KR102555250B1

KR102555250B1 - 이차전지 외관 검사 장치 및 외관 검사 방법

Info

Publication number: KR102555250B1
Application number: KR1020210015422A
Authority: KR
Inventors: 김남동; 민상식; 정원영; 강용등
Original assignee: (주)인스케이프
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2023-07-14
Also published as: US20220245784A1; KR20220111980A; US11748867B2

Abstract

본 발명은, 측면 방향으로 정렬된 복수의 이차 전지를 동시에 회전시킬 수 있도록 구성되는 핸드, 복수의 이차 전지에 동시에 광을 조사할 수 있도록 구성되는 조명부, 광이 조사된 복수의 이차 전지에 대한 촬영 이미지를 동시에 획득할 수 있도록 구성되는 카메라 및 카메라로 획득된 영상을 처리하여 검사 이미지를 획득하는 영상처리부를 포함하며, 영상처리부는, 카메라에 의해 획득된 촬영 이미지를 이차 전지 각각이 촬영된 영역인 개체 이미지 영역으로 분할하며, 검사 이미지는 동일한 이차 전지에 대한 촬영 이미지별 개체 이미지 영역들을 조합하여 생성되는 이차 전지 외관 검사 장치 및 이차 전지 외관 검사 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이차전지 외관 검사 장치 및 외관 검사 방법은 area 카메라를 이용하여 다수의 이차전지에 대한 검사 이미지를 동시에 획득하여 검사를 수행할 수 있으므로 검사 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

이차전지 외관 검사 장치 및 외관 검사 방법{apparatus for Secondary battery appearance inspection and method for secondary battery appearance inspection}

본 발명은 이차전지 외관 검사 장치 및 외관 검사 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 원통형 이차전지의 외관 중 옆면을 검사하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

이차전지는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부에 전력을 공급하며, 방전되었을 때 외부의 전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 전환하여 저장할 수 있는 전지이다. 이차전지는 전자기기의 발달로 다양한 분야에서 다양한 장치에 적용되고 있다.

이러한 이차전지는 다양한 형태로 생산되고 있으며, 다양한 형태 중 하나로서 종래의 일반적으로 사용되는 형태인 원통형 전지도 현재까지 널리 사용되고 있다.

원통형의 이차전지는 원통형으로 구성되며, 옆면이 곡면으로 형성되어 있어 외관의 검사시 360도를 회전해가면서 검사를 수행하는 것이 일반적인 외관 검사 방법으로 사용되고 있다.

이러한 원통형 이자천지의 외관 검사 장치에 대하여 대한민국 등록특허 제1030449 호(2011.04.25. 공고)가 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 검사 방법은 배터리의 옆면을 검사하기 위해 하나 또는 두 개의 카메라를 이용하여 하나의 배터리를 검사하게 되어 검사효율이 낮은 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제1030449 호(2011.04.25. 공고)

본 발명은 종래의 원통형 이차전지 외관 검사장치의 문제점인 낮은 검사효율을 해결하기 위한 이차전지 외관 검사 장치 및 외관 검사 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기 과제의 해결 수단으로서, 측면 방향으로 정렬된 복수의 이차 전지를 동시에 회전시킬 수 있도록 구성되는 핸드, 복수의 이차 전지에 동시에 광을 조사할 수 있도록 구성되는 조명부, 광이 조사된 복수의 이차 전지에 대한 촬영 이미지를 동시에 획득할 수 있도록 구성되는 카메라 및 카메라로 획득된 영상을 처리하여 검사 이미지를 획득하는 영상처리부를 포함하며, 영상처리부는, 카메라에 의해 획득된 촬영 이미지를 이차 전지 각각이 촬영된 영역인 개체 이미지 영역으로 분할하며, 검사 이미지는 동일한 이차 전지에 대한 촬영 이미지별 개체 이미지 영역들을 조합하여 생성되는 이차전지 외관 검사 장치가 제공될 수 있다.

한편, 조명부는 서로 다른 위치에서 광을 조사할 수 있도록 구성되는 복수의 발광 유닛을 포함하며, 영상처리부는, 복수의 발광 유닛 중 서로 다른 발광 유닛으로 광을 조사하여 획득된 적어도 두 개의 검사 이미지를 획득할 수 있다.

또한, 조명부, 카메라 및 핸드를 제어할 수 있도록 구성되는 제어부를 더 포함하며, 제어부는, 카메라의 촬영과 조명부의 광 조사를 동기화하여 제어할 수 있다.

또한, 제어부는, 조명부 중 핸드에 의해 픽업된 이차전지의 길이방향을 따라 서로 다른 위치에 배치된 발광 유닛을 순차적으로 작동시킬 수 있도록 제어할 수 있다.

한편, 제어부는, 길이방향에 대하여 수직한 방향으로 배치된 조명 유닛을 동시에 작동시키며, 길이방향을 따라 순차적으로 작동되는 조명 유닛을 선택하도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부는, 길이방향과 수직한 방향을 따르는 한 쌍의 서로 이격된 평행한 직선을 따라 배치되는 복수의 조명 유닛을 동시에 작동시키며, 작동되는 조명 유닛을 길이방향을 따라 스위칭하여 작동시키도록 제어할 수 있다.

