TWI718965B

TWI718965B - 雷射束的異常檢測方法及雷射加工裝置

Info

Publication number: TWI718965B
Application number: TW109119878A
Authority: TW
Inventors: 小林信高; 滝川靖弘; 坂健太郎
Original assignee: 日商三菱電機股份有限公司
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2021-02-11
Also published as: WO2020261472A1; JP6693612B1; JPWO2020261472A1; TW202100272A

Abstract

雷射加工裝置使用的雷射束係容易因雷射振盪器內部的燒損等而發生異常。在該些異常顯露於輸出低下之前，常常先在射束徑和射束輪廓顯露異常，若以輸出作為指標會延誤異常檢測。本發明的雷射束的異常檢測方法係在具備射出雷射束的雷射振盪器的雷射加工裝置中檢測雷射束的異常的方法，該雷射束的異常檢測方法係具備下述步驟：照射步驟，係對設置在積載藉由前述雷射束進行加工的被加工材的加工區域外的前置調整用基板，在從前述前置調整用基板的表面離焦的狀態下照射雷射束；攝像步驟，係對藉由前述照射步驟而形成的前述前置調整用基板上的照射痕藉由攝像手段進行攝像而取得攝像資訊；及判斷步驟，係根據前述攝像資訊，判斷雷射束的異常；在進行前述雷射束的輸出異常的判斷前進行前述各步驟。

Description

雷射束的異常檢測方法及雷射加工裝置

本發明係有關檢測雷射束(laser beam)的異常的方法。

在進行切割、焊接、開孔等加工的雷射加工裝置中，一般係使用雷射振盪器。雷射振盪器係構成為將所振盪出的雷射經由部分反射鏡和全反射鏡等光學系統而射出至外部，但雷射的光能(energy)密度非常高，振盪器和光學系統故障等異常屢屢發生。例如，使用二氧化碳雷射會有光學系統燒損的情形。此外，亦或有起因於雷射的光能而在位在雷射振盪器外部的反射鏡(mirror)和照射頭(head)引發異常的情形。如上述的異常不光會隨著時間的變化而引發，也會突發地發生。因此，必須早期檢測出雷射振盪器等的異常。

下述之專利文獻1係揭示習知的雷射振盪器的異常檢測方法。具體而言，在該專利文獻1所揭示的異常檢測方法中，在工件(work)加工區域外具備有雷射束的射束徑診斷區(area)，在該射束徑診斷區照射雷射束。當雷射振盪器發生異常，射束徑便變成為與通常的數值不同的數值。因此，在前述異常檢測方法中係量測照射在射束徑診斷區的雷射束的射束徑，當該所量測得的射束徑不同於通常的數值時，檢測出發生異常。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本國特開2008-114228號公報

[發明所欲解決之課題]

上述之專利文獻1係揭示藉由量測射束徑來檢測雷射振盪器所具備的部分反射鏡和全反射鏡的異常之方法作為診斷程序(process)，但當在雷射束的輸出診斷中沒有認定有異常就不會進行射束徑的診斷程序。亦即，當雷射束的輸出沒有低於某個基準值就不會進行射束徑的診斷。這根據的是雷射束發生異常時隨即會發生雷射束輸出異常的前提。然而，會有儘管雷射束的輸出正常卻仍在雷射振盪器所具備的部分反射鏡和全反射鏡以外的雷射振盪器外的反射鏡和照射頭發生異常的情形，而上述之專利文獻1的方法並無法檢測這種情形的異常。

本發明係為了解決如上述的課題而研創，目的在於提供能夠早期檢測出沒有顯露在雷射束的輸出裡的異常的方法。 [解決課題的手段]

本揭露的雷射束的異常檢測方法係在具備射出雷射束的雷射振盪器的雷射加工裝置中檢測雷射束的異常的方法；該雷射束的異常檢測方法係具備下述步驟：照射步驟，係對設置在積載藉由前述雷射束進行加工的被加工材的加工區域外的前置調整用基板，在從前述前置調整用基板的表面離焦(defocus)的狀態下照射雷射束；攝像步驟(step)，係對藉由前述照射步驟而形成的前述前置調整用基板上的照射痕藉由攝像手段進行攝像而取得攝像資訊；量測步驟，係根據前述攝像資訊，量測與前述照射痕的形狀相關的形狀參數(parameter)；及判斷步驟，係當在前述量測步驟的量測結果超出表示雷射束為正常的範圍時，判斷為雷射束為異常。 [發明的效果]

依據本揭露的雷射束的異常檢測方法，能夠達成即使未顯露雷射束的輸出低下仍於早期檢測出雷射束的異常。此外，藉由在檢測出雷射束的異常的時點停止藉由雷射加工進行的生產，而能夠停止不良品的繼續生產。

