автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация и совершенствование визуального контроля в технологических процессах изготовления коммутационных плат на основе методов кодирования изображений.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

СЕВАСТОПОЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Волкова Тетяна Викторівна

УДК 658.52.011.56: 621.38.049.77

АВТОМАТИЗАЦІЯ ТА УДОСКОНАЛЕННЯ ВІЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЮ У ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСАХ ВИГОТОВЛЕННЯ КОМУТАЦІЙНИХ ПЛАТ НА ОСНОВІ МЕТОДІВ КОДУВАННЯ ЗОБРАЖЕНЬ

05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

/

Севастополь -1998

Дисертацією є рукопіс.

Робота виконана в Севастопольському Державному технічному університеті МО Україньї.

Науковий керівник - кандидат технічних, наук,

доцент Островський Володимир Іллїч, професор департаменту кібернетики і обчислювальної техніки СевДТУ.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Копп Вадим Яківлевич, директор департаменту пріла до будування СевДТУ;

- кандидат технічних наук, доцент Шишкевич Євген Володимирович, доцент кафедри автоматизації технологічних процесів та виробництв Севастопольського інституту ядерної енергії та промисловості Міністерства енергетики України.

Провідна установа -

Національна гірнича академія України МО України, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться " ^ "

.1998 р. о годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 50.052.02 у Севастопольському Державному технічному університеті за адресою:

335053, м. Севастополь, Стрілецька балка, студентське містечко, корпус СевДТУ.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці СевДТУ. Автореферат розісланий 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., доцент _ . А. Н. Шерешсвський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Розвиток електронної промисловості та технології, автоматизація та комп'ютеризація виробництва - це найважливіші умови технічного прогресу України. Особливості, що породжуванії спеціфікою мікроелектронікі та інтегральної технології, обумовлюють підвищену роль контролю у відповідних технологічних процесах (ТП). Технологічні операції контролю, яки є невід’ємною частиною ТП, дозволяють вибракувати потенційно негідні вироби на ранніх етапах обробки, своєчасно відрегулювати технологічне обладнання, забезпечити випуск заданої кількості придатної продукції необхідної якості, з’економити матеріальні і трудові ресурси, зменшити собівартість виробів. В окремих випадках контрольні операції (КО) складають 30-50% від загальної трудомісткості виготовлення виробів, при ціому майже 70% усіх КО складає контроль зовнішнього вигляду. Слідством того, що візуальний контроль здійснюється людиною суб'єктивно, є його низька вірогідність, яка не перевищує 60-65%. Крім цього, сама операція контролю вимагає великих витрат утомливої монотоішої праці.

Задача автоматизації візуального контролю вирішується з позицій системного підходу до керування якіст'ю продукції. При цьому під системою автоматизованого візуального контролю (САК) якості виготовлення виробів мікроелектронікі розуміється сукупність апаратних та програмних засобів контролю, а також порядок їх розміщення та використання у ТП, регламентуємий особливостями цього ТП. Різноманітним аспектам автоматизації та удосконалення візуального контролю присвячені дослідження Лопухіна В. А., Пісаревського А. Н., Горюнова Н. Н., Уоткінса 3., Щепіна Ю. Н. та ін.

Широкому упровадженню САК у виробництво перешкоджує їх відносно висока вартість та низька продуктивність. В даній роботі запропоновано підхід, що дозволяє підвищити продуктивність САК та знизити собівартість виробів без додаткових апаратних витрат.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Ця робота становить узагальнення результатів, одержаних автором при виконанні госпдоговірної НДР 1986-1990 p.p. №1136, дер-жбюджетних НДР 1991-1993 p.p. "Розробка системи технічного зору (СТЗ) для автоматизації візуального контролю якості виробів" (Наказ МВССО УРСР №78 від 21.03.91), 1997-1999 p.p. "Розробка методів та програмних засобів для дослідження та оптимізації способів кодування зображень" (наказ МО України №37 від 13.02.97) департаменту кібернетики і обчислювальної техніки Севастопольського Державного технічного університету.

Мета та задачі дослідження.

Мета дисертаційної роботи полягає в автоматизації візуального технологічного контролю комутаційних плат (КП) за рахунок розробки алгоритмічних та програмних засобів САК КП, а також в збільшенні продуктивності САК КП та зниженні собівартості КП, на основі ефективного кодування зображень друкованого монтажу.

