KR102622753B1 - 이차전지용 레이저 용접 방법 및 모니터링 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 이차전지용 레이저 용접 및 모니터링 방법에 관한 것으로, 이차전지용 레이저 용접 방법은 일측에 복수의 양극 기재탭이 형성된 박막 형태의 양극 기재와, 일측에 복수의 음극 기재탭이 형성된 박막 형태의 음극 기재와, 상기 양극 기재탭 및 상기 음극 기재탭에 각각 접합되는 박막 멀티탭을 레이저 용접하되, 상기 양극 기재탭 및 상기 음극 기재탭과 상기 멀티탭이 용접되는 용접부에 복수의 용접 스팟이 형성되도록 레이저로 용융 접합하는 것이 특징이다.
본 발명에 따르면 자동으로 용접 부위의 관통 불량 여부 및 약용접 등을 검사할 수 있어 용접 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

이차전지용 레이저 용접 방법 및 모니터링 방법{Laser welding method and monitoring method for secondary battery}
본 발명의 실시예는 박막 기재와 멀티 탭의 레이저 용접 시 용접 부위의 품질을 모니터링할 수 있는 이차전지용 레이저 용접 및 모니터링 방법에 관한 것이다.
이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비한 전극 조립체 및 상기 전극 조립체에 함침되어 있는 전해액을 구비한 셀을 포함한다.
일반적으로 이차전지의 전극 조립체는 음극 또는 양극 활물질층이 박막 형태의 기재에 형성되고, 활물질층이 형성되지 않은 무지부 상에 음극 또는 양극 기재 탭이 형성되는 구조이다. 통상 기재 탭에 별도의 멀티 탭을 접합하기 위해 초음파 용접이 사용된다.
그러나 초음파 용접의 경우 외관 검사로 용접의 유무 정도만 판단할 수 있으며, 약용접(용접이 제대로 이루어지지 않아 용접 부위의 접합 강도가 낮은 상태) 상태 등의 용접 불량은 판정할 수 없는 문제가 있다. 또한, 초음파 용접 부위의 검사는 외관 검사 이외에 별도의 전수 품질 검증 방법이 없어 초음파 용접의 신뢰성을 확보하기 어려운 문제가 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 목적은 박막 기재와 멀티 탭의 레이저 용접 시 용접 부위의 품질을 전수 검사할 수 있는 이차전지용 레이저 용접 및 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 레이저 용접 방법은 일측에 복수의 양극 기재탭이 형성된 박막 형태의 양극 기재와, 일측에 복수의 음극 기재탭이 형성된 박막 형태의 음극 기재와, 상기 양극 기재탭 및 상기 음극 기재탭에 각각 접합되는 박막 멀티탭을 레이저 용접하되, 상기 양극 기재탭 및 상기 음극 기재탭과 상기 멀티탭이 용접되는 용접부에 복수의 용접 스팟이 형성되도록 레이저로 용융 접합하는 것이 특징이다.
상기 용접 스팟에는 상기 용접부의 전면으로 돌출된 프런트 비드와, 상기 용접부의 후면으로 돌출된 백비드가 형성되는 것이 특징이다.
상기 백비드는 상기 프런트 비드보다 작은 직경을 갖는 것이 특징이다.
상기 음극 기재탭과 상기 음극 기재탭에 접합되는 상기 멀티탭은 이종 소재인 것이 특징이다.
상기 음극 기재탭의 용접부 전단 강도는 4kgf 이하이고, 상기 양극 기재탭의 용접부 전단 강도는 2kgf 이하이며, 상기 전단 강도는 상기 용접부가 모두 파단되는 전단 강도인 것이 특징이다.
