Главная > Разное > Обработка изображений на ЭВМ/Е
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

5.5. АЛГОРИТМЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА

Контроль методом сравнения с эталоном. Пусть в памяти ЭВМ имеется изображение контролируемой топологии и эталона и решена задача совмещения этих двух изображений. Для конкретности при изложении материала параграфа будем считать, что металлизированным участкам соответствуют единичные отсчеты на матричном представлении, а фону — нулевые. К матричному представлению будем обращаться только для удобства изложения алгоритмов, хотя аналогичные операции легко реализуются и при других способах представления изображений, обладающих большей компактностью и чаще используемых на практике.

В одной из постановок задачи формы представления эталона и контролируемого изображения могут совпадать. Такая задача возникает, если эталон хранится в виде тщательно проверенного фотошаблона и вводится в память ЭВМ с помощью устройства ввода визуальной информации. В другой постановке эталон представляет собой описание правильной топологии, принятое в системах автоматизации проектирования фотошаблонов. Чаще всего такое описание задается таблицей координат угловых точек проводников. Подобные таблицы являются входной информацией для микрофотонаборных установок, координатографов и т. д. [52].

Положим, что дефект считается существенным, если он занимает более половины ширины проводника или межпроводникового расстояния, т. е. технологический допуск 60,5 Т. Тогда для сокращения времени сравнения контролируемого изображения с эталоном поиск дефектов целесообразно вести только вдоль середины того или иного участка (проводника или расстояния между двумя соседними проводниками), не просматривая всю его площадь. Сравнение других элементов контролируемого изображения с эталоном осуществляется только в том случае, если будет обнаружено несовпадение элементов, принадлежащих средней линии, с целью определить, является ли обнаруженное несовпадение существенным или нет. Такой подход позволяет обнаружить все дефекты, подобные изображенному на рис. 5.14, а. В ситуации, показанной на рис. 5.14, б, дефект не будет распознан, хотя целостность проводника в

этом случае нарушена более чем на половину его ширины. Однако вероятность возникновения таких ситуаций довольно мала.

Структурная схема алгоритма приведена на рис. 6.16. Для выделения средних линий сравниваемые изображения разбиваются на максимальные прямоугольные участки, каждый из которых целиком принадлежит либо области проводника, либо области межпроводникового пространства. На каждом шаге алгоритма рассматривается один лрямоугольник. В нем производится сравнение элементов эталонного и контролируемого изображений расположенных на средней линии. При несовпадении элементов измеряется ширина дефектной области. Если измеренная ширина не превышает допустимые значения, то печатается сообщение о типе обнаруженного дефекта с указанием его координат. По окончании анализа прямоугольника осуществляется возврат к блоку разбиения на прямоугольники и рассматривается следующий участок проводника или межпроводникового пространства микросхемы.

Алгоритм реализован на языке ассемблера ЭВМ типа «Электроника 100И» в виде двух программ, настроенных

Рис. 5.14. Утоньшение проводника, разрывающее (а) и неразрывающее (б) его среднюю линию

Рис. 5.15. Структурная схема алгоритма контроля качества изготовления элементов печатной топологии методом сравнения с эталоном

на различные представления эталона в памяти ЭВМ [34]. При помощи программ анализировались изображения микросхем с размерами 1X1 см. Время анализа одной микросхемы составляет в среднем 7,5 с. Время, необходимое для обработки как бездефектного, так и имеющего дефекты изображения, практически одинаково. Представление эталонного изображения в виде таблицы координат угловых точек проводников обладает неоспоримыми преимуществами перед представлением эталона двоичной матрицей. Так, объем памяти ЭВМ, занимаемый эталоном, «сокращается примерно в 5 раз, а время контроля одной микросхемы — в 1,6 раза.

Восстановление эталона по изображению, содержащему дефекты.

Ниже излагаются два подхода, позволяющие в некоторых случаях восстановить эталон по изображению топологии печатного монтажа, содержащему дефекты. Первый из них основан на преобразовании изображений с помощью операций расширения и сжатия [63]. Во вторам способе восстановления эталона используется информация о регулярности рисунка.