Для досягнення поставленої мети послідовно вирішено таки задачі:

1) оцінено вплив параметрів САК КП на собівартість КП;

2) проведено аналіз існуючих метода кодування зображень (МКЗ), розглянуто різноманітні моделі зображень, що застосовуються для оцінки ефективності кодів, їх достоїнства та недоліки;

3) формалізовано крігерц ефективності МКЗ друкованого монтажу;

4) запропоновано імітащшну статистичну модель автоматизованого візуального контролю, розроблено метод оцінки ефективності застосування МКЗ у САК КП по запропонованим критеріям;

5) розроблено програмні засоби для дослідження МКЗ друкованого монтажу, одержані оцінки ефективності найбільш уживаних кодів, викорисгуємих у системах контролю, дано порівняльні характеристики МКЗ, що булі досліджені, та рекомендації по їх застосуванню у САК КП;

6) запропоновано та досліджено новий МКЗ топології КП у САК;

- 7) для автоматизації візуального контролю у ТП виготовлення

- двосгороніх КП (ДКП) на полїімідної плівці розроблено програмне забезпечення (ПЗ) САК ДКП, орієнтоване на запропонований МКЗ, яке вміщує у себе оригінальний алгоритм відкриття дефектів друкованого монтажу.

Наукова новизна одержаних результатів.

Нові наукові результати, які одержані особисто автором :

1) проведено аналіз залежності продуктивності автоматизованого візуального контролю, вартості КО та собівартості КП від засобу подання топології друкованого монтажу в САК КП, виявлено, що для типових ТП виготовлення КП за рахунок застосування ефективних МКЗ собівартість виробів може бути зменшена на 5-15%;

2) вперше запропоновано універсальний підхід, що дозволяє одержати оцінки ефективності МКЗ у САК, та відображає як міру стиска зображень, так і алгоритмічну придатність коду;

3) для деяких класів зображень, що відображають особливості малюнку друкованого монтажу, отримано оцінки ефективності

■ найбільш уживаних МКЗ, що дозволяють зробити обгрунтований вибір засобу подання зображень у САК КП;

4) на основі аналізу відомих МКЗ розроблено оригінальний засіб подання топології КП, який показав найкращі оцінки на ряду класів зображень друкованого монтажу;

з

5) запропоновано, досліджено та запроваджено у виробництво оригінальний алгоритм візуального контролю КП; використання розробленого МКЗ замість поелементного кодування дозволяє збільшити продуктивність САК приблизно у 5.2 разів, удосконалити САК КП шляхом введення у план контролю додаткових КО та знизити собівартість виробів приблизно на 6.8%.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблено засоби, підходи та рекомендації, що мають практичне значення для здійснення автоматизації технологічних процесів на підприємствах мікроелектрошюї промисловості:

1) запропоновано засіб збільшення продуктивності автоматизованого візуального контролю та зішження собівартості КП за допомогою обгрунтованого вибору МКЗ друкованого монтажу; розроблено алгоритм оцінки впливу собівартості КО на собівартість КП;

2) розроблено ефективні програмні засоби САК КП для зна-ходжеїшя дефектів друкованого монтажу;

3) розроблено програмну систему Рк^пов, що дозволить зробити обгрунтований вибір МКЗ у САК КП на основі імітацийного моделювання процесу автоматизованого візуального контролю.

Методи та програмно-алгоритмічні засоби, що запропоновані у роботі, використані при утворенні САК ДКП, що запроваджена в НДИ МП (м. Москва). Річний економічний ефект на частку здобувана складає 60 тис. карб, у цінах 1990 р. Ряд розробок передано для упровадження у виробниче об’єднання Кієвський радіозавод. Результати дисертації упроваджені у навчальний процес та використуються при підготовці інженерів за спеціальніст'ю 7.091501 згідно з планами МО України. Копії документів, що до впровадження, приведено у додатку.

Особистий внесок здобувача.

Дисертаційна робота виконана автором самостійно, на основі особистих ідей та розробок. При використанні результатів досліджень інших авторів зазначалися літературні джерела наукової інформації.

Апробація результатів дисертації.

Основні положешш дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на Всесоюзної науково-технічної конференції "Розробка систем технічного зору та їх застосування у промисловості" (м.Устінов, 1986 р., м. Іжевськ, 1988 р.), Республіканської науково-технічної конференції "Системи технічного зору та їх застосування у САПР та робо-тотехниці" (м. Севастополь, 1989 р.), семінарі по засобам автоматизації візуального контролю інтегральних схем (м. Севастополь, 1995 р.), науково-методичної конференції "Інформаційні технології в навчально-методичної та наукової діяльносгі" (СевДТУ, м. Севастополь, 1998 р.).