以下，利用添附圖式說明實施型態。在各圖中係對相同或相當的部分標註相同的元件符號。重複的說明係適當予以簡化或省略。另外，本發明並不受以下的實施型態所限定。

實施型態1. 第1圖係用以說明實施型態1的雷射束的異常檢測方法的雷射加工裝置之圖。雷射加工裝置100的構成僅是一例，能夠視需要而變更其構成。

雷射加工裝置100係具備雷射振盪器1、反射鏡3、掃描鏡(scanner mirror)4a、透鏡(lens)4b、載台6、驅動機構7a及7b、攝像機(camera)8以及圖像處理裝置9。雷射振盪器1為脈衝雷射振盪器，係射出雷射束2。雷射束2係藉由反射鏡3而反射，再藉由掃描鏡4a而沿X與Y之二維方向掃描。雷射束2係藉由透鏡4b而聚光於被加工物5a上，藉此，被加工物5a係受雷射加工。積載被加工物5a的載台(table)6係藉由驅動機構7b而能夠沿X與Y之二維方向移動。藉此，能夠將雷射束2照射至被加工物5a的任意處。由掃描鏡4a及透鏡4b組成的照射頭4係藉由驅動機構7a而能夠沿上下方向移動。藉此，能夠將雷射束2的焦點對焦在被加工物5a的表面(正焦(just focus))，或能夠將焦點挪離表面(離焦)。攝像機8係進行被加工物5a的表面觀察。圖像處理裝置9係藉由對以攝像機8攝得的圖像進行處理，而能夠取得及解析後述的各種資料(data)。

針對載台6進行詳述。載台6係具有用以積載被加工物5a的加工區域6a，及積載前置調整用的工件5b的加工外區域6b。工件5b係例如以阻焊劑(solder resist)和丙烯酸樹脂(acrylic)等的樹脂基板構成。接著，針對前置調整作業進行說明。在以雷射加工裝置100開始被加工物5a的量產加工時，係於加工開始前進行前置調整作業。前置調整作業於量產加工中亦定期地實施，因此前置調整作業係一日進行數次。在前置調整作業中係對積載在加工外區域6b的工件5b照射雷射束2進行加工而進行各種校正。關於校正，係進行穿過透鏡4b的雷射束2的光軸與攝像機8的光軸的相對位置的校正和掃描鏡4a的擺角與雷射束2的掃描距離的相對關係的校正等。

本實施型態1的雷射束2的異常檢測係藉由實際將雷射束2照射至工件5b而進行。關於雷射束2的在工件5b的照射，係將雷射束2的焦點位置對焦在從工件5b表面離焦的位置來進行。當在工件5b上進行雷射照射便形成照射痕。以攝像機8對照射痕進行攝像，取得照射痕的圖像。以圖像處理裝置9處理所取得的照射痕的圖像，量測與照射痕的形狀相關的參數。雷射加工裝置100係判斷所量測得的形狀參數是否落在預先設定好的範圍內，若形狀參數在上述範圍外便判斷為雷射束2為異常，將屬於異常一事輸出。藉此，即使未顯露雷射束2的輸出低下異常仍能夠檢測出雷射束2的異常。本實施型態1的雷射束2的異常檢測方法的特徵係在進行雷射束2的輸出低下的異常檢測前，進行以攝像資訊為根據的雷射束2的異常判斷來檢測雷射束2的異常。

在將雷射束2照射至工件5b時，只要雷射振盪器1和反射鏡3、照射頭4為正常，則其照射痕亦即加工孔係成為大致圓形。換言之，當雷射束2為正常時，藉由雷射束2進行的照射在工件5b的照射痕係成為大致圓形。之所以不是將雷射束2的焦點對焦在工件5b表面而是對焦在從表面離焦的位置，是因為當在雷射束2認定有異常時，因該異常而產生的影響係容易顯著地顯露在照射痕之故。例如，當雷射振盪器1內的傳送鏡損傷時，因傳送鏡的損傷而產生的影響係顯露在照射痕的形狀。此外，當雷射振盪器1外的反射鏡3和照射頭4損傷時，因反射鏡3和照射頭4的損傷而產生的影響係顯露在照射痕的形狀。此時，雷射束2的輸出即使維持且為正常，在從表面離焦的位置的照射雷射束2的照射痕仍會如第2圖至第3圖所示成為馬蹄形和甜甜圈形。就離焦的方向而言，當以工件5b的表面為基準面而以朝透鏡4b的方向為正的方向時，能夠將離焦位置設定在正負任一方向。為了獲得更明確的照射痕以及為了避免雷射加工裝置100中各種裝置間的物理性干涉，較佳為以使藉由透鏡4b形成的雷射束2的焦點位置10位在正側的方式設定離焦位置。關於從工件5b表面起算的離焦量df，當採用1mm至5mm，便容易在雷射束2的異常時獲得馬蹄形和甜甜圈形的照射痕20，故較佳。其結果，便容易檢測雷射束2的異常。

