KR102227538B1 - 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부에서 시인할 수 없는 용접부의 용접상태를 신속하고 정확하게 검사할 수 있는 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 피검사물의 검사면 중심을 지나는 선형의 제1주행경로를 따라 센서를 이동시키며 제1수신신호를 측정하는 제1측정단계; 피검사물의 검사면 중심을 지나며 상기 제1주행경로와 교차하는 선형의 제2주행경로를 따라 센서를 이동시키며 제2수신신호를 측정하는 제2측정단계; 상기 제1수신신호로부터 산출된 제1산출신호와 상기 제2수신신호로부터 산출된 제2산출신호를 바탕으로 용접부의 위치를 설정하는 위치 설정단계; 위치 설정된 상기 용접부를 지나는 선형의 제3주행경로를 따라 센서를 이동시키며 제3수신신호를 측정하는 제3측정단계; 및 상기 제3수신신호로부터 산출된 제3산출신호와 미리 설정된 기준 판단값을 비교하여, 상기 용접부의 용접상태를 판단하는 용접상태 판단단계;를 포함하는 특징을 개시한다.
Description
본 발명은 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법에 관한 것으로, 상세하게는 용접부의 용접 강도가 충분한지 여부를 검사하는 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법에 관한 것이다.
이차전지는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 분리막 구조로 이루어진 충방전이 가능한 전극조립체로서, 활성물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 배치하여 권취한 젤리롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극 사이에 분리막을 배치한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류될 수 있으며, 이 중 젤리롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. 특히, 고에너지 밀도를 갖는 젤리롤형 전극조립체는 원통형 금속 캔에 내장되어 원통형 이차전지를 구성할 수 있으며, 이러한 원통형 이차전지는 전기자동차와 같이 고용량의 이차전지의 적용이 필요한 분야에서 널리 사용되고 있다.
도 1은 피검사물로서, 원통형 이차전지를 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하면, 피검사물(10)로서 원통형 이차전지는 원통형의 금속 케이스(11)의 내부에 분리막을 사이에 두고 긴 시트형의 양극 활물질층을 포함하는 양극과 음극 활물질층을 포함하는 음극을 권취한 젤리롤형 전극조립체가 내부에 내장되고, 금속 케이스(11)의 상부에 캡(12)을 고정하여 제작하게 된다. 이때, 양극과 연결된 양극탭은 캡(12)에 배치되고, 음극과 연결된 음극탭은 금속 케이스(11)의 내부에 배치될 수 있다.
그리고, 원통형 이차전지는 구조 상 충방전 중 발생하는 가스에 의한 내부 압력이 제대로 방출되지 않기 때문에, 파열이나 폭발 등의 피해에 대비하여 캡(12)에 가스 배출 구조 및 보호 소자가 구비되는 것이 보편적이다. 이를 위해 캡(12)은 가스만을 선택적으로 통과시킬 수 있는 필터(14)와, 필터(14)에 결합되어 소정 압력 조건에서 가스를 배출할 수 있는 벤트(13)가 적층 조립되는 구조를 가진다.
이러한 원통형 이차전지의 캡(12)을 구성하는 벤트(13) 및 필터(14)는 경량의 알루미늄 소재로 제작되는 것이 보편적이어서, 열전도도가 크고 녹는점이 낮은 알루미늄 소재의 특성 상, 고 에너지 열원인 레이저 빔을 이용한 스폿 용접으로 접합하게 된다.
이렇게 스폿 용접을 통해 일체를 이루는 벤트(13) 및 필터(14)는 내부 접촉면에 형성된 용접부(w)를 외부에서 시인할 수 없기 때문에, 용접 공정이 완료된 이후에는 용접 강도가 충분한지 여부를 반드시 검사할 필요가 있다.
외부에서 시인할 수 없는 용접부(w)가 형성된 피검사물(벤트 및 필터)의 용접상태를 검사하기 위한 비파괴 검사방법으로는 대표적으로 엑스레이(X-ray) 또는 초음파를 이용한 방식이 있으나, 엑스레이 또는 초음파를 이용한 방식은 용접부(w)에 형성되는 크랙이나 기포 등의 결점은 확인이 가능하지만, 용접부(w)의 직경, 깊이, 두께 등 용접 강도와 직결되는 용접상태의 확인이 미흡하거나 불가하다는 문제가 있고, 특히 초음파를 이용한 방식은 피검사물과 초음파센서 사이에 인피던스 매칭을 위한 매질을 필요로 하는 등 실질적인 사용에 많은 한계가 있다.
