JP6048124B2 - Laser processing equipment - Google Patents

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本発明は、画像解析を用いたエッジ(外形)検出により加工対象物の位置検出を行うレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that detects the position of a processing object by detecting an edge (outer shape) using image analysis.

一般的なレーザ加工装置では、画像解析によるエッジ検出を行うものが知られている。
例えば特許文献1には、照明光を複数方向から照射させることによりエッジ位置(加工対象物の外形位置)を検出して被測定物(基板)の位置ずれを補正することが記載されている。
また、特許文献2には、被測定物の背後からバックライトによる照明を行い撮影した画像に基づいて被測定物の外形を検出することも知られている。
さらに、特許文献3には、校正用治具(基準球)の背後に反射板を設けた状態で基準球の画像測定を行うことが記載されている。この場合、背後に配置された反射板によって基準球上方からの照明光が散乱され、基準球のエッジを明確に特定できるようになっている。したがって、オフセット位置を正確に算出できることが記載されている。
As a general laser processing apparatus, one that performs edge detection by image analysis is known.
For example, Patent Document 1 describes that an edge position (an outer shape position of an object to be processed) is detected by irradiating illumination light from a plurality of directions to correct a position shift of the object to be measured (substrate).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-26883 also discloses that the outer shape of the object to be measured is detected on the basis of an image captured by performing illumination with a backlight from behind the object to be measured.
Furthermore, Patent Document 3 describes that image measurement of a reference sphere is performed in a state where a reflector is provided behind a calibration jig (reference sphere). In this case, the illumination light from above the reference sphere is scattered by the reflector disposed behind, so that the edge of the reference sphere can be clearly identified. Therefore, it is described that the offset position can be accurately calculated.

特許第3795820号公報Japanese Patent No. 3795820 特許第4312474号公報Japanese Patent No. 431474 特許第4791118号公報Japanese Patent No. 4791118

ところが、画像解析によるエッジ検出を行う場合には、照明光の回り込みによって正確なエッジの判定が難しく、加工対象物の正確な位置検出を行うことが困難である。
また、特許文献2に示すようなバックライトを、例えばレーザ加工装置に適用した場合においては、加工位置で観察を行う際にバックライトを損傷させてしまうおそれがあり、加工位置以外で観察を行う際には、加工位置と観察位置との正確な相対位置の確認が必要となり、作業性が低下することとなる。
さらに、特許文献3のように反射板を設ける場合においても、照明光の回り込みを回避するためには、反射板を加工対象物に近づけて配置することが必要となる。また、加工対象物の背後に反射板を配置した場合、加工対象物の加工時に反射板が汚れたり、反射板に傷が付いたりすることがある。この場合、反射板による照明光の反射率が低下することから、得られる画像の輝度差(コントラスト)が小さくなり、加工対象物のエッジ位置の判定が不安定になるおそれがある。このため、加工対象物の位置を正確に把握できなくなり、加工対象物の加工精度の低下に繋がることがある。
However, when performing edge detection by image analysis, it is difficult to accurately determine the edge due to the wrapping of illumination light, and it is difficult to accurately detect the position of the workpiece.
Further, when a backlight as shown in Patent Document 2 is applied to, for example, a laser processing apparatus, there is a risk of damaging the backlight when observing at a processing position, and observation is performed at a position other than the processing position. In this case, it is necessary to confirm the exact relative position between the processing position and the observation position, and workability is reduced.
Further, even when a reflector is provided as in Patent Document 3, it is necessary to dispose the reflector close to the object to be processed in order to avoid the wraparound of illumination light. In addition, when a reflector is disposed behind the object to be processed, the reflector may become dirty or the reflector may be damaged when the object to be processed is processed. In this case, since the reflectance of the illumination light by the reflecting plate is reduced, the brightness difference (contrast) of the obtained image becomes small, and the determination of the edge position of the processing object may become unstable. For this reason, it becomes impossible to grasp | ascertain the position of a process target object correctly, and it may lead to the fall of the process precision of a process target object.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、画像解析によるエッジ検出において、加工対象物の位置を高精度に検出することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of detecting the position of a processing object with high accuracy in edge detection by image analysis.

本発明は、レーザビームを加工対象物に照射するレーザ照射手段と、前記加工対象物を保持した状態で移動可能なステージ手段と、画像解析を用いたエッジ検出により加工対象物の位置検出を行うエッジ検出手段とを備えるレーザ加工装置であって、前記エッジ検出手段は、画像撮影用の撮像手段と、前記撮像手段の撮像範囲を照明する照明手段と、前記撮像手段との間に加工対象物を介在させた状態に配置し前記照明手段の照明光を反射して該加工対象物をその背後から照射する反射板と、前記撮像範囲における前記反射板の表面を新生面に配置可能な反射面清浄化機構と、前記撮像手段により得られた画像から前記加工対象物のエッジ位置を検出する画像処理手段とを備え、前記反射面清浄化機構は、前記反射板を移動させることにより前記新生面を前記撮像手段の撮像範囲に配置する移動機構によって構成されていることを特徴とする。 The present invention detects the position of a workpiece by laser irradiation means for irradiating a workpiece with a laser beam, stage means movable while holding the workpiece, and edge detection using image analysis. A laser processing apparatus including an edge detection unit, wherein the edge detection unit includes an imaging unit for capturing an image, an illumination unit that illuminates an imaging range of the imaging unit, and an object to be processed between the imaging unit. A reflecting plate that is disposed in a state of interposing, reflecting the illumination light of the illuminating means and irradiating the object to be processed from behind, and a reflecting surface cleaning capable of arranging the surface of the reflecting plate in the imaging range on a new surface and mechanism, and an image processing means for detecting an edge position of the workpiece from an image obtained by the imaging means, the reflecting surface cleaning mechanism, by moving the reflecting plate It has the serial fresh surface is constituted by a moving mechanism arranged in the imaging range of the imaging unit, characterized in Rukoto.

本発明のレーザ加工装置においては、反射面清浄化機構によって反射板の汚れ等が付着した表面部分を新生面に差し換えることにより、反射板による照明光の反射率を維持することができ、撮像された画像の加工対象物以外の部位の輝度が低下するのを防止することができる。これにより、高コントラストの画像が得られ、加工対象物の位置を高精度に検出することが可能となる。   In the laser processing apparatus of the present invention, the reflectance of the illumination light by the reflector can be maintained by replacing the surface portion on which the dirt or the like of the reflector is attached by the reflecting surface cleaning mechanism, and the image is captured. It is possible to prevent the luminance of the part other than the processed object of the image from being lowered. As a result, a high-contrast image can be obtained, and the position of the processing object can be detected with high accuracy.

の場合、反射板の汚れが付着した表面部分を撮像範囲から退避移動させるとともに、汚れが付着していない新生面を撮像範囲に配置することで、反射板による照明光の反射率を維持することができる。
また、前記反射面清浄化機構は、前記反射板に付着した汚れを拭き取るクリーニング機構によっても構成することができる。
In this case, the surface portion contamination of the reflector is attached retracts moved from the imaging range, by arranging a new surface dirt do not adhere to the imaging range, to maintain the reflectance of illumination light by the reflection plate Can do.
The reflecting surface cleaning mechanism can also be configured by a cleaning mechanism that wipes off dirt adhering to the reflecting plate.

本発明のレーザ加工装置は、アライメント調整毎に前記反射板にアライメントマークを形成するアライメントマーク描画手段が設けられており、前記アライメントマーク描画手段により形成された最新のアライメントマークの位置と前記画像処理手段により検出された加工対象物のエッジ位置とに基づいて、前記加工対象物の加工位置を算出する構成とされていることを特徴とする。   The laser processing apparatus of the present invention is provided with alignment mark drawing means for forming an alignment mark on the reflector for each alignment adjustment, and the position of the latest alignment mark formed by the alignment mark drawing means and the image processing The processing position of the processing object is calculated based on the edge position of the processing object detected by the means.

アライメントマークは、アライメント調整毎に反射板自体に直接刻まれる構成とされていることから、反射板を移動させても移動後の反射板の表面に新たなアライメントマークを形成することができるので、測定の基準となるアライメントマークが常に同じ位置に配置されることになる。したがって、測定の基準となるアライメントマークの位置を調整毎に高精度で補正することができる。   Since the alignment mark is configured to be engraved directly on the reflector itself every alignment adjustment, even if the reflector is moved, a new alignment mark can be formed on the surface of the reflector after movement. The alignment mark serving as a measurement reference is always arranged at the same position. Therefore, the position of the alignment mark serving as a measurement reference can be corrected with high accuracy for each adjustment.

また、前記アライメントマーク描画手段は、前記レーザ照射手段により前記アライメントマークを形成する構成とすることができる。
この場合、アライメントマークがレーザビームの照射位置の直下に配置されることになる。このため、アライメントマークの形成位置とレーザビームの照射位置とが常に同じ位置に配置されることから、アライメントマークの位置を高精度に補正することはレーザ加工位置を高精度に補正することとなり、アライメントマークとエッジ位置との相対位置を算出することによって、高精度の加工が可能となる。
Further, the alignment mark drawing unit may be configured to form the alignment mark by the laser irradiation unit.
In this case, the alignment mark is disposed immediately below the irradiation position of the laser beam. For this reason, since the alignment mark formation position and the laser beam irradiation position are always arranged at the same position, correcting the alignment mark position with high accuracy will correct the laser processing position with high accuracy. By calculating the relative position between the alignment mark and the edge position, high-accuracy machining can be performed.

本発明によれば、画像解析によるエッジ検出において、加工対象物の位置を高精度に検出することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to detect the position of a workpiece with high accuracy in edge detection by image analysis.

本発明に係るレーザ加工装置を示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the laser processing device concerning the present invention. 反射板の移動機構を説明する模式図であり、(a)が側面図、(b)が上面図である。It is a schematic diagram explaining the moving mechanism of a reflecting plate, (a) is a side view, (b) is a top view. 反射板のクリーニング機構を説明する模式図であり、(a)が側面図、(b)が上面図である。It is a schematic diagram explaining the cleaning mechanism of a reflecting plate, (a) is a side view, (b) is a top view. アライメントマークの顕微鏡画像を示す。The microscope image of an alignment mark is shown. 反射板を用いて行ったエッジ判定の結果を説明する図であり、(a)が画像処理前の撮影された画像、(b)が(a)の画像を二値化処理してエッジを検出させた1回目の結果を示す画像、(c)が(a)の画像を二値化処理してエッジを検出させた2回目の結果を示す画像である。It is a figure explaining the result of the edge determination performed using the reflecting plate, (a) is the image | photographed image before image processing, (b) detects the edge by binarizing the image of (a) (C) is an image showing the second result of binarizing the image of (a) and detecting an edge. 反射板を用いずに行ったエッジ判定の結果を説明する図であり、(a)が画像処理前の撮影された画像、(b)が(a)の画像を二値化処理してエッジを検出させた1回目の結果を示す画像、(c)が(a)の画像を二値化処理してエッジを検出させた2回目の結果を示す画像である。It is a figure explaining the result of the edge determination performed without using a reflecting plate, (a) is a photographed image before image processing, (b) is an image obtained by binarizing the image of (a). An image showing the detected first result, and (c) is an image showing the second result of binarizing the image of (a) and detecting the edge. 本発明に係るレーザ加工装置の他の実施形態を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows other embodiment of the laser processing apparatus which concerns on this invention.

以下、本発明に係るレーザ加工装置の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態のレーザ加工装置100は、図1に示すように、加工対象物wにレーザビームLを照射して加工する装置であり、加工対象物wにレーザビームLを照射するレーザ照射手段1と、加工対象物wを保持した状態で移動可能なステージ手段2と、画像解析を用いたエッジ検出により加工対象物wの位置検出を行うエッジ検出手段3と、これらを制御する制御手段4とを備える。
Hereinafter, an embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 100 according to the present embodiment is an apparatus that processes a workpiece w by irradiating the workpiece w with a laser beam L, and laser irradiation means 1 that irradiates the workpiece w with the laser beam L. A stage unit 2 that is movable while holding the processing object w, an edge detection unit 3 that detects the position of the processing object w by edge detection using image analysis, and a control unit 4 that controls these. Is provided.

レーザ照射手段1は、例えばレーザビームLを一定の繰り返し周波数でパルス発振するレーザ光源11と、レーザビームLの広がりを調整するビーム調整部12と、レーザビームLをスポット状に集光する集光レンズ13とを備え、ミラーm1〜m3を介して加工対象物wにレーザビームLが照射されるようになっている。
レーザ光源11には、190nm〜1100nmの波長のレーザ光を照射できる光源を使用することができ、例えば本実施形態では、波長355nmのレーザ光を発振して出射できるものを用いている。
The laser irradiation means 1 includes, for example, a laser light source 11 that oscillates a laser beam L at a constant repetition frequency, a beam adjustment unit 12 that adjusts the spread of the laser beam L, and a condensing beam that condenses the laser beam L in a spot shape. The lens 13 is provided, and the workpiece w is irradiated with the laser beam L through the mirrors m1 to m3.
As the laser light source 11, a light source capable of irradiating laser light with a wavelength of 190 nm to 1100 nm can be used. For example, in this embodiment, a laser light source that can oscillate and emit laser light with a wavelength of 355 nm is used.

ステージ手段2は、加工対象物wをx‐y‐zの各方向に並進移動できる機構を有している。具体的には、水平面に平行なx方向に移動可能なx軸ステージ部21xと、そのx軸ステージ部21xの下に設けられx方向に対して垂直で、かつ水平面に平行なy方向に移動可能なy軸ステージ部21yと、y軸ステージ部21yの下に設けられ水平面に対して垂直方向に移動可能なz軸ステージ部21zとを備える構成とされている。また、これらステージ部21x〜21zを制御するステージ制御部22が備えられている。   The stage means 2 has a mechanism that can translate the workpiece w in each direction of xyz. Specifically, an x-axis stage unit 21x that can move in the x direction parallel to the horizontal plane and a y axis direction that is provided below the x-axis stage unit 21x and is perpendicular to the x direction and parallel to the horizontal plane. A possible y-axis stage unit 21y and a z-axis stage unit 21z provided below the y-axis stage unit 21y and movable in a direction perpendicular to the horizontal plane are provided. Moreover, the stage control part 22 which controls these stage parts 21x-21z is provided.

エッジ検出手段3は、画像撮影用の撮像手段31と、撮像手段31の撮像範囲Aを照明するための照明手段32と、撮像手段31との間に加工対象物wを介在させた状態に配置し照明光Sを反射して加工対象物wをその背後から照射する反射板33と、反射板33を水平方向に移動する移動機構34と、反射板33の表面の汚れを拭き取るクリーニング機構35と、撮像手段31により得られた画像から加工対象物wのエッジ位置を検出する画像処理手段36とを備える。   The edge detection unit 3 is arranged in a state in which the processing object w is interposed between the imaging unit 31 for image capturing, the illumination unit 32 for illuminating the imaging range A of the imaging unit 31, and the imaging unit 31. A reflecting plate 33 that reflects the illumination light S and irradiates the workpiece w from behind, a moving mechanism 34 that moves the reflecting plate 33 in the horizontal direction, and a cleaning mechanism 35 that wipes off dirt on the surface of the reflecting plate 33. And image processing means 36 for detecting the edge position of the processing object w from the image obtained by the imaging means 31.

撮像手段31には、例えばCCDカメラ等の撮像機器を用いることができる。そして、撮像手段31は、加工対象物w及び反射板33の上方に設けられている。また、撮像手段31の撮像範囲は、図2(b)及び図3(b)に符号Aで示すように反射板33の一部に設定されている。また、撮像手段31の撮像焦点位置とレーザビームLの加工焦点位置とが、一致するように設けられている。
そして、撮像手段31の撮像範囲Aを照明する照明手段32には、ハロゲンランプやLED照明等の光源を用いることができる。また、照明手段32は、その照明光Sを、ミラーm4を介して加工対象物wに対してレーザビームLの照射方向と同軸方向から照明するように構成されており、レーザビームL及び照明光Sの照射方向と、撮像手段31の撮影方向とは、一致するように設けられている。
For the imaging means 31, an imaging device such as a CCD camera can be used. The imaging unit 31 is provided above the workpiece w and the reflector 33. Further, the imaging range of the imaging means 31 is set to a part of the reflector 33 as indicated by reference numeral A in FIGS. 2B and 3B. Further, the imaging focus position of the imaging means 31 and the processing focus position of the laser beam L are provided so as to coincide with each other.
A light source such as a halogen lamp or LED illumination can be used as the illumination unit 32 that illuminates the imaging range A of the imaging unit 31. The illuminating means 32 is configured to illuminate the processing object w from the coaxial direction with the irradiation direction of the laser beam L via the mirror m4, and the laser beam L and the illumination light. The irradiation direction of S and the shooting direction of the imaging means 31 are provided so as to coincide.

反射板33は、ガラス、プラスチックフィルム、セラミックス等により形成され、移動機構34上に固定されている。また、反射板33の表面は、照明光Sを正反射するように仕上げられており、加工対象物wの背後から照明光Sを照射できるようになっている。   The reflection plate 33 is formed of glass, plastic film, ceramics, or the like, and is fixed on the moving mechanism 34. Further, the surface of the reflection plate 33 is finished so as to regularly reflect the illumination light S, and the illumination light S can be irradiated from behind the workpiece w.

移動機構34は、撮像手段31の撮像範囲Aにおける反射板33の表面を新生面に配置し直すものであり、例えば図2(b)に矢印θ1で示すように、反射板33を回転移動するステージにより構成することができる。また、図3(b)に矢印X1,Y1で示すように、反射板33をx方向とy方向に水平移動するステージにより構成することもできる。   The moving mechanism 34 rearranges the surface of the reflecting plate 33 in the imaging range A of the imaging means 31 on the new surface. For example, as shown by an arrow θ1 in FIG. 2B, a stage that rotates and moves the reflecting plate 33. Can be configured. Further, as shown by arrows X1 and Y1 in FIG. 3B, the reflecting plate 33 can be configured by a stage that horizontally moves in the x direction and the y direction.

クリーニング機構35は、布や紙等で形成されたクリーニング部37を有し、例えば図2(a)及び図3(a)に示すように、撮像範囲Aの外部で反射板33の表面にクリーニング部37を接触させることにより、移動機構34の駆動に伴って反射板33が移動する際に、その表面をクリーニング部37が摺動するようになり、表面に付着した汚れを除去することができるようになっている。なお、図3(a)に示すように、クリーニング部37は、使用時にのみ反射板33と接触する構成とすることができ、図3に示す例では、二点鎖線で示すように、未使用時には退避させておくことができる。   The cleaning mechanism 35 includes a cleaning unit 37 formed of cloth, paper, or the like. For example, as shown in FIGS. 2A and 3A, the cleaning mechanism 35 cleans the surface of the reflection plate 33 outside the imaging range A. By bringing the portion 37 into contact, the cleaning portion 37 comes to slide on the surface of the reflector 33 when the moving mechanism 34 is driven, so that dirt attached to the surface can be removed. It is like that. In addition, as shown to Fig.3 (a), the cleaning part 37 can be set as the structure which contacts the reflecting plate 33 only at the time of use, and in the example shown in FIG. 3, as shown with a dashed-two dotted line, it is unused. Sometimes it can be evacuated.

また、本発明でいうアライメントマーク描画手段は、レーザ加工装置100では、図2(b)及び図3(b)に示すように、レーザ照射手段1により反射板33の表面にアライメントマークPを形成するものであり、制御手段4によって制御される。
アライメントマークPは、レーザ加工装置100において加工基準位置(原点)を示すものであり、アライメントマークPの位置に基づいて、レーザビームLやステージ手段2が制御され、加工対象物wに加工が施される。
なお、レーザ加工装置100では、アライメントマークPがレーザビームLの照射位置の直下に配置されることになる。
In the laser processing apparatus 100, the alignment mark drawing means referred to in the present invention forms an alignment mark P on the surface of the reflection plate 33 by the laser irradiation means 1, as shown in FIGS. 2 (b) and 3 (b). And is controlled by the control means 4.
The alignment mark P indicates a processing reference position (origin) in the laser processing apparatus 100. Based on the position of the alignment mark P, the laser beam L and the stage means 2 are controlled, and the processing object w is processed. Is done.
In the laser processing apparatus 100, the alignment mark P is disposed immediately below the irradiation position of the laser beam L.

図1に示すレーザ加工装置100を用いて加工対象物wのエッジ(外形)を検出する方法について説明する。
(アライメントマークの検出)
まず、ステージ部21x,21yにより加工対象物wを、レーザビームLの加工範囲外に退避させておく。また、反射板33の表面に、レーザビームLの加工焦点位置及び撮像手段31の撮影焦点位置を合わせるようにzステージ部21zを移動する。そして、画像処理手段36により、撮像範囲A内(反射板33のみ)の輝度を判定し、予め設定された輝度となるように照明手段32の光量調整を行う。
次に、レーザ照射手段1によって、反射板33の表面に、例えば図4に示すような十字状のアライメントマークPを加工し、撮像手段31によりアライメントマークPを含む撮像範囲Aの撮影を行う。そして、得られた画像(図4)に、二値化処理等の画像処理を施し、アライメントマークPの位置を検出する。
アライメントマークPの位置を記憶した後で、撮像範囲A内にアライメントマークPや加工痕、その他の反射面33に付着した汚れが映り込むことがないように、反射板33を移動機構34により移動させて、反射板33の新生面を撮像範囲A内に配置する。このとき、クリーニング機構35によって反射板33の表面に付着した汚れを除去することにより、新生面を構成することもできる。
A method for detecting the edge (outer shape) of the workpiece w using the laser processing apparatus 100 shown in FIG. 1 will be described.
(Alignment mark detection)
First, the workpiece w is retracted out of the processing range of the laser beam L by the stage portions 21x and 21y. Further, the z stage unit 21 z is moved so that the processing focal position of the laser beam L and the imaging focal position of the imaging means 31 are aligned with the surface of the reflection plate 33. Then, the luminance within the imaging range A (only the reflection plate 33) is determined by the image processing unit 36, and the light amount of the illuminating unit 32 is adjusted so as to have a preset luminance.
Next, for example, a cross-shaped alignment mark P as shown in FIG. 4 is processed on the surface of the reflection plate 33 by the laser irradiation unit 1, and the imaging range A including the alignment mark P is imaged by the imaging unit 31. Then, image processing such as binarization processing is performed on the obtained image (FIG. 4), and the position of the alignment mark P is detected.
After storing the position of the alignment mark P, the reflecting plate 33 is moved by the moving mechanism 34 so that the alignment mark P, processing marks, and other dirt attached to the reflecting surface 33 are not reflected in the imaging range A. Thus, the new surface of the reflector 33 is arranged in the imaging range A. At this time, a new surface can be formed by removing the dirt adhering to the surface of the reflection plate 33 by the cleaning mechanism 35.

(エッジ検出)
ステージ部21x〜21zにより、加工対象物wを、レーザビームLの加工範囲内に配置する。すなわち、加工対象物wの表面に、レーザビームLの加工焦点位置及び撮像手段31の撮影焦点位置を合わせるようにステージ部21x〜21zを移動する。
次に、画像処理手段36により、撮像範囲A内の加工対象物w以外の部分(反射板33の部分)の輝度を判定し、予め設定された輝度となるように照明手段32の光量調節を行ったうえで、撮像範囲Aの撮影を行う。そして、得られた画像(例えば図5(a))に、図5(b),(c)に示すように二値化処理等の画像処理を施し、加工対象物wのエッジ位置(外形位置)を検出する。
これにより、予め記憶したアライメントマークPの位置に対して、エッジ検出に伴う移動量が算出され、アライメントマークPとエッジ位置との相対位置が記憶される。
(Edge detection)
The workpiece w is placed within the processing range of the laser beam L by the stage portions 21x to 21z. That is, the stage portions 21x to 21z are moved so that the processing focal position of the laser beam L and the imaging focal position of the imaging means 31 are aligned with the surface of the processing object w.
Next, the brightness of the portion other than the processing target w in the imaging range A (the portion of the reflecting plate 33) is determined by the image processing unit 36, and the light amount of the lighting unit 32 is adjusted so as to have a preset brightness. After that, the imaging range A is shot. Then, the obtained image (for example, FIG. 5A) is subjected to image processing such as binarization processing as shown in FIGS. 5B and 5C, and the edge position (outer shape position) of the workpiece w is processed. ) Is detected.
Thereby, the movement amount accompanying the edge detection is calculated with respect to the position of the alignment mark P stored in advance, and the relative position between the alignment mark P and the edge position is stored.

(加工)
画像解析結果により得られたアライメントマークPの位置を基準として、そのアライメントマークPの位置と加工対象物wのエッジ位置との相対位置との関係で決まる加工位置の演算を行い、その結果に基づいてレーザビームLとステージ部21x〜21zとを制御して加工対象物wを所望の形状に加工する。
また、反射板33が汚れる等して表面の反射率が低下し、画像処理手段36により撮影範囲A内の加工対象物w以外の部分(反射板33の部分)の輝度が照明手段32の光量調節では予め設定された輝度とならない場合には、レーザ照射時に生じた加工痕等が撮像範囲Aに映り込まないように反射板33の新生面を配置する。これにより、反射板33による照明光Sの反射率を維持することができるので、続けて次の加工対象物wの加工を行うことができる。
(processing)
Using the position of the alignment mark P obtained from the image analysis result as a reference, the machining position determined by the relationship between the position of the alignment mark P and the relative position of the edge position of the workpiece w is calculated, and based on the result. Then, the laser beam L and the stage portions 21x to 21z are controlled to process the workpiece w into a desired shape.
Further, the reflectance of the surface decreases due to the reflecting plate 33 becoming dirty, etc., and the brightness of the portion other than the processing target w within the imaging range A (the portion of the reflecting plate 33) is determined by the image processing means 36. If the adjustment does not achieve a preset brightness, the new surface of the reflecting plate 33 is arranged so that a processing mark or the like generated during laser irradiation does not appear in the imaging range A. Thereby, since the reflectance of the illumination light S by the reflecting plate 33 can be maintained, the next processing object w can be processed continuously.

(アライメント調整)
移動機構34を駆動して、反射板33の新生面を撮像手段31の撮像範囲Aに配置する。そして、レーザ照射手段1によって、反射板33の表面に新たなアライメントマークPを形成して、その最新のアライメントマークPの位置を検出する。また、検出した最新のアライメントマークPの位置を記憶し、その最新のアライメントマークPの位置を基準として、加工対象物wの加工を行う。
なお、アライメント調整は、必ずしも加工対象物w毎に行う必要はない。予め設定された加工対象物wの加工個数や使用期間等の限度設定値を基準として、一定期間ごとにアライメント調整を行うことで、レーザ加工装置100の加工基準の位置(アライメントマークPの位置)を校正することができる。
(Alignment adjustment)
The moving mechanism 34 is driven to place the new surface of the reflecting plate 33 in the imaging range A of the imaging means 31. Then, a new alignment mark P is formed on the surface of the reflection plate 33 by the laser irradiation means 1 and the position of the latest alignment mark P is detected. Further, the detected position of the latest alignment mark P is stored, and the workpiece w is processed using the position of the latest alignment mark P as a reference.
The alignment adjustment is not necessarily performed for each workpiece w. The position of the processing reference (position of the alignment mark P) of the laser processing apparatus 100 by performing alignment adjustment at regular intervals with reference to the limit set values such as the number of processing objects w to be processed and the usage period set in advance. Can be calibrated.

本実施形態のレーザ加工装置100においては、反射板33の汚れが付着した表面部分を新生面に差し換えることにより、反射板33による照明光Sの反射率を維持することができ、撮像された画像の加工対象物w以外の部位の輝度が低下するのを防止することができる。これにより、高コントラストの画像が得られ、加工対象物wの位置を高精度に検出することが可能となる。   In the laser processing apparatus 100 of the present embodiment, the reflectance of the illumination light S by the reflecting plate 33 can be maintained by replacing the surface portion of the reflecting plate 33 with the dirt attached thereto with a new surface, and the captured image is captured. It can prevent that the brightness | luminance of parts other than the process target object w falls. As a result, a high-contrast image can be obtained, and the position of the workpiece w can be detected with high accuracy.

また、アライメントマークPは、アライメント調整毎に反射板33自体に直接刻まれる構成とされていることから、反射板33を移動させても、移動後の反射板33の表面に新たなアライメントマークPを形成することができるので、測定の基準となるアライメントマークPを画像撮像時において常に同じ位置に配置するように補正することが可能となる。   Further, since the alignment mark P is directly engraved on the reflection plate 33 itself every alignment adjustment, a new alignment mark P is added to the surface of the moved reflection plate 33 even if the reflection plate 33 is moved. Therefore, it is possible to correct the alignment mark P, which is a reference for measurement, so that it is always placed at the same position when taking an image.

また、本実施形態においては、レーザ照射手段1によりアライメントマークPを反射板33に直接形成することとしたので、アライメントマークPがレーザビームLの直下に配置されることになる。このため、アライメント調整時において、アライメントマークPの形成位置とレーザビームLの照射位置とが常に同じ位置に配置されるようになる。したがって、アライメントマークPの位置を高精度に補正することはレーザ加工位置を高精度に補正することとなり、アライメントメークPとエッジ位置との相対位置を正確に算出することによって、高精度の加工が可能となる。   In the present embodiment, since the alignment mark P is directly formed on the reflection plate 33 by the laser irradiation means 1, the alignment mark P is arranged immediately below the laser beam L. For this reason, at the time of alignment adjustment, the formation position of the alignment mark P and the irradiation position of the laser beam L are always arranged at the same position. Therefore, correcting the position of the alignment mark P with high accuracy corrects the laser processing position with high accuracy, and accurate calculation of the relative position between the alignment make P and the edge position enables high-precision processing. It becomes possible.

なお、上記実施形態においては、反射板33を移動する移動機構34と、反射板33の表面にクリーニング部37が接触するクリーニング機構35との両機構により、反射板33の表面を清浄化する反射面清浄化機構を構成したが、クリーニング機構35を反射板33に対して移動可能に構成することで反射面清浄化機構を構成してもよい。また、クリーニング機構35を設けずに、移動機構34のみで反射面清浄化機構を構成することも可能である。移動機構34のみでも、反射板33を移動して、反射板33の汚れ等が付着した表面部分を順次新生面に差し換えることにより対応することができ、反射板33の表面が全体的に汚れたら別の反射板33と交換すればよい。   In the above-described embodiment, the reflection mechanism that cleans the surface of the reflecting plate 33 by both the moving mechanism 34 that moves the reflecting plate 33 and the cleaning mechanism 35 in which the cleaning unit 37 contacts the surface of the reflecting plate 33. Although the surface cleaning mechanism is configured, the reflection surface cleaning mechanism may be configured by configuring the cleaning mechanism 35 to be movable with respect to the reflection plate 33. Further, it is possible to configure the reflection surface cleaning mechanism only by the moving mechanism 34 without providing the cleaning mechanism 35. Even with the moving mechanism 34 alone, it is possible to cope by moving the reflecting plate 33 and sequentially replacing the surface portion where the dirt or the like of the reflecting plate 33 is adhered to the new surface. What is necessary is just to replace | exchange for another reflecting plate 33. FIG.

次に、本発明の効果を確認するために、実験を行った。
図1に示すレーザ加工装置100を用いて、円筒状の加工対象物wを撮影した際の反射板33の有無及びバックライト方式による画像解析結果の違いを確認した。
図5(a)は反射板33を用いて撮影した加工対象物wの画像の一部であり、この画像について二値化処理を行った結果を図5(b),(c)に示す。また、図6(a)は反射板33を用いずに撮影した加工対象物wの画像の一部であり、この画像について二値化処理を行った結果を図6(b),(c)に示す。
なお、図5(b),(c)及び図6(b),(c)に示す「+」マークは、画像処理手段36により検出されたエッジの位置を示している。また、それぞれの方式で得られた画像に対して30回の測定を行い、検出されたエッジ位置のデータを表1に示す。
Next, an experiment was performed to confirm the effect of the present invention.
Using the laser processing apparatus 100 shown in FIG. 1, the presence / absence of the reflection plate 33 and the difference in the image analysis result by the backlight method when the cylindrical workpiece w was photographed were confirmed.
FIG. 5A shows a part of an image of the processing object w photographed using the reflecting plate 33, and the results of binarization processing for this image are shown in FIGS. 5B and 5C. FIG. 6A shows a part of an image of the processing object w photographed without using the reflector 33. The result of binarization processing for this image is shown in FIGS. 6B and 6C. Shown in
The “+” mark shown in FIGS. 5B and 5C and FIGS. 6B and 6C indicates the position of the edge detected by the image processing means 36. In addition, the image obtained by each method was measured 30 times, and the detected edge position data is shown in Table 1.

表1に示すように、反射板33を用いた場合には、反射板を用いない場合やバックライト方式よりも高精度で検出することができ、30回の測定においてエッジ検出位置は±0.5μm以下の精度で検出することができた。一方で、反射板を用いずに撮影した場合は、図6(b),(c)に示すように、エッジの検出位置が大きく異なる位置をエッジと判定する認識間違いを起こしており、エッジの判定箇所が安定しない結果となった。   As shown in Table 1, when the reflector 33 is used, detection can be performed with higher accuracy than when the reflector is not used or the backlight method, and the edge detection position is ± 0. Detection was possible with an accuracy of 5 μm or less. On the other hand, when the image is taken without using the reflector, as shown in FIGS. 6B and 6C, a recognition error is caused in which the position where the edge detection position is greatly different is determined as the edge. The result was unstable.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図7に示すレーザ加工装置200のように、2枚のガルバノミラーm5,m6とf‐θレンズ14とからなるガルバノスキャナ38を構成して、レーザビームLを走査する構成とすることもできる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, a galvano scanner 38 including two galvanometer mirrors m5 and m6 and an f-θ lens 14 may be configured to scan the laser beam L as in the laser processing apparatus 200 shown in FIG. it can.

1 レーザ照射手段
2 ステージ手段
3 エッジ検出手段
4 制御手段
11 レーザ光源
12 ビーム調整部
13 集光レンズ
14 f‐θレンズ
21x〜21y ステージ部
22 ステージ制御部
31 撮像手段
32 照明手段
33 反射板
34 移動機構
35 クリーニング機構
36 画像処理手段
37 クリーニング部
38 ガルバノスキャナ
100 レーザ加工装置
A 撮像範囲
L レーザビーム
P アライメントマーク
S 照明光
w 加工対象物
m1〜m6 ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser irradiation means 2 Stage means 3 Edge detection means 4 Control means 11 Laser light source 12 Beam adjustment part 13 Condensing lens 14 f- (theta) lens 21x-21y Stage part 22 Stage control part 31 Imaging means 32 Illumination means 33 Reflecting plate 34 Movement Mechanism 35 Cleaning mechanism 36 Image processing means 37 Cleaning unit 38 Galvano scanner 100 Laser processing apparatus A Imaging range L Laser beam P Alignment mark S Illumination light w Processing object m1-m6 Mirror

Claims (5)

レーザビームを加工対象物に照射するレーザ照射手段と、前記加工対象物を保持した状態で移動可能なステージ手段と、画像解析を用いたエッジ検出により加工対象物の位置検出を行うエッジ検出手段とを備えるレーザ加工装置であって、前記エッジ検出手段は、画像撮影用の撮像手段と、前記撮像手段の撮像範囲を照明する照明手段と、前記撮像手段との間に加工対象物を介在させた状態に配置し前記照明手段の照明光を反射して該加工対象物をその背後から照射する反射板と、前記撮像範囲における前記反射板の表面を新生面に配置可能な反射面清浄化機構と、前記撮像手段により得られた画像から前記加工対象物のエッジ位置を検出する画像処理手段とを備え
前記反射面清浄化機構は、前記反射板を移動させることにより前記新生面を前記撮像手段の撮像範囲に配置する移動機構によって構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
Laser irradiation means for irradiating a workpiece with a laser beam, stage means movable while holding the workpiece, edge detection means for detecting the position of the workpiece by edge detection using image analysis, The edge detection unit includes a processing object interposed between the imaging unit, an illumination unit that illuminates an imaging range of the imaging unit, and the imaging unit. A reflecting plate that is arranged in a state and reflects the illumination light of the illuminating means to irradiate the object to be processed from behind, a reflecting surface cleaning mechanism that can arrange the surface of the reflecting plate in the imaging range on a new surface, Image processing means for detecting an edge position of the object to be processed from an image obtained by the imaging means ,
The reflecting surface cleaning mechanism, the laser processing apparatus characterized that you have been configured by a moving mechanism arranged in the imaging range of the imaging unit the new surface by moving the reflector.
前記反射面清浄化機構は、前記反射板に付着した汚れを拭き取るクリーニング機構を有していることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the reflection surface cleaning mechanism includes a cleaning mechanism that wipes off dirt adhering to the reflection plate. レーザビームを加工対象物に照射するレーザ照射手段と、前記加工対象物を保持した状態で移動可能なステージ手段と、画像解析を用いたエッジ検出により加工対象物の位置検出を行うエッジ検出手段とを備えるレーザ加工装置であって、前記エッジ検出手段は、画像撮影用の撮像手段と、前記撮像手段の撮像範囲を照明する照明手段と、前記撮像手段との間に加工対象物を介在させた状態に配置し前記照明手段の照明光を反射して該加工対象物をその背後から照射する反射板と、前記撮像範囲における前記反射板の表面を新生面に配置可能な反射面清浄化機構と、前記撮像手段により得られた画像から前記加工対象物のエッジ位置を検出する画像処理手段とを備え、
前記反射面清浄化機構は、前記反射板に付着した汚れを拭き取るクリーニング機構により構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
Laser irradiation means for irradiating a workpiece with a laser beam, stage means movable while holding the workpiece, edge detection means for detecting the position of the workpiece by edge detection using image analysis, The edge detection unit includes a processing object interposed between the imaging unit, an illumination unit that illuminates an imaging range of the imaging unit, and the imaging unit. A reflecting plate that is arranged in a state and reflects the illumination light of the illuminating means to irradiate the object to be processed from behind, a reflecting surface cleaning mechanism that can arrange the surface of the reflecting plate in the imaging range on a new surface, Image processing means for detecting an edge position of the object to be processed from an image obtained by the imaging means,
The reflecting surface cleaning mechanism, it features a, Relais chromatography The processing apparatus which is constituted by a cleaning mechanism for wiping the dirt adhered to the reflecting plate.
アライメント調整毎に前記反射板にアライメントマークを形成するアライメントマーク描画手段が設けられており、前記アライメントマーク描画手段により形成された最新のアライメントマークの位置と前記画像処理手段により検出された加工対象物のエッジ位置とに基づいて、前記加工対象物の加工位置を算出する構成とされていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 Alignment mark drawing means for forming an alignment mark on the reflector for each alignment adjustment is provided, and the latest alignment mark position formed by the alignment mark drawing means and the workpiece detected by the image processing means of on the basis of the edge position, the laser machining apparatus according that it is configured to calculate the Motomeko 1 you wherein in any one of 3 the processing position of the workpiece. 前記アライメントマーク描画手段は、前記レーザ照射手段により前記アライメントマークを形成する構成とされることを特徴とする請求項4記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 4, wherein the alignment mark drawing unit is configured to form the alignment mark by the laser irradiation unit.
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