JP2017131931A - Laser marking device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー光によって対象物の表面にマーキングを施すレーザーマーキング装置に関するものである。 The present invention relates to a laser marking device for marking a surface of an object with laser light.
昨今、製造日時や場所の他、使用した材料や品質に関わる各種データ等をバーコードや二次元コード等に変換し、これを物品の表面上にマーキングしておくことで、物品が市場に流通された後もその物品に関する履歴が追跡可能になる、トレーサビリティに対する要求が増している。従来、例えばガラスエポキシ基板やフレキシブル基板にこのようなマーキングパターンを印字するにあたっては、YAGレーザーや炭酸ガスレーザー等からレーザー光を出射し、これをガルバノメータスキャナによって基板上に照射してマーキングを行うレーザーマーキング装置が多用されている。しかし、YAGレーザーや炭酸ガスレーザー等は比較的高出力のものが多いためにエネルギー消費量が多い上、ガルバノメータスキャナを用いることから、構造が複雑になってしまうという問題がある。また、高出力のためにマーキングを行う対象物への負荷も大きく、対象物が基板の場合は表面の保護層(レジスト)を貫通してしまうおそれもある。 Recently, in addition to the date and place of manufacture, various data related to materials used and quality, etc., are converted into barcodes and two-dimensional codes, etc., and this is marked on the surface of the goods so that the goods are distributed on the market. There is an increasing demand for traceability that allows the history of an article to be tracked after it has been posted. Conventionally, when printing such a marking pattern on, for example, a glass epoxy substrate or a flexible substrate, a laser beam is emitted from a YAG laser, a carbon dioxide gas laser, or the like and irradiated onto the substrate by a galvanometer scanner to perform marking. Marking devices are frequently used. However, since many YAG lasers, carbon dioxide lasers, and the like have a relatively high output, they consume a large amount of energy and use a galvanometer scanner, resulting in a complicated structure. In addition, the load on the object to be marked for high output is large, and when the object is a substrate, there is a possibility of penetrating the protective layer (resist) on the surface.
このような従来のレーザーマーキング装置に対し、本発明者らは、半導体レーザーと、この半導体レーザーから照射されるレーザー光のビーム径内で対物レンズを移動させるレンズ駆動ユニットとを備えるレーザーマーキング装置を提案している(特許文献1参照)。このレーザーマーキング装置によれば、エネルギー消費量が少ない上、従来の装置に対して構造が簡単になるという利点がある。また、出力がそれ程大きくないことから基板のレジストを貫通してしまうおそれも少なく、またマーキング時の残渣(ヒューム)を抑えることもできる。 In contrast to such a conventional laser marking device, the present inventors have provided a laser marking device comprising a semiconductor laser and a lens driving unit that moves the objective lens within the beam diameter of the laser light emitted from the semiconductor laser. It has been proposed (see Patent Document 1). According to this laser marking device, there are advantages that the energy consumption is small and the structure is simpler than the conventional device. Further, since the output is not so high, there is little possibility of penetrating the resist on the substrate, and residues (fumes) at the time of marking can be suppressed.
ところで半導体レーザーを用いたレーザーマーキング装置では、レーザー光を対象物の表面に集光させてエネルギー密度を高めてマーキングを行っている。このため最適な条件でマーキングを行うには、レーザー光の焦点位置を対象物の表面に精度良く合わせることが必要である。しかし、対象物の種類が変われば材質や色、透過度等も変わるうえ、対象物の表面状態は同一種類であっても個体差があるため、その調整は難しいのが現状であった。 By the way, in a laser marking device using a semiconductor laser, marking is performed by condensing laser light on the surface of an object to increase the energy density. For this reason, in order to perform marking under optimum conditions, it is necessary to accurately match the focal position of the laser beam to the surface of the object. However, when the type of the object is changed, the material, color, transmittance, and the like are also changed, and even if the surface state of the object is the same type, there are individual differences, so that adjustment is difficult at present.
本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、半導体レーザーを用いたレーザーマーキング装置において、レーザー光の焦点位置を対象物の表面に精度良く合わせることが可能なオートフォーカス機能を備えるレーザーマーキング装置を提案するところにある。 An object of the present invention is to solve such a point, and an object of the present invention is to accurately align the focal position of a laser beam on the surface of an object in a laser marking apparatus using a semiconductor laser. A laser marking device with a possible autofocus function is proposed.
本発明は、半導体レーザーと、該半導体レーザーからのレーザー光を対象物の表面で集光させる光学ユニットとを備え、集光させたレーザー光で該対象物にマーキングを施すレーザーマーキング装置であって、前記対象物に対して前記光学ユニットを、前記レーザー光が集光すると予想される位置よりも手前の位置とこれを超えた位置との間で相対的に移動させる駆動部と、該駆動部によって該光学ユニットを相対的に移動させる間に該対象物で反射されたレーザー光を撮像して原画像を取得する撮像部と、該駆動部と該撮像部とに接続されて該駆動部と該撮像部とを所定の工程で動作させる制御部とを備え、該制御部は、以下の(a)工程〜(g)工程を行った後に該対象物にマーキングを行うレーザーマーキング装置である。
(a)前記撮像部によって取得した複数の原画像のそれぞれと、各原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置情報とを紐付けする工程、
(b)前記原画像毎に最大輝度値である原画像最大輝度値を算出する工程、
(c)前記原画像を、該原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置の順に並べた場合において、前記原画像最大輝度値が前後の原画像よりも大きい原画像をピーク原画像と設定する工程、
(d)前記原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって各原画像に紐付けされる出力画像を作成する工程、
(e)前記出力画像毎に最大輝度値である出力画像最大輝度値を算出する工程、
(f)前記出力画像を、前記原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置の順に並べた場合において、前記出力画像最大輝度値が前後の出力画像よりも大きい出力画像をピーク出力画像と設定する工程、
(g)前記ピーク原画像に紐付けされた前記ピーク出力画像の数を算出するとともに、該ピーク原画像を撮像した時点での前記光学ユニットの位置を中心として該光学ユニットの位置が±Eの範囲に含まれる原画像につき、これらの原画像に紐付けされた該ピーク出力画像の数の和を算出し、この数の和が所定数以上であれば、該ピーク原画像は前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ相対的に移動させる工程(ここでEは前記レーザー光の焦点深度である)。
The present invention is a laser marking device comprising a semiconductor laser and an optical unit for condensing the laser light from the semiconductor laser on the surface of the object, and marking the object with the condensed laser light. A drive unit that moves the optical unit relative to the object between a position in front of the position where the laser beam is expected to be collected and a position beyond the position, and the drive unit. An imaging unit that captures an image of the laser beam reflected by the object while moving the optical unit relatively, and acquires an original image; and the driving unit connected to the driving unit and the imaging unit; A control unit that operates the imaging unit in a predetermined process, and the control unit is a laser marking device that performs marking on the object after performing the following steps (a) to (g).
