專利名稱：卷筒材料的檢查方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動檢查系統(tǒng)，更具體地涉及對連續(xù)運動的卷筒材料進行光學(xué)檢查的系統(tǒng)和裝置。
背景技術(shù)：
用于分析運動的卷筒材料的檢查系統(tǒng)已經(jīng)被證明對現(xiàn)代制造過程是非常重要的。各種如金屬制造，造紙，非織物和薄膜等工業(yè)在產(chǎn)品檢驗和在線工藝監(jiān)測等方面都依賴于這些檢查系統(tǒng)。如果在卷筒材料的制造以后再對產(chǎn)品質(zhì)量進行離線或人工檢查，則產(chǎn)品質(zhì)量的相當(dāng)?shù)臋z驗費用將要昂貴得多。
在所有這些檢查系統(tǒng)的設(shè)計中的一個困難因素是高數(shù)據(jù)速率的獲得和處理。傳統(tǒng)的商業(yè)卷筒材料的制造過程都利用需要每秒幾十或甚至幾百兆像素的檢查數(shù)據(jù)獲得速率的卷筒尺寸和卷筒速度。另外，為了完全地掃描運動的卷筒材料，這些數(shù)據(jù)速率要以連續(xù)的方式提供。該特別提到的數(shù)據(jù)速率被認(rèn)為是廣泛的并導(dǎo)致了處理高連續(xù)數(shù)據(jù)速率的專用圖象處理設(shè)備的發(fā)展。
技術(shù)上通過使用專用電子硬件對數(shù)據(jù)流進行預(yù)處理來解決這個困境，總體上應(yīng)用專用模塊的多重通道和多重層次。這樣的系統(tǒng)能夠承受檢查運動的卷筒材料所需要的數(shù)據(jù)速率。但是，還是存在涉及必須定制專用處理器所需要的硬件和軟件的困難。這些檢查系統(tǒng)是高度專業(yè)化的，因此限制了所給出的系統(tǒng)的可能的應(yīng)用范圍。例如，為檢查金屬而開發(fā)的系統(tǒng)將不能也用于檢查印制的包裝材料。由于這種專業(yè)化，專用的電子硬件需要金錢和時間方面的高開發(fā)成本，它們被降級到只進行簡單的實時圖象處理操作，它們限制了將來前景的擴充，并有相應(yīng)的高維護成本。
制造工業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到在其運行中靈活性的重要性。為了達到這個目的，經(jīng)常使制造商努力工作以開發(fā)在各種產(chǎn)品之間能夠迅速變化的系統(tǒng)和裝置。但不幸的是，雖然在一些工業(yè)部門卷筒材料檢查系統(tǒng)已經(jīng)證明是有價值的甚至是必不可少的，但它們在處理制造過程中不斷增加的變化步伐方面仍是不成功的。專用信號處理硬件做不到在目前需要對運動的卷筒材料進行光學(xué)檢查的各種產(chǎn)品之間迅速變化。如果在一個單板通用計算機上能進行所有需要的處理則將是十分理想的，這樣在生產(chǎn)線之間的變化就能僅通過加載所需要的軟件而完成。另外，能夠減少和定制硬件系統(tǒng)有關(guān)的開發(fā)時間和成本也將是很理想的。但迄今這樣的目的還是不可能的。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種甚至能夠在高數(shù)據(jù)速率下檢查運動的卷筒材料的系統(tǒng)。新的分析方法的發(fā)現(xiàn)將在線光學(xué)檢查的困難限制在商業(yè)上可得到的通用計算機的能力范圍之內(nèi)。對于根據(jù)本發(fā)明的檢查系統(tǒng)，用同一個硬件能檢查許多不同的產(chǎn)品，只需要加載產(chǎn)品的專用軟件，該軟件包含了關(guān)于是什么構(gòu)成了產(chǎn)品中的缺陷的信息。
本發(fā)明的裝置包括一個成象裝置，該成象裝置用于按順序形成一個連續(xù)運動的卷筒材料的一個部分的圖象而提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。該數(shù)據(jù)流描繪了卷筒材料的順序部分，而不是如在傳統(tǒng)的機器圖象技術(shù)中應(yīng)用的區(qū)域圖象。一臺單板計算機被用來分析數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。該單板計算機首先從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流形成一個象點表(list)并用本發(fā)明的算法識別在連續(xù)運動的卷筒材料上的缺陷。通過本發(fā)明可以處理高卷筒速度和卷筒上的復(fù)雜圖形。尤其是，本發(fā)明能很好地適應(yīng)檢查軟電路的挑戰(zhàn)性的應(yīng)用，達到和成功地處理超過每秒10兆像素的數(shù)據(jù)速率。
或者，本發(fā)明包括一種連續(xù)檢查運動的卷筒材料的方法。該方法包括形成卷筒材料的連續(xù)部分的圖象以提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。然后單板計算機通過首先從該數(shù)據(jù)流形成一個象點表，然后分析該象點表以識別連續(xù)運動的卷筒上的缺陷來處理該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。作為任選項目，為了改進用于分析的圖象，在形成象點表之前可以先對數(shù)據(jù)流進行濾波。
為了本發(fā)明的目的，定義下列在本申請書中應(yīng)用的術(shù)語如下“卷筒”是指一種在一個方向有固定的尺寸而在垂直的方向有不確定長度的薄片材料；“順序”是指通過連續(xù)運動的卷筒材料的單獨的線或面積的順序形成圖象，這些線或面積光學(xué)映射到單排傳感器元件(像素)上；“單板計算機”是指有兩個主要特征的通用計算機，該兩個主要特征是1)應(yīng)答特定指令組的能力；2)執(zhí)行預(yù)先記錄的指令表的能力；
“像素”是指由一個或多個數(shù)字值描繪的圖象元素；“象點”是指在兩進制圖象中經(jīng)連接的像素組；“缺陷”是指在產(chǎn)品中的不希望發(fā)生的事件；“灰度”是指具有例如256個數(shù)字值的大量可能值的像素；“兩進制化”是將一個像素轉(zhuǎn)化為兩進制值的過程；“濾波”是將輸入圖象轉(zhuǎn)變到所希望的輸出圖象的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，濾波通常用于增強圖象中所要求的特性的反差；和“覆蓋涂覆缺陷”是指在卷筒上不充分的或外來的涂層。
通過下文對本發(fā)明的實施例的敘述和權(quán)利要求，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得更明顯。
附圖簡述通過下文結(jié)合附圖而進行的詳盡敘述，本發(fā)明的上述的以及其他的優(yōu)點對于在本技術(shù)領(lǐng)域熟練的人士而言將變得更明顯

圖1是說明本發(fā)明的方法的框圖；圖2是本發(fā)明的圖象獲得和圖象處理元件的詳盡方框流程圖；圖3是利用反射光的光學(xué)照亮裝置的實例；圖4是利用傳輸光的光學(xué)照亮裝置的實例；圖5是利用曲折光(transflect)的光學(xué)照亮裝置的實例；圖6a，6b和6c是分別利用反射光，傳輸光和曲折光時帶有所描繪的圖形的卷筒可以顯現(xiàn)的方式的實例；和圖7是卷筒檢查裝置的優(yōu)選實施例的示意圖。
詳細描述本發(fā)明是一種光學(xué)檢查連續(xù)運動的卷筒材料的方法。圖1是描繪本發(fā)明的方法的示意圖。一個連續(xù)運動的卷筒10的節(jié)段位于兩個支撐輥12，14之間。圖象獲得裝置16位于靠近連續(xù)運動的卷筒10的地方。圖象獲得裝置掃描連續(xù)運動的卷筒10的順序部分以獲得有關(guān)各自的順序部分的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)被傳輸?shù)絾伟逵嬎銠C18，該計算機用于收集和分析數(shù)據(jù)以確定卷筒10上缺陷的存在。然后確定的結(jié)果可以有選擇地輸送到工藝控制機構(gòu)19以執(zhí)行另外的工藝指令。
卷筒材料根據(jù)本發(fā)明，連續(xù)運動的卷筒可以包括有預(yù)先確定的寬度和厚度以及不確定的長度的任何薄片狀的材料。可以光學(xué)成象的以卷筒形式提供的材料都適用于本發(fā)明。卷筒材料的實例包括但不限于金屬，紙張，織物，非織物，玻璃，聚合物薄膜或其各種組合。金屬可以包括例如鋼或鋁等材料。織物通常包括各種纖維。非織物包括例如紙張，過濾媒介或隔離材料。各種薄膜包括例如透明的和不透明的聚合物薄膜，包括層壓的和涂覆的薄膜。
