CN1772428A - 激光加工机和激光加工方法 - Google Patents

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野本峰生
吉村和士
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Abstract

本发明的激光加工机能对排列了许多加工对象，产生了加工部位的中心坐标在加工公差内的偏差或加工对象的装载位置的偏移等的工件，进行高效率和高精度的激光加工。本发明的激光加工机具有：装载排列着许多加工对象的工件(200)；根据数控数据向XY方向移动的XY载物台(32)；设置在图像摄取工位上，具有斜向照明光学系统(17)及检测光学系统的图像摄取头(10)；设置在激光加工工位上，具有激光源(21)，根据上述图像摄取头所获得的来自各个加工对象的图像信号而获得的偏转方向控制数据，使激光束向XY方向偏转的XY光偏转器(22)及把所偏转的激光束从垂直方向入射到各加工对象中的照射透镜(23)的激光加工头(20)。

Description

激光加工机和激光加工方法
技术领域
本发明涉及在装载在数控XY工作台上的工件上，把激光照射在许多排列起来的加工对象上，进行孔加工的激光加工机和激光加工方法。
背景技术
在以往的数控激光加工机中，把要加工的孔的设计上的中心坐标预先记录在加工程序中，然后再根据这个加工程序来照射激光。(参见专利文献1-日本特开2000-343260号公报)
近年来，加工对象的小型化的进展很快，把多个加工对象收集排列在一起进行加工的情况很多。
可是，由于微小加工对象的容许加工的区域很小，由于加工部位的中心坐标在加工公差内的偏差，和加工对象放置位置的偏移等原因，常常会发生致命的加工位置偏离的情况。为此，为了确定每一个加工对象的加工位置，有一种方法是利用CCD照相机和图像处理等方式，预先对加工位置进行修正。可是，为了进行观测，在利用与激光光路同样的光路进行照明的情况下，如果加工对象的表面形状或者加工对象的背景是镜面状态，会形成正面的反射光，能把加工对象显示出来，但在加工对象没有镜面部分的情况下，就不能把加工对象显示出来，就很难对加工部位进行修正。此外，在具有方向性的加工对象上，在装载的方向不固定的情况下，就必须检测加工对象的方向，即使是用正面的反射光能显示出来的加工对象，仅通过使加工对象均匀的发光来从图像中确定其加工位置是不可能的。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种激光加工机和激光加工方法，它能对排成多排的加工对象，产生了加工部位的中心坐标在加工公差内的偏差，或者加工对象的放置位置的偏移等的工件，进行高效率而且高精度的激光加工。
为达到上述目的，本发明的激光加工机和激光加工方法的特征是，具有：
装载排列着许多加工对象的工件，根据数控数据向XY方向移动的XY载物台；设置在图像摄取工位上，具有对排列在由上述XY载物台来移动的工件上的各个加工对象进行斜向照明的斜向照明光学系统，以及接受来自由该斜向光学照明系统进行斜向照明的各加工对象的漫反射光并将其转换为图像信号的检测光学系统，获得来自上述各加工对象的图像信号的图像摄取头；设置在与上述图像摄取工位并排设置的激光加工工位上，具有发射激光束的激光光源，根据由上述图像摄取头所获得的来自各个加工对象的图像信号而获得的偏转方向控制数据，使从上述激光光源出射的激光束向XY方向偏转的XY光偏转器，以及把由该XY光偏转器所偏转的激光束，从垂直方向柄入射到各加工对象的照射透镜，把激光束从上述照射透镜照射到排列在由上述XY载物台移动的工件上的各个加工对象上以进行加工的激光加工头。
此外，本发明的激光加工机及激光加工方法的特征是，具有：装载排列着许多加工对象的工件，根据数控数据向XY方向移动的XY载物台；设置在图像摄取工位上，具有对排列在由上述XY载物台来移动的工件上的各个加工对象进行斜向照明的斜向照明光学系统，以及接受来自由该斜向光学照明系统进行斜向照明的各加工对象的漫反射光并将其转换为图像信号的检测光学系统，获得来自上述各加工对象的图像信号的图像摄取头；根据来自由该图像摄取头所获得的各加工对象的图像信号，检测以上述图像摄取头的第一光轴位置为基准的各加工对象的位置信息，把以该检测到的第一光轴位置为基准的各加工对象的位置信息，转换为以激光加工头的第二光轴为基准的各加工对象的位置信息，从而获得偏转方向控制数据的图像处理装置；设置在与上述图像摄取工位并排设置的激光加工工位上，具有出射激光束的激光光源，根据从上述图像处理装置所获得的偏转方向控制数据，使从上述激光光源出射的激光束向XY方向偏转的XY光偏转器，以及使由该XY光偏转器偏转的激光束从垂直方向入射到各加工对象的照射透镜，把激光束从上述照射透镜照射到排列在由上述XY载物台移动的工件上的各个加工对象上以进行加工的激光加工头。
此外，本发明的上述激光加工机及其方法的特征是，还具有主控制部，该主控制部在用上述激光加工头进行激光加工的过程中进行控制，把成为上述数控数据的、排列着上述工件上的许多加工对象的坐标数据分割成许多分割加工区域，在这些分割后的分割加工区域之间控制上述XY载物台使其移动，并根据上述偏转控制数据，使激光束偏转并照射在上述分割加工区域内的加工对象上。
此外，本发明的构成的特征是，在上述主控制部中，根据上述许多偏转方向控制数据，控制激光束，使其以最短的路径转向并照射在上述分割区域内的许多加工对象上。
此外，本发明的构成的特征是，在上述图像处理装置中，作为检测的加工对象的位置信息的构成，包括加工对象在平面上的方向，加工对象的有无，以及加工对象是否为残次品。