(A) associating each of the plurality of original images acquired by the imaging unit with relative positional information of the optical unit with respect to the object at the time of capturing each original image;
(B) calculating an original image maximum luminance value which is a maximum luminance value for each original image;
(C) When the original images are arranged in the order of the relative position of the optical unit with respect to the object at the time of capturing the original image, the maximum luminance value of the original image is larger than the previous and subsequent original images. Setting the original image as the peak original image,
(D) creating an output image associated with each original image by subjecting the original image to a spatial filtering process using a differential filter;
(E) calculating an output image maximum luminance value which is a maximum luminance value for each output image;
(F) When the output image is arranged in the order of the relative position of the optical unit with respect to the object at the time of capturing the original image, the maximum luminance value of the output image is larger than the previous and subsequent output images. Setting the output image as the peak output image,
(G) The number of the peak output images linked to the peak original image is calculated, and the position of the optical unit is ± E around the position of the optical unit at the time of capturing the peak original image. For the original images included in the range, the sum of the numbers of the peak output images linked to these original images is calculated, and if the sum of the numbers is equal to or greater than a predetermined number, the peak original image is Based on the position information of the optical unit linked to the peak original image, the driving unit is operated to determine that the peak original image is the image captured at the condensing position. A step of moving the image relative to the imaged position (where E is the depth of focus of the laser beam).
また、前記ピーク原画像が複数存在する場合は、前記(g)工程に代えて以下の(h)工程を行うことが好ましい。
(h)前記ピーク原画像が複数存在する場合において、これらのピーク原画像における原画像最大輝度値が最も大きい値を算出し、この最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値をもつピーク原画像が1つであれば、このピーク原画像が前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ移動させる工程。
Further, when there are a plurality of the peak original images, it is preferable to perform the following step (h) instead of the step (g).
(H) When there are a plurality of the peak original images, the maximum value of the original image maximum luminance value in these peak original images is calculated, and the original image included in a predetermined value range with respect to the maximum value If there is one peak original image having the maximum luminance value, it is determined that this peak original image is an image picked up at a position where the laser beam is condensed, and the peak original image is associated with the peak original image. A step of operating the drive unit based on position information of the optical unit to move the optical unit to a position where the original peak image is captured;
また、前記(h)工程につき、前記ピーク原画像が複数存在して、これらのピーク原画像における原画像最大輝度値の最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値をもつピーク原画像が複数である場合は、該ピーク原画像を撮像した時点での前記光学ユニットの位置を中心として該光学ユニットの位置が±Eの範囲に含まれる原画像につき、この原画像に紐付けされた該ピーク出力画像の数の和を算出し、数の和が多い方のピーク原画像が前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ移動させる工程を行うことが好ましい。 In addition, for the step (h), a plurality of peak original images exist, and the maximum original image luminance value included in a predetermined value range with respect to the largest original image maximum luminance value in these peak original images When there are a plurality of peak original images having a position of the optical unit at the time of capturing the peak original image, the original image is included in a range of ± E around the position of the optical unit. The sum of the numbers of the peak output images associated with the peak output image is calculated, and it is determined that the peak original image with the larger sum is the image captured at the position where the laser beam is condensed, It is preferable to perform a step of moving the optical unit to a position where the peak original image is picked up by operating the driving unit based on position information of the optical unit linked to the original image.
また、前記(d)工程において、前記出力画像は、前記ピーク原画像における上下左右方向に対し、下から上に向かって階調差がある部分を抽出する上方向フィルターと、上から下に向かって階調差がある部分を抽出する下方向フィルターと、左から右に向かって階調差がある部分を抽出する右方向フィルターと、右から左に向かって階調差がある部分を抽出する左方向フィルターのうち、少なくとも1つで空間フィルタリング処理されて生成されるものであることが好ましい。 In the step (d), the output image has an upward filter for extracting a portion having a gradation difference from bottom to top with respect to the vertical and horizontal directions in the peak original image, and from the top to the bottom. Extract a part with a gradation difference, a right filter to extract a part with a gradation difference from left to right, and a part with a gradation difference from right to left It is preferable that the filter is generated by performing spatial filtering processing with at least one of the leftward filters.
本発明者らはまず、対象物の表面にレーザー光を集光させるにあたり、対象物に対してレーザー光源を垂直方向に移動させながら対象物に照射するレーザー光を撮像し、撮像した画像において最大輝度値が最も大きい画像をレーザー光の焦点位置とする手法で検討を行った。しかし、対象物の種類や表面状態によっては最大輝度値がばらつくことも多く、最大輝度値が最も大きい画像であってもこの画像を撮像した位置がレーザー光の焦点位置ではないことが多々見受けられた。そして更に検討を重ね、レーザー光を撮像した画像(原画像)における最大輝度値(原画像最大輝度値)に加え、原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって得られる画像(出力画像)の最大輝度値(出力画像最大輝度値)に着目したところ、原画像最大輝度値が周辺の原画像よりも大きいピーク原画像と、出力画像最大輝度値が周辺の出力画像よりも大きいピーク出力画像との相関性を利用することによって、レーザー光の焦点位置を対象物の表面に精度良く合わせることが可能であることを見出した。 First, when condensing the laser beam on the surface of the object, the present inventors imaged the laser beam irradiated to the object while moving the laser light source in the vertical direction with respect to the object, and the maximum in the captured image. We examined the method using the image with the highest luminance value as the focal position of the laser beam. However, depending on the type of object and the surface condition, the maximum luminance value often varies, and even for images with the largest maximum luminance value, it is often seen that the position where this image was captured is not the focal position of the laser beam. It was. Further examination is made, and in addition to the maximum luminance value (original image maximum luminance value) in the image (original image) obtained by imaging the laser beam, the image (output image) obtained by subjecting the original image to spatial filtering processing with a differential filter Focusing on the maximum luminance value (maximum luminance value of the output image), a peak original image whose original image maximum luminance value is larger than that of the surrounding original image, and a peak output image whose output image maximum luminance value is larger than that of the surrounding output image, It was found that the focal position of the laser beam can be accurately adjusted to the surface of the object by utilizing the correlation of the above.