Контроль методом направленного расширения и сжатия изображения. Будем считать что каждый элемент матрицы, представляющий контролируемую топологию печатного монтажа, имеет четыре соседних элемента: два из них — соседние в строке и два — соседние в столбце. Под операцией расширения (сжатия) на один (разряд будем понимать операцию преобразования изображения, заключающуюся в там, что каждому элементу присваивается единичное (нулевое) значение, если хотя бы один из четырех его соседних элементов имеет единичное (нулевое) значение; остальные элементы свои значения не изменяют. Операции расширения и сжатия на один разряд описываются формулами (5.11) и (5.12) соответственно:

Введем в рассмотрение также обобщенную операцию расширения (сжатия) на k разрядов как операцию преобразования изображения, заключающегося в последовательном применении к изображению k операций расширения (сжатия) на один разряд Пример, иллюстрирующий введенные выше операции, представлен на рис. 5.16. Нетрудно видеть, что если k меньше минимального расстояния между металлизированными участками печатного монтажа, последовательное преобразование рисунка топологии путем расширения и сжатия на k разрядов приводит лишь к незначительным изменениям.

В то же время применение этих операций к изображению, содержащему некоторые дефекты металлизации, ведет к заполнению изображения дефектной области единицами. Последовательное применение этих операций в обратном порядке (сначала сжатие, а потом расширение) позволяет «устранить» наплывы и пятна,

заполняющие межпроводниковое расстояние. Таким образом, применение операций расширения и сжатия в определенном смысле позволяет восстановить эталон. Рисунки 5.17 и 5.18 иллюстрируют процесс восстановления эталона на примерах изображений, содержащих дефекты.

Рис. 5.16 Преобразование изо Сражения методом расширения и сжатия а — исходное изображение, б — результат его расширения на два разряда, в — результат последующего сжатия на два разряда

Недостатком указанного метода является трудность локализации крупномасштабных дефектов, т. е. дефектов, размеры которых сравнимы или превышают минимальную ширину проводника или межпроводникового расстояния. Например, для заполнения больших по размерам дефектов металлизации необходимо использовать

Рис. 5.17 Восстановление эталона по изображению, содержащему дефекты, путем расширения и последующего сжатия а, б, в — то же, что и на рис 5 16

большие константы расширения и сжатия. При этом заполняются единицами вместе с дефектной областью и межпроводниковые расстояния, что впоследствии классифицируется как перемычка между проводниками.

Рис. 5.18 Восстановление эталона по изображению, содержащему дефекты, путем сжатия и последующего расширения а — исходное изображение; б — результат его сжатия на два разряда, в — эталон

Этот недостаток можно устранить, если для формирования эталона использовать операции расширения и сжатия не одновременно во всех четырех направлениях, а отдельно в горизонтальном и вертикальном или даже только влево, вправо, вверх или вниз. Назовем такие операции операциями направленного расширения и сжатия. В рассмотренном выше примере можно избежать заполнения межпроводникового расстояния с помощью следующей процедуры. Контролируемое изображение сжимается в горизонтальном направлении на разрядов. Константа выбирается большей, чем максимальная ширина проводника. В результате все вертикальные проводники стираются После этого изображение расширяется на разрядов и затем сжимается на разрядов В результате получается изображение горизонтальных проводников с заполненными пустотами. Значение можно выбирать достаточно большим, не опасаясь возникновения ложных перемычек Аналогично могут выявляться дефекты вертикальных проводников

Последовательность применения операций направленного расширения и сжатия и выбор констант зависит от допустимых конфигураций, которые используются в рисунке печатного монтажа, технологических допусков и требований к контролирующим алгоритмам. Выбор конкретной процедуры удобно вести с помощью

простого языка, на котором реализованы операторы направленного расширения сжатия. После уточнения алгоритма целесообразно формулы, аналогичные (5.11) и (5.12), описывающие последовательность операций над изображением, объединить в одну так, чтобы все преобразования, включая сравнение с эталоном, осуществлялись за один просмотр. Такой прием существенно повышает скорость контроля. Если изображение контролируемой микросхемы или печатной платы представляется несколькими растрами, то каждый из них можно рассматривать автономно без связи с предыдущими.

