Brevet FR2634096A1 — publié le 19900112

L'invention concerne un procédé pour le contrôle de la qualité des soudures d'un circuit imprimé et l'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Actuellement, on contrôle la présence des soudures d'un circuit imprimé en effectuant un traitement informatique de la vision, réalisé par une caméra, des soudures des circuits imprimés. Pour cela, le circuit imprimé est éclairé par une lumière qui est diffuse afin de s'affranchir des zones d'ombre, cet éclairage uniforme étant produit par une lumière teintée et d'intensité relativement faible, afin d'éviter des réflexions qui se traduisent par des concentrations lumineuses nuisibles à l'analyse de la présence des soudures. Vis-à-vis de ces procédés connus, la présente invention concerne un procédé permettant, non seulement de vérifier la présence des soudures mais aussi de vérifier la qualité de ces soudures ainsi que d'en apprécier les caractéristiques ou la nature des défauts. Le procédé de l'invention est, à cet effet, caractérisé en ce qu'on projette sur le circuit imprimé des faisceaux lumineux linéaires espacés l'un de l'autre, on capte par au moins une caméra la lumière de chaque fa sceau qui est réfléchie localement par chaque soudure et on contrôle par la géométrie et la position relative des traces des réflexions obtenues pour chaque point de soudure, la qualité et/ou les caractéristiques de ces points de soutire. Suivant une autre caractéristique de 7'in- vention, on dispose les faisceaux lumineux dans des plans perpendiculaires au circuit imprimé à explorer. Suivant une autre caractéristique de llin- vention, les sources de faisceaux lumineux linéaires sont inclinées par rapport au plan du circuit imprimé. Suivant une autre caractéristique de l'in vction, la caméra est constituée par une caméra orientée verticalement au-dessus du circuit imprimé. Suivant une autre caractéristique de l'ín- vention, les faisceaux lumineux linéaires sont rectilignes. L'invention est représentée à titre d'exem- ple non limitatif sur les dessins ci-joints dans lesquels : - la figure 1 est une vue sznéotique d'ensemble d'un mode de réalisation de l'installation, - la figure 2 est une vue latérale partielle de l'installation de la figure 1 montrant la disposition de caméras et des sources de faisceaux lumineux, - la figure 3 est une vue de dessus schématique montrant une répartition des sources de faisceaux lumineux, - la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un point de soudure, - la figure 5 est une vue de dessus d'un point de soudure et des impacts des faisceaux lumineux linéaires qu'il reçoit, - les figures de 6 à 14 sont des représentations de points de soudure de caractéristiques diffé rentes, ces représentations étant obtenues par extraction des contours. La présente invention a en conséquence pour. but la mise au point d'un procédé de contrôle, non seulement de la présence mais aussi de la qualité des points de soudure d'un circuit imprimé, en mettant en oeuvre plusieurs sources de faisceaux lumineux linéaires, rectilignes ou non, qui sont séparées les unes des autres afin de produire, sur chaque soudure, une disposition alternée de zones d'ombre et de zones de lumière dont le nombre est fonction du nombre de sources de lumière mises en oeuvre, et cela afin d'observer les traces totalement, partiellement ou non disjointes résultant de la réflexion des faisceaux de lumière linéaires sur chaque point de soudure. L'installation représentée sur les figures de 1 à 3 comprend schématiquement un bâti 1, dont les faces latérales extérieures sont obturées par des glaces teintées, voire par des surfaces opaques, afin que l'éclairage de la zone interne ne puisse pas être perturbé par l'éclairage ambiant. La face inférieure de ce bâti 1 comporte un chemin de transfert 2 destiné à assurer l'introduction à l'intérieur du bâti 1 puis l'extraction, de palettes 3 supportant, par des colonnes 4, le circuit imprimé 5 dont on désire contrôler la qualité des soudures. A l'intérieur de ce bâti 1, est également disposé un plateau 6 de position verticale réglable, qui supporte lui-même un chariot 7 réglable suivant deux directions horizontales perpendiculaires. Ce chariot 7 supporte. d'une part, plusieurs caméras 8 orientées vers la zone du circuit imprimé à explorer, d'autre part, des sources de faisceaux de lumière linéaires 9. La palette 3 est réglable suivant deux directions horizontales perpendiculares, tandis que le circuit imprimé 5 est ré#lable e hauteur et en inclinaison. L'ensemble de ces réglages horizontaux ou verticaux de la palette 3 du circuit imprimé 5 du plateau 6 et du chariot 7 sont obtenus soit de manière automatique par une programmation adaptée d'un ensemble ordinateur, soit par une commande de réglage manuel à partir d'un clavier 18. La distance des