JP2010227962A - Laser beam machining method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve laser beam machining with high accuracy by obtaining the deviation including all possible factors for generating the deviation at the laser beam application position. <P>SOLUTION: Laser beam is applied from a laser beam machine 16 to a non-machining area 20b of a workpiece 20 to form a laser beam machining trace. The difference between the coordinate position of a positioning mark provided in the non-machining area 20b and the coordinate position of the laser beam machining trace is obtained. Based on the obtained difference, the laser beam application position on the workpiece 20 is corrected, and the workpiece 20 is subjected to the laser beam machining by the laser beam machine 16. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は加工物にレーザ光を照射して加工するレーザ加工方法に関する。   The present invention relates to a laser processing method for processing by irradiating a workpiece with laser light.

レーザ加工装置において、例えば加工物を切断加工する際には、切断線に沿ってレーザ光の照射位置を移動しながら切断を行なう。加工物上でレーザ光の照射位置を移動するには、照射位置が固定されたレーザ光に対して加工物を移動する方式と、位置が固定された加工物に対してレーザ光を移動する方式とがある。   In the laser processing apparatus, for example, when cutting a workpiece, cutting is performed while moving the irradiation position of the laser beam along the cutting line. To move the irradiation position of the laser beam on the workpiece, a method of moving the workpiece with respect to the laser beam whose irradiation position is fixed and a method of moving the laser beam with respect to the workpiece whose position is fixed There is.

レーザ光に対して加工物を移動する方法では、移動可能なステージ上に加工物を載せ、ステージをXY方向に移動することにより、加工物上でレーザ照射位置を移動する。この方式では、質量の大きなステージを移動しなければならないため、ステージを精度よく移動するためには移動速度を遅くしなければならず、レーザ加工時間が長くなる。   In the method of moving the workpiece relative to the laser beam, the laser irradiation position is moved on the workpiece by placing the workpiece on a movable stage and moving the stage in the XY direction. In this method, since a stage with a large mass must be moved, in order to move the stage with high accuracy, the moving speed must be slowed down, and the laser processing time becomes long.

一方、位置が固定された加工物に対してレーザ光を移動する方式では、ガルバノミラーを用いてレーザ光を偏向することで、容易にレーザ光の照射位置を高速で移動することができる。したがって、ガルバノミラーを用いたレーザ加工装置を用いることで、レーザ加工を短時間で行なうことができる。ただし、この方式では、レーザ加工中にガルバノミラーや光学系を含むレーザ加工装置の温度が上昇して各部が熱変形し、その影響でレーザ照射位置精度が悪化するというおそれがある。   On the other hand, in the method of moving the laser beam with respect to the workpiece whose position is fixed, the irradiation position of the laser beam can be easily moved at high speed by deflecting the laser beam using a galvanometer mirror. Therefore, laser processing can be performed in a short time by using a laser processing apparatus using a galvanometer mirror. However, in this method, the temperature of a laser processing apparatus including a galvanometer mirror and an optical system rises during laser processing, and each part is thermally deformed, and the laser irradiation position accuracy may deteriorate due to the influence.

具体的には、例えば、ガルバノミラーを用いてレーザ光の照射位置を制御する場合、ガルバノミラー本体や固定治具などの温度変化による熱膨張/熱収縮によりガルバノミラーの位置が変化し、レーザの照射位置精度に影響を及ぼすおそれがある。これを防止するために、ガルバノミラーの周辺に温度センサを設けてガルバノミラーの温度を検出し、温度変化によるレーザ照射位置の変化を補正することでレーザ照射位置精度を維持することが行なわれている。また、ガルバノミラーから熱源を遠ざけてガルバノミラーの温度上昇を抑制し、なるべくレーザ照射位置が変化しないようにしている。   Specifically, for example, when the irradiation position of the laser beam is controlled using a galvanometer mirror, the position of the galvanometer mirror changes due to thermal expansion / contraction due to temperature change of the galvanometer mirror body or the fixing jig, etc. The irradiation position accuracy may be affected. In order to prevent this, a temperature sensor is provided around the galvano mirror to detect the temperature of the galvano mirror, and the laser irradiation position accuracy is maintained by correcting the change in the laser irradiation position due to the temperature change. Yes. Further, the heat source is moved away from the galvanometer mirror to suppress the temperature increase of the galvanometer mirror so that the laser irradiation position is not changed as much as possible.

そこで、ガイド用レーザ光を用いてレーザ照射位置のずれを検出し、ずれの補正量を求めてガルバノミラーの駆動部にフィードすることで、レーザ照射装置においてレーザ照射位置を補正することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Therefore, it has been proposed to correct the laser irradiation position in the laser irradiation apparatus by detecting the deviation of the laser irradiation position using the guide laser beam, obtaining the correction amount of the deviation and feeding it to the drive unit of the galvano mirror. (For example, refer to Patent Document 1).