Контроль регулярных областей топологии. Некоторые участки топологии печатного монтажа состоят из одинаковых элементов, расположенных на одинаковом расстоянии один от другого. Например, таким свойствам обладают посадочные места и внешние выводы. Само чередование посадочных мест на первом слое также образует некоторую регулярную структуру. На рис. 5.19 изображен фрагмент регуляр ной области рисунка печатного монтажа, содержащий несколько дефектов.

Рис. 5.19. Построение эталона для участков, обладающих свойством регулярности

Свойство регулярности может быть использовано для формирования эталона контролируемой области. Пусть период повторения одинаковых элементов в регулярной области известен и составляет дискрет и пусть для конкретности повторяющиеся элементы расположены в горизонтальном направлении. Тогда эталонное значение каждого отсчета может быть вычислено по мажоритарной формуле

Мажорирование можно осуществлять и более чем по трем элементам, но это требует больших затрат времени. Формула (5.13) описывает преобразование, в котором участвует каждая строка и результаты сдвига ее на и 2% разрядов. Практическую реализацию такого метода вычисления эталона и последующих сравнений с контролируемым изображением несколько затрудняет то, что период может быть выражен целым числом дискрет лишь приближенно. В результате нескольких сдвигов на разрядов ошибка в измерении накапливается и может привести к неправильному совмещению элементов регулярной структуры. В связи с этим перед сравнением с эталонам делается попытка откорректировать ошибку дополнительным сдвигом на один разряд. Правильным считается такое совмещение, при котором количество несовпадающих отсчетов, сравниваемых строках минимально. Коррекция учитывается

при последующих сдвигах, а также при контроле последующих строк. Аналогично восстанавливается изображение, обладающее свойством регулярности по вертикали. Для восстановления эталона можно использовать также и свойство симметрии.

Локализация дефектов методом измерения длин серий.

Пусть минимальная допустимая технологией ширина металлизированного и неметаллизированного участков по осям х и у равна Т и допуски таковы, что утоньшение проводника или межпроводникового расстояния до и менее считается дефектом. В основе алгоритмов контроля методом измерения длин серий лежит предположение о том, что любой дефект, независимо от занимаемой им площади, с большой вероятностью будет содержать металлизированный или неметаллизированный участок шириной, равной или меньшей . Пусть размеры при вводе в ЭВМ представляются соответственно точками растра. Тогда согласно предположению каждый дефектный участок должен содержать несколько коротких нулевых или единичных серий, длина которых не больше . Наличие коротких серий в строке или в столбце матричного представления является необходимым, но не достаточным признаком дефекта. Примеры бездефектных топологий, изображение которых содержит короткие серии, представлены на рис. 5.20. Для того чтобы отличить дефект от ситуаций, подобных изображенным на рисунке, необходимо проанализировать окружение найденной короткой серии.

Рис. 5 20. Фрагменты бездефектных топологий, изображения которых содержат ксроткие серии а — соединение проводников; б — угол; в — контактная площадка с технологи» ческим отверстием

Один из способов анализа состоит в распознавании элементов топологии печатного монтажа, расположенных вблизи короткой серии. Например, на рис. 5.20, а представлено пересечение двух проводников. Правильно классифицировать такую ситуацию можно путем распознавания изображения проводника. Проводник представляется связной единичной областью, состоящей не менее, чем из Т строк. Причем длины единичных серий во всех строках приблизительно одинаковы и составляют не менее Т дискрет. На коротком участке такие единичные серии в соседних строках должны быть сдвинуты друг относительно друга на одну и ту же константу. Целесообразно особо выделить горизонтальные проводники. Их изображение

состоит приблизительно из Т строк и каждая единичная серия имеет длину, существенно большую Т. Выделение горизонтальных проводников позволяет отличить от дефекта «бахрому» на их границах.

