Способ определения дефектов объекта и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) 111) ПИСА ЕЛЬСТВУ РСНОМУ 11.И расто-.0 Технологичныйизионных контрольратура". Иность", 1 ИЯ ДЕФЕКТОВДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВ: в тепе коефекто е пособ опре основанный дирован азована и об ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛОБЬЕКТА И УСТРОЙСТВЛЕНИЯ (57) 1. С 151) 4 И 04 1 Ч 9/64 С О 1 БРЕТЕНИЯ нии изображения объекта в монохромный телевизионный сигнал с фиксированным числом элементов разложения,квантовании телевизионного сигналапо уровню и цветовом кодировании полученных сигналов с последующим егоотображением, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью уменьшениявремени определения дефектов, послепреобразования изображения объектамонохромный телевизионный сигнал каждый кадр телевизионного сигнала разбивают на равные участки с заданнымчислом элементов разрешения, приэтом суммируют длительности импульсов квантованного по уровню телевизионного сигнала в в каждом участкекадра телевизионного сигнала с последующим его преобразованиемлевиэионный сигнал перед цветнь1062902 работы оператора и потеря информации за счет нарушения цельности контролируемого иэображения,Большая длительность контроля при необходимости выявления микродефектов на большой контролируемой площади образца связана с тем, что с увеличением пространственного разрешения уменьшается контролируемая област образца и соответственно увеличивается количество участков, подлежащих просмотру и анализу. Кроме того,время контроля увеличивается иэ-за многократного перемещения образца и его установки в новые положения. Все это в большой степени усложняет работу оператора., приводит к утомлению, что отражается в конечном итоге на качества контроля. Изобретение относится к области телевидения и телевизионного (ТВ) контроля объектов, качество которых определяется размерами, формой и пространстранственным расположением макро- и микродефектов и может быть использовано при неразрушающем контроле качества полупроводниковых пластин и входных окон для фотоэлектрических и электроннолучевых прибо ров, стеклянных подложек фотошабло-, нов и др.Известен способ определения дефектов объекта, основанный на преобразовании изображения объекта в моно хромный ТВ-сигнал с фиксированным числом элементов разложения с последующим его отображением. Известно устройство для определения дефектов объекта, содержащее форго мирователь ТВ-сигнала и черно-белый видеоконтрольный блок.Этот способ и устройство позволяет наблюдать весь объект одновременно с малым пространственным разрешением или исследовать его по частям с большим пространственным разрешением.Недостатками известного способа и реализующего его устройства являются малое отношение сигнал/шум,большая длительность контроля при исследовании объектов с большим пространственным разрешением, сложность 2. Устройство определения дефектов объекта, содержащее формирователь телевизионного сигнала и последовательно соединенные блок памяти, блок цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что введены последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, вход которого соединен с сигнальным выходом формирователя телевизионного сигнала, из- . меритель временного интервала и сумматор, выход которого соединен с инАормационным входом блока памяти, а второй вход соединен с выходом блока памяти, введены Аормирователь измерительной решетки и Аормирователь зон пространственной дискретизации, входы которых соединены с синхронизирующим выходом формирователя телевизионного сигнала, при этом первый выход формирователя измерительной решетки соединен с управляющим входомамплитудного дискриминатора, а второй выход соединен с управляющим входом формирователя зон пространственной дискретизации, первый выход которого соединен с адресным входом блока памяти, а второй выход - с управляющим входом измерителя времен-ного интервала. Кроме того, при просмотре контролируемой площади образца по частям нарушается связанность иэображения, теряется информация о взаимном положении микродефектов на всей контро" лируемой площади. Например, при контроле полупроводниковых пластин инфор мация о взаимном положении микродеАектов определенного размера, получаемая на различньп технологических этапах, может указать на основные направления развитий дислокаций, на нарушение теплового режима, неоднородность легирования и т,п, Пытаясь1062902 восстановить потерянную информацию, оператор вынужден либо мысленно воссоздавать цельную картину, что практически невозможно, либо регистрировать (например, Фотоспособом) 5 изображение отдельных участков, а затем совмещать их друг с другом (" сшивать" ).