JP5918375B2 - Electrode foil cutting apparatus and method - Google Patents

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Description

本発明は、切断装置及び方法に関し、より詳しくは、電極フォイル(electrode foil)切断装置及び方法に関する。 The present invention relates to a cutting apparatus and method, and more particularly, to an electrode foil cutting apparatus and method.

全世界に電気自動車に対する関心の増大及び開発競争の深化により、関連産業も大きく成長すると予想されるが、その中心にあるのが2次電池の市場である。 Related industries are expected to grow greatly due to increased interest in electric vehicles and deeper development competition all over the world. The secondary battery market is at the center of this.

電気自動車は、ハイブリッド方式であるHEV(Hybrid Electric Vehicle)を始め、PHEV(Plug in Hybrid Electric Vehicle)やEV(Electric Vehicle)に発展しつつある。そして、動力源であるバッテリーの開発が電気自動車の市場の主要関心事項であり、バッテリー企業等は先を争って新技術を獲得するために全力を傾けっている。 Electric vehicles are being developed into hybrid electric vehicles (HEVs), PHEVs (Plug in Hybrid Electric Vehicles) and EVs (Electric Vehicles). The development of the battery, which is the power source, is a major concern in the electric vehicle market, and battery companies are making every effort to win new technologies.

このような現実的な背景より、バッテリーの量産のための新しい工程の研究開発は、生産単価の低下による市場占有率の上昇を可能とし、これは2次電池業界に非常に重要な事項である。 From such a realistic background, the research and development of new processes for mass production of batteries enables an increase in market share by lowering the unit price of production, which is a very important matter for the secondary battery industry. .

特に、中大型リチウムイオンバッテリー(Li Ion Battery)セル内に内蔵される電極(Electrode)の切断は、バッテリーの寿命(Lifetime)や性能に多大な影響を及ぼし得る非常に重要な工程であると同時に、量産のために必ず工程時間の短縮が必要な工程である。 In particular, the cutting of the electrodes (Electrode) built into the medium- and large-sized lithium ion battery (Li Ion Battery) cell is a very important process that can greatly affect the lifetime and performance of the battery. The process time must be reduced for mass production.

電極には電流を集める電極活物質がコーティングされ、この活物質は切断時にパーティクル(Particle)として発生して切断面を汚染させ得る。また、切断刃により電極の一部が引き伸ばしながらバリ(Burr)として残ることも出来る。電極切断工程において、このようなバリやパーティクルが切断面に存在すればならないのが最も重要であり、バリやパーティクルはバッテリーの寿命の短縮や電極内の短絡を発生させ得るため、重要に管理しなければならない。 The electrode is coated with an electrode active material that collects current, and this active material can be generated as particles during cutting to contaminate the cut surface. Further, a part of the electrode can be stretched by the cutting blade and remain as a burr. In the electrode cutting process, it is most important that such burrs and particles must be present on the cut surface, and burrs and particles are important to manage because they can shorten battery life and cause short circuits in the electrode. There must be.

現在は、機械的な切断機(Punching)を用いた技術が電極フォイル切断工程に用いられている。このような機械的な切断は、工程時間は短いが、切断品質面においてバリやパーティクルを発生させ得る。また、切断刃の摩耗により切断品質が不均一になるため、刃も周期的に交替しなければならず、これにより工程費用の上昇を招くことになる。 At present, a technique using a mechanical cutting machine (Punching) is used in the electrode foil cutting process. Such mechanical cutting has a short process time but can generate burrs and particles in terms of cutting quality. In addition, since the cutting quality becomes non-uniform due to wear of the cutting blade, the blade must also be replaced periodically, which leads to an increase in process costs.

このような機械的な切断の限界を克服するために、多様な技術が研究されつつあり、そのうち、レーザーを用いた切断技術の研究が最も活発に進行されている。しかしながら、レーザーを用いた切断技術が克服すべき最大の課題は、機械的な切断に比べて工程時間を画期的に短縮させる方案である。 機械的な切断に比べ、レーザー切断工程の方が最小60m/minの以上の速度が保障されなければならない。今後、2次電池の需要に鑑み、量産体制に適合した工程技術の開発が必要であるからである。 In order to overcome such limitations of mechanical cutting, various techniques are being studied, and among them, research on cutting techniques using a laser is most actively advanced. However, the biggest problem to be overcome by the cutting technique using a laser is a method for dramatically reducing the process time as compared with mechanical cutting. Compared to mechanical cutting, the laser cutting process must ensure a minimum speed of 60 m / min. This is because, in the future, in view of demand for secondary batteries, it will be necessary to develop process technology suitable for mass production.

レーザーを応用した技術として、一般の切断ヘッド(Cutting Head)を用いたガス補助カッティング(Gas assisted Cutting)方式がある。しかし、機械的なステージの駆動により工程時間において大きい利得がない。 As a technique using laser, there is a gas assisted cutting method using a general cutting head. However, there is no large gain in process time due to the mechanical stage drive.

レーザー応用切断方式の他の例として、スキャナー(Scanner)を用いた遠隔カッティング(Remote Cutting)方式がある。これは、非接触式方法であり、機械的な摩耗による加工品質の不均一に対する心配もなく、スキャナーの長所である迅速な駆動が用いられるため、既存の方式に比べて有利な技術である。 As another example of the laser applied cutting method, there is a remote cutting method using a scanner. This is a non-contact method, and is an advantageous technique compared to the existing method because it uses the rapid drive that is an advantage of the scanner without worrying about unevenness in processing quality due to mechanical wear.