또한, 본 발명은 일측에 복수의 양극 기재탭이 형성된 박막 형태의 양극 기재와, 일측에 복수의 음극 기재탭이 형성된 박막 형태의 음극 기재와, 상기 양극 기재탭 및 상기 음극 기재탭에 각각 접합되는 박막 멀티탭을 레이저 용접하되, 상기 양극 기재탭 및 상기 음극 기재탭과 상기 멀티탭이 용접되는 용접부에 복수의 용접 스팟이 형성되도록 레이저로 용융 접합하는 이차전지용 레이저 용접 장치; 상기 용접부의 일면 방향에서 타면 방향으로 빛을 조사하는 백라이트와, 상기 백라이트의 반대 방향에 배치되어 상기 용접부를 관통하는 빛을 수집하여 검사 이미지를 형성하는 영상 장비와, 상기 검사 이미지를 분석해 상기 용접부의 관통 불량 여부를 판단하는 컨트롤러를 구비한 관통 불량 검사장치; 및 상기 용접부의 일면 방향에서 타면 방향으로 빛을 조사하는 프런트 라이트와, 상기 프런트 라이트와 동일한 방향에 배치되어 상기 용접부에서 반사된 빛을 수집하여 검사 이미지를 형성하는 영상 장비와, 상기 검사 이미지를 분석해 상기 용접부의 백비드 불량 여부를 판단하는 컨트롤러를 구비한 백비드 검사장치를 포함하는 이차전지용 레이저 용접 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.
상기 관통 검사장치의 컨트롤러는 상기 용접부를 관통하는 빛이 검출되어 관통홀이 있는 것으로 판단되면 상기 용접부의 용접 불량으로 판단하는 것이 특징이다.
상기 백비드 검사장치의 컨트롤러는 상기 용접부에 형성된 상기 백비드의 개수가 미리 설정된 개수보다 적으면 상기 용접부의 용접 불량으로 판단하는 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 용접 대상물의 배면에서 국소 조명을 조사하여 천공 부위를 통과하는 빛을 검출함으로써 자동으로 용접 부위의 관통 불량 여부를 검사할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 용접 대상물의 정면에서 빛을 조사해 용접 백 비드에서 반사되는 빛을 검출하고 음영차에 의한 용접 형상 이미지를 자동으로 생성할 수 있으므로 용접 부위의 용접 불량 및 약용접 등을 검사할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 품질 모니터링을 위한 시스템 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 시 용접 부위를 나타낸 부분 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 따른 용접 부위를 확대 도시한 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 레이저 용접이 적용된 양극 용접 부위 및 음극 용접 부위의 전면 및 후면 형태를 나타낸 사진이다.
도 3b는 본 발명의 다른 예에 따른 레이저 용접이 적용된 양극 용접 부위 및 음극 용접 부위의 전면 형태를 나타낸 모식도이다.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 용접 부위의 세부 형상을 간략하게 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 관통 검사 방법을 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 5a는 도 4에 따른 관통 검사 시 불량 용접 부위를 나타낸 비전 이미지이다.
도 5b는 도 4에 따른 관통 검사 시 불량 용접 부위를 나타낸 검사 이미지이다.
도 6은 도 4에 따른 관통 검사 시 불량 판정의 예들을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 백비드 검사 방법을 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 8a는 도 7에 따른 백비스 검사 시 불량 용접 부위를 나타낸 비전 이미지이다.
도 8b는 도 7에 따른 백비드 검사 시 불량 용접 부위를 나타낸 검사 이미지이다.
도 9는 도 7에 따른 백비드 검사 시 양극의 불량 판정의 예들을 도시한 도면이다.
도 11은 도 8에 따른 백비드 검사 시 음극의 불량 판정의 예들을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 따른 이차전지용 레이저 용접 및 모니터링 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 품질 모니터링을 위한 시스템 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이차전지의 전극 조립체 기재 탭과 멀티 탭을 접합하기 위해 레이저 용접 장치(100)가 사용된다. 레이저 용접이 완료되면 관통 불량 검사장치(200) 및 백비드 검사장치(300)를 순차적으로 거치면서 용접 부위의 불량 여부를 자동으로 판별하게 된다.