すなわち本発明のレーザーマーキング装置では、対象物の表面にレーザー光を集光させるにあたり、光学ユニットを、レーザー光が集光すると予想される位置よりも手前の位置とこれを超えた位置との間で相対的に移動させるとともに、その間に対象物からの反射光を撮像して複数の原画像を取得し、更に各原画像での最大輝度値(原画像最大輝度値)を算出している。そして原画像について、原画像最大輝度値が周辺の原画像よりも大きいピーク原画像を選定し、更に原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって各原画像に紐付けされる出力画像を作成するとともに、この出力画像の最大輝度値である出力画像最大輝度値に着目して、出力画像最大輝度値が周辺の出力画像よりも大きいピーク出力画像を選定している。そして、発明者らによる種々の検討を通して、ピーク原画像を撮像した時点での光学ユニットの位置を中心として光学ユニットの位置が±Eの範囲に含まれる原画像につき、これらの原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和が所定数以上であれば、ピーク原画像が前記レーザー光の焦点位置で撮像された画像であると判断できることが分かったため、このピーク原画像に紐付けされた光学ユニットの位置情報に基づいて、光学ユニットをこのピーク原画像が撮像された位置へ移動させてマーキングを行うことで、ばらつきの少ない高精度のマーキングを行うことができる。なお、前述のEはレーザー光の焦点深度である。 That is, in the laser marking device of the present invention, when condensing the laser beam on the surface of the object, the optical unit is placed between a position before the position where the laser beam is expected to be collected and a position beyond this position. In the meantime, the reflected light from the object is imaged to acquire a plurality of original images, and the maximum luminance value (original image maximum luminance value) in each original image is calculated. Then, for the original image, select the peak original image whose maximum luminance value is larger than that of the surrounding original images, and further create the output image associated with each original image by spatial filtering the original image with the differential filter At the same time, paying attention to the output image maximum brightness value which is the maximum brightness value of the output image, the peak output image having the output image maximum brightness value larger than the surrounding output images is selected. Through various studies by the inventors, the original image in which the position of the optical unit is within the range of ± E around the position of the optical unit at the time when the peak original image was captured is linked to these original images. It was found that if the sum of the number of peak output images obtained is equal to or greater than a predetermined number, it can be determined that the peak original image is an image captured at the focal position of the laser beam. Based on the position information of the optical unit, marking can be performed by moving the optical unit to the position where the peak original image is captured, thereby performing highly accurate marking with little variation. The aforementioned E is the depth of focus of the laser beam.
以下、図面を参照して、本発明をより具体的に説明する。まず、図1を参照しつつ、本発明に従うレーザーマーキング装置における、レーザー光の照射に関わる部位について説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. First, with reference to FIG. 1, a part related to laser light irradiation in the laser marking device according to the present invention will be described.
図1において、符号1は、後述する光学ユニットに取り付けられる半導体レーザーを示す。半導体レーザー1は、波長が405nmの青紫色レーザー光を連続波発振によって出射することが可能である。 In FIG. 1, the code | symbol 1 shows the semiconductor laser attached to the optical unit mentioned later. The semiconductor laser 1 can emit blue-violet laser light having a wavelength of 405 nm by continuous wave oscillation.
符号2は、光学ユニットを示す。光学ユニット2は、半導体レーザー1からのレーザー光を対象物Wの表面で集光させてマーキングを施すものである。本実施形態では、半導体レーザー1から対象物Wに至る経路に、コリメートレンズ3、ビームサンプラー4、及び対物レンズ5を設けている。 Reference numeral 2 denotes an optical unit. The optical unit 2 performs marking by condensing the laser light from the semiconductor laser 1 on the surface of the object W. In the present embodiment, the collimating lens 3, the beam sampler 4, and the objective lens 5 are provided on the path from the semiconductor laser 1 to the object W.
半導体レーザー1から出射されるレーザー光は、まず、コリメートレンズ3を通る。半導体レーザー1から出射された直後のレーザー光は拡散光であるが、コリメートレンズ3を通すことによって平行光に変換することができる。コリメートレンズ3を光学ユニット2に取り付けるに当たっては、コリメートレンズ3を通したレーザー光の波面収差を計測し、コリメートレンズ3のZ軸での位置調整(焦点位置の調整)によってデフォーカス収差を調整し、コリメートレンズ3を傾けることで非点収差を調整し、XY面内でのコリメートレンズ3の位置調整によってチルト収差の調整を行っている。なお、各収差はλ/4以下に調整することが好ましい。 Laser light emitted from the semiconductor laser 1 first passes through the collimating lens 3. Laser light immediately after being emitted from the semiconductor laser 1 is diffused light, but can be converted into parallel light by passing through the collimating lens 3. When attaching the collimating lens 3 to the optical unit 2, the wavefront aberration of the laser beam that has passed through the collimating lens 3 is measured, and the defocus aberration is adjusted by adjusting the position of the collimating lens 3 on the Z axis (adjusting the focal position). The astigmatism is adjusted by tilting the collimating lens 3, and the tilt aberration is adjusted by adjusting the position of the collimating lens 3 in the XY plane. Each aberration is preferably adjusted to λ / 4 or less.
ビームサンプラー4は、コリメートレンズ3を通ったレーザー光を対物レンズ5に向けて透過させる一方、対象物Wで反射したレーザー光を、後述する撮像部に向けて反射させるものである。 The beam sampler 4 transmits the laser light that has passed through the collimating lens 3 toward the objective lens 5, and reflects the laser light reflected by the object W toward an imaging unit that will be described later.
対物レンズ5は、ビームサンプラー4を透過したレーザー光を対象物Wの表面上に集光させるものである。コリメートレンズ3によって平行光に変換されたレーザー光のビーム径は、本実施形態では約3mmであるが、対物レンズ5によって、対象物Wの表面上では約10μmの集光径になるように調整している。 The objective lens 5 focuses the laser light that has passed through the beam sampler 4 on the surface of the object W. The beam diameter of the laser light converted into parallel light by the collimating lens 3 is about 3 mm in this embodiment, but is adjusted by the objective lens 5 so that the condensed light diameter is about 10 μm on the surface of the object W. doing.
更に光学ユニット2には、レーザー光の光軸Aに対して垂直面内で且つ対物レンズ5の光学中心がレーザー光のビーム径(本実施形態では約3mm)内に収まる範囲で、対物レンズ5をレーザー光に対して移動させるレンズ駆動ユニット6が設けられている。本実施形態では、図1に示すように光軸Aの向きがZ方向に一致しており、レンズ駆動ユニット6は、Z方向に垂直となる面(XY平面)において相互に直交するX方向及びY方向に対し、それぞれの方向に移動可能なX方向駆動部6a、及びY方向駆動部6bを備えている。ここで、X方向駆動部6aは、Y方向駆動部6bを保持してX方向に移動するように構成されており、Y方向駆動部6bは、対物レンズ5を保持してY方向に移動するように構成されている。 Further, the optical unit 2 has an objective lens 5 within a plane perpendicular to the optical axis A of the laser beam and within a range in which the optical center of the objective lens 5 is within the beam diameter of the laser beam (about 3 mm in the present embodiment). A lens driving unit 6 is provided for moving the lens with respect to the laser beam. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the direction of the optical axis A coincides with the Z direction, and the lens driving unit 6 has an X direction orthogonal to each other on a plane (XY plane) perpendicular to the Z direction. An X-direction drive unit 6a and a Y-direction drive unit 6b that are movable in the respective directions with respect to the Y direction are provided. Here, the X direction drive unit 6a is configured to move in the X direction while holding the Y direction drive unit 6b, and the Y direction drive unit 6b moves in the Y direction while holding the objective lens 5. It is configured as follows.
