Placement de composants électroniques : Stratégies d’éclairage pour les robots pick-and-place

Les composants SMD couvrent une vaste gamme de dimensions. Ils vont des composants passifs 0201 de 0,6 mm × 0,3 mm jusqu’aux grands BGA et connecteurs. Chaque composant, géométrie de broches et finition de PCB nécessite une approche d’éclairage différente. Par conséquent, un seul éclairage annulaire ne peut pas couvrir toutes les applications. Comprendre l’optique entre l’éclairage, le composant et la caméra constitue le point de départ de toute conception fiable de système pick & place.

Pourquoi l’éclairage détermine la précision du placement

Un système de vision pour pick & place réalise deux tâches distinctes. La première est la reconnaissance du composant, où la caméra identifie le type, lit l’orientation et confirme la position dans l’alvéole du chargeur. La seconde est la vérification du placement : après le dépôt de la pièce par la buse, une caméra vérifie qu’elle est bien positionnée, centrée sur les plages d’accueil et correctement orientée.

Les deux tâches nécessitent des images à haut contraste avec des contours nets. Le contraste dépend directement de la lumière. Une broche brillante sous une certaine géométrie peut disparaître sur du cuivre réfléchissant sous une autre. Par conséquent, un éclairage ou une longueur d’onde inadaptés constituent la cause la plus fréquente de faux rejets et de ratés de préhension.

Techniques d’éclairage pour l’inspection des SMD

Éclairage annulaire direct

Les éclairages annulaires à LED constituent le choix standard pour la vision au niveau du composant. Montés de manière coaxiale avec l’objectif, ils éclairent la pièce sous une plage d’angles définie. Par conséquent, ils produisent des ombres constantes autour des contours, ce qui améliore le contraste pour le template matching et la détection du centroïde.

L’angle d’éclairage ajuste le résultat. Les éclairages annulaires à grand angle, de 45° à 90°, offrent une lumière large et uniforme sur la surface supérieure. Par conséquent, ils conviennent pour la lecture de marquages et le contrôle de polarité sur les boîtiers plats. En revanche, les éclairages annulaires à faible angle rasent la surface du PCB. Il en résulte une meilleure visibilité de la coplanarité des broches, de la géométrie de soudure et de la texture des plages d’accueil.

Faible angle et champ sombre pour l’inspection des broches

La vérification de la coplanarité des broches exige de rendre visibles de très faibles différences de hauteur. L’éclairage en champ sombre à faible angle, de 10° à 20°, crée des zones d’ombre et de brillance. Ainsi, une broche tordue ou soulevée d’une fraction de millimètre projette une ombre nette, permettant à l’algorithme de la détecter de manière fiable.

La même technique permet également de détecter d’autres défauts. Par exemple, elle révèle l’absence de pâte à braser et les décalages d’impression du pochoir. Elle met également en évidence les billes de soudure soulevées sur les boîtiers BGA. La lumière rasante maximisant le contraste, l’élément défectueux se détache clairement de l’élément conforme.

Rétroéclairage pour l’inspection de silhouette et dimensionnelle

Les rétroéclairages transmettent une lumière diffuse à travers une surface uniforme située derrière le composant. La caméra acquiert ainsi une silhouette sombre sur champ clair. Par conséquent, cette technique permet de mesurer le pas des broches, la largeur du corps et la longueur des broches avant le placement. Elle vérifie également la préhension de la buse, en contrôlant que la pièce soit à la bonne hauteur et sans inclinaison. Il en résulte une mesure du contour totalement indépendante de la finition de surface.

Éclairage coaxial pour surfaces planes réfléchissantes

Les plages d’accueil en cuivre nu et les finitions HASL sont strongly spéculaires. Un éclairage annulaire conventionnel crée des points d’éblouissement qui masquent la plage d’accueil. L’éclairage coaxial résout ce problème en faisant voyager la lumière le long de l’axe de la caméra à travers un séparateur de faisceau. Par conséquent, il élimine les reflets spéculaires et révèle les caractéristiques de surface de façon uniforme. Il convient donc parfaitement pour l’inspection des pistes, le calage des plages d’accueil et le contrôle d’impression de la pâte à braser sur cartes en cuivre ou ENIG.