一種特別適合于通過應(yīng)用本發(fā)明而解決的檢查問題的類型是光學(xué)薄膜的檢查。檢查問題的第二種類型是軟電路卷筒的檢查。本發(fā)明特別適合于處理在一個軟電路卷筒上的各別的電路在什么地方有淀積或形成在軟襯底上的重復(fù)的電路圖形所包含的復(fù)雜的問題。一個卷筒通常都有多重各別的電路，每一個電路都包括各種在任意圖形中安排的小部分。然后各別的電路通過例如沖模切割的方法從卷筒分離，在各種分立的電氣應(yīng)用中使用。
對于適合于本發(fā)明的許多應(yīng)用，卷筒材料或相結(jié)合的材料可以最好具有施加的涂層?？梢赃M行光學(xué)成象的涂層適用于本發(fā)明。涂層通常施加到基礎(chǔ)卷筒材料的暴露表面上。涂層的實例包括粘結(jié)劑，光密涂層，低粘結(jié)背側(cè)涂層，金屬化涂層，光學(xué)活動涂層，導(dǎo)電或非導(dǎo)電涂層，或這些涂層的各種組合。涂層可以施加到卷筒材料的至少一個部分上，或可以全部覆蓋基礎(chǔ)卷筒材料的表面。
檢查卷筒的方法本發(fā)明的方法利用一種圖象獲得裝置獲得連續(xù)運動的卷筒的順序部分的詳盡圖象。結(jié)果的圖象最好以至少每秒10兆像素的數(shù)據(jù)流提供。數(shù)據(jù)流被發(fā)送到單板計算機，在那里數(shù)據(jù)流被形成為象點表。然后單板計算機分析該象點表以確定缺陷。圖2說明了本發(fā)明的方法。第一步20包括從連續(xù)運動的卷筒表面獲得圖象數(shù)據(jù)。在步驟23形成象點表之前，數(shù)據(jù)可以任選地進行濾波21和兩進制化22。然后象點表在形成以后在步驟24中進行處理，其中進行分析以識別連續(xù)運動的卷筒上的缺陷。來自步驟24的輸出任選地輸送到一個或多個下述部分映射單元25，保存數(shù)據(jù)庫26，操作者顯示器28或工藝控制器27。
圖象獲得圖象獲得通過用常規(guī)的成象裝置完成，該成象裝置能讀取運動的卷筒的順序部分并提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流形式的輸出。為了本發(fā)明的目的，成象裝置可以包括一個直接提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的攝象機或帶有另外的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬攝象機。另外，可以利用其他的諸如激光掃描器的傳感器作為成象裝置。卷筒的順序部分表明，數(shù)據(jù)通過單獨線的順序獲得。單獨線包括連續(xù)運動的卷筒的一個光學(xué)映射到一個單排傳感器元件或像素上的區(qū)域。適合于獲得圖象的裝置的實例包括諸如來自PerkinElmer(Sunnyvale，Califonia)的Model#LD21的線掃描攝象機，來自Dalsa(Waterloo，Ontario，Canada)的PiranhaModels，或來自Thompson-CSF(Totawa，NewLersey)的Model#TH78H15。其他的實例包括來自SurfaceInspectionSystemGmbH(Munich，Germany)的結(jié)合模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的激光掃描器。
圖象可以通過利用輔助獲得圖象的光學(xué)組件而任選地獲取。這些組件可以是一臺攝象機的任何部分，或可以從攝象機分離。光學(xué)組件在形成圖象的過程中利用反射光，傳輸光或曲折光。反射光適用于探測由卷筒的表面變形諸如表面刮痕引起的缺陷。圖3說明在連續(xù)運動的卷筒30上用反射光獲取圖象的情況。在一個空閑輥32上運動的卷筒30越過圖象獲取裝置34。光纖35，36導(dǎo)引光通過圓柱形聚焦透鏡37，38到達和圖象獲取裝置34共有的焦點39。常規(guī)的光纖和聚焦透鏡就適用于本發(fā)明。
傳輸光用于當(dāng)其通過卷筒時探測會干擾正常的光傳輸?shù)娜毕荩T如在擠壓薄膜中的凝膠，在涂覆薄膜中的光密度變化等。圖4描繪了通過一個玻璃空閑輥42利用傳輸光以及在玻璃空閑輥42上運動的相應(yīng)的卷筒40的情況。在運行中，光從光纖43通過玻璃空閑輥42傳輸并通過卷筒40。圖象獲取裝置位于傳輸光的聚焦區(qū)域的上方。
曲折光是反射光和傳輸光的結(jié)合，特別適用于探測混合缺陷，諸如軟電路卷筒上的覆蓋涂覆層的連續(xù)性方面的缺陷。圖5描繪了曲折光的一個實例。卷筒50在玻璃空閑輥52上傳送。光纖55，56導(dǎo)引光通過圓柱形聚焦透鏡57，58到達和圖象獲取裝置54共有的焦點59。光也從光纖53通過玻璃空閑輥52傳輸并透過卷筒50。傳輸光的焦點和來自反射光源55，56的焦點重合。
在檢查軟電路的優(yōu)選實施例中，可以利用所有三個光學(xué)構(gòu)造。圖6a，6b和6c顯示了應(yīng)用到軟電路卷筒上時發(fā)光構(gòu)造的潛在應(yīng)用。傳輸光用于探測軟電路卷筒上諸如襯底孔的缺陷，襯底孔在黑暗的背景上會出現(xiàn)一個亮點。它也能用于探測諸如短路或開路的電氣連續(xù)性方面的缺陷。圖6a顯示這樣的缺陷可以怎樣利用傳輸光探測。根據(jù)對于傳輸光的圖6a，相對于襯底60的顯示明亮，金屬電路元件62和不導(dǎo)電的覆蓋涂覆層64顯示黑暗。這種情況有一個優(yōu)點，能夠形成最寬廣的電路蹤跡的表現(xiàn)圖象，這樣，由于電路刻蝕過程引起的邊緣斜度不會引起困難。如果需要，如圖6b顯示的反射光可以用于探測電路缺陷，但需要用于探測表面修整的缺陷，諸如可能引起以后的工藝步驟失效的在鍵合區(qū)上的瑕疵等。在這些情況下，相對于缺陷使光變暗，金屬電路元件62和不導(dǎo)電覆蓋涂層64顯示明亮。曲折光或反射光和傳輸光的結(jié)合為電路涂層諸如橫跨金屬和襯底圖形的電介質(zhì)覆蓋涂層的焊接屏障的探測提供一個實質(zhì)上不同的分析方法。在這種情況下，因為金屬和襯底之間性能的極端不同，反射光或傳輸光的單獨應(yīng)用都是不適當(dāng)?shù)?。但是，通過應(yīng)用曲折光，金屬和襯底圖形之間的涂層就能容易地區(qū)分開來。圖6c顯示曲折光的概念，圖中元件62有不同于元件64的圖象。
濾波，兩進制化并形成象點數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流從圖象形成裝置傳輸?shù)教幚碛嬎銠C。卷筒材料檢查是一項高要求的應(yīng)用，因為數(shù)據(jù)是連續(xù)的，只要卷筒在運動，數(shù)據(jù)就流向系統(tǒng)。這樣，處理計算機必須具有支持所要求的不確定處理速率的能力。本發(fā)明的方法根據(jù)特定的應(yīng)用要求能夠處理每秒約10兆像素的連續(xù)運動中的卷筒的數(shù)據(jù)速率或更大，并且最好的是能達到每秒約30兆像素或更大的速率。
在涉及一種均勻薄膜產(chǎn)品的優(yōu)選實施例中，卷筒速度為600ft/分，卷筒寬度為50英寸，圖象分辨率為20mils/每像素。所需要支持的數(shù)據(jù)通過量為約每秒15兆像素。在涉及軟電路檢查的第二實施例中，卷筒速度為25mm/秒，卷筒寬度為50mm，圖象分辨率為10微米/每像素。所需要支持的數(shù)據(jù)通過量為約每秒17.5兆像素。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流被發(fā)送到單板計算機進行分析。根據(jù)本發(fā)明，如先前提請注意的那樣，單板計算機是一種具有兩個主要特征的通用計算機1)應(yīng)答特定指令組的能力；2)執(zhí)行預(yù)先記錄的指令表的能力。為了本發(fā)明的目的，所有具有記憶元件，大規(guī)模儲存元件，中央處理單元和任選的輸入和輸出裝置的通用計算機都適用于本發(fā)明。本發(fā)明具體地包括這樣的裝置，包括數(shù)字信號處理器和其他明確地為高速執(zhí)行數(shù)學(xué)計算而設(shè)計的有限的計算機處理板。更好的是，“單板計算機”包括單母板，通用微計算機。
任選地，在形成象點表之前，合乎理想的是對輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流進行濾波以增強圖象中所要求性能的反差。例如，經(jīng)常應(yīng)用濾波器減少噪聲或增強諸如邊緣的圖形的反差。總之，濾波器可以包括可分離的濾波器，線性濾波器，非線性濾波器，局部反差增強濾波器，邊緣增強濾波器，噪聲減少濾波器或這些濾波器的組合。所指出的濾波器的形成和應(yīng)用對于在本技術(shù)領(lǐng)域熟練的人士而言通常都是能夠認(rèn)識的。在本發(fā)明中，這些濾波器和映射的參數(shù)是由隨機的樣本像素確定，而不是由全部圖象確定。還有，這些操作僅在所涉及的領(lǐng)域內(nèi)執(zhí)行。
