DE2831297A1

DE2831297A1 - Automatische pruefanordnung

Info

Publication number: DE2831297A1
Application number: DE19782831297
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Edamatsu; Yasukazu Sano
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-07-17
Publication date: 1979-02-08
Also published as: JPS5421129A; DE2831297C2; US4156231A

Description

PAT E N ΓΑ Ν WA LT

DR. HANS ULRICH MAY ο ο O Λ O Q 7

Γ\ ti UtIMAUChI OO -Tl-J ICTCDGr^LJQTD AOOCT O"y *"" ^ ^ ' — ^ '

D a MÜNCHEN 22, THIERSCHSTRASSE 27 TELEaRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN TELEX 5244S7 PATOP TEiLEPON COÖÖJ 22SOS1

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F-4-P-2/1585 München, 17. Juni 1978

PF 5189/DT ^Dr-^P/m

Fuji Electric Company Ltd. in Kawasaki, Kanagawa/ Japan

Automatische Prüfanordnung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Prüfanordnung zum.Untersuchen von Zeichenstrukturen, und sie betrifft insbesondere eine automatische Fehlermusterprüfanordnung zum Erkennen und Abschätzen von Fehlern in einem digitalisierten Bildmuster wie beispielsweise einem kreisförmigen, quadratischen oder regelmäßig vieleckigen Muster durch einen Vergleich zwischen einer quadrierten Grenzenlänge, die von einer gemessenen Grenzenlänge des Musters abgeleitet ist, mit einer anderen quadrierten Grenzenlänge, die aus einer gemessenen Fläche des gleichen Musters erhalten worden ist.

In der Technik besteht vielfach das Bedürfnis, Fehler in einem digitalisierten Bildmuster automatisch und innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu erkennen und abzuschätzen, vobei als Beispiele für ein solches Bedürfnis der Fall eines Zeichenerkennungssystems, in dem die Zeichenerkennungsrate durch die Erkennung und Korrektur von Auslassungen oder Zweideutigkeiten in einem Zeichenmuster verbessert werden kann, oder der Fall einer gedruckten Schaltungskarte oder einer Fotomaske für die Herstellung integrierter Schaltungen genannt werden können, von der ein kleiner Teil des Bildmusters in Form eines digitalisierten Musters mit Hilfe eines Bildsensors oder einer Fernsehkamera erfaßt werden kann, um abzuschätzen, ob das digitalisierte Muster in unrettbarer Weise fehlerhaft ist oder nicht.

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Für diesen Zweck ist bisher eine Vorrichtung zum Eliminieren und Extrahieren eines kleinen fehlerhaften Bereichs in einem Muster bekannt, die in der Veröffentlichung 61 030/73 der japanischen Patentanmeldung 97 122/71 beschrieben ist. Bei dieser bekannten Muster-Prüfvorrichtung wird ein jeden von zwei Zuständen aufweisender Bereich eines digitalisierten Musters zunächst expandiert und anschließend komprimiert oder zuerst komprimiert und anschließend expandiert derart, daß ein in dem Muster enthaltener kleiner Bereich (fehlerhafter Bereich) eliminiert wird. Nach diesem Eliminationsprozeß wird ein durch die Elimination des kleinen Bereichs erhaltenes Muster mit dem Originalmuster verglichen, um den kleinen Bereich im Originalmuster zu extrahieren. Diese bekannte Vorrichtung weist insoweit Nachteile auf, als bei ihr die Möglichkeit besteht, daß eine durch Abtastfehler bei der Musterabtastung entstandene unregelmäßige Grenzlinie des Objektmusters als ein Fehler extrahiert wird, und als ein großvolumiges Filter erforderlich ist, um einen relativ großen Fehler zu erkennen, so daß sich insgesamt eine komplizierte Struktur für die Vorrichtung ergibt.

Zur Behebung dieser Nachteile ist von der Anmelderin eine Fehlererkennungsanordnung entwickelt worden» die in der Veröffentlichung 93 248/77 der japanischen Patentanmeldung 9558/76 beschrieben ist und auf dem Grundprinzip beruht, daß sich die gesamte Grenzenlänge eines Musters dann verlängert, wenn dieses Muster einen Fehler enthält. Bei dieser Prüfanordnung der Anmelderin wird eine aus der tatsächlichen Fläche des Musters berechnete Grenzenlänge mit einer Grenzenlänge verglichen, die durch eine Messung der Grenzlinie selbst erhalten worden ist, um die größe eines etwaigen Fehlers abzuschätzen. Beim Betrieb dieser Prüfanordnung der Anmelderin werden in einem Bildmuster diejenigen Bildelemente erfaßt und gezählt, die entlang einer Grenzlinie in der X- oder der Y-Richtung liegen, und gleichzeitig werden auch diejenigen Bildelemente getrennt erfaßt und gezählt, die Teil von Grenzlinien sowohl in der X- und der Y-Richtung sind. Aus den beiden auf diese Weise erhaltenen Zahlenwerten wird dann die Grenzenlänge des Bildmusters berechnet, und diese Grenzenlänge wird sodann mit einer zweiten Grenzenlänge verglichen, die aus der tatsächlichen Fläche des zu prüfenden Musters berechnet worden ist, um festzustellen, ob dieses Muster

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einen Fehler enthält oder nicht. Mit dieser Prüfanordnung lassen sich nicht nur relativ kleine Fehler, sondern auch relativ große Fehler erkennen, und außerdem läßt sich diese Fehlererkennung mit Hilfe einer einfachen Anordnung durchführen.

