JP2018140419A - 光加工装置及び光加工物の生産方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】搬送手段の搬送誤差等による加工対象物の位置ずれに起因した加工位置ずれを抑制する。
【解決手段】加工対象物35の被加工面上の被加工部分を搬送手段により加工領域36へ順次送り込み、該被加工部分を光照射手段1,2からの加工光Lにより加工する光加工装置において、前記加工対象物の被加工面上における同じ被検出部37の位置を、前記搬送手段による搬送方向Bの互いに異なる2以上の検出地点で検出する位置検出手段33L,34L及び33R,34Rと、前記位置検出手段による前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御する加工位置制御を実行する制御手段40とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】加工対象物35の被加工面上の被加工部分を搬送手段により加工領域36へ順次送り込み、該被加工部分を光照射手段1,2からの加工光Lにより加工する光加工装置において、前記加工対象物の被加工面上における同じ被検出部37の位置を、前記搬送手段による搬送方向Bの互いに異なる2以上の検出地点で検出する位置検出手段33L,34L及び33R,34Rと、前記位置検出手段による前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御する加工位置制御を実行する制御手段40とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、光加工装置及び光加工物の生産方法に関するものである。
従来、加工対象物の被加工面上の被加工部分を搬送手段により加工領域へ順次送り込み、該被加工部分を光照射手段からの加工光により加工する光加工装置が知られている。
例えば、特許文献1には、ロール状に巻かれた状態で長尺なワーク(加工対象物)が保持されたワーク供給部からワークを引き出して、ワークの被加工部分をレーザ光による加工領域へ移動させ、その被加工部分をレーザ加工するレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置では、光源からのレーザビーム(加工光)をガルバノミラーにより2次元方向へ走査して加工領域(光走査範囲)内のワークに照射し、ワーク上のITO薄膜をパターニング加工したり、金属薄板からなるワーク自体を切削加工したりする。このレーザ加工装置は、加工後、ワークを引き出して更に次の被加工部分を加工領域へ移動させ、当該次の被加工部分をレーザ加工するという加工処理を繰り返し行う。
従来の光加工装置では、加工領域に対する被加工部分の位置が搬送手段の搬送誤差等によってずれる位置ずれが発生し得る。そのため、加工光が照射される被加工部分上の光照射位置が狙いの位置からずれてしまい、加工位置ずれが発生する。
上述した課題を解決するために、本発明は、加工対象物の被加工面上の被加工部分を搬送手段により加工領域へ順次送り込み、該被加工部分を光照射手段からの加工光により加工する光加工装置において、前記加工対象物の被加工面上における同じ被検出部の位置を、前記搬送手段による搬送方向の互いに異なる2以上の検出地点で検出する位置検出手段と、前記位置検出手段による前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御する加工位置制御を実行する制御手段とを有することを特徴とする。
本発明によれば、搬送手段の搬送誤差等による加工対象物の位置ずれに起因した加工位置ずれを抑制することができる。
以下、本発明に係る光加工装置をレーザパターニング装置に適用した一実施形態について説明する。
本実施形態のレーザパターニング装置における加工対象物は、基材上にITO薄膜が形成された光透過性を有するワークである。本実施形態のワークは、実質的に透明な部材であって、その加工後に搭載される製品の使用時にユーザーに視認されるタッチパネル基板等のユーザー視認部材となるものである。本実施形態では、ワーク上のITO薄膜にレーザ光(加工光)を照射して部分的にITO薄膜を除去することにより、ITO薄膜をパターニング加工する。
本実施形態のレーザパターニング装置における加工対象物は、基材上にITO薄膜が形成された光透過性を有するワークである。本実施形態のワークは、実質的に透明な部材であって、その加工後に搭載される製品の使用時にユーザーに視認されるタッチパネル基板等のユーザー視認部材となるものである。本実施形態では、ワーク上のITO薄膜にレーザ光(加工光)を照射して部分的にITO薄膜を除去することにより、ITO薄膜をパターニング加工する。
ただし、本発明に係る光加工装置は、本実施形態に係るレーザパターニング装置に限定されるものではなく、他のパターニング加工を行う装置、切削加工などの他の加工処理を行う装置、非レーザ光を加工光として用いて加工する装置などにも、広く適用可能である。例えば、ITO薄膜の代わりに、金属ナノワイヤーで構成される透明導電膜フィルムをパターニング加工するものであってもよい。
図1は、本実施形態におけるレーザパターニング装置の主要部の構成を示す模式図である。
本実施形態のレーザパターニング装置は、レーザ出力部1と、レーザ走査部2と、ワーク搬送部3と、制御部4とを備えている。
レーザ出力部1は、光源としてのレーザ発振器11と、レーザ発振器11から出力される加工光としてのレーザ光Lのビーム径を拡大するビームエキスパンダ12とを有する。
レーザ走査部2は、レーザ光Lを反射するX軸方向走査用とY軸方向走査用の2つのガルバノミラー21aをステッピングモータ21bで回動させてX軸方向及びY軸方向にレーザ光Lを走査させる加工箇所変更手段としての光走査手段であるガルバノスキャナ21と、ガルバノスキャナ21で走査されたレーザ光Lをワーク35の表面(被加工面)又は基材とITO膜との界面等のワーク内部(ワーク表面から所定深さだけオフセットした箇所)に集光させる集光手段としてのfθレンズ22とを有する。
ワーク搬送部3は、ワーク35を副走査方向(Y軸方向)に移動させる搬送ローラ対32を備え、搬送ローラ対32で挟持したワーク35を副走査方向(Y軸方向)へ搬送する。
本実施形態のレーザパターニング装置は、レーザ出力部1と、レーザ走査部2と、ワーク搬送部3と、制御部4とを備えている。
レーザ出力部1は、光源としてのレーザ発振器11と、レーザ発振器11から出力される加工光としてのレーザ光Lのビーム径を拡大するビームエキスパンダ12とを有する。
レーザ走査部2は、レーザ光Lを反射するX軸方向走査用とY軸方向走査用の2つのガルバノミラー21aをステッピングモータ21bで回動させてX軸方向及びY軸方向にレーザ光Lを走査させる加工箇所変更手段としての光走査手段であるガルバノスキャナ21と、ガルバノスキャナ21で走査されたレーザ光Lをワーク35の表面(被加工面)又は基材とITO膜との界面等のワーク内部(ワーク表面から所定深さだけオフセットした箇所)に集光させる集光手段としてのfθレンズ22とを有する。
ワーク搬送部3は、ワーク35を副走査方向(Y軸方向)に移動させる搬送ローラ対32を備え、搬送ローラ対32で挟持したワーク35を副走査方向(Y軸方向)へ搬送する。
レーザ出力部1のレーザ発振器11は、レーザドライバ部10によって制御される。具体的には、レーザドライバ部10は、レーザ走査部2のガルバノスキャナ21の走査動作に連動してレーザ発振器11の発光を制御する。レーザ発振器11には、例えば、基材への熱影響によるダメージが少ない100[ps]以下のパルス発振によるパルスファイバレーザ(ピコ秒ファイバレーザ)を用いるが、他の光源を用いてもよい。
図2は、本実施形態のレーザ発振器11の一構成例を示す模式図である。
本実施形態のレーザ発振器11は、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)と呼ばれるパルスファイバレーザである。このレーザ発振器11は、シードLD74をパルスジェネレータ73でパルス発振させてシード光を生成し、光ファイバアンプで複数段階に増幅するパルスエンジン部70と、パルスエンジン部70から出力されるレーザ光Lを導光する出力ファイバ71と、平行光束化手段としてのコリメート光学系83により略平行光束としてレーザ光Lを出射する出力ヘッド部72とから構成されている。本実施形態では、出力ヘッド部72のみがレーザ出力部1に設けられる。
本実施形態のレーザ発振器11は、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)と呼ばれるパルスファイバレーザである。このレーザ発振器11は、シードLD74をパルスジェネレータ73でパルス発振させてシード光を生成し、光ファイバアンプで複数段階に増幅するパルスエンジン部70と、パルスエンジン部70から出力されるレーザ光Lを導光する出力ファイバ71と、平行光束化手段としてのコリメート光学系83により略平行光束としてレーザ光Lを出射する出力ヘッド部72とから構成されている。本実施形態では、出力ヘッド部72のみがレーザ出力部1に設けられる。
パルスエンジン部70は、光ファイバ78、励起LD76及びカプラ77を有するプリアンプ部と、光ファイバ82、励起LD80及びカプラ81を有するメインアンプ部とから構成される。光ファイバには、コアに希土類元素をドープしたダブルクラッド構造のものが用いられ、励起LD76からの励起光の吸収によりファイバの出力端、入射端に設置されるミラー間で反射を繰り返しレーザ発振に至る。図2中符号75は、逆方向の光を遮断するアイソレータであり、図2中符号79は、ASE光を除去するバンドパスフィルタである。
本実施形態では、シードLD74の波長を近赤外の1064[nm]としているが、第2高調波である532[nm]、第3高調波である355[nm]をはじめとして、ワーク材質に応じて好適な波長を選択できる。なお、レーザ発振器11には、イットリウム・バナデート結晶からなるレーザ媒質に励起光を照射することでレーザ発振を生じさせるYVO4レーザ等の固体レーザを用いてもよい。
レーザ走査部2のガルバノスキャナ21は、X軸方向走査用とY軸方向走査用の各ガルバノミラー21aをそれぞれ回動させる各ステッピングモータ21bがガルバノスキャナ制御部20によって制御される。ガルバノスキャナ制御部20は、加工パターンを構成する線分要素データ(線分始点座標と線分終点座標)に応じて、ガルバノミラー21aの反射面に対する傾斜角度(反射面に入射してくるレーザ光の光軸に対する反射面の傾斜角度)がX軸方向に対応する方向あるいはY軸方向に対応する方向へ変化するように、各ステッピングモータ21bを制御する。これにより、線分要素の始点及び終点のX−Y座標に対応して、各ガルバノミラー21aを走査開始傾斜角度から走査終了傾斜角度まで回動させることができる。
なお、本実施形態では、光走査手段として、X軸方向走査とY軸方向走査のいずれもガルバノスキャナによって構成しているが、これに限らず、広く公知の光走査手段を用いることができる。また、X軸方向走査用の光走査手段とY軸方向走査用の光走査手段は、異なる構成の光走査手段であってもよい。例えば、図3に示すように、Y軸方向走査用の走査手段にはガルバノスキャナ21を用い、X軸方向走査用の走査手段にはポリゴンミラー91aをモータ91bで回転させるポリゴンスキャナ91を用いてもよい。X軸方向の光走査制御は、図3に示すように、ポリゴンミラー91aで反射したレーザ光Lをレンズ92を介して光学センサ93で受光する受光タイミングに基づいて行うことができる。
レーザ走査部2は、主走査方向(X軸方向)に移動可能なキャリッジ25上に搭載されている。キャリッジ25は、駆動プーリ27a及び従動プーリ27bに掛け渡されているタイミングベルト27上に取り付けられている。駆動プーリ27aに接続されているステッピングモータ26を駆動させることで、タイミングベルト27が移動し、主走査方向に延びるリニアガイド29(図4参照)に沿ってタイミングベルト27上のキャリッジ25が主走査方向(X軸方向)へ移動する。キャリッジ25の主走査方向位置は、リニアエンコーダ28からの出力信号(アドレス信号)に基づいて検出することができる。ステッピングモータ26は、主走査制御部24によって制御される。