しかしながら、スキャナーの高速駆動時、直線区間は一定の品質が保障されるが、四角形の頂点のようなコーナー区間では高速であるほど品質が悪くなる。これは、切断時間短縮には致命的な弱点として作用する。また、スキャナーが固定されているため、スキャナーの作業領域(working field)が広く、広い断面積のサイズを切断するために、長焦点レンズ(Long Focal Lens)を使用しなければならない。これは、ビームスポット(Beam Spot)サイズを増加させ、レーザー出力を高め、結果としてシステムの価格を上昇させる。 However, when the scanner is driven at a high speed, a certain quality is ensured in the straight section, but the quality becomes worse as the speed is higher in a corner section such as a quadrangle. This acts as a fatal weakness for shortening the cutting time. In addition, since the scanner is fixed, the working field of the scanner is wide, and a long focal lens must be used to cut a large cross-sectional size. This increases the beam spot size, increases the laser power and consequently increases the price of the system.

図1は、固定式スキャナーを用いた場合、スキャナーの作業領域を説明するための図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining a work area of a scanner when a fixed scanner is used.

2次電池の電極フォイルは、一般に長方形(a*b)で製作される。 The electrode foil of the secondary battery is generally manufactured in a rectangle (a * b).

固定式スキャナーは、横軸及び縦軸に同じ長さにビームを照射するので、対象物、すなわち、電極フォイル10の長辺(a)の長さにより作業領域(a*a)12が決定される。一般に、電極フォイルのサイズは300mm*250mmであることにより、固定式スキャナーの作業領域が300mm*300mmに広い。したがって、長焦点レンズが必要になり、 長焦点レンズの場合、ビームの断面積が広いので、これを補償するためにレーザー出力を高めることになる。 Since the fixed scanner irradiates the beam with the same length on the horizontal axis and the vertical axis, the work area (a * a) 12 is determined by the length of the object, that is, the long side (a) of the electrode foil 10. The In general, since the size of the electrode foil is 300 mm * 250 mm, the working area of the fixed scanner is as wide as 300 mm * 300 mm. Therefore, a long focus lens is required, and in the case of a long focus lens, since the beam cross-sectional area is wide, the laser output is increased to compensate for this.

このような問題を解決するために、最近、スキャナーとX−Xステージとの組合の方法が構想されている。スキャナー切断のコーナー部分での品質低下を補償するためにステージ装置を追加する方法であるが、相変らず多くの問題点がある。最大の問題点は、ステージが直線コーナーをすぎる時急激な速度の変化があり、このような急激な速度の変化は機械的な装置に無理を与え、短い区間において瞬間的に60m/minの速度で到達し難い。 In order to solve such a problem, a method of combining a scanner and an XX stage has been recently conceived. This is a method of adding a stage device in order to compensate for quality degradation at the corner portion of the scanner cutting, but there are still many problems. The biggest problem is that there is a sudden speed change when the stage goes past a straight corner, and this sudden speed change makes the mechanical device unreasonable, and a speed of 60 m / min instantaneously in a short section. It is difficult to reach with.

本発明の実施例は、対象物を多角形で切断する時、切断品質を保障しながらも高速切断が可能な電極フォイル切断装置及び方法を提供する。 Embodiments of the present invention provide an electrode foil cutting apparatus and method capable of high-speed cutting while ensuring cutting quality when cutting an object in a polygonal shape.

本発明の一実施例による電極フォイル切断装置は、作業テーブルと水平になるように、指定の距離だけ垂直に離隔されて設置される回転体;前記回転体の中心に設置され、第1のドライバーにより駆動されて前記回転体を指定の運動速度で回転させる回転軸;及び、前記回転体の一側終端に設置され、前記回転体の回転角度、運動速度及び加工対象物の加工サイズに基づいた速度変化率により、レーザービームを前記加工対象物の前記加工部位に照射するスキャナーを含むことができる。 An electrode foil cutting device according to an embodiment of the present invention is a rotating body that is installed vertically spaced by a specified distance so as to be horizontal to a work table; a first driver installed at the center of the rotating body; A rotating shaft that is driven by the rotating body to rotate the rotating body at a specified motion speed; and is installed at one end of the rotating body and is based on the rotation angle of the rotating body, the motion speed, and the processing size of the workpiece A scanner that irradiates the processing site of the processing object with a laser beam can be included according to the rate of change in speed.

一方、本発明の一実施例による電極フォイル切断方法は、回転軸により指定の速度で運動し、作業テーブルと水平になるように、指定の距離だけ垂直に離隔されて設置される回転体;及び、前記回転体の一側終端に設置されるスキャナーを含む切断装置を用いた電極フォイル切断方法であって、前記回転体の運動速度、加工対象物の加工サイズ及び形態を含む加工パラメータを入力する段階;前記回転体を前記運動速度により回転させると同時に、前記回転体の回転角度、運動速度及び加工対象物の加工部位に基づいた速度変化率により前記スキャナーを運動させる段階;及び、光源からレーザービームを照射して、前記スキャナーを介して前記加工対象物に照射する段階を含むことができる。 Meanwhile, an electrode foil cutting method according to an embodiment of the present invention includes a rotating body that is moved vertically at a specified speed by a rotating shaft and is vertically separated by a specified distance so as to be horizontal with a work table; and An electrode foil cutting method using a cutting device including a scanner installed at one end of the rotating body, wherein processing parameters including a moving speed of the rotating body, a processing size and a form of a processing object are input. Rotating the rotating body at the speed of movement, and simultaneously moving the scanner at a rate of speed change based on a rotation angle of the rotating body, a moving speed, and a processing part of a workpiece; Irradiating a beam and irradiating the workpiece through the scanner may be included.