要從照射痕求取形狀參數，係藉由將以攝像機8攝得的圖像以圖像處理裝置9進行處理而求取。圖像處理裝置9係將以攝像機8攝得的圖像轉換成黑白二值化的資料。然後，從二值化後的資料中抽出照射痕的輪廓，獲得表示照射痕的資料群。圖像處理裝置9係從所抽出的照射痕的輪廓的資料群中取得與圓形的照射痕的形狀相關的參數(形狀參數)。就形狀參數而言，係取得(1)重心座標、(2)直徑、(3)真圓率、(4)與具有目標直徑的真圓之間的一致度(以下，稱為一致度)等資料。針對(3)真圓率，係能夠對所獲得的資料群使用一般的橢圓方程式，以最小平方法進行擬合(fitting)，求取橢圓的長徑及短徑，藉由長徑與短徑之比而求取。此外，針對(4)一致度，係能夠設定欲藉由雷射束2的照射來獲得的所意圖的照射痕的直徑(目標直徑)，再使用在求取上述(3)真圓率時所算出的長徑及短徑來求取。例如，能夠從具有某個目標直徑的真圓(長徑=短徑)的直徑與上述長徑之比，及真圓的直徑與上述短徑之比，以照射痕一致於真圓的程度的形式來求取。一致度係採用諸如最大成為1、最小成為0的值。當一致度的值為1時，照射痕的形狀與真圓的形狀一致，代表照射痕為如同意圖的形狀，亦即為在雷射束2正常時所獲得的形狀。雷射加工裝置100係只要所求得的形狀參數不在正常範圍內便輸出異常。另一方面，雷射加工裝置100係只要照射痕20的形狀參數落在正常範圍內便判斷為雷射束2為正常。

第2圖至第4圖係示意性顯示使用雷射加工裝置100進行雷射束2的異常檢測時的雷射束2的照射與藉由攝像機8進行的照射痕的攝像之圖。第2圖係顯示將從雷射振盪器1射出的雷射束2照射在工件5b時形成了馬蹄形的照射痕20之圖。如同第2圖的照射痕所示，當雷射束2有異常，在將雷射束2以透鏡4b聚光且以距離工件5b表面離焦量df的位置作為焦點位置10而照射射束時，形成馬蹄形的照射痕20。然後，將照射痕20移動至攝像機8下，藉由攝像機8對照射痕20進行攝像取得圖像。在對第2圖的馬蹄形進行了圖像處理時，相較於正常時，(2)直徑比較大，(3)真圓率比較低。

第3圖係顯示將從雷射振盪器1射出的雷射束2照射在工件5b時形成了甜甜圈形的照射痕20之圖。如同第3圖的照射痕所示，當雷射束2有異常，在將雷射束2以透鏡4b聚光且以距離工件5b表面離焦量df的位置作為焦點位置10照射射束時，便形成甜甜圈形的照射痕20。然後，將照射痕20移動至攝像機8下，藉由攝像機8對照射痕20進行攝像取得圖像。在對第3圖的甜甜圈形進行了圖像處理時，相較於正常時，(2)直徑比較大，(4)一致度比較低。

第4圖係顯示當雷射束2的射束徑和射束輪廓沒有發生異常時將雷射束2照射在工件5b時形成了大致圓形的照射痕20之圖。如同第4圖所示，在將雷射束2以透鏡4b聚光且以距離工件5b表面離焦量df的位置作為焦點位置10照射射束時，形成大致圓形的照射痕20。然後，將照射痕20移動至攝像機8位置，藉由攝像機8對照射痕20進行攝像取得圖像。

判斷從藉由攝像機8對照射痕20進行攝像所取得的圖像進行量測得的形狀參數的值是否包含在預先設定的資料範圍內，藉此而能夠檢測雷射束2的異常的有無。亦即，只要將第2圖至第4圖所示的對工件5b進行在離焦位置的射束照射的作業整合進日常性實施的前置調整作業中，則即使沒有發生雷射束2的輸出低下，藉由對所取得的照射痕20的圖像進行圖像處理，仍能夠檢測出雷射束2的異常。此外，亦可構成為使用所取得的複數個形狀參數之中的兩個以上的參數來進行雷射束2的異常的有無的判斷。藉此，能夠令異常檢測的可靠度提升。