나아가, 조명부는, 픽업된 소정개수의 이차전지가 배열된 방향에 대하여 사선으로 광을 조사할 수 있다.

한편, 카메라는, 픽업된 소정개수의 이차전지가 배열된 방향에 대하여 광축이 수직으로 배치될 수 있다.

한편, 핸드는, 복수의 이차 전지가 적재된 적재부로부터 길이방향으로 소정개수의 이차전지를 픽업하여 검사위치로 상승시키도록 구성될 수 있다.

또한, 영상처리부는, 복수의 검사 이미지로부터 명도 및 대비 중 적어도 하나를 근거로 외관 불량여부를 판단할 수 있다.

추가로, 핸드가 복수의 이차전지가 적재된 적재부로부터 하나의 열로 정렬된 소정개수의 이차전지를 픽업하는 단계, 소정개수의 이차전지를 길이방향의 중심축을 기준으로 동시에 회전시키는 단계, 소정개수의 이차전지를 회전시키는 과정에서 조명부에서 복수회 광을 조사하는 단계, 소정개수의 이차전지에 광이 조사될 때 복수개의 촬영 이미지를 획득하는 단계, 복수개의 촬영 이미지를 각각의 이차전지가 촬영된 개체 이미지 영역으로 분할하는 개체 이미지 영역 분할 단계 및 각각의 촬영 이미지에서 개체 이미지 영역을 조합하여 단일 개체의 이차전지에 대한 검사 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 이차전지 외관 검사 방법이 제공될 수 있다.

한편, 광을 조사하는 단계는 서로 다른 위치에서 광을 조사하며, 촬영 이미지를 획득하는 단계는 서로 다른 위치에서 광을 조사하여 복수개의 촬영 이미지를 획득하며, 검사 이미지를 생성하는 단계는 복수개의 촬영 이미지로부터 복수개의 검사 이미지를 생성할 수 있다.

한편, 촬영 이미지를 획득하는 단계는, 광을 조사하는 단계와 동기화되어 수행될 수 있다.

한편, 광을 조사하는 단계는, 픽업된 이차전지의 길이방향을 따라 서로 다른 위치에서 순차적으로 광을 조사할 수 있다.

또한, 광을 조사하는 단계는, 길이방향과 수직한 방향으로 소정길이로 형성된 발광영역에서 광을 조사하며, 발광영역은 촬영 이미지를 획득하는 단계가 수행됨에 따라 순차적으로 길이방향으로 쉬프팅(shifting)되어 작동될 수 있다.

나아가, 광을 조사하는 단계는, 발광영역은 길이방향으로 소정거리로 이격된 두 영역으로 설정될 수 있다.

또한, 광을 조사하는 단계는, 이차전지가 픽업되어 배열된 방향과 사선으로 광을 조사하여 수행될 수 있다.

한편, 촬영 이미지를 획득하는 단계는, 이차전지가 픽업되어 배열된 방향과 수직한 방향의 광축을 갖는 카메라를 이용하여 수행될 수 있다.

또한, 이차전지를 픽업하는 단계는 적재부에 적재된 복수의 이차전지 중 하나의 열을 픽업하며, 이차전지의 길이방향으로 상승시켜 검사위치로 이동시킬 수 있다.

한편, 검사 이미지를 생성하는 단계 이후, 검사 이미지에서 밝기 및 대비 중 적어도 하나를 근거로 외관의 불량여부를 판단하는 불량여부 판단단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지 외관 검사 장치 및 외관 검사 방법은 area 카메라를 이용하여 다수의 이차전지에 대한 검사 이미지를 동시에 획득하여 검사를 수행할 수 있으므로 검사 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 이차전지 외관 검사 장치의 사시도이다.
도 2는 검사위치를 중심으로한 검사 모듈의 사시도이다.
도 3은 조명부의 작동상태도이다.
도 4 내지 도 12는 조명부, 핸드 및 카메라에 의해 획득되는 촬영 이미지의 개념을 도시한 도면이다.
도 13은 영상처리부에서 개체 이미지를 조합하여 검사 이미지를 생성하는 개념을 도시한 도면이다.
도 14 내지 도 16은 동일한 패턴의 조명을 조사하여 획득된 복수의 검사 이미지의 개념을 도시한 도면이다.
도 17은 1회 검사 순환시 획득되는 하나의 배터리에 대한 복수의 검사 이미지의 개념을 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명에 따른 다른 실시예인 이차전지 외관 검사 방법의 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 이차전지 외관 검사 장치 및 외관 검사 방법에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.