本発明によれば、多角形、特に長方形の電極フォイルを、レーザーを用いて高速且つ高品質で加工できる。また、多角形の頂点において優れた加工品質が保障されるため、電極フォイルの信頼性及び量産性が向上できる。 According to the present invention, a polygonal electrode foil, particularly a rectangular electrode foil, can be processed at high speed and with high quality using a laser. In addition, since excellent processing quality is ensured at the apex of the polygon, the reliability and mass productivity of the electrode foil can be improved.

さらに、スキャナーが加工位置と近接した位置で電極フォイルを加工するため、レーザー加工に用いられるスキャナーの作業領域及び視野角(field of view)を最小化できることにより、安定した動作が可能になり、対象物加工の品質が向上できる。また、これはレーザーの出力を減少させることができるため、システム構成単価を著しく低下させることができる。 Furthermore, since the scanner processes the electrode foil at a position close to the processing position, the scanner's work area and field of view used for laser processing can be minimized, enabling stable operation. Product processing quality can be improved. In addition, since this can reduce the output of the laser, the system configuration unit price can be significantly reduced.

固定式スキャナーを用いた場合、スキャナーの作業領域を説明するための図である。When a fixed scanner is used, it is a figure for demonstrating the working area of a scanner. 本発明の一実施例による電極フォイル切断装置の構成図である。It is a block diagram of the electrode foil cutting device by one Example of this invention. 図2に示す回転体及びスキャナーの斜視図である。It is a perspective view of the rotary body and scanner shown in FIG. 本発明による電極フォイル切断装置において、スキャナーの運動速度を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a moving speed of a scanner in the electrode foil cutting device according to the present invention. 本発明による電極フォイル切断装置において、スキャナーの作業領域を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the working area | region of a scanner in the electrode foil cutting device by this invention.

本発明の一実施例による電極フォイル切断装置は、作業テーブルと水平になるように、指定の距離だけ垂直に離隔されて設置される回転体;前記回転体の中心に設置され、第1のドライバーにより駆動されて前記回転体を指定の運動速度で回転させる回転軸;及び、前記回転体の一側終端に設置され、前記回転体の回転角度、運動速度及び加工対象物の加工サイズに基づいた速度変化率により、レーザービームを前記加工対象物の前記加工部位に照射するスキャナーを含むことができる。 An electrode foil cutting device according to an embodiment of the present invention is a rotating body that is installed vertically spaced by a specified distance so as to be horizontal to a work table; a first driver installed at the center of the rotating body; A rotating shaft that is driven by the rotating body to rotate the rotating body at a specified motion speed; and is installed at one end of the rotating body and is based on the rotation angle of the rotating body, the motion speed, and the processing size of the workpiece A scanner that irradiates the processing site of the processing object with a laser beam can be included according to the rate of change in speed.

以下、添付図面に基づき、本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図2は、本発明の一実施例による電極フォイル切断装置の構成図である。 FIG. 2 is a block diagram of an electrode foil cutting apparatus according to an embodiment of the present invention.

図2を参照すれば、本発明の一実施例による電極フォイル切断装置100は、制御部101、入力部103、出力部105、格納部107、光源109、ビーム転送ケーブル111、回転軸113、ロータリエンコーダ114、回転体115、スキャナー117、ビーム伝達通路119、第1のドライバー121及び第2のドライバー123を含む。 Referring to FIG. 2, an electrode foil cutting apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a control unit 101, an input unit 103, an output unit 105, a storage unit 107, a light source 109, a beam transfer cable 111, a rotating shaft 113, a rotary shaft. It includes an encoder 114, a rotating body 115, a scanner 117, a beam transmission path 119, a first driver 121, and a second driver 123.

回転体115は、作業対象物200が安着される作業テーブルと水平になるように、指定の距離だけ垂直に離隔されて設置される。そして、制御部101の制御により、第1のドライバー121によって駆動される回転軸113が指定の速度(ω=Δθ/Δt=一定)で回転することで、回転体115も指定の速度(ω=Δθ/Δt=一定)で等速円運動することになる。このとき、回転体115の長さは、作業対象物200を多角形210で加工した後の対角線のうち、最長の対角線の長さに対応するように構成できるが、これに限定されるものではない。合わせて、回転体115はレーザービームが透過できる材質を用いて形成できる。 The rotating body 115 is installed vertically separated by a specified distance so as to be horizontal with the work table on which the work object 200 is seated. Under the control of the control unit 101, the rotating shaft 113 driven by the first driver 121 rotates at a specified speed (ω = Δθ / Δt = constant), so that the rotating body 115 also has a specified speed (ω = A constant-velocity circular motion occurs at Δθ / Δt = constant). At this time, the length of the rotating body 115 can be configured to correspond to the length of the longest diagonal line among the diagonal lines after the work object 200 is processed by the polygon 210, but is not limited thereto. Absent. In addition, the rotating body 115 can be formed using a material that can transmit a laser beam.