此外，本发明的构成的特征是，在上述图像处理装置中，根据用上述图像摄取头获得的来自各个加工对象的图像信号所作成的各加工对象在X方向和Y方向的灰度等级值(阶调值)的投影分布以检测各加工对象的位置信息。
此外，本发明的构成的特征在于，在上述图像摄取头的上述斜向照明光学系统中，相对于照射在上述各加工对象上的斜向照射光的光轴的入射角为50°～70°。
如上所述，按照本发明，它能实现对排成多排的加工对象，产生了加工部位的中心坐标在加工公差内的偏差，或者加工对象的放置位置的偏移等的工件，进行高效率而且高精度的激光加工。
附图说明
图1是表示本发明的工件的一个实施例的平面图；
图2是表示本发明的激光加工机的一个实施例的结构图；
图3是表示本发明的激光加工机的工作流程图的一个实施例图；
图4是表示本发明的图像摄取头，和图像处理部的工作流程图的一个实施例图；
图5是表示本发明的激光加工头的工作流程图的一个实施例图；
图6是表示本发明的图像摄取头和图像处理部的一个实施例的结构图；
图7是表示本发明的图像摄取头的原理图；
图8是由图像处理部对用本发明的图像摄取头拍摄的图像进行图像处理的模式图；
图9是表示本发明的能检测激光加工位置的加工对象的一个实施例图；
图10是表示使用本发明的斜向照明光学系统进行斜向照明过程中，从加工对象所获得的亮度平均数据图；
图11是表示本发明的激光加工机的加工程序的编制流程图的一个实施例图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的激光加工机和激光加工方法的实施例。
图1是表示作为被加工对象的工件的一个实施例图，图2是表示本发明的装有加工位置补偿机构的激光加工机的一个实施例的结构图。
首先，参照图1和图7说明作为被加工对象的工件。图1表示工件200的放大后的平面图，图7表示工件的一部分放大后的断面图。工件200是根据基准标记207之类的基准位置，将例如1mm左右见方的许多微小的芯片零件201排列布置在聚酰亚胺之类的薄片198上，并用粘接剂等将其固定，再在它上面覆盖一层保护膜199的状态。然后，需要在保护膜199上打出从各微小的芯片零件201的电极部分(焊接点部分)把安装天线用的端子引出来的孔。因此，本发明在于使用本发明的激光加工机和激光加工方法，在例如保护膜上打出用于引出上述端子的孔。
打孔加工之后，通过这个孔安装无线电用的小天线，然后通过把薄片198等切成许多微小的芯片，就完成了带天线的IC芯片。
如上所述，在工件200上可以布置许多个例如，尺寸为1mm左右见方的微小的芯片零件201。而且，激光加工是对各微小的芯片零件201的两个电极部分(焊接点部分)上的透明保护膜的加工区域202进行的。各微小的芯片零件201的加工区域202的基底，即电极部分的表面状态是非镜面，而且由于带有台阶，借助于成对的斜向照明光学系统17进行斜向照明171，可以将来自电极部分表面的漫反射光入射到物镜并利用线路传感器13进行明亮的摄像。由于芯片零件201具有如标号203那样的芯片零件的加工区域为横向放置的状态，和如标号204那样的芯片零件的加工区域为纵向放置的状态，所以，为了进行激光加工，必须检测它的纵横方向。此外，还有如标号205那样没有芯片零件201的状态，或者如标号206那样芯片零件201为缺损状态的残次品的情况，由于对这些芯片零件不进行激光加工，所以还必须识别没有芯片零件与芯片零件为残次品的情况。
另外，在工件200的端部，印刷或者刻印了例如，十字形的基准标记(对准标记)207。工件200上的基准标记207的位置，是从设计数据等得出的，是已知的。因此，从用线路传感器13进行摄像所得到的图像，通过检测出最初的基准标记207的位置，就能大致了解根据设计数据的各种图像中的芯片零件201的整体位置，从而能很容易地为能确定各个芯片零件201的检测范围进行芯片的检测处理。此外，即使是在没有基准标记207的情况下，例如，通过从输入的图像的一开始进行扫描，检测出芯片零件201的第一排或者第一行，也能了解根据设计数据的各个芯片零件201的全体的位置。
另外，本发明的激光加工机和激光加工方法，并仅限于上述工件200。
下面，参照图2说明本发明的对上述工件进行激光加工的加工机的一个实施例的结构。即，本发明的激光加工机是由下列各部分构成的：装载着工件200进行移动的载物台系统30；对排列在工件200上的加工位置进行摄像的图像摄取专用的图像摄取头10(如图2和图7所示，工件200是处于根据设计数据，在聚酰亚胺等的薄片198上，根据基准标记207等的基准位置，排列并固定着很多微小的芯片零件201，并在其上面覆盖了透明保护膜199的状态下，而加工位置220是在各微小的芯片零件201上所形成的成对的电极部分)；根据用该图像摄取头10以第一光轴为基准所拍摄的图像，计算出以第二光轴为基准的加工位置等信息(偏转方向控制数据)的图像处理专用的图像处理部100；根据用该图像处理部100所计算出的以第二光轴为基准的加工位置等信息(偏转方向控制数据)，进行激光加工的专用的激光加工头20；以及控制整体的主控制系统110。特别是，在本发明的激光加工机上，因为在工件200上布置了许多加工位置的关系，所以其结构是以既定的间隔隔开而且并排地设置有能连续地摄取图像的摄取图像专用的图像摄取头10，和能连续地进行激光加工的加工专用的激光加工头20。将图像摄取头10所设置的位置称为图像摄取工位，将激光加工头20所设置的位置称为激光加工工位。对于载物台系统30来说，它的结构可以共用于在用图像摄取头10对许多加工位置进行摄像的情况下，和用激光加工头20对许多加工位置进行激光加工的情况下。不过，载物台系统30也可以由图像摄取头10用和激光加工头20用分别构成的结构。可是，在这种情况下，在激光加工头20上就需要有对在工件200上所形成的基准标记207等的基准位置进行摄像和检测的、对准用的检测光学系统(未图示)。