特開昭58−224088号公報JP 58-2224088

特許文献1に開示された補正機構は、レーザ照射装置の筐体内部において補正するものであり、加工物を載置するステージやステージに対してレーザ照射装置を支持するフレームなどを含むレーザ加工装置全体の熱変形が考慮されていない。しかし、レーザ加工装置全体を考慮したレーザ照射位置補正機構を設計/製作しようとすると、高価な光電変換装置や温度センサを複数個設ける必要があり、製造コストからみて実用的ではない。また、レーザ光を制御するミラーやレンズの歪を補正するための補正機構が必要であり、この補正機構を設けることもレーザ加工装置のコストアップの要因となっている。そこで、簡単な構成で安価なレーザ照射位置補正機構の開発が要望されている。   The correction mechanism disclosed in Patent Document 1 performs correction inside the housing of the laser irradiation apparatus, and includes a stage on which a workpiece is placed, a frame that supports the laser irradiation apparatus with respect to the stage, and the like. The overall thermal deformation is not considered. However, if an attempt is made to design / manufacture a laser irradiation position correction mechanism considering the entire laser processing apparatus, it is necessary to provide a plurality of expensive photoelectric conversion devices and temperature sensors, which is not practical from the viewpoint of manufacturing cost. In addition, a correction mechanism for correcting distortion of the mirror and lens that controls the laser light is necessary, and the provision of this correction mechanism is a factor in increasing the cost of the laser processing apparatus. Therefore, development of an inexpensive laser irradiation position correction mechanism with a simple configuration is desired.

一実施形態によれば、加工物の非加工領域にレーザ加工機からレーザ光を照射してレーザ加工跡を形成し、前記非加工領域に設けられている位置決めマークの座標位置と前記レーザ加工跡の座標位置との差を求め、求めた差に基づいて加工物上のレーザ照射位置を補正して前記加工物を前記レーザ加工機でレーザ加工するレーザ加工方法が提供される。   According to one embodiment, a laser processing mark is formed by irradiating a laser beam from a laser processing machine to a non-working area of a workpiece, and the coordinate position of the positioning mark provided in the non-working area and the laser processing mark A laser processing method is provided in which a difference from the coordinate position is obtained, a laser irradiation position on the workpiece is corrected based on the obtained difference, and the workpiece is laser processed by the laser processing machine.

上述のレーザ加工方法によれば、非加工領域に実際にレーザ加工を施してそのレーザ加工跡からレーザ照射位置のずれ量が求められる。このため、レーザ照射位置にずれを生じさせる可能性のある全ての要因を含めてのずれ量を求めることができ、精度のよいレーザ加工を実現することができる。   According to the above-described laser processing method, the laser processing position is actually obtained by performing laser processing on the non-processed region, and the deviation amount of the laser irradiation position is obtained from the laser processing trace. For this reason, it is possible to obtain the amount of deviation including all factors that may cause deviation in the laser irradiation position, and it is possible to realize highly accurate laser processing.

一実施形態によるレーザ加工装置の全体構成を示す簡略図である。1 is a simplified diagram illustrating an overall configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment. 図1に示すレーザ加工装置で行われるレーザ加工工程のフローチャートである。It is a flowchart of the laser processing process performed with the laser processing apparatus shown in FIG. プラスチックシートの平面図である。It is a top view of a plastic sheet. 2台のカメラの一方で画像検出したアライメントマークとレーザ加工跡の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the alignment mark and laser processing trace which image-detected one of the two cameras. 2台のカメラのもう一方で画像検出したアライメントマークとレーザ加工跡の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the alignment mark and laser processing trace which image-detected on the other side of two cameras.

図1は一実施形態によるレーザ加工装置の全体構成を示す簡略図である。図1に示す レーザ加工装置10は、一例として、レーザ光を用いて透明なプラスチックシートをハーフカットする加工を行なう加工装置である。   FIG. 1 is a simplified diagram showing the overall configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment. As an example, the laser processing apparatus 10 shown in FIG. 1 is a processing apparatus that performs a process of half-cutting a transparent plastic sheet using a laser beam.

レーザ加工装置10は、ベース部12と、ベース部12に固定されたレーザ筐体固定部14と、レーザ筐体固定部14に支持されたレーザ加工機16とを有する。レーザ加工機16はガルバノミラーによりレーザ光を偏向しながら照射するガルバノ内蔵レーザ加工機である。   The laser processing apparatus 10 includes a base portion 12, a laser housing fixing portion 14 fixed to the base portion 12, and a laser processing machine 16 supported by the laser housing fixing portion 14. The laser beam machine 16 is a galvano built-in laser beam machine that irradiates the laser beam while deflecting it with a galvanometer mirror.

ベース部12はレーザ加工装置10の本体となる部分である。ベース部12の上に、加工物であるプラスチックシート20を載置する吸着ステージ18が配置される。吸着ステージ18はベース部12内に設けられた吸引機構(図示せず)に接続されている。吸着ステージ18上のプラスチックシートを吸引機構で吸引することで、プラスチックシートを吸着ステージ18上に固定することができる。   The base portion 12 is a portion that becomes a main body of the laser processing apparatus 10. On the base portion 12, a suction stage 18 for placing a plastic sheet 20 as a workpiece is disposed. The suction stage 18 is connected to a suction mechanism (not shown) provided in the base portion 12. By sucking the plastic sheet on the suction stage 18 with a suction mechanism, the plastic sheet can be fixed on the suction stage 18.

吸着ステージ18は、ステージ移動機構(図示せず)によりワークセット位置(図1で実線で示された位置)とレーザ加工機16からのレーザ光が照射される加工位置(図1で点線で示す位置)との間で移動可能である。吸着ステージ18の移動の制御は、ベース部12内に設けられたステージ制御装置22により行なわれる。   The suction stage 18 is moved by a stage moving mechanism (not shown) to a work set position (a position indicated by a solid line in FIG. 1) and a processing position to which the laser beam from the laser processing machine 16 is irradiated (shown by a dotted line in FIG. 1). Position). The movement of the suction stage 18 is controlled by a stage control device 22 provided in the base portion 12.