sources 9 de faisceaux lumineux linéaires et des caméras 8 par rapport au circuit imprimé 5, leur nombre et leur écartement, ainsi que la position des caméras par rapport aux sources de faisceaux lumineux 9, sont choisis et adaptés dans chaque cas pour obtenir, sur chaque soudure, une disposition alternée de zones d'ombre et de zones éclairées, afin d'observer localement des zones de réflexion disjointes ou, au contraire, partiellement ou totalement réunies pour déterminer les caractéristiques des points de soudure. Sur la figure 2, les flèches indiquent les directions des réglages. Sur la figure 4, on a représenté un point de soudure qui réunit la queue 11 d'un composant à la pastille conductrice 12 d'un circuit imprimé 13. Selon l'orientation des sources 9 et des caméras 8, on obtiendra une trace de lumière réfléchie qui intéressera, soit de manière prépondérante la zone inférieure 10 de la soudure si l'exploration est effectuée verticalement, soit de manière prépondérante la zone supérieure 102 de cette soudure, si l'exploration est faite plus horizontalement. De préférence, les sources 9 seront pourvues de réflecteurs et de masques pour produire des faisceaux linéaires étroits. Dans la mesure où l'on met en oeuvre six sources 9 (voir figure 3) produisant des faisceaux lumineux linéaires rectilignes 103, disposés dans des plans perpendiculaires au plan du circuit imprimé, ces sources étant régulièrement réparties autour de ce circuit, on obtiendra six traces rayonnées 10 (voir figure 5) constituées par la réflexion des traits de lumière 103, disposés radialement autour de la queue 11 du composant soudé sur le circuit imprimé. Suivant la figure 5, les traces 104 sont représentées radiales autour de la queue 11. Dans la pratique, une telle disposition pourra, en effet, être admise compte tenu de la distance des sources 9 par rapport au circuit imprimé et compte tenu des dimensions de ce circuit imprimé. Cette disposition des sources 9 dans des plans perpendiculaires au plan du circuit imprimé, pourra être considérée comme préférentielle, ces sources étant inclinées à 45 afin que les traces 103 puissent apparaître suivant toute la longueur des génératrices du point de soudure. Cependant, toute autre disposition pourra être adoptée, depuis une position extrême verticale Jusqu'à une position extrême horizontale, en fonction des cas particuliers liés à la structure des circuits imprimés au mode d'exploration souhaité, etc. De même, les caméras 8 liés mécaniquement aux sources 9, pourront être d'un nombre adapté en fonction des résultats à obtenir, mais comporteront, de préférence, une caméra 8, orientée verticalement afin de pouvoir disposer en premier lieu, d'une vision de dessus des traces des faisceaux réfléchis par les points de soudure. Ces caméras seront, de préférence, des caméras matricielles permettant de repérer et de définir par un traitement mathématique les coordonnées des points de soudure. La partie électronique de l'installation comprend :voir figure 1) un calculateur 14 pour l'acquis;.on et le traitement des images captées par les caméras E, auxquelles il est relié par un inte=fa- ce entrée-sortie 14t- Ce calculateur commande également le calcu lateur 15 qui contient les références de position des éléments 3, 4, 5, 6 et 7, afin d'agir sur ces éléments par des variateurs 16 et de commander leur déplacement. Le calculateur 14 est également associé à une imprimante 17 qui reproduit le dessin du -circuit imprimé avec la qualification choisie des soudures suivant la discrimination adoptée. L'interface de corrrt-#ande de l'installation est constituée par le c aviver i8 associé à l'écran de contrôle 17 pour l'affichage de la programmation du système d'acquisition de données et des modifications des paramètres å'acquisition. Au cours d'une opération de contrôle de la qualité des soudures d'un circuit imprimé, la caméra supérieure verticale Si pourra tout d'abord être utilisée afin d'obtenir une vue de dessus d'une zone determinee du circuit imprimé, les autres caméras 8 disposées radialement autour de cette caméra 8. n étant utilisées que Si l'analyse de la trace de certains points de soudure par la caméra Si laisse suspecter un défaut suivant telle ou telle orientation. L'exploration d'une zone du circuit imprimé étant terminée, celui-ci sera balayé automatiquement en déplaçant relativement le circuit imprimé 5 et le chariot 7. Dans la mesure où le calculateur 14 assure l'extraction des contours des traces obtenues, pour chaque point de soudure, par les faisceaux réfléchis issus de six sources et dans la mesure où la caméra utilisée est la caméra supérieure 8~, on pourra obtenir les images des figures de 6 à 14. Suivant la figure 6, on a représenté la trace obtenue par une soudure de bonne qualité, dont la queue 11 du composant est droite, cette queue