载物台系统30由装载了用真空吸附放置工件200的吸附工作台31并在XY方向上移动的XY载物台32，以及对该XY载物台32进行数字控制的载物台控制器33等构成。在XY载物台32上，为了进行数控，具有检测XY载物台32的移位量(移动量)的线性标尺之类的移位检测器。
图像摄取专用的图像摄取头(摄像显微镜部分)10由成对的斜向照明光学系统17和具有线性传感器13的摄像光学系统(摄像显微镜)构成；而线性传感器13由下列各部分所构成：对来自加工位置(电极部分)220的漫反射光进行汇聚的物镜601(示于图6)；对由该物镜601汇聚的漫反射光进行成像的成像透镜(未图示)；以及接受被成像的漫反射光的CCD传感器等。另外，线性传感器103被设置在摄像位置上例如，以卤素光作为光源的斜向照明光学系统17形成的斜向照明117在工件200上以线状(细带形)照明的区域。此外，斜向照明117布置在能使工件200上的加工部分对比度最明显的角度上。
加工专用的激光加工头20由下列各部分构成：发射激光束的激光振荡器21；根据加工位置修正值数据(偏转方向控制数据)，以光轴为中心使从上述激光振荡器21出射的激光束向XY方向偏转的XY电流反射镜(XY光偏转器)22；以及对由该XY电流反射镜22向XY方向偏转后的激光束进行汇聚并使其偏转的同时，对着加工位置垂直地入射的fθ透镜(照射透镜)23。
图像处理部100由图像处理控制器101，和连接在该图像处理控制器101上，显示图像处理结果的监视器113构成；该图像处理控制器101具有输入以用线性传感器13所拍摄的，以图像摄取头10的光轴(第一光轴)为基准的图像信号的图像输入板102，并根据所输入的图像信号，实行对以激光加工头20的光轴(第二光轴)(分割加工区域的中心坐标)为基准的加工位置(特别是相对于掺入光轴间距离的设计数据(数控数据)的加工位置修正值)等信息(偏转方向盘控制数据)进行计算的图像处理。图像处理控制器101由图像输入板102输入来自线性传感器103的图像信息并进行图像处理。然后，把图像处理控制器101的检测结果转送到主控制器111中，由主控制器111对激光加工过程中的信息进行处理。例如，用于修正包括加工位置数据在内的数控数据。此外，在没有加工对象的情况下，在加工对象的形状为残次品等的情况下，就不进行激光加工等。再有，也可以把这些有关加工对象的信息提供给激光加工工艺的下一个工序，用以提高生产线的效率。
主控制部110由主监控器112、主监控器112、数控数据输入装置114和输入装置(未图示)构成；上述主监控器112在内部装有控制以设计数据为基础的XY载物台用的数控数据，根据从图像处理控制器101所获得的以激光加工头20的光轴(分割加工区域的中心坐标)为基准的加工位置(特别是相对于掺入光轴间距离的设计数据(数控数据)的加工位置修正值)等信息，按照上述激光加工程序生成数控激光加工数据，根据所生成的数控激光加工数据内的数控数据，控制载物台控制器33，对激光加工头20的激光震荡器21进行开、关等控制，并根据上述生成的数控激光加工数据内的加工位置修正值数据(偏转控制数据)，控制XY光偏转器22的XY偏转量；上述主监控器112显示激光加工机整体的运动之类的信息；上述数控数据输入装置114用于输入工件200的计算机辅助设计(CAD)等的设计数据〔在设计上，布置在工件200上的各个芯片零件201的代表点的位置坐标(包括芯片零件的X方向和Y方向的排列间距)、各芯片零件201的形状和尺寸的数据，以及各芯片零件上的电极部位的位置数据〕的例如，CAD系统等的数控数；上述输入装置(未图示)用于输入使用了图像摄取头10的图像处理程序，和控制激光加工头20用的数控激光加工程序。
另外，主计算机111把多台图像处理控制器101连接起来，还能处理从多个图像摄取头的线性传感器输入的图像。
下面，利用图3说明图2所示的激光加工机的全部工作流程。
在处理步骤301中：例如，从CAD系统等的数控数据输入装置，输入记录在根据主控制器111中的设计数据排列在对象工件200上的许多芯片零件201的例如中心位置坐标(各芯片零件的排列信息)的数控数据。由于在设计数据中包含了排列在工件200上的各个芯片零件201的代表点的坐标(包括各芯片零件的间距等等排列信息)，和各芯片零件201的形状和尺寸数据以及各芯片零件的电极部分的位置数据，所以能从排列在工件上的各个芯片零件201的代表点(角部)的位置坐标，计算出各芯片零件201的例如，中心位置坐标。结果，就能把根据工件的设计数据等控制XY载物台32用的数控数据置于主控制器111的内部。
在处理步骤302中：在图像摄取工位中，通过对形成在工件200上的基准标记207等的基准位置的图像进行摄像，检测出基准位置；根据从主计算机111发来的芯片零件离开该基准位置的排列信息的上述数控数据，借助于通过载物台控制器33对XY载物台32进行控制，在图像摄取头10的摄像视野内，对各微小的芯片零件201进行定位。此时，通过XY载物台32，例如，以线性传感器13长度方向的宽度，向Y方向行进，以线性传感器13长度方向的宽度，向X方向作直线状的往复运动，于是，线性传感器13就能摄录排列在工件200上的全部芯片零件201的图像。然后，图像处理控制器101便控制线性传感器13，输入所摄录的各芯片零件201图像。
