FR2605115A1 - Dispositif d'acquisition optique multivoies a eclairage integre - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF 2 COMPORTE DEUX CAMERAS 33, 34 MUNIES D'UN CAPTEUR MATRICIEL 31 OU LINEAIRE 32 PREVUES POUR FAIRE L'ACQUISITION D'UNE SCENE PLANE 4. GRACE A UN SYSTEME DE REFLEXION APPROPRIE (MIROIR DEMI-TAIN 37), LES AXES OPTIQUES DES CAMERAS SONT CONFONDUS SUR UNE PARTIE DE LEUR TRAJET. LE DISPOSITIF 2 NE COMPORTE AINSI QU'UN SEUL OBJECTIF 13 POUR LA MISE AU POINT DES DEUX CAMERAS. LE DISPOSITIF 2 COMPORTE EN OUTRE AU MOINS UN SYSTEME D'ECLAIRAGE 15, 16, 35; 19 A 23 DE LA SCENE 4 INTEGRE AU SYSTEME DE VISION PROPREMENT DIT. LE DISPOSITIF 1 AINSI REALISE EST A LA FOIS COMPACT, ECONOMIQUE ET FACILE A REGLER. IL PERMET NOTAMMENT DE DOUBLER LE CHAMP DE VISION, ET DONC LA VITESSE D'ACQUISITION, DES DISPOSITIFS CONNUS DE L'ART ANTERIEUR.

Description

La présente invention a pour objet un dispositif compact de prise de vues multivoies à éclairage intégré.

Cette invention a une application directe pour tous les dispositifs d'acquisition visuelle d'une scène plane requérant une prise de vues multiples et en particulier sur les machines de contrôle des circuits imprimés. Pour que ses caractéristiques morphologiques et fonctionnelles apparaissent clairement, elle sera décrite en relation avec cette application particulière, qu'on ne saurait cependant considérer comme exclusive.

Les circuits imprimes sont usuellement obtenus par érosion chimique d'un film de cuivre laminé sur une plaque de support faite d'un matériau isolant, tel qu'un composite d'époxyde. Au cours du process chimique, ledit film de cuivre est protégé par un film sec photographique aux emplacements des pistes conductrices, des pastilles et des zones de masse que l'on désire créer. Malgré le soin qu'on peut apporter à leur fabrication, les couches de circuits imprimés présentent très souvent, lorsqu'elles sortent de la phase chimique de leur fabrication, des défauts erratiques qu'il importe de déceler avant toute élaboration ultérieure et notamment laminage avec d'autres couches afin, soit d'y remédier quand cela est possible, soit de rebuter lesdites couches lorsque les défauts qu'elles présentent sont redhibitoires.A titre d'exemple, les défauts les plus courants sont constitués par des coupures et des rétrécissements de piste, des encoches et des excroissances affectant les pistes et les pastilles, des défauts d'isolement, des courts-circuits, etc. Jusqu'à une époque récente, la vérification des couches de circuits imprimés était confiée visuellement à des opérateurs humains. En raison du développement de chaînes de fabrication de circuits imprimés en moyenne et en grande séries, et du fait de l'accroissement de la taille des plaques et de la complexité des circuits imprimés destinés à équiper certains systèmes de haute technologie, cette vérification humaine de type artisanal est devenue insuffisante par manque de rapidité et de fiabilité. On a développé des machines de contrôle de circuits imprimes dotées d'une vision et d'une intelligence artificielles.De facon courante, ces machines comportent un organe de prise de vues, mobile par rapport à la scène plane constituée par la couche à contrôler, et capable d'en assurer le balayage intégral ainsi qu'un système électronique de traitement des informations acquises.

Sur certaines de ces machines comme celle qui est commercialisée par la société CENTAURE VISIONIC sous le nom de MULTIVISION, l'organe de prise de vues comporte deux caméras assujetties à un chariot mobile selon un axe X-X' au-dessus d'une platine mobile selon un axe Y-Y'.

L'axe X-X' est perpendiculaire à l'axe Y-Y'. La couche de circuit imprimé à vérifier est maintenue fixe sur la surface supérieure plane de la platine au moyen d'un système d'aspiration d'air. L'une des caméras du système de contrôle est dite du type "linéaire", car elle comporte un capteur linéaire constitué d'une ligne d'éléments photosensibles CCD (charge-coupled device en anglais, c'est-à-dire, à transfert de charge). La caméra linéaire sert au balayage du circuit en bande. C'est à partir des informations acquises ligne par ligne par cette camera linéaire que le système électronique de traitement de la machine localise et identifie automatiquement les défauts du circuit placé sur la platine.L'autre caméra est dite du type "matricielle" car son capteur est constitué de l'assemblage, selon une matrice, d'éléments photosensibles (notamment du type CCD) disposés sur m lignes et n colonnes. Elle sert notamment à la visualisation des défauts localisés par la caméra linéaire. Naturellement, cette visualisation des défauts par la caméra matricielle est effectuée après que le balayage du circuit imprimé par la caméra linéaire soit achevé.

