KR102294189B1 - 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치 - Google Patents

원통형 배터리의 전극 용접 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원통형 배터리 전극 용접 검사장치에 관한 것으로, 물을 매질로 한 초음파 검사 방법을 적용하기 위해, 배터리 검사면 부분에만 물을 공급하는 물 순환장치가 구비된 초음파 센서 및 검사면을 고속으로 스캔하기 위한 이송기구와 배터리를 장착하는 장착 판 내부에 배터리에 잔류할 수 있는 수분을 완전히 제거하기 위한 공기 통로를 형성하고, 초음파 검사 후 용접 상태를 판정하는 알고리즘과 불량으로 판정된 배터리를 배출하는 장치를 구비한 원통형 배터리 전극 용접 검사장치를 제공한다.

Description

원통형 배터리의 전극 용접 검사장치{Inspection device to detect welding status of missing or folding tab of battery electrode}
본 발명은 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치에 관한 것으로, 특히 원통형 이차전지의 제조과정에서 배터리 캔의 내부 바닥 면과 음극 탭을 접합하는 배터리 양산라인의 전기 저항 용접 공정에서 용접 상태를 전수 검사하되, 초음파 검사시 검사 전후에 매질로 사용한 물이 배터리에 잔류하지 않도록 배터리 검사 부분에만 국부적으로 차폐시켜 물을 순환시키는 장치가 구비된 초음파 센서와 다수의 배터리가 장착된 장착 판에 수분을 제거하기 위한 공기 통로가 구비된 원통형 배터리의 전극 용접 검사 장치에 관한 것이다.
원통형 이차전지는 양극, 분리막, 음극 구조의 전극조립체가 조립되어 있는 구조에 따라 긴 시트형의 양극과 음극 및 그 사이에 개재된 분리막 단위로 권취한 젤리-롤 전극 조립체, 어떤 크기 단위로 절취한 양극과 음극 및 그 사이에 개재한 분리막을 순차적으로 적층시킨 적층형(스택형) 전극 조립체, 양극과 음극 및 이들 사이에 개재되는 분리막 상태로 적층한 바이셀 혹은 풀셀들을 권취한 구조의 스택/폴딩 전극 조립체 등이 있다.
이러한 원통형 리튬이온 배터리의 배터리 캔과 전극의 용접상태를 검사하는 것은 배터리의 품질면에서 매우 중요하다.
원통형 배터리의 구조는 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 배터리 캔(110) 내부에 음극 활물질, 분리막 및 양극 활물질로 형성된 전지시트를 두루마리 형태로 감은 젤리롤(101)을 삽입시키고, 각 활물질에 전극 탭을 연결한 뒤 배터리 캔(110)에 젤리롤 중심부의 공간에 전극봉(150)을 삽입시켜 전기저항 용접으로 배터리 캔(110)과 음극 전극 탭(120)을 연결한다.
전기저항 스폿용접 상태에 대한 검사방법으로 수침법(water-immersion method)에 의한 초음파 검사 방식이 오래전부터 적용되어 왔으나, 배터리의 전기저항 용접의 결과를 생산 라인에서 수침법을 적용하는 것은 제품 특성상 허용되지 않는다. 그러나 초음파의 전달 매질(커플런트)을 검사면에 접촉시키지 않는 공중 초음파 방식은 용접부위에 대한 투과법 혹은 반사법 모두 용접불량이 발생하는 정확한 위치에서의 검출 가능성과 요구되는 검출 해상도를 고려할 때 적용하기 어렵다.
배터리의 전기저항용접의 용접 품질 검사와 관련된 것으로, 용접 품질을 결정하는 세 가지 인자로 용접 전류, 용접시간, 용접 가압력으로 용접시간 동안 저항의 변화를 측정하여 용접의 품질을 판단하는 방법, 초음파 탐상 방법으로 용접너깃의 형상을 측정하는 방법 등은 오래전부터 알려진 용접품질을 검사하는 방법이다.