在处理步骤303中：由图像处理控制器101在图像输入后进行图像处理，对所有的芯片零件201，检测各芯片零件201的方向，有没有芯片零件和是否为残次品，并计算在电极部分中所显示的加工位置(相对于设计数据的加工位置修正值)。图像处理控制器101由于不对XY载物台32进行控制，所以，即使在XY载物台32在工作的过程中，仍能进行图像输入和图像处理，总起来说，能使激光加工的时间高速化。
在处理步骤304中：主控制器111对于工件200上的全部芯片零件201，从图像处理控制器101输入各芯片零件201上的加工位置数据{各芯片零件201的方向，有没有芯片零件和是否为残次品，以及对于设计数据〔设计上的各芯片零件的代表点(例如，中心点)的位置坐标数据〕的加工位置修正值数据}，通过把设计数据中记载在数控数据中装有光轴之间的距离的加工位置数据，根据上述加工位置修正值数据等进行修正，在没有加工对象的位置上不进行加工，制作成加进加工对象的位置偏移量的激光加工程序。另外，在制作激光加工程序的过程中，由于图像摄取头10的光轴604与激光加工头20的光轴之间的距离通过预先进行定期测定而是已知的，所以可记载在数控数据中。因此，在各芯片零件201上，可通过移动XY载物台32，把图像摄取头的光轴的位置定位在激光加工头20的光轴的位置上。
在处理步骤305中：主控制器111，根据在设计数据中装有光轴之间距离的数据的数控数据，借助于通过载物台控制器33对XY载物台32进行控制，在激光加工头20的光轴位置上，控制光偏转器22，依次确定由决定使激光束偏转的加工范围的fθ透镜(照射透镜)23的大小所确定的被分割的分割加工区域(布置了许多芯片零件的区域)的中心坐标的位置。然后，主控制器111根据相对于各个被分割的分割加工区域的中心坐标的各芯片零件的代表点的位置坐标，按照用加工位置修正值修正后的加工位置数据(偏转方向控制数据)，通过控制XY偏转器22，使激光束的照射位置偏转以进行高精度的修正，对每一个芯片零件201上的两个电极部分上的保护膜(两个加工位置202)进行打孔加工。
接着，参照图4说明图像处理部100的详细工作流程。
在处理步骤401中：装载加工的工件。把工件200装载在XY载物台32上的吸附工作台31上。工件200由吸附工作台31来固定，不会因XY载物台32的移动而错位。指令由主控制器111发出。
在处理步骤402中：XY载物台32向图像输入位置移动。主控制器111控制XY载物台32，使排列在工件200上的各个芯片零件201移动到线性传感器13正下方的图像摄录位置上。
在处理步骤403中：摄像区域的XY载物台32开始工作。主控制器111控制XY载物台32的工作，以便能根据数控数据连续地输入工件200上的芯片零件201的全部图像。
在处理步骤404中：用线性传感器输入图像。图像处理控制器101，只要工件200进入线性传感器13的视野内，便开始图像的输入。图像从图像输入板102存储在控制器101内的图像记忆装置(未图示)中。在本实施例中，在摄像器13中虽使用线性传感器，但也可以把线性传感器13换成电视摄相机之类的面摄相机，把工件200上的许多芯片零件201一起进行图像输入。
在处理步骤405中：划出检测芯片的区域。作为检测芯片加工位置的前处理，要对芯片零件201一个个进行图像处理。图像处理控制器101，与开始输入图像的同时，就从所输入的图像中依次划出每一个芯片零件201的图像。
在处理步骤406中：进行芯片加工位置的检测处理。图像处理控制器101从图像中抽出芯片零件201，判断芯片零件201的有无，其方向和缺损，并检测芯片零件201的加工位置202。详细的处理例子将在下文中参照图8来描述。
在处理步骤407中：如果对工件200上的全部芯片零件201的图像输入和加工位置的检测结束，则图像输入结束，进行下面的处理。
在处理步骤408中：完成加工程序的制作。主控制器111从图像处理控制器101输入在处理步骤406中检测到的芯片零件201的方向和有无，缺损和加工位置信息〔相对于激光加工头20的光轴被分割的分割加工区域(由fθ透镜23的大小所确定的排列着许多芯片零件201的区域)中的每一个可能分割区域的中心坐标的多个加工位置220的位置偏移量(加工位置修正值)〕，在没有芯片零件201，或者为残次品的情况下，从数控数据中剔除加工芯片的信息以不进行激光加工。在有芯片零件201，而且不是残次品的情况下，在芯片零件的方向和加工位置数据中，以加进了芯片零件201的偏移量等的例如，将离开设计数据上的各个分割加工区域的中心坐标的正确的加工位置，作为加工位置修正值，对数控数据进行加减计算。另外，由于加工位置修正值(偏转方向控制数据)是控制激光加工头20的XY光偏转器22的值，所以，不一定对控制XY载物台32的数控数据进行加减计算。
接着，参照图5说明激光加工头20的详细工作流程。
在处理步骤501中：使XY载物台向加工位置移动。主控制器111根据数控数据使XY载物台32移动，利用光偏转器31的控制，把工件上各个分割加工区域的中心坐标定位在激光加工头20的光轴位置上。
在处理步骤502中：判断有无芯片或是否为残次品。在由处理步骤408制作而成的加工程序中，在没有芯片零件201或者为残次品的情况下，由于芯片为残次品，不进行处理步骤503的打孔加工，转移到处理步骤505。此外，在这个过程中，通过在不进行加工的芯片零件201上用有色的墨水等做出标记，从而在以后的工序中能判断它为残次品的芯片零件。
在处理步骤503中：进行激光打孔加工。在加工程序中有芯片零件201，并且在不是残次品的情况下，进行本步骤的处理。主控制器111控制激光振荡器21使其打开，出射加工激光束，根据离开分割加工区域的中心坐标的各加工区域的加工位置修正值，通过控制XY光偏转器，将上述出发的加工激光束汇聚照射在芯片零件201的两个加工区域(电极部分)202上，进行激光打孔加工。