이하에서 이차전지는 원통형으로 구성되며, 윗면과 아랫면은 전체적으로 원형으로 구성되며, 옆면이 원형 경로를 따라 곡면으로 형성됨을 전제로 설명하기로 한다. 또한 이하에서 검사는 원통형 이차전지의 옆면을 검사하기 위한 장치임을 전제로 설명하기로 한다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 이차전지 외관 검사 장치의 구성에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 한편 이하의 설명에서 베이스, 프레임 등의 구성 및 연결위치는 일반적으로 널리 사용되며 다양한 변형이 가능하므로, 이에 대하여는 그 설명을 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 이차 전지 외관 검사 장치(1)의 사시도이며, 도 2는 검사위치를 중심으로한 검사 모듈의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 일 실시예인 이차 전지 외관 검사 장치(1)는 이송부(미도시), 핸드(30), 차단판(40), 측면 검사 모듈(10), 영상처리부(미도시) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

이송부는 복수의 이차 전지(2)가 적재되어 있는 적재부를 이송할 수 있도록 구성된다. 이송부는 적재부(50)를 외부, 예를 들어 다른 검사 장치로부터 이송받아 후술할 핸드(30)가 이차 전지를 픽업할 수 있는 위치로 이송하거나, 검사가 완료된 이후 적재부(50)를 외부로 반출할 수 있도록 구성될 수 있다. 이송부는 적재부(50)를 이송하기 위한 컨베이어 또는 로봇 암 등의 널리 사용되는 일반적인 구성으로 구비될 수 있다.

핸드(30)는 복수의 이차 전지(2)를 픽업할 수 있도록 구성될 수 있다. 핸드(30)는 3축 방향으로 이동이 가능하도록 복수의 구동부 및 가이드를 포함하여 구성될 수 있다. 핸드(30)는 하측에 정렬된 복수의 그리퍼 모듈(31)을 이용하여 이차 전지를 선택적으로 고정할 수 있도록 구성된다. 각각의 그리퍼 모듈(31)은 이차 전지(2)의 일측을 픽업하여 회전시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 일 예로 적재부(50)에 복수의 이차 전지는 길이방향, 즉 수직 방향으로 적재될 수 있으며, 핸드(30)는 적재부의 상측에서 하측으로 이동하면서 이차 전지의 상측일부가 그리퍼로 고정시킬 수 있으며, 이차 전지를 픽업한 이후 외관 검사를 위한 검사위치로 이동시킬 수 있다. 이후 옆면 검사시 복수의 그리퍼 모듈(31)을 동기화시켜 동시에 동일한 회전각도로 회전시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 이후 핸드(30)는 검사를 완료한 이차 전지(2)를 다시 적재부(50)로 이송하여 재적재할 수 있도록 구성된다. 이러한 과정을 반복적으로 수행하여 하나의 적재부(50)에 적재되어 있는 복수의 이차 전지(2)에 대한 외관검사를 모두 수행할 수 있게 된다.

차단판(40)은 후술할 측면 검사 모듈(10)이 복수로 구성되었을 때 광의 간섭을 방지할 수 있도록 구성된다. 차단판(40)은 서로 인접하여 구비된 복수의 측면 검사 모듈(10) 사이에 구비될 수 있다. 일 예로서, 도 1을 다시 참조하면, 측면 검사 모듈(10)이 평면상으로 2x2의 배열로 배치된 경우 서로 수평상에서 90도 간격으로 배치될 수 있다. 차단판(40)은 광 투과율이 최소가 되거나, 광 투과를 방지하는 재질로 선택되어 구성될 수 있다. 차단판(40)은 카메라(20)의 시야각 내에서 인접하는 측면 검사 모듈(10)의 조명부(11)로부터 광을 차단하기 위한 적절한 크기로 선택되어 구성될 수 있다. 한편, 차단판(40) 또한 외부의 프레임 또는 베이스 등과 같은 구조물과 고정되어 연결될 수 있으나, 이는 다양하게 변형이 가능하므로 이에 대하여는 설명을 생략하도록 한다.

측면 검사 모듈(10)은 복수의 이차 전지(2)에 대한 옆면에 대한 이미지를 획득할 수 있도록 구성될 수 있다. 측면 검사 모듈(10)은 복수의 이차 전지를 하나의 열로 정렬시킨 상태에서 하나의 프레임상에서 픽업된 복수의 이차 전지(2)에 대한 이미지를 획득할 수 있도록 구성된다.

측면 검사 모듈(10)은 카메라(20) 및 조명부(11)를 포함하여 구성될 수 있다. 카메라(20)는 적절한 시야각을 가지며, 이차 전지가 핸드(30)에 의해 픽업되어 배치된 검사위치에서 소정거리 이격된 지점에 배치될 수 있다. 카메라(20)는 area 카메라(20)로 구성되어 한번의 촬영시 각각의 이차 전지에 대하여 약 절반에 대한 이미지를 포함한 검사 위치에 대한 촬영 이미지를 획득할 수 있도록 구성된다. 카메라(20)는 광축이 검사위치에서 배열되어 있는 이차 전지의 배열방향과 수직하게 설정될 수 있다. 즉 카메라(20)는 복수의 이차 전지가 배열되어 있을 때 배열의 중심위치로 광축이 통과할 수 있도록 배치될 수 있다.

조명부(11)는 동시에 픽업된 복수의 이차 전지에 광을 조사할 수 있도록 구성될 수 있다. 조명부(11)는 복수의 발광 유닛(12)을 포함하여 구성될 수 있다. 각각의 발광 유닛(12)은 수평방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 즉 각각의 조명부(11)에서 발광되는 영역은 픽업된 이차 전지의 길이방향과 수직한 방향으로 형성될 수 있다. 또한 복수의 발광 유닛(12)은 수직방향으로 서로 나란하게 배치되며 서로 독립적으로 작동할 수 있도록 구성될 수 있다.