대한민국 등록특허 10-18773091호는 배터리의 연결부 및 체결부의 교류 내부저항을 각각 측정하여 간접적으로 용접상태를 검사하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 특허공개 10-2019-0114107호는 용접기에 사용하는 전류, 저항, 전력 및 가압력과 변위 측정 수단을 통하여 용접 상태를 검사하는 방법이 개시되어 있으며, 대한민국 등록특허 10-2072481호는 용접 배터리의 용접부에 압력게이지를 장착하여 압력의 차이를 비교함으로써 용접상태를 판정하는 방법이 개시되어 있으며, 대한민국 등록특허 10-1894961호와 공개특허 10-2019-0089369호는 용접된 원통형 배터리의 상부면을 촬영하여 영상으로 용접 상태를 확인하는 방법을 게시하고 있다.
그러나 이러한 배터리 상태 검사 방법은 모두 실제 용접상태가 아닌 간접적인 방법을 제안하고 있다.
여기서 초음파 탐상 방법은 용접된 부분을 물속에 담그는 수침법 혹은 물을 뿌려가면서 검사면과 초음파 센서 사이에 매질로 물을 존재시켜 초음파 검사를 수행한다. 초음파 검사에 의하면 용접 너깃형태를 매우 정확하게 검사할 수 있다. 그러나 배터리는 조립 중간 공정에서 물에 담가 초음파 검사를 실기할 수 없기 때문에, 물을 매질로한 초음파 검사 방법을 적용하기 어렵다.
대한민국 등록특허 10-18773091호 대한민국 공개특허 10-2019-0114107호 대한민국 등록특허 10-2072481호 대한민국 등록특허 10-1894961호 대한민국 공개특허 10-2019-0089369호
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 배터리 용접 상태 검사 방법 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 원통형 이차전지의 제조과정에서 배터리 캔의 내부 바닥 면과 음극 탭을 접합하는 배터리 양산라인의 전기 저항 용접 공정에서 용접 상태를 전수 검사하되, 초음파 검사시 검사 전후에 매질로 사용한 물이 배터리에 잔류하지 않도록 배터리 검사 부분에만 국부적으로 차폐시켜 물을 순환시키는 장치가 구비된 초음파 센서와 다수의 배터리가 장착된 장착 판에 수분을 제거하기 위한 공기 통로가 구비된 원통형 배터리의 전극 용접 검사 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 수침법과 유사하게 전달 매질로 물을 사용하되 검사대상인 원통형 전지 캔의 표면에 일시적으로 물을 도포하여 초음파 검사를 하고 동시에 물을 배출시켜 전지에 수분이 침투하거나 잔류하지 않는 라인 검사용 검사장치인 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수침법과 유사한 방법이되 배터리의 검사 면에만 일시적으로 수막을 형성시키고 즉시 수분을 회수시킬 뿐만 아니라, 초음파 검사를 위한 배터리 장착부에 공기를 이용하여 배터리 주변에 존재할 수 있는 수분을 제거함으로써 배터리 용접 검사 전후에 어떠한 수분도 잔류할 수 없도록 하는 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 생산라인에서 전수 검사를 하면서 용접 불량 배터리를 자동 배출하고 초음파 검사에 의해 획득한 불량 용접 패턴을 분석하여 용접공정에 피드백함으로써 용접 불량 감소에 즉각적인 조치를 할 수 있는 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "원통형 배터리의 전극 용접 검사장치"는,
검사 대상인 다수의 원통형 배터리를 안착하는 배터리 팔레트;
상기 배터리 팔레트에 안착된 원통형 배터리가 돌출되도록 삽입하는 검사용 장착판;
상기 검사용 장착판의 상부에서 상기 검사용 장착판을 압착하여 원통형 배터리를 검사 위치에 정렬하는 밀판;
상기 원통형 배터리가 정렬된 검사용 장착판의 상부에서 상기 원통형 배터리의 검사면에 초음파를 발신하고, 물을 매질로 상기 원통형 배터리의 검사면으로부터 반사되는 초음파를 수신하여 초음파 측정신호를 생성하는 배터리 전극용접 측정부;
상기 배터리 전극용접 측정부에서 측정된 초음파 측정신호를 영상화하여 배터리 전극 용접 영상으로 디스플레이기에 표출하며, 상기 전극 용접 영상에서 용접 너깃(nugget)의 크기를 환산하여 전극 용접 부분의 양불을 판별하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 배터리 팔레트는,
몸체; 및
상기 몸체에 일정 간격으로 형성되며, 상기 원통형 배터리를 수용하여 안착시키는 공간이 마련된 안착 홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 검사용 장착판은,
몸체;
상기 배터리 팔레트에 형성된 안착 홈과 대응하는 위치에 형성되어 원통형 배터리를 삽입하는 관통공;
상기 몸체에 일단이 고정되며, 원통형 배터리에 수분이 침투하는 것을 차단하면서 내부 공간을 통해 삽입되는 원통형 배터리를 고정하는 복수의 오링;
상기 복수의 오링 사이의 몸체에 형성되며, 공기를 흡입하는 공기 흡입구;
상기 공기 흡입구와 연장되게 형성되어 공기 통로를 형성하는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 밀판은,
사각 형상의 몸체;
상기 검사용 장착판에 형성된 관통공에 대응하는 위치에 형성되며, 원통형 배터리의 장착 위치를 검출하는 근접센서를 고정하는 센서 장착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 밀판은,
상기 검사용 장착판에 돌출된 원통형 배터리를 압착하여 상기 검사용 장착판의 상면과 상기 원통형 배터리의 검사면을 동일 평면상에 위치시키는 것을 특징으로 한다.