따라서, 외부에서 시인할 수 없는 피검사물의 용접부가 정상적으로 용접되었는지 여부를 보다 신속하고 정확하게 확인 및 판별할 수 있는 새로운 방식의 검사방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 외부에서 시인할 수 없는 용접부의 용접상태를 신속하고 정확하게 검사할 수 있는 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법은, 일면에 용접부가 형성된 피검사물을 대상으로 상기 용접부가 정상적으로 용접되었는지 여부를 검사하는 방법으로서, 피검사물의 타면의 중심을 지나는 선형의 제1주행경로를 따라 센서를 이동시키며, 상기 센서로 수신되는 제1수신신호를 측정하는 제1측정단계; 피검사물의 타면의 중심을 지나며 상기 제1주행경로와 교차하는 선형의 제2주행경로를 따라 상기 센서를 이동시키며, 상기 센서로 수신되는 제2수신신호를 측정하는 제2측정단계; 상기 제1수신신호로부터 산출된 제1산출신호와, 상기 제2수신신호로부터 산출된 제2산출신호를 바탕으로, 상기 용접부의 위치를 설정하는 위치 설정단계; 위치 설정된 상기 용접부를 지나는 선형의 제3주행경로를 따라 센서를 이동시키며, 상기 센서로 수신되는 제3수신신호를 측정하는 제3측정단계; 및 상기 제3수신신호로부터 산출된 제3산출신호와, 미리 설정된 기준 판단값을 비교하여, 상기 용접부의 용접상태를 판단하는 용접상태 판단단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법에 있어서, 상기 센서는 와전류 센서일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법에 있어서, 상기 제1산출신호는 상기 센서로부터 송신되는 제1송신신호와 상기 제1수신신호의 위상차이며, 상기 제2산출신호는 상기 센서로부터 송신되는 제2송신신호와 상기 제2수신신호의 위상차일 수 있고, 이 경우 상기 위치 설정단계는, 상기 제1주행경로 상에서 상기 제1산출신호가 최저값 또는 최고값을 가지는 좌표와, 상기 제2주행경로 상에서 상기 제2산출신호가 최저값 또는 최고값을 가지는 좌표를 이용하여, 상기 용접부의 위치를 설정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법에 있어서, 상기 제3산출신호는 상기 센서로부터 송신되는 제3송신신호와 상기 제3수신신호의 위상차일 수 있고, 이 경우 상기 용접상태 판단단계는, 상기 제3주행경로 상에서 상기 제3산출신호의 최저값 또는 최고값과, 상기 기준 판단값을 비교하여 상기 용접부의 용접상태를 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법에 있어서, 상기 제3산출신호는 상기 센서로부터 송신되는 제3송신신호와 상기 제3수신신호의 위상차일 수 있고, 이 경우 상기 용접상태 판단단계는, 상기 제3주행경로 상의 상기 제3산출신호를 미분하여 미분신호를 생성하고, 상기 미분신호의 최대치 및 최저치의 차이값을 이용하여 상기 용접부의 용접상태를 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법에 있어서, 상기 제3측정단계에서, 상기 제3산출신호는 상기 센서로부터 송신되는 제3송신신호와 상기 제3수신신호의 위상차일 수 있고, 이 경우 상기 용접상태 판단단계는, 상기 제3주행경로 상의 상기 제3산출신호를 미분하여 미분신호를 생성하고, 상기 미분신호의 최대치 및 최저치의 차이값과 상기 미분신호의 적분값을 곱한 판단값을 이용하여 상기 용접부의 용접상태를 판단할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1주행경로를 따라 변화되는 제1산출신호로부터 제1주행경로 상의 좌표를 설정하고, 제1주행경로와 교차하는 제2주행경로를 따라 변화되는 제2산출신호로부터 제2주행경로 상의 좌표를 설정하여, 외부에서 시인할 수 없는 실제 용접부와 상응하는 용접부의 위치를 신속하고 정확하게 규정할 수 있고, 이렇게 규정된 용접부를 지나는 제3주행경로를 따라 변화되는 제3산출신호를 바탕으로 용접부의 용접상태를 검사함으로써, 외부에서 시인할 수 없는 용접부를 신속하고 정확하게 찾아 검사시간을 크게 단축할 수 있으며, 용접부에 대한 검사 정밀도를 크게 높일 수 있다.
