FR2920227A1 - Procede d'inspection de cartes electroniques par analyse multispectacle. - Google Patents

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Abstract

Le procédé d'inspection de cartes électroniques comporte les étapes de :- exposer une carte électronique (8) successivement à des rayonnements ayant des longueurs d'onde (lambda1, lambda2, lambda3, lambda4) différentes les unes des autres,- établir des images réfléchies (4) de la carte électronique pour les rayonnements successifs,- subdiviser les images (4) en zones d'analyse (5) et affecter aux zones d'analyse des valeurs de rayonnement réfléchi,- réaliser une signature de chaque zone d'analyse (5) en associant à chaque zone d'analyse les valeurs de rayonnement réfléchies correspondantes obtenues pour les rayonnements successifs,- comparer les signatures à des signatures de référence.

Description

La présente invention concerne un procédé d'inspection de cartes
électroniques et le dispositif correspondant. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION On sait que lors de la réalisation d'une carte électronique avec des composants montés en surface, il est nécessaire de contrôler que les composants sont convenablement positionnés et que les soudures sont convenablement réalisées. Pour réaliser cette inspection, il est connu d'utiliser des systèmes optiques comprenant une ou plusieurs caméra qui assurent des prises de vues des cartes électroniques à vérifier et sont reliées à une unité de traitement pour réaliser une subdivision des images réfléchies obtenues en zones d'analyse, et assu- rent ensuite une comparaison avec des images de référence afin de déterminer les zones défectueuses. Compte tenu de la dimension très réduite des composants actuels, il est nécessaire de subdiviser les images des objets pris par la caméra selon des zones d'ana- lyse dont la dimension correspondante sur l'objet est au maximum de 20 pm. Compte tenu de l'ouverture de champ nécessaire pour réaliser l'image d'un objet, il n'est pas possible d'utiliser des caméras couleur ayant une résolution de cet ordre de sorte que l'inspection est réalisée au moyen d'une caméra noir et blanc qui détecte des variations de niveaux de gris entre les différentes zones d'analyse. Toutefois, lors de l'exposition d'une carte électronique à un rayonnement à une longueur d'onde donnée certains composants qui sont de couleurs différentes apparaissent avec la même nuance de gris de sorte que dans ce cas il n'est pas possible de distinguer deux zones d'analyse adjacentes l'une de l'autre, ce qui conduit à une imprécision de la reconnaissance de forme.
Pour pallier cet inconvénient, il a été proposé d'effectuer une exposition de la carte électronique selon des rayonnements présentant des incidences variées réalisant des ombres projetées qui sont fonction de la taille des composants. Toutefois, dans certains cas l'ombre pro-jetée a une nuance de gris identique à la zone d'analyse adjacente, de sorte que l'ombre projetée n'est pas elle-même perceptible. OBJET DE L'INVENTION Un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant une distinction améliorée des formes à contrôler lors d'une inspection de la carte. RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention un procédé d'inspection de cartes électroniques caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de . - exposer une carte électronique successivement à 20 des rayonnements ayant des longueurs d'onde différentes les unes des autres, - établir des images réfléchies de la carte électronique pour les rayonnements successifs, -subdiviser les images en zones d'analyse et af- 25 fecter aux zones d'analyse des valeurs de rayonnement ré-fléchi, - réaliser une signature de chaque zone d'analyse en associant à chaque zone d'analyse les valeurs de rayonnement réfléchi correspondantes obtenues pour les 30 rayonnements successifs, - comparer les signatures à des signatures de référence. Ainsi, lorsque la même carte électronique est soumise à des rayonnements de différentes longueurs 35 d'onde, les contrastes entre les composants varient en 15 fonction de 1a longueur d'onde de sorte que, même s'il n'est pas possible d'effectuer une distinction entre deux zones d'analyse lors d'une exposition à un premier rayonnement, il est généralement possible d'effectuer une dis- tinction entre les deux zones lorsque le rayonnement est à une longueur d'onde différente de sorte qu'en prévoyant un nombre suffisant de rayonnements à différentes longueurs d'ondes, il est possible d'introduire dans la signature associée à chaque zone d'analyse une information permettant de distinguer cette zone d'analyse des zones d'analyse environnantes. Selon une version avantageuse de l'invention, les rayonnements sont en outre émis selon différents angles d'incidence.