상기에서 배터리 전극용접 측정부는,
내부에 마련된 공간을 통해 물을 순환시키는 원형의 센서 하우징;
상기 센서 하우징의 하부 외면에 구비되고, 상기 센서 하우징에서 순환되는 물이 외부로 누수되는 것을 방지하는 누수 방지링;
물 순환펌프를 통해 공급되는 물을 상기 센서 하우징에 공급하는 공급관;
상기 센서 하우징에 공급되는 물을 외부로 배출시키는 배출관;
상기 원통형 배터리의 검사면에 초음파를 발신하고, 물을 매질로 상기 원통형 배터리로부터 반사되는 초음파를 수신하여 초음파 측정신호를 생성하는 초음파 센서; 및
상기 초음파 센서를 상기 센서 하우징에 고정하는 센서 고정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "원통형 배터리의 전극 용접 검사장치"는,
상기 배터리 팔레트와 상기 밀판을 이송시키는 이송수단;
상기 제어기의 제어에 따라 이송 동작이 이루어지며, 용접 불량으로 판정된 원통형 배터리의 방출 또는 양품으로 판정된 원통형 배터리를 방출시키는 솔레노이드 판;
상기 검사용 장착판의 하부에서 상기 솔레노이드 판에 의해 방출되는 용접 불량 원통형 배터리를 수거하는 용접불량 배터리 수거함; 및
상기 솔레노이드 판에 의해 방출되는 양품 판정된 원통형 배터리를 정렬시키면서 적재하는 배터리 적재대를 더 포함하고,
상기 제어기는 상기 이송수단의 이송 제어, 배터리 전극용접 측정부의 이송 제어, 상기 솔레노이드 판의 이송 제어, 상기 솔레노이드 판에 구비된 솔레노이드의 동작 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 제어기는,
전극이 용접된 부분인 용접 너깃의 크기를 환산하여 정상 용접, 미용접, 약용접 및 과용접을 판별하며, 초음파 영상을 기초로 전류, 전압, 용접 전극의 가압력 및 용접 전극봉 마모에 따른 불량 특성을 판별하여 용접 품질을 판별하며, 용접품질 향상을 위해 판별 결과를 관리 단말 또는 모니터링 시스템으로 피드백하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 원통형 배터리 용접공정 후에 용접 불량을 검사하기 위한 검사 공정을 시행함으로써 생산되는 전량의 배터리에 대해 정확한 전수 검수를 할 수 있게 하여 불량 배터리를 신속하게 선별할 수 있을 뿐만 아니라 초음파 영상을 통하여 불량유형을 파악하고 관련된 용접관련 인자에 대해 즉각적인 조치를 할 수 있도록 하여 용접공정에 반영함으로써 용접품질을 향상시키고 용접 불량률을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 원통형 이차전지의 단면도 및 부분 사시도,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에서 원통형 배터리의 전극용접 검사 공정도,
도 3은 본 발명에 적용된 배터리 장착판의 구조도,
도 4a 내지 도 4c는 밀판이 동작을 나타내는 개념도,
도 5는 본 발명에서 물 순환공급 장치가 구비된 배터리 전극용접 측정부의 구조도,
도 6은 용접 너깃 형태를 보여주는 초음파 영상의 예시도로서,
(a)는 용접 너깃의 형태를 나타내는 초음파 영상(C-scan),
(b)는 미 용접상태의 초음파 영상,
(c), (d)는 용접 상태를 판단할 수 있는 X-X’단면에서 초음파 신호 (A-scan),
도 7은 본 발명에서 원통형 배터리의 전극 용접 상태를 검사하는 과정을 보인 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치의 검사 공정도이고, 도 3은 본 발명에 적용된 배터리 장착판의 구조도이며, 도 4a 내지 도 4c는 밀판이 동작을 나타내는 개념도이고, 도 5는 본 발명에서 물 순환공급 장치가 구비된 배터리 전극용접 측정부의 구조도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치는, 검사 대상인 다수의 원통형 배터리(100)를 안착하는 배터리 팔레트(200)를 포함한다.
