KR101810025B1 - 이차전지용 전극의 코팅부 두께 측정방법 - Google Patents

이차전지용 전극의 코팅부 두께 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 코팅부 두께 측정방법은 이차전지용 활물질 압연장치의 후단에 설치되어 활물질의 코팅부의 두께를 측정하는 코팅부 두께 측정방법으로서, 활물질이 코팅된 원단이 통과하는 두께 측정 롤러의 측면에서 회전각의 위치를 결정하는 단계와, 상기 두께 측정 롤러의 길이방향으로 서로 다른 위치에 설치되는 복수개의 광 센서를 이용하여 상기 결정된 회전각 위치에서의 두께 측정 롤러 표면의 변위를 측정하는 단계와, 상기 두께 측정 롤러의 길이방향으로 서로 다른 위치에 설치되는 복수개의 광 센서를 이용하여 상기 두께 측정 롤러를 통과하는 원단의 활물질 코팅부의 변위를 측정하는 단계와, 상기 측정된 원단의 활물질 코팅부의 변위에서 상기 결정된 회전각 위치에서의 두께 측정 롤러 표면의 변위를 빼서 영점 보정하는 단계를 포함한다.

Description

이차전지용 전극의 코팅부 두께 측정방법{Measuring methode for electrode of secondary cell}
본 발명은 두께 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차전지의 전극을 구성하는 전극 기재 표면에 코팅된 활물질의 두께를 측정하는 방법에 관한 것이다.
이차전지는 양극, 음극 활물질을 알미늄이나 구리의 금속박에 도포하고 분리막을 양 전극사이에 넣고 감아서, 금속 용기에 삽입하고, 전해액을 충진하고 밀봉하여 완성된다. 이차전지를 제조하기 위한 공정 중 이차전지 전극 제조공정은 활물질, 도전재, 결착재 및 용제 등으로 구성된 슬러리를 혼합하여 금속 집전체 표면에 도포하고 건조하는 활물질 코팅공정, 코팅이 끝난 극판에 대해 활물질의 용량 밀도를 높이고 기재와 활물질 간의 결착력을 높이는 압연 공정, 제조하려는 전지 크기에 맞게 전극을 절단하여 리-와인더(re-winder)에 감는 슬리팅 공정, 및 리-와인딩(re-winding)된 전극을 풀면서 실제 사용될 전극 형상으로 전극을 타발하여 적재시키는 노칭(notching)과 펀칭(punching) 공정으로 이루어진다.
이차전지의 품질을 향상시키기 위해서는 활물질 코팅 및 프레스 공정에서 극판의 활물질 두께를 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 이차전지용 전극의 코팅부의 두께를 측정하는 방법으로는 주로 비접촉식 방법이 많이 이용되고 있는데, 구체적으로 방사선 동위원소를 이용하는 방식, 레이저 센서를 이용하는 방식 등이 이용되고 있다. 이 중, 방사선 동위원소를 활용하는 방법은 해당 면허를 가지는 전담기사가 필요하고 비용이 과다한 문제점을 가진다. 또한, 레이저 센서를 이용하는 방식에서는 롤 압연부의 편심이나 진원도에 따른 오차, 빛이 산란에 의한 오차, 진동에 의한 오차 등이 발생하는 문제점을 가진다. 이 분야의 선행문헌으로는 한국공개특허 제2015-0117122호가 있다. 상기 선행문헌은 이차전지의 음극 코팅층 두께를 측정하는 레이저측정부와, 상기 레이저측정부를 소정 측정조건에 따라 제어하고 상기 레이저측정부에 의한 측정값을 저장하는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러와 연동되어 측정조건 및 측정값을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 음극 코팅층 두께 측정 시스템에 관하여 개시하고 있다. 