JP5798026B2

JP5798026B2 - アライメントマークの検出方法およびレーザ加工装置

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Publication number: JP5798026B2
Application number: JP2011275116A
Authority: JP
Inventors: 泰延植野; 佐々木　崇; 崇佐々木
Original assignee: Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: JP2013125915A

Description

本発明は、レーザユニットからレーザ光を照射してワークを加工する際、ワークに設けられたアライメントマークを検出するアライメントマーク検出方法に関する。

プリント基板などのワークの穴明け加工において、ワークに伸縮、曲がり等の歪が発生した場合、ワークに設けられたアライメントマーク（通常、ワークの四隅に各１つ設けられている）を基準として、穴明け加工位置を補正することで、ワークに穴明け加工している。

図６は従来のレーザ加工装置全体の構成を説明する図、図７は従来のワークを積載するストッカを説明する図である。図６において、レーザ加工装置は、レーザ加工機１００と搬入部１３０の大きく２つから構成される。

レーザ加工機１００は、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光１０２を反射させるためのミラー１０３及びミラー１０４と、レーザ光１０２をｆθレンズ１０６を介してワーク１０７表面でＸ方向およびＹ方向に走査させる一対のガルバノスキャナ１０５と、ベッド１１０上に載置されワーク１０７をＸ方向（紙面に対して垂直方向）及びＹ方向（紙面に対して左右方向）へ移動させるＸＹテーブル１０８と、門型コラム１０９に載置されワーク１０７のアライメントマークを撮像するカメラ１１２と、レーザ光源１０１、ガルバノスキャナ１０５、ＸＹテーブル１０８、カメラ１１２、及び後述する搬入部１３０を制御する制御装置１１３と、から構成される。なお、レーザユニット１１１は、ミラー１０４、ガルバノスキャナ１０５、及びｆθレンズ１０６を備え門型コラム１０９の側面に載置される。

搬入部１３０は、ワーク１０７を吸着又は解放する吸着ヘッド１１６と、吸着ヘッド１１６を上昇下降させるためのリフタ１２０と、リフタ１２０が下方に固定されたスライダ１１５と、スライダ１１５を支持するガイドレール１１４と、複数のワーク１０７が位置決めピン１１９で位置決めされて積載された上下テーブル１１７と、上下テーブル１１７を上下方向に移動自在なストッカ１１８と、から構成される。

レーザ加工装置におけるアライメントマークの検出方法は、複数のワーク１０７を上下テーブル１１７上に配設された位置決めピン１１９に対して位置決めして積載し、積載されたワーク１０７を吸着ヘッド１１６で吸着し上昇させた後ＸＹテーブル１０８上の所定の位置に載置し、当該所定の位置に載置されたアライメントマークの中心座標をカメラの撮像範囲の中心座標（予め記憶装置に記憶されている）に一致させるようにＸＹテーブル１０８を駆動しワーク１０７を移動させてアライメントマークをカメラの撮像範囲内に自動的に位置決めしてからアライメントマークを撮像し、撮像されたアライメントマークの中心座標を算出している。なお、位置決めピン１１９に対して位置決めされたワーク１０７のアライメントマークの中心座標、および、当該所定の位置に載置されたアライメントマークの中心座標は、レーザ加工装置の機械原点からの座標が制御装置１１３内部に設けられた記憶装置（図示を省略）に予め記憶されている。

しかし、プリント基板などのワーク１０７の板端とアライメントマークとの距離は正確でなくバラツキがあるため、位置決めピン１０９に対してワーク１０７の板端を利用して位置決めを行っていても、予め記憶されたアライメントマークの中心座標と実際のアライメントマークの中心座標がずれることが多い。そのため、アライメントマークがカメラの撮像範囲から外れるので、アライメントマークを探索するのに煩雑な作業を必要とした。

そこで、特許文献１に記載された発明が知られている。特許文献１の技術では、基板を載置したステージを移動させて撮像装置で第１番目の撮像範囲を撮像し、通常基板四隅に各１つ設けられているアライメントマークの内の１つが第１番目の撮像範囲に存在するか判定し、アライメントマークが存在しないと判定した場合は、第１番目の撮像範囲の縦横方向に各々５倍の撮像範囲を撮像してアライメントマークの探索を行い、当該縦横方向に各々５倍の撮像範囲にアライメントマークが検出できなかった場合検出エラーと判定する。そして、１枚の基板上の残り３つのアライメントマークを同様に各々探索する。

特開平１０−０２２２０１

特許文献１の技術では、基板四隅のアライメントマークについて当該縦横方向に各々５倍の撮像範囲でアライメントマークが検出される場合、アライメントマーク座標の検出に時間を要した。また、当該縦横方向に各々５倍の撮像範囲の外側にアライメントマークの位置が外れた場合、アライメントマーク座標を検出できないためアラーム停止され加工できなかった。