이러한 배터리 팔레트(200)는 임의 형상의 몸체(201) 및 상기 몸체(201)에 일정 간격으로 형성되며, 상기 원통형 배터리(100)를 수용하여 안착시키는 공간이 마련된 안착 홈(202)을 포함한다. 안착 홈(202)은 복수의 원통형 배터리(100)를 수용하기 위해 복수로 형성된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치는 상기 배터리 팔레트(200)에 안착된 원통형 배터리(100)가 돌출되도록 삽입하는 검사용 장착판(210)을 구비한다.
이러한 검사용 장착판(210)은 임의 형상의 몸체(340), 상기 배터리 팔레트(200)에 형성된 안착 홈(202)과 대응하는 위치에 형성되어 원통형 배터리(100)를 삽입하는 관통공(345), 상기 몸체(340)에 일단이 고정되며, 원통형 배터리(100)에 수분이 침투하는 것을 차단하면서 내부 공간을 통해 삽입되는 원통형 배터리를 고정하는 복수의 오링(o-ring)(330), 상기 복수의 오링(330) 사이의 몸체(340)에 형성되며 공기를 흡입하는 공기 흡입구(320), 상기 공기 흡입구(320)와 연장되게 형성되어 공기 통로를 형성하는 배출구(310)를 포함한다. 여기서 관통공(345)과 공기 흡입구(320) 및 배출구(310)도 일정 간격으로 복수로 형성된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치는 상기 검사용 장착판(210)의 상부에서 상기 검사용 장착판(210)을 압착하여 원통형 배터리(100)를 검사 위치에 정렬하는 밀판(350)을 포함한다.
이러한 밀판(350)은 사각 형상의 몸체(351), 상기 검사용 장착판(210)에 형성된 관통공(345)에 대응하는 위치에 형성되며, 원통형 배터리(100)의 장착 위치를 검출하는 근접센서(360)를 고정하는 센서 장착부(352)를 포함한다.
상기 밀판(350)은 상기 검사용 장착판(210)에 돌출된 원통형 배터리(100)를 압착하여 상기 검사용 장착판(210)의 상면과 상기 원통형 배터리(100)의 검사면을 동일 평면상에 위치시킨다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치는 상기 원통형 배터리(100)가 정렬된 검사용 장착판(210)의 상부에서 상기 원통형 배터리(100)의 검사면에 초음파를 발신하고, 물을 매질로 상기 원통형 배터리(100)의 검사면으로부터 반사되는 초음파를 수신하여 초음파 측정신호를 생성하여 출력하는 배터리 전극용접 측정부(700)를 포함한다.
이러한 배터리 전극용접 측정부(700)는 내부에 마련된 공간을 통해 물을 순환시키는 원형의 센서 하우징(720), 상기 센서 하우징(720)의 하부 외면에 구비되고, 상기 센서 하우징(720)에서 순환되는 물이 외부로 누수되는 것을 방지하는 누수 방지링(730), 물 순환펌프를 통해 공급되는 물을 상기 센서 하우징(720)에 공급하는 공급관(760), 상기 센서 하우징(720)에 공급되는 물을 외부로 배출시키는 배출관(770), 상기 원통형 배터리(100)의 검사면에 초음파를 발신하고, 물을 매질로 상기 원통형 배터리(100)의 검사면으로부터 반사되는 초음파를 수신하여 초음파 측정신호를 생성하는 초음파 센서(710), 상기 초음파 센서(710)를 상기 센서 하우징(720)에 고정하는 센서 고정부(740)를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치는 상기 배터리 전극용접 측정부(700)에서 측정된 초음파 측정신호를 영상화하여 배터리 전극 용접 영상으로 디스플레이기에 표출하며, 상기 전극 용접 영상에서 용접 너깃(nugget)의 크기를 환산하여 전극 용접 부분의 양불을 판별하는 제어기(1000)를 포함한다.