Jedoch ist es im Rahmen des Betriebs dieser Anordnung erforderlich, für beide oben erwähnten Fälle einer Berechnung von Grenzenlängen Quadratwurzeln zu ziehen, und die Durchführung dieses Rechenvorgangs ist mit einer extrem langen Rechenzeit verbunden. Dementsprechend bedarf es auch extrem'langer Rechenzeiten, um die beiden Grenzenlängen zu erhalten. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Prüfanordnung der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, bei der unter Beibehaltung der gleichen Genauigkeit und Güte der Fehlererkennung die für die Durchführung dieser Fehlererkennung benötigte Zeit erheblich verkürzt ist, indem die Notwendigkeit einer Berechnung von Quadratwurzeln eliminiert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe besteht in einer automatischen Prüfanordnung zum Untersuchen von Zeichenstrukturen, die sich kennzeichnet durch eine erste Baustufe zum Messen eines Flächenwertes für ein digitalisiertes Objektmuster, durch eine zweite Baustufe zum Berechnen eines ersten Quadrats für eine Grenzenlänge aus dem Flächenwert, durch eine dritte Baustufe zum Erkennen der Grenzen des digitalisierten Objektmusters, durch eine vierte Baustufe zum Berechnen eines zweiten Quadrats für eine Grenzenlänge aus den von der dritten Baustufe erfaßten Grenzen, durch eine fünfte Baustufe zum Subtrahieren der Quadrate der Grenzenlängen aus der zweiten und der vierten Baustufe voneinander und durch eine sechste Baustufe zum Vergleichen des Subtraktionsergebnisses aus der fünften Baustufe mit einem Bezugspegel zum Abschätzen des Fehlerzustands im Objektmuster.

Nach der Lehre der Erfindung läßt sich jeder Fehler in einem Objektmuster unabhängig von seiner Größe mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit erfassen, da die erfindungsgemäß ausgebildete Prüfanordnung ohne den Vorgang des Wurzelziehens auskommt.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in UnteranSprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

Für die v/eitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiole für eine erfindungsgemäß ausgebildete Prüfanordnung dargestellt sind, ohne daß die Erfindung auf diese speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt wäre; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausschnitts aus einem digitalisierten Bildmuster;

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Ausschnitts aus einem anderen digitalisierten Bildmuster;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens für die Berechnung der Grenzenlänge für den in Fig.2 gezeigten Musterausschnitt,

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines digitalisierten Bildmusters mit einem Fehler;

Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine Ausführungsform einer automatischen MusterprüfanOrdnung gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Ausführungsform für eine Detektorschaltung zur Grenzenerkennung im Rahmen der Prüfanordnung von Fig. 5;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Ausführungsform für einen zweidimensionalen lokalen Speicher der in Fig. 6 gezeigten Art;

Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Ausführungsform für eine ParaHelverarbeitungsschaltung innerhalb eines Grenzendetektors der in Fig. 6 gezeigten Art;

Fig. 9 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Schaltung zur Berechnung des Quadrats einer Grenzenlänge im Rahmen der Prüfanordnung von Fig. 5 und

Fig.10 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Ausführungsform für eine Entscheidungsschaltung innerhalb der Prüfanordnung von Fig. 5.

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Die Darstellung in Fig. 1 zeigt einen Teil eines digitalisierten Bildmusters oder digitalen Gitters eines Bildmusters, in dem eine schräg verlaufende und geradlinige Grenzlinie für das Bildmuster aus einer Anzahl von Grenzlinienstücken zusammengesetzt ist, von denen jede eine Anzahl von Bildelementen umfaßt, die entweder den einen oder anderen von zwei Pegeln aufweisen, die einer binären ü oder einer binären 1 entsprechen. Dabei ist in der Zeichnung und in der nachstehenden Beschreibung das Symbol ο jeweils einem Bildelement zugeordnet, das eine entweder in der X- oder der Y-Eichtung verlaufende Grenzlinie besitzt, während das Symbol * demjenigen Bildelement zugeordnet ist, das eine Grenzlinie sowohl in der X-Richtung als auch in der Y-Richtung besitzt. Weiter sei vorausgesetzt, daß die Anzahl der Bildelemente mit dem Symbol ο innerhalb der insgesamt fünf digitalisierten Grenzlinienstücken von Fig. 1 durch L_n bezeichnet ist, während die Anzahl der in diesen fünf digitalisierten Grenzlinienstücken in Fig. 1 enthaltenen Bildelemente mit dem Symbol * durch L_c wiedergegeben vird. Dann entsprechen diese Zahlen L_n und L„ in Fig. 1 Längenkomponenten der Grenzenlänge in der X- bzw. in der Y-Richtung. Allgemeiner gesprochen entspricht die Zahl L_n der längeren Längenkomponente zweier Längenkomponenten, während die Zahl L-, der kürzeren Längenkomponente von zwei Längenkomponenten zugeordnet ist, da die Zahl L₀ Bildelemente umfaßt, die entweder das Symbol ο oder das Symbol * enthalten, während die Anzahl L_c nur diejenigen Bildelemente enthält, die sowohl das Symbol ο als auch das Symbol * tragen.

Die Grenzenlänge L_c des in Fig. 1 dargestellten Grenzenbruch-Stücks wird durch die Längenkomponenten L_n und L„ definiert wie folgt:

In Bezug auf ein Objektmuster als ganzes berechnet sich die Gesamt grenzen länge L ent lan«/ der gesamten digitalisierten Grenzlinie zu:

L = £L_S ., £VL_n ^x + L^¹ (2)

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Diese Gesamtgrenzenlänge L läßt sich approximieren durch die Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks, das die Größe ^L₀ zur Basis und die Größe ^L„ zur Senkrech-

JL ti I O

ten auf di se Basis hat:

η ) Ο)

= \j

Die Differenz zwischen der tatsächlichen Grenzenlänge und der durch die Gleichungen (2)und (3) erhaltenen approximierten Grenzen-länge ist dann ausreichend klein, wenn die Grenzlinie eines Musters eine solche Anzahl von Bildelementen umfaßt, daß der Approximationsfehler infolge" dieser Differenz vom praktischen Gesichtspunkt aus vernachlässigbar klein wird. Bin Beispiel für diese Differenz soll nachstehend für den Fall der Grenzlinienstücke näher erläutert werden, die den in Fig. 2 dargestellten Ausschnitt aus einem Bildmuster begrenzen.