吸着ステージ18の下側には2台のカメラ24が配置されている。2台のカメラ24は、例えばCCDカメラであり、透明なガラス等で形成された吸着ステージ18上に載置された透明なプラスチックシート20に設けられた位置決めマークであるアライメントマークを透明なプラスチックシート20の裏側から撮像することができる。本実施形態では、アライメントマークはプラスチックシート20の対角線上で非加工領域内の2箇所に設けられているものとし、アライメントマークの位置に合わせて2台のカメラ24が配置されている。本実施形態では、プラスチックシート20が透明であるため、プラスチックシート20の表側に設けられたアライメントマークを裏側から撮像することができる。加工物が透明ではなくアライメントマークが加工物の表側に設けられている場合は、カメラを加工物の表側に配置すればよい。   Two cameras 24 are arranged below the suction stage 18. The two cameras 24 are, for example, CCD cameras, and an alignment mark which is a positioning mark provided on the transparent plastic sheet 20 placed on the suction stage 18 formed of transparent glass or the like is used as a transparent plastic sheet. Images can be taken from the back side of 20. In the present embodiment, it is assumed that the alignment marks are provided at two locations in the non-processed region on the diagonal line of the plastic sheet 20, and two cameras 24 are arranged in accordance with the positions of the alignment marks. In this embodiment, since the plastic sheet 20 is transparent, the alignment mark provided on the front side of the plastic sheet 20 can be imaged from the back side. When the workpiece is not transparent and the alignment mark is provided on the front side of the workpiece, the camera may be disposed on the front side of the workpiece.

カメラ24で撮像したアライメントマークの画像データは、ベース部12内に設けられた画像処理装置26に送られる。画像処理装置26は、アライメントマークの画像データを座標分析し、吸着ステージ18上でのプラスチックシート20の位置ずれを特定する。画像処理装置26で特定されたプラスチックシート20の位置ずれ量に関する情報を、レーザ加工機16に供給する。レーザ加工機16はプラスチックシート20の位置ずれ量に応じてレーザ光の照射位置を調整しながら、プラスチックシート20をレーザ加工する。   The image data of the alignment mark imaged by the camera 24 is sent to the image processing device 26 provided in the base unit 12. The image processing device 26 performs coordinate analysis on the image data of the alignment mark and specifies the positional deviation of the plastic sheet 20 on the suction stage 18. Information relating to the positional deviation amount of the plastic sheet 20 specified by the image processing device 26 is supplied to the laser processing machine 16. The laser beam machine 16 laser-processes the plastic sheet 20 while adjusting the irradiation position of the laser beam according to the positional deviation amount of the plastic sheet 20.

レーザ加工装置10の全体の動作制御は、ベース部12内に設けられた制御部28が行なう。制御部28は、例えばパーソナルコンピュータなどのコンピュータであり、上述のステージ制御装置22及び画像処理装置26も制御部28に含まれることとしてもよい。   The overall operation control of the laser processing apparatus 10 is performed by a control unit 28 provided in the base unit 12. The control unit 28 is a computer such as a personal computer, for example, and the stage control device 22 and the image processing device 26 described above may be included in the control unit 28.

なお、本実施形態では、レーザ加工機16のレーザ照射部分から加工位置に向かって広がりながら延在するダクト30が設けられている。ダクト30はプラスチックシート20の加工中に発生する煙を集めて周囲に充満しないようにするために設けられる。ダクト30で集められた煙はプラスチックシート20から離れた場所に排出される。また、ダクト30を設けることで、レーザ加工時に発生する散乱光などによるカメラ24の損傷を防止することができる。   In the present embodiment, a duct 30 that extends from the laser irradiation portion of the laser processing machine 16 toward the processing position is provided. The duct 30 is provided in order to collect smoke generated during processing of the plastic sheet 20 so as not to fill the surroundings. The smoke collected in the duct 30 is discharged to a place away from the plastic sheet 20. Further, by providing the duct 30, it is possible to prevent the camera 24 from being damaged by scattered light generated during laser processing.

また、ベース部12に表示装置32が取り付けられており、表示装置32にレーザ加工装置10の状態を表示したり、表示装置32を介して操作指令を入力したりすることができる。   Further, a display device 32 is attached to the base unit 12, and the state of the laser processing apparatus 10 can be displayed on the display device 32, and an operation command can be input via the display device 32.

次に、図1に示すレーザ加工装置10によりプラスチックシート20を加工する際のレーザ加工方法について説明する。図2はレーザ加工装置10で行われるレーザ加工工程のフローチャートである。   Next, a laser processing method when processing the plastic sheet 20 with the laser processing apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 is a flowchart of a laser processing step performed by the laser processing apparatus 10.

プラスチックシート20のレーザ加工を行なうには、まず、ステップS1において、加工物であるプラスチックシート20を作業者がレーザ加工装置10の吸着ステージ18上に載置する。このとき、吸着ステージ18はワークセット位置に移動している。プラスチックシート20が吸着ステージ18に載置されたら、吸引機構が作動してプラスチックシート20は吸着ステージ18に固定される。   In order to perform laser processing of the plastic sheet 20, first, in step S <b> 1, an operator places the plastic sheet 20 as a workpiece on the suction stage 18 of the laser processing apparatus 10. At this time, the suction stage 18 has moved to the work set position. When the plastic sheet 20 is placed on the suction stage 18, the suction mechanism is activated and the plastic sheet 20 is fixed to the suction stage 18.