Процедура распознавания проводников позволяет также правильно классифицировать ситуацию типа «угол», представленную на рис. 5.20, б. Если найденная короткая серия — нулевая, то выделяются окружающие ее единичные серии и анализируется порождаемая имя связная область. Бели короткая серия — единичная (см. строку ), то изображение проводников выделяется, начиная со строки, отстоящей от анализируемой на расстояние А. Аналогично можно сформулировать отличительные признаки других элементов топологии печатного монтажа, изображение которых содержит короткие серии. Например, в процессе анализа окружения коротких серий в строках (рис. 5.20, в) должны быть распознаны соответственно технологическое отверстие и контактная площадка. Некоторые алгоритмы распознавания элементов печатного монтажа обсуждаются на стр. 208—212. Поэтому не конкретизируя здесь эти процедуры, скажем, что процесс контроля сводится к просмотру контролируемого изображения для выделения коротких серий. Для каждой короткой серии проверяются все возможные версии, в которых эта серия может встретиться на изображении, не содержащем дефекты. Если в результате анализа все версии не подтверждаются, то считается, что локализован дефект.

Другой подход к обработке коротких серий базируется на предположении о том, что любая дефектная область с большой вероятностью содержит не менее, чем k серий (вертикальных и горизонтальных). Величина k тесно связана с понятием «короткая серия» и определяется (как и многие другие параметры алгоритма) экспериментально. В соответствии с этим подходом после обнаружения короткой серии в некоторой ее окрестности измеряется число коротких серий, и если оно превысит пороговое значение k, то область считается дефектной Такой подход позволяет исключить «ложные дефекты», вызванные ошибками ввода. Он также позволяет объединить несколько нарушений правил разводки печатного монтажа, расположенных близко друг к другу, в одну дефектную область. Оба подхода могут использоваться в одном алгоритме.

В заключение отметим, что основное цреимущество алгоритмов локализации дефектов методом измерения длин серий заключается в их относительно высоком быстродействии Большая часть изображения, не содержащая дефектов, просматривается очень быстро и только некоторые участии требуют тщательного анализа. Причем для повышения быстродействия вначале проверяют наиболее вероятные версии. Недостаток таких алгоритмов состоит в том, что они, как правило, содержат много настроечных параметров, подобрать значения которых в процессе настройки довольно трудно. Некоторые алгоритмы этого класса позволяли безошибочно определять все дефекты, однако давали относительно большой процент ошибочной локализации дефектов.

Выделение локальных конфигураций.

Трудности, возникающие при построении алгоритмов контроля топологии печатного монтажа, обусловлены тем, что размеры дефектной области могут изменяться в широких пределах от долей до нескольких сотен Т, где Т — минимальная ширина проводника или межпроводникового расстояния, определяемая особенностями технологического процесса. Для того чтобы различить «мелкие» дефекты, необходимо, чтобы величина Т была представлена не менее, чем четырьмя-пятью (отсчетами. С другой стороны, при таком масштабе изображение «крупных» дефектов может занимать площадь 500x500 дискрет и более. В результате дефектные области больших размеров представляются в ЭВМ слитком подробно. Ненужные в данном случае детали усложняют алгоритм обработки и увеличивают время его реализации.

Как выход из этого противоречия в [50] предложен иерархический многоуровневый алгоритм локализации дефектов. Вместе с алгоритмом предлагается аппаратная реализация, позволяющая достичь высокой скорости контроля и достаточно высокой контролирующей способности.

Рассмотрим кратко этот подход так, как он изложен авторами, и обсудим пути его реализации при программной обработке изображений на мини- или микро-ЭВМ. Предполагается, что контролируемая топология может содержать горизонтальные и вертикальные проводники и контактные площадки, имеющие форму круга. Алгоритм ориентирован на контроль фотошаблонов печатных плат и микросхем. В связи с этим к качеству изготовления рисунка предъявляются повышенные требования. Положим для конкретности, что а шаг дискретизации мкм. Изображение обрабатывается на следующих двух уровнях.

Уровень 1. Выделение и анализ локальных конфигураций для выявления дефектных Областей, занимающих небольшую площадь, и вычисления признаков таких конфигураций.

Уровень 2. Анализ комбинаций признаков соседних конфигураций для определения дефектных областей больших размеров.