레이저 용접 장치(100)는 박막 형태의 용접 부위 접합 시 열 영향부(Heat Affected Zone) 형성을 최소화하기 위해 펄스 모드로 설정하여 용접 부위를 스팟 용접하도록 운영될 수 있다.
관통 불량 검사장치(200)는 용접 부위가 접합되지 않고 관통된 불량을 자동으로 검사하는 장치이다. 관통 불량 검사장치(200)는 용접 부위가 있는 검사 대상물을 지그에 고정하고, 검사 대상물의 뒤쪽에서 백라이트(210)를 조사해 불량 유무를 검사할 수 있다. 이를 위해, 검사 대상물의 앞쪽으로 관통되는 빛이 있는지를 CCD 카메라와 같은 영상 장비(220)로 촬영하여 빛의 관통 유무에 따라 레이저 용접의 불량 유무를 판단한다. 불량 여부의 판단은 관통 불량 검사장치(200) 내 컨트롤러(230)에서 자동으로 이루어질 수 있다.
백비드 검사장치(300)는 용접 부위가 있는 검사 대상물의 앞쪽에서 프런트 라이트(310)를 조사해 검사 대상물의 표면으로부터 반사된 빛을 CCD 카메라와 같은 영상 장비(320)로 촬영하여 음영차로 백비드가 형성되었는지를 검사함으로써 레이저 용접의 불량 유무를 검사할 수 있다(이를 위해 검사 대상물은 프런트 비드가 아닌 백비드가 프런트 라이트를 향하도록 배치된다). 불량 여부의 판단은 백비드 검사장치(300) 내 컨트롤러(330)에서 자동으로 이루어질 수 있다.
이하에서는 전술한 관통 불량 검사 및 백비드 검사가 적용되는 이차전지의 용접 부위에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 시 용접 부위를 나타낸 부분 사시도이다. 도 2b는 도 2a에 따른 용접 부위를 확대 도시한 평면도이다. 도 3a는 본 발명의 레이저 용접이 적용된 양극 용접 부위 및 음극 용접 부위의 전면 및 후면 형태를 나타낸 사진이다. 도 3b는 본 발명의 다른 예에 따른 레이저 용접이 적용된 양극 용접 부위 및 음극 용접 부위의 전면 형태를 나타낸 모식도이다. 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 용접 부위의 세부 형상을 간략하게 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 이차전지의 전극 조립체(400)는 양극 기재에 구비된 한 쌍의 양극 기재탭(410)과, 음극 기재에 구비된 한 쌍의 음극 기재탭(420)을 구비한 구조이다. 양극 기재 및 음극 기재는 박막 형태이고, 기재탭 역시 박막 형태일 수 있다.
한 쌍의 양극 기재탭(410) 및 음극 기재탭(420)을 각각 하나로 모아 일측으로 절곡하고, 절곡된 양극 기재탭(410) 및 음극 기재탭(420)에는 각각 멀티탭(430, 또는 전극 리드)이 접합된다. 이들의 접합 방법은 전술한 레이저 용접 방식이며, 기재탭(410, 420)과 멀티탭(430)의 중첩된 일부 영역에 용접이 이루어지는 용접부(500)가 형성될 수 있다. 절연 및 보호를 위해 양극 기재탭(410) 및 음극 기재탭(420)과 기재의 연결 부위에는 보호 테이프(440)가 부착되고, 멀티탭(430)에는 탭 테이프(450)가 부착될 수 있다.
도 1의 레이저 용접 장치(100)에 의해 양극 기재탭(410) 및 음극 기재탭(420)의 용접부(500)에 동시에 레이저 용접이 이루어질 수 있다. 레이저 용접이 펄스 모드로 이루어지므로 도트 형태로 용접 비드가 형성된다. 즉, 도 4a 및 도 4b에서와 같이 양극 기재탭(410) 및 음극 기재탭(420)의 용접부(500) 전면 및 후면에는 각각 복수의 프런트 비드(Front Bead, 510a) 및 백비드(Back Bead, 510b)가 형성된다. 따라서 백비드(510b)가 제대로 형성되지 않거나 과도한 용융으로 용접부(500)에 홀이 형성되면 용접 불량으로 판단할 수 있다.