étant représentée par un contour central 20 entouré par les six contours opposés deux à deux 21 et correspondant chacun à l'une des six sources 9 mises en oeuvre. Suivant la figure 7, il s'agit également d'une soudure de bonne qualité dont la queue du composant est courbée et qui se caractérise par une forme de patte d'oie. Suivant la figure 8, il s'agit d'une soudure de mauvaise qualité, en forme de boule et à queue de composant recourbé. Cette soudure se caractérise par une trace de dimensions inférieures à celles de la pastille 12 du circuit imprimé et par un contour unique 22, ce contour unique résultant de la face supérieure de la boule de soudure qui se trouve, compte tenu de sa forme, éclairée uniformément. Sur la figure 9, on a représenté le contour d'une soudure plate avec queue de composant, dans ce cas les caractéristiques de ce contour sont sensiblement les mêmes que celles d'une soudure boule conforme à la figure 8, les dimensions extérieures étant cependant plus importantes et correspondant, dans ce cas, à la surface totale de la pastille 12 sur laquelle est réalisée la soudure. Sur la figure 10, on a représenté une soudure plate mais sans présence de queue de composant et, dans ce cela la soudure se caractérise par une forme circulaire qui est de même rayon que celui de la pastille 12 qui reçoit la soudure. La figure 11 représente la trace d'une absence de matière d'une soudure, cette trace étant obtenue après biarisatio de I image de la soudure, c'est-à-dire après détermination de seuils de gris en åeçà et au-delà desquels l'image apparat respectivement blanche et noire. Suivant la figure 12, on a représenté le contour d'une soudure qui n'assure pas l'obturation du trou central de la pastille, cette pastille étant par ailleurs fendue, ce qui se traduit par un contour non fermé. Suivant la figure 13, le contour de la soudure met en évidence l'absence de composant qui est repérée corme une absence de matière mais, dans ce cas, le contour intérieur est fermé et correspond à peu près aux dimensions du trou de la pastille. Suivant la figure 14, on a représenté un exemple de contour apparaissant lors de la soudure d'un composant 23 dit "CMS" qui se soude directement sur le circuit imprimé. L'absence de réflexion sur la partie gauche du composant met en évidence une mauvaise soudure alors que la partie droite représente le contour d'une soudure de bonne qualité. D'une manière générale, l'analyse des soucu- res s'effectue donc par la géométrie de la trace de la réflexion des faisceaux lumineux linéaires, telle qu'elle apparaît sur un écran, après traitement des images. Cette analyse de la géométrie pourra cependant être réalisée de manières très diverses et, par exemple, par l'analyse d'une forme, traitement dimensionnel de la surface délimitée après extraction des contours, détermination du centre de gravité des traces de réflexion des soudures, détermination du périmètre des zones de réflexion, détermination des cercles inscrits et/ou ex-inscrits, détermination de la position relative des différents contours, détermi nation des rayons maximum et/ou minimum par rapport à des rayons de référence, détermination de l'orientation moyenne des zones de réflexion ou encore par une analyse morphologique de la forme des surfaces de réflexion. Egalement, on pourra prévoir de réaliser une analyse syntaxique des contours, en définissant ces contours par une succession de vecteurs orientés, les caractéristiques de la soudure étant alors déterminées par l'orientation de ces vecteurs et par leurs dimensions. La qualification des soudures par l'analyse des images obtenues, pourra se traduire, de manière graphique sur un écran 20, par des symboles tels que des croix, des cercles, des signes + ou -, ou par leur combinaison, chaque symbole, dont la position sur l'écran est liée à la position de la soudure sur le circuit imprimé, étant significatif de la caractéristique d'une soudure, c'est-à-dire de ses qualités ou de ses défauts (soudure plate, collée, en courtcircuit, en boule, en cône, absence totale ou partielle de soudure, présence ou absence d'un composant, des queues de jonction, de leur longueur, de leur courbure, du sens de la courbure de ces queues, etc.). Dans les exemples ci-dessus décrits, l'installation comprend plusieurs faisceaux lumineux lumière rectiligne et des caméras dont l'une est orientée perpendiculairement au-dessus du circuit imprimé, tandis que les autres sont répartis de manière à former les arêtes d'une pyramide autour de ce circuit imprimé qui est placé sur la base de cette pyramide. On pourra envisager d'autres solutions qui devront néanmoins être considérées comme moins perfor mantes. Alnsl, les sources ce foiceorx urineux linéaires pourront, par exemple, être réalisées circuit laires. Dans ce cas, des sources circulaires de díamè- tres