KR102303643B1 - 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

파우치형 리튬이온 배터리에서 전해액의 누출 방지와 절연을 위해 리드 탭에 부착한 리드 필름과 리드 탭 경계 사이의 틈새 유무를 광간섭단층법(OCT, Optical Coherence Tomography)을 이용하여 간단하면서도 정확하게 전수검사할 수 있도록 한 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치 및 방법에 관한 것으로서, 리드 탭에 리드 필름이 부착된 검사 대상을 이송장치를 통해 이송시키고, 이송되는 검사 대상을 파지하여 검사 위치로 로딩시키며, 검사 대상의 리드 탭과 리드 필름의 경계면 상에 OCT 초점이 형성되도록 상기 검사 대상을 정렬시키고, 검사 위치의 상부에서 리드 탭과 리드 필름의 경계면을 OCT 스캐너로 스캔하여 리드 탭과 리드 필름의 틈새 검사 영상을 획득하며, 획득한 틈새 검사 영상을 분석하여 리드 필름의 융착 품질을 판정한다.

Description

배터리의 리드 필름 틈새 검사장치 및 방법{Inspection device and method for detecting air void at the lead film of battery}
본 발명은 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 파우치형 리튬이온 배터리에서 전해액의 누출 방지와 절연을 위해 리드 탭에 부착한 리드 필름과 리드 탭 경계 사이의 틈새 유무를 광간섭단층법(OCT, Optical Coherence Tomography)을 이용하여 간단하면서도 정확하게 전수검사할 수 있도록 한 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 충전할 수 없는 1차 전지와는 달리 충전 및 방전할 수 있는 2차 전지는 디지털카메라, 스마트폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등 첨단 분야의 적용으로 활발한 연구가 진행중이다.
이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다. 이 중 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.2V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차 등에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 사용이 증가하는 추세이다.
여기서 리튬 이차 전지는 리튬이온 전지, 리튬이온 배터리, 리튬 고분자 전지, 리튬폴리머 전지 등의 리튬 계열 이차 전지를 의미하며, 본 발명에서는 리튬이온 배터리를 실시 예로 설명한다.
리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능 한데, 대표적인 형상으로는 리튬이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.
파우치형 리튬 이차전지는 외부로 돌출된 리드(Lead)가 부착된 전지판이 전해액이 충진된 알루미늄 파우치 속에 밀봉되는 구조를 갖는다. 통상적으로 리드는 전기 양도체인 알루미늄가 니켈 도금한 구리 등의 금속판으로 제작되고, 알루미늄 파우치는 알루미늄박 양면에 합성수지계통의 필름으로 구성된 복합필름인데, 금속판과 합성수지재료 사이에 접합이 용이하지 않아 알루미늄 파우치에서 리드가 위치한 부위에서 전해액이 누설될 염려가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 리드에 금속재료와 합성수지재료에 모두 잘 부착되는 성질을 가진 리드 필름(Lead Film)을 먼저 융착한 후, 리드 필름이 부착된 리드 탭을 알루미늄 파우치의 입구에 두고 입구를 열등으로 융착하는 방법으로 전지를 제조한다.
즉, 리드 필름은 알루미늄 파우치로 배터리 셀을 패키징할 때 전극 리드의 두께로 인한 급격한 단차의 발생으로 전해액의 누출을 방지하기 위해 파우치 패키징 공정 전에 배터리 리드 탭에 리드 필름을 부착시켜 알루미늄 파우치로 압착하게 된다. 이때 리드 필름이 완전히 리드 탭에 압착되지 않아 틈이 발생하면 전해액 누출의 위험이 있어 리드 필름과 리드 탭 사이의 틈새 유무의 검사가 필요하다.
전기 자동차의 증가로 리튬이온 배터리의 수요가 증가하면서 배터리의 안전성과 관련된 완벽한 품질검사가 중요하게 부각되고 있다. 전기 자동차용 배터리 중 파우치형은 성능상 장점으로 각형 및 원통형 배터리에 비해 많이 적용되고 있으나, 배터리 제조공정상 불량에 의해 성능의 저하 및 화재의 위험이 따르는데, 그 중 파우치와 전극 사이의 틈새에 의해 전해액의 누출 방지를 위해 파우치와 전극 사이에 리드 필름 개재시켜 파우치와 압착을 실시하고 있다.
주지한 바와 같이, 파우치와 리드 탭의 압착을 위하여 리드 탭에 미리 리드 필름을 부착한 것을 이용하는데, 이때 리드 탭과 리드 필름의 접착 경계면 사이에 틈새가 있다면 이 역시 전해액 누출의 원인이 될 수 있으므로 경계면에서 틈새 유무의 검사가 매우 중요하다.