Публікації.

По матеріалам дисертації опубліковано 5 статтей у наукових журналах та збірках, 1 тези доповідей.

Структура та обсяг дисертації.

Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел із 96 найменувань та додатків. Дисертація розміщена на 132 сторінках друкованого тексту, містить 19 малюнків та 19 таблиць.

ЗМІСТ

У вступу обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та завдання дослідження, основні положення, що захищаються автором, дано стислий зміст дисертації.

У першому розділі показано, що засіб подання топології друкованого монтажу у САК може істотно впливати на продуктивність САК та собівартість КП, зроблено аналітичний огляд існуючих МКЗ.

У підрозділі 1.1 здійснено оцінку впливу МКЗ на продук-тівність САК та собівартість КП. При цьому використовувалася модель ТП, формалізована схема якого зображена на мал.1 (з роботи Щепіна Ю. М.). Сукупність технологічних операцій (ТО) розбивається на п великих ТО, після кожної із яких можливо встановити пост контролю (ПК). ТГІ характеризується такими параметрами, як: і рі - імовірність виходу придатних виробів після і-ой ТО, аі - вартість обробки одного виробу на і-ой ТО, кі - вартість контролю одного виробу після і-ой ТО. На вхід ТП надходить партія, що складається із N0 заготівленнь, кількість придатних виробів на виході ТП складає рірг...рпМо. ,

Мал. 1. Формалізована схема технологічного процесу виготовлення виробів мікроелектроніки:

1 - і-а технологічна операція з параметрами аі.рі;

2 - і-ий потенційно можливий пост контролю з параметром к,.

Середня собівартість одного придатного виробу в визначається формулою:

п ьі і Н п

8(Х)=(2 (аі+Хікі)Е Х]П ріП (1-х,)) / П рі, (1)

і=1 і=0 1=0 І=і+1 І=1

де Х=(хі, х2,...,хв) - план контролю ТП; хі=1, якщо після і-ой ТО встановлений ПК, інакше хі = 0, і=1...п ; Хі=0 при і >і-1. Припускалося, що при автоматичному контролі вартість виконання КО після кожної ТО однакова та дорівнює к.

Досліджувалося залежність 8(к)=8(ХоРі(к)) при зміні к від кт» до ктіп, при умові, що 8(Хорі(к))=тіп5(Хі(к)), ]=1...т,

Хі(к)є{Х1(к),Х2(к),...,Хи(к)}.

Визначений вішхе план контролю Хорі вважається оптимальним планом контролю ТП. У вигляді кШи вибиралася деяка досить висока величина вартості КО, при якої у план контролю ТП змушено включати тільки підсумковий ПК. Якщо зменшення к досягнено ТІЛЬКИ шляхом застосування ефективного кодування, отже, зменшення вартості обробки зображення V при незмінної вартості запровадження зображення та переміщування виробу и(к = и + у), тоді кшш = п. Природно, що при зміні к оптимальний план контролю може змінюватися. Хай Х(кі)=(хп,хі2,...,хіп), Х(к2)=(х2і,х22,...,х2п). Розглядалися тільки такі плани контролю, для яких справедливо твердження: якщо кг < кі, то

Х(кг) > Х(к1), тобто хгі ^ хи для усіх і=1...п.

Хай - множина ПК, встановлених у ТП. \УсЬ, де Ь={1,2,3,...,п}, iєW, якщо хі=1, і=1...п. Позначимо через в* собівартість виробу при певній кількості ПК. Тоді на підставі формули (1)

Біпі = (Аі, в + к) / рм ,

П П

де Аі,п = 2 аі; рі,п = П р>;

І —1 І=1

в (і, п( = (Аі, і + к + (Аі+і, п + к) рі, і) / рі, п;

А8і = А8{п| - Аво.п} = (-крі.і + Аі+і,п(1-рі,і)) І рі,п (2)

Встановлення ПК після і-ой ТО вважається доцільним при Д&Х). Запропоновано такий алгоритм розстановки ПК у ТП: при зміні к від кши до ктіп » змінює своє значення із 0 на 1, якщо к < Кі, де Кі=тах К}, і=1...п, К$є{Кі,К2,...,Кп}. З формули (2)

Кі- Аі+і,п(1-рі,і) / рі.і

(3)

Зони, на які і-ий додатково встановлений ПК розбиває ТП розглядаються як окремі ТП та оптимізуються незалежно по приведеному алгоритму;

З урахуванням формули (3) умова доцільності введення ПК після і-ой ТО буде такою:

- У< Аі+і,в(1-рі,і)/рі,і-и (4)

Дослідження реального ТП виготовлення ДКП на поліїмідній плівці (НДИ МП, м. Москва) виявило, що зниження вартості контролю на порядок може забезпечити зниження собівартості виробів на 11%.