可分離的濾波器也可以結(jié)合本發(fā)明而得到利用。圖象處理中的濾波器通常是兩維的。但是它們中的大多數(shù)能通過以適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行垂直方向的一個尺度和水平方向的一個尺度的濾波而實現(xiàn)或接近實現(xiàn)兩維的濾波。這樣，計算成本就從0(n2)減到0(2n)。例如，垂直濾波器被用來去除由光學(xué)視場和傳感器的不均勻引起的橫穿卷筒的不均勻。然后可用水平的平滑濾波器減少高頻率的隨機噪聲。
在單板計算機中先于形成象點表執(zhí)行的其他步驟包括兩進制化。兩進制化是帶有大量諸如彩色或灰度數(shù)值的像素的圖象到兩進制圖象的圖象轉(zhuǎn)換。
兩進制化的一種形式是固定的兩進制。固定的兩進制以遍及圖象的單水平為基礎(chǔ)。例如，在數(shù)值128上進行兩進制時，所有帶有大于128的數(shù)值的像素都被轉(zhuǎn)換成數(shù)值“1”(白)，而小于或等于128的像素都轉(zhuǎn)換為“0”黑。然后圖象就可以根據(jù)本發(fā)明的象點形成程序形成象點。
兩進制化的另一種形式是適應(yīng)兩進制。適應(yīng)兩進制以圖象的動態(tài)分析為基礎(chǔ)。對于每個像素的閾值通過圖象中的其他像素的分析而確定，這樣，不同的像素將有不同的閾值。這樣補償了低反差或強度變化的圖象。由各種方法來執(zhí)行這個操作。例如，一個像素的閾值可以通過取最鄰近的20個相鄰像素的平均值而計算出來。如果圖象的左邊有右邊的兩倍那么亮，用于兩進制化的固定閾值將引起依賴于精確的缺陷位置的探測幾率上的明顯變化。但是當(dāng)使用適應(yīng)兩進制時，左側(cè)局部的擾亂將可和右側(cè)一樣同樣探測。這個方法能補償合理的背景強度的變化。
對于沒有圖形的聚合物薄膜的優(yōu)選實施例，用于兩進制化的閾值通常用在相鄰像素間取平均的局部化的強度分析進行計算。當(dāng)卷筒是有圖形的卷筒時，特別是檢查軟電路卷筒時，在數(shù)據(jù)流中的像素的兩進制之前進行的適應(yīng)性求閾值的特定模式已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)是最佳的。這包括識別卷筒的至少一個順序部分，該部分具有基本上是卷筒的光學(xué)性能的全部范圍。在重復(fù)的圖形中包含盡可能多的不同視覺特征的線條被考慮為最佳的選擇。從相應(yīng)于該線條的數(shù)據(jù)流中得到具體的注意，識別相應(yīng)于局部最大和最小的像素值。像素值的范圍由被識別為局部最大的像素值中的最低值和被識別為局部最小的像素值中的最高值界定。然后閾值根據(jù)一些適當(dāng)?shù)囊?guī)則在該范圍內(nèi)計算；對于軟電路，計算出的等于[下界+0.75x(上界-下界)]的閾值已經(jīng)產(chǎn)生出良好的結(jié)果。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的至少一個部分，通常為直到下一次被識別的線條在圖形中出現(xiàn)的那部分被用計算出的閾值進行兩進制化。
依賴于將被分析的缺陷，用多重閾值對特定缺陷類型的每一個值進行兩進制化是理想的。例如，在用傳輸光進行軟電路檢查的優(yōu)選實施例中，相對于襯底，金屬的圖形顯示黑暗。通過用高閾值探測短路和用低閾值探測開路，可以顯著提高探測的幾率。
根據(jù)本發(fā)明，單板計算機至少執(zhí)行形成象點表和分析象點表以確定連續(xù)運動的卷筒上的缺陷。象點是在一個兩進制圖象中的一組連接的像素。一組連接的像素通常指出像素是4-連接的(四鄰上，右，下，左)或8-連接的(八鄰上，上右對角，右，下右對角，下，下左對角，左，上左對角)。以下面的方式形成象點表。首先，一個兩進制圖象被提出到具有突出值和連接方案的象點形成機構(gòu)。突出值代表圖象中被涉及的像素的值。該值為兩進制的最小值(通常為0)或兩進制的最大值(通常為255)。連接方案分別被指定為四連接或八連接。
不管所使用的是什么象點連接方案，象點的存在和像素的連接有關(guān)。當(dāng)卷筒的每一個順序部分被掃描時，相應(yīng)于該順序部分的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流描述了在相應(yīng)于其在卷筒上的位置的X范圍中的像素。對于每一條線條，在X范圍中互相連接的像素的聚集被限定為節(jié)段。如果這些像素在Y范圍中被連接，一旦這些節(jié)段在X范圍中被限定為一條線條，就有可能被分解為線條挨線條的形式。Y范圍相應(yīng)于卷筒運動的方向。為了計算的方便，一個節(jié)段能被描述為從屬于該節(jié)段的信息的聚集，該信息在圖象中唯一地識別該節(jié)段。根據(jù)在X和Y范圍內(nèi)的開始位置以及在X范圍內(nèi)像素中的運動長度描述一個節(jié)段已經(jīng)證明是特別方便的。
通過對這些信息的編制和應(yīng)用，象點的形成過程能減少到對每一線條形成X節(jié)段和從線條到線條地分解X節(jié)段的連接。為了計算的效率，本發(fā)明最好地完成了形成X節(jié)段的表和用單疊代法將該表轉(zhuǎn)換成象點表。本發(fā)明的單疊代算法僅需要保存來自先前的線條的X節(jié)段的表作為對比表。在當(dāng)前行中的節(jié)段和在對比表中的節(jié)段的表之間的連接的存在被線條挨線條地分解，這些線條聚集了將限定象點的信息。
過程在Y范圍中的第一線條開始并且疊代每一個相繼的線條。在整個過程中，每一個象點的開放節(jié)段的運行計數(shù)都被保存。這被用來自動地解釋新的象點的添加，已完成象點的關(guān)閉和將分離的象點結(jié)合進一個單獨的象點，諸如在字母“V”的基底部。在參考最小的X位置后本發(fā)明確定了當(dāng)前線條中的第一節(jié)段。如果X節(jié)段的終端位置小于在對比表中的當(dāng)前節(jié)段的開始位置，該節(jié)段必須是在一個新象點中的第一節(jié)段。在這一點上，分配一個新象點，該象點的開放節(jié)段計數(shù)增加，該節(jié)段被指定為該象點中的第一節(jié)段。如果在對比表中相應(yīng)節(jié)段的終端小于當(dāng)前節(jié)段的開始位置，該對比表中的相應(yīng)的節(jié)段就從對比表中去除，開放節(jié)段表減少，對比再次開始。但是，如果這些情況都不滿足，當(dāng)前的節(jié)段和在對比表中的相應(yīng)節(jié)段必須重疊并作為同一個象點的一部分。該節(jié)段被添加到包圍來自對比表的節(jié)段的發(fā)展象點。如果多重當(dāng)前的節(jié)段重疊一個單個的來自對比表的節(jié)段，然后它們被添加到當(dāng)前的發(fā)展象點中。還有，如果當(dāng)前的節(jié)段重疊來自對比表的多重節(jié)段N，就存在一個結(jié)合條件。由對比表上的節(jié)段描繪的各別的發(fā)展象點被結(jié)合進一個單獨的象點并且開放的節(jié)段表被減少到N-1。最后，如果在鄰接對比表中的節(jié)段的當(dāng)前的線條中沒有節(jié)段，那么對于對比表中的每一個節(jié)段的開放節(jié)段的計數(shù)都要減少。
因為實體的卷筒有不確定的長度，形成象點的過程可以無限定地連續(xù)進行。但是，當(dāng)各別的象點的開放節(jié)段計數(shù)為零時，該各別的象點被認(rèn)為已經(jīng)完成，在該點上它們將做進一步的分析。
卷筒同步為了保持空間的對齊，本發(fā)明的卷筒檢查系統(tǒng)基本上和連續(xù)運動的卷筒保持同步。本發(fā)明最好地利用了相應(yīng)于實體卷筒位置的分析坐標(biāo)系統(tǒng)，該實體卷筒位置被和視覺數(shù)據(jù)和分析流對齊。對于傳統(tǒng)的光學(xué)檢查系統(tǒng)，這個工作通常是應(yīng)用一個實體附接到卷筒線上的旋轉(zhuǎn)編碼器完成的。旋轉(zhuǎn)編碼器可以包括例如來自Heidenhain，Traunreut，Germany的model#ROD523。因為卷筒是運動的，編碼器輸出一個連續(xù)的帶有有規(guī)律的距離間隔的數(shù)字信號。來自編碼器的每一個脈沖經(jīng)常被用以觸發(fā)攝象機形成跨越卷筒的另一條線條的圖象。
用于同步軟電路卷筒所包括的優(yōu)選方法利用了一種定位在一個相對大的樣本中的數(shù)據(jù)的子集的相似物的技術(shù)。從數(shù)學(xué)上說，這種確定從一個數(shù)據(jù)組到另一個數(shù)據(jù)組的相似物的最佳方法創(chuàng)立了一個相關(guān)系數(shù)，該相關(guān)系數(shù)數(shù)字化地敘述了兩個數(shù)據(jù)組之間的關(guān)系。雖然有很多方法可以得到這個相關(guān)系數(shù)，但基本上都有相當(dāng)高的計算成本并且不適宜于實時應(yīng)用。但是本發(fā)明首次將數(shù)據(jù)組減少到一個兩進制的結(jié)果，在該兩進制的結(jié)果上可以達到充分的處理速度。