조명부(11)는 카메라(20)와의 간섭을 방지하며 조사광을 적절하게 조사할 수 있도록 이차 전지가 픽업되어 배열되어 있는 배열 방향에 대하여 사선으로 광을 조사할 수 있도록 배치될 수 있다. 일 예로서, 조명부(11)는 검사위치로부터 소정거리 이격되어 형성되며, 복수의 픽업된 이차 전지(2)의 열 중 중심부분에서 45도 각도로 이격되어 배치될 수 있다. 다만 이러한 각도는 설명을 위해 예시로 설정한 것이며, 다양한 각도로 변형되어 배치될 수 있다.

영상처리부(미도시)는 카메라(20)로부터 획득된 촬영 이미지를 처리하여 검사를 수행할 수 있도록 구성될 수 있다. 영상처리부는 획득된 복수의 촬영 이미지에서 각각의 부분적인 개별 이차 전지 이미지를 추출하고 하나의 완전한 개별 이차 전지에 대한 이미지를 생성하도록 기능할 수 있다. 이에 대하여는 차후 상세히 설명하도록 한다.

제어부(미도시)는 카메라(20), 핸드(30) 및 조명부(11)를 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 제어부는 핸드(30)의 위치를 제어하고, 그리퍼 모듈(31)의 회전을 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 제어부는 그리퍼 모듈(31)의 회전 동작과 카메라(20)의 작동, 그리고 조명부(11)의 작동을 연계하여 제어할 수 있다. 제어부는 검사 시작시 그리퍼 모듈(31)이 회전할 수 있도록 제어하며, 조명부(11)와 카메라(20)의 작동을 동기화하여 조명부(11)를 작동하여 광이 검사위치에 조사되었을 때 카메라(20)를 작동시켜 촬영 이미지를 획득할 수 있도록 제어한다. 또한 제어부는 조명부(11)에서 복수의 발광 모듈 중 소정순서에 따라 패턴화하여 광을 조사할 수 있도록 조명부(11)를 제어할 수 있다. 다만, 이러한 제어부의 구성은 일반적으로 널리 사용되는 프로세서를 포함하여 구성될 수 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이하에서는 도 3 내지 도 16을 참조하여, 카메라(20)로부터 촬영되는 검사 이미지 및 영상처리부에서 검사 이미지를 생성하는 과정에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 조명부(11)의 작동상태도이다.

도 3을 참조하면, 전술한 바와 같이, 조명부(11)는 복수의 발광 모듈을 포함하여 구성되며, 각각의 발광 모듈은 서로 평행하게 상하 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 조명부(11)는 제어부의 제어에 의해 발광영역(13)을 패턴화하여 조사할 수 있다. 일 예로서, 도 3에 나타난 바와 같이 제1 패턴은 최상측 발광 모듈과 발광모듈로부터 하측으로 소정거리 이격된 발광 모듈을 동시에 작동시켜 서로 평행한 두 개의 직선형 발광영역(13)이 생성될 수 있다. 제2 패턴은 한 쌍의 수평방향으로 서로 평행한 두 개의 직선형으로 발광하되, 선택되는 발광 모듈의 위치가 제1 패턴보다 하측으로 쉬프트(shift)되어 발광영역(13)이 생성될 수 있다. 제3 패턴은 전술한 제2 패턴보다 하측으로 쉬프팅된 위치의 발광 모듈이 선택되어 발광영역(13)이 생성될 수 있다. 이와같이 조명부(11)는 수직방향으로 발광위치를 전환하여 광을 조사하게 되며, 각각의 발광 위치가 픽업되어 있는 이차 전지의 길이방향, 즉 수직 방향으로 전환되면서 광을 조사하게 되므로, 외관의 결함에 대한 검출이 보다 용이해질 수 있다.

도 4 내지 도 12는 조명부(11), 핸드(30) 및 카메라(20)에 의해 획득되는 촬영 이미지의 개념을 도시한 도면이다.

도 4 내지 도 12에는 각각 이차 전지의 회전각도를 확인할 수 있도록 도시된 픽업된 이차 전지의 상면(a), 조명부(11)의 발광 위치(b) 그리고 촬영 이미지에 대한 개념도(c)가 나타나 있다. 이하의 도면에서는 핸드(30)에 의해 복수의 이차 전지가 하나의 열로 배열되어 픽업된 이후 검사위치에 정렬된 상태임을 전제로 설명하도록 한다. 또한 일 예로서, 전술한 측면 검사 모듈(10)에 의해 검사되는 이차 전지의 수가 8개임을 전제로 설명한다. 촬영된 이미지에서는 좌측부터, 제1 이차 전지(1A), 제2 이차 전지(2A), 제3 이차 전지(3A), 제4 이차 전지(4A), 제5 이차 전지(5A), 제6 이차 전지(6A), 제7 이차 전지(7A) 및 제8 이차 전지(8A)가 나란하게 배치된 상태를 확인할 수 있게 된다.