그러나 상기 선행문헌에 개시된 기술은 상기 문제점으로 지적된 오차의 원인을 해결하기에는 부족하다. 따라서 보다 신뢰성 있는 이차전지용 활물질 코팅부의 두께 측정방법 개발 필요성이 매우 크다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이차전지 활물질의 압연속도, 장치에서 발생하는 진동, 측정 롤러의 편심, 진원도, 회전속도 등의 변수에 영향을 받지 않고 신뢰성 있는 두께 측정이 가능한 이차전지용 전극의 코팅부 두께 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 이차전지용 활물질 압연장치의 후단에 설치되어 활물질의 코팅부의 두께를 측정하는 코팅부 두께 측정방법으로서, 활물질이 코팅된 원단이 통과하는 두께 측정 롤러의 측면에서 회전각의 위치를 결정하는 단계와, 상기 두께 측정 롤러의 길이방향으로 서로 다른 위치에 설치되는 복수개의 광 센서를 이용하여 상기 결정된 회전각 위치에서의 두께 측정 롤러 표면의 변위를 측정하는 단계와, 상기 두께 측정 롤러의 길이방향으로 서로 다른 위치에 설치되는 복수개의 광 센서를 이용하여 상기 두께 측정 롤러를 통과하는 원단의 활물질 코팅부의 변위를 측정하는 단계와, 상기 측정된 원단의 활물질 코팅부의 변위에서 상기 결정된 회전각 위치에서의 두께 측정 롤러 표면의 변위를 빼서 영점 보정하는 단계를 포함하는 코팅부 두께 측정방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 활물질이 코팅된 원단이 통과하는 두께 측정 롤러의 측면에서 회전각의 위치를 결정하는 단계에서, 상기 회전각 위치는 두께 측정 롤러의 단면 원주각을 균등하게 분할한 위치로 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 측정된 원단의 활물질 코팅부의 변위에서 상기 결정된 회전각 위치에서의 두께 측정 롤러 표면의 변위를 빼서 영점 보정하는 단계는 타임 도메인을 주파수 도메인으로 변환하고, 상기 주파수 도메인에서 유의적 피크를 도출하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 유의적 피크는 두께 측정 롤러의 편심 또는 진동에서 유래한 것일 수 있다.
본 발명의 이차전지용 전극의 코팅부 두께 측정방법은 아래의 효과를 가진다.
1. 두께 측정 롤러의 길이 방향으로 다양한 위치에 복수개의 광 센서를 설치하여 원단의 폭 방향으로 다양한 위치에서 코팅부의 두께를 측정할 수 있다.
2. 두께 측정 롤러의 서로 다른 특정 회전각 위치에서 코팅부의 두께를 수집하므로, 사전에 파악된 두께 측정 롤러의 편심 또는 진원도 차이에 따른 오차를 영점 보정하여 코팅부 두께 측정의 오차를 최소화할 수 있다.
3. 두께 측정 롤러의 앞단에 냉각롤러를 설치하여 롤러 또는 원단의 열 변형에 의한 두께 측정 오차를 최소화할 수 있다.
4. 두께 측정 롤러의 표면에 세라믹층을 코팅하여 열 팽창에 의한 오차, 광의 산란에 의한 오차를 최소화할 수 있다.
5. 두께 측정 롤러의 측부에 닙 롤러를 설치하여 에어 포켓 현상에 의한 두께 측정 오차를 최소화할 수 있다.