對于軟電路卷筒的優(yōu)選實施例，卷筒通常都包含順序的各別的電路零件，這些電路零件在后面將被切割并附接到有源的電路元件上去。在制造過程中，這些零件可以在卷筒上以許多不同的形式進行空間取向，這些不同的形式包括但不限制于N×M陣列，跨越整個卷筒的單個的零件，以及從其最接近的相鄰零件轉(zhuǎn)動180度的互相交織的零件。但是在這些過程中一個不變的方面都是電路的空間取向?qū)⒃谙蛳碌木硗卜较蛏嫌肋h伴隨一個清楚的和決定性的圖形。本發(fā)明獨特地識別和切割互相不關(guān)聯(lián)的零件，不去考慮卷筒上零件的數(shù)量的取向，僅以輸入的視覺流中包含的信息為基礎(chǔ)，不需要外部的傳感器或外部的同步機構(gòu)。
該優(yōu)選的兩進制相互關(guān)系通過首先獲取一個預(yù)先限定的關(guān)聯(lián)圖象而運行。這可以從一個文件或其他數(shù)據(jù)儲存機構(gòu)加載。其次，該預(yù)先限定的關(guān)聯(lián)圖象用預(yù)先限定的閾值進行兩進制化。一旦關(guān)聯(lián)的圖象完成兩進制化后，從初始的經(jīng)兩進制化的關(guān)聯(lián)圖象創(chuàng)立一個附加的有經(jīng)減小的分辨率的低標(biāo)準(zhǔn)取樣的圖象。該低標(biāo)準(zhǔn)取樣的圖象被用于加速相關(guān)聯(lián)的過程。初始的圖象可以被低標(biāo)準(zhǔn)取樣到任何程度。但是，兩者的功能必須要易于計算。在圖象定位被兩進制化以及低標(biāo)準(zhǔn)取樣以后，它們被儲存在RAM中以在關(guān)聯(lián)中重復(fù)使用。
在這點上，一個任意的圖象可以被提出到定位機構(gòu)進行關(guān)聯(lián)。每個任意圖象在提出時都帶有一個兩進制閾值，一個搜索接受變量和一個搜索肯定變量。搜索接受變量被用作將被認(rèn)為是匹配的最小可接受關(guān)聯(lián)的測量。搜索肯定變量被用以加速的目的并告訴定位機構(gòu)，如果發(fā)現(xiàn)一個關(guān)聯(lián)大于或等于該變量就可以立即停止搜索。
在定位可以開始之前，任意的圖象也可以進行兩進制化并次級取樣到和初始定位圖象相同的程度。如前所述，任意的圖象用施加到定位機構(gòu)的閾值兩進制化。兩進制化值不需要和用定位圖象施加的值相同。這考慮到獲取裝置的照明和靈敏度的變化。
準(zhǔn)備工作完成以后，定位可以開始進行。定位關(guān)聯(lián)相當(dāng)于在初始圖形和更大的任意圖象的一個次級部分之間的像素到像素的相減。通過對相減結(jié)果求和而確定關(guān)聯(lián)系數(shù)。為零的結(jié)果構(gòu)成匹配的百分之百的肯定性，其中[寬度×高度×兩進制最大值]的結(jié)果(通常為1或255)代表完全沒有匹配。
關(guān)聯(lián)首先在低標(biāo)準(zhǔn)取樣的圖象和一個總定位上進行并且確定該定位的肯定性。因為低標(biāo)準(zhǔn)取樣關(guān)聯(lián)的結(jié)果固有地產(chǎn)生一個加或減n-1個像素(其中n是低標(biāo)準(zhǔn)取樣的數(shù)量)的定位，為了進一步將低標(biāo)準(zhǔn)取樣關(guān)聯(lián)的定位限制到一個甚至更大的程度，在初始的圖象上進行一個第二關(guān)聯(lián)。最后，當(dāng)該過程完成時，如果有任何匹配的話，匹配的精確定位就被傳遞到所涉及的對象，定位機構(gòu)容易地繼續(xù)在其他任意的圖象上進行關(guān)聯(lián)。
用一個充分適當(dāng)?shù)亩ㄎ粰C構(gòu)，本發(fā)明能進行定位和僅從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中提取組成部分的過程。為了達到這個結(jié)果，本發(fā)明應(yīng)用幾個預(yù)先限定的數(shù)字圖象作為關(guān)聯(lián)圖形。這些數(shù)字圖象或定位器包括一種確定卷筒在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的X和Y范圍內(nèi)的定位的方法，也包括一種確定每一個各別的部分在卷筒的坐標(biāo)系內(nèi)的精確定位的方法。另外，定位器可以用來定位在該部分本身的坐標(biāo)系內(nèi)所涉及的獨特區(qū)域。
在該過程中的第一步驟是識別卷筒在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中的精確位置。該精確的位置用一個預(yù)先限定的卷筒定位器圖象的兩進制關(guān)聯(lián)和順序的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流來確定。因為預(yù)先限定的卷筒定位器包含在卷筒的重復(fù)圖形之間的向下距離中僅發(fā)生一次的圖形，該關(guān)聯(lián)適合于建立卷筒的X和Y坐標(biāo)系的原點。
用已知的卷筒定位器的位置，本發(fā)明能建立在向下的卷筒重復(fù)圖形的一個場合中發(fā)生的每一個部分的精確的橫穿的和向下的卷筒位置。再一次說明，這個過程通過應(yīng)用預(yù)先確定的部分定位器圖象和順序的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流來完成。但是，為保護計算循環(huán)，當(dāng)橫穿卷筒定位由部分定位器從卷筒定位器和部分定位器的實際寬度中作出的補償確定以后，這樣的操作過程就在有限的橫穿卷筒定位中進行。
因為部分的數(shù)量及其從卷筒定位器的補償是預(yù)先確定的，如上所述的精確的定位機構(gòu)在發(fā)現(xiàn)卷筒上的所有部分上能夠達到幾近完美的精確度。另外，理所當(dāng)然的是，如果一個分離的部分能被定位，數(shù)字化地切割然后任選地被掩蔽和旋轉(zhuǎn)到一個單獨的取向，可以不考慮初始的取向和橫穿卷筒定位進行所有附加的處理過程。
處理管線將最好在個別的部分上運行。因此，所有的探測算法將完全相同地工作，不需考慮卷筒的圖形，卷筒上的部分的數(shù)目等。如果產(chǎn)品發(fā)生變化，操作者只需從菜單上選擇新的產(chǎn)品。如果一個諸如拼接的擾亂發(fā)生，它將探測該擾亂并且自動地再次自我同步，因為它將其所有的目標(biāo)的實現(xiàn)都僅基于視覺流上。還有，因為應(yīng)用了預(yù)先限定的部分定位器，本方法自動地和連續(xù)地糾正橫穿卷筒的漂移和其他卷筒工藝固有的效應(yīng)。
缺陷分析卷筒檢查應(yīng)用總體上能分解成兩個獨特的類別，有圖形的(諸如標(biāo)簽，紙幣和軟電路)和無圖形的(諸如薄膜和非織物)。本發(fā)明能成功地進行任何類型的應(yīng)用，不需檢查硬件有任何變化。通過改變軟件進行不同類型的象點分析，通用的基于單板的計算機系統(tǒng)能完成寬廣范圍的各種應(yīng)用。
對于無圖形卷筒，視覺信號被要求是均勻的，因此任何不均勻的區(qū)域都是有缺陷的。如上所述，視覺處理要求濾波必須增強不均勻的視覺信號，要求兩進制化將有缺陷的區(qū)域從背景分離，要求象點的形成將有缺陷的像素集中成統(tǒng)一的實體。最后，所收集的象點經(jīng)過分析以確定這些象點是否代表卷筒的有缺陷的部分或僅是某些不規(guī)則但不是缺陷。分類由象點位置和幾何形狀的參數(shù)的分析構(gòu)成。如果一個具體的象點有和預(yù)先限定的缺陷相符合的特征，那該象點就是缺陷。但是，如果它不處在預(yù)先限定的缺陷的容限之內(nèi)，則它不是缺陷。限定或訓(xùn)練(training)系統(tǒng)識別缺陷的方法在下文敘述。