On augmente ainsi la capacité de distinguer les zones d'analyse les unes des autres. De préférence, l'un des rayonnements est émis avec une longueur d'onde infrarouge ou proche infrarouge. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le procédé comporte une phase d'apprentissage comportant les étapes de : - exposer une carte électronique de référence successivement à des rayonnements ayant des longueurs d'onde différentes les unes des autres, - établir des images réfléchies de référence de la carte électronique de référence pour les rayonnements successifs, -subdiviser les images en zones d'analyse et affecter aux zones d'analyse des valeurs de rayonnement ré- fléchi, - réaliser une signature de référence de chaque zone d'analyse en associant à chaque zone d'analyse les valeurs de rayonnement réfléchi correspondantes obtenues pour les rayonnements successifs, - et mémoriser les signatures de référence. 4 De préférence, les signatures de référence comprennent des éléments de signature définis selon des domaines en appliquant à des valeurs de rayonnement réfléchi de référence obtenues pour une même forme un coeffi-cient en fonction d'un écart type de ces valeurs de rayonnement réfléchi. La qualité de la comparaison est ainsi améliorée par une élimination des variations simplement liées à des différences d'état de surface des composants identiques ou des cordons de soudure dont la définition de forme est identique. L'invention concerne également un dispositif comportant des moyens pour réaliser le procédé selon l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limita-tifs de l'invention, en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'inspection de cartes électroniques conforme à l'invention, - la figure 2 est un diagramme illustrant les spectres typiques de trois éléments selon la longueur d'onde du rayonnement utilisé, - la figure 3 est un diagramme illustrant l'étape de comparaison de différentes signatures avec une signature de référence. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le dispositif d'inspection selon l'invention comporte de façon connue en soi une caméra 1 munie d'un objectif 2 associé à un capteur 3, généralement un capteur matriciel numérique produisant une image objet 4 subdivisée en zones d'analyse 5 qui dans le cas d'un capteur matriciel numérique sont défi- nies par les pixels correspondant à la résolution du capteur. De façon également connue en soi, la caméra est associée à une matrice d'éclairage 6 constituée de diodes électroluminescentes disposées en regard d'une lame semitransparente 7 pour renvoyer le rayonnement des diodes de la matrice 6 axialement vers la carte électronique 8 à inspecter, et des matrices d'éclairage 9 disposées pour réaliser un éclairage périphérique selon un angle d'inci- dence de 40 à 60 par rapport à l'axe de la caméra. Selon l'invention, les matrices d'éclairage comportent des diodes électroluminescentes émettant des rayonnements à des longueurs d'onde différentes les unes des autres. Dans l'exemple particulier illustré, les ma- trices d'éclairage 9 comportent un groupe de diodes électroluminescentes 10 émettant un rayonnement de couleur bleue à une longueur d'onde 21 de 470 nm, la matrice 6 comporte un groupe de diodes électroluminescentes 11 émettant un rayonnement de couleur verte à une longueur d'onde À2 de 525 nm, les matrices 9 comportent des diodes électroluminescentes 2\2 émettant un rayonnement de cou-leur rouge à une longueur d'onde 23 de 630 nm, et la matrice 6 comporte un groupe de diodes électroluminescente 13 émettant un rayonnement de couleur profond proche de l'infrarouge à une longueur d'onde À4 de 680 nm. Selon l'invention le dispositif comporte égale-ment une unité de commande et de traitement 14 pour assurer successivement la commande des différents groupes de diodes électroluminescentes et obtenir ainsi des images successives de la carte électronique 8 selon différents éclairages. A chaque partie de la carte électronique correspond un rayonnement réfléchi qui varie en fonction de la longueur d'onde du rayonnement initial. La figure 2 il- lustre le spectre de rayonnement réfléchi de trois élé- ments différents d'une carte électronique en fonction de la longueur d'onde du rayonnement initial. En particulier, la figure 2 illustre selon une courbe en trait épais 15 le spectre du rayonnement réfléchi d'un circuit imprimé de couleur verte en fonction de la longueur d'onde du rayonnement initial, selon une courbe en tiret 16 le rayonnement réfléchi sur un composant de couleur jaune, et selon une courbe en trait fin 17 le rayonnement réfléchi sur un composant de couleur noire. On constate que le spectre du circuit imprimé comporte un pic de rayonnement réfléchi pour un rayonnement initial de longueur d'onde A2 et un plateau élevé pour un rayonnement initial de longueur d'onde À4, avec une valeur du rayonnement réfléchi faible pour les rayonnements initiaux de longueurs d'ondes M et À3. Le spectre du composant de couleur jaune a une faible valeur pour le rayonnement initial à la longueur d'onde ?x1, une valeur croissante entre Al et A2 et un plateau à une valeur légèrement inférieure à celle du plateau du circuit imprimé mais cor- respondant à une valeur sensiblement constante du rayonnement réfléchi pour les rayonnements initiaux de longueurs d'ondes M et X4. Le composant de couleur noire a un rayonnement réfléchi de faible valeur sur toute la plage du rayonnement initial de M à A4.