Помимо большой трудоемкости этой операции и резкого увеличения време ни контроля часть информации неизбежно теряется, так как число одновременно наблюдаемых элементов изображения, разрешаемых глазом, ограничено возможностью человеческого зрения. 15 При наблюдении всей площади образца при малом увеличении микродефекты вообще перестают быть. различимы.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 20способ определения дефектов объекта,основанный на преобразовании изображения объекта в монохромный ТВ-сигнал с фиксированным числом элементовразложения, квантовании ТВ-сигналапо.уровню, цветовом кодировании ТВсигналов с последующим его отображением,1Наиболее близким по технической 30 сущности к предлагаемому является устройство для опреедления дефектов объекта, содержащее формирователь ТВ- сигнала и последовательно соединенные блок памяти, блок цветового кодирования и цветной видеоконтрольный З 5 блок.Однако цветовое кодирование в известном способе выполнено по амплитуде ТВ-сигнала исходного изображения, что позволяет выделить полутона,40 соответствующие различным значениям амплитуды ТВ-сигнала, неразличимые для человеческого глаза в черно-белом3изображении, но не увеличивает пространственной разрешающей способнос 45 ТИ аНаличие в устройстве блока памяти позволяет работать в малокадровом режиме с выбором оптимальной дли 50 тельности кадра, за счет чего сущестЮвенно повышается отношение сигнал(шум. Однако величина одновременно контролируемой площади образца ограничена числом элементов разложения реальных видеоконтрольных блоков, которая в свою очередь определеяется возможностью человеческого глаза, В связи с этим известный способ и реали 4эующее его устройство сохраняют глав;ные недостатки, связанные с просмотром всей площади контролируемогообъекта по частям: большое времяконтроля, сложность и,трудоемкостьработы оператора и потеря информациио размере и взаимном положении микродефектов на большой контролируемойплощади.Цель изобретения - уменьшение времени определения дефектов.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определения дефектов объекта, основанному на преобразовании изображения объекта в монохромный телевизионный (ТВ) сигнал сфиксированным числом элементов разложения, квантовании ТВ-сигнала по уров.ню и цветовом кодировании полученныхсигналов с последующим его отображением, после преобразования изображения объекта в монохромный ТВ-сигналкаждый кадр ТВ-сигнала разбивают наравные участки с заданным числом эле.ментов разрешения, при этом суммируют длительности импульсов квантованного по уровню ТВ-сигнала в каждомучастке кадра ТВ-сигнала с последующим его преобразованием в ТВ-сигналперед цветным кодированием,Кроме того, в устройство для определения дефектов объекта, содержащее формирователь ТВ-сигнала и последовательно соединенные блок. памяти, блок цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок, введены последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, вход которого соединен с сигнальным выходом формирователя ТВ-сигнала, измеритель временного интервала и сумматор, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, а второй вход соединен с выходом блока памяти, введены формирователь измерительной решетки и формирователь зон пространственной дискретизации, входы которых соединены с синхронизирующим выходом формирователя ТВ-сигнала, при этом первый выход формирователя измерительной решетки соединен с управляющим входом амплитудного дискриминатора, а второй выход соединен с управляющим входом формирователя зон пространственной дискретизации, первый выход которого соединен с адресным входом блока памяти, а второй выход - с уп 1062902равляющим вхбдом измерителя временного интервала. 