Для выделения локальных конфигураций все изображение разбивается на квадратные области (окна) размером отсчета. В таком окне можно различить различных конфигураций. Некоторые из них могут быть фрагментами правильной (бездефектной) топологии печатного монтажа. Назовем такие конфигурации правильными. Примеры правильных конфигураций приведены на рис. 5.21. Большинство из 512 возможных конфигураций не могут встретиться на рисунке топологии, выполненном в соответствии с

Рис. 5.21. Правильные локальные конфигурации

правилами разводки печатного монтажа. Такие конфигурации классифицируются как локальные дефекты. Их примеры изображены на рис. 5.22.

Для обработки изображения на втором уровне все травильные топологии разбиваются на классы. Предлагается использовать 15 классов.

Рис. 5.22. Запрещенные локальные конфигурации (дефекты)

Принадлежность допустимой конфигурации к тому или иному (классу рассматривается как некоторый признак этой конфигурации. Совокупность признаков выбирается так, чтобы можно было распознать крупномасштабные дефекты как недопустимую последовательность правильных локальных конфигураций. Таким образом, в результате Обработки на первом уровне локализуются дефектные области небольшой площади и само изображение перекодируется: каждое окно, занимающее на исходном изображении 9 бит информации, теперь представляется четырехбитным словом.

На втором уровне контролируются комбинации признаков локальных конфигураций в горизонтальном, вертикальном и диагональном направлениях, а также измеряется ширина металлизированных и неметаллизированных участков. Контроль ширины участков, по мнению авторов алгоритма, необходим для того, чтобы не пропустить дефект, связанный с плавным утоньшением металлизированного участков до значения, меньше порогового. В принципе контроль ширины можно рассматривать не как самостоятельную задачу, а включить ее как составную часть контроля последовательностей допустимых конфигураций.

Для того чтобы определить, содержит ли изображение только вертикальные или горизонтальные проводники, в каждом из этих направлений рассматриваются последовательности из трех локальных конфигураций. Примеры таких последовательностей показаны на рис. 5.23. Каждая триада локальных признаков в горизонтальном и в вертикальном направлениях позволяет различить различных ситуаций. Можно составить справочник, который позволит классифицировать каждую такую ситуацию как дефектную или допустимую. В силу симметрии горизонтальные и вертикальные триады классифицируются одинаково.

Анализ конфигураций в диагональном направлении необходим для выявления дефектов на границе круглых контактных площадок. В рассматриваемом случае контактные площадки имеют существенно большие размеры по сравнению с шириной проводника: их диаметр составляет Там, где касательная к окружности приблизительно параллельна оси или у, дефекты могут быть обнаружены анализом горизонтальных или вертикальных триад по

алгоритму, изложенному выше. Искривление границы в области, где касательная имеет диагональное направление, алгоритм не обнаружит. Пример такой ситуации представлен на рис. 5.24. Для выделения таких дефектов рассматриваются области, содержащие локальных конфигураций.

Рис. 5.23. Варианты последовательностей локальных конфигураций: а — горизонтальная линия, б — утоньшенная вертикальная линия; в — разрыв; г — случайная комбинация

Дефектом считается ситуация, при которой среди «полностью черных» локальных конфигураций, образующих диагональную линию, обнаружится одна локальная конфигурация, состоящая только из нулевых отсчетов.

Одно из преимуществ рассматриваемого алгоритма заключается в том, что он допускает аппаратную реализацию, позволяющую контролировать топологию одновременно на обоих уровнях. Принцип построения такого устройства поясняется рис. 6.25. Фрапмент фотошаблона содержит 512x512 отсчетов. Для анализа локальных конфигураций используются три -разрядных двоичных регистра. Классификатор локальных конфигураций выполнен в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), содержащего 512 четырехразрядных двоичных слов. В процессе классификации девятиразрядная локальная конфигурация интерпретируется как адрес слова этого ПЗУ. Считанное значение признака записывается в один из пяти сдвигающих регистров, каждый из которых содержит 512 элементов емкостью по 4 бита. Каждый из анализаторов вертикальных и горизонтальных комбинаций представляет собой также ПЗУ емкостью 4096 1-битных слов. Адресным словом здесь служит триада четырехразрядных признаков, а значением — результат классификации: дефект либо его отсутствие. Анализ признаков а диагональном направлении осуществляется с помощью комбинационной схемы.

