DE3010559A1 - Ueberpruefungssystem zur ermittlung von fehlern in regelmaessigen mustern - Google Patents

Description

RCA 72527

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Oberprüfungssystem zur Ermittlung von Fehlern in regelmäßigen Mustern

Die Erfindung bezieht sich auf die Ermittlung von Fehlern in regelmäßigen Mustern und betrifft insbesondere ein Überprüfungssystem zur Feststellung von Fehlern in solchen Mustern, wobei die Musterelemente eine veränderliche Periodizität haben. Obgleich sich die Erfindung zur Ermittlung von Defekten in sehr verschiedenen Typen regelmäßiger periodischer Muster eignet, sei sie nachfolgend im Hinblick auf die Fehlerermittlung in photographischen Masterplatten beschrieben, wie sie für die Bildung von Schatten- oder Lochmasken für Fernsehfarbbildröhren verwendet werden.

In Farbbildröhren verwendete Lochmasken werden durch ein photolithographisches Verfahren hergestellt, bei welchem eine Glasarbeitsplatte, auf der sich ein geeignetes Muster befindet, gegen ein mit Photoresistmaterial beschichtetes Stahlblech gedruckt wird und das Photoresistmaterial gleichzeitig mit einer geeigneten Lichtquelle belichtet wird. Bei den vielen Wiederholungen dieses Vorgangs kann das Muster auf der Glasplatte beschädigt werden. Entweder können kleine Teile der schwarzen Punkte oder Striche, welche das Muster bilden, weggezogen werden, oder Schmutzpartikel werden in das Muster gedruckt. Von fehlerhaften Platten hergestellte Masken sind Ausschuß und müssen

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ausgesondert werden. Es besteht daher ein Bedürfnis, die Glasarbeitsplatten periodisch zu untersuchen.

Kleine Fehler der dunklen Punkte oder Striche, die einem hellen Hintergrund überlagert sind, sind sehr schwierig zu erkennen, wenn das Muster ohne Vergrößerung betrachtet wird. Hierin besteht ein wesentlicher Unterschied zu Negativmustern, wie sie durch die fertige Lochmaske gebildet werden, wo vergrößerte oder zusätzliche Löcher gut sichtbar sind, insbesondere für einen geübten Beobachter. Eine Möglichkeit, die '" Sichtbarkeit einiger Fehler in der Arbeitsplatte zu verbessern besteht in der überlagerung mit einer gut passenden Negativplatte. Fehlende Teile des Musters zeigen sich dann als helle durchsichtige Stellen. Wird das Negativ verschoben, dann kann man die Erkennbarkeit zusätzlicher dunkler Stellen erhöhen. Jedoch hat diese Technik nur einen begrenzten Nutzen. Für eine befriedigende vollständige Oberprüfung ist es bisher erforderlich gewesen, die Platte unter Vergrößerung visuell abzusuchen, und dazu braucht man etwa zwei Stunden pro Platte.

Ein Problem bei der automatischen überprüfung regelmäßiger periodi-

scher Muster ergibt sich, wenn die Musterperiodizität, also der Abstand der einzelnen Elemente des Musters, sich über das Muster verändert. Die hier 2u beschreibende Erfindung löst dieses Problem mit einem grundsätzlich automatisch arbeitenden Überprüfungssystem. Gemäß der Erfindung ist ein Oberprüfungssystem zur Ermittlung von Fehlern

in regelmäßigen Mustern vorgesehen, bei denen die Elemente des Musters Veränderungen in der räumlichen Periode aufweisen. Das System enthält eine Einrichtung zur Abtastung und Feststellung der Elemente eines Musters und Erzeugung eines Ausgangssignals, welches das Muster angibt, sowie eine Einrichtung zur Autokorrelation dieses Ausgangssignals, welche eine Verzögerungseinrichtung für das Ausgangssignal enthält. Bei einer Analogform dieses Systems wird die Abtastrate der Abtast- und Detektoreinrichtung verändert, während die Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung konstant bleibt. Bei einer Digitalform des Systems ist die Abtastrate konstant und die Verzögerungszeit wird verändert.

Die Erfindung sei nun anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

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Ί Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Videosensorabtastgerätes mit einer Glasarbeitsplatte auf einer Unterlage;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Reihe analoger Schwingungsformen zur Veranschaulichung der Korrelation eines Videosignals mit sich selbst;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Autokorrelationskomponenten bei einer

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überwachungssystems; Fig. 4 einen Ausschnitt eines Musters auf eine Arbeitsplatte; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Reihe analoger Schwingungs-'O formen, welche die Linearisierung eines sich linear verändernden Videosignals veranschaulichen;

Fig. 6 ein Schaltbild einer analogen Linearisierungsschaltung; Fig. 7 eine Darstellung einer Reihe von Schwingungsformen zur Ableitung eines Linearisierungssignals; '^ Fig. 8 eine Reihe von Schwingungsformen für die Linearisierung eines sich quadratisch verändernden Videosignals;

Fig. 9 eine Schaltung zur Erzeugung eines quadratischen Ausgangssignals;

Fig.10 die Darstellung eines abtastfrequenten Steuersignals für die *^u Durchführung einer quadratischen Korrektur;

Fig.11 ein Schaltbild eines digitalen Überprüfungssystems; Fig.12 eine Veranschaulichung der Abtastlinien auf Teilen eines Musters;

Fig.13 eine Reihe von Schwingungsformen, wie sie in der Schaltung

gemäß Fig. 11 bei der Abtastung gemäß Fig. 12 auftreten; und

Fig.14 eine Tabelle verschiedener wahlweiser Einstellungen für den Betriebsarteinsteller in der Schaltung gemäß Fig. 11.