接著，針對實施型態1的雷射束2的異常檢測方法的步驟順序，利用第5圖進行說明。於雷射加工開始前的前置調整作業時，雷射加工裝置100係根據作業人員的操作令驅動機構7a、7b運作而移動載台6，以使雷射照射頭4位在加工外區域的工件5b上的照射位置(步驟S110)。接著，設定雷射束2的照射條件(步驟S120)。接著，針對照射步驟進行說明。在照射步驟中，係對工件5b照射雷射束2(步驟S130)，在照射後停止雷射束2(步驟S140)。接著，針對攝像步驟進行說明。在攝像步驟中，雷射加工裝置100係根據作業人員的操作令驅動機構7a、7b運作而移動載台6，以使形成在工件5b的照射痕20位在攝像機8下(步驟S150)，並以攝像機8對照射痕20進行攝像。接著，針對量測步驟進行說明。在量測步驟中，係從所攝得的照射痕20的圖像量測照射痕20的形狀參數(步驟S160)。接著，針對判斷步驟進行說明。在判斷步驟中，係判定所量測得的形狀參數是否在正常範圍內(步驟S170)，若不在正常範圍內則判斷為雷射振盪器1為異常而輸出異常(步驟S180)，結束處理。此外，在步驟S170中若形狀參數在正常範圍內，則判斷為在雷射束2沒有認定有異常而結束處理。另外，在本實施型態1的異常檢測方法中雖說明了上述的流程，但能夠適當進行各步驟的順序的調換，例如在設定照射條件的步驟S120後進行移動至照射位置的步驟S110等。

第6圖係將作為每日量測得的照射痕20的形狀參數之(2)直徑相對於時間進行測繪(plot)而成之圖。針對雷射束2的異常有無的判斷的方法，利用第6圖進行說明。決定對工件5b照射雷射束2的條件，例如發(shot)數、每一發的能量、離焦量df等，作為照射條件預先設定好。此外，針對攝像機8的攝像條件和圖像處理裝置9的處理條件及以形狀參數為根據的異常判斷條件，亦預先設定好。以上的設定係固定，進行異常有無的判斷。亦即條件不會依日變更。此外，決定(2)直徑的正常範圍，亦即決定上限值30a與下限值30b作為基準值，預先設定至雷射加工裝置100。關於上限值30a與下限值30b，例如能夠在雷射束2正常的狀態中以雷射束2進行複數次工件5b的加工，將照射痕20的(2)直徑的平均值算出來，設定(平均值)±4×(標準偏差)。設於某時，表示圖像處理裝置9進行處理所求得的照射痕20的(2)直徑之結果超過了上限值30a或低於下限值30b。此時，雷射加工裝置100係輸出警告(alarm)將屬於異常一事通知作業人員。藉由如上述進行，使雷射束2的早期的異常檢測成為可能，並在該時點停止被加工物5a的加工，而能夠停止繼續生產不良品。另外，(3)真圓率與(4)一致度的基準係例如能夠採用諸如90%以上的基準，表示是正常的範圍係僅有下限值30b，沒有上限值30a。另外，警告係亦可構成為藉由警報來通知作業人員，亦可為藉由燈(lamp)發出光者，只要是使用能夠讓作業人員認知到是異常的手段即可。

異常檢測係亦可藉由搭配(3)真圓率和(4)一致度等其他形狀參數的方法來進行，例如，亦可藉由當(2)直徑、(3)真圓率、(4)一致度其中兩個以上的數值偏離基準值時發出警告的方法來進行。藉由如上述進行，能夠提升異常檢測的可靠度。或有因工件5b表面的起伏等原因造成以攝像機8攝得的表示照射痕20的圖像失焦的情形。此時，當欲僅以(2)直徑來進行異常檢測，藉由圖像處理裝置9進行的圖像處理的結果便會產生誤差，有儘管雷射束2沒有異常，量測結果卻背離正常範圍的可能性。為防備如上述的情形，從可靠度的觀點來看，較佳為使用兩個以上的形狀參數進行判斷。

此外，就別的異常檢測方法而言，可考慮就算形狀參數的值一度偏離基準值但警告仍不輸出，而對形狀參數進行複數次量測，從複數次量測結果綜合判斷來進行異常檢測的方法。例如，亦可採用重複雷射束2的照射與照射痕20的量測，若連續三次偏離基準值就輸出警告的方法來進行，亦可構成為若連續量測得的三次的值其中任一個偏離基準值，就除了警告的輸出之外，還加入作業人員的判斷來進行判斷。

另外，當雷射束2的輸出低下時，從照射痕20獲得的(2)直徑係變小。在本實施型態1中係在(2)直徑亦設定有下限值30b，故亦能夠檢測出雷射束2的輸出低下。

亦即，依據本實施型態1的雷射束的異常檢測方法，在日常的前置調整作業中，令雷射束2從焦點位置10離焦並照射在工件5b，量測該照射痕20的(2)直徑和(3)真圓率及(4)一致度，藉此，即使為在雷射束2沒有認定有輸出低下之類的情形中，仍能夠進行雷射束2的異常的檢測。

另外，針對在本實施型態中所說明的雷射束的異常，例如，已知藉由具備CCD(Charge Coupled Device；電荷耦合元件)和CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor；互補式金屬氧化物半導體)感測器(sensor)的光束分析儀對雷射束的射束輪廓進行量測，藉此能夠檢測光學零件的異常。然而，只要使用本實施型態的雷射束的異常檢測方法，不需在雷射加工裝置搭載光束分析儀就能夠檢測雷射束的異常，故能夠將成本(cost)壓在低廉的價格。

