Brevet FR2593605A1 — publié le 19870731

La présente invention est relative à un dispositif de contr8le automatique optico-électronique non destructif et sans contact permettant l'examen et le contr8le de sur- faces de courbure quelconque, notamment des surfaces des joints réalisés par brasure dtéléments structurels d'élec- tronique dans les groupes structurels plats les plus divers L'invention permet la détection des défauts dans les joints visibles, par exemple dans les assemblages réalisés par brasage et par collage, sur des plaques conductrices gar- nies et assemblées ou sur d'autres supports de substratso Il est connu, pour le contrôle de la qualité et la détection des défauts dans les zones de brasure comprenant l'élément structurel, la brasure et la connexion soudée, d'appliquer une méthode visuelle faisant intervenir l'oeil humain associé à des dispositifs de technique optique qui assurent un grossissement partiel et/ou total de l'objet examiné. On peut citer comme exemples de ces dispositifs auxi- liaires les loupes, les microscopes, les verres dépolis, les caméras vidéo à monitor coloré (eee, n 25/26, 17.12.1985 - Association des composantes), des projecteurs à fort pouvoir séparateur (S. Sommer: Contr81e des bra- sures de plaques conductrices par une méthode optique avec utilisation d'ordinateurs, Feinwerktechnik & Messtechnik, 92 (1984), 7, p. 373, 374). Le mode de fonctionnement des postes de contrôle décrits dans ces documents est déterminé et commandé dans des conditions optimales en partie au moyen de microcalculateurs. Tous ces systèmes ou appareils de contr8le présentent la caractéristique commune que l'évaluation et l'appréciation de la qualité des brasures sont effectuées par l'opérateur, c'est-à-dire par un homme, et que, de ce fait, l'image visuelle et/ou partiellement projetée de la brasure dépend essentiellement de facteurs subjectifs comme l'acuité visuelle, la qualité de la vision, l'état de l'oeil, l'expérience de l'observateur 2 2593605 et aussi naturellement, l'angle d'observation. On connalt par ailleurs un dispositif de contr8le automatique (Lea, C; Howie, F.H.; Seah, M.P.: Contrôle automatisé de joints soudés. Possibilités offertes par l'appareil Vanzetti LT-6000 pour le contrôle au laser infrarouge. Brazing & Soldering, Wela Publications Ltd, Grande-Bretagne, NO 8, Printemps 1985) qui examine automa- tiquement l'objet à contr8ler, c'est-à-dire la brasure, apporte à la brasure de l'énergie thermique par un faisceau laser de grande longueur d'onde et, par l'intermédiaire d'un organe sensible à l'infrarouge, très sensible et for- tement refroidi (77 K), analyse le processus d'échauffement et de refroidissement (T = f (tl)). La comparaison entre cette évolution de la température (profil des températures) et celle qui a été observeauparavant dans le cas d'un échantillon sans défaut examin4 visuellement permet de déceler et de localiser les défauts. Ces informations sont transmises à un poste de brasage ultérieur qui assure l'élimination des défauts. L'inconvénient de ce procédé réside dans le fait que, pour que la détection des défauts puisse s'effectuer sans ambiguïté, il faut que chaque joint soit mis sélectivement en place et que la complication de l'appareil nécessaire rend le procédé peu économique. De plus, il faut disposer de "normes d'étalonnage" de brasures sans défauts corres- pondant à toutes les configurations d'assemblage imaginables dans tout le groupe structurel à examiner pour pouvoir ef- fectuer la comparaison entre les profils thermiques de consigne et les profils thermiques réels. On connait encore un procédé optico-électronique per- mettant de distinguer sans contact des structures diffé- rentes sur des surfaces (DE-OS 32 12 190). Il s'agit dans ce cas d'une analyse superficielle dans deux dimensions de structures quelconques sur des surfaces, qui, en ce qui concerne le contr81e des joints, ne fournit des informations que dans le sens bidimensionnel sans permettre une appré- ciation de la qualité d'un joint. Le but de l'invention est d'obtenir, avec des moyens techniques aussi simples que possible, une représentation et une définition opticoélectronique automatique de la géométrie de la surface réfléchissante de joints visibles d'éléments structurels micro- et/ou optico-électroniques, notamment de formes structurelles SMD (SHD - Surface Monted Devices) dans des groupes d'éléments plats quelcon- ques comme, par exemple, les substrats de PCB (Printed Circuit Board "Panneaux de circuits imprimés"), sans inter- vention de facteurs subjectifs et sans comparaison avec des modèles, de manière à pouvoir, à partir de la détermi- nation de la topologie superficielle du joint, déduire des conclusions relatives à la qualité de l'assemblage. Le but de l'invention est la mise au point d'un procé- dé d'analyse et de détermination de la topologie superfi- cielle de joints, notamment de brasures visibles réfléchis- santes entre des éléments structurels et/ou de groupes structurels plats d'électronique pouvant être assemblés par contact et/ou insertion sur des supports de substrats (PCB, céramique etc.), sans intervention de facteurs sub- Jectifs et sans comparaison avec des modèles, qui permette, à partir de la détermination de la topologie du joint, de déduire des conclusions relatives par exemple à la qualité de la brasure et, si nécessaire, d'assurer la commande par ordinateur, par un système de coordonnées, de postes de travail placés en aval. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que les joints (assemblages par brasage et/ou par collage) sont éclairés alternativement par des sources lumineuses orien- tées orthogonalement ou suivant des angles déterminés de sorte que l'image au niveau d'organes sensibles à pouvoir séparateur local est une image de réflexion, que les signaux de mesure des organes photosensibles, dont la caractéristique = 4 2593605 mathématique d'intensité permet des déductions relatives à la topologie tridimensionnelle du joint, associés par un calculateur à l'emplacement et/ou au joint, sont envoyés à une unité de traitement et sont reliés ensemble, par une fonction mathématique (approximation exponentielle, régression dtYoung-Laplace etc.) à une image tridimension- nelle qui est comparée à l'intérieur du calculateur à l'image ou aux informations mathématiquement préparées d'un joint standard et que cette comparaison fournit une grandeur de commande pour une opération de fabrication ultérieure. Le signal de sortie de cet organe sensible est trans- formé par le circuit de telle manière qu'il peut ôtre ex- ploité par un microcalculateur. Le procédé d'exploitation utilisé pour le traitement du profil de réflexion optique du joint est fondé sur l'idée de base que le trajet des rayons de la lumière qui arrive suivant un angle connu et avec une répartition d'intensité connue sur la surface de la brasure est modifié en fonction du fonctionnement du ménisque de brasure à la surface limite entre l'élément structurel, la brasure et le raccord de brasure, qui cons- titue un critère net d'aptitude au brasage, et permet le contrôle de la brasure. Des procédés d'approximation mathématiques et/ou des répartitions d'intensité du plan de réflexion permettent, par un traitement par le calculateur, d'analyser sans ambigu!té la brasure et, après un traitement des données suivant des coordonnées, de faire intervenir des postes montés en aval et commandés par ordinateur pour la mise au point de groupes structurels SMD en PCB. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre dtexemple non limitatif, au dessin annexé. La figure unioue représente le procédé de contrôle suivant 1' invention. Le dispositif s'adapte à un microscope à éclairage par dessus pour réaliser l'automatisation d'un contrôle optico-électronique objectif des brasures de formes structurelles SMD et/ou d'éléments structurels susceptibles d'être insérés sur des substrats de supports universels comme le PCB, les substrats de céramique et de verres etc. Dans ce dispositif, un joint (brasure) 1 est éclairé par deux sources d'éclairage 2, 3 et son profil optique de réflexion est enregistré par un appareil sensible CCD 4 (Cellule CCD et/ou matrice CCD) par l'intermédiaire d'un microscope 7. Un transformateur AD 5 des signaux de sortie de l'organe sensible, monté à la suite, permet à un calcu- lateur numérique rapide 6 d'effectuer un traitement sur modèle mathématique ou traitement d'intensité du profil de réflexion. Ce traitement s'effectue par transformation de Fourier rapide, par approximation exponentielle, par approximation numérique, par régression de Young-Laplace ou par analyse de tensions aux surfaces limites de brasures fondues sur des corps solides. La manière dont le processus du ménisque de brasage formé dans la brasure en question se réflète dans le profil de réflexion de maxima de réfle- xion de formes caractéristiques aux emplacements caracté- ristiques permet d'évaluer d'une manière objective, sans ambiguïté et d'une manière reproductible la qualité de la brasure et, par conséquent, la sécurité offerte par le procédé. Le poste de contr6le en question fonctionne d'une manière complètement automatique, fournit des résultats de contr8le objectifs, donne des résultast excellents dans le cas de groupes structurels miniaturisés et permet le cou- plage du calculateur avec un dispositif de commande par coordonnées x, y des postes de travail ultérieures de la technique SMD qui peuvent être éventuellement indispensables. REVENDICATION Procédé de contrôle et d'évaluation automatique de joints de groupes structurels dtélectronique, notamment de formes structurelles SMD miniaturisées et d'éléments struc- turels d'insertion sur PCB ou autres substrats de support, par l'intermédiaire de dispositifs auxiliaires optico- électroniques, caractérisé en ce que les joints (1) sont éclairés alternativement par des sources lumineuses (2, 3) orientées orthogonalement ou suivant des angles détermi- nés, de sorte que l'image formée au niveau d'organes sen- sibles (4) à pouvoir séparateur local est une image par réflexion, en ce que les signaux de mesure des organes photosensibles, dont la caractéristique d'intensité permet de déduire des conclusions relatives à la topologie tri- dimensionnelle du joint, associés par un calculateur (6) à l'emplacement et/ou au joint, sont envoyés à une unité de traitement et sont reliés ensemble par une fonction ou une approximation mathématique à une image tridimension- nelle qui est comparée, à l'intérieur du calculateur (6), à l'image ou aux informations préparées mathématiquement dans le cas d'un joint standard et en ce que cette compa- raison fournit une grandeur de commande pour une opération de fabrication ultérieure.