KR102331861B1 - 2차 전지 검사장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2차 전지 검사장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 3D 스캐너를 이용하여 스캔할 때 검사 대상체인 2차 전지를 동심축으로 회전시키거나, 상하 반전시켜 스캔함으로써 분리막의 우는 현상(분리막이 양극과 음극 사이에서 평평하게 펴지지 않고 쭈굴쭈굴해지는 현상)이 발생하는 부위에서의 이미지 데이터의 유실없이 2차 전지의 전영역에서 안정적으로 3D 이미지 데이터를 획득하여 2차 전지를 보다 정밀하게 검사할 수 있는 2차 전지 검사장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

2차 전지 검사장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INSPECTING SECONDARY BATTERY}
본 발명은 2차 전지 검사장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 3D 스캐너를 이용하여 스캔할 때 검사 대상체인 2차 전지를 동심축으로 회전시키거나, 상하 반전시켜 스캔함으로써 분리막의 우는 현상(분리막이 양극과 음극 사이에서 평평하게 펴지지 않고 쭈굴쭈굴해지는 현상)이 발생하는 부위에서의 이미지 데이터의 유실없이 2차 전지의 전영역에서 안정적으로 3D 이미지 데이터를 획득하여 2차 전지를 보다 정밀하게 검사할 수 있는 2차 전지 검사장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 2차 전지는 휴대폰, 태블릿 PC 및 노트북 등과 같은 모바일 기기와 전기 자동차의 상용화로 인해 그 수요가 급속도로 증가하고 있는 추세에 있다. 이러한 2차 전지는 그 외형에 따라 크게 원통형과 각형으로 구분되고, 원통형 전지는 원통형의 외관을 가지며, 노트북이나 휴대용 가전제품 등에 내장되어 사용되고 있다. 각형 전지는 넓적한 육면체 형태이며 휴대폰이나 자동차용 전지로 사용된다.
2차 전지는 양극 및 음극과, 양극과 음극 사이에 설치되어 양극과 음극을 분리하는 분리막이 적층된 전극 조립체를 포함한다. 이러한 전극 조립체는 대략 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리 롤형과, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형과, 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 분류할 수 있다.
분리막은 전극 조립체를 구성하는 양극과 음극 사이를 전기적으로 절연시켜 양극과 음극 간의 내부 단락을 방지하는 중요한 구성으로서, 전극 조립체 또는 전극 조립체를 포함하는 2차 전지를 제조하는 과정에서 분리막이 찢어지거나, 손상이나 접혀말린 경우에는 국부적으로 양극과 음극이 접촉되는 현상이 발생되고, 이로 인한 전극 간의 접촉은 저전압 불량과 더불어 화재와 폭발을 유발시키는 원인이 되었다.
이와 같이, 분리막의 불량은 2차 전지가 폭발하는 주원인이 되기 때문에 전지 완제품의 출하 전에 불량을 검출하는 것이 무엇보다 중요하다. 종래에는 3D 스캐너를 이용하여 2차 전지를 검사하여 분리막의 불량으로 인한 전극 간의 접촉을 검사하였다.
도 1은 종래기술에 따른 2차 전지 검사방법을 설명하기 위해 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 2차 전지 검사방법은 검사 대상체인 2차 전지(1)의 상부에 3D 스캐너(2)를 배치한다. 그리고, 2차 전지(1)의 상면에 레이저를 조사한 후 2차 전지(1)에서 반사되는 레이저를 이미지 센서를 통해 수신하여 이미지 데이터를 생성한다. 그리고, 이미지 센서를 통해 생성된 2차 전지(1)의 각 단면에 해당하는 프로파일 이미지를 합성하여 3D 이미지 데이터를 생성하여 불량을 검사한다.