Das hier zu beschreibende Oberprüfungssystem wird verwendet zur Ab-

tastung eines regelmäßigen Musters, wie etwa eines negativen Lochmusters auf einer Glasarbeitsplatte, die zur Belichtung von Photoresistmaterial auf einem Metallblech bei der Herstellung von Lochmasken für Fernsehfarbbildröhren benutzt wird. Ein derartiges üffnungsmuster ist in Fig. 4 gezeigt, in welchem der horizontale Abstand von Element zu Element die Periode ist. Die Abtastung eines Musters erfolgt in zwei Arten, deren erste in einer groben mechanischen Abtastung mit Hilfe eines Videosensors in spezifischer Weise über das

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Muster besteht, während es sich bei der zweiten um die elektrische Abtastung eines Linientargets innerhalb des Videosensors handelt. Der Zweck der Musterabtastung besteht in der Bestimmung und Lokalisierung von Fehlern im Muster. Die Fehler werden entdeckt durch einen Teil des Überprüfungssystems, welcher das Sensorausgangssignal, auch Videosignal genannt, mit sich selbst autokorreliert. Die Autokorrelation wird bei einer Ausführungsform der Erfindung bewirkt durch Verzögerung des Videosignals und anschließenden Signalvergleich durch ein Verfahren wie Subtraktion des verzögerten Videosignals vom ursprünglichen Videosignal. Das nach diesem Verfahren übrigbleibende Signal ist ein Fehlersignal, welches das Vorhandensein eines Fehlers anzeigt. Diese Autokorrelationstechnik liefert ein sinnvolles Ergebnis, wenn die Periodizität des Musters gleichförmig ist. Liegt jedoch eine ungleichförmige Musterperiodizität vor, wie etwa bei dem Muster gemäß Fig. 4, dann schafft die Erfindung eine Möglichkeit zur Kompensierung der Ungleichförmigkeit, so daß sich eine Autokorrelation durchführen läßt.

Das hier beschriebene Oberprüfungssystem, das sich entweder in analoger oder in digitaler Form realisieren läßt, behandelt das Problem der Autokorrelierung eines Videosignals, wenn die Periodizität der Elemente eines Musters ungleichmäßig ist. Bei dem Analogsystem wird das Videosignal um eine eingestellte Zeit verzögert, welche in Beziehung zur vorhergehenden Musterperiode steht, und man erhält ein Differenzsignal durch Vergleich des ursprünglichen Videosignals mit dem verzögerten Videosignal. Das Differenzsignal wird dann zur Steuerung der Videosensorabtastrate benutzt, so daß die Periode des Videosignal ausgangs vom Videosensor zur Periode des verzögerten Videosignals paßt. Beim Digitalsystem wird die Abtastrate konstant gehalten, und die Zeit

der Computerspeicherung des verzögerten Videosignals wird verändert, on
^ow um die Periodizität des ursprünglichen und des verzögerten Signals

einander anzupassen.

Die Komponenten und die Funktionsweise beider Arten von Überprüfungssystemen seien nachfolgend im einzelnen erläutert, wobei zunächst das

analoge System und dann das digitale System besprochen seien.

Eine Ausführungsform eines mechanischen Abtastgerätes 10 des erfin-

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' dungsgemäßen Überprüfungssystems ist in Fig. 1 gezeigt. Das Abtastgerät 10 enthält eine Basis 12, auf der eine Glasarbeitsplatte 14 mit einem auf dieser befindlichen regelmäßigen Muster montiert ist. Die Basis 12 unterstützt die Kanten der Platte 14 und ist in der Mitte offen, so daß sie das photographische Muster auf der Platte 14 nicht versperrt. Ein Videosensor 16, wie etwa eine Festkörper-Photodioden-Anordnung, ist auf einer Plattform 18 unmittelbar über der Arbeitsplatte 14 montiert. Unterhalb der Platte 14 befindet sich direkt unterhalb des Lichtsensors 16 ein Lichtkasten 20. Die Plattform 18 ist in zwei Richtungen, X-X und Y-Y, beweglich. Eine Bewegung des Sensors 16 in Y-Y-Richtung erfolgt durch Betätigung eines entsprechenden Antriebes 22, wie etwa eines pneumatischen Zylinders oder eines Elektromagneten, der mit der Plattform 18 über eine Achse 24 verbunden ist, der Antrieb 22 sitzt auf einer zweiten Plattform 26, die mit Hilfe eines

^5 weiteren, nicht dargestellten Antriebs längs einer Achse 28 bewegbar ist. Man sieht ferner einen Markierer 29, der an einem Teil der Plattform 18 befestigt ist, um Fehlerbereiche auf der Arbeitsplatte zu kennzeichnen.