なお、本実施形態では、レーザ走査部2を搭載するキャリッジ25の移動手段として、タイミングベルトを利用した移動手段を採用しているが、これに限られず、リニアステージ等の直線移動可能な手段でも代用できるし、2次元方向へ移動させる移動手段を利用してもよい。
ワーク搬送部3は、駆動ローラ32aと従動ローラ32bとからなる搬送ローラ対32を備え、駆動ローラ32aは、タイミングベルト31aを介してステッピングモータ31によって駆動される。ステッピングモータ31は、副走査制御部30によって制御され、搬送ローラ対32で挟持したワーク35を副走査方向(Y軸方向)における目標送り位置へ移動させることができる。ワーク搬送部3は、レーザ走査部2から照射されるレーザ光Lの走査範囲である加工領域36へワーク上の被加工部分を順次送り込むように、ワークを間欠搬送する。
具体的には、ワーク搬送部3は、ワーク35の主走査方向両端付近におけるワーク表面に形成された被検出部としての検出用マークであるアライメントマーク37L−1,37L−2,・・・,37R−1,37R−2,・・・(以下、適宜「アライメントマーク37」ともいう。)を撮像する位置検出手段としての撮像手段である第一モニタカメラ33L,33R及び第二モニタカメラ34L,34Rを備えている。主走査方向一端側に配置されている第一モニタカメラ33L及び第二モニタカメラ34Lは、ワーク35の主走査方向一端側に形成されたアライメントマーク37L−1,37L−2,・・・を撮像し、主走査方向他端側に配置されている第一モニタカメラ33R及び第二モニタカメラ34Rは、ワーク35の主走査方向他端側に形成されたアライメントマーク37R−1,37R−2,・・・を撮像する。副走査制御部30は、ステッピングモータ31によってワーク35を微小量ずつワーク搬送方向B(副走査方向)へステップ送りしながら、モニタカメラ33L,34L,33R,34Rから出力される画像データを順次取り込む。そして、パターンマッチング処理等によりアライメントマーク37を検出して、目標送り位置までのワーク移動量を演算し、その演算結果に基づいてステッピングモータ31を制御して、ワーク35の副走査方向位置を目標送り位置まで移動させる。
図4は、ワーク搬送部3の一構成例を示す模式図である。
本実施形態におけるワーク35は、スプール軸51上にロール状に巻かれた長尺なものであり、そこから引き出されたワーク部分が入口ガイド板52に沿って搬送ローラ対32のニップに挟持され、搬送ローラ対32の駆動によって巻き出されて加工テーブル53上にセットされる。加工テーブル53には無数の細孔が形成されており、加工テーブル53の裏面に形成された空洞部57の空気をポンプ58が吸い出すことにより、ワーク35を加工テーブル53の表面に吸着させ、加工領域36におけるワーク35の平面性を確保している。加工後のワークは、カッター54を主走査方向へ移動させることにより所定サイズごとに裁断され、トレイ55に排出される。
本実施形態におけるワーク35は、スプール軸51上にロール状に巻かれた長尺なものであり、そこから引き出されたワーク部分が入口ガイド板52に沿って搬送ローラ対32のニップに挟持され、搬送ローラ対32の駆動によって巻き出されて加工テーブル53上にセットされる。加工テーブル53には無数の細孔が形成されており、加工テーブル53の裏面に形成された空洞部57の空気をポンプ58が吸い出すことにより、ワーク35を加工テーブル53の表面に吸着させ、加工領域36におけるワーク35の平面性を確保している。加工後のワークは、カッター54を主走査方向へ移動させることにより所定サイズごとに裁断され、トレイ55に排出される。
なお、本実施形態では、スプール軸51上に巻かれたロールからワークを巻き出し、加工後のワークをカットシートとして排出するロールtoシート方式を採用しているが、図5に示すように、加工後のワークをロール状に巻き取るロールtoロール方式でも同様である。
図5に示す例では、加工後のワークは、その表面に付着した加工塵を一対のクリーンローラ64によって取り除いた後、巻取軸67に巻き取られる。クリーンローラ64に吸着した加工塵は、粘着ローラ65に転写されて回収される。また、図5に示す例では、加工後のワーク表面を擦れ等の傷から保護するために、加工後のワーク35の表裏にラミネートフィルムを貼り合せてから巻取軸67に巻き取る。ラミネートフィルムは、ラミネートロール66から巻き出され、加工後のワークと一緒に巻取軸67に巻き込まれる。
制御部4は、本レーザパターニング装置の全体を統括して管理、制御する制御PC40を備えている。制御PC40は、レーザドライバ部10、ガルバノスキャナ制御部20、主走査制御部24、副走査制御部30等に接続されており、各々のステータスを管理したり、加工シーケンスを制御したりする。
レーザ出力部1のビームエキスパンダ12は、複数枚からなるレンズで構成され、レーザ光路上においてレーザ走査部2のfθレンズ22に最も近いレンズ39の位置がレーザ光の光軸方向へ移動可能に構成されている。レンズ39の位置を移動させることにより、レーザ走査部2を搭載したキャリッジが後述するように主走査方向の各停止目標位置に停止したときの集光距離が揃うように微調整することができる。すなわち、ビームエキスパンダ12は、ガルバノスキャナ21に入射するレーザ光Lが平行光束となるように微調整するフォーカシング機能を備える。
また、主走査方向の各停止目標位置に応じてレンズ39の位置を個別に移動調整するアクチュエータを備え、集光距離を停止目標位置ごとに可変することにより、被加工面に対するキャリッジの移動方向の平行度がわずかにずれている場合であってもfθレンズ22の結像位置を精度よく合わせることができる。
また、主走査方向の各停止目標位置に応じてレンズ39の位置を個別に移動調整するアクチュエータを備え、集光距離を停止目標位置ごとに可変することにより、被加工面に対するキャリッジの移動方向の平行度がわずかにずれている場合であってもfθレンズ22の結像位置を精度よく合わせることができる。
本実施形態において、ワーク35に対するレーザ光Lの走査範囲である加工領域36のX軸方向及びY軸方向における各最大長Lは、fθレンズ22の焦点距離をfとすると、それぞれのガルバノミラー21aの最大傾斜角度θ(例えば±20°)を用いて、下記の式(1)より得られる。
L = f × θ ・・・(1)
この式(1)に示すように、加工領域36の広さは、ガルバノスキャナ21の走査範囲(ガルバノミラー21aの最大傾斜角度)によって制限されることになる。ここで、ガルバノスキャナ21の走査範囲が広がるほど、ワーク35上での適切な集光が困難となるため、加工領域36内における加工の均一性を維持することが難しくなる。そのため、ガルバノスキャナ21の走査範囲すなわちガルバノミラー21aの最大傾斜角度θを広げるにも限界がある。したがって、ガルバノスキャナ21の走査範囲(ガルバノミラー21aの最大傾斜角度θ)を広げて加工領域36の広さを拡げることには限界がある。
L = f × θ ・・・(1)
この式(1)に示すように、加工領域36の広さは、ガルバノスキャナ21の走査範囲(ガルバノミラー21aの最大傾斜角度)によって制限されることになる。ここで、ガルバノスキャナ21の走査範囲が広がるほど、ワーク35上での適切な集光が困難となるため、加工領域36内における加工の均一性を維持することが難しくなる。そのため、ガルバノスキャナ21の走査範囲すなわちガルバノミラー21aの最大傾斜角度θを広げるにも限界がある。したがって、ガルバノスキャナ21の走査範囲(ガルバノミラー21aの最大傾斜角度θ)を広げて加工領域36の広さを拡げることには限界がある。
一方、前記式(1)によれば、fθレンズ22の焦点距離fを長くすれば、加工領域36の広さを拡げることができる。しかしながら、この焦点距離fを長くするほど、ワーク35からfθレンズ22を遠ざけて配置する必要があり、本レーザパターニング装置が大型化してしまうという問題が生じる。
加えて、X軸方向及びY軸方向における各加工分解能σは、ステッピングモータ21bのパルス数をPとすると、下記の式(2)より得られる。
σ = f × (2π/P) ・・・(2)
この式(2)に示すように、fθレンズ22の焦点距離fを長くするほど、加工分解能σが低くなる。よって、高い加工分解能σによる高精細な加工の実現と、より広い加工領域の実現とは、トレードオフの関係にある。したがって、加工分解能σを考慮すると、焦点距離fを長くして加工領域36の広さを拡げることにも限界がある。
σ = f × (2π/P) ・・・(2)
この式(2)に示すように、fθレンズ22の焦点距離fを長くするほど、加工分解能σが低くなる。よって、高い加工分解能σによる高精細な加工の実現と、より広い加工領域の実現とは、トレードオフの関係にある。したがって、加工分解能σを考慮すると、焦点距離fを長くして加工領域36の広さを拡げることにも限界がある。
他方、ワーク35を、ワーク搬送部3により副走査方向(Y軸方向)へ移動させるだけでなく、主走査方向(X軸方向)にも移動させる移動機構を設ける方法も考えられる。この方法であれば、加工領域36に対してワーク35の被加工部分を主走査方向に順次入れ替えながら、各被加工部分に対して加工処理を行うことができるので、加工領域36を超える主走査方向長さをもったワークに対しても加工処理が行うことが可能である。
しかしながら、ワークを副走査方向(Y軸方向)だけでなく主走査方向(X軸方向)にも移動させる移動機構を設けることは、本レーザパターニング装置の大型化を招く。特に、本実施形態では、副走査方向におけるワーク長さが加工領域36を超えるほどの長さをもった大きなワーク35であるため、このような大きなワーク35を更に主走査方向(X軸方向)にも移動させるためには大型の移動機構を必要とする。しかも、このような大きなワーク35は重量も大きいため、慣性力が大きく、高速な移動が実現困難であり、生産性が低いという問題も生じる。
そこで、本実施形態においては、主走査方向(X軸方向)について、ワーク35を移動させるのではなく、レーザ光Lの走査範囲を主走査方向へ移動させる構成を採用している。詳しくは、キャリッジ25上にレーザ走査部2を搭載し、レーザ走査部2を主走査方向へ移動可能に構成している。これにより、主走査方向(X軸方向)へワーク35を移動させることなく、ガルバノスキャナ21によって走査されたレーザ光Lがワーク表面を走査する範囲すなわち加工領域36をワーク35に対して主走査方向へ相対移動させることができる。これにより、ワーク35の被加工部分を加工領域36へ順次移動させて加工処理を行うことができ、主走査方向(X軸方向)における加工領域36の幅が狭くても、その幅を超える大きなワーク35に対して加工処理を行うことができる。
その結果、加工領域36を無理に拡げることなく、加工領域36を超える大きなワーク35に対して加工処理を行うことができることで、高い加工分解能σを維持できるので、大きなワーク35に対して高精細な加工を実現することができる。しかも、主走査方向(X軸方向)へ移動する移動手段としてのキャリッジ25に搭載される搭載物は、本実施形態では、実質的には、レーザ走査部2のみ、すなわち、ガルバノスキャナ21とfθレンズ22のみである。この搭載物の重量は、ワーク35に比べて遙かに軽量であることから、キャリッジ25の主走査方向への高速移動が実現でき、高い生産性を得ることができる。
なお、キャリッジ25に搭載される搭載物は、少なくとも、加工光射出部を構成する集光手段としてのfθレンズ22が搭載されていればよい。したがって、最軽量の構成は、fθレンズ22のみをキャリッジ25に搭載した構成である。一方、ワーク35に対して軽量な部品であれば、fθレンズ22とともに他の部品も一緒にキャリッジ25に搭載してもよい。例えば、本実施形態のようにガルバノスキャナ21等の光走査手段をキャリッジに搭載してもよいし、レーザ出力部1の一部又は全部をキャリッジに搭載してもよい。
また、本実施形態において、主走査方向へ移動するキャリッジ25に入射するレーザ光Lの光路、すなわち、レーザ出力部1から出力されたレーザ光Lの光路は、X軸方向に平行である。そのため、図6に示すように、キャリッジ25が主走査方向(X軸方向)のどの位置に移動しても、レーザ出力部1から出力されたレーザ光Lはキャリッジ25の同じ箇所から入射する。よって、キャリッジ25が主走査方向(X軸方向)に移動しても、キャリッジ25に入射後のレーザ光Lの光路は同じであり、主走査方向の互いに異なる加工領域36−1,36−2で加工処理を行う場合でも同じ加工処理を実現できる。
