JP5383920B2 - レーザ加工装置および基板位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の加工テーブルに対する位置ずれ量を算出するレーザ加工装置および基板位置検出方法に関する。

プリント基板などのワーク（加工対象物）を加工する装置の１つとして、ワークにレーザ光を照射して穴あけ加工などを行うレーザ加工装置（マイクロレーザ加工機）がある。このようなレーザ加工装置では、ワーク上に配置されている位置決めマークの位置を検出し、検出結果に基づいて、レーザ加工時の位置補正（位置ズレ補正）を行なっている。位置決めマークの位置を検出する際には、例えば、カメラ等を用いて位置決めマークの画像が映し出され、映し出された画像に画像処理を施すことによって位置決めマークの位置が検出される。

レーザ加工が行われるワークは、ワーク面内で伸縮が発生する場合があるので、ワークの位置決め精度を向上させるためには、位置決めマークの個数を多数にしておく必要がある。例えば、特許文献１に記載のレーザ加工装置では、位置決めマーク上にカメラを移動させ、位置決めマークの画像処理を行っている。そして、位置決めマークのズレ量（位置）を検出している。これらの処理を全ての位置決めマークについて繰り返すことにより、全ての位置決めマークの位置検出が完了する。その後、位置ズレ補正が行なわれる。

また、特許文献２に記載のレーザ加工装置では、ＸＹテーブルを移動させることによって、位置決めマークの１つをカメラの下方に移動させている。その後、カメラで位置決めマークを撮像し、画像処理装置によって撮像領域内における位置決めマークの座標を求めている。そして、ＸＹテーブルの現在位置の座標と、撮像領域内における位置決めマークの座標と、に基づいて、機械原点に対する位置決めマークのずれ量を求めている。レーザ加工装置では、複数の位置決めマークに対して、それぞれのずれ量を求めている。そして、ＮＣ装置がずれ量に基づいて、加工時における基板への加工位置指令値を補正している。

特開２０００−１７６６６６号公報 特開平１０−３２８８６３号公報

しかしながら、上記前者および後者の従来技術では、カメラを位置決めマークへ移動させて停止した後に、画像取得および画像処理を行い、その後、再びカメラを位置決めマークへ移動させるといった処理を繰り返している。このため、画像処理に要する時間は、位置決めマークの個数に比例して増加する。その結果、位置決めマークの位置検出に長時間を要するといった問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板の位置ずれ検出を短時間で行うことができるレーザ加工装置および基板位置検出方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ加工対象である基板を載置するとともに前記基板の主面と平行な面内で移動する加工テーブルと、前記基板上に設けられて前記基板上の位置検出に用いられる位置決め用マークを順番に撮像する撮像部と、前記加工テーブルが停止することなく連続的に前記撮像部が前記位置決め用マーク上に順番に移動してくるよう、前記加工テーブルへの移動指令を出力する移動指示部と、前記撮像部が前記位置決め用マーク上に移動してきた際に、前記撮像部に撮像指示を出力する撮像指示部と、前記移動指示部が前記加工テーブルへの移動指令を出力している間に、前記撮像部が撮像した前記位置決め用マークの画像に基づいて、前記位置決め用マークの位置を算出するマーク位置算出部と、前記マーク位置算出部が算出した前記位置決め用マークの位置を用いて、前記基板の前記加工テーブルに対する位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、前記基板のレーザ加工位置を、前記位置ずれ量算出部が算出した位置ずれ量で位置補正しながらレーザ加工を行うレーザ加工部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、基板の位置ずれ検出を短時間で行うことが可能になるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。 図２は、加工制御装置とＸＹテーブルの構成を示す図である。 図３は、実施の形態に係る加工位置算出部の構成を示すブロック図である。 図４は、基板の位置ずれ量算出処理手順を示すフローチャートである。 図５は、マークを撮像した画像の一例を示す図である。 図６は、マークの配置位置の一例を示す図である。 図７は、マークの撮像順序の一例を示す図である。 図８は、実施の形態における基板の位置ずれ量算出処理と、従来用いられていた基板の位置ずれ量算出処理と、の相違点を説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置および位置検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌ（パルスレーザ光）を照射することによって被加工物である基板（ワーク）４にレーザ穴あけ加工を行う装置である。本実施の形態のレーザ加工装置１００は、位置決め用マーク上へカメラ３９を移動させる処理と、位置決め用マークの画像処理（位置決め用マークの位置を算出する処理）と、を同時に行うことによって、基板４を載置した位置の位置ずれ量を算出する。

レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器１と、基板４のレーザ加工を行うレーザ加工部３と、加工制御装置２と、を備えている。レーザ発振器１は、レーザ光Ｌを発振し、レーザ加工部３に送出する。レーザ加工部３は、ガルバノミラー３５Ｘ，３５Ｙ、ガルバノスキャナ３６Ｘ，３６Ｙ、集光レンズ（ｆθレンズ）３４、ＸＹテーブル（加工テーブル）３０、カメラ３９を備えている。