도 1은 피검사물로서 원통형 이차전지를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용접부 비파괴 검사방법의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 제1측정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 제2측정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2의 위치 설정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 제3측정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 2의 용접상태 판단단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접상태 판단단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용접상태 판단단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용접부 비파괴 검사방법의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 제1측정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 제2측정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2의 위치 설정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 제3측정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 2의 용접상태 판단단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접상태 판단단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용접상태 판단단계를 설명하기 위한 도면이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용접부 비파괴 검사방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법은, 일면(벤트의 내측면)에 용접부가 형성된 피검사물(벤트)을 대상으로 용접부가 정상적으로 용접되었는지 여부를 검사하는 방법으로, 특히 외부에서 용접부를 시인할 수 없는 피검사물의 타면(벤트의 외측면)에서 용접부의 용접상태를 신속하고 정확하게 검사할 수 있는 방법을 제공한다.
이를 위한 본 실시예에 따른 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법은 제1측정단계(S110), 제2측정단계(S120), 위치 설정단계(S130), 제3측정단계(S140) 및 용접상태 판단단계(S150)를 포함할 수 있다.
도 3은 제1측정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 추가 참조하면, 제1측정단계(S110)는 피검사물(10)의 검사면(10a)을 향하여 제1송신신호를 송신하고, 송신되는 제1송신신호에 반응하여 피검사물(10)의 검사면(10a)으로부터 방출되는 제1수신신호를 측정하는 단계일 수 있다.
피검사물(10)의 검사면(10a)은 용접부(w)가 형성된 피검사물(10)의 일면과 반대되는 타면일 수 있고, 이러한 검사면(10a)에는 용접부(w)의 흔적이 전혀 없어 외부에서 용접부(w)를 전혀 인식할 수 없는 상태일 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 피검사물(10)의 검사면(10a)은 원통형 이차전지의 벤트(13)의 외측면일 수 있고, 이때 벤트(13)의 내측면은 필터(14)와 용접 결합되고, 외부로 노출되는 벤트(13)의 외측면에는 용접 흔적이 전혀 시인되지 못할 수 있다.
그리고, 기본적으로 검사장치의 센서(100)는 외부에서 추정할 수 있는 용접부위 즉, 검사면(10a)의 중심(c)을 기준으로 배치되는데, 이때 검사장치의 센서(100)가 실제 용접부(w)와 항상 일치된다는 보증이 없다. 왜냐하면, 용접장치의 기계적 오차, 용접 레이저 빔의 밀도 및 인가시간, 용접부재의 조립오차 등의 이유로 실제 용접부(w)는 검사면(10a)의 중심(c)에서 어긋난 임의의 위치에 형성될 수 있기 때문이다.
이처럼 외부에서 시인할 수 없는 용접부(w)의 위치를 규정하기 위하여, 우선 제1측정단계(S110)에서는 피검사물(10)의 검사면(10a)의 중심(c)을 지나는 선형의 제1주행경로(DL1)를 따라 센서(100)를 이동시키면서, 검사면(10a)을 향해 제1송신신호를 연속적으로 송신할 수 있고, 제1수신신호를 연속적으로 수신할 수 있다. 이때, 제1송신신호 및 제1수신신호는 각각 사인파형의 전류신호일 수 있다.
검사면(10a)이 원형일 경우, 제1주행경로(DL1)는 검사면(10a)의 중심(c)을 지나는 지름과 일치될 수 있고, 제1주행경로(DL1)는 검사면(10a)의 지름보다 짧은 길이를 가질 수도 있다.
이러한 제1주행경로(DL1)의 길이는 피검사물(10)의 종류 및 용접부(w)의 크기(너비)에 따라 적절히 선택될 수 있고, 혹은 검사면(10a)의 중심(c)에서 용접부(w)가 어긋날 수 있는 한계 오차범위를 고려하여 적절하게 설정될 수 있다. 도 1에서와 같이, 원통형 이차전지의 벤트(13) 및 필터(14)를 용접할 경우, 제1주행경로(DL1)는 검사면(10a)의 중심(c)을 기준으로 단부까지의 거리가 2 내지 5mm일 수 있다.