ただし、本実施形態では、キャリッジ25が移動すると、キャリッジ25に入射するまでのレーザ光Lの光路長が変化することになる。そのため、キャリッジ25に入射するレーザ光Lが非平行光束であると、キャリッジ25の主走査方向位置によって、ワーク35に照射されるレーザ光Lの焦点が変化し、ワーク35上におけるレーザ光Lのスポット径が変化するなど、加工精度に影響が出てしまう。
本実施形態では、レーザ発振器11から出力されるレーザ光Lは略平行光束であり、2つの反射ミラー14,15を介してビームエキスパンダ12から射出されて、反射ミラー16によって反射されてレーザ出力部1から出力されるレーザ光Lも略平行光束である。したがって、キャリッジ25に入射するレーザ光Lが略平行光束であれば、キャリッジ25が移動して主走査方向位置が変わっても、ワーク35に照射されるレーザ光Lの焦点が実質的に変化せず、ワーク35上におけるレーザ光Lのスポット径が変化するなどの影響が出ない。よって、主走査方向の互いに異なる加工領域36−1,36−2で加工処理を行う場合でも、焦点調整などの作業を行うことなく、同じ加工精度で加工処理を行うことができ、より高い生産性を実現できる。
ただし、レーザ走査部2のほかにレーザ出力部1の全部もキャリッジ25上に搭載する構成とすれば、すなわち、レーザ発振器11等の光源自体をキャリッジ25上に搭載する構成とすれば、キャリッジ25を移動しても、ワーク35に照射されるレーザ光Lの焦点が変化するようなことはない。しかしながら、キャリッジ25上の搭載物の重量が大きくなることから、キャリッジ25の高速移動の実現が難しくなる点を考慮する必要がある。
一方、キャリッジ25上の搭載物の重量をより軽量化するため、図7に示すように、ガルバノスキャナ21等の光走査手段をキャリッジ25に非搭載とする構成も考えられる。図7に示す構成では、レーザ出力部1’から出力したレーザ光Lを、固定配置されているレーザ走査部2’のガルバノスキャナ21によって、X軸方向に対応する方向及びY軸方向に対応する方向へ走査する。このようにして走査されるレーザ光Lは、カップリングレンズ61等の平行光束化手段によって、X軸方向に平行な平行光束となるように平行光束化されて、レーザ走査部2’から出力される。レーザ走査部2’から出力された略平行光束である走査後のレーザ光Lは、キャリッジ25に対してX軸方向から入射し、キャリッジ25上の反射ミラー16’で反射して集光手段としてのfθレンズ22に案内され、ワーク35に集光される。
図7に示すような構成であっても、キャリッジ25に入射するレーザ光Lが略平行光束であるため、キャリッジ25が移動して主走査方向位置が変わっても、ワーク35に照射されるレーザ光Lの焦点が実質的に変化せず、ワーク35上におけるレーザ光Lのスポット径が変化するなどの影響が出ない。よって、主走査方向の互いに異なる加工領域36−1,36−2で加工処理を行う場合でも、焦点調整などの作業を行うことなく、同じ加工精度で加工処理を行うことができ、より高い生産性を実現できる。
図8は、本実施形態のレーザパターニング装置によるパターニング加工処理の一例を示すフローチャートである。
まず、制御PC40からの制御命令に従い、副走査制御部30がステッピングモータ31を制御して、ワーク35を副走査方向に沿ってワーク搬送方向Bへ移動させる(S1)。そして、ワーク35の表面上の主走査方向両端に形成されている第一アライメントマーク37L−1,37R−1が第一モニタカメラ33L,33Rの撮像領域へ移動すると、第一モニタカメラ33L,33Rの画像データから各第一アライメントマーク37L−1,37R−1が検出される(S2)。
まず、制御PC40からの制御命令に従い、副走査制御部30がステッピングモータ31を制御して、ワーク35を副走査方向に沿ってワーク搬送方向Bへ移動させる(S1)。そして、ワーク35の表面上の主走査方向両端に形成されている第一アライメントマーク37L−1,37R−1が第一モニタカメラ33L,33Rの撮像領域へ移動すると、第一モニタカメラ33L,33Rの画像データから各第一アライメントマーク37L−1,37R−1が検出される(S2)。
なお、本実施形態では、スプール軸51上にロール状に巻かれた加工処理前のワーク35に予めアライメントマーク37が形成されているが、アライメントマーク37が形成されていないワーク35を用いることもできる。この場合、例えば、ワーク上のITO薄膜にレーザ光(加工光)を照射して部分的にITO薄膜を除去することによりアライメントマーク37を形成し、そのアライメントマーク37をモニタカメラ33L,33R,34L,34Rにより撮像して、これらの撮像画像データからアライメントマーク37を検出する。
制御PC40は、第一アライメントマーク37L−1,37R−1の検出結果から目標送り位置までのワーク移動量を演算し、その演算結果に基づいて副走査制御部30にステッピングモータ31を制御させる。これにより、副走査方向へ移動するワーク35は目標送り位置付近で停止する。制御PC40は、ワークが停止した後、第一モニタカメラ33L,33Rから出力される画像データを取り込み、第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置と目標位置とのずれ量(X軸方向ワークずれ量Δxw、Y軸方向ワークずれ量Δyw、傾斜ワークずれ量Δφw)を算出する。算出したワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwは、加工目標位置の補正値(オフセット値)として用いるために、制御PC40内のメモリに記憶される。
図9は、ワークが停止した状態における第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置と目標位置Oとのずれの一例を示す説明図である。
ワーク35が停止したときの第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置と目標位置Oとのずれ量(ワークずれ量)は、第一モニタカメラ33L,33Rで撮像した画像の中心位置Oと当該画像上に映し出される第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置とのずれ量から算出される。本実施形態では、このワークずれ量を、X軸方向(主走査方向)におけるずれ量であるX軸方向ワークずれ量Δxwと、Y軸方向(副走査方向)におけるずれ量であるY軸方向ワークずれ量Δywと、ワーク35の主走査方向両端における副走査方向同位置に形成されている2つの第一アライメントマーク37L−1,37R−1間を結ぶ直線とX軸方向(主走査方向)とのなす角度である傾斜ワークずれ量Δφwとで表している。
ワーク35が停止したときの第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置と目標位置Oとのずれ量(ワークずれ量)は、第一モニタカメラ33L,33Rで撮像した画像の中心位置Oと当該画像上に映し出される第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置とのずれ量から算出される。本実施形態では、このワークずれ量を、X軸方向(主走査方向)におけるずれ量であるX軸方向ワークずれ量Δxwと、Y軸方向(副走査方向)におけるずれ量であるY軸方向ワークずれ量Δywと、ワーク35の主走査方向両端における副走査方向同位置に形成されている2つの第一アライメントマーク37L−1,37R−1間を結ぶ直線とX軸方向(主走査方向)とのなす角度である傾斜ワークずれ量Δφwとで表している。
その後、制御PC40は、ポンプ58を稼働させて加工テーブル53の裏面に形成された空洞部57の空気を吸い出し、加工テーブル53の表面にワーク35を吸着させて、ワーク35の位置が容易に動かないようにホールドする(S3)。そして、制御PC40は、ワーク35上の被加工部分を特定するための被加工部分番号Nをゼロにセットした後(S4)、主走査制御部24によりステッピングモータ26を制御して、待機ポジションに待機しているキャリッジ25を主走査方向に沿ってキャリッジ送り方向A(レーザ出力部1から離れる向き)へ移動させ、所定のホームポジションで停止させるキャリッジ位置のイニシャライズ処理を行う(S5)。
このイニシャライズ処理において、制御PC40は、ホームポジションで停止したキャリッジ25の主走査方向位置をリニアエンコーダ28からのアドレス信号に基づいて取得する。そして、リニアエンコーダ28からのアドレス信号に基づき、制御PC40が管理しているホームポジションと実際に停止したキャリッジ25の位置との差分を検出し、これをその後のキャリッジ25の主走査方向位置制御に用いる。なお、この差分も、加工目標位置の補正値(オフセット値)として用いてもよい。
次に、制御PC40は、上述したワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwと、キャリッジの各目標停止位置と実際の停止位置とのずれ量Δxcと、後述するキャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiとから、下記の式(3−1)〜(3−3)より、加工データを補正するための加工目標位置の補正値であるオフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを導出する。下記の式(3−1)〜(3−3)において、「i」は、キャリッジの主走査方向各停止位置(第一停止位置i=1、第二停止位置i=2、第三停止位置i=3)を示す番号である。
ΔDxi = Δxw+Δxc+(d0+(i−1)×d)×(cosΔφ−1)+δxi
・・・(3−1)
ΔDyi = Δyw+(d0+(i−1)×d)×(sinΔφ−1)+δyi
・・・(3−2)
ΔDφi = Δφw+δφi ・・・(3−3)
ΔDxi = Δxw+Δxc+(d0+(i−1)×d)×(cosΔφ−1)+δxi
・・・(3−1)
ΔDyi = Δyw+(d0+(i−1)×d)×(sinΔφ−1)+δyi
・・・(3−2)
ΔDφi = Δφw+δφi ・・・(3−3)
ここで、キャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiについて説明する。
図10は、キャリッジ停止時におけるキャリッジ25の姿勢ずれを示す説明図である。
キャリッジ25は、図10に示すように、リニアガイド29に沿って移動を可能にするため、キャリッジ25とリニアガイド29との間には必要なガタが存在する。また、リニアガイド29の真直性などの加工誤差も存在する。これらのガタや加工誤差に起因して、キャリッジ停止時におけるキャリッジ25の姿勢は、目標の姿勢に対してずれたものとなる。このずれは、キャリッジ移動方向である主走査方向(X軸方向)に平行な回動軸回りの回動誤差(ヨーイング誤差α)と、ワーク35の被加工面に対して平行な方向かつキャリッジ移動方向に対して直交する方向である副走査方向(Y軸方向)に平行な回動軸回りの回動誤差(ピッチング誤差β)と、ワーク35の被加工面の法線方向(Z軸方向)に平行な回動軸回りの回動誤差(ローリング誤差γ)とによって表すことができる。
図10は、キャリッジ停止時におけるキャリッジ25の姿勢ずれを示す説明図である。
キャリッジ25は、図10に示すように、リニアガイド29に沿って移動を可能にするため、キャリッジ25とリニアガイド29との間には必要なガタが存在する。また、リニアガイド29の真直性などの加工誤差も存在する。これらのガタや加工誤差に起因して、キャリッジ停止時におけるキャリッジ25の姿勢は、目標の姿勢に対してずれたものとなる。このずれは、キャリッジ移動方向である主走査方向(X軸方向)に平行な回動軸回りの回動誤差(ヨーイング誤差α)と、ワーク35の被加工面に対して平行な方向かつキャリッジ移動方向に対して直交する方向である副走査方向(Y軸方向)に平行な回動軸回りの回動誤差(ピッチング誤差β)と、ワーク35の被加工面の法線方向(Z軸方向)に平行な回動軸回りの回動誤差(ローリング誤差γ)とによって表すことができる。