次に、ステップS2において、カメラ24によりプラスチックシート20のアライメントマークを撮像しアライメントマークを画像検出する。そして、画像処理装置26はアライメントマークを含む画像データからアライメントマークの座標位置Aを求める。   Next, in step S2, the camera 24 images the alignment mark of the plastic sheet 20 and detects the alignment mark image. Then, the image processing device 26 obtains the coordinate position A of the alignment mark from the image data including the alignment mark.

続いて、ステップS3において、制御部28はアライメント処理を行なう。アライメント処理では、アライメントマークの座標位置Aに基づいてレーザ加工機16からレーザ光を照射する位置が求められる。そして、ステップS4において、制御部28はアライメントマークを検出したときの画像をメモリに格納して登録しておく。   Subsequently, in step S3, the control unit 28 performs an alignment process. In the alignment process, the position where the laser beam is irradiated from the laser processing machine 16 is obtained based on the coordinate position A of the alignment mark. In step S4, the control unit 28 stores and registers the image when the alignment mark is detected in the memory.

次に、ステップS5において、制御部28は移動機構を駆動して吸着ステージ18を加工位置に移動する。したがって、吸着ステージ18に固定されているプラスチックシート20も加工位置に移動する。そして、レーザ加工機16はレーザ光をプラスチックシート20のアライメントマークの中心を目標にして照射して、アライメントマーク上にレーザ加工跡を形成する。   Next, in step S5, the control unit 28 drives the moving mechanism to move the suction stage 18 to the processing position. Therefore, the plastic sheet 20 fixed to the suction stage 18 also moves to the processing position. Then, the laser processing machine 16 irradiates the laser beam with the center of the alignment mark of the plastic sheet 20 as a target, and forms a laser processing mark on the alignment mark.

その後、ステップS6において、制御部28は移動機構を駆動して吸着ステージ18をワークセット位置に戻し、再びアライメントマークを画像検出する。このときのアライメントマーク上又はその近傍には、後述のようにレーザ加工跡が形成されている。   Thereafter, in step S6, the control unit 28 drives the moving mechanism to return the suction stage 18 to the work set position, and again detects the alignment mark image. A laser processing trace is formed on or near the alignment mark at this time as described later.

ここで、アライメントマーク及びレーザ加工跡について、図3乃至図5を参照しながら説明する。   Here, the alignment mark and the laser processing trace will be described with reference to FIGS.

図3はプラスチックシート20の平面図である。プラスチックシート20は、レーザ加工される加工領域20aと、加工領域20aの外側で加工されない非加工領域20bとを有している。非加工領域20bはプラスチックシート20の外周部分であり、レーザ加工後に除去される部分である。   FIG. 3 is a plan view of the plastic sheet 20. The plastic sheet 20 has a processing region 20a that is laser processed and a non-processing region 20b that is not processed outside the processing region 20a. The non-processed area 20b is an outer peripheral part of the plastic sheet 20, and is a part that is removed after laser processing.

非加工領域20bにおいて、右上の隅にレーザ加工跡形成領域20cが設けられ、レーザレーザ加工跡形成領域20c内にアライメントマーク40−1が設けられている。同様に、非加工領域20bにおいて、左下の隅にもレーザ加工跡形成領域20cが設けられ、レーザ加工跡形成領域20c内にアライメントマーク40−2が設けられている。   In the non-processed region 20b, a laser processing trace forming region 20c is provided in the upper right corner, and an alignment mark 40-1 is provided in the laser laser processing trace forming region 20c. Similarly, in the non-processed area 20b, a laser processing trace forming area 20c is provided also in the lower left corner, and an alignment mark 40-2 is provided in the laser processing trace forming area 20c.

レーザ加工跡形成領域20cは後述のようにレーザ加工跡を形成するために設けられた領域である。レーザ加工領域20cには、レーザ加工跡を画像検出したときにレーザ加工跡の輪郭が明瞭になるように、レーザ加工で容易に黒色に変色するようなマーキング用材料を塗布しておくことが好ましい。そのようなマーキング用材料として、例えばモリブデン含有複合酸化物が適することが知られている。あるいは、レーザに反応しやすい材料として、含リン酸無機物、含ホウ酸無機物、酸化ビスマスなどを含有した塗料を用いることもできる。   The laser processing trace forming area 20c is an area provided for forming a laser processing trace as will be described later. The laser processing region 20c is preferably coated with a marking material that easily changes to black by laser processing so that the outline of the laser processing trace becomes clear when an image of the laser processing trace is detected. . As such a marking material, it is known that, for example, a molybdenum-containing composite oxide is suitable. Alternatively, a paint containing a phosphoric acid-containing inorganic substance, a boric acid-containing inorganic substance, bismuth oxide, or the like can also be used as a material that easily reacts to a laser.

図4は2台のカメラ24の一方で画像検出したアライメントマーク40−1とレーザ加工跡42−1の画像を示す。図5は2台のカメラ24のもう一方で画像検出したアライメントマーク40−2とレーザ加工跡42−2の画像を示す。アライメントマーク40−1,40−2は十字形状のマークであるが、画像から位置決め用の基準を求めることができるような形状であれば、例えば長方形や正方形等の他の形状やそれらの組み合わせでもよい。   FIG. 4 shows images of the alignment mark 40-1 and the laser processing trace 42-1 detected by one of the two cameras 24. FIG. 5 shows images of the alignment mark 40-2 and the laser processing trace 42-2 that have been detected on the other side of the two cameras 24. FIG. The alignment marks 40-1 and 40-2 are cross-shaped marks, but other shapes such as rectangles and squares or combinations thereof may be used as long as the positioning reference can be obtained from the image. Good.