지금까지는 단순한 육안 검사나 카메라에 의한 비전검사를 통한 표면검사를 주로 하였으나, 이러한 검사 방법으로는 내부에 존재하는 틈새를 검출하기는 불가능하고, 또는 샘플링에 의한 절단면 검사를 시행하는 등 완벽한 전수검사 방법이 부재하였다.
틈새의 유무 즉, 리드 필름에 존재하는 기공 혹은 공기층 존재의 검출을 위해 초음파 검사법을 적용할 수 있으나, 공중 초음파 방법은 필름의 굴곡에 따른 초음파 왜곡과 약 10mm 폭에 불과한 리드 필름 폭의 양단에서 초음파의 누설 등으로 정확한 검출이 불가능하고 검출해상도가 떨어져 적용이 어렵다.
초음파 수침법은 제품 특성상 전극을 액체에 잠긴 상태에서 검사를 할 수 없으며, 검출 정확성이 비교적 낮아 적용하기 곤란하다.
한편, 리튬이온 배터리의 검사를 위해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 3> 에 개시되어 있다.
<특허 문헌 1> 은 라미네이션(Lamination) 공정을 거친 전극 체를 비전 검사하는 것으로서, 리드 필름과 리드 탭 조립체의 표면 검사에 국한되어 리드 필름과 리드 탭 사이의 내부에 존재하는 틈새는 검출을 할 수 없는 문제가 있다.
또한, <특허문헌 2> 는 발광물질을 포함하는 리드 필름을 전극 리드의 상하면에 부착하여 이차전지 제조 후 광 조사를 통하여 리드 필름의 상태를 육안으로 검사하는 방법이나, 이는 리드 필름의 부착 상태를 검사하는 것이지 리드 필름과 리드 탭의 틈새를 확인하는 것은 불가능하다.
또한, <특허문헌 3> 은 리드 필름과 전극 리드 사이에 적외선 조명을 조사하여 기포의 크기가 10 내지 40㎛인 미세기포 검출을 대상으로 하고 있어, 그 외의 기포나 틈새를 검출하기에는 한계가 있다.
이와 같이 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 3> 은 리드 필름과 리드 탭 경계 사이에 존재하는 임의 크기의 기포나 틈새를 검출하는데 한계가 있기 때문에, 신속하고 정확하게 틈새의 유무를 검출할 수 있는 방법의 도출이 필요하다.
대한민국 공개특허 10-2021-0009031(2021.01.26. 공개)(이차전지용 비전 검사장치) 대한민국 공개특허 10-2020-0017089(2020.02.18. 공개)(발광물질을 포함하는 리드 필름을 구비한 이차전지 및 이차전지의 불량 검사 방법) 대한민국 등록특허 10-2000698(2019.07.10. 등록)(리드 탭 기포 검사장치)
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 리튬 이차 전지의 리드 필름과 리드 탭 사이의 틈새를 검출 시 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 파우치형 리튬이온 배터리에서 전해액의 누출 방지와 절연을 위해 리드 탭에 부착한 리드 필름과 리드 탭 경계 사이의 틈새 유무를 광간섭단층법(OCT, Optical Coherence Tomography)을 이용하여 간단하면서도 정확하게 전수검사할 수 있도록 한 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 현재 리드 탭과 리드 필름의 틈새 검사 시 배터리 절단에 의한 샘플링 검사를 수행하는 대신에 양산라인에서 전수 검사가 가능하도록 한 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "배터리의 리드 필름 틈새 검사장치"는,
전극 조립체의 리드 탭에 리드 필름이 부착된 검사 대상을 이송시키는 이송장치;
상기 이송장치를 통해 이송되는 검사 대상을 검사 위치로 로딩시키는 로딩기;
상기 검사 위치에 마련되며, 상기 검사 대상의 리드 탭과 리드 필름의 경계면 상에 초점이 형성되도록 상기 검사 대상을 정렬시키는 정렬부;
상기 정렬부에 의해 정렬된 검사 대상의 정렬 상태를 확인하는 정렬 확인부;
상기 검사 위치의 상부에서 상기 리드 탭과 리드 필름의 경계면을 스캔하여 리드 탭과 리드 필름의 틈새 검사영상을 획득하는 OCT 스캐너; 및
상기 OCT 스캐너에서 생성한 틈새 검사 영상을 분석하여 리드 필름의 융착 품질을 판정하는 틈새 판정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 틈새 판정기는,
상기 정렬 확인부를 통해 검사 대상이 검사 위치에 정확하게 정렬되지 않은 것으로 확인되면, 상기 로딩기를 제어하여 상기 검사 대상을 이동시켜 리드 탭의 가장자리가 상기 정렬부에 의해 검사 위치에 정렬되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 정렬 확인부는,
상기 정렬부를 이루는 2개의 정렬판을 전기적으로 연결하고, 일측에서 전류를 흘려 리드 탭의 양 끝단이 정렬판에 동시에 접촉할 때 그 통전 유무로 검사 대상의 정렬 상태를 확인하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 OCT 스캐너는,