このようなキャリッジ25の停止時回動誤差α,β,γは、キャリッジを停止させる位置(第一停止位置i=1、第二停止位置i=2、第三停止位置i=3)によっても異なる場合がある。本実施形態では、キャリッジを停止させる停止位置の違いも考慮して、停止位置ごとに異なるオフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを用いるが、停止位置の違いが許容範囲内であれば、各停止位置で共通のオフセット値を用いてもよい。
また、キャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiによる加工位置ずれが許容範囲内である場合には、キャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiによる補正を行う必要はない。
また、キャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiによる加工位置ずれが許容範囲内である場合には、キャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiによる補正を行う必要はない。
本実施形態においては、このようなキャリッジ25の停止時回動誤差α,β,γに起因したキャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiを予め測定しておき、その測定値が、制御PC40内のメモリに記憶されている。この測定値は、例えば、次のようにして得ることができる。
まず、現時点におけるオフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiで加工目標位置を補正した状態で、測定用の加工パターンを、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置のそれぞれで加工する。そして、各位置で加工した加工パターンを、キャリッジ25上に設けられているモニタカメラ23で撮像し、その撮像画像データから、各停止位置で加工した加工パターンの加工位置と目標加工位置とのずれ量を計測する。具体的には、撮像画像データと測定用パターンの理想画像データとのずれ量を計測する。そして、検出されたずれ量を、キャリッジ25の停止時回動誤差α,β,γに起因したものとし、メモリに記憶されている既存のキャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiに当該検出されたずれ量を加算し、キャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiを更新する。なお、この測定において、専用の測定用パターンを用いず、過去の加工時における加工パターンを用いてもよい。
なお、キャリッジ25の停止時回動誤差α,β,γに起因したキャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiの測定方法は、これに限られない。例えば、測定用パターンを加工したワーク35をレーザパターニング装置から取り出し、そのワーク35を画像スキャン装置などの所定の測定装置にセットして、各位置で加工した加工パターンの加工位置と目標加工位置とのずれ量を計測し、その計測値を用いてメモリ内のキャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiを更新してもよい。
次に、制御PC40は、ワーク35の被加工部分番号Nを1にセットする(S6)。その後、制御PC40は、主走査制御部24によりステッピングモータ26を制御して、ホームポジションに位置しているキャリッジ25をキャリッジ送り方向Aへ移動させ、最初に加工処理が行われるワーク35上の第一被加工部分N=1を加工処理するための第一停止位置で停止させる(S7)。
本実施形態では、位置精度5μm以下の高い加工分解能を実現するために、ガルバノスキャナ21によって走査されるワーク上のレーザ光走査範囲すなわち加工領域36のサイズを150[mm]×150[mm]に設定してある。そのため、ワーク上の加工対象が全体で例えば450[mm](主走査方向)×600[mm](副走査方向)であるワーク35に対して加工処理を行う場合、図11に示すように、当該加工対象の全体を、主走査方向へ3ピース(Nx=3)に分割し、副走査方向へ4ピース(Ny=4)に分割する。そして、これらの12個のピース(被加工部分N=1〜12)を順次加工処理することで、加工対象全体の加工処理を行う。なお、図11において、各被加工部分に図示されている数字が加工順序を示している。
具体的には、図12(a)に示すように、キャリッジ25を、ホームポジションから、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置に順次移動させ(S6,S7)、各停止位置においてワーク35上の対応するITO膜の被加工部分(N=1〜3)すなわち最初のピース列(Ny=1)の加工処理を行う(S8,S9,S10)。そして、本実施形態では、被加工部分番号Nが主走査方向の分割数Nx(Nx=3)の倍数(N=n×Nx,n=自然数)になり、第三停止位置での加工処理が終了したら(S11のYes)、キャリッジ25をホームポジションに戻す。
ここで、ワーク35を予め決められた距離だけワーク搬送方向Bへ移動させて次のピース列(Ny=2)を加工領域へ送り込み、当該次のピース列(Ny=2)に対して加工処理を行う際、当該次のピース列(Ny=2)の加工位置の補正値として、最初のピース列(Ny=1)の加工位置の補正値をそのまま用いることが考えられる。しかしながら、この場合、ワーク35をワーク搬送方向Bへ搬送している間に生じる搬送誤差によって、当該次のピース列(Ny=2)の加工位置ずれが発生してしまい、最初のピース列(Ny=1)と次のピース列(Ny=2)との相対位置にずれが発生する。
また、次のピース列(Ny=2)に対して加工処理を行う際、ワーク35の搬送により第一モニタカメラ33L,33Rの撮像領域へ移動してくる第二アライメントマーク37L−2,37R−2を撮像し、第二アライメントマーク37L−2,37R−2の中心位置と目標位置とのずれ量の算出結果から、被加工部分(N=4〜6)すなわち次のピース列(Ny=2)におけるワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwを算出し、これを当該次のピース列(Ny=2)の加工位置の補正値として用いることが考えられる。しかしながら、この場合、第一アライメントマーク37L−1,37R−1や第二アライメントマーク37L−2,37R−2がワーク35上の規定の位置からずれて形成されていると、最初のピース列(Ny=1)と次のピース列(Ny=2)との相対位置にずれが発生する。
具体的には、例えば、ワーク35上にアライメントマーク37を印刷して形成する場合、印刷版マスクの精度やインキの滲み、版離れ時のずれが存在するため、±10μm程度の印刷誤差が発生し得る。そのため、最初のピース列(Ny=1)と次のピース列(Ny=2)との相対位置には、その印刷誤差分の誤差が含まれることになる。特に、本実施形態のように、ロール状に巻かれた状態の長尺なワークからワークを引き出して加工処理する場合には、アライメントマーク37の位置精度を確保することが難しい。また、ワークサイズが大きいほど、アライメントマーク37の位置精度を確保することが難しい。
ここで、本実施形態では、副走査方向に並べて配置されている第一モニタカメラ33L,33Rと第二モニタカメラ34L,34Rとの相対位置は、ワーク35の上記目標送り位置までの副走査方向における理想的な移動量に合わせられている。そして、本実施形態では、第一モニタカメラ33L,33Rで第一アライメントマーク37L−1,37R−1を撮像した後(S12)、ワーク35を副走査方向へ搬送し(S13)、同じ第一アライメントマーク37L−1,37R−1を第二モニタカメラ34L,34Rで撮像する(S14)。
本実施形態では、副走査方向に並べて形成されているワーク35上のアライメントマーク37間の相対位置も上記理想的な移動量に合わせており、順次、第一モニタカメラ33L,33Rで第一アライメントマーク37L−1,37R−1を撮像した後(S12)、ワーク35を副走査方向へ搬送し(S13)、同じ第一アライメントマーク37L−1,37R−1を第二モニタカメラ34L,34Rで撮像する動作を繰り返すことにより、連続的なワーク35の移動に対して補正を行うことができる。
このとき、第一モニタカメラ33L,33Rと第二モニタカメラ34L,34Rとの間の画像データ間における第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置と目標位置とのずれ量(X軸方向ワークずれ量Δxw、Y軸方向ワークずれ量Δyw、傾斜ワークずれ量Δφw)にはずれが生じる。このずれは、主に、第一アライメントマーク37L−1,37R−1が第一モニタカメラ33L,33Rの撮像領域から第二モニタカメラ34L,34Rの撮像領域まで移動する間、言い換えれば、ワーク35上が上記目標送り位置まで移動に発生する間に発生するワーク35の搬送誤差と、アライメントマーク37の位置ずれ(印刷誤差)とに起因するものである。
したがって、次のピース列(Ny=2)すなわち被加工部分N=4〜6におけるワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwとして、前回のワークずれ量(最初のピース列(Ny=1)のワークずれ量)に加えて、第一モニタカメラ33L,33Rと第二モニタカメラ34L,34Rとの間の画像データ間における同じ第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置と目標位置とのずれ量の差も用いることで、ワーク35をワーク搬送方向Bへ搬送している間に搬送誤差が発生しても、また、アライメントマーク37がワーク35上の規定の位置からずれて形成されていても、最初のピース列(Ny=1)と次のピース列(Ny=2)との相対位置のずれを抑制することができる。
具体的には、制御PC40は、最初のピース列(Ny=1)についての加工処理が終了したら(S11のYes)、キャリッジ25をホームポジションに戻す間に、第一モニタカメラ33L,33Rにより第一アライメントマーク37L−1,37R−1を撮像する(S12)。その後、副走査制御部30によりステッピングモータ31を制御して、ワーク35を副走査方向に沿って予め決められた距離だけワーク搬送方向Bへ移動させ(S13)、ワーク35を目標送り位置付近で停止させてホールドさせる(S14)。その後、制御PC40は、図12(b)に示すように、第二モニタカメラ34L,34Rにより第一アライメントマーク37L−1,37R−1を撮像する(S15)。
次に、制御PC40は、このようにして副走査方向の異なる地点(第一モニタカメラ33L,33Rの撮像領域と第二モニタカメラ34L,34Rの撮像領域)で第一アライメントマーク37L−1,37R−1を撮像した画像データを比較する。この比較では、まず、第一モニタカメラ33L,33Rで撮像した第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置と目標位置とのずれ量を算出するとともに、第二モニタカメラ34L,34Rで撮像した第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置と目標位置とのずれ量を算出する。そして、両者のずれ量の差をとって、両画像データ間における第一アライメントマーク37L−1,37R−1の位置ずれ量(X軸方向マークずれ量ΔPxw、Y軸方向ワークずれ量ΔPyw)を算出するとともに(S16)、算出した主走査方向両端の各位置ずれ量から傾斜マークずれ量ΔPφwを算出する(S16)。
このようにして算出したマークずれ量ΔPxw,ΔPyw,ΔPφwは、制御PC40内のメモリに記憶されている前回のワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwに加算され、ワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwが更新される。その後、制御PC40は、更新後のワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwを用いて新たなオフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを算出し(S17)、キャリッジ25を、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置に順次移動させて、図12(c)〜(d)に示すように、次のピース列(Ny=2)すなわち被加工部分(N=4〜6)に対するITO膜の加工処理を順次行う(S5〜S11)。