종래의 초음파 용접은 용접 부위를 가압한 상태로 이루어지는 접촉식, 가압식 용접 방법이나, 레이저 용접은 비접촉식으로 이루어지며 용접 부위의 소재가 용융되는 용융(melting) 접합 방식이다. 따라서 초음파 용접보다 레이저 용접의 용접 강도가 더 강한 장점이 있다.
본 발명의 레이저 용접이 적용된 음극 및 양극의 용접부를 화살표 방향으로 당기는 힘을 가했을 때를 기준으로 한 인장력을 측정했을 때 음극 쪽의 용접부가 최대 4kgf 내외, 양극 쪽의 용접부는 최대 2kgf의 전단강도를 가질 수 있다. 이는 초음파 용접 대비 음극이 1.5 내지 2 kgf 이상, 양극이 1.0 내지 1.5 kgf 이상의 인장력이 상승한 결과이다.
또한, 본 발명의 레이저 용접이 적용된 음극 및 양극의 용접부와 초음파 용접의 용접부 간 인장력의 표준 편차를 비교한 결과, 본 발명의 레이저 용접이 초음파 용접 대비 약 20% 수준으로 표준 편차가 크게 감소되었다. 즉, 초음파 용접의 경우 용접이 제대로 이루어진 용접부와 제대로 이루어지지 않은 용접부의 인장력 차이가 크기 때문에 품질 산포가 넓게 나타나고 용접 부위의 신뢰성이 확보되지 않음을 알 수 있다. 그러나 본 발명의 레이저 용접을 적용한 경우에는 품질 산포가 초음파 용접 대비 80% 이상 개선되어 용접 부위의 신뢰성이 확보됨을 알 수 있다.
본 발명의 레이저 용접을 적용할 경우, 하나의 용접부에 2점 이상의 용접 스팟(프런트 비드 및 백 비드가 형성된 지점)을 형성하도록 용접하면 낮은 높이 및 높은 높이 모두에서 용접부의 전단이 일어나지 않는다. 즉, 일반 조건 및 고강도 조건에서 수십회 이상 낙하 실험에도 2점 내지 7점의 복수개 용접 스팟이 형성된 용접부는 전단이나 파단 없이 용접 상태가 유지되므로 용접 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
이러한 본 발명의 용접 스팟을 상세히 살펴보면 도 3a 및 도 3c와 같다.
도 3a 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 양극쪽 용접부 전면(402)에 형성되는 프런트 비드(510a)는 평면상 원형이며, 측면이나 단면상 형상은 도 3b에서와 같이 반원/반타원 등의 형상으로 볼록하게 돌출된다. 이에 비해, 양극쪽 용접부 후면(404)에 형성되는 백비드(510b)는 프런트 비드(510a)에 비해서는 직경이 다소 작을 수 있고, 돌출된 높이 역시 프런트 비드(510a)보다 작을 수 있다.
음극쪽 용접부 전면(406)에 형성되는 프런트 비드(510a)는 양극쪽 용접부 전면(402)에 형성되는 프런트 비드(510a)에 비해 직경이 작거나 같을 수 있고, 돌출 높이 역시 작거나 같을 수 있다. 이는 양극 기재탭 및 음극 기재탭, 멀티탭의 소재가 달라 레이저 광에 대한 반사율 및 흡수율이 다르기 때문이다. 음극쪽 용접부 후면(408)에 형성되는 백비드(510b) 역시 음극쪽 용접부 전면(406)에 형성되는 프런트 비드(510a)에 비해서는 직경이나 돌출된 높이가 작을 수 있다.