본 발명에서 제어기(1000)는 도시되지 않았으나, 상기 배터리 팔레트(200), 밀판(350) 및 배터리 전극용접 측정부(700)에 전기적으로 연결되어, 제어 신호를 인가하고, 측정 신호를 수신하는 역할을 한다.
상기 제어기(1000)는 상기 이송수단의 이송 제어, 배터리 전극용접 측정부(700)의 이송 제어, 상기 솔레노이드 판(800)의 이송 제어, 상기 솔레노이드 판(800)에 구비된 솔레노이드(810)의 동작 제어를 수행한다.
이러한 제어기(1000)는 마이컴, 마이크로프로세서, 중앙처리장치, 컨트롤러, 퍼스널컴퓨터(PC)와 같은 장치로 구현할 수 있으며, 전극이 용접된 부분인 용접 너깃(nugget)의 크기를 환산하여 정상 용접, 미용접, 약용접 및 과용접을 판별하며, 초음파 영상을 기초로 전류, 전압, 용접 전극의 가압력 및 용접 전극봉 마모에 따른 불량 특성을 판별하여 용접 품질을 판별하며, 용접품질 향상을 위해 판별 결과를 관리 단말 또는 모니터링 시스템으로 피드백한다.
또한, 본 발명에 따른 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치는, 상기 배터리 팔레트(200)와 상기 밀판(350)을 이송시키는 이송수단, 상기 제어기(1000)의 제어에 따라 이송 동작이 이루어지며, 용접 불량으로 판정된 원통형 배터리의 방출 또는 양품으로 판정된 원통형 배터리를 방출시키는 솔레노이드 판(800), 상기 검사용 장착판(210)의 하부에서 상기 솔레노이드 판(800)에 의해 방출되는 용접 불량 원통형 배터리를 수거하는 용접불량 배터리 수거함(900), 및 상기 솔레노이드 판(800)에 의해 방출되는 양품 판정된 원통형 배터리를 정렬시키면서 적재하는 배터리 적재대(910)를 더 포함할 수 있다.
이송수단은 구체적으로 설명하지 않았으나, 통상의 지그와 구동 수단(예를 들어, 모터) 등을 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치의 동작을 첨부한 도면 도 7을 기준으로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 배터리 캔과 음극 탭의 용접 공정을 완료한 후, 도 2a에 도시한 바와 같이, 음극 탭이 용접된 다수의 원통형 배터리(100)를 배터리 팔레트(200)에 삽입하는 투입공정[400]을 수행한다.
이어, 이송수단을 이용하여 배터리 팔레트(200)에 비치되어 있던 원통형 배터리(100)를 배터리 팔레트(200) 상부에 위치하는 배터리 검사용 장착판(210)으로 밀어올리는 이송공정[410]을 진행한다.
이송수단을 이용하여 배터리 팔레트(200)의 이송 후 검사용 장착판(210)에 원통형 배터리(100)를 삽입시키는 삽입공정[420]을 진행한다.
삽입공정에서는 검사용 장착판(210) 위로 원통형 배터리(100)가 충분히 돌출되도록 삽입한다.
여기서 검사용 장착판(210)은 도 3에 도시한 바와 같이, 초음파 검사의 매질로 사용되는 물이 완전히 조립되어 있지 않아 하부가 개방된 원통형 배터리(100)에 침투하지 않도록 원통형 배터리(100)마다 2개의 오링(330)을 장착하고 두 오링 사이에 공기 흡입구(320)와 배출구(310)에 연결된 공기통로를 형성시켜 배출구(310)를 통해 검사중 계속 공기를 빨아들임으로 원통형 배터리(100)에 수분이 잔류하지 않도록 한다. 검사용 장착판(210)에 삽입된 오링(330)은 상기 원통형 배터리(100)를 검사위치에 고정하는 역할도 한다. 검사용 장착판(210)은 투명 아크릴로 제작하여 원통형 배터리(100) 장착상태 및 오링(330) 상태를 확인할 수 있도록 한다.