Usuellement, chacune de ces deux caméras est munie d'un objectif qui permet d'en faire la mise au point sur la scène. A chacune d'elles, en outre, est généralement associé un système spécifique d'éclairage des zones respectives du circuit dont elles font l'acquisition. Le dispositif d'éclairage associé à la caméra linéaire produit sur le circuit une tache de lumière oblongue. Celui qui est associé à la camera matricielle produit une tache de lumière sensiblement circulaire. Selon les machines, la source lumineuse associée à chacune de ces caméras occupe ou non une position privilégiée par rapport à l'axe optique de la caméra considérée. Dans le premier cas, la lumière incidente à la scène est diffusée par ladite scène. C'est-à-dire qu'elle n'émerge pas selon une direction privilégiée.Ce type d'éclairage, dit diffus, a l'avantage, au plan pratique, qu'il permet une certaine liberté dans le positionnement de la source lumineuse et aboutit à un organe de prise de vue en général assez compact. En revanche, il présente l'inconvénient d'avoir un faible rendement lumineux, que la puissance de la source lumineuse doit pouvoir compenser. Il en résulte naturellement un échauffement de la scène. Lequel peut être particulièrement préjudiciable quand l'objet analyse n'est plus un circuit imprimé mais, par exemple, un cliché de rhodoid sujet à se gondoler sous l'effet de la chaleur.Pour pallier ces inconvénients, dans certains organes de prise de vues, on utilise un éclairage spéculaire selon lequel la source lumineuse associée à une caméra, notamment la caméra linéaire, est placée de façon telle, relativement à ladite caméra, que la direction du faisceau lumineux qu'elle émet est symétrique de l'axe optique de la caméra vis-à-vis de la normale de la scène. La lumière incidente à la scène est donc réfléchie par la scène parallèlement à l'axe optique de la caméra. Ce type d'éclairage spéculaire présente l'intérêt d'avoir un bon rendement lumineux. En contrepartie, si la scène comporte des zones présentant une surface rugueuse ou bombée, l'image de ces zones, captée par la caméra comportera des ombres, ou sera partielle et inhomogène. En sorte que le traitement électronique des images est rendu très compliqué.On aboutit à de nombreux pseudo- défauts.

Les systèmes d'éclairage des organes de prise de vues connus de l'art antérieur, même les plus performants, ne sont donc pas satisfaisants. Les insuffisances de ces systèmes, d'éclairage ne constituent pas les seules limites desdits organes de prise de vues pour le traitement d'images. En effet, ainsi qu'il a ete décrit brièvement plus haut, dans les systèmes multivoies, les deux cameras constituent, avec les accessoires dont elles sont munies, -objectif, système d'éclairage, etc-, deux ensembles indépendants. Outre les difficultés que soulève le positionnement fonctionnel de ces deux ensembles autonomes au sein d'un espace restreint et la multiplication des réglages, en particulier, la mise au point des caméras, que cette structure double impose, ces organes de prise de vues sont particulièrement coûteux puisque les principaux organes périphériques sont doublés. D'autre part, les deux caméras étant donc munies chacune d'un objectif, lesdits organes ne permettent pas une prise de vues simultanée par les deux caméras d'une même zone de la scène. Cette possibilité est pourtant très souhaitable car elle permettrait, outre la mise en oeuvre de certains traitements spécifiques des informations captées par les caméras.

La présente invention a pour but de remédier à tous les inconvénients et insuffisances des organes de prise de vues connus de l'art antérieur qui viennent d'être évoqués plus haut. Elle a pour objet un dispositif de prise de vues multivoies à la fois compact, dote d'un système d'éclairage optimal et permettant au moins deux prises de vues simultanées d'une même zone d'une scène ou encore la prise de vues d'un champ doublé par rapport à celui dont les organes de prise de vues connus de l'art antérieur peuvent faire l'acquisition.