Q_er Videosensor 16 kann eine Kamera sein, die eine Linse zum Sammeln des durch ein Muster verlaufenden Lichtes und zur Abbildung des Musters auf einen photoelektrischen Sensor innerhalb der Kamera enthält. Das Licht wird zerstreut, damit man einen großen Bereich von Lichteinfallswinkeln im Sinne einer Verringerung der Empfindlichkeit gegen Kratzer erhält. Der Lichtsensor sieht das durch die Glasplatte, auf welcher sich ein Emulsionsmuster befindet, hindurchtretende Licht. Die Bildlinse oder Optik, wie etwa eine Vivitar-Automacro-Optik mit 55 mm Brennweite und Blendenöffnung 2,8, befindet sich in einem lichtdichten Gehäuse mit einem Festkörperzeilenabtaster, wie einer Photodioden-

anordnung mit 1728 Elementen, die handelsüblich von der Reticon Corporation erhältlich ist. Die Vergrößerung der Optik beträgt 1,5, und jedes Abtastelement ist 15 \im breit.

Die Abtastelemente integrieren das gesammelte Licht und liefern bei

Ansteuerung durch Entladung das integrierte Signal. Jedes Abtastelement arbeitet unabhängig, so daß das Ausgangssignal eine Reihe von Ladungsimpulsen darstellt. Diese Impulse werden in einem speichernden

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Abtastverstärker verarbeitet, und das resultierende Ausgangssignal der Kamera ist ein Boxcar-Videosignal, in welchem jeder Pegel die Lichtmenge darstellt, die während einer Abtastperiode durch das betreffende Element aufgenommen worden ist. 5

Das Prinzip der Autokorrelierung des Ausgangssignals des Videosensors 16 in einem analog arbeitenden System ist anhand der in Fig. 2 dargestellten Kurvenformen veranschaulicht. Die obere Kurvenform ist das Ausgangssignal 30 des Videosensors, das aus einer Reihe paralleler, helle Streifen 32 darstellende Elemente des durch den Videosensor abgetasteten Musters besteht. Infolge eines Fehlers im Muster tritt ein zusätzlicher Impuls 34 auf. Die zweite Kurvenform stellt das gegenüber dem ursprünglichen Ausgangssignal 30 des Videosensors um eine Periode verzögerte Ausgangssignal 36 dar, welches vom unverzögerten Ausgangssignal 30 subtrahiert wird, so daß man ein drittes Signal als Differenzsignal 38 erhält. Das Fehlersignal 40 erscheint in beiden Polaritäten herausragend im Differenzsignal 38. In der Darstellung des Differenzsignals 38 sieht man etwas Rauschen und kleine zusätzliche Spitzen, welche auftreten können, wenn die Verzögerungszeit etwas von einer genauen Periode abweicht. Ein viertes Signal ist ein Tastsignal 42 zur Selektierung derjenigen Teile des Differenzsignals 38, während deren ein regulärer Teil des Videosignals sowohl im ursprünglichen als auch im verzögerten Ausgangssignal 30 bzw. 36 auftritt. Die fünfte Kurvenform zeigt ein extrahiertes Signal 44, welches infolge des Tastsignals 42 weitergeleitet wurde. Schließlich zeigt die sechste Kurvenform ein mittels eines geeigneten Schwel!wertes begrenztes extrahiertes Signal, welches ein eindeutiges Anzeichen eines über eine gewisse Größe hinausgehenden Fehlers zeigt, also etwa die Nadel

Analogschaltungen, welche die soeben erwähnten Funktionen durchführen, sind im Stande der Technik bekannt. Ein Blockschaltbild, welches die Zusammenschaltung derartiger Schaltungen veranschaulicht, ist in Fig.3 gezeigt. Das Ausgangssignal 30 des Videosensors 16 wird sowohl einer

geeigneten Verzögerungsleitung 50, etwa einer akustischen Glasleitung oder einer ladungsgekoppelten Festkörpereinrichtung, als auch einem

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' Differenzverstärker 52 zugeführt, der an seinem Ausgang das Differenzsignal 38 liefert. Dieses wird einer Torschaltung 54 zugeführt, welche es so tastet, daß das extrahierte Signal 44 entsteht. Letzteres wird auf eine Schwellwert- und Ausgangsschaltung 56 gegeben, wo es begrenzt wird und übrigbleibende Fehler angezeigt werden. Das Blockschaltbild zeigt auch eine Abtastfrequenzregel schaltung 58, welche Eingangssignale sowohl für die Kamera 16 als auch die Torschaltung 54 liefert.

Wenn auch das soeben beschriebene Autokorrelationsbeispiel mit Bezug auf ein Muster gleichförmiger Periodizität beschrieben worden ist, so kann die Musterperiodizität über die Abtastlänge variieren. In diesem Falle muß das Videosignal linearisiert werden, ehe die Korrelation durchgeführt werden kann. Die Periodizität des Videosignals kann sich linear ändern, wobei zwei Variable zur.Definierung ihrer Form erforder- ^ lieh sind, oder quadratisch oder noch höherer Ordnung, wobei drei oder mehr Variable nötig sind. Für jede Variable braucht man ein Fehlersignal und für jedes Fehlersignal muß das Videosignal an einer geeigneten Stelle längs der Abtastung abgefühlt werden.