また、回転体115の回転角度及び速度は、回転軸113に設置されたロータリエンコーダ114により制御部101に伝達される。後述するが、制御部101は、ロータリエンコーダ114から受信した回転体115の回転角度及び速度に基づいて、スキャナー117の運動速度を制御する。 Further, the rotation angle and speed of the rotating body 115 are transmitted to the control unit 101 by the rotary encoder 114 installed on the rotating shaft 113. As will be described later, the control unit 101 controls the movement speed of the scanner 117 based on the rotation angle and speed of the rotating body 115 received from the rotary encoder 114.

例えば、作業対象物200を300mm*250mmの長方形で加工したい場合、回転体115の長さは300mm*250mmサイズの長方形の対角線の長さと同一あるいは大きく形成できる。 For example, when it is desired to process the work target 200 in a rectangle of 300 mm * 250 mm, the length of the rotating body 115 can be formed to be the same as or larger than the length of the diagonal line of the rectangle of 300 mm * 250 mm.

一方、回転体115の一側終端にはスキャナー117が設置され、回転体115と共に回転しながら、レーザービームを作業対象物200に照射する。スキャナー117は、回転体115の回転角度、運動速度及び作業対象物200の加工部位によってそれぞれ異なる速度で運動し、これに対する具体的な説明は後述する。 On the other hand, a scanner 117 is installed at one end of the rotating body 115 and irradiates the work target 200 with a laser beam while rotating together with the rotating body 115. The scanner 117 moves at different speeds depending on the rotation angle of the rotating body 115, the movement speed, and the processing site of the work target 200, and a specific description thereof will be described later.

入力部103は加工パラメータ等を提供し、出力部105は切断装置100の加工過程及び加工結果を出力する。格納部107には、切断装置100の動作に必要な各種アプリケーション、制御信号及びデータ等が格納される。 The input unit 103 provides processing parameters and the like, and the output unit 105 outputs the processing process and processing result of the cutting apparatus 100. The storage unit 107 stores various applications necessary for the operation of the cutting apparatus 100, control signals, data, and the like.

制御部101の制御により光源109からレーザービームが出射されると、ビーム転送ケーブル111を介して回転軸113に伝達される。回転軸113の底部には第1の反射部材(M1)が設置され、回転軸113内に伝達されたビームを反射する。 When a laser beam is emitted from the light source 109 under the control of the control unit 101, it is transmitted to the rotating shaft 113 via the beam transfer cable 111. A first reflecting member (M1) is installed at the bottom of the rotating shaft 113, and reflects the beam transmitted into the rotating shaft 113.

反射部材(M1)から反射されたレーザービームは、さらにスキャナー117内の第2の反射部材(M2)に伝達され、第2の反射部材(M2)から反射されたビームは、集光レンズ(図示せず)により集光された後、対象物200の加工部位210に照射される。 The laser beam reflected from the reflecting member (M1) is further transmitted to the second reflecting member (M2) in the scanner 117, and the beam reflected from the second reflecting member (M2) is converted into a condenser lens (FIG. After being focused by (not shown), the processing part 210 of the object 200 is irradiated.

本発明の好適な実施例において、第1の反射部材(M1)から反射されたレーザービームは、ビーム伝達通路119を介してスキャナー117内に提供されることができる。ビーム伝達通路119を構成する場合、外的影響からレーザービームを保護できる。 In a preferred embodiment of the present invention, the laser beam reflected from the first reflecting member (M1) can be provided in the scanner 117 via the beam transmission path 119. When the beam transmission path 119 is formed, the laser beam can be protected from external influences.

また、回転軸113、スキャナー117及び制御部101等の各構成部に電源を供給するための装置がさらに具備し得るのは勿論であり、特に、回転軸113に対する電源供給はスリップリング(slip ring)を介して行われる。 In addition, it is a matter of course that a device for supplying power to each component such as the rotating shaft 113, the scanner 117, and the control unit 101 may be further provided. In particular, the power supply to the rotating shaft 113 may be a slip ring. ).

図3は、図2に示す回転体及びスキャナーの斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view of the rotating body and the scanner shown in FIG.

図3に示すように、回転体115は、実質的に原板形状を持つように構成できるが、これに限定されるものではない。 As shown in FIG. 3, the rotating body 115 can be configured to have a substantially original plate shape, but is not limited thereto.

回転軸113の内部は空であり、その底部には第1の反射部材(M1)が設置されて回転軸内に進入したレーザービームを反射させる。 The interior of the rotating shaft 113 is empty, and a first reflecting member (M1) is installed at the bottom of the rotating shaft 113 to reflect the laser beam that has entered the rotating shaft.

第1の反射部材(M1)から反射されたレーザービームは、ビーム伝達通路119を介してスキャナー117内に進入し、スキャナー117の第2の反射部材(M2)により再反射されて対象物200に照射できる。 The laser beam reflected from the first reflecting member (M1) enters the scanner 117 via the beam transmission path 119, is re-reflected by the second reflecting member (M2) of the scanner 117, and is reflected on the object 200. Can be irradiated.