Аналіз існуючих МКЗ та засобів їх оцінки показав, що на цей момент розроблено велику кількість відеокодів, призначених як для передачі зображень, так і дня обробки зображень на ЕОМ. Критерій зручності обробки кода у ЕОМ не був достатньо формалізован, та оцінка ефективності отого чи іншого МКЗ вироблялася в основному по коефіцієнту стиска відеоданих. В зв'язку з неадекватнісг'ю існуючих моделей, реальним зображенням друкованого монтажу на цей момент не існує достовірних порівняльних характеристик МКЗ для застосування до проблеми, що розглядається. Тому поставлено задачу розробки методу дослідження ефективності засобів подання топології КП у САК (підрозділ 1.2).

В другому розділі на основі аналізу вимог, що пред'являються до МКЗ у САК КП формалізовані критерії ефективності відеокодів, розроблено імітацийну модель автоматизованого візуального контролю, запропоновано метод та інструментальні засоби дослідження МКЗ на основі прийнятої моделі.

В підрозділі 2.1 обгрунтовано вибір критеріїв ефективності засобів подання зображень у САК КП (табл.1). В тестовий пакет, використовуваний для визначення оцінок критерію алгоритмічної придатності (зручності використання у САК), включені програми поширення, стиска, інверсії, кон'юнкції зображень, знищування шумів та виділення контурів, що є загальною та найбільш трудомісткою частиною більшості алгоритмів візуального контролю.

Підрозділ 2.2 присвячено розробці імітацийної статистичної моделі автоматизованого візуального контролю КП. Надана модель імітує роботу таких елементів: підсистеми запровадження зображення топології друкованого монтажу, підсистеми кодування анализо-ваного зображення та визначення коефіцієнту стиска, підсистеми обробки одержаного відеокоду та визначення коефіцієнту збільшення продуктивності, підсистеми керування експериментом та обчислювання статистичних оцінок критеріїв ефективності засобів подання топології КП.

Таблиця 1.

Критерії ефективності методу кодування топології КП__________

Назва Визначення Засіб оцінки

1. Коефіцієнт сгиска Скорочування обсягу відеодаїшх при кодуванні у порівнянні з поеле-мєнтним поданням зображення (X — Ішах / 1, ЦЄ Іти - 06СЯГ П0ЄЛЄ-чєнтного подання, 1 - обсяг кодового подання. ~ П М = І оі / п; - п 1=1 - Досі - М)2/(п -1); І=1 _ Єр =(ріп)0-Чр, де осі - значення ко-гфіціешу стиска на і-зму експерименті, п -кількість експериментів.

2. Зручність використання у САК (алгоритмічна придатність) 2.1. Коефіцієнт збільшення продуктивності 2.2. Коефіцієнт програмної трудності Скорочування часу обробки коду, що досліджується, що до поелементного коду: У = ї^піх 1 І 9 де ІШН -час проходження тестового пакету, орієнтованого на поелементний код; ( - час проходження тестового пакету, орієнтованого на код, що досліджується. Відношення сумарної довжини со програм, що складають тестовий пакет для поелементного коду, до суммарної довжини с програм, що складають тестовий пакет для коду, що досліджується: ст = с» / с « п М = 2]уі /п; _ п І=1 - Б=І(уі-М)ї / (п -1); і=1 _ Ер=(Ь/п)»^р, де уі - значення коефіцієнту збільшення продуктивності на і-ому експерименті, і - кількість експериментів

У вигляді імітацийної статистичної моделі зображення друкованого монтажу прийнято вибірка з генеральної сукупності бінарних зображень певного класу. Обсяг вибірки визначається виходячи з необхідної ТОЧНОСТІ ОЦІНОК Єр.