Fig. 4 zeigt einen Teil eines Musters 60, bei dem sich die Periodizität der Elemente 62 linear ändert. Die Periode des Musters ist mit "a" bezeichnet und verändert sich horizontal über das Muster, wie die Figur zeigt. Die durchgezogene horizontale Linie 64 auf dem Muster 60 ist das Bild, das auf einer linearen Photodiodenanordnung in Festkörperausbildung gebildet wird und mittels eines Taktes variabler Frequenz ausgelesen wird. Die kleine Markierung 66 auf dem Muster stellt einen Fehler dar. Wäre die Ausgangsfrequenz der linearen Photodiodenanordnung nicht linearisiert, dann erhielte man als erste Kurvenform in Fig. 5 ein unlinearisiertes Videosignal 68. Jedoch läßt sich das

Ausgangssignal des Videosensors durch geeignete Veränderung der Abtastfrequenz linearisieren. Die zweite Kurvenform in Fig. 5 zeigt eine Sägezahnschwingung 70 als sägezahnförmige Veränderung der Taktfrequenz, wie sie zur Veränderung der Abtastfrequenz im Sinne der

Linearisierung des Videosignals 72 nötig ist, welches als dritte Kur-35

venform in Fig. 5 gezeigt ist. Macht man diese Frequenzänderung im Verhältnis höher als die Auslesung der weit voneinander entfernten

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Musterelemente erfolgt, dann bleibt die Videomusterperiode praktisch konstant. Die weiteren Kurvenformen in Fig. 5 zeigen das verzögerte Videosignal 74, das Differenzsignal 76 und das getastete umgeschaltete Signal 78.
5

Die passende Sägezahnschwingung 70 gemäß Fig. 5 kann durch eine in Fig. 6 dargestellte Analogschaltung 80 erzeugt werden. Diese Schaltung ist eine Integrationsschaltung, bei welcher der Anfangswert und die Anstiegsrate des Ausgangssignals durch die Spannungen auf den beiden Kondensatoren C. und Co bestimmt werden. Ergibt die ursprünglich erzeugte Kurvenform keine genaue Linearisierung, dann werden die Kondensatorspannungen durch ein Fehlersignal ergänzt, das nur dann auf Null abfällt, wenn die Linearisierung erreicht ist. Der den Kondensatoren C₁ und C₂ vorangehende Teil der Schaltung 80 dient der Erzeugung dieser Ergänzungsspannungen. Die Funktionsweise der Schaltung 80 ergibt sich aus den in Fig. 7 dargestellten Kurvenformen. Für den Betrieb der Schaltung 80 wesentlich ist eine Verzögerungsleitung 82, welche das Videosignal um einen Zeitraum verzögert, welcher gleich der gewünschten Periode oder einem Vielfachen davon ist. Die erste Kurvenform in Fig. 7 zeigt das Videosignal 90, wie es vom Abtastsensor kommt. Die zweite Kurvenform zeigt das verzögerte Videosignal 92, das um einen Zeitraum verzögert ist, der größer als die gewünschte Periode aber kleiner als das Doppelte der gewünschten Periode ist. Das Videosignal triggert einen Impulsgenerator, dessen Ausgangssignal 94 wiederum einen zweiten Impulsgenerator triggert, der ein Ausgangssignal 96 liefert. Das Ausgangssignal 96 des zweiten Impulsgenerators bestimmt Fenster zur Auswahl von Videoimpulsen nahe dem Beginn und dem Ende der Abtastung. Die Signale 98 und 100 werden dann von den Vorderflanken des ursprünglichen und des verzögerten Videoimpulses, die in die Fenster des Signals 96 fallen, erzeugt. Wenn der ursprüngliche Videoimpuls dem verzögerten Videoimpuls vorangeht, dann wird der Differenzimpuls einem Schalter zugeführt, durch den der Kondensator während der Impulsperiode positiv aufgeladen wird, während im Falle der Voreilung des verzögerten Videoimpulses der Kondensator negatig gela-

den wird. Der Differenzimpuls, der die richtige Polarität hat, ist das Fehlersignal 102 oder 104, mit Hilfe dessen die Korrekturregelung der Taktfrequenz erfolgt. Ein weiteres Paar Schalter ist so angeord-

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net, daß das Fehlersignal auf C. oder C₂ geleitet wird, je nachdem, ob das Fenster am Anfang oder am Ende der Abtastung auftritt. Die übrigen drei Kurvenformen in Fig. 7 sind der Abtastrücklaufimpuls 106, das Abtaststarttorsignal 108 und das Abtastendtorsignal 110. 5

Die vorstehend beschriebene linearisierende Schaltung 80 bewirkt eine geeignete Korrektur für lineare Veränderungen der Abstandsperiodizität des Musters. Wenn jedoch in der Musteränderung quadratische oder höhere Komponenten auftreten, dann benötigt man mehr als zwei Kondensatoren und Spannungen zur Korrektur der Veränderung. Diese Spannungen entsprechen Fehlersignalen, die an verschiedenen Punkten längs des Abtastweges entnommen sind und in eine Steuersignalerzeugungsschaltung eingegeben werden, die mehrere Integrationsstufen enthält. Die Fehlersignale zwischen einem Videosignal 112 und einem verzögerten Videosignal 114 vom Beginn, der Mitte und vom Ende einer Abtastung werden durch die durch die Abtastsignale 116, 118 und 120 in Fig. 8 gegebenen Fenster abgetastet, und diese Fehlersignale werden zur Ergänzung der Regel spannungen V-, V₂ und Vo benutzt. Jedoch werden diese drei Spannungen zunächst folgendermaßen in drei andere Spannungen unter Verwendung bekannter Verstärker-Widerstands-Schaltungen umgewandelt.