먼저 도 4를 참조하면, 제어부는 픽업된 8개의 이차 전지의 회전을 시작한다. 회전을 시작했을 때 또는 회전이 시작되기 전 조명부(11)는 전술한 제1 패턴으로 발광영역(13)을 선택하고 검사위치에 광을 조사하며, 이때 카메라(20)는 8개의 이차 전지 각각의 절반이 나타난 제1 촬영 이미지(110)를 획득하게 된다.

이후 도 5를 참조하면, 제1 촬영 이미지(110)를 획득한 이후 제어부는 조명부(11)를 제2 패턴으로 쉬프트하여 발광영역(13)을 선택하고 광을 조사하여 제2 촬영 이미지(120)를 획득하게 된다. 두 번째 이미지에서도 각각 제1 이차 전지(1B) 내지 제8 이차 전지(8B)의 이미지를 확인할 수 있다.

이후 도 6을 참조하면, 제2 촬영 이미지를 획득한 이후 제어부는 조명부(11)의 조명 패턴을 제2 패턴에서 제3 패턴으로 쉬프트하여 광을 조사한 상태에서 제3 촬영 이미지(130)를 획득하게 된다. 세 번째 이미지에서도 각각 제1 이차 전지(1C) 내지 제8 이차 전지(8C)의 이미지를 확인할 수 있게 된다.

한편, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 촬영의 간격은 수 ms 또는 μs 의 간격을 두고 진행될 수 있다. 한편, 이에 비하여 그리퍼 모듈(31)의 회전속도는 상대적으로 느린 상태이므로, 제1 촬영 이미지(110) 내지 제3 촬영 이미지(130)는 그리퍼 모듈(31)이 이차 전지를 회전시키면서 촬영되더라도 실질적으로 정지된 상태에서 촬영한 것과 같이 촬영되는 영역은 거의 동일하게 된다.

이후 제어부는 그리퍼 모듈(31)을 작동시켜 회전을 시켜 픽업되어 있는 복수의 이차 전지 배터리를 소정각도로 회전시킨다. 예를 들어 소정 각도는 120도일 수 있다. 이는 원형의 이차 전지를 평면상의 이미지로 촬영하므로, 원통형의 외곽부분은 시야각의 한계로 정확한 이미지를 획득하기 어렵다. 따라서 정확한 이미지를 얻을 수 있는 면적만큼 이동시켜 이미지를 획득하게 된다. 즉, 촬영되는 이미지는 이차 전지의 절반정도인 180도에 대한 이미지이나, 외곽측의 이미지로는 정확한 판단이 어려우므로 촬영된 이차 전지의 이미지 중 120도씩 세 번의 이미지를 촬영하여 전체적인 이미지를 재구성할 수 있게 된다. 다만 일 예일 뿐, 정확도를 높이기 위해 90도 간격으로 회전시켜 촬영하거나, 더욱 빈번하게 60도 또는 45도, 30도 등과 같이 회전각에 따른 촬영위치가 조절될 수 있다. 이하에서는 120도로 회전하여 측면의 이미지를 세 번에 걸쳐 획득하는 것으로 설정된 경우로 설명하도록 한다.

다시 도 7 및 도 9를 참조하면, 이차 전지를 시계방향으로 120도 회전한 뒤, 도 4 내지 도 6에서 설명한 바와 유사하게 조명을 제1 패턴, 제2 패턴 및 제3 패턴으로 촬영하여 제4 촬영 이미지(140), 제5 촬영 이미지(150), 제6 촬영 이미지(160)를 생성할 수 있게 된다.

다음으로 도 10 내지 도 12를 참조하면, 그리퍼 모듈(31)을 작동시켜 다시 120도로 복수의 이차 전지 각각을 회전시킨 후 전술한 바와 같은 조명 패턴을 변화시켜가면서 제7 촬영 이미지(170), 제8 촬영 이미지(180) 및 제9 촬영 이미지(190)를 생성할 수 있게 된다.

한편, 전술한 조명부(11)의 작동, 즉 쉬프팅되는 예로서 제1 패턴, 제2 패턴 및 제3 패턴의 세가지를 예를 들었으나, 패턴의 수를 줄이거나 증가시켜 적용가능하다. 예를 들어 패턴을 4가지로 변환하여 하측 방향으로 전환시켜가면서 쉬프팅할 수 있다. 이 경우 검사 이미지는 이차 전지의 회전 위치에서 각각 패턴의 수 만큼의 촬영 이미지가 획득될 수 있다.

이하에서는 도 13 내지 도 16을 참조하여 영상처리부에서 검사 이미지를 생성하는 기능에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 13은 영상처리부에서 개체 이미지 영역을 조합하여 검사 이미지를 생성하는 개념을 도시한 도면이며, 도 14 내지 도 16은 동일한 패턴의 조명을 조사하여 획득된 복수의 검사 이미지의 개념을 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 영상처리부는 카메라(20)에서 획득된 촬영 이미지를 수신한 뒤 검사 이미지를 생성할 수 있다. 각각의 촬영 이미지에는 복수의 이차 전지의 옆면 중 일부분에 대한 영상이 획득될 수 있다. 이때, 촬영된 이미지 중 양측의 경계에 인접한 소정영역은 이미지로 확인이 어려워 이를 제외하고 좌우 대칭축을 중심으로 소정영역에 대한 이미지를 추출하게 된다. 영상처리부는 하나의 프레임에 나타난 촬영 이미지 상에서 각각의 이차 전지가 촬영된 개체 이미지 영역(200)을 추출하게 된다. 영상처리부는 모든 촬영 이미지(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190)에 대하여 개체 이미지 영역(200)의 추출을 수행하게 된다. 따라서 추출된 개체 이미지 영역은 촬영 이미지 수 x 픽업된 이차 전지의 수로 결정된다.

