Micro Projet : Pré Etude de Brevetabilité Machine de Retouche Robotisée pour Circuits Imprimés

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1 Tuteur : M. Pujo Equipe : The Clan 1 / 30

2 Sommaire 1. Analyse de la machine de retouche robotisée pour circuits imprimés DEFINITION DU THEME DU PROJET Principes Physiques Fonctions du système Application : ETABLISSEMENT DE L O.T.P ANALYSE DU POTENTIEL DE BREVETABILITE Le sous système d initialisation Le sous système de préhension Le sous système pantographe Le sous système de pointage 9 2. Etude de la concurrence RECHERCHE SUR INTERNET DES PRODUITS EQUIVALENTS ANALYSE COMPARATIVE DES RESULTATS OBTENUS MISE EN VALEUR DE L INTERET DU PRODUIT EN QUESTION Recherche de propriété industrielle DEFINITION DE LA STRATEGIE DE RECHERCHE RECHERCHE DE BREVETS Brainstorming Classifications internationales (CIB) les plus appropriées Stratégies de requêtes de recherche possible: Documents brevets pertinents et requêtes associées ANALYSE DES RESULTATS OBTENUS Rédaction du fascicule de brevet DESCRIPTION ET DESSINS Domaine technique Etat de la technique antérieure Exposé de l invention revendiquée Compréhension du problème technique à résoudre Solution apportée Avantage Brève description des dessins Exposé détaillé d un mode de réalisation Application industrielle possible : le pointage laser de pistes défectueuses au niveau d un circuit imprimé ETABLISSEMENT DES REVENDICATIONS DU BREVET ABREGE DU CONTENU TECHNIQUE DE L INVENTION ET FIGURES 9 2 / 30

3 1. Analyse de la machine de retouche robotisée pour circuits imprimés. Afin de mieux appréhender le sujet de notre micro projet nous proposons une analyse détaillée du système que l on doit étudier. Cette analyse nous permettra de réfléchir sur la composition et le fonctionnement de la machine de retouche robotisée pour circuits imprimés, dans le but de cerner ce qui peut être potentiellement brevetable Définition du thème du projet. La définition du thème du projet va s articuler autour de trois axes majeurs : les principes physiques utilisés, les fonctions du système et son application Principes Physiques Numérisation du Circuit Imprimé : Au niveau de ce principe physique, il existe déjà des brevets déposés dans divers domaines d application, nous supposons donc qu aucune brevetabilité n est intéressante. Réflexion Optique : De même que pour le principe physique précèdent, il n y a pas de brevetabilité potentiel. Changement de repère : Ce principe est un outil de calcul universel et ne peut donc pas être brevetable. Persistance rétinienne (24 image/secondes) : Ce Principe physique repose sur un phénomène naturel, de ce fait il ne peut pas être breveté. Nous pouvons donc dire qu au niveau des principes physiques, il n y rien de potentiellement brevetable et qui apporterait un élément déterminant dans notre pré étude Fonctions du système Initialisation du circuit à tester : Cette fonction est la plus importante du système car elle constitue le point de départ du repérage des pistes défaillantes. De ce fait, l initialisation devra être précise, sinon le pointage exact des défauts sera impossible. 3 / 30