本実施形態では、プラスチックシート20に設けられるアライメントマーク40−1は、図4(a)に示すように十字形状のマークである。図4(a)に示す画像は、ステップS2において撮像したアライメントマーク40−1の画像である。図4(b)に示す画像は、ステップS6において撮像したアライメントマーク40−1の画像である。図4(b)に示す画像中のアライメントマーク40−1上又はアライメントマーク40−1の近傍には、ステップS5においてレーザ光を照射して形成したレーザ加工跡42−1が形成されている。   In the present embodiment, the alignment mark 40-1 provided on the plastic sheet 20 is a cross-shaped mark as shown in FIG. The image shown in FIG. 4A is an image of the alignment mark 40-1 taken in step S2. The image shown in FIG. 4B is an image of the alignment mark 40-1 taken in step S6. On the alignment mark 40-1 or in the vicinity of the alignment mark 40-1 in the image shown in FIG. 4B, a laser processing mark 42-1 formed by irradiating laser light in step S5 is formed.

ここで、ステップS5においてレーザ加工する目標位置は、図4(a)の点線で示すようにレーザ加工跡42−1がアライメントマーク40−1の中心を通るように、ステップS3で登録されたアライメントマーク40−1の画像に基づいて設定される。すなわち、レーザ照射位置に誤差(ずれ)がなければ、図4(a)の点線で示す位置にレーザ加工跡が形成されるはずである。   Here, the target position for laser processing in step S5 is the alignment registered in step S3 so that the laser processing trace 42-1 passes through the center of the alignment mark 40-1 as shown by the dotted line in FIG. It is set based on the image of the mark 40-1. That is, if there is no error (shift) in the laser irradiation position, a laser processing trace should be formed at the position indicated by the dotted line in FIG.

ところが、レーザ加工機16内の光学部品に歪みがあったり、レーザ加工機16やレーザ加工機16を支持するレーザ筐体用固定部14やベース部12などに熱変形が生じていると、レーザ光を目標位置に照射することができなくなる。すなわち、レーザ光を目標位置に照射するように設定しても、図4(b)に示すように十字形のアライメントマーク40−1の中心から偏った位置にレーザ光が照射されてレーザ加工跡42−1が形成される。このときの、図4(b)に示すアライメントマーク40−1の中心とレーザ加工跡42−1の中心との間の距離D1が、レーザ照射位置のずれ量に相当する。図4において、上下方向がプラスチックシート20の縦方向に相当する。したがって、図4(b)に示すずれ量(距離D1)はプラスチックシート20の縦方向のずれ量に相当する。   However, if the optical components in the laser processing machine 16 are distorted, or if the laser processing machine 16 or the laser housing fixing part 14 that supports the laser processing machine 16 is thermally deformed, the laser beam will be lost. It becomes impossible to irradiate the target position with light. That is, even if it is set to irradiate the laser beam to the target position, the laser beam is irradiated to the position deviated from the center of the cross-shaped alignment mark 40-1 as shown in FIG. 42-1 is formed. At this time, the distance D1 between the center of the alignment mark 40-1 and the center of the laser processing mark 42-1 shown in FIG. 4B corresponds to the deviation amount of the laser irradiation position. In FIG. 4, the vertical direction corresponds to the vertical direction of the plastic sheet 20. Therefore, the shift amount (distance D1) shown in FIG. 4B corresponds to the vertical shift amount of the plastic sheet 20.

図5(a)に示す画像は、ステップS2において撮像したアライメントマーク40−2の画像である。図5(b)に示す画像は、ステップS6において撮像したアライメントマーク40−2の画像である。図5(b)に示す画像中のアライメントマーク40−2上又はアライメントマーク40−2の近傍には、ステップS5においてレーザ光を照射して形成したレーザ加工跡42−2が形成されている。   The image shown in FIG. 5A is an image of the alignment mark 40-2 captured in step S2. The image shown in FIG. 5B is an image of the alignment mark 40-2 captured in step S6. On the alignment mark 40-2 or in the vicinity of the alignment mark 40-2 in the image shown in FIG. 5B, a laser processing trace 42-2 formed by irradiating laser light in step S5 is formed.

ここで、ステップS5においてレーザ加工する目標位置は、図5(a)の点線で示すようにレーザ加工跡42−2がアライメントマーク40−2の中心を通るように、ステップS3で登録されたアライメントマーク40−2の画像に基づいて設定される。すなわち、レーザ照射位置に誤差(ずれ)がなければ、図5(a)の点線で示す位置にレーザ加工跡が形成されるはずである。   Here, the target position for laser processing in step S5 is the alignment registered in step S3 so that the laser processing trace 42-2 passes through the center of the alignment mark 40-2 as shown by the dotted line in FIG. It is set based on the image of the mark 40-2. That is, if there is no error (shift) in the laser irradiation position, a laser processing trace should be formed at the position indicated by the dotted line in FIG.

