Система технического зрения для контроля формы изделий

 

Изобретение относится к системам технического зрения и может быть использовано для контроля качества изделий. Техническим результатом является обеспечение возможности нормализации произвольно расположенных входных объектов при одновременном повышении точности контроля их формы. Система содержит буферное запоминающее устройство, цветной монитор, микроскоп, телевизионную камеру, персональную ЭВМ, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, шинный формирователь, блок сопряжения, счетчик адреса, элемент ИЛИ и схему управления. 1 ил.

Изобретение относится к системам технического зрения и может быть использовано для контроля качества изделий.

Известна система технического зрения для контроля формы полупроводниковых изделий (см. книгу "Системы технического зрения: Справочник" под общей редакцией В. И. Сырямкина, B.С. Титова, Томск: МГП "РАСКО", 1992 г., стр. 204, рис. 5.11), содержащая телевизионный датчик, спецпроцессоры обработки изображений, ЭВМ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), интерфейс, блоки управления дисплеем и запоминающие устройства.

Недостатком системы являются сложная структура и низкая точность.

Наиболее близкой к заявляемой является система технического зрения для контроля формы полупроводниковых изделий (см. книгу "Системы технического зрения: Справочник" под общей редакцией В.И. Сырямкина, B.С.Титова, Томск: МГП "РАСКО", 1992 г., стр. 201, рис. 5.8), содержащая оптический микроскоп, соединенный с телевизионной камерой, выходы камеры соединены со входом буферного запоминающего устройства, которое соединено с шиной ЭВМ и черно-белым монитором. Оптический микроскоп освещается блоком осветителей, соединенным через блок ключей, к которому подключен управляемый источник питания, и интерфейс с шиной ЭВМ, к которой подключено перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, электронный диск памяти, блок дальней связи и модуль управления цветным монитором, соединенный с цветным монитором.

Эта система осуществляет обработку кадра изображения размерностью 256х256 шестнадцатью градациями яркости.

Недостатком данной системы являются низкая точность, а также невозможность нормализации произвольно расположенных входных объектов.

Технической задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности нормализации произвольно расположенных входных объектов при одновременном повышении точности контроля их формы.

Указанная задача решается тем, что в систему технического зрения для контроля формы изделий, содержащую буферное запоминающее устройство, цветной монитор, микроскоп, телевизионную камеру, введены персональная ЭВМ (ПЭВМ), усилитель, АЦП, шинный формирователь, блок сопряжения, счетчик адреса, элемент ИЛИ, схема управления, причем выход микроскопа соединен со входом телевизионной камеры, а первый и второй выходы телевизионной камеры соединены с первым и вторым входами схемы управления соответственно, третий выход телевизионной камеры соединен со входом усилителя, выход которого соединен с первым входом АЦП, второй вход АЦП соединен с четвертым выходом схемы управления, а выход АЦП соединен с первым входом шинного формирователя, второй вход которого соединен со вторым выходом схемы управления, причем третий двунаправленный вход-выход шинного формирователя соединен с двунаправленным информационным входом-выходом буферного запоминающего устройства, а второй выход шинного формирователя соединен с первым входом блока сопряжения, второй вход блока сопряжения соединен с первым выходом ПЭВМ, а выход блока сопряжения соединен с первым входом ПЭВМ, второй вход которой соединен с первым выходом схемы управления, второй выход ПЭВМ соединен с четвертым входом схемы управления, четвертый выход ПЭВМ соединен с цветным монитором, третий выход ПЭВМ соединен со вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с третьим выходом схемы управления, а выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика адреса, вход сброса которого соединен с пятым выходом схемы управления, а информационный выход счетчика адреса соединен с адресным входом буферного запоминающего устройства, причем управляющий вход буферного запоминающего устройства соединен с шестым выходом схемы управления.

На чертеже представлена структурная схема системы технического зрения для контроля формы изделий.