Клас зображення задається набіром примітивів, що зіставлено елементам друкованого монтажу (ЕДМ) та механізмом включення примітивів у картину (кадр). Прийнято такий формальний опис класу зображення:

< клас зображення > = < набір примітивів >, < пабір масштабів >,

< набір кутів повороту >,

< механізм включення у картину >;

< механізм включення у картину >=< перетворення примітива >,

< синтаксичні правила >,

< операція включення >;

< перетворення примітива >=< поворот >,< масштабування >;

< синтаксичні правила >=< заборона перехрещення >;

< дозвіл перехрещення примітивів >;

< операція включення >=< Or >, < And Not >.

Для імітації картин певного класу на основі аналізу реальних зображень друкованого монтажу завдаються такі параметри моделі: імовірності появи у картині використовуваних примітивів, імовірності використовуваних масштабів та кутів повороту, імовірності розміщення примітивів у довільному місці картини, міра насиченості картини (відношення кількості одиничних пікселів, становлячих метаггічни дільниці КП, до загальної кількості пікселів у картині).

При побудові результуючого зображення примітив, масштаб, кут повороту та коордінати месцезнаходження примітива у картині вибираються згідно з заданим імовірністним механізмом при допомозі генератору псевдовипадкових чисел. Примітив наноситься шляхом встановленої операції на початковий фон. Надана ітераційна процедура повторюється N раз. Значення N визначається мірою насиченості моделюємої картини.

У підрозділі 2.3 дано опис програмної системи Prognos, що дозволяє на основі запропонованої моделі створити струм псевдовипадкових зображень завданого класу та визначити, користуючись апаратом математичної сгатістикі, оцінки ефективності різноманітних кодів. Система має діалогові засоби, орієнтовані на неквалификовашюго споживача, може бути просто настроєна на конкретний клас зображень топології друкованого монтажу, має можливість гнучкого керування експериментом залежно від досягнутої точності оцінок, має засоби візуалізації моделюемих зображень, дозволяє досить просто додавати нові угіліти перекодування для дослідження тих чи інших відеокодів.

У третьому розділі приведено одержані при допомозі системи Prognos оцінки ефективності застосування у САК найбільш уживаних МКЗ, описано оригінальний засіб подання топології КП, що запропоновано автором, дано порівняльні характеристики кодів, що досліджувалися, та рекомендації по їх використанню у САК КП.

При проведенні експериментів генерувалися кадри розміром 320x200 пікселів, що при розв'язуючій спроможності 10 мкм на піксел відповідало б дільниці КП площею 6.4 мм2. Була зроблена спроба змо-делювать деякі узагальнені топології, що спроможні найбільш часто зустрічатися у процесі сканіровання кадрами поверхні різноманітних КП. У підрозділі 3.1 одержані оцінки зфективності двох класичних методів кодування серій пікселів - МКС1 та МКС2 (при цьому вар’їрупалася довжина кодового слова с), а також для МКЗ у форматах PCX, TIFF, IMG (стандарт Microsoft). Оцінки коефіцієнту стиска для двох класів зображень топології КП представлені у табл.2,3.

Таблиця 2.

Оцінки математичного очікування коефіцієнту стиска для топо-

логій з ортогональним виконанням друкованого монтажу

(горизонтальні та вертикальні ЕДМ)

Спосіб кодування Коефіцієнт стиска

Міра насиченості

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

1.МКС1, с=4 1.7 1.7 1.7 1.6 1.6 1.6

2.МКС1, с=8 13.3 8.9 7.4 5.6 5.0 4.8

З.МКС2, с=4 1.8 1.8 1.7 1.7 1.7 1.7

4.МКС2, с=8 10.0 8.5 7.0 6.0 5.1 4.8

5. PCX 19.9 6.5 3.6 2.7 2.0 1.9

6.TIFF 19.9 6.5 4.0 2.8 2.2 2.0

7.IMG 1280 75.1 31.9 15.3 8.9 6.0

Таблиця 3.

Оцінки математичного очікування коефіцієнту стиска для топологій з довільїшм виконанням друкованого монтажу (похилі ЕДМ)

Спосіб кодування Коефіцієнт стиска

Vlipa насиченості

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

1.МКС1, с=4 1.7 1.7 1.6 1.6 1.5 1.4

2.МКС1, с=8 13.3 6.2 4.5 3.0 2.2 2.0

З.МКС2, с=4 1.8 1.8 1.8 1.7 1.7 1.7

4.МКС2, с=8 10.0 5.6 3.5 2.7 2.2 2.1

5.РСХ 19.9 2.6 1.7 1.4 1.2 1.0

6.TIFF 19.9 2.8 1.9 1.5 1.1 0.9

7.IMG ! 1280 10.0 1.8 1.6 1.3 1.1

Дослідження показали, що МКЗІВМ РС, що базуються на поданні серій байтів, у цілому меньш придатні для кодування зображень КП, ніж засоби, грунтовани на кодуванні серій бітів (МКС1 та МКС2) з довжиною кодового слова с=8 бітів.