6. 두께 측정 롤러를 포함하는 두께 측정부의 하부를 언와인더부, 리와인더 부, 압연부(메인 프레스부)와 분리된 지지대 위에 설치함으로서, 다른 파트에서 발생한 진동이 유입되는 것을 방지하고, 상기 분리된 지지대에 방진 패드를 설치함으로서 두께 측정부에서 발생한 진동에 의한 오차도 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 코팅부 두께 측정장치가 포함된 이차전지용 활물질 압연장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 코팅부 두께 측정방법에서 코팅부 두께를 측정하는 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에 적용되는 회전각 센서의 구조와 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에 적용되는 변위센서의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에 적용되는 변위센서의 배열을 설명하기 위한 도면이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에 적용되는 냉각롤러의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에 적용되는 닙 롤러의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 코팅부 두께 측정장치의 진동방지부를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에서 타임 도메인(time domain)을 주파수 도메인(frequency domain, DFT)으로 변환하여 노이즈를 제거하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 코팅부 두께 측정방법은 이차전지용 활물질 압연장치의 후단에 설치되어 활물질의 코팅부의 두께를 측정하는 코팅부 두께 측정방법으로서, 활물질이 코팅된 원단이 통과하는 두께 측정 롤러의 측면에서 회전각의 위치를 결정하는 단계와, 상기 두께 측정 롤러의 길이방향으로 서로 다른 위치에 설치되는 복수개의 광 센서를 이용하여 상기 결정된 회전각 위치에서의 두께 측정 롤러 표면의 변위를 측정하는 단계와, 상기 두께 측정 롤러의 길이방향으로 서로 다른 위치에 설치되는 복수개의 광 센서를 이용하여 상기 두께 측정 롤러를 통과하는 원단의 활물질 코팅부의 변위를 측정하는 단계와, 상기 측정된 원단의 활물질 코팅부의 변위에서 상기 결정된 회전각 위치에서의 두께 측정 롤러 표면의 변위를 빼서 영점 보정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 코팅부 두께 측정방법은 압연부를 통과하여 코팅부가 형성된 원단을 두께 측정 롤러로 통과시키면서 복수개의 광 센서를 이용하여 코팅부의 두께를 측정한다. 이때, 문제가 되는 것을 두께 측정 롤러 자체에 의한 오차인데, 이는 롤러의 편심, 진원도 오차 등에 의하여 두께 측정의 기준 값이 변화되는 것에 기인한다. 본 발명에서는 두께 측정 롤러의 특정 회전각에서의 두께 측정 롤러의 편심, 진원도 오차, 진동 등에 의한 변수를 미리 측정하여, 원단이 통과하면서 측정된 두께 관련 변수를 보정한다. 따라서, 본 발명의 코팅부 두께 측정방법은 두께 측정 롤러 자체의 변위 정보를 수집하는 단계와, 두께 측정 롤러를 통과하는 원단에 관련된 변위를 측정하는 단계와, 상기 두께 측정 롤러 자체의 변위 정보로부터 원단 관련 변위를 영점 보정하는 단계를 포함한다.
아래에서 도면을 이용하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명의 코팅부 두께 측정장치가 포함된 이차전지용 활물질 압연장치의 구성을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 이차전지용 활물질 압연장치는 언와이더(10), 압연부(20), 두께 측정장치(100) 및 리와인더(30)로 이루어진다. 언와인더(10)에는 전극 기재인 원단이 권취되어 있고, 일정 속도로 원단을 풀어 코팅부로 공급한다. 압연부(20)는 상부 롤(21)과 하부 롤(22)이 마주보고 설치되어 활물질의 코팅이 이루어진다. 두께 측정장치(100)에는 가이드 롤러(102, 103), 두께 측정 롤러(101) 및 변위 센서(104)가 설치되어 있고, 두께 측정 롤러의 특정 위치에서 변위센서가 코팅부의 두께를 측정한다. 리와인더(30)는 코팅이 이루어지고 두께가 측정된 극판이 권취된다.