さらに、本発明の他の実施例において、回転軸113内には制御部101とロータリエンコーダ114及び第1のドライバー121との信号交換のための通信ケーブル連結通路125がさらに具備され、制御部101は回転体115の他側終端に設置され得る。未説明の符号127は、スキャナー117を駆動する第2のドライバー123及び制御部101間の通信ケーブル連結通路を示す。 Furthermore, in another embodiment of the present invention, the rotation shaft 113 further includes a communication cable connection passage 125 for exchanging signals between the control unit 101 and the rotary encoder 114 and the first driver 121. May be installed at the other end of the rotating body 115. Reference numeral 127 that has not been described indicates a communication cable connection path between the control unit 101 and the second driver 123 that drives the scanner 117.

制御部101を回転体115の他側終端に設置する場合、回転体115と制御部101とが共に回転するので、回転体115及び制御部101間の相手運動はない。また、ロータリエンコーダ114/第1のドライバー121と制御部101、または、スキャナー117/第2のドライバー123と制御部101との間に信号交換に必要なケーブルがケーブル連結通路125、127を介して延長されるので、外部でロータリエンコーダ114やスキャナー117とケーブルを連結する必要がなくなり、単純且つ堅固な切断装置を提供できる。 When the control unit 101 is installed at the other end of the rotating body 115, the rotating body 115 and the control unit 101 rotate together, so that there is no opponent movement between the rotating body 115 and the control unit 101. Further, cables necessary for signal exchange between the rotary encoder 114 / first driver 121 and the control unit 101 or between the scanner 117 / second driver 123 and the control unit 101 are connected via the cable connection passages 125 and 127. Since it is extended, there is no need to connect the cable to the rotary encoder 114 or the scanner 117 outside, and a simple and robust cutting device can be provided.

また、回転体115の一側終端にスキャナー117が設置され、他側終端に制御部101が設置される場合、回転体115の両側の重さ均衡をなすことができるため、加工信頼性が一層向上する。 Further, when the scanner 117 is installed at one end of the rotating body 115 and the control unit 101 is installed at the other end, the weight balance on both sides of the rotating body 115 can be balanced, so that the processing reliability is further increased. improves.

前述したように、スキャナー117は、回転体115の回転角度、運動速度及び作業対象物200の加工部位によりそれぞれ異なる速度で運動するが、以下では作業対象物200をa*bサイズの長方形で加工する場合を例として説明する。 As described above, the scanner 117 moves at different speeds depending on the rotation angle of the rotator 115, the movement speed, and the processing part of the work object 200, but in the following, the work object 200 is processed in an a * b size rectangle. This will be described as an example.

図4は、本発明による電極フォイル切断装置において、スキャナーの運動速度を説明するための図である。 FIG. 4 is a diagram for explaining the movement speed of the scanner in the electrode foil cutting device according to the present invention.

制御部101の制御により、第1のドライバー121により回転軸113が駆動され、これにより回転体115がω=Δθ/Δtの速度で等速円運動するようになる(300参照)。 Under the control of the control unit 101, the rotary shaft 113 is driven by the first driver 121, and thereby the rotating body 115 moves at a constant speed at a speed of ω = Δθ / Δt (see 300).

対象物を、図4の符号400のような形状、すなわち、a*bサイズの長方形で加工したい場合、スキャナー117から反射されるビームは符号400の軌跡に沿ってビームを照射すべきである。 When it is desired to process the object in a shape as indicated by reference numeral 400 in FIG. 4, that is, an a * b size rectangle, the beam reflected from the scanner 117 should be irradiated along the locus indicated by reference numeral 400.

回転体115がω=Δθ/Δtの速度で等速円運動しているため、スキャナー117の運動速度は、回転体の運動速度及び加工部位によって異なる速度で動くように制御される。 Since the rotating body 115 is moving at a constant speed at a speed of ω = Δθ / Δt, the moving speed of the scanner 117 is controlled so as to move at different speeds depending on the moving speed of the rotating body and the processing site.

図4において、X方向への変化率とY成分の変化率とは全く異なる様相を有し、この変化率を反映できるように、スキャナーの回転速度を決定すべきである。 In FIG. 4, the change rate in the X direction and the change rate of the Y component have completely different aspects, and the rotation speed of the scanner should be determined so that this change rate can be reflected.

回転体115がω=Δθ/Δtの速度で運動し、r=√(a*a/4+b*b/4)のとき、X=r*cos(ωt)であるので、X成分の時間に従う変化率、すなわち、速度は[数式1]のような比例特性を持つ。
[数式1]
dX/dt=−rω*sin(ωt)
When the rotator 115 moves at a speed of ω = Δθ / Δt, and r = √ (a * a / 4 + b * b / 4), X = r * cos (ωt), so the change according to the time of the X component The rate, that is, the speed has a proportional characteristic as shown in [Formula 1].
[Formula 1]
dX / dt = −rω * sin (ωt)

類似に、r=√(a*a/4+b*b/4)のとき、Y=r*sin(ωt)であるので、Y成分の時間に従う変化率、すなわち、速度は[数式2]のような比例特性を持つ。
[数式2]
dY/dt=rω*cos(ωt)
Similarly, when r = √ (a * a / 4 + b * b / 4), since Y = r * sin (ωt), the rate of change of the Y component according to time, that is, the speed is given by [Formula 2] Has proportional characteristics.
[Formula 2]
dY / dt = rω * cos (ωt)

すなわち、スキャナー117は、前記数式1及び数式2のような速度の様相に変化しながら動作でき、この場合、図4の400のような形状で対象物を加工できる。 In other words, the scanner 117 can be operated while changing in the manner of speed as in Equations 1 and 2, and in this case, the object can be processed in a shape as indicated by 400 in FIG.