그리고, 제1측정단계(S110)에서는 센서(100)로부터 검사면(10a)을 향해 송신되는 제1송신신호와, 검사면(10a)으로부터 방출되는 제1수신신호를 바탕으로, 제1산출신호를 생성할 수 있다. 여기서, 제1산출신호는 제1송신신호 및 제1수신신호의 위상차일 수 있다. 제1송신신호 및 제1수신신호의 위상차인 제1산출신호는 공지된 다양한 종류의 위상차 검출 알고리즘을 이용하여 산출될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 센서(100)는 와전류 센서가 사용될 수 있다. 와전류 센서는 코일에 가해진 교류 전류가 1차 전자기장을 발생시키면, 생성된 교류 전자기장이 피검사물에 와전류를 유도하고, 유도된 와전류는 코일과 반대방향으로 2차 전자기장을 발생시킨다. 여기서, 피검사물에 존재하는 용접부가 근접하게 되면 2차 전자기장이 변화하게 되는데, 이러한 2차 전자기장의 변화가 1차 전자기장을 변화시켜 코일의 임피던스를 변화시킨다. 그리고, 코일의 임피던스의 변화는 회로의 전류 및 전압의 위상 변화를 발생시킨다.
피검사물(10)에 유도되는 와전류의 크기 및 분포는 피검사물(10)의 형상, 재질, 전도율, 투자율, 및 와전류 센서의 주파수에 따라 변화될 수 있다.
도 4는 도 2의 제2측정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 추가 참조하면, 제2측정단계(S120)는 피검사물(10)의 검사면(10a)을 향하여 제2송신신호를 송신하고, 송신되는 제2송신신호에 반응하여 피검사물(10)의 검사면(10a)으로부터 방출되는 제2수신신호를 측정하는 단계이다.
제2측정단계(S120)는 전술한 제1측정단계(S110)와 동일한 과정을 거칠 수 있다.
다만, 제2측정단계(S120)에서는 피검사물(10)의 검사면(10a)의 중심(c)을 지나되, 제1주행경로(DL1)과 수직하게 교차하는 선형의 제2주행경로(DL2)를 따라 센서(100)를 이동시키면서, 검사면(10a)을 향해 제2송신신호를 연속적으로 송신할 수 있고, 제2수신신호를 연속적으로 수신할 수 있다. 이때, 제2송신신호 및 제2수신신호는 각각 사인파형의 전류신호일 수 있다.
그리고, 제2측정단계(S120)에서는 센서(100)로부터 검사면(10a)을 향해 송신되는 제2송신신호와, 검사면(10a)으로부터 방출되는 제2수신신호를 바탕으로, 제2산출신호를 생성할 수 있다. 여기서, 제2산출신호는 제2송신신호 및 제2수신신호의 위상차일 수 있다. 제2송신신호 및 제2수신신호의 위상차인 제2산출신호는 공지된 다양한 종류의 위상차 검출 알고리즘을 이용하여 산출될 수 있다.
이상에서와 같이, 제1측정단계(S110) 및 제2측정단계(S120)를 거친 다음에는 제1측정단계(S110) 및 제2측정단계(S120)를 통해 획득된 제1산출신호 및 제2산출신호를 바탕으로, 용접부(w)의 실제 위치와 상응하는 위치를 설정할 수 있다.
도 5는 위치 설정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 추가 참조하면, 위치 설정단계(S130)는 제1송신신호 및 제1수신신호로부터 산출된 제1산출신호와, 제2송신신호 및 제2수신신호로부터 산출된 제2산출신호를 바탕으로, 용접부(w)의 실제 위치와 상응하는 용접부(w)의 위치를 설정하는 단계일 수 있다.
용접부(w)의 위치는 검사면(10a)을 평면으로 하는 평면 좌표값으로 나타낼 수 있다. 즉, 제1주행경로(DL1) 상의 좌표(Px)(예컨대, X축 좌표)와, 제2주행경로(DL2) 상의 좌표(Py)(예컨대, Y축 좌표)를 통해, 용접부(w)의 위치를 검사면(10a) 상에서 평면 좌표(Px,Py)로 나타낼 수 있다.
도 5 (a)를 참조하면, 제1주행경로(DL1) 상의 좌표(Px)는 제1주행경로(DL1) 상에서 제1산출신호가 최저값 또는 최고값인 지점에 해당될 수 있다. 즉, 제1주행경로(DL1) 상의 좌표(Px)는 제1주행경로(DL1) 상에서 제1송신신호 및 제1수신신호의 위상차가 최저값 또는 최고값인 위치일 수 있다. 이때, 제1주행경로(DL1) 상의 좌표(Px)는 제1주행경로(DL1) 상에서 용접부(w)와 가장 인접한 지점에 해당될 수 있으며, 검사면(10a)의 평면 상에서 X축 좌표값에 해당될 수 있다.