본 발명의 두께 측정장치는 레이저를 이용한 변위센서를 이용한다. 변위센서는 코팅부, 무지부 또는 두께 측정 롤러 표면의 위치를 감지하여 코팅부의 두께를 산출할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 코팅부 두께 측정방법에서 코팅부 두께를 측정하는 순서를 나타낸 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 첫 번째 단계(S1)에서는 두께 측정 롤러의 회전각 위치를 결정한다. 상기 단계는 두께 측정 롤러의 편심, 진원도 오차 등에 관계된 두께 측정 롤러 자체의 변위를 측정하기 위한 전단계로서, 두께 측정 롤러의 측면에서 롤러의 단면 원주각을 균등하게 분할한 위치를 결정하는 단계이다. 상기와 같이 회전각 위치를 균등하게 분할하여 결정하는 것은 두께 측정 롤러의 오차를 효과적으로 측정하기 위한 것이고, 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같이 원주를 4개로 균등한 위치로 회전각 위치를 결정할 수 있다. 두 번째 단계(S2)에서는 결정된 특정 회전각 위치에서 롤러 표면의 변위를 측정한다. 상기 단계는 원단이 통과하지 않는 상태에서 수행되며, 두께 측정 롤러의 길이방향으로 서로 다른 위치에 설치된 광 센서에서 롤러의 표면 변위를 측정함으로써 수행된다. 각각의 서로 다른 회전각 위치에서는 서로 다른 값의 롤러 표면 변위 정보가 측정되며, 이는 두께 측정 롤러 자체의 편심, 진원도 오차, 광의 산란 정보를 반영하여 향후 코팅부 변위의 영점으로 이용된다. 세 번째 단계(S3)에서는 두께 측정 롤러로 원단을 통과시키면서 원단 표면, 무지부 표면, 코팅부 표면의 변위 정보를 측정한다. 코팅부 표면 변위에서 무지부 표면 변위를 빼거나, 코팅부 표면 변위에서 원단 표면 변위와 원단 두께를 빼면 두께 측정 롤러 자체의 오차가 고려되지 않은 코팅부 두께가 도출된다. 네 번째 단계(S4)에서는 두 번째 단계에서 도출된 두께 측정 롤러 표면의 변위 정보를 이용하여, 세 번째 단계에서 도출된 코팅부 변위 또는 두께 정보를 영점 보정하는 것이다. 이때, 코팅부 변위 관련 정보는 두께 코팅 롤러의 회전각 위치와 매칭하는 위치에서 측정된 코팅부 변위 관련 정보가 되므로 해당 코팅부 영역의 변위 정보가 영점 보정이 될 수 있다. 다섯 번째 단계(S5)에서는 상기의 각 단계의 정보를 연산하여 반복적으로 코팅부의 두께를 도출한다. 첫 번째 ~ 두 번째 단계는 원단의 통과 이전에 수집된 정보이고, 세 번째 단계는 코팅부가 형성되는 동안 반복적이고 연속적으로 이루어지게 된다. 상기 첫 번째 ~ 다섯 번째 단계에서의 정보 수집과 영점 보정 등의 작업은 광 센서 및 회전각 센서 등에 연동하는 별도의 제어부에서 수행될 수 있다. 도면에서는 설명의 편의상 원단, 무지부 또는 코팅부의 변위를 측정하는 단계(세 번째 단계) 후에 영점 보정하는 단계(네 번째 단계)가 수행되는 것으로 도시하였지만, 상기 세 번째 단계와 네 번째 단계는 순서가 바뀌어 진행될 수도 있다. 즉, 첫 번째와 두 번째 단계를 통하여 얻어진 두께 측정 롤러 자체의 정보를 영점 데이터로 수집하고, 이를 제어부에 입력하여 이미 영점 보정이 이루어진 상태에서 원단에 관계된 데이터(원단, 무지부 또는 코팅부의 변위 데이터)가 추출되게 할 수도 있다. 이 경우에는 S1 → S2 → S4 → S3(또는 S3와 S5)의 순서로 제어부의 알고리즘이 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에 적용되는 회전각 센서의 구조와 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (가)를 참조하면, 두께 측정 롤러(101)의 단면을 90도로 분할하면, 롤러의 회전각에 따라 제1회전각 위치(121a), 제2회전각 위치(121b), 제3회전각 위치(121c), 제4회전각 위치(121d)가 도출된다. 각각의 회전각 위치가 변위 센서(110)의 위치에 도달하는 순간에 변위 센서에서 측정된 두께는 원단의 해당 영역의 코팅부 두께가 된다. 이때, 제1회전각 위치(121a), 제2회전각 위치(121b), 제3회전각 위치(121c), 제4회전각 위치(121d)에서 측정된 변위 값들은 두께 측정 롤러의 편심 또는 진원도에 의한 영향을 받게 된다. 그러나, 회전수가 바뀌더라도 동일한 회전각 위치에서 측정된 변위값들은 동일한 편심 또는 진원도 오차를 가지게 된다. 따라서 본 발명에서는 원단을 걸지 않은 상태에서 두께 측정 롤러만의 편심 또는 진원도 값을 미리 도출하여 변위 센서에서 측정된 변위 값을 회전각 위치별로 영점 보정하게 된다.