ガルバノスキャナ３６Ｘ，３６Ｙは、レーザ光Ｌの軌道を変化させて基板４への照射位置を移動させる機能を有しており、レーザ光Ｌを基板４に設定された各加工エリア内で２次元的に走査する。ガルバノスキャナ３６Ｘ，３６Ｙは、レーザ光ＬをＸ−Ｙ方向に走査するために、ガルバノミラー３５Ｘ，３５Ｙを所定の角度に回転させる。

ガルバノミラー３５Ｘ，３５Ｙは、レーザ光Ｌを反射して所定の角度に偏向させる。ガルバノミラー３５Ｘは、レーザ光ＬをＸ方向に偏向させ、ガルバノミラー３５Ｙは、レーザ光ＬをＹ方向に偏向させる。

集光レンズ３４は、テレセントリック性を有した集光レンズである。集光レンズ３４は、レーザ光Ｌを基板４の主面に対して垂直な方向に偏向させるとともに、レーザ光Ｌを基板４の加工位置（穴位置Ｈｘ）に集光（照射）させる。

基板４は、プリント配線板などの加工対象物であり、複数の穴あけ加工が行なわれて貫通穴が形成される。基板４は、例えば、銅箔（導体層）、樹脂（絶縁層）、銅箔（導体層）の３層構造をなしている。

ＸＹテーブル３０は、基板４を載置するとともに、後述するモータ４２Ｘ，４２Ｙの駆動によってＸＹ平面内を移動する。これにより、ＸＹテーブル３０は、基板４を面内方向に移動させる。

ＸＹテーブル３０を移動させることなくガルバノ機構の動作（ガルバノスキャナ３６Ｘ，３６Ｙの移動）によってレーザ加工が可能な範囲（走査可能領域）が加工エリア（スキャンエリア）である。レーザ加工装置１００では、ＸＹテーブル３０をＸＹ平面内で移動させた後、ガルバノスキャナ３６Ｘ，３６Ｙによってレーザ光Ｌを２次元走査する。ＸＹテーブル３０は、各加工エリアの中心が集光レンズ３４の中心直下（ガルバノ原点）となるよう順番に移動していく。ガルバノ機構は、加工エリア内に設定されている各穴位置Ｈｘが順番にレーザ光Ｌの照射位置となるよう動作する。ＸＹテーブル３０による加工エリア間の移動とガルバノ機構による加工エリア内でのレーザ光Ｌの２次元走査とが、基板４内で順番に行なわれていく。これにより、基板４内の全ての穴位置Ｈｘが全てレーザ加工される。

カメラ（撮像部）３９は、レーザ光Ｌを基板４に照射する加工ヘッド（図示せず）の近傍に配置されている。カメラ３９は、基板４に予め設けられている複数の位置決め用のマーク（以下、マーク６という）を撮像し、撮像した画像を加工制御装置２に送る。本実施の形態では、カメラ３９を基板４上で移動させながらカメラ３９がマーク６の画像を撮像する。このため、カメラ３９は、シャッタ機能などによって、画像を短時間で取得する。

マーク６は、基板４の伸縮などによって生じる基板４の位置ずれを補正するためのアライメントマークである。カメラ３９の位置は固定されており、レーザ加工装置１００では、ＸＹテーブル３０が基板４の位置を移動させることによって、カメラ３９と基板４との間の相対位置を変化させている。なお、以下では説明の便宜上、カメラ３９の位置を移動させることによって、カメラ３９と基板４との間の相対位置が変化するものとして、レーザ加工装置１００の動作を説明する場合がある。

加工制御装置２は、レーザ発振器１およびレーザ加工部３に接続されており（図示せず）、レーザ発振器１およびレーザ加工部３を制御する。加工制御装置２は、マーク６の実際の位置（検出結果）と、機械原点（ＸＹテーブル３０上の基準位置）に対するマーク６の予想位置（位置ずれが無い場合の理論値）と、の差（後述の位置ずれ量２０８）に基づいて、基板４のレーザ加工位置（座標）を補正する。換言すると、加工制御装置２は、カメラ３９によるマーク位置の検出結果に基づいて位置ずれ量２０８を算出し、位置ずれ量２０８を補正するよう基板４のレーザ加工位置を制御する。

加工制御装置２は、基板４をレーザ加工する際には、加工プログラムに設定されたレーザ加工条件をレーザ発振器１とレーザ加工部３に指示する。また、加工制御装置２は、基板４をレーザ加工する前に、マーク６の検出位置に基づいて、基板４面内の位置ずれ量２０８を算出しておく。本実施の形態の加工制御装置２は、マーク６を撮像する際に、カメラ３９（ＸＹテーブル３０）の移動を停止させることなく、カメラ３９を順番にマーク６上に移動させる。そして、加工制御装置２は、カメラ３９をＸＹ平面内で移動させながら、カメラ３９がマーク６上に来た際に、カメラ３９によってマーク６を撮像する。これにより、加工制御装置２は、カメラ３９の移動処理と、マーク６の撮像画像を用いた画像処理（マーク６の位置を算出する処理）と、を同時に行う。

