CC BY
1
6. Карпенко А.П. Современные алгоритмы поисковой оптимизации. Алгоритмы, вдохновленные природой: уч. пособие. Москва: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 446 с.
7. Rabanal P., Rodriguez I. and Rubio F. Applying River Formation Dynamics to Solve NP-Complete Problems. In: Nature-Inspired Algorithms for Optimisation. Ed. by R. Chiong. Vol. 193. Studies in Computational Intelligence. Springer Berlin Heidelberg. 2009. Pp. 333-368.
8. Есиков О.В., Есиков Д.О., Акиншина Н.Ю. Общие принципы выбора параметров многоагентных алгоритмов стохастического поиска для решения отдельных задач дискретной оптимизации // Приборы и системы. Контроль, управление, диагностика. № 5. 2018. С. 47-56.
Есиков Олег Витальевич, д-р техн. наук, профессор, заместитель начальника отдела, [email protected], Россия, Тула, АО Центральное конструкторское бюро автоматики (ЦКБА),
Данилов Александр Владимирович, преподаватель, Россия, Пенза, Филиал Военной академии материально-технического обеспечения,
Земляницын Максим Самюэльевич, студент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPLEX APPLICATION OF MULTI-AGENT ALGORITHMS FOR SOLVING THE PROBLEM OF CONSTRUCTING THE ROUTE OF THE AIRCRAFT TAKING INTO ACCOUNT THE TERRAIN
O.V. Yesikov, A. V. Danilov, M.S. Zemlyanitsyn
To guarantee the quality of the result of solving the problem of constructing the route of the aircraft, taking into account the terrain, a comprehensive use of multi-agent stochastic search algorithms is proposed. To form a basic variant of the route of the aircraft, the application of the method of dynamics of the formation of rivers is justified. It is proposed to obtain a rational route for the movement of the aircraft on the basis of the obtained base using the particle swarm method.
Key words: route planning, multi-agent algorithm.
Yesikov Oleg Vitalievich, doctor of technical sciences, professor, deputy head of the department, [email protected], Russia, Tula, JSC Central Automation Design Bureau (CDBAE),
Danilov Alexander Vladimirovich, teacher, Russia, Penza, Branch of the Military Academy of Logistics,
Zemlyanitsyn Maxim Samuelevich, student, Russia, Tula, Tula State University
УДК 681.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-78-79
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОВЕДЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАЗМЕРНОГО КОНТРОЛЯ
ВИДИМЫХ ДЕФЕКТОВ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
И.В. Зайчиков
Выполнен анализ параметров контроля рисунка печатных проводников в группевизуально наблюдаемых дефектов печатных плат и возможностей применения планшетных сканеров дляпроведения автоматизированного размерного контроля указанных дефектов.
Ключевые слова: печатные платы, параметры, визуальные дефекты, планшетные сканеры, автоматизированный размерный контроль.
Группа визуально наблюдаемых дефектовпечатных плат (ПП) по ГОСТ Р56251-2014 [1] подлежит визуальному контролю. При этом применяются инструментальное оборудование, позволяющее выполнить просмотр ПП с увеличением в диапазоне от 1,75 до 40 кратности.
Обычно оптическим инструментальным оборудованием для проведения визуального контроля в самом простом случае может быть микроскоп. Но при его применении возникает ограниченная зона просмотра. По этой причине требуется многократноепермещение ПП для контроля всего рисунка. В более дорогих системах для визуального контроля погрешностей формы проводников рисунка ПП применяют проекторы с увеличением в диапазоне от 10 до 20 кратности.
Основными параметрами при внешнем визуальном осмотре является рисунок печатных проводников, который обеспечивает правильную эксплуатацию всего собранного на ПП устройства. Параметры контроля рисунка печатных проводников определяются в ГОСТ Р 53429-2009 [2]. Основными параметрами являются ширина проводника, зазор между проводниками и поясок контактной площадки. Их наименьшие номинальные значения определены в таблице 2 указанного ГОСТа в зависимости от класса точности изготовления ПП.
Анализ параметров указанной таблицы позволяет сделать вывод, что в качестве инструментального оборудования, позволяющее выполнить визуальный контроль ПП для ряда классов и их параметров можно использовать современные устройства - планшетные сканеры. Для реализации визуального контроля физическая разрешающая способность сканера должна соответствовать параметрам, указанным в приведённой таблице.
78
Системный анализ, управление и обработка информации
Параметры физической разрешающей способности сканера
Наименование параметра Наименьшие номинальные значения размеров для классе точное™
1 2 3 4 5 в 7
Ширина проводника 0,75 0,46 0,25 0,16 0,10 0,075 0,050
Расстояние между проводниками 0,76 0,46 0,25 0,15 0,10 0,075 0,050
Гарантийный поясок контактной площадки 0,30 0,20 0,10 0,06 0,025 0,020 0,015
На текущий момент на рынке планшетных сканнеров присутствуют два основных класса устройств: офисные и профессиональные. Разрешающая способность планшетного сканера определяется его оптической системой с основным внутренним элементом - прибором с зарядовой связью линейного типа или ПЗС-линейки, а также точностью механической системы позиционирования ПЗС-линейки.