対物レンズ5は、図2に示すように、その光学中心がレーザー光のビーム径D内に収まる範囲でX方向に移動(距離X1)させれば、集光点pも同じ方向に且つ同じ距離だけ変位させることができる。すなわち、X方向駆動部6a、及びY方向駆動部6bによって、対物レンズ5をX方向、及びY方向に所定の距離で移動させると、対象物Wの表面上の集光点pを同方向に同距離だけ変位させることができるので、対物レンズ5の移動によって所要のマーキングを施すことができる。 As shown in FIG. 2, if the objective lens 5 is moved in the X direction (distance X1) within the range where the optical center is within the beam diameter D of the laser beam, the focal point p is also in the same direction and the same distance. Can only be displaced. That is, when the objective lens 5 is moved by a predetermined distance in the X direction and the Y direction by the X direction driving unit 6a and the Y direction driving unit 6b, the condensing point p on the surface of the object W is set in the same direction. Since it can be displaced by the same distance, the required marking can be applied by moving the objective lens 5.
更に光学ユニット2には、ミラー7、結像レンズ8、ローカットフィルター9、及びCCDカメラ等の撮像部10が設けられている。対物レンズ5で集光されたレーザー光は、その一部が対象物Wによって反射され、再度対物レンズ5を透過してビームサンプラー4に至る。ビームサンプラー4はXY平面に対して45度傾いているので、ビームサンプラー4で反射したレーザー光は−X方向に向かって進み、同じくXY平面に対して45度傾けて設けたミラー7によって進路が+Z方向に変更される。その後は、結像レンズ8、及びローカットフィルター9によって、青紫色成分の光を撮像部10の受光面に結像させることができる。すなわち本実施形態の光学ユニット2によれば、対象物Wで集光するレーザー光を同軸上で観察することが可能である。 Further, the optical unit 2 is provided with a mirror 7, an imaging lens 8, a low cut filter 9, and an imaging unit 10 such as a CCD camera. A part of the laser light condensed by the objective lens 5 is reflected by the object W, passes through the objective lens 5 again, and reaches the beam sampler 4. Since the beam sampler 4 is inclined by 45 degrees with respect to the XY plane, the laser light reflected by the beam sampler 4 travels in the −X direction, and the path is also set by the mirror 7 which is also inclined by 45 degrees with respect to the XY plane. It is changed in the + Z direction. Thereafter, light of a blue-violet component can be imaged on the light receiving surface of the imaging unit 10 by the imaging lens 8 and the low cut filter 9. That is, according to the optical unit 2 of the present embodiment, it is possible to observe the laser beam focused on the object W on the same axis.
なお上述の光学ユニット2は、図3に示すように構成することも可能である。ここで符号11は、半導体レーザー1のレーザー光に対して異なる波長の光を発光する発光体である。本実施形態では、波長が630nmとなる赤色LEDを使用している。発光体11の前方にはコリメートレンズ12が設けられていて、発光体11からの赤色光を平行光に変換することができる。更にコリメートレンズ12の前方には、XY平面に対して45度傾けて設けたハーフミラー13が設けられている。これにより、コリメートレンズ12からの平行光は−Z方向に進み、上述のミラー7で+X方向に進路が変更されて、ダイクロイックミラー14に至る。本実施形態のダイクロイックミラーは、レーザー光(波長405nm)は透過する一方、赤色光(波長630nm)は反射する特性を持っており、XY平面に対して45度傾けて設けている。これにより、ダイクロイックミラー14で反射した発光体11の光は、対象物Wに照射されるとともにこの対象物Wで反射され、その反射された光が再度、ダイクロイックミラー14で反射される。その後は、ミラー7、結像レンズ8を経由し、ハーフミラー13を透過して撮像部10の受光面に結像される。図1に示したビームサンプラー4の反射率は4%程度であるので、撮像部10で対象物Wのマーキングを観察するには光量が不足するものの、ダイクロイックミラー14の赤色光に対する反射率は90%程度であるので、撮像部10には十分な光量が届くことになり、対象物Wのマーキングを観察することが可能になる。なお、ダイクロイックミラー14に対する波長405nmの光の透過率は90%程度であるので、対象物Wに対するマーキングには殆ど影響が及ばない。 The optical unit 2 described above can also be configured as shown in FIG. Reference numeral 11 denotes a light emitter that emits light having a different wavelength with respect to the laser light of the semiconductor laser 1. In the present embodiment, a red LED having a wavelength of 630 nm is used. A collimating lens 12 is provided in front of the light emitter 11 and can convert red light from the light emitter 11 into parallel light. Further, in front of the collimating lens 12, a half mirror 13 provided at an inclination of 45 degrees with respect to the XY plane is provided. As a result, the parallel light from the collimating lens 12 travels in the −Z direction, and the path is changed in the + X direction by the above-described mirror 7 to reach the dichroic mirror 14. The dichroic mirror of this embodiment has a characteristic of transmitting laser light (wavelength 405 nm) while reflecting red light (wavelength 630 nm), and is inclined by 45 degrees with respect to the XY plane. Thereby, the light of the light emitter 11 reflected by the dichroic mirror 14 is applied to the object W and reflected by the object W, and the reflected light is reflected by the dichroic mirror 14 again. Thereafter, the light passes through the mirror 7 and the imaging lens 8, passes through the half mirror 13, and forms an image on the light receiving surface of the imaging unit 10. Since the reflectivity of the beam sampler 4 shown in FIG. 1 is about 4%, the dichroic mirror 14 has a reflectivity of 90 for red light, although the amount of light is insufficient to observe the marking of the object W with the imaging unit 10. Therefore, a sufficient amount of light reaches the imaging unit 10 and the marking of the object W can be observed. Since the transmittance of light having a wavelength of 405 nm to the dichroic mirror 14 is about 90%, the marking on the object W is hardly affected.
次に、図4を参照しつつ、上述した半導体レーザー1及び光学ユニット2等を含む本発明に従うレーザーマーキング装置について説明する。符号20は、本実施形態のレーザーマーキング装置を示す。レーザーマーキング装置20は、マーキングを施す対象物Wを載置するXYステージ21を備えている。XYステージ21は、対象物WをX方向、及びY方に移動させることが可能であって、例えば所望するマーキングの大きさがレンズ駆動ユニット6の移動範囲を超える場合には、レンズ駆動ユニット6によるマーキングの後、対象物をXYステージ21で移動させるようにすることで、大きなサイズのマーキングも施すことができる。なお、XYステージ21は固定ステージとし、光学ユニット2全体をX方向、及びY方に移動させるようにしてもよい。またレーザーマーキング装置20は、光学ユニット2を対象物Wに対して相対的に垂直方向(本実施形態ではZ方向)に移動可能な駆動部22(以下、「Z方向駆動部22」と称する)と、少なくとも撮像部10及びZ方向駆動部22とに接続される制御部23とを備えている。本実施形態の制御部23は、レーザーマーキング装置20の動作全体を制御するものであって、所望するマーキングパターンに応じて半導体レーザー1の発光、非発光を切り替えたり、レンズ駆動ユニット6のX方向駆動部6a、及びY方向駆動部6bを駆動させたりすることが可能である。 Next, a laser marking device according to the present invention including the semiconductor laser 1 and the optical unit 2 described above will be described with reference to FIG. Reference numeral 20 denotes the laser marking device of the present embodiment. The laser marking device 20 includes an XY stage 21 on which an object W to be marked is placed. The XY stage 21 can move the object W in the X direction and the Y direction. For example, when the desired marking size exceeds the movement range of the lens driving unit 6, the lens driving unit 6. After marking according to the above, by moving the object on the XY stage 21, marking of a large size can be performed. The XY stage 21 may be a fixed stage, and the entire optical unit 2 may be moved in the X direction and the Y direction. Further, the laser marking device 20 has a drive unit 22 (hereinafter referred to as “Z-direction drive unit 22”) capable of moving the optical unit 2 in a direction perpendicular to the object W (in this embodiment, the Z direction). And a control unit 23 connected to at least the imaging unit 10 and the Z-direction driving unit 22. The control unit 23 of the present embodiment controls the entire operation of the laser marking device 20, and switches between light emission and non-light emission of the semiconductor laser 1 according to a desired marking pattern, or the X direction of the lens driving unit 6. It is possible to drive the drive unit 6a and the Y-direction drive unit 6b.