加工制御装置２は、コンピュータなどによって構成されており、レーザ発振器１やレーザ加工部３をＮＣ（Numerical Control）制御等によって制御する。加工制御装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えて構成されている。加工制御装置２がレーザ発振器１やレーザ加工部３を制御する際には、ＣＰＵが、ユーザによる入力部（図示せず）からの入力によって、ＲＯＭ内に格納されている加工プログラムを読み出してＲＡＭ内のプログラム格納領域に展開して各種処理を実行する。この処理に際して生じる各種データは、ＲＡＭ内に形成されるデータ格納領域に一時的に記憶される。これにより、加工制御装置２は、レーザ発振器１およびレーザ加工部３を制御する。

つぎに、加工制御装置２とＸＹテーブル３０の構成について説明する。図２は、加工制御装置とＸＹテーブルの構成を示す図である。加工制御装置２は、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙに接続されており、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙは、それぞれモータ４２Ｘ，４２Ｙに接続されている。また、モータ４２Ｘ，４２Ｙは、それぞれエンコーダ４３Ｘ，４３Ｙに接続されるとともに、ＸＹテーブル３０に接続されている。

加工制御装置２は、ＸＹテーブル３０のＸ方向の位置を制御するための制御信号（Ｘ方向制御指令）をサーボアンプ４１Ｘに出力する。また、加工制御装置２は、ＸＹテーブル３０のＹ方向の位置を制御するための制御信号（Ｙ方向制御指令）をサーボアンプ４１Ｙに出力する。サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙは、それぞれ加工制御装置２から送られてくるＸ方向制御指令、Ｙ方向制御指令を増幅してモータ４２Ｘ，４２Ｙに送る。

モータ４２Ｘは、ＸＹ平面内（基板４の主面に平行な面内）で、Ｘ方向制御指令に応じた位置（Ｘ座標）にＸＹテーブル３０を移動させる。また、モータ４２Ｙは、ＸＹ平面内で、Ｙ方向制御指令に応じた位置（Ｙ座標）にＸＹテーブル３０を移動させる。

ＸＹテーブル３０は、ＸＹテーブル３０のＸ方向の位置（座標）を検出するリニアスケール４０Ｘと、ＸＹテーブル３０のＹ方向の位置を検出するリニアスケール４０Ｙと、を具備している。リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙは、検出したＸＹテーブル３０のＸＹ平面内での位置（以下、テーブル位置１０１という）を加工制御装置２に送る。テーブル位置１０１は、カメラ３９に対するＸＹテーブル３０の相対位置を示す情報である。

なお、リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙは、ＸＹテーブル３０の近傍に配置してもよいし、ＸＹテーブル３０とは異なる別の位置に配置してＸＹテーブル３０とは別構成としてもよい。

エンコーダ４３Ｘ，４３Ｙは、モータ４２Ｘ，４２Ｙおよび加工制御装置２に接続されている。エンコーダ４３Ｘは、モータ４２Ｘの状態（Ｘ方向制御指令に応じた動作状態）を検出し、検出結果を加工制御装置２に送る。また、エンコーダ４３Ｙは、モータ４２Ｙの状態（Ｙ方向制御指令に応じた動作状態）を検出し、検出結果を加工制御装置２に送る。

カメラ３９は、基板４上に配置されたマーク６を撮像し、撮像した画像を加工制御装置２に送る。加工制御装置２は、加工位置算出部２０を有している。加工位置算出部２０は、カメラ３９が撮像したマーク６の画像、リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙが測定したテーブル位置１０１などに基づいて、基板４の位置（ＸＹ平面内での座標）（以下、基板座標２０１という）を算出する。加工位置算出部２０は、ＸＹテーブル３０の移動速度と、ＸＹテーブル３０の移動に伴う基板４の位置ずれ量Ｇと、の対応関係（後述の基板位置ずれ情報１５１）を用いて、基板座標２０１を補正する。

加工位置算出部２０は、基板座標２０１を補正した後の基板座標２０２がマーク６の座標となった際に、カメラ３９にマーク６の画像を撮像させ、撮像した画像に基づいて、マーク６の座標（後述するマーク座標２０５）を算出する。加工位置算出部２０は、ＸＹテーブル３０の移動速度と、マーク６の撮像指令が出力されてから実際にマーク６が撮像されるまでに要する時間と、の対応関係を用いて、マーク座標２０５を補正する。加工位置算出部２０は、マーク座標２０５の補正によって得られたマーク座標２０６と、マーク６の加工プログラム上の座標（後述のマーク位置情報１５２）と、の差を、基板４の位置ずれ量２０８として算出する。加工位置算出部２０は、マーク６毎に基板４の位置ずれ量２０８を算出する。加工制御装置２は、加工位置算出部２０が算出した基板４の位置ずれ量２０８に基づいて、基板４へのレーザ加工位置を補正する。

つぎに、加工位置算出部２０の構成について説明する。図３は、実施の形態に係る加工位置算出部の構成を示すブロック図である。加工位置算出部２０は、移動指令出力部２１、速度算出部２２、テーブル位置入力部２３、基板位置算出部２４、撮像指令出力部２５、画像入力部２６、画像処理部２７、座標補正部２８、位置ずれ量算出部２９、基板位置ずれ情報記憶部Ｍ１、加工プログラム記憶部Ｍ２、撮像所要時間記憶部Ｍ３を備えている。