レーザーを用いた切断工程は、レンズの焦点位置でビームのスポットサイズ(直径)によりレーザーの出力が決定される。そして、ビームのスポットサイズは焦点長さが短いほど小さくなる。 In the cutting process using a laser, the output of the laser is determined by the spot size (diameter) of the beam at the focal position of the lens. The spot size of the beam becomes smaller as the focal length is shorter.

例えば、焦点長さが100mmのレンズと300mmのレンズとを比較すれば、ビームのスポットサイズは100mmのレンズの場合よりも300mmのレンズが3倍増加するが、断面積は9倍増加する。この場合、同じ出力密度を持つためにはレーザーの出力(power)を9倍増加させなければならない。換言すれば、焦点長さが短いほどビームのスポットが小さくなり、同じ出力密度(Power Intensity[W/cm2])が要求される時、スポットが小さければ必要なレーザー出力も低くなる。 For example, if a lens with a focal length of 100 mm is compared with a lens with 300 mm, the spot size of the beam will increase three times for the 300 mm lens compared to the lens with 100 mm, but the cross-sectional area will increase nine times. In this case, to have the same power density, the laser power must be increased nine times. In other words, the shorter the focal length, the smaller the beam spot. When the same power density (Power Intensity [W / cm 2 ]) is required, the smaller the spot, the lower the required laser output.

図5は、本発明による電極フォイル切断装置において、スキャナーの作業領域を説明するための図である。 FIG. 5 is a view for explaining the working area of the scanner in the electrode foil cutting apparatus according to the present invention.

本発明による切断装置100は、回転体115が回転すると同時にスキャナー117が回転及び運動しながらレーザービームを照射するので、作業領域を著しく狭めることができる。 The cutting apparatus 100 according to the present invention irradiates the laser beam while the scanner 117 rotates and moves simultaneously with the rotation of the rotating body 115, so that the work area can be significantly narrowed.

図5に示すように、対象物の長辺(a)側の1/2だけ加工する時、回転体115は区間(S1)を回転し、スキャナー117は区間(S2)の作業領域で運動する。 As shown in FIG. 5, when processing only 1/2 of the long side (a) side of the object, the rotating body 115 rotates in the section (S1), and the scanner 117 moves in the work area in the section (S2). .

図1に示す固定式スキャナーを用いた切断装置と比較する時、作業領域が著しく小さいことが分かる。 When compared with the cutting apparatus using the fixed scanner shown in FIG. 1, it can be seen that the working area is remarkably small.

スキャナー117の作業領域が狭いということは、短い焦点長さのレンズが用いられることを意味する。結局、これはレーザーの出力を低くすることができ、システム構成単価を低下できる。 The narrow working area of the scanner 117 means that a lens with a short focal length is used. Eventually, this can lower the laser output and lower the system configuration unit cost.

このように、本発明では、スキャナーを用いた遠隔切断方式を基盤とし、ここにスキャナーが安着して等速円運動する回転体を結合して切断装置を構成した。スキャナーは、回転体が回転すると同時に回転し、これと別途の速度様相でスキャナーが運動して所望の模様で対象物(電極フォイル)を切断するようになる。 As described above, the present invention is based on the remote cutting method using the scanner, and the cutting device is configured by connecting the rotating body that the scanner is seated and moves at a constant speed. The scanner rotates at the same time as the rotating body rotates, and the scanner moves at a speed aspect different from the rotating body to cut the object (electrode foil) in a desired pattern.

よって、スキャナーの作業領域が小さくなり、低いレーザー出力でも、対象物を多角形の形状で高速且つ高品質で加工できる。 Accordingly, the work area of the scanner is reduced, and the object can be processed in a polygonal shape at high speed and with high quality even with a low laser output.

さらに、回転体の他側に制御部を設置すれば、制御部及び回転体間の相手運動がなく、回転体及びスキャナーを制御するためのケーブルを外部で連結する必要がないと同時に、回転体両側の重さ均衡を維持できるため、単純且つ堅固な信頼性のある切断装置を提供できる。結局、回転体及びスキャナーを動作させた後、光源から出射されるレーザービームをオン(on)させさえすれば、電極フォイルを高い信頼性で高速加工できるようになる。 Furthermore, if the control unit is installed on the other side of the rotating body, there is no movement between the control unit and the rotating body, and it is not necessary to connect the cable for controlling the rotating body and the scanner outside. Since the weight balance on both sides can be maintained, a simple and firm and reliable cutting device can be provided. After all, after operating the rotating body and the scanner, the electrode foil can be processed with high reliability and high speed as long as the laser beam emitted from the light source is turned on.

このような電極フォイル切断装置を用いて電極フォイルを切断する場合、まず、入力部103により加工パラメータが入力される。加工パラメータは、例えば、回転体の回転速度、対象物の加工サイズ及び形態、レーザー出力等になり得る。 When cutting an electrode foil using such an electrode foil cutting device, first, a processing parameter is input by the input unit 103. The processing parameter can be, for example, the rotational speed of the rotating body, the processing size and form of the object, laser output, and the like.