Оптическая система планшетных сканеров использует световой поток, отражаемый от сканируемой поверхности, который попадает на приёмный элемент, выполняющий разделение спектра отражённого излучения на три цветовых компоненты, которые в свою очередь попадают на три параллельные ПЗС-линейки, имеющие одинаковое количество фотоприёмных ячеек. Каждая ПЗС-линейка формирует соответствующий электрический сигнал. Обычно имеется одна фокусирующая линза на всю ширину области сканирования и на всю ширину одной ПЗС-линейки. Такая оптическая системы применяется в однопроходных сканерах и является очень требовательной к качеству оптических элементов. Особенно требовательными являются края рабочей области сканирования из-за увеличенных искажений по отношению к цветным сканируемым поверхностям. Качество фокусировки и разрешающая способность оптической системы проверяются с помощью тестовых поверхностей-мишеней. В трёхпроходных сканерах используются источники света с разными цветами излучения, которые включаются в соответствующем проходе сканирования. Другим вариантом является смена светофильтров на одном и том же источники света или ПЗС-линейке. ПЗС-линейка выполняет фотоэлектрическое преобразование уровня входной освещенности в уровень выходного аналогового напряжения. Далее выполняется коррекция и обработка аналогового сигнала. После чего производится аналого-цифровое преобразование. С блока АЦП информация передаётся в персональный компьютер в цифровом виде с помощью контроллера сканера через интерфейс связи с компьютером под управлением драйвера сканера. Драйвер обычно называется TWAIN-модулем и он передаёт цифровое изображение прикладным программам пользователя..
В планшетных сканерах с более высоким качеством могут использоваться сменные линзы. Дополнительные линзы проецируют только часть рабочей ширины области сканирования на всю ширину ПЗС-линейки, что соответственно увеличивает оптическое разрешение
Источник света в планшетном сканере должен также иметь стабильные характеристики в течении всего срока эксплуатации. Первоначально использовались флуоресцентные лампы, похожие на лампы дневного света. Они имели недостаток в виде низкой стабильности характеристик освещения и ограниченный срок службы. В современных планшетных сканерах источником света является лампа с холодным катодом. Она имеет более стабильные характеристики освещения и существенно больший срок службы. Для реализации стабильных характеристик освещения профессиональные цветные сканеры имеют внутренние функции самокалибровки по интенсивности светового потока, а также системы стабилизации интенсивности светового потока в зависимости от температуры. По этой причине чаще всего в сканерах лампа только одна.
Таким образом современная оптическая система сканера является сложным и прецизионным узлом, без которого невозможно получать качественные и точные изображения сканируемых поверхностей.
Механическая система планшетных сканеров выпускается очень небольшим составом производителей, которые продают их другим компаниям, выпускающим сканеры под своей торговой маркой. Конструкция механической системы у этого состава производителей уже отработана, производство отлажено и технологически выверено. Поэтому соответствующая стоимость является приемлемой. Основные производители сосредоточены на Тайване и поставляют свои комплектующие таким широко известным конечным компаниям-продавцам как AGFA, Linotype-Hell и UMAX и т.д.
В соответствии с указанными системами планшетный сканер характеризуется оптическим и механическим разрешениями.
Оптическое разрешение определяется количеством фотоприёмных ячеек в ПЗС-линейке, соотнесённое к ширине рабочей области сканирования.
Механическое разрешение определяется количеством раз «считывания» всех фотоприёмных ячеек в ПЗС-линейке, соотнесённое к длине пути, пройденного за это время сканирующей кареткой. Обычно механическое разрешение в 2-4 раза больше оптического. Так как ПЗС-линейка не может обеспечить разрешение выше оптического при сканировании, а размер отсканированной точки должен соответствовать квадрату, то недостающие по ширине точки добавляются с помощью интерполяционных расчётов. Поэтому в измерительных целях следует ориентироваться на меньшее значение по разрешению, которое обеспечивает оптическая система.
Интерполяционное разрешение определяется программными средствами и в измерительных целях не представляет особого значения.
Количество бит на цвет или глубина цвета в планшетных сканерах может быть разной для получения цветного или полутонового серого изображения. Стандартный видеоадаптер в персональном компьютере использует 24-бита на точку для полноцветного изображения или по 8-бит на красную, зелёную, синюю компоненту одной RGB-точки. В этом случае общее количество воспроизводимых цветов составляет более 16 миллионов. Планшетные сканеры поддерживают данный стандарт как самый массовый. Однако на текущий момент распространяются и более точные по цветопередаче устройства. Например, в пределах 32-битного слова персонального компьютера можно хранить три цветные компоненты для RGB-точки, каждая из которых представлена 10-ю битами. Соответствующее цветное изображение может использовать более миллиарда цветовых оттенков. Соответствующие устройства: мониторы и видеоадаптеры - являются очень дорогими и могут оправдать свою цену только в узком наборе решаемых задач, например в медицине.
