогового элемента, а входом — с вторым входом интегратора, амплитудным транспарантом, установленным за отражателем, генератором развертки, вторым выходом соединенным с входом второго порогового элемента, отражатель выполнен частично пропускающим, а фотоприемник --в виде двух телеви". зионных камер, первая из которых ус".

25 тановлена на выходе оптического переходника, а вторая — за амплитудным транспарантом, при этом генератор развертки первым и вторым выходом соединен с соответствующими входами

gO первой и второй телевизионных камер, выходы которых соединены с соответствующими входами перемножителя.