實施型態2. 如同上述，當在雷射束2發生異常時，會有不僅在射束徑認定有異常，在射束輪廓也認定有異常的情形。關於在射束輪廓是有否異常，理想上係以藉由光束分析儀量測雷射束2的強度分布的方法來進行判斷的方法為佳。然而，為每一台雷射加工裝置100配置光束分析儀從成本的觀點看來有待商榷。以下，在本實施型態2中係針對模擬光束分析儀來進行的雷射束2的異常檢測方法進行說明。亦即，本方法係不使用光束分析儀而以模擬的方式來檢測雷射束2的射束輪廓異常的方法。具體而言，係將對前置調整用的工件5b以複數個照射條件照射雷射束2時形成的照射痕20的相關形狀參數重疊，來模擬光束分析儀的結果，並輸出模擬的結果而藉此檢測雷射束2的異常。

第7圖及第8圖係示意性顯示藉由光束分析儀量測得的雷射束2的強度分布的例子之圖。第7圖為鳥瞰圖，第8圖為輪廓圖亦即等高線圖。在實施型態1中係針對將雷射束2以單一照射條件對工件5b進行照射時的情形進行了說明。亦即，能夠說是獲得了與第8圖中所示輪廓40其中任一條等高線相當的照射痕20。在本實施型態2中，將雷射束2以不同的兩個以上的照射條件對工件5b進行照射。亦即，獲得第8圖所示輪廓40中的兩條以上的等高線。

針對本實施型態2進行詳述。工件5b係與實施型態1同樣為阻焊劑和丙烯酸樹脂等的樹脂基板。在兩個以上的照射條件的全體中，離焦量df係設定為相同值。另一方面，將發數或每一發的能量或上述兩者設定成在各照射條件中變更的值。例如，當照射條件有兩個時，有一者係設定成對工件5b高強度加工的第1條件(增加發數或提高每一發的能量)，另一者係設定成對工件5b低強度加工的第2條件(減少發數或降低每一發的能量)。藉由如上述的條件，獲得兩個不同(2)直徑的照射痕20，從該兩個照射痕20獲得兩個不同的等高線。

第9圖及第10圖係顯示若是將所獲得的兩個照射痕重疊，即便不使用光束分析儀亦能夠模擬藉由光束分析儀獲得的結果。第9圖中，兩個照射痕20a與20b的中心一致，重疊成同心圓狀，故可知雷射束2的強度分布係旋轉對稱。另一方面，第10圖中，兩個照射痕20a與20b的中心沒有一致而錯開，故可知雷射束2的強度分布有偏倚而非旋轉對稱。如此要檢測雷射束2的強度分布的偏倚，係量測照射痕20a與20b的(1)重心座標，算出照射痕20a的(1)重心座標與照射痕20b的(1)重心座標的偏移Δ。例如，當偏移Δ超出預先設定好的值，便判斷為雷射束2的強度分布有偏倚，雷射加工裝置100係輸出警告將雷射束2為異常一事通知作業人員。當將雷射束2以不同的三個以上的照射條件對工件5b進行照射時，算出以某個條件形成的照射痕20的(1)重心座標與以別的條件形成的照射痕20的(1)重心座標的偏移Δ，算出當中的偏移Δ的最大值。亦可構成為，當該最大值超出預先設定好的值，便判斷為雷射束2的強度分布有偏倚，雷射加工裝置100係輸出警告將異常通知作業人員。

亦即，依據本實施型態2的雷射束2的異常檢測方法，將雷射束2以複數個照射條件照射至工件5b，將照射痕之間的(1)重心座標的偏移Δ分別算出，藉此能夠進行模擬光束分析儀來進行的異常檢測。

另外，圖像處理裝置9係能夠與(1)重心座標的同時地量測(2)直徑、(3)真圓率、(4)一致度。因此，搭配實施型態1，於以各照射條件形成的照射痕20，將(2)直徑和(3)真圓率及(4)一致度與基準比對。藉此，無需增加檢查時間就能夠應對雷射束2的各式各樣的強度分布的異常，能以很高的機率檢測出異常。