L'invention consiste donc à associer à chaque zone d'analyse 5 de l'image 4 une signature combinant les différentes valeurs de rayonnement réfléchi obtenues lors de l'éclairage de cette zone avec différents rayonnements. Lors d'une inspection d'une carte, les caractéris- tiques d'une zone sont alors déterminées en comparant la signature de cette zone obtenue pendant l'inspection avec une signature de référence préalablement mémorisée. Les caractéristiques ainsi relevées sont traitées par les algorithmes habituels de reconnaissance de forme.
Les signatures de référence peuvent être obtenues en soumettant individuellement chacun des éléments d'une carte électronique aux différents rayonnements retenus et en mémorisant la signature obtenue. De préférence, selon un aspect de l'invention, les signatures de référence sont acquises lors d'une phase d'apprentissage réalisée à partir d'une ou plusieurs cartes électroniques de référence dont la conformité au cahier des charges a été préalablement établie par une inspection visuelle. La phase d'apprentissage comporte alors les étapes de : - exposer la carte électronique de référence successivement à des rayonnements ayant des longueurs d'on-des différentes les unes des autres, - établir des images réfléchies de la carte électronique de référence pour les rayonnements successifs, - subdiviser les images en zones d'analyse 5 et affecter aux zones d'analyse 5 des valeurs de rayonnement réfléchi mesurées par le capteur 3, - réaliser une signature de chaque zone d'analyse 5 en associant à chaque zone d'analyse 5 les valeurs de rayonnement réfléchies correspondantes obtenues pour les rayonnements successifs, et - mémoriser les signatures de référence. Pour tenir compte des variations pouvant exister entre les rayonnements réfléchis sur un même composant ou sur un cordon de soudure conforme aux spécifications, les signatures de référence sont de préférence définies à partir de mesures établies sur plusieurs éléments de référence (composant, partie de carte, cordon de soudure) de même nature, c'est-à-dire définis pour donner les mê- mes valeurs de rayonnement réfléchi pour chacun des rayonnements initiaux. Les signatures de référence sont alors définies sous forme de domaines 18 (voir figure 3) définis selon des segments de bande correspondant à l'écart type des valeurs mesurées affecté d'un coeffi- cient qui est fonction de la tolérance admise sur la re- connaissance de la signature pour une zone donnée. A titre d'exemple, la figure 3 illustre les domaines délimités par des segments de droite correspondant à +/- 2.58 fois l'écart type des valeurs relevées sur le circuit im- primé de couleur verte lors des prises d'images. La probabilité pour qu'une zone d'analyse appartenant au circuit imprimé soit reconnue comme telle est alors de 99%. Lors de l'inspection d'une carte électronique, le procédé d'inspection mis en oeuvre comporte alors les éta- pes de : - exposer la carte électronique de référence successivement aux rayonnements émis par les diodes électroluminescentes selon les longueurs d'ondes Àl, À2, A3 et 2\4, - établir des images réfléchies 4 de la carte électronique 8 pour les rayonnements successifs, - subdiviser les images 4 en zones d'analyse 5 et affecter aux zones d'analyse des valeurs de rayonnement réfléchi, - puis réaliser une signature de chaque zone d'analyse 5 en associant à chaque zone d'analyse les va-leurs de rayonnement réfléchi correspondantes obtenues pour les rayonnements successifs, et - comparer les signatures aux signatures de réfé- rence préalablement mémorisées. Dans le cas de signatures de référence dont les éléments sont définis par des domaines comme mentionné ci-dessus, la comparaison consiste à vérifier que les éléments de la signature de la zone d'analyse à vérifier tombent dans les domaines correspon- dants d'une signature de référence. A titre d'exemple, la figure 3 illustre la signature de référence du circuit imprimé sous forme de quatre domaines 18. Les petites croix 19 et les petits ronds 20 constituent les signatures de deux zones d'analyse lors d'une inspection. On constate que chacune des croix 19 9 constituant une signature est comprise dans la définition correspondante de la signature de référence 18. La zone 5 correspondante est donc une partie du circuit imprimé. Les petits ronds 20 forment la signature d'un composant de couleur jaune. La comparaison avec la signature de référence du circuit imprimé montre que sur les quatre éléments constituant la signature, trois d'entre eux coïncident avec les éléments correspondant de la signature de référence du circuit imprimé, mais le quatrième, corres- pondant au rayonnement de longueur d'onde À3, est en de-hors du domaine de référence 18. Ceci permet donc de différencier une zone d'analyse correspondant à une partie du circuit imprimé d'une zone d'analyse correspondant au composant de couleur jaune.