次に、本実施形態のレーザーマーキング装置20によって、半導体レーザー1からのレーザー光を対象物Wの表面で集光させる手順について説明する。 Next, a procedure for condensing the laser light from the semiconductor laser 1 on the surface of the object W by the laser marking device 20 of the present embodiment will be described.
本実施形態において、半導体レーザー1から出射されるレーザー光は、図1に示す対物レンズ5の中心を通って図5に示すP5において集光するとする。そして光学ユニット2を、制御部23で駆動されるZ方向駆動部22によって、対象物Wに対して垂直方向に相対移動させる。ここで光学ユニット2は、対象物Wに対して、レーザー光が集光すると予想される位置よりも手前の位置(光学ユニット2と対象物Wとの間隔が広く、レーザー光が集光する位置が対象物Wの表側に位する位置)からこれを超えた位置(光学ユニット2と対象物Wとの間隔が狭く、レーザー光が集光する位置が対象物Wの裏側に位する位置)まで移動可能である。本実施形態では、光学ユニット2と対象物Wとの間隔が狭い位置(対象物WがP1に位する位置)から光学ユニット2と対象物Wとの間隔が広い位置(対象物WがP7に位する位置)まで、対象物Wに対して光学ユニット2を相対移動させる。 In the present embodiment, it is assumed that the laser light emitted from the semiconductor laser 1 is condensed at P5 shown in FIG. 5 through the center of the objective lens 5 shown in FIG. Then, the optical unit 2 is moved relative to the object W in the vertical direction by the Z-direction drive unit 22 driven by the control unit 23. Here, the optical unit 2 has a position closer to the object W than the position where the laser light is expected to be condensed (the position where the distance between the optical unit 2 and the object W is wide and the laser light is condensed). From the position on the front side of the object W) to a position beyond this (position where the distance between the optical unit 2 and the object W is narrow and the position where the laser beam is focused is located on the back side of the object W) It is movable. In the present embodiment, the position where the distance between the optical unit 2 and the object W is wide from the position where the distance between the optical unit 2 and the object W is narrow (the position where the object W is positioned at P1) (the object W becomes P7). The optical unit 2 is moved relative to the object W until the position of the object W is reached.
また撮像部10は、光学ユニット2を移動させる間の任意の位置において、対象物Wの表面で反射されたレーザー光の画像(原画像)を取得することが可能である。本実施形態では、光学ユニット2を0.05mm移動する毎に原画像を取得するようにしている。ここで図6は、取得した原画像の一部を抜粋して示していて、原画像(I1、I2、I3・・・I7)は、対象物WがP1、P2、P3・・・P7に位する位置での原画像の一例を示す。なお、P1、P2・・・P7について、各点間の距離は0.2mmとする。また本実施形態で取得する原画像は白黒画像である。 Further, the imaging unit 10 can acquire an image (original image) of the laser beam reflected by the surface of the object W at an arbitrary position while moving the optical unit 2. In this embodiment, an original image is acquired every time the optical unit 2 is moved by 0.05 mm. Here, FIG. 6 shows a part of the acquired original image, and in the original image (I1, I2, I3... I7), the object W is set to P1, P2, P3. An example of the original image at the position to be positioned is shown. In addition, about P1, P2 ... P7, the distance between each point shall be 0.2 mm. The original image acquired in this embodiment is a black and white image.
そして取得した各原画像を、それぞれの原画像を撮像した時点での対象物Wに対する光学ユニット2の相対的な位置情報と紐付けする。本実施形態では、原画像I1・・・I7のそれぞれに、対象物WがP1・・・P7に位置した時点で撮像されたとの情報が紐付けされる。 And each acquired original image is linked | related with the relative positional information of the optical unit 2 with respect to the target object W at the time of imaging each original image. In the present embodiment, information that the object W was captured at the time when the object W was positioned at P1... P7 is associated with each of the original images I1.
更に、原画像毎に、画像中で最も高い輝度値である最大輝度値(原画像最大輝度値)を算出する。本実施形態の原画像は、0〜255の輝度値で表される多数の画素によって構成されていて、各画像において最も明るい(白に近い)画素の輝度値を原画像最大輝度値としている。図6において、前述の原画像に対応する原画像最大輝度値を例示する。 Further, for each original image, a maximum luminance value (original image maximum luminance value) which is the highest luminance value in the image is calculated. The original image of this embodiment is composed of a large number of pixels represented by luminance values from 0 to 255, and the luminance value of the brightest pixel (close to white) in each image is the original image maximum luminance value. FIG. 6 illustrates an original image maximum luminance value corresponding to the above-described original image.
そして、原画像を撮像した時点での対象物に対する光学ユニットの相対的な位置の順にこれらの原画像を並べた場合において、原画像最大輝度値が前後の原画像よりも大きい原画像をピーク原画像と設定する。図6に示す例では、原画像I5の原画像最大輝度値が、この前の原画像I4の原画像最大輝度値よりも大きく、且つこの後の原画像I6の原画像最大輝度値よりも大きいため、原画像I5をピーク原画像と設定する。 Then, when these original images are arranged in the order of the relative position of the optical unit with respect to the object at the time of capturing the original image, the original image having a maximum original image maximum luminance value larger than the previous and subsequent original images Set as image. In the example shown in FIG. 6, the original image maximum luminance value of the original image I5 is larger than the original image maximum luminance value of the previous original image I4 and is larger than the original image maximum luminance value of the subsequent original image I6. Therefore, the original image I5 is set as the peak original image.
更に、原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって各原画像に紐付けされる出力画像を作成する。本実施形態では、図7(a)に示すように、原画像の画素毎に、この画素を中心とした3x3領域における輝度値に対して微分フィルターを重ね合わせて積和演算を行い、その出力値が空間フィルタリング処理された輝度値であるとして、元の画素に対応する部分に出力画像の画素として当てはめる。そしてこの処理を原画像の全ての画素に対して行って、出力画像を作成する。なお、原画像とこれを空間フィルタリング処理した出力画像とは紐付けされるものとする。 Furthermore, an output image associated with each original image is created by subjecting the original image to a spatial filtering process using a differential filter. In the present embodiment, as shown in FIG. 7A, for each pixel of the original image, a sum of products is calculated by superimposing a differential filter on the luminance value in the 3 × 3 region centered on this pixel, and the output Assuming that the value is a luminance value subjected to spatial filtering, it is applied as a pixel of the output image to a portion corresponding to the original pixel. Then, this process is performed on all the pixels of the original image to create an output image. It is assumed that the original image and the output image obtained by performing spatial filtering processing are associated with each other.
