Brevet FR2573606A1 — publié le 19860523

MACHINE D'AIDE AU POSITIONNEMENT DE COMPOSANTS La présente invention concerne l'aide au repérage ou au positionnement sur un plan, par projection d'images synthétiques. Elle peut s' appliquer au domaine de l'assemblage et du contrôle semi-automatique, et en particulier à la fabrication des circuits électroniques, pour l'aide à l'insertion et le dépannage assisté par ordinateur. Dans ce domaine, il existe déjà plusieurs types de machines de positionnement par projection d'images. Un premier type de machine utilise un projecteur de diapo sitives. Les diapositives sont fixées sur un disque, et chacune d'elles portent dans un endroit précis une image a' projeter. Les défauts de cette solution sont le manque de précision et le manque de souplesse pour les modifications. - Un second type de machine utilise un projecteur de spot lumineux qui est mû au-dessus du plan de projection par une table à chariots croisés motorisée. L'image projetée est un point lumineux, mais sa position est programmable. - Le troisième type de machine utilise également un projecteur de spot lumineux ou un laser placé très au-dessus du plan de projection et dont le faisceau est dévié par un ensemble de 2 miroirs perpendiculaires, orientés par des moteurs électriques. Cette solution permet de balayer à une fréquence de quelques dizaines de hertz des images simples (droites, rectangles). La définition des images projetées reste cependant très limitée, ce qui nécessite d'avoir en plus sur le poste de travail un écran de visualisation pour afficher des informations complémentaires. Le défaut majeur de toutes ces solutions est un manque d'ergonomie. La présente invention a pour but de proposer une machine qui remédie aux inconvénients des machines précitées et qui permet notamment la projection sur le plan de toutes sortes de caractères ou de symboles en des endroits précis du plan. Elle utilise pour cela un tube cathodique de projection sur l'écran duquel sont générées des images synthétiques à projeter sur le plan de travail. La surface de l'écran représente le plan de projection à une échelle réduite. Le grossissement et la projection de cette image sont obtenus par un objectif d'ouverture et de distance focale approprié. Dans le cas où l'axe du tube n'est pas perpendiculaire au plan de projection, un miroir de renvoi doit être ajouté au système optique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention appa raîtront à la lecture de la description qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de la machine selon l'inventòn, - la figure 2 est une représentation schématique de la confi guration du système de cl ante de la machine, - la figure 3 est une représentation schématique de l'inter face vidéo du système, - les figures 4, 5 et 6 sont des schémas illustrant divers modes de correction des images projetées, - la figure 7 est un schéma illustrant le mode de calcul des dérives, - les figures 8 et 9 sont des schémas illustrant la réali sation et l'utilisation de ~symboles à projeter sur le plan de travail, - la figure 10 est un schéma illustrant la réalisation de la lettre "A" en balayage cavalier. On a représenté à la figure 1 une machine comprenant un tube cathodique de projection 10, un objectif de grossissement 12, un miroir de renvoi 14 et un plan de travail 16 sur lequel est projetée l'image voulue comportant notamment des symboles 18. Pour obtenir une brillance suffisante des images projetées, le tube cathodique peut être commandé en balayage cavalier. De cette manière, il est possible de balayer des contours suffisamment longs et même des petites taches lumineuses sans atteindre des vitesses de balayage très élevées. La commande de balayage des symboles est assurée par un calculateur à électronique digitale utilisant en particulier un microprocesseur. Grâce à cette technique, il est possible de corriger un certain nombre de défauts du système de projec- tion, tels que les défauts de linéarité et- de géométrie, ainsi que les dérives de positi#on et d'amplitude de l'image. Pour cela, des capteurs opto-électroniques 20 sont placés sur le pourtour du plan de projection, à des positions connues, et périodiquement, le microprocesseur commande un balayage de ces capteurs afin de rechercher leur position relative par rapport à l'origine du système et, éventuellement, effectue les corrections de position qui s'imposent sur l'ensemble des points qui constitue l'image projetée. Afin de compenser les dérives de sensibilité des capteurs, chaque balayage est effectué dans les deux sens. Ce système de correction, entièrement numérique, remplace avantageusement les systèmes analogiques, utilisés habituellement pour les corrections de balayage, utilisant des circuits électroniques à réponse non linéaire et des aimants permanents (tube cathodique de télévison par exemple). En effet, les défauts de linéarité ou de géométrie sont