例如，在檢查半透明的聚合物卷筒的優(yōu)選實施例中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流將通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻輸入卡輸入單板計算機并儲存在計算機的主系統(tǒng)RAM存儲器中。數(shù)據(jù)是連續(xù)的并按需要通過循環(huán)緩沖進行小心的存儲處理，使其能適應(yīng)數(shù)據(jù)速率，在任何情況下都不發(fā)生丟失數(shù)據(jù)。獲得數(shù)據(jù)以后，數(shù)據(jù)可以進行濾波以增強缺陷的反差，同時去除背景噪聲。這些濾波可以調(diào)節(jié)到符合具體應(yīng)用的要求。因為是半透明卷筒，材料有一點漫射，需要高通濾波以增強缺陷信號，但也需要平滑的濾波以去除圖象中的噪聲。濾波操作對于通用計算機通常的計算代價較高，但通過小心設(shè)計濾波器，處理必要的數(shù)據(jù)速率其代價可以降到最小?？煞纸獾臑V波器對于矩陣分解是普通的并被本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人士所基本認(rèn)識。例如，11×11尺寸的濾波器可以被分解成兩個1×11的濾波器，從而將數(shù)字操作從121減小到22。通過這樣選擇濾波器的類型，可以實現(xiàn)提高550％的效率。其次，如上所述圖象被高效率地兩進制化并形成象點。在這點上，不規(guī)則點作為象點被隔離，并且能應(yīng)用在本技術(shù)領(lǐng)域熟練的人士基本認(rèn)識的線性的或背側(cè)的網(wǎng)絡(luò)分類技術(shù)通過分析象點特征(尺寸，形狀，位置，強度)分類。在這種情況下，缺陷的強烈程度以尺寸為基礎(chǔ)嚴(yán)格確定。如果缺陷大于2平方毫米則被確定為缺陷，否則便落入應(yīng)用容限以下并被忽略。最后，通過實時映射和曲線制圖數(shù)據(jù)被顯示給使用者。數(shù)據(jù)也被儲存在實時存檔數(shù)據(jù)庫并被傳輸?shù)街圃旃に嚳刂葡到y(tǒng)以采取對處理缺陷材料的存在必要的適當(dāng)行動。
對于有圖形的卷筒，視覺信號被要求包含重復(fù)的圖形，這樣缺陷表現(xiàn)為圖形的變形。識別缺陷區(qū)域的視覺處理包括將試驗圖形和用其他方法獲得的模板圖形進行比較。圖形對比的普通方法是一種直接空間操作，諸如在試驗圖形和模板圖形之間相減。但是，在實踐中，這種方法由于卷筒工藝的緣故是不健全的，因為正常的工藝會發(fā)生變化，諸如卷筒翹曲，光學(xué)上的不完全，圖形上的邊緣變化等。因此，在如上所述的視覺處理后，本系統(tǒng)要進行拓撲學(xué)的象點處理以檢驗圖形質(zhì)量而不是直接的圖象對比。即象點特征的數(shù)目，象點的空間互相關(guān)系以及幾何特征將和已知的特征進行對比以確定試驗圖形是否在規(guī)范中。通過這種方法，能非常容易地建立起補償正常工藝變化的容限。還有，數(shù)據(jù)被顯示給使用者，儲存在存檔數(shù)據(jù)庫并傳輸?shù)焦に嚳刂葡到y(tǒng)。
在操作有圖形的卷筒檢查系統(tǒng)之前，必須先分析一個沒有缺陷的參考圖象并提取重要的特征。本發(fā)明應(yīng)用一個訓(xùn)練過程提取參考圖象中的每一個目標(biāo)(象點)以及諸如尺寸，形狀，位置和拓撲結(jié)構(gòu)的象點特征。在該方法中，在運行期間，分析單板計算機提取試驗圖象中的象點并將運行時間表中的象點的特征和參考象點表中的特征進行比較。通過將兩個表之間的諸如象點數(shù)目和象點特征的拓撲學(xué)特征進行比較，即使是細微的圖形缺陷也能夠被探測出來。這種方法具有通過比較缺陷表而不是全部圖象而大幅度減少數(shù)據(jù)數(shù)量的優(yōu)點。還有，現(xiàn)在有可能通過將容限建立到象點性能比較而補償正常工藝的變化。這種類型的處理能成功地使用大規(guī)模商用單板計算機處理來自有圖形卷筒檢查的大規(guī)模數(shù)量的數(shù)據(jù)。
例如，在檢查有卷筒形式的軟電路的優(yōu)選實施例中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流通過標(biāo)準(zhǔn)的視頻輸入卡輸入到單板計算機并儲存在計算機的主系統(tǒng)RAM存儲器中。數(shù)據(jù)是連續(xù)的并按需要通過循環(huán)緩沖進行小心的存儲處理，使其能適應(yīng)數(shù)據(jù)速率，在任何情況下都不發(fā)生丟失數(shù)據(jù)。獲得數(shù)據(jù)以后，數(shù)據(jù)可以進行濾波，但應(yīng)采取小心措施使濾波不對任何試驗圖形的形狀造成變形。其次視頻數(shù)據(jù)進行兩進制化并形成象點。很通常的是，適合的閾值對兩進制化是必要的以補償橫穿卷筒的變化。圖象形成象點后，在象點表上進行所有的分析操作。
對于軟電路和PCBs，可能最重要的缺陷是電氣短路，電氣開路，導(dǎo)線縮減和間隔縮減。首先為開路試驗而產(chǎn)生的象點表和參考象點計數(shù)進行比較。如果濾去寄生的噪聲象點后運行時間象點的數(shù)目大于來自訓(xùn)練的象點數(shù)就存在電路開路，否則需進一步分析以確定是否存在印跡縮減。
印跡縮減說明部分電路中金屬圖形減小到可接受的容限之外。雖然仍然導(dǎo)電，但這些區(qū)域在運行中極易發(fā)生故障。在技術(shù)上，該問題可以通過在圖象本身應(yīng)用形態(tài)學(xué)處理而解決。不幸的是，由于這些電路圖象的大規(guī)模的尺寸(有時超過200兆字節(jié))以及形態(tài)學(xué)處理的成本，只能用定制的專用的電子硬件來處理這些問題。在本發(fā)明中是通過象點的修改而不是通過圖象來進行分析。首先，對每一個象點從X范圍節(jié)段產(chǎn)生Y范圍節(jié)段。其次對描繪象點的X范圍和Y范圍的節(jié)段進行修改。在導(dǎo)線縮減的情況中，每一個節(jié)段對稱地減小到一個預(yù)先限定的數(shù)以僅能完全通過形成的印跡。然后如上所述基于經(jīng)修改的節(jié)段表重新形成象點。將在新節(jié)段表上的象點數(shù)和在本具體實例中為訓(xùn)練表中象點數(shù)的預(yù)先確定的數(shù)目進行比較。如果運行時間計數(shù)大于參考計數(shù)，然后修改節(jié)段長度的過程將印跡切斷，從而識別出印跡縮減。
其次，用相似的機構(gòu)對該部分進行短路和間隔縮減的試驗。僅有的不同在于，X和Y范圍的節(jié)段是擴展了而不是減少了。如果存在短路或間隔縮減，然后象點計數(shù)將減少。通過在運行長度上的操作，計算效率可改進到500到200000次的數(shù)量范圍。
如果象點表遠遠通過這樣敘述的試驗，但仍有可能因印跡在一側(cè)稍許縮短或同時發(fā)生短路和開路的問題而有缺陷。因此最后的分析階段將來自運行時間表中的每一個象點的位置和幾何形狀信息和其在參考表中的副本進行比較。最好的特征包括但不限制于面積，周長，力矩或縮放比。如果任何運行時間象點位于其參考副本的可接受的容限之外，則整個部分就是有缺陷的。否則它就通過了所有電路缺陷的試驗。
在軟電路缺陷探測中保持高精確度的一個方法是對短路和開路的探測中采用不同的閾值。用于短路的閾值設(shè)定得比象點搭橋缺陷更靈敏，用于開路的閾值設(shè)定得比象點斷裂缺陷更靈敏。例如，對于傳輸光印跡顯示黑暗。短路閾值可以設(shè)定在可取范圍的80％，開路閾值可以設(shè)定在20％。
在本優(yōu)選實施例中的另一個缺陷類別是在諸如導(dǎo)線鍵合或焊接鍵合區(qū)的金屬圖形上的瑕疵。這在反射度上表現(xiàn)為低反差。應(yīng)用如上所述的定位技術(shù)通過將圖形隔離而探測這些缺陷。一旦圖形被隔離，就測量在該區(qū)域中的局部反差。如果在該區(qū)域上圖形的尺寸或反差處于規(guī)范之外，則該部分就是有缺陷的。
在本優(yōu)選實施例中的另一個缺陷類別是覆蓋涂覆的施加和位置上的缺陷。覆蓋涂覆在軟電路上被用于各種目的，包括焊接屏障或在電路的一定區(qū)域上的介電涂層。如上所述應(yīng)用曲折光涂層可以從背景中隔離并且形成的象點僅代表覆蓋涂層。然后象點能以相似的方式進行分析以發(fā)現(xiàn)如上所述的電路缺陷。
在本優(yōu)選實施例中的另一個缺陷類別是在基體襯底中的孔洞或缺陷。例如，在襯底中的孔洞能引起產(chǎn)品性能上的問題。應(yīng)用傳輸光產(chǎn)品能被成象，這樣孔洞在黑暗背景上表現(xiàn)為明亮。相似于如上所述的均勻卷筒檢查的情況形成象點以及分析各種缺陷。
在本優(yōu)選實施例中的另一個缺陷類別是引線彎曲。引線被用來將產(chǎn)品連接到外部導(dǎo)線或裝置。如果引線彎曲而離開正常位置就不能進行正確的連接。通過應(yīng)用傳輸光或反射光，引線能從背景隔離并形成象點。然后在運行時間表上的象點的數(shù)目，位置和形狀能和參考表進行比較。主軸線角被證明是對該分析特別重要的形狀參數(shù)。
訓(xùn)練單板計算機通常都帶有一個用于和象點表進行對比的標(biāo)準(zhǔn)的參考表。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或訓(xùn)練應(yīng)用的目的是提供一種聚集在運行時間檢查過程中需要的所有信息的方法。這包括所有的兩進制化和濾波信息，缺陷限定，用于在有圖形的卷筒檢查應(yīng)用中的部分定位的圖形匹配參數(shù)以及產(chǎn)品說明信息。雖然在均勻的和有圖形的卷筒檢查中都需要該應(yīng)用及其某些變化，對軟電路檢查的優(yōu)選實施例也將作出說明。在本技術(shù)領(lǐng)域熟練的人士能作出邏輯上的適應(yīng)性以按需要進行均勻的卷筒檢查。