보충 설명하면, 제1주행경로(DL1) 상에서 센서(100)를 일측 단부(P1)에서 검사면(10a)의 중심(c)을 지나 타측 단부(P2) 방향으로 이동시키며, 제1송신신호를 송신하는 동시에 제1수신신호를 수신한다. 이동 중인 센서(100)가 용접부(w)와 가장 인접한 지점을 통과할 때, 제1산출신호(위상차)는 급속히 낮아져 최저값을 가질 수 있다.
도시된 바로는, 용접부(w)를 지나면서 제1산출신호(위상차)가 최저값을 가지는 것으로 설명하였지만, 와전류 센서를 통한 제1송신신호 및 제1수신신호의 위상차는 용접부(w)를 포함한 피검사물(10)의 형상, 재질, 전도율, 투자율 등의 다양한 인자에 따라 변화될 수 있으며, 이러한 다양한 인자가 변화됨에 따라 용접부(w)의 중심에서 제1산출신호(위상차)는 최고값을 가질 수도 있다.
한편, 제1주행경로(DL1) 상의 제1산출신호는 전도율(Conductivity: σ)에 의해 결정될 수 있다. 전도율(σ)은 물질의 고유전기저항의 역수로서 물질 내에서 전류가 잘 흐르는 정도를 나타낸다. 일반적으로 전도율은 금속 등에서는 크고 절연체에서는 작은 값을 가진다.
도 1에서와 같이, 원통형 이차전지의 벤트(13) 및 필터(14)는 대체적으로 알루미늄(Al) 재질로 제작되므로, 용접부가 없는 상태에서 벤트(13) 및 필터(14)는 전도율이 상대적으로 큰 반면에, 벤트(13) 및 필터(14)에 형성된 용접부(w)는 용접 에너지에 의한 물성 변화 및 합금 재질의 용융체 영향으로 전도율이 상대적으로 작다.
그리고, 제1산출신호인 위상차는 전도율에 비례하는 것으로 알려져 있다. 즉, 전도율이 상대적으로 작은 매질의 경우 제1송신신호와 제1수신신호의 위상차가 상대적으로 작고, 전도율이 상대적으로 큰 매질의 경우 제1송신신호와 제1수신신호의 위상차가 상대적으로 큰 것으로 알려져 있다.
따라서, 용접부(w)와 가장 인접한 제1주행경로(DL1) 상의 좌표(Px)에서는 용접부(w)의 영향을 가장 많이 받아 제1산출신호가 가장 낮은 값을 갖게 된다.
도 5 (b)를 참조하면, 제2주행경로(DL2) 상의 좌표(Py) 역시 제2주행경로(DL2) 상에서 제2산출신호가 최저값 또는 최고값인 지점에 해당될 수 있다. 즉, 제2주행경로(DL2) 상의 좌표(Py)는 제2주행경로(DL2) 상에서 제2송신신호 및 제2수신신호의 위상차가 최저값 또는 최고값인 위치일 수 있다. 이때, 제2주행경로(DL2) 상의 좌표(Py)는 제2주행경로(DL2) 상에서 용접부(w)와 가장 인접한 지점에 해당될 수 있으며, 검사면(10a)의 평면 상에서 Y축 좌표값에 해당될 수 있다.
즉, 제2주행경로(DL2) 상에서 센서(100)를 일측 단부(P1)에서 검사면(10a)의 중심(c)을 지나 타측 단부(P2) 방향으로 이동시키며, 제2송신신호를 송신하는 동시에 제2수신신호를 수신한다. 이동 중인 센서(100)가 용접부(w)와 가장 인접한 지점을 통과할 때, 제2산출신호(위상차)는 급속히 낮아져 최저값을 가질 수 있다.
도 5 (c)를 참조하면, 상기에서와 같이 제1주행경로(DL1) 상의 제1산출신호와, 제2주행경로(DL2) 상의 제2산출신호를 바탕으로, 검사면(10a)의 평면 상에서 용접부(w)의 평면 좌표값(Px,Py)을 설정할 수 있으며, 이렇게 설정된 용접부(w)의 평면 좌표값(Px,Py)는 용접부(w)의 실제 위치와 일치될 수 있다.
도 6은 도 2의 제3측정단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 추가 참조하면, 제3측정단계(S140)는 피검사물(10)의 검사면(10a)을 향하여 제3송신신호를 송신하고, 송신되는 제3송신신호에 반응하여 피검사물(10)로부터 방출되는 제3수신신호를 측정하는 단계일 수 있다.