基板位置ずれ情報記憶部Ｍ１は、ＸＹテーブル３０の移動速度と、ＸＹテーブル３０の移動に伴う基板４の位置ずれ量Ｇと、の対応関係を示す基板位置ずれ情報１５１を記憶するメモリなどである。基板位置ずれ情報１５１は、基板位置算出部２４によって読み出される。

加工プログラム記憶部Ｍ２は、基板４のレーザ加工や位置ずれ検出に用いる加工プログラムを記憶するメモリなどである。加工プログラム記憶部Ｍ２が記憶する加工プログラムには、マーク６の位置（基板４内での座標）を示すマーク位置情報１５２が含まれている。マーク位置情報１５２は、移動指令出力部２１、撮像指令出力部２５によって読み出される。

撮像所要時間記憶部Ｍ３は、マーク６の撮像指令が出力されてから、カメラ３９がマーク６の画像を撮像するまでに要する時間を、撮像所要時間情報１５３として記憶するメモリなどである。撮像所要時間情報１５３は、座標補正部２８によって読み出される。

移動指令出力部２１は、ＸＹテーブル３０上の基準位置に対する基板４の原点座標と、マーク位置情報１５２と、に基づいて、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙに制御指令（Ｘ方向制御指令、Ｙ方向制御指令）を出力する。Ｘ方向制御指令、Ｙ方向制御指令は、それぞれ基板４のＸ方向の移動量、Ｙ方向の移動量を指示する情報である。

移動指令出力部２１は、基板４上に配置された各マーク６に対し、カメラ３９が順番にマーク６上を通過するよう、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙに制御指令を出力する。移動指令出力部２１は、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙに出力する制御指令を、速度算出部２２にも送る。

速度算出部２２は、移動指令出力部２１が出力する制御指令に基づいて、ＸＹテーブル３０の移動速度を算出する。速度算出部２２は、算出した移動速度を、テーブル移動速度Ｔｖとして基板位置算出部２４および座標補正部２８に送る。テーブル位置入力部２３は、リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙから送られてくるＸＹテーブル３０の位置（テーブル位置１０１）を入力し、基板位置算出部２４に送る。

基板位置算出部２４は、時々刻々と変化するテーブル位置入力部２３からのテーブル位置１０１と、ＸＹテーブル３０上の基準位置に対する基板４の原点座標と、に基づいて、基板座標２０１を算出する。基板４やＸＹテーブル３０は、剛性を有している。このため、カメラ３９と基板４上との間の実際の相対位置と、リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙで検出されたテーブル位置１０１に基づいて算出した基板座標２０１と、の間には、位置ずれ（基板４の位置ずれ）が生じている。この位置ずれ量Ｇｖを算出するため、本実施の形態では、基板位置ずれ情報記憶部Ｍ１内の基板位置ずれ情報１５１に基づいて、基板座標２０１が補正され、基板座標２０２が算出される。

基板位置算出部２４は、テーブル移動速度Ｔｖと、基板位置ずれ情報１５１と、に基づいて、ＸＹテーブル３０の移動速度に対応する基板４の位置ずれ量Ｇｖを算出する。基板位置算出部２４は、算出した基板４の位置ずれ量Ｇｖを、基板座標２０１に加算することによって、基板座標２０２を算出する。基板位置算出部２４は、算出した基板座標２０２を、基板４の位置として撮像指令出力部２５に送る。

撮像指令出力部２５は、マーク位置情報１５２と、基板位置算出部２４が算出した基板４の位置と、に基づいて、カメラ３９に撮像指令を出力する。撮像指令出力部２５は、カメラ３９がマーク６上に到達したタイミングで、カメラ３９に撮像指令を出力する。

画像入力部２６は、カメラ３９で撮像されたマーク６の画像を入力して画像処理部２７に送る。画像処理部２７は、マーク６の画像に基づいて、マーク６の重心位置を算出する。画像処理部２７は、算出した重心位置をマーク座標２０５として、座標補正部２８に送る。

座標補正部２８は、撮像所要時間情報１５３と、速度算出部２２からのテーブル移動速度Ｔｖと、に基づいて、マーク座標２０５を補正し、これによりマーク座標２０６を算出する。具体的には、座標補正部２８は、撮像所要時間情報１５３と、テーブル移動速度Ｔｖと、に基づいて、ＸＹテーブル３０の移動速度に応じたマーク座標２０５の位置ずれ量を算出する。座標補正部２８は、算出した位置ずれ量をマーク座標２０５に加算することによって、マーク座標２０６を算出する。座標補正部２８は、マーク６毎にマーク座標２０６を算出する。座標補正部２８は、算出したマーク座標２０６を位置ずれ量算出部２９に送る。

位置ずれ量算出部２９は、マーク座標２０６と加工プログラム（マーク位置情報１５２）に基づいて算出されるマーク６の理想座標と、の差を、基板４の位置ずれ量２０８として算出する。位置ずれ量算出部２９は、マーク６毎に位置ずれ量２０８を算出する。位置ずれ量算出部２９は、算出した位置ずれ量２０８を、加工プログラム記憶部Ｍ２に記憶させる。

つぎに、レーザ加工装置１００による基板４の位置ずれ量算出処理（マーク位置検出処理）の処理手順について説明する。図４は、レーザ加工装置による基板の位置ずれ量算出処理手順を示すフローチャートである。