Аналіз шляхів підвищення ефективності, використоваїшх у кодах, що дослідилися, дозволив розробити гібридний МКЗ, що названо методом збігу та зсуву (МЗЗ) (підрозділ 3.2). МЗЗ добре враховує специфіку зображень друкованого монтажу, дозволяє істотно скоротити обсяг та час обробки відеоданих.

Для поданім зображення створюються два масиви. Інформаційний масив (ІМ) містить множину кодових слів, становлячих кадр. Цей масив ділиться на підмасиви, що описують окремі рядки. Двоє рядків вважаються однаковими, якщо вони мають однакову кількість серій, та серії з однаковими номерами співпадають з точніст'ю 8 пікселів. Якщо декілька послідовних рядків однакові, тоді у ІМ вони представляються одним рядком. Параметр 5 вибирається виходячи з рівня шумів, допустимих в зображеннях необхідного класу. З ІМ виключається опис однорідних (повністю нульових чи повністю одиничних рядків), а також рядків, що спроможні бути функціонально одержані з попередніх рядків. ІМ постачається масивом 16-розрядних слів-дескріпторів - ДМ. Кожному і-ому рядку кадру відповідає дескріптор ДМі.

г 0...0, якщо рядок Бі повністю нульовий;

1...1, якщо рядок Бі повністю одиничний; адреса рядка Би у ЇМ, якщо Б і = в ц± 8; р+2м, якщо ві = ЬР(Б н) ± 8, де ЬР - функція

ДМі = ^ зсуву на р розрядів ліворуч;

Я+215, якщо Бі = ІІЧ(5 н) ± 5, де 11, - функція зсуву на ч розрядів праворуч; адреса рядка & у ІМ, якщо жодної з ; V перелічених умов пс виконано

На мал.2. показано кодування описаним засобом. В роботі досліджувалося подання рядків у ІМ коордінатами кордонів одиничних серій.

Поелементне Номер ДМ Адреса ІМ

подання рядка коду

01 00 0

02 00 А1

03 00 А1

04 00 А1

05 00 А1

06 00 А1

07 00 А1

08 00 А1

09 00 А1

10 00 А1

11 00 А2

12 00 А2

13 00 А2

14 00 А2

15 00 АЗ

16 01 2

17 01 2

А1

А2

АЗ

Мал.2. Кодування топології КП методом збігу та зсуву (8 =2)

Графіки залежності коефіцієнту збільшення продуктивності у та коефіцієнту стиска а від міри насиченості зображення при ортогональному віконанні друкованого монтажу для МКС1 (с=8 біт) та МЗЗ показано на мал. 3. Значення коефіцієнту програмної трудності ст для МЗЗ склало 0.48, для МКС1 - 0.59. МЗЗ показав найкращі результати стиска та продуктивності на більшості класів зображень КП, що дослідилися, та був рекомендований для застосувати у САК.

Четвертій розділ присвячено автоматизації та удосконаленню візуального контролю у ТП виготовлення гнучких ДКП на основі розробки ПЗ САК з використанням ефективного кодування топології друкованого монтажу.

У пункті 4.1.1 поставлено завдання автоматизованого візуального контролю топології ДКП. Пункт 4.1.2 присвячено аналізу засобів візуального контролю. У пункті 4.1.3 здійснено опис алгоритму візуального контролю якості виготовлення друкованого монтажу, розробленого автором на основі аналізу існуючих алгоритмів контролю та вимог до виготовлення ДКП на поліїмідної плівці.

Ключовою ідеєю наданого алгоритму є розбів всієї контрольованої поверхні КП на зони, що відрізняються набором використоваїшх у них елементів друкованого монтажу та вимогами до їх виготовлення. Облік особливостей окремих зон упрощує алгоритм контролю та підвищує вірогідність результатів.

