Способ выделения признаков при распознавании рисунков из электропроводящих элементов сенсорным полем
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выделения признаков при распознавании объектов и рисунков, содержащих электрические цепи, излучающие при функционировании в приповерхност-ном к объекту и рисунку пространстве электромагнитные сигналы. Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения возможности определения местоположения и вида дефектов электронных схем, использующих рисунок элек'- тропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа. В способе с помощью сенсорного поля разбивают поверхность рисунка на локальные зоны по строкам и столбцам прямоугольной матрицы путем совмещения поверхности рисунка с матричным сенсорным полем, ориентируют при этом строки и столбцы'матрицы локальных зон рисунка в направлении преимущественно ориентации электропроводящих элементов рисунка путем взаимного поворота плоскости рисунка и сенсорного поля, преобразуют сигналы электромагнитного поля в индуцированные сигналы, которые суммируют независимо по строкам и столбцам матрицы. 9 ил.СПс.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 06 К 9/36
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4785473/24 (22) 23.01.90 (46) 30.01.92 Бюл. ¹ 4 (71) Московский институт электромеханики и автоматики (72) В.М.Киселев (53) 681.327.12 (088.8) (56) Патент США
¹3876981,,кл. G 06 К 9/00, опублик. 1975.
Патент Японии
¹ 51-12487, кл. G 06 К 9/00, опублик. 1976. (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРИЗНАКОВ
ПРИ РАСПОЗНАВАНИИ РИСУНКОВ ИЗ
ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
СЕНСОРНЫМ ПОЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выделения признаков при распознавании объектов и рисунков, содержащих электрические цепи, излучающие при функционировании в приповерхностИзобретение отчосится к автоматике и технической кибернетике и может быть использовано для выделения признаков при распознавании объектов и рисунков,.содержащих электрические цепи и излучающие при своем функционировании в приповерхностном к объекту и рисунку пространстве электромагнитные сигналы, Такими объектами могут являться, например, специальные метки или знаки, выпалл не н н ые в виде электроп ро водя щего рисунка на диэлектрической подложке, карта участка местности, характерные линии и элементы которой выполнены металлизированными, а также электронные блоки, узлы, модули, использующие рисунок электро.Я2 1709360 А1 ном к объекту и рисунку пространстве электромагнитные сигналы. Цель изобретения— расширение области применения за счет обеспечения возможности определения местоположения и вида дефектов электронных схем, использующих рисунок элек-. тропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа. В способе с помощью сенсорного поля разбивают поверхность рисунка на локальные зоны по строкам и столбцам прямоугольной матрицы путем совмещения поверхности рисунка с матричным сенсорным полем, ориентируют при этом строки и столбцы матрицы локальных зон рисунка в направлении преимущественно ориентации электропроводящих элементов рисунка путем взаимно- 3 го поворота плоскости рисунка и сенсорного поля, преобразуют сигналы электромагнитного поля в индуцированные сигналы, кото- С рые суммируют независимо по строкам и столбцам матрицы. 9 ил. проводящих элементов в качестве соединительного монтажа печатной платы.
Целью изобретения является расширение области применения путем обеспечения возможности определения местоположения и вида дефектов электронных схем, использующих рисунок электропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа.
На фиг. 1 и 2 приведены примеры рисунков из электропроводящих элементов (печатных проводников и контактных площадок печатных плат); на фиг, 3 и 4 — рисунки слоев сенсорного поля, реализованного в виде двусторонней печатной платы, с помощью которого осуществляется преобра1709360 зование электромагнитных сигналов, возбуждаемых локальными зонами рисунка, в индуцированные сигналы, на фиг. 5 — совмещенный рисунок сенсорного поля и электропроводящих элементов для случая, когда 5 не выполнено условие согласованной ориентации строк и/или столбцов матрицы локальных зон рисунка и матрицы элементов сенсорного поля с направлением преимущественной ориентации электропроводя- 10 щих элементах рисунка; на фиг: 6 и 7— совме.ценные рисунки сенсорного поля и электропроводящих элементов для случая,. когда выполнено условие согласованной ориентации строк и/или столбцов матрицы 15 локальных зон рисунка с направлением преимущественной ориентации электропроводящих элементов рисунка; на фиг. 8— совмещенное иэображение двумерной электронной структуры (электронного узла 20 с электрорадиоэлементами, выполненного нэ печатной плате) и сенсорного поля, при выполнении условия согласования направления строк и/или столбцов матрицы с направлением преимущественной ориен- 25 тации электропроводящих элементов рисунка; на фиг. 9 — блок-схема устройства, обеспечивающего реализацию предлагаемого способа.