In Fig. 2 sind zwei Grenzlinien veranschaulicht, die in der in Fig. 1 angedeuteten Weise digitalisiert sind. Die eine Grenzlinie ΈΪ in Fig. 2 besitzt in der X-Richtung (größere Längenkomponente) die Länge L_ß1 = 22 und in der Y-Richtung (kürzere Längenkomponente) die Länge L_ß1 =10. Die andere Grenzlinie IJ in Fig. 2 weist in der Y-Richtung (größere Längenkomponente) die Länge L_ß2 = 29 und in der X-Richtung (kürzere Längenkomponente) die Länge L_c2 = 20 auf.

Diese beiden Grenzenstücke HI und IJ besitzen Projektionen auf die Basis und die Senkrechte darauf, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht sind. In Fig. 3 weist das eine Grenzenstück HI mit einem Neigungswinkel gegen die X-Achse von weniger als

IT/4 eine Basisprojektion L_ß1 und eine Senkrechtenprojektion Lp₁ auf, während das andere Grenzenstück IJ, das unter einem größeren Neigungswinkel als 7Γ/4 gegen die X-Achse geneigt verläuft, eine Basisprojektion L_B2 und eine Senkrechtenprojektion L₀ aufweist. Damit berechnet sic/i die tatsächliche Grenzenlänge L_T für diese beiden GrenzenStücke zu:

^LL - ^LL1 ^{+ L}L2

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ORIGINAL INSPECTED

IQ

L_L = 24,163 + 35,224

= 59,387 (4)

Demgegenüber berechnet sich die approximierte Grenzenlänge L . für diesen Fall zu:

^LA =

= 59.169 ' (5)

Die approximierte Grenzenlänge L. weist dementsprechend einen Fehler £ auf, der sich berechnet zu:

_£- fcA _x 100 = 0,37 (%) (6)

Aus dem Ergebnis der vorstehenden Gleichung (6) ist ersichtlich, daß die approximierte Grenzenlänge L. lediglich einen vernachlässigbar kleinen Fehler enthält und daher als eine die tatsächliche Grenzenlänge wiedergebende Größe verwendet werden kann.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung, die im folgenden näher erläutert werden, wird aus praktischen Gründen mit einer approximierten Länge gearbeitet, dxe auf diese Weise mit Hilfe der Gleichung (3) erhalten worden ist. Dies bedeutet jedoch nicht, daß die im Rahmen der Erfindung verwendbaren Recheneinrichtungen zur Berechnung einer Grenzenlänge auf Einrichtungen zur Realisierung der Gleichung (3) beschränkt sind.

Die Darstellung in Fig. 4 veranschaulicht ein im wesentlichen kreisförmiges digitalisiertes Muster mit einem Fehler D^, der aus sieben schwarzen Bilde lementen zusammengesetzt ist. In diesem Fall entspricht ein weiße? Bildelement einem binären Pegel 1 und ein schwarzes Bildelernen+ einem binären Pegel 0 oder umgekehrt. Wenn es in dem in Fur <+ gt >*?igten kreisförmigen Muster keinen Fehler gib-, λ > · * d<a Bildelemente in diesem

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ORIGINAL INSPECTED

Muster den binären Pegel 1 aufweisen, dann läßt sich der Betrag S der Fläche dieses kreisförmigen Musters durch Auszählen der Anzahl der Bildelemente mit dem binären Pegel 1 erhalten, und er ergibt sich dann zu 177. Die Anzahl L_n der

XJ

Bildelemente, die mit der Grenzlinie entweder in der X- oder in der Y-Richtung oder auch mit Grenzlinien in diesen beiden Richtungen in Berührung stehen, also die Anzahl der Grenzbildelemente in der X- oder der Y-Richtundmit dem Symbol ο oder dem Symbol * beträgt in Fig. 4 40. Weiterhin ergibt sich die Anzahl Lp, der Bildelemente in Berührung mit der Grenze sowohJ in der X- als auch in der Y-Richtung, also die Anzahl der Grenzbildelemente in der X- und der Y-Richtung mit dem Symbol * zu 20. .

Das Quadrat aus einer aus dem Flächenwert S = 177 berechneten Grenzenlänge L_Q ergibt sich zu:

L₀ ² =4TTS = 4x3;14x177 = 2223 (7)

Dagegen berechnet sich das Quadrat einer in Entsprechung zu dem Prinzip von Gleichung (3) gemessenen Grenzenlänge L₁ zu:

L₁ ² = L* + L ^z = 40² + 20² = 2000 (8)

Die Gleichungen (7) und (8) zeigen, daß die quadrierten Grenzenlängen L ^z und LJ einander angenähert gleich sind. Diese Beziehung einer ungefähren Gleichheit der Grenzenlängenquadrate L₀ ² und L₁ ² bedeutet, daß kein Fehler in dem dargestellten Muster enthalten ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispie? ist das kreisförmige Muster zur Erleichterung der Veranschaulichung nur grob quantisiert oder digitalisiert, so daß die Approximation nicht sehr gut wird. Bei praktischen Anwendungsfällen wird das jeweilige Muster in kleinere Abschnitte unterteilt, so daß sich eine noch bessere Entsprechung der beiden Grenzenlängenquadrate erwarten läßt. Beispielsweise kann für einen Fall, in dem ein kreisförmiges Muster durch ein regelmäßiges Oktagon angenähert wird, ein maximaler Fehler von etwa 2,5% erwartet werden.