Рис. 5 24. Дефект на границе круглых контактных площадок

На рис. 5.25 признаки локальных конфигураций, которые используются в вертикальных, горизонтальных и диагональных анализатовах, обозначены буквами V, Н и D соответственно. Ширина

единичных и нулевых областей измеряется специальными счетчиками, на вход которых поступают признаки локальных конфигураций. Считается, что топология содержит дефект, если соответствующий сигнал выработает хотя бы один из контролирующих блоков.

Рис. 5.25. Структурная схема системы, контролирующей топологию методом выделения локальных конфигураций

Система контроля, построенная на этом принципе, кроме перечисленных на рис. 5.25 блоков, содержит координатный стол для сканирования фотошаблонов больших размеров, устройство индикации обнаруженных дефектов, а также микро-ЭВМ для управления процессами контроля и выдачи информации о локализации дефектных мест.

Результаты испытания системы показали, что она позволяет достичь высокого быстродействия при хорошем качестве контроля. Так, время контроля фотошаблонов с шагом дискретизации составляет 6 мин. При этом система не пропустила ни одного дефекта, обнаруженного человеком-контролером. Однако встречались случаи, когда система ошибалась, обнаруживая дефекты там, где их нет. Этот недостаток в той или иной степени очевидно присущ всем автоматизированным системам контроля. Окончательная оценка значимости того или иного отклонения от правил разводки печатного монтажа должна принадлежать человеку. Важно, чтобы количество ошибочно определенных дефектных мест было не слишком велико.

Основной недостаток системы, как и любой системы с жесткой логикой, заключается в том, что она ориентирована на определенный

технологический процесс. Любое изменение допусков или правил разводки печатного монтажа может привести Не только к необходимости перепрограммирования ПЗУ, но и повлечь за собой переработку всей системы в целом.

С помощью устройства [35] был реализован и исследован аналогичный алгоритм контроля, в котором обработка изображений ведется не на аппаратном, а на программном уровне. Решалась задача контроля микросхем. В связи с этим к качеству изготовления печатного монтажа предъявлялись менее жесткие требования. Обработка изображений осуществляется в результате двух просмотров, соответствующих двум уровням. Размер окна может изменяться, он задается параметрически. Основные исследования были проведены с окном размером дискрет. Минимальная ширина проводников и межпроводниковых расстояний Т также равна 6 дискретам. Для того чтобы сгладить искажения, вызванные случайными короткими помехами, а также несущественные отклонения контролируемого изображения от эталона, считается, что две локальные конфигурации, отличающиеся значениями одного, а в некоторых случаях и двух отсчетов, принадлежат одному классу. Для определения локальных признаков используется процедура вычисления поразрядной конъюнкции и дизъюнкции строк и столбцов окна. Некоторого упрощения классификации и получаемого в результате описания изображений можно достичь путем применения следующих очевидных правил.

Правило 1. Если конфигурация М является правильной, то правильной является и конфигурация М, получаемая из М инвертированием всех отсчетов.

Правило 2. Если конфигурация М является правильной, то правильными являются также и конфигурации, получаемые поворотом М на радиан.

Использование этих правил позволяет выделить ограниченное число базовых допустимых конфигураций, из которых все остальные получаются путем применения перечисленных выше преобразований.

Для контроля изображений на втором уровне формулируются синтаксические правила, которым должна удовлетворять любая последовательность признаков локальных конфигураций для изображений, не содержащих дефекты. Синтаксис в большинстве случаев задается перечислением допустимых парных комбинаций по горизонтали, вертикали и диагонали. Лишь в редких случаях возникает необходимость рассмотрения комбинаций, содержащих три или больше локальных признаков.