在处理步骤504中：判断加工结束。当除了为残次品的芯片之外，在排列在工件200上的全部芯片零件201的加工区域202都进行了激光打孔加工时，便转移到处理步骤505。在还没有结束激光打孔加工的情况下，则返回处理步骤501，进行下一个芯片零件201的激光打孔加工。
在处理步骤505中：排出完成了激光加工的工件。在结束了当前的工件200的激光加工处理时，便在下一个工序中排出工件200。此时，将来自图像处理控制器101的加工位置信息和加工程序，和所排出的工件一起输出到下一个工序中，可将加工信息附加在工件200上。
如上所述，借助于在激光加工之前预先测定工件200上加工对象的位置，排除了对残次品工件进行无效的激光加工，从而能高速修正排列在工件200上的许多芯片零件201的排列位置的偏移，和各芯片零件201的加工对象的加工公差内的偏差，因而能高速并正确地对许多加工对象进行激光加工。
接着，参照图6、图7和图10，说明本发明的图像输入部分，即图像摄取头10的实施例。下面，对在本实施例中，芯片零件201的表面为镜面状态，而加工区域的基底，即电极部分的表面为非镜面状态的情况进行说明。即，如图6所示，把物镜601连接在线性传感器13上。物镜601的选择要考虑满足激光加工的精度的放大率，以及检测的视野、到工件200的距离。放大率的选定，例如，在激光加工精度能达到1μm的情况下，所选择的物镜601要能达到与线性传感器13同样的精度，即1μm/像素。斜向照明光学系统17由照射线状光的光纤603，和汇聚来自光纤603的光的聚光透镜602构成。斜向照明光学系统17布置在由两个方向与线性传感器13的光轴604形成入射角θ的位置上。所拍摄的图像可用监视器113来确认。监视器113连接在图像处理控制器101上，它用图像处理控制器101把来自线性传感器13的图像数据变换成监视器能够显示的形式后，再显示出来。两个方向的斜向照明171通过把入射角θ分别设定为工件的最佳值，就成为加工区域607的亮度相对于芯片零件606和背景605的亮度来说亮度差很大的，对比度很高的图像。这样，在检测加工位置的图像处理中，就能很容易地获得检测精度很高的处理。
下面，参照图7和图10说明能获得对比度很高的图像的理由。排列在工件200上的各个芯片零件201的表面都呈镜面状态。因此，来自斜向照明光学系统17的光701通过单向反射，光线就不会进入正上方的物镜601中。因此，在监视器113的图像605上芯片零件201则变暗。另一方面，由于加工区域202基底的表面是电极部分(焊接点部分)，呈非镜面状态，有微小的凹凸，所以，来自斜向照明光学系统17的光702便从加工区域202基底漫反射，光702的一部分便入射到物镜601中。入射到物镜601中的光量越多，在图像605中的加工区域607就越明亮。图10中，表示用本发明的斜向照明，对非镜面状态和接近镜面状态的工件(芯片零件201)所拍摄的图像的亮度数据的曲线图。把斜向照明的入射角θ每隔10°设定在20°～70°的范围内，然后输入图像，横轴表示斜向照明的入射角，纵轴表示各种入射角的图像在同一个区域中的亮度的平均值。图10曲线图的非镜面状态的亮度平均值1001，在θ为20°～40°时虽具有大致相同的亮度，但在40°以后亮度呈台阶状地增高。另一方面，接近于镜面状态的工件的亮度平均值1002，在θ为20°～40°时呈台阶状地下降，而在40°以后亮度大致相同。从曲线图来看，入射角θ在50°～70°的区域，非镜面状态1001与镜面状态1002的亮度差很大，在处理图像中就能很容易地进行非镜面状态部分1001与镜面状态部分1002的判断。根据以上所述，通过把两个方向的斜向照明的入射角θ定在50°～70°，就能为在图像处理中检测出加工位置获得适宜的图像。结果，通过计算加工区域的中心位置并将其确定为激光加工的位置，从而就可以设定相对于激光加工的加工尺寸偏差及位置偏差等的误差宽裕量最大的位置。
接着，参照图8，说明在本发明的图像处理部100中的、根据相对于激光加工头20的光轴位置，即相对于加工区域的中心坐标的设计值，检测对加工区域804、805的中心位置坐标的芯片零件的加工位置修正值，以及没有芯片零件，或者芯片零件是否为残次品的信息的、图像处理的具体实施例。由于图像摄取头10的光轴与激光加工头20的光轴之间的距离是已知的，所以，根据相对于激光加工头20的光轴位置，即分割加工区域(排列着许多芯片零件的区域)的中心坐标的设计值的加工区域804、605的中心位置坐标是已知的。因此，很明显，正如以下所说明的那样，就能以图像摄取头10的光轴为基准，根据由图像处理所测定的没有芯片零件，或者芯片零件是否为残次品的信息，以及加工区域804、605的中心位置坐标，计算出芯片零件的加工位置修正值等。
(1)从线性传感器13输入利用两个方向的斜向照明171的图像。输入的图像虽如图1所示，排列了许多芯片，但由于各个芯片零件的大概位置如先前所述可预先知道，因而，如图8的801所示，拍摄了一个芯片零件806的图像。图像数据，若以图8的输入图像801的左上角为开始点，则很容易划出用M(0、0)～M(Xn、Xn)的方式予以存储的区域并进行以下的处理。Xn是X方向的像素数，Yn是Y方向的像素数。图8是把原来应该放置成与XY轴垂直平行的芯片零件606斜着放置的例子。
(2)计算X(横)方向的亮度投影分布(灰度等级值的投影分布)。计算结果如X方向投影分布803的样子。投影分布值hx(m)是把M(m、n)～M(m、n)加在整个图8的输入图像801的图像数据(亮度的灰度等级＝0～255)的Y方向的n列上的数值。只是，m是0～Xn中的任意值。