ところが、レーザ加工機16内の光学部品に歪みがあったり、レーザ加工機16を支持するレーザ筐体用固定部14やベース部12などに熱変形が生じていると、レーザ光を目標位置に照射することができなくなる。すなわち、レーザ光を目標位置に照射するように設定しても、図5(b)に示すように十字形のアライメントマーク40−1の中心から偏った位置にレーザ光が照射されてレーザ加工跡42−2が形成される。このときの、図5(b)に示すアライメントマーク40−2の中心とレーザ加工跡42−2の中心との間の距離D2が、レーザ照射位置のずれ量に相当する。図5において、左右方向がプラスチックシート20の横方向に相当する。したがって、図5(b)に示すずれ量(距離D2)はプラスチックシート20の横方向のずれ量に相当する。   However, if the optical components in the laser processing machine 16 are distorted or if the laser housing fixing part 14 or the base part 12 that supports the laser processing machine 16 is thermally deformed, the laser beam is brought to the target position. Irradiation is impossible. That is, even if the laser beam is set to irradiate the target position, as shown in FIG. 5B, the laser beam is radiated to the position deviated from the center of the cross-shaped alignment mark 40-1, and the laser processing trace is obtained. 42-2 is formed. At this time, the distance D2 between the center of the alignment mark 40-2 and the center of the laser processing mark 42-2 shown in FIG. 5B corresponds to the amount of deviation of the laser irradiation position. In FIG. 5, the left-right direction corresponds to the horizontal direction of the plastic sheet 20. Therefore, the deviation amount (distance D2) shown in FIG. 5B corresponds to the lateral deviation amount of the plastic sheet 20.

図2に戻ってレーザ加工工程の説明を続ける。ステップS6においてアライメントマークとレーザ加工跡を画像検出したら、処理はステップS7に進む。ステップS7では、画像処理装置26はレーザ加工跡の中心を画像から求め、中心の位置をレーザ走査位置として座標位置Bを求める。そして、ステップS7において、制御部28はアライメントマーク40−1及び40−2の各々に関して座標位置Aと座標位置Bの差分を求める。この差分がレーザ照射位置のずれ量を表わす距離D1,D2に相当する。   Returning to FIG. 2, the description of the laser processing step will be continued. If the alignment mark and the laser processing trace are detected in step S6, the process proceeds to step S7. In step S7, the image processing device 26 obtains the center of the laser processing trace from the image, and obtains the coordinate position B with the center position as the laser scanning position. In step S7, the control unit 28 obtains the difference between the coordinate position A and the coordinate position B for each of the alignment marks 40-1 and 40-2. This difference corresponds to the distances D1 and D2 representing the deviation amount of the laser irradiation position.

ステップS8において、制御部28はレーザ照射位置のずれ量を表わす距離D1,D2の情報をレーザ加工機16に送信する。その後、ステップS10において、吸着ステージ18が加工位置に移動してプラスチックシート20がレーザ加工位置に配置され、プラスチックシート20のレーザ加工が行われる。このときのレーザ加工は、レーザ照射位置のずれ量を表わす距離D1,D2の情報に基づいてレーザ照射位置を補正してから行われる。したがって、レーザ照射位置に位置ずれがなく精度のよいレーザ加工を行うことができる。   In step S <b> 8, the control unit 28 transmits information on the distances D <b> 1 and D <b> 2 representing the deviation amount of the laser irradiation position to the laser processing machine 16. Thereafter, in step S10, the suction stage 18 is moved to the processing position, the plastic sheet 20 is disposed at the laser processing position, and the plastic processing of the plastic sheet 20 is performed. The laser processing at this time is performed after correcting the laser irradiation position based on the information of the distances D1 and D2 representing the deviation amount of the laser irradiation position. Therefore, the laser irradiation position can be accurately performed without any positional deviation.

レーザ照射位置の補正は、距離D1に基づいて縦方向(Y方向)と、距離D2に基づいて横方向(X方向)の両方向について行うことができる。また、アライメントマークの中心線とレーザ加工跡の中心線との角度を検出することで、プラスチックシート20の回転方向(θ方向)ずれ量を求めて補正することもできる。   The correction of the laser irradiation position can be performed in both the vertical direction (Y direction) based on the distance D1 and the horizontal direction (X direction) based on the distance D2. Further, by detecting the angle between the center line of the alignment mark and the center line of the laser processing trace, the amount of deviation in the rotation direction (θ direction) of the plastic sheet 20 can be obtained and corrected.

ステップS10におけるレーザ加工が長時間続く場合は、レーザ加工の途中で上述のステップS5からステップS9までの処理を再度行なうこととしてもよい。すなわち、レーザ加工を連続して続けていると、レーザ加工を始めた時点よりもレーザ加工装置10の各部の温度が高くなるので、これに起因下レーザ照射位置のずれを補正するためにレーザ加工の途中で再度ずれ量を求めて補正するのである。   When the laser processing in step S10 continues for a long time, the above-described processing from step S5 to step S9 may be performed again during the laser processing. That is, if the laser processing is continued, the temperature of each part of the laser processing apparatus 10 becomes higher than the time when the laser processing is started. Therefore, in order to correct the deviation of the lower laser irradiation position due to this, the laser processing is performed. In the middle of the process, the amount of deviation is obtained again and corrected.

なお、上述の実施形態では、アライメントマークを2箇所に設け、一方を縦方向のずれ量を求めるために用い、他方を横方向のずれ量を求めるために使用したが、アライメントマークを必ずしも2箇所に設ける必要はない。例えば、1つのアライメントマークに対して、レーザ加工跡を縦方向と横方向に2つ形成し、1台のカメラで撮像した画像から、縦方向のずれ量と横方向のずれ量を求めることもできる。この場合、カメラも2台設ける必要はなく、1台のカメラでだけでよい。   In the above-described embodiment, the alignment marks are provided in two places, one is used for obtaining the vertical deviation amount, and the other is used for obtaining the horizontal deviation quantity. However, the alignment marks are not necessarily provided in two places. There is no need to provide it. For example, two laser processing traces are formed in the vertical direction and the horizontal direction for one alignment mark, and the vertical shift amount and the horizontal shift amount can be obtained from an image captured by one camera. it can. In this case, it is not necessary to provide two cameras, and only one camera is required.