Предлагаемый способ включает сле- 30 дующую последовательность. операций; разбивку поверхности рисунка из электропроводящих элементов на локальные зоны по строкам и столбцам прямоугольной матрицы путем совмещения поверхности 35 рисунка с поверхностью сенсорного поля; ориентацию строк и столбцов матрицы локальных зон рисунка в направлении преимущественной ориентации электропроводящих элементов рисунка; форми- 40 рование -в электропроводящих элементах рисунка последовательности контрольных сигналов; преобразование сигналов электромагнитного поля, возбуждаемых локальными зонами рисунка, в индуцированные 45 сигналы; формирование для двух взаимно ортогональных направлений (по осям Х и
Y) двух групп функциональных сигналов. путем суммирования индуцированных сигналов в каждой строке и каждом столбце 50 матрицы; нормализацию функциональных сигналов; формирование сигналов признаков путем интегрирования нормализованных функциональных сигналов групп в течение фиксированного времени 55
1ф=п х Т„где Тк — период формирования последовательности контрольных сигналов, а п=1,2, ....
Предлагаемый способ выделения признаков при распознавании рисунков из электропроводящих элементов реализуется следующим образом.
На фиг. 1 приведен рисунок печатного монтажа электронагревателя специальной формы, а на фиг. 3 — рисунок печатного монтажа одного из слоев печатной платы. Из этих рисунков видно, что разводка печатных проводников рисунка осуществлена по двум ортогональным направлениям — координатным осям Х и У, что характерно чаще всего для автоматизированного метода трассировки соединений. В общем случае, направления разводки печатных проводников могут быть произвольными, При подведении к электропроводящим элементам контрольных сигналов направление их распространения будет совпадать с направлением преимущественной ориентации печатных проводников, Таким образом, для рисунков, приведенных на фиг, 1 и 2, за направление преимущественного распространения контрольных сигналов принимается направление одной из координатных осей Х (или Y), Выполнение операций способа обеспечивается с помощью сенсорного поля, реализованного на основе двусторонней печатной н..ат.i, слои S1 и S2 которой изображены на ф.г. 3 и 4.
Сенсорное поле представляет собой прямоугольную матрицу чувствительных к электромагнитному полю элементов — двухзаходных плоских спиральных индуктивных. элементов, которые соединены между собой через контактные площадки, расположенные в центральной части этих элементов., и металлизированные отверстия, выполненные в контактных площадках (на фиг, 1 и 2. отверстия не изображены).
Благодаря этому обеспечивается такое соединение этих элементов между собой, что образуются электрически разобщенные между собой цепочки спиральных индуктивных элементов по строкам и столбцам матрицы.
Каждый чувствительный элемент сенсорного поля представляет собой, по существу, две двухслойные катушки индуктивности, "вложенные" друг в друга и электрически разобщенные между собой, причем одна из катушек предназначена для преобразования сигналов электромагнитного поля по строкам, а другая — по столбцам матрицы.
НаправленИя "закрутки" витков спиральных элементов на слоях S1 и S2 выбраны такими, чтобь1 обеспечить согласованное включение плоских индуктивных элементов, благодаря чему обеспечивается их максимальная чувствительность к электро- магнитному полю B iloK=lë -ных зэнах.
1709360
Операция разбивки поверхности рисунка из электропроводящих элементов на локальные зоны по строкам и столбцам матрицы осуществляется путем совмещения поверхностей рисунка и сенсорного поля (см. фиг. 5).
При этом определенные участки рисунка (локальные эоны) будут перекрываться соответствующими спиральными индуктивными элементами сенсорного поля, т.е. фактически происходит разбивка рисунка по элементам прямоугольной матрицы m х и элементов.