상기 검사 대상의 리드 탭과 리드 필름의 좌측과 우측 경계면을 스캔하여 리드 탭과 리드 필름의 틈새 검사 영상을 획득하는 제1 및 제2 OCT 스캐너를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 틈새 판정기는,
상기 제1 및 제2 OCT 스캐너를 통해 획득한 2개의 틈새 검사 영상에서 리드 탭 금속 경계면의 끝점을 탐색하고, 탐색한 끝점을 기준으로 끝점 주변 영상을 스펙트로메타의 신호분석 또는 패턴 인식으로 인식하여 틈새의 크기를 산출하며, 산출한 틈새의 크기로 리드 필름의 융착 양부를 판정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 틈새 판정기는,
상기 제1 및 제2 OCT 스캐너를 통해 획득한 검사 영상 중 적어도 어느 하나의 틈새 검사 영상을 통하여 리드 필름의 융착 불량이 발생하면 해당 검사 대상을 불량으로 판정하고, 상기 로딩기를 제어하여 불량 검사 대상을 불량품 수집 위치로 이송시키고, 리드 필름의 융착 양호 상태로 판정된 검사 대상만을 양품 수집 위치로 이송시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "배터리의 리드 필름 틈새 검사방법"은,
(a) 전극 조립체의 리드 탭에 리드 필름이 부착된 검사 대상을 이송장치를 통해 이송시키는 단계;
(b) 상기 이송장치를 통해 이송되는 검사 대상을 파지하여 검사 위치로 로딩시키는 단계;
(c) 상기 검사 대상의 리드 탭과 리드 필름의 경계면 상에 OCT 스캐너의 초점이 형성되도록 상기 검사 대상을 정렬시키는 단계;
(d) 상기 검사 위치의 상부에서 상기 리드 탭과 리드 필름의 경계면을 OCT 스캐너로 스캔하여 리드 탭과 리드 필름의 틈새 검사 영상을 획득하는 단계; 및
(e) 상기 획득한 틈새 검사 영상을 틈새 판정 알고리즘으로 분석하여 리드 필름의 융착 품질을 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (d)단계는,
상기 검사 대상의 리드 탭과 리드 필름의 좌측 경계면과 우측 경계면을 스캔하여 리드 탭과 리드 필름의 좌측 및 우측 경계면 틈새 검사 영상을 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (e)단계는,
상기 획득한 좌측 및 우측 경계면 틈새 검사 영상에서 경계면의 끝점을 탐색하고, 탐색한 끝점을 기준으로 끝점 주변 영상을 스펙트로메타의 신호분석 또는 패턴 인식으로 인식하여 틈새의 크기를 산출하며, 산출한 틈새의 크기로 리드 필름의 융착 양부를 판정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (e)단계는,
상기 좌측경계면과 우측 경계면 틈새 검사 영상 중 적어도 어느 하나의 틈새 검사 영상에서 리드 필름의 융착 불량이 발생하면 해당 검사 대상을 불량으로 판정하고, 불량 검사 대상을 불량품 수집 위치로 이송시키고, 리드 필름의 융착 양호 상태로 판정된 검사 대상만을 양품 수집 위치로 이송시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 리드 탭과 리드 필름 조립체가 배터리 셀에 장착되기 전에 신속 정확하게 전수 검사가 가능하도록 하여, 융착 불량으로 발생하는 리드 탭과 리드 필름 경계면에 존재하는 틈새로 인해 전해액의 누출로 발생하는 배터리의 품질 저하문제를 개선하고, 배터리 폭발의 원인을 사전 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 발생한 틈새에 대해 위치와 크기에 대해 정량적 분석이 가능하여, 분석 정보를 필름 융착 공정에 반영함으로써 융착 불량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치의 대상이 되는 대표적인 파우치형 이차전지의 리드 탭과 리드 필름의 모습을 나타낸 모식도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 OCT를 적용한 리드 필름 틈새 검출장치와 경계면 검사위치를 나타낸 모식도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 양산라인에서 신속하게 좌·우 경계면에서 틈새의 유무를 검사할 수 있는 검사 장치의 모식도,
도 4는 본 발명의 실시 예에서 획득한 리드 탭과 리드 필름 경계면에서 융착 상태에 따른 틈새의 유무를 보여주는 OCT 영상 예시도,
도 5는 발명의 실시 예에 따른 영상 노이즈와 간섭이 존재하는 OCT 영상에서 틈새의 유무와 크기를 산정하기 위한 판정 알고리즘에서 틈새 영상을 판정하기 위한 기준점을 나타내는 모식도,
도 6은 본 발명의 실시에 따른 틈새 검출 알고리즘에서 산정한 경계면에서의 틈새의 위치와 크기를 나타내는 모식도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리의 리드 필름 틈새 검사방법을 나타낸 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치 및 방법을 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.