以上のように、本実施形態によれば、非加工領域20bに実際にレーザ加工を施してそのレーザ加工跡からレーザ照射位置のずれ量が求められる。このため、レーザ照射位置にずれを生じさせる可能性のある全ての要因を含めてのずれ量を求めることができ、精度のよいレーザ加工を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, laser processing is actually performed on the non-processed region 20b, and the deviation amount of the laser irradiation position is obtained from the laser processing trace. For this reason, it is possible to obtain the amount of deviation including all factors that may cause deviation in the laser irradiation position, and it is possible to realize highly accurate laser processing.

アライメントマークはプラスチックシート20の位置決め用にもともと設けられているマークであり、レーザ照射位置補正のために特別に設けるものではない。また、カメラ24もプラスチックシート20の位置決め用にレーザ加工装置10にもともと設けられている部品であり、レーザ照射位置補正のために特別に設けるものではない。したがって、本実施形態によれるレーザ加工方法は、制御部28や画像処理装置26での制御を変更するだけで、従来のレーザ加工装置の構造を変えることなく容易に実施することができる。   The alignment mark is originally provided for positioning the plastic sheet 20 and is not specially provided for correcting the laser irradiation position. The camera 24 is also a component originally provided in the laser processing apparatus 10 for positioning the plastic sheet 20, and is not specially provided for correcting the laser irradiation position. Therefore, the laser processing method according to the present embodiment can be easily carried out without changing the structure of the conventional laser processing apparatus only by changing the control in the control unit 28 and the image processing apparatus 26.

以上の如く、本明細書は以下の事項を開示する。
(付記1)
加工物の非加工領域にレーザ加工機からレーザ光を照射してレーザ加工跡を形成し、
前記非加工領域に設けられている位置決めマークの座標位置と前記レーザ加工跡の座標位置との差を求め、
求めた差に基づいて加工物上のレーザ照射位置を補正して前記加工物を前記レーザ加工機でレーザ加工する
レーザ加工方法。
(付記2)
付記1記載のレーザ加工方法であって、
前記位置決めマークの座標位置と前記レーザ加工跡の座標位置との差を求める際、前記非加工領域を撮像して得られた画像から認識するレーザ加工方法。
(付記3)
付記2記載のレーザ加工方法であって、
前記加工物上で前記位置決めマークが設けられた領域に、加工用のレーザ光に反応して変色する材料を塗布しておくレーザ加工方法。
(付記4)
付記1記載のレーザ加工方法であって、
前記加工物上に前記位置決めマークを2つ設けておき、一方の位置決めマークを用いて前記レーザ照射位置の縦方向のずれ量を求め、他方の位置決めマークを用いて前記レーザ照射位置の横方向のずれ量を求めるレーザ加工方法。
(付記5)
付記1記載のレーザ加工方法であって、
前記位置決めマークを前記加工物の外周付近に設けるレーザ加工方法。
(付記6)
付記1記載のレーザ加工方法であって、
前記加工物をレーザ加工している途中で、
前記加工物の前記非加工領域にレーザ光を照射してレーザ加工跡を形成し、
前記非加工領域に設けられている前記位置決めマークの座標位置と再び形成した前記レーザ加工跡の座標位置との差を求め、
求めた差に基づいて前記加工物上のレーザ照射位置を補正して前記レーザ加工を続ける
レーザ加工方法。
(付記7)
ベース部に対して固定部を介して固定されたレーザ加工機と、
ベース部上に設けられ、加工物が載置され固定されるステージと、
前記ステージ上の加工物に設けられた位置決めマークを撮像するカメラと、
前記レーザ加工機、前記ステージ、及び前記カメラの動作を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、前記加工物の非加工領域にレーザ加工機からレーザ光を照射してレーザ加工跡を形成し、前記非加工領域に設けられている位置決めマークの座標位置と前記レーザ加工跡の座標位置との差を求め、求めた差に基づいて加工物上のレーザ照射位置を補正して前記加工物を前記レーザ加工機でレーザ加工するように、前記レーザ加工機、前記ステージ、及び前記カメラの動作を制御するレーザ加工装置。
As described above, the present specification discloses the following matters.
(Appendix 1)
Laser processing marks are formed by irradiating laser light from the laser processing machine to the non-processed area of the workpiece,
Find the difference between the coordinate position of the positioning mark provided in the non-processing area and the coordinate position of the laser processing trace,
A laser processing method in which a laser irradiation position on a workpiece is corrected based on the obtained difference, and the workpiece is laser processed by the laser processing machine.
(Appendix 2)
A laser processing method according to attachment 1, wherein
A laser processing method for recognizing a difference between a coordinate position of the positioning mark and a coordinate position of the laser processing mark from an image obtained by imaging the non-processing area.
(Appendix 3)
The laser processing method according to attachment 2, wherein
A laser processing method in which a material that changes color in response to a processing laser beam is applied to an area where the positioning mark is provided on the workpiece.
(Appendix 4)
A laser processing method according to attachment 1, wherein
Two positioning marks are provided on the workpiece, the vertical displacement of the laser irradiation position is obtained using one positioning mark, and the lateral position of the laser irradiation position is obtained using the other positioning mark. A laser processing method for obtaining a deviation amount.
(Appendix 5)
A laser processing method according to attachment 1, wherein
A laser processing method in which the positioning mark is provided near the outer periphery of the workpiece.
(Appendix 6)
A laser processing method according to attachment 1, wherein
While laser processing the workpiece,
A laser beam is formed by irradiating the non-processed area of the workpiece with a laser beam,
Find the difference between the coordinate position of the positioning mark provided in the non-processed area and the coordinate position of the laser processing mark that has been formed again,
A laser processing method in which the laser processing is continued by correcting the laser irradiation position on the workpiece based on the obtained difference.
(Appendix 7)
A laser beam machine fixed to the base portion via a fixed portion;
A stage provided on the base and on which the workpiece is placed and fixed;
A camera for imaging a positioning mark provided on a workpiece on the stage;
A control unit for controlling the operation of the laser processing machine, the stage, and the camera,
The control unit forms a laser processing mark by irradiating a laser beam from a laser processing machine to a non-processed area of the workpiece, and the coordinate position of a positioning mark provided in the non-processed area and the laser processing mark The laser beam machine, the stage, and the laser beam are machined so as to correct the laser irradiation position on the workpiece based on the obtained difference and laser process the workpiece with the laser beam machine. A laser processing device that controls the operation of the camera.