원통형 배터리(100)를 검사용 장착판(210)에 삽입 후, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상부에 위치한 밀판(350)으로 검사용 장착판(210)을 압착하여 초음파 센서가 검사를 위해 스캔할 때 간섭이 없이 초음파 센서와 검사 표면이 일정한 간격을 유지하면서 배터리 검사면이 검사용 장착판(210)의 상면과 평탄한 면 즉, 동일 평면이 되도록 한다.
아울러 밀판(350)에는 원통형 배터리(100)가 정확한 높이에 장착되어 있는지 확인하기 위하여 각 원통형 배터리에 상응하는 위치에 근접센서(360)를 설치하고, 근접센서(360)의 검출 신호를 제어기(1000)에 전달한다. 제어기(1000)는 근접센서(360)에서 출력되는 검출 신호를 이용하여 어떤 원통형 배터리가 검사용 장착판(210)과 평탄하게 장착되어 있지 않을 경우 이송수단을 이용하여 하부에 위치한 배터리 팔레트(200)를 다시 한번 위로 밀어 원통형 배터리(100)가 정위치에 장착되도록 한다. 이 과정에서도 제어기(1000)는 해당 원통형 배터리 위치에서 근접센서(360)로부터 정위치에 있지 않다고 확인되면 작업자에게 장착 불량에 대해 경고를 하여 원인에 대한 조치를 하거나, 이후의 공정을 계속 진행하여 뒤에 설명될 검사 불량 배출공정[470]에서 배출시킨다. 이를 위해 제어기(1000)는 장착 불량을 경고해주기 위한 알람 발생기를 구비할 수 있다.
도 4는 검사용 장착판(210)과 근접센서(360)가 설치된 밀판(350)의 작동을 보여 주는 실시 예로서, 도 4(b)와 같이 장착면과 배터리 검사면이 동일한 면상에 있어야 하며, 도 4(c)와 같이 동일면상에 있지 않을 경우 상기 설명과 같이 조치한다.
이후, 원통형 배터리가 검사용 장착판(210)에 제대로 장착된 것을 확인한 후[440], 밀판(35)은 이송수단에 의해 원래 위치로 이동한다[450].
다음으로, 원통형 배터리가 검사용 장착판(210)에 장착되면 물순환 재킷에 속에 초음파 센서가 비치된 물순환 프로브인 배터리 전극용접 측정부(700)가 배터리 장착판(210) 위에서 x 방향 및 y 방향으로 스캔하면서 배터리 캔과 전극의 용접 상태를 검사하는 초음파 검사 공정[460]을 실시한다. 여기서 스캔을 위한 2축 제어 기구는 공학적 기초가 있는 통상의 기술자에게 용이하게 구현할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
초음파 검사공정[460]은 배터리 장착판(210)의 표면과 배터리 검사면이 동일 면상에 정렬시킨 상태에서, 초음파 매질인 물로 배터리 장착판(210)에 장착된 다수의 원통형 배터리(100)의 검사면에 대해 규정한 스캔 속도와 스캔 간격으로 x 방향 및 y 방향으로 용접 상태를 초음파로 검사한다. 초음파 센서는 송신부와 수신부가 일체로된 반사형(pitch-catch type) 센서를 적용한다.
물 순환공급 장치가 구비된 배터리 전극용접 측정부(700)의 구조는 도 5에 도시한 바와 같이, 순환되는 물(750)을 담고 있고 초음파 센서(710)를 고정하고 있는 센서 하우징(720), 센서 하우징(720)과 검사용 장착판(210) 위에서 스캔할 때 내부의 물(750)이 누출되지 않도록 유연한 재질로 제적된 누수 방지링(730), 외부의 물순환 펌프(도시 생략)로부터 펌핑된 물을 센서 하우징(720)에 공급하는 공급관(760), 배출관(77), 초음파 센서(710)와 센서 하우징(720) 사이에서 물의 누수를 방지하기 위한 센서 오링(740)으로 형성되어 있다.