본 발명이 적용되는 파우치형 2차 전지로 대표적인 형태는 도 1에 나타낸 바와 같이, 임의 크기 단위로 절취한 양극과 음극 및 그 사이에 개재한 분리막을 순차적으로 적층시킨 적층형(스택형) 전극 조립체를 각각 양극 리드 탭(110)(혹은 전극 탭) 및 음극 리드탭(110)에 리드 필름(120)을 부착하여 알루미늄 파우치로 밀폐시켜 배터리 셀(100)(파우치형 리튬이온 배터리)을 형성시킨다.
이때 리드 필름(120)을 리드 탭(110)에 융착시킬 때 불완전하게 융착되어 리드 탭(110)과 리드 필름(110) 사이에 기공이나 틈새(130)가 발생하면, 전해액의 누출로 배터리 성능저하 혹은 폭발 등의 위험이 발생한다. 따라서 전극조립체에 리드 필름이 부착된 리드 탭을 용접하기 전에 검사하여 후공정이 진행되는 것을 방지하여 배터리 셀 불량이 발생하지 않도록 해야 한다.
따라서 본 발명은 표면 아래 약 2 ~ 3mm까지 광이 투과하는 물체에 대해서 빠른 속도로 수㎛의 정도까지 세밀하게 단면 영상을 보여주는 OCT(Optical Coherence Tomography) 검사 방법을 불투명한 전극 경계면과 반투명한 리드 필름의 경계면에 적용하여, 경계면에 걸쳐 틈새의 유무를 검출하여, 리드 탭과 리드 필립이 결합된 조립체(검사 대상)를 배터리 셀에 장착하기 이전에 전수검사가 이루어지도록 한다.
리드 필름이 빛이 투과하는 반투명 소재인 점에 착안하여 주로 안과의 망막 검사에 적용되는 광 간섭 단층 촬영법(OCT)을 적용하여 알루미늄 혹은 구리소재의 불투명한 금속재질인 전극과 반투명 필름 경계면에 존재하는 공기 틈새의 존재를 검출할 수 있다.
광 간섭 단층 촬영법은 대상물의 미세 구조로부터 광 산란에 의한 광 세기의 변화를 측정하여 2차원 또는 고해상도의 영상을 보여줄 수 있게 하는 것이다. 원리는 입사 광선을 빔 스플리터(beam splitter)를 이용하여 두 부분으로 분할하여, 하나는 검사대상에 조사하는 샘플 빔에 의한 것과 빔 스플리터를 통해 90°로 진행한 빛이 거울에서 반사된 기준 빔이 감지기(photodetector)에 도달하면 두 빔 사이에 부분 간섭이 발생하여 간섭무늬가 다르게 나타나는 것을 푸리에 변환과 같은 수치해석 방법을 이용하여 영상으로 구현한다.
도 2는 리드 탭(110)에 부착된 리드 필름(120)을 OCT 검사를 실시하기 위한 장치의 구성도로서, 리드 탭과 리드 필름이 융착된 조립체인 검사 대상이 이송장치인 컨베이어에서 로딩기(210)에 의해 OCT 스캐너(200)가 설치된 검사 위치로 이동하면, 리드 탭(110)과 리드 필름(130)의 경계면 상에 OCT의 초점영역이 형성되도록 정렬부(220-a 및 220-b)에 의해 리드 탭(110)의 가장자리를 정렬시킨다. 이때 정렬상태는 정렬부(220-a, 220b)의 한쪽(220-a) 및 다른 쪽(220-b)에 전류를 흘려 전도체인 전극 탭(110)을 통해 통전의 유무로 정렬을 확인할 수 있는 정렬 확인부(230)를 통해 확인한다. 여기서 정렬확인을 위한 간단한 통전 확인 장치는 전기에 대한 기본적인 지식을 자는 쉽게 구현할 수 있으므로 상세한 기술은 생략한다. 졍렬 확인부(230)는 시각적으로 정렬 상태를 표시해주는 것도 가능하며, 도면에는 도시하지 않았지만 틈새 판정기(500)와 신호선으로 연결되어, 정렬 상태 신호를 생성하여 상기 틈새 판정기(500)에 전송한다.