В современных планшетных сканерах тоже есть модели с большой глубиной цвета, например, 30-битные, 36-битные и даже 48-битные. К обычному персональному компьютеру данные модели подключить можно, но просмотреть отсканированное такое цветное изображение не получится. Данные модели сканеров могут быть использованы для гамма-коррекции шкалы аналогово-цифрового преобразования, например, для исключения потери необходимой информации, содержащейся в младших разрядах кода цветовых компонент RGB. В этих случаях внутреннее цветное изображение, находящееся в сканере будет более точным. Но обработанное и переданное цветное изображение в обычный персональный компьютер останется доступным только в стандартном 24-битном представлении.
Диапазон оптических плотностей в планшетных сканерах показывает насколько хорошо сканер различает соседние оттенки в шкале яркостей цветовых RGB-компонент. Оптическая плотность математически определяется как десятичный логарифм отношения света, падающего на сканируемую поверхность, к свету, отраженному от сканируемой поверхности для непрозрачных объектов или к свету, пропущенному через просвечиваемые слайды и негативы. Минимально допустимое значение оптической плотности 0.0 D соответствует идеально белой отражающей поверхности или идеально прозрачной поверхности. Максимально допустимое значение оптической плотности 4.0D. Значение 4.0D соответствует идеально черной отражающей поверхности или идеально черной непрозрачной поверхности.
Большинство обычных цветных фотографий имеют диапазон оптических плотностей до 2.5D. Негативы и рентгеновские снимки имеют больший диапазон оптических плотностей до 3.0 - 3.6D. Обычные планшетные сканеры соответствуют обычным цветным фотографиям и имеют диапазон оптических плотностей 2.0-2.7D. Хорошие 36-битные планшетные сканеры соответствуют негативам и рентгеновским снимкам и имеют диапазон оптических плотностей 3.0-3.3D. Новейшие модели планшетных сканеров имеют увеличенный диапазон оптических плотностей до 3.6D.
Диапазон оптических плотностей планшетных сканеров определяется типом, точностью и разрядностью аналогово-цифрового преобразователя, качеством оптической системы и ПЗС-линейки, а также алгоритмами функционирования контроллера сканера. Яркость лампы при этом имеет вторичное значение. При большой освещённости ПЗС-линейка избыточно засвечивается и рне передаёт яркие полутона. Аналогово-цифровой преобразователя при этом выкладывается на верхний предел шкалы и не воспринимает превышающие напряжения. При малой освещённости ПЗС-линейка достигает своего порога чувствительности и начинает выдавать собственные шумы. Анало-гово-цифровой преобразователя в этой ситуации выкладывается на нижний предел шкалы и не воспринимает напряжения, меньшие соответствующего веса младшего разряда.
Рассмотренные конструкции и характеристики планшетных сканеров позволяют сделать вывод о возможности их применения как инструментальных средств для проведения визуального контроля печатных плат. Офисные планшетные сканеры имеют оптическую разрешающую способность 600-1200 точек на дюйм. Профессиональные планшетные сканеры имеют оптическую разрешающую способность 2400-3000 точек на дюйм. Для оценки возможностей проведения измерительного контроля визуально наблюдаемых дефектов необходимо пересчитать данные параметры в размеры точки получаемого изображения. Точка отсканированного изображения на офисном планшетном сканере при оптическом разрешении 600 точек на дюйм будет иметь линейный размер стороны эквивалентного квадрата 0.042 мм, при 1200 точках на дюйм соответственно 0.021 мм. Эти параметры нужно сопоставлять с размером гарантированного пояса контактной площадки как наименьшего размера класса точности изготовления ПП. Значение 0.042 мм соответствует 4 классу точности. Значение 0.021 мм соответствует 5 классу точности и очень близко к 6 классу точности. Для профессиональных сканеров эти значения существенно лучше. Точка отсканированного изображения на профессиональном планшетном сканере при оптическом разрешении 2400 точек на дюйм будет иметь линейный размер стороны эквивалентного квадрата 0.011 мм, при 3000 точках на дюйм соответственно 0.0085 мм. Оба приведенных значение лучше точности 7 класса.
Таким образом, хороший офисный планшетный сканер может быть применён как инструментальное оборудование для проведения визуального контроля качества ПП с возможностью измерения геометрических параметров ряда возникающих в производстве дефектов ПП.
Список литературы
1.ГОСТ Р 56251-2014. Платы печатные. Классификация. М., 2014.
2.ГОСТ Р 53429-2009. Платы печатные. Основные параметры конструкции. М., 2009.
3.ГОСТ Р 56251-2014. Платы печатные. Классификация [Электронный ресурс] URL: https://docs.cntd.ru/document/1200114718 (дата обращения: 10.05.2023).
Зайчиков Игорь Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, zigorwm@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE POSSIBILITIES OF AUTOMATED DIMENSIONAL CONTROL OF VISIBLE DEFECTS OF PRINTED
CIRCUIT BOARDS
I.W. Zaichikov
The analysis of the parameters of the control of the pattern of printed conductors in the group of visually observed defects of printed circuit boards and the possibilities of using flatbed scanners for automated dimensional control of these defects is performed.
Key words: printed circuit boards, parameters, visual defects, flatbed scanners, automated dimensional control.
Zaychikov Igor Wyacheslavovich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