corrigés de manière systématique alors que, dans les systèmes analogiques, les méthodes de correction sont approximatives et empiriques. L'étalonnage du système s'effectue de la manière suivante - Un certain nombre de points particuliers du plan de projec tion sont digitalisés avec le -système de projection non corrigé, associé à un calculateur qui détermine les écarts de coordonnées par rapport aux valeurs théoriques pour chacun de ces points et les enregistre dans une mémoire. Les corrections à apporter à tous les autres points du plan sont déterminées par un calcul d'interpolation, au moment de la génération des images synthétiques. Ce système numérique est également très efficace pour la correction des dérives d'amplitude et de position car, grâce aux capteurs placés sur les côtés du plan de projection, il est possible de réaliser un asservissement numérique qui réagit quelle que soit la nature du phénomène extérieur qui provoque la dérive. Le tracé des images synthétiques est obtenu par une suite de segments de droites, eux-mêmes constitués de petits segments élémentaires horizontaux, verticaux ou obliques. La génération de l'image s'effectue en 2 temps 10) Le calculateur associé au projecteur détermine la suite des vecteurs représentant les segments de droites de l'image. 20) Un circuit électronique relié au calculateur détermine, par un procédé d'interpolation linéaire, la suite des segments élémentaires constituant chaque droite de l'image et commande les amplificateurs de déviation X-Y du faisceau à travers un convertisseur numérique-analogique. Ce même circuit assure le rafraîchissement de l'image par une répétition périodique de la génération des segments élémentaires. Il permet enfin, par une modulation cyclique "tout ou rien" en synchronisme avec la génération des segments élémentaires, d'obtenir des tracés en pointillés ou continus avec ou sans sur-brillance. L'utilisation d'un calculateur pour le pilotage de la machine de projection permet de générer toutes sortes de symboles et en particulier des caractères alphanumériques. Ces caractères peuvent être projetés au voisinage des points à localiser, mais également dans une zone dont la position et les dimensions sont définies au préalable. Cette zone particulière de projection permet d'afficher des informations complémentaires ou d'ordre général pour préciser les opérations à effectuer et elle remplace avantageusement un écran supplémentaire de visualisation qui serait utilisé pour la même fonction, mais de manière moins ergonomique. Comme cela a été mentionné plus haut, la commande de balayage est assurée par un calculateur (électronique digitale) dont la souplesse d'utilisation permet de corriger les déformations que le système de projection fait subir à l'image. En fournissant suffisamment d'informations au calculateur sur les déformations, on obtient par une réaction appropriée de celui-ci une image sur le plan de projection voisine de l'image théorique. Les déformations sont de deux types - Les déformations ou non-linéarités stables dans le temps (dues à la géométrie du tube cathodique et du système optique). Typiquement la projection sans correction d'un carré a la forme d'un coussin (voir figure 4). - Les déformations variables dans le temps (dues essentiel lement au vieillissement et aux dérives thermiques de la partie électronique analogique et déviation du faisceau d'électron). Typiquement la projection d'une image est agrandie et décalée au cours du temps (voir figure 5). Afin de permettre la mesure des non-linéarités, une cartographie des déformations stables dans le temps est réalisée et est mémorisée par le calculateur sous forme de tableau de vecteurs erreurs associés chacun à une région du plan image. La projection d'un quadrillage ou d'un ensemble particulier de points peut servir de base à l'évaluation des erreurs et à leur mise en mémoire ou digitalisation. Si nécessaire, une fonction d'interpolation déterminera le vecteur erreur en tous les points du plan (voir figure 6). L'évaluation des dérives se fera de manière automatique pour réaliser une correction en temps réel. Un certain nombre de capteurs photorécepteurs, disposés dans un plan #image du système optique, renvoient au calculateur des informations sur les dérives. Le balayage au voisinage et sur les capteurs#provoquera-leur réaction et un traitement déterminera l'erreur entre la position sans correction et la position réelle du faisceau qui éclaire le capteur. Ainsi, en se reportant à la figure 7,la correction associée à ~ #1 qui permet de décaler le spot de B en A et la correction associée à a 2 qui permet de décaler le spot de D en G donnent des informations suffisantes au calculateur pour déterminer l'agrandissement &alpha;x et le décalage #x selon les formules : De même, des capteurs supplémentaires permettent de déterminer et y y La connaissance de (D?