또한, 로딩기(210)는 공기 흡착방식으로 리드 탭(110)을 일정한 위치에 유지 시키게 되며, 틈새 판정기(500)는 상기 정렬 확인부(230)를 통해 정렬이 되지 않았다고 확인되면 정렬부 측으로 로딩기(210)를 회전시켜 리드 탭(110)의 가장자리가 모두 정렬부에 일치되도록 조정한다. 로딩기(210)의 진공에 의한 흡입력은 정렬이 가능하도록 리드 탭이 약간 미끄러질 수 있는 정도로 조정한다.
양산라인에서 이 방법을 적용하기 위해서는 리드 탭과 리드 필름의 경계면이 좌우 2곳이므로 좌우 경계면을 각각 검사하기 위해, 도 3과 같은 자동화 장치를 구성할 수 있다.
OCT 스캐너(200)의 초점 거리는 짧기 때문에 리드 탭 좌우에 동시에 배치하여 검사가 곤란하므로, 도 3과 같이 회전 기구(211)를 이용하여 이송장치(300)에서 이송되는 A 위치의 리드 탭(110)을 회전 기구(211)에 90° 간격으로 장착된 공기 흡착 장치가 구비된 로딩기(210)에 의해 파지한 후 회전을 통해 로딩시켜 검사할 리드 탭(110)과 리드 필름(120)의 제1 경계면(좌측 경계면)을 제1 OCT 스캐너인 OCT 스캐너(201)의 초점 거리위치로 정렬시키고 스캔을 실시한다(B 위치). 스캔된 제1 경계면의 틈새 검사 영상은 틈새 판정기(500)에 전달된다.
틈새 판정기(500)는 스캔 결과를 틈새 판정 알고리즘으로 분석하여 틈새가 발견되면 로딩기(210)의 흡착기능을 정지시켜 파지한 검사 대상을 아래로 떨어뜨려 불량 선별이 즉시 가능하도록 한다. 검사 위치의 하부에는 불량 검사 대상을 수집할 수 있는 불량 검사대상 수집함을 마련하는 것이 바람직하다.
제1 경계면의 스캔이 끝나면 틈새 판정기(500)는 로딩기(210)를 90° 회전시켜 C 위치로 이송시키고, 상기와 동일한 방식으로 제2 경계면(우측 경계면)을 스캔한다. 스캔된 제2 경계면의 틈새 검사 영상은 틈새 판정기(500)에 전달된다.
틈새 판정기(500)는 스캔 결과를 후술하는 틈새 판정 알고리즘으로 분석하여 불량으로 판정되면 로딩기(210)의 흡착기능을 정지시켜 파지한 검사대상을 아래로 떨어뜨려 불량 선별이 즉시 가능하도록 한다. 회전기구(211)가 90°씩 회전할 각각의 로딩기(210)는 독립적으로 기능이 가능하여, 순차적으로 검사할 수 있기 때문에 검사 시간을 단축 시킬 수 있다.
즉, 리드 탭의 제1 및 제2 경계면에 대하여 모두 검사를 하기 이전에 첫 번째 검사 대상인 제1 경계면의 검사 후 불량으로 판정되면 제2 경계면에 대해 검사를 하지 않고 바로 불량처리를 하여, 검사 시간을 단축하게 되는 것이다.
OCT 검사에 의한 틈새 판정 알고리즘을 이용하여 양품과 불량의 판정은 다음과 같이 하며 본 발명의 주요 부분이다.
본 발명의 실시 예 의해 획득한 불량 즉 틈새가 있는 것과 틈새가 없는 OCT 영상은 도 4에 예시하였다. OCT 영상은 리드 필름의 한 단면상의 단층 촬영(Tomography) 영상이며, 검사할 경계면 상의 리드 필름의 폭 전체에 걸쳐 수십 ㎛간격으로 영상 획득이 가능하다. 예를 들어, 10mm 폭의 리드 필름에 대해 100㎛ 간격으로 단층(단면) 영상을 얻는다면 리드 필름 폭에 대해 100장의 영상을 얻을 수 있고, 이것을 연결하면 리드 필름의 폭에 대해 3차원 영상을 얻을 수 있게 된다. 리드 필름의 폭은 대체로 OCT 스캔 가능 폭보다 크므로 리드 필름을 이송시키면서 OCT 스캔을 수행한다.