L'invention se rapporte aux dispositifs de prise de vues multivoies pour l'acquisition d'une scène plane par balayage de ladite scène, du type comprenant au moins deux caméras munies d'un capteur matriciel et/ou linéaire et au moins un système d'éclairage de la scène, ne comportant qu'un objectif pour la mise au point des deux caméras, et dont les axes optiques desdites caméras sont confondus sur une partie de leur trajet.

Selon une variante recommandée de l'invention, les normales respectives des capteurs des deux caméras sont parallèles et le dispositif comporte au moins deux miroirs dont l'un au moins est demi tain, la visée d'une des caméras étant directe, la visée de l'autre caméra étant soumise à une double réflexion.

Selon une autre variante recommandée de l'invention, les normales respectives des capteurs des deux caméras sont perpendiculaires et le dispositif comporte un miroir partiellement réfléchissant-transparent et notamment demi tain. La visée de l'une des caméras est directe, la visée de l'autre caméra est soumise à une simple réflexion.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le (les) système(s) d'éclairage de la scène sont intégrés au dispositif de vision.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaltront mieux à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est faite en relation avec les dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une vue en coupe schématique, selon un plan contenant l'axe optique des caméras, d'un premier mode de réalisation du dispositif de prise de vues double selon l'invention ;
la figure 2 est une- vue en coupe schématique, selon un plan contenant l'axe optique des caméras, d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; et
la figure 3 est un schéma illustrant le trajet d'un faisceau lumineux dans un système d'éclairage prévu pour le dispositif selon l'invention.

Le dipositif de prise de vues double repéré dans sa totalité par le chiffre 1 sur la figure 1 est assujetti à un chariot 3 mobile parallèlement à un axe rectiligne X-X' au-dessus d'une platine, supportant une scène généralement plane 4, mobile parallèlement à un axe rectiligne Y-Y'. L'axe X-X' et l'axe Y-Y' sont perpendiculaires.

Le dispositif 1 comporte une camera linéaire 5 et une caméra matricielle 6 solidaires l'une de l'autre et assujetties à un organe moteur et de guidage 7 pouvant les faire mouvoir selon une direction rectiligne matérialisée par un rail de guidage 8 perpendiculaire à la scène 4. Les caméras 5, 6 sont parallèles, de sorte que les axes optiques de leur capteur respectif (capteur linéaire 9, capteur matriciel 10) sont originellement parallèles. Deux miroirs demi tain 11, 12 sont disposés respectivement sur les axes optiques des capteurs 9 et 10. Leur faces réfléchissantes sont en regard l'une de l'autre et leur normale fait un angle de 45 degrés par rapport à ces axes optiques. De cette façon les axes optiques des cameras 5 et 6 sont confondus sur une partie de leur trajet.On notera que le seul fonctionnement du dispositif de prise de vues, à deux cameras et à axe optiques confondus, ne nécessite pas que le miroir 12 soit demi tain.

Le miroir 12 a cette caractéristique pour des raisons qui apparaîtront plus loin. Un objectif 13 intercepte les axes optiques confondus des deux cameras, dont il permet de régler la mise au point simultanément.

L'objectif 13 est assujetti à un organe moteur et de guidage 14 pouvant le faire mouvoir selon une direction rectiligne matérialisée par un rail de guidage, qui avantageusement, est le prolongement du rail de guidage 8 des caméras 5 et 6.

A chacune des caméras 5, 6 est associé un système d'éclairage de la scène. Dans la mesure où l'un des buts de l'invention est d'obtenir un dispositif d'une grande compacité et doté de systèmes d'éclairage à la fois très efficaces et d'un rendement lumineux optimal, on prévoit:
- d'une part, que le faisceau de lumière, incident à la scène 4, émis par chacune des deux sources associées respectivement aux deux caméras, emprunte un trajet dont la direction est confondue avec l'axe optique commun desdites caméras
- d'autre part, que la lumière émergeant de la scène le fait, de façon privilégiée, dans une direction parallèle à l'axe optique des caméras.Cela est réalisé quand cet axe optique est perpendiculaire à la scène ; l'angle d'incidence de la lumière est alors nul et la lumière est réfléchie par la scène parallèlement à sa direction d'incidence.

Ce but est atteint grâce aux dispositions suivantes. Le système d'éclairage associé à la caméra matricielle 6 comporte une source de lumière à symétrie centrale 15 et une lentille convexe 16. La source de lumière 15 est placée sur un axe passant au centre des miroirs demi tain 11 et 12, elle traverse le premier (qui est demi tain à cette fin) et se réfléchit sur le second, après quoi sa direction se confond avec l'axe optique des caméras. Ce système d'éclairage est placé dans un boitier 17, étanche à la lumière, qui contient également les miroirs 11 et 12. Le boTtier 17 est fixé sous les caméras et il est raccorde à l'objectif 13 au moyen d'un soufflet 18, également étanche à la lumière, permettant le mouvement desdites caméras par rapport audit objectif.