V_a - 2V₁ = 4V_{2 +} 3V₃

_a V_b = -2V_{1 +} 4V₂ -

Diese Spannungen werden dann in die in Fig. 9 dargestellte Schaltung eingegeben, die ein quadratisches Ausgangssignal der folgenden Form liefert:

V = 2(V₁ - 2V₂ + V₃) (y) + (-3V₁

V = 2(V₁ - 2V₂ + V₃) (y)² + (-3V₁ + 4V₂ - V₃) φ +

wobei T die Abtastzeit ist. Dieses Signal hat die Eigenschaft zu den Zeitpunkten t/T = 0, 1/2 bzw. 1 die Spannungswerte V₁, Vp und V₃ zu durchlaufen, wie Fig. 10 zeigt.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform zeigt nur eine Möglich-

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keit, wie die Erfindung realisiert werden kann. Grundsätzlich kann der Videosensor, welcher das Muster in ein Signal umwandelt, irgend einer aus einer Vielzahl optischer elektrischer mechanischer oder anderer Detektoren sein, die in irgend einer Weise abgetastet werden unter Steuerung durch eine Kurvenform, die durch die gespeicherten Regel oder Steuerspannungen bestimmt wird. Ebenso kann die Signalverzögerungsleitung in irgend einer bekannten Weise ausgebildet sein.

Eine Schaltung in digitaler Ausführung ist in dem Blockschaltbild gemaß Fig. 11 veranschaulicht. Hierbei wird ausschließlich die Digitaltechnik angewandt, nachdem das Videosignal quantisiert ist, wobei verschiedene Logikmoduln durch einen kristallgesteuerten Taktgeber getaktet werden. Das Digitalsystem ist voll anwendbar auf einen breiten Bereich von Mustern, und die einzig notwendige Justierung durch den Bedienenden besteht in der Ausrichtung der photographischen Platte auf einen Videosensor, wie eine Kamera, der gesteuerte Indikatoren benutzt.

Bei dem Digital system wird die Videosensorabtastfrequenz nicht linearisiert wie bei dem Analogsystem. Stattdessen erreicht man dasselbe Ergebnis durch Regelung der Speicherzeit für das Videosignal, so daß das ursprüngliche und das verzögerte Signal sich in Phase zueinander befinden, wenn sie in die Korrelationsschaltung eingegeben werden.

Das Ausgangssignal einer Kamera 150 wird Videoverarbeitungsschaltungen 152 zugeführt, welche drei Funktionen ausüben. Die erste besteht in der automatischen Verstärkungsregelung zur Konstanthaltung der Spitzenspannung des Videosignals (beispielsweise 5 V) über einen Eingangs-Signalbereich (beispielsweise von 0,5 bis 2 V). Durch die automatisehe Verstärkungsregelung werden die Alterung der zur Beleuchtung des Musters verwendeten Lampe, Bauelementtoleranzen, Staub in der Optik und andere Wirkungen kompensiert, welche die Videoamplitude über lange Zeit verändern wurden. Die zweite Funktion der Videoverarbeitungsschaltungen besteht in der Verringerung von Ungleichmäßigkeiten

^OJ in der Beleuchtung, die verursacht werden durch ein nicht ebenes Beleuchtungsfeld, welches eine gebogene Videonullinie bewirken würde.

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^ Schließlich wird das Videosignal nach der automatischen Verstärkungsregelung und dem Beleuchtungsausgleich in ein binäres Digitalsignal quantisiert. Nominell wird der Quantisierungspegel auf 50% eingestellt.

Das Ausgangssignal der Videoverarbeitungsschaltungen 152 wird einem Abtastspeicher 154, einer Vorbetrachtungsstufe 156 und einer Neigungsstufe 158 zugeführt. Der Abtastspeicher 154 besteht aus einem 2048-stufigen Schieberegister, in welches während einer Abtastung Daten eingegeben werden, die genau eine Abtastung später am Ausgang erschei-

nen. Die Steuerung und die zeitliche Abstimmung sind so gewählt, daß alle 2049 Bit eine Wiederholung mit einem Bit Totzeit erfolgt. Für das Signal von der Kamera sind 1728 Elemente aktiviert, und 321 Bit Austastung werden benötigt für die Datenverarbeitung, die später im Blockschaltbild erfolgt.

Der Sinn der Vorbetrachtungsstufe 156 besteht in der Austastung unvollständiger Muster im Kameravideosignal vor einer Vergleichsuntersuchung. Diese unvollständigen Muster können entweder am Beginn oder am Ende einer Abtastung auftreten und zwar aus einer Reihe von Gründen. Beispielsweise kann die Kamera so ausgerichtet sein, daß die ersten Musterelemente in die Mitte eines undurchsichtigen Schlitzes fallen. Auch können einige Muster in der Praxis unvollständige Schlitze an den Kanten haben. Oder es kann ein Vergleichsfehler an der Hinterkante des Musters wegen des Fehlens eines Nachbarmusters zum Vergleich auftreten.