レーザ加工装置１００のＸＹテーブル３０上にレーザ加工対象の基板４が載置された後、加工位置算出部２０は、基板４の位置ずれ量（理想値からのずれ量）の算出処理を開始する。

移動指令出力部２１は、加工プログラム記憶部Ｍ２から加工プログラム内のマーク位置情報１５２を読み出す。移動指令出力部２１は、マーク位置情報１５２に基づいて、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙに制御指令を出力する。本実施の形態では、カメラ３９の動作や画像処理部２７による画像処理に関わらず、カメラ３９の移動が停止することなく順番にマーク６上を通過するよう、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙに制御指令が出力される。これにより、カメラ３９はマーク６上を停止することなく順番に移動する。移動指令出力部２１は、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙに出力する制御指令を、速度算出部２２にも送る。

速度算出部２２は、移動指令出力部２１が出力する制御指令に基づいて、ＸＹテーブル３０の移動速度を算出する。速度算出部２２は、算出した移動速度を、テーブル移動速度Ｔｖとして基板位置算出部２４に送る。

リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙは、ＸＹテーブル３０が移動すると、ＸＹテーブル３０の位置を検出して、テーブル位置入力部２３に送る。テーブル位置入力部２３は、リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙから送られてくるＸＹテーブル３０の位置をテーブル位置１０１として入力し、基板位置算出部２４に送る。

基板位置算出部２４は、時々刻々と変化するテーブル位置入力部２３からのテーブル位置１０１に基づいて、基板座標２０１を算出する。さらに、基板位置算出部２４は、テーブル移動速度Ｔｖと、基板位置ずれ情報１５１と、に基づいて、ＸＹテーブル３０の移動速度に対応する基板４の位置ずれ量Ｇｖを算出する。基板位置算出部２４は、算出した基板４の位置ずれ量Ｇｖを、基板座標２０１に加算することによって、カメラ３９と基板４上との間の相対位置である基板座標２０２を算出する。これにより、基板位置算出部２４は、ＸＹテーブル３０がＸ方向およびＹ方向の同時に移動するようなコーナ部のマーク６に対しても基板４の正確な位置を算出することができる。基板位置算出部２４は、算出した基板座標２０２を、基板４の位置として撮像指令出力部２５に送る。

撮像指令出力部２５は、マーク位置情報１５２と、基板位置算出部２４が算出した基板座標２０２と、に基づいて、マーク６の位置（撮像位置）までの距離を算出する（ステップＳ１０）。

撮像指令出力部２５は、カメラ３９がマーク位置に到達したか否かを判断する（ステップＳ２０）。撮像指令出力部２５は、基板座標２０２がマーク６の座標と同じ座標になると、カメラ３９がマーク位置に到達したと判断する。

撮像指令出力部２５は、カメラ３９がマーク位置に到達していないと判断すると（ステップＳ２０、Ｎｏ）、マーク６の撮像位置までの距離算出を続行する（ステップＳ１０）。撮像指令出力部２５は、カメラ３９がマーク位置に到達したと判断すると（ステップＳ２０、Ｙｅｓ）、カメラ３９に撮像指令を出力する。これにより、カメラ３９は、マーク６を撮像する（ステップＳ３０）。カメラ３９は、移動しながらマーク６を撮像するので、カメラ３９はマーク６を撮像できる程度の十分な光量（照明）を用いてマーク６を撮像する。

カメラ３９は、撮像した画像を画像入力部２６に送る。画像入力部２６は、カメラ３９で撮像されたマーク６の画像を入力して画像処理部２７に送る。画像処理部２７は、画像入力部２６から送られてくる画像の画像処理を行う（ステップＳ４０）。具体的には、画像処理部２７は、マーク６の画像に基づいて、マーク６の特徴量（例えば、マーク６の重心位置）を算出する。画像処理部２７は、算出した重心位置をマーク座標２０５として、座標補正部２８に送る。

座標補正部２８は、画像処理の結果を補正することによって、マーク位置を算出する（ステップＳ５０）。具体的には、座標補正部２８は、撮像所要時間情報１５３と、テーブル移動速度Ｔｖと、に基づいて、マーク座標２０５を補正し、これによりマーク位置としてのマーク座標２０６を算出する。

マーク座標２０６を算出するため、座標補正部２８は、撮像所要時間情報１５３と、テーブル移動速度Ｔｖと、に基づいて、ＸＹテーブル３０の移動速度に応じたマーク座標２０５の位置ずれ量を算出する。そして、算出した位置ずれ量をマーク座標２０５に加算することによって、マーク座標２０６を算出する。

図５は、マークを撮像した画像の一例を示す図である。マーク６は、基板４の伸縮などが原因で画像８の中心部８１と、マーク６の重心６１とが、重なるとは限らない。本実施の形態では、カメラ３９の視野中心である中心部８１と、マーク６の重心６１と、の位置ずれ量がマーク座標２０５として算出される。さらに、この位置ずれ量２０５が、撮像所要時間情報１５３に基づいて補正され、これによりマーク座標２０６が算出される。