Le système d'éclairage associé à la caméra linéaire 6 comporte une source de lumière oblongue 19, une lentille cylindrique convexe 20, un miroir demi tain 21, un miroir divergent 22 et un miroir convergent 23. Comme on peut le voir plus précisément sur la figure 3, la direction du faisceau de lumière émis par la source 19 est perpendiculaire à l'axe optique commun des caméras. Le centre du miroir demi tain 21 est placé sensiblement à l'intersection de l'axe dudit faisceau et de l'axe optique des cameras. Sa normale fait un angle de 45 degrés par rapport à chacun de ces deux axes et sa face réfléchissante est orientée vers la scène.Une partie de la lumière émise par la# source 19 est réfléchie par le miroir 21, l'autre partie par le miroir divergent 22, lesquels miroirs sont respectivement placés vis-à-vis de la scène 4 de façon à focaliser les faisceaux qu'ils réfléchissent sur une zone oblongue étroite de la scène parallèle au capteur 9 et intersectée par l'axe optique des caméras.

Le miroir convergent 23, dont le centre de -courbure appartient à ladite zone oblongue étroite, est placé vis-à-vis du miroir divergent 22 et de la scène 4 de façon à focaliser par réflexion, sur la même zone oblongue étroite, le faisceau de lumière, provenant du miroir divergent 22, réfléchi par la scène 4. Ce système d'éclairage est particulièrement efficace en ce qu'il a un excellent rendement lumineux et en ce qu'il permet, à partir d'une source de lumière unique, d'éclairer la scène sous plusieurs incidences. De la sorte, si la scène 4 comporte des zones présentant des aspérités ou une surface bombée à normales régulièrement réparties (cas des zones conductrices des circuits imprimés recouvertes d'un mélange d'étain-plomb refondu), l'image de ces zones captées par la caméra linéaire 5 ne sera ni partielle ni ne comportera de zones d'ombres.

Le dispositif de prise de vues double représenté sur la figure 2 (repéré dans son ensemble par le chiffre 2) se différencie de celui qui vient d'être décrit essentiellement en ce que les axes optiques des capteurs 31, 32 de ses deux caméras 33, 34, au lieu d'être originellement parallèles sont originellement perpendiculaires. Sur cette figure on a représenté une caméra matricielle 33 et une caméra linéaire 34 associée respectivement à deux systèmes d'éclairage identiques à ceux qui ont été décrits ci-dessus, à la position près de l'ensemble formé par la source de lumière 15 et de la lentille convexe 16, constituant le système d'éclairage de la caméra matricielle.

Avec deux caméras de type différent, ce second dispositif ne représente qu'une variante du dispositif décrit en relation avec la
figure 1, qu'on choisira éventuellement pour des raisons
d'encombrement moindre. La disposition orthogonale des deux caméras
présente un avantage spécifique en ce qu elle permet, avec deux
caméras du même type, notamment linéaire, convenablement placées l'une
par rapport à l'autre, de doubler le champ de vision des dispositifs
connus.En effet, si, par rapport au miroir demin tain 37, on dispose deux caméras matricielles ou deux caméras linéaires de façon que les trajets optiques séparant leurs capteurs respectifs de la scène soient égaux et que les zones de la scène saisies par lesdits capteurs soient contigües, le dispositif de prise de vues ainsi obtenu a une capacité d'acquisition double, donc un fonctionnement deux fois plus rapide que les dispositifs de l'art antérieur. Tout l'intérêt de ce dispositif devient évident quand on sait que les capteurs CCD disponibles sur le marché, qu'ils soient linéaires ou matriciels, ont des dimensions et un nombre de pixels limités pour des raison technologiques.

Il va de soi que le dispositif à deux cameras du même type qui vient d'être décrit ne comporte qu'un système d'éclairage dimensionné pour couvrir la zone double balayée par lesdites caméras.

Plus généralement il est recommandé par l'invention de réaliser des systèmes multivoies de traitement d'images à acquisition rapide, à l'aide d'une série de caméras à capteur linéaire, placés eh cascade, dont les axes optiques sont confondus sur une partie au moins de leur trajet et dont les segments d'inspection sont colinéaires. Une succession de miroirs partiellement réfléchissants et transparents dévient successivement une fraction des faisceaux lumineux provenant de la scène en direction de chacun des capteurs linéaires. Le taux de réflexion transmission de chacun des miroirs de déviation est tel que l'intensité du faisceau lumineux atteignant chaque capteur linéaire est sensiblement la même.