Mit der Vorbetrachtungsschaltung läßt sich das von den Videoverarbeitungsschaltungen 152 kommende Videosignal analysieren, Anfangs- und Endstellen speichern und dann, wenn das Videosignal während der nächsten Abtastung aus dem Abtastspeicher herauskommt, das unerwünschte

Videosignal mit Hilfe eines UND-Tores 160 entfernen. 30

Die Funktionsweise der Neigungsstufe 158 ist anhand der Figuren 11 und 12 erläutert. Es sind zwei Abtastungen A und B gezeigt, welche die Oberseite eines Schlitzes 162 gerade berühren oder verfehlen. Mit 164 ist das Realzeitabtastsignal von der Abtastung A bezeichnet, welches

von den Videoverarbeitungsschaltungen 152 geliefert wird, und mit 166 ist das verzögerte Abtastsignal von der Abtastung B bezeichnet, wie es aus dem Abtastspeicher 154 kommt. Bei Vorhandensein eines Impulses in

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der Abtastung A und bei Fehlen eines Impulses in der Abtastung B erzeugt die Neigungsstufe 158 ein NEU-Signal 170, welches einen Impuls 168 enthält, der diesen Unterschied erkennen läßt. Eine Betrachtung des Signals 170 gegenüber einem Signal 172, welches auf die halbe Abtastzeit bezogen ist, läßt erkennen, ob Kamera und Muster miteinander ausgerichtet sind. Ist die Kamera falsch ausgerichtet, dann blitzen eine CW-Indikatorlampe 174 bzw. eine CCW-Indikatorlampe 176 kontinuierlich auf, und bei richtiger Ausrichtung blitzen beide Indikatorlampen nur sporadisch.

Das NEU-Signal 170 von der Neigungsstufe 158 wird einer Klassifikationsschaltung 178 zugeführt, wo zwei Entscheidungen getroffen werden müssen. Erstens muß die Art des Musters, also Punkt- oder Linienmuster, bestimmt werden, und als nächstes muß im Falle eines Linienmusters eine grobe Abschätzung des Abstandes a zwischen den Elementen festgestellt werden. Zur Bestimmung der Art des Musters werden Leerabtastungen beobachtet. Treten Leerabtastungen innerhalb des Musters auf, dann wird die Platte als Punktplatte klassifiziert, weil in einem Linienmuster keine Leerabtastungen auftreten. Durch Benutzung des NEU-Signals 170 und mehrmalige Messung des Abstandes zum nächsten Musterelement läßt sich eine gute Bestimmung des halben Abstandes A erreichen. Dieser Wert wird verdoppelt in der Vergleichslogikschaltung als Startpunkt benutzt, aber er wird kontinuierlich in einem Servomodul 180 abgewandelt, um Änderungen des Abstandes a zu folgen. Die Klassifizierungsschaltung 178 wird durch ein von außen kommendes Signal 182 in Betrieb gesetzt, wenn eine Klassifizierung erfolgen soll. Während der Klassifizierung wird der Abstand a zur Prüfung durch den Bedienenden angezeigt.

Das Ausgangssignal des UND-Tores 160 wird auch in zwei Schieberegister 184 und 186 variabler Speicherlänge eingegeben. Diese Schieberegister 184 und 186 bilden den zentralen Teil der Vergleichslogikschaltung. Ein Register 184 hat eine maximale Speicherlänge von 32 Stufen, das andere Register 186 hat eine maximale Länge von 192 Stufen. Be'i einem üblichen Schieberegister enthalten alle Stufen Information und wenn ein Bit am seriellen Eingang eingegeben wird, werden alle Stufen ge-

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triggert und die letzte Stufe wird entleert. Bei einem Register vom FIFO-Typ, wie es bei der hier beschriebenen Erfindung verwendet wird, ist die Beschickung des Eingangs unabhängig von der Entleerung des Ausgangs, so daß die im Register enthaltene Informationsmenge variabel ist. Beispielsweise können Daten gruppenweise eingegeben und in gleichförmigen Raten entnommen werden, wobei es nur erforderlich ist, daß die mittleren Raten über ein Zeitintervall identisch sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das erste vollständige Abtastmuster in dem 192-stufigen Register 186 gespeichert (nominell werden 80 Stufen benutzt), und dann, wenn das zweite Abtastmuster angeliefert wird, werden das erste und zweite Abtastmuster parallel zu der Vergleichslogikschaltung verschoben. Die Speichereingänge werden durch eine Eingangslogikschaltung und die Ausgänge durch den Servomodul 180 gesteuert. Bei der Eingabe läuft die Information in die Speicher so schnell wie möglich ein, bis sie auf eine Stufe trifft, welche Information enthält. Das erste gespeicherte Element erscheint am Ausgang in einer Schnelligkeit von Nanosekunden.

Die Ausgangssignale jedes der Register 184 und 186 werden zwei Vorderkantendetektoren 188 und 190 zugeführt, welche die Vorderkanten eines Abtastmusters bemerken, die als übergang zwischen einem klaren Maskenbereich und einem undurchsichtigen Bereich des Musterelementes definiert sind. Ist ein solcher Obergang festgestellt worden, dann wird das Signal zu dem Servomodul 180 übertragen zur Bestimmung, ob der übergang an der richtigen Stelle liegt, um als Start für ein Abtastmuster zu gelten. Innerhalb jedes Vorderkantendetektors erfolgt eine Filterung zur Kompensierung der Ungleichmäßigkeiten der Kanten des Musterelementes.