ここで、マーク６の配置位置とマーク６の撮像順序について説明する。図６は、マークの配置位置の一例を示す図である。図７は、マークの撮像順序の一例を示す図である。図６および図７では、基板４を上面から見た図を示している。

図６に示すように、マーク６は、基板４上の４つの頂点近傍や、加工穴が形成される加工穴領域（加工穴パターン）５の周辺部近傍（加工穴領域の外側）などに形成しておく。図６では、基板４上に複数の加工穴領域５が設定され、各加工穴領域５の周辺部近傍に、４つずつのマーク６が配置されている場合を示している。

図７では、マーク６を、マーク６１〜６８の順番で撮像する場合を示している。例えば、基板４上の左上の頂点近傍に配置されたマーク６１が撮像された後、このマーク６１に最も近い１つ目の加工領域５の近傍に配置されたマーク６２が撮像される。さらに、１つ目の加工穴領域５の周辺に配置されたマーク６３、マーク６４、マーク６５が順番に撮像される。

つぎに、１つ目の加工穴領域５の隣に配置された２つ目の加工穴領域５の周辺に配置されたマーク６６、マーク６７、マーク６８が順番に撮像される。マーク６は、カメラ３９の移動距離が短くなる所定の順番に従って順に撮像される。

座標補正部２８は、マーク６毎にマーク座標２０６を算出する。座標補正部２８は、算出したマーク座標２０６を位置ずれ量算出部２９に送る。位置ずれ量算出部２９は、マーク座標２０６とマーク６の加工プログラム上の座標（マーク位置情報１５２）と、の差を、基板４の位置ずれ量２０８として算出する。位置ずれ量算出部２９は、算出した位置ずれ量２０８を、加工プログラム記憶部Ｍ２に記憶させる。

撮像指令出力部２５は、マーク位置情報１５２と、基板位置算出部２４が算出した基板座標２０２と、に基づいて、全てのマーク６に対してカメラ３９に撮像指令を出力したか否かを判断する。換言すると、全てのマーク６を撮像したか否かが判断される（ステップＳ６０）。

撮像指令出力部２５は、全てのマーク６に対してカメラ３９に撮像指令を出力していなければ（ステップＳ６０、Ｎｏ）、次のマーク６に対してステップＳ１０〜Ｓ５０の処理を行う。撮像指令出力部２５は、全てのマーク６に対してカメラ３９に撮像指令を出力するまで、ステップＳ１０〜Ｓ５０の処理を繰り返す。

撮像指令出力部２５は、全てのマーク６に対してカメラ３９に撮像指令を出力すると（ステップＳ６０、Ｙｅｓ）、レーザ加工装置１００は、マーク６への撮像処理を終了する。これにより、各加工穴領域５に設定された全てのマーク６がカメラ３９によって撮像される。マーク６は、基板４上の種々の位置に配置されているので、加工位置算出部２０が各マーク６上での基板４の位置ずれ量２０８を算出することによって、基板４における位置ずれ量２０８の面内分布を算出することが可能となる。

このように、本実施の形態では、ＸＹテーブル３０への移動指令の出力処理と、マーク６の画像処理とを、それぞれ独立して行っている。換言すると、移動指令出力部２１の動作（ＸＹテーブル３０の移動）と、画像処理部２７の動作とを、それぞれ独立させている。

ここで、本実施の形態における基板４の位置ずれ量算出処理と、従来用いられていた基板４の位置ずれ量算出処理と、の相違点について説明する。図８は、実施の形態における基板の位置ずれ量算出処理と、従来用いられていた基板の位置ずれ量算出処理と、の相違点を説明するための図である。

図８の（１）に示すように、従来は、ＸＹテーブル３０の移動７１の後、ＸＹテーブル３０の移動を停止７２させ、その後、マーク６の画像処理７３を行っていた。従来、基板４の位置ずれ量を算出する際には、移動７１、停止７２、画像処理７３が順番に繰り返される。このため、ＸＹテーブル３０の移動７１と移動７１の間にＸＹテーブル３０の停止７２とマーク６の画像処理７３とが行われることとなる。このため、基板４の位置ずれ量算出処理には、マーク６の個数と同じ回数分だけ、停止７２と画像処理７３の時間が必要となる。したがって、マーク６の個数が増加すると、停止７２が増大し、生産性が落ちてしまう。

一方、本実施の形態では、図８の（２）に示すように、ＸＹテーブル３０を停止させることなくＸＹテーブル３０の移動７１を連続して行っている。さらに、ＸＹテーブル３０を移動させながら、マーク６の画像処理７３を行っている。換言すると、ＸＹテーブル３０を移動させながら、マーク画像の取得と画像処理（特徴量抽出）を行っている。このように、本実施の形態では、移動７１のタスクと画像処理７３のタスクを別にしているので、移動７１の間に画像処理７３を実行することが可能となる。

このため、位置検出を行うマーク６の個数が増加しても、マーク６の特徴量抽出に要する時間は増大せず、ＸＹテーブル３０の移動に要する時間が増加するにすぎない。したがって、停止７２、画像処理７３の処理時間を削減することが可能となるので、タクト時間を短縮することが可能となる。これにより、本実施の形態では、従来の方法よりも短時間で基板４の位置ずれ量を算出することが可能となり、生産性を落とすことなく基板４をレーザ加工することが可能となる。

