雷射扫描同轴视觉原理与应用.PDFVIP

雷射掃描同軸視覺原理與應用 林于中 工業技術研究院 南分院 雷射應用科技中心 雷射系統應用部 呂紹銓 工業技術研究院 南分院 雷射應用科技中心 雷射系統應用部 李閔凱 工業技術研究院 南分院 雷射應用科技中心 雷射系統應用部 前言 近年來，電子技術的尺寸愈來愈微小、生產愈來愈複雜，但生產的良率卻持 續地提升，為了提升製程精度 ，加入視覺系統的設計是最常見的解決方法。所謂 雷射同軸視覺 系統，以字面上的定義就是將雷射光與影像系統共光軸設計，具有 所見即所打的優勢， 比起傳統側邊檢測系統可節省不少平台移動的時間，可有效 提升製程效率 ，同時另一個好處是可以讓操作人員先確定加工位置且同步看到加 工狀況。困難處是如此的設計必須與雷射光路同軸，光軸對位、穿透反射鏡的選 擇等都必須考慮。 本文利用掃描振鏡系統搭配同軸視覺成像模組的 取像對位與雷射劃線製 程，除了改善傳統非同軸視覺 基準標記取像對位的時間之外，又可增加線上即 時監看製程結果的功能，另外亦可搭配 技術 ，而進行雷射修補的動作。在觸 AOI 控面板市場上的應用將可提供更高規格與高產能的訴求。 雷射掃描系統介紹 雷射掃描系統主要有掃描透鏡與振鏡馬達兩部分 ，如下圖一所示 。 圖 一、掃描振鏡 系統 掃描系統的原理就是雷射光以光束的形式經由反射鏡折射後，需經由一 θ F 掃描透镜將光束聚焦至加工平面上，由於反射鏡是安裝在高響應的振鏡馬達上 ， 可 達到高精度、高能量密度之加工特性。另外 ，為使雷射光能於加工平面作等速 y k  f  率的掃描運動，所以設計出來的 θ掃描透镜必須符合實現 的線性轉換 F 關係，其中 為一比例常數，如圖二所示。 k 雷射 y θ f 圖 二、F θ掃描透镜中影像高度與光線入射角度關係圖 在雷射光路的考量上不管是透過聚焦鏡或掃描透鏡 ，重要的是聚焦光斑尺寸 （ ）與聚焦景深 （ ）的規格需求。規格制定時需將雷 spot size DOF Depth of Focus 射源的波長、輸出光斑尺寸、光束品質（ ）、發散角（ ） 等 M2 Divergence angle .. 列入考量。聚焦光斑的尺寸與聚焦景深，可依據繞射極限所推得的雷射 公式進行 計算 。 圖 三、雷射光束聚焦示意圖 （圖片來源：哥倫比亞大學Manufacturing Research Laboratory ） 4**f 2 Focus Spot : 2W  *M 0  *D 2 2*W0 2 Depth of Focus:DOF b *M  其中 2W0 ：雷射聚焦後