Система содержит микроскоп 1, телевизионную камеру 2, усилитель 3, АЦП 4, шинный формирователь 5, блок сопряжения 6, ПЭВМ 7, цветной монитор 8, буферное запоминающее устройство 9, счетчик адреса 10, элемент ИЛИ 11, схему управления 12.

Выход микроскопа 1 соединен со входом телевизионной камеры 2, а первый и второй выходы телевизионной камеры 2 соединены с первым и вторым входами схемы управления 12 соответственно, третий выход телевизионной камеры 2 соединен со входом усилителя 3, выход которого соединен с первым входом АЦП 4, второй вход АЦП 4 соединен с четвертым выходом схемы управления 12, а выход АЦП 4 соединен с первым входом шинного формирователя 5, второй вход которого соединен со вторым выходом схемы управления 12, причем третий двунаправленный вход-выход шинного формирователя 5 соединен с двунаправленным информационным входом-выходом буферного запоминающего устройства 9, а второй выход шинного формирователя 5 соединен с первым входом блока сопряжения 6, второй вход блока сопряжения 6 соединен с первым выходом ПЭВМ 7, а выход блока сопряжения 6 соединен с первым входом ПЭВМ 7, второй вход которой соединен с первым выходом схемы управления 12, второй выход ПЭВМ 7 соединен с четвертым входом схемы управления 12, четвертый выход ПЭВМ 7 соединен с цветным монитором 8, третий выход ПЭВМ 7 соединен со вторым входом элемента ИЛИ 11, первый вход которого соединен с третьим выходом схемы управления 12, а выход элемента ИЛИ 11 соединен со счетным входом счетчика адреса 10, вход сброса которого соединен с пятым выходом схемы управления 12, а информационный выход счетчика адреса 10 соединен с адресным входом буферного запоминающего устройства 9, причем управляющий вход буферного запоминающего устройства 9 соединен с шестым выходом схемы управления 12.

Система технического зрения для контроля формы изделий работает следующим образом.

ПЭВМ 7 подает сигнал через второй выход на четвертый вход схемы управления 12, разрешающий запись видеоинформации в буферное запоминающее устройство 9. Схема управления 12 посылает сигнал на вход сброса счетчика адреса 10 через шестой выход. Затем схема управления 12 устанавливает логическую единицу на втором выходе, соединенном со вторым входом шинного формирователя 5, определяя тем самым направление передачи данных от первого входа шинного формирователя 5 к его третьему двунаправленному входу-выходу, соединенному с буферным запоминающим устройством 9. После этого схема управления 12 ожидает прихода кадрового и строчного импульсов от телевизионной камеры 2 по первому и второму входам соответственно. Изображение изделия, находящегося в рабочей зоне микроскопа 1, воспринимается телевизионной камерой 2. При появлении кадрового и строчного импульсов схема управления 12 формирует импульс для работы АЦП 4 на четвертом выходе, соединенном со вторым входом АЦП 4. Аналоговый видеосигнал усиливается усилителем 3 и поступает на АЦП 4, где преобразуется из аналоговой формы в цифровую. Затем цифровой код с выхода АЦП 4 подается по восьмиразрядной шине через шинный формирователь 5 к информационному двунаправленному входу-выходу буферного запоминающего устройства 9. Схема управления 12 формирует импульс на шестом выходе для записи в буферное запоминающее устройство 9 цифрового кода, причем шестой выход схемы управления 12 соединен с управляющим входом буферного запоминающего устройства 9. Затем схема управления 12 формирует импульс на третьем выходе, соединенном первым входом элемента ИЛИ 11, выход которого соединен со счетным входом счетчика адреса 10. Это приводит к тому, что счетчик адреса 10 выставляет адрес следующей ячейки буферного запоминающего устройства 9, в которую будет производится запись. Цикл записи повторяется до тех пор, пока в схему управления 12 не придет следующий кадровый импульс. Внутренний генератор схемы управления 12 настроен на оцифровку кадра изображения размером 640х488 точек. После записи в буферное запоминающее устройство 9 всего кадра изображения схема управления 12 сбрасывает счетчик адреса 10, устанавливает направление передачи данных от третьего двунаправленного входа-выхода шинного формирователя 5 к его второму выходу, соединенному с первым входом блока сопряжения 6, посылает сигнал готовности READY на ПЭВМ 7. Для считывания байта - содержимого ячейки буферного запоминающего устройства 9 ПЭВМ 7 через третий выход на второй вход элемента ИЛИ 11 посылает сигнал, управляющий переключением счетчика адреса 10. С буферного запоминающего устройства 9 через шинный формирователь 5 на блок сопряжения 6 поступает байт информации. ПЭВМ 7 устанавливает на первом выходе, соединенном со вторым входом блока сопряжения 6, сначала логическую единицу и считывает через четырехразрядный первый вход четыре младших бита установленного на первом входе блока сопряжения 6 байта информации, затем ПЭВМ 7 устанавливает на первом выходе логический ноль и считывает через четырехразрядный первый вход старшие четыре бита. Такой процесс длится до тех пор, пока не будет считан в память ПЭВМ 7 весь кадр изображения.