도 2는 도 1에 도시된 3D 스캐너를 통해 얻어진 2차 전지의 이미지 데이터들을 도시한 도면들로서, 도 2의 (a)는 2차 전지의 상부면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이고, 도 2의 (b)는 2차 전지의 하부면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에서 획득된 롤링된 이미지 데이터를 펼친 이미지 데이터들을 도시한 도면들로서, 도 3의 (a)는 2차 전지의 분리막에 우는 현상(눌림 현상)이 발생하지 않은 상태에서 획득한 이미지 데이터를 도시한 도면이고, 도 3의 (b)는 2차 전지의 분리막에 우는 현상이 발생한 상태에서 획득한 이미지 데이터를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3의 (a)와 같이, 2차 전지의 분리막에 우는 현상이 발생하지 않고 정상적인 상태인 경우에는 2차 전지의 양극과 음극 부분이 유실없이 전영역에 대해 3D 이미지 데이터를 획득할 수 있어 분리막, 양극 및 음극의 높이를 측정할 수 있다.
그러나, 도 3의 (b)와 같이, 분리막에 우는 현상이 발생된 경우에는 2차 전지의 안쪽의 양극과 음극 부분(도면 상에서 원형)의 데이터가 유실되어 2차 전지의전 영역에 대한 3D 이미지 데이터를 확보할 수 없기 때문에 정밀한 검사가 불가능하였다.
KR 10-2019-0006920 A, 2019. 01. 21. KR 10-1297395 B1, 2013. 08. 06
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 분리막에 우는 현상이 발생한 경우에도 이미지 데이터의 유실없이 전영역에 대해 안정적인 이미지 데이터를 획득하여 2차 전지에 대한 불량 유무를 보다 정밀하고 안정적으로 검사할 수 있는 2차 전지 검사장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 검사 대상체인 2차 전지를 동심으로 상하좌우로 흔들리지 않도록 회전시키는 회전체; 상기 회전체를 회전시키는 회전체 구동부; 및 상기 2차 전지의 상부에 배치되어 회전되는 상기 2차 전지의 상부면에서 스캔하여 상기 2차 전지의 상부면 및 하부면에 대한 이미지 데이터를 각각 획득하는 3D 스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 검사장치를 제공한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 검사 대상체인 2차 전지의 둘레를 감싸 고정한 상태에서 180°상하로 반전시키는 상하 반전부; 상기 상하 반전부와 일체로 구성되어 상기 상하 반전부를 구동하는 반전 구동부; 상기 2차 전지의 상부에 배치되고, 상기 2차 전지의 상부면을 스캔하여 상기 2차 전지의 상부면에 대한 이미지 데이터를 획득한 후 상기 상하 반전부에 의해 상하로 반전된 상기 2차 전지의 하부면을 스캔하여 상기 2차 전지의 하부면에 대한 이미지 데이터를 획득하는 3D 스캐너; 및 상기 3D 스캐너를 통해 스캔된 상기 2차 전지에 대한 롤링된 이미지 데이터를 수평으로 펼친 후 병합필터를 이용하여 포인트 압축하여 병합된 상태의 이미지 데이터를 생성하는 데이터 병합부;를 포함하고, 상기 3D 스캐너는 초점이 상기 2차 전지의 동심축과 정렬되고 상기 2차 전지의 중심에서 외측까지 반지름 영역에 레이저를 조사하여 상기 2차 전지의 반지름 영역을 스캔하여 이미지 데이터를 획득하며, 3D 스캐너를 이용하여 스캔할 때 상기 2차 전지를 순차적으로 상하 반전시켜 레이저 스캔함으로써 분리막이 양극과 음극 사이에서 평평하게 펴지지 않고 쭈굴쭈굴해지는 현상이 발생하는 부위에서의 이미지 데이터의 유실없이 상기 2차 전지의 전영역에서 안정적으로 3D 이미지 데이터를 획득하여 상기 2차 전지를 보다 정밀하게 검사할 수 있고, 이를 통해 검사 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 2차 전지 검사장치를 제공한다.