Строки матрицы с левой стороны обозначены символами Д1-Д8, с правой стороны — символами С1 — С8, а столбцы матрицы обозначены сверху символами В1-В14, а снизу — символами А1 — А14, т.е. матрица имеет m=8 строк и n=14 столбцов, т.е. с ее помощью можно осуществить разбивку поверхности рисунка íà m х n=112 локальных зон.
Размерность прямоугольной матрицы по строкам и столбцам определяется конкретными классами рисунков.
Фиг. 5 иллюстрирует случай разбивки поверхности рисунка при несогласованной ориентации строк и столбцов матрицы с направлением преимущественной ориентации электропроводящих элементов рисунка.
Ориентация строк и столбцов матрицы локальных зон рисунка в выделенном направлении преимущественной ориентации элементов рисунка осуществляется за счет взаимного поворота рисунка и сенсорного поля до полного совпадения указанного направления с направлением строк и столбцов матрицы.
Фиг. 6 и 7 иллюстрируют случай необходимой ориентации локальных зон для двух рисунков электр(проводящих элементов (печатного монтажа).
Операция формирования в электропроводящих элементах рисучка последовательности контрольных сигналов заключается в следующем. К контактным площадкам рисунка электропроводящих элементов (на фиг. 1 и 2 контактныв площадки выполнены соответственно прямоугольной и круглой формы) с помощью контактных подводящих элементов (контактных штырей, игл, разъемов) от генератора стимулирующих сигналов (не показан) подводятся контрольные сигналы (синусоидальной формы, в виде импульсных последовательностей или другой формы в зависимости от конкретной области применения способа или вида рисунка).
В результате электропроводящие элементы рисунка возбуждают в приповерхно40
55 стном к рисунку пространствесигналы элек- - тромагнитного поля, характер которого однозначно зависит как от вида контрольных сигналов, так и от вида рисунка (конкретной картины расположения электропроводя щих элементов на плоскости).
Операция преобразования сигналов электромагнитного поля, возбуждаемых локальными зонами рисунка, в индуцированные сигналы осуществляется спиральными индуктивными элементами сенсорного поля. В каждом таком элементе индуцируются электрические сигналы U Операция формирования для двух взаимно ортогональных направлений (по осям Х и Y) двух групп функциональных сигналов осуществляется путем суммирования в каждой строке и каждом столбце матрицы индуцированных сигналов j — n UfI (1) = „ U iyj (t), (l=1 — m) j =1 1=m UPI(t) = Я О,"„, (t),Q=.1-n) i=1 Суммирование индуцированных сигналов по строкам и столбцам матрицы осуще-, ствляется за счет того, что спиральные индуктивные элементы соединены в последовательные индуктивные цепочки в каждом столбце и каждой строке матрицы. Функциональные сигналы признаков нормируются. Выбор того ипи-иного способа выделения сигнала нормирования из выше указанных зависит от конкретных областей применения предлагаемого технического решения. Норм лйзация функциональных сигналов производится путем деления текущих уровней сигналов Upi (t) и 0 (с) на соответствующий сигнал. нормирования UHopMI или UHOpMj, в результате чего формируются нормализованные функциональные сигналы групп: аф (t) 0 i (t) =,, и UHopMI л . Ug>(t) Uyj(t) = Нормализация функциональных сигналов позволяет исключить влияние внешних 17093б0 контрольные сигналы, благодаря которым в 5 приповерхностном к печатной плате пространстве возбуждаются сигналы злектро10 в соответствующих столбцах и строках мат15 рицы сенсорного поля сигналы признаков будут отличаться от эталонных. 20 55 условий, при которых осуществляется способ (колебания диэлектрической и магнитной проницаемости, зависящей от температуры и влажности, расстояния плоскости рисунка от плоскости сенсорного поля и от других внешних факторов), Заключительная операция состоит в том, что интегрируют нормализованные функциональные сигналы групп LJf (с) и gfj (1) в течение фиксированного времени тф=п х Т», где Тк — период формирования полного набора контрольных сигналов, а n=1,2, ... и формируют сигналы признаков Полученные сигналы признаков Щ (1=1 — m) и Щ (j=1 — и) содержат однозначную информацию о характере и типе рисунка из электропроводящих элементов. Сигналы ОД и Щ формируются в виде постоянных уровней и могут использоваться на этапе распознавания рисунка путем сравнения с совокупностями эталонных сигналов 0Я и 0Я, характеризующих тот или иной класс рисунка. Предлагаемый способ может быть использован и для определения местоположения и вида дефектов плоскостных электронных структур (схем, блоков, узлов, модулей и т.