10 レーザ加工装置
12 ベース部
14 レーザ筐体固定部
16 レーザ加工機
18 吸着ステージ
20 プラスチックシート
20a 加工領域
20b 非加工領域
20c レーザ加工跡形成領域
22 ステージ制御装置
24 カメラ
26 画像処理装置
28 制御部
30 ダクト
32 表示装置
40−1,40−2 アライメントマーク
42−1,42−2 レーザ加工跡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser processing apparatus 12 Base part 14 Laser housing fixing | fixed part 16 Laser processing machine 18 Adsorption stage 20 Plastic sheet 20a Processing area 20b Non-processing area 20c Laser processing trace formation area 22 Stage control apparatus 24 Camera 26 Image processing apparatus 28 Control part 30 Duct 32 Display device 40-1, 40-2 Alignment mark 42-1, 42-2 Laser processing trace

Claims (5)

加工物の非加工領域にレーザ加工機からレーザ光を照射してレーザ加工跡を形成し、
前記非加工領域に設けられている位置決めマークの座標位置と前記レーザ加工跡の座標位置との差を求め、
求めた差に基づいて加工物上のレーザ照射位置を補正して前記加工物を前記レーザ加工機でレーザ加工する
レーザ加工方法。
Laser processing marks are formed by irradiating laser light from the laser processing machine to the non-processed area of the workpiece,
Find the difference between the coordinate position of the positioning mark provided in the non-processing area and the coordinate position of the laser processing trace,
A laser processing method in which a laser irradiation position on a workpiece is corrected based on the obtained difference, and the workpiece is laser processed by the laser processing machine.
請求項1記載のレーザ加工方法であって、
前記位置決めマークの座標位置と前記レーザ加工跡の座標位置との差を求める際、前記非加工領域を撮像して得られた画像から認識するレーザ加工方法。
The laser processing method according to claim 1,
A laser processing method for recognizing a difference between a coordinate position of the positioning mark and a coordinate position of the laser processing mark from an image obtained by imaging the non-processing area.
請求項2記載のレーザ加工方法であって、
前記加工物上で前記位置決めマークが設けられた領域に、加工用のレーザ光に反応して変色する材料を塗布しておくレーザ加工方法。
The laser processing method according to claim 2,
A laser processing method in which a material that changes color in response to a processing laser beam is applied to an area where the positioning mark is provided on the workpiece.
請求項1記載のレーザ加工方法であって、
前記加工物上に前記位置決めマークを2つ設けておき、一方の位置決めマークを用いて前記レーザ照射位置の縦方向のずれ量を求め、他方の位置決めマークを用いて前記レーザ照射位置の横方向のずれ量を求めるレーザ加工方法。
The laser processing method according to claim 1,
Two positioning marks are provided on the workpiece, the vertical displacement of the laser irradiation position is obtained using one positioning mark, and the lateral position of the laser irradiation position is obtained using the other positioning mark. A laser processing method for obtaining a deviation amount.
ベース部に対して固定部を介して固定されたレーザ加工機と、
ベース部上に設けられ、加工物が載置され固定されるステージと、
前記ステージ上の加工物に設けられた位置決めマークを撮像するカメラと、
前記レーザ加工機、前記ステージ、及び前記カメラの動作を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、前記加工物の非加工領域にレーザ加工機からレーザ光を照射してレーザ加工跡を形成し、前記非加工領域に設けられている位置決めマークの座標軸と前記レーザ加工跡の座標位置との差を求め、求めた差に基づいて加工物上のレーザ照射位置を補正して前記加工物を前記レーザ加工機でレーザ加工するように、前記レーザ加工機、前記ステージ、及び前記カメラの動作を制御するレーザ加工装置。
A laser processing machine fixed to the base part via a fixing part;
A stage provided on the base and on which the workpiece is placed and fixed;
A camera for imaging a positioning mark provided on a workpiece on the stage;
A control unit for controlling the operation of the laser processing machine, the stage, and the camera,
The control unit forms a laser processing trace by irradiating a laser beam from a laser processing machine to a non-processing area of the workpiece, and a coordinate axis of a positioning mark provided in the non-processing area and a coordinate of the laser processing trace The laser processing machine, the stage, and the camera so as to obtain a difference from a position, correct a laser irradiation position on the work based on the obtained difference, and laser process the work with the laser processing machine. Laser processing device that controls the operation of the machine.
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KR20210086199A (en) * 2019-12-31 2021-07-08 (주)미래컴퍼니 Laser machining system and laser machining method

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