도 4a에서 리드탭 상부 리드 필름(120-a)와 하부 리드 필름(120-b)의 융착이 불완전하여 리드 필름(120)과 리드 탭(110)의 경계면(400)에 리드 필름의 틈새가 존재한다면 도 4b와 같은 단면 영상과 같이 틈새가 있는 것(130)으로 영상이 나타난다. 경계면에서 상부 및 하부 리드 필름이 완전히 융착되어 틈새가 없다면 경계면은 균일한 회색조를 띠게 되어 도 4c와 같이 틈새가 없는 것(131)으로 영상이 나타난다. 이러한 OCT 촬영 영상을 틈새 판정 알고리즘을 통해 틈새를 식별할 수 있다.
실제 OCT 영상은 영상 노이즈와 빛에 의한 유사 간섭상이 존재하여 틈새 존재를 판단할 수 있는 프로그램을 구현하기 쉽지 않다. 본 발명에서는 틈새의 존재를 판단할 수 있는 다음과 같은 알고리즘을 구비하여 양산라인에서 신속한 전수 검사를 가능하게 한다. 도 5를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
OCT는 광 간섭 현상을 이용하므로 빛이 투과하지 않는 불투명한 부분의 영상은 얻을 수 없어서, 빛이 투과하는 리드 필름(120)과 빛이 투과하지 못하는 리드 탭(110)의 경계면(410)은 분명하게 구분되고, 틈새 판정 알고리즘을 이용하여 그 경계면의 끝점(420)을 기준으로 그 부근의 영상을 분석함으로 리드 필름의 융착부에 대한 양부 판정을 할 수 있게 된다. 경계면의 끝점 탐색은 촬영 영상에서 경계면(410)에 대한 색상 데이터가 존재하다가 사라지는 부분을 경계면의 끝점으로 추출할 수 있다.
융착이 정상적으로 된 경우는 경계면은 거의 균일한 회색조를 나타내지만 틈새가 있는 경우 검은색으로 나타나고, 그 틈새의 경계는 흰색으로 나타나므로 패턴인식 등의 기법을 이용하여 틈새의 크기(430)를 구할 수 있게 된다.
이 틈새의 크기 즉, 면적을 리드 필름의 폭을 따라 도시하면 도 6의 (b)와 같이 나타낼 수 있고, 이는 리드 필름의 융착 품질을 의미하므로 이것을 이용하여 양호와 불량을 판정할 수 있다.
이 결과를 이용하여 리드 필름 양부 판정과 더불어 융착 공정에 피드백하여, 융착 공정의 개선을 도모하여 불량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 예를 들어, 제1 경계면의 불량 발생, 제2 경계면의 불량 발생, 경계면의 틈새 크기 정보, 제1 및 제2 경계면에 모두 불량 발생 등의 정보를 융착 공정에 피드백하여, 융착 공정을 개선할 수 있다.
리드 필름의 양부 판정 결과를 융착 공정에 피드백하는 방법은, 검사자의 단말에 리드 필름의 양부 판정 결과를 제공하거나, 연결된 디스플레이기에 양부 판정 결과를 표출하여, 융착 공정에 리드 필름 판정 결과를 피드백해줄 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 "배터리의 리드 필름 틈새 검사방법"을 보인 흐름도이다.
먼저, 전극 조립체의 리드 탭(110)에 리드 필름(120)이 부착된 조립체인 검사 대상을 이송장치(300)인 컨베이어를 통해 이송시킨다(S101).
이어, 상기 이송장치(300)를 통해 이송되는 검사 대상을 로딩기(210)의 공기 흡착 기능을 이용하여 파지하여 검사 위치로 로딩시킨다(S102 - S103).
다음으로, 상기 검사 대상의 리드 탭(110)과 리드 필름(120)의 제1 경계면 상에 OCT 스캐너의 초점이 형성되도록 상기 검사 대상을 정렬시킨다(S104).
이어, 상기 검사 위치의 상부에서 상기 리드 탭(110)과 리드 필름(120)의 경계면을 OCT 스캐너(200)로 스캔하여 리드 탭(110)과 리드 필름(120)의 제1 틈새 검사 영상을 획득한다(S105).
다음으로, 상기 획득한 제1 틈새 검사 영상을 틈새 판정기(500)에서 틈새 판정 알고리즘으로 분석하여, 리드 필름(120)의 융착 품질을 판정한다(S106).