4 Numérisation du circuit imprimé: Cette fonction consiste à saisir une image (ou carte) à l aide d une caméra numérique fixée à la verticale de l image filmée. La technique utilisée consiste à générer une image fidèle de la carte et à la comparer avec celle obtenue par la Conception Assistée par Ordinateur (C.A.O.). Le résultat final permet d obtenir avec précision le positionnement dans le plan considéré des pastilles à pointer avec le laser. Cependant il est à noter ici, que le principe de changement de repère est utilisé afin de rétablir le sens de l image numérisée de manière à ce qu elle soit en phase avec celle de la C.A.O. Pointage laser : Cette fonction a pour but de piloter le mouvement des miroirs présents de chaque coté de la table pour que le rayon du laser puisse pointer n importe quel point sur la plaque. L orientation d un miroir se fait suivant deux axes perpendiculaires. Le pointage du laser repose sur des équations de mouvement qui sont établies à partir du principe de Persistance rétinienne, des lois de changement de repère et de la réflexion optique. Le but principal de cette fonction est d effectuer le test des pistes du circuit imprimé de la carte testée. Le résultat de son activité est le listing des défaillances présentent sur cette carte, le cas échéant. Maintien du circuit en position : La fonction «maintien en position du circuit imprimé» assure deux sous fonctions : La fixation du circuit grâce au système de préhension. L orientation du circuit par l opératrice grâce à un pantographe. Le système de préhension est un dispositif coulissant qui permet de maintenir la plaque. Le maintien en position est réalisé à l aide d un ressort. Le pantographe est un système mécanique avec deux degrés de liberté permettant à l opératrice d orienter la plaque selon ses besoins. Ce dispositif est équipé de deux capteurs de position angulaire, ainsi que de deux freins permettant de maintenir la carte en position lorsque l opératrice ne la manipule pas Application : La machine permet de tester la bonne ou la mauvaise conductibilité entre des pistes d un circuit imprimé. 4 / 30

5 1.2. Etablissement de l O.T.P. L Organigramme Technique du Produit a pour but de nous donner une architecture fonctionnelle par décomposition arborescente. Cette décomposition est essentielle, car elle va nous permettre de recenser tous les produits composants notre système et d apporter une vision transversale. De ce point de vue, nous tirerons les conclusions les plus judicieuses en matière de brevetabilité éventuelle. 5 / 30

6 Système Logiciel Matériel Réseau Service BD CAO BD Défault Logiciel d'asservissement de position Logiciel de traitement d'image Logiciel PMAC Matériel Spécifique Matériel Standard Unité de traitement des données de test Logiciel de calcul de la position Table Ecran d'assistance Ordinateur de Commande (Pentium IV) Logiciel de mouvement Système d'initialisation Système de Pointage Système de Préhension Système Pantographe Carte PMAC Logiciel de transformation coordonnées Caméra 2 Lasers 2 Miroirs Moteurs Ressort 2 Capteurs de position angulaire Logiciel PLC Réticule gravé 2 Horizontaux Système de maintien 2 Freins 2 Verticaux 6 / 30

7 Partie Générale : Système Logiciel Matériel Réseau Service 7 / 30

8 Partie Logicielle : Logiciel BD CAO BD Défault Logiciel d'asservissement de position Logiciel de traitement d'image Logiciel PMAC Logiciel de calcul de la position Logiciel de mouvement Logiciel de transformation coordonnées Logiciel PLC 8 / 30

9 Partie Matérielle Matériel Matériel Spécifique Table Système d'initialisation Système de Pointage Système de Préhension Caméra 2 Lasers 2 Miroirs Moteurs Ressort Réticule gravé 2 Horizontaux Système de maintien 2 Verticaux 9 / 30 Matériel Standard Ecran d'assistance Ordinateur de Commande (Pentium IV) Système Pantographe Carte PMAC 2 Capteurs de position angulaire 2 Freins