ここで本実施形態の微分フィルターは、原画像における上下左右方向に対し、図7(b)に示す、下から上に向かって階調差がある部分を抽出する上方向フィルターF1と、上から下に向かって階調差がある部分を抽出する下方向フィルターF2と、左から右に向かって階調差がある部分を抽出する右方向フィルターF3と、右から左に向かって階調差がある部分を抽出する左方向フィルターF4として表されるものである。そしてこれら4つのフィルターを用いて空間フィルタリング処理を行って、1つの原画像に対して4つの出力画像を作成する。 Here, the differential filter of the present embodiment includes an upward filter F1 that extracts a portion having a gradation difference from the bottom to the top as shown in FIG. A downward filter F2 that extracts a portion with a gradation difference from the bottom, a right filter F3 that extracts a portion with a gradation difference from the left to the right, and a gradation difference from the right to the left It is represented as a left direction filter F4 that extracts a certain part. Then, a spatial filtering process is performed using these four filters to create four output images for one original image.
更に、出力画像毎に、画像中で最も高い輝度値である最大輝度値(出力画像最大輝度値)を算出する。図8において、上方向フィルターF1で得られた出力画像の出力画像最大輝度値、下方向フィルターF2で得られた出力画像の出力画像最大輝度値、右方向フィルターF3で得られた出力画像の出力画像最大輝度値、左方向フィルターF4で得られた出力画像の出力画像最大輝度値を、前述の原画像I1・・・I7における原画像最大輝度値とともに例示する。 Further, for each output image, a maximum luminance value (output image maximum luminance value) which is the highest luminance value in the image is calculated. In FIG. 8, the output image maximum luminance value of the output image obtained by the upper filter F1, the output image maximum luminance value of the output image obtained by the lower filter F2, and the output of the output image obtained by the right filter F3. The image maximum brightness value and the output image maximum brightness value of the output image obtained by the left direction filter F4 are illustrated together with the original image maximum brightness value in the above-described original images I1 to I7.
そして出力画像を、原画像を撮像した時点での対象物に対する光学ユニットの相対的な位置の順に並べた場合において、出力画像最大輝度値が前後の出力画像よりも大きい原画像をピーク出力画像と設定する。図8に示す例において、上方向フィルターF1で得られた出力画像の出力画像最大輝度値に着目すると、原画像I5に対応する出力画像最大輝度値は、この前の原画像I4に対応する出力画像最大輝度値よりも大きく、且つこの後の原画像I6に対応する出力画像最大輝度値よりも大きいため、上方向フィルターF1で得られた出力画像のうち、原画像I5に対応する出力画像をピーク出力画像と設定する。そして下方向フィルターF2、右方向フィルターF3、左方向フィルターF4についても同様にしてピーク出力画像を選定する。なお、図8において星印をつけた原画像最大輝度値はピーク原画像における値であり、同様に星印をつけた出力画像最大輝度値はピーク出力画像における値である。 When the output image is arranged in the order of the relative position of the optical unit with respect to the object at the time of capturing the original image, the original image whose output image maximum luminance value is larger than the previous and subsequent output images is defined as the peak output image. Set. In the example shown in FIG. 8, paying attention to the output image maximum luminance value of the output image obtained by the upward filter F1, the output image maximum luminance value corresponding to the original image I5 is the output corresponding to the previous original image I4. Since it is larger than the image maximum luminance value and larger than the output image maximum luminance value corresponding to the subsequent original image I6, the output image corresponding to the original image I5 is output among the output images obtained by the upward filter F1. Set as peak output image. The peak output image is selected in the same manner for the down filter F2, the right filter F3, and the left filter F4. In FIG. 8, the maximum luminance value of the original image marked with a star is a value in the peak original image, and similarly, the maximum luminance value of the output image marked with a star is a value in the peak output image.
そして、ピーク原画像に紐付けされたピーク出力画像の数を算出するとともに、ピーク原画像を撮像した時点での光学ユニットの位置を中心として光学ユニットの位置が±Eの範囲に含まれる原画像につき、これらの原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和を算出し、この数の和が所定数以上であれば、このピーク原画像はレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断する処理を行う。ここでEとはレーザー光の焦点深度であって、本実施形態では0.2mmである。また所定数とは、例えば対象物Wの種類等に応じて予め定めておいた数を用いることができ、本実施形態では、所定数を4と定めている。なお、所定数をあらかじめ定めずに、光学ユニットの位置を中心として光学ユニットの位置が±Eの範囲に含まれる原画像におけるピーク出力画像の数の和と、光学ユニットの位置が±Eの範囲に含まれない原画像におけるピーク出力画像の数の和(但し、±Eの範囲に含まれない原画像の数が±Eの範囲に含まれる原画像の数と相違する場合は、それぞれの原画像の数で平均化した数の和)とを比較し、前記範囲に含まれる原画像におけるピーク出力画像の数の和が、前記範囲に含まれない原画像におけるピーク出力画像の数の和よりも大きければ、その範囲の中心であるピーク原画像はレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断するようにしてもよい。 Then, the number of peak output images associated with the peak original image is calculated, and an original image in which the position of the optical unit is included in a range of ± E around the position of the optical unit at the time of capturing the peak original image The sum of the number of peak output images associated with these original images is calculated, and if the sum of the numbers is equal to or greater than a predetermined number, the peak original image is captured at a position where the laser beam is condensed. Processing to determine that the image is an image is performed. Here, E is the depth of focus of the laser light, and is 0.2 mm in this embodiment. Further, as the predetermined number, for example, a predetermined number can be used according to the type of the object W, and the predetermined number is set to 4 in the present embodiment. The predetermined number is not determined in advance, and the sum of the number of peak output images in the original image in which the position of the optical unit is included in the range of ± E around the position of the optical unit, and the range of the optical unit is in the range of ± E. The sum of the number of peak output images in the original images not included in (if the number of original images not included in the range of ± E is different from the number of original images included in the range of ± E, The sum of the number of peak output images in the original image included in the range is greater than the sum of the number of peak output images in the original image not included in the range. If larger, the peak original image that is the center of the range may be determined to be an image captured at a position where the laser beam is condensed.