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Wenn es dagegen in dem kreisförmigen Muster einen Fehler D₁ gibt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, so tritt rund um diesen Fehler D₁ eine zusätzliche Grenzlinie auf, so daß sich die Gesamtgrenzenlänge entsprechend vergrößert. Das Quadrat einer von einem Flächenwert S_n = S - 7 = 170 abgeleiteten Grenzenlänge L^_n und das Quadrat einer zweiten Grenzenlänge L₁₀, die sich durch eine Messung in Entsprechung zu der Anzahl der Grenzbildelemente unter Berücksichtigung des Fehlers D₁ erhalten läßt, ergibt sich dann zu:

L₀₀ ¹ = 4x3,14x170 = 2135 ' (9) L₁₀ ² = 51² + 23² =3130 . (10)

In diesem Fall erhält man offensichtlich die Beziehung

T₁ 2 ₉
OD < L_1D , so daß sich das Vorhandensein des Fehlers D₁ leicht durch einen Vergleich mit dem fr .-üher erörterten Fall erkennen läßt, bei dem kein Fehler vorliegt und daher die durch die Gleichungen (7) und (8) veranschaulichte ungefähre Gleichheit der Quadrate L^ und L₁"²- beobachten läßt.

Dieses von der Anmelderin erkannte Prinzip für die Fehlererkennung bildet nun die Grundlage für die verbesserte automatische Prüfanordnung zur Fehlererkennung gemäß der Erfindung.

Eine Ausfuhrungsform für eine solche automatische Prüfanordnung ist in Fig. 5 veranschaulicht.

Die Darstellung in Fig. 5 zeigt als Beispiel für ein zu untersuchendes Muster ein Objektbildmuster 1, das in Form einer kreisförmigen Musterplatte veranschaulicht ist. Die Oberfläche dieses Musters 1 wird durch eine übliche industrielle Fernsehkamera 2 abgetastet, und es ergibt sich ein analoges Bildsignal oder Videosignal. Dieses analoge Bildsignal wird einer Quantisiereinrichtung 3 zugefünrt, in der es zunächst in ein binäres Bildsignal in Bezug auf eine gegebene Schwelle für die Fehlererkennung umgewandelt -and sodann in Entsprechung zu der

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Anzahl der ßildelemente abgetastet wird. Beispielsweise wird das Gesichtsfeld der Fernsehkamera 2 durch die Quantisiereinrichtung 3 in 320 χ 240 Bildelemente transformiert. Die Quantisiereinrichtung 3 kann eine übliche Anordnung unter Verwendung einer festen oder einer gleitenden Schwelle sein. Das abgetastete Binärsignal wird dann in Serie einer Grenzendetektorschaltung 4 und einem Flächenzähler 5 zugeführt. Die Grenzendetektorschaltung 4 gibt ein erstes Grenzenerkennungssignal, das einem Grenzenbildelement in der X- oder in der Y—Richtung entspricht, und ein zweites Grenzenerkennungssignal, das einem Grenzbildelement in aev X- und in der Y-Richtung entspricht, ab und speist damit einen Zähler 6 bzw. einen Zähler 7. Der Zähler 6 zählt die Anzahl L_n der Grenzbildelemente in der X- oder der Y-Richtung, und der Zähler 7 zählt die Anzahl L„ der Grenzbildelemente mit Grenzlinienstücken sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung. Der Flächenzähler 5» der mit dem abgetasteten Binärsign,al gespeist wird, zählt die Zahl der darin enthaltenen Bildelemente für eine Berechnung des Flächenwertes S für das dem Objektmuster 1 entsprechende digitalisierte Muster.

Weiterhin werden in der Schaltung von Fig. 5 ein der Zahl L_ß entsprechendes Zählerausgangssignal aus dem Zähler 6 und ein der Zahl L„ entsprechendes Zählerausgangssignal aus dem Zähler 7 einer Schaltung 8 zur Berechnung eines Quadrats einer ersten Grenzenlänge zugeführt, in der die Größe L_β ^χ + L_c ^z berechnet wird. Diese Größe L² + L ² ist gleich einem ersten Grenzenlängenquadrat L₁ ² , das sich durch eine Messung in Übereinstimmung mit dem Prinzip von Gleichung (3) ergibt. Ein dem Flächenwert S entsprechendes Zählerausgangssignal aus dem Flächenzähler 5 wird einer zweiten Schaltung 9 zur Berechnung des Quadrats einer Grenzenlänge zugeführt, in der dieser Flächenwert L mit einem konstanten Faktor 4ιτ multipliziert wird, so daß sich das Produkt 4 IT S ergibt. Dieses Produkt entspricht einem zweiten Grenzenlängenquadrat L_Q ^a , das entsprechend der Gleichung (7) berechnet ist.