操作的順序通常包括首先取得一個包含至少一個完整的重復(fù)圖形的卷筒的無缺陷的圖象；其次，規(guī)定圖形的獨特的特征和識別圖形中的工藝控制區(qū)域；再其次，對每一個獨特的檢查區(qū)域和缺陷類型規(guī)定具體的工藝控制設(shè)定；最后將該信息保存和安裝到數(shù)據(jù)庫，在運行時間應(yīng)用中選擇該產(chǎn)品并運行產(chǎn)品。
首先，應(yīng)用由適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件，解決方案，照明等設(shè)定的檢查系統(tǒng)獲取一個包含重復(fù)圖形的至少一個重復(fù)單元的運動的卷筒的圖象?；蛘撸撔畔⒖蓮腃AD(計算機輔助設(shè)計)文件中轉(zhuǎn)入并翻譯成適當(dāng)?shù)膱D象格式。圖象再用常規(guī)的操縱工具進行修整，這樣其結(jié)果包含重復(fù)圖形的一個精確的無缺陷的重復(fù)單元。這樣，圖象長度將是卷筒向下方向上的一個重復(fù)單元，寬度將跨越整個卷筒。然后用繪圖工具在卷筒向下方向上識別有規(guī)律重復(fù)的，但在局部的橫穿卷筒區(qū)域中是獨特的圖形的特征。該特征被識別為卷筒定位器并將被用來跟蹤卷筒的位置和補償任何橫穿卷筒的移動。卷筒向下距離在卷筒定位器圖形重復(fù)的一個點上限定。圖形和重復(fù)距離被保存和用于在運行時間應(yīng)用中跟蹤卷筒。
繪圖工具再次被用于在重復(fù)圖形中限定任何分離的“部分”。例如，一個部分可以是在包含不同取向的多重電路的一個重復(fù)部分中的一個單獨的電路元件。對于該部分，繪圖工具可以用來識別該部分中的獨特圖形，該圖形能用于在綜合的圖形中定位各別的部分。要限定在其間發(fā)生部分重復(fù)的卷筒向下距離是因為在一個單獨的卷筒向下圖形重復(fù)單元中可能會有多重部分。還有，部分定位器圖形和重復(fù)距離將在運行時間檢查中應(yīng)用以識別各別的部分進行分析。系統(tǒng)自動地定位所有的部分，不考慮重復(fù)圖形中的取向。任選地，如果一個卷筒向下重復(fù)圖形不包含分離的部分，則整個圖形就能作為一個單獨的部分處理。用這種各別部分的概念有幾個優(yōu)點。在運行時間中，當(dāng)部分被識別和分成節(jié)段后，所有的分析都是完全一樣的。還有，圖形中經(jīng)常會有一些其中沒有什么內(nèi)容的地方。該方法僅檢查需要分析的區(qū)域。
然后在部分圖象中限定檢查需要的過程描述符。過程描述符包括精確限定缺陷記號將被置于一個部分中的某一位置的部分記號區(qū)域，限定部分的一個向操作者作高分辨率顯示的重要區(qū)域的顯示區(qū)域，和用于適合的兩進制化的信息。
然后在該部分中限定所涉及的區(qū)域(ROI’s)。每一個ROI都在該部分中識別一個具體的分析將對其進行的區(qū)域。例如，對于軟電路，所有部分都可以進行短路/開路的分析，鍵合區(qū)將進行瑕疵分析，精細的節(jié)距區(qū)域?qū)⑦M行引線/間隔減縮分析。每一個區(qū)域都可以用繪圖工具和對每一個區(qū)域各別限定的檢查容限進行各別識別。區(qū)域?qū)⒊掷m(xù)添加直至所有的分析都被限定為止。
最后，為了以后的修訂，文件被保存，如果必要，再被安裝到在運行時間將應(yīng)用的檢查系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中?？梢员４娑嘀匚募詡湓诋a(chǎn)品變化時選擇。這將允許本發(fā)明的操作隨各種產(chǎn)品進行，不受其他干預(yù)。
在檢查優(yōu)先的軟電路中的一個主要困難是因不均勻的張力或制造工藝的變化而引起的卷筒可能變形。因此，卷筒的任何給出的部分都可能從參考外形發(fā)生空間翹曲。缺陷分析必須能補償這樣的變形。最常用的方法是使試驗圖象發(fā)生翹曲以最好地匹配參考圖象，然后進行直接空間對比，例如，從空間圖象中減去試驗圖象。不幸的是，用這樣的方法存在困難，因為難于正確地翹曲圖象以去除更高級別的扭曲，并且有時翹曲不能補償正常的工藝變化。因此，在進行比較后可能必須進行諸如形態(tài)學(xué)處理的清理處理以去除外部的噪聲。在本技術(shù)領(lǐng)域熟練的人士通常都熟悉這樣的處理技術(shù)。
系統(tǒng)輸入/輸出本發(fā)明的單板計算機通常接受描述工藝線上的事件的來自不同的使用者的控制和信號的輸入。它可以接受的輸入包括卷筒速度，卷筒運動，拼接，涂層操作和各種同步信號。還有，本發(fā)明可以在確定在連續(xù)運動的卷筒中存在缺陷的基礎(chǔ)上向各種裝置提供輸出。單板計算機將輸出指令發(fā)送到諸如用戶接口監(jiān)視器，工藝控制計算機，存檔數(shù)據(jù)庫，記號系統(tǒng)及其各種組合的裝置中。
能識別缺陷的定位或在連續(xù)運動中的卷筒中的各別部分的記號系統(tǒng)適合于和本發(fā)明一起使用。記號最好打印在基本靠近缺陷發(fā)生點的附近。基本靠近的意思是，記號緊密地聯(lián)系于缺陷在橫穿卷筒和向下卷筒方向上的位置，并最好在5mm的容限之內(nèi)，更好的是在1mm以內(nèi)。
對缺陷標(biāo)注記號的目的是識別缺陷的成分或區(qū)域以便能在一些后續(xù)的階段將其從主要生產(chǎn)中去除。缺陷記號次系統(tǒng)利用記號技術(shù)的廣泛的變化，諸如墨水或油漆的淀積(包括墨水蓋印器和墨水或油漆噴霧器)，激光標(biāo)記，標(biāo)簽應(yīng)用(粘貼在缺陷上或其附近的自黏附標(biāo)簽)，沖孔，物理變形技術(shù)，磁脈沖或它們的組合。缺陷記號可以置于缺陷本身之上或其附近，置于卷筒的邊緣或卷筒輥的終端。用不同的記號顏色或形狀記號也可識別缺陷的類別。在諸如卷筒上的條痕的連續(xù)缺陷的場合，記號可以由來自墨水蓋印器的重復(fù)的小印記或來自油漆噴霧器的連續(xù)的印記構(gòu)成。
常規(guī)的記號系統(tǒng)和本發(fā)明的檢查系統(tǒng)結(jié)合在一起使用。例如，墨水蓋印器由裝載墨水的多孔襯墊構(gòu)成并被實體放置成和目標(biāo)材料接觸以轉(zhuǎn)移墨水。墨水或油漆噴霧器利用電磁閥向目標(biāo)材料上噴射加壓的墨水或油漆。激光標(biāo)記裝置用高度聚集的強有力的激光束修改目標(biāo)材料的表面，通常是改變顏色，燒灼孔洞或改變表面構(gòu)造。標(biāo)簽應(yīng)用通過電磁促動機構(gòu)向目標(biāo)材料施加自粘結(jié)的標(biāo)簽。沖孔在目標(biāo)材料的缺陷上或其附近實體沖孔?？梢杂泻芏囝愋偷臎_孔器，包括常規(guī)的沖制通孔的沖模和底模以及kiss-cut沖孔器，該沖孔器通過目標(biāo)材料時不突出，因此在運動的卷筒上往往工作得更好。缺陷表面的物理變形能通過能在表面上留下有區(qū)別性的標(biāo)記的諸如電磁錘或滾花輪的裝置實現(xiàn)。磁脈沖能通過強有力的勵磁線圈應(yīng)用于黑色金屬的表面，這樣在以后能通過簡單的磁傳感器容易地識別缺陷。
記號次系統(tǒng)的控制可以是檢查系統(tǒng)本身的一個整體部分，或一個從檢查系統(tǒng)分擔(dān)任務(wù)的半獨立的智能次系統(tǒng)(即PLC或?qū)Ｓ梦⒂嬎銠C)。檢查系統(tǒng)的責(zé)任是識別缺陷和確定在橫穿卷筒和向下卷筒上的坐標(biāo)。這些缺陷坐標(biāo)被傳輸?shù)饺毕萦浱柎蜗到y(tǒng)，該次系統(tǒng)將一個延時機構(gòu)(基于時間的或基于距離的)和一個同步機構(gòu)與檢查系統(tǒng)相結(jié)合，在促動記號機構(gòu)之前在圖象傳感器和記號裝置之間提供和保持一個實體間隔。
裝置本發(fā)明的裝置總體上包括一個圖象獲取裝置和一個單板計算機。圖象獲取裝置形成連續(xù)運動中的卷筒的一個順序部分的圖象以提供一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。單板計算機從數(shù)據(jù)流形成一個象點表。然后單板計算機分析象點表以探測連續(xù)運動的卷筒的至少一個部分中的缺陷。本發(fā)明的檢查裝置總體上被應(yīng)用在常規(guī)的卷筒生產(chǎn)傳輸設(shè)備中。圖7描繪了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。卷筒72從非纏繞輥71通過檢查系統(tǒng)70傳輸?shù)嚼p繞輥74。一個舞蹈輥76被用來進行張緊控制。各個空閑輥78輔助傳輸卷筒72。一個任選的操縱機構(gòu)80可被設(shè)置來將卷筒72引導(dǎo)到系統(tǒng)70的成象區(qū)域。檢查空閑輥82將卷筒傳輸?shù)骄€掃描攝象機84的下面。為了將成象期間因張力引起的卷筒72的擾動減到最小，驅(qū)動輥86被置于檢查區(qū)域的下游。很方便地設(shè)置一個張力變換器88以向卷筒控制器90提供反饋，該卷筒控制器向驅(qū)動輥86發(fā)送驅(qū)動信號。來自線掃描攝象機84的圖象數(shù)據(jù)被傳輸?shù)絾伟逵嬎銠C92，該計算機也接收來自卷筒同步器94的輸入。單板計算機92形成象點表并進行缺陷分析。單板計算機92和卷筒記號系統(tǒng)96聯(lián)通。卷筒記號系統(tǒng)96能對卷筒72上的各別缺陷(未顯示)作出記號。單板計算機92選擇性地和卷筒控制器90聯(lián)通以交換卷筒72的產(chǎn)品信息。來自單板計算機92的輸出可以在任選的用戶接口98上審視。