由于加工区域804、805比芯片零件806的的表面明亮，所以X方向的投影分布如图8的803所示，呈山形形状。在芯片零件806与XY轴垂直平行地放置的情况下，加工区域804、805的变化虽呈急剧凸起的形状，但在图8的芯片零件806中，由于是斜着放置的，所以加工区域804、805的投影为从角部一点一点亮起来的山形形状。
(3)判断芯片零件的有无、缺损。在X方向投影分布的面积没有满到与芯片零件同样程度的情况下，就判断为没有芯片零件，或者芯片零件为残次品，处理结束。
(4)从阈值Th(x)检测x1、x3、x4、x6就是从X方向的投影分布803开始对芯片零件806的加工区域804、805进行特定的处理。预先设定了任意的阈值Th(x)。Th(x)使用加工区域804、805的特征量。例如，取加工区域804、805的宽度的1/2等。X方向的投影分布803的阈值Th(x)以上的位置是x1、x3、x4、x6这四个点。这表示两个加工区域804、805的X方向的两端。
(5)计算x1、x3的中点x2和x4、x6的中点x5。这就是从由(4)的处理检测出来的加工区域804、805的两端计算出加工区域804、805的X方向的中心位置的处理。由于x1、x3是加工区域804的两端，所以x1、x3的中点x2就成为加工区域804的X方向的中心。
用同样的方式，计算出加工区域805的X方向的中心位置x5。
(6)计算Y方向的亮度投影分布，Y方向也与X方向同样地计算。
(7)判断芯片零件的有无和缺损。当Y方向的投影分布的面积没有满到与芯片零件同样的程度时，就判断为没有芯片零件，或者芯片零件为残次品，结束处理。
(8)从阈值Th(y)检测出y1、y3、y4、y6。与X方向一样，计算出加工区域804、805的Y方向的端点。
(9)计算出y1、y3的中点y2，y4、y6的中点y5。与X方向一样，计算出加工区域804、805的Y方向的中心位置。
对工件200上的所有芯片零件201，都进行利用以上(1)～(9)的处理检测出的芯片零件806的加工区域804、805的中心位置的计算，通过修正激光加工用的加工位置数控数据(特别是根据相对于激光加工头20的光轴位置，即加工区域的中心坐标的设计值的加工区域804、805的中心位置坐标)，从激光加工中剔除没有芯片零件和芯片零件为残次品的部分，检测除此以外的合格的芯片零件的方向，就能在修正了倾斜之类的正确的加工区域上进行打孔加工。
下面，参照图9说明能利用本发明检测出激光加工位置的芯片零件201的实施例。即，图9(a)表示在四个角中的相对的两个角上布置了加工区域(电极部分)202的芯片零件201。图9(b)表示在与四条边中平行的两条边相接的位置上布置了加工区域(电极部分)202的芯片零件201。在如图9(b)所示与XY轴垂直角平行放置的情况下，纵向加工区域的中心位置虽相同，但在斜向放置的情况下，两个加工区域的纵向中心位置就互不相同。此时，把图8的Y方向阈值Th(y)作为能检测出加工区域两端四点(Y1、Y3、Y4、Y6)的值。
图9(c)的芯片零件201的加工区域202布置在芯片零件201的中央部分上。对于芯片零件倾斜地放置，需要进行与图9(b)同样的处理。
图9(d)的芯片零件201的加工区域202，是把图9(a)的芯片零件201斜着放置在工件200上的情形。这种芯片零件的加工区域检测方法如图6～8中所述。图9(e)的芯片零件201是把图9(b)的芯片零件切掉一块，缺了一半的情形。如图9(e)的两个加工区域中缺少了一个的情况下，由于在上述图8的X方向投影分布中的两个山形形状只有一个，所以能检测出缺损。图9(f)的芯片零件201是在图9(C)的芯片零件的加工区域202上进行了打孔加工901的芯片零件。由于在激光加工前输入了图像，虽然应该没有这样的芯片零件，但在因某种原因混入了的情况下，由于上述图8的投影分布中的山形形状部分改变，因而能够检测出来。例如，通过计算投影分布的加工区域部分的面积，与未进行打孔加工的加工区域部分的面积相比较，即使考虑面积误差，也比未进行打孔加工的加工区域的面积更小的情况下，则判断为进行了孔加工。
图9(g)的芯片零件201的加工区域202有三个，图9(h)的芯片零件201的加工区域202有四个。在加工区域202为两个以上的芯片零件上，通过用图8的图像处理检测各个加工区域的位置，也能正确地检测出各自的加工位置。此外，如图9(i)所示，在芯片零件201的形状不是四方形而是圆形的情况下，也能利用与图8的图像处理同样的处理，检测出激光加工的位置。
下面，参照图11说明编制本发明的激光加工机的加工程序的一个实施例。首先，从例如CAD系统等的数控数据输入装置114等，把记录了排列在以设计数据为基础的对象工件200上的许多芯片零件201的排列信息，以及各芯片零件201的形状和尺寸数据，还有在各芯片零件上的电极部分的位置数据的数控数据，输入主控制器111(处理步骤1101)中。再有，使用输入装置，把使用图像摄取头10的图像摄取条件(例如，摄像放大率和线性传感器13的宽度等)和激光加工头10的加工条件(例如，由fθ透镜23的大小确定的分割加工区域的尺寸)，以及图像摄取头的光轴与激光加工头的光轴之间的距离等等，输入到主控制器111中。