針對實施型態2的雷射束2的異常檢測方法，利用第11圖針對使用兩個照射條件進行異常檢測時的處理流程進行說明。於雷射加工開始前的前置調整時，雷射加工裝置100係根據作業人員的操作令驅動機構7a、7b運作而移動載台6，以使雷射照射頭4位在屬於加工外區域的工件5b上之第1照射位置(步驟S210)。接著，將雷射束2的照射條件設定為第1的照射條件(步驟S220)。接著，對工件5b照射雷射束2(步驟S230)形成第1照射痕20a，在照射後停止雷射束2(步驟S240)。接著，雷射加工裝置100係根據作業人員的操作令驅動機構7b運作而移動載台6，以使雷射照射頭4位在屬於加工外區域的工件5b上之第2照射位置(步驟S250)。接著，將雷射束2的照射條件設定為第2照射條件(步驟S260)。對工件5b照射雷射束2(步驟S270)形成第2照射痕20b，在照射後停止雷射束2(步驟S280)。接著，雷射加工裝置100係根據作業人員的操作令驅動機構7a、7b運作而移動載台6，以使第1照射痕20a位在攝像機8下的攝像位置(步驟S290)，藉由攝像機8對第1照射痕20a進行攝像，藉由圖像處理裝置9處理所取得的圖像，量測第1照射痕20a的重心位置(步驟S300)。接著，雷射加工裝置100係根據作業人員的操作令驅動機構7b運作而移動載台6，以使第2照射痕20b位在攝像機8下的攝像位置(步驟S310)，藉由攝像機8對第2照射痕20b進行攝像，藉由圖像處理裝置9處理所取得的圖像，量測第2照射痕20b的重心位置(步驟S320)。接著，算出所量測得的各重心座標間的偏移Δ(步驟S330)。接著，判定偏移Δ是否超出預先設定好的值(步驟S340)，若超出則將雷射束2設為異常而輸出異常(步驟S350)，結束處理。此外，在步驟S340中若偏移Δ並未超出預先設定好的值則判斷為在雷射束2沒有認定有異常而結束處理。另外，在實施型態1中亦說明過，本異常檢測方法的特徵係在進行雷射振盪器的輸出異常的判斷前，進行以攝像資訊為根據的異常判斷。

實施型態3. 第12圖及第13圖係藉由光檢測器而以示波器對雷射束2的脈衝波形的高度進行量測的例子。第12圖係顯示雷射束2的輸出為正常時的情形。第13圖係顯示在雷射振盪器1的振盪剛開始時雷射束2未獲得足夠的輸出時的情形。此外，在以將所振盪出的雷射束波長轉換成二次諧波、三次諧波的雷射振盪器1中，當波長轉換晶體愈趨劣化，便會有如第13圖所示在雷射振盪剛開始時無法獲得足夠的輸出的情形。在一般為了量測雷射束2的能量而使用的熱感測器(thermal sensor)中，由於原本就於量測值的上升時存在延遲，故並無法量測雷射束於振盪剛開始時的輸出。因此，在如第13圖所示的情形中並無法檢測雷射束2的異常。

於如此情形，以實施型態1所示的量測照射痕20的(2)直徑的方法亦能夠進行異常之檢測。然而，雷射束2對樹脂基板的加工性高，當前置調整用的工件5b使用樹脂基板，即使在雷射振盪剛開始時雷射的輸出低下，雷射束2還是能夠良好地對樹脂基板進行加工。因此，就算比較雷射束2的輸出正常時與輸出低下時的加工結果，由於顯露在照射痕的形狀的差異小，故難以進行是正常還是異常的判定。因此，在本實施型態3中係使用在樹脂基板的兩面設有銅箔的雙面覆銅板來進行雷射束2的異常檢測。

針對前置調整用的工件5b進行詳述。於第14圖顯示雙面覆銅板的剖面構造。雙面覆銅板係在樹脂基板50b的表背兩面設有銅箔50a之基板。雙面覆銅板係能夠藉由在樹脂基板50b貼附銅箔50a而製作。雙面覆銅板係在樹脂基板50b具備金屬的層，故藉由雷射束2進行的對表面的金屬層的加工性會下降。亦即，藉由雷射束2對工件5b進行加工所需要的雷射輸出係提高。換言之，關於使雷射加工成為可能的輸出的臨限值，雙面覆銅板比樹脂基板高。當伴隨如前面所述的波長轉換晶體的劣化而發生雷射束2的輸出低下，雷射束2便隨著輸出低下而變成不會貫通銅箔50a。因此，藉由判定雷射束2是否成功貫通銅箔50a，便能夠針對雷射輸出的變化進行明確的判定。

