JP7219878B2 - 亀裂検出装置及び亀裂検出方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る亀裂検出装置10の概略を示した構成図である。図1に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置10は、被加工物Wに対して検出光L1を照射し、被加工物Wで反射した検出光L1の反射光L2を検出することで、被加工物Wの内部に形成された亀裂Kに関する亀裂情報の検出を行う装置である。なお、亀裂検出装置10は、被加工物Wの内部に改質領域を形成するレーザー加工装置(不図示)と組み合わされたものであるが、図1では、図面の複雑化を避けるため、本発明の説明を行う上で必要な亀裂検出装置に係る構成要素のみを図示している。なお、図1において、X、Y、Z方向は互いに直交しており、X方向は水平方向、Y方向はX方向に直交する水平方向、Z方向は鉛直方向である。θ方向は、Z方向を中心とした回転方向である。
次に、本実施形態における亀裂検出方法について説明する。この亀裂検出方法は、上述した亀裂検出装置10を用いて行われるものである。以下、特に断らない場合には、本実施形態における亀裂検出方法では、上述した制御装置50の主制御部52が全体的な制御を統括的に行い、主制御部52からの指示に従って、移動制御部54、高さ制御部56、光源制御部58、及び亀裂検出部60がそれぞれ対応する制御を実行するものとする。
図10及び図11は、本実施形態における亀裂検出処理で得られる光検出器22の出力信号(検出結果)を説明するための図である。図10は、被加工物Wの内部に形成された亀裂Kが被加工物Wの裏面まで達していない場合である。図11は、被加工物Wの内部に形成された亀裂Kが被加工物Wの裏面まで達している場合である。なお、図10及び図11に示した光検出器22の出力信号の横軸は移動距離(被加工物Wと光学ユニット14とを相対移動させたときの移動距離)であり、縦軸は光検出器22が検出した反射光L2の光強度(信号強度)である。
また、ローレベル期間T1、T2及びハイレベル期間S2の各移動距離の合計に相当する距離をD2とすると、亀裂上端位置h2は、以下の式(3)によって求めることができる。
また、亀裂長さHは、以下の式(4)によって求めることができる。
=(D1-D2)/(2×tanθ) ・・・(4)
一方、図11に示すように、被加工物Wの内部に形成された亀裂Kが被加工物Wの裏面まで達している場合には、検出光L1が被加工物Wの裏面で反射する前に亀裂Kで遮蔽される場合と、検出光L1が被加工物Wの裏面で反射した後にその反射光L2が亀裂Kで遮蔽される場合とがあるが、いずれの場合も検出光L1又は反射光L2が亀裂Kの上側を通過する場合に限られるため、光検出器22の出力信号は、1つの亀裂Kで1度低下するだけである。
また、この場合には、被加工物Wの内部に形成された亀裂Kが被加工物Wの裏面まで達しているので、亀裂長さHは、以下の式(6)によって求めることができる。
=(D3/2)/tanθ ・・・(6)
なお、被加工物Wの厚さ方向に直交する面内における各亀裂Kの位置情報は、制御装置50の記憶部(不図示)に予め記憶されており、既知である。したがって、検出光L1の走査方向に複数の亀裂Kが存在する場合には、亀裂検出部60は、制御装置50の記憶部に記憶された各亀裂Kの位置情報を参照することにより、被加工物Wに対して検出光L1の偏射照明と走査を行った場合に得られる光検出器22の検出結果から、各亀裂Kの亀裂情報を亀裂毎に検出することが可能となっている。
=16/2/0.1=80(μm) ・・・(7)
h2=(D2/2)/tanθ
=44/2/0.1=220(μm) ・・・(8)
H=h2-h1
=220-80=140(μm) ・・・(9)
被加工物Wの内部に形成された亀裂Kに関する亀裂情報(亀裂Kの亀裂下端位置h1、亀裂上端位置h2、及び亀裂長さH)に関して、図12に示した実際の値と、図13に示した計測結果から得られる計測値とを比較すると、これらの誤差が少なくとも10%以下の精度で一致している。したがって、本実施形態における亀裂検出処理によれば、被加工物Wに対して検出光L1の偏射照明と走査が行われた場合の光検出器22の検出結果を用いることで亀裂情報を精度良く検出することが可能となる。
本実施形態によれば、被加工物Wに対して検出光L1を偏射照明しつつ被加工物Wの厚さ方向に直交する方向に走査しながら、被加工物Wからの反射光L2を光検出器22で検出し、光検出器22の検出結果に基づいて、被加工物Wの内部に形成された亀裂Kに関する亀裂情報を検出することが可能である。したがって、被加工物Wの厚さ方向に検出光L1を走査する必要がないのでスループットを向上させることができ、被加工物Wの内部に形成された亀裂Kに関する亀裂情報を非破壊かつ精度よく検出することができる。
Claims (10)
- 光源と、集光レンズと、光検出器とを有し、前記光源から出射された検出光を前記集光レンズの片側半分の第1領域を介して被加工物に偏射照明を行い、かつ前記被加工物で反射した前記検出光の反射光を前記集光レンズの反対側の片側半分の第2領域を介して前記光検出器で検出する光学ユニットと、
前記被加工物と前記光学ユニットとを相対移動させることにより、前記検出光を前記被加工物の厚さ方向に直交する方向に走査する走査手段と、
前記光学ユニットにより前記検出光を前記被加工物に偏射照明しつつ前記走査手段により前記検出光を走査した場合に前記光検出器で検出された検出結果であって、前記反射光が、前記被加工物の内部に形成された亀裂で遮蔽されずにハイレベル信号となるハイレベル期間と、前記反射光が前記亀裂で遮蔽されてローレベル信号となるローレベル期間の検出結果に基づいて、前記亀裂に関する亀裂情報を検出する亀裂検出手段と、
を備える、亀裂検出装置。 - 前記被加工物の厚さ方向における前記被加工物の検出光照射面又は反対側の面の高さ位置を検出する高さ検出手段と、
前記高さ検出手段の検出結果に基づいて、前記被加工物の厚さ方向における前記集光レンズの集光点の位置を調整する集光点調整手段と、
を備える、請求項1に記載の亀裂検出装置。 - 前記集光点調整手段は、前記集光レンズの集光点の位置が前記被加工物の検出光照射面とは反対側の面に一致するように調整する、
請求項2に記載の亀裂検出装置。 - 前記ハイレベル期間と前記ローレベル期間の検出結果に基づいて前記亀裂の亀裂下端位置、亀裂上端位置、及び亀裂長さのうちの少なくとも1つを算出する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の亀裂検出装置。 - 1つの前記亀裂に対する前記ローレベル期間の数の検出結果に基づいて、前記亀裂が前記被加工物の裏面まで達しているか否かを判定する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の亀裂検出装置。 - 光源から出射された検出光を集光レンズの片側半分の第1領域を介して被加工物に偏射照明を行う照明ステップと、
前記被加工物で反射した前記検出光の反射光を前記集光レンズの反対側の片側半分の第2領域を介して検出する光検出ステップと、
前記検出光を前記被加工物の厚さ方向に直交する方向に相対的に走査する走査ステップと、
前記照明ステップと前記走査ステップとが行われた場合に前記光検出ステップで検出された検出結果であって、前記反射光が、前記被加工物の内部に形成された亀裂で遮蔽されずにハイレベル信号となるハイレベル期間と、前記反射光が前記亀裂で遮蔽されてローレベル信号となるローレベル期間の検出結果に基づいて、前記亀裂に関する亀裂情報を検出する亀裂検出ステップと、
を備える、亀裂検出方法。 - 前記被加工物の厚さ方向における前記被加工物の検出光照射面又は反対側の面の高さ位置を検出する高さ検出ステップと、
前記高さ検出ステップの検出結果に基づいて、前記被加工物の厚さ方向における前記集光レンズの集光点の位置を調整する集光点調整ステップと、
を備える、請求項6に記載の亀裂検出方法。 - 前記集光点調整ステップは、前記集光レンズの集光点の位置が前記被加工物の検出光照射面とは反対側の面に一致するように調整する、
請求項7に記載の亀裂検出方法。 - 前記亀裂検出ステップでは、前記ハイレベル期間と前記ローレベル期間の検出結果に基づいて前記亀裂の亀裂下端位置、亀裂上端位置、及び亀裂長さのうちの少なくとも1つを算出する、
請求項6から8のいずれか1項に記載の亀裂検出方法。 - 前記亀裂検出ステップでは、1つの前記亀裂に対する前記ローレベル期間の数の検出結果に基づいて、前記亀裂が前記被加工物の裏面まで達しているか否かを判定する、
請求項6から9のいずれか1項に記載の亀裂検出方法。
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