そして、上記の数の和が所定数以上であれば、ピーク原画像に紐付けされた光学ユニット2の位置情報に基づいてZ方向駆動部22を動作させて、光学ユニット2をピーク原画像が撮像された位置へ移動させる。本実施形態では、図8に示すように、ピーク原画像(原画像I5)を中心として光学ユニットの位置が±E(±0.2mm)の範囲に含まれる原画像は、前述のようにP1、P2・・・P7における各点間の距離は0.2mmであるため、原画像I4〜I6の3つである。そして原画像I4〜I6に紐付けされたピーク出力画像の数の和は4つである。これは予め定めた所定数(本実施形態は4)以上であって条件を満たすため、Z方向駆動部22を動作させて、対象物Wの表面がP5に位する位置まで光学ユニット2を移動させ、この位置で対象物Wにマーキングを行う。なお本実施形態のレーザーマーキング装置20には、ピーク原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和が所定数よりも少なければ、XYステージ21を駆動したうえで(XYステージ21を固定ステージとし、光学ユニット2全体をXY方向に移動させる構成の場合には、光学ユニット2全体をXY方向に移動させて)、最初から原画像を取得するリトライ処理の機能を設けている。 If the sum of the numbers is equal to or greater than a predetermined number, the Z-direction driving unit 22 is operated based on the position information of the optical unit 2 associated with the peak original image, and the optical unit 2 is Move to the imaged position. In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the original image in which the position of the optical unit is within the range of ± E (± 0.2 mm) around the peak original image (original image I5) is P1 as described above. , P2... P7, the distance between each point is 0.2 mm, so there are three original images I4 to I6. The sum of the number of peak output images associated with the original images I4 to I6 is four. Since this is equal to or greater than a predetermined number (4 in the present embodiment) and satisfies the condition, the Z-direction drive unit 22 is operated to move the optical unit 2 to a position where the surface of the object W is positioned at P5. The object W is marked at this position. In the laser marking device 20 of this embodiment, if the sum of the number of peak output images linked to the peak original image is less than a predetermined number, the XY stage 21 is driven (the XY stage 21 is fixed to the fixed stage). In the case of a configuration in which the entire optical unit 2 is moved in the X and Y directions, a retry processing function is provided for acquiring the original image from the beginning by moving the entire optical unit 2 in the X and Y directions.
ところで、ピーク原画像が複数存在する場合は、これらのピーク原画像における原画像最大輝度値が最も大きい値を算出し、この最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値をもつピーク原画像が1つであれば、このピーク原画像はレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断する。換言すると、ピーク原画像における原画像最大輝度値のうち、最も大きい値と次の値との差が所定値よりも大きければ、最も大きい原画像最大輝度値を持つピーク原画像はレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断する。この処理を、図9を参照しながら説明する。なお、前述の所定値はここでは10に設定している。図9に示す例では、ピーク原画像が2つ(原画像J2と原画像J5)存在している。ここで、原画像J2と原画像J5の原画像最大輝度値は、どちらも202であって、上記の条件には適合していない。この場合は、以下に示す処理を行う。 By the way, when there are a plurality of peak original images, the maximum value of the original image maximum luminance value in these peak original images is calculated, and the maximum original image luminance included within a predetermined value range with respect to the maximum value. If there is one peak original image having a value, it is determined that this peak original image is an image captured at a position where the laser beam is condensed. In other words, if the difference between the largest value and the next value among the maximum values of the original image in the peak original image is larger than the predetermined value, the peak original image having the largest original image maximum luminance value is focused on the laser beam. It is determined that the image is captured at the position where the light shines. This process will be described with reference to FIG. The predetermined value is set to 10 here. In the example shown in FIG. 9, there are two peak original images (original image J2 and original image J5). Here, the original image maximum luminance values of the original image J2 and the original image J5 are both 202 and do not meet the above-described conditions. In this case, the following processing is performed.
図9のように、原画像最大輝度値が最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値に着目しても、ピーク原画像が複数存在する場合、本実施形態では、ピーク原画像を撮像した時点での光学ユニットの位置を中心として光学ユニットの位置が±Eの範囲に含まれる原画像につき、この原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和を算出し、数の和が多い方のピーク原画像がレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断する。 As shown in FIG. 9, when a plurality of peak original images exist even if attention is paid to the original image maximum luminance value included in the range of the predetermined value with respect to the largest original image maximum luminance value, in the present embodiment, The sum of the number of peak output images associated with the original image is calculated for the original image in which the position of the optical unit is within the range of ± E centered on the position of the optical unit at the time of capturing the peak original image. Then, it is determined that the peak original image having the larger sum is an image captured at a position where the laser beam is condensed.
前述の処理を、図9を参照しながら説明する。なお原画像J1〜J7は、光学ユニット2を0.05mmピッチで移動して撮像した原画像の一部を抜粋して示したものであって、ここでは、0.2mm毎に選択して示している。またレーザー光の焦点深度Eは0.2mmとする。まず、原画像J2に関し、この画像を撮像した時点での光学ユニット2の位置を中心として光学ユニット2の位置が±Eの範囲に含まれる原画像は、原画像J1〜J3の3つである。そして原画像J1〜J3に紐付けされたピーク出力画像の数の和は1つである。次に原画像J5に関し、この画像を撮像した時点での光学ユニット2の位置を中心として光学ユニット2の位置が±Eの範囲に含まれる原画像は、原画像J4〜J6の3つである。そして原画像J4〜J6に紐付けされたピーク出力画像の数の和は4つである。この場合、数の和が多い方は原画像J5であるため、原画像J5がレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断し、対象物Wの表面がP5に位する位置まで光学ユニット2を移動させ、この位置で対象物Wにマーキングを行う。なお、前述の数の和が同数であれば、先に述べたリトライ処理を行うものとする。 The above process will be described with reference to FIG. The original images J1 to J7 are a part of the original image picked up by moving the optical unit 2 at a pitch of 0.05 mm. Here, the original images are selected every 0.2 mm. ing. The focal depth E of the laser light is 0.2 mm. First, regarding the original image J2, there are three original images J1 to J3 in which the position of the optical unit 2 is included in a range of ± E around the position of the optical unit 2 at the time of capturing the image. . The sum of the number of peak output images associated with the original images J1 to J3 is one. Next, with respect to the original image J5, there are three original images J4 to J6 in which the position of the optical unit 2 is included in the range of ± E around the position of the optical unit 2 at the time of capturing the image. . The sum of the number of peak output images associated with the original images J4 to J6 is four. In this case, since the one with the larger sum is the original image J5, it is determined that the original image J5 is an image captured at a position where the laser beam is condensed, and the surface of the object W is positioned at P5. The optical unit 2 is moved to the position, and the object W is marked at this position. If the sum of the above numbers is the same, the retry process described above is performed.
なお、本実施形態ではピーク原画像が複数存在する場合、まず最も大きい原画像最大輝度値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値を持つピーク原画像に着目し、次に光学ユニットの位置が±Eの範囲に含まれる原画像につき、この原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和に着目したが、先にピーク出力画像の数の和による判断を行って、次に最も大きい原画像最大輝度値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値を持つピーク原画像に着目するようにしてもよい。 In the present embodiment, when there are a plurality of peak original images, attention is first paid to the peak original image having the maximum original image luminance value included in the predetermined value range with respect to the largest original image maximum luminance value, and then Focusing on the sum of the number of peak output images associated with this original image for the original image in which the position of the optical unit is within the range of ± E, the determination was made based on the sum of the number of peak output images first. Then, attention may be paid to the peak original image having the original image maximum luminance value included in the predetermined value range with respect to the next largest original image maximum luminance value.