因為計算機的計算能力是珍貴的，應(yīng)用如上所述的手段，任何通過減少計算機費用而獲得的效率都是可取的。具體地說，應(yīng)用極端高效的存儲器管理技術(shù)已經(jīng)取得了優(yōu)良的結(jié)果，該管理技術(shù)映射到計算機指令組和寄存器結(jié)構(gòu)，諸如特殊的存儲器校正，例如QWORD。SIMD(singleinstructionmultipledata)碼的應(yīng)用也被證明是可取的。設(shè)計為異步運行，并且用多線技術(shù)并行運行的單板計算機被考慮是可取的。
在一個任選的實施例中，本發(fā)明的方法和裝置可以利用多重成象系統(tǒng)以提供連續(xù)運動的卷筒的完整的和詳盡的圖象。多重成象裝置可以設(shè)定成在卷筒上平行以提供包括給定襯底的全部寬度的圖象。或者，多重成象裝置可以在各種向下卷筒定位上互相串聯(lián)設(shè)置以充分檢查不同類型的缺陷或在卷筒生產(chǎn)工藝中的一個給定點上監(jiān)視和缺陷有關(guān)的特殊類型的工藝。
在另一個替代的實施例中，可以在一個給定的卷筒上平行或串聯(lián)設(shè)置兩個或更多根據(jù)本發(fā)明的方法或裝置的檢查系統(tǒng)。來自每一個個別的系統(tǒng)的單板計算機將數(shù)據(jù)提供到一個中心計算機。然后中心計算機將數(shù)據(jù)歸并或同步用于經(jīng)改進的工藝控制。
本發(fā)明適用于檢查連續(xù)運動的卷筒以識別卷筒中不希望發(fā)生的事件。本發(fā)明的方法可實施于任何形式的適合成象的卷筒。方法和裝置理想地適合于處理隨諸如軟電路卷筒那樣的復(fù)雜的卷筒材料一起出現(xiàn)的大規(guī)模的數(shù)據(jù)速率。另外，本發(fā)明利用成象裝置的單板計算機處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)速率，不用定制的圖象處理硬件。本發(fā)明包含充分支持具體檢查程序或卷筒材料變化的標(biāo)準(zhǔn)軟件，不需要額外的硬件變化。還有，單板計算機可以進行升級以在不需要變化軟件的情況下實現(xiàn)處理速度的提高。
權(quán)利要求
1.一種檢查連續(xù)運動的卷筒的方法，其特征在于，該方法包括a)形成連續(xù)運動的卷筒的一個順序部分的圖象以提供一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，b)從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流形成一個象點表，和c)分析象點表上的象點以識別缺陷，其中b)和c)在一個單板計算機中進行。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括在形成所述象點表之前先對所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流進行兩進制化。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，其中相應(yīng)于每一個順序部分的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流描述相應(yīng)于其在卷筒上的位置的X范圍中的像素，以及其中形成的步驟包括確定在X范圍中互相連接的像素的收集以便限定節(jié)段；逐線條地解答在相應(yīng)于卷筒運動方向的Y范圍中的節(jié)段之間是否存在連接；其中確定步驟和解答步驟在一個單疊代中完成。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括依次保存在每一個順序線條中的節(jié)段的表將其作為一個對比表，并且其中解答包括將當(dāng)前線條的節(jié)段表和對比表進行對比。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中卷筒是一種帶有圖形的卷筒，該方法進一步包括對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流進行兩進制化，兩進制化包括識別基本具有卷筒的光學(xué)性能的全部范圍的至少一個順序部分；限定一個以被識別為局部最大值的像素值中的最低值和被識別為局部最小值的像素值中的最高值定界的范圍；在該范圍中計算一個閾值；和將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的至少一個部分和該閾值進行比較。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中在形成象點表之前將一個濾波器應(yīng)用到在單板計算機中的數(shù)據(jù)流。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括單板計算機和一個工藝控制系統(tǒng)之間的聯(lián)通。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括對在連續(xù)運動的卷筒上的被識別的缺陷做上記號。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其中所述做記號通過墨水沉積，油漆沉積，激光標(biāo)記，標(biāo)簽應(yīng)用，沖孔，物理變形，磁脈沖或它們的組合。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其中所述記號基本上做在靠近缺陷發(fā)生的地點。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述卷筒從金屬，紙張，聚合物薄膜，織物，非織物，玻璃或它們的組合中選擇。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，其中一個或多個涂層或一個或多個圖形被施加到所述卷筒。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其中連續(xù)運動的卷筒是一種軟電路卷筒。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述成象通過反射光，傳輸光或曲折光進行。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中利用多重成象源。
16.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，其中所述兩進制化包括適合的閾值或多值閾值。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述數(shù)據(jù)流至少為每秒10兆像素。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括將缺陷分成具體的種類。
19.一種檢查在卷筒上的連續(xù)運動的物品的方法，其特征在于，該方法包括分析從一個至少為每秒10兆像素的連續(xù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流形成的象點以識別該物品上的缺陷，該數(shù)據(jù)流從一個連續(xù)運動的物品的至少一個部分成象，其中在一個單板計算機中形成和分析象點。