즉, 위치 설정된 용접부(w)를 지나는 선형의 제3주행경로(DL3)를 따라 센서(100)를 이동시키면서, 검사면(10a)을 향해 제3송신신호를 연속적으로 송신할 수 있고, 제3수신신호를 연속적으로 수신할 수 있다. 이때, 제3송신신호 및 제3수신신호는 각각 사인파형의 전류신호일 수 있다.
제3주행경로(DL3)는 용접부(w)의 용접상태를 검사하기 위한 센서(100)의 주행경로로서, 용접부(w)를 지나는 임의의 직선일 수 있으며, 용접부(w)의 크기(너비)보다 큰 길이를 가지는 직선일 수 있다.
제3주행경로(DL3)의 길이는 피검사물(10)의 종류 및 용접부(w)의 크기에 따라 최소한의 주행 길이가 설정될 수 있다. 이에 따라, 센서(100)의 이동이 최소화되어 검사시간이 단축될 수 있다.
그리고, 제3측정단계(S140)에서는 센서(100)로부터 검사면(10a)을 향해 송신되는 제3송신신호와, 검사면(10a)으로부터 방출되는 제3수신신호를 바탕으로, 제3산출신호를 생성할 수 있다. 여기서, 제3산출신호는 제3송신신호 및 제3수신신호의 위상차일 수 있다.
구체적으로, 센서(100)를 제3주행경로(DL3) 상의 제1지점(P1)에서 용접부(w)를 지나 제2지점(P2)으로 이동시키며, 제3송신신호를 송신하는 동시에 제3수신신호를 수신한다. 이동 중 센서(100)가 용접부(w)를 지날 때 제3산출신호(위상차)는 급속히 낮아져 최저값을 가질 수 있다.
여기서, 용접부(w)를 지날 때 제3산출신호(위상차)가 최저값을 가지는 것으로 설명하였지만, 와전류 센서를 통한 제3송신신호 및 제3수신신호의 위상차는 용접부(w)를 포함한 피검사물(10)의 형상, 재질, 전도율, 투자율 등의 다양한 인자에 따라 변화될 수 있으며, 이러한 다양한 인자가 변화됨에 따라 용접부(w)를 지날 때 제3산출신호(위상차)는 최고값을 가질 수도 있다.
한편, 제3주행경로(DL3) 상의 제3산출신호 역시 전도율에 의해 결정될 수 있는데, 제3주행경로(DL3) 상의 전도율은 용접부가 없는 제3주행경로(DL3)에서는 거의 동일한 크기의 값을 유지하다가 용접부(w) 영역에서 급격히 작아지고, 특히, 용접부(w)의 중심에서 가장 작은 값을 가질 수 있다.
도 7은 용접상태 판단단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 추가 참조하면, 용접상태 판단단계(S150)는 제3송신신호 및 제3수신신호로부터 산출된 제3산출신호와, 미리 설정된 기준 판단값(SJ)을 비교하여, 제3주행경로(DL3) 상에 배치된 용접부(w)의 용접상태를 판단하는 단계일 수 있다.
이때, 제3송신신호 및 제3수신신호로부터 산출된 제3산출신호의 최저값 또는 최고값과, 미리 설정된 기준 판단값(SJ)을 비교하여, 제3주행경로(DL3) 상에 배치된 용접부(w)의 용접상태를 판단할 수 있으며, 기준 판단값(SJ)은 제3산출신호의 최저값 또는 최고값이 유지되는 미리 설정된 허용 오차범위를 가질 수 있다.
따라서, 제3산출신호의 최저값 또는 최고값이 기준 판단값(SJ)의 허용 오차범위 내에 유지되는 경우에만 해당 용접부(w)가 정상 용접상태인 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 기준 판단값(SJ)의 허용 오차범위는 피검사물(10)의 종류 및 용접부(w)의 크기 등에 따라 적절히 조절되어 설정될 수 있다.
도 7 (a)는 무용접상태 즉, 용접이 수행되지 않은 피검사물(10)에 대해 제3산출신호와 기준 판단값(SJ)를 비교한 것으로, 기준 판단값(SJ)과 불일치되는 제3산출신호(위상차)는 용접부가 없는 제3주행경로 상에서 큰 변화 없이 유지되는 것을 확인할 수 있다.