次に、制御PC40は、先のピース列(Ny=2)についての加工処理が終了したら(S11のYes)、キャリッジ25をホームポジションに戻す間に、第一モニタカメラ33L,33Rにより第二アライメントマーク37L−2,37R−2を撮像する(S12)。その後、副走査制御部30によりステッピングモータ31を制御して、ワーク35を副走査方向に沿って予め決められた距離だけワーク搬送方向Bへ移動させ(S13)、ワーク35を目標送り位置付近で停止させてホールドさせる(S14)。その後、制御PC40は、第二モニタカメラ34L,34Rにより第二アライメントマーク37L−2,37R−2を撮像する(S15)。そして、制御PC40は、このようにして副走査方向の異なる地点(第一モニタカメラ33L,33Rの撮像領域と第二モニタカメラ34L,34Rの撮像領域)で第二アライメントマーク37L−2,37R−2を撮像した画像データを比較して第一モニタカメラ33L,33Rと第二モニタカメラ34L,34Rとの間の画像データ間における第二アライメントマーク37L−2,37R−2の位置ずれ量(X軸方向マークずれ量ΔPxw、Y軸方向ワークずれ量ΔPyw)を算出するとともに(S16)、算出した主走査方向両端の各位置ずれ量から傾斜マークずれ量ΔPφwを算出する(S16)。
このようにして算出したマークずれ量ΔPxw,ΔPyw,ΔPφwは、制御PC40内のメモリに記憶されている前回のワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwに加算され、ワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwが更新される。その後、制御PC40は、更新後のワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwを用いて新たなオフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを算出し(S17)、キャリッジ25を、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置に順次移動させて、次のピース列(Ny=3)すなわち被加工部分(N=7〜9)に対するITO膜の加工処理を順次行う(S5〜S11)。なお、更に次のピース列(Ny=4)すなわち被加工部分(N=10〜12)についても同様である。
以上のようにして主走査方向及び副走査方向への移動を行いながら、12個のピース(被加工部分N=1〜12)に対する加工処理を終了したら(S18のYes)、450[mm]×600[mm]の加工対象全体の加工処理が完了する。加工対象全体の加工処理が終了したら、ワーク35はカッター54により裁断され(S19)、トレイ55に排出される。本実施形態のようにロール状に巻き取れたワーク35を加工する場合には、キャリッジ25を、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置に順次移動させてITO膜の加工処理を行った後に、ワーク35をワーク搬送方向Bへ送るという動作をロールエンドまで繰り返し行えばよい(S20)。
本実施形態においては、各停止位置にキャリッジ25を停止させた後(S7)、レーザパターニング処理(S10)を開始する前に、制御PC40は、各停止位置で停止したキャリッジ25の主走査方向位置をリニアエンコーダ28からのアドレス信号に基づいて取得する。そして、リニアエンコーダ28からのアドレス信号に基づき、制御PC40が管理している目標停止位置と実際に停止したキャリッジ25の位置との差分を検出し、これをキャリア位置ずれ量Δxcとし、メモリに一時保存する(S8)。その後、制御PC40は、メモリから、ワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwと、キャリッジ位置ずれ量Δxcと、キャリッジ姿勢ずれ量δxi,δyi,δφiとを読み出し、上述した式(3−1)〜(3−3)より、オフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを算出する(S11)。 そして、制御PC40は、算出したオフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを用いて、加工データの座標原点をオフセットさせる。その後、制御PC40は、オフセット後の座標原点を基準にした加工データに基づいて、加工処理を実行する。
ワーク上における被加工部分がそれぞれ独立したものであれば、キャリッジ25の各停止位置は、それぞれの加工領域36が離間するような位置であってもよい。しかしながら、被加工部分が独立したものではなく、複数の被加工部分によって1つの加工対象となる場合には、キャリッジ25の各停止位置やワークの各停止位置を、それぞれの加工領域36が隣接又は部分的に重複するような位置とする必要がある。特に、被加工部分間で配線パターンを連続させるようなパターニング加工を行う場合には、被加工部分間で連続すべき配線パターンがずれて不連続になることを避けることが必要になる。
そのため、本実施形態においては、12個のピース(被加工部分)間に数十[μm]程度のオーバーラップ領域を設け、隣り合う被加工部分が互いに部分的に重複するように、各ピース(被加工部分)を設定している。このようなオーバーラップ領域を設けることで、補正しきれていない誤差が残っていても、配線パターンが不連続になることを抑制できる。
本実施形態では、光走査手段を用いてレーザ光(加工光)を走査してレーザパターニング処理を実施する例であるが、光走査手段を用いず、図13に示すように、キャリッジを主走査方向及び副走査方向へ移動させる移動機構を用い、移動機構によりレーザ光照射位置を変更しながらワーク35上の被加工部分をレーザパターニング処理する構成であってもよい。
具体的には、図13に示す構成では、レーザ走査部2は、主走査方向(X軸方向)に移動可能な主走査直動ステージ27’上に搭載されたキャリッジ25に支持される。直動ステージ27’は、副走査方向(Y軸方向)に移動可能な副走査直動ステージ21’上に搭載されている。レーザ出力部1からのレーザ光Lは、レーザ出力部1に固定した反射ミラー16から、主走査直動ステージ27’上の反射ミラー17で反射され、キャリッジ25上のレーザ走査部2に固定した反射ミラー18により集光レンズ22’に入射される。なお、図中符号19は、レーザ光Lの結像位置での強度分布やスポット形状を変換する回折光学素子であり、トップハット分布や矩形形状等を任意に設定することができ、例えば、薄膜太陽電池フィルムの有機膜等の加工に使用する。
このような構成により、主走査直動ステージ27’及び副走査直動ステージ21’を制御することで、レーザ走査部2の集光レンズ22’から射出されるレーザ光Lを二次元平面内で移動(走査)することができる。ガルバノスキャナ等の光走査手段を用いる構成では、キャリッジ25を、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置に順次移動、停止させ、それぞれの位置でレーザパターニング処理を実施する必要がある。このようにレーザ加工処理を断続的に実施する必要があったため、処理時間が比較的長くなる。これに対し、図13に示す構成であれば、レーザ光走査範囲が、ガルバノスキャナ等の光走査手段を用いて走査する場合よりも広いため、図14(a)〜(d)に示すように、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置の各位置で実施していたレーザパターニング処理を、一度のレーザ加工処理で連続的に実施できる。すなわち、例えば450[mm](主走査方向)×600[mm](副走査方向)のワーク35に対して加工処理を行う場合、図14に示すように、当該加工対象の全体を主走査方向へ分割する必要なく加工処理できる。
また、図13に示す構成であれば、副走査方向についても、レーザ光走査範囲がガルバノスキャナ等の光走査手段を用いて走査する場合よりも広くできるので、例えば450[mm](主走査方向)×600[mm](副走査方向)のワーク35に対して加工処理を行う場合、当該加工対象の全体を副走査方向へ分割する分割数を少なくでき、あるいは、副走査方向へ分割せずに、加工処理することも可能である。このような構造を用いてワークを副走査方向へ分割した加工を行うことにより、長尺の加工を行うことができ、生産性の向上も実現することができる。なお、ここでいうワークを副走査方向へ分割した加工とは、移動機構により主走査方向および副走査方向にわたる加工を行った後に、ワークを搬送して再度移動機構により主走査方向および副走査方向にわたる加工を行うような加工であって、搬送の前後でワークの被加工部の少なくとも一部がつながるように加工することをいう。
なお、本実施形態におけるアライメントマーク37の形状は、図15に示すように、クロスラインと円を組み合わせたパターン形状であり、これに限定されるものではないが、画像処理によるパターンマッチングによる検出に有利な形状が好適である。アライメントマーク37の形状は、アライメントマーク37の検出方法等に応じて、適宜選定される。
〔変形例1〕
次に、本実施形態におけるパターニング加工処理の一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
上述した実施形態においては、加工処理前のワーク35に予め形成されているアライメントマーク37を被検出部として用いているが、本変形例1では、図16(a)及び(b)に示すように、ワーク35の表面のスペックルパターンを被検出部として用いる。スペックルパターンとは、粗面などのランダムな凹凸面等でレーザ光等の可干渉光が散乱されたときの散乱光により発生するスペックルと呼ばれるキラキラと輝く明暗の斑点模様であり、可干渉光により照明されたワーク35の被加工面部分の凹凸パターンに応じてスペックルパターンが異なるものとなる。
次に、本実施形態におけるパターニング加工処理の一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
上述した実施形態においては、加工処理前のワーク35に予め形成されているアライメントマーク37を被検出部として用いているが、本変形例1では、図16(a)及び(b)に示すように、ワーク35の表面のスペックルパターンを被検出部として用いる。スペックルパターンとは、粗面などのランダムな凹凸面等でレーザ光等の可干渉光が散乱されたときの散乱光により発生するスペックルと呼ばれるキラキラと輝く明暗の斑点模様であり、可干渉光により照明されたワーク35の被加工面部分の凹凸パターンに応じてスペックルパターンが異なるものとなる。
本変形例1では、スペックルパターンを被検出部として用いるが、ワーク35の被加工面上に存在する凹凸パターン(凹部は貫通孔であってもよい。)等の形状パターンや、ワーク35の被加工面上に存在する模様であってもよい。このような被検出部を用いることで、アライメントマーク37が形成されていないワーク35に対しても、ピース列間の相対位置ずれを抑制した加工処理が可能となる。ただし、本変形例1は、上述した実施形態と同様、ワーク35が実質的に透明なものであるため、ワーク35上に形成される形状パターンや模様などを検出することが難しいので、このような場合には、本変形例1のようにスペックルパターンを被検出部として用いるのが有効である。
図17は、本変形例1のレーザパターニング装置によるパターニング加工処理の一例を示すフローチャートである。
なお、図8に示した上述の実施形態におけるパターニング加工処理のステップと同じステップについては、同じ符号を用いるとともに、その説明を適宜省略する。