Мал.З. Оцінки математичного очікування коефіцієнту збільшення продуктивності у (а) та коефіцієнту стиска а (б) для моделей 1-горизонтальні ЕДМ, 2-вертикальні ЕДМ,

3-ЕДМ горизонтального та вертикального напрямків ,

Блок-схему алгоритму візуального контролю топологи КП зображено на мал. 4. Признаком дефекту у робочої зоні, що містить тільки друковані провідники, є відкриття ситуації "початок" або "закінчення" одиничної області зв'язку (обрив) після Li-кратного стиску вихідного кадру чи нульової області зв'язку (коротке замикання) після Lo-кратного стиску кадру, інверсного вихідному. Li = її / 2, де її - мінімально допустима ширина металічного елементу контрольованої зони у пікселах, Lo = 1о І 2, де 1о - мінімально допустима ширина неметалічного елементу контрольованої зони у пікселах. Операція стиску на 1 піксел задасться формулою

Reduce (ац) = ajj л an,j л ai,j-i а ау+і л ai+i,j, де ai,j - значення піксела з коордінатами (і, j).

Крім робочих зон на поверхні КП можна виділити ряд зон, включаючих контактнії майданчики, виводи, перехідні дірочки, вимоги відбракування до которих відрізняються від тих, що поставлени до провідників. Контроль таких зон здійснюється як запропоновано вище але з урахуванням опису еталонної топології, що маскує коордінати правильних конфігурацій друкованого монтажу, що можуть бути віднесені до дефектів (наприклад, при відкритті ситуації "закінчення" контактного майданчику). Якщо коордінати дільниці тополоіії, у якій виявлено розрив області зв'язку, відрізняються від коордінат, що запісано у еталоний опис, не більш ніж на 8, тоді висновок про наявність дефекту не робиться. Величина 8 задається параметрическі у залежності від допуску на виготовлення контрольованого елементу топології.

Підрозділ 4.2 присвячено обгрунтуванню вибору МКЗ у САК ДКП. Модель зображення була адаптована до більш вузького класу зображень КП, і оцінки ефективності розглянутих кодів відповідно уточнені при допомозі системи Prognos. На основі одержаних оцінок передбачена можливість підвищення продуктивності контролю за допомогою використання МЗЗ замість поелементного коду у 6.1 разів. При імітацийном моделюванні з використанням програми контролю, орієнтованої на МЗЗ, замість відповідного тестового пакету оцінка коефіцієнту у склала 4.6 (підрозділ 4.3). При експлуатації наданої програми у САК ДКП на полймідної плівці було одержано значення у=5.2. Вірогідність контролю склала 94%. Застосування дня подання топології ДКП МЗЗ замість поелементного кодування при використанні сучасної техніки дозволяє удосконалити САК шляхом введення у план контролю додаткової КО та знизити собівартість ДКП приблизно на 6.8 %.

СГ вь,хід

Мал.4. Блок-схема алгоритму визуального контролю КП

ОСНОВШ ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Досліджено залежність собівартості КП від параметрів САК КП, обгрунтовано обраний шлях удосконалення САК КП;

2. На основі аналізу існуючих методів кодування та моделей зображення, а також вимог, що пред'являються до МКЗ у САК КП, формалізовано критерії ефективності МКЗ топології друкованого монтажу.

3. Запропоновано імітацийну статистичну модель автоматизованого візуального контролю, що дозволить уникнути недоліків, яки мають існуючі моделі, та метод оцінки ефективності використання МКЗ у САК КП.

4. Розроблено програмну систему Рп^поз, що автоматизує процес дослідження засобів подання топологи КП; одержані оцінки ефективності найбільш уживаних МКЗ; дано рекомендації по їх застосуванню у САК КП.

5. Запропоновано МЗЗ - новий ефективний метод подання топології друкованого монтажу, застосування якого дозволяє підвищити продуктивність САК приблизно в 5.2 разів, дає можливість удосконалити САК за рахунок введення в ТП додаткових КО та знизити собівартість КП приблизно на 6.8%.

6. Для автоматизації системи візуального контролю якості виготовлення ДКП розроблено швидкодіючий алгоритм відкриття дефектів друкованого монтажу, що містить достоїнства без'еталонного контролю та порівняння з еталоном, і відповідне ПЗ САК ДКП, орієнтоване на МЗЗ.

7. Результати іспитів наданого ПЗ на реальних зображеннях ДКП підтверджують оцінки ефективності МЗЗ, одержані при допомозі програмної системи Рп^по5, що дозволяє зробити висновок про адекватність запропонованої імітацийної моделі анализуємим об'єктам та коректність розробленого методу дослідження ефективності застосування МКЗ у САК КП.