位置ずれ量算出部２９が、全てのマーク６の位置ずれ量２０８を、加工プログラム記憶部Ｍ２に記憶させた後、加工制御装置２は、基板４のレーザ加工を開始する。基板４のレーザ加工を行う際、加工制御装置２は、加工位置算出部２０が算出した基板４の位置ずれ量２０８に基づいて、基板４へのレーザ加工位置を補正する。

具体的には、移動指令出力部２１は、加工プログラム記憶部Ｍ２から、加工プログラムと位置ずれ量２０８を読み出す。そして、移動指令出力部２１は、加工プログラムに設定されている加工穴Ｈｘの座標を、加工穴Ｈｘの位置ごとに位置ずれ量２０８に基づいて補正する。そして、補正後の加工穴Ｈｘの座標に対応する移動指令をサーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙに出力する。これにより、加工穴Ｈｘの座標が基板４の位置ずれ量に応じた位置だけ補正されながら、加工穴Ｈｘのレーザ加工が行われる。

基板４の位置ずれ量の算出は、基板４をＸＹテーブル３０に載置する度に行われる。換言すると、基板４をレーザ加工する際には、基板４がＸＹテーブル３０に載置されて基板４の位置ずれ量が算出され、基板４がレーザ加工される。そして、次の基板４をレーザ加工する際には、次の基板４がＸＹテーブル３０に載置されて次の基板４の位置ずれ量が算出される。これにより、レーザ加工装置１００では、ＸＹテーブル３０上への基板４の載置、基板４の位置ずれ量の算出処理、基板４へのレーザ加工が繰り返される。

なお、レーザ加工装置１００は、リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙを用いることなく基板座標２０１を算出してもよい。この場合、モータ４２Ｘ，４２Ｙへの指令値と、モータ４２Ｘ，４２Ｙの実際の回転数と、の差である偏差情報（ドループ量）を用いて、基板座標２０１が算出される。

具体的には、基板位置算出部２４が、移動指令出力部２１から出力される制御指令の積算値（合計値）から前記偏差情報を減算することによって、テーブル位置１０１が算出される。モータ４２Ｘ，４２Ｙへの指令値は、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙへの制御指令に対応している。また、モータ４２Ｘ，４２Ｙの実際の回転数は、エンコーダ４３Ｘ，４３Ｙによって検出される。したがって、偏差情報は、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙへの制御指令の現在値と、エンコーダ４３Ｘ，４３Ｙで検出される回転数（現在値）との差である。ＸＹテーブル３０の移動速度は、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙへの制御指令に応じて変化するので、偏差情報もＸＹテーブル３０の移動速度に応じて変化することとなる。したがって、偏差情報を用いて算出される基板座標２０１もＸＹテーブル３０の移動速度に応じて変化することとなる。

リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙを用いて基板座標２０１を算出する場合には、エンコーダ４３Ｘ，４３Ｙが不要であり、偏差情報を用いて基板座標２０１を算出する場合には、リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙが不要となる。

また、マーク座標２０５からマーク座標２０６への補正は、撮像所要時間情報１５３とテーブル移動速度Ｔｖを用いた補正に限らない。例えば、テーブル移動速度Ｔｖに応じたマーク座標２０５からマーク座標２０６への座標補正量を、予め所定のデータベースなどに格納しておいてもよい。この場合、撮像所要時間情報１５３とテーブル移動速度Ｔｖを用いて、予めテーブル移動速度Ｔｖに応じた座標補正量を算出しておく。

また、撮像所要時間情報１５３にカメラ３９のシャッタスピードを含めてもよい。また、撮像指令出力部２５は、カメラ３９のシャッタスピードを考慮して、少し早めにカメラ３９に撮像指令を出力してもよい。また、カメラ３９は、１つに限らず複数配置してもよい。この場合、複数のカメラ３９によって複数のマーク６が同時に撮像される。また、基板４（ＸＹテーブル３０）の移動は、等速度運動であってもよいし、不等速度運動であってもよい。

基板４の移動が等速度運動の場合、基板座標２０１から基板座標２０２への補正が容易になる。また、基板４の移動が等速度運動の場合、マーク座標２０５からマーク座標２０６への補正が容易になる。

また、ＸＹテーブル３０の移動速度は、サーボアンプ４１Ｘ，４１Ｙへの制御指令に基づいて算出する場合に限らず、実際にＸＹテーブル３０の移動速度を直接測定することによって求めてもよい。

このように実施の形態によれば、各マーク６への移動処理を行いながら、マーク６を撮像した画像の画像処理（マーク６の位置を算出する処理）を行うので、ＸＹテーブル３０に載置された基板４の位置ずれ検出を短時間で行うことが可能になる。

また、基板位置ずれ情報１５１とテーブル移動速度Ｔｖを用いて基板座標２０１を基板座標２０２に補正するので、正確な基板４上の位置を算出することができる。したがって、正確な基板４上の位置でマーク６の画像を撮像することが可能となる。

また、撮像所要時間情報１５３とテーブル移動速度Ｔｖを用いてマーク座標２０５をマーク座標２０６に補正するので、正確なマーク６の位置を算出することが可能となる。したがって、基板４の位置ずれを正確に算出することが可能となる。