以上、本発明に従うレーザーマーキング装置の一実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に従う範囲で種々の変更を含むものである。例えば、選択したピーク原画像がレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断するにあたっては、原画像J1〜J7に含まれる画素につき、所定の輝度値以上の範囲(白点エリアサイズ)を算出し(図9参照)、白エリアサイズが小さい原画像(図9では原画像J5)がレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断する機能を設けても、或いはこれまでに説明した機能と入れ換えてもよい。また前述の実施形態では、対象物Wに対して光学ユニット2をZ方向に移動させたが、光学ユニット2を固定して対象物WをZ方向に移動させてもよい。 As mentioned above, although one Embodiment of the laser marking apparatus according to this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change is included in the range according to a claim. For example, when determining that the selected peak original image is an image picked up at a position where the laser beam is condensed, a range (white point area) of a predetermined luminance value or more for pixels included in the original images J1 to J7. Size) (see FIG. 9), and a function of determining that the original image with the small white area size (original image J5 in FIG. 9) is an image captured at the position where the laser beam is focused, Or you may replace the function demonstrated so far. In the above-described embodiment, the optical unit 2 is moved in the Z direction with respect to the object W. However, the optical unit 2 may be fixed and the object W may be moved in the Z direction.
1:半導体レーザー
2:光学ユニット
3:コリメートレンズ
4:ビームサンプラー
5:対物レンズ
6:レンズ駆動ユニット
6a:X方向駆動部
6b:Y方向駆動部
7:ミラー
8:結像レンズ
9:ローカットフィルター
10:撮像部
11:発光体
12:コリメートレンズ
13:ハーフミラー
14:ダイクロイックミラー
20:レーザーマーキング装置
21:XYステージ
22:駆動部(Z方向駆動部)
23:制御部
F1:上方向フィルター
F2:下方向フィルター
F3:右方向フィルター
F4:左方向フィルター
I1〜I7:原画像
J1〜J7:原画像
W:対象物
1: Semiconductor laser 2: Optical unit 3: Collimating lens 4: Beam sampler 5: Objective lens 6: Lens driving unit 6a: X direction driving unit 6b: Y direction driving unit 7: Mirror 8: Imaging lens 9: Low cut filter 10 : Imaging unit 11: Luminescent body 12: Collimating lens 13: Half mirror 14: Dichroic mirror 20: Laser marking device 21: XY stage 22: Drive unit (Z direction drive unit)
23: Control unit F1: Upward filter F2: Downward filter F3: Rightward filter F4: Leftward filters I1 to I7: Original images J1 to J7: Original image W: Object
Claims (4)
前記対象物に対して前記光学ユニットを、前記レーザー光が集光すると予想される位置よりも手前の位置とこれを超えた位置との間で相対的に移動させる駆動部と、該駆動部によって該光学ユニットを相対的に移動させる間に該対象物で反射されたレーザー光を撮像して原画像を取得する撮像部と、該駆動部と該撮像部とに接続されて該駆動部と該撮像部とを所定の工程で動作させる制御部とを備え、
該制御部は、以下の(a)工程〜(g)工程を行った後に該対象物にマーキングを行うレーザーマーキング装置。
(a)前記撮像部によって取得した複数の原画像のそれぞれと、各原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置情報とを紐付けする工程、
(b)前記原画像毎に最大輝度値である原画像最大輝度値を算出する工程、
(c)前記原画像を、該原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置の順に並べた場合において、前記原画像最大輝度値が前後の原画像よりも大きい原画像をピーク原画像と設定する工程、
(d)前記原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって各原画像に紐付けされる出力画像を作成する工程、
(e)前記出力画像毎に最大輝度値である出力画像最大輝度値を算出する工程、
(f)前記出力画像を、前記原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置の順に並べた場合において、前記出力画像最大輝度値が前後の出力画像よりも大きい出力画像をピーク出力画像と設定する工程、
(g)前記ピーク原画像に紐付けされた前記ピーク出力画像の数を算出するとともに、該ピーク原画像を撮像した時点での前記光学ユニットの位置を中心として該光学ユニットの位置が±Eの範囲に含まれる原画像につき、これらの原画像に紐付けされた該ピーク出力画像の数の和を算出し、この数の和が所定数以上であれば、該ピーク原画像は前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ相対的に移動させる工程(ここでEは前記レーザー光の焦点深度である)。 A laser marking device comprising a semiconductor laser and an optical unit for condensing laser light from the semiconductor laser on the surface of the object, and marking the object with the condensed laser light,
A drive unit that moves the optical unit relative to the object between a position in front of and beyond the position where the laser beam is expected to be collected; and An imaging unit that captures an image of a laser beam reflected by the object while relatively moving the optical unit to acquire an original image; and the driving unit and the imaging unit connected to the driving unit and the imaging unit A control unit that operates the imaging unit in a predetermined process,
The control unit is a laser marking device that performs marking on the object after performing the following steps (a) to (g).
(A) associating each of the plurality of original images acquired by the imaging unit with relative positional information of the optical unit with respect to the object at the time of capturing each original image;
(B) calculating an original image maximum luminance value which is a maximum luminance value for each original image;
(C) When the original images are arranged in the order of the relative position of the optical unit with respect to the object at the time of capturing the original image, the maximum luminance value of the original image is larger than the previous and subsequent original images. Setting the original image as the peak original image,
(D) creating an output image associated with each original image by subjecting the original image to a spatial filtering process using a differential filter;
(E) calculating an output image maximum luminance value which is a maximum luminance value for each output image;
(F) When the output image is arranged in the order of the relative position of the optical unit with respect to the object at the time of capturing the original image, the maximum luminance value of the output image is larger than the previous and subsequent output images. Setting the output image as the peak output image,
(G) The number of the peak output images linked to the peak original image is calculated, and the position of the optical unit is ± E around the position of the optical unit at the time of capturing the peak original image. For the original images included in the range, the sum of the numbers of the peak output images linked to these original images is calculated, and if the sum of the numbers is equal to or greater than a predetermined number, the peak original image is Based on the position information of the optical unit linked to the peak original image, the driving unit is operated to determine that the peak original image is the image captured at the condensing position. A step of moving the image relative to the imaged position (where E is the depth of focus of the laser beam).
(h)前記ピーク原画像が複数存在する場合において、これらのピーク原画像における原画像最大輝度値が最も大きい値を算出し、この最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値をもつピーク原画像が1つであれば、このピーク原画像が前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ移動させる工程。 The laser marking device according to claim 1, wherein when a plurality of the peak original images are present, the following step (h) is performed instead of the step (g).
(H) When there are a plurality of the peak original images, the maximum value of the original image maximum luminance value in these peak original images is calculated, and the original image included in a predetermined value range with respect to the maximum value If there is one peak original image having the maximum luminance value, it is determined that this peak original image is an image picked up at a position where the laser beam is condensed, and the peak original image is associated with the peak original image. A step of operating the drive unit based on position information of the optical unit to move the optical unit to a position where the original peak image is captured;
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2022004207A1 (en) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | オムロン株式会社 | Laser processing system |
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