전술한 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명한 예를 기준으로 영상처리부는 72개의 개체 이미지 영역을 추출할 수 있다.

영상처리부는 그 다음으로, 조명 패턴별로, 그리고 각각의 이차 전지별로, 그리고 회전 각도에 따라 이미지를 조합하여 합성하게 된다. 도 13을 참조하면, 제1 패턴에 이해 촬영된 제1 이차 전지의 영상은 회전각이 0도에서 1A, 120도에서 1D, 240도에서 1G 의 영상을 순차적으로 조합하여 제1 이차 전지의 제1 패턴에 대한 검사 이미지(1100)를 생성한다.

도 14를 참조하면, 전술한 검사 이미지의 생성을 제1 이차 전지 내지 제8 이차 전지에 적용하여, 제1 패턴으로 발광영역(13)이 선택되어 촬영된 8개의 검사 이미지를 생성하게 된다. 설명의 편의를 위하여 도 14에는 제1 패턴에 대한 제1 이차 전지 검사 이미지(1100), 제1 패턴에 대한 제2 이차 전지 검사 이미지(1200) 및 제1 패턴에 대한 제8 이차 전지 검사 이미지(1800)가 도시되어 있다.

도 15를 참조하면, 조명부(11)가 제2 패턴으로 발광영역(13)을 선택되여 광을 조사한 경우 각각의 이자천지에 대한 검사 이미지가 도시되어 있다. 본 도면에서는 설명의 편의를 위해 제2 패턴에 대한 제1 이차 전지 검사 이미지(2100), 제2 패턴에 대한 제2 이차 전지 검사 이미지(2200) 및 제2 패턴에 대한 제8 이차 전지 검사 이미지(2800)가 도시되어 있다.

도 16을 참조하면, 조명부(11)가 제3 패턴으로 발광영역(13)이 선택되어 광을 조사한 경우 각각의 이차 전지에 대한 검사 이미지가 도시되어 있다. 본 도면에서는 설명의 편의를 위해 제3 패턴에 대한 제1 이차 전지 검사 이미지(3100), 제3 패턴에 대한 제2 이차 전지 검사 이미지(3200) 및 제3 패턴에 대한 제8 이차 전지 검사 이미지(3800)가 도시되어 있다.

도 17은 1회 검사 순환시 획득되는 하나의 배터리에 대한 복수의 검사 이미지의 개념을 도시한 도면이다.

도 17을 참조하면, 제1 이차 전지에 대하여 생성된 세가지 검사 이미지가 도시되어 있다. 이해를 돕기 위하여 조명부(11)의 패턴과 획득된 검사 이미지를 동시에 나타내었다.

도 17(a)에는 제1 패턴에 대한 제1 이차 전지의 검사 이미지(1100), 도 17(b)에는 제2 패턴에 대한 제1 이차 전지의 검사 이미지(2100), 그리고 도 17(c)에는 제3 패턴에 대한 제1 이차 전지의 검사 이미지(3100)가 나타나 있다. 결국 촬영 이미지로부터 각각의 이차 전지에 대한 개체 이미지 영역을 추출하고, 이를 조합하여 완성된 옆면 전체에 대한 검사 이미지를 획득할 수 있게 된다. 또한 조명의 패턴 쉬프팅하여 광을 조사했을 때의 검사 이미지를 획득할 수 있게 된다.

이를 기반으로 영상처리부는 각각의 이차 전지에 대한 외관 검사를 수행할 수 있게 된다.

전술한 본 발명에 따른 이차 전지의 외관 검사 장치(1)는 area 카메라(20)를 이용하여 복수의 이차 전지에 대한 영상을 획득하고, 조명의 패턴에 따른 검사 이미지를 생성하여 외관검사를 수행할 수 있어, 검사 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다. 또한 도 1 에 도시된 바와 같이 복수의 외관 검사 모듈을 배치하여 검사 속도를 극대화 할 수 있게 된다.

이하에서는 도 18을 참조하여 본 발명에 따른 다른 실시예인 이차 전지 외관 검사 방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 18은 본 발명에 따른 다른 실시예인 이차 전지 외관 검사 방법의 순서도이다.

도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 다른 실시예인 이차 전지 외관 검사 방법은 이차 전지를 픽업하는 단계(S100), 이차 전지를 회전시키는 단계(S200), 복수회 광을 조사하는 단계(S300), 복수개의 촬영 이미지를 획득하는 단계(S400), 개체 이미지 영역 분할 단계(S500), 복수의 개체 이미지 영역을 조합하여 단일 개체의 이차 전지에 대한 검사 이미지를 생성하는 단계(S600) 및 검사 이미지를 근거로 외관 결함 여부를 판단하는 단계(S700)를 포함하여 구성될 수 있다.