п.), использующих рисунок электропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа. При этом операции способа производятся аналогично операциям над рисунком печатной платы, являощимся соединительным монтажом плоскостной электронной структуры, например узлом, конструктивнофункциональным модулем. На фиг, 8 показан совмещенный рисунок конструктивно-функционального модуля и сенсорного поля, причем одна из сторон печатного монтажа (где отсутствуют электрорадиоэлементы) обращена к плоскости сенсорного поля. Между сенсорным полем и печатной платой должна находиться тонкая изолирующая прокладка (не показана). В нижней части конструктивно-функционального модуля изображен разъемный соединитель, к которому подводится ответная часть — розетка (не показана), через которую на конструктивно-функциональный модуль поступает набор контрольных (тестовых) сигналов. В результате работы элементов конструктивно-функционального модуля в проводящих дорожках платы формируются магнитного поля, которые индуцируют в сенсорных локальных зонах поля соответствующие сигналы, которые в дальнейшем преобразуются аналогично описанным операциям способа. При возникновении дефекта в электронной схеме(обрыв, короткое замыкание и др.) По номеру столбца и строки можно однозначно определить местоположение неисправного злектрорадиоэлемента (в том случае, если он работает независимо от других элементов схемы модуля) и характер неисправности (по степени отличия сигналов признаков от эталонных сигналов), Например, при коротком замыкании токи в злектропроводящих дорожках рисунка резко возрастают, при обрыве — отсутствуют, что приводит к соответствующим изменениям уровнй сигналов признаков. Предлагаемый способ определения местонахождения и вида дефектов электронных узлов может применяться как самостоятельно для- отдельныx классоB электронных структур (с функциональной независимостью отдельных цепей электрической схемы модуля), так и в сочетании с другими способами определения неисправностей, что позволяет более точно класси- фицировать дефект. На фиг. 9 приведена обобщенная блоксхема устройства, позволяющего реализовать предположенный способ выделения признаков при распознавании рисунков из электропроводящих элементов. Устройство содержит объект 1 контроля (рисунок из электропроводящих элементов или пл скостную электронную структуру, например конструктивно-функциональный модуль, выполненный на печатной плате), совмещ нный с сенсорным полем 2, которое оаэи= нтировано с учетом нэпрааления преимущественной ориентации электропроводяьцих элементов рисунка 1. Устройство содержит также генератор 3 стимулирующих сигналов, подключенный к блоку 4 управления и синхронизации, который подключен одними из своих выходов к разъемному соединителю (не показан) или другим средствам контактирования с электропроводящими элементами объекта 1, а другими — к управляющим и 1709360 5 ?О Формула изобретения Способ выделения признаков при распознавании рисунков из электропроводящих элементов сенсорным полем, основанный на формировании в электропроводящих элементах рисунка последовательности контрольных сигналов, преобразовании 30 сигналов электромагнитного поля, возбуждаемых в приповерхностном пространстве рисунка, в индуцированные сигналы и формировании сигналов признаков, о т л и ч аю шийся те, что, с целью расширения области применения путем обеспечения определения местоположения и вида дефектов электронных схем, использующих рисунок электропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа, разби40 вают поверхность рисунка на локальные зоны по строкам и столбцам прямоугольной матрицы путем совмещения поверхности рисунка с поверхностью сенсорного поля, ориентируют при этом строки и столбцы мат45 рицы локал.