이를 구현하기 위한 구체적인 구성은 도 3의 (나)와 같다. 도 3의 (나)를 참조하면, 두께 측정 롤러(101)의 측면에 소정의 간격으로 이격되어 복수개의 회전각 센서가 설치된다. 제1회전각 센서(124a), 제2회전각 센서(124b), 제3회전각 센서(124c), 제4회전각 센서(124d)는 두께 측정 롤러의 원주에서 중심방향으로 이격되어 설치된다. 두께 측정 롤러의 측부에는 회전각 인지부가 설치되어 있는데, 회전각 인지부는 각각의 회전각 센서(124a, 124b, 124c, 124d)에 대응하는 위치에 구분하여 설치되어서, 롤러가 회전하면 제1~제4회전각 인지부(123a, 123b, 123c, 123d)가 각각 제1~제4회전각 센서(124a, 124b, 124c, 124d)에 대응하는 위치에서 접촉 또는 비접촉식으로 반응하여 롤러의 회전각을 감지하게 된다. 회전각 센서가 회전각 인지부를 인식하면, 그 시간에서 변위 센서에서 측정된 변위 값을 매칭시킬 수 있고, 그 변위 값에서 미리 결정된 편심 또는 진원도 정보로 변위 센서에서 측정된 변위에 대하여 영점 보정을 하게 된다. 복수개의 변위 센서에서 무지부 또는 롤러 표면의 변위 값을 빼는 연산과, 회전각 센서에 의한 영점 보정은 별도의 제어부를 통하여 이루어질 수 있다. 이때, 회전각 센서에 의한 영점 보정은 단순히 회전각 위치에 다른 변화뿐 아니라, 회전 속도에 의한 변수도 반영할 수 있는데, 회전 속도에 따라 편심, 광의 산란도가 변화될 수 있기 때문이다. 이러한 데이터는 원단이 걸리지 않은 상태에서의 롤러 회전으로 사전에 수집될 수 있다.
도 4는 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에 적용되는 변위센서의 작동을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 두께 측정 롤러(101)로 원단(200)이 공급되고, 코팅부(201)의 양 쪽으로 이격된 광 센서(110)가 원단 및 롤러의 표면 위치를 감지한다. 광 센서(110)는 광 조사부(111)와 광 수집부(112)로 이루어지고, 광 조사부(111)에서 조사된 광의 일부는 원단에 막혀 광 수집부(112)로 입사하지 못한다. A는 원단이 통과하는 위치에 설치된 광 센서에서 감지된 광의 폭을 나타낸 것이고, B는 원단이 통과하지 않는 위치에 설치된 광 센서에서 감지된 광의 폭을 나타낸 것으로서, "B-A"의 길이는 원단의 두께가 된다.