Sélection de la longueur d’onde pour l’inspection de PCB et de composants

La longueur d’onde influe fortement sur le contraste. Différentes couleurs interagissent différemment avec les substrats, les soudures et les encres. Par conséquent, le choix doit être adapté au détail recherché.

LED rouges et proche infrarouge

Les LED rouges de 620 à 660 nm et le NIR de 780 à 940 nm pénètrent le substrat vert du PCB. Par conséquent, ils réduisent le bruit causé par la texture de la fibre de verre. La lumière rouge améliore également le contraste entre soudure et cuivre sur les cartes HASL. De plus, le NIR à 850 nm permet la lecture à travers le vernis de tropicalisation et sur les boîtiers sombres de composants.

LED bleues et ultraviolets (UV)

Les LED bleues de 450 à 470 nm font ressortir les détails fins sur les substrats verts. Les LED UV de 365 à 385 nm excitent la fluorescence dans les résidus de flux et les revêtements. Par conséquent, leur distribution devient clairement visible. Il en résulte que la lumière UV est adaptée pour la vérification du vernis de tropicalisation et des résidus de flux après soudage.

Éclairage stroboscopique pour lignes SMT à haute vitesse

Les machines pick & place modernes dépassent 100 000 composants par heure. Par conséquent, les temps d’exposition de la caméra doivent rester inférieurs à 1 milliseconde pour éviter le flou de mouvement. Une lumière continue à ce niveau de luminosité dépasserait les limites thermiques des LED et réduirait leur durée de vie opérationnelle.

Un contrôleur stroboscopique résout ce problème en déclenchant la LED par une impulsion courte, généralement de 50 à 500 microsecondes, synchronisée avec le déclencheur de la caméra. Pendant l’impulsion, le courant peut atteindre deux à cinq fois sa valeur nominale en continu. Par conséquent, la luminosité crête est élevée pour des expositions courtes. Les éclairages RODER Vision sont totalement compatibles avec le mode stroboscopique, garantissant un flux lumineux crête stable et une latence de déclenchement de l’ordre de la microseconde.

Considérations d’intégration

La distance de travail est souvent réduite dans les systèmes SMT, car la géométrie de la buse et du chargeur limite l’espace disponible. Par conséquent, l’éclairage doit s’adapter autour de l’objectif sans bloquer la tête de préhension. On privilégie les éclairages annulaires adaptés au corps de l’objectif. Pour les distances inférieures à 30 mm, les éclairages annulaires haute densité ou les éclairages ponctuels miniatures offrent la géométrie appropriée.

L’uniformité et la stabilité sont également essentielles pour la précision. Une lumière non uniforme déplace la position apparente du contour et introduit des erreurs. C’est pourquoi les éclairages RODER sont conçus pour offrir une grande uniformité optique, vérifiée en production. De plus, les drivers à courant constant maintiennent le flux lumineux émis malgré les variations d’alimentation. La technologie thermique HTTM© maintient la jonction froide, ce qui prolonge la durée de vie et stabilise l’émission.

Familles d’éclairages RODER Vision pour SMT et pick & place

Les familles ci-dessous sont adaptées à l’inspection SMD, au placement et au contrôle de PCB. Chacune offre une grande uniformité, la compatibilité stroboscopique et un flux lumineux émis stable. Par conséquent, le choix judicieux dépend de l’application et de la géométrie.

Le choix judicieux dépend de l’application et de l’espace disponible. Pour la reconnaissance et le marquage, l’éclairage annulaire à grand angle DC4 s’impose. Pour la coplanarité des broches, on privilégiera l’éclairage annulaire à faible angle DC2. Les silhouettes dimensionnelles nécessitent le rétroéclairage BL2, qui s’avère idéal. Les espaces très réduits favorisent l’éclairage ponctuel miniature DL3M, qui s’intègre facilement. Dans tous les cas, RODER Vision apporte son support technique pour le choix de la distance de travail et de la longueur d’onde. Par conséquent, définissez d’abord le composant, le défaut et l’espace disponible, puis choisissez l’éclairage correspondant.

Questions fréquemment posées