まず、制御PC40からの制御命令に従い、副走査制御部30がステッピングモータ31を制御して、ワーク35を副走査方向に沿ってワーク搬送方向Bへ移動させる(S1)。そして、予め決められた距離だけワーク35を移動させたら、ワーク35の搬送を停止し、加工テーブル53の表面にワーク35を吸着させてホールドする(S3)。そして、制御PC40は、上述した実施形態と同様に、被加工部分番号Nをゼロにセットし(S4)、キャリッジ位置のイニシャライズ処理を行った後(S5)、キャリッジ25を、ホームポジションから、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置に順次移動させ(S6,S7)、各停止位置においてワーク35上の対応するITO膜の被加工部分(N=1〜3)すなわち最初のピース列(Ny=1)の加工処理を行う(S8,S9,S10)。その後、被加工部分番号Nが主走査方向の分割数Nx(Nx=3)の倍数(N=n×Nx,n=自然数)になり、第三停止位置での加工処理が終了したら(S11のYes)、キャリッジ25をホームポジションに戻す。
なお、図8に示した上述の実施形態におけるパターニング加工処理のステップと同じステップについては、同じ符号を用いるとともに、その説明を適宜省略する。
まず、制御PC40からの制御命令に従い、副走査制御部30がステッピングモータ31を制御して、ワーク35を副走査方向に沿ってワーク搬送方向Bへ移動させる(S1)。そして、予め決められた距離だけワーク35を移動させたら、ワーク35の搬送を停止し、加工テーブル53の表面にワーク35を吸着させてホールドする(S3)。そして、制御PC40は、上述した実施形態と同様に、被加工部分番号Nをゼロにセットし(S4)、キャリッジ位置のイニシャライズ処理を行った後(S5)、キャリッジ25を、ホームポジションから、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置に順次移動させ(S6,S7)、各停止位置においてワーク35上の対応するITO膜の被加工部分(N=1〜3)すなわち最初のピース列(Ny=1)の加工処理を行う(S8,S9,S10)。その後、被加工部分番号Nが主走査方向の分割数Nx(Nx=3)の倍数(N=n×Nx,n=自然数)になり、第三停止位置での加工処理が終了したら(S11のYes)、キャリッジ25をホームポジションに戻す。
なお、本変形例1では、ワーク35の搬送誤差によりワーク35に対して最初のピース列(Ny=1)における加工位置にずれが発生するが、ワーク35に対する相対的な加工位置ずれは後処理によって適宜対処することができる。もちろん、加工処理前のワーク35に予めアライメントマーク37が形成されている場合には、最初のピース列(Ny=1)については、第一モニタカメラ33L,33Rで第一アライメントマーク37L−1,37R−1を検出し、第一アライメントマーク37L−1,37R−1の中心位置と目標位置とのずれ量(ワークずれ量Δxw,Δyw,Δφw)を算出して、加工目標位置の補正値(オフセット値)に用いてもよい。
最初のピース列(Ny=1)についての加工処理が終了したら(S11のYes)、制御PC40は、キャリッジ25をホームポジションに戻す間に、第一モニタカメラ33L,33Rにより撮像領域内のスペックルパターンを撮像する(S12’)。その後、副走査制御部30によりステッピングモータ31を制御して、ワーク35を副走査方向に沿って予め決められた距離だけワーク搬送方向Bへ移動させ(S13)、ワーク35を目標送り位置付近で停止させてホールドさせる(S14)。その後、制御PC40は、第二モニタカメラ34L,34Rにより撮像領域内のスペックルパターンを撮像する(S15’)。
図18は、本変形例1における各モニタカメラ33L,33R,34L,34Rによるスペックルパターンの撮像システムの一例を示す説明図である。
本変形例1では、ワーク35の被加工面上にスペックルパターンを生じさせる可干渉光を照射する照明手段としての照明光源38aにより各モニタカメラ33L,33R,34L,34Rの撮像領域を照明し、照明されたワーク35の被加工面上に現れるスペックルパターンを各モニタカメラ33L,33R,34L,34Rで撮像して得られる撮像画像に基づいてワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwを算出する。本変形例1では、照明光源38aからの照明光をモニタカメラ33L,33R,34L,34Rの撮像方向と同じ方向から照射できるようにハーフミラー38bを配置した構成を採用している。
本変形例1では、ワーク35の被加工面上にスペックルパターンを生じさせる可干渉光を照射する照明手段としての照明光源38aにより各モニタカメラ33L,33R,34L,34Rの撮像領域を照明し、照明されたワーク35の被加工面上に現れるスペックルパターンを各モニタカメラ33L,33R,34L,34Rで撮像して得られる撮像画像に基づいてワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwを算出する。本変形例1では、照明光源38aからの照明光をモニタカメラ33L,33R,34L,34Rの撮像方向と同じ方向から照射できるようにハーフミラー38bを配置した構成を採用している。
制御PC40は、このようにして副走査方向の異なる地点(第一モニタカメラ33L,33Rの撮像領域と第二モニタカメラ34L,34Rの撮像領域)でワーク35の被加工面上の略同じ箇所のスペックルパターンを撮像したら、両画像データを比較する。この比較では、両画像データについて後述の画像相関処理を行い(S21)、両画像データ間の位置ずれ量(X軸方向画像ずれ量ΔGxw及びY軸方向画像ずれ量ΔGyw)を算出するとともに(S16’)、算出した主走査方向両端の各画像ずれ量から傾斜画像ずれ量ΔGφwを算出する(S16’)。
このようにして算出した画像ずれ量ΔGxw,ΔGyw,ΔGφwは、制御PC40内のメモリに記憶されている前回のワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwに加算され、ワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwが更新される。その後、制御PC40は、更新後のワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwを用いて新たなオフセット値ΔDxi,ΔDyi,ΔDφiを算出し(S17)、キャリッジ25を、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置に順次移動させて、次のピース列(Ny=2)すなわち被加工部分(N=4〜6)に対するITO膜の加工処理を順次行う(S5〜S11)。
図19は、本変形例1における画像相関処理の流れの一例を示すフロー図である。
第一モニタカメラ33L,33Rと第二モニタカメラ34L,34Rでワーク35の被加工面上の略同じ箇所のスペックルパターンを撮像した2つの画像データに対し、二次元FFT(Fast Fourier Transform)処理を行って(S31)、それぞれの画像データについての空間周波数スペクトルを得る。その後、一方の空間周波数スペクトルについて他方の空間周波数スペクトルの複素共役を演算し(S33)、一方の空間周波数スペクトルと他方の空間周波数スペクトルの複素共役とを乗算する(S34)。この乗算結果に対して二次元の逆FFT処理を行い(S35)、この処理結果を図20に示すような相関関数として用いることで、副走査方向および主走査方向における各相関ピーク値を求めることができる(S35)。そして、この各相関ピーク値を、前記2つの画像データ間の位置ずれ量(X軸方向画像ずれ量ΔGxw及びY軸方向画像ずれ量ΔGyw)として用いる。
第一モニタカメラ33L,33Rと第二モニタカメラ34L,34Rでワーク35の被加工面上の略同じ箇所のスペックルパターンを撮像した2つの画像データに対し、二次元FFT(Fast Fourier Transform)処理を行って(S31)、それぞれの画像データについての空間周波数スペクトルを得る。その後、一方の空間周波数スペクトルについて他方の空間周波数スペクトルの複素共役を演算し(S33)、一方の空間周波数スペクトルと他方の空間周波数スペクトルの複素共役とを乗算する(S34)。この乗算結果に対して二次元の逆FFT処理を行い(S35)、この処理結果を図20に示すような相関関数として用いることで、副走査方向および主走査方向における各相関ピーク値を求めることができる(S35)。そして、この各相関ピーク値を、前記2つの画像データ間の位置ずれ量(X軸方向画像ずれ量ΔGxw及びY軸方向画像ずれ量ΔGyw)として用いる。
ここで、本変形例1のように、それぞれの画像データを二次元FFT処理した後の空間周波数スペクトルから振幅情報を除去し(S32)、位相情報のみを用いて、複素共役の算出、乗算処理を行う位相限定相関処理を適用してもよい。この場合、相関ピーク値をより精度よく算出することができ、前記2つの画像データ間の位置ずれ量ΔGxw,ΔGywをより高精度に求めることができる。また、二次元逆FFT処理により得られる各相関ピーク値は、撮影画像データの画素(ピクセル)単位の情報であるが、相関ピーク値の算出結果に対してピクセル単位以下の相関ピーク値を補完、類推するサブピクセル処理を適用することで、より高分解能な相関ピーク値を算出でき、前記2つの画像データ間の位置ずれ量ΔGxw,ΔGywをより高精度に求めることができる。
本変形例1によれば、ワーク35上のアライメントマーク37の位置やモニタカメラの位置の制約を受けずに、副走査方向における任意のワーク位置におけるワークずれ量Δxw,Δyw,Δφwを検出することができる。
〔変形例2〕
次に、本実施形態におけるパターニング加工処理の他の変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
上述した実施形態では、副走査方向の異なる地点で同じアライメントマーク37を撮像した画像データを得るために、それぞれの地点に配置される第一モニタカメラ33L,33Rと第二モニタカメラ34L,34Rを用いている。この場合、副走査方向における第一モニタカメラ33L,33Rと第二モニタカメラ34L,34Rの相対位置を、ワーク35の送り量(搬送距離)に合わせておく必要がある。本変形例2では、主走査方向両端にそれぞれ1つずつのモニタカメラ33L’,33R’を配置し、これらのモニタカメラ33L’,33R’を副走査方向へ移動可能に構成して、副走査方向における任意の位置でアライメントマーク37を撮像できるようにしている。
次に、本実施形態におけるパターニング加工処理の他の変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
上述した実施形態では、副走査方向の異なる地点で同じアライメントマーク37を撮像した画像データを得るために、それぞれの地点に配置される第一モニタカメラ33L,33Rと第二モニタカメラ34L,34Rを用いている。この場合、副走査方向における第一モニタカメラ33L,33Rと第二モニタカメラ34L,34Rの相対位置を、ワーク35の送り量(搬送距離)に合わせておく必要がある。本変形例2では、主走査方向両端にそれぞれ1つずつのモニタカメラ33L’,33R’を配置し、これらのモニタカメラ33L’,33R’を副走査方向へ移動可能に構成して、副走査方向における任意の位置でアライメントマーク37を撮像できるようにしている。
図21は、本変形例2におけるモニタカメラ33L’,33R’の構成の一例を示す説明図である。
本変形例2では、主走査方向両端にそれぞれ1つずつのモニタカメラ33L’,33R’が直線移動手段としてのリニアガイドアクチュエータ41L,41R上に搭載され、副走査方向へ移動可能に構成されている。制御PC40は、リニアガイドアクチュエータ41L,41Rを制御することにより、モニタカメラ33L’,33R’をワーク35の送り量に相当する分だけ副走査方向へ移動させることで、副走査方向の異なる地点で同じアライメントマーク37を撮像することができる。
本変形例2では、主走査方向両端にそれぞれ1つずつのモニタカメラ33L’,33R’が直線移動手段としてのリニアガイドアクチュエータ41L,41R上に搭載され、副走査方向へ移動可能に構成されている。制御PC40は、リニアガイドアクチュエータ41L,41Rを制御することにより、モニタカメラ33L’,33R’をワーク35の送り量に相当する分だけ副走査方向へ移動させることで、副走査方向の異なる地点で同じアライメントマーク37を撮像することができる。