예를 들어, 양극 및 음극 쪽 용접부의 프런트 비드(510a)는 직경이 대략 0.3~0.4mm, 각 용접 스팟의 중심점 간 거리가 약 0.6mm, 양각 형태로 돌출될 수 있다. 양극 및 음극 쪽 용접부의 백비드(510b)는 프런트 비드(510a) 직경의 약 30~70%로 형성될 수 있다. 이러한 수치는 레이저 용접 장치의 설정 변경을 통해 변경이 가능하다.
전술한 실시 예에서, 양극 및 음극쪽 프런트 비드 및 백 비드가 평면상 원형인 실시 예에 대해 설명하였다. 그러나 프런트 비드 및 백 비드의 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 프런트 비드의 형상은 복수 개의 직선 형상이나 연속적인 나선 형태가 될 수 있다. 또는 프런트 비드가 영문 'C'나 'O' 등과 같은 특정 문자나 기호 형태가 될 수 있다. 즉, 프런트 비드의 형상은 다양하게 변경될 수 있다. 프런트 비드의 형상에 따라 백 비드의 형상 역시 달라질 수 있으며, 다양하게 변경될 수 있다.
양극의 경우, 양극 기재탭(410)과 멀티탭(430) 모두 고반사율(반사율 90%) 소재인 알루미늄을 주로 사용한다. 음극의 경우, 음극 기재탭(420)은 고반사율(반사율 93%) 소재인 구리를, 멀티탭(430)은 상대적으로 낮은 반사율(반사율 72%) 소재인 니켈을 주로 사용한다. 따라서 양극은 용융점(섭씨 약 660.2도)이 동일한 동종 재질 용접이고, 음극은 용융점(구리 섭씨 1083ㅁ1도, 니켈 섭씨 1455ㅁ1도)이 상이한 이종 재질의 용접이므로 양극 대비 용접 조건이 불리할 수 있다. 따라서 탭 소재의 용융점과 반사율, 레이저 흡수율을 고려해 레이저의 파장을 설정해야 한다.
예시적으로, 음극의 경우 니켈 멀티탭(430)이 상부에 배치되고 구리 기재탭(420)이 하부에 배치되므로, 구리의 용융점이 낮으나 니켈이 상부에 위치하므로 니켈의 용융점을 기준으로 용접을 진행할 수 있다. 또한, 양극의 경우에는 동종 재질의 용접인 동시에 고반사율 소재간의 용접이므로 음극 용접과 용접 시간은 동일할 수 있으나, 음극 대비 높은 레이저 출력으로 용접할 수 있다. 이를 고려해 본 발명에서는 예시적으로 적외선 영역인 1070nm로 레이저 파장을 설정하여 용접할 수 있으며, 레이저 출력은 음극보다 양극의 용접 시 300W 기준 2% 높게 설정하여 용접할 수 있다.
또한, 레이저 조사 시 펄스 모드를 사용해 스팟 용접이 되도록 함으로써 용접 중 열의 누적으로 발생하는 열 영향부의 생성을 최소화할 수 있다.
그러나 이러한 노력에도 불구하고 용접 불량이 발생할 수 있으며, 작업자의 육안으로만 검사하던 종래의 불편함을 해소하기 위해 본 발명에서는 자동으로 용접 불량 여부를 검사하는 방법을 제안한다.
이하에서는 용접부의 용접 불량 여부를 판단하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 관통 검사 방법을 간략하게 나타낸 모식도이다. 도 5a는 도 4에 따른 관통 검사 시 불량 용접 부위를 나타낸 비전 이미지이다. 도 5b는 도 4에 따른 관통 검사 시 불량 용접 부위를 나타낸 검사 이미지이다. 도 6은 도 4에 따른 관통 검사 시 불량 판정의 예들을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 지그(240)에 전극 조립체(400)를 장착하고 용접부의 후면에 배치된 백라이트(210)를 용접부로 비춘 후 전극 조립체(400)의 전면 방향에 배치된 영상 장비로 빛이 관통하는지를 검사한다. 전극 조립체(400)의 용접부에 과용접으로 천공이 되면 백라이트(210)에서 조사된 빛이 전면 쪽으로 새어 나가므로 영상 장비(220)에서 이를 감지할 수 있다.