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Die Ausgangssignale der Schaltungen 8 und 9, also das erste und das zweite Grenzenlängenquadrat werden einem Subtrahierer 10 zugeführt, der die Differenz L₁ ² - Lq"²· bildet. Dieses Differenzsignal wird dann einer Entscheidungsschaltung 11 zugeführt, in der diese Differenz L^² - Lq² mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, um an Hand des Ergebnisses dieses Vergleichs die Größe eines etwaigen Fehlers abzuschätzen.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform für die Grenzendetektorschaltung 4 ■ von Fig. 5. In Fig. 6 wird das von der Quantisiereinrichtung 3 abgeleitete binäre Bildsignal sequentiell einem zweidimensionalen lokalen Speicher 20 zugeführt und darin gespeichert. Die AusgangsSignaIe aus dem Speicher 20 werden einer Parallelverarbeitungsschaltung 30 zugeführt, von der wiederum die oben erwähnten ersten und zweiten Gren— zenerkennungssignale abgenommen werden können. Der zweidimensionale lokale Speicher 20 kann aus zwei 1H-Schieberegistern für die Aufnahme jeweils einer Horizontalabtastung und einem 2-bit-Schieberegister aufgebaut sein, die in Serie zueinander geschaltet sind. Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform weist der Speicher 20 ein erstes 8-bit-Schieberegister 21, ein erstes 320-bit-Schieberegister 22, ein zweites 8-bit-Schieberegister 23, ein zweites 320-bit-Schieberegister 24 und ein 2-bit-Schieberegister 25 auf, die in dieser Reihenfolge in Serie geschaltet sind. Das erste und das zweite 8-bit-Schieberegister 21 bzw. 23 und das 2-bit-Schieberegister 25 besitzen einen Serieneingang und einen Parallelausgang. Das erste und das zweite 320-bit-Schieberegister 22 bzw. 24 weisen einen Serieneingang und einen Serienausgang auf. Das erste 8-bit-Schieberegister 21 erhält das binäre Bildsignal aus der Quantisiereinrichtung 3. Das Ausgangssignal P-y des zweiten bits aus dem ersten 8-bit-Schieberegister 21, die Ausgangssi ina¹ - P-x, P und P+x aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten bit d-s zweiten 8-bit-Schieberegisters 23 und das Ausgangssicj^d?: c?es zweiten bits aus dem 2-bit-Schieberegister 25 werden der einschließenden Parallelverarbeitungsschaltung 3u zugoi-ühr".

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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht eine horizontale Zeile der Fernsehkamera 2 328 Bildelementen, also 328 bits in den Serien-Schieberegistern, und diese Register werden durch ein Taktsignal getrieben, das eine Frequenz von etwa 6 MHz aufweist, so daß ein binäres Bildsignal während einer Horizontalzeilenperiode in dem aus den beiden Schieberegistern 21 und 22 zusammengesetzten ersten IH-Schieberegister enthalten ist und anschließendjbit für bit in das zweite IH-Schieberegister eingeschoben wird, das aus den beiden Schieberegistern 23 und 24 aufgebaut, ist. Wenn dann das zweite IH-Schieberegister das binäre Bildsignal in vollem Umfang enthält, wird dieses binäre Bildsignal bit für bit in das abschließende 2-bit-Schieberegister 25 eingeschoben. Demgemäß besteht zwischen den beiden jeweiligen Registerausgangssignalen P-y und P einerseits und P und P+y andererseits eine Zeitdifferenz H von einer Horizontalzeilendauer. Die jeweiligen beiden RegisterausgangssignaIe P-x und P einerseits und P und P+x andererseits weisen eine Zeitdifferenz von einem bit auf. Der Zusammenhang zwischen diesen fünf Schieberegisterausgangssignalen P+y, Ρ-χ,^+χ und P-y ist in Fig. 7 veranschaulicht, wobei eine Kunde aus Registerabschnitten das oben erwähnte 1H-Register bildet. Auf diese Weise bildet der zweidimensionale lokale Speicher 20 ein zweidimensionales Filter zum Extrahieren des Bildsignals in Kreuzform, wie dies in Fig, 7 gezeigt ist. Anders ausgedrückt wird das digitalisierte Muster durch das kreuzförmige Filter abgetastet, um die Grenzen des Musters zu erfassen.

Für die 8-bit-Schieberegister 21 und 23 und für das 2-bit-Schieberegister 25 lassen sich-im Handel erhältliche Hochgeschwindigkeitsregister wie die integrierte Schaltung SN 74164 der Firma Texas Instruments verwenden, während sich für die 320-bit-Schieberegister 22 und 24 beispielsweise die integrierte Schaltung TMS 3409 der Firma Texas Instruments eignet. Das abschließende Schieberegister 25 benötigt nur zwei bits, so daß jedes Schieberegister, das wenigstens zwei bits aufweist, dafür verwendet werden kann.

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Eine Ausführungsform für die Parallelverarbeitungsschaltung 3ü ist in Fig. 8 dargestellt. Die in Fig. 8 gezeigte Parallelverarbeitungsschaltung 30 besitzt eine erste UND-Schaltung 31 für einen Empfang der Registerausgangssignale P+y und P, eine zweite UND-Schaltung 32 für den Empfang der Registerausgangssignale P und P-y, eine dritte UND-Schaltung 33 für den Empfang der Registerausgangssignale P und P+x und eine vierte UND-Schaltung für einen Empfang der Registerausgangssignale P-x und P. Die AusgangssignaIe der UND-Schaltungen 31 und 32 werden einer ersten Antivalenz—Schaltung 35 zugeführt, während die AusgangssignaIe der UND-Schaltungen 33 und 34 an eine zweite Antivalenz-Schaltung 36 angelegt werden. Die Ausgangssignale der Antivalenz-Schaltungen 35 und 36 werden einer ODER-Schaltung 37 und gleichzeitig einer fünften UND-Schaltung 38 zugeführt. Die Ausgangssignale der ODER-Schaltung werden an den Zähler 6 angelegt, vährend die Ausgangssignale der UND-Schaltung 38 dem Zähler 7 zugeführt werden:

Die erste Antivalenz-Schaltung 35 erzeugt das Ausgangssignal. "1" immer dann, wenn die Registerausgangssignale P+y und P-y unterschiedliche Binärpegel aufweisen. Mit anderen Worten ausgedrückt erzeugt die Antivalenz-Schaltung 35 immer dann ihr-Ausgangssignal, wenn zwei einem Bildelement in der Y-Richtung benachbarte Bildelemente unterschiedliche Binärpegel ,aufweisen. Daher erfaßt die Antivalenz-Schaltung 35 eine Grenze in der Y-Richtung im Muster. Dagegen erzeugt die zweite Antivalenz-Schaltung 36 das Ausgangssignal 1 immer dann, wenn die Registerausgangssignale P+x und P-x unterschiedliche Binärpegel aufweisen. Mit anderen Worten ausgedrückt erzeugt die Antivalenz-Schaltung 36 ihr Ausgangssignal immer dann, wenn zwei dem oben erwähnten Bildelement in der X-Richtung benachbarte Bildelemente unterschiedlicher Binärpegel aufweisen. Dementsprechend erfaßt die Antivalenz—Schaltung 36 Grenzen in der X-Richtung. Im Ergebnis erzeugt die ODER-Schaltung 37 ein Ausgangssif~ial, das ein erstes Grenzen-

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it-

erkennungssignal darstellt, das immer dann gebildet wird, wenn entweder in der X- oder in der Y-Richtung ein Grenzelement mit dem Symbol ο oder dem Symbol * vorhanden ist. Die UND-Schaltung 38 erzeugt ein Ausgangssignal, das ein zweites Grenzenerkennungssignal darstellt, das immer dann gebildet wird, wenn sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung eine Grenze vorliegt, also ein Grenzbildelement mit dem Symbol * vorhanden ist.

Während das OrigiraLmuster 1 von der Fernsehkamera 2 abgetastet wird, leitet die Quantisiereinrichtung 3 das binäre Bildsignal sequentiell ab und führt es sodann dem zweidimensionalen Lokalspeicher 20 zu. Dementsprechend werden die fünf in der oben erwähnten kreuzförmigen Weise durch den Speicher 20 gefilterten Binärsignale sequentiell der Parallelverarbeitungsschaltung 30 zugeführt, während, das Originalmuster 1 durch die Fernsehkamera 2 abgetastet wird. Das erste und das zweite Grenzenerkennungssignal, die von der Parallelverarbeitungsschaltung 30 erzeugt werden, werden den Zählern 6 bzw. 7 zugeführt, in denen die Anzahl L_n der Grenzbildelemente in der X- oder der Y-Richtung und die Anzahl L_n der Grenzbildelemente in der x- und der Y-Richtung beide in Bezug auf das gesamte Muster 1 erhalten werden, indem das erste bzw. das zweite Grenzenerkennungssignal unabhängig von der Lage und/oder der Neigung des Originalmusters 1 im Gesichtsfeld der Fernsehkamera 2 gezählt wird.

Die Zähler 6 und 7 können ebenso wie der Flächenzähler 5 durch jeden handelsüblichen Zähler realisiert werden, beispielsweise durch die integrierte Schaltung SN 74161 der Firma Texas Ins truments.

Eine Ausführungsform für die erste Schaltung 8 zur Quadrierung von Grenzenlängen gemäß Fig. 5 ist in Fig. 9 dargestellt, wo das Zählerausgangssignal aus dem Zähler 6 als Anzeige für die Anzahl L_D zwei Eingangsklemmen eines ersten

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Multiplikators 41 und das Zählerausgangssignal aus dem Zähler 7 als Anzeige für die Anzahl L_c zwei Singangsklemmen eines

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zweiten Multiplikators 42 zugeführt werden. Au diese Weise wirken die beiden. Multiplikatoren 41 und 42 als Quadrierer und erzeugen Ausgangssignale, die den Quadraten L„^a bzw. L^ entsprechen und einem Addierer 43 zugeführt werden. Der Addierer 43 seinerseits erzeugt ein Ausgangssignal, das der Summe dieser Quadrate L_n ²" + l3 entspricht. Für die Multiplikatoren 41 und 42 eignen sich handelsübliche Multiplikatoren wie beispielsweise die Schaltungen SN 74LS275 der Firma Texas Instruments, und als Addierer 43 kann ebenfalls ein handelsüblicher Addierer wie beispielsweise die Schaltung SN74283 der Firma Texas Instruments verwendet verden.

Auch die zweite Schaltung 9 von Fig. 5 für die Bildung des zweiten Grenzlängenquadrats kann mit Hilfe handelsüblicher Multiplikatoren, wie beispielsweise der oben erwähnten Schaltung SN7 4LS 27 5, auf gebaut werden. Der Sub trainier er 10 von Fig. 5 kann ein handelsüblicher Subtrahierer sein, wie er beispielsweise von der Firma Texas Instruments in Form der Schaltung SN74283 gebaut wird. Das Netzwerk aus den Schaltungen 8 und 9 und dem Subtrahierer 10 kann in der Praxis von einem im Handel erhältlichen Mikrocomputer gebildet werden, der anstelle der in der Zeichnung dargestellten einzelnen Baustufen mit fester Verdrahtung zum Einsatz kommen kann.

Eine Ausführungsform für die Entscheidungsschaltung 11 von Fig. 5 ist in Fig. 10 dargestellt, wo das Subtraktionsergebnis L₁ ² - L₀ ² = (L_B ^Z + L_c ²) - 4TT S einem Eingang eines Comparators 51 zugeführt wird. Dieser Comparator 51 besitzt einen weiteren Eingang, an dem' ihm ein Bezugspegel von einem einstellbaren Bezugssignalgenerator 52 zugeführt veröen kann. Der Comparator 51 erzeugt ein Entscheidungssignal gemäß dem Vergleich zwischen dem Subtraktionsergebnis einerseits und dem Bezugspegel andererseits. Dieses Entscheidungssignal zeigt an, ob in einem bestimmten Objektmuster ein Fehler vorhanden ist oder nicht. Als Comparator 51 kann ein im Handel erhältlicher Comparator, wie beispielsweise die Schaltung SN 7485 der Firma Texas Instruments, verwendet verden.