도 5는 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에 적용되는 변위센서의 배열을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 두께 측정 롤러(101)로 원단(200)이 통과하는데, 왼쪽 3개의 광 센서는 원단의 코팅부(201) 위치에 설치되고, 가장 오른쪽의 광 센서는 코팅이 이루어지지 않은 원단의 무지부 위치에 설치된다. 광 센서들은 제1~제4광 조사부(111a, 111b, 111c, 111d)와 제1~제4 광 수집부(112a, 112b, 112c, 112d)로 이루어진다. 제1~제3광 조사부와 제1~제2광 수집부에서 측정된 변위는 각각의 위치에서 코팅부까지가 제외된 변위를 나타내고, 제4광 조사부와 제4광 수집부에서 측정된 변위는 무지부까지가 제외된 변위를 나타내므로, 전자의 변위에서 후자의 변위를 빼어주면 각각의 위치에서의 코팅부 두께를 도출할 수 있다. 도면에서는 광 센서들을 코팅부와 무지부 영역으로 구분하여 설치하였지만, 경우에 따라 광 센서들을 코팅부와 롤러 표면(원단이 통과하지 않는 영역) 영역으로 구분하여 설치할 수도 있고, 이 경우에는 측정된 두께는 원단과 코팅부를 포함하는 두께가 된다. 원단의 두께를 일정하다고 가정하여 상기 두께에서 원단의 두께를 빼면 코팅부 두께가 도출된다. 또한, 광 센서들은 모두 코팅부 영역에 설치될 수도 있는데, 이는 원단이 없을 때 측면 센서와 광 센서를 이용하여 영점을 셋팅하고, 그 후 원단이 흐르면 코팅부에 위치한 모든 광센서들에서 측정된 변위에서 무지부 포일의 두께를 빼면 코팅부의 두께가 산출될 수 있기 때문이다.
두께 측정 롤러는 완벽한 원의 단면을 가지지 못하고, 회전축도 일정 정도의 편심을 가지므로, 두께 측정 롤러의 회전각에 따라 변위센서에서 측정된 코팅부 두께는 오차를 가지게 된다. 이러한 오차는 특히 광 센서들이 코팅부와 롤러 표면 영역으로 구분하여 설치한 경우에 문제가 된다. 이의 해결을 위하여 본 발명에서는 두께 측정 롤러의 측면에 회전각 센서를 설치하였고, 특정 회전각에서의 롤러의 편심, 진원도에 관련된 데이터를 미리 수집하여 이를 변위 센서의 측정값에서 영점 보정함으로써 롤러의 편심과 진원도 차이에 의한 오차를 보정하였다.
본 발명의 코팅부 두께 측정장치에는 냉각 롤러가 적용된다. 압연부를 통과한 원단은 열을 받은 상태이고, 이때 열에 의하여 롤러 또는 원단이 팽창할 수 있으므로 열에 의한 광 센서의 오차가 발생할 수 있다. 냉각 롤러는 상기의 오차를 제거하기 위하여 이용된다.
도 6과 도 7은 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에 적용되는 냉각롤러의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 두께 측정 롤러(101)의 하부 앞뒤에 가이드 롤러(102, 103)가 설치되어 있고, 두께 측정 롤러(101)의 앞단에 제1냉각 롤러(130a), 제2냉각 롤러(130b) 및 제3냉각 롤러(130c)가 설치되어 있다. 냉각 롤러의 개수는 원단의 온도, 냉각 롤러의 열 용량 등을 고려하여 다양하게 조절될 수 있다.
도 7를 참조하면, 냉각 롤러(130)는 내부에 냉매가 통과할 수 있는 공간(131a)이 형성되어 있고, 냉매가 주입되고 빠져나오는 냉매 주입부(131b)와 냉매 배출부(131c)가 형성되어 있다. 냉각 롤러는 회전하므로 냉매 주입부와 냉매 배출부는 오-링 등을 이용한 회전가능한 밀폐수단을 구비할 수 있다.
두께 측정 롤러의 표면에는 세라믹층이 코팅될 수 있다. 코팅부의 열간 프레스를 거친 원단은 두께 측정 롤러에서 열이 남아 열에 의한 롤러의 열 변형에 의하여 측정 오차가 발생할 수 있다. 두께 측정 롤러의 표면에 세라믹층을 형성하면, 세라믹은 롤러의 금속재질보다 열 팽창율이 낮으므로 열 변형에 의한 오차를 최소화할 수 있다. 또한 세라믹층의 색을 흑색으로 구현하면 광의 산란에 의한 오차도 함께 최소화할 수 있다. 세라믹층은 탄소계 세라믹, 알루미늄계 세라믹, 실리콘계 세라믹 등으로 이루어질 수 있고, 탄소 입자가 분산된 형태일 수 있으며, 흑색의 염료 또는 안료 입자가 분산된 형태로 구성될 수도 있다.