# > #y > A x > A ) permet aucalculateur y d'effectuer une correction de toute l'imageprojetée pour compenser les dérives. La synthèse des images à projeter est assistée par ordinateur. L'utilisateur est invité à créer une bibliothèque de figures. Elles sont composées de segments et chaque segment est défini par deux points (voir figures 8 et 9), chaque figure ou symbole pouvant ensuite être utilisé plusieurs#fois sur la même image. Un sous-ensemble électronique interprète directement l'ensemble des données qui définissent un segment (XO, ,3 x > y) pour diriger le spot. La commande des amplificateurs de déviation X - Y du faisceau se fait à travers un convertisseur numérique analogique. Le balayage est un balayage cavalier. Le même sous-ensemble assure le rafraîchissement de l'image par une répétition périodique de la génération des segments constitutifs d'une image, à une fréquence suffisamment élevée pour ne pas être perceptible par l'oeil. La modulation "tout ou rien" de la densité du faisceau d'électron en synchronisme avec le rafraîchissement permet la réalisation de pointillés. La modification de la vitesse du spot permet de créer une zone de surbrillance. La correction des non-linéarités peut être réalisée en corrigeant les coordonnées des deux points extrêmités du segment concerné, soit en découpant le segment en plusieurs petits segments. La fonction de correction des non-linéarités est mémorisée dans l'interface vidéo (PROM) ou dans le calculateur et la correction se fait en chaque point de la figure au moment de la projection. Quelle que soit la méthode de correction des non-linéarités, les dérives sont corrigées en modifiant les coordonnées des points qui définissent un segment. Comme cela a déjà été mentionné, le balayage est un balayage cavalier, c'est-à-dire que le faisceau d'électron décrit un contour fermé ou non qui représente le symbole à projeter, avec éventuellement des segments où le spot n'est pas visible. Avec le balayage cavalier, le symbole "A" à projeter peut facilement être décrit par la série d-'instructions suivante 00 début spot éteint en (0,0) 01 X = - 2 02 Y = - 2 03 allumer le spot 04 tracer un segment x=+2 y=+4 OS tracer un segment x=+2 y=-4 06 éteindre le spot 07 X = - 1,5 08 Y = - 1 09 allumer le spot 10 tracer un segment x=3 y = O 11 éteindre le spot 12 aller en (0,0) Une série d'instructions de ce type est envoyée par le calculateur vers l'interface vidéo qui la stocke. La période de rafraîchissement est de 20 ms, donc toutes les 20 ms, l'interface vidéo va lire les instructions qu'elle a mémorisées pour les exécuter séquentiellement. La surface de projection est divisée en un quadrillage de 2 000 x 2 000, donc x et y prennent des valeurs entières entre - 1 000 et + 1 000. La somme des longueurs des segments qui composent une figure est de 20 000 incréments, soit, étant donné la vitesse de rafraîchissement, 1 incrément/ms. Seul un processeur spécialisé peut travailler à cette vitesse, dans l'exemple représenté, un sous-ensemble m LS nomme "interpolateur" à partir de l'instruction "tracer un segment ( a x, 9 y)" génère à la fréquence de 1 MHz des impulsions, celles-ci, par l'intermédiaire de compteurs et de convertisseurs numériques analogiques, pilotent les amplificateurs de déviation. Autour de cet interpolateur, un séquenceur, un pointeur de programme et d'autres éléments de contrôle permettent de lire et d'interpréter les instructions. La liste des instructions comprend aussi des sauts à des sousprogrammes, des tracés en pointillés, des tracés en surbrillance, . REVENDICATIONS 1. Machine d'aide au positionnement de composants sur un plan par projection d'images caractérisée en ce qu'elle comporte un tube cathodique (10) de projection sur l'écran duquel sont générées des images synthétiques à projeter sur le plan. 2. Machine d'aide au positionnement selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif optique de grossissement (12) de l'image de l'écran qui est projetée sur le plan. 3. Machine selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que le tube cathodique de projection est commandé en balayage cavalier. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la commande du balayage de l'écran cathodique est assurée par une unité d'électronique digitale comportant un microprocesseur de manière à pouvoir notamment assurer la correction numérique des défauts de l'image 5. Machine selon la revendication 4 caractérisée en ce que le plan de travail est muni de capteurs opto-électroniques placés à sa périphérie dont on effectue périodiquement un ba#layage dans les deux sens afin d'effectuer une éventuelle correction de la position de l'image projetée sur le plan de travail. 6. Machine selon la revendication 4 caractérisée en ce qu'elle utilise des circuits d'interpolation linéaire associés à une mémoire contenant une table de corrections par zones de l'image pour effectuer les corrections des défauts de géométrie et de linéarité.