즉, 틈새 판정 알고리즘을 이용하여, 상기 획득한 제1 틈새 검사 영상에서 경계면의 끝점을 탐색하고, 탐색한 끝점을 기준으로 끝점 주변 영상을 스펙트로메타의 신호분석 또는 패턴 인식으로 인식하여 틈새의 크기를 산출하며, 산출한 틈새의 크기로 리드 필름의 융착 양부를 판정한다. 틈새의 크기에 대한 기준 크기를 설정하고, 산출한 틈새의 크기와 기준 크기를 비교하여, 대소 유무로 리드 필름의 융착 양부를 판정한다.
이후, 상기 리드 필름의 융착 양부를 판정한 결과, 리드 필름의 융착 불량이 발생하면 해당 검사 대상을 불량으로 판정하고, 불량 검사 대상을 불량품 수집 위치로 이송시킨다(S107, S114). 실제 현재 검사 위치에서 바로 아래로 떨어뜨려 검사 위치의 하부에 위치한 불량 검사대상 수거함에 수집되도록 한다.
제1 경계면에 대하여 정상으로 판정이 되면, 파지한 검사 대상을 리드 탭(110)과 리드 필름(120)의 제2 경계면 상에 OCT 초점이 형성되도록 상기 검사 대상을 로딩 및 정렬시킨다(S108, S109).
이어, 상기 검사 위치의 상부에서 상기 리드 탭(110)과 리드 필름(120)의 경계면을 OCT 스캐너(200)로 스캔하여 리드 탭(110)과 리드 필름(120)의 제2 틈새 검사 영상을 획득한다(S110).
다음으로, 상기 획득한 제2 틈새 검사 영상을 틈새 판정기(500)에서 틈새 판정 알고리즘을 이용하여 분석하여, 리드 필름(120)의 융착 품질을 판정한다(S111).
즉, 상기 획득한 제2 틈새 검사 영상에서 경계면의 끝점을 탐색하고, 탐색한 끝점을 기준으로 끝점 주변 영상을 패턴 인식으로 인식하여 틈새의 크기를 산출하며, 산출한 틈새의 크기로 리드 필름의 융착 양부를 판정한다. 틈새의 크기에 대한 기준 크기를 설정하고, 산출한 틈새의 크기와 기준 크기를 비교하여, 대소 유무로 리드 필름의 융착 양부를 판정한다.
이후, 상기 리드 필름의 융착 양부를 판정한 결과, 리드 필름의 융착 불량이 발생하면 해당 검사 대상을 불량으로 판정하고, 불량 검사 대상을 불량품 수집 위치로 이송시킨다(S112, S114). 실제 현재 검사 위치에서 바로 아래로 떨어뜨려 검사 위치의 하부에 위치한 불량 검사대상 수거함에 수집되도록 한다.
이와는 달리 양품으로 판정이 되면, 로딩기를 제어하여 검사 대상을 양품 수거함 위치로 이송시킨 후, 공기 흡착을 해제하여 검사 대상을 양품 수거함에 떨어뜨린다(S113).
한편, 상기 단계 S113에서는 추가로, 리드 필름의 양부 판정 결과를 융착 공정에 피드백하여, 리드 필름 융착 공정에서 불량품 발생을 줄이도록 도모할 수 있다. 즉, 검사자의 단말에 리드 필름의 양부 판정 결과를 제공하거나, 연결된 디스플레이기에 양부 판정 결과를 표출하여, 융착 공정에 리드 필름 판정 결과를 피드백해줄 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 리드 탭과 리드 필름 조립체가 배터리 셀에 장착되기 전에 신속 정확하게 전수 검사가 가능하여, 융착 불량으로 발생하는 리드 탭과 리드 필름 경계면에 존재하는 틈새로 인해 전해액의 누출로 발생하는 배터리의 품질 저하문제를 개선하고, 배터리 폭발의 원인을 사전 방지할 수 있다.
또한, 발생한 틈새에 대해 위치와 크기에 대해 정량적 분석이 가능하여, 분석 정보를 필름 융착 공정에 반영함으로써, 융착 불량을 줄일 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.