도 7 (b)는 제3주행경로 상의 용접부(w) 영역에서 제3산출신호(위상차)가 급격히 떨어지지만, 제3산출신호(위상차)의 최저값이 기준 판단값(SJ)보다 높은 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있으며, 이 경우 약(弱) 용접상태로 판단될 수 있다. 이처럼 약 용접상태에서는 용접 강도가 떨어질 수 있고, 도 1에 나타낸 피검사물(10)의 경우 용접 강도가 떨어지면 벤트(13) 및 필터(14)가 쉽게 분리될 수 있다.
도 7 (c)는 제3주행경로 상의 용접부(w) 영역에서 제3산출신호(위상차)가 급격히 떨어지고, 제3산출신호(위상차)의 최저값이 기준 판단값(SJ) 내에 유지되는 것을 확인할 수 있으며, 이 경우 용접부(w)는 적정의 용접 강도를 가지는 정상 용접상태로 판단될 수 있다.
도 7 (d)는 제3주행경로 상의 용접부(w) 영역에서 제3산출신호(위상차)가 급격히 떨어지지만, 제3산출신호(위상차)의 최저값이 기준 판단값(SJ)보다 낮은 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있으며, 이 경우 과(過) 용접상태로 판단될 수 있다. 이처럼 과 용접상태에서는 불필요하게 피검사물(10)이 과열되거나, 용접부(w) 내부에 기공이나 균열이 발생되거나, 스패터(Spatter)가 발생될 수 있다.
따라서, 도 7 (c)에서와 같이, 제3주행경로 상의 제3산출신호의 최저값이 기준 판단값(SJ)의 허용 오차범위 내에 유지되는 경우에만 용접부(w)가 정상 용접상태인 것으로 판단할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예와 달리, 만약 용접부(w)가 존재할 것으로 추정되는 검사면(10a)의 중심(c)을 지나는 선형의 주행경로를 따라 센싱하게 되면, 실제 용접부(w)가 검사면(10a)의 중심(c)에 정확히 배치되지 않고 벗어난 상태를 유지할 경우, 비록 정상상태로 용접이 이루어졌다 하더라도 센서(100)로부터 수신되는 산출신호의 정확도가 떨어지게 되고, 이에 따라, 용접부(w)의 용접상태를 정확하게 검사할 수 없게 된다. 그리고, 정확한 검사를 위해서는 센서(100)의 주행경로를 여러 위치로 바꾸어가며 재검사를 반복해야 하는 등 많은 시간이 소요될 수 있다.
하지만, 본 실시예에 따른 비파괴 검사방법은, 제1주행경로(DL1)를 따라 변화되는 제1산출신호와, 제2주행경로(DL2)를 따라 변화되는 제2산출신호를 바탕으로, 실제 용접부(w)에 상응하는 용접부(w)의 평면 좌표값(Px,Py)을 설정하고, 이후 위치 설정된 용접부(w)를 지나는 제3주행경로(DL3)를 따라 변화되는 제3산출신호로부터 용접부(w)의 용접상태를 검사함으로써, 외부에서 시인할 수 없는 용접부(w)를 신속하고 정확하게 찾아 검사시간을 크게 단축할 수 있으며, 용접부에 대한 검사 정밀도를 크게 높일 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접상태 판단단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접상태 판단단계(S250)는 제3송신신호 및 제3수신신호로부터 산출된 제3산출신호를 미분하여 미분신호를 생성하고, 미분신호의 최대치 및 최저치의 차이값(H)과 미리 설정된 기준 판단값을 비교하여, 제3주행경로(DL3) 상에 배치된 용접부(w)의 용접상태를 판단할 수 있다. 여기서, 기준 판단값은 미리 설정된 최소값 및 최고값을 가질 수 있다.
즉, 미분신호의 최대치 및 최저치의 차이값(H)이, 기준 판단값의 최소값보다는 크고 최고값보다는 작은 구간 내에 존재할 경우에만 해당 용접부(w)가 정상 용접상태인 것으로 판단할 수 있다.
제3송신신호 및 제3수신신호의 위상차로 표시되는 제3산출신호와 달리, 제3산출신호로부터 생성된 미분신호의 최대치 및 최저치의 차이값(H)는, 용접부(w)의 용접상태에 대한 수치화와 신호의 증폭 효과를 가질 수 있기 때문에, 기준 판단값과의 수치 비교가 가능하고, 보다 세밀하고 정확한 용접상태 검사가 가능할 수 있으며, 이로써, 검사 신뢰성을 높일 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용접상태 판단단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접상태 판단단계(S350)는 제3송신신호 및 제3수신신호로부터 산출된 제3산출신호를 미분하여 미분신호를 생성하고, 미분신호의 최대치 및 최저치의 차이값(H)과 미분신호의 적분값을 곱한 판단값과, 미리 설정된 기준 판단값을 비교하여, 제3주행경로(DL3) 상에 배치된 용접부(w)의 용접상태를 판단할 수 있다. 여기서, 기준 판단값은 미리 설정된 최소값 및 최고값을 가질 수 있다.