Затем ПЭВМ 7 подавляет медианной фильтрацией шумы в изображении и выделяет бинаризованные контуры объекта при помощи алгоритма операторов Лапласа. После этого ПЭВМ 7 распознает входное изделие, то есть среди множества эталонных изображений находит эталонное изображение, на котором данное изделие изображено без брака. Завершающим этапом обработки изображения является контроль качества. В ПЭВМ 7 распознанный объект совмещается с изображением эталона. При этом изображение входного объекта поворачивается и смещается аналогично тому, как расположено изображение эталонного объекта, то есть выполняется нормализация входного объекта.

Затем изображение входного объекта сравнивается с изображением эталона покадровым вычитанием по формуле 1: где f_p(x, y) - результирующее значение точки изображения с координатами (x, y); f_э(x, y) - значение точки эталонного изображения с координатами (x, y); f_в (x, y) - значение точки входного изображения с координатами (x, y).

Если разница между полученным и эталонным изображением превышает допустимые погрешности, то ПЭВМ 7 сигнализирует о наличии брака в изделии.

Таким образом, данная система позволяет повысить точность контроля формы изделий путем увеличения размера оцениваемого растра изображения до 640х488 точек. При этом введение в систему ПЭВМ позволяет избежать потерь быстродействия, возникающих при увеличении объема растра, а также дает возможность нормализации произвольно расположенных входных объектов.

Формула изобретения

Система технического зрения для контроля формы изделий, содержащая буферное запоминающее устройство, цветной монитор, микроскоп и телевизионную камеру, отличающаяся тем, что в систему введены персональная ЭВМ (ПЭВМ), усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), шинный формирователь, блок сопряжения, счетчик адреса, элемент ИЛИ, схема управления, причем выход микроскопа соединен со входом телевизионной камеры, а первый и второй выходы телевизионной камеры соединены с первым и вторым входами схемы управления соответственно, третий выход телевизионной камеры соединен со входом усилителя, выход которого соединен с первым входом АЦП, второй вход АЦП соединен с четвертым выходом схемы управления, а выход АЦП соединен с первым входом шинного формирователя, второй вход которого соединен со вторым выходом схемы управления, причем третий двунаправленный вход-выход шинного формирователя соединен с двунаправленным информационным входом-выходом буферного запоминающего устройства, а второй выход шинного формирователя соединен с первым входом блока сопряжения, второй вход блока сопряжения соединен с первым выходом ПЭВМ, а выход блока сопряжения соединен с первым входом ПЭВМ, второй вход которой соединен с первым выходом схемы управления, второй выход ПЭВМ, соединен с четвертым входом схемы управления, четвертый выход ПЭВМ, соединен с цветным монитором, третий выход ПЭВМ соединен со вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с третьим выходом схемы управления, а выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика адреса, вход сброса которого соединен с пятым выходом схемы управления, а информационный выход счетчика адреса соединен с адресным входом буферного запоминающего устройства, причем управляющий вход буферного запоминающего устройства соединен с шестым выходом схемы управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1