삭제
삭제
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 또 다른 측면에 따른 본 발명은 검사 대상체인 2차 전지의 상부에 3D 스캐너를 배치하여 정렬시키는 단계; 및 상기 2차 전지가 좌우상하로 흔들리지 않도록 회전시키면서 상기 3D 스캐너를 통해 스캔하여 상기 2차 전지의 상부면과 하부면에 대응하는 이미지 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 검사방법을 제공한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 또 다른 측면에 따른 본 발명은 검사 대상체인 2차 전지의 상부에 3D 스캐너를 배치하여 정렬시키는 단계; 상기 3D 스캐너를 통해 상기 2차 전지의 상부면에서 스캔하여 상기 2차 전지의 상부면에 대한 이미지 데이터를 획득하는 단계; 상기 2차 전지를 180°상하로 반전시키는 단계; 및 상기 3D 스캐너를 이용하여 상기 2차 전지의 하부면에서 스캔하여 상기 2차 전지의 하부면에 대한 이미지 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 검사방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른2차 전지 검사장치에 따르면, 3D 스캐너를 이용하여 스캔할 때 검사 대상체인 2차 전지를 동심축으로 회전시키거나, 상하 반전시켜 레이저 스캔함으로써 분리막의 우는 현상(분리막이 양극과 음극 사이에서 평평하게 펴지지 않고 쭈굴쭈굴해지는 현상)이 발생하는 부위에서의 이미지 데이터의 유실없이 2차 전지의 전영역에서 안정적으로 3D 이미지 데이터를 획득하여 2차 전지를 보다 정밀하게 검사할 수 있고, 이를 통해 검사 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 2차 전지 검사방법을 도시한 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 3D 스캐너를 통해 얻어진 2차 전지의 이미지 데이터들을 도시한 도면.
도 3은 도 2에서 획득된 롤링된 이미지 데이터를 펼친 이미지 데이터들을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 검사장치를 간략하게 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 3D 스캐너를 이용하여 얻어진 이미지 데이터들을 도시한 도면들.
도 6은 본 발명을 통해 병합된 상태의 이미지 데이터들을 도시한 도면들.
도 7은 본 발명에 따라 오정렬된 상태에서 촬영된 이미지 데이터들을 도시한 도면들.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 전지 검사장치를 간략하게 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 2차 전지를 반전시켜 스캔하여 얻어진 이미지 데이터들.
본 발명의 이점 및 특징, 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작과 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 검사장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 검사장치는 2차 전지(1)를 동심으로 상하좌우로 흔들리지 않도록 회전시키는 회전체(11)와, 회전체(11)를 회전시키는 회전체 구동부(12)와, 2차 전지(1)의 상부에 배치되어 회전체(11)에 의해 회전되는 2차 전지(1)의 상면을 스캔하는 3D 스캐너(13)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 검사장치는 검사 대상체로 모든 형태의 2차 전지(1)를 검사할 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이, 원통형 외관을 갖는 원통형 전지뿐만 아니라, 넓적한 육면체 형태의 외관을 갖는 각형 전지도 검사할 수 있다.
회전체(11)는 회전체 구동부(12)로부터 구동력을 전달받아 회전하여 2차 전지(1)를 회전시킨다. 예를 들어, 회전체(11)는 2차 전지(1)가 안정적으로 고정되는 턴테이블 구조로 이루어질 수 있다. 이외에도 원통형 전지 또는 각형 전지가 동심으로 회전시 상하좌우로 흔들리지 않도록 안착될 수 있는 구조는 모두 적용할 수 있다.
회전체 구동부(12)는 구동모터와, 상기 구동모터의 구동력을 회전체(11)로 전달하는 기어 및 링크(벨트/체인) 등을 포함하여 회전체(11)를 일정한 속도로 회전시킨다.
3D 스캐너(13)는 도 4와 같이, 2차 전지(1)의 상면에 배치되어 2차 전지(1)의 상부에서 스캔한다. 이때, 3D 스캐너(13)는 2차 전지(1)의 중심에서 외측까지 2차 전지(1)의 반지름 영역에 레이저를 조사하여 2차 전지(1)의 반지름 영역을 스캔한다.
도 5는 본 발명에 따른 3D 스캐너를 이용하여 얻어진 이미지 데이터들을 도시한 도면들로서, 도 5의 (a)는 2차 전지의 상부면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이고, 도 5의 (b)는 2차 전지의 하부면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이다.