Если контролируемое изображение получено в результате работы автоматизированной системы проектирования, то существенного упрощения процедуры контроля можно достичь путем восстановления координатной сетки пространства, в котором была осуществлена разводка. Такое восстановление координатной сетки можно осуществить, либо используя реперные знаки, специально для этой цели наносимые вдоль границы печатной платы, либо анализом

координат граничных точек металлизированных участков. Контроль горизонтальных и вертикальных проводников можно осуществить, выделяя локальные конфигурации, расположенные по линиям координатной сетки. Все конфигурации (при соответствующем выборе их размеров) должны быть либо полностью белыми, либо полностью черными. Аналогично упрощается контроль межпроводникового расстояния и других элементов топологии.

В заключение приведем для сравнения некоторые результаты исследования программы. Качество контроля приблизительно совпадало с качествам контроля при аппаратной реализации системы. Оно, очевидно, определяется самим методом. быстродействию пролраммная реализация существенно хуже аппаратной. Так, для контроля микросхемы размером при шаге дискретизации мм требовалось около 15 мин. Это значит, что на обработку изображений, содержащих равное количество отсчетов, программной системе требуется на два порядка больше времени, чем аппаратной. Однако следует учесть, что большая часть времени в системе [35] тратилась на перемещение контролируемой микросхемы. Ориентировочные расчеты показывают, что при использовании более совершенного координатного стола и более производительной микро-ЭВМ время контроля можно сократить на порядок.

Распознавание элементов топологии.

Каждый элемент печатного монтажа представляется на растре некоторой связной областью. Все элементы этой области имеют одинаковые значения: единичные, если область представляет элементы типа проводник, контактная площадка или вывод, и нулевые — если отверстие. Пересечение изображения элемента с любой строкой растра образует серию. Каждая серия , определяется номерами (координатами) ее левой L, и правой граничных точек. Чтобы подчеркнуть принадлежность серии строке растра, будем писать Множество граничных точек серий, принадлежащих связной области, образуют ее левую и правую границы. Верхнюю и нижнюю границы образуют соответственно верхняя и нижняя серии, принадлежащие области. Элементы типа проводник, контактная площадка и вывод описываются внешней границей единичной области, а отверстия — внутренней.

Суть алгоритма контроля состоит в выделении связных областей и измерений (их геометрических параметров. На основе этих характеристик определяется тип элемента и качество его изготовления. Контур каждой связной области аппроксимируется кусочно-линейной замкнутой кривой. В свою очередь аппроксимирующий многоугольник представляется множеством вершин (углов) с указанием способа их соединения. Для построения многоугольника контролируемая топология просматривается построчно слева направо и сверху вниз. В процессе анализа каждой строки она сравнивается с предыдущей. В результате такого анализа все единичные серии строки отмечаются номерами областей, которым они принадлежат, и выделяются углы многоугольника, если они присутствуют в этой строке. Отметка серий делается на основании

отметок серий предыдущей строки. Угол выделяется, если левая или правая граница связной области претерпевает разрыв, т. е. если выполняется условие

где Значение А выбирается так, чтобы сгладить некоторые помехи ввода и несущественные неровности на лранице металлизированных участков, и обычно составляет 1—3 дискрет. Если условие (5.14) не выполняется, то присваивается значение Координаты выделенного угла записываются в список координат левой или правой границы соответствующей области. Считается, что каждые два соседних угла описка соединены отрезком прямой.

В процессе обработки текущей линии изображения возможны следующие ситуации, продолжение лраницы элемента, появление отверстия на элементе, появление нового элемента, исчезновение отверстия на им элементе, исчезновение элемента. Рассмотрим подробно каждую из перечисленных ситуаций

Продолжение границы элемента Бели на левой границе точка продолжается до точки то должны выполняться условия (рис. 5.26)

Аналогично для правой границы

Заметим, что границы просто связаны, т. е. левая граница не может переходить в правую или наоборот Всякий раз, когда для граничных точек серий выполняются соотношения (5.15) - (5.18), обе серии принадлежат одной и той же области связности и поэтому серия отмечается тем же номером, какой ранее был присвоен серии

Ситуация продолжения встречается и при появлении новых (правильных или дефектных) элементов на линии Этому соответствует появление угла на компоненте связности, т. е. выполнение условия (15 14). На рис. 5 27 показаны некоторые примеры

Рис. 5.26. Продолжение границ элемента линии с

Рис. 5.27. Примеры появления новых правильных элементов

появления новых правильных элементов, на рис. 6.28 приведены некоторые ситуации, свидетельствующие о появлении дефектов на линии . В этих случаях вертикальная граница одного элемента переходит в горизонтальную другого. Граничные условия (5.15) - (5.18) могут быть нарушены, когда граница, принадлежащая линии исчезнет на линии или на линии си появляется новая граница. В обоих случаях граничные точки связаны между собой щризонтальной прямой.