本発明の目的は上記課題を解決し、ワークの板端とアライメントマークとの距離が正確でない場合でもアライメントマーク座標を短時間で、かつ確実に検出できるアライメントマークの検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するためには、搬入部を用いてワークをＸＹテーブル上へ搬入し、カメラの撮像領域内に第１のアライメントマークが配置されるように作業者が目視確認してワークを移動して第１のアライメントマークを撮像し、前記撮像された第１のアライメントマークの中心座標と第１のアライメントマークの予め記憶された中心座標との差分を第２〜４のアライメントマークの予め記憶された各中心座標に加算して第２〜４のアライメントマークの予め記憶された各中心座標を補正し、補正された第２〜４のアライメントマークの各中心座標を前記カメラの撮像領域の予め記憶された中心座標に一致させるようにワークを各々移動させて第２〜４のアライメントマークを各々１回だけ撮像して、撮像された第２〜４のアライメントマークの各中心座標を算出することを特徴とする。
これにより、ワークの板端とアライメントマークとの距離が正確でない場合でもアライメントマーク座標を短時間で、かつ確実に検出することが可能となる。

本発明により、ワークの板端とアライメントマークとの距離が正確でない場合でもアライメントマーク座標を短時間で、かつ確実に検出できる。

本発明に係る実際のアライメントマークの位置と記憶されたアライメントマークの位置との関係を示した図である。本発明に係る工程全体を表すフローチャートである。本発明に係るアライメントマーク検出処理を表すフローチャートである。本発明に係る加工処理を表すフローチャートである。本発明に係るカメラの撮像範囲内にワークの第１のアライメントマークを配置するようにワークを移動させた図である。従来のレーザ加工装置の構成図である。従来のワークを積載するストッカを説明する図である。

図１は、実際のアライメントマークの位置と、制御装置１１３に記憶されたアライメントマークの位置との関係を示した図である。原点２０１は装置の機械原点であり、基準となる座標（０、０）が記憶されている。ＸＹテーブル１０８上には鎖線で示されるワークの仮想位置２０３およびワークの仮想位置２０３に対応した第１〜４のアライメントマークの記憶された仮想位置２０４〜２０７が示される。点線で示される撮像範囲２０８はカメラ１１２の撮像可能な領域であり、予め中心座標が記憶されている。位置２１０〜２１３は搬入部１３０を用いてワーク１０７がＸＹテーブル１０８上へ載置されたときの第１〜４アライメントマークの実際の位置２１０〜２１３を示す。ワークの仮想位置２０３および第１〜４アライメントマークの仮想位置２０４〜２０７からずれているため第１のアライメントマークの実際の位置２１０が撮像範囲２０８から外れている。

なお、原点２０１の座標、アライメントマークの仮想位置２０４〜２０７の各中心座標、撮像範囲２０８の中心座標は制御装置１１３に記憶されている。

図２乃至図４は、本発明の動作を表すフローチャートであり、制御装置１１３にプログラムされている。

図２は動作全体を表すフローチャートであり、上下テーブル１１７の上方から吸着ヘッド１１６を下降させてワーク１０７を吸着し（Ｓ３０１）、ワーク１０７をＸＹテーブル１０８に搬入し（Ｓ３０２）、アライメントマーク検出処理（Ａ）を実行し（Ｓ３０３）、加工処理（Ｂ）を実行し（Ｓ３０４）、全ワークの加工が終了した場合（Ｓ３０５）は本発明のフローを終了する。

図３にアライメントマーク検出処理（Ａ）のフローチャートを、図５に作業者が目視確認して、カメラの撮像領域２０８内に搬入されたワークの第１のアライメントマーク２１０を配置するようにワークを移動させた図をそれぞれ示す。

ワーク１０７をＸＹテーブル１０８上に載置し（Ｓ４０１）、カメラの撮像領域内に第１のアライメントマークが配置されるように、作業者が目視確認してワーク１０７を移動し（Ｓ４０２）、第１のアライメントマークを撮像し（Ｓ４０３）、撮像された第１のアライメントマークの画像から第１のアライメントマークの中心座標（Ｘ_２１０、Ｙ_２１０）を算出する（Ｓ４０４）。次に、撮像された第１のアライメントマークの中心座標（Ｘ_２１０、Ｙ_２１０）から記憶された第１のアライメントマークの中心座標（Ｘ_２０４、Ｙ_２０４）を減算して差分（ＸＳ、ＹＳ）を算出し（Ｓ４０５）、第２〜４のアライメントマークの中心座標（Ｘ_２０５、Ｙ_２０５）〜（Ｘ_２０７、Ｙ_２０７）に差分（ＸＳ、ＹＳ）を各々加算して補正された第２〜４のアライメントマークの中心座標（ＸＨ_２０５、ＹＨ_２０５）〜（ＸＨ_２０７、ＹＨ_２０７）を算出する（Ｓ４０６）。第２〜４のアライメントマークの補正された各中心座標（ＸＨ_２０５、ＹＨ_２０５）〜（ＸＨ_２０７、ＹＨ_２０７）を前記カメラの撮像領域の記憶された中心座標に一致させるようにワーク１０７を移動させて第２〜４のアライメントマークを各々撮像する（Ｓ４０７）。なお、ワーク１０７は搬入部１３０を用いてＸＹテーブル１０８上へ自動的に載置されるため、第２〜４のアライメントマークがカメラの撮像範囲から外れる程に回転方向にずれて載置されることはない。したがって、第２〜４のアライメントマークは各々１回で撮像される。その後、撮像された第２〜４のアライメントマークの画像から第２〜４のアライメントマークの各中心座標（Ｘ_２１１、Ｙ_２１１）〜（Ｘ_２１３、Ｙ_２１３）を算出し（Ｓ４０８）、一連の動作を終了する。

図４は加工処理（Ａ）のフローチャートである。まず、撮像された第１〜４のアライメントマークの各中心座標（Ｘ_２１０、Ｙ_２１０）〜（Ｘ_２１３、Ｙ_２１３）の中心座標と、第１〜４のアライメントマークの記憶された各中心座標（Ｘ_２０４、Ｙ_２０４）〜（Ｘ_２０７、Ｙ_２０７）の中心座標との差分（ＸＳＳ、ＹＳＳ）を算出し、前記差分（ＸＳＳ、ＹＳＳ）を予め制御装置に記憶されている穴加工データ（穴の座標）に加算して補正し（Ｓ５０１）、補正された穴の座標をレーザ加工する（Ｓ５０２）。レーザ加工終了後、ワークを搬出し（Ｓ５０３）、加工処理を終了する。

なお、第１〜４のアライメントマークは、例えば、直径１ｍｍ〜２ｍｍの円形のマークである。カメラの撮像領域はアライメントマーク直径の１．２倍〜１．４倍の長さの辺で構成される正方形であり、アライメントマーク直径が１ｍｍの場合１．２ｍｍ角〜１．４ｍｍ角である。

以上の結果から、ワークの板端とアライメントマークとの距離が正確でない場合でもアライメントマーク座標を短時間で、かつ確実に検出できるので加工のスループットを向上させることが認められた。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種々の変形が可能で有り、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。

１００レーザ加工機
１０１レーザ光源
１０２レーザ光
１０３、１０４ミラー
１０５ガルバノスキャナ
１０６ｆθレンズ
１０７ワーク
１０８ＸＹテーブル
１０９門型コラム
１１０ベッド
１１１レーザユニット
１１２カメラ
１１３制御装置
１１４ガイドレール
１１５スライダ
１１６吸着ヘッド
１１７上下テーブル
１１８ストッカ
１１９位置決めピン
１２０リフタ
１３０搬入部
２０１原点
２０３ワークの仮想位置
２０４第１のアライメントマークの仮想位置
２０５第２のアライメントマークの仮想位置
２０６第３のアライメントマークの仮想位置
２０７第４のアライメントマークの仮想位置
２０８カメラの撮像範囲
２１０第１のアライメントマークの実際の位置
２１１第２のアライメントマークの実際の位置
２１２第３のアライメントマークの実際の位置
２１３第４のアライメントマークの実際の位置
Ｓ３０１〜Ｓ５０３処理手順

Claims

門型コラムに配置されたカメラと、
第１〜４のアライメントマークが四隅に設けられたワークをＸ方向およびＹ方向へ移動させるＸＹテーブルと、
積載された前記ワークを吸着パッドで吸着して前記ＸＹテーブル上へ搬入する搬入部と、を用いて、
第１〜４のアライメントマークの予め記憶された各中心座標を前記カメラの撮像領域の予め記憶された中心座標に一致させるようにワークを移動させ、第１〜４のアライメントマークを撮像し、撮像された第１〜４のアライメントマークの各中心座標を算出するアライメントマークの検出方法であって、
前記ワークを前記ＸＹテーブル上へ搬入し、
前記カメラの撮像領域内に第１のアライメントマークが配置されるように、作業者が目視確認してワークを移動し、
第１のアライメントマークを撮像し、撮像された第１のアライメントマークの中心座標を算出し、
前記撮像された第１のアライメントマークの中心座標と第１のアライメントマークの予め記憶された中心座標との差分を第２〜４のアライメントマークの予め記憶された各中心座標に加算して第２〜４のアライメントマークの予め記憶された各中心座標を補正し、
前記補正後の第２〜４のアライメントマークの各中心座標を前記カメラの撮像領域の予め記憶された中心座標に一致させるようにワークを各々移動させて第２〜４のアライメントマークを各々１回だけ撮像し、撮像された第２〜４のアライメントマークの各中心座標を算出する、
ことを特徴とするアライメントマークの検出方法。
請求項１記載のアライメントマークの検出方法を実行する制御手段を備えることを特徴とするレーザ加工装置。