Inspection automatisée aux rayons X

Dans l'industrie des circuits imprimés, un nombre croissant de pièces et de cartes s'avèrent difficiles à inspecter avec l'inspection optique automatisée (AOI) car la soudure est invisible. De plus, les exigences de qualité élevées telles que la force de liaison de l'industrie automobile et l'inspection de la surface complète de la soudure augmentent. Pour répondre à ces besoins, Omron a introduit une nouvelle technologie permettant d'effectuer des inspections dans le temps requis en ligne (le rythme auquel un produit doit être achevé pour répondre à la demande des clients). Cela a été l'une des exigences les plus difficiles pour les équipements d'inspection automatique à rayons X par tomodensitométrie (CT). Pour la technologie d'imagerie continue, un contrôle de positionnement très précis et une détection d'image à grande vitesse sont nécessaires.

Le cas d'une nouvelle méthode d'inspection

Ces dernières années, des avancées technologiques remarquables ont été réalisées dans les véhicules électriques (VE), les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) et même la conduite automatisée. Pour le monde du montage de circuits imprimés, cela signifie une évolution vers une plus grande densification, alors qu'un nombre croissant de pièces et de PCB ont des joints soudés visuellement inaccessibles qui entraînent des difficultés d'inspection visuelle. Des exemples typiques de ceux-ci incluent les puces sans filet et les matrices de billes (BGA) avec des joints de soudure disposés sur la face inférieure du boîtier.

L'industrie automobile impose des exigences d'assurance qualité particulièrement strictes pour protéger les consommateurs, et les fournisseurs sont souvent tenus d'effectuer des inspections en ligne sur toute la surface des circuits imprimés (plutôt que des inspections par échantillonnage) et de mesurer les formes de soudure et d'inspecter jusqu'à la force de liaison. À cela s'ajoute le problème de la pénurie de personnel de ligne, qui est en partie responsable de l'augmentation rapide actuelle de la demande d'inspections automatisées de haute précision et de haute qualité.

Par conséquent, les événements dans l'industrie du montage tels que les problèmes de qualité des circuits imprimés et les arrêts de la chaîne de production peuvent présenter de graves risques pour les clients. Une sortie de circuits imprimés défectueux entraînerait immédiatement une crise qui pourrait menacer la sécurité des personnes et de la société. Pour cette raison, il est plus important que jamais de fournir un mécanisme qui empêche toute fuite de cartes de circuits imprimés défectueuses vers le marché.

En réponse à ces tendances, Omron a développé son système AXI (inspection automatisée par rayons X), qui est devenu largement utilisé dans les lignes de production de technologie de montage en surface (SMT) grâce à sa capacité à inspecter des éléments visuellement inaccessibles comme les joints de soudure sur la face inférieure des pièces. . Cependant, en raison du problème de temps takt, un modèle conventionnel a été utilisé principalement pour les inspections d'échantillonnage hors ligne ou pour les inspections en ligne des pièces clés uniquement.

Cet article présente un aperçu des technologies utilisées pour le système d'inspection par rayons X CT en ligne automatisé de la série VT-X750 (Figure 1) pour résoudre ce problème et atteindre des vitesses suffisantes pour une utilisation en ligne dans les processus de montage de cartes de circuits imprimés automobiles, permettant ainsi l'assurance qualité de circuits imprimés en grande quantité.

Atteinte d'une qualité d'image élevée avec l'AXI basé sur CT

Les principaux types de méthodes d'imagerie diagnostique basées sur les rayons X comprennent les rayons X bidimensionnels (2D), la tomosynthèse et la tomodensitométrie. La méthode des rayons X 2D est utilisée pour obtenir une image par prise de vue avec une source de rayons X, une pièce et une caméra à rayons X disposées verticalement (Figure 2). L'image projetée par cette méthode est enregistrée sous forme de données bidimensionnelles. Bien que capable d'acquérir des images en un temps plus court, cette méthode est inférieure aux autres méthodes en termes de qualité d'image car la quantité de données qu'elle traite est faible.