즉, 미분신호의 최대치 및 최저치의 차이값(H)과 미분신호의 적분값을 곱한 판단값이, 기준 판단값의 최소값보다는 크고 최고값보다는 작은 구간 내에 존재할 경우에만 해당 용접부(w)가 정상 용접상태인 것으로 판단할 수 있다.
미분신호의 최대치 및 최저치의 차이값(H)과 미분신호의 적분값을 곱한 판단값은, 용접부(w)의 용접상태에 대한 보다 세밀한 수치화와 보다 큰 신호 증폭 효과를 가질 수 있기 때문에, 기준 판단값과의 수치 비교를 통해 더욱 더 세밀하고 정확한 용접상태 검사가 가능할 수 있으며, 이로써, 검사 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
10: 피검사물
100: 센서
DL1: 제1주행경로
DL2: 제2주행경로
DL3: 제3주행경로
100: 센서
DL1: 제1주행경로
DL2: 제2주행경로
DL3: 제3주행경로
Claims (6)
- 일면에 용접부가 형성된 피검사물을 대상으로 상기 용접부가 정상적으로 용접되었는지 여부를 검사하는 방법으로서,
피검사물의 타면의 중심을 지나는 선형의 제1주행경로를 따라 센서를 이동시키며, 상기 센서로 수신되는 제1수신신호를 측정하는 제1측정단계;
피검사물의 타면의 중심을 지나며 상기 제1주행경로와 교차하는 선형의 제2주행경로를 따라 상기 센서를 이동시키며, 상기 센서로 수신되는 제2수신신호를 측정하는 제2측정단계;
상기 제1수신신호로부터 산출된 제1산출신호와, 상기 제2수신신호로부터 산출된 제2산출신호를 바탕으로, 상기 용접부의 위치를 설정하는 위치 설정단계;
위치 설정된 상기 용접부를 지나는 선형의 제3주행경로를 따라 센서를 이동시키며, 상기 센서로 수신되는 제3수신신호를 측정하는 제3측정단계; 및
상기 제3수신신호로부터 산출된 제3산출신호와, 미리 설정된 기준 판단값을 비교하여, 상기 용접부의 용접상태를 판단하는 용접상태 판단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법. - 제1항에 있어서,
상기 센서는 와전류 센서인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1산출신호는 상기 센서로부터 송신되는 제1송신신호와 상기 제1수신신호의 위상차이며,
상기 제2산출신호는 상기 센서로부터 송신되는 제2송신신호와 상기 제2수신신호의 위상차이고,
상기 위치 설정단계는, 상기 제1주행경로 상에서 상기 제1산출신호가 최저값 또는 최고값을 가지는 좌표와, 상기 제2주행경로 상에서 상기 제2산출신호가 최저값 또는 최고값을 가지는 좌표를 이용하여, 상기 용접부의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법. - 제2항에 있어서,
상기 제3산출신호는 상기 센서로부터 송신되는 제3송신신호와 상기 제3수신신호의 위상차이며,
상기 용접상태 판단단계는, 상기 제3주행경로 상에서 상기 제3산출신호의 최저값 또는 최고값과, 상기 기준 판단값을 비교하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법. - 제2항에 있어서,
상기 제3산출신호는 상기 센서로부터 송신되는 제3송신신호와 상기 제3수신신호의 위상차이며,
상기 용접상태 판단단계는, 상기 제3주행경로 상의 상기 제3산출신호를 미분하여 미분신호를 생성하고, 상기 미분신호의 최대치 및 최저치의 차이값을 이용하여 상기 용접부의 용접상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법. - 제2항에 있어서,
상기 제3측정단계에서, 상기 제3산출신호는 상기 센서로부터 송신되는 제3송신신호와 상기 제3수신신호의 위상차이며,
상기 용접상태 판단단계는, 상기 제3주행경로 상의 상기 제3산출신호를 미분하여 미분신호를 생성하고, 상기 미분신호의 최대치 및 최저치의 차이값과 상기 미분신호의 적분값을 곱한 판단값을 이용하여 상기 용접부의 용접상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 용접부 비파괴 검사방법.
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