制御部101は、加工パラメータに基づいて第1のドライバー121を駆動して回転体115を回転させる一方、回転体115の回転角度/速度及びスキャナーの位置によって決定される速度変化率を用いて、第2のドライバー123を駆動してスキャナー117を運動させる。また、光源109からレーザービームが出射されるようにして、回転軸113内に提供されるようにする。 The control unit 101 drives the first driver 121 based on the processing parameters to rotate the rotating body 115, while using the speed change rate determined by the rotation angle / speed of the rotating body 115 and the position of the scanner, The second driver 123 is driven to move the scanner 117. Further, a laser beam is emitted from the light source 109 so as to be provided in the rotating shaft 113.

これにより、回転体115は指定の速度(θ=ωt)で等速円運動を開始し、スキャナー117の第2の反射部材(M2)は加工パラメータ及び回転体115の速度によって前記数式1及び数式2に係る速度様相で運動する。 As a result, the rotating body 115 starts a uniform circular motion at a specified speed (θ = ωt), and the second reflecting member (M2) of the scanner 117 moves depending on the processing parameters and the speed of the rotating body 115. It moves with the speed aspect concerning 2.

回転軸113の底部の第1の反射部材(M1)から反射されたレーザービームは、スキャナー117の第2の反射部材(M2)から反射された後、対象物に照射される。このとき、スキャナー117が回転体115と共に回転しながら、数式1及び数式2の速度様相で運動してレーザービームを反射させるため、対象物はa*bサイズの長方形で加工できる。 The laser beam reflected from the first reflecting member (M1) at the bottom of the rotating shaft 113 is reflected from the second reflecting member (M2) of the scanner 117 and then irradiated to the object. At this time, while the scanner 117 rotates with the rotating body 115 and moves with the velocity aspect of Equation 1 and Equation 2 to reflect the laser beam, the object can be processed into an a * b size rectangle.

なお、以上で説明した本発明が属する技術分野の当業者は、本発明がその技術的思想や必須特徴の変更なし、他の具体的な形態で実施できることが分かる。よって、上述の実施例は、全ての面において例示的なものであり、限定的なものでないことが分かる。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲により定められ、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その等価概念から導出される全ての変更や変形の形態が、本発明の範囲に含まれるものと解析すべきである。 In addition, those skilled in the art to which the present invention described above belongs will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea and essential features. Thus, it can be seen that the above-described embodiment is illustrative in all aspects and not limiting. The scope of the present invention is defined by the following claims rather than the above detailed description. The meaning and scope of the claims, and all modifications and variations derived from the equivalent concepts are described in the present invention. It should be analyzed as being within the scope of the invention.

100 電極フォイル切断装置
101 制御部
103 入力部
105 出力部
107 格納部
109 光源
111 ビーム転送ケーブル
113 回転軸
114 ロータリエンコーダ
115 回転体
117 スキャナー
119 ビーム伝達通路
121 第1のドライバー
123 第2のドライバー
125、127 通信ケーブル連結通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Electrode foil cutting device 101 Control part 103 Input part 105 Output part 107 Storage part 109 Light source 111 Beam transfer cable 113 Rotating shaft 114 Rotary encoder 115 Rotating body 117 Scanner 119 Beam transmission path 121 First driver 123 Second driver 125, 127 Communication cable connection passage

Claims (16)