초음파 센서(710)의 스캔에 의해 원통형 배터리(100)의 용접부 검사의 불량 여부의 판단 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
원통형 배터리 검사 영역의 한 단면을 용접면상에서 반사되는 초음파 신호를 검출하면, 초음파 신호의 A-스캔으로 도 6(c) 및 도 6(d)과 같은 신호가 얻어지고, 이것을 배터리 상부면의 스캔 영역에 대해 영상으로 나타내면 (C-스캔) 도 6(a) 및 도 6(b)과 같이 표현된다. 즉, 도 6(c) 및 도 6(d)의 신호는 각각 도 6(a) 및 6(b)에서 X-X’단면의 신호 예를 나타낸 것이다. 이러한 신호와 영상으로부터 제어기(1000)는 배터리 캔과 음극 탭의 용접상태를 검사할 수 있고, 프로그램에서 정상과 불량의 판단은 각 검사 단면에서 도 6(c) 및 도 6(d)의 신호로부터 전기 저항 용접부의 용접이 된 부분 즉, 용접 너깃(nugget)의 크기를 환산하여 실시한다.
용접 너깃의 크기에 따라 용접부의 품질을 판단하기 위한 용접부의 품질 기준은 내부 메모리에 미리 설정된 것으로 가정한다.
용접부의 품질은 크게 미용접, 약용접 및 과용접으로 구분하며, 위에서 예시한 도 6(b)는 미용접된 상태를 나타낸 것이다.
제어기(1000)는 초음파 검사에 의해 불량으로 용접 판정된 원통형 배터리에 대해 용접 너깃의 형태를 분석하여 용접품질과 관련된 전류, 전압, 용접 전극의 가압력 및 용접 전극봉 마모에 따른 불량 특성 등을 관리 단말 또는 모니터링 시스템으로 피드백하여, 용접공정을 수정하거나 보완하여 용접품질을 향상시키고 용접 불량을 감소시키도록 한다.
원통형 배터리 용접 부위의 초음파 검사가 종료되면, 배터리 전극용접 측정부(700)는 이송수단에 의해 원래의 위치로 후퇴하고(도면에는 도시하지 않음), 제어기(1000)는 이송수단을 이용하여 검사용 장착판(210)의 상부에 위치한 솔레노이드 판(800)을 하강시켜 배터리 장착판(210)의 상부에 위치시킨다([470] : 솔레노이드 판 하강 공정). 솔레노이드 판(800)에는 배터리 장착판(210)에 장착된 원통형 배터리(100)에 대응하는 위치에 배터리 장착 수량과 동일한 수량의 솔레노이드(810)가 배치된다. 초음파 검사 공정[460]에서 검사 프로그램에 의해 용접 불량으로 판정된 원통형 배터리의 위치와 대응하는 솔레노이드가 동작되어 해당 배터리는 배출되어 용접불량 배터리 수거함(900)에 모으게 된다([480], [490] : 용접 불량 배터리 배출 공정).
용접 불량 배터리 배출이 종료되면, 이송수단을 이용하여 양품 배터리 적재대(910)로 이동시키고, 솔레노이드 판(800)에 장착된 모든 솔레노이드를 작동시켜 배터리 적재대(910)로 양품 원통형 배터리를 방출시키고, 다음 공정이 진행되도록 한다. 검사 대상 원통형 배터리(100)의 방출이 완료되면, 솔레노이드 판(800)은 상승하여 배터리 장착판(210)과 분리되며, 다음 원통형 배터리를 검사할 수 있는 상태로 준비되며 상기 설명한 검사공정을 반복한다.