針對具體的異常檢測方法進行說明。在本實施型態3中係以工件5b表面作為焦點位置10照射雷射束2。此外，照射條件係預先設定成使輸出成為雷射束2能夠勉強貫通工件5b表面的銅箔50a的輸出以上。就設定條件而言，例如，若雷射束2的每一發的能量採用50μJ/發，且雷射束2在20發(重複頻率：100kHz)時貫通銅箔50a，則進行該種設定。亦即，預先將條件設定成：在雷射束2的輸出正常時，雷射束2能夠貫通銅箔50a，但假使雷射束2在雷射振盪剛開始時輸出低下時，變成無法通銅箔50a。關於變成無法貫通銅箔50a的條件，例如能夠採用下述條件：預先規定好在雷射振盪剛開始時雷射束2的輸出低下時會判定為異常的輸出值，當低於該輸出值，雷射束2便無法貫通銅箔50a。當對未貫通銅箔50a時的照射痕進行攝像並將所取得的圖像以圖像處理裝置9進行圖像處理，則(1)重心座標、(2)直徑、(3)真圓率、(4)一致度皆無法量測，故產生錯誤(error)。雷射加工裝置100係當收到該錯誤便輸出警告將雷射束2為異常一事通知作業人員。另外，是否為異常的判斷並非一定要藉由以攝像機8對照射痕進行攝像並將所攝得的圖像藉由圖像處理裝置9進行處理來進行，亦可構成為由作業人員藉由目視對照射痕進行確認來判斷是否有貫通金屬層。此外，設在樹脂基板50b的表背兩面的金屬係只要為能夠進行上述檢測方法便不一定要是銅，但雙面覆銅板容易取得且價格低廉。

亦即，依據本實施型態3的雷射束2的異常檢測方法，工件5b採用雙面覆銅板，進行是否成功貫通銅箔50a的判定，藉此，便能夠進行在振盪剛開始時雷射輸出低下的雷射束2的輸出異常的檢測。 [產業上的利用可能性]

如同上述，本發明的雷射束的異常檢測方法及雷射加工裝置係適於被加工物的雷射加工，適於以對工件照射雷射光進行開孔加工的微雷射(micro laser)加工裝置所進行的雷射加工。

1 雷射振盪器 2 雷射束 3 反射鏡 4 照射頭 4a 掃描鏡 4b 透鏡 5a 被加工物 5b 前置調整用工件 6 載台 6a 加工區域 6b 加工外區域 7a、7b 驅動機構 8 攝像機 9 圖像處理裝置 10 焦點位置 20 照射痕 20a 照射痕 20b 照射痕 30a 上限值 30b 下限值 40 輪廓(等高線) 50a 銅箔 50b 樹脂基板 100 雷射加工裝置 df 離焦量 S110至S180、S210至S350 步驟 Δ 偏移

第1圖係用以說明實施型態的雷射束的異常檢測方法的雷射加工裝置之例。第2圖係顯示雷射束的射束輪廓(beam profile)發生異常時的馬蹄形的照射痕之圖。第3圖係顯示雷射束的射束輪廓發生異常時的甜甜圈(donut)形的照射痕之圖。第4圖係顯示雷射束的射束輪廓正常時的圓形的照射痕之圖。第5圖係顯示實施型態1的雷射束的異常檢測方法的流程之流程圖(flowchart)。第6圖係顯示每日量測得的照射痕的直徑的履歷的例子之圖。第7圖係顯示藉由光束分析儀(beam profiler)進行的雷射束的強度分布的量測例之鳥瞰圖。第8圖係顯示藉由光束分析儀進行的雷射束的強度分布的量測例之輪廓(contour)圖。第9圖係說明實施型態2的將兩個照射痕代表的強度分布重疊在一起的模擬光束分析儀的量測方法之圖(強度分布為旋轉對稱)。第10圖係說明實施型態2的將兩個照射痕代表的強度分布重疊在一起的模擬光束分析儀的量測方法之圖(強度分布有偏倚)。第11圖係顯示實施型態2的雷射束的異常檢測方法的流程之流程圖。第12圖係藉由光檢測器(photo detector)而以示波器(oscilloscope)對雷射束正常時的雷射束的脈衝(pulse)波形的高度進行量測的例子。第13圖係藉由光檢測器而以示波器對雷射束在振盪剛開始時未獲得足夠的輸出時的雷射束的脈衝波形的高度進行量測的例子。第14圖係顯示雙面覆銅板的剖面構造之圖。