도 4와 같이, 3D 스캐너(13)의 초점이 2차 전지(1)의 반지름 영역에 정렬되도록 3D 스캐너(13)를 2차 전지(1)의 상부에 배치시키고, 회전체 구동부(12)를 이용하여 회전체(11)를 회전시켜 2차 전지(1)를 일정 속도로 일방향으로 회전시키면서 3D 스캐너(13)를 통해 연속적으로 스캔하여 도 5와 같은 이미지 데이터를 얻는다.
도 5와 같이, 3D 스캐너(13)를 통해 획득된 이미지 데이터들을 데이터 병합부(14)를 통해 병합한다. 이때, 데이터 병합부(14)는 3D 스캐너(13)에서 획득된 이미지 데이터를 병합필터를 이용하여 포인트 압축하여 병합된 이미지 데이터를 생성한다.
도 6은 본 발명에 따른 데이터 병합부를 통해 병합된 상태의 이미지 데이터들을 도시한 도면들로서, 도 6의 (a)는 2차 전지의 상부면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이고, 도 6의 (b)는 2차 전지의 하부면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이며, 도 6의 (c)는 2차 전지의 측면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 검사장치는 2차 전지(1)를 회전시키면서 3D 스캐너(13)를 통해 스캔하여 이미지 데이터를 획득함으로써 도 6의 (a)와 같이, 2차 전지(1)의 상부면 좌측 상단에서 분리막에 우는 현상(눌림 현상)이 심하게 발생 되더라도, 도 6의 (b)와 같이, 2차 전지(1)의 하부면 좌측 하단으로 보여지는 구간의 이미지 데이터 유실이 일부 발생할 수는 있으나, 도 2에 도시된 종래의 2차 전지 검사장치에 비해 양극과 음극에 대한 데이터 유실을 현저하게 감소시킬 수 있다.
한편, 3D 스캔 과정에서, 2차 전지(1)의 동심이 흔들려 3D 스캐너(13)의 초점과 2차 전지(1)의 동심축이 정렬되지 않는 경우, 도 7과 같이, 이미지 데이터가 휘어진 상태로 보여져 2차 전지(1)를 안정적으로 검사하는데 어려움이 있을 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 3D 스캔시 오정렬된 상태에서 촬영된 이미지 데이터들을 도시한 도면들로서, 도 7의 (a)는 2차 전지의 상부면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이고, 도 7의 (b)는 2차 전지의 하부면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이며, 도 7의 (c)는 2차 전지의 측면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이다.
도 7과 같이, 3D 스캐너(13)를 이용한 2차 전지(1)의 스캔 과정시, 2차 전지(1)의 동심과 3D 스캐너(13)의 초점이 오정렬되는 경우에는 이미지 데이터가 물결 모양으로 심하게 휘어진 형태로 촬영되어 2차 전지(1)의 안정적인 검사가 어렵다.
따라서, 본 발명에 따른 회전체(11)는 평평한 구조로 이루어지고, 별도의 고정지그 등을 통해 2차 전지(1)가 회전할 때 흔들리지 않도록 고정하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 전지 검사장치를 간략하게 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 전지 검사장치는 2차 전지(1)를 스캔할 때 검사면을 2차 전지(1)의 상부면에 한정하지 않고 2차 전지(1)를 180°반전시켜 2차 전지(1)의 하부면을 측정할 수 있도록 2차 전지(1)를 상하로 반전시키는 상하 반전부(21)와, 상하 반전부(21)를 구동하는 반전 구동부(22)를 포함한다.
상하 반전부(21)는 2차 전지(1)의 둘레를 감싸 고정한 상태에서 180°로 반전시키는 장치로서, 예를 들면, 'ㄷ'자형 고정지그나, 혹은 로봇암으로 이루어질 수 있다.
반전 구동부(22)는 상하 반전부(21)를 구동시키는 것으로, 상하 반전부(21)와 일체로 구성될 수 있고, 3D 스캐너(13)를 통해 2차 전지(1)의 상면에 대한 스캔이 완료되면, 상하 반전부(21)를 구동시켜 2차 전지(1)를 180°로 상하 반전시킨다.