8. Розроблене ПЗ застосовано для автоматизації ТП виготовлення ДКП на поліїмідної плівці в НДИ МП (м. Москва). Економічний ефект склав 60 тис. карб./рік у цінах 1990 р.

9. Результати проведених досліджень можуть бути використані у галузях виробництва, що допускають застосування систем технічного зору для автоматизації технологічних процесів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБГГ

По результатам виконаних теоретичних та експериментальних досліджень опубліковано:

1. Волкова Т.В., Островский В.И. Алгоритм визуального контроля качества изготовления топологии печатного монтажа // Электронная техника. Сер.10. - 1991. - № 5. - С.44-47.

2. Волкова Т.В., Островский В.И. Статистическая модель визуальной информации и ее применение для оценки эффективности различных способов кодирования изображений // Вестник СевГТУ. -1995. - № 1. - С.38-42.

3. Островский В.И., Волкова Т.В., Литвиненко В.Н. Инстру-

ментальные средства исследования алгоритмов обработки и способов представления изображений // Вестник СевГТУ. - 1997. - № 5. - С.52-55' 4. Волкова Т.В. Сравнительные оценки эффективности мето-

дов кодирования рисунка печатного монтажа // Вестник СевГТУ. -

1997.-№7.-С.96-102.

5. Волкова Т.В. Совершенствование автоматизированного визуального контроля в производстве изделий микроэлектроники на основе методов кодирования изображений // Вестник СевГТУ. - 1998.

- № 10. - С.67-71.

6. Островский В.И., Сало А.А., Волкова Т.В. Программноаппаратные средства обработки изображений // Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф. “Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности”. - Кн. 1. - Ижевск: Удмуртское республиканское управление статистики. - 1988. - С. 134-135.

Волкова Т. В. Автоматизація та удосконалення візуального контролю у технологічних процесах виготовлення комутаційних плат на основі методів кодування зображень. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів.

- Севастопольський Державний технічний університет, Севастополь,

1998.

У дисертації розвито новий засіб підвищення продуктивності систем автоматизованого візуального контролю комутаційних плат, що базується на ефективному кодуванні топології друкованого монтажу. Вирішено задачу оцінки та вибору коду на основі імітацийного моделювання візуального контролю, розроблено повий метод подання топології та орієнтоване на нього програмне забезпечення ( ПЗ ) системи контролю. Застосування наданого ПЗ для автоматизації типового технологічного процесу дозволило істотно підвищити швид-кодіяльнісгь контролю, удосконалити план контролю, та знизити собівартість виробів.

Ключові слова: продуктивність, система автоматизованого візуального контролю, комутаційна плата, кодування топології, технологічний процес, собівартість.

Волкова Т.В. Автоматизация и совершенствование визуального контроля в технологических процессах изготовления коммутационных плат на основе методов кодирования изображений. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов. - Севастопольский государственный технический университет, Севастополь, 1998.

В диссертации развивается новый метод повышения производительности систем автоматизированного визуального контроля коммутационных плат, базирующийся на эффективном кодировании топологии печатного монтажа. Решена задача оценки и выбора кода на основе имитационного моделирования визуального контроля, разработан новый метод представления топологии и ориентированное на него программное обеспечение (ПО) системы контроля. Применение данного ПО для автоматизации типового технологического процесса позволило существенно повысить быстродействие контроля, усовершенствовать план контроля и снизить себестоимость изделий.

Ключевые слова: производительность, система автоматизированного визуального контроля, коммутационная плата, кодирование топологии, технологический процесс, себестоимость.

Volkova T.V. Automation and improvement of visual control in technological processes of printed circuit board production on the base of image coding methods. - Manuscript.

This is a dissertation for a candidate of technical science degree by specialty 05.13.07 - automation of technological processes. The Sevastopol State technical university, Sevastopol, 1998.

In the dissertation the new printed circuit boards automatic visual control systems productivity increase method based on printed circuit topology effective coding is developed. The code estimation and choice problem is solved on the base of visual control imitative modeling, the new topology presentation method and control system software oriented on this method are worked out. The software application permitted to raise control quickness essentially to improve control plan to reduce production prime cost.

Key words: productivity, automatic visual control system, printed circuit board, topology coding, technological process, prime cost.

Подписано в печать 24.09.98 г. Формат бумаги 60х90тб Уел. п. л. 1. Заказ № 73. Тираж 100 экз. Бесплатно.

Издательство “СевГТУ", Севастополь, 53, Стрелецкая балка, Студгородок, НМЦ.