도 5a는 육안으로 볼 때 관통홀을 통해 빛이 투과된 모습(비전 이미지)이고, 도 5b는 영상 장비(220)로 촬영한 검사 이미지이다. 육안으로 본 이미지와 영상 장비(220)로 촬영한 검사 이미지가 동일한 형상을 나타내므로 영상 장비(220)의 촬영 이미지를 통해 관통 불량 유무를 판단할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 천공된 위치나 개수가 모두 다른 경우라도 비전 이미지와 검사 이미지가 동일하므로 불량 판정이 가능하다. 용접부에 정상적인 형상의 백비드가 형성되면 용접부가 천공되지 않으므로, 관통홀은 그 개수나 위치에 상관없이 모두 불량으로 판정하게 된다.
관통 검사가 완료된 전극 조립체(400)는 백비드 검사 장치로 이동되어 백비드 검사를 하게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 백비드 검사 방법을 간략하게 나타낸 모식도이다. 도 8a는 도 7에 따른 백비스 검사 시 불량 용접 부위를 나타낸 비전 이미지이다. 도 8b는 도 7에 따른 백비드 검사 시 불량 용접 부위를 나타낸 검사 이미지이다. 도 9는 도 7에 따른 백비드 검사 시 양극의 불량 판정의 예들을 도시한 도면이다. 도 10은 도 9에 따른 백비드 검사 시 음극의 불량 판정의 예들을 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 지그(340, 또는 이전 단계의 지그(240)일 수도 있음)에 전극 조립체(400)를 장착하고 용접부의 전면에 배치된 프런트 라이트(310)를 용접부로 비춘 후 전극 조립체(400)의 전면 방향에 배치된 영상 장비로 반사되는 빛을 수집해 영상 이미지를 획득한다. 획득된 영상 이미지의 음영차를 바탕으로 검사 이미지를 생성한 후 백비드의 형상이 있는지의 유무를 감지해 용접부의 불량 여부를 판단하게 된다. 백비드의 위치와 개수에 대한 불량 여부는 컨트롤러(330)에서 미리 설정된 설정 이미지와 비교해 판단할 수 있다.
도 8a는 육안으로 볼 때 백비드가 형성된 용접부의 모습(비전 이미지)이고, 도 8b는 영상 장비(320)로 촬영해 변환된 검사 이미지이다. 육안으로 본 이미지와 영상 장비(320)로 촬영한 검사 이미지가 동일한 형상을 나타내므로 영상 장비(320)의 촬영 이미지를 통해 백비드 불량 유무를 판단할 수 있다. 또한, 4개의 백비드 중 3개만 형성되었으므로 최종 불량 판정은 불량(NG)으로 판정이 된다(도 11의 다섯 번째 백비드 형상에 대한 판정 참조).
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 천공된 위치나 개수가 모두 다른 경우라도 비전 이미지와 검사 이미지가 동일하므로 불량 판정이 가능하다. 용접부에 정상적인 형상의 백비드가 형성되면 백비드의 개수 및 형상이 설정 이미지와 동일하게 획득되므로, 미리 설정된 개수만큼의 백비드가 검출되지 않으면 모두 불량으로 판정하게 된다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 양극 기재탭 쪽의 용접부 백비드 형상과 음극 기재탭 쪽의 용접부 백비드 형상은 다소 상이하기는 하나 비전 이미지 상에서 그 개수와 위치를 확인할 수 있다. 따라서 형태나 크기가 상이하더라도 미리 설정된 개수와 동일한 개수의 백비드가 검사 이미지로부터 검출되면 컨트롤러(330)에서 용접이 제대로 이루어진 것으로 판단한다(도 10 및 도 11의 OK 판정). 검사 이미지로부터 검출된 백비드 개수와 미리 설정된 개수에 차이가 있으면 컨트롤러(330)에서 용접 불량으로 판단한다(도 10 및 도 11의 NG 판정).