20.一種檢查連續(xù)運動的有一種重復(fù)圖形的卷筒的方法，其特征在于，該方法包括a)形成連續(xù)運動的卷筒的順序部分的圖象以提供一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，b)識別重復(fù)圖形的實例，c)從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流形成一個描述重復(fù)圖形的每一個實例的象點表，和d)分析象點表上的象點以識別缺陷，其中c)和d)在一個單板計算機中進行。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，其中重復(fù)圖形的每一個實例的象點表上的象點數(shù)和一個預(yù)先確定的數(shù)進行比較。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，其中每一個象點的位置和幾何特性和一個參考象點表中的一個相應(yīng)象點進行比較。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，其中相應(yīng)于每一個順序部分的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流描述在相應(yīng)于其在卷筒上的位置的一個X范圍中的像素，并且其中象點表包括在X范圍中互相連接的像素聚集的長度的信息；另外，其中分析的步驟包括計算在一個相應(yīng)于卷筒運動方向的Y范圍中互相連接的像素聚集的長度的信息；將在X范圍和Y范圍中的至少一個范圍中或兩個范圍中的像素聚集的長度修改到一個第一預(yù)先確定的數(shù)目；以該修改的長度為基礎(chǔ)準(zhǔn)備一個新的象點表；和將在新的象點表上的象點數(shù)和一個第二預(yù)先確定的數(shù)目進行比較。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，其中所述成象通過反射光，傳輸光或曲折光進行。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，其中數(shù)據(jù)流被利用來發(fā)現(xiàn)所述卷筒上的各別圖形，不需外來同步。
26.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括在形成所述象點表之前先對所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流進行兩進制化。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，其中所述兩進制化用適合的閾值或多值閾值進行。
28.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，其中連續(xù)運動中的卷筒是一種軟電路卷筒。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，其中所述缺陷包括一個或多個短路，開路，引線縮減，間隔縮減，襯底缺陷，圖形不套準(zhǔn)，引線彎曲，覆蓋涂層缺陷，層壓缺陷，瑕疵或碎片。
30.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括對在連續(xù)運動中的卷筒上的一個或多個缺陷做上記號。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，其中所述記號基本上做在靠近缺陷發(fā)生的地點。
32.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，其中所述單板計算機和一個用于控制所述連續(xù)運動中的卷筒的工藝控制系統(tǒng)聯(lián)通。
33.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，其中所述成象裝置和連續(xù)運動中的卷筒空間同步。
34.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，其中利用多重成象源。
35.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括將缺陷分成具體的種類。
36.一種用于檢查連續(xù)運動中的卷筒的裝置，其特征在于，該裝置包括(a)一個用于順序地形成一個連續(xù)運動的卷筒的一個部分的圖象以提供一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的成象裝置；和(b)一個為了識別在所述連續(xù)運動的卷筒的至少一個部分中的缺陷而能從該數(shù)據(jù)流形成一個象點表并且分析該象點表的單板計算機。
37.如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，該裝置進一步包括一個和單板計算機聯(lián)通的工藝控制系統(tǒng)。
38.如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，該裝置進一步包括一個用于對在連續(xù)運動的卷筒上的被識別的缺陷做上記號的記號系統(tǒng)。
39.如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，其中所述成象裝置是一個線掃描攝象機。
40.如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，其中所述成象裝置利用光學(xué)組件，該光學(xué)組件利用反射光，傳輸光或曲折光。
41.如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，其中利用多重成象裝置。
42.一種用于檢查軟電路的裝置，其特征在于，該裝置包括(a)一個用于順序地形成一個連續(xù)運動中的軟電路卷筒的一個部分的圖象以提供一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的成象裝置；和(b)一個為了識別在所述連續(xù)運動的軟電路卷筒的至少一個部分中的缺陷而能從該數(shù)據(jù)流形成一個象點表并且分析該象點表的單板計算機。
43.如權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，該裝置進一步包括一個用于在單板計算機和工藝控制系統(tǒng)之間聯(lián)通的工藝控制系統(tǒng)。
44.如權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，該裝置進一步包括一個對在連續(xù)運動中的卷筒上的識別的缺陷做上記號的記號系統(tǒng)。
45.如權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，其中成象裝置是一個線掃描攝象機。
46.如權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，其中所述成象裝置利用光學(xué)組件，該光學(xué)組件利用反射光，傳輸光或曲折光。
47.如權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，其中利用多重成象裝置。
48.一種檢查軟電路卷筒的方法，其特征在于，該方法包括分析從一個至少為每秒10兆像素的連續(xù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流形成的象點以識別該軟電路卷筒上的缺陷，該數(shù)據(jù)流在一個軟電路卷筒的至少一個部分成象，其中在一個單板計算機中形成和分析象點。
全文摘要
一種用于順序地形成一個連續(xù)運動的卷筒(10)的一個部分的圖象以提供一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的成象裝置，然后該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流由一個單板計算機(18)進行分析，不需使用專用的信號處理硬件。揭示了在來自成象裝置的數(shù)據(jù)流上運行的技術(shù)，該技術(shù)具體包括基于根據(jù)開始位置儲存的象點信息和在橫穿卷筒方向上節(jié)段運行長度的操作。這樣使象點的限定適合于線條挨線條的方式，并使通常在連續(xù)的卷筒的生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的缺陷的類別用遠小于先前所需要的計算能力就能識別。尤其是，在檢查軟電路的挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中，能達到超過每秒10兆像素的數(shù)據(jù)速率并成功地進行處理。
文檔編號G01B11/30GK1633592SQ01822586
公開日2005年6月29日 申請日期2001年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月12日
發(fā)明者S·P·弗勒德, J·A·馬斯特曼, M·P·派克, C·J·斯凱普斯, S·R·瓦格曼, W·許, X·俞 申請人:3M創(chuàng)新有限公司