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Der Bezugssignalgenerator 52 kann ein handelsüblicher Digitalsehalter für die Einstellung der Pegel der jeweiligen bits des Bezugspegels in binärer Form sein. Dieser Bezugspegel wird zuvor durch Rechnung ermittelt, wobei die Subtraktion mit einem guten oder Bezugsmuster und Mustern durchgeführt wird, die verschiedene Arten von typischen Fehlern enthalten, wobei insbesondere der schwerviegenste Fehler wie beispielsweise der Ausfall eines Bildelements, unter Verwendung einer statistischen Methode ml% einbezogen wird. Dieser Bezugspegel wird entsprechend der Form und der Größe eines Bezugsmusters variiert. Zu diesem Zweck kann der Digitalschalter eine Mehrzahl von Bezugspegeln vorger ben, mit denen das erfaßte Subtraktionsergebnis L-¹ - L₀ ¹ sequentiell oder parallel verglichen werden kann, so daß sich die Ordnung oder Größe eines Fehlers in einem Muster abschätzen läßt, indem ein Bezugspegel beurteilt wird, ,der dem Subtraktionsergebnis am nächsten kommt.

Als nächstes soll nunmehr die Fehlerabschätzung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des Subtraktionsergebnisses iP~" - Lq² mit der Fehlerabschätzung entsprechend der vorerwähnten japanischen Patentanmeldung 9558/76 verglichen werden, womit dem Subtraktionsergebnis L- - L_Q gearbeitet wird. Wenn ein Differenzwert zwischen den Grenzenlängen L₁ und L₀ als Δ L definiert ist, erhält man folgende Beziehung:

L₁- L₀ = Δ L (11)

Unter Verwendung dieser Gleichlang (11) läßt sich der Differenzwert zwischen den quadrierten Grenz en längen L₁ ²" und L₀ ² ausdrücken wie folgt:

L₁ ² - L₀ ² = Δ L (2L₀ +AL) (12)

Wenn ein Fehler in einem Muster sehr klein oder vernachlässigbar klein ist, erhält man unter der Voraussetzung, daß die Anzahl der Bildelemente, in die ein bestimmtes Muster unterteilt ist, groß vst, di" röchstehende Ungleichungt

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L₀ » Δ L (13)

Daher läßt sich die Gleichung (12) unter Verwendung der Ungleichung (13) wie folgt modifizieren:

L₁ ² - L₀ ² = 2L₀ . Δ L (14)

In dem Fall, daß das Objektmuster ein Muster eines gleichförmigen Massenerzeugnisses ist, wird die Normenabweichung gegenüber der Grenzenlänge L_Q vernachlässigbar,' so daß die Differenz L₁ ²" - L₀ ^2- in Gleichung (14) proportional wird zu Al, da der Wert 2L_n eine konstante Größe ist. Mit ande-

2 2.

ren Worten·ausgedrückt ist die Differenz L₁ - L_Q proportional zu der Differenz L₁ - L_Q. Dies bedeutet, daß die Güte der Fehlerabschätzung im Fall der Differenz L₁ ² - L_Q ² gleich der Güte der Fehlerabschätzung in dem Fall der Differenz L₁ - L₀ ist.

Hinsichtlich der benötigten Verarbeitungszeit hat ein experimentelles Ergebnis gezeigt, daß nur etwa 5 ms notwendig sind, um die Differenz der quadrierten Grenzenlängen

hJ- und L_n ² in einer automatischen Prüfanordnung gemäß der ι υ _zlL

vorliegenden Erfindung/bestimmen, während es einer Verarbeitungszeit von etwa 34 ms bedarf, um die Differenz der Grenzenlängen L₁ und L₀ nach der oben erwähnten Technik zu bestimmen, da das Ausziehen der Quadratwurzeln \l L_² + hJ¹ ______ "Jo \j

oder y 4ΤΓS ein zeitaufwendiges Verfahren ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann wie oben beschrieben, jeder Fehler in einem Muster unabhängig von seiner Größe mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit erkannt werden, da die Erfindung ohne das Ausziehen von Quadratwurzeln auskommt. Die erfindungsgemäß ausgebildete Prüfanordnung zum Untersuchen von Zeichenstrukturen zeichnet sich durch in etwa die gleiche Güte der Fehlerab^cchätzun.g aas wie die bisherige Technik, bei der die Quadratwurzeln \j L^r «- L„² und U 4TTS* ausgezogen werden müssen. Daher läßt si*v< Jri" - ; °indungsgemäß ausgebildete Prüfanordnung ;i.it Vc'·-·-■ .' .-■> ■->.'< -: rcher Arbeitsgeschwin—

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ORIGINAL

ZA

dicjkeit für die ÜberprüFung der Qualität von Massenerzene nissen von gleichförmiger Gestalt und geringer Normabweichung einsetzen.