이와 같이 본 발명은 원통형 배터리 용접공정 후에 용접 불량을 검사하기 위한 검사 공정을 시행함으로써 생산되는 전량의 배터리에 대해 정확한 전수 검수를 하여 불량 배터리를 신속하게 선별할 수 있을 뿐만 아니라 초음파 영상을 통하여 불량유형을 파악하고 관련된 용접관련 인자에 대해 즉각적인 조치를 할 수 있도록 하여 용접공정에 반영함으로써 용접품질을 향상시키고 용접 불량률을 감소시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
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100: 원통형 배터리
200: 배터리 팔레트
210: 배터리 장착판
310: 공기 배출구
320: 공기 흡입구
330: 오링
350: 밀판
360: 근접 센서
700: 배터리 전극용접 측정부
710: 초음파 센서
720: 센서 하우징
730: 누수 방지링
740: 센서 오링
750: 물
760: 공급관
770: 배출관
800: 솔레노이드 판
810: 솔레노이드
910: 배터리 적재대

Claims (7)

  1. 검사 대상인 다수의 원통형 배터리를 안착하는 배터리 팔레트;
    상기 배터리 팔레트에 안착된 원통형 배터리가 돌출되도록 삽입하는 검사용 장착판;
    상기 검사용 장착판의 상부에서 상기 검사용 장착판을 압착하여 원통형 배터리를 검사 위치에 정렬하는 밀판;
    상기 원통형 배터리가 정렬된 검사용 장착판의 상부에서 상기 원통형 배터리의 검사면에 초음파를 발신하고, 물을 매질로 상기 원통형 배터리의 검사면으로부터 반사되는 초음파를 수신하여 초음파 측정신호를 생성하는 배터리 전극용접 측정부; 및
    상기 배터리 전극용접 측정부에서 측정된 초음파 측정신호를 영상화하여 배터리 전극 용접 영상으로 디스플레이기에 표출하며, 상기 전극 용접 영상에서 용접 너깃(nugget)의 크기를 환산하여 전극 용접 부분의 양불을 판별하는 제어기를 포함하고,
    상기 검사용 장착판은 몸체에 일단이 고정되며, 원통형 배터리에 수분이 침투하는 것을 차단하면서 내부 공간을 통해 삽입되는 원통형 배터리를 고정하는 복수의 오링; 상기 복수의 오링 사이의 몸체에 형성되며, 공기를 흡입하는 공기 흡입구; 및 상기 공기 흡입구와 연장되게 형성되어 공기 통로를 형성하는 배출구를 구비하고,
    상기 배터리 전극용접 측정부는 내부에 마련된 공간을 통해 물을 순환시키는 원형의 센서 하우징; 상기 센서 하우징의 하부 외면에 구비되고, 상기 센서 하우징에서 순환되는 물이 외부로 누수되는 것을 방지하는 누수 방지링; 물 순환펌프를 통해 공급되는 물을 상기 센서 하우징에 공급하는 공급관; 상기 센서 하우징에 공급되는 물을 외부로 배출시키는 배출관; 상기 원통형 배터리의 검사면에 초음파를 발신하고, 물을 매질로 상기 원통형 배터리로부터 반사되는 초음파를 수신하여 초음파 측정신호를 생성하는 초음파 센서; 및 상기 초음파 센서를 상기 센서 하우징에 고정하는 센서 고정부를 포함하며,
    상기 제어기는 용접품질 향상을 위해 판별 결과를 관리 단말 또는 모니터링 시스템으로 피드백하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 배터리 팔레트는,
    몸체; 및
    상기 몸체에 일정 간격으로 형성되며, 상기 원통형 배터리를 수용하여 안착시키는 공간이 마련된 안착 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치.
  3. 청구항 1에서, 상기 검사용 장착판은,
    몸체;
    상기 배터리 팔레트에 형성된 안착 홈과 대응하는 위치에 형성되어 원통형 배터리를 삽입하는 관통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치.
  4. 청구항 1에서, 상기 밀판은,
    사각 형상의 몸체;
    상기 검사용 장착판에 형성된 관통공에 대응하는 위치에 형성되며, 원통형 배터리의 장착 위치를 검출하는 근접센서를 고정하는 센서 장착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에서, 상기 배터리 팔레트와 상기 밀판을 이송시키는 이송수단;
    상기 제어기의 제어에 따라 이송 동작이 이루어지며, 용접 불량으로 판정된 원통형 배터리의 방출 또는 양품으로 판정된 원통형 배터리를 방출시키는 솔레노이드 판;
    상기 검사용 장착판의 하부에서 상기 솔레노이드 판에 의해 방출되는 용접 불량 원통형 배터리를 수거하는 용접불량 배터리 수거함; 및
    상기 솔레노이드 판에 의해 방출되는 양품 판정된 원통형 배터리를 정렬시키면서 적재하는 배터리 적재대를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 이송수단의 이송 제어, 배터리 전극용접 측정부의 이송 제어, 상기 솔레노이드 판의 이송 제어, 상기 솔레노이드 판에 구비된 솔레노이드의 동작 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치.
  7. 청구항 1에서, 상기 제어기는,
    전극이 용접된 부분인 용접 너깃의 크기를 환산하여 정상 용접, 미용접, 약용접 및 과용접을 판별하며, 초음파 영상을 기초로 전류, 전압, 용접 전극의 가압력 및 용접 전극봉 마모에 따른 불량 특성을 판별하여 용접 품질을 판별하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리의 전극 용접 검사장치.



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