Der Servomodul 180 bildet das Regelzentrum des Systems. Eingangssignale für den Servomodul 80 werden von den beiden Vorderkantendetektoren geliefert sowie von der Klassifizierungsschaltung 178 als Information unter anderem über Typ und ursprünglichen Abstand a. Der Servomodul 180 bestimmt seinerseits die Ausgangssignale der beiden Register 184

^JJ und 186, bringt den Abstand a auf den neuesten Stand und setzt die Vergleichsausgangslogikschaltung in Betrieb. Anfangs wird das erste Muster in beide Register 184 und 186 eingegeben, jedoch nur in dem

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' 192-stufigen Register 186 gehalten. Das zweite Muster wird in beide Register eingegeben und läuft bis zum Ende des 32-stufigen Registers 184, stößt aber im 192-stufigen Register 186 gegen das erste Muster. Wenn die Vorderkante des zweiten Musters am Ende des 32-stufigen Registers 184 festgestellt wird, laufen die Ausgangssignale beider Register in Obereinstimmung schrittweise weiter, und die Vergleichslogikschaltung wird eingeschaltet. Dieser Vorgang dauert bis zum Ende der Abtastung fort. Um auch kleine Änderungen des Abstandes a zu ermöglichen oder um Fehler zu quantisieren kann das Ausgangssignal jedes der ^O Schieberegister festgehalten werden, bis die Servologikschaltung bestimmt, daß die Ausgangssignale beider Register Mustervorderkanten enthalten. Innerhalb der Servologik wird der Abstand a ständig auf den neuesten Stand gebracht, um zu bestimmen, ob eine Kante eine Mu-

stervorderkante und nicht irgend ein Fehler ist. 15

Die Ausgangssignale der beiden Register 184 und 186 und des Servomoduls 180 werden in eine Korrelationsalgorithmusschaltung 194 gegeben, welche aus einem Volladdierer besteht, der so geschaltet sein kann, daß er als Majoritätstor arbeitet. Bei der vorliegenden Anwendung beobach-

^zw tet der Addierer parallel fünf Mustere!emente beider Register 184 und

186. Wenn drei oder mehr Paare identisch sind, dann wird kein Fehlkorrelationssignal erzeugt, sondern ein solches wird nur dann gebildet, wenn weniger als drei Paare zusammenpassen.

Die Empfindlichkeit der Grundvergleichsschaltung in der Korrelationsalgorithmusschaltung 194 kann durch Handbetätigung eines Betriebsartschalters 196 verändert werden. Eines der fünf Bit jeder Musterelementinformation kann entweder als richtig oder falsch eingestuft werden und dadurch die Grundgewichtung von 3/5 auf entweder 2/4 oder 3/4

ändern. Mit Hilfe des Schalters 196 kann die Vergleichsschaltung auch entweder fünf benachbarte Musterelemente oder jeweils fünf durch ein Musterelement getrennte Musterelemente beobachten. Eine andere Möglichkeit besteht in der Wahl einer Betriebsart für einen klaren Maskenbereich und eine andere für einen undurchsichtigen Maskenbereich. Die in Fig. 14 dargestellte Tabelle zeigt verschiedene mögliche Betriebsarten. Die erste Zahl jeweils in der obersten Reihe und linken Spalte gibt an, ob jedes Musterelement (1) oder jedes zweite Musterelement

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(1/2) analysiert wird. Die zweite Zahl gibt den Korrelationspegel an, der notwendig ist, um akzeptabel zu sein. Die Zahlen in der obersten Reihe beziehen sich auf das undurchsichtige Musterelement und die links nach unten verlaufenden Zahlen beziehen sich auf die durchsichtigen Bereiche des Musters. Beispielsweise sind bei der Betriebsart 7 die folgenden Kriterien eingestellt:

Klarer Bereich des Musters, alle Musterelemente werden analysiert, in jeder Vierergruppe müssen drei Paare identisch sein.

Undurchsichtiger Musterbereich, nur jedes zweite Musterelement wird analysiert, und in jeder Fünfergruppe von Musterelementen müssen drei Paare identisch sein.

Eine fehlerhafte Mißkorrelation an oder nahe den Enden eines Musterelementes kann durch eine Neigung verursacht werden, die durch mechanische Bewegung der Kamera bedingt ist, sowie durch kleine Variationen der Elementenlänge oder durch normale Quantisierungsfehler bei der Quantisierung des Videosignals.

Um diese Fehler auszuschalten, ist es erforderlich, daß eine als Fehler zu identifizierende Mißkorrelation zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen an derselben Stelle auftritt. Dies wird bewirkt, indem man zunächst ein Mißkorrelationssignal in ein Abtastspeicher-Schieberegister 198 eingibt: Wenn bei der folgenden Abtastung eine andere Mißkorrelation an einer Stelle auftritt und ein UND-Tor 200 durchlässig wird, dann wird ein Fehler angezeigt.

Um einem Bedienenden bei der Überwachung des Arbeitens des Abtasters zu helfen, ist ein Anzeigefeld 202 für zwei Digit vorgesehen, das mit einem Multiplexer 204 verbunden ist. Zu Beginn wird der Anfangsabstand a, der von der Klassifizierungsschaltung 178 angegeben wird, angezeigt; aber wenn das Gerät mit der Abtastung des vollen Musters beginnt, wird der auf den neuesten Stand gebrachte Abstand a vom Servomodul 180 angezeigt. Der Multiplexer 204 wird gesteuert durch das Aktivierungssignal 192, um die richtigen Signale zum Anzeigefeld gelangen zu lassen.