接着，主控制器111用图像摄取头10和图像处理部100检测出工件200上的基准标记等的基准位置，然后，根据所检测到的工件的基准位置，把所输入的数控数据的位置坐标数据转换成用于控制激光加工机的XY载物台32的XY载物台坐标系统(处理步骤1102)。此时，当使用图像摄取头10获得图像时，在使用激光加工头20进行激光加工的情况下，必须改变XY载物台32的行进方式。为此，在转换成图像摄取用的XY载物台的坐标系统的过程中，必须输入上述图像摄取条件，在转换成激光加工用的XY载物台坐标系统的过程中，必须输入上述激光加工条件和光轴之间的距离。
接着，把由图像摄取头10检测到的相对于芯片零件201的各设计数据的XY的位置偏移量(也包括方向)，加在为控制根据设计数据的XY载物台32用的数控数据上，或从其中减去，进行加工位置的修正，获得正确的加工位置的坐标(处理步骤1103)。另外，在这个阶段中，也可以通过图像摄取头10检测出各芯片零件相对于光轴的加工位置坐标，就不一定对数控数据进行加减了。
接着，在每一个由激光加工头20的fθ透镜23的大小确定的上述加工区域中，对工件200上的用根据基准位置的设计位置坐标来表示的上述数控数据的位置坐标进行分割(处理步骤1104)。确定这样分割后的每一个分割加工区域(排列着许多芯片零件201的区域)的中心坐标的位置，通过根据上述数控数据对XY载物台32进行控制来进行，而每一个分割加工区域内的激光束照射位置(偏转量)的控制，则通过能以比XY载物台32更高的速度进行控制的激光加工头20的XY光偏转器22来进行。这样，通过XY载物台32的控制来进行每一个分割加工区域上的定位，而通过激光加工头20的XY光偏转器22的控制来进行每一个分割加工区域内的激光束照射位置的定位，综合起来，就能实现高速度的控制。
接着，把在分割后的分割加工区域内的许多加工位置之间的激光束的移动路径，设定为最短(处理步骤1105)。
按照以上顺序完成使用激光加工机(激光加工头)的加工程序的制作。根据该制作成的这种加工程序，利用XY载物台32使工件200上分割而成的许多分割加工区域之间相对于激光加工头20移动，对激光加工头20而言，在分割后的分割加工区域内的许多加工位置之间，按照确定的最短的激光束的移动路径，进而根据离开所检测到的分割加工区域的中心坐标的各加工位置的加工位置修正值，控制XY光偏转器22，通过利用fθ透镜23把激光束从垂直方向照射到各个加工位置上，就能在保护膜上进行打孔加工。
如上所述，按照本实施例，通过对排列在工件上的许多加工对象及其位置进行检测和图像处理，判断在各个加工对象在平面内的朝向和各加工对象的有无，以及各加工对象是否为残次品，进而，检测出各加工对象的微小的位置偏移量，通过把这些信息反映到激光加工位置的数据中，就能实现没有加工不良和无效打孔的可靠性很高的，高效率的激光加工机及其加工方法。

Claims (20)

1.一种激光加工机，其特征在于，具有下列各部分：
装载排列着许多加工对象的工件，根据数控数据向XY方向移动的XY载物台；
设置在图像摄取工位上，具有对排列在由上述XY载物台来移动的工件上的各个加工对象进行斜向照明的斜向照明光学系统，以及接受来自由该斜向光学照明系统进行斜向照明的各加工对象的漫反射光并将其转换为图像信号的检测光学系统，获得来自上述各加工对象的图像信号的图像摄取头；
设置在与上述图像摄取工位并排设置的激光加工工位上，具有发射激光束的激光光源，根据由上述图像摄取头所获得的来自各个加工对象的图像信号而获得的偏转方向控制数据，使从上述激光光源出射的激光束向XY方向偏转的XY光偏转器，以及把由该XY光偏转器所偏转的激光束，从垂直方向柄入射到各加工对象的照射透镜，把激光束从上述照射透镜照射到排列在由上述XY载物台移动的工件上的各个加工对象上以进行加工的激光加工头。
2.一种激光加工机，其特征在于，具有下列各部分：
装载排列着许多加工对象的工件，根据数控数据向XY方向移动的XY载物台；
设置在图像摄取工位上，具有对排列在由上述XY载物台来移动的工件上的各个加工对象进行斜向照明的斜向照明光学系统，以及接受来自由该斜向光学照明系统进行斜向照明的各加工对象的漫反射光并将其转换为图像信号的检测光学系统，获得来自上述各加工对象的图像信号的图像摄取头；
根据来自由该图像摄取头所获得的各加工对象的图像信号，检测以上述图像摄取头的第一光轴位置为基准的各加工对象的位置信息，把以该检测到的第一光轴位置为基准的各加工对象的位置信息，转换为以激光加工头的第二光轴为基准的各加工对象的位置信息，从而获得偏转方向控制数据的图像处理装置；
设置在与上述图像摄取工位并排设置的激光加工工位上，具有出射激光束的激光光源，根据从上述图像处理装置所获得的偏转方向控制数据，使从上述激光光源出射的激光束向XY方向偏转的XY光偏转器，以及使由该XY光偏转器偏转的激光束从垂直方向入射到各加工对象的照射透镜，把激光束从上述照射透镜照射到排列在由上述XY载物台移动的工件上的各个加工对象上以进行加工的激光加工头。
3.如权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，它还具有主控制部，该主控制部在用上述激光加工头进行激光加工的过程中进行控制，把成为上述数控数据的、排列着上述工件上的许多加工对象的坐标数据分割成许多分割加工区域，在这些分割后的分割加工区域之间控制上述XY载物台使其移动，并根据上述偏转控制数据，使激光束偏转并照射在上述分割加工区域内的加工对象上。
4.如权利要求2所述的激光加工机，其特征在于，它还具有主控制部，该主控制部在用上述激光加工头进行激光加工的过程中进行控制，把成为上述数控数据的、排列着上述工件上的许多加工对象的坐标数据分割成许多分割加工区域，在这些分割后的分割加工区域之间控制上述XY载物台使其移动，并根据上述偏转控制数据，使激光束偏转并照射在上述分割加工区域内的加工对象上。