作業テーブルと水平になるように、指定の距離だけ垂直に離隔されて設置される回転体;
前記回転体の中心に設置され、第1のドライバーにより駆動されて前記回転体を指定の運動速度で回転させる回転軸;及び、
前記回転体の一側終端に設置され、前記回転体の回転角度、運動速度及び加工対象物の加工サイズに基づいた速度変化率により、レーザービームを前記加工対象物の前記加工部位に照射するスキャナーを含むことを特徴とする、電極フォイル切断装置。
Rotating body installed vertically apart by a specified distance so as to be horizontal with the work table;
A rotating shaft installed at the center of the rotating body and driven by a first driver to rotate the rotating body at a specified motion speed; and
A scanner that is installed at one end of the rotating body and irradiates the processing site of the processing object with a laser beam at a rate of change in speed based on the rotation angle, the motion speed, and the processing size of the processing object. An electrode foil cutting device comprising:
前記回転軸に設置され、前記回転体の回転角度及び運動速度を制御部に伝送するロータリエンコーダをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の電極フォイル切断装置。 The electrode foil cutting device according to claim 1, further comprising a rotary encoder installed on the rotating shaft and transmitting a rotation angle and a movement speed of the rotating body to a control unit. 前記制御部は、前記回転軸の他側終端に設置されることを特徴とする、請求項2に記載の電極フォイル切断装置。 The electrode foil cutting device according to claim 2, wherein the control unit is installed at the other end of the rotating shaft. 前記制御部及び前記ロータリエンコーダ間の信号交換のための通信ケーブル連結通路をさらに含み、
前記通信ケーブル連結通路は、前記回転体の内部を通して前記ロータリエンコーダに延長されることを特徴とする、請求項3に記載の電極フォイル切断装置。
A communication cable connection path for exchanging signals between the control unit and the rotary encoder;
The electrode foil cutting device according to claim 3, wherein the communication cable connection passage extends to the rotary encoder through the inside of the rotating body.
前記回転体の上部に設置され、前記スキャナー及び前記制御部間の信号交換のための通信ケーブル連結通路をさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載の電極フォイル切断装置。 The electrode foil cutting device according to claim 3, further comprising a communication cable connection path installed on an upper part of the rotating body for exchanging signals between the scanner and the control unit. 前記回転軸内の底部に形成される反射部材をさらに含み、
前記レーザービームは光源から前記反射部材により前記スキャナーに照射されることを特徴とする、請求項1に記載の電極フォイル切断装置。
A reflection member formed on the bottom of the rotating shaft;
The electrode foil cutting device according to claim 1, wherein the laser beam is emitted from a light source to the scanner by the reflecting member.
前記反射部材により反射された前記レーザービームを前記スキャナーに伝達するためのビーム伝達通路をさらに含むことを特徴とする、請求項6に記載の電極フォイル切断装置。 The electrode foil cutting apparatus according to claim 6, further comprising a beam transmission path for transmitting the laser beam reflected by the reflecting member to the scanner. 前記回転軸の内部に設置される通信ケーブル連結通路をさらに含むことを特徴とする、請求項6に記載の電極フォイル切断装置。 The electrode foil cutting device according to claim 6, further comprising a communication cable connecting passage installed inside the rotating shaft. 前記回転軸は、前記回転体を等速円運動するように制御することを特徴とする、請求項1に記載の電極フォイル切断装置。 The electrode foil cutting device according to claim 1, wherein the rotating shaft controls the rotating body to make a circular motion at a constant speed. 前記加工対象物は長方形で加工され、
前記スキャナーは、前記加工対象物の長辺加工時、前記回転体の回転角度、運動速度及び時間に従う前記スキャナーの長辺側位置により決定される速度で運動することを特徴とする、請求項9に記載の電極フォイル切断装置。
The object to be processed is processed into a rectangle,
10. The scanner moves at a speed determined by a position of a long side of the scanner according to a rotation angle, a moving speed, and a time of the rotating body when processing the long side of the workpiece. The electrode foil cutting device described in 1.
前記加工対象物は長方形で加工され、
前記スキャナーは、前記加工対象物の短辺加工時、前記回転体の回転角度、運動速度及び時間に従う前記スキャナーの短辺側位置により決定される速度で運動することを特徴とする、請求項9に記載の電極フォイル切断装置。
The object to be processed is processed into a rectangle,
The scanner moves at a speed determined by a short side position of the scanner according to a rotation angle, a moving speed, and a time of the rotating body during short side machining of the workpiece. The electrode foil cutting device described in 1.
回転軸により指定の速度で運動し、作業テーブルと水平になるように、指定の距離だけ垂直に離隔されて設置される回転体;及び、前記回転体の一側終端に設置されるスキャナーを含む切断装置を用いた電極フォイル切断方法であって、
前記回転体の運動速度、加工対象物の加工サイズ及び形態を含む加工パラメータを入力する段階;
前記回転体を前記運動速度により回転させると同時に、前記回転体の回転角度、運動速度及び加工対象物の加工部位に基づいた速度変化率により前記スキャナーを運動させる段階;及び、
光源からレーザービームを照射して、前記スキャナーを介して前記加工対象物に照射する段階を含むことを特徴とする、電極フォイル切断方法。
A rotating body that moves at a specified speed by a rotating shaft and is vertically spaced by a specified distance so as to be horizontal with a work table; and a scanner installed at one end of the rotating body An electrode foil cutting method using a cutting device,
Inputting processing parameters including the motion speed of the rotating body, the processing size and form of the processing object;
Rotating the rotating body at the moving speed, and simultaneously moving the scanner at a rate of change in speed based on a rotation angle of the rotating body, a moving speed, and a processing portion of a workpiece; and
An electrode foil cutting method comprising: irradiating a laser beam from a light source and irradiating the object to be processed through the scanner.
前記スキャナーを運動させる段階は、前記回転軸に設置されたロータリエンコーダから受信した前記回転体の回転角度及び運動速度に基づき、前記スキャナーの運動速度を決定する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載の電極フォイル切断方法。 The step of moving the scanner further includes determining a movement speed of the scanner based on a rotation angle and a movement speed of the rotating body received from a rotary encoder installed on the rotation shaft. The electrode foil cutting method according to claim 12. 前記運動速度は、前記回転体を等速円運動するように制御する速度であることを特徴とする、請求項13に記載の電極フォイル切断方法。 The electrode foil cutting method according to claim 13, wherein the movement speed is a speed for controlling the rotating body to make a circular motion at a constant speed. 前記加工対象物は長方形で加工され、
前記加工対象物の長辺加工時、前記回転体の回転角度、運動速度及び時間に従う前記スキャナーの長辺側位置により決定される速度で前記スキャナーが運動することを特徴とする、請求項14に記載の電極フォイル切断方法。
The object to be processed is processed into a rectangle,
The scanner according to claim 14, wherein the scanner moves at a speed determined by a position on a long side of the scanner according to a rotation angle, a moving speed, and a time of the rotating body when processing the long side of the workpiece. The electrode foil cutting method as described.
前記加工対象物は長方形で加工され、
前記加工対象物の短辺加工時、前記回転体の回転角度、運動速度及び時間に従う前記スキャナーの短辺側位置により決定される速度で前記スキャナーが運動することを特徴とする、請求項14に記載の電極フォイル切断方法。
The object to be processed is processed into a rectangle,
15. The scanner according to claim 14, wherein the scanner moves at a speed determined by a short-side position of the scanner according to a rotation angle, a moving speed, and a time of the rotating body during short-side processing of the workpiece. The electrode foil cutting method as described.
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