La méthode de tomosynthèse permet d'obtenir un certain nombre d'images d'une pièce en position relative par rapport à une source de rayons X ou une caméra à rayons X dans une plage angulaire limitée. Cette méthode permet l'acquisition d'images tomographiques avec les hauteurs souhaitées en surbrillance (Figure 3). Bien qu'elle prenne plus de temps que la méthode des rayons X 2D, la tomosynthèse permet une acquisition d'image plus rapide que la méthode CT et est supérieure à la méthode des rayons X 2D en termes de qualité d'image. Il convient de noter que si les images tomographiques sont capturées à une distance suffisante de la position de mise au point de la source de rayons X ou de la caméra, elles ont tendance à être plus floues que les images CT.

La méthode CT est utilisée pour obtenir un certain nombre d'images d'une pièce dans une position relative par rapport à une source de rayons X ou à une caméra pendant une rotation de 360 ​​degrés et les reconstruire en données tridimensionnelles (3D). Cette méthode traite un plus grand volume de données que les autres méthodes et fournit donc la meilleure qualité d'image. Sa force est qu'il permet l'extraction et l'utilisation non seulement des données de direction plane horizontale, mais également des données de direction de hauteur à partir des données 3D restructurées. Même lorsqu'elle est capturée loin de la position de mise au point de la source de rayons X ou de la caméra à rayons X, une image tomographique utilisant cette méthode aura une qualité d'image claire et peu floue. D'autre part, cette méthode prend plus de temps pour l'acquisition d'images et délivre généralement une dose plus élevée à la pièce.

La solution AXI

Omron a adopté une nouvelle méthode d'inspection qui peut identifier les points souhaités dans les données 3D et effectuer un diagnostic basé sur l'image pour inspecter avec précision la forme de chaque surface de joint de soudure. La solution Omron AXI tire parti de la méthode CT et permet des inspections de haute précision sans restrictions de dessous de carte de circuit imprimé. Ses principaux composants techniques consistent en un matériel capable d'effectuer une détection sûre et de haute précision, ainsi qu'un logiciel qui permet un contrôle à grande vitesse avec une excellente réactivité.

Le matériel se compose en grande partie de composants mécaniques, électriques et d'imagerie. Par conséquent, les paramètres de conception, tels que la sécurité électromécanique, le blindage, la précision du mouvement de l'axe, la réactivité des commandes, la qualité de l'image et le taux d'imagerie, jouent un rôle important pour garantir les performances du système. La partie logicielle du système consiste en un optimiseur d'assemblage pour les corrections de différence de machine, une application principale pour le développement de programmes d'inspection, un processus de reconstruction pour transformer les images capturées en données 3D et un algorithme utilisé pour effectuer les inspections des données 3D obtenues. Ces composants techniques sont liés les uns aux autres de manière complexe et doivent fonctionner ensemble de manière transparente au sein de chaque module de fonction pour des inspections de haute précision et à grande vitesse. Ceci est particulièrement important pour l'acquisition d'images CT de haute qualité, qui est au cœur de cette technologie et fournit les performances de base des appareils d'imagerie, une conception et un contrôle géométriques de haute précision, ainsi que des algorithmes de traitement et d'inspection de correction robustes.

Les sections suivantes examinent chacune de ces fonctionnalités.

1. Performances de base des appareils d'imagerie (FPD et rayons X .

Références

• Sugita, S. Technologie d'inspection CT à grande vitesse pour une couverture plus large de l'assurance qualité du montage (en japonais) . Actes de la 52e séance de discussion sur le soudage, Japan Welding Society, 2011, p. 4.
• Société japonaise de technologie radiologique (Supervising Ed.). Ichikawa, K.; Muramatsu, Y. eds., Mesure standard des images CT à rayons X (en japonais) . Ohmsha, 2009, p. 27-28.