25 Каждому элементу разложения изображения, отображаемого на экране 5видеоконтрольного блока соответствует определенная зона изображенияконтролируемого объекта, и, в зависимости от того, какую часть площадизоны занимает дефект, элемент отоб 10ражается тем или иным цветом. Числоэлементов разложения изображенияконтролируемого объекта выбирается,исходя иэ площади контролируемого15объекта и из минимальных размероввыявляемых дефектов и значительнопревышает число элементов разложения,выводимых на экран видеоконтрольногоблока, за счет чего кадр иэображенияконтролируемого объекта отображает20на цельном изображении объекта всюнеобходимую информацию о микродеФектах,Отображаемый ТВ-сигнал первогоизображения с числом элементов разложения, равным числу зон, и с амплитудой, определяемой площадью деФектов в каждой зоне, при наличиицветовой кодировки, позволяет опера 30тору видеть в наиболее удобной длявосприятия форме наличие микродефектов, их взаимное расположение и размер,Устройство, реализующее способ,позволяет формировать видеосигналнового изображения в цифровой форме,запомнить его и построить новоеизображение, в котором цветовая окраска каждой точки изображения несет40информацию о размерах микродефектов.Все это сокращает время контроля,упрощает работу оператора и повышаетинформативность способа,Работа оператора упрощается нетолько за счет удобной для человеческого восприятия формы представления информации о дефектах, но и эасчет того, что появляется возможностьвыбора размера зоны пространственной50дискретизации, а также выбора уровней квантования и присвоения этимуровням определенного цвета.Таким образом, оператор получаетвозможность одновременно контролировать всю площадь образца как с сохранением детальной информации о размерах микродефектов, так и грубо, разбив контролируемые дефектына ограниченное количество групп по площади (микродефектов),В последнем случае еше более упрощается работа оператора, появляется возможность проводить допусковый контроль, резко сокращается время контроля, а дополнительная информация. о взаимном расположении микродефектов представляется в еше более удобном для анализа виде и корреляция с макроскопическими нарушениями облегчается.На фиг, изображена структурная электрическая схема устройства для определения дефектов объекта; на Фиг.2 - разбиение объекта на зоны;на фиг.З - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.Устройство содержит Формирователь1 ТВ-сигнала, амплитудный дискриминатор 2, измеритель 3 временного интервала, сумматор 41 блок 5 памяти,блок б цветового кодирования и цветной видеоконтрольный блок 7, формирователь 8 измерительной решетки иформирователь 9 зон пространственнойдискретизации,В результате указанных действий сТВ-ситналом изображение контролируемой площади образца Б (фиг.2 а) разбито на равные участки - зоны пространственной дискретизации Б, ограниченные пунктирными вертикальнымии горизонтальными лиинями 1, Числоузлов измерительной решетки 2 (тонкиесплошные линии), или соответственночисло элементов разложения в каждойзоне пространственной дискретизациив приводимом примере выбрано равным1 ОО, Шаг измерительной решетки выбраннастолько малым, что ошибка от дискре.тизации по времени бинарно-квантованного сигнала по крайней мере в 25 раз меньше минимального дефекта,подлежащего обнаружению и требуемойдля визуального контроля точностидифференциации дефектов по размерам,Там же изображены типичные дефекты, подлежащие обнаружению: инородноевключение (левый нижний угол фиг.2 а),и дефекты типа "точек", расположенныев направлении с левого верхнего углак правому нижнему. В то время как обнаружение изображенного инороцноговключения, превышающего по всоим размерам допустимые, говорит само по себе о необходимости забраковки изделия, точки , расположеннь 1 е в ука 11 1155 эанном направлении, хотя . укладывают ся в предельно-допустимые размеры, несут информацию о макронеоднородностях (например, зона распространения дислокаций в полупроводниковой пластине, царапина на поверхности стекла в виде прерывистой линии), что,в свою очередь, говорит о качестве технологического процесса. Эту качественно новую информацю невозможно было бы 10 Получить при просмотре площади образца по частям, Поле зрения при просмотре по частям по известным мето,дикам (фиг.2 а) изображено квадратами, ограниченными жирными линиями 3, Чис ло элементов разложения в этом поле зрения определяется предельной возможностью человеческого глаза и соответствующим ей ТВ стандартом. Число элементов разложения остается 20 тем же. Однако за счет цветового кодирования по площади дефектов в зоне пространственной дискретизации это число элементов разложения уже несет информацию о распределении дефектов по всей площади образца, Цифры около каждой дефекта говорят о его площади, выраженной в числе узлов измерительной решетки (фиг.2 а).