이차 전지를 픽업하는 단계(S100)는 외부로부터 이송되어 온 복수의 이차 전지 중 검사 단위의 개수로 이차 전지를 픽업하는 단계에 해당한다. 본 단계에서는 이차 전지 검사 장치에 구비된 핸드(30)에 의해 이차 전지의 길이방향, 즉 세로 축 방향으로 접근하여 복수의 이차 전지를 픽업할 수 있다. 이 때 검사를 위하여 하나의 열로 픽업된 이차 전지의 간격을 조절할 수 있다.

이차 전지를 회전시키는 단계(S200)는 소정개수로 픽업된 복수의 이차 전지 각각을 중심축을 기준으로 회전시키는 단계에 해당한다. 본 단계는 1회전, 즉 360도 이상으로 이차 전지를 회전시킬 수 있다.

복수회 광을 조사하는 단계(S300)는 회전하는 복수의 이차 전지에 대하여 조사 광을 조사하는 단계 해당한다. 본 단계에서는 도 3에서 설명한 조명부(11)에 이하여 발광 영역을 변환해가면서 광을 조사할 수 있다. 이때 발광 영역은 상측으로부터 하측으로 쉬프팅되어 변환될 수 있다.

복수개의 촬영 이미지를 획득하는 단계(S400)는 광을 조사하는 단계와 동시화되어 카메라(20)를 이용하여 복수의 이차 전지에 대한 이미지를 획득하는 단계에 해당한다. 즉, 각각 다른 위치에서 발광되어 복수의 이차 전지를 조명할 때 복수의 촬영 이미지를 획득할 수 있게 된다.

한편, 전술한 복수회 광을 조사하는 단계(S100) 및 복수개의 촬영 이미지를 획득하는 단계(S400)는 이차 전지를 회전시키는 각도에 따라 동기화 되어 동시에 수행될 수 있다. 일 예로서, 복수의 이차 전지를 초기 위치, 그리고 120도로 회전할 때마다 수행될 수 있다. 다만 이러한 각도별 촬영은 일 예일 뿐 다양한 각도, 즉 10도, 30도, 45, 60도, 90도의 변환시마다 수행될 수 있으며, 촬영 회수도 달라질 수 있다.

개체 이미지 영역 분할 단계(S500)는 조명에 따라 획득된 촬영 이미지에서 각각의 이차 전지에 대한 영역을 추출하여 분할하는 단계에 해당한다. 각각의 분할된 개체 이미지 영역에는 조명의 패턴 정보 및 해당 이차 전지에 대한 정보가 함께 저장될 수 있다.

복수의 개체 이미지 영역을 조합하여 단일 개체의 이차 전지에 대한 검사 이미지를 생성하는 단계(S600)는 각 이차 전지, 조명 패턴 그리고 회전 각도에 따라 분류하여 동일한 이차 전지, 동일한 조명패턴 그리고 회전 각도에 따라 순차적으로 이미지를 배열하여 조합하는 단계에 해당한다. 본 단계가 수행되어 이차 전지에 대한 옆면의 전체 이미지를 각각의 조명 패턴으로 조명했을 때의 검사 이미지를 획득할 수 있게 된다.

검사 이미지를 근거로 외관 결함 여부를 판단하는 단계(S700)는 획득된 복수의 검사 이미지로부터 외관의 결함을 판단하며, 명도 및 대비 중 적어도 하나의 값을 추출하여 외관의 결함 여부를 검출할 수 있게 된다. 즉, 이차 전지의 옆면에 대한 편평도를 판단하여 찍힘이나 돌출, 흠집 등의 비정상적인 외관의 결함 여부를 판단하고 저장할 수 있게 된다. 이후 검사가 완료된 이차 전지들은 외부로 반출하며, 이후 새로운 이차 전지에 대한 검사가 반복적으로 수행될 수 있다.

전술한 이차전지 외관 검사 방법은 도 1 내지 도 17을 참조하여 설명한 외관 검사 장치에 의해 수행될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 외관 검사 장치 및 외관 검사 방법은 area 카메라를 이용하여 다수의 이차전지에 대한 검사 이미지를 동시에 획득하여 검사를 수행할 수 있으므로 검사 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

1: 이차전지 외관 검사 장치
10: 측면 검사 모듈
11: 조명부
12: 발광 유닛
20: 카메라
30: 핸드
31: 그리퍼 모듈
40: 차단판
50: 적재부