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전극 조립체(400)의 용접부(500) 불량 여부를 작업자의 육안으로 판단하는 것이 아니라 관통 불량 검사장치(200)와 백비드 검사장치(300)를 통해 자동으로 판별할 수 있다.
따라서 용접 부위의 천공과 같은 용접 불량 및 백비드 미형성과 같은 약용접 등을 검사할 수 있으며, 작업 시간이 단축되고 작업 효율이 향상되는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 레이저 용접 장치 200: 관통 불량 검사장치
300: 백비드 검사장치 400: 전극 조립체
410: 양극 기재탭 420: 음극 기재탭
430: 멀티탭 500: 용접부
510a: 프런트 비드 510b: 백비드

Claims (11)

  1. 삭제
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  6. 일측에 복수의 양극 기재탭이 형성된 박막 형태의 양극 기재와, 일측에 복수의 음극 기재탭이 형성된 박막 형태의 음극 기재와, 상기 양극 기재탭 및 상기 음극 기재탭에 각각 접합되는 박막 멀티탭을 레이저 용접하되, 상기 양극 기재탭 및 상기 음극 기재탭과 상기 멀티탭이 용접되는 용접부에 복수의 용접 스팟이 형성되도록 레이저로 용융 접합하되, 상기 용접 스팟에는 상기 용접부의 전면으로 양각 형태로 돌출된 프런트 비드와, 상기 용접부의 후면으로 양각 형태로 돌출된 백비드가 형성되도록 하는 이차전지용 레이저 용접 장치;
    상기 용접부의 일면 방향에서 타면 방향으로 빛을 조사하는 백라이트와, 상기 백라이트의 반대 방향에 배치되어 상기 용접부를 관통하는 빛을 수집하여 검사 이미지를 형성하는 영상 장비와, 상기 검사 이미지를 분석해 상기 용접부의 관통 불량 여부를 판단하는 컨트롤러를 구비한 관통 불량 검사장치; 및
    상기 용접부의 일면 방향에서 타면 방향으로 빛을 조사하는 프런트 라이트와, 상기 프런트 라이트와 동일한 방향에 배치되어 상기 용접부에서 반사된 빛을 수집하여 검사 이미지를 형성하는 영상 장비와, 상기 검사 이미지를 분석해 상기 용접부의 백비드 불량 여부를 판단하는 컨트롤러를 구비한 백비드 검사장치를 포함하고,
    상기 백비드 검사장치로 검사할 때 상기 용접부는 백비드가 상기 프런트 라이트를 향하도록 배치되는 이차전지용 레이저 용접 모니터링 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 관통 불량 검사장치의 컨트롤러는 상기 용접부를 관통하는 빛이 검출되어 관통홀이 있는 것으로 판단되면 상기 용접부의 용접 불량으로 판단하는 이차전지용 레이저 용접 모니터링 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 백비드 검사장치의 컨트롤러는 상기 용접부에 형성된 상기 백비드의 개수가 미리 설정된 개수보다 적으면 상기 용접부의 용접 불량으로 판단하는 이차전지용 레이저 용접 모니터링 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 백비드는 상기 프런트 비드보다 작은 직경을 갖는 이차전지용 레이저 용접 모니터링 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 음극 기재탭과 상기 음극 기재탭에 접합되는 상기 멀티탭은 이종 소재인 이차전지용 레이저 용접 모니터링 시스템.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 음극 기재탭의 용접부 전단 강도는 4kgf 이하이고, 상기 양극 기재탭의 용접부 전단 강도는 2kgf 이하이며, 상기 전단 강도는 상기 용접부가 모두 파단되는 전단 강도인 이차전지용 레이저 용접 모니터링 시스템.
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