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Claims (16)

1. PATENTANWÄLTE DR. I)IETKH V. WSXOhU

   DIPL. IN«. PETE« St'Ili'TZ OKf I U O J U

   DIPL. INO. WOLFGANG HJiUSLEH

   MAHIA-TIIKUBSIA-HTKA.SNK 22

   IM)STFACH M(IdHtIS

   D'8OOO MUENCIIEN 8«

   TBLBPON UBO/47 β» OU 47UHIU

   TKLK(IItAMM SOMUEZ

   RCA 72527/Sch/Vu

   RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.) Patentansprüche

   Überwachungssystem zur Feststellung von Fehlern in regelmäßigen Mustern, deren Elemente Veränderungen ihrer räumlichen Periode aufweisen, mit einer Einrichtung zur Abtastung und Feststellung der Elemente eines Musters und Erzeugung eines das Muster angebenden Ausgangssignals und mit einer Autokorrelationseinrichtung für dieses Ausgangssignal, welche eine Verzögerungseinrichtung für das Ausgangssignal enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastrate der Einrichtung zur Abtastung und Feststellung veränderbar bzw. konstant ist bei konstanter bzw. veränderbarer Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung.
2. 2. öberwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastrate veränderbar und die Verzögerungszeit konstant ist.
3. 3. Öberwachungssystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (82,A,B,C) zur Feststellung von Abweichungen von der Konstanz der Periode des Ausgangssignals (68) und zur Erzeugung eines Fehlersignals (102,104) in Abhängigkeit von festgestellten Abweichungen, und durch eine Einrichtung (C.,Cp,D,E) zur Veränderung der Abtastrate im Sinne einer Aufrechterhaltung einer konstanten Periode (a) in Abhängigkeit von dem Fehlersignal.

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4. 4. Überwachungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Veränderung der Abtastrate einen Frequenzregel taktgeber (80) enthält.
5. 5. Überwachungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Autokorrelationsschaltung eine Einrichtung (Differenzverstärker 52) zur Subtrahierung des verzögerten Ausgangssignals (74) von dem unverzögerten Ausgangssignal (72) und Erzeugung eines Differenzsignals (76) enthält, welches einen Fehler (66) in dem Muster anzeigt.
6. 6. Überwachungssystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine das Differenzsignal (56) der Differenzschaltung (52) selektiv übertragende Torschaltung (54), an deren Ausgang ein vorherrschendes Fehlersignal (78) entsteht.
7. 7. Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastrate konstant und die Verzögerungszeit variable ist.
8. 8. Oberwachungssystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Signal Verarbeitungsschaltung (52) zur Quantisierung des Ausgangssignals, einen Hauptspeicher (Abtastspeicher 154) zur Speicherung des quantisierten Signals eines Teils einer Abtastung, eine Einrichtung (Klassifizierungsschaltung 178, Servomodul 180) zur Bestimmung der Elementenperiode (a) aus dem quantisierten Signal und zur Regelung des Ausgangs des Hauptspeichers zu Zeiten, die in Beziehung zu der Elementenperiode stehen, durch eine Einrichtung (Abtastspeicherschieberegister 198) zur Korrelierung des Ausgangssignals des Hauptspeichers mit einem in Realzeit quantisierten Signal derselben Abtastung, und durch eine Einrichtung (UND-Tor 200) zur Anzeige des Vorhandenseins eines Fehlers, der in Beziehung zu einem Musterfehler steht, in Abhängigkeit von einem von der Korrelationseinrichtung gelieferten Miskorrelationssignal.
9. 9. Überwachungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zweiten Speicher (Vorbetrachtungsstufe 156) am Ausgang der Quantisierungseinrichtung zur Speicherung eines vollständigen quantisierten Abtastsignals.

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10. 10. Überwachungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Speicher (Vorbetrachtungsstufe 156) enthalten ist in einer Einrichtung (UND-Tor 160) zum Tasten unvollständiger quantisierter Signale vor deren Speicherung in dem Hauptspeicher.
11. 11. Überwachungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Speicher (Vorbetrachtungsstufe 156) enthalten ist in einer Einrichtung (Neigurigsstufe 158) zur Anzeige der Ausrichtung der Abtast- und Feststellungseinrichtung mit dem Muster.
12. 12. Überwachungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (Klassifizierungsschaltung 178) zur Bestimmung der Musterart.
13. 13. Überwachungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (Anzeigefeld 202, Multiplexer 204) zur visuellen Anzeige des Abstandes zwischen Musterelementen.
14. 14. Überwachungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Vorderkantendetektor (188,190), der zwischen dem Ausgang des Hauptspeichers (Abtastspeicher 154) und einem Eingang der Einrichtung (178, 180) zur Bestimmung der Elementenperiode und Regelung des Ausgangssignals des Hauptspeichers angeordnet ist zur Bestimmung des Übergangs von einem durchsichtigen Bereich zu einem Element des Musters.
15. 15. Überwachungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (Betriebsartschalter 196) zur Handeinstellung der Empfindlichkeit der Korrelationsschaltung.
16. 16. Überwachungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen dritten Speicher (Abtastspeicherschieberegister 198) zur Speicherung des Miskorrelationssignals für eine Abtastung und durch eine Vergleichseinrichtung (UND-Tor 200) zum Vergleichen des gespeicherten Miskorrelationssignals mit einem Ausgangssignal der Korrelationseinrichtung für eine nachfolgende Abtastung.

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