Claims

적재부로부터 복수의 이차 전지를 길이방향으로 픽업하여 검사위치로 상승시키며, 측면 방향으로 정렬된 상기 복수의 이차 전지를 동시에 회전시킬 수 있도록 구성되는 핸드;
상기 복수의 이차 전지에 동시에 광을 조사할 수 있도록 구성되는 조명부;
상기 광이 조사된 복수의 이차 전지에 대한 촬영 이미지를 동시에 획득할 수 있도록 구성되는 에어리어(area) 카메라; 및
상기 카메라로 획득된 영상을 처리하여 검사 이미지를 획득하는 영상처리부를 포함하며,
상기 조명부는 상하 방향을 따라 서로 다른 위치에서 광을 조사할 수 있도록 구성되며, 각각 상기 길이방향의 수직방향으로 연장되는 발광영역을 가지는 복수의 발광 유닛을 포함하며,
상기 영상처리부는,
상기 카메라에 의해 상기 이차 전지의 각도별로 획득된 촬영 이미지에서 상기 이차 전지 각각이 촬영된 영역인 개체 이미지 영역을 분할하며,
동일한 이차 전지에 대한 상기 각도별 상기 개체 이미지 영역들을 조합하여 상기 검사 이미지를 생성하며,
상기 조명부, 상기 카메라 및 상기 핸드를 제어할 수 있도록 구성되는 제어부를 더 포함하며,
상기 제어부는,
픽업된 상기 복수의 이차전지를 동시에 회전시킬 수 있도록 상기 핸드를 제어하며,
상기 복수의 이차전지가 소정각도로 회전할 때마다 상하 방향을 따라 서로 다른위치에서 상기 발광 유닛을 순차적으로 작동시킬 수 있도록 제어하며,
상기 발광 유닛이 스위칭될 때마다 상기 복수의 이차 전지의 측면의 상기 촬영 이미지를 획득하도록 상기 카메라를 제어하는 이차전지 외관 검사 장치.
제1 항에 있어서,
상기 영상처리부는,
상기 복수의 발광 유닛 중 서로 다른 발광 유닛으로 광을 조사하여 획득된 적어도 두 개의 검사 이미지를 획득하는 이차전지 외관 검사 장치.
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제1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 길이방향과 수직한 방향을 따르는 한 쌍의 서로 이격된 평행한 직선을 따라 배치되는 복수의 상기 발광 유닛을 동시에 작동시키는 이차전지 외관 검사 장치.
제6 항에 있어서,
상기 조명부는,
픽업된 소정개수의 이차전지가 배열된 방향에 대하여 사선으로 광을 조사할 수 있도록 배치되는 이차전지 외관 검사 장치.
제7 항에 있어서,
상기 카메라는,
상기 픽업된 소정개수의 이차전지가 배열된 방향에 대하여 광축이 수직으로 배치되는 이차전지 외관 검사 장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 영상처리부는,
상기 복수의 검사 이미지로부터 명도 및 대비 중 적어도 하나를 근거로 외관 불량여부를 판단하는 이차전지 외관 검사 장치.
핸드가 복수의 이차전지가 적재된 적재부로부터 하나의 열로 정렬된 소정개수의 이차전지를 상승시켜 검사위치로 위치시키는 단계;
상기 소정개수의 이차전지를 각각의 길이방향의 중심축을 기준으로 동시에 회전시키는 단계;
상기 소정개수의 이차전지를 회전시키는 과정에서 조명부에서 상기 길이방향을 따라 다른 위치에 구비된 복수개의 발광유닛을 이용하여 순차적으로 복수회 광을 조사하는 단계;
상기 소정개수의 이차전지에 광이 조사될 때 에어리어(area) 카메라를 이용하여 복수개의 촬영 이미지를 획득하는 단계;
상기 복수개의 촬영 이미지를 각각의 이차전지가 촬영된 개체 이미지 영역으로 분할하는 개체 이미지 영역 분할 단계; 및
상기 개체 이미지 영역을 상기 이차전지별로, 상기 작동되는 발광 유닛별로 조합하여 단일 개체의 이차전지에 대한 검사 이미지를 생성하는 단계를 포함하며,
상기 광을 조사하는 단계는,
상기 길이방향의 수직방향에 소정길이로 형성된 발광영역에서 광을 조사하며,
상기 발광영역은 상기 촬영 이미지를 획득하는 단계가 수행됨에 따라 순차적으로 상기 길이방향으로 쉬프팅(shifting)되어 작동되며,
상기 촬영 이미지를 획득하는 단계는 상기 광을 조사하는 단계와 동기화되어 수행되며, 상기 서로 다른 위치에서 상기 이차전지를 향하여 광이 조사될 때 복수개의 상기 촬영 이미지를 획득하며,
상기 검사 이미지를 생성하는 단계는 상기 복수개의 촬영 이미지로부터 복수개의 검사 이미지를 생성하는 이차전지 외관 검사 방법.
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제11 항에 있어서,
상기 광을 조사하는 단계는,
상기 발광영역은 상기 길이방향으로 소정거리로 이격된 두 영역으로 설정되는 이차전지 외관 검사 방법.
제16 항에 있어서,
상기 광을 조사하는 단계는,
상기 이차전지가 픽업되어 배열된 방향과 사선으로 광을 조사하여 수행되는 이차전지 외관 검사 방법.
제17 항에 있어서,
상기 촬영 이미지를 획득하는 단계는,
상기 이차전지가 픽업되어 배열된 방향과 수직한 방향의 광축을 갖는 카메라를 이용하여 수행되는 이차전지 외관 검사 방법.
삭제
제11 항에 있어서,
상기 검사 이미지를 생성하는 단계 이후, 상기 검사 이미지에서 밝기 및 대비 중 적어도 하나를 근거로 외관의 불량여부를 판단하는 불량여부 판단단계를 더 포함하는 이차전지 외관 검사 방법.