10 Partie Réseau : Réseau Unité de traitement des données de test 10 / 30

11 1.3. Analyse du potentiel de brevetabilité. L analyse des différents points de vues du produit, ainsi que l établissement de son OTP, nous a permis de bien cerner son fonctionnement et sa composition. Nous pouvons donc maintenant plus aisément analyser son potentiel de brevetabilité. En ayant une approche systémique et par élimination en fonction de l OTP, sachant qu il est impossible de breveter les logiciels en France, le matériel standard et la matériel de réseau déjà breveté, le potentiel de brevetabilité ne peut que se situer au niveau du matériel spécifique constituant le poste de travail de l opérateur. Dans ce poste de travail, on distingue quatre sous systèmes. Etudions donc leur potentiel de brevetabilité respectif Le sous système d initialisation Ce système ne présente aucun caractère innovant. En effet, l alignement et la correction de position ne présentent aucun potentiel de brevetabilité puisqu elles s effectuent informatiquement. Par ailleurs quoi qu il en soit, la démarche de numérisation dans son ensemble ne présente aucun caractère innovant puisque déjà utilisée dans les industries pour la surveillance et la sécurité Le sous système de préhension Ce système ne présente aucun caractère innovant puisque déjà utilisé dans l industrie pour maintenir des pièces à la verticale Le sous système pantographe Ce système ne présente aucun caractère innovant puisque déjà utilisé dans l industrie sous forme de bras articulés de robot par exemple Le sous système de pointage Ce système présente un caractère innovant. En effet, pour chaque coté du circuit imprimé l utilisation combinée des moteurs verticaux et horizontaux des axes du miroir, associés à l utilisation d une source de laser fixe, projetée sur le miroir par intermittence ( allumage, temporisation d allumage, extinction, temporisation d extinction ) permet, grâce aux propriétés de persistance rétinienne et de la réflexion, de donner sur chaque coté du circuit imprimé la sensation d illuminer à la fois deux points ( à plus ou moins 0,1 mm ) délimitant une piste défectueuse, voir même la totalité d une piste. Ce procédé présente un caractère innovant dans le sens qu il pourrait aussi être utilisé pour réaliser des écritures, dessiner des figures géométriques, créer des outils de repérages spécifiques. Il y a donc dans le cas présent un fort potentiel de brevetabilité. 11 / 30

12 2. Etude de la concurrence. Micro Projet : Pré Etude de 2.1. Recherche sur Internet des produits équivalents. Nous avons recherché un dispositif permettant de faire un pointage laser, ce dispositif étant composé de miroirs se déplaçant rapidement. Nous avons donc directement écarté les dispositifs classiquement utilisés pour la localisation des erreurs de pistes des circuits imprimés, tels que les loupes simple, binoculaire, avec ou sans lumière. Nous avons aussi écarté de notre recherche les dispositifs comportant des caméras et autres capteurs CCD permettant le même résultat mais n utilisant pas la technologie du pointage laser. Nous avons tout d abord comme concurrents éventuels les produits de type «tiptilt» (Inclinaison/Basculement), qui sont des miroirs motorisés commandés permettant un déplacement rapide sur deux axes. Ce type de produit peut être intéressant à utiliser pour notre projet et entrer dans la réalisation d une partie de l invention. Figure1 - Miroir type tip-tilt Nous avons aussi les dispositifs dits de Miroirs à Déplacement Rapide. C est le cas des produits fournis par les compagnies Newport et Ball. Les miroirs à déplacement rapide (Fast Steering Mirrors, FSM) sont devenus des composants clés dans diverses applications telles que l instrumentation industrielle, l astronomie, les communications laser, les systèmes d imagerie, les installations de tests optiques expérimentaux, et les projets de recherche et développement internes. Les miroirs à rotation rapide offrent une rotation à très large bande passante selon deux axes avec une résolution inférieure au microradian. Basé sur une technologie éprouvée dans l'aéronautique, le design compact du FSM fait appel à une suspension flexible brevetée pour assurer le mouvement du miroir, induisant un unique pivot localisé juste à l arrière du centre de la face utile du miroir. La fixation flexible permet une rotation sans friction et procure une isolation thermique des composants qui génèrent de la chaleur. 12 / 30

13 Figure 2 - Fast-steering mirror de Newport technology. Figure 3 - Fast-steering mirror de Ball technology. Il existe également différents types de produits permettant le pointage laser dans des domaines d application différents tels que : Les systèmes de rotation à trois axes utilisés pour positionner des échantillons et des capteurs dans l'espace, à des fins de simulation et d'étalonnage. Les systèmes élévation / Azimut / roulis comportant des plateaux tournants, avec des moteurs repliés, une résolution de 0,001 degré, une sphère de confusion de 100 µm et une capacité de charge de 100N. Les applications incluent l'étalonnage d'antenne, le balayage d'échantillons ou la simulation 3D. 13 / 30