3D 스캐너(13)는 반전 구동부(22)와 상하 반전부(21)에 의해 2차 전지(1)가 상하로 반전(즉, 상부면과 하부면의 위치가 반전)되면, 2차 전지(1)의 하부면을 다시 스캔하여 도 9와 같이, 2차 전지(1)의 하부면에 대한 이미지 데이터를 획득한다.
3D 스캔시 2차 전지(1)의 일측면에서만 검사가 이루어진 경우에는 분리막의 우는 현상이 발생되는 위치에 따라 그 반대측에서 데이터 유실이 발생할 수 있다. 즉, 2차 전지(1)의 상부면에서 분리막에 우는 현상이 발생된 상태에서 3D 스캔을 수행하면, 2차 전지(1)의 하부면에서 도 9의 (a)와 같이, 데이터 유실이 발생될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 2차 전지를 반전시켜 스캔하여 얻어진 이미지 데이터들로서, 도 9의 (a)는 2차 전지의 상부면에서 스캔한 2차 전지의 하부면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이고, 도 9의 (b)는 2차 전지를 반전시킨 후 하부면에서 스캔한 2차 전지의 하부면에 대한 이미지 데이터를 도시한 도면이다.
도 9의 (a)와 같이, 2차 전지(1)를 반전시키지 않고 상부면에서 스캔한 경우에는 2차 전지(1)의 상부면에서 발생되는 분리막이 우는 현상으로 인해 2차 전지(1)의 하부면에 대한 이미지 데이터에서 유실이 발생된다. 하지만, 도 9의 (b)와 같이, 2차 전지(1)를 상하로 반전시켜 2차 전지(1)의 하부면에서 스캔한 경우에는 2차 전지(1)의 상부면에서 분리막이 우는 현상이 발생되더라도 간섭이 일어나지 않고 데이터 유실이 적은 2차 전지(1)의 하부면에 대한 이미지 데이터를 획득할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 2차 전지
2, 13 : 3D 스캐너
11 : 회전체
12 : 회전체 구동부
14 : 데이터 병합부
21 : 상하 반전부
22 : 반전 구동부

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 검사 대상체인 2차 전지의 둘레를 감싸 고정한 상태에서 180°상하로 반전시키는 상하 반전부;
    상기 상하 반전부와 일체로 구성되어 상기 상하 반전부를 구동하는 반전 구동부;
    상기 2차 전지의 상부에 배치되고, 상기 2차 전지의 상부면을 스캔하여 상기 2차 전지의 상부면에 대한 이미지 데이터를 획득한 후 상기 상하 반전부에 의해 상하로 반전된 상기 2차 전지의 하부면을 스캔하여 상기 2차 전지의 하부면에 대한 이미지 데이터를 획득하는 3D 스캐너; 및
    상기 3D 스캐너를 통해 스캔된 상기 2차 전지에 대한 롤링된 이미지 데이터를 수평으로 펼친 후 병합필터를 이용하여 포인트 압축하여 병합된 상태의 이미지 데이터를 생성하는 데이터 병합부;를 포함하고,
    상기 3D 스캐너는 초점이 상기 2차 전지의 동심축과 정렬되고 상기 2차 전지의 중심에서 외측까지 반지름 영역에 레이저를 조사하여 상기 2차 전지의 반지름 영역을 스캔하여 이미지 데이터를 획득하며,
    3D 스캐너를 이용하여 스캔할 때 상기 2차 전지를 순차적으로 상하 반전시켜 레이저 스캔함으로써 분리막이 양극과 음극 사이에서 평평하게 펴지지 않고 쭈굴쭈굴해지는 현상이 발생하는 부위에서의 이미지 데이터의 유실없이 상기 2차 전지의 전영역에서 안정적으로 3D 이미지 데이터를 획득하여 상기 2차 전지를 보다 정밀하게 검사할 수 있고, 이를 통해 검사 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 2차 전지 검사장치.
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