本変形例2によれば、モニタカメラの台数を削減しつつも、上述した実施形態と同様の加工処理を実現することができる。また、本変形例2によれば、モニタカメラ33L’,33R’の撮像領域を副走査方向における任意の位置に変更できるので、加工対象ごとにワーク送り量が異なる場合やワーク送り量を変更したい場合にも柔軟に対応可能となり、汎用性の高いレーザパターニング装置を実現できる。
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
ワーク35等の加工対象物の被加工面上の被加工部分をワーク搬送部3等の搬送手段により加工領域36へ順次送り込み、該被加工部分をレーザ出力部1及びレーザ走査部2等の光照射手段からのレーザ光L等の加工光により加工するレーザパターニング装置等の光加工装置において、前記加工対象物の被加工面上における同じアライメントマーク37やスペックルパターン等の被検出部の位置を、前記搬送手段によるワーク搬送方向B等の搬送方向の互いに異なる2以上の検出地点で検出する第一モニタカメラ33L,33R及び第二モニタカメラ34L,34R、モニタカメラ33L’,33R’等の位置検出手段と、前記位置検出手段による前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御する加工位置制御を実行する制御PC40等の制御手段とを有することを特徴とする。
本態様によれば、位置検出手段による前記2以上の検出地点での検出結果から、加工対象物上の被検出部が一の検出地点から他の検出地点まで移動する間に加工対象物の搬送誤差が発生していても、その搬送誤差に起因した加工位置ずれを抑制することができる。
(態様A)
ワーク35等の加工対象物の被加工面上の被加工部分をワーク搬送部3等の搬送手段により加工領域36へ順次送り込み、該被加工部分をレーザ出力部1及びレーザ走査部2等の光照射手段からのレーザ光L等の加工光により加工するレーザパターニング装置等の光加工装置において、前記加工対象物の被加工面上における同じアライメントマーク37やスペックルパターン等の被検出部の位置を、前記搬送手段によるワーク搬送方向B等の搬送方向の互いに異なる2以上の検出地点で検出する第一モニタカメラ33L,33R及び第二モニタカメラ34L,34R、モニタカメラ33L’,33R’等の位置検出手段と、前記位置検出手段による前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御する加工位置制御を実行する制御PC40等の制御手段とを有することを特徴とする。
本態様によれば、位置検出手段による前記2以上の検出地点での検出結果から、加工対象物上の被検出部が一の検出地点から他の検出地点まで移動する間に加工対象物の搬送誤差が発生していても、その搬送誤差に起因した加工位置ずれを抑制することができる。
(態様B)
前記態様Aにおいて、前記被検出部は、前記加工対象物の被加工面上に形成されたアライメントマーク37等の検出用マークであることを特徴とする。
本態様によれば、加工対象物上の検出用マークが規定の位置からずれて形成されていても、そのずれ分に起因した加工位置ずれを抑制することができる。
前記態様Aにおいて、前記被検出部は、前記加工対象物の被加工面上に形成されたアライメントマーク37等の検出用マークであることを特徴とする。
本態様によれば、加工対象物上の検出用マークが規定の位置からずれて形成されていても、そのずれ分に起因した加工位置ずれを抑制することができる。
(態様C)
前記態様Aにおいて、前記被検出部は、前記加工対象物の被加工面上に可干渉光を照射することにより発生するスペックルパターンであることを特徴とする。
本態様によれば、加工対象物上の検出用マークを必要とせずに、加工対象物の位置を検出することができる。
前記態様Aにおいて、前記被検出部は、前記加工対象物の被加工面上に可干渉光を照射することにより発生するスペックルパターンであることを特徴とする。
本態様によれば、加工対象物上の検出用マークを必要とせずに、加工対象物の位置を検出することができる。
(態様D)
前記態様Aにおいて、前記被検出部は、前記加工対象物の被加工面上に存在する形状パターン又は模様であることを特徴とする。
本態様によれば、加工対象物上の検出用マークを必要とせずに、加工対象物の位置を検出することができる。また、上述したスペックルパターンの検出には必要であった可干渉光の照明手段も必要としない。
前記態様Aにおいて、前記被検出部は、前記加工対象物の被加工面上に存在する形状パターン又は模様であることを特徴とする。
本態様によれば、加工対象物上の検出用マークを必要とせずに、加工対象物の位置を検出することができる。また、上述したスペックルパターンの検出には必要であった可干渉光の照明手段も必要としない。
(態様E)
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記位置検出手段は、前記被検出部を撮像して得られる撮像画像に基づいて該被検出部の位置を検出するものであることを特徴とする。
これによれば、汎用のカメラを用いて被検出部の位置を検出することができる。
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記位置検出手段は、前記被検出部を撮像して得られる撮像画像に基づいて該被検出部の位置を検出するものであることを特徴とする。
これによれば、汎用のカメラを用いて被検出部の位置を検出することができる。
(態様F)
前記態様Eにおいて、前記制御手段は、前記2以上の検出地点で撮像された撮像画像間の相関処理を行って得られる画像位置ずれ量から、前記2以上の検出地点間における前記加工対象物の搬送誤差を導出し、該搬送誤差に応じて前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御することにより、前記加工位置制御を実行することを特徴とする。
これによれば、加工対象物の被加工面上の形状パターン、模様、スペックルパターンなどを被検出部として用いる場合でも、加工対象物の搬送誤差を精度よく検出することができる。
前記態様Eにおいて、前記制御手段は、前記2以上の検出地点で撮像された撮像画像間の相関処理を行って得られる画像位置ずれ量から、前記2以上の検出地点間における前記加工対象物の搬送誤差を導出し、該搬送誤差に応じて前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御することにより、前記加工位置制御を実行することを特徴とする。
これによれば、加工対象物の被加工面上の形状パターン、模様、スペックルパターンなどを被検出部として用いる場合でも、加工対象物の搬送誤差を精度よく検出することができる。
(態様G)
前記態様Fにおいて、前記相関処理は、位相限定相関処理を含むことを特徴とする。
これによれば、より高い精度で加工対象物の搬送誤差を検出することができる。
前記態様Fにおいて、前記相関処理は、位相限定相関処理を含むことを特徴とする。
これによれば、より高い精度で加工対象物の搬送誤差を検出することができる。
(態様H)
前記態様F又はGにおいて、前記制御手段は、前記搬送誤差をサブピクセル単位で導出することを特徴とする。
これによれば、撮像画像の画素単位よりも高い精度で加工対象物の搬送誤差を検出することができる。
前記態様F又はGにおいて、前記制御手段は、前記搬送誤差をサブピクセル単位で導出することを特徴とする。
これによれば、撮像画像の画素単位よりも高い精度で加工対象物の搬送誤差を検出することができる。
(態様I)
前記態様A〜Hのいずれかの態様において、前記位置検出手段は、前記2以上の検出地点のうちの少なくとも2つの検出地点に配置された第一モニタカメラ33L,33R及び第二モニタカメラ34L,34R等の複数の位置検出部により、該少なくとも2つの検出箇所での前記被検出部の位置検出を行うことを特徴とする。
これによれば、第一モニタカメラ33L,33R及び第二モニタカメラ34L,34Rを精度良く位置決めできるので、検出地点での被検出部の位置検出を精度よく行うことができる。
前記態様A〜Hのいずれかの態様において、前記位置検出手段は、前記2以上の検出地点のうちの少なくとも2つの検出地点に配置された第一モニタカメラ33L,33R及び第二モニタカメラ34L,34R等の複数の位置検出部により、該少なくとも2つの検出箇所での前記被検出部の位置検出を行うことを特徴とする。
これによれば、第一モニタカメラ33L,33R及び第二モニタカメラ34L,34Rを精度良く位置決めできるので、検出地点での被検出部の位置検出を精度よく行うことができる。
(態様J)
前記態様A〜Hのいずれかの態様において、前記位置検出手段は、前記2以上の検出地点のうちの少なくとも2つの検出地点に移動可能なモニタカメラ33L’,33R’等の位置検出部により、該少なくとも2つの検出箇所での前記被検出部の位置検出を行うことを特徴とする。
これによれば、検出箇所での被検出部の位置検出を、少ない位置検出部で実現することができる。また、検出箇所の変更が容易であるため、汎用性の高い光加工装置を実現できる。
前記態様A〜Hのいずれかの態様において、前記位置検出手段は、前記2以上の検出地点のうちの少なくとも2つの検出地点に移動可能なモニタカメラ33L’,33R’等の位置検出部により、該少なくとも2つの検出箇所での前記被検出部の位置検出を行うことを特徴とする。
これによれば、検出箇所での被検出部の位置検出を、少ない位置検出部で実現することができる。また、検出箇所の変更が容易であるため、汎用性の高い光加工装置を実現できる。
(態様K)
前記態様A〜Jのいずれかの態様において、前記制御手段は、前記搬送方向で隣り合う加工対象物上の2つの被加工部分が、互いに隣接するように、又は、互いに一部重複するように、前記加工位置制御を実行することを特徴とする。
これによれば、搬送手段による加工対象物の搬送方向において加工対象物上の各被加工部分間で連続する加工を施すことが可能である。これにより、搬送手段による加工対象物の搬送方向において、加工対象物の各被加工部分が独立したものではなく、複数の被加工部分によって1つの加工対象となるような加工対象物の加工処理を行うことが可能となる。このような加工処理においては、各被加工部分間の連続性が要求され、各被加工部分において高い加工位置精度が求められる。本態様によれば、搬送手段による加工対象物の搬送誤差に起因した加工位置ずれを抑制できるため、要求される高い加工位置精度を得ることができる。
前記態様A〜Jのいずれかの態様において、前記制御手段は、前記搬送方向で隣り合う加工対象物上の2つの被加工部分が、互いに隣接するように、又は、互いに一部重複するように、前記加工位置制御を実行することを特徴とする。
これによれば、搬送手段による加工対象物の搬送方向において加工対象物上の各被加工部分間で連続する加工を施すことが可能である。これにより、搬送手段による加工対象物の搬送方向において、加工対象物の各被加工部分が独立したものではなく、複数の被加工部分によって1つの加工対象となるような加工対象物の加工処理を行うことが可能となる。このような加工処理においては、各被加工部分間の連続性が要求され、各被加工部分において高い加工位置精度が求められる。本態様によれば、搬送手段による加工対象物の搬送誤差に起因した加工位置ずれを抑制できるため、要求される高い加工位置精度を得ることができる。
(態様L)
前記態様A〜Kのいずれかの態様において、前記位置検出手段は、前記搬送方向に対して直交する幅方向における複数箇所の各々で、前記加工対象物の被加工面上における同じ被検出部の位置を該搬送方向の互いに異なる2以上の検出地点で検出し、前記制御手段は、前記位置検出手段が前記複数箇所の各々で検出した前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記加工位置制御を実行することを特徴とする。
これによれば、搬送手段によるスキューによって生じる傾斜ワークずれ量Δφw等の搬送誤差に起因した加工位置ずれも抑制することができる。