ныхзон рисунка в направлении и реимуществен ной ориентации зле ктроп ро водящих элементов рисунка путем взаимного поворота рисунка и сенсорного поля, а сигналы признаков формируют в виде двух групп функциональных сигналов путем суммирования, нормализации и интегрирования индуцированных сигналов в локальных зонах рисунка независимо в каждой строке и каждом столбце матрицы в течение фиксированного времени т =и х Т», где Т» — пери од формирования последовательности контрольных сигналов, п=1,2, .... синхрониэирующим входам остальных блоков и узлов устройства. Выходы строк и столбцов матрицы сен- . сорного поля 2 (на фиг. 3 и 8 обозначены как А1-А14, В1-В14, С1-С8, Д1 — Д8) подключены к входам блоков 5 и 6 выделения сигналов нормирования U HOPM и U1ноР" и входам блоков 7 и 8 нормализации функциональных сигналов U3 (t) и Ufj(t), выходы которых соединены с блоками 9 и 10 интегрирования. Устройство (фиг. 9), реализующее способ выделения признаков при распознавании рисунков из электропроводящих элементов, работает следующим образом. Генератор 3 стимулирующих сигналов через блок 4 управления синхронизации и управления задает через. соединительные элементы (разъемный соединитель) в электропроводящих элементах рисунка- объекта 1 контроля контрольные сигналы (в случае электронного блока или узла -тестовые сигналы). В приповерхностном к объекту 1 пространстве локальными зонами рисунка воз буждаются сигналы электромагнитного поля, которые индуцируют по строкам и столбцам матрицы сенсорного поля функциональные сигналы u3 (t) и 0ф(1). Блоки 5 и 6 выделяют сигналы нормиро ор О н0р каждого столбца матрицы, уровни которых запоминаются в памяти этих блоков (например, в аналоговой памяти). После выделения сигналов нормирования блок 4 управления формирует команду на запуск блоков 7 и 8 нормализации, которые осуществляют нормализацию (деление) функциональных сигналов Ufj (t) и U f> (t) на сигналы нормирования Ц" " и Ц" " и формируют на своих выходах нормализованные сигналы Ux((t) и Uy) (t). Одновременно с запуском блоков 7 и 8 производится запуск блоков 9 и 10 интегрирования, которые осуществляют интегрирование сигналов 0ц (t) и Uy) (t) в течение времени тф=п х Т», где Т» — период формирования полного набора контрольных сигналов. В результате интегрирования на выходах блоков 9 и 10 формируются сигналы признаков U»$ (i=1-m) и UyJ ()=1-п), которые могут быть представлены в аналоговой или цифровой форме, По окончании времени 1ф блок 4 управления по отдельному выходу формирует сигнал готовности Uro, по которому значения сигналов признаков передаются во внешнее по отношению к данному устройство распознавания или 3ВМ, в котором осуществляется обработка сигналов признаков и распознавание рисунков из электропроводящих элементов и/или распознавание местоположения и вида дефектов плоскостных электронных структур, использующих рисунок электропроводящих элементов в качестве соединительного монтажа. Поскольку предлагаемый способ можно использовать для выделения признаков разлйчных объектов контроля (рисунков из электропроводящих элементов, а также плоскостных электронных структур), то расширяется область применения по отношению к известному. техническому решению, область применения которого ограничена только рисунками из электропроводящих элементов. r = = = =, 4@И©ай 4МММФ:-: ЗМИЙ:,, ! ЙММФ,.Яа фф арфе ф®Я), р gO pOQ QQGQ>C@ gge ФВ Ю ° Ф иа Ю ° Ъ Ф ° Э 4Ф с. ° Ю \Э ° Л аэ v . фи . 5 ° ф ° В В7 св Дб С6 А5 cs сг 4 15 А zoos 1709360 Фиг. У 4 Ю ° Ф %J Q1709360 1709360 с Д «\ с 1 с е а%. 4с е Фиг. 8 е Ю\ л в °, ° u as СЭ as - Ф . ° s:)» е." usa, - -""." -.— . А л; -е L е л е е ч л е ° а е а Фав м ч е ч ФР м . л е е с л 4Ф м и м ° Э u aa gnp. Х Составитель А. Романов Редактор М. Бандура Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова Заказ 428 Тираж Поднисное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