5.如权利要求3所述的激光加工机，其特征在于，在上述主控制部中，根据上述许多偏转方向控制数据，控制激光束，使其以最短的路径转向并照射在上述分割区域内的许多加工对象上。
6.如权利要求4所述的激光加工机，其特征在于，在上述主控制部中，根据上述许多偏转方向控制数据，控制激光束，使其以最短的路径转向并照射在上述分割区域内的许多加工对象上。
7.如权利要求2所述的激光加工机，其特征在于，在上述图像处理装置中，作为检测的加工对象的位置信息的构成，包括加工对象在平面上的方向，加工对象的有无，以及加工对象是否为残次品。
8.如权利要求2所述的激光加工机，其特征在于，在上述图像处理装置中，根据用上述图像摄取头获得的来自各个加工对象的图像信号所作成的各加工对象在X方向和Y方向的灰度等级值的投影分布以检测各加工对象的位置信息。
9.如权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，在上述图像摄取头的上述斜向照明光学系统中，相对于照射在上述各加工对象上的斜向照射光的光轴的入射角为50°～70°。
10.如权利要求2所述的激光加工机，其特征在于，在上述图像摄取头的上述斜向照明光学系统中，相对于照射在上述各加工对象上的斜向照射光的光轴的入射角为50°～70°。
11.一种激光加工方法，其特征在于，具有下列各步骤：
具有根据数控数据使装载了排列着许多加工对象的工件的XY载物台向XY方向移动的移动步骤，利用设置在图像摄取工位上的图像摄取头，利用斜向照明光学系统对排列在上述被移动的工件上的各个加工对象进行斜向照明，通过用检测光学系统接受来自该被斜向照明的加工对象的漫反射光并将其转换为图像信号，从而获得来自上述各加工对象的图像信号的图像摄取步骤；
具有根据数控数据使装载了上述工件的XY载物台向XY方向移动的移动步骤，利用设置在与上述图像摄取工位并排设置的激光加工工位上的激光加工头，根据在上述图像摄取步骤中所获得的来自各加工对象的图像信号而得到的偏转方向控制数据，用XY光偏转器使从激光光源出射的激光束向XY方向偏转，通过用照射透镜使该偏转后的激光束从垂直方向入射到排列在上述被移动的工件上的各个加工对象上以进行加工的激光加工步骤。
12.一种激光加工方法，其特征在于，这种激光加工方法具有下列各步骤：
具有根据数控数据使装载了排列着许多加工对象的工件的XY载物台向XY方向移动的移动步骤，利用设置在图像摄取工位上的图像摄取头，利用斜向照明光学系统对排列在上述移动步骤中被移动的工件上的各个加工对象进行斜向照明，通过用检测光学系统接受来自该被斜向照明的加工对象的漫反射光并将其转换为图像信号，从而获得来自上述各加工对象的图像信号的图像摄取步骤；
根据由该图像摄取步骤所获得的来自各加工对象的图像信号，检测以上述图像摄取头的第一光轴位置为基准的各加工对象的位置信息，把以该检测到的第一光轴位置为基准的各加工对象的位置信息转换为以激光加工头的第二光轴为基准的各加工对象的位置信息，从而获得偏转方向控制数据的图像处理步骤；
具有根据数控数据使装载了上述工件的XY载物台向XY方向移动的移动步骤，利用设置在与上述图像摄取工位并排设置的激光加工工位上的上述激光加工头，根据在上述图像处理步骤中所获得的偏转方向控制数据，用XY光偏转器使从激光光源出射的激光束向XY方向偏转，通过利用照射透镜使该偏转后的激光束从垂直方向入射到排列在上述被移动的工件上的各个加工对象上以进行加工的激光加工步骤。
13.如权利要求11所述的激光加工方法，其特征在于，在上述激光加工步骤中，还包含进行以下控制的步骤：把成为上述数控数据的、排列在上述工件上的许多加工对象的坐标数据分割成许多分割加工区域，在这些分割后的分割加工区域之间，控制上述XY载物台使其移动，并根据上述偏转方向控制数据，使激光束偏转并照射在上述分割加工区域内的加工对象上。
14.如权利要求12所述的激光加工方法，其特征在于，在上述激光加工步骤中，还包含进行以下控制的步骤：把成为上述数控数据的、排列在上述工件上的许多加工对象的坐标数据分割成许多分割加工区域，在这些分割后的分割加工区域之间，控制上述XY载物台使其移动，并根据上述偏转方向控制数据，使激光束偏转并照射在上述分割加工区域内的加工对象上。
15.如权利要求13所述的激光加工方法，其特征在于，在上述主控制步骤中还包括最短路径控制步骤，该步骤根据上述许多偏转方向控制数据，控制激光束以最短的路径转向并照射到上述分割区域内的许多加工对象上。
16.如权利要求14所述的激光加工方法，其特征在于，在上述主控制步骤中还包括最短路径控制步骤，该步骤根据上述许多偏转方向控制数据，控制激光束以最短的路径转向并照射到上述分割区域内的许多加工对象上。
17.如权利要求12所述的激光加工方法，其特征在于，在上述图像处理步骤中，作为检测的加工对象的位置信息的构成，包括加工对象在平面上的方向，加工对象的有无，以及加工对象是否为残次品。
18.如权利要求12所述的激光加工方法，其特征在于，在上述图像处理步骤中，根据在上述图像摄取步骤中所获得的来自各个加工对象的图像信号所作成的各加工对象在X方向和Y方向的灰度等级值的投影分布以检测各加工对象的位置信息。
19.如权利要求11所述的激光加工方法，其特征在于，在上述图像摄取步骤的斜向照明中，相对于照射在上述各加工对象上的斜向照射光的光轴的入射角为50°～70°。
20.如权利要求12所述的激光加工方法，其特征在于，在上述图像摄取步骤的斜向照明中，相对于照射在上述各加工对象上的斜向照射光的光轴的入射角为50°～70°。
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