Новое изображение всей исследуе мой площади образца (фиг,2 б) в приведенном примере занимает площадь Я в 25 раз меньшую, чем исходное Б, с сохранением всей требуемой информации за счет цветового кодирования 35 (площадь дефектных участков-цвет). На фиг,2 в приведен пример цветового кодирования по площади дефект 40 ных точек в зоне пространственной дискретизации, где площадь выражена в числе узлов измерительной решетки, попавших на дефектные участки.Устройство реализующее предлоЭ45 женньй способ, работает следующим образом.Перед началом работы стираются данные, записанные ранее в блоке 5 памяти а также устанавливаются вЭ50 "0" счетчики адреса формирователя 9, ТВ-сигнал с выхода формирователя 1 (фиг.Зб), содержац 1 ий информацию о геометрических параметрах дефектов (фиг,За), поступает на амплитудньй дискриминатор 2, где преобразуется в двуградационньй сигнал, дискретиэированный во времени с йомощью стробирующих импульсов (фиг,Зв), которые поступают с выхода формирователя 8 измерительной решетки, формирователь 8 синхронизируется кадровыми и строчными синхронизирующими импульсами формирователя 1 ТВ-сигнала и вырабатывает импульсы (фиг.Зд), следующие с частотой, кратной частоте стробирующих импульсов, и управляющие работой формирователя 9,Формирователь 9 с помощью строчных и кадровых синхроимпульсов, поступающих с синхронизирующего выхода формирователя 1 ТВ-сигнала, вырабатывает импульсы начала и конца контролируемой области в продольном (фиг.Зб) и поперечном направлении и импульсы, соответствующие границам зон пространственной дискретизации в продольном направлении, поступающие на вход измерителя 3. Кроме того, формирователь 9 вырабатывает код адреса зон пространственной дискретизации, который поступает на вход блока 5 памяти. В измерителе 3 производится под- . счет импульсов, соответствующих суммарной длине дефектных участков вдоль строки в пределах зоны пространственной дискретизации. Код полученной сумы поступает с выхода измерителя 3 на первый вход сумматора 4, на второй вход которого поступает информация, считываемая с ячейки памяти блока 5, адрес которой формируется путем подсчета импульсов начала зон пространственной дискретизации в продольном и вертикальном направлениях.В сумматоре 4 коды сигналов, поступающие по первому и второму входу, суммируются и заносятся по прежнему адресу в блок 5 памяти (фиг,Зе).Таким образом, в каждой зоне пространственной дискретизации определяется и запоминается величина (фиг,Зе пропорциональная площади дефектного участка в зоне. Записанные в блоке 5 памяти данные о площадях дефектов в пределах каждой зоны пространственной дискретизации исходного изображения представляют собой запись в цифровой форме ТВ-сигнала нового изображения, амплитуда которого в каждой точке пропорциональна площади, занятой дефектом в пределах каждого участка (зоны) иэображения контролируемого объекта (фиг.Зе), Записанный в блоке 5 памяти ТВ-сигнал нового изображения считывается и поступает на блок 610629 актор ЕЛесропова Техред Н.Глущенк ектор И.Шаро ПодписноеСР 1/3ВН ака Тираж 639Государственного комитета ССелам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., д 113035,оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проект цветового кодирования, а затем в виде нового синтезированного изображения отображается в виде экрана цветного 7 видеоконтрольного блока (фиг.Зж) и анализируется оператором. 5Таким образом, за счет Формирования цифрового ТВ-сигнала нового изображения с амплитудой, пропорциональной площади дефектов в каждой зоне, появилась возможность в каждой точке Ю на экране цветного видеоконтрольного блока отобразить целую зону в пределах исходного изображения, а размер (площадь) микродефекта представить цветом этой точки, 15При этом не только сократилось время контроля и упростилась работа 0210оператора, но и появилась новая информация, которую несет взаимное расположение точек, изображающих микро- дефекты, на большой контролируемой площади образца. Эта новая информация позволяет контролировать технологический процесс и оперативно на него влиять с целью улучшения качества конечной продукции и уменьшения брака,Изобретение может найти применение не только для контроля оптических стекол и полупроводниковых пластин, но также при обработке материалов аэрофотосъемки и в других областях науки и техники.