압연부에서 열간 프레스가 진행되면 이송된 원단에는 에어 포켓 현상으로 두께 측정에 오차가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 두께 측정 롤러에 소정의 간격으로 이격하여 닙 롤러(nip roller)를 설치하여 에어 포켓 현상에 의한 측정오차 발생을 억제할 수 있다.
도 8은 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에 적용되는 닙 롤러의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 두께 측정 롤러(101)의 측부에 닙 롤러(140)가 설치되어 있다. 닙 롤러는 탄성을 가지는 재질로 이루어지고, 두께 측정 롤러를 통과하는 원단의 코팅층을 소정의 압력으로 눌러주는 기능을 한다. 닙 롤러는 두께 측정 롤러와의 간격을 조절할 수 있도록 설치될 수 있다. 도 8의 (가)는 닙 롤러가 두께 측정 롤러와 이격된 상태를 나타내고, (나)는 간격을 좁혀 원단의 표면에 접촉한 상태를 나타낸다.
광 센서에 의한 측정 오차를 발생시키는 다른 원인은 진동이다. 진동은 언와인더 롤러, 프레스 롤러, 리와인더 롤러 등에서 발생할 수 있다. 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에서는 언와인더, 압연부 등의 하부 지지대와 독닙된 지지대를 두께 측정부에 설치하여 다른 파트의 진동 전달을 방지한다. 또한 지지대에 방진 패드를 설치하여 두께 측정부에서 발생하는 진동을 흡수하는 구성을 가지고, 진동의 발생을 억제하도록 두께 측정부의 주변을 알루미늄 프레임으로 감싸 고정한다.
도 9는 본 발명의 코팅부 두께 측정장치의 진동방지부를 설명하기 위한 도면이다. 도 9를 참조하면, 두께 측정부를 구성하는 두께 측정 롤러(101), 광 센서(110), 닙 롤러(140) 등은 다른 파트와 구분된 독닙 지지대(153) 위에 설치된다. 독닙 지지대(153) 위에는 방진 패드(152)가 설치되어 있고, 주변에는 알루미늄 프레임(151)이 설치되어 있다.
도 10은 본 발명의 코팅부 두께 측정장치에서 타임 도메인(time domain)을 주파수 도메인(frequency domain, DFT)으로 변환하여 노이즈를 제거하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 10을 참조하면, 정밀한 두께 측정 데이터 값을 확보하기 위해 우선 시간에 따른 두께 측정 즉 타임 도메인(time domain) 값으로 데이터를 얻고, 이 데이터를 디스크리트 푸리에 트렌스폼(Discrete Fourier Transform, DFT)을 이용하여 주파수 도메인(frequency domain)으로 변환한다. 디스크리트 푸리에 트렌스폼에 관련된 수식은 아래와 같다. 타임 도메인에서 측정된 반복적 패턴의 노이즈는 주파수 도메인에서 유의적 피크로 관찰될 수 있다. 도 10의 주파수 도메인 그래프에서 가장 큰 피크 값을 가지는 것이 두께에 대한 파형으로서 두께 측정 롤러의 편심 함수가 되고, 그 옆의 작은 피크는 경우 두께를 측정하면서 발생할 수 있는 외부 요인 즉 진동 등의 함수가 된다. 그 이후 주파수 도메인(frequency domain) 데이터에서 노이즈를 제거한 후 다시 타임 도메인(time domain)으로 데이터를 변환하면 편심과 진동에 의한 노이즈가 제거된 두께 값을 얻을 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현예를 이용하여 설명한 것으로써, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 언와인더 20 : 압연부
21 : 상부 롤 22 : 하부 롤
100 : 두께 측정장치 101 : 두께 측정 롤러