Появление отверстия на элементе. Возможны два случая появления новых границ на линии с. Выполнение условий (5.15), (5.16), (5.18) и условия указывает на появление отверстия на элементе или на разветвление компоненты связности. Пример такой ситуации приведен на рис. 5.29. Пример появления нового элемента показан на рис. 5.30. В этом случае в строке не найдется ни одной серии, с которой серия была бы связана отношением продолжения, т. е. выполнялись бы условия (5.15) — (5.18). При обнаружении ситуации появления объекта двум его границам на линии назначается новый номер.

Рис. 5.28. Примеры появления дефектов

Рис. 5.29. Разветвление компоненты связности

Рис. 5.30. Появление нового элемента на линии с

Исчезновение отверстия на элементе. Когда объект исчезает (заканчивается), в новой линии ни одна из его граничных точек не будет иметь (Продолжения. Примеры таких ситуаций приведены на рис. 5.31. При исчезновении объекта его граничные точки связываются

Рис. 5.31. Исчезновение объекта на линии а — отверстия; б — металлизированного элемента

на линии горизонтальным отрезком. Бели номера точек одинаковы, то это свидетельствует о том, что закончилась соответствующая связная область. Однако номера могут быть и различны. В этом случае объединяются несколько областей, которые раньше считались разными.

Объединение областей. Отличительные признаки такой ситуации сформулированы выше, примеры представлены на рис. 5.32. Цифрами на рисунке отмечены номера границ. При объединении объединяемым граничным точкам присваивается общий номер и корректируется описание соответствующей связной области.

Рис. 5.32. Примеры объединения объектов.

Следующим важным этапом алгоритма является анализ аппроксимирующих многоугольников. Анализ осуществляется всякий раз, когда встречаются ситуации типа «исчезновение» и «объединение» или в момент окончания растра. Иногда целесообразно проводить анализ после выделения очередного угла, но в этом случае может потребоваться просмотр границ обрабатываемой области в последующих строках. Признакам проводника является то, что одна из его границ имеет длину, большую пороговой Контактные площадки распознаются как прямоугольные области заданных размеров. В случае, если дефект существенно исказит их конфигурацию, при распознавании исследуется ближайшее окружение. Проводники контролируют измерением их ширины как расстояния между соответствующими границами. Контакты и выводы контролируют путем вычисления их площади и проверкой ортогональности границ. Отверстие распознается как связная область, ограниченная внутренним контуром. Чтобы отличить его от раковиньг, измеряют расстояния между верхней и нижней, левой и травой крайними точками этой области. Если это отверстие, то расстояния должны быть равны. Отличить отверстие можно также сто его площади, которая заранее известна.

Бели контролируют топологию с ортогональной разводкой, то локализацию дефектов осуществляют проще. Признакам дефекта может служить непараллельность границы декартовым осям координат. При выбранной процедуре аппроксимации такая граница представляется короткими отрезками. В процессе контроля можно выделять только такие участки и распознавать толико те элементы печатного монтажа, которые непосредственно свизаны с предполагаемой дефектной областью. В этой части алгоритм многом совпадает с алгоритмом измерения длин серий. Существенное отличие заключается в том, что во всех сомнительных ситуациях

можно принять более обоснованное решение, распознай элементы, окружающие предполагаемую дефектную область и более строго измерив степень их деформации.

Алгоритм допускает независимую обработку изображений в растрах при условии, что соседние растры обладают небольшой зоной перекрытия. В редких случаях может потребоваться повторный ввод некоторых растров для анализа ситуаций на их границах.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление