JPWO2012029142A1 - Laser processing apparatus and substrate position detection method - Google Patents
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Abstract
レーザ加工装置が、基板上に設けられた位置決め用マークを順番に撮像するカメラ39と、加工テーブルが停止することなく連続的にカメラ39が位置決め用マーク上に順番に移動してくるよう、加工テーブルへの移動指令を出力する移動指令出力部21と、カメラ39が位置決め用マーク上に移動してきた際に、カメラ39に撮像指示を出力する撮像指令出力部25と、加工テーブルへの移動指令が出力されている間に、カメラ39が撮像した位置決め用マークの画像に基づいて、位置決め用マークの位置を算出する画像処理部27と、位置決め用マークの位置を用いて、基板の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29と、基板のレーザ加工位置を、位置ずれ量算出部29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。The laser processing apparatus performs processing so that the camera 39 sequentially images the positioning marks provided on the substrate and the camera 39 continuously moves on the positioning marks without stopping the processing table. A movement command output unit 21 that outputs a movement command to the table, an imaging command output unit 25 that outputs an imaging instruction to the camera 39 when the camera 39 moves onto the positioning mark, and a movement command to the processing table Is output to the substrate processing table using the image processing unit 27 that calculates the position of the positioning mark based on the image of the positioning mark captured by the camera 39 and the position of the positioning mark. The position shift amount calculation unit 29 for calculating the position shift amount and the laser processing position of the substrate are corrected with the position shift amount calculated by the position shift amount calculation unit 29. Comprises a laser processing unit for performing laser processing, the.
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。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a substrate position detection method for calculating a positional deviation amount of a substrate with respect to a processing table.
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。 As one of apparatuses for processing a workpiece (processing object) such as a printed circuit board, there is a laser processing apparatus (micro laser processing machine) that performs drilling by irradiating the workpiece with laser light. In such a laser processing apparatus, the position of a positioning mark arranged on the workpiece is detected, and position correction (position shift correction) at the time of laser processing is performed based on the detection result. When detecting the position of the positioning mark, for example, an image of the positioning mark is projected using a camera or the like, and the position of the positioning mark is detected by performing image processing on the projected image.
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。
Since workpieces subjected to laser processing may expand and contract within the workpiece surface, it is necessary to increase the number of positioning marks in order to improve the workpiece positioning accuracy. For example, in the laser processing apparatus described in
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。
Moreover, in the laser processing apparatus described in
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。 However, in the former and latter prior arts, after the camera is moved to the positioning mark and stopped, image acquisition and image processing are performed, and then the camera is moved again to the positioning mark. For this reason, the time required for image processing increases in proportion to the number of positioning marks. As a result, there is a problem that it takes a long time to detect the position of the positioning mark.
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。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a laser processing apparatus and a substrate position detection method capable of detecting a positional deviation of a substrate in a short time.
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。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a processing table for placing a substrate to be laser processed and moving in a plane parallel to the main surface of the substrate, and on the substrate. An imaging unit that sequentially images the positioning marks used for position detection on the substrate, and the imaging unit continuously moves on the positioning marks without stopping the processing table. A movement instruction unit that outputs a movement command to the processing table, an imaging instruction unit that outputs an imaging instruction to the imaging unit when the imaging unit has moved onto the positioning mark, and the movement Mark position calculation that calculates the position of the positioning mark based on the image of the positioning mark imaged by the imaging unit while the instruction unit outputs a movement command to the processing table. Using the position of the positioning mark calculated by the mark position calculation unit, a positional deviation amount calculation unit that calculates a positional deviation amount of the substrate with respect to the processing table, and a laser processing position of the substrate, And a laser processing unit that performs laser processing while correcting the position with the positional shift amount calculated by the positional shift amount calculation unit.
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。 According to the present invention, it is possible to detect a substrate displacement in a short time.
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。 Hereinafter, a laser processing apparatus and a position detection method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
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。Embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。 The substrate 4 is an object to be processed such as a printed wiring board, and a plurality of holes are formed to form through holes. The substrate 4 has, for example, a three-layer structure of copper foil (conductor layer), resin (insulating layer), and copper foil (conductor layer).
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。
The XY table 30 places the substrate 4 and moves in the XY plane by driving
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。
A processing area (scanning area) is a range (scannable area) in which laser processing is possible by the operation of the galvano mechanism (movement of the
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。
The camera (imaging unit) 39 is disposed in the vicinity of a processing head (not shown) that irradiates the substrate 4 with the laser light L. The
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。
The
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。
The
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。
When laser processing the substrate 4, the
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。
The
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。
Next, the configuration of the
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。
The
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。
The
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。
The XY table 30 includes a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The processing
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。
Next, the configuration of the machining
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。
The substrate misalignment information storage unit M1 is a memory that stores substrate misalignment information 151 indicating a correspondence relationship between the moving speed of the XY table 30 and the misalignment amount G of the substrate 4 accompanying the movement of the XY table 30. . The substrate position deviation information 151 is read by the substrate
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。
The processing program storage unit M2 is a memory or the like that stores a processing program used for laser processing or misalignment detection of the substrate 4. The machining program stored in the machining program storage unit M2 includes mark position information 152 indicating the position of the mark 6 (coordinates in the substrate 4). The mark position information 152 is read by the movement
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。
The imaging required time storage unit M3 is a memory that stores, as imaging required time information 153, the time required for the
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。
The movement
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。
The movement
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。
The speed calculation unit 22 calculates the movement speed of the XY table 30 based on the control command output from the movement
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。
The substrate
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。
The substrate
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。
The imaging
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。
The
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。
The coordinate
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。
The positional deviation
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。
Next, a processing procedure of the positional deviation amount calculation processing (mark position detection processing) of the substrate 4 by the
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。
After the substrate 4 to be laser processed is placed on the XY table 30 of the
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。
The movement
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。
The speed calculation unit 22 calculates the movement speed of the XY table 30 based on the control command output from the movement
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。
When the XY table 30 moves, the
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。
The substrate
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)。
The imaging
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。
The imaging
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。
If the imaging
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。
The
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。
The coordinate correcting
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。
In order to calculate the mark coordinates 206, the coordinate
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。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an image obtained by imaging a mark. In the
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。
Here, the arrangement position of the
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。
As shown in FIG. 6, the
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。
FIG. 7 shows a case where the
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。
Next, a
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。
The coordinate
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)。
The imaging
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。
If the imaging
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。
When the imaging
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。
As described above, in the present embodiment, the output processing of the movement command to the XY table 30 and the image processing of the
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。 Here, the difference between the positional deviation amount calculation processing of the substrate 4 in the present embodiment and the positional deviation amount calculation processing of the substrate 4 used conventionally will be described. FIG. 8 is a diagram for explaining the difference between the substrate positional deviation amount calculation processing in the embodiment and the conventionally used substrate positional deviation amount calculation processing.
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。
As shown in FIG. 8 (1), conventionally, after the
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。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in (2) of FIG. 8, the
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。
For this reason, even if the number of
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。
After the positional deviation
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。
Specifically, the movement
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。
The calculation of the positional deviation amount of the substrate 4 is performed every time the substrate 4 is placed on the XY table 30. In other words, when laser processing the substrate 4, the substrate 4 is placed on the XY table 30, the amount of positional deviation of the substrate 4 is calculated, and the substrate 4 is laser processed. Then, when laser processing the next substrate 4, the next substrate 4 is placed on the XY table 30, and the positional deviation amount of the next substrate 4 is calculated. Thereby, in the
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。
Note that the
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。
Specifically, the substrate
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。
When the substrate coordinates 201 are calculated using the
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。 Further, the correction from the mark coordinate 205 to the mark coordinate 206 is not limited to the correction using the required imaging time information 153 and the table moving speed Tv. For example, a coordinate correction amount from the mark coordinates 205 to the mark coordinates 206 corresponding to the table moving speed Tv may be stored in a predetermined database or the like in advance. In this case, a coordinate correction amount corresponding to the table moving speed Tv is calculated in advance using the imaging required time information 153 and the table moving speed Tv.
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。
In addition, the shutter speed of the
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。 When the movement of the substrate 4 is a constant velocity movement, the correction from the substrate coordinates 201 to the substrate coordinates 202 becomes easy. Further, when the movement of the substrate 4 is a constant velocity movement, the correction from the mark coordinates 205 to the mark coordinates 206 is facilitated.
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。
Further, the moving speed of the XY table 30 is not limited to being calculated based on a control command to the
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。
As described above, according to the embodiment, the image processing (processing for calculating the position of the mark 6) of the image obtained by capturing the
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。
In addition, since the substrate coordinates 201 are corrected to the substrate coordinates 202 using the substrate position deviation information 151 and the table moving speed Tv, an accurate position on the substrate 4 can be calculated. Therefore, an image of the
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。
In addition, since the mark coordinate 205 is corrected to the mark coordinate 206 using the imaging required time information 153 and the table moving speed Tv, it is possible to calculate an accurate position of the
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。
When calculating the substrate coordinates 201 using deviation information (droop amount) that is the difference between the command values to the
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。 As described above, the laser processing apparatus and the substrate position detection method according to the present invention are suitable for calculating the amount of positional deviation of the substrate with respect to the processing table.
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DESCRIPTION OF
Claims (6)
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レーザ加工装置。A processing table for placing a substrate to be laser processed and moving in a plane parallel to the main surface of the substrate;
An imaging unit that sequentially images the positioning marks provided on the substrate and used for position detection on the substrate;
A movement instructing unit that outputs a movement command to the machining table so that the imaging unit moves sequentially on the positioning mark continuously without stopping the machining table;
An imaging instruction unit that outputs an imaging instruction to the imaging unit when the imaging unit has moved onto the positioning mark; and
A mark position calculation unit that calculates a position of the positioning mark based on an image of the positioning mark imaged by the imaging unit while the movement instruction unit outputs a movement command to the processing table; ,
A positional deviation amount calculation unit that calculates a positional deviation amount of the substrate with respect to the processing table using the position of the positioning mark calculated by the mark position calculation unit;
A laser processing unit that performs laser processing while correcting the position of the laser processing of the substrate with the positional shift amount calculated by the positional shift amount calculation unit;
A laser processing apparatus comprising:
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し、
前記撮像指示部は、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ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。A substrate position calculation unit that calculates a relative position between the imaging unit and the substrate based on a position of the processing table;
The substrate position calculation unit calculates a positional deviation amount between the processing table and the substrate, which changes according to the moving speed of the processing table, based on the moving speed of the processing table, and calculates the calculated positional deviation amount. To correct the relative position using
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the imaging instruction unit outputs an imaging instruction to the imaging unit based on the relative position corrected by the substrate position calculation unit.
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2に記載のレーザ加工装置。A linear scale for detecting the position of the processing table;
The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the substrate position calculation unit calculates the relative position based on the position of the processing table detected by the linear scale.
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2に記載のレーザ加工装置。A motor for moving the processing table;
An encoder for detecting the rotational speed of the motor;
Further comprising
The substrate position calculation unit calculates the relative position using a control command to the motor corresponding to a movement command to the processing table, a detection result by the encoder, and an integrated value of the movement command to the processing table. The laser processing apparatus according to claim 2.
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1〜4のいずれか1つに記載のレーザ加工装置。The position of the positioning mark calculated by the mark position calculation unit based on the time required from when the imaging instruction is output until the positioning mark image is captured and the moving speed of the processing table A position correction unit for correcting
The position displacement amount calculation unit calculates a position displacement amount of the substrate with respect to the processing table using the position of the positioning mark corrected by the position correction unit. The laser processing apparatus as described in one.
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。
A processing table for placing a substrate to be laser processed and moving in a plane parallel to the main surface of the substrate, and a positioning mark provided on the substrate and used for position detection on the substrate in order. A laser processing apparatus including an imaging unit for capturing an image, so that the processing table is moved in order on the positioning mark in order without the processing table being stopped. A movement instruction step for outputting
An imaging instruction step of outputting an imaging instruction to the imaging unit when the imaging unit has moved onto the positioning mark;
A mark position calculating step for calculating a position of the positioning mark based on an image of the positioning mark imaged by the imaging unit while a movement command to the processing table is output;
A displacement amount calculation step of calculating a displacement amount of the substrate with respect to the processing table, using the calculated position of the positioning mark;
A substrate position detection method comprising:
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