前記態様A〜Kのいずれかの態様において、前記位置検出手段は、前記搬送方向に対して直交する幅方向における複数箇所の各々で、前記加工対象物の被加工面上における同じ被検出部の位置を該搬送方向の互いに異なる2以上の検出地点で検出し、前記制御手段は、前記位置検出手段が前記複数箇所の各々で検出した前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記加工位置制御を実行することを特徴とする。
これによれば、搬送手段によるスキューによって生じる傾斜ワークずれ量Δφw等の搬送誤差に起因した加工位置ずれも抑制することができる。
(態様M)
前記態様A〜Lのいずれかの態様において、前記加工制御手段は、前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記光照射手段による加工光の照射位置を補正することにより、前記加工位置制御を実行することを特徴とする。
加工位置ずれを補正する方法としては、搬送手段により加工対象物の位置を変位させて補正する方法も考えられる。しかしながら、搬送手段による加工対象物の位置の制御可能な最小単位(補正可能な最小のずれ量)は比較的大きいため、微小な加工位置ずれを補正することが難しい。また、搬送手段の搬送に必要なガタの存在等が原因で、加工対象物を搬送手段により微小距離だけ動かすことを高精度に実現することが難しい。
本態様においては、光照射手段による加工光の照射位置を補正することで加工位置ずれを補正する方法であるため、補正可能な最小のずれ量は、加工分解能(制御可能な加工位置の最小単位)と同等であり、微小な加工位置ずれも補正することが可能となる。
前記態様A〜Lのいずれかの態様において、前記加工制御手段は、前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記光照射手段による加工光の照射位置を補正することにより、前記加工位置制御を実行することを特徴とする。
加工位置ずれを補正する方法としては、搬送手段により加工対象物の位置を変位させて補正する方法も考えられる。しかしながら、搬送手段による加工対象物の位置の制御可能な最小単位(補正可能な最小のずれ量)は比較的大きいため、微小な加工位置ずれを補正することが難しい。また、搬送手段の搬送に必要なガタの存在等が原因で、加工対象物を搬送手段により微小距離だけ動かすことを高精度に実現することが難しい。
本態様においては、光照射手段による加工光の照射位置を補正することで加工位置ずれを補正する方法であるため、補正可能な最小のずれ量は、加工分解能(制御可能な加工位置の最小単位)と同等であり、微小な加工位置ずれも補正することが可能となる。
加工対象物の被加工面上の被加工部分を搬送手段により加工領域へ順次送り込み、該被加工部分を光照射手段からの加工光により加工することにより、光加工物を生産する光加工物の生産方法において、前記加工対象物の被加工面上における同じ被検出部の位置を、前記搬送手段による搬送方向の互いに異なる2以上の検出地点で検出する位置検出ステップと、前記位置検出ステップにおける前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御する加工位置制御を実行する加工位置制御ステップとを有することを特徴とする。
本態様によれば、位置検出手段による前記2以上の検出地点での検出結果から、加工対象物上の被検出部が一の検出地点から他の検出地点まで移動する間に加工対象物の搬送誤差が発生していても、その搬送誤差に起因した加工位置ずれを抑制することができる。よって、搬送誤差に起因した加工位置ずれが抑制された光加工物を生産することができる。
本態様によれば、位置検出手段による前記2以上の検出地点での検出結果から、加工対象物上の被検出部が一の検出地点から他の検出地点まで移動する間に加工対象物の搬送誤差が発生していても、その搬送誤差に起因した加工位置ずれを抑制することができる。よって、搬送誤差に起因した加工位置ずれが抑制された光加工物を生産することができる。
1 レーザ出力部
2 レーザ走査部
3 ワーク搬送部
4 制御部
20 ガルバノスキャナ制御部
21 ガルバノスキャナ
21’ 副走査直動ステージ
23 モニタカメラ
24 主走査制御部
25 キャリッジ
27’ 主走査直動ステージ
30 副走査制御部
33L,33R 第一モニタカメラ
34L,34R 第二モニタカメラ
33L’,33R’ モニタカメラ
35 ワーク
36 加工領域
37 アライメントマーク
38a 照明光源
38b ハーフミラー
53 加工テーブル
41L,41R リニアガイドアクチュエータ
2 レーザ走査部
3 ワーク搬送部
4 制御部
20 ガルバノスキャナ制御部
21 ガルバノスキャナ
21’ 副走査直動ステージ
23 モニタカメラ
24 主走査制御部
25 キャリッジ
27’ 主走査直動ステージ
30 副走査制御部
33L,33R 第一モニタカメラ
34L,34R 第二モニタカメラ
33L’,33R’ モニタカメラ
35 ワーク
36 加工領域
37 アライメントマーク
38a 照明光源
38b ハーフミラー
53 加工テーブル
41L,41R リニアガイドアクチュエータ
Claims (14)
- 加工対象物の被加工面上の被加工部分を搬送手段により加工領域へ順次送り込み、該被加工部分を光照射手段からの加工光により加工する光加工装置において、
前記加工対象物の被加工面上における同じ被検出部の位置を、前記搬送手段による搬送方向の互いに異なる2以上の検出地点で検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段による前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御する加工位置制御を実行する制御手段とを有することを特徴とする光加工装置。 - 請求項1に記載の光加工装置において、
前記被検出部は、前記加工対象物の被加工面上に形成された検出用マークであることを特徴とする光加工装置。 - 請求項1に記載の光加工装置において、
前記被検出部は、前記加工対象物の被加工面上に可干渉光を照射することにより発生するスペックルパターンであることを特徴とする光加工装置。 - 請求項1に記載の光加工装置において、
前記被検出部は、前記加工対象物の被加工面上に存在する形状パターン又は模様であることを特徴とする光加工装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光加工装置において、
前記位置検出手段は、前記被検出部を撮像して得られる撮像画像に基づいて該被検出部の位置を検出するものであることを特徴とする光加工装置。 - 請求項5に記載の光加工装置において、
前記制御手段は、前記2以上の検出地点で撮像された撮像画像間の相関処理を行って得られる画像位置ずれ量から、前記2以上の検出地点間における前記加工対象物の搬送誤差を導出し、該搬送誤差に応じて前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御することにより、前記加工位置制御を実行することを特徴とする光加工装置。 - 請求項6に記載の光加工装置において、
前記相関処理は、位相限定相関処理を含むことを特徴とする光加工装置。 - 請求項6又は7に記載の光加工装置において、
前記制御手段は、前記搬送誤差をサブピクセル単位で導出することを特徴とする光加工装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光加工装置において、
前記位置検出手段は、前記2以上の検出地点のうちの少なくとも2つの検出地点に配置された複数の位置検出部により、該少なくとも2つの検出箇所での前記被検出部の位置検出を行うことを特徴とする光加工装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光加工装置において、
前記位置検出手段は、前記2以上の検出地点のうちの少なくとも2つの検出地点に移動可能な位置検出部により、該少なくとも2つの検出箇所での前記被検出部の位置検出を行うことを特徴とする光加工装置。 - 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光加工装置において、
前記制御手段は、前記搬送方向で隣り合う加工対象物上の2つの被加工部分が、互いに隣接するように、又は、互いに一部重複するように、前記加工位置制御を実行することを特徴とする光加工装置。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光加工装置において、
前記位置検出手段は、前記搬送方向に対して直交する幅方向における複数箇所の各々で、前記加工対象物の被加工面上における同じ被検出部の位置を該搬送方向の互いに異なる2以上の検出地点で検出し、
前記制御手段は、前記位置検出手段が前記複数箇所の各々で検出した前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記加工位置制御を実行することを特徴とする光加工装置。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光加工装置において、
前記制御手段は、前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記光照射手段による加工光の照射位置を補正することにより、前記加工位置制御を実行することを特徴とする光加工装置。 - 加工対象物の被加工面上の被加工部分を搬送手段により加工領域へ順次送り込み、該被加工部分を光照射手段からの加工光により加工することにより、光加工物を生産する光加工物の生産方法において、
前記加工対象物の被加工面上における同じ被検出部の位置を、前記搬送手段による搬送方向の互いに異なる2以上の検出地点で検出する位置検出ステップと、
前記位置検出ステップにおける前記2以上の検出地点での検出結果に基づいて、前記光照射手段からの加工光による加工位置を制御する加工位置制御を実行する加工位置制御ステップとを有することを特徴とする光加工物の生産方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017035908A JP2018140419A (ja) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | 光加工装置及び光加工物の生産方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017035908A JP2018140419A (ja) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | 光加工装置及び光加工物の生産方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018140419A true JP2018140419A (ja) | 2018-09-13 |
Family
ID=63526247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017035908A Pending JP2018140419A (ja) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | 光加工装置及び光加工物の生産方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2018140419A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022038682A1 (ja) * | 2020-08-18 | 2022-02-24 | 株式会社ニコン | 光学装置および加工装置 |
-
2017
- 2017-02-28 JP JP2017035908A patent/JP2018140419A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022038682A1 (ja) * | 2020-08-18 | 2022-02-24 | 株式会社ニコン | 光学装置および加工装置 |
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