100: 배터리 셀(파우치형 리튬이온 배터리)
110: 리드 탭(전극 탭)
120: 리드 필름
120-a: 상부 리드 필름, 120-b: 하부 리드 필름
130: 틈새(air void)
131: 틈새가 없는 융착부
200: OCT 스캐너
201, 202: 제1 및 제2 OCT 스캐너
201: OCT 조사광
210: 로딩기
211: 회전기구
220-a, 200-b: 정렬부
230: 정렬 확인부
300: 이송장치(컨베이어)
410: 기준선
420: 검사영역의 기준점
430: 틈새
500: 틈새 판정기

Claims (8)

  1. 배터리의 리드 필름 틈새를 검사하는 장치로서,
    리드 탭에 리드 필름이 부착된 검사 대상을 이송시키는 이송장치;
    상기 이송장치를 통해 이송되는 검사 대상을 검사 위치로 로딩시키는 로딩기;
    상기 검사 위치에 마련되며, 상기 검사 대상의 리드 탭과 리드 필름의 경계면 상에 초점이 형성되도록 상기 검사 대상을 정렬시키는 정렬부;
    상기 정렬부에 의해 정렬된 검사 대상의 정렬 상태를 확인하는 정렬 확인부;
    상기 검사 위치의 상부에서 상기 리드 탭과 리드 필름의 경계면을 스캔하여 리드 탭과 리드 필름의 틈새 검사영상을 획득하는 OCT 스캐너; 및
    상기 OCT 스캐너에서 생성한 틈새 검사 영상을 틈새 판정 알고리즘으로 분석하여 리드 필름의 융착 품질을 판정하는 틈새 판정기를 포함하고,
    상기 틈새 판정기는,
    상기 OCT 스캐너를 통해 획득한 리드 탭과 리드 필름의 좌측과 우측 경계면의 영상인 2개의 틈새 검사 영상에서 리드 탭 금속 경계면의 끝점을 탐색하고, 탐색한 끝점을 기준으로 끝점 주변 영상을 스펙트로메타의 신호 분석 또는 패턴 인식으로 인식하여 틈새의 크기를 산출하며, 산출한 틈새의 크기로 리드 필름의 융착 양부를 판정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 정렬 확인부는,
    상기 정렬부를 이루는 2개의 정렬판을 전기적으로 연결하고, 일측에서 전류를 흘려 리드 탭의 양 끝단이 정렬판에 동시에 접촉할 때 통전 유무로 검사 대상의 정렬 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치.
  3. 청구항 1에서, 상기 OCT 스캐너는,
    상기 검사 대상의 리드 탭과 리드 필름의 좌측과 우측 경계면인 제1 및 제2 경계면을 스캔하여 리드 탭과 리드 필름의 틈새 검사 영상을 획득하는 제1 및 제2 OCT 스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에서, 상기 틈새 판정기는,
    상기 OCT 스캐너를 통해 획득한 리드 탭과 리드 필름의 좌측과 우측 경계면의 영상인 2개의 틈새 검사 영상 중 적어도 어느 하나의 틈새 검사 영상을 통하여 리드 필름의 융착 불량이 발생하면 해당 검사 대상을 불량으로 판정하고, 상기 로딩기를 제어하여 불량 검사 대상을 불량품 수거함으로 이동시키고, 리드 필름의 융착 양호 상태로 판정된 검사 대상만을 양품 수거함으로 이송시키는 것을 특징으로 하는 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3, 또는 청구항 5중 어느 하나의 청구항에 기재된 배터리의 리드 필름 틈새 검사장치를 이용하여 배터리의 리드 필름 틈새를 검사하는 방법으로서,
    (a) 리드 탭에 리드 필름이 부착된 검사 대상을 이송장치를 통해 이송시키는 단계;
    (b) 상기 이송장치를 통해 이송되는 검사 대상을 파지하여 검사 위치로 로딩시키는 단계;
    (c) 상기 검사 대상의 리드 탭과 리드 필름의 경계면 상에 OCT 스캐너의 초점이 형성되도록 상기 검사 대상을 정렬시키는 단계;
    (d) 상기 검사 위치의 상부에서 상기 리드 탭과 리드 필름의 경계면을 상기 OCT 스캐너로 스캔하여 리드 탭과 리드 필름의 제1 및 제2 틈새 검사 영상을 획득하는 단계; 및
    (e) 상기 획득한 틈새 검사 영상을 틈새 판정 알고리즘으로 분석하여 리드 필름의 융착 품질을 판정하는 단계를 포함하고,
    상기 (e)단계는,
    상기 획득한 제1 및 제2 틈새 검사 영상에서 경계면의 끝점을 탐색하고, 탐색한 끝점을 기준으로 끝점 주변 영상을 스펙트로메타의 신호분석 또는 패턴 인식으로 인식하여 틈새의 크기를 산출하며, 산출한 틈새의 크기로 리드 필름의 융착 양부를 판정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 리드 필름 틈새 검사방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에서, 상기 (e)단계는,
    리드 필름의 양부 판정 결과를 융착 공정에 피드백하여, 리드 필름 융착 공정에서 불량품 발생을 줄이는 것을 특징으로 하는 배터리의 리드 필름 틈새 검사방법.




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