102, 103 : 가이드 롤러 104 : 변위 센서
110 : 광 센서 111 : 광 조사부
112 : 광 수집부 111a : 제1광 조사부
111b : 제2광 조사부 111c : 제3광 조사부
111d : 제4광 조사부 112a : 제1광 수집부
112b : 제2광 수집부 112c : 제3광 수집부
112d : 제4광 수집부 121a : 제1회전각 위치
121b : 제2회전각 위치 121c : 제3회전각 위치
121d : 제4회전각 위치 123a : 제1회전각 인지부
123b : 제2회전각 인지부 123c : 제3회전각 인지부
123d : 제4회전각 인지부 124a : 제1회전각 센서
124b : 제2회전각 센서 124c : 제3회전각 센서
124d : 제4회전각 센서 130a : 제1냉각 롤러
130b : 제2냉각 롤러 130c : 제3냉각 롤러
140 : 닙 롤러 151 : 알루미늄 프레임
152 : 방진 패드 153 : 독닙 지지대
200 : 원단 201 : 코팅부
202 : 무지부

Claims (4)

  1. 이차전지용 활물질 압연장치의 후단에 설치되어 활물질의 코팅부의 두께를 측정하는 코팅부 두께 측정방법에 있어서,
    활물질이 코팅된 원단이 통과하는 두께 측정 롤러의 측면에 소정 간격으로 이격되어 설치된 복수개의 회전각 센서에 의해 회전각의 위치를 두께 측정 롤러의 단면 원주각을 균등하게 분할한 위치로서 결정하는 단계;
    상기 두께 측정 롤러의 길이방향으로 서로 다른 위치에 설치되는 복수개의 광 센서를 이용하여 상기 결정된 회전각 위치에서의 두께 측정 롤러 표면의 변위를 측정하는 단계;
    상기 두께 측정 롤러의 길이 방향으로 서로 다른 위치에서 설치되는 복수개의 광 센서를 이용하여 상기 두께 측정 롤러를 통과하는 원단의 활물질 코팅부의 변위를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 원단의 활물질 코팅부의 변위에서 상기 결정된 회전각 위치에서의 두께 측정 롤러 표면의 변위를 빼서 영점 보정하되,
    상기 복수개의 각 회전각 센서에 대응하는 위치에 회전각 인지부가 대응하여 설치되어 롤러의 회전 도중 각 회전각 인지부가 각각의 회전각 센서에 대응하는 위치에서 접촉 또는 비접촉식으로 반응하여 롤러의 회전각을 감지하며, 상기 회전각 센서가 회전각 인지부를 인식하면 그 시간에 변위 센서에서 측정된 변위 값을 매칭시키고, 그 변위 값에서 미리 결정된 편심 또는 진원도 정보로 변위 센서에서 측정된 변위에 대하여 영점 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅부 두께 측정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 두께 측정 롤러의 앞단에 냉각 롤러가 구비되어 상기 활물질이 코팅된 원단이 냉각된 상태로 두께 측정 롤러를 통과하는 것을 특징으로 하는 코팅부 두께 측정방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정된 원단의 활물질 코팅부의 변위에서 상기 결정된 회전각 위치에서의 두께 측정 롤러 표면의 변위를 빼서 영점 보정하는 단계는 타임 도메인을 주파수 도메인으로 변환하고, 상기 주파수 도메인에서 유의적 피크를 도출하는 과정과, 이후 주파수 도메인 데이터에서 노이즈를 제거한 다음 타임 도메인으로 데이터를 변환하는 과정으로 이루어지며,
    여기서 유의적 피크는 상기 주파수 도메인의 그래프에서 가장 큰 피크 값을 가지는 것이 두께에 대한 파형으로서 두께 측정 롤러의 편심 함수가 되고, 이외 피크들은 두께를 측정하면서 발생하는 진동 함수인 것을 특징으로 하는 코팅부 두께 측정방법.
  4. 삭제
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