Electronique Mag - Le journal de l'électronique.
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Flux RSS . En raison de la miniaturisation permanente des sous-ensembles et composants électroniques de nouveaux défis technologiques de haut niveau se présentent au procès de fabrication et à l´assurance qualité. Ainsi, au détriment de l´utilisation des tests électriques à la base de lit à clous rendue plus difficile à cause de la hausse de la densité des cartes électroniques, l´inspection optique automatique comme méthode de test qualitative s’impose de plus en plus. Pourtant, en raison de la diminution constante des tailles de boîtiers, apparaissent de nouvelles exigences technologiques d´un très haut niveau concernant la prise de vue et le traitement d´images au sein de ce type de système de test. Ce document vous présente les conditions requises pour la détection des erreurs les plus petites, p.ex. pour le test des composants (01005) ou pour les joints de soudure (pas de 0,3 mm).
Les bases de détection de détail
Concernant la prise de vue d´un système AOI, l´utilisation de caméras à matrice CCD (Capteur à Charges Défilantes) est devenue presque un standard. Par rapport aux solutions de scanners utilisant des caméras surfaciques, les caméras CCD offrent une haute flexibilité de prises de vue associées à différentes variantes d´éclairages et n’engendrent qu´une faible distorsion optique avec une haute résolution.
Afin d´évaluer la performance de détection de systèmes AOI – quelle que soit la méthode de prise de vue – il existe une unité de résolution de pixel, le μm/Pixel. Cette unité représente pourtant plutôt une valeur théorétique qui n’intègre pas l´influence des caractéristiques de l´objectif comme les phénomènes de diffraction ou des défauts d´image. C´est plutôt la construction du système optique et son adaptation de façon optimale à la matrice CCD utilisée qui ont une part prépondérante dans la détection de détail. Les notions de base sont expliquées par la suite :
Un des paramètres importants de la performance de la résolution optique des objectifs est l´ouverture numérique. Elle représente une mesure de la quantité de lumière saisie par un système optique et est déterminée par les obturateurs de l´objectif. En raison de la théorie des ondes de lumière ces obturateurs sont responsables des phénomènes de diffraction apparue ce qui provoque par exemple qu’un un point est reproduit comme un disque étalé. Sur l´image 2 vous voyez la fonction mathématique de ce point lumineux avant l´entrée et après la sortie de l´objectif.
Si derrière l´objectif se trouve la matrice CCD, en raison de la taille de pixel le point lumineux s´élargit.
Si l’on considère alors l´ensemble de la chaîne de prise de vue, on peut constater que le point lumineux initial d’un diamètre minimal s’est transformé en une surface de 3x3 pixels. Cela explique clairement que dans ce cas une augmentation de résolution de pixels (μm/pixel), p.ex. à l´aide d´une caméra CCD, n´améliore pas la détection de détail. Par contre, visiblement la capacité de résolution du capteur utilisé n´a pas été complètement utilisé. On trouve une situation identique lors de l´affichage d´une transition noir-blanc (bord optique). Après la sortie de l´objectif, ce bord se voit aussi « étalé » sur plusieurs pixels. Cette situation est décrite dans l´image 4.
On peut constater que la reproduction détaillée est déterminée avant tout par la qualité de l’objectif utilisé. Une augmentation du nombre des pixels n´améliorerait pas la reproduction – mais au contraire augmenterait la quantité de données avec les conséquences connues. En conclusion, aux vues de ces données physiques communes au domaine de la photographie on peut constater que c´est plutôt l´objectif qui rend possible les photos de haute qualité et non pas le nombre de pixels.
Augmentation de la résolution à l´aide de la conception d´un objectif adapté aux pixels.
Comme déjà mentionné dans la partie précédente, la meilleure solution pour augmenter significativement la résolution du système de prise de vue est l´amélioration de l´optique utilisé. L´objectif doit être construit en tenant en compte la matrice CCD utilisée. Le flou d´optique provoqué par la diffraction doit rester plus petit que la taille des pixels de la matrice utilisée. Grâce à cet objectif adapté aux pixels une augmentation de résolution effective relative à la détection de détail est possible si le nombre de pixels reste constant. Cette situation est présentée dans l´image 5.
L´utilisation de l´optique construit à cette base améliore la détermination de la position et la prise de vue des bords optiques (image 6).
L´utilisation des objectifs adaptés aux pixels dans les modules caméra des systèmes OptiCon
Considérons les composants du type 01005 comme étant les plus petits composants utilisés, ils ont une taille de 0,4mm x 0,2 mm. Leur joint de soudure s´entend typiquement sur environ 0,15mmm x 0,08 mm. Pour la résolution de pixel de 21μm/pixel cela implique que le ménisque de soudure est reproduit sur 28 pixels (environ 7 x 4 pixels) – le composant entier est reproduit sur 180 pixels. Pour l´évaluation des caractéristiques pertinentes, un grand nombre de pixels est disponible permettant aussi la gestion les tolérances de fabrication.
En raison d´une résolution limitée de l´optique utilisé, dans la réalité, ces points lumineux ne sont pas disponibles avec une qualité suffisante pour une détection de structure efficace. Si on utilise un objectif qui n´est pas tout à fait adapté à la géométrie de pixels de la caméra, les caractéristiques pertinentes sont « étalées ». Une augmentation de la résolution des pixels (p.ex. de 10μm/pixel) ne conduit pas à une amélioration des résultats de détection. Mais une adaptation de l´objectif à la géométrie des pixels de la caméra permet une détection efficace sans augmenter le nombre de pixels ou la résolution de pixels.
S’appuyant sur cette loi physique, la conception des ensembles de prise de vue des systèmes OptiCon a été considérablement améliorée. Grâce à l´intégration d´un objectif adapté aux pixels, une détection de détail est possible permettant une inspection exacte des composants de taille 01005 ou des joints de soudures des broches au pas de 0,3mm.
La reproduction télécentrique de l’image est bien entendu conservée pour une prise de vue parfaite indépendamment de la position et la hauteur des composants.
Afin d´augmenter statistiquement l’efficacité du test, la résolution est augmentée à 10,5μm/pixel par une transformation pendant le traitement d´image. De plus, ce plus grand nombre de pixels permet une meilleure reproduction visuelle et se révèle plus confortable à l´utilisation, par exemple pour la modification manuelle des zones de test.
Conclusion
Pour l´inspection des très petits composants et joints de soudures en vue d´une détection de détail, l´augmentation de la résolution des pixels (p.ex. par les caméras CCD avec un grand nombre de pixels) ne suffit pas. C´est le plus souvent l´objectif utilisé qui constitue le maillon faible de la chaîne optique. Afin d´obtenir une détection maximale, la puissance de résolution optique de l´objectif doit être adaptée au nombre de pixels de la caméra. Les processus de transformation qui suivent augmentent la fiabilité du logiciel utilisé lors du traitement d´image et améliorent la représentation visuelle.