Le dispositif de prise de vues multivoies selon l'invention présente donc de nombreux avantages par rapport aux réalisations de l'art antérieur
- vitesse accrue par utilisation conjointe de plusieurs capteurs,
- encombrement réduit,
- cout moindre, grâce, en particulier a l'utilisation d'un objectif unique servant à la mise au point des deux caméras,
- réglages facilités et moins nombreux,
- éclairage efficace et d'un excellent rendement lumineux surmontant les problèmes d'ombres et d'images partielles rencontrés jusqu'à présent,
- possibilité d'obtenir une vitesse d'acquisition de scène au moins deux fois supérieure à celle que les dispositifs connus permettent d'atteindre.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits ; elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art.

L'invention ayant maintenant été décrite, et son intérêt justifié sur un exemple détaillé, les demandeurs s'en réservent l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Dispositif (1, 2) de prise de vues multivoies pour l'acquisition d'une scène plane (4) par balayage de ladite scène, comportant

- au moins deux caméras (5, 6 ; 33, 34) munies d'un capteur matriciel (10, 31) et/ou linéaire (9, 32) et

- au moins un système d'éclairage de la scène (15, 16, 12, 35 ; 19 à 23),

ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'un objectif (13) pour la mise au point des deux cameras (5, 6 ; 33, 34), les axes optiques desdites caméras étant confondus sur une partie de leur trajet.

2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé

- en ce que les normales respectives des capteurs des deux cameras (5, 6) sont parallèles et

- en ce qu'il comporte deux miroirs (11, 12) dont l'un au moins est demi tain, la visée d'une des caméras (6) étant directe, la visée de l'autre caméra (5) étant soumise à une double réflexion.

3. Dispositif (2) selon la revendication 1, caractérisé

- en ce que les normales respectives des capteurs (31, 32) des deux caméras sont perpendiculaires et

- en ce qu'il comporté au moins un miroir partiellement réfléchissant et transparent (37), la visée de l'une des cameras (33) étant directe, la visée de l'autre caméra (34) étant soumise à une simple réflexion.

4. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre

- une série d'au moins deux cameras linéaires, placées en cascade, dont les axes optiques sont confondus sur une partie de leur trajet et dont les segments d'inspection sont colinéaires,

- et une succession de miroirs partiellement réfléchissants et transparents déviant successivement le faisceau lumineux provenant de la scène en direction de chacun des capteurs linéaires de chaque caméra linéaire,

- le taux de réflexion-transmission de chacun des miroirs de déviation étant tel que l'intensité des faisceaux lumineux atteignant chaque capteur linéaire soit sensiblement la même.

5. Dispositif (1) selon la revendication 2, dont au moins une des caméras (5, 6) comporte un capteur matriciel (10), et caractérisé

- en ce que les deux miroirs (11, 12) sont demi tain et

- en ce que la source de lumière (15) du système d'éclairage associé à la caméra à capteur matriciel est placé sur une ligne passant sensiblement par les centres desdits miroirs.

6. Dispositif (1, 2) selon une des revendications précédentes, dont au moins une des caméras (5, 6 ; 33, 34) comporte un capteur linéaire (9, 32), et caractérisé en ce que le système d'eclairage associé à la caméra à capteur linéaire comporte une source de lumière oblongue (19), une lentille cylindrique convexe (20), un miroir demi tain (21), un miroir divergent (22) et un miroir convergent (23), la normale du miroir demi tain (21) faisant sensiblement un angle de 45 degrés à la fois par rapport à l'axe optique commun des caméras et par rapport à l'axe du faisceau émis par la source de lumière (19) et focalisant sur une zone oblongue de la scène (4) une partie de la lumière dudit faisceau, le miroir divergent (22) focalisant sur ladite zone rectiligne l'autre partie de la lumière dudit faisceau, le miroir convergent (23) focalisant sur ladite zone rectiligne la lumière provenant dudit miroir divergent réfléchie par la scène (4).

7. Dispositif (2) selon la revendication 3, dont les deux caméras comportent un même type de capteur, linéaire ou matriciel, caractérisé

- en ce que les trajets optiques séparant chacun desdits capteurs de la scène (4) sont de même longueur et

- -en ce que lesdits capteurs font l'acquisition de deux zones contigües de ladite scène.

8. Dispositif (2) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'un système d'éclairage de la scène commun aux deux cameras.