On comprendra, au vu de ce qui précède, que pour identifier convenablement les caractéristiques d'une zone d'analyse, il est nécessaire que le nombre de rayonnements auxquels la carte électronique est soumise soit suffisant pour permettre une différenciation des signatu- res spectrales. Un nombre élevé de rayonnements séparés permet donc d'obtenir une meilleure différenciation. Le nombre de rayonnement auquel il est possible de soumettre une carte électronique est toutefois limité par le temps de prise de vue d'une image, compte tenu du temps alloué pour réaliser une inspection d'une carte. En pratique, il est possible de réaliser une inspection satisfaisante d'une carte électronique à partir de quatre rayonnements de longueurs d'ondes différentes, le nombre de rayonnements effectivement utilisés est en fonction de la diver- sité des composants montés sur une carte électronique et des difficultés qu'il peut y avoir à les distinguer les uns des autres. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des va-riantes de réalisation sans sortir du cadre de l'inven- 10 tion tel que défini par les revendications. En particulier, bien que l'invention ait été décrite avec une mise en oeuvre simultanée d'un éclairage multispectral par une utilisation de rayonnements à di- verses longueurs d'ondes et d'un éclairage structuré par utilisation d'un éclairage selon différents angles d'incidence, l'invention peut être mise en oeuvre avec un éclairage multispectral seul, en particulier dans le cas où la caméra permet un nombre de prises de vues suffisant pour augmenter le nombre de rayonnements utilisés. Dans ce cas, il est possible de réduire l'encombrement du dis-positif d'inspection en effectuant uniquement un éclairage axial de la carte électronique. Bien que l'invention ait été décrite en utilisant uniquement des rayonnements dans des couleurs visibles, on peut également utiliser un rayonnement infrarouge qui permet dans certains cas de mieux différencier les différents éléments (résistance, capacité, microprocesseurs, cordons de soudure, pattes de connexion...) à observer sur la carte électronique.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. procédé d'inspection de cartes électroniques, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - exposer une carte électronique (8) successive-ment à des rayonnements ayant des longueurs d'onde (À1, À2, À3, X4) différentes les unes des autres, - établir des images réfléchies (4) de la carte électronique pour les rayonnements successifs, - subdiviser les images (4) en zones d'analyse (5) et affecter aux zones d'analyse des valeurs de rayonnement réfléchi, - réaliser une signature de chaque zone d'analyse (5) en associant à chaque zone d'analyse les valeurs de rayonnement réfléchi correspondantes obtenues pour les rayonnements successifs, - comparer les signatures à des signatures de référence (18).
2. Procédé d'inspection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rayonnements sont émis selon différents angles d'incidence.
3. Procédé d'inspection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des rayonnements est émis avec une longueur d'onde infrarouge ou proche infrarouge.
4. Procédé d'inspection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'apprentis-sage comportant les étapes de : - exposer une carte électronique de référence successivement à des rayonnements ayant des longueurs d'ondes (21, 2'2, X3, 24) différentes les unes des autres, - établir des images réfléchies de la carte électronique de référence pour les rayonnements successifs, - subdiviser les images (4) en zones d'analyse (5) et affecter aux zones d'analyse des valeurs de rayonnement réfléchi, 12 - réaliser une signature de référence de chaque zone d'analyse (5) en associant à chaque zone d'analyse les valeurs de rayonnement réfléchi correspondantes obtenues pour les rayonnements successifs, - et mémoriser les signatures de référence.
5. Procédé d'inspection selon la revendication 4, caractérisé en ce que les signatures de référence sont réalisées en affectant aux valeurs de rayonnement réfléchi pour chaque zone un coefficient en fonction d'un écart type de valeurs de rayonnement réfléchi pour des zones d'analyse correspondant à des éléments de même nature.
6. Dispositif d'inspection de cartes électroniques caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens (10, 11, 12, 13) pour exposer une carte électronique (8) successivement à des rayonnements ayant des longueurs d'ondes (À1, À2, À3, 2\4)différentes les unes des autres, - des moyens (3) pour établir des images réflé- chies (4) de la carte électronique pour les rayonnements successifs, - des moyens (3) pour subdiviser les images (4) en zones d'analyse (5) et affecter aux zones d'analyse (5) des valeurs de rayonnement réfléchi, - des moyens (14) pour réaliser une signature de chaque zone d'analyse en associant à chaque zone d'ana-lyse les valeurs de rayonnement réfléchi correspondantes obtenues pour les rayonnements successifs, et - des moyens (14) et comparer les signatures à des signatures de référence.
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