2 雷射束 4b 透鏡 5b 前置調整用工件 8 攝像機 10 焦點位置 20 照射痕

Claims

一種雷射束的異常檢測方法，係在具備射出雷射束的雷射振盪器的雷射加工裝置中檢測雷射束的異常的方法，該雷射束的異常檢測方法係具備下述步驟：照射步驟，係對設置在積載藉由前述雷射束進行加工的被加工材的加工區域外的前置調整用基板，在從前述前置調整用基板的表面離焦的狀態下照射雷射束；攝像步驟，係對藉由前述照射步驟而形成的前述前置調整用基板上的照射痕藉由攝像手段進行攝像而取得攝像資訊；量測步驟，係根據藉由前述攝像步驟而取得的攝像資訊，量測與前述照射痕的形狀相關的形狀參數；及判斷步驟，係當在前述量測步驟的量測結果超出表示雷射束為正常的範圍時，將雷射束判斷為異常。
如申請專利範圍第1項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述量測步驟係藉由從照射痕的形狀的輪廓取得的資料群求取前述形狀參數，前述形狀參數係含有照射痕的重心座標、照射痕的直徑、真圓率及與具有目標直徑的真圓之間的一致度其中至少一者。
如申請專利範圍第2項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述判斷步驟係當前述形狀參數之中的兩個以上的參數的量測結果超出表示是正常的範圍時，判斷為雷射束為異常。
如申請專利範圍第1項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述形狀參數係含有照射痕的重心座標、照射痕的直徑、真圓率及與具有目標直徑的真圓之間的一致度；前述量測步驟係對前述形狀參數進行複數次量測；前述判斷步驟係當在複數次量測得的前述形狀參數的量測結果中，複數次超出表示是正常的範圍時，判斷為雷射束為異常。
如申請專利範圍第2項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述形狀參數係含有照射痕的重心座標、照射痕的直徑、真圓率及與具有目標直徑的真圓之間的一致度；前述量測步驟係對前述形狀參數進行複數次量測；前述判斷步驟係當在複數次量測得的前述形狀參數的量測結果中，複數次超出表示是正常的範圍時，判斷為雷射束為異常。
如申請專利範圍第3項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述形狀參數係含有照射痕的重心座標、照射痕的直徑、真圓率及與具有目標直徑的真圓之間的一致度；前述量測步驟係對前述形狀參數進行複數次量測；前述判斷步驟係當在複數次量測得的前述形狀參數的量測結果中，複數次超出表示是正常的範圍時，判斷為雷射束為異常。
如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述離焦狀態的焦點位置係位在前述前置調整用基板的表面與將前述雷射束聚光的透鏡間。
如申請專利範圍第7項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述離焦狀態的焦點位置到前述前置調整用基板的表面之距離為1mm至5mm。
如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述照射步驟係將前述雷射束以不同的兩個以上的照射條件對前述前置調整用基板進行照射之步驟；前述攝像步驟係從藉由前述不同的兩個以上的照射條件而形成的複數個照射痕取得攝像資訊之步驟；前述量測步驟係從前述複數個照射痕的攝像資訊分別量測重心座標之步驟；前述判斷步驟係當前述複數個照射痕的重心座標中任兩個重心座標間的距離超出表示雷射束是正常的範圍時，判斷為雷射束為異常。
如申請專利範圍第7項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述照射步驟係將前述雷射束以不同的兩個以上的照射條件對前述前置調整用基板進行照射之步驟；前述攝像步驟係從藉由前述不同的兩個以上的照射條件而形成的複數個照射痕取得攝像資訊之步驟；前述量測步驟係從前述複數個照射痕的攝像資訊分別量測重心座標之步驟；前述判斷步驟係當前述複數個照射痕的重心座標中任兩個重心座標間的距離超出表示雷射束是正常的範圍時，判斷為雷射束為異常。
如申請專利範圍第8項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述照射步驟係將前述雷射束以不同的兩個以上的照射條件對前述前置調整用基板進行照射之步驟；前述攝像步驟係從藉由前述不同的兩個以上的照射條件而形成的複數個照射痕取得攝像資訊之步驟；前述量測步驟係從前述複數個照射痕的攝像資訊分別量測重心座標之步驟；前述判斷步驟係當前述複數個照射痕的重心座標中任兩個重心座標間的距離超出表示雷射束是正常的範圍時，判斷為雷射束為異常。
一種雷射束的異常檢測方法，係在具備射出雷射束的雷射振盪器的雷射加工裝置中檢測雷射束的異常的方法，該雷射束的異常檢測方法係具備下述步驟：照射步驟，係對設置在積載藉由前述雷射束進行加工的被加工材的加工區域外且在樹脂層上具備金屬層的前置調整用基板，在以前述前置調整用基板的表面作為焦點位置的狀態下照射雷射束；攝像步驟，係對藉由前述照射步驟而形成的前述前置調整用基板上的照射痕藉由攝像手段進行攝像而取得攝像資訊；量測步驟，係根據藉由前述攝像步驟而取得的攝像資訊，量測與前述照射痕的形狀相關的形狀參數；及判斷步驟，係當前述量測步驟的量測結果為前述金屬層未被雷射束貫通時，判斷為雷射束的輸出有異常。
如申請專利範圍第12項所述之雷射束的異常檢測方法，其中，前述前置調整用基板為雙面覆銅板。
一種雷射加工裝置，係具備射出雷射束的雷射振盪器的雷射加工裝置，前述雷射加工裝置係具備：加工載台，係積載藉由前述雷射束進行加工的被加工材；攝像手段，係在前述加工載台上，對設置在進行被加工材之加工的加工區域外的前置調整用基板，在從前述前置調整用基板表面離焦之狀態的焦點位置照射前述雷射束，對形成在前述前置調整用基板上的照射痕進行攝像而取得攝像資訊；量測手段，係根據前述攝像資訊，量測與前述照射痕的形狀相關的形狀參數；及判斷手段，係當前述量測手段的量測結果超出表示雷射束是正常的範圍時，判斷為雷射束為異常。