14 Les systèmes de grande précision à pivot central pouvant être employés pour balayer et suivre un ensemble optique à travers des cibles éloignées pour la formation d'images. Il comporte des plateaux tournants équipés de codeurs d'une précision de +/- 1 seconde d'arc, une résolution de 0,5 seconde d'arc pour une charge maximale de 100N. Enfin il existe comme concurrents les dispositifs non pas de simple pointage, mais de façonnage de matériaux au laser. Les systèmes «BAT Laser Cell» sont des dispositifs comportant : Une ligne de marquage Laser à très haute vitesse Une zone de marquage large Un laser CO2 de 25W standard Structure Cellulaire Modulable Le Transport de plaques de circuits imprimés Un temps d échange des plaques rapide Une configuration et un logiciel simple Cette recherche nous a permis de voir qu il n existe pas de dispositif exactement similaire au projet. Néanmoins une partie de ces produits possèdent des caractéristiques intéressantes permettant éventuellement leur utilisation pour notre produit. 14 / 30

15 Dessin 3 (12) (11) (10) (9) (13) (3) (6) (4) (5) (2) (1) (7) (8) 28 / 30

16 4.2. Etablissement des revendications du brevet Machine robotisée par pointage laser pour aider l opérateur à détecter plus efficacement les défauts des circuits imprimés, comportant une source laser fixe (1), un miroir (2) sur lequel sont aménagés, au coin haut gauche une liaison rotule fixée à un bâti (3), au coin haut et bas droit deux axes (4-5) respectivement reliés à une motorisation horizontale et verticale (6-7) toutes deux reliées à une carte PMAC (8), un système de préhension (9) permettant de fixer verticalement un circuit imprimé d épaisseur jusqu'à 300mm lui-même relié à un pantographe permettant au système de préhension respectivement, un mouvement vertical et un mouvement horizontal grâce à ses deux articulations (10,11) sur lesquelles sont aménagés respectivement deux capteurs angulaires (12,13) reliés à la carte PMAC (8), caractérisée en ce que, la source laser (1) reste fixe et émet par intermittence un rayon ( allumage, temporisation allumage, extinction, temporisation extinction,etc. ) qui vient réfléchir sur le miroir (2) qui bouge grâce au moteur horizontal (4) et vertical (5) de façon à pointer deux points A et B, de coordonnées différentes fournies par l ordinateur de commande à la carte de commande (8), alternativement 24 fois par seconde sur le circuit imprimé tenu compte des données concernant la position du pantographe, fournie par les capteurs (12-13) à la carte PMAC, de façon à donner l impression, grâce aux propriétés de persistance rétinienne, qu il existe de deux points fixes Abrégé du contenu technique de l invention et figures L invention concerne un système robotisé permettant à l opérateur de détecter, plus efficacement, les défauts des circuits imprimés par pointage laser. Il est constitué d une source laser (1) fixe, émettant par discontinuité un rayon venant se réfléchir sur un miroir (2) relié à une motorisation horizontale et verticale (6, 7). Une carte PMAC (8) permet de commander cette motorisation dans le but de pointer le faisceau laser sur deux points de coordonnées différentes, données par l ordinateur de commande. La position d un pantographe fournie par des capteurs de position (12, 13) et un système de préhension fixant verticalement un circuit imprimé (9), donne l impression, par l intermédiaire des propriétés de persistance rétinienne, qu il existe deux points fixes. Ce système robotisé est destiné à améliorer l ergonomie du poste de travail des opérateurs qui ont besoins d une meilleure visibilité des défauts présent sur les circuits imprimés. 29 / 30

17 CONCLUSION Ce micro projet nous a permis de mieux cerner l état d esprit d une démarche préliminaire de brevetabilité. Nous avons ainsi appris à avoir une vue systémique descendante nous permettant de localiser et d identifier, par élimination et par hypothèse, les parties novatrices et pertinentes potentiellement brevetable d un produit. Nous avons assimilé tout l intérêt et la subtilité de cette démarche nécessaire à la délivrance d un brevet. 30 / 30