différents seront disposées coaxialement audessus du circuit imprimé, afin de délimiter ensemble une structure de cône. La trace des réflexions sur les soudures sera alors caractérisée par des cercles concentriques et l'analyse des caractéristiques de la soudure pourra être effectuée à partir du nombre des cercles visibles, de leur position relative, de leur diamètre, de la régularité de leur contour, etc. Egalement, dans les exemples des figures de 1 à 3, les faisceaux lumineux linéaires, la ou les caméras, et le circuit imprimé, sont immobiles au cours de l'exploration des soudures. Cependant, dans un autre mode de réalisation, les faisceaux et éven tellement les caméras, d'une part, et le circuit imprimé d'autre part, pourront être mobiles relative ment l'un par rapport à l'autre et, notamment, mobiles par rotation afin d'effectuer successivement une exploration circulaire de chaque soudure du circuit imprimé.Dans ce cas, l'installation pourra comporter, à l'extrême, une seule source de faisceau linéaire dont le déclenchement cyclique, plusieurs fois par tour, suivant des positions angulaires précises par rapport à la position angulaire relative du circuit imprimé, permettra d'obtenir le même résultat, c'està-dire une disposition rayonnée des traces de réflexion du faisceau sur les points de soudure. Egalement, dans la description qui précède, l'expression faisceau lumineux linéaire" doit être considérée comme englobant tous les genres de faisceaux aboutissant au même résultat. Ainsi, le faisceau lumineux linéaire pourra être constitué par un alignement de faisceaux lumineux ponctuels ou encore par un nombre réduit de faisceaux ponctuels et, à la limite, un seul, issu d'une source lumineuse ponctuelle. Dans ce cas, le faisceau étroit formant une trace ponctuelle sur les soudures, est entraîné en rotation suivant un axe parallèle au plan du circuit imprimé afin de balayer un plan perpendiculaire au plan de ce circuit imprimé. La rotation de cette source lumineuse ponctuelle suivant un axe horizontal permet donc d'obtenir une trace 104 sur les soudures et en faisant tourner cette source de lumière suivant un axe perpendiculaire au circuit imprimé on obtiendra, dans ce cas, des traces espacées radialement l'une de l'autre, comme cela est représenté sur la figure 5. Ces traces seront obtenues par un allumage et/ou un déclenchement intermittent de la source de lumière ponctuelle ou des ca méras. REVENDICATIONS if Procédé pour le contrôle de la qualité des soudures d'un circuit imprime, caractérisé en ce que on projette sur le circuit imprimé des faisceaux urineux linéaires (103) espacés l'un de l'autre, on capte par au moins une caméra (8) la lumière de chaque faisceau qui est réfléchie localement par chaque soudure et on contrôle par la géométrie et la position relative des traces des réflexions obtenues (10 ) pour chaque point de soudure, la qualité et/ou les caractéristiques de ces points de soudure. 2) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que on dispose les faisceaux lur.i- neux (103) dans des plans perpendiculaires au circuit imprimé à explorer. 3) Procédé conforte à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sources de faisceaux lumineux (9) sont inclinées par rapport au plan du circuit imprimé (5:. 4) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la caméras (8) est constituée par une caméra (8) orientée verticaierent au-dessus du circuit imprimé (5). 5) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faisceaux lumineux linéaires sont rectilignes. 6) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on contrôle la géométrie et la position relative des traces obtenues pour chaque point de soudure sur un écran (20) recevant par une calculatrice (14) d'acquisition et de traitement d'image, les informations issue de la ou des caméras (8). 7) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour assurer le réglage de la position et de l'orientation des sources (9) de faisceaux lumineux linéaires, de la ou des caméras (8) et/ou du circuit imprimé (5) à partir d'une commande programmée et/ou manuelle. 8) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on obtient chaque faisceau lumineux linéaire (103) par la rotation d'un faisceau lumineux ponctuel suivant un axe parallèle au plan du circuit imprimé. 9) Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on obtient les faisceaux lumineux linéaires espacés à partir d'une seule source de faisceaux lumineux linéaires que l'on entraîne en rotation autour du circuit imprimé suivant un axe perpendiculaire à ce circuit imprimé et on capte cycliquement par la ou les caméras la trace du faisceau qui est réfléchie successivement par les soudures du circuit imprimé pour des positions angulaires déterminées de la source de faisceau lumineux par rapport à ce circuit imprimé.