また、モータ４２Ｘ，４２Ｙへの指令値と、モータ４２Ｘ，４２Ｙの実際の回転数と、の差である偏差情報（ドループ量）を用いて、基板座標２０１を算出する場合には、リニアスケール４０Ｘ，４０Ｙが不要となるので、簡易な構成で基板座標２０１を算出することが可能となる。

以上のように、本発明に係るレーザ加工装置および基板位置検出方法は、基板の加工テーブルに対する位置ずれ量の算出に適している。

１ レーザ発振器
２ 加工制御装置
３ レーザ加工部
４ 基板
５ 加工穴領域
６ マーク
２０ 加工位置算出部
２１ 移動指令出力部
２２ 速度算出部
２３ テーブル位置入力部
２４ 基板位置算出部
２５ 撮像指令出力部
２６ 画像入力部
２７ 画像処理部
２８ 座標補正部
２９ 位置ずれ量算出部
３０ ＸＹテーブル
３９ カメラ
４０Ｘ，４０Ｙ リニアスケール
４３Ｘ，４３Ｙ エンコーダ
１００ レーザ加工装置
Ｌ レーザ光
Ｍ１ 基板位置ずれ情報記憶部
Ｍ２ 加工プログラム記憶部
Ｍ３ 撮像所要時間記憶部

Claims (5)

1. レーザ加工対象である基板を載置するとともに前記基板の主面と平行な面内で移動する加工テーブルと、
   前記基板上に設けられて前記基板上の位置検出に用いられる位置決め用マークを順番に撮像する撮像部と、
   前記加工テーブルが停止することなく連続的に前記撮像部が前記位置決め用マーク上に順番に移動してくるよう、前記加工テーブルへの移動指令を出力する移動指示部と、
   前記撮像部と前記基板との間の相対位置を、前記加工テーブルの位置に基づいて算出する基板位置算出部と、
   前記撮像部が前記位置決め用マーク上に移動してきた際に、前記基板位置算出部が補正した前記相対位置に基づいて、前記撮像部に撮像指示を出力する撮像指示部と、
   前記移動指示部が前記加工テーブルへの移動指令を出力している間に、前記撮像部が撮像した前記位置決め用マークの画像に基づいて、前記位置決め用マークの位置を算出するマーク位置算出部と、
   前記マーク位置算出部が算出した前記位置決め用マークの位置を用いて、前記基板の前記加工テーブルに対する位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、
   前記基板のレーザ加工位置を、前記位置ずれ量算出部が算出した位置ずれ量で位置補正しながらレーザ加工を行うレーザ加工部と、
   を備え、
   前記基板位置算出部は、前記加工テーブルの移動速度に応じて変化する前記加工テーブルと前記基板との間の位置ずれ量を、前記加工テーブルの移動速度に基づいて算出し、算出した位置ずれ量を用いて前記相対位置を補正することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記加工テーブルの位置を検出するリニアスケールをさらに備え、
   前記基板位置算出部は、前記リニアスケールが検出した前記加工テーブルの位置に基づいて前記相対位置を算出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記加工テーブルを移動させるモータと、
   前記モータの回転数を検出するエンコーダと、
   をさらに備え、
   前記基板位置算出部は、前記加工テーブルへの移動指令に対応する前記モータへの制御指令、前記エンコーダによる検出結果および前記加工テーブルへの移動指令の積算値を用いて前記相対位置を算出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 前記撮像指示を出力してから前記位置決め用マークの画像が撮像されるまでに要する時間と、前記加工テーブルの移動速度と、に基づいて、前記マーク位置算出部が算出した前記位置決め用マークの位置を補正する位置補正部をさらに備え、
   前記位置ずれ量算出部は、前記位置補正部が補正した位置決め用マークの位置を用いて、前記基板の前記加工テーブルに対する位置ずれ量を算出することを特徴とする請求項１，３，４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
5. レーザ加工対象である基板を載置するとともに前記基板の主面と平行な面内で移動する加工テーブルと、前記基板上に設けられて前記基板上の位置検出に用いられる位置決め用マークを順番に撮像する撮像部と、を備えたレーザ加工装置が、前記加工テーブルが停止することなく連続的に前記撮像部が前記位置決め用マーク上に順番に移動してくるよう、前記加工テーブルへの移動指令を出力する移動指示ステップと、
   前記加工テーブルの移動速度に応じて変化する前記加工テーブルと前記基板との間の位置ずれ量を、前記加工テーブルの移動速度に基づいて算出し、算出した位置ずれ量を用いて前記相対位置を補正する相対位置補正ステップと、
   前記撮像部が前記位置決め用マーク上に移動してきた際に、補正された前記相対位置に基づいて、前記撮像部に撮像指示を出力する撮像指示ステップと、
   前記加工テーブルへの移動指令が出力されている間に、前記撮像部が撮像した前記位置決め用マークの画像に基づいて、前記位置決め用マークの位置を算出するマーク位置算ステップと、
   算出された前記位置決め用マークの位置を用いて、前記基板の前記加工テーブルに対する位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出ステップと、
   を含むことを特徴とする基板位置検出方法。

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