Das im Rahmen der Ausführungsbeispxele verwendete Objektmuster hat zwar eine im wesentlichen kreisförmige Gestalt, jedoch ist die Erfindung in keiner Weise auf die Unter-Suchung lediglich kreisförmiger Muster beschränkt, und es können auch Objektmuster mit ganz anderer Gestalt als der Kreisform untersucht werden, wobei der Flächenwert jeweils durch den Zähler in digitaler Form gemessen wird. In diesem Fall muß dann eine spezielle Formel für die Ableitung einer Grenzenlänge aus dem gemessenen Flächenwert in Entsprechung zu den besonderen Eigenschaften der jeweiligen Musterform bestimmt werden, wie dies oben in Form der Gleichung (7) für kreisförmige Muster geschehen ist.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

DR. HANS ULRICH MAY

D θ MOIMOHtISl 22. I Mit Vi)C! löTKASSE 27 TELEGRAMME: MAY'-ATf ' MOfJCHEN TELEX 5244H.' A(UI¹
TELEFON

P-3-P-2/15&5 München, 17. Juli 19, <:

PF 51 89/DT

Fuji Klee trie Company Ltd. in Kawasaki, Kanagawa / Japan

Automatische Prüfanordnung

Patentansprüche

Automatische Prüfanordnung zum Untersuchen von Zeichen-SLruxtüren, gekennzeichnet, durch eine erste Baustufe(5) zum Messen eines Flächenwertes für ein digitalisiertes Objektmuster, durch eins zweite Baustufe (9) zum Berechnen eines ersten Quadrats £ür eine Grenzenlänge aus dem Flächenwert, durch eine dritte Baustufe (4) zum Erkennen der Grenzen des digitalisierten Objektmusters, durch eine vierte Baustufe (8) zum Berechnen eines.zweiten Quadrats für eine Grenzenlänge aus den von der dritten Baustufe erfaßten Grenzen, durch eine fünfte Baustufe (10) zum Subtrahieren der Quadrate der Grenzenla^v cpri aus der zweiten und der vierten Baustufe voneinander und clurci eine sechste Baustufe (11) zum Vergleichen des Subtrdktionsergeb»isses aus der fünften Baustufe mit einem Bezugspegel ?um Abschätzen des Fehlerzustandes im Objektmuster.
2. Prüfanordnung nach Ansfuci i, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Baustufe (4Λ <exn^* ersten Detektor (31. 32, 35, 37) zum Erkennen von Bilde? ei*K?fit<?» eines ersten Typs mit Grenzlinien entweder in X-Ricb£u/ig oder in Y-Richtung, einen er?ten Zähler (6) zun Z&hleh der gildelemente dieses ersten

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ORIGINAL INSPECTED

Typs, einen zweiten Detektor (33t 34» 36» 38) zum Erkennen von Bildelementen eines zweiten Typs mit Grenzlinien sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung und einen zweiten Zähler (7) zum Zählen der Bildelemente dieses zweiten Typs aufweist, während die vierte Baustufe (8) einen ersten Multiplikator (41) zum Quadrieren der Anzahl der Bildelemente des ersten Typs, einen zweiten Multiplikator (42) zum Quadrieren der Anzahl der Bildelemente des zweiten Typs und einen Addierer (43) zum Addieren der Quadratwerte aus dem ersten und dem zweiten Multiplikator zum Gewinnen des zweiten Quadrats für eine Grenzenlänge aus den von der dritten Baustufe erfaßten Grenzen enthält.

Prüfanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Baustufe (4) eine erste Extrahierstufe zum Extrahieren des Binärinhalts in drei in Y-Richtung aufeinanderfolgenden Bildelementen, eine zweite Extrahierstufe zum Extrahieren des Binärinhalts in drei in X-Richtung aufeinanderfolgenden Bildelementen, vnn denen das mittlere Bildelement dem mittleren Bildelement der drei in Y-Richtung aufeinanderfolgenden Bildelemente entspricht» ein an die erste Extrahierstufe angeschlossenes erstes Tor zum Feststellen etwaiger Unterschiede im Binärinhalt der drei in Y-Richtung aufeinanderfolgenden Bildelemente und ein an die zweite Extrahierstufe angeschlossenes zweites Tor zum Feststellen etwaiger Unterschiede im Binärinhalt der drei in X-Richtung aufeinanderfolgenden Bildelemente aufweist» an die eine ODER-Schaltung (37)urid eine UND-Schaltung (38) angeschlossen sind, die ein Ausgangssignal an den ersten Zähler (6) bzw. an den zweiter.· Zähler (7) abgeben, von denen das Ausgangssignal der ODER-ächaltung anzeigt» daß das mittlere Bildelement zu einer Grenzlinie entweder in X- oder in Y-Richtunggehört, während das Ausgangssignal der UND-Schaltung anzeigt, laß das mittlere Bildelement Teil einer Grenzlinie sowonl in X-ttichtuhg als auch in Y-Richtung ist.

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. Prüfanordnung nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Tore eine erste UND-Schaltung (31, 33) für den Empfang der Binärinhalte des mittleren und eines der seitlichen Bildelemente, eine zweite UND-Schaltung (32, 34) für den Empfang der Binärinhalte des mittleren und des anderen der seitlichen Bildelemente und eine an die Ausgänge dieser beiden UND-Schaltungen angeschlossene Antivalenz-Schaltung (35 bzw. 36) aufweist.

Prüfanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Extrahierstufe durch einen zweidimensionalen lokalen Speicher (20) gebildet sind, der drei aufeinanderfolgende Zweige mit Schieberegistern (21'bis 25) aufweist, von denen ein erstes und ein zweites Schieberegister jeweils einer Horizontalabtastperiode entsprechende Registerelemente enthalten und ein drittes Schieberegister wenigstens zwei Registerelemente umfaßt, wobei die drei in Y-Richtung aufeinanderfolgenden Bildelemente aus zweiten Registerelementen des ersten, zweiten und dritten Schieberegisters abgeleitet sind, während die drei in X-Richtung aufeinanderfolgenden Bildelemente aus ersten, zweiten und dritten Registerelernenten des zweiten Schieberegisters abgeleitet sind.

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